[发明专利]用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及其制造方法

说明书

本发明公开了用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及其制造方法。提供了用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜和制备所述陶瓷涂覆隔膜的方法。所述陶瓷涂覆隔膜可以通过制备包含一种或多种锂化氧化物和粘合剂的浆料并将所述浆料设置到多孔基材的一个或多个表面上来制造。可以干燥所述浆料以便在多孔基材的一个或多个表面上形成陶瓷涂层，由此生成陶瓷涂覆隔膜。所述陶瓷涂层可以包含一种或多种选自Li₂SiO₃、LiAlO₂、Li₂TiO₃、LiNbO₃、Li₃PO₄、Li₂CrO₄和Li₂Cr₂O₇的锂化氧化物。

技术领域

本公开大体上涉及含锂电化学电池，更具体涉及用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及制造此类隔膜的方法。

背景技术

本部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

本公开大体上涉及含锂电化学电池，更具体涉及用于含锂电化学电池的陶瓷涂覆隔膜及制造此类隔膜的方法。所述陶瓷涂层包含一种或多种改善含锂电化学电池的高温性能的离子导电锂化氧化物。

作为背景，高能量密度电化学电池，如锂离子电池，可用于各种各样的消费品和车辆中，如混合动力电动汽车（HEV）和电动汽车（EV）。典型的锂离子电池包括第一电极（例如阴极）、第二电极（例如阳极）、电解质材料和隔膜。通常锂离子电池组电池以堆栈形式电连接以提高整体输出。常规的锂离子电池通过在负极与正极之间可逆地传递锂离子来运行。隔膜和电解质设置在负极与正极之间。所述电解质适于传导锂离子，并且可以是固体或液体形式。在电池充电过程中，锂离子从阴极（即正极）向阳极（即负极）移动，当电池放电时在相反方向上移动。

电池组电池的电势差或电压由电极之间的化学势（例如费米能级）差来决定。在正常运行条件下，当电池组电池完全充电时，电极之间的电势差达到最大可实现值，当电池组电池完全放电时，电极之间的电势差达到最小可实现值。当电极经由外电路与发挥所需功能的负载（例如电动机、灯泡）连接时，电池组电池将放电，并将获得最小可实现值。电池组电池中的负极和正极各自与集流体（通常为金属，如对于阳极为铜，对于阴极为铝）连接。与两个电极相关联的集流体通过外电路连接，这使得由电子产生的电流能够在电极之间通过以补偿锂离子跨电池组电池的传输。例如，在电池放电过程中，从负极向正极的内部Li⁺离子电流可以通过电池组电池的经外电路从负极流向正极的电子电流来补偿。

许多不同的材料可用于创造用于锂离子电池的组件。例如，锂电池的正极材料通常包含可以嵌入锂离子的电活性材料，如锂-过渡金属氧化物或混合氧化物，例如包括LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn_1.5Ni_0.5O₄、LiNi_(1-x-y)Co_xM_yO₂（其中0 x 1，y 1，且M可以是Al、Mn等等）或一种或多种磷酸盐化合物，例如包括磷酸铁锂或混合磷酸铁锰锂。电解质通常含有一种或多种锂盐，其可以在非质子非水性溶剂中溶解和离子化。负极通常包括嵌锂材料或合金宿主材料（host material）。例如，用于形成阳极的典型的电活性材料包括石墨和其它形式的碳、硅和硅氧化物、锡和锡合金。

隔膜可以采用湿法或干法制造以形成具有足够孔隙率从而使离子能够在第一电极与第二电极之间移动的隔绝屏障。隔膜通常与陶瓷材料混合或由陶瓷材料涂覆以进一步改善机械强度和/或高温性能。但是，目前的陶瓷涂覆隔膜可能增加内阻，降低容量保持率。因此，合意的是提供耐用的长寿命锂离子电池，其具有改进的隔膜，所述隔膜有助于避免或尽量减少电池中的容量衰减和损失，同时具有改进的高倍率性能、高库仑效率和高热稳定性。