公開包括微粒且具有中孔結構的電絕緣層；和包括如下的電池裝置：正極；負極；包括微粒且具有中孔結構的電絕緣層，所述電絕緣層布置在所述負極和所述正極之間；以及離子傳導性組合物。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及呈現出優異的離子傳導性的電絕緣層、和設置有所述電絕緣層的電池裝置。要求2013年12月3日提交的美國專利申請No.61/911,104和2014年12月1日提交的美國專利申請No.14/556,449的優先權，將其內容通過參考引入本文中。
技術介紹
常規地，在構成鋰離子二次電池的正極和負極之間，使用浸滲(浸漬)有電解質的多孔膜作為隔板。然而，形成具有大的表面積的鋰枝晶，其可變成所述電池內的電短路的原因。作為防止所述短路的方法，已知其中將用于負極的材料從鋰金屬變成其中可嵌入鋰離子的炭黑等的方法、和其中使用固體電解質的方法。例如，作為構成固體電解質的基體聚合物，已提出了聚環氧乙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷等的均聚物和共聚物(參見專利文獻1和2)。然而，這些聚合物電解質(固體電解質)難以既保持高的傳導性又保持優異的機械強度。已提出添加無機納米顆粒例如硅石、礬土、氧化鈦等以改善聚合物電解質的機械強度(參見專利文獻3)。然而，在室溫下的離子傳導性仍是令人不滿意的。此外，已經開發了作為電解質溶液和固體電解質的中間形式的凝膠電解質(聚合物凝膠)(例如，參見專利文獻4)。在這樣的聚合物和溶劑的復合凝膠電解質中，已實現10-5至10-3S/cm的鋰離子傳導率。在使用電解質溶液或凝膠電解質的常規的鋰離子二次電池中，為了使負極和正極電絕緣，使用多孔隔板。典型的隔板由聚烯烴膜(層)例如聚乙烯或聚丙烯的單層或多層構成。然而，這些聚烯烴隔板造成如下問題：隨著溫度升高，發生熱收縮，使得熱穩定性是低的。此外，在其中對鋰離子二次電池快速充電、或者在低溫環境中使用鋰離子二次電池的情況中，即使當使用利用炭黑的負極時，也在所述負極上產生鋰枝晶，從而引起局部電短路。在這樣的情況下，聚烯烴隔板將熔化，且當熔化蔓延時，如下問題出現：電池將處于不穩定的、危險的狀態。為了解決這樣的問題，已經提出了通過等離子體噴涂而設置于負極和正極的任一個或兩個上的由選自金屬氧化物、金屬碳酸鹽和金屬氮化物的至少一種陶瓷粉末構成的耐熱性的熱絕緣層(參見專利文獻5)。而且，已經提出了由多孔擬薄水鋁石層和紫外線可固化的聚合物保護涂層構成的雙層隔板(參見專利文獻6和7)以及通過用金屬氧化物層覆蓋多孔聚烯烴膜而形成的隔板(參見專利文獻8)。引文列表專利文獻[PTL1]美國專利No.5585039[PTL2]美國核準前公布No.2009/0104523[PTL3]美國專利No.6645675[PTL4]美國專利No.5296318[PTL5]美國專利No.5705292[PTL6]美國專利No.6410182[PTL7]美國核準前公布No.2007/0189959[PTL8]美國專利No.7790321
技術實現思路
技術問題在常規的鋰離子二次電池裝置中，在其中使用固體電解質的情況中，存在如下問題：在室溫下，離子傳導性是令人不滿意的。此外，在其中使用電解質溶液或凝膠電解質的情況中，通過聚烯烴隔板的使用，存在例如如下的問題：所述隔板在高溫下的收縮以及由快速充電或在低溫環境中鋰枝晶的形成而引起的電短路的產生。另外，由于聚烯烴隔板不具有高的對于電解質溶液的親和性，因此電解質溶液的存儲性質變差。結果，存在如下問題：當鋰離子二次電池的位置在某一方向上長時間固定時，在所述隔板內部的電解質溶液偏移，使得所述電池不能被充電/放電。電解質溶液的該偏移變成嚴重的問題，尤其是在家庭和工廠中的固定應用以及電動車應用中。問題的解決方案本專利技術考慮到以上情況，以如下為目標：提供可用于代替聚烯烴隔板且呈現出優異的離子傳導性、機械強度和電解質溶液保持性的電絕緣層、以及設置有所述電絕緣層且呈現出優異的電池性質的電池裝置。(1)電絕緣層，其包括微粒且具有中孔結構。(2)根據以上(1)的電絕緣層，其中基于所述電絕緣層的總體積的孔的比例為30-90體積％。(3)根據以上(1)或(2)的電絕緣層，其中基于所述電絕緣層的總體積的中孔的比例為3-65體積％。(4)根據以上(1)到(3)任一項的電絕緣層，其進一步包括納米顆粒，其中所述微粒和所述納米顆粒的至少一種具有中孔結構。(5)根據以上(1)到(4)任一項的電絕緣層，其進一步包括粘結劑。(6)根據以上(1)到(5)任一項的電絕緣層，其進一步包括離子傳導性組合物。(7)電池裝置，其包括：正極；負極；包括微粒且具有中孔結構的電絕緣層，所述電絕緣層布置在所述負極和所述正極之間；以及離子傳導性組合物.(8)根據以上(7)的電池裝置，其中基于所述電絕緣層的總體積的孔的比例為30-90體積％。(9)根據以上(7)或(8)的電池裝置，其中基于所述電絕緣層的總體積的中孔的比例為3-65體積％。(10)根據以上(7)到(9)任一項的電池裝置，其中所述電絕緣層進一步包括納米顆粒，其中所述微粒和所述納米顆粒的至少一種具有中孔結構。