多功能電池組分開器的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明的技術(shù)涉及一種設置在鋰電池組陽極和陰極之間的分開器，包括用于鋰離子電池組或鋰硫電池組的柔性的電絕緣的多孔且耐熱的陶瓷材料。
【背景技術(shù)】
[0002]本節(jié)提供與本發(fā)明有關的背景信息，其未必是現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]二次鋰離子電池組是一種能充電的功率源，其可實施為各種各樣的靜止和便攜式應用。這種類型的電池組的結(jié)構(gòu)和電化學反應機制提供了若干種理想的特性，包括相對高的能量密度、相對低的內(nèi)阻、相比其它類型的能充電的電池組(例如，鎳鎘電池組)基本上不存在任何記憶效應、以及低的自放電率。這些特性使鋰離子電池組成為用于諸如膝上型計算機和手機的便攜式消費電子的優(yōu)選移動功率源。與大量互連系統(tǒng)相互作用的較大規(guī)模的型式在汽車工業(yè)中使用以提高車輛燃料效率和減少大氣污染。例如，混合動力車輛(HEV)和增程式電動車(EREV)的動力系可依靠多個鋰離子電池組和烴燃料內(nèi)燃發(fā)動機的合力來為車輛操作生成功率。
[0004]鋰離子電池組通常包含一個或多個電化學電池組電池，其各自包括負電極、正電極和夾在電極的面對的內(nèi)面向表面之間的多孔分開器。這些電池組部件中的每一個用液體電解質(zhì)溶液潤濕，該溶液可傳送鋰離子。負電極和正電極由不同的材料形成，這些材料可嵌入和脫嵌鋰離子，并且在連接時建立電化學電勢差。能中斷的外部電路連接負電極與正電極以提供圍繞分開器的電流路徑，以電化學地平衡鋰離子通過分開器在電極之間的遷移。與每個電極緊密關聯(lián)的金屬集電器根據(jù)電化學電池組電池的操作狀態(tài)而從外部電路和向外部電路供應和分配電子。外部電路可聯(lián)接到電負載(在放電期間)或通過常規(guī)的連接器和相關電路從外部功率源(在充電期間)施加的電壓。
[0005]多孔分開器包括相對的主面向表面，其緊密接觸電極的相對的面向內(nèi)的表面。分開器的功能包括在負電極和正電極之間提供多孔且電絕緣的機械支撐屏障，以防止短路。常規(guī)地，多孔分開器由諸如聚乙烯和/或聚丙烯的聚烯烴構(gòu)成。存在用于制造具有其預期孔隙率的聚烯烴分開器的多種制造方法。例如，分開器可通過干技術(shù)形成，其中，聚烯烴聚合物被熔融、擠出成薄膜、退火，然后單軸向拉伸。分開器也可通過濕技術(shù)形成，其中，聚烯烴聚合物與烴類或其它低分子量液體物質(zhì)混合?；旌衔锝又患訜帷⑷廴?、擠出成片材，并且雙軸向拉伸。然后，烴類或其它低分子量液體物質(zhì)被萃取。
[0006]然而，聚烯烴分開器可能在被過度加熱時易出現(xiàn)某種性能降低。電化學電池組電池暴露于80°C和以上的溫度可引起聚烯烴分開器收縮、軟化和甚至熔融。這樣的高溫可歸因于充電階段熱生成、環(huán)境大氣溫度或某些其它來源。聚烯烴分開器的物理變形可最終允許負電極和正電極之間的直接電接觸，并且弓I起電化學電池短路。如果電極變得彼此電接觸，也可能導致電池組熱散逸。聚烯烴分開器在超過80°c的溫度下不能長時間保持熱穩(wěn)定性在某些鋰離子電池組應用中可能是缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的技術(shù)包括涉及用于在諸如鋰離子電池組或鋰硫電池組的電化學電池組電池中使用的分開器的系統(tǒng)、過程、組合物和制品，該分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料。
[0008]在一些實施例中，提供了一種電化學電池組電池，其包括設置在兩個電極之間的分開器。分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料，該材料不包含有機聚合物。電化學電池組電池包括鋰離子電池組電池或鋰硫電池組電池。
[0009]在各種實施例中，提供了一種包括多個電化學電池組電池的電池組。電化學電池組電池中的至少一個包括分開器和電解質(zhì)，其中，分開器設置在兩個電極之間。分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料，該材料不包含有機聚合物。電池組包括鋰離子電池組和鋰硫電池組中的一種。
