交聯(lián)多層多孔聚合物隔膜電池分隔件的制作方法
【專利摘要】交聯(lián)多層多孔聚合物隔膜電池分隔件?？山宦?lián)聚烯烴組分(聚乙烯、聚丙烯或者乙烯-丙烯共聚物)與超高分子量聚乙烯共擠，以形成用于鋰離子電池單元的兩層分隔件隔膜，或者三層分隔件隔膜。在三層分隔件隔膜中，可交聯(lián)聚烯烴形成為分隔件的外部面，以便緊靠電池電極的相面對(duì)的表面放置。聚合物材料最初包含塑化劑油，其從共擠隔膜中被去除，并且共擠隔膜也被拉伸，以獲得層狀隔膜中合適的開孔結(jié)構(gòu)，從而被液態(tài)電解質(zhì)適當(dāng)?shù)貪B透。交聯(lián)聚烯烴層在高溫下提供強(qiáng)度并且熔化較少的超高分子量聚乙烯層向分隔件隔膜提供熱擊穿承受能力。
【專利說(shuō)明】交聯(lián)多層多孔聚合物隔膜電池分隔件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及用于電池應(yīng)用，特別是用于鋰離子電池應(yīng)用的兩層和三層多孔聚烯烴 分隔件隔膜。更具體地，本公開涉及制備這種多膜層分隔件，其包括與提供過(guò)熱擊穿承受能 力的非交聯(lián)聚烯烴層共擠的至少一個(gè)耐高溫交聯(lián)聚烯烴層。共擠的聚合物層（分隔件前 體）均包含分散的碳?xì)浠衔镆后w（油）塑化劑。拉伸共擠膜，并且從所述膜層提取塑化 劑以在分隔件隔膜中提供合適的孔結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 二次液態(tài)電解質(zhì)電池一般包括至少一個(gè)電化學(xué)電池單元，該電化學(xué)電池單元包括 負(fù)電極、正電極以及位于電極之間的分隔件。正電極和負(fù)電極由能夠參與氧化和還原反應(yīng) 的材料構(gòu)成。這種電極材料允許電流在外部電路中的電極之間可逆地通過(guò)，而離子種類在 電池單元內(nèi)通過(guò)液態(tài)電解質(zhì)內(nèi)的分隔件在電極之間轉(zhuǎn)移以通過(guò)電化學(xué)的方式平衡外部電 子流流動(dòng)。這些并發(fā)的電流和離子流在電池單元放電期間自發(fā)地發(fā)生。在電池單元放電期 間，氧化作用在負(fù)電極自發(fā)地發(fā)生且還原作用在正電極發(fā)生。逆反應(yīng)在電池單元充電階段 強(qiáng)制進(jìn)行，其中氧化作用發(fā)生在正電極且還原作用發(fā)生在負(fù)電極。電池單元放電期間產(chǎn)生 的電流可用于至少部分地為電負(fù)載供電，而一旦電池單元的電流容量已經(jīng)降至不期望的水 平，外部電源施加的電壓可用于為電池單元充電或者重新供電。
[0003] 例如，鋰離子電化學(xué)電池單元被用于很多二次液態(tài)電解質(zhì)電池。在鋰離子電池單 元的一個(gè)實(shí)例中，電解質(zhì)包括合適的鋰化合物，如LiPF6，其溶解于非水性有機(jī)液體中。陽(yáng)極 可以包括合適地結(jié)合到薄金屬集電器條上的石墨薄層。鋰在電池單元充電期間被插入石墨 層中。并且陰極包括合適的鋰化合物薄層，其也結(jié)合到薄金屬集電器條上，用于接收在電池 單元放電期間通過(guò)電解質(zhì)從陽(yáng)極傳送至陰極的鋰離子。薄多孔聚合物分隔件隔膜放置在陽(yáng) 極層和陰極層之間。
[0004] 分隔件通過(guò)在兩個(gè)電極之間提供多孔且電絕緣的機(jī)械支撐屏障而便于進(jìn)行電化 學(xué)電池單元操作。分隔件一般具有多孔性，其足以包含液態(tài)電解質(zhì)（其能在電極之間傳送 離子種類），并且其是熱、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定的足以在很多放電/充電電池單元循環(huán)的進(jìn)程中 將接近隔開的相對(duì)的正電極和負(fù)電極分開，從而防止短路。多種材料，單獨(dú)地或者彼此組合 地，已經(jīng)被利用或者被研究以用于構(gòu)成分隔件，目的在于對(duì)不同工作環(huán)境內(nèi)的分隔件賦予 長(zhǎng)期操作可靠性。當(dāng)今最普遍使用的分隔件由單個(gè)平的熱塑性聚烯烴隔膜片或者若干平的 聚烯烴隔膜片的層壓物制成。通常采用的具體熱塑生聚烯烴是從諸如聚丙烯和聚乙烯的簡(jiǎn) 單的低碳烯烴中衍生出來(lái)的。
[0005] 為了與電負(fù)載和外部電源相互作用，電化學(xué)電池單元被配置為連接到外部電路 上，該電路在電化學(xué)電池單元外部的正電極和負(fù)電極之間提供電流路徑。例如，正電極和負(fù) 電極中的每個(gè)通常與金屬集電器相關(guān)聯(lián)，其幫助分配通過(guò)外部電路到達(dá)電極的所有電化學(xué) 活性區(qū)域的電流或從電極的所有電化學(xué)活性區(qū)域通過(guò)外部電路的電流。連接特征（如連接 器耳片）可被包括在每個(gè)金屬集電器上。連接特征可遠(yuǎn)離電化學(xué)電池單元突起以操作地與 外部電路建立電連接。這通常通過(guò)將與負(fù)電極和正電極相關(guān)聯(lián)的突起連接特征分別連接到 負(fù)端子和正端子上而完成，其與其他電化學(xué)電池單元相關(guān)聯(lián)的連接特征成串聯(lián)或者并聯(lián)關(guān) 系。然而，如果二次液態(tài)電解質(zhì)電池僅包括一個(gè)電化學(xué)電池單元，那么可不需要負(fù)端子和正 端子。
