[发明专利]具有离子捕获分子的碱性电池分隔体

说明书

技术领域

本发明涉及具有离子捕获分子的碱性电池分隔体。

背景技术

多种高能量密度和/或倍率性能的阴极化学物质（例如，铋氧化物、铜氧化物、高价态铁的氧化物、高价态锰的氧化物）在被配置到具有碱性电解质的电池中时由于自放电而表现出有限的储存寿命。此类电解质的实例包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、或它们的组合。自放电有时能够在几天内使得包含化学物质的电池的电压变得不可取地低，或者使得电池容量变为可忽略的。

已试图利用常规的分隔体并利用经过离子选择性改进的分隔体来解决该问题，所述离子选择性即传导氢氧根离子而阻塞金属离子或金属离子络合物。改进的电池分隔体能够包括一个或多个离子捕获层。离子捕获层能够将可溶解的金属（例如，铋离子物质）转化为在电解质中具有降低的溶解性或流动性的铋金属或铋络合物质。该转化通过化学反应或离子键合发生。另一个实例涉及邻近两层分隔体的氧化银阴极，所述两层分隔体包括玻璃纸和非织造层。具有其表面官能度的玻璃纸层牺牲性地将Ag⁺或Ag⁺²还原为银金属，从而阻止传输至阳极。作为另外一种选择，离子捕获层可包含有机化合物，例如金属多价螯合剂、螯合剂和络合剂。此类化合物包括例如在碱性电解质溶液中稳定的环糊精化合物和直链多元醇，包括例如木糖醇。此类有机金属离子络合性化合物在一些情况下被接枝或换句话讲被键合到聚合物基质，所述聚合物基质在电解质中是稳定的且不溶解的。此类接枝聚合物已作为涂层而被涂覆到非织造层或可渗透或半渗透膜。

发明内容

本公开特征在于分隔体包含螯合剂以捕集阴极金属离子，从而改善包括分隔体的碱性电池的储存寿命。例如，本文所公开的分隔体对于遭受储存寿命限制的化学物质为有益的，所述限制归因于可电解质溶解的阴极，例如CuO、Bi₂O₃，以及包含五价铋的金属氧化物。

在一个方面，本公开特征在于包括聚合物膜和固定在聚合物膜内的螯合剂的电池分隔体。电池分隔体具有大于100，例如大于1,000的葛尔莱数。

在另一方面，本公开提供了包括两个纳米多孔层和介于两个纳米多孔层之间的螯合层的电池分隔体。螯合层可包含能够与阴极金属离子形成络合物的螯合剂。

在另一方面，本公开特征在于包括聚合物膜和固定在聚合物膜内的包含羟乙基乙二胺三乙酸的螯合剂的电池分隔体。

在另一方面，本公开提供一种制备电池分隔体的方法。所述方法包括将螯合剂固定在聚合物基质内，以及由所述包含螯合剂的聚合物基质形成膜。

在另一方面，本公开特征在于一种制备电池分隔体的方法。所述方法包括将包含螯合剂的层设置在两个纳米多孔层之间。

实施方案可包括下列一个或多个特征。

电池分隔体可对流体流是基本上不渗透的。

螯合剂可包括环糊精。

螯合剂可包括乙二胺四乙酸衍生物。例如，乙二胺四乙酸衍生物可选自环己烷二胺四乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸、三亚乙基四胺六乙酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、次氮基三乙酸、以及它们的混合物。在一些实施方案中，乙二胺四乙酸衍生物为羟乙基乙二胺三乙酸。

聚合物膜中螯合剂的浓度可为每平方厘米的电池分隔体几何表面积至少0.1μg。

电池分隔体的聚合物可选自聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚纤维素、聚苯乙烯磺酸盐、以及它们的混合物。

两个纳米多孔层可具有大于水合氢氧根离子的尺寸且小于螯合剂和络合物的尺寸的孔。

电池分隔体可包含浆液、溶液或悬浮液，并且浆液、溶液或悬浮液可包含载体中的螯合剂。

固定可包括将螯合剂与聚合物混合。

固定可包括使螯合剂与聚合物反应。

反应可包括将螯合剂共价键合到聚合物。

固定可包括首先使螯合剂与材料反应以形成反应产物，并且随后将所述反应产物与聚合物共混。

反应可包括将螯合剂键合到较大的基质分子。

可选择材料来增加螯合剂的水溶性。

所述方法还可包括通过在载体内形成螯合剂的溶液、分散体或浆液而形成螯合层。

本文所公开的分隔体可表现出下列一个或更多个优点。所述分隔体可表现出高碱度下的良好选择性，可还原金属离子的氧化状态，能够由溶液有效地捕集并保留金属离子，并且可在高度碱性电解质中保持其离子捕获能力。

本发明的一个或多个实施方案的细节示出于以下附图和说明中。通过该说明和附图并通过所述权利要求书，本发明的其它特征和优点将显而易见。

附图说明