一种防止或减少锂离子电池突然热失控的方法，该方法包括下列步骤：提供该隔板的微孔膜，该微孔膜包括热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、上述各材料的共聚物、和各材料的混合物；以及惰性的、不热变形的微粒填料，所述惰性的、不热变形的微粒填料完全分散在所述聚合物中；所述惰性的、不热变形的微粒填料选自：碳基材料、金属氧化物和氢氧化物、金属碳酸盐、水泥、硅酸盐、玻璃颗粒、含硫盐、合成聚合物和这些微粒的混合物，其特征在于，所述惰性的、不热变形的微粒填料占10-30重量％。本发明专利技术例提供了可防止或减少突然热失控故障的锂离子电池隔板。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，以防止在电池例如锂电池中的“突然”热失控。
技术介绍
US7, 141，333B2公开了，其第2栏第41-45行、第4栏第41行至第5栏第23行、以及权利要求1都明确教导填料应该是占电池隔板的大部分。在US7，141,333B2中，公开的是，填料应该至少占电池隔板60重量％，优选地，如其第3栏第54-56行的记载，至少占电池隔板的75重量％。在US7，141，333B2仅有的一个实施例中，填料(锂辉石)占电池隔板的90重量％。另外，US7, 141，333B2的专利技术人在第3栏第58-64行明确地建议填料多一些更好，因为可以改善安全性(可以抑制火焰)。这样，本领域的技术人员根据US7，141，333B2的教导，就不会轻易地减少填料的量。US4, 650，730公开了一种用于锂离子电池隔板的可防止过热和突然热失控的薄片产品，其第5栏第2行至第7栏第9行、第10栏第38-68行、以及第11栏的实施例1都明确教导填料构成了电池隔板的大部分重量；并且没有任何教导说明降低了填料的重量％ 之后仍然可以安全地工作。另外，US7，141，333B2和US4，650，730都没有提到Z方向稳定性会成为一个问题。 也没有公开如果填料只占电池隔板的一少部分，例如“10-30重量％”，不仅不影响隔板的工作安全，反而会取得更好的技术效果。在电池例如锂离子电池中，热失控(thermal runaway)是潜在的问题。热失控可由电池的阳极和阴极之间的直接接触引起，其中在正常循环中由于阳极和阴极的体积变化形成的内力导致阳极和阴极直接接触，这又导致快速放热。快速放热可导致点燃阳极/电解液、阴极/电解液、阳极/阴极或电解液/电解液的热化学反应。点燃方案对电池导致危险的情况。热失控可以分为‘突然的'热失控或‘延迟的'热失控。突然的热失控是指极快的放热，即，在开始之后小于1秒之内出现。延迟的热失控是指在开始之后3秒以上出现的放热。在锂离子电池中，大于99%的故障是由热失控导致的。可以通过利用‘关闭'隔板 (例如，通过孔隙闭合响应增热的隔板，孔隙闭合使阳极和阴极之间的离子流停止)，或通过从电池中的快速散热，预防延迟的热失控。然而，突然的热失控还没有得到成功地处理。Li离子电池的突然热失控可以在如下的电池安全试验中模拟‘钉穿透'试验或 ‘压裂'试验(‘压裂'试验包括球压裂、棒压裂和板压裂)。在每一个这些试验中，通过钉、球、棒或板施加的外力可以施加于电池的外壳(或‘罐’)，这又可以使阳极和阴极直接接触。上述安全试验加剧了已经存在于电池外壳内的紧密安装的状态。例如，锂离子电池最常见地是制成圆柱形和棱柱形。在无电解液的情况下，将阳极/隔板/阴极缠绕或折叠成形，然后将其安装到它们的外壳(罐)中并且封闭(capped shut)。当添加电解液时， 阳极/隔板/阴极膨胀。这导致罐内的内力增加。随后，在‘形成’的过程中(也就是当对电池起始充电时)，阳极和阴极再次膨胀(例如，阳极可膨胀约10%，并且阴极可膨胀约 3%).在形成过程的膨胀又导致罐内的内力增加。这些内力，如从上述的钉穿透和压裂试验的那些，指向电池的中心。当对罐施加外力时，那些力也指向电池的中心。结果是在电池内部形成异常的压力，并且这些压力通过压缩放置于其中的微孔膜隔板使阳极和阴极直接接触。使用微孔膜作为电池隔板是熟知的。例如，将微孔膜用作锂离子电池中的电池隔板。这种隔板可以是由聚烯烃制造的单层或多层薄膜。这些隔板通常具有‘关闭'性能，以致于当电池的温度达到预定温度时，膜的孔隙关闭，并且由此防止电池的电极之间的离子流动。电池中增加的温度是由内部短路即阳极和阴极的直接接触引起的。直接接触可以由例如在电池制造过程中电池的物理损坏、隔板的损坏、枝状结晶的生长、过充等引起。同样地，隔板、薄(例如一般约8-25微米的厚度)的微孔膜必须具有良好的尺寸稳定性。当用于电池隔板时，尺寸稳定性是指当暴露在高温时隔板不收缩或不过度收缩的性能。在平面膜的X和Y轴中观察这种收缩。这个术语到目前为止还没有指Z方向的尺寸稳定性。当用于电池隔板时，击穿强度是膜抵抗Z方向击穿的性能。击穿强度通过观察用已知几何尺寸的可移动的针刺穿膜所需的作用力来测量。到现在，对于提高这些电池隔板的Z方向的尺寸稳定性，还没有做任何工作。Z方向是指隔板的厚度方向。电池紧密缠绕以便使其能量密度最大化。对于圆柱形缠绕的电池， 紧密缠绕是指作用力放射状向内，使隔板上的压缩力横穿其厚度方向。在增加温度的情况中，由于隔板的材料开始流动并且蒙蔽孔隙，电池的电极可以向彼此移动。