[发明专利]用于减少电化学电池中的自放电的方法

说明书

背景技术

1.技术领域

本发明涉及纳米网聚酰亚胺隔膜在电化学电池中的应用，所述电化学电池可为锂(Li)和锂离子(Li离子)电池。

2.相关领域说明

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问题。可商购获得的锂离子电池通常采用基于聚乙烯和/或聚丙烯的微孔膜作为电池隔膜。这些膜在120℃下开始收缩，从而限制了电池的制造方法、电池的工作温度、和得自电池的功率。

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隔膜的需求错综复杂。合适的隔膜兼具良好的电化学特性与良好的机械方面，所述电化学特性诸如高电化学稳定性、低充电/放电/再充电滞后性、良好的储存寿命(低自放电)、低首次循环不可逆容量损失，所述良好的机械方面诸如强度、韧性和热稳定性。

已展开了关于用作电池隔膜的已知高性能聚合物的调查。一种此类聚合物为聚酰亚胺。

Handbook of Batteries(David Linden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)。还指出了非织造隔膜通常已被发现表现出不足以用于锂电池和锂离子电池的强度。(P.35.29)。由于该原因，低熔点的聚烯烃基微孔膜趋于被用作锂和锂离子电池中的隔膜。然而，聚烯烃基微孔膜在热性能方面不适应于高温，所述高温偶尔与快速放电最终用途或高温环境中的最终用途相关联。

Huang等人的Adv.Mat.DOI：10.1002/adma.200501806公开了聚酰亚胺纳米纤维垫的制备：静电纺纱聚酰胺酸随后亚胺化成由以下结构表示的聚合物。

如此制备的垫随后被加热至430℃保持30分钟，从而产生强度的增加。未提及电池隔膜。

Honda等人的JP2004-308031A公开了通过静电纺纱聚酰胺酸溶液然后是亚胺化来制备聚酰亚胺纳米网。公开了作为电池隔膜的用途。

Nishibori等人的JP2005-19026A公开了利用聚合物链中具有砜官能团的聚酰亚胺纳米网作为用于锂金属电池的隔膜。聚酰亚胺被描述为可溶解在有机溶剂中，且纳米网通过静电纺纱聚酰亚胺溶液制成。未示例出实际电池。本发明公开了将纳米网加热至约200℃。

Jo等人的WO2008/018656公开了使用聚酰亚胺纳米网作为锂电池和锂离子电池中的电池隔膜。

EP2,037,029公开了利用聚酰亚胺纳米网作为锂电池和锂离子电池中的电池隔膜。

然而，仍然需要由兼具良好的电化学特性与良好的机械方面的材料制备的锂电池和锂离子电池，所述电化学特性诸如高电化学稳定性、低充电/放电/再充电滞后性、良好的储存寿命(低自放电)、低首次循环不可逆容量损失，所述良好的机械方面诸如强度、韧性和热稳定性。

发明内容

本发明涉及一种方法，所述方法用于通过在锂离子电池的阴极和阳极之间插入多孔隔膜来减小所述电池的自放电速率和自放电速率的变异系数。多孔隔膜包括纳米网，所述纳米网包括多根纳米纤维，其中纳米纤维基本上由全芳族聚酰亚胺组成，并且全芳族聚酰亚胺具有大于0.51的酰亚胺化度，其中酰亚胺化度为1375cm^-1处的酰亚胺C-N吸光度与1500cm^-1处的C-H吸光度的高度的比率。

在一个实施例中，本发明涉及一种方法，所述方法用于通过在电化学电池的阴极和阳极之间插入多孔隔膜来减小所述电池的自放电速率和自放电速率的变异系数，并且其中所述多孔隔膜包括纳米网，所述纳米网还包括多根纳米纤维，其中纳米纤维基本上由全芳族聚酰亚胺组成，所述全芳族聚酰亚胺包含衍生自PMDA/ODA的单体单元，并且全芳族聚酰亚胺具有大于0.51的酰亚胺化度，其中酰亚胺化度为1375cm^-1处的酰亚胺C-N吸光度与1500cm^-1处的C-H吸光度的高度的比率。

在另一个实施例中，本发明涉及一种方法，所述方法用于通过在电化学电池的阴极和阳极之间插入多孔隔膜来减小所述电池的自放电速率和自放电速率的变异系数，并且其中所述多孔隔膜包括纳米网，所述纳米网包括多根纳米纤维，其中纳米纤维基本上由全芳族聚酰亚胺组成，并且全芳族聚酰亚胺具有小于3.0％的酰胺酸含量。