用于电化学电池的具有层状双氢氧化物的隔膜制造技术

提供了隔膜、电化学电池和方法，以改进诸如金属

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电化学电池的具有层状双氢氧化物的隔膜
[0001]专利技术背景
1.

[0002]本专利技术涉及储能装置领域，更具体地，涉及功能陶瓷在用于包括蓄电池(battery，电池，电池组)和燃料电池(fuel cell)的电化学装置的隔膜中的用途。
2.
技术介绍

[0003]在蓄电池组件中使用隔膜以提供负极(anode，阳极)和正极(cathode，阴极)材料之间的物理分隔，防止可能导致电短路和潜在蓄电池故障的直接接触。至少，在这些情况下，隔膜故障会导致蓄电池停止用作能源。
[0004]通常，隔膜由多孔聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)构成。在热偏移(thermal excursion，热偏差)(典型蓄电池中在135℃
‑
170℃的范围内，可能由于例如过度充电而发生)的情况下，这些材料经历相变，有效地软化和填充孔，并且永久地使电池停机。此特征提供了内置(built
‑
in)安全机构，减少了蓄电池组件发生灾难性故障的可能性。然而，适于承受这种热偏移的隔膜材料将是本领域中期望的进步。
[0005]在极端物理滥用电池(例如，电池穿孔)的情况下，相关的高热释放将导致PE/PP隔膜的退化和收缩。在此阶段，隔膜停止起物理分离电池电极的作用，可能导致短路和前述不能用作能源。
[0006]在PE和PP隔膜的配方中已经包括陶瓷添加剂，以提供增强的耐穿刺性并减少在热偏移期间的收缩，有效地降低短路并导致因此不能用作能源的可能性。这些复合材料通常称为“陶瓷隔膜”。到目前为止，已经报道了几种陶瓷添加剂，包括Al2O3、AlO(OH)、MgAl2O4、CaCO3和MgO。在当前的商业应用中已经报道了所列陶瓷中的Al2O3和AlO(OH)。

