CN110120484A - 聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层，所述涂层加强并保护隔板并且提高使用此类隔板的电化学装置的操作安全性；使用紫外线(UV)或电子束(EB)可固化粘结剂将电绝缘的多孔陶瓷颗粒涂层固定在隔板上；以及通过反应性液体树脂和陶瓷颗粒的UV或EB固化浆料制备聚合物粘结的陶瓷颗粒隔板涂层、隔板和电化学装置的方法。

Description

聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层
本申请是申请日为2014年10月15日，申请号为201480067998.5，发明名称为“聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层”的申请的分案申请。
相关专利申请数据
本专利申请要求在2014年7月18日提交的并且名称为“Polymer-Bound CeramicParticle Battery Separator Coating”(聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层)的美国专利申请No.14/335,367的优先权，所述专利申请要求在2013年10月18日提交的美国临时专利申请No.61/892,885的优先权和权益。这些优先权专利申请中的每一者均全文以引用方式并入本文中。
技术领域
本申请涉及但不限于聚合物粘结陶瓷颗粒电池隔板涂层。
背景技术
电化学装置，诸如电池，广泛用于便携式电源和辅助性电源中。电池的基本工作单元是一种电化学电池。电化学电池包括两个电极(阳极和阴极)和一种电解质。电池电解质可为液体、固体或凝胶。电解质提供离子从阴极流至阳极(充电)以及离子从阳极流至阴极(放电)的路径。如果阴极和阳极形成电接触，则电池将不工作。
隔板用于将阴极与阳极“分开”，其充当阴极和阳极之间的电屏障。尽管隔板为电屏障，但隔板可以不是离子屏障。在一些情况下，为了使离子流最大化，隔板尽可能薄并且尽可能多孔。隔板可为多孔聚合物薄膜。
隔板聚合物中的空隙空间用电解质填充，电解质还填充阳极涂层和阴极涂层中的孔。含有所选锂盐的有机烷基碳酸盐是液体电解质的一个例子。电解质提供高离子(如，锂离子)迁移率，并且被设计为当暴露于阴极表面和阳极表面处的电压电位时是化学惰性的。
由于其电存储容量，锂二次(可充电)电池已成为混合动力车辆和电动车辆、电网存储以及大量便携式消费电子设备诸如膝上型计算机、蜂窝电话和手持工具的优选电存储设备。更高存储容量来自电极表面内的更高电压电位和更大能量密度(离子密度)的组合。
随着更高电压和能量密度而来的是发生火灾的风险更大。隔板为防止火灾的关键部件。下列情况下可发生火灾：1)电池迅速放电，以使得对应的热使隔板热熔融或收缩，2)对电池的物理损坏使得阳极和阴极接触，或者3)电解质电镀(不可逆的副反应)使得锂离子以某种方式将锂金属电镀到阳极上，使得随时间推移在阳极上产生锂增长(如，枝晶、尖峰等)，锂增长持续增长，直至形成至阴极的金属桥。
示例性隔板膜包含热塑性聚丙烯(PP)、聚乙烯或者PE和PP的共挤出共混物。PE或PP隔板的优点中的一个是这些热塑性聚合物在暴露于热时流动。这种热引起的流动使得隔板中的孔闭合。当孔闭合时，隔板为离子流的屏障。因此在轻微或逐渐过热状态的情况下，热塑性隔板将电池关闭。
然而，热塑性PE-PP具有若干缺点。热塑性PE-PP隔板在强度和耐热性方面与常见厨房夹层袋非常类似。在电池破裂的情况下，PE-PP隔板提供微不足道的机械强度；并且在快速放电的情况下，PE-PP隔板不具有耐热性以保留在适当位置。在高热条件下，聚合物隔板可从熔融转至卷曲、解聚和分解。当聚合物隔板膜卷曲或分解时，阴极和阳极之间的屏障消失。在这种状态下，如果电池无法立即关闭，则将爆发火灾。
根据防火安全考虑，需要一种卓越、多孔、机械强度高、耐热并且稳定的隔板，其中当电化学电池受热或被压缩时不由于收缩形成断裂或导致短路。
发明内容
提供该发明内容以便以简化的形式介绍概念的选择，所述概念在下面的具体实施方式中有进一步描述。该发明内容并非意图识别关键特征或基本特征。
本发明公开了多孔、电绝缘(如，非导电)并且耐电化学表面涂层，所述涂层加强并保护隔板并且提高使用此类隔板的电化学装置的操作安全性。本发明还公开了通过反应性液态树脂(如，单体和/或低聚物)和陶瓷颗粒的紫外线(UV)或电子束(EB)固化浆料来制备此类涂层、隔板和电化学装置的方法。
一个或多个实施例涉及UV或EB固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含UV水性混合物或者一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者一种或多种单体与一种或多种低聚物的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或它们的组合，并且一个或多个前体包括UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。
另外的实施例涉及UV或EB固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含UV可固化环氧树脂的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。
另外的实施例涉及UV或EB固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含UV可固化有机硅的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。
另外的实施例涉及UV或EB固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含UV可固化氨基甲酸酯的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。
另外的实施例涉及UV或EB固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含UV可固化橡胶的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。
另外的实施例涉及UV或EB固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含UV可固化硫酯的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。
各种实施例涉及包括隔板的涂布隔板；以及粘附至隔板的至少一个表面的上述UV或EB固化涂层中的任何一者。例如，某些实施例涉及包括隔板的涂布隔板；以及粘附至隔板的至少一个表面的UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，通过UV或EB固化基质粘结至隔板，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或它们的组合，并且一个或多个前体包括UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。在一些实施例中，隔板为聚合物膜。在某些实施例中，隔板为三层隔板。根据一些实施例，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。UV或EB固化涂层可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。根据各种实施例，涂布隔板抑制离子流穿过隔板的孔，并且响应于被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度而保持电绝缘的。在另外的实施例中，陶瓷颗粒材料保留粘结至UV或EB固化基质并且保留粘结至隔板，并且涂布隔板在被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度时保持其形状。
某些实施例涉及包括隔板的图案涂布隔板；以及以图案粘附至隔板的至少一个表面的上述UV或EB固化涂层中的任何一者。例如，某些实施例涉及包括隔板的涂布隔板；以及以图案粘附至隔板的至少一个表面的UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，通过UV或EB固化基质粘结至隔板，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或它们的组合，并且一个或多个前体包括UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。在一些实施例中，隔板为聚合物膜。在其他实施例中，隔板为三层隔板。根据某些实施例，UV或EB固化涂层以图案粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，UV或EB固化涂层以图案粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。根据各种实施例，图案涂布隔板抑制离子流穿过隔板的孔，并且响应于被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度而保留电绝缘的。在另外的实施例中，陶瓷颗粒材料保留粘结至图案化的UV或EB固化基质并且保留粘结至隔板，并且涂布隔板在被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度时保持其形状。
