用于鋰離子電池的改進的隔膜和相關方法
【專利說明】用于鋰離子電池的改進的隔膜和相關方法
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2012年8月7日提交的美國臨時專利申請序列號61/680, 550的優先 權和權益，所述申請以引用的方式全部并入本文。 發明領域
[0003] 本發明涉及改進的、新的或修改的膜、隔板和/或相關方法。根據至少某些實施方 案，本發明涉及改進的、新的或修改的無孔、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方法。根據至少選定的實施方案，本發明涉及用于鋰離子電池的 改進的、新的或修改的無孔、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 板的相關方法。根據至少選定的具體實施方案，本發明涉及用于二次或可再充電鋰離子電 池的改進的、新的或修改的無孔、多孔或微孔電池隔膜或隔板和/或制造和/或使用這類膜 或隔板的相關方法。根據至少某些選定的具體實施方案，本發明涉及用于二次鋰離子電池 的無孔、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 板的相關方法。根據至少一個實施方案，用于鋰離子電池的改進的、新的或修改的無孔、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 個層）的多孔或微孔膜。根據至少一個具體實施方案，用于二次鋰離子電池的改進的、新的 或修改的無孔、多孔或微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有至少一個多孔陶瓷涂層或層（如一 種或多種陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的一個層）的微孔膜。根據至少選定的實施方案，本發 明的陶瓷涂覆的隔膜或隔板優選地在二次鋰離子電池中提供改進的安全性、循環壽命和/ 或高溫性能。
[0004] 發明概述
[0005] 根據本發明的至少選定實施方案、目的或方面，提供改進的、新的或修改的膜、隔 板和/或相關方法。根據至少某些實施方案，本發明涉及改進的、新的或修改的無孔、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方法。根據至少選定實 施方案，本發明涉及用于鋰離子電池的改進的、新的或修改的無孔、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方法。根據至少選定的具體實施方案，本 發明涉及用于二次或可再充電鋰離子電池的改進的、新的或修改的無孔、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方法。根據至少某些選定的具體實 施方案，本發明涉及用于二次鋰離子電池的無孔、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方法。根據至少一個實施方案，用于鋰 離子電池的改進的、新的或修改的無孔、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/或粘合劑的一個層）的多孔或微孔膜。根據至少一個具體實施 方案，用于二次鋰離子電池的改進的、新的或修改的無孔、多孔或微孔膜、隔膜或隔板包括 涂覆有至少一個多孔陶瓷涂層或層（如一種或多種陶瓷顆粒和聚合物粘合劑的一個層）的 微孔膜。根據至少選定的實施方案，本發明的陶瓷涂覆的隔膜或隔板優選地在二次鋰離子 電池中提供改進的安全性、循環壽命和/或高溫性能。
[0006] 根據至少選定的實施方案，本發明涉及改進的、新的或修改的微孔膜、隔板和/或 相關方法。根據至少某些實施方案，本發明涉及改進的、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方法。根據至少選定的某些實施方案，本發明 涉及用于鋰離子電池的改進的、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方法。根據至少選定的具體實施方案，本發明涉及用于二次或可再充 電鋰離子電池的改進的、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 或隔板的相關方法。根據至少某些選定的具體實施方案，本發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方法。根據至少 一個實施方案，用于鋰離子電池的改進的、新的或修改的微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有至 少一個涂層、顆粒涂層和/或陶瓷涂層或層（如一種或多種顆粒、陶瓷、聚合物和/或粘合 劑的一個層）的微孔膜。根據至少一個具體實施方案，用于二次鋰離子電池的改進的、新的 或修改的微孔膜、隔膜或隔板包括涂覆有至少一個多孔陶瓷涂層或層（如一種或多種陶瓷 顆粒和聚合物粘合劑的一個層）的微孔膜。根據至少選定的實施方案，本發明的陶瓷涂覆 的微孔隔膜優選地在二次鋰離子電池中提供改進的安全性、循環壽命和/或高溫性能。
