[發明專利]隔膜、制品及其制造方法

在審

• 申請號: 201780048688.2
• 申請日: 2017-08-03
• 公開（公告）號: CN109565015A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 羅伊·馬蒂納斯·阿德里安烏斯·拉比;法比安·達羅薩
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;沈敬亭

一種隔膜(104)包括含多個孔的多孔聚醚酰亞胺膜，其中，孔的至少一部分包括含離子液體的電解質組合物。

背景技術

電池單元(battery cell)通常包括通過稱為隔膜的薄的多孔膜隔開的正極和負極(陰極和陽極)和液體電解質溶液。隔膜的主要功能是保持兩個電極物理地彼此隔開以防止電短路。因此，隔膜應該是電絕緣的。同時，隔膜應當使得能夠快速傳輸在電池充電和放電過程中接通電路所需的離子載荷子(charge carrier)。隔膜應該具有通過本征離子導電(諸如固體電解質)或通過用液體電解質浸泡隔膜傳導離子的能力。

當前的商業可獲得的Li離子電池通常利用基于溶解Li鹽的碳酸烷基酯溶劑，例如碳酸亞乙酯/碳酸二甲酯(EC/DMC)，與1M六氟磷酸鋰(LiPF₆))的電解質。這些電池的典型的隔膜是基于聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)的多孔隔膜。這種系統的顯著缺點是碳酸烷基酯溶劑的高可燃性以及在高電壓下電化學不穩定的可能性。正在研發包含離子液體的Li離子電池的新的電解質系統。有利地，離子液體是易燃的并具有優異的高電壓電化學穩定性(>5V)。傳統的基于聚烯烴的多孔隔膜在離子液體中是化學穩定的，意味著它們不會溶解也不會顯著溶脹。然而，這些基于聚烯烴的多孔隔膜按照極性與離子液體高度不相容，導致電解質對隔膜不良的潤濕性。離子液體對隔膜的不足的潤濕性導致制造難題，因為隨著時間周期延長經常要求延長的真空和/或溫度循環來用離子液體填充隔膜孔。另外，不完全潤濕的孔將導致差的電池性能，因為非潤濕的孔使隔膜中離子導電劣化。

在關于用于Li離子或Li金屬電池的離子液體的大部分報告中，利用玻璃纖維(GF)隔膜，它們的厚度約300μm不適于商業應用，商業隔膜的厚度約25μm。用陶瓷或表面活性劑涂覆聚烯烴膜可能改善潤濕性，但是可能僅是改善表面(因此不是隔膜的核心)，且其增加了二次加工階段。期望大量填充陶瓷顆粒(例如其是浸透SiO₂和/或Al₂O₃納米顆粒的PET無紡織物)的膜也具有用離子液體改善的潤濕性，但是以高的基重和低的機械強度為代價。

因此，本領域仍需要對離子液體具有改善的潤濕性的改善的電池隔膜以及包括離子液體和可相容的隔膜的電池。

發明內容

在一方面，一種隔膜104，包括含多個孔的多孔聚醚酰亞胺膜，其中，孔的至少一部分包含含離子液體的電解質組合物。

在另一方面，制備上述隔膜104的方法包括在室溫至210℃、優選30-200℃下將聚醚酰亞胺溶解在溶劑中以形成溶液，在20-50℃、優選地20-30℃的溫度下澆鑄溶液以形成薄膜，在包含對于聚醚酰亞胺為非溶劑、優選水和可選的對于聚醚酰亞胺為溶劑的凝固浴中凝固薄膜以提供多孔聚醚酰亞胺膜，以及使多孔聚醚酰亞胺膜與電解質組合物接觸來填充多個孔的至少一部分以提供隔膜。

在一方面，系統包括陽極102、陰極100、設置在陽極102和陰極100之間的上述隔膜104、以及與陽極102、陰極100和隔膜104接觸的包含離子液體的電解質108。

附圖說明

以下附圖是示例性的實施方式，其中，相同要素標號相同。

圖1示出了示例性的系統，例如電池；

圖2示出了示例性的離子液體；以及

圖3示出了使用接觸角測定確定的離子液體對隔膜的潤濕性。

具體實施方式