其他实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的电化学装置；以及粘附至隔板的至少一个表面的上述UV或EB固化涂层中的任何一者。例如，某些实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的电化学装置；以及粘附至隔板的至少一个表面的UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，通过UV或EB固化基质粘结至隔板，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或它们的组合，并且一个或多个前体包括UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。在某些实施例中，隔板为聚合物膜。在一些实施例中，隔板为三层隔板。根据某些实施例，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。UV或EB固化涂层可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。根据各种实施例，涂布隔板抑制离子流穿过隔板的孔，并且响应于被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度而保留电绝缘的。在另外的实施例中，陶瓷颗粒材料保留粘结至UV或EB固化基质并且保留粘结至隔板，并且涂布隔板在被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度时保持其形状。根据各种实施例，电化学装置包括阳极、阴极、电解质、集电器或它们的组合。在某些实施例中，电化学装置为碱离子电池(如，锂离子电池)。
另外其他实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的锂离子电池；以及粘附至隔板的至少一个表面的上述UV或EB固化涂层中的任何一者。例如，某些实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的锂离子电池；以及粘附至隔板的至少一个表面的UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，通过UV或EB固化基质粘结至隔板，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或它们的组合，并且一个或多个前体包括UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。在某些实施例中，隔板为聚合物膜。在一些实施例中，隔板为三层隔板。根据某些实施例，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。UV或EB固化涂层可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。根据各种实施例，涂布隔板抑制离子流穿过隔板的孔，并且响应于被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度而保留电绝缘的。在另外的实施例中，陶瓷颗粒材料保留粘结至UV或EB固化基质并且保留粘结至隔板，并且涂布隔板在被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度时保持其形状。根据各种实施例，锂离子电池包括阳极、阴极、电解质、集电器或它们的组合。
各种实施例包括制备上述的涂布隔板中每一者和任何一者或者结合了上述涂布隔板中任何一者的电化学装置中的任何一者的方法，所述方法包括：将陶瓷颗粒材料与可固化粘结剂混合物混合以形成浆料，所述可固化粘结剂混合物包含一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；将浆料涂布于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板；并且使浆料涂布隔板经受UV或EB辐射，从而固化可固化粘结剂混合物并且形成UV或EB固化基质。UV或EB固化基质粘附至隔板的至少一个表面并且陶瓷颗粒材料基本上遍及UV或EB固化基质分布。在一些实施例中，浆料还包含溶剂、光引发剂、自由基引发剂、分散剂、粘附促进剂、润湿剂、硅烷涂布颗粒、暗固化添加剂、共引发剂、发泡剂或它们的组合。在其他实施例中，浆料不包含溶剂。浆料可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。在各种实施例中，通过筛网、帘式涂布、凹版印刷、反向凹版印刷、柔性版印刷机、凸版印刷、胶印机或它们的组合将浆料以印刷图案涂覆至隔板。根据某些实施例，方法还可包括将涂布隔板定位在电化学装置中并且随后对电化学装置充电和放电。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，通过UV或EB固化基质粘结至隔板，并且包含具有电绝缘性的至少一种导热材料。在一些实施例中，陶瓷颗粒材料为氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或它们的组合，并且可固化粘结剂混合物包括UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体或者它们的组合。在各种实施例中，UV或EB固化基质为非离子的。在一些实施例中，隔板为聚合物膜。在其他实施例中，隔板为三层隔板。根据某些实施例，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。
各种实施例涉及固化涂层，该固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含固化基质，该固化基质包含前体和交联剂的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。各种各样的交联剂都可用，并且可在各种实施例中使用。可用于各种实施例中的示例性交联剂包括但不限于(聚)氮丙啶、金属干燥剂或过氧化物。在某些实施例中，前体为水性丙烯酸、水性氨基甲酸酯或它们的组合。
另外其他实施例涉及包括隔板的涂布隔板；以及粘附至隔板的至少一个表面的固化涂层，所述固化涂层包含：固化基质，该固化基质包含前体和交联剂的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。各种各样的交联剂都可用，并且可在各种实施例中使用。可用于各种实施例中的示例性交联剂包括但不限于(聚)氮丙啶、金属干燥剂或过氧化物。在某些实施例中，前体为水性丙烯酸、水性氨基甲酸酯或它们的组合。根据一些实施例，固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。固化涂层可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。
某些实施例涉及包括隔板的图案涂布隔板；以及以图案粘附至隔板的至少一个表面的固化涂层，所述固化涂层包含：固化基质，该固化基质包含前体和交联剂的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。各种各样的交联剂都可用，并且可在各种实施例中使用。可用于各种实施例中的示例性交联剂包括但不限于(聚)氮丙啶、金属干燥剂或过氧化物。在某些实施例中，前体为水性丙烯酸、水性氨基甲酸酯或它们的组合。根据某些实施例，固化涂层以图案粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，固化涂层以图案粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。
其他实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的电化学装置；以及粘附至隔板的至少一个表面的固化涂层，所述固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含固化基质，该固化基质包含前体和交联剂的交联反应产物；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。各种各样的交联剂都可用，并且可在各种实施例中使用。可用于各种实施例中的示例性交联剂包括但不限于(聚)氮丙啶、金属干燥剂或过氧化物。在某些实施例中，前体为水性丙烯酸、水性氨基甲酸酯或它们的组合。根据一些实施例，固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。固化涂层可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。在一些实施例中，电化学装置为碱离子电池(如，锂离子电池)。
