[发明专利]隔膜、制品及其制造方法

说明书

一种隔膜(104)包括含多个孔的多孔聚醚酰亚胺膜，其中，孔的至少一部分包括含离子液体的电解质组合物。

背景技术

电池单元(battery cell)通常包括通过称为隔膜的薄的多孔膜隔开的正极和负极(阴极和阳极)和液体电解质溶液。隔膜的主要功能是保持两个电极物理地彼此隔开以防止电短路。因此，隔膜应该是电绝缘的。同时，隔膜应当使得能够快速传输在电池充电和放电过程中接通电路所需的离子载荷子(charge carrier)。隔膜应该具有通过本征离子导电(诸如固体电解质)或通过用液体电解质浸泡隔膜传导离子的能力。

当前的商业可获得的Li离子电池通常利用基于溶解Li盐的碳酸烷基酯溶剂，例如碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯(EC/DMC)，与1M六氟磷酸锂(LiPF₆))的电解质。这些电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。这种系统的显著缺点是碳酸烷基酯溶剂的高可燃性以及在高电压下电化学不稳定的可能性。正在研发包含离子液体的Li离子电池的新的电解质系统。有利地，离子液体是易燃的并具有优异的高电压电化学稳定性(>5V)。传统的基于聚烯烃的多孔隔膜在离子液体中是化学稳定的，意味着它们不会溶解也不会显著溶胀。然而，这些基于聚烯烃的多孔隔膜按照极性与离子液体高度不相容，导致电解质对隔膜不良的润湿性。离子液体对隔膜的不足的润湿性导致制造难题，因为随着时间周期延长经常要求延长的真空和/或温度循环来用离子液体填充隔膜孔。另外，不完全润湿的孔将导致差的电池性能，因为非润湿的孔使隔膜中离子导电劣化。

在关于用于Li离子或Li金属电池的离子液体的大部分报告中，利用玻璃纤维(GF)隔膜，它们的厚度约300μm不适于商业应用，商业隔膜的厚度约25μm。用陶瓷或表面活性剂涂覆聚烯烃膜可能改善润湿性，但是可能仅是改善表面(因此不是隔膜的核心)，且其增加了二次加工阶段。期望大量填充陶瓷颗粒(例如其是浸透SiO₂和/或Al₂O₃纳米颗粒的PET无纺织物)的膜也具有用离子液体改善的润湿性，但是以高的基重和低的机械强度为代价。

因此，本领域仍需要对离子液体具有改善的润湿性的改善的电池隔膜以及包括离子液体和可相容的隔膜的电池。

发明内容

在一方面，一种隔膜104，包括含多个孔的多孔聚醚酰亚胺膜，其中，孔的至少一部分包含含离子液体的电解质组合物。

在另一方面，制备上述隔膜104的方法包括在室温至210℃、优选30-200℃下将聚醚酰亚胺溶解在溶剂中以形成溶液，在20-50℃、优选地20-30℃的温度下浇铸溶液以形成薄膜，在包含对于聚醚酰亚胺为非溶剂、优选水和可选的对于聚醚酰亚胺为溶剂的凝固浴中凝固薄膜以提供多孔聚醚酰亚胺膜，以及使多孔聚醚酰亚胺膜与电解质组合物接触来填充多个孔的至少一部分以提供隔膜。

在一方面，系统包括阳极102、阴极100、设置在阳极102和阴极100之间的上述隔膜104、以及与阳极102、阴极100和隔膜104接触的包含离子液体的电解质108。

附图说明

以下附图是示例性的实施方式，其中，相同要素标号相同。

图1示出了示例性的系统，例如电池；

图2示出了示例性的离子液体；以及

图3示出了使用接触角测定确定的离子液体对隔膜的润湿性。

具体实施方式