含有聚合物颗粒的电化学电池用隔片制造技术

本发明专利技术涉及电化学电池用隔片，包含(A)至少一个包含如下组分的层：(a)颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮，(b)至少一种粘合剂和(c)可能的话，基体，其中层(A)中颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)与粘合剂(b)的质量总和的质量比为99.9:0.1-50:50。此外，本发明专利技术涉及本发明专利技术隔片的用途以及包含本发明专利技术隔片的器件，尤其是电化学电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及电化学电池用隔片，包含(A)至少一个包含如下组分的层：(a)颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮，(b)至少一种粘合剂和(c)可能的话，基体，其中层(A)中颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)与粘合剂(b)的质量总和的质量比为99.9:0.1-50:50。此外，本专利技术涉及本专利技术隔片的用途以及包含本专利技术隔片的器件，尤其是电化学电池。【专利说明】含有聚合物颗粒的电化学电池用隔片 本专利技术涉及电化学电池用隔片，包含(A)至少一个包含如下组分的层:(a)颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮，(b)至少一种粘合剂，以及(c)任选的基体结构，其中颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)与层㈧中粘合剂(b)的质量总和的质量比为 99.9:0.1-50:50。本专利技术进一步涉及本专利技术隔片的用途以及包含本专利技术隔片的器件，尤其是电化学电池。长久以来，能量的储存已成为持续受到关注的主题。电化学电池，例如电池组或蓄电池可用于储存电能。最近，所谓的锂离子电池组受到了特别的关注。其在数个技术方面优于常规电池组。例如，其可用于产生无法由基于含水电解质的电池组获得的电压。在电化学电池中，带正电和带负电的电极组合物由已知为隔片的不导电层相互机械分隔，以避免内部放电。由于其多孔结构，这些隔片允许离子电荷的输送以作为在该电池组的操作过程中电流持续流出的基本前提。隔片必须满足的基本要求是对活性电极组合物和电解质二者的化学和电化学稳定性。此外，必须确保就电池生产工艺过程中出现的张力而言的高机械强度。在结构水平上，对于电解质的吸收必须存在高孔隙度以确保高离子传导性。同时，孔道的孔尺寸和结构必须有效抑制金属树枝晶的生长，以避免短路，正如Journal Power Sources 2007,164, 351-364 所述。作为微孔层的隔片通常由聚合物膜或非织造物构成。当前通常将基于聚乙烯和聚丙烯的聚合物膜用作电化学电池中的隔片，但这些膜在130-150°c的升高温度下具有不足的稳定性。通常使用的聚烯烃隔片的替代品是基于非织造物的隔片，该非织造物填充有陶瓷颗粒并且额外用包含元素硅、铝和/或锆的氧化物的无机粘合剂固定，正如DE10255122A1，DE10238941A1，DE10208280A1，DE10208277 Al 和 WO 2005/038959A1 所述。然而，填充有陶瓷颗粒的非织造物与未填充非织造物相比每单位面积的重量(basis weight)增加且厚度更大。WO 2009/033627公开了一种可以用作锂离子电池组用隔片的层。它包含非织造物和嵌入该非织造物中且由有机聚合物和可能的话部分无机材料构成的颗粒。据说由金属树枝晶引起的短路借助该类隔片避免。然而，WO 2009/033627没有公开长期循环试验。WO 2009/103537公开了一种具有带孔的基体结构的层，该层进一步包含交联的粘合剂。在优选实施方案中，该基体结构至少部分填充颗粒。所公开的层可以在电池组中用作隔片。然而，在WO 2009/103537中没有生产或检测具有所述层的电化学电池。WO 2010/118822公开了一种具有在相应材料一致性方面的不同的阴极侧和阳极侧的不对称电池组隔片。由该文献已知的隔片就隔片所需的性能中的一种或多种，例如厚度小、每单位面积的重量轻、加工过程中的良好机械稳定性如高柔韧性或低磨耗而言，或者在电池组的操作中就金属树枝晶生长、良好的热稳定性、低收缩率特性、高孔隙度、良好的离子传导性和良好的电解液润湿性而言仍具有缺陷。隔片的一些缺陷最终引起包含它们的电化学电池的寿命降低。此外，隔片原则上必须不仅机械稳定而且对阴极材料、阳极材料和电解质化学稳定。因此，本专利技术的目的是要提供一种用于长寿命电化学电池用廉价隔片，其就已知隔片的一种或多种性能而言具有优点，尤其是除了厚度小外还显示高孔隙度、低收缩率和高热稳定性并且可以在宽温度范围内以高安全性要求用于具有高功率和能量密度的电化学电池中的隔片。