各种实施例包括制备涂布隔板或结合了涂布隔板的电化学装置的方法，所述方法包括：将包含前体和交联剂的可固化粘结剂混合物与陶瓷颗粒材料混合以形成浆料；将浆料涂覆于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板；以及将浆料涂布隔板固化，从而固化可固化粘结剂混合物。各种交联剂都可用，并且可在各种实施例中使用。可用于各种实施例中的示例性交联剂包括但不限于(聚)氮丙啶、金属干燥剂或过氧化物。在某些实施例中，前体为水性丙烯酸、水性氨基甲酸酯或它们的组合。浆料可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。在各种实施例中，通过筛网、帘式涂布、凹版印刷、反向凹版印刷、柔性版印刷机、凸版印刷、胶印机或它们的组合将浆料以印刷图案涂覆至隔板。根据某些实施例，方法还可包括将涂布隔板定位在电化学装置中并且随后对电化学装置充电和放电。
另外的实施例在本文有所描述。
本申请公开了以下方面：
项目1：一种涂布隔板，包括
隔板；以及
粘附至所述隔板的至少一个表面的涂层，其中所述涂层包含
紫外线(UV)或电子束(EB)固化基质，所述固化基质包含一个或多
个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及
陶瓷颗粒材料。
项目2：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述隔板包括三层隔板。
项目3：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述陶瓷颗粒材料包括选自由氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼以及它们的组合构成的组中的至少一种陶瓷材料。
项目4：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述一个或多个前体包含UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体，或者它们的组合。
项目5：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述UV或EB固化基质为非离子的。
项目6：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述陶瓷颗粒材料粘结至所述UV或EB固化基质，通过所述UV或EB固化基质粘结至所述隔板，并且遍及所述UV或EB固化基质均匀分布。
项目7：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述隔板包括顶部表面和底部表面，并且其中所述涂层粘附至：
所述顶部表面或所述底部表面，但不粘附至所述顶部表面和所述底部表面两者。
项目8：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述涂层图案化在所述隔板的至少一个表面上。
项目9：根据项目1所述的涂布隔板，其中所述涂层为电绝缘的。
项目10：根据项目9所述的涂布隔板，其中所述涂布隔板被配置成保持其形状、抑制离子流穿过所述隔板的孔，并且响应于所述涂布隔板加热至高于100℃、高于110℃或高于120℃的温度而保持电绝缘的。
项目11：根据项目6所述的涂布隔板，其中所述涂布隔板被配置为使得在将所述涂布隔板加热至高于100℃、高于110℃或高于120℃的温度时，所述陶瓷颗粒材料保持粘结至所述UV或EB固化基质并且保持粘结至所述隔板。
项目12：一种包括根据项目1所述的涂布隔板的电化学装置。
项目13：一种方法，包括：
将陶瓷颗粒材料与可固化粘结剂混合物混合以形成浆料，所述可固化粘结剂混合物包含一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；
将所述浆料涂覆于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板；
使所述浆料涂布隔板经受紫外线(UV)或电子束(EB)辐射，从而固化所述可固化粘结剂混合物并且形成UV或EB固化基质，其中所述UV或EB固化基质粘附至所述隔板的至少一个表面，并且所述陶瓷颗粒材料遍及所述UV或EB固化基质分布。
项目14：根据项目13所述的方法，其中所述浆料还包含溶剂，并且所述方法还包括：
在将所述浆料涂覆于所述隔板的至少一个表面之后，从所述浆料中去除所述溶剂。
项目15：根据项目13所述的方法，其中所述可固化粘结剂混合物包含UV水性混合物、UV可固化环氧树脂、UV可固化有机硅、UV可固化氨基甲酸酯、UV可固化橡胶、UV可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体，或者它们的组合。
项目16：根据项目13所述的方法，其中所述隔板包括顶部表面和底部表面，所述方法还包括：
将所述浆料涂覆于所述顶部表面或所述底部表面，但不涂覆于所述顶部表面和所述底部表面两者。
项目17：根据项目13所述的方法，其中将所述浆料涂覆于所述隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板包括将所述浆料以图案涂覆于所述隔板的至少一个表面。
项目18：根据项目13所述的方法，其中将所述浆料涂覆于所述隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板包括通过筛网、帘式涂布、凹版印刷、反向凹版印刷、柔性版印刷机、凸版印刷、胶印机或它们的组合以印刷图案涂覆所述浆料。
项目19：根据项目13所述的方法，其中所述浆料还包含光引发剂、自由基引发剂、分散剂、粘附促进剂、润湿剂、硅烷涂布颗粒、暗固化添加剂、共引发剂、发泡剂或它们的组合。
项目20：一种方法，包括：
组装阴极、阳极、电解质和涂布隔板以形成电池；所述涂布隔板包括多孔隔板和粘附至所述隔板的至少一个表面的涂层；所述涂层包含紫外线(UV)或电子束(EB)固化基质和陶瓷颗粒材料，所述固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合。
附图说明
一些实施例以举例的方式，而非以限制的方式，在附图的各个图中示出。
图1示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的剖视图。
图2为根据一个或多个实施例的示意图，该示意图示出了用于涂布隔板的系统。
图3为根据一个或多个实施例的流程图，该流程图示出了用于制备具有涂布隔板的电池的步骤。
图4A示出了未涂布基准隔板的电压分布。
图4B示出了未涂布基准隔板的充电速率性能。
图4C示出了未涂布基准隔板的循环性能。
图5示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图6示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图7示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图8示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图9示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图10示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图11A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图11B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图11C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图12A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图12B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图12C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图13A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图13B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图13C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图14A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