用于鋰離子電池的改進(jìn)的隔膜和相關(guān)方法
【專利說(shuō)明】用于鋰離子電池的改進(jìn)的隔膜和相關(guān)方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2012年8月7日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/680, 550的優(yōu)先 權(quán)和權(quán)益，所述申請(qǐng)以引用的方式全部并入本文。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及改進(jìn)的、新的或修改的膜、隔板和/或相關(guān)方法。根據(jù)至少某些實(shí)施方 案，本發(fā)明涉及改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或 使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明涉及用于鋰離子電池的 改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔 板的相關(guān)方法。根據(jù)至少選定的具體實(shí)施方案，本發(fā)明涉及用于二次或可再充電鋰離子電 池的改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜 或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少某些選定的具體實(shí)施方案，本發(fā)明涉及用于二次鋰離子電池 的無(wú)孔、多孔或微孔涂覆的多孔或微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔 板的相關(guān)方法。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方案，用于鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多 孔或微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有陶瓷涂層或?qū)樱ㄈ缫环N或多種顆粒和/或粘合劑的一 個(gè)層）的多孔或微孔膜。根據(jù)至少一個(gè)具體實(shí)施方案，用于二次鋰離子電池的改進(jìn)的、新的 或修改的無(wú)孔、多孔或微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有至少一個(gè)多孔陶瓷涂層或?qū)樱ㄈ缫?種或多種陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的一個(gè)層）的微孔膜。根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā) 明的陶瓷涂覆的隔膜或隔板優(yōu)選地在二次鋰離子電池中提供改進(jìn)的安全性、循環(huán)壽命和/ 或高溫性能。
[0004] 發(fā)明概述
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的至少選定實(shí)施方案、目的或方面，提供改進(jìn)的、新的或修改的膜、隔 板和/或相關(guān)方法。根據(jù)至少某些實(shí)施方案，本發(fā)明涉及改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔 或微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少選定實(shí) 施方案，本發(fā)明涉及用于鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔電池隔膜或 隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少選定的具體實(shí)施方案，本 發(fā)明涉及用于二次或可再充電鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔電池 隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少某些選定的具體實(shí) 施方案，本發(fā)明涉及用于二次鋰離子電池的無(wú)孔、多孔或微孔涂覆的多孔或微孔電池隔膜 或隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方案，用于鋰 離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有陶瓷涂層或 層（如一種或多種顆粒和/或粘合劑的一個(gè)層）的多孔或微孔膜。根據(jù)至少一個(gè)具體實(shí)施 方案，用于二次鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的無(wú)孔、多孔或微孔膜、隔膜或隔板包括 涂覆有至少一個(gè)多孔陶瓷涂層或?qū)樱ㄈ缫环N或多種陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的一個(gè)層）的 微孔膜。根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明的陶瓷涂覆的隔膜或隔板優(yōu)選地在二次鋰離子 電池中提供改進(jìn)的安全性、循環(huán)壽命和/或高溫性能。
[0006] 根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明涉及改進(jìn)的、新的或修改的微孔膜、隔板和/或 相關(guān)方法。根據(jù)至少某些實(shí)施方案，本發(fā)明涉及改進(jìn)的、新的或修改的微孔電池隔膜或隔板 和/或制造和/或使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少選定的某些實(shí)施方案，本發(fā)明 涉及用于鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用 這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少選定的具體實(shí)施方案，本發(fā)明涉及用于二次或可再充 電鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜 或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少某些選定的具體實(shí)施方案，本發(fā)明涉及用于二次鋰離子電池 的涂覆的微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜或隔板的相關(guān)方法。根據(jù)至少 一個(gè)實(shí)施方案，用于鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有至 少一個(gè)涂層、顆粒涂層和/或陶瓷涂層或?qū)樱ㄈ缫环N或多種顆粒、陶瓷、聚合物和/或粘合 劑的一個(gè)層）的微孔膜。根據(jù)至少一個(gè)具體實(shí)施方案，用于二次鋰離子電池的改進(jìn)的、新的 或修改的微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有至少一個(gè)多孔陶瓷涂層或?qū)樱ㄈ缫环N或多種陶瓷 顆粒和聚合物粘合劑的一個(gè)層）的微孔膜。根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明的陶瓷涂覆 的微孔隔膜優(yōu)選地在二次鋰離子電池中提供改進(jìn)的安全性、循環(huán)壽命和/或高溫性能。