随着它们彼此移近时，直接接触的风险增加。必须避免电极的接触。相应地，需要电池隔板，尤其需要具有提高Z方向稳定性的锂离子电池的电池隔板，并且需要能防止或减少突然热失控故障的电池隔板。在现有技术中，已知将填料混入锂电池的隔板中。在美国专利US4，650，730中，公开一种多层电池隔板。第一层，‘关闭'层，是未填充的微孔膜。第二层，尺寸稳定层，是填充微粒的微孔层。最终形式(即在析出增塑剂之后)的第二层，具有组成重量比聚合物/ 填料/增塑剂为7-35/50-93/0-15。没有提到Z方向尺寸稳定性，相反，尺寸稳定性是指隔板的长度和宽度的尺寸。用填料作为加工助剂，使高分子聚合物能被有效地压入膜中。在美国专利US6，432，586公开一种高能锂电池的多层电池隔板。隔板具有第一微孔膜和第二无孔陶瓷组合层。陶瓷组合层由基质材料和无机颗粒组成。基质材料可选自聚环氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氨酯、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二丙烯酸四乙二醇酯、其共聚物和其混合物。无机颗粒可选自二氧化硅 (SiO2)、氧化铝(Al2O3)、碳酸钙(CaCO3)、二氧化钛(TiO2)、SiS2、SiP04 等。微粒构成约 5-80 重量％的陶瓷组合层，但是最优选40-60 %。没有提到Z方向的稳定性，并且选择微粒用于其导电性能。专利技术概述本专利技术的目的是提供，其可以防止或减少由突然热失控引起的故障。为此，本专利技术提供了，该电池隔板具有高达95%原始膜厚度的最大Z方向压缩量，该Z方向为电池隔板的厚度方向，该方法包括下列步骤提供该隔板的微孔膜，该微孔膜包括热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自 聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、上述各材料的共聚物、和各材料的混合物；以及惰性的、不热变形的微粒填料，所述惰性的、不热变形的微粒填料完全分散在所述聚合物中；所述惰性的、不热变形的微粒填料选自碳基材料、金属氧化物和氢氧化物、金属碳酸盐、水泥、硅酸盐、玻璃颗粒、含硫盐、合成聚合物和这些微粒的混合物，其特征在于，所述惰性的、 不热变形的微粒填料占10-30重量％。公开一种用于电池中防止或者减少突然热失控的方法。在该方法中，其中分散有惰性的不热变形(thermally non-deforming)微粒的热塑性微孔膜放置在电池的电极之间。因此，例如，当对电池施加外力时，通过填充微粒的隔板防止电极直接接触。由于US7，141，333B2和US4，650，730都教导填料应该是占电池隔板的大部分，因此，本专利技术至少有关于“10-30重量％”的非显而易见的技术特征使之区别于 U本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种防止或减少锂离子电池突然热失控的方法，该电池隔板具有高达９５％原始膜厚度的最大Ｚ方向压缩量，该Ｚ方向为电池隔板的厚度方向，该方法包括下列步骤：提供该隔板的微孔膜，该微孔膜包括热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、上述各材料的共聚物、和各材料的混合物；以及惰性的、不热变形的微粒填料，所述惰性的、不热变形的微粒填料完全分散在所述聚合物中；所述惰性的、不热变形的微粒填料选自：碳基材料、金属氧化物和氢氧化物、金属碳酸盐、水泥、硅酸盐、玻璃颗粒、含硫盐、合成聚合物和这些微粒的混合物，其特征在于，所述惰性的、不热变形的微粒填料占１０－３０重量％。
【技术特征摘要】
1.一种防止或减少锂离子电池突然热失控的方法，该电池隔板具有高达95%原始膜厚度的最大Z方向压缩量，该Z方向为电池隔板的厚度方向，该方法包括下列步骤提供该隔板的微孔膜，该微孔膜包括热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、上述各材料的共聚物、和各材料的混合物；以及惰性的、不热变形的微粒填料，所述惰性的、不热变形的微粒填料完全分散在所述聚合物中；所述惰性的、不热变形的微粒填料选自碳基材料、金属氧化物和氢氧化物、金属碳酸盐、水泥、硅酸盐、玻璃颗粒、含硫盐、合成聚合物和这些微粒的混合物，其特征在于，所述惰性的、不热变形的微粒填料占10-30重量％。2.根据权利要求1的方法，其中，所述硅酸盐包括云母、蒙脱土、高岭石、绿坡缕石、石棉、滑石、硅藻土和蛭石。3.根据权利要求1的方法，其中，所述硅酸盐包括合成和天然沸石。4.根据权利要求1的方法，其中，所述聚乙烯包括超高分子量聚乙烯。5.一种防止或减少锂离子电池突然热失控的方法，其中，该电池隔板具有TMA压缩曲线，该TMA压缩曲线在环...
【专利技术属性】
技术研发人员：张正铭，科虎·V·恩谷晏，潘卡基·阿劳拉，罗纳德·W·考尔，唐纳德·K·司蒙斯，稻田，
申请(专利权)人：赛尔格有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US
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