图14B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图14C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图15A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图15B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图15C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图16A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图16B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图16C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图17A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图17B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图17C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图18A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图18B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图18C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图19A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图19B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图19C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图20A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图20B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图20C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图21A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图21B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图21C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
图22A示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的电压分布。
图22B示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的充电速率性能。
图22C示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板的循环性能。
具体实施方式
可使用反应性液态树脂(如，单体和/或低聚物)和陶瓷颗粒的紫外线(UV)或电子束(EB)固化浆料加强和保护隔板并且提高使用此类隔板的电化学装置的操作安全性。本文呈现了具有高温尺寸稳定性、关闭机构、高孔隙度和机械强度的涂布隔板。此类涂布隔板可通过使用UV或EB固化材料的改进工艺制造，以将陶瓷颗粒涂层粘结至聚合物膜隔板。
现在将详细参照各种实施例，其一个或多个例子在下文示出。每个实例均以对本公开进行说明而非限制的方式提供。对于本领域内的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开范围或精神的前提下，可做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例一部分示出或描述的特征，可用于另一个实施例中以得出又一个实施例。因此，预期本公开涵盖此类修改和变型。
某些变型涉及利用特定EB或光化UV可固化粘结剂的电化学装置(如，锂二次电池)隔板，以及制造所述隔板的方法。根据各种实施例，在制备具有薄陶瓷涂布层的涂布隔板时可利用特定的EB和/或UV可固化材料作为粘结剂，因为特定的EB和/或UV可固化材料在固化时对聚合物(如，聚乙烯、聚丙烯或它们的组合)隔板展示出良好粘附力，同时对存在于电化学装置中的苛刻电解材料提供必要抗性并保持必要的隔板孔隙度。
各种实施例涉及UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。
UV或EB固化涂层可用于加强和保护隔板并且提高使用此类隔板的电化学装置的操作安全性。图1示出了根据一个或多个实施例的涂布隔板1的剖视图。图1的多孔隔板膜2被涂布在顶侧3和底侧4两者上，并且在多孔UV固化粘结剂6中有陶瓷颗粒5。
虽然陶瓷颗粒不限于任何特定形状，但是当组装电池时以及当电池在正常操作中膨胀或收缩时，圆形颗粒或倒圆颗粒使隔板的脆性聚合物(如，聚烯烃)膜的撕裂应力降至最低。图1的陶瓷颗粒5为圆形颗粒或倒圆颗粒的例子。在一些实施例中，UV或EB固化涂层可具有全部具有相同或类似形状的陶瓷颗粒。在其他实施例中，UV或EB固化涂层的陶瓷颗粒可具有不同形状。根据另外的实施例，隔板顶侧上的涂层的陶瓷颗粒可为不同于隔板底侧上的涂层的陶瓷颗粒的形状。在一些实施例中，陶瓷颗粒可为中空的以向最终的UV或EB固化涂层提供更大孔隙度。可用于各种实施例中的陶瓷颗粒形状的例子包括但不限于简单的球体或更复杂形状诸如沸石。
陶瓷颗粒材料的颗粒的尺寸很大程度上受限于UV或EB固化涂层的厚度。例如，可能无需使用将显著超出涂层厚度的颗粒。实际粒度在电化学装置的设计中确定。例如，被设计为单次使用的临时电池可使用非常薄的涂布隔板(如，1μm厚度)，并且因此，相对小的陶瓷颗粒(如，0.1μm)可能是适当的。然而，动力工具(高放电)或车辆电池(高能量密度)可能需要较长寿命和更大安全性考虑，并且因此，一些实施例包括在涂层中具有10μm陶瓷颗粒的25μm厚涂布隔板。在一些实施例中，陶瓷颗粒全部为大约相同尺寸。在其他实施例中，陶瓷颗粒材料包含不同尺寸的颗粒。例如，图1的多孔UV固化粘结剂6用具有不同尺寸的陶瓷颗粒5填充。根据另外的实施例，隔板顶侧上的涂层的陶瓷颗粒可为不同于隔板底侧上的涂层的陶瓷颗粒的尺寸。添加不同尺寸的颗粒增大颗粒与颗粒接触和堆积密度，从而增大涂层的导热性和安全性。
在某些实施例中，陶瓷颗粒材料的颗粒具有从约1nm到约10μm的粒度。在其他实施例中，陶瓷颗粒材料的颗粒具有从约1nm到约9.5μm、从约1nm到约9μm、从约1nm到约8.5μm、从约1nm到约8μm、从约1nm到约7.5μm、从约1nm到约7μm、从约1nm到约6.5μm、从约1nm到约6μm、从约1nm到约5.5μm、从约1nm到约5μm、从约1nm到约4.5μm、从约1nm到约4μm、从约1nm到约3.5μm、从约1nm到约3μm、从约1nm到约2.5μm、从约1nm到约2μm、从约1nm到约1.5μm、从约1nm到约1μm、从约2nm到约10μm、从约2nm到约9.5μm、从约2nm到约9μm、从约2nm到约8.5μm、从约2nm到约8μm、从约2nm到约7.5μm、从约2nm到约7μm、从约2nm到约6.5μm、从约2nm到约6μm、从约2nm到约5.5μm、从约2nm到约5μm、从约2nm到约4.5μm、从约2nm到约4μm、从约2nm到约3.5μm、从约2nm到约3μm、从约2nm到约2.5μm、从约0.1μm到约10μm、从约0.1μm到约9.5μm、从约0.1μm到约9μm、从约0.1μm到约8.5μm、从约0.1μm到约8μm、从约0.1μm到约7.5μm、从约0.1μm到约7μm、从约0.1μm到约6.5μm、从约0.1μm到约6μm、从约0.1μm到约5.5μm、从约0.1μm到约5μm、从约0.1μm到约4.5μm、从约0.1μm到约4μm、从约0.1μm到约3.5μm、从约0.1μm到约3μm、从约0.1μm到约2.5μm、从约0.1μm到约2μm、从约0.1μm到约1.5μm、从约0.1μm到约1μm或它们的组合的粒度。
在一些实施例中，陶瓷颗粒材料的颗粒具有约10μm、约9.5μm、约9μm、约8.5μm、约8μm、约7.5μm、约7μm、约6.5μm、约6μm、约5.5μm、约5μm、约4.5μm、约4μm、约3.5μm、约3μm、约2.5μm、约2μm、约1.5μm、约1μm、约0.9μm、约0.8μm、约0.7μm、约0.6μm、约0.5μm、约0.4μm、约0.3μm、约0.2μm、约0.1μm、约0.09μm、约0.08μm、约0.07μm、约0.06μm、约0.05μm、约0.04μm、约0.03μm、约0.02μm、约0.01μm、约1nm或它们的组合的粒度。
