[发明专利]用于锂离子电池的陶瓷涂覆隔板的陶瓷粘合剂组合物、其制备方法及其用途

说明书

公开了陶瓷粘合剂组合物及其制备和使用其的方法。此外，公开了用于，例如但不限于，锂离子电池中的陶瓷涂覆隔板。

相关申请的交叉引用/援引加入声明

本申请要求2015年1月28日提交的美国临时申请No.62/108,776的35U.S.C.119(e)的权益，其全部内容明确援引加入此文。

领域

本公开的过程、步骤、方法、产品、结果和/或概念(以下统称为“本公开”)一般涉及陶瓷粘合剂组合物及其用途。更具体而言，但非限制性地，本公开涉及用于例如但不限于锂离子电池的陶瓷涂覆的隔离物。另外，本公开一般涉及生产陶瓷粘合剂组合物，陶瓷涂覆隔板。此外，本公开还一般地涉及制备陶瓷粘合剂组合物、陶瓷涂覆隔板、及包含所述陶瓷涂覆隔板的电池的电化学池的方法。

背景

锂离子电池被用于一系列的产品中，包括医疗设备、电动汽车、飞机、以及最特别是消费产品如手提电脑、手机、和相机。由于锂离子电池的高能量密度、高操作电压、低的自放电能力，其已经占领了二次电池的市场，并正在发展中的行业及产品中继续寻找新的用途。

通常，锂离子电池(LIB)包括阳极、阴极和电解质材料，如含有锂盐的有机溶剂。更具体而言，所述阳极和阴极(统称为“电极”)的形成是通过将阳极活性材料或阴极活性材料与粘合剂和溶剂混合以形成糊料或浆料，然后将其涂覆在集电器如铝或铜上并干燥以在所述集电器上形成膜。然后将所述阳极和阴极层叠并卷绕，然后被容纳在包含电解质材料的加压盒中，所有的这些一起形成锂离子电池。

另外，在所述阳极和阴极之间是隔板，其不仅分离所述阳极和阴极，而且还使得离子能够在电极之间移动。隔板的主要功能是保持阳极和阴极分开以防止发生电短路，同时还允许离子在电流通过电池期间闭合电路。所述隔板通常包括至少一个可渗透膜，其通常包含由例如但不限于聚烯烃制成的无纺布或聚合物膜。

隔板的质量通过许多因素评估，例如包括隔板的化学稳定性、厚度、孔隙率、孔径、渗透性、机械强度、润湿性、热稳定性、和热击穿性。这些性质也影响任何使用该隔板的电池的安全性和电化学性能。随着对具有改进性能的电池的需求的增加，特别是对于锂离子电池，需要更好的隔板。这种需要最近已经导致的实践是将聚合物涂层和/或陶瓷聚合物涂层(即“陶瓷涂层”)施加到隔板上以便形成具有改进安全性和电化学性能的涂覆隔板。参见，例如，国际公开号WO 2014/025868，美国专利申请公开号2013/0224631、2014/0045033和2008/038700，以及美国专利号8,372,475和8,771,859，所有这些专利的全部内容均通过引用并入本文。

然而，用于形成所述聚合物涂层和/或陶瓷涂层的组合物具有改进的空间，特别是在用于形成涂层的粘合剂方面。具体而言，需要能够形成陶瓷涂覆隔板的陶瓷粘合剂组合物，其具有所需的机械性能(如，在升高温度下较少的收缩率)和耐电解质性(如在电解质中不溶解和/或具有降低的溶胀)，并且当在其中使用时不会显著降低电化学电池的电化学性能。如目前公开的，已经发现的是，当涂覆在经处理的隔板上时，陶瓷粘合剂组合物提供了具有所需性质的陶瓷涂覆隔板，所述组合物包含(a)至少一种陶瓷颗粒和(b)包含至少部分与由单体制备的共聚物交联的交联剂的粘合剂，所述单体包括(i)乙烯基吡咯烷酮和(ii)至少一种具有选自于由胺、环氧化物及其组合所组成的组中的官能团的单体。还发现，当涂覆在经处理或未处理的隔板上时，陶瓷粘合剂组合物也提供了具有所需性质的陶瓷涂覆隔板，所述组合物包含(a)至少一种陶瓷颗粒、(b)包含至少部分与由单体制备的共聚物交联的交联剂的粘合剂，所述单体包括(i)乙烯基吡咯烷酮和(ii)至少一种具有选自于由胺、环氧化物及其组合所组成的组中的官能团的单体、和(c)表面活性剂。这些性质包括所需的渗透性和电解质润湿性以及低收缩率和适当的间隔性质，所有这些都使得陶瓷涂覆的隔板可用于，例如但不限于，锂离子电池。

附图简述