[0006] 例如，在汽車應(yīng)用中，許多鋰離子電化學(xué)電池單元可以串聯(lián)和并聯(lián)電路連接方式 相互連接，以形成二次電池，該二次電池能夠以相對(duì)高的電壓將大量電力傳輸至牽引馬達(dá) 以用于驅(qū)動(dòng)車輛。電池在車輛環(huán)境下經(jīng)受環(huán)境加熱和冷卻。并且每個(gè)電池單元的薄電極和 分隔件元件由于大量的電力負(fù)荷需求也要經(jīng)歷加熱，并且經(jīng)受很多反復(fù)的放電和再充電循 環(huán)。車輛具有用于將電池溫度控制在具體的操作溫度范圍內(nèi)的冷卻系統(tǒng)。但是車輛電池在 不正常使用條件下會(huì)經(jīng)歷顯著加熱，其中電池可能被物理?yè)p壞。例如，薄聚烯烴分隔件可暴 露于高溫下，高溫將它們軟化并降低它們?cè)诒３纸咏馗糸_的陽(yáng)極層和陰極層合適地分開 的有效性。在高溫下聚烯烴分隔件經(jīng)歷的收縮也會(huì)增加電池短路的風(fēng)險(xiǎn)。這就需要考慮能 夠形成堅(jiān)固的、耐高溫的以及電化學(xué)有效的分隔件隔膜或薄層的其他材料。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 公開了一種微孔、包含聚烯烴的兩層或三層分隔件隔膜。每個(gè)聚烯烴組分通常主 要由聚丙烯或者聚乙烯或者丙烯和乙烯的共聚物構(gòu)成。兩層分隔件包括結(jié)合到薄的共擠的 非交聯(lián)聚烯烴層上的薄交聯(lián)聚烯烴層。三層分隔件包括包圍（夾?。┕矓D的非交聯(lián)聚烯烴 層的交聯(lián)聚烯烴外層（表面層）。合適的可購(gòu)買的可交聯(lián)聚烯烴的實(shí)例包括Polidiemme? G/ 450(聚烯烴彈性體）或者Polidan?EC/ 51(聚丙烯）。這些聚烯烴聚合物與硅烷基 團(tuán)接枝，從而使得它們能夠通過(guò)在合適的催化劑存在的條件下在環(huán)境溫度下與水（通常是 空氣中的濕氣）發(fā)生反應(yīng)而交聯(lián)。超高分子量聚乙烯（UHMWPE)可用作非交聯(lián)聚烯烴?？?交聯(lián)聚烯烴也可與按照重量計(jì)最高達(dá)100%的聚烯烴基彈性體（最高達(dá)混合物的50% )混 合，諸如乙烯-醋酸乙烯彈性體或者聚（丙烯酸）接枝聚乙烯。這些聚合物混合物可以提 高交聯(lián)聚烯烴分隔件層的表面與鋰離子電池單元的緊密接觸電極材料層的兼容性。
[0008] 也公開了制作多孔、兩層或者三層分隔件隔膜的共擠方法。選擇可交聯(lián)聚烯烴 基材料（及其的交聯(lián)催化劑）以及UHMWPE用于形成分隔件。在擠出之前，每個(gè)聚合物部 分被加熱并與礦物油或者石蠟油（輕碳?xì)浠衔镉停┧芑瘎┗旌希瑥亩沟糜徒M成塑化劑 油-聚烯烴混合物的按重量計(jì)10 %至80 %。可將每個(gè)聚烯烴聚合物部分制備成用于共擠的 分開的同質(zhì)熔化物，以形成兩層或三層分隔件隔膜結(jié)構(gòu)。對(duì)所述同質(zhì)部分進(jìn)行加熱并使其 前進(jìn)通過(guò)擠壓機(jī)中的流動(dòng)通道并被推壓通過(guò)片材壓模，形成為膠狀的兩層或三層膜，通常 具有大體均勻的厚度，該厚度最高達(dá)大約五百微米。在兩層和三層分隔件結(jié)構(gòu)中，不可交聯(lián) 的UHMWPE層的厚度可以是總厚度的20%至80%。擠出的層狀膜產(chǎn)生的面積使得可以從共 擠產(chǎn)物中切割合適的分隔件形狀。揮發(fā)性溶劑（如二氯甲烷）用于從膜層提取碳?xì)浠衔?塑化劑油。隔膜被拉伸，以調(diào)整膜的孔徑或者密度，并且改善拉伸方向上結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能。 拉伸步驟可在從聚合物膜中提取油之前或之后進(jìn)行。然后，可交聯(lián)的聚烯烴層或分隔件膜 層通過(guò)在合適溫度下與液態(tài)水或者水蒸氣發(fā)生反應(yīng)而交聯(lián)。
[0009] 完成的層狀分隔件通常具有均勻的厚度，該厚度范圍為大約10至大約50微米。 在兩層結(jié)構(gòu)中，交聯(lián)聚烯烴的厚度大約是分隔件隔膜的總體厚度的20% -80%。在三層分 隔件隔膜中，兩個(gè)外部交聯(lián)聚烯烴層的厚度大約相等并且一起占三層隔膜的總厚度的大約 20%-80%。合適地，交聯(lián)聚烯烴是可水固化的、硅烷接枝的聚乙烯或可水固化的、硅烷接枝 的聚丙烯，或可水固化的、乙烯和丙烯的硅烷接枝的共聚物。多孔交聯(lián)聚烯烴層為分隔件隔 膜提供強(qiáng)度且耐收縮性（尤其在大約120°C至170°C的范圍內(nèi)的溫度下）并且當(dāng)電池溫度 增加時(shí)熔化。并且底熔點(diǎn)的多孔非交聯(lián)聚烯烴層通過(guò)熔融并堵塞分隔件的孔為分隔件隔膜 提供熱擊穿承受能力，以進(jìn)一步最小化在過(guò)度活躍的或者物理?yè)p壞的過(guò)熱的電池中的電池 單元的電化學(xué)活性。
[0010] 通過(guò)以下在本說(shuō)明書中對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn) 將顯而易見。
[0011] 本發(fā)明也提供了下列解決方案：
[0012] 1. 一種用于分離電化學(xué)電池單元中的電極的分隔件隔膜結(jié)構(gòu)，所述分隔件隔膜 結(jié)構(gòu)為厚度不大于約50微米的、平坦但可折疊或可卷繞的微孔層的形式，所述分隔件包括 (i)交聯(lián)聚烯烴和（ii)超高分子量聚乙烯的共擠的、共同延伸的層的兩層結(jié)構(gòu)，或兩個(gè)交 聯(lián)聚烯烴外層和超高分子量聚乙烯中心層的共同延伸的三層結(jié)構(gòu)，分隔件結(jié)構(gòu)的孔體積是 分隔件結(jié)構(gòu)的外部輪廓體積的20%至70%，交聯(lián)聚烯烴提供當(dāng)被加熱最高達(dá)約150°C的溫 度時(shí)具有耐收縮性的隔膜結(jié)構(gòu)，并且超高分子量聚乙烯用于在其過(guò)熱時(shí)熔化并堵塞所述分 隔件的孔。
[0013] 2.如方案1所述的分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴由可水固化聚乙烯、可水固 化聚丙烯或者乙烯和丙烯的可水固化共聚物形成。
[0014] 3.如方案1所述的分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴與乙烯和醋酸乙烯酯的共 聚物混合，或者與聚丙烯酸接枝聚乙烯混合，其含量最高達(dá)按重量計(jì)的交聯(lián)聚烯烴的大約 100%。
[0015] 4.如方案1所述的三層分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝 聚乙烯。
