[发明专利]具有介电涂层的电池隔板

说明书

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括上述隔板的诸如电池和电容器之类的高性能电化学装置，及制造所述隔板和电化学装置的方法。在一实施方式中，提供用于电池的隔板。隔板包括能传导离子的基板和能传导离子的至少一介电层。至少一介电层至少部分覆盖基板，且具有1纳米至2000纳米的厚度。

技术领域

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括上述隔板的诸如电池和电容器之类的高性能电化学装置，及制造所述隔板和电化学装置的方法。

背景技术

诸如电容器和锂离子(Li-ion)电池之类的快速充电的高容量能量储存装置已用于越来越多应用，包括可携式电子器件、医疗、运输、电网连接大型能量储存、可再生能源储存和不间断电源(uninterruptible power supply，UPS)。

锂离子电池通常包括阳极电极、阴极电极和安置于阳极电极与阴极电极之间的隔板。隔板为电子绝缘体，用以提供阴极与阳极电极间的物理与电气隔离。隔板通常由微孔聚乙烯和聚烯烃制成。电化学反应期间，即充电及放电，锂离子经由电解质传输通过二电极间的隔板中的孔。故高孔隙度预期可提高离子传导性。然而，当循环期间所形成的锂枝晶造成电极短路时，一些高孔隙度隔板易受电气短路影响。

目前，电池蓄电池(cell)制造商购买隔板，再于不同处理步骤中将隔板与阳极和阴极电极层压(laminated)在一起。其他隔板通常利用湿式或干式挤出聚合物被制造，接着拉伸以在聚合物中制造孔洞(扯裂(tearing))。隔板亦为锂离子电池中最昂贵的部件之一，此占电池蓄电池材料成本的20％以上。

就大多数能量储存应用而言，能量储存装置的充电时间和容量是重要参数。此外，能量储存装置的尺寸、重量和/或费用亦为重要限制。使用目前可用隔板有一些缺点。即，此类可用材料会限制由此材料构成的最小电极尺寸、遭受电气短路、需要复杂的制造方法和昂贵的材料。另外，目前隔板设计往往经历锂枝晶生长，可能导致短路。

因此，本领域需要快速充电、高容量能量储存装置，并具有更小、更轻且更符合成本效益制造的隔板。

发明内容

本公开内容的实施方式一般地涉及隔板、包括上述隔板的诸如电池和电容器之类的高性能电化学装置，及制造所述隔板和电化学装置的方法。在一实施方式中，提供用于电池的隔板。隔板包含能传导离子的基板和能传导离子的至少一介电层。至少一介电层至少部分覆盖基板，且具有1纳米至2000纳米的厚度。

在另一实施方式中，提供一种电池。电池包括含有锂金属、锂合金或锂金属和/或锂合金混合物的至少一种和另一材料、锡或硅的阳极、阴极，及设在阳极与阴极之间的隔板。隔板包含能传导离子的多孔基板和能传导离子的至少一介电层。至少一介电层至少部分覆盖基板，且具有1纳米至2000纳米的厚度。

在又一实施方式中，提供用于电池的隔板。隔板包含厚度为1纳米至2000纳米的至少一多孔介电层和粘附于至少一多孔介电层的微孔离子传导聚合物基板。在一实施方式中，多孔介电层是多孔氧化铝层。在一实施方式中，多孔介电层是无粘结剂介电层。在一实施方式中，多孔介电层的厚度范围为10纳米至600纳米。在一实施方式中，多孔介电层的厚度范围为50纳米至200纳米。在一实施方式中，微孔离子传导聚合物基板的厚度范围为5微米至50微米。在一实施方式中，微孔离子传导聚合物基板的厚度范围为6微米至25微米。在一实施方式中，微孔离子传导聚合物基板是聚烯烃基膜材。在一实施方式中，聚烯烃基膜材是聚乙烯基膜材。在一实施方式中，氧化铝层进一步由氧化锆、氧化硅或上述各者的组合物组成。