[发明专利]用于电化学电池的分隔物及制备所述分隔物的方法

说明书

用于电化学电池的分隔物具有多孔层，所述多孔层具有第一类型的勃姆石颗粒和第二类型的勃姆石颗粒的共混物以及有机聚合物粘合剂，其中所述第一类型的勃姆石颗粒在微晶粒度和/或组成方面不同于所述第二类型的勃姆石颗粒，并且所述共混物具有约50重量％‑50重量％的第一类型的勃姆石颗粒和第二类型的勃姆石颗粒至约60重量％‑40重量％的第一类型的勃姆石颗粒和第二类型的勃姆石颗粒。所述分隔物不包括聚合物分隔物层；当在220℃下加热1小时时，具有小于1％的收缩；并且当在碳酸丙烯酯中浸泡1小时时溶胀小于5％。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月9日提交的第62/569,964号美国临时专利申请的权益和优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过援引并入本文。

关于联邦资助研发的声明

本发明是在国防部授予的W56HZV-13-C-0063的政府支持下完成的。政府享有本发明的某些权利。

发明领域

本发明涉及用于诸如可再充电的锂离子蓄电池的电化学电池的分隔物，以及用于制造所述分隔物和包括所述分隔物的电化学电池的方法。

发明背景

通过使用可再充电的锂离子蓄电池而在电能存储方面的持续改善在广泛的应用中是特别令人感兴趣的，所述应用例如个人电子装置、电动车辆、家庭能量存储器、可再生发电存储器等。对于便携式装置，改善的高温操作稳定性、小型化、易于制造等方面特别令人感兴趣。特别地，阳极与阴极之间的分隔物是用于电子装置的锂离子蓄电池中的关键元件。此类分隔物传统上由陶瓷材料制备，所述陶瓷材料设置在多孔聚合物衬底材料片的任一侧或两侧上(称为陶瓷涂覆的塑料分隔物(CCS))，并且放置在电极之间。对于用于分隔物的材料的许多考虑之一是在蓄电池使用时耐高温，而塑料材料往往不适于非常高的温度。由于锂离子蓄电池已经将较不安全的、较高能量密度的电极材料结合到尺寸增加的能量密度更大的蓄电池中，例如具有许多电池的蓄电池组中的40Ah至100Ah的锂离子电池，陶瓷涂覆的塑料分隔物(CCS)不能提供所需的增强的安全性，例如在对蓄电池的强制短路的针刺测试中。CCS的塑料聚合物支撑材料在约110℃开始的温度下的热收缩还限制了在用电解质填充干锂离子电池之前真空干燥CCS以及CCS和电极的堆叠以去除任何残余的水和其它挥发物的能力。此外，塑料聚合物支撑材料是热绝缘体并且不具有热导率，当在电池中发生突发性加热事件时不能有效地扩散热量以提供更高的安全性。

鉴于上述与聚合物衬底有关的问题，例如，如Xu等人的第2013/0171500号的美国专利申请公开和Goetzen等人的第2015/0030933号的美国专利申请公开中描述，已经开发了形成用于电化学电池的自立式全陶瓷分隔物(CSP)的技术。先前的CSP的一个挑战是获得足够的机械强度用于电池组装而分隔物没有任何破裂，并且用于承受电池循环的机械应力，同时提供可接受的离子电导率所需的分隔物的高孔隙率％，以及不会显示出与蓄电池化学的任何不相容性和蓄电池单元化学的劣化。近年来，由于为了降低蓄电池的成本而对电池组装速度大幅增加，对分隔物的机械强度的要求显著增加。除了分隔物的机械强度以外，也重要的是分隔物具有高达2％的伸长率的高模量以避免在电池组装期间的拉伸以及高水平的柔性以经受在电池组装期间的弯曲和任何折叠。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是提供改善的自立式且基本上全陶瓷的复合分隔物(CSP)，其不含多孔聚合物衬底，适用于电化学电池，例如锂离子电池。

在本发明的示例性实施方案中，结合一个或多个多孔无机/有机复合分隔物层的电化学电池在用3mm直径的针以约80mm/s刺穿进行的针刺测试中达到100℃或低于100℃的峰值温度。