[0016] 5.如方案1所述的三層分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝 的聚丙烯。
[0017] 6.如方案1所述的三層分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝 的乙烯和丙烯共聚物。
[0018] 7. -種鋰離子電化學(xué)電池單元，包括能夠被鋰滲透的陽(yáng)極、能夠被鋰滲透的陰極、 包含與陽(yáng)極和陰極中的每個(gè)液體接觸的液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子以及將陽(yáng)極和陰極物理地分 開并目被液態(tài)電解質(zhì)滲透的微孔分隔件，所述分隔件結(jié)構(gòu)包括：
[0019] 多孔隔膜結(jié)構(gòu)，其厚度不大于約50微米，所述分隔件包括（i)交聯(lián)聚烯烴和（ii) 超高分子量聚乙烯的共擠的、共同延伸的層的兩層結(jié)構(gòu)，或兩個(gè)交聯(lián)聚烯烴外層和超高分 子量聚乙烯中心層的共同延伸的三層結(jié)構(gòu)，分隔件結(jié)構(gòu)的孔體積是分隔件結(jié)構(gòu)的外部輪廓 體積的20%至70%，交聯(lián)聚烯烴提供當(dāng)被加熱最高達(dá)150°C的溫度時(shí)具有耐收縮生的隔膜 結(jié)構(gòu)，并且超高分子量聚乙烯用于在其過(guò)熱時(shí)熔化并堵塞所述分隔件的孔。
[0020] 8.如方案7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，所述分隔件的交聯(lián)聚烯烴由可 水固化聚乙烯、可水固化聚丙烯、或者乙烯和丙烯的可水固化共聚物形成。
[0021] 9.如方案7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，所述分隔件的交聯(lián)聚烯烴與乙 烯和醋酸乙烯酯的共聚物混合，或者與聚丙烯酸接枝聚乙烯混合，其含量最高達(dá)按重量計(jì) 的交聯(lián)聚烯烴的大約100%。
[0022] 10.如方案7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，所述分隔件的交聯(lián)聚烯烴是水 固化的硅烷接枝的聚乙烯。
[0023] 11.如方案7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，所述分隔件的交聯(lián)聚烯烴是水 固化的硅烷接枝的聚丙烯。
[0024] 12.如方案7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接 枝的乙烯和丙烯的共聚物。
[0025] 13. -種用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，所述方法包括：
[0026] 共擠（i)混合有碳?xì)浠衔锼芑瘎┯偷目山宦?lián)聚烯烴的熔化物以及（ii)混合有 碳?xì)浠衔锼芑瘎┯偷某叻肿恿烤垡蚁┑娜刍?，以形成可交?lián)聚烯烴和超高分子量聚 乙烯的共同延伸膜的兩層結(jié)構(gòu)，或可交聯(lián)聚烯烴的兩個(gè)外層和超高分子量聚乙烯的中心層 的三層結(jié)構(gòu)，擠出物具有用于獲得鋰離子電化學(xué)電池單元的一個(gè)或多個(gè)分隔件隔膜的形狀 和面積；
[0027] 冷卻共擠層，以形成厚度最高達(dá)約500微米的固體層狀結(jié)構(gòu)；
[0028] 拉伸固體層狀結(jié)構(gòu)并且從所述固體層狀結(jié)構(gòu)中提取碳?xì)浠衔锼芑瘎┯停孕纬?分隔件隔膜結(jié)構(gòu)，所述分隔件隔膜結(jié)構(gòu)的孔體積是分隔件結(jié)構(gòu)的輪廓體積的20%至70% ; 以及
[0029] 固化所述可交聯(lián)聚烯烴。
[0030] 14.如方案13所述的用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，其中，所 述分隔件的交聯(lián)聚烯烴由可水固化聚乙烯、可水固化聚丙烯、或可水固化的乙烯和丙烯的 共聚物形成。
[0031] 15.如方案13所述的用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，其中，所 述分隔件的交聯(lián)聚烯烴與乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物混合，或者與聚丙烯酸接枝的聚乙烯 混合，其含量最高達(dá)按重量計(jì)的交聯(lián)聚烯烴的大約100%。
[0032] 16.如方案13所述的用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，其中，所 述分隔件的交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝的聚乙烯。
[0033] 17.如方案13所述的用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，其中，所 述分隔件的交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝的聚丙烯。
[0034] 18.如方案13所述的用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，其中，所 述分隔件的交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝的乙烯和丙烯的共聚物。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于共擠兩層或三層聚烯烴基的分隔件隔膜的機(jī) 器的部分剖視示意圖。
[0036] 圖2是用于鋰離子電池單元的三層聚烯烴基分隔件的放大的示意性的部分切除 且剖視的斜視圖。以三個(gè)聚合物層中的每個(gè)的斑點(diǎn)圖案示意性地圖示開放的微孔。
