[发明专利]电化学电池的隔片的防护涂层

说明书

技术领域

本发明一般性涉及电化学电池的隔片领域。更特别地，本发明涉及用于电化学电池的隔片，它包括至少一层微孔性的假勃姆石层和至少一层包括聚合物的防护涂层；包括该隔片的电解质元件；包括该隔片的电流产生型电池；以及制造这些隔片，电解质元件，和电池的方法。

技术背景

在本申请中，各种出版物，专利，和公告的专利申请是通过标识列举来引用。在本申请中引用的出版物、专利和公告的专利说明书的公开内容因此被引入到本公开物中作为参考，为的是更充分地描述本发明所涉及的现有技术的状态。

在电流生产型电池或电池组中，通过让电子从阳极经过外电路流向阴极而导致在阴极上阴极活性物质的电化学还原和在阳极上阳极活性物质的电化学氧化，从而发生了电池从它的充电状态的放电。在不希望的条件，电子可能在内部从阳极流到阴极，就象在短路时所发生的情况。为了防止在短路时发生的所以不希望有的电子的内部流动，在阴极和阳极之间放入电解质元件。这一电解质元件必须是非导电性的以防止短路，但是在电池放电过程中和对于可充电电池而言在再充电过程中必须允许在阳极和阴极之间正离子的输送。该电解质元件应该同时对阳极和阴极是在电化学和化学上稳定的。

典型地，该电解质元件含有：多孔材料，称为隔片，因为它将阳极和阴极彼此分离开并产生绝缘；和在隔片的孔隙中的水性或非水性电解质。水性或非水性电解质典型地包括离子电解质盐类和电解质溶剂，和任选的其它材料如聚合物。许多种材料已经用于电流产生型电池中电解质元件的多孔层或隔片。这些多孔性隔片材料包括聚烯烃类如聚乙烯和聚丙烯，玻璃纤维过滤纸，和陶瓷材料。通常这些隔片材料是在电流产生型电池的制造中作为夹在阳极和阴极之间的多孔性自持型膜来提供的。另外，多孔隔片层能够直接加载于两电极的一个上，例如按授权于Bagley等人的U.S.Pat.No.5,194,341中所述那样。

多孔的隔片材料已经能够由多种方法制造，其中包括例如塑料膜的拉伸兼特殊加热和冷却，从塑料膜中抽提出可溶解的增塑剂或填料，和等离子体氧化。制造普通自持型隔片的方法典型地包括将熔化的聚合物材料挤出，随后进行后加热和拉伸或牵引过程或随后进行溶剂萃取过程以便在整个隔片层中提供孔隙。授权于Anderson等人和这里引用的US专利No.5,326,391描述了以一种从颜料着色的塑料膜中抽提出可溶性增塑剂的方法为基础的自持型多孔材料的制造方法。授权于Gozdz等人和这里引用的US专利No.5,418,091描述了通过从作为多层电池组结构的涂敷组分或作为独立的隔离膜的氟化聚合物基质中抽提出可溶性增塑剂来形成电解质层的方法。授权于Bagley等人的US专利No.5,194,341描述了具有微孔性硅石层和有机电解质的电解质元件。该硅石层是硅氧烷聚合物的等离子体氧化的产物。自持型隔片的这些制造方法是复杂和昂贵的，并且在提供直径低于1微米的超细孔隙或提供低于10微米的隔片厚度上不太有效。

制造在电池的另一层上直接涂敷的隔片层的方法典型地包括在涂敷之后的溶剂萃取过程，以便在整个隔片层中提供孔隙。与自持型隔片一样，这一溶剂萃取过程是复杂、昂贵的而且在提供直径低于1微米的超细孔隙上不太有效。

Carlson等人在U.S.专利申请序列号No.081995,089(共同受让)描述了用于电化学电池的包括微孔性假勃姆石层的隔片和包括该隔片的电解质元件。该假勃姆石型隔片和制造该隔片的方法是同时对于自持型隔片和作为涂敷在电极上的隔片层来描述的。

作为在电解质元件的隔片的孔隙中的非水性电解质，典型地使用包括有机溶剂和离子盐的液体有机电解质。另外，可使用含有聚合物和离子盐和任选的有机溶剂的凝胶或固相聚合物电解质，代替液体有机电解质。例如，授权于Morigaki等人的US专利No.5,597,659和5,691,005描述了由孔隙中浸渍了离子传导性凝胶电解质的微孔性聚烯烃膜制成的隔片基质。

除了是多孔性的和对电流产生型电池的其它材料表现化学稳定性，该隔片应该是柔性的，薄的，成本较低的，和具有良好的机械强度。当电池以螺旋形卷曲或折叠以增加电极的表面积和据此改进电池的容量和高速能力时，这些性能是尤为重要的。典型地，自持型隔片具有25微米(um)或更大的厚度。由于电池需要继续朝着更高体积容量和更轻便结构的方向发展，因此需要厚度为15微米或更低的隔片，使得在各电池组中隔片的面积显著增长。厚度从25微米减至15微米或更低将会显著增加了提供孔隙度和良好机械强度的挑战，而与此同时不会牺牲短路保护功能或不会显著增加各电池组中隔片的总成本。