涂覆间隔件、包括涂覆间隔件的电化学电池和制造涂覆间隔件的方法技术

涂覆间隔件包括：多孔间隔件基材，所述多孔间隔件基材包括多孔聚合物膜；第一涂层，所述第一涂层设置在多孔间隔件基材的第一表面上，包含电化学稳定的热塑性聚合物颗粒，其中电化学稳定的热塑性聚合物颗粒的熔化温度为90℃至135℃；以及第二涂层，所述第二涂层包含具有大于100纳米的平均颗粒尺寸的陶瓷颗粒；其中第二涂层设置在第一涂层的与多孔间隔件基材相反的一侧上；或者第二涂层设置在多孔间隔件基材的与第一涂层相反的第二侧上；或者第一涂层和第二涂层组合以形成设置在多孔间隔件基材的第一表面上的混合涂层。还描述了电化学电池、包括电化学电池的装置和制造涂覆间隔件的方法。件的方法。件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂覆间隔件、包括涂覆间隔件的电化学电池和制造涂覆间隔件的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年1月23日提交的美国申请第62/964749号的权益，其通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]用于电化学电池例如锂离子电池的间隔件通常需要在高温下保持其结构完整性。间隔件还可以提供关断行为。目前用于间隔件的许多材料提供了期望的关断特性，但不利地，在高温下可能表现出有限的稳定性。聚合物间隔件的软化或熔化可以引起关断行为，高收缩性可能引起差的尺寸稳定性。
[0004]因此，本领域仍持续需要这样的改善的间隔件材料：其可以提供期望的关断行为以及良好的高温稳定性(例如，良好的尺寸稳定性和低的收缩性)二者。