技术实现思路

[0007]以下是提供对本专利技术的初步理解的简要概述。该概述不一定标识关键要素，也不限制本专利技术的范围，而仅用作对以下描述的介绍。
[0008]本专利技术的一个方面提供用于电化学电池(electrochemical cell，电化学单元，电化学电池单元)的隔膜，其包括多孔离子导电膜(porous,ionically conductive film，多孔离子传导膜)，所述膜包括至少一种层状双氢氧化物(LDH)。
[0009]本专利技术的这些、附加和/或其它方面和/或优点在下面的详细描述中阐述；可以从详细描述中推断；和/或通过本专利技术的实践可学习。
附图说明
[0010]为了更好地理解本专利技术的实施方式并且示出可以如何使本专利技术起效果，现在将仅通过示例的方式来参考附图，在整个附图中相同的数字表示相应的元件或部分。
[0011]在附图中：
[0012]图1是根据本专利技术的一些实施方式的具有隔膜的电化学电池的高级示意图。
[0013]图2是示出根据本专利技术的一些实施方式的方法的高级流程图。
具体实施方式
[0014]在以下描述中，描述了本专利技术的各个方面。出于解释的目的，阐述了具体配置和细节以便提供对本专利技术的透彻理解。然而，本领域的技术人员还将明白，可以在没有这里给出的具体细节的情况下实施本专利技术。此外，可以省略或简化公知的特征，以免模糊本专利技术。具体参考附图，需要强调的是，所示的细节仅是示例性的，并且仅用于本专利技术的说明性讨论的目的，并且是为了提供被认为是本专利技术的原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述而提出的。在这点上，没有试图比基本理解本专利技术所必需的更详细地示出本专利技术的结构细节，结合附图的描述使本领域技术人员清楚如何可以在实践中实施本专利技术的几种形式。
[0015]在详细解释本专利技术的至少一个实施方式之前，应当理解，本专利技术在其应用方面不限于在以下描述中阐述的或在附图中图示的部件的构造和布置的细节。本专利技术适用于可以以各种方式实践或执行的其它实施方式以及所公开的实施方式的组合。此外，应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被认为是限制性的。
[0016]本专利技术的实施方式提供用于通过提供功能活性隔膜来改进电化学电池的有效且经济的方法和机构，从而提供对储能装置的
的改进。提供了隔膜、电化学电池和方法，以改进诸如金属
‑
离子蓄电池和燃料电池的电池的运行。隔膜包括多孔离子导电膜，其包括作为功能性陶瓷添加剂的层状双氢氧化物(LDH)，通过将它们并入具有中间阴离子(anion，负离子)的带正电荷片材(positively
‑
charged sheet with intermediary anion)的LDH结构中来从电解质中除去潜在有害的阴离子。例如，作为电解质分解产物或正极溶解产物的阴离子可被吸收到LDH中以防止它们对电池造成损害并缩短电池寿命。LDH可以结合在隔膜结构中，涂覆在其上或以其它方式与其关联。作为功能性陶瓷添加剂的LDH可赋予隔膜各种有益的性质，包括在热偏移期间的尺寸稳定性、阻燃性和杂质清除性。与传统的聚乙烯/聚丙烯隔膜相比，LDH功能添加剂增加了机械鲁棒性和尺寸稳定性，并且与传统的陶瓷隔膜不同，LDH功能添加剂还与变化的环境条件相互作用并响应于变化的环境条件。
[0017]注意到，到目前为止，陶瓷仅用作惰性添加剂，即，它们赋予隔膜特定的性质，但不与变化的环境反应或相互作用。
[0018]与目前的陶瓷相反，根据本专利技术的隔膜中的陶瓷是起作用的。因此，在某些实施方式中，提供了用于电化学电池(例如，蓄电池和燃料电池)的隔膜，该隔膜包含多孔离子导电膜，所述膜包含适于吸收电化学电池中存在的阴离子、特别是电解质分解产物的层状双氢氧化物(LDH)陶瓷。例如，可添加LDH以吸收和/或隔离蓄电池内产生的有害或有毒阴离子。
[0019]在实施方式中，电化学电池可以是Li
‑
离子蓄电池，并且LDH吸收由涉及Li
‑
离子蓄电池的电解质的副反应(诸如涉及电解质中的有机碳酸酯和/或锂盐的反应)生成或在Li
‑
离子蓄电池的正极处产生的卤素，例如氟离子，阴离子物质。LDH还可以中和并隔离可能由蓄电池电解质的降解产生的酸，诸如HF(例如，当将诸如水滑石的LDH添加到PVC、聚氯乙烯中以清除/中和来自聚合过程的残留HCl时发生)。
[0020]LDH可以各种方式并入隔膜中，如下所述。电化学电池可以包括诸如Li
‑
离子、Na
‑
离子、Na
‑
S、Mg
‑
离子、Al
‑
离子的蓄电池类型，并且通常包括蓄电池类型，所述蓄电池类型具
有电解质，其具有诸如LiPF6的锂盐，LiPF6分解以在电解质中留下可能有害的物质，例如，PF6‑
，LDH可以消耗PF6‑
并将其从电解质中除去。
[0021]在两个电极之间提供物理屏障是隔膜的最终目的，然而隔膜材料也必须显示各种附加性质。因此，根据本专利技术的隔膜应当是多孔的(通常具有在约30％
‑
60％范围内的孔隙率)，具有高离子电导率，并且在蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于电化学电池的隔膜，包括多孔离子导电膜，所述多孔离子导电膜包括至少一种层状双氢氧化物(LDH)。2.根据权利要求1所述的隔膜，其中，LDH是陶瓷。3.根据权利要求1或2所述的隔膜，其中，所述膜中的LDH暴露于所述电化学电池的电解质，并且吸收所述电解质中存在的阴离子。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的隔膜，其中，所述离子导电膜包括聚合物。5.根据权利要求4所述的隔膜，其中，LDH作为颗粒填料存在于所述膜的基体中。6.根据权利要求4所述的隔膜，其中，LDH被涂覆在所述膜上。7.根据权利要求4所述的隔膜，其中，LDH作为片材存在，所述片材包含分散在所述膜的聚合物粘合剂化合物中的所述LDH。8.根据权利要求4所述的隔膜，其中，LDH作为颗粒LDH层存在。9.根据权利要求1
‑
8中任一项所述的隔膜，其中，所述离子导电膜包括以下中的至少一种的多孔膜：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟乙烯聚合物(PFE)、氟化乙烯丙烯(FEP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯
‑
共
‑
六氟丙烯)(PVDF
‑
HFP)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、以及它们的组合。10.根据权利要求1所述的隔膜，其中，LDH在电化学电池电极中的至少一个的表面上。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的隔膜，其中，LDH包括具有式[M
2+1
‑
x
N
3+x
(OH
‑
)2]
x+
[(X
n
‑
)
x/n
·
yH2O]
x
‑
的至少一种化合物，其中，M
2+
为二价阳离子，并且N
3+
为三价阳离子；X
n
‑
是阴离子；0≤x≤1，0≤y，并且n为整数。12.根据权利要求11所述的隔膜，其中，M
2+
是以下中的至少一种：Be
2+
、Mg
2+
、Ca
2+
、Cr
2+
、Mn
2+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
；N
3+
是以下中的至少一种：Al
3+
、Cr
3+
、Mn
3+
、Fe
3+
、Co
3+
、Ni
3+
；X
n
‑
是以下中的至少一种：Cl
‑
、Br
‑
、CO
32
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
、SeO
42
‑
；并且x≥0.2。13.根据权利要求1
‑
12中任一项所述的隔膜，其中，LDH包括Li
+
Al
23+
(OH
‑
)2]
+
[Li
+
Al
23+
(X6‑
)
·
yH2O]
‑
，其中，X6‑
包括具有
‑
6总电荷的至少一种阴离子并且y在0.5和4之间。14.根据权利要求1
‑
13中任一项所述的隔膜，其中，LDH包含嵌入的Ti
4+
。15.根据权利要求1
‑
14中任一项所述的隔膜，其中，LDH包括具有式(M
2+a
N
3+b
(OH
‑
)
2a+3b
)
·
yH2O和/或(M
2+a
N
3+b
(OH
‑
)
2a+3b
‑
cn
)(X
n
‑
)
c
·
yH2O的至少一种化合物，其中，a、b、c和n为整数，其中，M
2+
为二价阳离子，N
3+
为三价阳离子，并且0≤y。16.根据权利要求15所述的隔膜，其中，N
3+
是Al
3+
和/或Fe
3+
；M
2+
是以下中的至少一种：Ca
2+
、Mg
2+
、Zn
2+
、Cu
2+
、Fe
2+
、Mn
2+
和Ni
2+
。17.根据权利要求16所述的隔膜，其中，所述LDH是Mg6Al2(OH)
18
·
4H2O(羟镁铝石)和/或Mg6Al2(OH)
16
(CO3)
·
4H2O(水滑石)。18.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的隔膜，其中，LDH包括具有式[M
1+1
‑
x
N
3+x
(OH
‑
)2]
(2x
‑
1)+
[(X
n
‑
)
(2x
‑
1)/n
·
yH2O]
(2x
‑
1)
‑
的至少一种化合物，其中，M
+
为一价阳离子，并且N
3+
...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊利亚，
申请(专利权)人：斐源有限公司，
类型：发明
国别省市：