[发明专利]多功能电池组分开器

说明书

技术领域

本发明的技术涉及一种设置在锂电池组阳极和阴极之间的分开器，包括用于锂离子电池组或锂硫电池组的柔性的电绝缘的多孔且耐热的陶瓷材料。

背景技术

本节提供与本发明有关的背景信息，其未必是现有技术。

二次锂离子电池组是一种能充电的功率源，其可实施为各种各样的静止和便携式应用。这种类型的电池组的结构和电化学反应机制提供了若干种理想的特性，包括相对高的能量密度、相对低的内阻、相比其它类型的能充电的电池组(例如，镍镉电池组)基本上不存在任何记忆效应、以及低的自放电率。这些特性使锂离子电池组成为用于诸如膝上型计算机和手机的便携式消费电子的优选移动功率源。与大量互连系统相互作用的较大规模的型式在汽车工业中使用以提高车辆燃料效率和减少大气污染。例如，混合动力车辆(HEV)和增程式电动车(EREV)的动力系可依靠多个锂离子电池组和烃燃料内燃发动机的合力来为车辆操作生成功率。

锂离子电池组通常包含一个或多个电化学电池组电池，其各自包括负电极、正电极和夹在电极的面对的内面向表面之间的多孔分开器。这些电池组部件中的每一个用液体电解质溶液润湿，该溶液可传送锂离子。负电极和正电极由不同的材料形成，这些材料可嵌入和脱嵌锂离子，并且在连接时建立电化学电势差。能中断的外部电路连接负电极与正电极以提供围绕分开器的电流路径，以电化学地平衡锂离子通过分开器在电极之间的迁移。与每个电极紧密关联的金属集电器根据电化学电池组电池的操作状态而从外部电路和向外部电路供应和分配电子。外部电路可联接到电负载(在放电期间)或通过常规的连接器和相关电路从外部功率源(在充电期间)施加的电压。

多孔分开器包括相对的主面向表面，其紧密接触电极的相对的面向内的表面。分开器的功能包括在负电极和正电极之间提供多孔且电绝缘的机械支撑屏障，以防止短路。常规地，多孔分开器由诸如聚乙烯和/或聚丙烯的聚烯烃构成。存在用于制造具有其预期孔隙率的聚烯烃分开器的多种制造方法。例如，分开器可通过干技术形成，其中，聚烯烃聚合物被熔融、挤出成薄膜、退火，然后单轴向拉伸。分开器也可通过湿技术形成，其中，聚烯烃聚合物与烃类或其它低分子量液体物质混合。混合物接着被加热、熔融、挤出成片材，并且双轴向拉伸。然后，烃类或其它低分子量液体物质被萃取。

然而，聚烯烃分开器可能在被过度加热时易出现某种性能降低。电化学电池组电池暴露于80℃和以上的温度可引起聚烯烃分开器收缩、软化和甚至熔融。这样的高温可归因于充电阶段热生成、环境大气温度或某些其它来源。聚烯烃分开器的物理变形可最终允许负电极和正电极之间的直接电接触，并且引起电化学电池短路。如果电极变得彼此电接触，也可能导致电池组热散逸。聚烯烃分开器在超过80℃的温度下不能长时间保持热稳定性在某些锂离子电池组应用中可能是缺陷。

发明内容

本发明的技术包括涉及用于在诸如锂离子电池组或锂硫电池组的电化学电池组电池中使用的分开器的系统、过程、组合物和制品，该分开器包括柔性、电绝缘、多孔且耐热的陶瓷材料。

在一些实施例中，提供了一种电化学电池组电池，其包括设置在两个电极之间的分开器。分开器包括柔性、电绝缘、多孔且耐热的陶瓷材料，该材料不包含有机聚合物。电化学电池组电池包括锂离子电池组电池或锂硫电池组电池。

在各种实施例中，提供了一种包括多个电化学电池组电池的电池组。电化学电池组电池中的至少一个包括分开器和电解质，其中，分开器设置在两个电极之间。分开器包括柔性、电绝缘、多孔且耐热的陶瓷材料，该材料不包含有机聚合物。电池组包括锂离子电池组和锂硫电池组中的一种。

在某些实施例中，提供了一种制造电化学电池组电池的方法，其包括在两个电极之间设置分开器。分开器包括柔性、电绝缘、多孔且耐热的陶瓷材料，该材料不包含有机聚合物。电化学电池组电池包括锂离子电池组电池或锂硫电池组电池。

本发明还包括如下方案：

1. 一种电化学电池组电池，包括：

分开器，其设置在两个电极之间，所述分开器包括柔性、电绝缘、多孔且耐热的陶瓷材料，其中，所述分开器不包含有机聚合物；

其中，所述电化学电池组电池包括锂离子电池组电池和锂硫电池组电池中的一种。

2. 根据方案1所述的电化学电池组电池，其中，所述分开器包括选自由金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、以及它们的组合所组成的组的陶瓷材料。