技术实现思路

[0005]涂覆间隔件包括：多孔间隔件基材，所述多孔间隔件基材包括多孔聚合物膜；第一涂层，所述第一涂层设置在多孔间隔件基材的第一表面上，包含电化学稳定的热塑性聚合物颗粒，其中电化学稳定的热塑性聚合物颗粒的熔化温度为90℃至135℃；以及第二涂层，所述第二涂层包含具有大于100纳米的平均颗粒尺寸的陶瓷颗粒；其中第二涂层设置在第一涂层的与多孔间隔件基材相反的一侧上；或者第二涂层设置在多孔间隔件基材的与第一涂层相反的第二侧上；或者第一涂层和第二涂层组合以形成设置在多孔间隔件基材的第一表面上的混合涂层。
[0006]电化学电池包括涂覆间隔件。
[0007]锂离子电池包括涂覆间隔件。
[0008]装置包括锂离子电池。
[0009]制造涂覆间隔件的方法包括将第一涂层施加至间隔件以及将第二涂层施加至间隔件。
[0010]通过以下附图和具体实施方式来例示上述特征和其他特征。
附图说明
[0011]以下附图表示示例性实施方案，其中对相同的元件同样地编号。
[0012]图1示出了根据本公开内容的一个实施方案的涂覆间隔件的示意图，其中聚合物颗粒和陶瓷颗粒涂覆在聚合物基材的同一侧上。
[0013]图2示出了根据本公开内容的一个实施方案的涂覆间隔件的示意图，其中聚合物颗粒和陶瓷颗粒涂覆在聚合物基材的相反侧上。
[0014]图3示出了根据本公开内容的一个实施方案的涂覆间隔件的示意图，其中聚合物颗粒和陶瓷颗粒涂覆在聚合物基材的同一侧上并形成混合涂层。
具体实施方式
[0015]本专利技术人有利地发现，可以通过用包含电化学稳定的热塑性聚合物颗粒的第一涂层和包含陶瓷颗粒的第二涂层涂覆多孔聚合物膜来提供改善的间隔件材料。特别地，可以显著降低关断温度，并且可以改善间隔件的热稳定性。
[0016]因此，本公开内容的一个方面为涂覆间隔件。涂覆间隔件包括多孔间隔件基材、第一涂层和第二涂层。多孔间隔件基材包括多孔聚合物膜。多孔聚合物膜可以包含例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、或其组合。在一些实施方案中，多孔聚合物膜可以优选包括多孔聚烯烃膜，例如聚乙烯膜或聚丙烯膜。多孔间隔件基材可以包括从多孔间隔件基材的第一表面至第二表面延伸的复数个互连通道(也被称为“孔”)。多孔间隔件基材的孔的直径可以为例如0.01微米至10微米，例如0.01微米至0.05微米。多孔间隔件基材可以具有1％至50％、或20％至50％、或30％至45％的孔隙率。多孔间隔件基材可以具有例如1微米至20微米、优选5微米至14微米、更优选5微米至9微米、甚至更优选5微米至7微米的厚度。使用薄的间隔件基材以增加间隔件的能量密度可以是有利的。
[0017]涂覆间隔件还包括设置在多孔间隔件基材的第一表面上的第一涂层。第一涂层包含电化学稳定的热塑性聚合物颗粒。如本文所用，术语“电化学稳定的”是指在处于4.5伏或更大的工作电化学电池中聚合物颗粒对锂的稳定性。电化学稳定的热塑性聚合物颗粒可以具有90℃至135℃，例如95℃至125℃、或95℃至115℃、或98℃至110℃的熔化温度。聚合物颗粒的熔化温度可以通过例如差示扫描量热法(DSC)来确定。示例性电化学稳定的热塑性聚合物颗粒可以包括但不限于聚氨酯、聚环氧乙烷、聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯聚合物、乙烯丙烯酸聚合物、聚酯、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、苯乙烯
‑
丁二烯聚合物、其衍生物、或其组合。
[0018]电化学稳定的热塑性聚合物颗粒可以具有0.3微米至5微米、或0.5微米至5微米、或0.3微米至3微米的平均直径。聚合物颗粒优选具有大于多孔间隔件基材的平均孔径的颗粒直径。聚合物颗粒优选为球形形状，具有相对均匀的尺寸和形状分布。平均颗粒尺寸可以例如通过激光散射技术来确定。例如，可以使用扫描电子显微术(SEM)技术来分析颗粒形状。
[0019]除第一涂层之外，涂覆间隔件还包括第二涂层。第二涂层包含陶瓷颗粒。陶瓷颗粒可以具有大于100纳米、或大于250纳米、或大于500纳米的平均颗粒尺寸。在一些实施方案中，陶瓷颗粒可以具有500纳米至5微米、或500纳米至3微米、或500纳米至1微米的平均颗粒尺寸。第二涂层可以具有0.5微米至6微米的厚度。
[0020]陶瓷颗粒可以包括SiO2、Al2O3、勃姆石、MgO、TiO2、ZrO2、SnO2、Al(OH)3、BaTiO2、ZnO2、Mg(OH)2、Ti(OH)4、AlN、SiC、BN等、或其组合。在一些实施方案中，陶瓷颗粒不包括任何表面涂层。在一些实施方案中，包含陶瓷颗粒的第二涂层可以不包含聚合物组分。在一些实施方案中，涂层中的任一者或两者可以不包含导电颗粒(例如，包含碳质材料例如石墨、炭黑等)。
[0021]在一些实施方案中，第一涂层、第二涂层、或者第一涂层和第二涂层二者可以任选地进一步包含聚合物粘结剂材料。示例性聚合物粘结剂材料可以包括但不限于羧甲基纤维素(CMC)、羟乙基纤维素(HEC)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、乙烯丙烯酸共聚物(EAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙二醇(PEG)、丙烯酸类树脂、聚偏二氟乙烯(PVDF)、/聚偏
二氟乙烯
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共聚
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六氟丙烯(PVDF
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HFP)、或其组合。在一些实施方案中，聚合物粘结剂可以包括水中的丙烯酸类树脂分散体。在一些实施方案中，第一涂层、第二涂层、或者第一涂层和第二涂层二者可以不包含聚合物粘结剂。
[0022]本公开内容的涂覆间隔件包括以特定顺序排列的多孔间隔件基材、第一涂层和第二涂层。在一个实施方案中，第一涂层设置在多孔间隔件基材的第一表面上，第二涂层设置在第一涂层的与多孔间隔件基材相反的一侧上。这种排列的示意图示于图1中，其中多孔间隔件基材1涂覆有第一涂层2，第二涂层3设置在第一涂层上。在另一个实施方案中，第一涂层设置在多孔间隔件基材的第一表面上，第二涂层设置在多孔间隔件基材的与第一涂层相反的第二侧上。这种排列的示意图示于图2中，其中多孔间隔件基材1在第一侧上涂覆有第一涂层2，并且在第二相反侧上涂覆有第二涂层3。在图1和图1示出的实施方案中，第一涂层可以在多孔间隔件基材的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种涂覆间隔件，包括：多孔间隔件基材，所述多孔间隔件基材包括多孔聚合物膜；第一涂层，所述第一涂层设置在所述多孔间隔件基材的第一表面上，包含电化学稳定的热塑性聚合物颗粒，其中所述电化学稳定的热塑性聚合物颗粒的熔化温度为90℃至135℃；以及第二涂层，所述第二涂层包含具有大于100纳米的平均颗粒尺寸的陶瓷颗粒；其中所述第二涂层设置在所述第一涂层的与所述多孔间隔件基材相反的一侧上；或者所述第二涂层设置在所述多孔间隔件基材的与第一涂层相反的第二侧上；或者所述第一涂层和所述第二涂层组合以形成设置在所述多孔间隔件基材的所述第一表面上的混合涂层。2.根据权利要求1所述的涂覆间隔件，其中所述第一涂层设置在所述多孔间隔件基材的第一侧上，以及所述第二涂层设置在所述第一涂层的与所述多孔间隔件基材相反的一侧上。3.根据权利要求1所述的涂覆间隔件，其中所述第一涂层设置在所述多孔间隔件基材的第一侧上，以及所述第二涂层设置在所述多孔间隔件基材的第二相反侧上。4.根据权利要求2或3所述的涂覆间隔件，其中所述第一涂层在所述多孔间隔件基材的所述第一侧上与所述多孔间隔件基材直接接触。5.根据权利要求1所述的涂覆间隔件，其中所述第一涂层和所述第二涂层组合以形成设置在所述多孔间隔件基材的所述第一表面上的混合涂层。6.根据权利要求1至5中任一项所述的涂覆间隔件，其中所述多孔间隔件基材包含聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、或其组合。7.根据权利要求1至6中任一项所述的涂覆间隔件，其中所述多孔间隔件基材包括从所述多孔间隔件基材的第一表面至第二表面延伸的复数个互连通道。8.根据权利要求1至7中任一项所述的涂覆间隔件，其中所述电化学稳定的热塑性聚合物颗粒包括聚氨酯、聚环氧乙烷、聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯聚合物、乙烯丙烯酸聚合物、聚酯、苯乙烯丙烯酸酯聚合物、苯乙烯
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【专利技术属性】
技术研发人员：仲洋，王巍，姜晶，
申请(专利权)人：罗杰斯公司，
类型：发明
国别省市：