对电池隔膜组合物和结构的直接电解质胶凝的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使电解质在锂离子（或类似类型）电池体中通过电解质溶液与存在的 电池隔膜反应而直接胶凝的能力。这样的过程一般源自电池隔膜结构中存在适当的纳米纤 维，其在存在适当的电解质制剂的情况下具有膨胀的潜能。如此，可能在电池隔膜中提供稳 固的凝胶用于更长时间的活力和发电的能力，而不用在电池体引入之前使电解质在外部胶 凝。使用这样的所得电池的方法，以及包括这样的自动胶凝电池隔膜/电解质组合的电池 也包括在本发明内。
【背景技术】
[0002] 电池已经在偏远地区作为电力产生装置使用了许多年。通过电极（阳极和阴极） 之间控制的离子移动，产生电力电路，从而提供可使用的电源，直到一个电极中的过多的离 子被耗尽并且不可能进一步发电。在最近这些年，已经产生了可再充电电池，以允许偏远电 源更长的寿命，虽然通过需要将这样的电池连接至其他电源特定时间段。但是，总而言之， 重新使用这样的电池的能力已经产生更大的潜力用于，尤其通过移动电话和笔记本电脑应 用，并且甚至更加，用于单独需要电运行的汽车的可能性。
[0003] 这样的电池通常包括至少五个不同的组件。箱子（或容器）以安全和可靠的方式 罩住所有的东西，以防止渗漏至外侧以及环境暴露内侧。在箱子内是通过隔膜有效分开的 阳极和阴极，以及输送离子通过阳极和阴极之间隔膜的电解质溶液（低粘度液体）。现今的 以及推测未来的可再充电电池将运行全部的相当小的和便携式设备，但是具有大量的发电 潜能以便在充电期之间长时间保持有效，至汽车中存在的非常大类型，作为例子，其包括必 须不能彼此接触的大电极（至少在表面积上）和必须持续和不断穿过膜以完成必要的电路 的许多离子，都在发电水平导电的，以提供足够的电使汽车马达运转。这样，将来电池隔膜 的能力和多功能性必须符合在目前的工业中仍未提供的特定要求。
[0004] -般而言，自从出现密闭电池就开始使用电池隔膜，以提供必要的保护避免电极 之间有害的接触以及允许发电电池中电解质有效的传输。典型地，这样的材料是膜结构，足 够薄以减小电池设备的重量和体积，同时赋予上述必要的特性。这样的隔膜也必须具有其 他特征，以允许适当的电池功能。这些包括化学稳定性、适当的离子物质的孔隙率、用于电 解质转移的有效孔径大小、适当的通透性、有效的机械强度和当暴露于高温时保持尺寸和 功能稳定性的能力（以及如果温度升高至异常高水平时的关闭的潜能）。
[0005] 然后，更详细地，隔膜材料必须具有足够的强度和组成，以经受许多不同场景。起 初，在电池组装的压力下，隔膜必须不能遭受撕裂或穿透。如此，隔膜的总体机械强度非常 重要，尤其因为在机械方向和交叉（即，横向）方向上的高抗拉强度材料使得制造商更容易 处理这样的隔膜并且不用严格的指南，以免隔膜在这样的关键程序期间遭受结构故障或损 失。另外，从化学角度，隔膜必须经受电池本身的氧化和还原环境，尤其当充分充电时。使 用期间的任何故障，尤其从允许异常大量的电流通过或使电极接触的结构完整性角度，将 破坏发电能力并且使得电池完全失效。因此，即使超过受化学暴露侵蚀的能力，由于上述相 同的原因，这样的隔膜也必须不丧失尺寸稳定性（即，弯曲或熔解）或储存、制造和使用期 间的机械强度。
[0006] 但是，同时，隔膜必须具有适当的厚度，以本质上利于电池本身的高能量密度和功 率密度。均匀的厚度也是相当重要的，以便允许长的寿命周期，因为隔膜上的任何不均匀磨 损从适当的电解质通道，以及电极接触预防角度来讲是薄弱环节。
[0007] 另外，这样的隔膜必须具有适当的孔隙率和孔径大小，以再次赋予离子适当的传 输通过这样的膜（以及适当的容量，以保持特定量的液体电解质，以利于使用期间这样的 离子转移）。孔它们本身应足够小，以防止电极组件进入和/或穿过膜，同时再次也允许，如 上述，电解质离子适当的转移速度。而且，孔径大小，以及孔径大小分布的均匀性，提供随着 时间推移的发电更均匀结果以及总体电池的更可靠的长期稳定性，因为如之前讨论，电池 隔膜的均匀磨损，至少如在这样的系统中被最佳控制的，允许更长的生命周期。可另外有利 的是确保当暴露与异常高温时，可适当关闭其中的孔，以当这样的电池故障时防止过多和 非期望的离子转移（即，防止起火和其他类似的危害）。
[0008] 而且，孔径大小和分布可增加或降低隔膜的空气阻力，因此允许隔膜的简单测量 表明隔膜允许电池本身中存在的电解质充分穿过的能力。例如，可根据ASTME-1294测量 平均流量孔径大小，并且该测量可用于帮助确定隔膜的抗渗性（barrierproperty)。因此， 利用低孔径大小，孔它们本身的刚性（即，随着时间的推移在使用期间和当暴露与设定压 力时，孔保持特定尺寸的能力）也使得有效控制电极分离。或许更重要的是这样的孔径大 小水平限制枝晶形成的能力，以便减少阳极上结晶形成的机会（比如石墨阳极上锂结晶）， 所述结晶随着时间的推移不利地影响电池发电能力。