[0037] 圖3是用于鋰離子電池的鋰離子電化學(xué)電池單元的相互連接的組（或模塊）的示 意生大體側(cè)視立體圖，該電池包括負(fù)電極、正電極以及多孔分隔件隔膜，多孔分隔件隔膜是 根據(jù)本公開的共擠微多孔三層聚烯烴基分隔件隔膜。電極各自與兼容的金屬集電器相關(guān) 聯(lián)。
[0038] 圖4是圖3中所示的電化學(xué)電池單元之一以及與相關(guān)聯(lián)的金屬集電器的分解剖視 圖。部件是理想化表示，并不需要按比例繪制。

【具體實(shí)施方式】
[0039] 熱塑性聚乙烯和聚丙烯材料已被廣泛用作鋰離子電化學(xué)電池單元中的分隔件隔 膜，因?yàn)檫@些熱塑性材料在化學(xué)和電化學(xué)上非常穩(wěn)定、價(jià)格低廉和容易處理。但是，隨著電 池已經(jīng)變得更大并且發(fā)現(xiàn)在汽車中使用以為牽引發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，所以改善電池不正常使 用的耐受性（包括物理?yè)p壞）已經(jīng)變得更加關(guān)鍵。這已經(jīng)導(dǎo)致了研發(fā)熱穩(wěn)定的分隔件隔膜 的努力。在本發(fā)明的實(shí)踐中，使用可交聯(lián)聚乙烯聚合物和/或可交聯(lián)聚丙烯聚合物，和/或 乙烯和丙烯的可交聯(lián)共聚物，以增加在較高功率的電池應(yīng)用中使用的薄層分隔件的溫度耐 性。盡管認(rèn)識(shí)到這種可交聯(lián)聚合物可在較高的電池單元操作溫度下持續(xù)工作得很好，但是 也必須考慮怎樣能夠快速且有效地將它們形成為合適的多孔分隔件形狀。并且對(duì)于可能受 到的電池?fù)p壞或電池的其他不正常使用，必須在所述分隔件中提供裝置，以在較高容量的 電池變得過(guò)熱的事件中關(guān)閉電池的至少一些電池單元。
[0040] 在本說(shuō)明書中，涉及的可交聯(lián)聚烯烴指的是可交聯(lián)聚乙烯和聚丙烯聚合物以及它 們的共聚物。并且，盡管存在使聚乙烯和聚丙烯能夠交聯(lián)的不同化學(xué)方法，優(yōu)選的是使用 通過(guò)與水或濕氣反應(yīng)而可交聯(lián)的這種聚烯烴。一般地，硅烷接枝聚烯烴優(yōu)選用于本發(fā)明的 實(shí)施例。如以上在本說(shuō)明書中描述的，合適的可購(gòu)買的硅烷接枝可交聯(lián)聚烯烴的實(shí)例包括 Polidiemme?G/ 450 (聚烯經(jīng)共聚物，Solway)或Polidan?EC/ 51 (聚丙烯，Solway)。 在本發(fā)明的實(shí)踐中，這些材料（非交聯(lián)形式的）是可獲得的。它們和可與基礎(chǔ)硅烷接枝聚 合物混合的工業(yè)催化劑一一起使用，并且聚合物-催化劑混合物在成形的烯烴聚合物在環(huán) 境溫度下暴露于水蒸氣之前被熔化和擠出成有用的形狀，并由此被轉(zhuǎn)換為其耐溫度的交聯(lián) 形式。這類交聯(lián)聚烯烴當(dāng)在120°c溫度下被加熱1小時(shí)的時(shí)候通常顯示小于大約5%的線 性收縮量。這類交聯(lián)聚烯烴用于形成本發(fā)明的薄、多孔兩層和三層分隔件隔膜結(jié)構(gòu)。
[0041] 在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，優(yōu)選將可交聯(lián)形式的聚烯烴與醋酸-乙烯酸酯共聚物 彈性體或與聚（丙烯酸）接枝聚乙烯彈性體混合，使得添加的聚合物構(gòu)成按重量計(jì)最高達(dá) 大約100%的可交聯(lián)聚烯烴或最高達(dá)大約聚合物的50%?？稍趯⒖山宦?lián)聚烯烴擠出成多層 分隔件隔膜結(jié)構(gòu)之前形成混合物。在一些鋰離子電池材料中，使用添加劑聚合物和最終的 交聯(lián)聚烯烴使得分隔件隔膜的聚烯烴表面與接觸電極材料更相容，使得通過(guò)分隔件和電極 之間的界面更好地傳送鋰離子。
[0042] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，超高分子量聚乙烯（UHMWPE)與交聯(lián)聚烯烴結(jié)合使用。UHMWPE 是可購(gòu)買的。材料具有長(zhǎng)分子鏈（沒有分支的且非交聯(lián)的），通常包含100, 〇〇〇至250,000 個(gè)重復(fù)乙烯單元，其分子量在200萬(wàn)至600萬(wàn)單元（u)之間。UHMWPE具有的熔點(diǎn)在130。 C-136°C范圍內(nèi)。在本發(fā)明的兩層和三層分隔件結(jié)構(gòu)中，UHMWPE補(bǔ)充交聯(lián)聚烯烴層的功能。 UHMWPE層的強(qiáng)度和多孔性對(duì)分隔件隔膜的功能有貢獻(xiàn)。并且UHMWPE層的重要功能是其能 固有地且自動(dòng)地熔化或熔融，并且關(guān)閉分隔件孔以在電池變得過(guò)度活躍和過(guò)熱的情況下通 過(guò)電池的至少一些電池單元的分隔件結(jié)構(gòu)停止離子傳送。
[0043] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，選擇可交聯(lián)聚烯烴（具有水交聯(lián)催化劑）和UHMWPE的合適的 組分和比例，以便共擠成用于鋰離子電池單元的兩層或三層分隔件隔膜結(jié)構(gòu)。在許多應(yīng)用 中，大功率容量電池將需要許多相互連接的電池單元，每個(gè)電池單元需要用于在物理地分 開相對(duì)的正電極和負(fù)電極的分隔件。可交聯(lián)聚烯烴和UHMWPE被共擠成薄分隔件前體片，利 用該薄分隔件前體片可以制備多孔分隔件隔膜。許多不同尺寸的分隔件可被切割或從制備 的分隔件隔膜獲得。