各种陶瓷材料都可用，并且可在各种实施例中使用。根据某些实施例，陶瓷颗粒材料包括具有电绝缘性(如，具有至少107欧姆的电阻)的至少一种导热材料。在各种实施例中，陶瓷颗粒材料具有小于可固化粘结剂混合物并且小于未涂布隔板膜的导电率。在某些实施例中，涂层的陶瓷颗粒允许隔板的导热率提高而不提高隔板的导电率。可用于各种实施例中的陶瓷材料的例子包括但不限于氧化铝(如，氧化铝(Al2O3)、氧化铝氢氧化物等)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼、具有电绝缘性但具有可观导热率的其他化合物，或者它们的组合。各种实施例的固化涂层包含至少一种类型的陶瓷材料。在一些实施例中，固化涂层可包含两种或更多种类型陶瓷材料的组合，包括本文所述的陶瓷材料类型中的任何两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种等的组合。例如，在某些实施例中，固化涂层可包含氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼或者具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物中的一种。在其他实施例中，固化涂层可包含两种陶瓷材料(如，氧化铝(Al2O3)和氧化铝氢氧化物、氧化铝和氧化硅、氧化铝和碳化硅、氧化铝和二氧化钛、氧化铝和氧化镁、氧化铝和氮化硼、氧化铝和具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物、氧化硅和二氧化钛、氧化硅和氧化镁等)、三种陶瓷材料(如，氧化铝(Al2O3)、氧化硅和氧化铝氢氧化物；氧化铝、氧化硅和碳化硅；氧化铝、氧化硅和二氧化钛；氧化铝、氧化硅和氧化镁；氧化铝、氧化硅和氮化硼；氧化铝、氧化硅和具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物；氧化硅、二氧化钛和氧化镁；等)、四种陶瓷材料(如，氧化铝(Al2O3)、氧化硅、碳化硅和氧化铝氢氧化物；氧化铝、氧化硅、碳化硅和二氧化钛；氧化铝、氧化硅、碳化硅和氧化镁；氧化铝、氧化硅、碳化硅和氮化硼；氧化铝、氧化硅、碳化硅和具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物；氧化硅、碳化硅、二氧化钛和氧化镁；氧化硅、碳化硅、二氧化钛和氮化硼；等)、五种陶瓷材料(如，氧化铝(Al2O3)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛和氧化铝氢氧化物；氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛和氧化镁；氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛和氮化硼；氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛和具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物；等)、六种陶瓷材料(如，氧化铝(Al2O3)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁和氧化铝氢氧化物；氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁和氮化硼；氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁和具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物；等)、七种陶瓷材料(如，氧化铝(Al2O3)、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼和氧化铝氢氧化物；氧化铝、氧化硅、碳化硅、二氧化钛、氧化镁、氮化硼和具有电绝缘性但具有可观导热率的另一种化合物；等)。
基于固化涂层的总重量计，各种实施例的固化涂层包含的陶瓷颗粒材料的量为从约30到约98重量％。在一些实施例中，固化涂层包含的陶瓷颗粒材料的量为从约30到约95重量％、从约30到约90重量％、从约30到约85重量％、从约30到约80重量％、从约30到约75重量％、从约30到约70重量％、从约30到约65重量％、从约30到约60重量％、从约30到约55重量％、从约30到约50重量％、从约30到约45重量％、从约30到约40重量％、从约30到约35重量％、从约40到约98重量％、从约40到约95重量％、从约40到约90重量％、从约40到约85重量％、从约40到约80重量％、从约40到约75重量％、从约40到约70重量％、从约40到约65重量％、从约40到约60重量％、从约40到约55重量％、从约40到约50重量％、从约40到约45重量％、从约50到约98重量％、从约50到约95重量％、从约50到约90重量％、从约50到约85重量％、从约50到约80重量％、从约50到约75重量％、从约50到约70重量％、从约50到约65重量％、从约50到约60重量％、从约50到约55重量％、从约60到约98重量％、从约60到约95重量％、从约60到约90重量％、从约60到约85重量％、从约60到约80重量％、从约60到约75重量％、从约60到约70重量％、从约60到约65重量％、从约70到约98重量％、从约70到约95重量％、从约70到约90重量％、从约70到约85重量％、从约70到约80重量％、从约70到约75重量％、从约80到约98重量％、从约80到约95重量％、从约80到约90重量％、从约80到约85重量％、从约90到约98重量％、从约90到约95重量％或从约95到约98重量％。在某些实施例中，固化涂层包含的陶瓷颗粒材料的量为约30重量％、约35重量％、约40重量％、约45重量％、约50重量％、约55重量％、约60重量％、约65重量％、约70重量％、约75重量％、约80重量％、约85重量％、约90重量％、约95重量％、约96重量％、约97重量％或约98重量％。
在一些实施例中，基于固化涂层的总重量计，其他固体也可以约20到约95重量％的量添加至陶瓷颗粒以提高锂电池性能。在其他实施例中，其他固体可以约25到约95重量％、约30到约95重量％、约35到约95重量％、约40到约95重量％、约45到约95重量％、约50到约95重量％、约55到约95重量％、约60到约95重量％、约65到约95重量％、约70到约95重量％、约75到约95重量％、约80到约95重量％、约85到约95重量％、约90到约95重量％、约20到约30重量％、约20到约40重量％、约20到约50重量％、约20到约60重量％、约20到约70重量％、约20到约80重量％或约20到约90重量％的量添加至陶瓷颗粒。
可用于各种实施例中的其他固体的例子包括但不限于硅掺杂型陶瓷氧化物或锂掺杂型陶瓷氧化物。在一些实施例中，固化涂层可包括一种其他固体(如，硅掺杂型陶瓷氧化物或锂掺杂型陶瓷氧化物等)。在其他实施例中，固化涂层可包括两种或更多种类型的其他固体的组合，包括本文所述的其他固体类型中的任何两种或更多种(如，硅掺杂型陶瓷氧化物和锂掺杂型陶瓷氧化物等)、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种等的组合。
在某些实施例中，陶瓷颗粒与由具体单体和低聚物构成的可固化粘结剂组合物混合，所述单体和低聚物用作最终交联聚合物粘结剂的前体，以及光引发剂、分散剂、粘附促进剂、润湿剂或它们的组合。涂布颗粒(如，硅烷涂布颗粒)可用于各种实施例中以提高固化粘结剂组合物与陶瓷颗粒之间的粘附力。
根据各种实施例，UV或EB可固化粘结剂混合物可选自三个通用类别：1)UV可固化水性，2)由UV可固化有机硅或UV可固化环氧树脂构成的UV可固化环氧树脂，以及3)UV可固化(甲基)丙烯酸酯(如，丙烯酸酯化氨基甲酸酯、聚酯、橡胶和硫酯)，其中“(甲基)丙烯酸酯”是指甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯酰吗啉、乙烯基酯以及它们的组合。
可用于各种实施例中的可固化粘结剂混合物组分的例子包括但不限于丙烯酸酯化水性树脂共混物、脂环族环氧封端低聚物和单体以及阳离子光引发剂、丙烯酸酯化封端低聚物和单体以及自由基引发剂、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体以及它们的组合。各种实施例的可固化粘结剂混合物包含至少一种类型的前体组分。在某些实施例中，可固化粘结剂混合物包含一种类型的前体组分(如，一种类型的UV可固化水性氨基甲酸酯、一种类型的丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、一种类型的丙烯酸酯化单体、一种类型的丙烯酸酯化橡胶、一种类型的脂环族环氧低聚物、一种类型的丙烯酸类树脂、一种类型的脂环族环氧有机硅、一种类型的聚酯丙烯酸酯、一种类型的三聚氰胺丙烯酸酯、一种类型的脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯等)。在其他实施例中，可固化粘结剂混合物可包括两种或更多种类型的前体组分的组合，包括本文所述的前体组分类型中的任何两种或更多种(如，脂环族环氧封端低聚物和单体；丙烯酸酯化单体和丙烯酸酯化橡胶；丙烯酸酯化封端低聚物和单体；等)、三种或更多种(如，聚酯丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯和丙烯酸类树脂；三聚氰胺丙烯酸酯、脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯和丙烯酸类树脂；等)、四种或更多种、五种或更多种等的组合。前体成分的混合物可用于优化涂层特性，诸如柔性、韧性、伸长率、颗粒粘附力、隔板粘附力、孔隙度和离子导电率。受益于此类的混合物的前体的一个非限制性例子为丙烯酸酯化成分。