[0009] 当在典型的锂离子电池中使用时，也非常关注这样的隔膜的尺寸稳定性，如上面 提到。隔膜必须在电池的寿命期间确定地为离子扩散提供多孔隔离。但是，在特定情况下， 来自外部来源或电池本身内的升高温度，可使易受影响的隔膜材料暴露于非期望的收缩、 弯曲或熔化，这些中的任何一种随着时间推移可不利地影响电池的能力。这样，因为在实际 使用期间难以实现降低温度水平和/或从升高的温度移除这样的电池类型，所以隔膜本身 应包括这样的材料，即可经受这样的高温而暴露时不具有任何可感知效果。可选地，使用材 料的组合（其中的一种类型的纤维，例如，可提供这样的有益结果同时仍使得隔膜以其最 佳水平运转）是非常吸引人的。
[0010] 此外，隔膜必须不损害电解质在制造、储存和使用期间完全填充整个电池的能力。 因此，隔膜必须在这些阶段期间具有适当的芯吸和/或湿润性，以便确保电解质事实上可 适当将离子转移通过膜；如果隔膜对这样的情况不利，则电解质没有适当地位于隔膜孔上 和隔膜孔中并且不容易发生必要的离子传递。另外，应理解，一般需要这样适当的隔膜的湿 润性，以便确保液体电解质分散于隔膜表面上和电池本身中。电解质分散的非均匀性可使 得电池中和隔膜表面上的枝晶形成，从而使得增加了电池故障和其中短路的可能。
[0011] 另外，电解质连续和可靠地在电池体（batterycell)中产生足够的电力的效率高 度取决于其横跨隔膜的输送速度。典型地，为了允许这样的情况下更好的效率，电解质制剂 包括多种溶剂，而不是单一类型。以该方式，多种溶剂溶液使得一种电解质的消耗由另一种 来补偿。但是，不同的化学结构至少有时容易在这样场景下改变发电的水平，并且提供稳定 的膜转移（并且然后返回以产生已充电的电池）的能力可受该必要的物质组合的连累。无 论如何，允许更大量的特定电解质结构而不降低总体效率的潜能和因此在必要的充电之前 赋予更长时间的电荷损耗的潜能，在该工业中视为非常重要的。迄今为止，可能的唯一方法 是利用预凝胶的电解质溶液，其相当难以合适地引入电池体中，并且因此，需要特定时间段 以适当构建并且穿过电池隔膜。同样地，利用典型的聚丙烯结构，必须以该外部方式提供凝 胶的电解质并且不容易长期稳定地反应。总而言之，过去还未改善凝胶的电解质制剂赋予 该工业已知的有益特性面对的基础问题。尽管至少潜在地通过凝胶状态控制电解质膜转移 的能力是重要的，但是与这样的胶凝（gelling)要求相关的问题还未优化电池工业中的这 样的平台。
[0012] 但是，迄今为止，如上述，目前执行的标准不符合这样的关键考虑，尤其当考虑任 何方式的改善使电解质制剂原位胶凝的能力时，而不是外部凝胶用于电池其后引入。有效 的电池隔膜的一般目的是都在单个薄板材料中提供这样有益的特征；还未讨论过这样的 已经就位的电池组件的电解质胶凝能力。这样，非常需要改善将凝胶的电解质制剂并入电 池体的方法，用于至少更大的效率、更长的充电容量，和在制造期间更容易应用。结合下述 适当的电池隔膜的潜能，所述隔膜具有适当的孔径大小、尺寸稳定性和其他各种终端结果 (即，例如空气阻力）以及必要水平的机械特性、耐热性、通透性、尺寸稳定性、关闭特性和 熔化特性，单一尺寸适合所有场合的方法的可能在可再充电电池隔膜工业中非常吸引人。 迄今，还未提供至该程度。
【发明内容】
[0013] 本发明显著的优势是通过湿式无纺布制造工艺来容易地制造。另一显著的优势是 通过仅仅改变制造工艺中使用的组分纤维的比例，以及对产生的单层材料进行适当的砑光 而产生提供任何目标水平的孔径大小、孔隙率和空气阻力的能力。本发明电池隔膜的仍另 一优势是各向同性的强度特性，赋予使用者长期使用以及电池制造阶段期间的可靠性。本 发明的隔膜同时提供低空气阻力和低孔径大小的能力是本发明的仍进一步优势。本发明的 电池隔膜的仍另一优势是提供特异性非导电（且因此绝缘）织物（或纸），其不允许通过隔 膜体传递电荷，但是经过其结构中存在的孔仅仅传输通过带电的离子。仍另一优势是材料 的高孔隙率，其允许更多的离子流动并且通过允许使电极完全再充电而增加在许多寿命循 环中保持能量能力的持久性。其他优势包括但不限于通过在层形成之前适当地选择纤维材 料以在特定物理特征下构成（dial)，以及初始利用所有的微米纤维和通过其高剪切处理产 生纳米纤维（以纤丝化形式）和因此由单一开始材料形成所有的必要的隔膜组件的能力。 本发明方法和系统的另一非常显著的优势是电池隔膜结构赋予液体电解质制剂内部胶凝 而不需要预先胶凝的能力。该类型的另一优势是在电池隔膜表面直接胶凝的非常期望的结 果，因此输送这样的适当结构化的电解质制剂至该精确的内部组件，这使得凝胶/表面界 面是最受益的。
[0014] 因此，本发明涉及通过多种选择性可溶性纳米纤维的存在提供在电池隔膜的表面 直接电解质制剂胶凝的方法，所述纳米纤维在存在所述电解质制剂的情况下具有膨胀能 力。也包括在本发明内的是可再充电电池，其通过在其中以非凝胶状态提供液体电解质并 且当接触所述可再充