该目的由开头所定义的电化学电池用隔片实现，该隔片包含:(A)至少一个包含如下组分的层:(a)颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮，(b)至少一种粘合剂，以及(C)任选的基体结构，其中颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)与层㈧中粘合剂(b)的质量总和的质量比为 99.9:0.1-50:50。适合电化学电池，尤其是可再充电电化学电池的隔片包含至少一个层，也简称为层(A)，该层包含(a)颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮，也简称为交联聚乙烯基吡咯烷酮颗粒(a)或颗粒(a)，(b)至少一种粘合剂，也简称为粘合剂(b)，以及(C)任选的基体结构，也简称为基体结构(C)，其中颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)与层(A)中粘合剂(b)的质量总和的质量比为99.9:0.1-50:50，优选99:1-80:20，更优选98:2-90:10，尤其是97:3-93:7。颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮原则上是已知的。也称为交聚维酮的交联聚乙烯基吡咯烷酮是水不溶性但水可溶胀性的乙烯基吡咯烷酮聚合物，其例如可以以例如描述于US 3，933，766或WO 2007/071580第2页第21行至第5页第33行中的米花聚合制备。交联聚乙烯基吡咯烷酮通常由大于80重量％，优选大于90重量％，尤其是大于96重量％的单体乙烯基吡咯烷酮构成。借助制备方法本身或者借助在交联聚乙烯基吡咯烷酮制备中得到的聚合物颗粒的粉碎和合适的筛分方法，可以生产具有在宽范围内的各种平均粒度的交联聚乙烯基吡咯烷酮粉末。对于药物应用，例如作为片剂崩解剂，具有不同范围的平均粒度的产品类型可以市购，例如以Koliidons产品名由BASF SE市购。颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)优选在层(A)中具有的平均粒度为0.01-50 μ m，优选0.01-10 μ m，尤其是 0.1-5 u m0在本专利技术的优选实施方案中，在本专利技术电化学电池用隔片中，以颗粒形式存在于层(A)中的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)具有0.1-5 μ m的平均粒度。粒度分布借助激光衍射技术以粉末形式根据DIN ISO 13320-1使用来自MalvernInstruments GmbH,德国Herrenberg的Mastersizer测定。平均粒度的关键值是所谓的d90值。体积加权分布的d90值是指颗粒中90%的颗粒体积的粒度小于或等于d90值。交联聚乙烯基吡咯烷酮颗粒(a)可以根据生产方法具有不同形状。原则上讲，可以想到规则形状的颗粒，例如球形颗粒，或不规则形状的颗粒。不规则形状的交联聚乙烯基吡咯烷酮颗粒例如可以通过上述米花聚合得到。优选具有不规则形状的颗粒在本专利技术上下文中是多面体，其既具有向外弯曲的外表面组成又具有向内弯曲的外表面组成。为了说明具有不规则形状的交联聚乙烯基吡咯烷酮颗粒(a)的外观，参考V.Buehler，“Polyvinylpyrrolidone Excipients for Pharmaceuticals，，,第 130 页，Springer VerlagBerlin Heidelberg, 2005 的附图。在本专利技术的另一实施方案中，在本专利技术电化学电池用隔片中，存在于层(A)中的交联聚乙烯基吡咯烷酮颗粒(a)具有不规则形状。在本专利技术的特别优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学电池用隔片，包含(A)至少一个包含如下组分的层：(a)颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮，(b)至少一种粘合剂，以及(c)任选的基体结构，其中颗粒形式的交联聚乙烯基吡咯烷酮(a)与层(A)中粘合剂(b)的质量总和的质量比为99.9:0.1‑50:50。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·格龙瓦尔德，K·莱特纳，N·詹森，C·J·韦伯，M·罗特，G·豪贝尔，S·法卢西，S·盖格尔，M·贝格，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，卡尔弗罗伊登柏格两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE