用于电化学电池的隔离物及其制造方法技术

用于电化学电池的一电极／隔离物组件包括一集电器，一粘结在集电器上的多孔复合电极层，所述电极层至少包括电活化颗粒和一粘合剂；以及一多孔复合隔离层，所述隔离层包括基本上均匀分布在一聚合物基内以形成纳米孔并具有一至少２５％的孔容积率的无机颗粒，其中隔离层通过在两个层之间界面处的一溶剂焊接与电极层结合，所述焊接包括一粘合剂和聚合物的混合物。同时也描述了制造和使用此组件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及电化学电池。更具体地说，本专利技术涉及蓄电池组电池。最具体地 说，本专利技术涉及用于电化学蓄电池组电池的隔膜(separator membranes) 0
技术介绍
隔膜是电池的重要组成部分。这些膜的作用是在允许电解液通过正极和负极时防 止电池的正极和负极接触。加之，电池的性能归结于如循环寿命以及隔离物的选择显著影 响电能。隔离物的特性同样与安全性相关，并且一定的隔离物被公众所知能减少在阳极形 成锂金属披覆甚至形成枝晶的发生。在某些实例中，蓄电池组电池的隔膜由多孔聚合材料的主体形成。在其它实例中， 隔膜由纤维或颗粒材料的主体形成，并且这些材料包括玻璃纤维，矿物纤维例如石棉，陶 瓷，合成纤维聚合物以及天然纤维聚合物如纤维素。目前使用的隔膜存在很多问题。这些膜材料通常非常昂贵，而且假定事实是典型 的蓄电池系统包括相对大容量的膜，膜的成本将占整个蓄电池成本的大部分。典型的用于 现有技术锂离子电池的隔膜由聚合物制成，如聚乙烯或聚丙烯，通过湿处理或干处理制造。 在湿处理中，不同分子量的聚合物和油第一次混合，然后熔体挤出形成一膜。随后膜进入萃 取(“湿的”)步骤，在此步骤中油/低分子量的聚烯烃从较高分子量固体膜中萃取出以离 开多孔膜。在三层膜的干处理中，聚合膜的单独的层进行压层，拉伸，并退火以制备定向微 晶聚合物结构。然后，膜片迅速定向伸展获得多孔性。相似的处理在单层膜的干处理中应 用。这些处理相对比较昂贵并且由此生产的膜的成本在每平方米几美元范围内。隔离物 的高成本导致电池成品的高成本。任何膜成本的减少导致整个蓄电池成本的重大节省。另 外，当温度提高，超出通常的工作温度时，聚合物隔离物必须保持其尺寸和形状以确保在阳 极和阴极之间连续的物理分离。很多隔离物在提高温度情况下不能承担而收缩，并且使两个电极之间形成短路而由此导致电池迅速放电，进一步导致电池温度不安全的上升。能保 持形状和原始的尺寸并且避免电极在高温时短路对隔离物来说是一个重要的安全特征。无机复合材料也可以用作隔离物。这样的复合隔离物包括二氧化硅(或其他陶 瓷)填充物材料和聚合物粘合剂。填充物及粘合剂被混合并挤出以形成一复合膜片，并且 任何挥发性成分通过萃取或蒸馏去除以形成一多孔体。其他例中形成一混合物的混合填 充物和粘合剂并通过各种涂覆方式如刮浆涂层(doctor blading)，滚动涂覆或丝网印刷 (stencilprinting)或凹印(gravure)，被施加至一基片上。在很多实例中，复合隔离物材 料包含很高的无机填充物成分。在某些实例中，隔离物表现出差的性能，例如机械性能。低成本的蓄电池隔膜材料防止枝晶构筑的效果差，并且因此必须制造的相对厚。 然而，这种厚度增加了蓄电池内在的阻抗而降低电池效率，并且也增加了电池的尺寸。另 外，各种隔离物材料是脆弱的，这种脆弱性使制造蓄电池系统变得复杂，并同时增加了制造 电池的成本和潜在的安全不达标。于是，有效的，低成本的，安全并易于使用的隔膜是所需求的。
技术实现思路
本文描述了一用于电化学电池的隔离物。本隔离物是无机颗粒和聚合物粘合剂的 复合物。该隔离物复合材料成本低并且提供具有良好的电极粘着性并且通过减少锂披覆改 善安全性的高性能的隔膜结构。它们在高温下空间稳定性高，同样提高了安全性。进一步， 膜材料可能直接覆盖到电池电极，由此简化了制造和操作程序。电极/膜组件在层之间展 现极好的粘着性并且甚至在创伤，弯曲，弯折或其他变形时不会从其集电器上分层。一方面，用于电化学电池的隔离物包括一粘结在一多孔支撑件上的多孔复合层， 该复合层包括在电化学稳定的聚合物基中具有颗粒尺寸小于1 P m电化学稳定的无机颗 粒，所述的层具有至少一双峰的孔尺寸分布，其中，第一，较小尺寸的孔基本上均勻分布在 该层上，并且一个或更多的较大尺寸的孔随机分布在该层上，其中孔的直径是纳米级。本专利技术的另一方面，用于电化学电池的一电极/隔离物组件，包括一集电器，一粘 结在集电器上的多孔复合电极层，所述的电极层至少包括电活性颗粒和一粘合剂；以及一 多孔复合隔离层，它包括基本上均勻的分布在聚合物基中以形成纳米孔并且具有一至少 25%的孔容积率(a pore volume fraction of at least 25%)的无机颗粒，其中，隔离层 通过在两层之间界面的溶剂焊接稳固地连接到电极层，所述的焊接包括一粘合剂和聚合物 的混合物。在一具体实施例中，隔离物具有一单峰的孔尺寸分布并且孔尺寸在5-500nm数值 范围内。在一具体实施例中，隔离物具有一单峰的孔尺寸分布并且第一，较小的孔尺寸在 大约5-lOOnm数值范围内。在一具体实施例中，隔离物具有一单峰的孔尺寸分布并且一较大孔尺寸在 100-500nm数值范围内，或在大约100_200nm范围内。在一具体实施例中，颗粒基本上是单分散性的并且具有一大约10-500nm或大约 10-50nm或大约10-20nm数值范围的颗粒尺寸。在一具体实施例中，所述层具有一大于25%的孔容积率。7在一具体实施例中，所述复合层包括无机颗粒和聚合物粘合剂，无机颗粒与聚合物的重量比是大约95 5至大约35 65，或复合层包括无机颗粒以及聚合物，重量比在大 约65 35至大约45 55。在一具体实施例中，所述聚合物包括一与锂离子电池电化学兼容的聚合物。在一具体实施例中，所述聚合物选自乳胶聚合物和基于聚偏氟乙烯的聚合物 (polyvinylidene fluoride-based polymers)的群组。在一具体实施例中，所述无机材料选自二氧化硅，氧化铝，天然以及合成的沸石和 其他电化学稳定的适当颗粒尺寸的无机颗粒组成的群组，并且例如，白炭黑。在一具体实施例中，所述隔离层具有一大约2 μ m至大约40 μ m范围的总厚度，或 大约IOym至大约20 μ m范围的总厚度。在一具体实施例中，所述电极层设置在集电器的上表面和下表面并且隔离物电极 均在两个电极层上设置。在一具体实施例中，所述隔离层基本上不存在裂缝或缺陷。另一方面，制备用于电化学电池的电极/隔离物组件的方法包括提供一至少包括 电活性颗粒以及一粘合剂的多孔复合电极层；提供一涂覆溶液，所述的涂覆溶液包括一聚 合物，所述聚合物的溶液体系，以及分散在所述溶液中的无机颗粒，其中，所选择的所述溶 液体系至少为电极层粘合剂的一定可溶性；在电极层的一表面上通过所述涂覆溶液涂覆一 表面，其中，涂覆溶液渗透电极层厚度的一部分并且溶解部分粘合剂；以及从所述涂覆溶液 层去除溶液以沉积一多孔隔离层，所述隔离层包括基本上均勻分布在聚合物中并且具有一 至少占25%的孔容积率的无机颗粒以在所述多孔电极层和所述多孔隔离层之间的界面形 成一溶剂焊接。在一具体实施例中，所述的方法进一步包括固化所述的聚合物。在一具体实施例中，所述固化包括对所述组件进行热处理。在一具体实施例中，涂覆溶液中的无机颗粒和聚合物的重量比是大约95 5至大 约 35 65。在一具体实施例中，涂覆溶液中的无机颗粒和聚合物的重量比是大约65 35至 大约45 55。在一具体实施例中，溶液体系是一多种溶液的混合物，并且所述的溶液包括作为 粘合剂溶液的第一液体，和比第一液体的溶解度差的作为粘合剂溶液的第二液体本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于电化学电池的隔离物，包括：一粘结在一多孔支撑件上的多孔复合层，所述复合层包括在一电化学稳定的聚合物基中具有小于１μｍ颗粒尺寸的电化学稳定的无机颗粒，所述的层具有至少一双峰的孔分布，其中第一，较小尺寸的孔基本上均匀分布在该层上，并且一个或更多较大尺寸的孔随机分布在该层中，其中孔的直径是纳米级。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治亚B李斯，安杰拉卡那普，苏珊J巴比尼克，
申请(专利权)人：A一二三系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]