包含多孔粒子的聚合多孔基材的制作方法
【专利摘要】本发明描述了聚合多孔基材。所述基材可以用作电池隔膜或用于其它工业应用。所述聚合多孔基材由在没有多孔粒子的情况下当浇铸成基材时形成表皮的聚合物形成，所述聚合物例如聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。所述聚合多孔基材还包含多孔粒子。
【专利说明】包含多孔粒子的聚合多孔基材
【技术领域】
[0001]本公开涉及包含多孔粒子的聚合多孔基材。这种具有多孔粒子的聚合多孔基材可以例如用作电池隔膜和用于其它工业应用中。
【背景技术】
[0002]脱离对石油和其他矿物燃料的依赖的努力已经让许多行业花费研究和开发资金来开发环境友好或“绿色”技术。这样的绿色技术包括可用于例如汽车工业的改良电池。事实上，成立美国先进电池联盟(the United States Advanced Battery Consortium)(USABC)就是为了开发支持燃料电池汽车、混合动力汽车、和电动汽车的商业化的电化学能量储存技术。这包括电池和电池组件。
[0003]汽车应用的电池和电池组件必须足够坚固以承受运行条件。例如，电池隔膜必须具有高度耐热和耐电解质、使用期间收缩率低、并且必须容许足够的离子流供电池运行。USABC已经发布了可用在汽车环境中的锂离子电池适合的电池隔膜的规格目标。
[0004]以前开发用于现代和未来汽车电池的电池隔膜的尝试已经利用倾向于表现出令人满意的耐热和耐电解质的聚合物和聚合物掺合物来进行，但是所述聚合物和聚合物掺合物在表面处形成致密的聚合物表皮。这种有潜力的电池隔膜材料包括，例如，聚酰亚胺如聚醚酰亚胺(PEI)。不幸的是，所述致密的表皮起到阳极和阴极之间离子流动的屏障的作用，使得所生成的材料不适宜用作电池隔膜。事实上，这种材料的Gurley流(用于表示离子流)已经超过10，000s/100cc并高达27，OOOs/lOOcc。用作电池隔膜的材料要求低得多的Gurley 流。
【发明内容】
[0005]已经发现聚合多孔基材解决了电池技术中在先研究一直未解决的一些挑战。这样的聚合多孔基材也可以具有其它用途和应用。这样的聚合多孔基材包含至少一种聚合物，所述聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成基材时，在所述基材中生成表皮。所述表皮可以是厚的和/或致密的，使得所述表皮致使所生成的基材基本上不可渗透离子流。“基本上不可渗透”是指在阳极和阴极之间可以存在偶发离子流，但是不足以让所述基材起到电池隔膜的作用。本文中公开的聚合多孔基材包含多个多孔粒子连同所述至少一种聚合物。通过包含多孔粒子与所述至少一种聚合物，当形成所述聚合多孔基材时，所生成的聚合多孔基材容许在阳极和阴极之间有足够的离子流，以使所生成的聚合多孔基材尤其起到电池隔膜的作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]现在参考附图，详细显示说明性的实施方式。
[0007]图1描绘了示例性聚合多孔基材的Gurley流对隔膜中多孔粒子体积浓度的图；
[0008]图2描绘了示例性聚合多孔基材的Gurley流对隔膜中不同多孔粒子的多孔粒子体积浓度的图；
[0009]图3描绘了包含示例性电池隔膜的电池的示意图；和
[0010]图4描绘了具有图3描述类型的电池的汽车。
【具体实施方式】
[0011]本公开总的涉及由聚合物形成的聚合多孔基材，所述聚合物通常形成厚的或致密的表皮，使得所述基材基本上不能用作电池隔膜。本文中公开的电池隔膜通过利用这样的聚合物连同多孔粒子形成多孔基材来制造。不受理论约束，据认为在所述基材形成过程期间，许多这样的多孔粒子迁移到在不存在所述多孔粒子的情形下所述基本上离子不可渗透的表皮会处于的位置。所述粒子中的孔容许离子流通过阳极和阴极之间的所述多孔基材，从而出乎意料地使以前被认为由于加工问题不能用作电池隔膜材料的聚合物可用作电池隔膜中的材料。
[0012]聚合物
[0013]广泛范围的聚合物可以用来形成所述聚合多孔基材。特别地，能够通过相转化分离方法形成基材的聚合物可以是有用的。这样的聚合物在第一溶剂或溶剂混合物中可溶，在第二溶剂(非溶剂)中不溶，其中所述第一和第二溶剂是可混溶的。另外，关于本文中公开的电池隔膜，当形成基材时形成厚的和/或致密的表皮的聚合物可以是有用的。说明性的非限制聚合物可以包括聚酮、聚氯乙烯和聚砜。
[0014]可以用于本文中公开的聚合多孔基材的非限制性示例聚合物包括聚酰亚胺，例如聚醚酰亚胺(PEI)。PEI是具有以下结构的重复单元的非晶热塑性聚合物:
[0015]
【权利要求】
1.聚合多孔基材，其包含 (a)至少一种聚合物，所述聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成多孔基材时，在所述基材中生成表皮；和 (b)多个多孔粒子。
2.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述至少一种聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成为多孔基材时，在所述基材中生成表皮，使得所述基材的Gurley流值大于10,000s/100cc。
3.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述至少一种聚合物可溶于第一溶剂，不可溶于第二溶剂，其中所述第一和第二溶剂是彼此可混溶的。
4.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述至少一种聚合物包括聚酰亚胺。
5.权利要求4的聚合多孔基材，其中所述聚酰亚胺包括聚醚酰亚胺。
6.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述多孔粒子包括多孔二氧化硅。
7.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述多孔粒子具有小于250nm的平均孔径。
8.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述多孔粒子具有小于50nm的平均孔径。
9.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述多孔粒子具有小于10微米的平均粒径。
10.权利要求1的聚合多孔基材，其中至少一部分所述多孔粒子包含介孔多孔泡沫。
11.权利要求1的聚合多孔基材，其具有小于1500s/100cc的Gurley流。
12.电池隔膜，其包含权利要求1的聚合多孔基材。
13.电池隔膜，其包含: 聚合多孔基材，其由下列组分形成: (a)至少一种聚合物，所述聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成多孔基材时，在所述基材中生成表皮，使得所述基材的Gurley流大于10，000s/100cc ;和 (b)多个多孔粒子， 使得所述电池隔膜的Gurley流小于1500s/100cc。
14.权利要求13的电池隔膜，其中所述聚合多孔基材包含的多孔粒子的量，根据方程式2计算，为所述隔膜的0.1至60体积％。
15.权利要求13的电池隔膜，其中所述二氧化硅是介孔多孔泡沫。
16.权利要求13的电池隔膜，其中根据方程式2计算，所述至少一种聚合物占所述隔膜的40至99.9体积％。
17.权利要求13的电池隔膜，其中所述至少一种聚合物包括聚酰亚胺。
18.权利要求17的电池隔膜，其中所述聚酰亚胺包括聚醚酰亚胺。
19.电池，其包含权利 要求13的电池隔膜。
20.机动车，其包含权利要求19的电池。
【文档编号】B01D71/64GK104136512SQ201280055348
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2012年11月9日 优先权日:2011年11月10日
【发明者】S·T·马托西, B·C·尼克莱斯, B·A·基罗斯, 鞠昊 申请人:陶氏环球技术有限责任公司