[發明專利]具有離子捕獲分子的堿性電池分隔體

無效

• 申請號: 201080052160.0
• 申請日: 2010-11-17
• 公開（公告）號: CN102668171A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 王一淳;T·梅齊尼;A·M·博芬格;J·A·德雷克;P·A·克里斯琴
• 申請（專利權）人: 吉列公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;B01D71/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

技術領域

本發明涉及具有離子捕獲分子的堿性電池分隔體。

背景技術

多種高能量密度和/或倍率性能的陰極化學物質（例如，鉍氧化物、銅氧化物、高價態鐵的氧化物、高價態錳的氧化物）在被配置到具有堿性電解質的電池中時由于自放電而表現出有限的儲存壽命。此類電解質的實例包括氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、或它們的組合。自放電有時能夠在幾天內使得包含化學物質的電池的電壓變得不可取地低，或者使得電池容量變為可忽略的。

已試圖利用常規的分隔體并利用經過離子選擇性改進的分隔體來解決該問題，所述離子選擇性即傳導氫氧根離子而阻塞金屬離子或金屬離子絡合物。改進的電池分隔體能夠包括一個或多個離子捕獲層。離子捕獲層能夠將可溶解的金屬（例如，鉍離子物質）轉化為在電解質中具有降低的溶解性或流動性的鉍金屬或鉍絡合物質。該轉化通過化學反應或離子鍵合發生。另一個實例涉及鄰近兩層分隔體的氧化銀陰極，所述兩層分隔體包括玻璃紙和非織造層。具有其表面官能度的玻璃紙層犧牲性地將Ag⁺或Ag⁺²還原為銀金屬，從而阻止傳輸至陽極。作為另外一種選擇，離子捕獲層可包含有機化合物，例如金屬多價螯合劑、螯合劑和絡合劑。此類化合物包括例如在堿性電解質溶液中穩定的環糊精化合物和直鏈多元醇，包括例如木糖醇。此類有機金屬離子絡合性化合物在一些情況下被接枝或換句話講被鍵合到聚合物基質，所述聚合物基質在電解質中是穩定的且不溶解的。此類接枝聚合物已作為涂層而被涂覆到非織造層或可滲透或半滲透膜。

發明內容

本公開特征在于分隔體包含螯合劑以捕集陰極金屬離子，從而改善包括分隔體的堿性電池的儲存壽命。例如，本文所公開的分隔體對于遭受儲存壽命限制的化學物質為有益的，所述限制歸因于可電解質溶解的陰極，例如CuO、Bi₂O₃，以及包含五價鉍的金屬氧化物。

在一個方面，本公開特征在于包括聚合物膜和固定在聚合物膜內的螯合劑的電池分隔體。電池分隔體具有大于100，例如大于1,000的葛爾萊數。

在另一方面，本公開提供了包括兩個納米多孔層和介于兩個納米多孔層之間的螯合層的電池分隔體。螯合層可包含能夠與陰極金屬離子形成絡合物的螯合劑。

在另一方面，本公開特征在于包括聚合物膜和固定在聚合物膜內的包含羥乙基乙二胺三乙酸的螯合劑的電池分隔體。

在另一方面，本公開提供一種制備電池分隔體的方法。所述方法包括將螯合劑固定在聚合物基質內，以及由所述包含螯合劑的聚合物基質形成膜。

在另一方面，本公開特征在于一種制備電池分隔體的方法。所述方法包括將包含螯合劑的層設置在兩個納米多孔層之間。

實施方案可包括下列一個或多個特征。

電池分隔體可對流體流是基本上不滲透的。

螯合劑可包括環糊精。

螯合劑可包括乙二胺四乙酸衍生物。例如，乙二胺四乙酸衍生物可選自環己烷二胺四乙酸、羥乙基乙二胺三乙酸、三亞乙基四胺六乙酸、乙二醇二乙醚二胺四乙酸、二亞乙基三胺五乙酸、次氮基三乙酸、以及它們的混合物。在一些實施方案中，乙二胺四乙酸衍生物為羥乙基乙二胺三乙酸。

聚合物膜中螯合劑的濃度可為每平方厘米的電池分隔體幾何表面積至少0.1μg。

電池分隔體的聚合物可選自聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚纖維素、聚苯乙烯磺酸鹽、以及它們的混合物。

兩個納米多孔層可具有大于水合氫氧根離子的尺寸且小于螯合劑和絡合物的尺寸的孔。

電池分隔體可包含漿液、溶液或懸浮液，并且漿液、溶液或懸浮液可包含載體中的螯合劑。

固定可包括將螯合劑與聚合物混合。

固定可包括使螯合劑與聚合物反應。

反應可包括將螯合劑共價鍵合到聚合物。

固定可包括首先使螯合劑與材料反應以形成反應產物，并且隨后將所述反應產物與聚合物共混。

反應可包括將螯合劑鍵合到較大的基質分子。

可選擇材料來增加螯合劑的水溶性。

所述方法還可包括通過在載體內形成螯合劑的溶液、分散體或漿液而形成螯合層。

本文所公開的分隔體可表現出下列一個或更多個優點。所述分隔體可表現出高堿度下的良好選擇性，可還原金屬離子的氧化狀態，能夠由溶液有效地捕集并保留金屬離子，并且可在高度堿性電解質中保持其離子捕獲能力。

本發明的一個或多個實施方案的細節示出于以下附圖和說明中。通過該說明和附圖并通過所述權利要求書，本發明的其它特征和優點將顯而易見。

附圖說明