[发明专利]一种用于电化学储能器和/或转换器的隔膜

说明书

本发明涉及一种用于电化学储能器和/或转换器的隔膜，其中所述隔膜包含配备有梳状聚合物的多孔基材，所述梳状聚合物包含聚合物主链以及共价键合到所述聚合物主链上的多个侧链，并且所述侧链中的至少一个具有至少一个路易斯酸性和/或路易斯碱性的官能团。

技术领域

本发明涉及一种用于电化学储能器和/或转换器的隔膜，特别是用于电池，即一次电池和二级电池、电容器、燃料电池、电解槽和/或其组合的隔膜。

一种用于电化学储能器和/或转换器的隔膜的目的旨在使相应的半电池彼此电分离。同时，其应该使半电池之间具有高的离子电导率，以优化必要的电荷平衡。此外，隔膜应具有较高的机械强度和针对所用电解质的化学稳定性。因此，隔膜在很大程度上决定了电化学储能器和转换器的使用寿命和性能。

实践中已知的隔膜的缺点在于，离子电导率通常并非与空气渗透率并因此与隔膜的孔结构解耦。为了保证所需的高离子电导率，已知的隔膜通常具有多孔的、连续的孔结构或隔膜的空气渗透率。这意味着其不允许离子电导率与隔膜的孔结构或空气渗透率解耦。

由于至少在电池中，已知隔膜中离子传输所需的孔径通常明显大于待传输离子的离子半径(例如，锂离子电池、锂硫电池或锂金属电池中的锂阳离子)，因此不能通过隔膜发生离子选择性的物质传输。此外，不能采用取决于孔的传输机制来可靠地防止例如气体、电极颗粒或降解产物、离子化合物和枝晶等物质通过。

背景技术

US 20180069220 A1描述了一种用在锂离子电池中的复合隔膜。复合隔膜由微孔聚烯烃膜制成，该膜上涂覆有由无机颗粒和有机粘合剂制成的多孔涂层。在这种情况下，颗粒和粘合剂在其表面能方面相互匹配，从而实现涂层对PO膜的更好的粘附。这种隔膜中的离子传输基本上通过隔膜的孔结构实现，从而不存在电导率和空气渗透率或孔隙率的解耦。

US 20180198156 A1描述了一种用在锂硫电池中的隔膜，其涂覆有聚多巴胺和导电材料。该涂层旨在通过聚多巴胺等抑制多硫化物穿梭。在此，由孔结构决定的离子传输，也不存在离子电导率和孔结构的解耦。此外，聚多巴胺可以被锂还原，相当于电池的自放电。

US 20180040868 A1描述了一种由具有多孔涂层的多孔基材制成的用于锂离子电池的隔膜。为了提高多孔涂层对多孔基材的粘附力，在多孔基材和多孔涂层之间涂覆乳液粘合剂层。这种隔膜中的离子传输基本上由隔膜的孔结构确定，因此离子电导率与空气渗透率或孔隙率也不存在解耦。

US 20180062142 A1描述了一种用于锂硫电池的隔膜，其涂覆有功能层。该功能层由至少2个碳纳米管层和至少2个含有二氧化锰颗粒的氧化石墨烯层组成。该功能层旨在延长根据发明的电池的寿命。在该隔膜中的离子传输基本上通过隔膜的孔结构实现，因此电导率与空气渗透率或孔隙率同样也不存在解耦。

US 9876211描述了一种用于锂硫电池的多层电池隔膜及其在锂硫电池中用于防止硫穿梭的用途。第一层由离子传导线性聚合物组成，第二层由具有有机粘合剂的无机颗粒组成，并且第三层可选地由多孔基材组成。在该隔膜中的离子传输基本上通过隔膜的孔结构实现，因此电导率与空气渗透率或孔隙率也不存在解耦。

US 8703330描述了一种圆柱形镍锌电池，其包含多层电池隔膜，以便将电极彼此电分离。多层隔膜由微孔阻挡层和多孔润湿层组成。在此，隔膜中的微孔阻挡层旨在抑制形成锌枝晶，润湿层同时使隔膜具有良好的润湿性。这是因为阻挡层通常由微孔PO膜组成，其很难被水性电解质润湿。这种较差的润湿性导致电池内阻增大，从而降低电池的使用寿命。在此，由于孔结构引起的离子传输，也不存在离子电导率和孔结构的解耦。因此不能保证完全抑制枝晶的形成。因为使用了在Z方向上较厚的隔膜，所以仅延迟了由枝晶引起的短路。此外，多层隔膜结构与较高的成本和加工难度相关联。

发明内容