[0044] 需要在共擠隔膜材料的每層中形成合適的孔結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是這通過(guò)使用"濕方 法"來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中在將聚合物擠出成多層分隔件隔膜結(jié)構(gòu)之前，將液態(tài)輕質(zhì)碳?xì)浠衔镉退?化劑（例如，礦物油或石蠟油）混合至每個(gè)聚合物材料中。在擠出之前，將合適數(shù)量或比例 的塑化劑與每個(gè)聚合物混合，以便在過(guò)程的較后階段形成合適的孔。當(dāng)每個(gè)聚合物團(tuán)被加 熱至其擠出溫度時(shí)，其熔化并與油輕易地混合并吸收油。在固化的共擠膜中，油為微小的分 離液滴的形式，其分散在膜的每個(gè)聚合物層中。液滴充當(dāng)孔種子。從擠出的聚合物層提取 油滴，并且拉伸擠出的多層聚合物膜。對(duì)于每個(gè)分隔件隔膜材料和結(jié)構(gòu)，可以確定執(zhí)行油提 取步驟和拉伸步驟的順序。拉伸步驟擴(kuò)大孔尺寸和每個(gè)聚烯烴層中開孔結(jié)構(gòu)之間的相互連 接。通常，分隔件隔膜結(jié)構(gòu)具有大量開放的相互連接的亞微米尺寸的孔，其具有的組合體積 是隔膜的三維形狀或結(jié)構(gòu)的輪廓體積（或表面上的外部體積）的大約20%至大約70%。優(yōu) 選的孔體積可等于隔膜的三維輪廓體積的大約30%至大約60%。通過(guò)使用基本溶解于聚 合物熔化混合中的碳?xì)浠衔锼芑瘎┯?、隨后從共擠和重新固化的聚合物膜層的每層中提 取油以及物理拉伸擠出的膜，來(lái)達(dá)到這種孔隙度。目標(biāo)是獲得總體上均勻分散的相互連接 的微孔，當(dāng)分隔件膜被鋰離子電化學(xué)電池單元中的含鋰離子的電解質(zhì)滲透時(shí)，其提供通過(guò) 分隔件將鋰離子從一側(cè)傳送至另一側(cè)的通道。
[0045] 圖1提供了示意性圖示，部分被切除且部分是剖視圖，描繪了用于在聚烯烴熔化 并且與合適的相容且可提取的有機(jī)礦物油均勻地混合時(shí)共擠聚烯烴的合適的設(shè)備和方法。 共擠機(jī)器100包括兩個(gè)相對(duì)的、同軸對(duì)齊的管狀聚合物進(jìn)料管道102、104,用于向中心橫向 的兩個(gè)或三個(gè)管道流通道106傳輸熔化的塑化聚合物組分，管道流通道106用于向多管道 模具108傳輸可交聯(lián)聚乙烯或聚丙烯或乙烯-丙烯共聚物和UHMWPE的分開流束，以便將這 些聚烯烴材料共擠成兩層或三層膜狀隔膜，其是本發(fā)明的分隔件隔膜的前體。圖1中的方 向箭頭（一）指示來(lái)自于擠壓機(jī)器的適當(dāng)冷卻的可處理的層狀隔膜的流。圖2是三層分隔 件隔膜結(jié)構(gòu)18的放大的部分視圖。在圖2所示的三層分隔件隔膜18中，面向外的層19基 本由具有微孔的交聯(lián)聚烯烴形成，并且中心或內(nèi)部層21由具有微孔的超高分子量聚乙烯 形成。
[0046] 再次參照?qǐng)D1，與輕質(zhì)碳?xì)浠衔镉退芑瘎┚o密混合的可交聯(lián)聚乙烯或可交聯(lián)聚 丙烯粒子被添加至進(jìn)料斗119中。一般來(lái)說(shuō)，塑化劑油和可交聯(lián)聚烯烴固體在被添加至進(jìn) 料斗119之前可以被混合為液體并重新固化。它們也可在擠出機(jī)中被混合。以相似的方 式，與塑化劑油預(yù)先混合的UHMWPE粒子被添加至進(jìn)料斗121中。在它們的進(jìn)料斗119、121 中的各個(gè)聚烯烴粒子持續(xù)地被供給至進(jìn)料管道102U04中。通過(guò)電阻加熱（在圖1中未示 出）等合適地加熱進(jìn)料管道102、104。位于進(jìn)料管道102、104中的是相似的螺桿狀被動(dòng)旋 轉(zhuǎn)進(jìn)料機(jī)11〇、112,它們聚集、供給并混合各個(gè)含油聚烯烴固體119、121，并且沿著它們各 自的進(jìn)料管道102U04朝向中心橫向管道通道106驅(qū)動(dòng)它們。隨著含油聚烯烴粒子沿著它 們的進(jìn)料管道102、104被推動(dòng)，它們被加工和加熱至合適的粘性流體狀態(tài)，它們以該狀態(tài) 被推動(dòng)通過(guò)多管道擠出模具108。根據(jù)本發(fā)明的方法，流體聚烯烴材料從多管道擠出模具 108冒出并且被冷卻，以形成長(zhǎng)的固態(tài)兩層或三層隔膜，該隔膜具有最高達(dá)大約500微米的 厚度和用于進(jìn)一步地處理和分離成鋰離子電池單元和電池的分隔件隔膜的預(yù)定寬度。共擠 的兩層膜將由含油的可交聯(lián)聚烯烴層和含油的UHMWPE層構(gòu)成。
[0047] 在合適的冷卻后，擠出的三層膜沿著拉伸軸線被物理地機(jī)械拉伸，以便形成初始 孔、擴(kuò)大所述孔和在隔膜中相互連接所述孔并且在拉伸方向上增加層狀隔膜的機(jī)械強(qiáng)度。 其他的益處也可從拉伸用于電化學(xué)電池單元分隔件的前體隔膜獲得。擠出的層狀隔膜可被 切割成部分以便拉伸。商業(yè)拉伸機(jī)器可用于此目的，并且它們可用于沿著其縱向軸線（擠 出方向或機(jī)器方向）和/或在縱向軸線的橫向方向上細(xì)致地拉伸隔膜。
[0048] 在對(duì)分隔件隔膜進(jìn)行這種拉伸操作之前或之后，隔膜的部分可以被浸在諸如二氯 甲烷的合適的有機(jī)溶劑中或者以該溶劑處理，以從隔膜的每個(gè)聚烯烴層提取塑化劑油。通 過(guò)比"濕工藝"移除油留下了穿過(guò)分隔件隔膜的層的微孔開孔結(jié)構(gòu)。合適量的油與每個(gè)聚 合物進(jìn)行混合，并且對(duì)層狀隔膜施加預(yù)定程度的拉伸，以產(chǎn)生占分隔件隔膜的表面外部三 維體積的20%至70%的微孔體積。這種微孔體積允許液體、含鋰離子的電解質(zhì)滲透分隔件 隔膜，以便在鋰離子電池單元的電池中的相對(duì)電極之間傳送鋰離子。大約30%至大約60% 的孔體積在很多分隔件實(shí)施例中是優(yōu)選的。
[0049] 當(dāng)分隔件隔膜已經(jīng)被拉伸并且其微孔結(jié)構(gòu)形成之后，在適于開始并完成硅烷接枝 聚烯烴的交聯(lián)的溫度下，用液態(tài)水或水蒸氣處理可交聯(lián)聚乙烯或可交聯(lián)聚丙烯層。當(dāng)交聯(lián) 反應(yīng)完成后，分隔件隔膜準(zhǔn)備好被切割成合適的形狀或者用于其他準(zhǔn)備，以便與它被應(yīng)用 于的電極和電化學(xué)電池單元的其他元件布置在一起。
[0050] -般來(lái)說(shuō)，完成的層狀分隔件隔膜在拉伸方向上顯示大于SOMpa的抗拉強(qiáng)度并且 當(dāng)在120°C溫度下加熱1小時(shí)的時(shí)候，收縮量小于5%。
