[发明专利]展现低收缩率的单层锂离子电池隔膜

说明书

本发明提供一种绝缘(非导电性)多微孔聚合物电池隔膜，其包含微米纤维和纳米纤维交缠而成的单层。该隔膜给予通过一张非织造布将孔隙率和孔径调节至任何所期望水平的能力。通过合适地选择材料和生产工艺，所得电池隔膜展现出各向同性的强度、低收缩率、高润湿性水平以及与层厚度直接相关的孔径。整体生产方法高效且成本效率也高，其通过高剪切加工将聚合物纳米纤维组合到聚合物微米纤维基体内和/或衬底上衬底。本发明中包含下述全部内容：该隔膜、包含该隔膜的电池、制造该隔膜的方法以及在电池装置中的该隔膜的应用方法。

技术领域

本发明涉及绝缘(非导电性)多微孔聚合物电池隔膜，其包含微米纤维和纳米纤维交缠而成的单层。这样的隔膜能够通过一张非织造布而将孔隙率和孔径调节至任何所期望水平。通过适当地选择材料和生产工艺，所得电池隔膜展现出各向同性的强度、低收缩率、高润湿性以及与层厚度直接相关的孔径。整体生产方法高效且成本效率也高，其通过高剪切加工将聚合物纳米纤维组合到聚合物微米纤维基体内和/或这样的衬底上。本发明中包含下述全部内容：隔膜、包含该隔膜的电池隔膜、制造该隔膜的方法以及在电池装置中的该隔膜的应用方法。

背景技术

电池作为远程发电器已使用了许多年。通过控制电极(阳极和阴极)之间的离子移动产生电力电路，从而提供电源，可以将该电源使用至一个电极的剩余离子耗尽而不再可能产生电。

近年来，已创造出可充电电池，虽然需要将这种电池与其他电源连接一段时间，但可以使这样的远程能源具备更长的寿命。总之，这种电池的再使用能力已产生更多的应用可能性，尤其在移动电话和笔记本电脑用途方面，甚至能够使汽车仅靠电运行。

这种电池典型地包含至少5种不同组件。外壳(或容器)通过以安全且可靠的方式容纳各组件以防止泄露至外部以及内部暴露于环境。该外壳的内部是有效地被隔膜隔离的阳极和阴极，以及电解质溶液(低粘性液体)，其在阳极和阴极之间穿过隔膜而传输离子。目前的以及今后的可充电电池将出现在从较小且可携带的装置至存在于汽车中的非常大型的电池的全部领域中，所述较小且可携带的装置具有大量的发电潜力以便在较长的充电间隔中保持有效，大型的电池例如含有大电极(至少在表面区域)，所述大电极不可相互接触，并且大量的离子为了完成所需要的电路而需要持续不断地穿过膜，直至有助于提供足够的电力来运行汽车马达的发电水平。由此，未来的电池隔膜的能力和多功能性必须达到当今行业未曾实现的特定需求。

一般而言，自封闭电池的出现以来，一直利用电池隔膜来提供必要的保护抵御不希望的电极之间的接触，并允许在发电池内有效地传输电解质。典型地，这种材料被形成为膜的结构，足够薄至减少电池装置的重量和体积，同时也表现出上述的必要性质。这样的隔膜在发挥适宜的电池功能外还需要展现其他特性。这些特性包括化学稳定性、对于离子种类的合适的孔隙率、电解质传输的有效孔径、适宜的渗透性、有效的机械强度以及暴露于高温时保持尺寸和功能稳定性的能力(以及当温度升高至异常高的水平时能够关闭的潜力)。

更详细地说，因此，隔膜材料必须具有足够的强度和结构以应对许多不同情况。首先，在将电池组装而受力时隔膜不能被撕破或戳破。在这种方式下，隔膜的整体机械强度极其重要，尤其作为高拉伸强度材料，在加工和截面(即，横断)的方向均允许制造商更容易地且无需严格的指导来操作这种隔膜，以免在关键步骤中使隔膜受到结构破坏或损失。此外，从化学的观点看来，尤其是在充满电时，隔膜必须耐受电池自身内部的氧化还原环境。使用过程中的任何失误，特别是允许异常的大量电流通过或使电极接触的结构完整性方面的失误，将会毁坏发电能力，导致电池完全失效。因此，即使在高于其耐化学暴露的能力的情况下，出于与上述相同的理由，这种隔膜在储存、制造还有使用过程中也不能失去尺寸稳定性(即，翘曲或熔化)或机械强度。

然而同时，隔膜必须本质上具备合适的厚度以利于电池自身的高能量和功率密度。为了实现长期循环寿命，均匀的厚度也十分重要，这是因为对隔膜的任何不均匀的磨损将会成为合适的电解质通道以及电极接触保护的弱点。