[发明专利]聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层

说明书

本申请涉及一种聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层，所述涂层加强并保护隔板并且提高使用此类隔板的电化学装置的操作安全性；使用紫外线(UV)或电子束(EB)可固化粘结剂将电绝缘的多孔陶瓷颗粒涂层固定在隔板上；以及通过反应性液体树脂和陶瓷颗粒的UV或EB固化浆料制备聚合物粘结的陶瓷颗粒隔板涂层、隔板和电化学装置的方法。

本申请是申请日为2014年10月15日，申请号为201480067998.5，发明名称为“聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层”的申请的分案申请。

相关专利申请数据

本专利申请要求在2014年7月18日提交的并且名称为“Polymer-Bound CeramicParticle Battery Separator Coating”(聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层)的美国专利申请No.14/335,367的优先权，所述专利申请要求在2013年10月18日提交的美国临时专利申请No.61/892,885的优先权和权益。这些优先权专利申请中的每一者均全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本申请涉及但不限于聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层。

背景技术

电化学装置，诸如电池，广泛用于便携式电源和辅助性电源中。电池的基本工作单元是一种电化学电池。电化学电池包括两个电极(阳极和阴极)和一种电解质。电池电解质可为液体、固体或凝胶。电解质提供离子从阴极流至阳极(充电)以及离子从阳极流至阴极(放电)的路径。如果阴极和阳极形成电接触，则电池将不工作。

隔板用于将阴极与阳极“分开”，其充当阴极和阳极之间的电屏障。尽管隔板为电屏障，但隔板可以不是离子屏障。在一些情况下，为了使离子流最大化，隔板尽可能薄并且尽可能多孔。隔板可为多孔聚合物薄膜。

隔板聚合物中的空隙空间用电解质填充，电解质还填充阳极涂层和阴极涂层中的孔。含有所选锂盐的有机烷基碳酸盐是液体电解质的一个例子。电解质提供高离子(如，锂离子)迁移率，并且被设计为当暴露于阴极表面和阳极表面处的电压电位时是化学惰性的。

由于其电存储容量，锂二次(可充电)电池已成为混合动力车辆和电动车辆、电网存储以及大量便携式消费电子设备诸如膝上型计算机、蜂窝电话和手持工具的优选电存储设备。更高存储容量来自电极表面内的更高电压电位和更大能量密度(离子密度)的组合。

随着更高电压和能量密度而来的是发生火灾的风险更大。隔板为防止火灾的关键部件。下列情况下可发生火灾：1)电池迅速放电，以使得对应的热使隔板热熔融或收缩，2)对电池的物理损坏使得阳极和阴极接触，或者3)电解质电镀(不可逆的副反应)使得锂离子以某种方式将锂金属电镀到阳极上，使得随时间推移在阳极上产生锂增长(如，枝晶、尖峰等)，锂增长持续增长，直至形成至阴极的金属桥。

示例性隔板膜包含热塑性聚丙烯(PP)、聚乙烯或者PE和PP的共挤出共混物。PE或PP隔板的优点中的一个是这些热塑性聚合物在暴露于热时流动。这种热引起的流动使得隔板中的孔闭合。当孔闭合时，隔板为离子流的屏障。因此在轻微或逐渐过热状态的情况下，热塑性隔板将电池关闭。

然而，热塑性PE-PP具有若干缺点。热塑性PE-PP隔板在强度和耐热性方面与常见厨房夹层袋非常类似。在电池破裂的情况下，PE-PP隔板提供微不足道的机械强度；并且在快速放电的情况下，PE-PP隔板不具有耐热性以保留在适当位置。在高热条件下，聚合物隔板可从熔融转至卷曲、解聚和分解。当聚合物隔板膜卷曲或分解时，阴极和阳极之间的屏障消失。在这种状态下，如果电池无法立即关闭，则将爆发火灾。

根据防火安全考虑，需要一种卓越、多孔、机械强度高、耐热并且稳定的隔板，其中当电化学电池受热或被压缩时不由于收缩形成断裂或导致短路。

发明内容