[0051] 在本說(shuō)明書中如上所述地制備的多層聚烯烴基分隔件可用于各種廣泛的鋰離子 電池配置以及其他電化學(xué)電池單元中。
[0052] 圖3描繪了鋰離子電池10的示例性概況說(shuō)明。此處示出的鋰離子電池10包括各 自由金屬集電器支托的若干矩形的電化學(xué)電池單元12。電化學(xué)電池單元12被并排堆疊為 模塊化配置并且并聯(lián)連接（盡管串聯(lián)連接也是允許的）。鋰離子電池（或電池單元組）10 可串聯(lián)連接或者并聯(lián)連接至其他相似構(gòu)造的鋰離子電池，以形成鋰離子電池包，其呈現(xiàn)特 定應(yīng)用所需的電壓和電流容量。應(yīng)該理解，此處示出的鋰離子電池10僅僅是示意性示出。 圖3旨在示出各種部件的相對(duì)位置和相互之間的物理作用，所述各種部件構(gòu)成電化學(xué)電池 單元12(例如，電極和分隔件）；它并非旨在告知電化學(xué)電池單元部件的相對(duì)尺寸、限定鋰 離子電池10中電化學(xué)電池單元12的數(shù)量、或者限制所述鋰離子電池10可呈現(xiàn)的各種廣泛 的結(jié)構(gòu)配置。盡管明確地圖示了，但是可以對(duì)圖3中示出的鋰離子電池10進(jìn)行各種結(jié)構(gòu)修 改。
[0053] 包含在鋰離子電池10中的電化學(xué)電池單元12包括負(fù)電極14、正電極16以及位于 兩個(gè)電極14、16之間的分隔件18。負(fù)電極14、正電極16、以及分隔件18各自被液態(tài)電解質(zhì) 溶液浸潤(rùn)，所述電解質(zhì)溶液能夠傳輸鋰離子。包括負(fù)極耳片22的負(fù)極側(cè)金屬集電器20位 于相鄰電化學(xué)電池單元12的負(fù)電極14之間。同樣地，包括正極耳片26的正極側(cè)金屬集電 器24位于相鄰的正電極16之間。負(fù)極耳片22電耦合至負(fù)極端子28上并且正極耳片26 電耦合至正極端子30上。施加的壓縮力通常相對(duì)于電極14、16按壓金屬集電器20、24并 且相對(duì)于分隔件18按壓電極14、16,以實(shí)現(xiàn)相鄰接觸部件之間的緊密表面接觸。
[0054] 圖4總體上圖示了圖3的電化學(xué)電池單元12和與其關(guān)聯(lián)的金屬集電器20、24的 分解放大剖視圖。具有向外延伸的箭頭的大寫字母T指示電池單元12的構(gòu)件的厚度方向。
[0055] 負(fù)電極14包括相對(duì)于分隔件18位置的面向內(nèi)表面32和面向外表面34。當(dāng)然，分 隔件18可由本說(shuō)明書公開的兩層或三層微孔聚烯烴隔膜形成。在圖4中，分隔件18具有 交聯(lián)聚烯烴的外層19和UHMWPE的中間層21。正電極16相似地包括面向內(nèi)表面36 (相對(duì) 于分隔件18)和面向外表面38。如圖所不，負(fù)電極14的面向內(nèi)表面32可以但不必須包括 比正電極16的面向內(nèi)表面36大的二維表面積。當(dāng)被組裝到電化學(xué)電池單元12中時(shí)，負(fù)電 極14和正電極16的面向內(nèi)表面32、36面向彼此并且分別相對(duì)于分隔件18的負(fù)極側(cè)主面 表面40 (在一個(gè)交聯(lián)聚烯烴層19上）和正極側(cè)主面表面42 (在另一交聯(lián)聚烯烴層19上） 被按壓。這種按壓接合沿著分隔件18的主面表面40、42的整個(gè)界面和電極14、16的面向 內(nèi)表面32、36的相應(yīng)部分大致均勻地發(fā)生。負(fù)極側(cè)金屬集電器20緊靠負(fù)電極14的面向外 表面34形成，并且正極側(cè)金屬集電器24緊靠正電極16的面向外表面38形成。兩個(gè)金屬 集電器20、24將它們各自的電極面向外表面34、38接合在相當(dāng)大的界面表面區(qū)域上，以便 于有效收集和分配自由電子。
[0056] 電化學(xué)電池單元12-般是薄且柔性的。從負(fù)電極12的面向外表面34延伸至負(fù)電 極16的面向外表面38的電化學(xué)電池單元12的典型的厚度大約為80μrn至大約350μm。 每個(gè)電極14、16優(yōu)選大約30μm至150μm厚，并且如上所述，分隔件18大約是20μm至 50μπι厚。金屬集電器20、24通常大約是5μπι至20μπι厚。電化學(xué)電池單元12及與其關(guān) 聯(lián)的金屬集電器20、24的相對(duì)薄且柔性的性質(zhì)允許它們根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格和空間限制進(jìn)行卷 繞、折疊、彎曲或者另外演變成多種鋰離子電池配置。鋰離子電池10可例如包括許多獨(dú)立 的電化學(xué)電池單元12,其已經(jīng)被制造、切割、對(duì)齊并且靠近彼此擱置，或者在替代實(shí)施例中， 可由在自身上來(lái)回折疊很多次的連續(xù)層形成電池單元12。
[0057] 負(fù)電極14包括鋰基質(zhì)材料，諸如石墨或鈦酸鋰，其以相對(duì)低的電化學(xué)電勢(shì)（相對(duì) 于鋰金屬參照電極）存儲(chǔ)鋰。鋰基質(zhì)材料可與聚合物粘合材料混合，以提供具有結(jié)構(gòu)完整 性的負(fù)電極14。鋰基質(zhì)材料優(yōu)選是石墨，并且聚合物粘合材料優(yōu)選是一個(gè)或多個(gè)聚偏二氟 乙烯（PVdF)、三元乙丙（EPDM)橡膠或者羧甲基纖維素（CMC)。石墨通常用于制作負(fù)電極 14,因?yàn)槌讼鄬?duì)不活躍之外，其層狀結(jié)構(gòu)展示了有利的鋰嵌入和脫嵌特征，這幫助給電化 學(xué)電池單元12提供了合適的能量密度?？捎糜跇?gòu)成負(fù)電極14的工業(yè)用石墨可從Timcal GraphiteandCarbon(總部在Bodio,瑞士）、LonzaGroup(總部在Basel，瑞士）以及 SuperiorGraphite(總部在芝加哥，IL)獲得。與所述負(fù)電極14關(guān)聯(lián)的負(fù)極側(cè)金屬集電器 20優(yōu)選是隔膜銅箔，其與負(fù)電極14的面向外表面34共同延伸地接觸。
