[发明专利]具有多层膜的可再充电蓄电池

说明书

本发明描述了蓄电池，该蓄电池包括阴极、阳极、以及将该阴极与该阳极电绝缘的分隔件。该分隔件包括定位在第一阴离子交换膜和第二阴离子交换膜之间的阳离子交换膜，并且具有至少约10mS/cm的氢氧根离子电导率，以及至少约100:1的氢氧根离子与至少一种类型的金属离子的扩散比率。本发明还描述了制造蓄电池的方法，该方法包括在阴极电极和阳极电极之间形成分隔件。该分隔件包括定位在第一阴离子交换膜和第二阴离子交换膜之间的阳离子交换膜。该方法还包括使阴极电极与阴极集电器接触，并且使阳极电极与阳极集电器接触，其中该阴极集电器接触和该阳极集电器通过间隔件材料彼此电绝缘。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2019年11月13日提交的美国申请序列号16/683091的部分继续申请的优先权的权益，该美国申请序列号16/683091是2019年11月12日提交的美国申请序列号16/613094的部分继续申请，该美国申请序列号16/613094是2018年5月17日提交的国际申请PCT/US2018/033218的国家阶段申请，该国际申请PCT/US2018/033218要求2017年5月19日提交的美国申请序列号62/508487的权益。这些专利申请的整个公开内容据此以引用方式并入以用于所有目的。

技术领域

本发明技术涉及蓄电池和蓄电池部件。更具体地讲，本技术涉及在可再充电蓄电池单元设计中的聚合物掺入。

背景技术

在蓄电池供电的设备中，电极离子扩散可与容量损失和电极劣化相关联。为了保持足够的电解质移动，分隔件设计可包括可加剧这些问题的孔隙度水平。需要改善的设计。

发明内容

本技术涉及储能设备，该储能设备包括蓄电池单元和蓄电池，可包括具有各种形状的锌碱性蓄电池或锂离子蓄电池，该锌碱性蓄电池或锂离子蓄电池包括卷绕单元和堆叠单元，该堆叠单元可为或包括双极性蓄电池以及在任何取向(例如包括垂直和水平)堆叠的蓄电池。这些设备可以包括基于电流通过该单元部件的z方向传输而配置的集电器，尽管基于xy方向的电流传输配置的集电器也可以受益于本设计，以及卷绕型、圆柱形、棱柱形和其他蓄电池构型。该单元可包括许多特征部和材料构型，如将在整个公开内容中描述的。

本技术的储能设备、蓄电池单元和蓄电池可包括第一集电器和第二集电器。蓄电池可包括与第一集电器耦接的阳极材料。蓄电池可包括与第二集电器耦接的阴极材料。该蓄电池还可包括耦接在该阴极材料与该阳极材料之间的聚合物材料。该聚合物材料的特征可在于阳离子主链。该聚合物材料可被配置为选择性地提供跨聚合物材料的阴离子传输，同时限制跨聚合物材料的阳离子传输。

在一些实施方案中，该聚合物材料进一步被配置为提供氢氧根阴离子跨聚合物材料的传输，同时限制含金属的阴离子络合物跨聚合物材料的传输。该蓄电池还可包括定位在阳极材料和阴极材料之间的分隔件。该聚合物材料可与该分隔件耦接。该聚合物材料可定位在该分隔件和该阳极材料之间，或者可定位在该分隔件和该阴极材料之间。在示例性蓄电池中，阳极材料可包括含锌材料，并且阴极材料可包括含锰材料，但也可使用金属的其他组合。例如，阴极材料可包括氢氧化镍，α二氧化锰，δ二氧化锰，γ二氧化锰或氧化银，以及可在相似电位下工作的其他金属氧化物和氢氧化物材料。该蓄电池还可包括KOH溶液作为蓄电池的电解质。该聚合物材料可被配置为提供氢氧根离子在聚合物材料上的分布，并且可被配置为限制大于氢氧根的含金属离子或阴离子分子行进跨过或穿过聚合物材料。该聚合物材料可在聚合物材料的侧向区域处与第一集电器或第二集电器耦接。该聚合物材料的特征可在于小于0.1mm的厚度。该聚合物材料的特征可在于水相对于金属离子的扩散比率大于1000。在一些实施方案中，聚合物材料可被官能化以包括与阳离子主链缔合的氢氧根阴离子。