[0007] 根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方案，用于鋰離子電池的改進(jìn)的、新的或修改的膜、隔膜或隔板 包括涂覆有一種材料、顆粒涂層和/或陶瓷涂層或?qū)樱ㄈ缫环N或多種類型的陶瓷顆粒和至 少一種聚合物粘合劑的一個(gè)層）的微孔膜。根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明的陶瓷涂覆 的隔膜優(yōu)選地在二次鋰離子電池中提供改進(jìn)的安全性、循環(huán)壽命和/或高溫性能。所述涂 覆的和/或陶瓷涂覆的隔膜的安全性、循環(huán)壽命和/或高溫性能的改進(jìn)被認(rèn)為主要是由于 在鋰離子電池中的涂覆的隔板與電極的界面處經(jīng)歷氧化或還原反應(yīng)的涂層或陶瓷涂層或 層。在隔板與電池電極之間的氧化的或還原的界面層的形成防止或阻止發(fā)生進(jìn)一步氧化 或還原反應(yīng)并且改進(jìn)鋰離子電池的安全性、循環(huán)壽命和/或高溫性能。此外，涂覆的和/ 或陶瓷涂覆的隔膜的安全性、循環(huán)壽命和高溫性能由于其在高溫下的高尺寸穩(wěn)定性而得以 改進(jìn)。此外，在至少某些實(shí)施方案中，這種獨(dú)特的本發(fā)明的陶瓷涂覆的微孔隔膜優(yōu)選地在 彡250 °C下放出>2 %揮發(fā)性組分。
[0008] 根據(jù)至少選定的實(shí)施方案，本發(fā)明優(yōu)選地提供一種用于二次鋰離子電池的涂覆的 隔膜，所述隔膜優(yōu)選地由在至少一側(cè)上涂覆有涂層、顆粒涂層和/或陶瓷涂層或一種或多 種聚合物或粘合劑、顆粒、和/或陶瓷顆粒和至少一種聚合物粘合劑的層的微孔聚烯烴襯 底組成。這些選定的實(shí)施方案進(jìn)一步提供一種用于產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的隔板的方法，本發(fā)明 的隔板在二次鋰離子電池中的用途等。這些選定的實(shí)施方案還提供一種本發(fā)明的隔板，所 述隔板優(yōu)選地具有以下優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)用于鋰離子電池中時(shí)的安全性、循環(huán)壽命和/或高溫性能 得以改進(jìn)。用于鋰離子電池的這種改進(jìn)的、新的或修改的膜、膜隔板或隔板優(yōu)選地在至少一 側(cè)上涂覆有一種或多種陶瓷顆粒和一種或多種水性或基于水的聚合物粘合劑的混合物。包 含在所述陶瓷涂層或?qū)又械乃曰蚧谒恼澈蟿┛梢栽阡囯x子電池中的涂覆的隔板與 電極的界面處經(jīng)歷氧化或還原反應(yīng)。氧化或還原反應(yīng)可在鋰離子電池的形成階段過(guò)程中或 在鋰離子電池的充電和/或放電階段過(guò)程中發(fā)生。氧化的或還原的界面層可在所述涂覆的 隔板的表面上提供屏障或犧牲界面層，所述界面層可防止或阻止在所述界面處發(fā)生進(jìn)一步 氧化或還原反應(yīng)并且改進(jìn)鋰離子電池的性能或循環(huán)壽命。
[0009] 無(wú)孔、多孔或微孔涂層、顆粒涂層和/或陶瓷涂層可以被施加至多孔、大孔或微孔 膜、薄膜或隔膜作為單層或多層涂層或?qū)咏Y(jié)構(gòu)并且作為單側(cè)或雙側(cè)涂層。本發(fā)明的至少選 定的實(shí)施方案包括為約1-12ym厚或更厚、優(yōu)選約2-12ym厚、更優(yōu)選約3-10ym厚并且最 優(yōu)選約3-7ym厚的單側(cè)或雙側(cè)涂層或陶瓷涂層。本發(fā)明的選定實(shí)施方案可優(yōu)選地以五種 方式中的至少一種區(qū)別于現(xiàn)有涂覆的或陶瓷涂覆的電池隔板：1)本發(fā)明的陶瓷涂覆的微 孔膜當(dāng)在自由狀態(tài)下測(cè)試時(shí)在120°C下持續(xù)一小時(shí)具有〈2%的縱向（MD)收縮率并且當(dāng)在 自由狀態(tài)下測(cè)試時(shí)在130°C下持續(xù)一小時(shí)具有〈3%的MD收縮率，2)本發(fā)明的陶瓷涂覆的微 孔膜當(dāng)使用熱機(jī)械分析（TMA)測(cè)試時(shí)在150°C下具有〈1%的MD收縮率，3)本發(fā)明的陶瓷涂 覆的微孔膜當(dāng)使用e-TMA測(cè)試時(shí)在150°C下具有〈1%的橫向（TD)收縮率，4)本發(fā)明的陶瓷 涂覆的微孔膜當(dāng)使用熱重量分析（TGA)測(cè)試時(shí)在250°C下放出>2%揮發(fā)性組分，和/或5) 對(duì)于本發(fā)明的陶瓷涂覆的微孔膜來(lái)說(shuō)，所述涂層導(dǎo)致Gurley的增加較低。
[0010] 附圖簡(jiǎn)述
[0011] 圖1是本發(fā)明的實(shí)施例Ex1至Ex5和兩個(gè)對(duì)比樣品CE1和CE2的熱機(jī)械分析 (TMA)熱譜圖圖示，其中在所述膜的縱向（MD)上進(jìn)行測(cè)試。
[0012] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例Ex1至Ex4和對(duì)比樣品CE1和CE2的熱機(jī)械分析（TMA) 熱譜圖圖示，其中在所述膜的橫向（TD)上進(jìn)行測(cè)試。
[0013] 圖3是本發(fā)明的實(shí)施例Ex3和Ex4以及對(duì)比實(shí)施例CE3和CE4的熱重量分析 (TGA)熱譜圖圖示。
[0014] 圖4是單側(cè)涂覆的膜、隔膜或隔板的示意性截面圖示。
[0015] 圖5是雙側(cè)涂覆的膜、隔膜或隔板的示意性截面圖示。
[0016] 本發(fā)明的不同實(shí)施例、實(shí)施方案或方面在附圖中示出。應(yīng)認(rèn)識(shí)到這些圖僅說(shuō)明本 發(fā)明的原理。許多另外的實(shí)施方案、實(shí)施例、其修改和改編將在下文中描述并且對(duì)于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的，而不脫離本發(fā)明的精神