[0058] 正電極16包括鋰基活性材料，其以比用于制作負(fù)電極14的鋰基質(zhì)材料高的電 化學(xué)電勢(shì)存儲(chǔ)鋰（也相對(duì)于鋰金屬參照電極）。可用于構(gòu)成負(fù)電極14的相同聚合物粘合 材料（PVdF、EPDM、CMC)也可與鋰基活性材料混合，以為正電極16提供結(jié)構(gòu)整體性。鋰基 活性材料優(yōu)選是諸如鈷酸鋰（LiCoO2)的層狀鋰過(guò)渡金屬氧化物、諸如尖晶石鋰錳氧化物 (LiMnx0Y)的尖晶石鋰過(guò)渡金屬氧化物、諸如鎳-錳-鈷氧化物[Li(NixMnYC0z)02]、磷酸鐵鋰 (LiFePO4)或氟磷酸鋰（Li2FePO4F)的聚陰離子型鋰或這些材料中的任意材料的混合物?？?作為全部或部分鋰基活性材料的一些其他的合適鋰基活性材料包括鋰鎳氧化物（LiNiO2)、 鋁鋰錳氧化物（LixAlyMrvyO2)以及鋰釩氧化物（LiV2O5),還有很多，這里就不一一列舉了。 與正電極16關(guān)聯(lián)的正極側(cè)金屬集電器24優(yōu)選是薄膜鋁箔，其與正電極16的面向外表面38 共同延伸地接觸。
[0059] 如在本說(shuō)明書中公開的，多層聚烯烴分隔件18作為薄且電絕緣的機(jī)械阻擋層，其 物理地分開電極14、16的相面對(duì)的面向內(nèi)表面32、36,以防止電化學(xué)電池單元12中發(fā)生短 路。分隔件18的孔足夠多，以允許液態(tài)電解質(zhì)溶液滲透和溶解的鋰離子從內(nèi)部通過(guò)。如果 電池單元12經(jīng)受溫度上升至KKTC的情況，分隔件18將會(huì)保持電極14、16分開。分隔件18 承受溫度的這種潛在尖峰的能力為電化學(xué)電池單元12提供耐用性并且?guī)椭乐箍蓪?dǎo)致電 池單元12失去電量或整體失效的短路狀況的發(fā)生。在電化學(xué)電池單元12達(dá)到大約130°C的 溫度情況下，UHMWPE層將可能熔化并防止在電極14、16之間的進(jìn)一步傳送鋰離子。UHMWPE 層的這種熔化提供電池單元的熱擊穿，而未熔化的交聯(lián)聚烯烴層保持電極14、16物理地分 開。相反，傳統(tǒng)的聚乙烯或聚丙烯分隔件將可能在低于130°CC很多的溫度下熔化或收縮并 允許電極之間的短路。
[0060] 滲透入分隔件18并潤(rùn)濕電極14、16的液態(tài)電解質(zhì)溶液優(yōu)選是溶解在非水性溶劑 中的鋰鹽。可用于制作液態(tài)電解質(zhì)溶液的一些合適的鋰鹽包括LiC104、LiAlCl4、LiI、LiBr、 LiSCN、LiBF4、LiB(C6H5) 4、LiAsF6、LiCF3S03、LiN(CF3SO2) 2、LiPF6 以及包括這些鹽中一種或多 種的混合物。溶解鋰鹽的非水性溶劑可以是環(huán)狀碳酸酯（即，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯）、開 鏈碳酸酯（即，碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯）、脂肪族羧酸酯（即，甲酸甲酯、乙酸 甲酯、丙酸甲酯）、γ-內(nèi)酯（即，L丁內(nèi)酯、γ-戊內(nèi)酯）、開鏈醚（即，1，2_乙二醇二甲醚、 1，2_二乙氧基乙燒、甲氧基乙氧基乙燒（ethoxymethoxyethane))、環(huán)狀醚（即，四氫呋喃、 2_甲基四氫呋喃）或者包括這些溶劑中的一種或多種的混合物。
[0061] 返回參照?qǐng)D3,鋰離子電池10的負(fù)極端子28和正極端子30可連接在電氣裝置50 上，電氣裝置50 -般包括電力消耗和電力生成裝置。電力消耗裝置是當(dāng)在放電狀態(tài)下進(jìn)行 操作時(shí)全部或部分由鋰離子電池10提供電力的裝置。相反的，電力生成裝置是對(duì)鋰離子電 池10進(jìn)行充電或重新提供電力的裝置。電力消耗裝置和電力生成裝置在一些例子中可以 是相同的裝置。例如，電氣裝置50可以是用于混合動(dòng)力或增程電動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng) 機(jī)被設(shè)計(jì)為在加速期間從鋰離子電池10得到電流并且在減速期間向鋰離子電池10提供再 生電流。電力消耗裝置和電力生成裝置也可以是不同的裝置。例如，電力消耗裝置可以是用 于混合動(dòng)力或增程電動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)，并且電力生成裝置可以是AC壁式插座、內(nèi)燃機(jī)和/ 或車用交流發(fā)電機(jī)。
[0062] 鋰離子電池10可通過(guò)利用可逆的電化學(xué)反應(yīng)向電氣裝置50提供有用的電流，當(dāng) 閉合電路在當(dāng)負(fù)電極14包含足夠量的嵌入鋰時(shí)將負(fù)極端子28連接到正極端子30 (即，電 池放電）時(shí),在電化學(xué)電池單元12中發(fā)生所述電化學(xué)反應(yīng)。負(fù)電極4和正電極16之間的 電化學(xué)電勢(shì)差（大約是2.5至4. 3V，這取決于電極14、16的組分）促使包含在負(fù)電極14中 的嵌入的鋰氧化。此氧化反應(yīng)產(chǎn)生的自由電荷被負(fù)極側(cè)集電器20收集并且被供應(yīng)至負(fù)極 端子28。自由電子流被控制并且通過(guò)電氣裝置50從負(fù)極端子28被導(dǎo)引到正極端子30,并 利用正極側(cè)集電器24最終被導(dǎo)引到正電極16。同樣在負(fù)電極14處產(chǎn)生的鋰離子通過(guò)沿一 路線到達(dá)正電極16的液態(tài)電解質(zhì)溶液被同時(shí)運(yùn)載通過(guò)分隔件18,更具體地，被運(yùn)載通過(guò)限 定在聚合物材料基體中的彎曲且相互連接的孔網(wǎng)絡(luò)?？梢赃B續(xù)地或者間歇地被提供通過(guò)電 氣裝置50從負(fù)極端子28至正極端子30的自由電子流，直至負(fù)電極14耗盡嵌入的鋰，且電 化學(xué)電池單元12的電量耗完。
