[发明专利]在用于电池的隔板上的超薄陶瓷涂层

说明书

本发明公开了隔板，诸如电池和电容器的包括前述隔板的高性能电化学装置，用于制造所述隔板的系统及方法。在一个实现方式中，提供了一种隔板。所述隔板包括聚合物基板(131)，所述聚合物基板能够传导离子，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述隔板进一步包括第一含陶瓷层(136)，所述第一含陶瓷层能够传导离子，形成在所述第一表面上。所述第一含陶瓷层(136)具有在从约1000纳米至约5000纳米的范围内的厚度。所述隔板进一步包括第二含陶瓷层(138)，所述第二含陶瓷层能够传导离子，形成在所述第二表面上。所述第二含陶瓷层(138)是无粘结剂含陶瓷层并具有在从约1纳米至约1000纳米的范围内的厚度。

技术领域

本公开内容的实现方式总体涉及隔板，诸如电池和电容器的包括前述隔板的高性能电化学装置，用于制造所述隔板的系统及方法。

背景技术

在越来越多应用中都使用了快速充电、高容量能量存储装置，诸如电容器和锂离子(Li离子)电池，这些应用包括便携式电子器件、医疗、运输、并网式大型能量存储设备、可再生能量存储设备和不间断电源(UPS)。

锂离子电池典型地包括阳极、阴极，以及定位在阳极与阴极之间的隔板。隔板是电子绝缘体，其可在阴极与阳极之间提供物理和电气分隔。隔板典型地由微孔聚乙烯和聚烯烃制成。在电化学反应例如充电和放电期间，锂离子通过电解质传输通过在两个电极之间的隔板中的孔。因此，高孔隙率有助于提高离子传导性。然而，当在循环期间形成的锂枝晶在电极之间形成短路时，某些高孔隙率隔板就易发生电短路。

当前，电池单元制造商购买隔板，然后，在单独的处理步骤中将隔板与阳极和阴极层压在一起。其他隔板典型地通过湿法或干法挤出聚合物并然后将其拉伸以在聚合物材料中产生孔隙(撕裂处)制成。隔板通常是锂离子电池中最昂贵的部件之一并占了电池单元的材料成本的20％以上。

对于大多数能量存储应用，能量存储装置的充电时间和容量是所关注的参数。另外，这种能量存储装置的大小、重量和/或花费可能是显著的限制。使用当前可用隔板具有许多缺点。即，这种可用材料限制了由这种材料构成的电极的最小大小，有电短路的缺点，涉及复杂制造方法，并且涉及昂贵材料。此外，当前隔板设计经常具有锂枝晶生长的缺点，这可能会导致短路。

因此，本领域中需要具有更小、更轻并可低成本地制造的隔板的更快速充电、更高容量能量存储装置。

发明内容

本公开内容的实现方式总体涉及隔板，诸如电池和电容器的包括前述隔板的高性能电化学装置，用于制造所述隔板的系统及方法。在一个实现方式中，提供了一种隔板。所述隔板包括聚合物基板，所述聚合物基板能够传导离子，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述隔板进一步包括第一含陶瓷层，所述第一含陶瓷层能够传导离子，形成在所述第一表面上。所述第一含陶瓷层具有在从约1000纳米至约5000纳米的范围内的厚度。所述隔板进一步包括第二含陶瓷层，所述第二含陶瓷层能够传导离子，形成在所述第二表面上。所述第二含陶瓷层是无粘结剂含陶瓷层并具有在从约1纳米至约1000纳米的范围内的厚度。

在另一个实现方式中，提供了一种电池。所述电池包括阳极，所述阳极包含锂金属、锂合金、石墨、含硅石墨、镍、铜、锡，铟、硅或它们的组合中的至少一种。所述电池进一步包括阴极。所述电池进一步包括隔板，所述隔板设置在所述阳极与所述阴极之间。所述隔板包括聚合物基板，所述聚合物基板能够传导离子，具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面。所述隔板进一步包括第一含陶瓷层，所述第一含陶瓷层能够传导离子，形成在所述第一表面上。所述第一含陶瓷层具有在从约1000纳米至约5000纳米的范围内的厚度。所述隔板进一步包括第二含陶瓷层，所述第二含陶瓷层能够传导离子，形成在所述第二表面上。所述第二含陶瓷层是无粘结剂含陶瓷层并具有在从约1纳米至约1000纳米的范围内的厚度。