可以通过相分离法形成用在锂离子电池中的多孔薄膜聚合物隔板，其中使用疏水处理的陶瓷颗粒以助于引发同延横跨隔板厚度的弯曲的互连孔隙网络的形成。作为相分离法的一部分，由包含溶解聚合物材料和分散疏水处理的陶瓷颗粒的聚合物溶剂的聚合物浆料形成湿薄膜层。随后使该湿薄膜层暴露在聚合物非溶剂中以形成溶剂交换的薄膜沉淀聚合物层，其随后加热以产生隔板。
【技术实现步骤摘要】
本公开的
大致涉及二次锂离子电池(secondary lithium ion battery)的隔板，更具体涉及通过相分离法形成的隔板。在相分离法中使用小的疏水处理的陶瓷颗粒有助于形成横跨所得隔板的厚度的弯曲的互连孔隙网络。在锂离子电池的电化学电池组电池(electrochemical battery cell)中，隔板位于正极和负极的相对内面表面(innerface surfaces)之间并浸透可传送锂离子的液体电解质溶液。背景二次(即可充电)锂离子电池已作为电源用于多种固定和便携用途。它们的结构和电化学反应机制为它们提供若干合意特性，包括相对较高的能量密度、相对较低的内电阻、与其它类型的可充电电池，例如镍-镉电池相比时通常不出现任何记忆效应，和低自放 汽车エ业还设计和制造了与许多互连系统相互作用的更大規模形式，以努力改进车辆燃料效率和降低大气污染。混合动カ电动车(HEV)和增程式电动车(EREV)的动カ系例如依赖于锂离子电池和以烃为燃料的内燃机的合作努力以产生用于车辆推进的转矩。锂离子电池通常含有ー个或多个包括负极、正极和夹在电极的相对内面表面之间的多孔聚合隔板的电化学电池组电池。负极通常包括在相对较低的电化学电势(相对于锂金属參比电极)下储存嵌入锂的锂基质材料(lithium host material)。正极通常包括在比锂基质材料高的电化学电势(相对于相同的锂金属參比电扱)下储存嵌入锂的锂基活性材料。相邻多孔隔板包括密切接触电极的相对内面表面的相反主表面。隔板的主要功能是在负极和正极之间提供多孔和电绝缘的机械支承屏障以防止电池中的短路。负极、正极和隔板各自被可传送锂离子的液体电解质溶液润湿。该液体电解质溶液通常是溶解在非水液体溶剂中的锂盐。可中断的外电路电连接负极和正极以在隔板周围提供电流路径以电化学平衡锂离子的迁移。与各电极密切相关的金属集流体根据电化学电池组电池的工作状态向和从外电路供应和分配电子。外电路可通过常规电子连接器和相关电路耦合至电カ负荷(在放电过程中)或来自外部电源的外加电压(在充电过程中)。在电池放电过程中在各电化学电池组电池中通常实现大约2. 5V至4. 3V的电压。如果必要，通过将合适数量的类似电化学电池组电池连接在一起——电池的负极和正极串联或并联至相应的共接头，可以实现更大的总电池电力水平。g在用于车辆动カ系的现有锂离子电池通常包括10至150个独立的电化学电池组电池。这些锂离子电池中的几个可进一歩串联或并联并包装在一起以形成实现所需总电压和电流容量的锂离子电池组。传统上,多孔聚合_板包含(composed of)聚烯烃,如聚こ烯和/或聚丙烯。已开发用于制造具有其预期孔隙率的聚烯烃隔板的许多制造方法。可通过干法形成隔板，其中将聚烯烃聚合物熔融，挤出成薄膜，退火，然后单轴拉伸。退火和拉伸阶段产生和细化遍布所得隔板的本体内部的紧密有序孔隙。也可以通过湿法形成隔板，其中将聚烯烃聚合物与烃或其它低分子量液体物质混合。然后将该混合物加热、熔融并形成薄膜。此后，萃取烃或其它低分子量液体物质。烃或其它低分子量液体物质的萃取引发所得隔板内的孔隙形成。如果需要，可通过隔板的拉伸或牵拉实现孔隙的进ー步细化。但寿命和性能下降是包括聚烯烃隔板的电化学电池组电池的问题。电化学电池暴露在100°C和更高温度下会造成聚烯烃隔板收縮，软化并在温度接近130°C时甚至熔化。这种高温可归因于充电阶段的生热、周围大气温度或一些其它来源。温度引发的聚烯烃隔板的物理变形可能最终造成负极和正极之间的直接电接触并造成电化学电池短路。如果电极在显著程度上相互直接电接触，也可能发生电池热散逸(battery thermal runaway) 0已研究表现出比聚丙烯和聚こ烯更好的热稳定性的各种工程聚合物作为锂离子电池隔板的候选物。但常用于聚烯烃隔板的隔板制造方法通常不 能为这些类型的聚合物提供横跨它们厚度的充足孔隙率。隔板的孔隙率不是可忽视的物理性质，因为其影响电化学电池组电池的性能和寿命。孔隙率不足的隔板阻碍锂离子在电极之间的迁移，而孔隙率太大的隔板易发生来自负极的锂枝晶跨接。