单层锂离子电池隔膜
2019-11-22

单层锂离子电池隔膜

本发明涉及多微孔聚合物电池隔膜,包括单层的缠成网状的微纤维和纳米纤维。通过单个非织物纤维,这样的隔膜给予将孔隙率和孔径大小协调至任何期望水平的能力。作为结果,创新的隔膜允许具有达到不曾实现的水平的低孔隙率和低孔径大小的高强度材料。通过高剪切处理将聚合物纳米纤维组合到聚合物微纤维矩阵内和/或这样的衬底上同样也提供了这样的优势。本发明中包括了下列全部:隔膜、包括这样的隔膜的电池、制造这样的隔膜的方法、以及在电池器件内利用这样的隔膜的方法。

图3是创新的微纤维/纳米纤维非织物纤维电池隔膜结构的一个潜在优选实施例的在3000X所提供的SEM缩微照片。

孔隙率越高,对象电池内的峰值功率输出越高。理论上,具有这样高的结果,至少,通过增加各电池的可用功率,可减少运行特定设备(诸如汽车,例如)给予的必要功率电平的必须的电池数量。具有有效空气阻力阻挡,也可实现这样的优势。从如下可见,还可通过控制纳米纤维与微纤维的比例、纳米纤维的类型、还有通过诸如乳光(calendaring)之类的预先处理,来控制创新隔膜的孔隙率。

图6是创新的微纤维/纳米纤维非织物纤维电池隔膜结构的另一个潜在优选实施例的在2000X所提供的SEM缩微照片。

这样的电池一般包括至少五个不同组件。夕卜壳(容器)以安全可靠的方式容纳所有的一切来防止泄露至外部以及内部环境暴露。在该外壳内是由隔膜有效地隔离开的阳极和阴极,还有电解液溶液(低粘度液体),越过阳极和阴极之间的隔膜输送和/或通过阳极和阴极之间的隔膜。如今以及今后的可能的可充电电池,将全方位运行,不但能运行小的且便携式的设备,还具有大量发电潜力从而在充电期之间维持有效达长时间段,对于汽车内非常大的类型的现有电池而言(作为示例,该电池包括不可彼此接触的较大电极(至少表面积较大)和必须一直且恒定地穿过薄膜以完成必要电路的大量电解液),全都处于有助于向汽车引擎提供足够电力的发电水平处。因此,将来电池隔膜的能力和多功能性必须符合当前产业内已经设置的特定要求。

对于非对称碳电极-隔膜-锂箱2016纽扣电池,碳电极是基于Pureblack.®:碳和羧甲基纤维素(CMC)粘合剂。电子组分为::pureblack®—88.85wt.%CMC(MM250kDa,DSO.9)—11.15wt.%

此外,这样的隔膜必须展示出适当的孔隙率和孔径大小来同样地符合离子穿过这样的薄膜的适当输送(以及保持特定量液体电解液来帮助使用期间这样的离子输送的适当能力)。孔本身应该足够小以防止电极组件进入和/或通过薄膜,同时还如上所述地允许电解液离子的适当输送速率。还有,孔径大小的均匀度、以及孔径大小分布,提供了随时间过去的更为均匀的发电结果,以及对于整个电池而言更为可靠的长期稳定性,因为,如之前所述,电池隔膜上的均匀磨损,至少在这样的系统内最佳地控制,允许更长的寿命周期。此外,可有利的是,一旦暴露于异常高温,可确保其中的孔隙适当地闭合以防止一旦有这样的电池损害后的过量和不期望的离子输送(即,防止火灾和其他灾害)。

图8示出包括创新的电池隔膜的创新的可充电锂离子电池的分解图。