[0063] 通過(guò)向電化學(xué)電池單兀12施加來(lái)自于電氣裝置50的外部電壓可在任何時(shí)候?qū)︿?離子電池10進(jìn)行充電或者重新提供電力，以逆轉(zhuǎn)在放電期間發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。所施加的 外部電壓迫使發(fā)生包含在正電極16中的嵌入鋰的另外的非自發(fā)氧化，以生成自由電子和 鋰離子。自由電子被正極側(cè)集電器24收集并且被供應(yīng)至正極端子30。自由電子流被導(dǎo)引 至負(fù)極端子28,并通過(guò)負(fù)極側(cè)集電器20最終被導(dǎo)引至負(fù)極端子14。同時(shí)朝向負(fù)電極14通 過(guò)液態(tài)電解質(zhì)溶液中的分隔件18運(yùn)載回鋰離子。鋰離子和自由電子最終再結(jié)合并且用嵌 入鋰補(bǔ)充負(fù)電極14,以制備用于另一放電階段的電化學(xué)電池單元12。
[0064] 盡管已經(jīng)通過(guò)示例性實(shí)例解釋了本發(fā)明的實(shí)踐和實(shí)施例，但是具體實(shí)例的使用并 不意在受限于要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于分離電化學(xué)電池單元中的電極的分隔件隔膜結(jié)構(gòu)，所述分隔件隔膜結(jié)構(gòu)為 厚度不大于約50微米的、平坦但可折疊或可卷繞的微孔層的形式，所述分隔件包括（i)交 聯(lián)聚烯烴和（ii)超高分子量聚乙烯的共擠的、共同延伸的層的兩層結(jié)構(gòu)，或兩個(gè)交聯(lián)聚烯 烴外層和超高分子量聚乙烯中心層的共同延伸的三層結(jié)構(gòu)，分隔件結(jié)構(gòu)的孔體積是分隔件 結(jié)構(gòu)的外部輪廓體積的20%至70%，交聯(lián)聚烯烴提供當(dāng)被加熱最高達(dá)約150°C的溫度時(shí)具 有耐收縮性的隔膜結(jié)構(gòu)，并且超高分子量聚乙烯用于在其過(guò)熱時(shí)熔化并堵塞所述分隔件的 孔。
2. 如權(quán)利要求1所述的分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴由可水固化聚乙烯、可水固 化聚丙烯或者乙烯和丙烯的可水固化共聚物形成。
3. 如權(quán)利要求1所述的分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴與乙烯和醋酸乙烯酯的共 聚物混合，或者與聚丙烯酸接枝聚乙烯混合，其含量最高達(dá)按重量計(jì)的交聯(lián)聚烯烴的大約 100%。
4. 如權(quán)利要求1所述的三層分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝 聚乙烯。
5. 如權(quán)利要求1所述的三層分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝 的聚丙烯。
6. 如權(quán)利要求1所述的三層分隔件結(jié)構(gòu)，其中，所述交聯(lián)聚烯烴是水固化的硅烷接枝 的乙烯和丙烯共聚物。
7. -種鋰離子電化學(xué)電池單元，包括能夠被鋰滲透的陽(yáng)極、能夠被鋰滲透的陰極、包含 與陽(yáng)極和陰極中的每個(gè)液體接觸的液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子以及將陽(yáng)極和陰極物理地分開并 且被液態(tài)電解質(zhì)滲透的微孔分隔件，所述分隔件結(jié)構(gòu)包括： 多孔隔膜結(jié)構(gòu)，其厚度不大于約50微米，所述分隔件包括（i)交聯(lián)聚烯烴和（ii)超 高分子量聚乙烯的共擠的、共同延伸的層的兩層結(jié)構(gòu)，或兩個(gè)交聯(lián)聚烯烴外層和超高分子 量聚乙烯中心層的共同延伸的三層結(jié)構(gòu)，分隔件結(jié)構(gòu)的孔體積是分隔件結(jié)構(gòu)的外部輪廓體 積的20%至70%，交聯(lián)聚烯烴提供當(dāng)被加熱最高達(dá)150°C的溫度時(shí)具有耐收縮性的隔膜結(jié) 構(gòu)，并且超高分子量聚乙烯用于在其過(guò)熱時(shí)熔化并堵塞所述分隔件的孔。
8. 如權(quán)利要求7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，所述分隔件的交聯(lián)聚烯烴由可 水固化聚乙烯、可水固化聚丙烯、或者乙烯和丙烯的可水固化共聚物形成。
9. 如權(quán)利要求7所述的鋰離子電化學(xué)電池單元，其中，所述分隔件的交聯(lián)聚烯烴與乙 烯和醋酸乙烯酯的共聚物混合，或者與聚丙烯酸接枝聚乙烯混合，其含量最高達(dá)按重量計(jì) 的交聯(lián)聚烯烴的大約100%。
10. -種用于制備鋰離子電化學(xué)電池單元的分隔件的方法，所述方法包括： 共擠（i)混合有碳?xì)浠衔锼芑瘎┯偷目山宦?lián)聚烯烴的熔化物以及（ii)混合有碳?xì)?化合物塑化劑油的超高分子量聚乙烯的熔化物，以形成可交聯(lián)聚烯烴和超高分子量聚乙烯 的共同延伸膜的兩層結(jié)構(gòu)，或可交聯(lián)聚烯烴的兩個(gè)外層和超高分子量聚乙烯的中心層的三 層結(jié)構(gòu)，擠出物具有用于獲得鋰離子電化學(xué)電池單元的一個(gè)或多個(gè)分隔件隔膜的形狀和面 積； 冷卻共擠層，以形成厚度最高達(dá)約500微米的固體層狀結(jié)構(gòu)； 拉伸固體層狀結(jié)構(gòu)并且從所述固體層狀結(jié)構(gòu)中提取碳?xì)浠衔锼芑瘎┯?，以形成分? 件隔膜結(jié)構(gòu)，所述分隔件隔膜結(jié)構(gòu)的孔體積是分隔件結(jié)構(gòu)的輪廓體積的20%至70% ;以及 固化所述可交聯(lián)聚烯烴。
【文檔編號(hào)】H01M2/16GK104425790SQ201310757409
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】X·黃 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司