根据某些实施例，UV或EB固化涂层可包含橡胶聚合物(如，基于聚异戊二烯的橡胶、基于聚丁二烯的橡胶等)。可用于基于橡胶聚合物的UV或EB固化涂层制备的可固化粘结剂混合物组分的例子包括但不限于异戊二烯、丁二烯、环戊二烯、亚乙基降冰片烯、乙烯基降冰片烯以及它们的组合。在一些实施例中，可固化粘结剂混合物组分可被官能化为包含反应性基团(如，羧酸酯基团、丙烯酸酯基团、乙烯基基团、乙烯基醚基团或环氧基团)，所述基团提高陶瓷颗粒粘附力并且/或者提高UV或EB引起的交联。
橡胶聚合物不限于任何特定聚合物主链。在一个或多个实施例中，UV或EB固化涂层可包含橡胶聚合物，该橡胶聚合物具有带一个或多个反应性官能团的异戊二烯主链。示例性橡胶聚合物主链包括但不限于羧基化甲基丙烯酸酯化异戊二烯主链、羧基化甲基丙烯酸酯化丁二烯主链、丁二烯主链以及它们的组合。在某些实施例中，UV或EB固化涂层可包含多个不同的聚合物主链链段(如，异戊二烯-丁二烯共聚物)。
在一个或多个实施例中，脂环族环氧封端低聚物和单体以及阳离子光引发剂包含在树脂混合物中。该混合物与非碱性陶瓷砂石混合、涂覆于隔板并且在隔板上进行UV或EB固化。脂环族环氧封端基团可事实上位于任何聚合物主链上。在某些实施例中，聚合物主链为烃主链或有机硅主链。脂环族环氧成分的混合物也可用于优化涂层特性，诸如柔性、韧性、伸长率、颗粒粘附力、隔板粘附力和离子导电率。
在一些实施例中，丙烯酸酯化水性树脂共混物与陶瓷颗粒混合、涂覆于隔板并且在隔板上进行UV或EB固化。
在其他实施例中，丙烯酸酯化封端低聚物和单体以及自由基引发剂包含在树脂混合物中。该树脂混合物与陶瓷混合、涂覆于隔板并且在隔板上进行UV或EB固化。在某些实施例中，丙烯酸酯化组合物为EB固化的，并且因此，光引发剂为不必要的并且不应当包含在配方中。
丙烯酸酯化封端基团可事实上位于任何聚合物主链上。在某些实施例中，聚合物主链可抵抗热的电解质并且不与离子(如，锂离子)反应。示例性主链包括但不限于橡胶、有机硅、硫酯、丙烯酸酯、苯乙烯丙烯酸酯、氨基甲酸酯、氟化烃、烃以及聚酯。
在某些实施例中，不使用聚偏二氟乙烯(PVDF)粘结剂。PVDF要求溶解于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，其为一种危险溶剂。当使用NMP时，在某些情况下必须捕集并循环NMP，因为对于工人呼吸而言太危险并且是一种无法排放到环境中的危害性污染物。
另外，各种实施例并非主要利用热塑性粘结剂将陶瓷颗粒保持在适当位置。当达到热塑性塑料的熔点时，陶瓷颗粒将自由移动。相比之下，不含热塑性粘结剂的各种本发明实施例的陶瓷颗粒保留粘附至UV或EB固化涂层的聚合物以及隔板两者。
如上所述，附加成分可在各种实施例中与可固化粘结剂组合物混合。可用于各种实施例的涂层中的示例性附加成分包括但不限于反应性稀释剂、分散剂、润湿剂、暗固化添加剂、另选光引发剂、共引发剂、溶剂、发泡剂、交联剂以及它们的组合。此类添加剂的非限制性例子在本文的实例中有详述。在一些实施例中，涂层可包含一种类型的附加成分(如，一种分散剂、润湿剂、暗固化添加剂、可选光引发剂、溶剂或发泡剂等)。在其他实施例中，涂层可包含两种或更多种类型的附加成分的组合，包括本文所述的附加组分类型中的任何两种或更多种(如，分散剂和阳离子光引发剂；分散剂和溶剂；光引发剂和溶剂；等)、三种或更多种(分散剂、光引发剂和消泡剂；分散剂、pH调节剂和交联剂；分散剂、光引发剂和溶剂；等)、四种或更多种(分散剂、光引发剂、共引发剂和溶剂；等)、五种或更多种(分散剂、光引发剂、共引发剂、pH调节剂和溶剂；等)等的组合。这些中的大部分为微量成分并且可能在从约0到约10重量％、从约0到约5重量％或者从约0到约2重量％的范围内。在一些实施例中，浆料不包含光引发剂。
可用作附加成分的示例性反应性稀释剂包括但不限于丙烯酸异冰片酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二丙烯酸己二醇酯、烷氧基化二丙烯酸己二醇酯以及它们的组合。可用作附加成分的交联剂的例子包括但不限于单官能丙烯酸酯、双官能丙烯酸酯、多官能丙烯酸酯、其他乙烯基化合物以及它们的组合。如果使用，丙烯酸酯可以是直链的、支链的(如，丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸异十八烷基酯等)、环状的(如，丙烯酸二环戊酯、n-乙烯基己内酰胺等)或芳族的(如，丙烯酸苯氧基乙酯)。示例性双官能和多官能丙烯酸酯包括但不限于1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,9-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、三环葵烷二甲醇二丙烯酸酯以及它们的组合。
可用作附加成分的示例性光引发剂包括但不限于二苯甲酮、羟基苯乙酮、甲基二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、4,4'-双(二乙基氨基)二苯甲酮、米蚩酮、4-(2-羟乙氧基)苯基-(2-羟基-2-甲基丙基)酮、其他二苯甲酮衍生物、苄基二甲基缩酮、2-苄基-2-N,N-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1丁酮、2-巯基苯并唑、樟脑醌、2-羟基-2-甲基-1-(4-叔丁基)苯基-1-丙酮、2-甲基-1-[4-(甲硫基苯基)-2-吗啉代丙酮]、马来酰亚胺、2,4,5-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、双(2,6-二甲基氧基苯甲酰基)(2,4,4-三甲基戊基)氧化膦、双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-苯基氧化膦、丙酮光引发剂(如，低聚(2-羟基-2-甲基-1-[4-(1-甲基乙烯基)苯基]丙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮以及它们的组合)、氧化物光引发剂(如，双(2,4,6-三甲基苯甲酰基))、衍生自上述光引发剂的聚合物光引发剂，以及它们的组合。
可用作附加成分的润湿剂的例子包括但不限于丙酮、异丙醇、碳酸二甲酯以及它们的组合。
另外其他实施例涉及包括隔板的涂布隔板；以及粘附至隔板的至少一个表面的上述UV或EB固化涂层中的任何一者。例如，某些实施例涉及包括隔板的涂布隔板；以及粘附至隔板的至少一个表面的UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。
其他实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的电化学装置；以及粘附至隔板的至少一个表面的上述UV或EB固化涂层中的任何一者。例如，某些实施例涉及具有包括隔板的涂布隔板的电化学装置；以及粘附至隔板的至少一个表面的UV或EB固化涂层，所述UV或EB固化涂层包含：聚合物材料，该聚合物材料包含UV或EB固化基质，该固化基质包含一个或多个前体的交联反应产物，所述一个或多个前体选自一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及陶瓷颗粒材料。基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约30到约98重量％的量存在于固化涂层中。在某些实施例中，基于固化涂层的总重量计，陶瓷颗粒材料可以从约40到约95重量％的量存在于固化涂层中。其他实施例涉及制备涂布隔板或结合了涂布隔板的电化学装置的方法，所述方法包括：将陶瓷颗粒材料与可固化粘结剂混合物混合以形成浆料，所述可固化粘结剂混合物包含一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；将浆料涂布于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板；并且使浆料涂布隔板经受UV或EB辐射，从而固化可固化粘结剂混合物并且形成UV或EB固化基质。UV或EB固化基质粘附至隔板的至少一个表面并且陶瓷颗粒材料遍及UV或EB固化基质分布。