因此需要由各种工程聚合物可靠制造具有遍布隔板同延(coextensively)限定的均勻、弯曲的孔隙互连网络的热稳定聚合物隔板的制造方法。公开概述通过相分离法可制备表现出比传统聚烯烃隔板更好的热稳定性的多孔薄膜聚合物隔板。由包含溶解聚合物材料和分散疏水处理的陶瓷颗粒的聚合物溶剂的聚合物浆料制造薄膜聚合物隔板。将该聚合物浆料形成湿薄膜层，其随后暴露在聚合物非溶剂中以实现溶剂交换并产生溶剂交换的薄膜沉淀聚合物层。小的疏水处理的陶瓷颗粒包括在聚合物浆料中以细化在湿薄膜层暴露在聚合物非溶剂中之前和/或之中聚合物材料在它们周围沉淀时形成的孔隙和裂縫。暴露在聚合物非溶剂中后，加热该溶剂交换的薄膜沉淀聚合物层以蒸发任何残留聚合物溶剂和聚合物非溶剤。均匀分布的疏水处理的陶瓷颗粒和溶剂交换机制(用聚合物非溶剂交换聚合物溶剤)协同实现横跨所得隔板的厚度的弯曲的互连孔隙网络。可以通过任何合适的技术，例如刮刀涂布、喷涂或狭缝模头涂布将聚合物浆料形成湿薄膜层。湿膜层的厚度通常比制成的薄膜聚合物隔板的预期厚度大最多大约30%以将收缩计入考虑。可以将任何聚合物材料和疏水处理的陶瓷颗粒引入聚合物溶剂中以形成聚合物浆料。选择聚合物浆料中包括的聚合物材料和疏水处理的陶瓷颗粒的量以如预期制造薄膜聚合物隔板。该聚合物浆料优选包含大约5重量％至大约35重量％聚合物材料和占聚合物材料重量的大约5重量％至大约900重量％的疏水处理的陶瓷颗粒。该聚合物材料可以包含(be comprised of)在锂离子电池的工作环境中热稳定的任何聚合物组合物。合适的聚合物材料包括聚醚酰亚胺(PEI)、聚偏ニ氟こ烯(PVdF)、聚醚砜(PES)、聚砜(PSf)、聚苯砜(PPSf)、聚丙烯腈(PAN)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、脂族聚酰胺(PA),如聚已ニ酰已ニ胺(polyhexamethylene adiptimide)和聚已内酰胺及其混合物。这些聚合物材料被视为工程聚合物。它们各自高于150°C热稳定，因此如果锂离子电池中的温度意外升高则可以比传统聚烯烃更长时间保持其功能性。溶解在聚合物溶剂中的聚合物材料通过相分离机制最終从聚合物浆料中沉淀出来并在溶剂交换的薄膜沉淀聚合物层的加热后形成聚合物材料基质。分散遍布在聚合物浆料中的疏水处理的陶瓷颗粒优选具有大约0. 005微米至大约15微米，最优选大约0. 05微米至大约3微米的粒径。施加于陶瓷颗粒的疏水处理是使它们的表面比它们的天然制成态更疏水的任何方法。施加于陶瓷颗粒的疏水处理为它们提供弱的非湿表面界面，这促进在聚合物材料沉淀过程中在它们的紧邻附近形成孔隙和间隙。疏水处理的陶瓷颗粒和沉淀的聚合物材料之间的这些弱表面相互作用有助于使遍布和横跨制成的隔板的聚合物材料基质同延限定的弯曲和互连的孔隙网络蔓延。具体的和最优选的疏水处理的陶瓷颗粒是已用有机硅化合物通过硅烷醇缩合反应表面改性的煅制(热解)ニ氧化硅。溶解聚合物材料和分散疏水处理的陶瓷颗粒的聚合物溶剂可以是对聚合物材料的潜聚合物溶剂(latent polymer solv本文档来自技高网...
【技术保护点】
制造在锂离子电池中夹在负极和正极之间以提供机械分离这两个电极的电绝缘物理阻隔的隔板的方法，所述方法包括：将聚合物浆料形成为所需厚度的湿薄膜层，所述聚合物浆料包含溶解聚合物材料和分散疏水处理的陶瓷颗粒的聚合物溶剂，所述疏水处理的陶瓷颗粒具有大约0.005微米至大约15微米的直径；使所述湿薄膜层暴露在聚合物非溶剂中以形成溶剂交换的薄膜沉淀聚合物层，其中所述湿薄膜层中所含的至少70重量％的聚合物溶剂被该聚合物非溶剂替代；和加热所述溶剂交换的薄膜沉淀聚合物层以蒸发任选地该聚合物溶剂和该聚合物非溶剂以形成多孔薄膜聚合物隔板，其包含大约10重量％至大约95重量％的具有相反主面表面的聚合物材料基质和大约5重量％至大约90重量％的遍布该聚合物材料基质分布的疏水处理的陶瓷颗粒，所述聚合物材料基质划定出在该主面表面之间同延延伸的互连孔隙开口网络，所述互连孔隙开口网络使得该聚合物材料基质具有大约20％至大约80％的空隙体积。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：X·黄，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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