[0010]在某些實施例中，提供了一種制造電化學電池組電池的方法，其包括在兩個電極之間設置分開器。分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料，該材料不包含有機聚合物。電化學電池組電池包括鋰離子電池組電池或鋰硫電池組電池。
[0011]本發(fā)明還包括如下方案:
1.一種電化學電池組電池，包括:
分開器，其設置在兩個電極之間，所述分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料，其中，所述分開器不包含有機聚合物；
其中，所述電化學電池組電池包括鋰離子電池組電池和鋰硫電池組電池中的一種。
[0012]2.根據(jù)方案I所述的電化學電池組電池，其中，所述分開器包括選自由金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、以及它們的組合所組成的組的陶瓷材料。
[0013]3.根據(jù)方案2所述的電化學電池組電池，其中，所述陶瓷材料是選自由氧化鋁、氧化錯、氧化娃、氧化韓、氧化鎂、氧化鈦、氧化鉭、氮化娃、立方氮化硼、氮化招、氮化鉻、氮化鈦、碳化硅、碳化硼、碳化鈦、碳化鉻、以及它們的組合所組成的組的成員。
[0014]4.根據(jù)方案I所述的電化學電池組電池，其中，所述分開器熱穩(wěn)定至約1650°C。
[0015]5.根據(jù)方案I所述的電化學電池組電池，其中，所述分開器具有約60%的孔隙率和約0.004 μ m至約10.556 μ m的孔尺寸。
[0016]6.根據(jù)方案I所述的電化學電池組電池，其中，所述分開器能滲透鋰離子。
[0017]7.根據(jù)方案I所述的電化學電池組電池，其中，所述分開器能用非水電解質(zhì)潤濕，所述非水電解質(zhì)具有的鋰鹽以小于約10度的接觸角溶于其中。
[0018]8.根據(jù)方案I所述的電化學電池組電池，其中，所述電極中的一個是負電極，所述負電極包括能夠存儲被嵌入鋰的鋰主體材料，并且所述電極中的另一個是正電極，所述正電極包括能夠在與所述負電極的所述鋰主體材料相比更高的電化學電勢下存儲被嵌入鋰的鋰基活性材料。
[0019]9.一種電池組，包括:
多個電化學電池組電池，其中，至少一個電化學電池組電池包括:
分開器，其設置在兩個電極之間，所述分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料，其中，所述分開器不包含有機聚合物；以及電解質(zhì)； 其中，所述電池組包括鋰離子電池組和鋰硫電池組中的一種。
[0020]10.根據(jù)方案9所述的電池組，其中，所述分開器包括選自由金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、以及它們的組合所組成的組的陶瓷材料。
[0021]11.根據(jù)方案10所述的電池組，其中，所述陶瓷材料是選自由氧化鋁、氧化鋯、氧化娃、氧化韓、氧化鎂、氧化鈦、氧化鉭、氮化娃、立方氮化硼、氮化招、氮化鉻、氮化鈦、碳化硅、碳化硼、碳化鈦、碳化鉻、以及它們的組合所組成的組的成員。
[0022]12.根據(jù)方案9所述的電池組，其中，所述分開器熱穩(wěn)定至約1650°C。
[0023]13.根據(jù)方案9所述的電池組，其中，所述分開器具有約60%的孔隙率和約0.004 μ m至約10.556 μ m的孔尺寸。
[0024]14.根據(jù)方案9所述的電池組，其中，所述分開器能滲透鋰離子。
[0025]15.根據(jù)方案9所述的電池組，其中，所述電解質(zhì)包括非水電解質(zhì)，所述非水電解質(zhì)具有鋰鹽溶于其中。
[0026]16.根據(jù)方案9所述的電池組，其中，所述電極中的一個是負電極，所述負電極包括能夠存儲被嵌入鋰的鋰主體材料，并且所述電極中的另一個是正電極，所述正電極包括能夠在與所述負電極的所述鋰主體材料相比更高的電化學電勢下存儲被嵌入鋰的鋰基活性材料。
[0027]17.一種制造電化學電池組電池的方法，包括:
將分開器設置在兩個電極之間，所述分開器包括柔性、電絕緣、多孔且耐熱的陶瓷材料，其中，所述分開器不包含有機聚合物；
其中，所述電化學電池組電池包括鋰離子電池組電池和鋰硫電池組電池中的一種。
[0028]18.根據(jù)方案17所述的方法，其中，所述分開器包括選自由金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、以及它們的組合所組成的組的陶瓷材料。