图2示出了可在上面进行浆料涂布和固化工序的系统，并且多孔隔板膜2从第一线轴7退绕、使用液体涂布机9用浆料8涂布、使浆料涂布膜隔板10在任选鼓风机/加热器11下方经过以去除溶剂(未示出)，并且随后使浆料涂布膜隔板10在UV或EB源12(如，灯)下方经过以固化浆料8。然后可将涂布隔板1任选地卷绕在第二线轴13上。在某些实施例中，系统不具有和/或利用任选鼓风机/加热器11。
图3示出了根据某些实施例的制备涂布隔板的方法。所述方法包括：将陶瓷颗粒材料与可固化粘结剂混合物组合并且混合以形成浆料(步骤101)，所述混合物包含选自单体、低聚物以及它们的组合的至少一者；将浆料涂布于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板(步骤102)；以及使浆料涂布隔板经受UV或EB辐射(步骤104)，从而固化可固化粘结剂混合物。方法可任选地包括在步骤101中添加溶剂以例如控制浆料的稠度。如果在步骤101中添加溶剂，则方法可任选地包括在步骤104中固化浆料之前，在任选步骤103中去除溶剂。方法也可包括将电池与涂布隔板组装在一起的步骤105。电池可包括例如阳极、阴极、电解质和涂布隔板。图3中示出的示例性方法无需包括每个步骤，并且步骤可在不进行其他步骤的情况下单独进行。
根据各种实施例，可使用常规混合技术制备UV或EB可固化粘结剂组分和陶瓷颗粒的浆料。随后将浆料涂布在隔板上并且使用UV光化辐射或EB辐射进行固化。在各种实施例中，浆料的涂层厚度标称小于10μm并且通常小于4μm。在某些实施例中，最小浆料涂层厚度为0.1到0.3μm。在一个或多个实施例中，使用胶印机实现该最小涂层厚度。隔板的一侧或两侧通常被涂布并且对涂层进行UV或EB固化。UV固化是指从200到500nm的光谱。尽管400到460nm在技术上位于紫蓝色可见光内，但UV灯在该区域中也发出大量能量，并且精选的“UV”光引发剂吸收这些频率下的光。UV可见光引发剂尤其适于该应用，因为这些长波长更能够更深地渗透进入液体涂层内。在各种实施例中的一些中，这极其关键，因为导热颗粒中的许多为白色的并且在阻挡UV光方面非常有效。对于这些应用而言，通常最好使用输出最大值在UVC和可见范围内的灯。光引发剂的混合物通常用于利用通过颗粒渗透进入涂层内的任何光。
还可将水或溶剂添加至UV或EB可固化粘结剂组合物，以例如增加固化涂层的孔隙度或者以调节液体涂层的流动特性和流变特性以使其适于不同的涂覆方法。不同浆料涂覆方法的例子包括但不限于：帘式涂布、辊、凹版印刷、柔性版印刷、筛网、旋转筛、凸版印刷、橡皮版印刷、狭缝涂布以及适用于涂布膜的任何其他印刷方法。如果将水或溶剂添加至粘结剂，则在一些实施例中它们可在UV或EB固化之前从涂层中去除。合适溶剂中的一些为具有低毒性、具有最小调节、迅速蒸发并且对于浆料中的涂层成分或颗粒不具有高亲和力的那些。各种溶剂均都可用，并且可在各种实施例中使用。可用于各种实施例中的溶剂的例子包括但不限于乙二醇醚和醇类(如，异丙醇)。如上所述，在某些实施例中溶剂不包含NMP。停止NMP的使用消除了溶剂捕集和循环以及因此与此类工艺相关的任何成本和时间的必要性。
如果利用水或溶剂，则其可以最多至约70％的量存在于浆料中。在一些实施例中，溶剂以介于约15与20％之间、介于约10与20％之间或介于约5与20％之间的量存在于浆料中。在某些实施例中，溶剂以小于约20％、小于约15％、小于约10％或小于约5％的量存在于浆料中。小于约20％的溶剂或水的量允许迅速蒸发。
在各种实施例中，隔板包括顶部表面和底部表面，并且将浆料涂布于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板包括将浆料涂覆于顶部表面或底部表面，但是不涂覆于顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，将浆料涂布于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板包括将浆料涂覆于顶部表面和底部表面两者。浆料可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。在一些实施例中，将浆料以连续涂层涂覆于顶部表面并且以连续涂层涂覆于底部表面。在其他实施例中，将浆料以图案涂覆于顶部表面并且以图案涂覆于底部表面。在另外其他实施例中，将浆料以图案涂覆于顶部表面并且以连续涂层涂覆于底部表面。在另外的实施例中，将浆料以图案涂覆于底部表面并且以连续涂层涂覆于顶部表面。
在一些实施例中，将所得浆料以连续涂层涂覆于在聚合物隔板上。可用于涂覆该液体浆料的示例性涂覆方法包括但不限于：辊涂、筛网、帘式、凹版印刷、反向凹版印刷、狭缝涂布、柔性版印刷、凸版印刷、橡皮版印刷以及它们的组合。在一些实施例中，存在短暂干燥期(如，整个幅材上的空气或热空气)以馏出水或溶剂并且制备多孔液体涂层。随后使浆料暴露于UV光化辐射或EB辐射，以使树脂聚合并且将陶瓷颗粒粘结至彼此以及粘结至隔板。在一个或多个实施例中，在UV或EB固化暴露期间使用冷硬轧辊。可通过该连续涂层方法涂布隔板的一侧或两侧。
在各种实施例中，将所得浆料以图案印刷在隔板上。可用于以印刷图案涂覆该液体浆料的涂覆方法的例子包括但不限于：筛网、帘式涂布、凹版印刷、反向凹版印刷、柔性版印刷、凸版印刷、橡皮版印刷以及它们的组合。不同印刷方法用于实现不同厚度和分辨率的涂层。所列印刷技术的次序是从最厚到最薄以及从分辨率的最粗到最精细。在暴露更多表面时，印刷图案可能需要更少气流和干燥。在涂覆之后，随后使浆料暴露于UV光化辐射或EB辐射，以使树脂聚合并且将陶瓷颗粒粘结至彼此以及粘结至隔板。在一个或多个实施例中，在UV或EB固化暴露期间使用冷硬轧辊。可通过该图案印刷工艺涂布隔板的一侧或两侧。
在某些实施例中，浆料包含UV水性基质组分并且使用柔性版印刷以图案印刷在隔板上。在其他实施例中，浆料包含氨基甲酸酯/或橡胶基质组分并且使用橡皮版印刷以图案印刷在隔板上。根据一些实施例，浆料包含水性基质组分并且使用除橡皮版印刷之外的涂覆方法以图案印刷在隔板上。
现有技术方法不教导或利用本公开中示出的图案化固化隔板涂层。将浆料以图案涂布于隔板具有许多优点。例如，使浆料图案化允许使用更少浆料(如，更少粘结剂和陶瓷颗粒材料)，并且因此材料成本降低。在一些实施例中，在图案涂层的情况下使用的粘结剂量比在连续涂层的情况下使用的粘结剂量少两倍。与连续涂层相比较，在作为连续涂层提供相同安全性有益效果的同时，图案涂层允许改善的涂布隔板孔隙度和增大的浆料涂覆速率。
各种实施例的隔板在类型、组成或形式方面没有特别限制。然而，隔板在功能方面可受到限制。例如，在某些实施例中，隔板必须至少能够充当电化学装置(如，电池)的阴极和阳极之间的电屏障，同时允许离子(如，锂离子)流动穿过隔板的孔。换句话讲，当用于电化学装置(如，电池)中时，隔板必须为电屏障，而非离子屏障。多种隔板可商购获得并且在各种实施例中适用。在某些实施例中，隔板具有关闭机构。例如，隔板可由在暴露于热时流动的热塑性聚合物构成。这种热引起的聚合物流动使得隔板中的孔闭合，并且因此，隔板变成离子流的屏障。因此，在轻微或逐渐过热的情况下，热塑性隔板将电池关闭。在一些实施例中，隔板被配置成在特定温度下关闭。例如，在某些实施例中，隔板被配置成响应于被加热至100℃或更高的温度而关闭。在其他实施例中，隔板被配置成响应于被加热至105℃或更高、110℃或更高、115℃或更高、120℃或更高、125℃或更高、130℃或更高、135℃或更高、140℃或更高、145℃或更高、150℃或更高、155℃或更高、160℃或更高、165℃或更高、170℃或更高、175℃或更高、180℃或更高、185℃或更高、190℃或更高、195℃或更高、或者200℃或更高的温度而关闭。在各种实施例中，关闭温度上限为所用特定电解质或电池壳体的易燃性。在某些实施例中，隔板被配置成响应于被加热至从100℃到200℃、从110℃到200℃、从120℃到200℃、从100℃到140℃、从110℃到140℃或从120℃到140℃的温度而关闭。在其他实施例中，隔板被配置成响应于被加热至100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃或200℃的温度而关闭。根据各种实施例，关闭温度取决于用于制备隔板的特定聚合物。例如，三层隔板的关闭温度通常由中心层(如，聚乙烯)的熔融温度确定。
可用于各种实施例中的隔板的例子包括但不限于包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或它们的组合(如，PE和PP的共挤出共混物)的聚合物隔膜或膜。在一些实施例中，隔板可具有单一层(如，单一聚合物膜)。在其他实施例中，隔板可包括两层或更多层，包括两层或更多层、三层或更多层、四层或更多层、五层或更多层等。在某些实施例中，隔板为三层隔板。三层隔板的非限制性例子为PP\PE\PP三层隔板。
未涂布隔板可具有介于约5和约25μm之间的厚度。在某些实施例中，未涂布隔板的厚度介于约5和约20μm之间、介于约10和约20μm之间、介于约15和约20μm之间、介于约10和约25μm之间或者介于约15和约25μm之间。
各种实施例的固化涂层包括至少一种类型的可固化粘结剂混合物。在一些实施例中，固化涂层可包含两种或更多种类型可固化粘结剂混合物的组合，包括本文所述的可固化粘结剂混合物类型中的任何两种或更多种、三种或更多种、四种或更多种、五种或更多种等的组合。
