[发明专利]具有增加的热导率的纳米多孔复合分隔物

说明书

公开了用于电池和电容器的纳米多孔复合分隔物，所述纳米多孔复合分隔物包括纳米多孔无机材料和有机聚合物材料。无机材料可以包括Al₂O₃、AlO(OH)或勃姆石、AlN、BN、SiN、ZnO、ZrO₂、SiO₂或其组合。纳米多孔复合分隔物可以具有35％至50％或40％至45％的孔隙率。纳米多孔复合分隔物的平均孔隙尺寸可以是10nm至50nm。分隔物可以通过用包含无机材料、有机材料和溶剂的分散体涂覆基材来形成。干燥后，可以将涂层从基材移出，从而形成纳米多孔复合分隔物。纳米多孔复合分隔物可以在高于200℃的温度下提供导热性和尺寸稳定性。

相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2013年4月29日提交的美国临时申请第61/817,119号的权益，其内容通过引用完整地并入本文。

技术领域

本公开一般涉及多孔膜的领域并涉及产生电流的电池以及用于在产生电流的电池中使用的分隔物。更具体地，本公开涉及包含无机氧化物或其他无机材料的多孔分隔物膜，其中所述膜与由聚烯烃材料构成的多孔分隔物膜相比具有增加的热导率。另外，本公开涉及产生电流的电池如锂离子电池以及电容器，其包括这种具有增加的热导率的多孔分隔物。

背景技术

锂电池，包括可再充电锂离子电池或二次锂离子电池、非可再充电锂电池或一次锂电池、以及其他类型例如锂-硫电池，通常通过交错设置塑料分隔物、两侧均涂覆有阴极层的金属基材、另一塑料分隔物以及两侧均涂覆有阳极层的另一金属基材制成。为了保持这些材料的条带的对齐和为了其他质量原因，此交错设置通常在复杂且昂贵的自动装置上进行。另外，为了得到足够的机械强度和完整性，分隔物和金属基材是较厚的，例如厚度为10μm或更大。例如，用于阳极涂层的铜金属基材的典型厚度为10μm，用于阴极涂层的铝金属基材的典型厚度为12μm，塑料分隔物一般具有12μm至20μm的厚度。这些厚的分隔物和金属基材不具有电化学活性，并因此降低锂电池电极中电活性材料的体积。这限制了锂电池的能量密度和功率密度。

发明内容

本公开的一个方面涉及包含陶瓷颗粒和聚合物黏合剂的电池组用多孔分隔物，其中，所述多孔分隔物具有35％至50％的孔隙率和10nm至50nm的平均孔隙尺寸。在一些情况下，陶瓷颗粒选自无机氧化物颗粒和无机氮化物颗粒。在一些情况下，多孔分隔物在暴露于200℃的温度至少一小时的情况下表现出小于1％的收缩率。在一些情况下，陶瓷颗粒包括Al₂O₂、AlO(OH)或勃姆石、AlN、BN、SiN、ZnO、ZrO₂、SiO₂及其组合中的至少一种。在一些情况下，陶瓷颗粒包含65％至95％的勃姆石和余量的BN。在一些情况下，陶瓷颗粒包含65％至95％的勃姆石和余量的AlN。在一些情况下，平均孔隙尺寸是10nm至90nm。在一些情况下，少于1％的孔具有在10nm至90nm之外的尺寸。在一些情况下，孔隙率是35％至50％。在一些情况下，聚合物黏合剂包括选自以下的聚合物：聚偏二氟乙烯(PVdF)及其共聚物、聚乙烯醚、聚氨酯、丙烯酸树脂、纤维素材料、苯乙烯-丁二烯共聚物、天然橡胶、壳聚糖、丁腈橡胶、硅弹性体、PEO或PEO共聚物、聚磷腈及其组合。在一些情况下，多孔分隔物具有当温度从25℃升高到50℃时增加的热导率，所述热导率用ASTM E1461和ASTM1530之一测量。在一些情况下，分隔物具有孔体积，并且超过90％的孔体积包括孔径小于100nm的孔。

本公开的另一方面涉及电化学电池，其包括阳极、阴极、包括锂盐的无机电解质、和包括有机聚合物和陶瓷材料的多孔分隔物层，其中，所述多孔分隔物层具有35％至50％的孔隙率和10nm至90nm的平均孔隙尺寸，并且在暴露于200℃的温度至少一小时的情况下表现出小于1％的收缩率。