(11)根據以上(7)到(10)任一項的電池裝置，其中所述電絕緣層進一步包括粘結劑。(12)根據以上(7)到(11)任一項的電池裝置，其中所述離子傳導性組合物包括鋰鹽和非水溶劑。(13)根據以上(12)的電池裝置，其中所述鋰鹽包括由下面顯示的通式(I)或(II)表示的有機酸鋰-三氟化硼絡合物：[R(COO)n-Lin]-BF3n…(I)[(COO)2-Li2]-(BF3)2…(II)其中R表示具有n的化合價的烴基或氫化物(hydride)基團；且n表示1-4的整數。(14)根據以上(13)的電池裝置，其中所述有機酸鋰-三氟化硼絡合物包括選自如下的至少一種成員：草酸鋰-三氟化硼絡合物、琥珀酸鋰-三氟化硼絡合物和甲酸鋰-三氟化硼絡合物。(15)根據以上(13)或(14)的電池裝置，其中基于所述鋰鹽的總量的所述有機酸鋰-三氟化硼絡合物的量為0.5摩爾％或更多。(16)根據以上(12)到(15)任一項的電池裝置，其中所述非水溶劑包括腈溶劑。(17)根據以上(16)的電池裝置，其中所述腈溶劑包括選自如下的至少一種成員：琥珀腈、戊二腈和己二腈。(18)根據以上(16)或(17)的電池裝置，其中基于所述非水溶劑的總量的所述腈溶劑的量為50體積％或更多。(19)根據以上(7)到(18)任一項的電池裝置，其中所述微粒包括選自如下的至少一種成員的顆粒：聚甲基脲、三聚氰胺甲醛樹脂、聚丙烯酸鋰、聚酰胺、聚(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸鋰)、二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、擬薄水鋁石(AlO(OH))、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋅(ZnO)、氟化鉀(KF)、氟化鋰(LiF)、沸石和碳酸鈣(CaCO3)。(20)根據以上(10)到(19)任一項的電池裝置，其中所述納米顆粒包括選自如下的至少一種成員的顆粒：二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、擬薄水鋁石(AlO(OH))、氧化鈮(Nb2O5)、氧化鉭(Ta2O5)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、二氧化錫(SnO2)、氧化鋅(ZnO)、氟化鉀(KF)、氟化鋰(LiF)、中孔鋁硅酸鹽(Al2SiO5)、中孔鈮-鉭復合氧化物和中孔鎂-鉭復合氧化物。(21)根據以上(11)到(20)任一項的電池裝置，其中所述粘結劑包括選自如下的至少一種成員：聚乙烯醇、羧基改性的聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚環氧乙本文檔來自技高網...
【技術保護點】
電絕緣層，其包括微粒且具有中孔結構。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.12.03 US 61/911,104;2014.12.01 US 14/556,4491.電絕緣層，其包括微粒且具有中孔結構。2.根據權利要求1的電絕緣層，其中基于所述電絕緣層的總體積的孔的比例為30-90體積％。3.根據權利要求1的電絕緣層，其中基于所述電絕緣層的總體積的中孔的比例為3-65體積％。4.根據權利要求1的電絕緣層，其進一步包括納米顆粒，其中所述微粒和所述納米顆粒的至少一種具有中孔結構。5.根據權利要求1的電絕緣層，其進一步包括粘結劑。6.根據權利要求1的電絕緣層，其進一步包括離子傳導性組合物。7.電池裝置，包括：正極；負極；包括微粒且具有中孔結構的電絕緣層，所述電絕緣層布置在所述負極和所述正極之間；以及離子傳導性組合物。8.根據權利要求7的電池裝置，其中基于所述電絕緣層的總體積的孔的比例為30-90體積％。9.根據權利要求7的電池裝置，其中基于所述電絕緣層的總體積的中孔的比例為3-65體積％。10.根據權利要求7的電池裝置，其中所述電絕緣層進一步包括納米顆粒，其中所述微粒和所述納米顆粒的至少一種具有中孔結構。11.根據權利要求7的電池裝置，其中所述電絕緣層進一步包括粘結劑。12.根據權利要求7的電池裝置，其中所述離子傳導性組合物包括鋰鹽和非水溶劑。13.根據權利要求12的電池裝置，其中所述鋰鹽包括由下面顯示的通式(I)或(II)表示的有機酸鋰-三氟化硼絡合物：[R(COO)n-Lin]-BF3n…(I)[(COO)2-Li2]-(BF3)2…(II)其中R表示具有n的化合價的烴基或氫化物基團；且n表示1-4的整數。14.根據權利要求13的電池裝置，其中所述有機酸鋰-三氟化硼絡合物包括選自如下的至少一種成員：草酸鋰-三氟化硼絡合物、琥珀酸鋰-三...
【專利技術屬性】
技術研發人員：唐育英，J沃特金斯，新明健一，R達薩納亞克阿盧思齊，小泉進，加納正史，
申請(專利權)人：馬薩諸塞大學，積水化學工業株式會社，
類型：發明
國別省市：美國;US
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