锂基电池隔膜和其制备方法
【专利说明】锂基电池隔膜和其制备方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2014年2月18日提交的美国临时专利申请序号61/941，054的权益， 在此其全部引入作为参考。
【背景技术】
[0003] 二次、或可再充电，锂-硫电池或锂离子电池经常用于许多固定和便携式装置，如 在消费电器、汽车、和航天工业中遇到的那些。锂基电池出于各种原因包括相对高能量密 度、当与其他种类可再充电电池相比普遍没有出现任何记忆效应、相对较低的内电阻、和不 使用时低自放电率而受欢迎。锂电池在它们的有效寿命内经受重复功率循环的能力使得它 们吸引人和成为可靠的电源。
【发明内容】
[0004] 锂基电池隔膜包括具有相对表面的多孔聚合物膜。在多孔聚合物膜的相对表面之 一上形成多孔碳涂层。聚阳离子引入多孔碳涂层、多孔聚合物膜或多孔碳涂层和多孔聚合 物膜两者。
[0005] 锂离子电池或锂-硫电池的隔膜包括本文公开的锂基电池隔膜的实例。
[0006] 本发明涉及下列（1)-(16):
[0007] (1).锂基电池隔膜，其包括：
[0008] 具有相对表面的多孔聚合物膜；
[0009] 在多孔聚合物膜的相对表面之一上形成的多孔碳涂层；和
[0010] 引入该多孔碳涂层、多孔聚合物膜或多孔碳涂层和多孔聚合物膜两者中的聚阳离 子。
[0011] (2).如⑴中限定的锂基电池隔膜，其中聚阳离子引入多孔聚合物膜和具有朝该 多孔聚合物膜的其他相对表面方向增加的梯度分布。
[0012] (3).如⑴中限定的锂基电池隔膜，其中聚阳离子引入多孔碳涂层和具有朝多孔 聚合物膜的相对表面之一方向增加的梯度分布。
[0013] (4).如⑴中限定的锂基电池隔膜，其中聚阳离子具有下列结构：
【主权项】
1. 锂基电池隔膜，其包括： 具有相对表面的多孔聚合物膜； 在该多孔聚合物膜的相对表面之一上形成的多孔碳涂层；和 引入该多孔碳涂层、多孔聚合物膜或多孔碳涂层和多孔聚合物膜两者中的聚阳离子。
2. 如权利要求1中限定的锂基电池隔膜，其中所述聚阳离子引入所述多孔聚合物膜中 和具有朝该多孔聚合物膜的其他相对表面方向增加的梯度分布。
3. 如权利要求1中限定的锂基电池隔膜，其中所述聚阳离子引入所述多孔碳涂层和具 有朝该多孔聚合物膜的一个相对表面方向增加的梯度分布。
4. 如权利要求1中限定的锂基电池隔膜，其中聚阳离子具有下列结构：
其中TFSI_X是双（三氟甲磺酰基）酰亚胺阴离子，X为100-100, 000,和η为 100-100, 000〇
5. -种制备锂基电池隔膜的方法，该方法包括： 在多孔聚合物膜的两个相对表面之一上浇注料浆，所述料浆包括多孔碳颗粒和聚阳离 子；和 将浇注的料浆暴露于干燥处理，从而形成i)在多孔聚合物膜的两个相对表面之一上 的多孔碳涂层、和ii)在多孔碳涂层中、在多孔聚合物膜中、或在多孔碳涂层和多孔聚合物 膜两者中的聚阳离子的梯度分布。
6. 如权利要求5所限定的方法，其中在浇注料浆之前，所述方法进一步包括制备聚阳 离子溶液和将多孔碳颗粒添加到所述聚阳离子溶液中。
7. 如权利要求6所限定的方法，进一步包括制备所述聚阳离子溶液，通过： 使用双（三氟甲磺酰基）酰亚胺甲醇溶液滴定聚亚乙基亚胺水溶液到pH 7,从而在水 和甲醇中形成聚阳离子产品； 除去水和甲醇；和 将所述聚阳离子产品溶解在有机溶剂中。
8. 如权利要求6所限定的方法，进一步包括通过在惰性气氛中将碳前体暴露在预定的 温度下从而碳化所述碳前体来制备多孔碳颗粒。
9. 如权利要求8所限定的方法，其中所述碳前体是金属有机骨架-5 (M0F-5)。
10. -种锂基电池，其包括： 负极； 包括活性物质的正极； 位于负极和正极之间的隔膜，所述隔膜包括： 具有相对表面的多孔聚合物膜，所述相对表面之一面对正极； 在相对表面之一上形成的多孔碳涂层；和 引入该多孔碳涂层、多孔聚合物膜、或多孔碳涂层和多孔聚合物膜两者中的聚阳离子； 和 浸泡各正极、负极、和隔膜的电解质溶液。
【专利摘要】锂基电池隔膜包括具有相对表面的多孔聚合物膜。在多孔聚合物膜的相对表面之一上形成多孔碳涂层。聚阳离子进入多孔碳涂层中、多孔聚合物膜中，或多孔碳涂层和多孔聚合物膜两者中。
【IPC分类】H01M2-16, H01M2-18, H01M2-14
【公开号】CN104852005
【申请号】CN201510161423
【发明人】Q·肖, A·M·戴利, L·杨, Z·刘, M·蔡
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月17日
【公告号】US20150236324