[发明专利]电极隔板

说明书

相关申请案的交叉参考

此PCT专利申请案主张对美国临时专利申请案第61/040,021号的优先权，其于2008年3月27日提出申请且以整体引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及碱性电池，且尤其涉及用于碱性电池的隔板和其制备方法。

背景技术

蓄电池包含一个电化学电池或多个相同类型的电化学电池，后者通常串联连接以提供比单个电池高的电压或并联连接以提供比单个电池高的充电容量。电化学电池包含夹置在阳极与阴极之间并与其接触的电解质。对于蓄电池来说，阳极包含易于氧化的活性材料，且阴极包含易于还原的活性材料。在电池放电期间，阳极活性材料被氧化且阴极活性材料被还原，因此电子从阳极穿过外部负载流向阴极，且离子流动穿过电极之间的电解质。

用于电存储应用的许多电化学电池还需要在阳极与阴极之间包括隔板，以防止在一个电极处存在的反应物和反应产物与另一电极处存在的反应物和反应产物发生反应和/或干扰另一电极处的反应。为了更有效，电池隔板必须电绝缘，并在电池的寿命期间一直保持如此，以避免电池经由电极之间的内部短路而自放电。此外，电池隔板必须是有效的电解质传输屏障和足够良好的离子导体，以避免实质上降低放电容量的过度隔板电阻。

蓄电池分为“一次”或“二次”电池。一次电池涉及至少一种不可逆电极反应且不能通过施加反向电压以有效的充电效率再充电。二次电池涉及相对可逆的电极反应且可在若干充电-放电循环内以可接受的充电容量损失再充电。由于隔板必须经历重复的充电-放电循环，因此用于二次电池的隔板要求倾向于更高需求。

对于包含高氧化性阴极、高还原性阳极和碱性电解质的二次电池来说，隔板要求尤其严格。隔板在强碱性溶液中必须化学稳定，在与高氧化性阴极接触时抗氧化，且在与高还原性阳极接触时抗还原。由于来自阴极的离子、尤其金属氧化物离子可在一定程度上溶于碱性溶液中且易于在隔板表面上将金属化学还原，因此隔板还必须抑制金属离子的传输和/或化学反应。除此之外，隔板孔内金属沉积物的累积可在短期内增加隔板电阻，且最终由于形成穿过隔板的连续金属路径而导致短路故障。此外，由于在充电期间阳极具有强烈的形成枝状结晶的倾向，因此隔板必须抑制枝状结晶生长和/或阻止枝状结晶渗透，以避免由于在电极之间形成枝状结晶短路而发生故障。与阳极相关的问题是形状变化，其中电极的中心部分在充电-放电循环期间易于变厚。形状变化的原因很复杂且还未充分了解，但似乎涉及在电流分布和沿电极表面的溶液质量传输方面的差异。隔板优选地通过展示均匀且稳定的离子导电性和离子传输性来减轻锌电极形状变化。

为了满足锌-氧化银电池的许多且通常相矛盾的隔板要求，需要由执行特定功能的多个隔板组成的隔板堆叠。一些需要的功能是抗阴极的电化学氧化和银离子传输，且抗阳极的电化学还原和枝状结晶渗透。

传统的隔板在碱性电解质中化学分解，此限制电池的有用寿命。传统的隔板还受到可溶性银离子的化学氧化和与银电极接触时的电化学氧化。此外，一些传统的隔板展示低机械强度和差的抗枝状结晶渗透。

为解决由传统隔板造成的这些问题中的一些，已开发新的隔板材料。

发明内容

本发明提供多功能电池隔板，其包含两个或两个以上的活性隔板层，所述活性隔板层由不同的聚合物溶液沉积以形成多层整体结构，所述多层整体结构包含独立膜、在多孔衬底一侧上的多重膜、或在多孔衬底相对侧上的隔离膜或多重膜。在一个实施例中，使用级联涂布法以同时湿式沉积活性隔板层，以避免与聚合物干燥过程相关的物理、电和形态改变或使其降至最低。本发明多功能电池隔板的活性隔板层也可通过惯用方法来沉积。本发明还提供制造多功能电池隔板的工艺。

本发明隔板的多层整体结构提供隔板活性材料的更好用途，认为其提高隔板离子导电性和作为离子传输屏障的有效性。多层整体结构还降低电池制造成本并消除隔板堆叠中可造成电池失效的个别层之间的间隙。多功能电池隔板尤其用于具有锌阳极(枝状结晶形成是一个难题)和具有高氧化性的氧化银阴极的电池。在此情况下，多功能隔板可包含朝向阳极的抗枝状结晶的隔板层和朝向阴极的抗氧化隔板层。

在一个方面中，本发明涉及电化学电池，其包含

电解质，

阳极，

阴极，和

多功能隔板，其中所述电解质是碱性电解质，所述阳极包含锌金属，且所述多功能隔板包含：

抗氧化隔板层，其由包含聚醚聚合物的PE溶液沉积，所述聚醚聚合物可为线性或具支链且可未经取代或经取代；和