[0007] 根據至少一個實施方案，用于鋰離子電池的改進的、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/或陶瓷涂層或層（如一種或多種類型的陶瓷顆粒和至 少一種聚合物粘合劑的一個層）的微孔膜。根據至少選定的實施方案，本發明的陶瓷涂覆 的隔膜優選地在二次鋰離子電池中提供改進的安全性、循環壽命和/或高溫性能。所述涂 覆的和/或陶瓷涂覆的隔膜的安全性、循環壽命和/或高溫性能的改進被認為主要是由于 在鋰離子電池中的涂覆的隔板與電極的界面處經歷氧化或還原反應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生進一步氧化 或還原反應并且改進鋰離子電池的安全性、循環壽命和/或高溫性能。此外，涂覆的和/ 或陶瓷涂覆的隔膜的安全性、循環壽命和高溫性能由于其在高溫下的高尺寸穩定性而得以 改進。此外，在至少某些實施方案中，這種獨特的本發明的陶瓷涂覆的微孔隔膜優選地在 彡250 °C下放出>2 %揮發性組分。
[0008] 根據至少選定的實施方案，本發明優選地提供一種用于二次鋰離子電池的涂覆的 隔膜，所述隔膜優選地由在至少一側上涂覆有涂層、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。這些選定的實施方案進一步提供一種用于產生根據本發明的隔板的方法，本發明 的隔板在二次鋰離子電池中的用途等。這些選定的實施方案還提供一種本發明的隔板，所 述隔板優選地具有以下優點：當用于鋰離子電池中時的安全性、循環壽命和/或高溫性能 得以改進。用于鋰離子電池的這種改進的、新的或修改的膜、膜隔板或隔板優選地在至少一 側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層中的水性或基于水的粘合劑可以在鋰離子電池中的涂覆的隔板與 電極的界面處經歷氧化或還原反應。氧化或還原反應可在鋰離子電池的形成階段過程中或 在鋰離子電池的充電和/或放電階段過程中發生。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生進一步 氧化或還原反應并且改進鋰離子電池的性能或循環壽命。
[0009] 無孔、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層結構并且作為單側或雙側涂層。本發明的至少選 定的實施方案包括為約1-12ym厚或更厚、優選約2-12ym厚、更優選約3-10ym厚并且最 優選約3-7ym厚的單側或雙側涂層或陶瓷涂層。本發明的選定實施方案可優選地以五種 方式中的至少一種區別于現有涂覆的或陶瓷涂覆的電池隔板：1)本發明的陶瓷涂覆的微 孔膜當在自由狀態下測試時在120°C下持續一小時具有〈2%的縱向（MD)收縮率并且當在 自由狀態下測試時在130°C下持續一小時具有〈3%的MD收縮率，2)本發明的陶瓷涂覆的微 孔膜當使用熱機械分析（TMA)測試時在150°C下具有〈1%的MD收縮率，3)本發明的陶瓷涂 覆的微孔膜當使用e-TMA測試時在150°C下具有〈1%的橫向（TD)收縮率，4)本發明的陶瓷 涂覆的微孔膜當使用熱重量分析（TGA)測試時在250°C下放出>2%揮發性組分，和/或5) 對于本發明的陶瓷涂覆的微孔膜來說，所述涂層導致Gurley的增加較低。
[0010] 附圖簡述
[0011] 圖1是本發明的實施例Ex1至Ex5和兩個對比樣品CE1和CE2的熱機械分析 (TMA)熱譜圖圖示，其中在所述膜的縱向（MD)上進行測試。
[0012] 圖2是本發明的實施例Ex1至Ex4和對比樣品CE1和CE2的熱機械分析（TMA) 熱譜圖圖示，其中在所述膜的橫向（TD)上進行測試。
[0013] 圖3是本發明的實施例Ex3和Ex4以及對比實施例CE3和CE4的熱重量分析 (TGA)熱譜圖圖示。
[0014] 圖4是單側涂覆的膜、隔膜或隔板的示意性截面圖示。
[0015] 圖5是雙側涂覆的膜、隔膜或隔板的示意性截面圖示。
[0016] 本發明的不同實施例、實施方案或方面在附圖中示出。應認識到這些圖僅說明本 發明的原理。許多另外的實施方案、實施例、其修改和改編將在下文中描述并且對于本領域 的技術人員而言是顯而易見的，而不脫離本發明的精神