[发明专利]具有对齐的颗粒的复合材料隔离器

说明书

提供了用于可再充电电池的离子传导型复合材料隔离器以及用于制造该复合隔离器的方法。该隔离器可以包括：块体材料，该块体材料具有阳极侧和阴极侧以及在阳极侧与阴极侧之间延伸的厚度；以及跨块体材料的厚度延伸的对齐颗粒的区域。对齐颗粒可以形成为颗粒链并且颗粒可以由固体电解质材料形成。该离子传导型隔离器可以如下地形成：在块体材料内设置多个颗粒，以及在块体材料处于液态时向颗粒和块体材料施加AC电场以使颗粒在块体材料内的至少一个离子传导的对齐颗粒区域内对齐。

技术领域

本公开涉及包括用于改善离子传导性的对齐颗粒的隔离器。

背景技术

可再充电电池(例如，锂离子电池)通常包括隔离器(separator)，这些隔离器在允许离子传导的同时提供了电极的机械隔离和电隔离。一种常见的隔离器是浸在液体电极中的多孔聚合物膜。然而，用于很多电池(例如，锂离子电池)的常见的液体电极可能是可燃的，并且在严重的事故中可能促成火灾。如果发生锂离子电池的过度充电，则在负极处可能生长出锂枝晶(lithium dendrite)，并且锂枝晶穿过多孔隔膜，从而导致内部短路。如果两个电极发生电接触，则电池能够通过该短路自放电，这可能导致热逃逸事件。热逃逸继而可能导致火灾。

发明内容

在至少一个实施方式中，提供了一种用于可再充电电池的离子传导型复合材料隔离器，其包括：块体材料，该块体材料具有阳极侧和阴极侧以及在阳极侧与阴极侧之间延伸的厚度；以及跨块体材料的厚度延伸的对齐颗粒的区域。该对齐颗粒可以使对齐颗粒链。

在一个实施方式中，在对齐颗粒的区域中的颗粒的体积分数可以是至少85％。在另一个实施方式中，在隔离器中的颗粒的体积分数可以是0.1％至20％。隔离器可以包括跨块体材料的厚度延伸的多个对齐颗粒的区域。对齐颗粒可以包括固体电解质颗粒。在一个实施方式中，对齐颗粒的区域可以是大致线性的。

块体材料可以包括聚乙烯氧化物(PEO)、聚乙二醇(PEG)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚丙烯腈(PAN)。对齐颗粒可以包括LLZO、LiPON、LISICON、Thio-LISICON、Li₂S-P₂S₅、Li-Al-Ge-PO₄、Li-Ti-Al-PO₄、Li-V-Si-O、LiBSiO、LiBON、镧钛酸锂或NASICON。在一个实施方式中，对齐颗粒包括介电材料。对齐颗粒的区域可以具有1至5个颗粒的宽度。

在至少一个实施方式中，提供了一种可再充电电池，其包括阳极和阴极以及设置在阳极与阴极之间的离子传导型隔离器，该隔离器包括：块体材料，其具有从隔离器的阳极侧延伸至阴极侧的厚度；以及跨块体材料的厚度延伸的对齐颗粒的区域。

在一个实施方式中，对齐颗粒是对齐颗粒链。在对齐颗粒的区域中的颗粒的体积分数可以是至少85％。隔离器可以包括跨块体材料的厚度延伸的多个对齐颗粒的区域。在一个实施方式中，在隔离器中的颗粒的体积分数可以是0.1％至20％。

在至少一个实施方式中，提供了一种形成用于可再充电电池的离子传导型复合材料隔离器的方法。该方法可以包括：在隔离器块体材料内提供多个颗粒；以及在隔离器块体材料处于液态的同时向颗粒和隔离器块体材料施加交流电场以使颗粒在隔离器块体材料内的至少一个离子传导的对齐颗粒区域内对齐。

在一个实施方式中，所述交流电场具有100至2,000V/mm的强度和10Hz至10kHz的频率。该电场可以被施加1秒至1小时。所述方法可以包括对块体材料进行加热以使其在施加电场的步骤之前处于液态。

附图说明

图1是根据一个实施方式的具有对齐的颗粒的复合材料隔离器的示意性截面图；

图2是根据一个实施方式的颗粒对齐过程的示意图；

图3是根据一个实施方式的复合材料隔离器的形成和对齐过程的示意图；