[發(fā)明專利]用于能量儲存裝置中的獨立、耐熱微孔膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080020927.1
• 申請日: 2010-03-19
• 公開（公告）號: CN102449809A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 理查·W·沛卡拉;瑟利尼瓦斯·雀盧庫帕里;羅伯特·W·瓦特豪斯
• 申請（專利權(quán)）人: 安特克研發(fā)國際公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;C08J9/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 金鮮英;鐘海勝

相關(guān)申請案

本申請案主張2009年3月19日申請的美國臨時專利申請案第61/161,541號的權(quán)益。

版權(quán)聲明

2010阿穆特克研究國際有限責(zé)任公司(Amtek?Research?International?LLC)。本專利文獻的一部分揭示內(nèi)容含有受版權(quán)保護的內(nèi)容。如果專利文獻或?qū)＠沂緝?nèi)容出現(xiàn)在專利商標(biāo)局(Patent?and?Trademark?Office)專利檔案或記錄中，那么版權(quán)所有人并不反對由任何人對其進行復(fù)制，否則版權(quán)所有人保留對其的全部版權(quán)。美國聯(lián)邦法規(guī)第37篇第1.71條(d)(37CFR§1.71(d))。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及填充無機材料的獨立聚烯烴膜的形成，所述聚烯烴膜包括聚合物基質(zhì)，并且在高于聚合物基質(zhì)熔點的溫度下，展現(xiàn)低收縮率并保持高孔隙度。所揭示的聚合物膜可用于改進例如鋰離子蓄電池等能量儲存裝置的性能和安全性。

背景技術(shù)

隔膜本質(zhì)上可有助于鋰離子蓄電池的性能、安全性和成本。在正常操作期間，隔膜的主要功能是防止陽極與陰極之間的電子傳導(dǎo)(即，短路或直接接觸)，同時允許通過電解質(zhì)進行離子傳導(dǎo)。對于處于例如外部短路或過充電等濫用狀態(tài)(abuse?condition)下的小型商業(yè)電池，需要隔膜在恰好低于可能發(fā)生熱失控的溫度的溫度下切斷。切斷是由構(gòu)成隔膜的聚合物材料熔融和粘性流動引起隔膜各孔塌縮所致。孔塌縮將使電極間的離子流動減慢或停止。幾乎所有的鋰離子蓄電池隔膜都含有聚乙烯作為單層或多層構(gòu)造的一部分，以便在約130℃(此為聚乙烯的熔點)開始切斷。

目前，用于鋰離子能量儲存裝置市場的隔膜是由“干法”或“濕法”制造。賽爾嘉德有限責(zé)任公司(Celgard?LLC)和其它公司描述過一種干法，在這種方法中，聚丙烯(polypropylene，PP)或聚乙烯(polyethylene，PE)被擠壓成薄片，并進行快速軋制。隨后在比聚合物熔點低10℃到25℃的溫度下使薄片退火，以便控制微晶尺寸和定向。此后，在縱向(machine?direction，MD)上迅速拉伸薄片，以獲得槽形孔或空隙。由干法制造的三層PP/PE/PP隔膜常用于鋰離子可再充電蓄電池中。

由高分子量聚乙烯構(gòu)成的濕法隔膜是通過在高溫下擠壓增塑劑/聚合物混合物，隨后進行相分離、雙軸拉伸和成孔材料(即，增塑劑)萃取而制成。所得隔膜具有橢圓形或球形孔，并且在縱向(MD)和橫向(transverse?direction，TD)上具有良好的機械性質(zhì)。由東燃(Tonen)公司、旭精工(Asahi)株式會社、SK公司和恩泰克膜有限責(zé)任公司(ENTEK?Membranes?LLC)根據(jù)濕法技術(shù)制造的基于PE的隔膜已被廣泛用于鋰離子蓄電池中。

近來，在商業(yè)應(yīng)用中發(fā)生的蓄電池失效已證實，切斷不是安全性的保證。主要原因在于，蓄電池隔膜切斷后，在高于聚合物熔點的溫度下，殘余應(yīng)力和較低機械性質(zhì)可導(dǎo)致隔膜收縮、撕裂或形成針孔。隨后，暴露的電極可接觸并產(chǎn)生內(nèi)部短路，從而導(dǎo)致更高放熱、熱失控和爆炸。

在設(shè)計用于混合動力車(hybrid?electric?vehicle，HEV)或插電式混合動力車(plug-in?hybrid?electric?vehicle，PHEV)應(yīng)用的大型鋰離子電池的情況下，已經(jīng)公開地質(zhì)疑隔膜切斷的益處，因為很難在整個電池中保證足夠的切斷率和均勻性。因此，蓄電池的設(shè)計者希望能處理可能涉及隔膜切斷的系統(tǒng)級失效模式。舉例來說，通過機械設(shè)計和定位于載體內(nèi)，可防止外部短路。過充電、過放電和高倍率放電都受蓄電池管理系統(tǒng)(Battery?Management?System，BMS)控制。在系統(tǒng)水平上，也可利用內(nèi)置式主動和被動冷卻系統(tǒng)中的一種或兩種來處理熱防護。另一考慮是，這些蓄電池組裝成高壓堆，在這些高壓堆中，如果例如切斷單一電池，電串聯(lián)串中的其它電池將驅(qū)使該切斷的電池電壓反轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生問題。

因此，許多公司關(guān)注于改變鋰離子蓄電池的構(gòu)造以使其包括(1)耐熱隔膜或(2)涂在電極或常規(guī)聚烯烴隔膜上的耐熱層。在有限的基礎(chǔ)上，已經(jīng)通過溶液鑄造法、電紡法或其它加工技術(shù)制造出由高溫聚合物(例如聚苯硫醚)構(gòu)成的耐熱隔膜。在這些情況下，較高的聚合物熔點將防止隔膜在低于200℃的溫度下切斷。