专利名称：包括含有基本上由全芳族聚酰亚胺纳米纤维组成的纳米纤维网的分隔体的电化学电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及纳米纤维网聚酰亚胺分隔体在锂(Li)电池和锂离子(Li离子)电池以及其它电化学电池中的应用。
背景技术：
现代储能装置的一个重要的实际方面为不断增加的能量密度和功率密度。安全性已被发现为主要关注。目前具有广泛商业用途的锂离子电池属于常用的最高能量密度电池且需要多级安全装置，包括外部保险丝和温度传感器，所述安全装置在过热情况下在短路之前切断电池，所述短路可由于电池分隔体的机械故障而发生。万一由于分隔体的机械故障或热故障发生短路，锂离子(Li离子)电池也会爆炸和着火。锂离子二次电池在多次充 电和放电循环后提出具体的有关耐久性的挑战。可商购获得的锂离子电池通常采用微孔聚丙烯作为电池分隔体。微孔聚丙烯在120°C下开始收缩，限制电池制造的方法、电池的使用温度、以及得自电池的功率。在制造及使用中，市场中常见的卷绕电化学电池对装置分隔体施加严重的机械应力。那些应力能够导致制造缺陷和装置故障。机械应力可包括例如制造期间分隔体的强烈张力和压缩力，所述应力用于产生紧密的卷绕。制造完成之后，装置层保持在压紧和拉伸应力之下。此外，制造装置在使用期间会经受震动和冲击应力。对选择用于锂离子电池和其它高能量密度电化学装置的改善的分隔体的需求错综复杂。合适的分隔体将优良的电化学特性与优良的机械方面组合，所述电化学特性例如高电化学稳定性、充电-放电-再充电滞后性、首次循环不可逆容量损失等，所述机械方面例如强度、韧性和热稳定性。已展开了关于用作电池分隔体的已知高性能聚合物的调查。一种此类聚合物为聚酰亚胺。The Handbook of Batteries (David Lindon和 Thomas Reddy 编辑，McGraw-Hill,(第3版)，2002)描述了首次循环放电容量损失作为二次电池的重要判据(P. 35. 19)。还指出了非织造分隔体通常已被发现表现出不足以被用于锂电池和锂离子电池的强度。(P. 35. 29)。出于该原因，低熔点的聚乙烯微孔膜趋于被用作锂电池和锂离子电池中的分隔体。然而，聚乙烯微孔膜在热性能方面不适于高温，所述高温偶尔与快速放电最终用途或高温环境下的最终用途相关联。Huang 等人的 Adv. Mat. DOI 10. 1002/adma. 200501806 公开了聚酸亚胺纳米纤维
垫的制备静电纺纱聚酰胺酸并随后将其亚胺化成由以下结构表示的聚合物。
权利要求
1.包括外壳的电化学电池，所述外壳具有设置在所述外壳内的电解质、以及至少部分浸没在所述电解质中的多层制品； 其中所述多层制品包括第一金属集流体、与所述第一金属集流体导电接触的第一电极材料、与所述第一电极材料离子传导性接触的第二电极材料、设置在所述第一电极材料和所述第二电极材料之间并接触所述第一电极材料和所述第二电极材料的多孔分隔体、以及与所述第二电极材料导电接触的第二金属集流体；并且 其中所述多孔分隔体包括含有多根纳米纤维的纳米纤维网，其中所述纳米纤维基本上由全芳族聚酰亚胺组成。
2.权利要求I的电化学电池，其中所述全芳族聚酰亚胺的特征在于0.2或更大的结晶度指数。
3.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述全芳族聚酰亚胺包括PMDA/ODA。
4.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述第一电极材料、所述分隔体和所述第二电极材料以层压体的形式相互粘附性接触。
5.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述金属集流体中的至少一种为与所述第一或第二电极材料中的至少一种粘附性接触的金属箔。
6.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述电解质包括溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合物中的LiPF6 ;所述第一金属集流体包括铜箔；所述第一电极材料包括石墨；所述全芳族聚酰亚胺包括PMDA/ODA ;所述第二电极材料包括锂钴氧化物；并且所述第二金属集流体包括铝箔。
7.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述第一和第二电极材料是相同的。
8.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述第一和第二电极材料是不同的。
9.权利要求I或权利要求2的电化学电池，其中所述电解质包括溶解在乙腈中的四乙基四氟硼酸铵；所述第一和第二金属集流体包括铝箔；所述第一和第二电极材料包括碳；并且所述全芳族聚酰亚胺包括PMDA/ODA。
全文摘要
本发明提供了包括外壳的电化学电池，所述外壳具有设置在所述外壳内的电解质、以及至少部分浸没在所述电解质中的多层制品；所述多层制品包括第一金属集流体、与所述第一金属集流体导电接触的第一电极材料、与所述第一电极材料离子传导性接触的第二电极材料、设置在所述第一电极材料和所述第二电极材料之间并接触所述第一电极材料和所述第二电极材料的多孔分隔体；以及与所述第二电极材料导电接触的第二金属集流体，其中所述多孔分隔体包括纳米纤维网，所述纳米纤维网基本上由多根全芳族聚酰亚胺的纳米纤维组成。本发明还提供了用于制备多层制品的方法。本发明另外提供了电化学电池，其中所述分隔体为具有增强特性的聚酰亚胺纳米纤维网。
文档编号H01M2/16GK102754242SQ201080063970
公开日2012年10月24日 申请日期2010年12月13日 优先权日2009年12月15日
发明者E.P.霍罗卡, G.E.西蒙兹, L.克里什纳-墨菲, P.阿罗拉, S.F.巴扎纳, S.马祖尔, T.J.丹尼斯 申请人:纳幕尔杜邦公司