[發明專利]用于減少電化學電池中的自放電的方法

在審

• 申請號: 201280055697.1
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN103931022A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: T.J.登內斯;S.馬祖爾
• 申請（專利權）人: 納幕爾杜邦公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0525;H01G9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 鄒雪梅;李炳愛

背景技術

1.技術領域

本發明涉及納米網聚酰亞胺隔膜在電化學電池中的應用，所述電化學電池可為鋰(Li)和鋰離子(Li離子)電池。

2.相關領域說明

現代儲能裝置的一個重要的實際方面為不斷增加的能量密度和功率密度。安全性已被發現為主要問題。可商購獲得的鋰離子電池通常采用基于聚乙烯和/或聚丙烯的微孔膜作為電池隔膜。這些膜在120℃下開始收縮，從而限制了電池的制造方法、電池的工作溫度、和得自電池的功率。

對選擇用于鋰離子電池和其它高能量密度電化學裝置的改善的隔膜的需求錯綜復雜。合適的隔膜兼具良好的電化學特性與良好的機械方面，所述電化學特性諸如高電化學穩定性、低充電/放電/再充電滯后性、良好的儲存壽命(低自放電)、低首次循環不可逆容量損失，所述良好的機械方面諸如強度、韌性和熱穩定性。

已展開了關于用作電池隔膜的已知高性能聚合物的調查。一種此類聚合物為聚酰亞胺。

Handbook?of?Batteries(David?Linden和Thomas?Reddy編輯，McGraw-Hill，(第3版)，2002)描述了首次循環放電容量損失作為二次電池的重要判據(P.35.19)。還指出了非織造隔膜通常已被發現表現出不足以用于鋰電池和鋰離子電池的強度。(P.35.29)。由于該原因，低熔點的聚烯烴基微孔膜趨于被用作鋰和鋰離子電池中的隔膜。然而，聚烯烴基微孔膜在熱性能方面不適應于高溫，所述高溫偶爾與快速放電最終用途或高溫環境中的最終用途相關聯。

Huang等人的Adv.Mat.DOI：10.1002/adma.200501806公開了聚酰亞胺納米纖維墊的制備：靜電紡紗聚酰胺酸隨后亞胺化成由以下結構表示的聚合物。

如此制備的墊隨后被加熱至430℃保持30分鐘，從而產生強度的增加。未提及電池隔膜。

Honda等人的JP2004-308031A公開了通過靜電紡紗聚酰胺酸溶液然后是亞胺化來制備聚酰亞胺納米網。公開了作為電池隔膜的用途。

Nishibori等人的JP2005-19026A公開了利用聚合物鏈中具有砜官能團的聚酰亞胺納米網作為用于鋰金屬電池的隔膜。聚酰亞胺被描述為可溶解在有機溶劑中，且納米網通過靜電紡紗聚酰亞胺溶液制成。未示例出實際電池。本發明公開了將納米網加熱至約200℃。

Jo等人的WO2008/018656公開了使用聚酰亞胺納米網作為鋰電池和鋰離子電池中的電池隔膜。

EP2,037,029公開了利用聚酰亞胺納米網作為鋰電池和鋰離子電池中的電池隔膜。

然而，仍然需要由兼具良好的電化學特性與良好的機械方面的材料制備的鋰電池和鋰離子電池，所述電化學特性諸如高電化學穩定性、低充電/放電/再充電滯后性、良好的儲存壽命(低自放電)、低首次循環不可逆容量損失，所述良好的機械方面諸如強度、韌性和熱穩定性。

發明內容

本發明涉及一種方法，所述方法用于通過在鋰離子電池的陰極和陽極之間插入多孔隔膜來減小所述電池的自放電速率和自放電速率的變異系數。多孔隔膜包括納米網，所述納米網包括多根納米纖維，其中納米纖維基本上由全芳族聚酰亞胺組成，并且全芳族聚酰亞胺具有大于0.51的酰亞胺化度，其中酰亞胺化度為1375cm^-1處的酰亞胺C-N吸光度與1500cm^-1處的C-H吸光度的高度的比率。

在一個實施例中，本發明涉及一種方法，所述方法用于通過在電化學電池的陰極和陽極之間插入多孔隔膜來減小所述電池的自放電速率和自放電速率的變異系數，并且其中所述多孔隔膜包括納米網，所述納米網還包括多根納米纖維，其中納米纖維基本上由全芳族聚酰亞胺組成，所述全芳族聚酰亞胺包含衍生自PMDA/ODA的單體單元，并且全芳族聚酰亞胺具有大于0.51的酰亞胺化度，其中酰亞胺化度為1375cm^-1處的酰亞胺C-N吸光度與1500cm^-1處的C-H吸光度的高度的比率。

在另一個實施例中，本發明涉及一種方法，所述方法用于通過在電化學電池的陰極和陽極之間插入多孔隔膜來減小所述電池的自放電速率和自放電速率的變異系數，并且其中所述多孔隔膜包括納米網，所述納米網包括多根納米纖維，其中納米纖維基本上由全芳族聚酰亞胺組成，并且全芳族聚酰亞胺具有小于3.0％的酰胺酸含量。