如果没有光可渗透到涂层的基部，则可使用电子束固化。剂量为约10至约40kGy的高能量电子(75-300kV)可穿透液体浆料并且对涂层固化直到隔板(如，聚烯烃膜或三层隔板)。
在某些实施例中，固化可在室温下以介于约5和约2000英尺/分钟的速度进行。在一些实施例中，如果使用EB，则惰性环境可能是必要的。然而，在使用UV固化的各种实施例中，不需要惰性环境。
在各种实施例中，介于约1和约100kGy之间的辐射剂量为适当的。在某些实施例中，灯可在约50和约1000瓦/英寸之间进行照明。
根据各种实施例，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，UV或EB固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。UV或EB固化涂层可以连续涂层、图案或它们的组合存在于隔板上，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。根据各种实施例，涂布隔板抑制离子流穿过隔板的孔，并且响应于被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度而保持电绝缘的。在另外的实施例中，陶瓷颗粒材料保持粘结至UV或EB固化基质并且保持粘结至隔板，并且涂布隔板在被加热至100℃或更高(如，100℃、105℃、110℃、115℃、120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃等)的温度时保持其形状。
根据各种实施例，UV或EB固化基质为非离子的。在某些实施例中，陶瓷颗粒材料粘结至UV或EB固化基质，通过UV或EB固化基质粘结至隔板，并且遍及UV或EB固化基质均匀分布。这不同于使用离子材料诸如离子聚合物层的现有技术方法，所述离子聚合物层形成沟槽/孔口。离子聚合物层本身有助于离子传输并且不具有粘结功能。如果有什么区别的话，现有技术的此类离子材料将聚合物粘结至自身。使用现有技术的此类隔板的电池充电和放电速率受到限制，因为离子必须在聚合物上行进。
某些实施例不需要使用UV或EB固化。例如，前体混合物可包含水性丙烯酸酯、水性氨基甲酸酯或它们的组合，其通过除UV或EB固化之外的方法进行固化。在压机不具有用于UV或EB固化的设备的情况下此类实施例为可用的。然而，在不使用UV或EB固化的一个或多个实施例中，为了获得经受苛刻电解质和锂离子环境的耐化学性，交联剂为必要的。用于该类型化学物质的通用交联剂的例子包括但不限于(聚)氮丙啶、金属干燥剂和过氧化物。除了不包括UV或EB固化的方法以外，不使用UV或EB固化的某些实施例不限于任何特定固化方法。适用于不使用UV或EB固化的各种实施例的固化方法的非限制性例子为强迫通风固化。
利用除UV或EB固化之外的固化方法的实施例的浆料可包含与UV或EB固化实施例相同类型和量的陶瓷颗粒材料。这些浆料还可以连续涂层、图案或它们的组合涂覆到隔板，并且可完全或部分地覆盖隔板的顶部表面、隔板的底部表面或者它们的组合。在各种实施例中，通过筛网、帘式涂布、凹版印刷、反向凹版印刷、柔性版印刷机、凸版印刷、胶印机或它们的组合将浆料以印刷图案涂覆至隔板。如上所述，现有技术方法不教导或利用本公开中示出的图案化固化隔板涂层。根据一些实施例，固化涂层粘附至隔板的顶部表面或底部表面，但是不粘附至顶部表面和底部表面两者。在其他实施例中，固化涂层粘附至隔板的顶部表面和底部表面两者。
根据各种实施例，相比于经由除UV或EB固化之外的固化方法的固化图案化隔板涂层，UV或EB固化图案化隔板涂层允许更清晰、更确定的图案。在某些实施例中，与经由除UV或EB固化之外的方法固化的图案化隔板涂层相比较，经由UV或EB固化图案化隔板涂层获得的更清晰、更确定的图案产生改善的隔板性能。
现有技术的很大缺点中的一者为隔板涂层工艺。此类现有技术涂层工艺利用PVDF粘结剂并且极其缓慢。它比用于制备隔板的共挤出和双轴取向工艺慢得多。因此，涂层工艺变成离线工艺。事实上，现有技术的溶剂蒸发工艺需要多条线(每一者都比足球场长)跟上每个挤出机。这是极其资本密集型工艺，该工艺需要大量人力、设备和不动产来操作。因为各种本发明实施例的粘结剂瞬间固化，因此各种本发明实施例克服了其他隔板涂布方法的时间和经济约束中的一些。此前的涂布方法需要具有相关干燥时间的干燥烘箱。涂布/干燥越慢，烘箱必须越长并且因此资本成本越大。
根据各种实施例，固化涂层可具有介于约0.1和约10μm之间的厚度。在某些实施例中，固化涂层的厚度介于约2和约3μm之间、介于约2和约3μm之间、介于约2和约4μm之间、介于约2和约5μm之间、介于约2和约6μm之间、介于约2和约7μm之间、介于约2和约8μm之间、介于约2和约9μm之间。在一些实施例中，固化涂层的厚度为约0.1μm、约0.2μm、约0.3μm、约0.4μm、约0.5μm、约0.6μm、约0.7μm、约0.8μm、约0.9μm、约1μm、约2μm、约3μm、约4μm、约5μm、约6μm、约7μm、约8μm、约9μm或约10μm。固化涂层可包含不止一层涂层，并且每个层不一定需要相同。在一些实施例中，涂布隔板可包括两层或更多层涂层，包括本文所述涂层中任何一者的两层或更多层、三层或更多层、四层或更多层、五层或更多层等。当涂覆多个涂层时，每个层不一定必须具有相同厚度、组成或形式(如，图案化的或连续的)。
根据各种实施例，固化涂布隔板可具有介于约6和约30μm之间的厚度。在某些实施例中，固化涂布隔板可具有介于约6和约7μm之间、介于约6和约8μm之间、介于约6和约9μm之间、介于约6和约10μm之间、介于约6和约15μm之间、介于约6和约20μm之间、介于约6和约25μm之间、介于约10和约30μm之间、介于约15和约30μm之间、介于约20和约30μm之间、介于约25和约30μm之间、介于约10和约15μm之间、介于约10和约20μm之间、介于约10和约25μm之间的厚度。在一些实施例中，固化涂层的厚度为约6μm、约7μm、约8μm、约9μm、约10μm、约11μm、约12μm、约13μm、约14μm、约15μm、约16μm、约17μm、约18μm、约19μm、约20μm、约21μm、约22μm、约23μm、约24μm、约25μm、约26μm、约27μm、约28μm、约29μm或约30μm。
各种实例在下面示出。每个实例均以对本公开进行说明而非限制的方式提供。对于本领域内的技术人员将显而易见的是，在不脱离本公开范围或精神的前提下，可做出各种修改和变型。例如，作为一个实例一部分示出或描述的特征可用于另一个实例中。因此，预期本公开涵盖此类修改和变型。
实例
实例1：水性，UV可固化。隔板上的氧化铝填充涂层
制备水性UV可固化粘结剂组合物，并且以下表1中示出的比率与氧化铝粉末混合以形成浆料。
将表1的所得浆料涂覆在被设计为用于锂离子电池中的25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD 2325)上。对于各种样品隔板制备单面或双面涂层。如表2中所见，针对样品1和样品3的三层隔板的单面制备涂层。相比之下，样品2和样品4的三层隔板涂布在两面上(如，双面涂层)。另外，涂覆于隔板的涂层为连续多孔涂层或图案化涂层。如表2中所见，针对样品3和样品4的三层隔板制备连续多孔涂层。相比之下，对样品1和样品2的三层隔板进行图案涂布。如表2中汇总，样品号1的三层隔板在单面上用表1的涂层图案涂布，样品号2的三层隔板在两面上用表1的涂层图案涂布，样品号3的三层隔板在单面上用表1的涂层连续涂布，并且样品号4的三层隔板在两面用表1的涂层连续涂布。
使用RK Control Koater通过1号K条杆涂覆连续涂层。随后以150英尺/分钟的传送带速度在Miltec MUVI传送带上将涂层固化，该传送带具有配备有Miltec 380-0004UV灯泡的单一Miltec MP1-400灯。每个所得氧化铝填充UV涂层为4至6μm厚。例如，连续涂布在单面上的样品隔板在该单面具有所得4-6μm厚的氧化铝填充UV涂层，并且连续涂布在双面上的样品隔板在每一面具有所得4-6μm厚的氧化铝填充UV涂层。
通过得自泊姆克公司(Pamarco)的柔性版印刷手打样机实现图案化涂层。网纹辊和橡胶辊的位置颠倒，使得所涂覆图案为网纹图案而非可能得自于橡胶辊的平滑涂层。使用200行/英寸(lpi)5.3bcm网纹。这产生2至4μm厚的氧化铝填充UV涂层。例如，图案涂布在单面上的样品隔板在该单面上具有所得2-4μm厚的氧化铝填充UV涂层，并且图案涂布在双面上的样品隔板在每一面上具有所得2-4μm厚的氧化铝填充UV涂层。
得自连续涂布的陶瓷涂层和得自图案涂布的陶瓷涂层两者看起来均一、稳定并且强效粘附至隔板。将涂布和未涂布的25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜的样品置于100℃下的烘箱中。未涂布样品卷曲并且显示部分熔融的迹象，以斑点的形式变得清晰。涂布样品保持平坦并且具有极少卷曲。
将未涂布隔板组装到18650锂离子纽扣电池中。阴极为标准的14mg/cm2NMC涂布铝。阳极为锂金属。以C/10速率对电池充电和放电。图4A、图4B和图4C分别示出了未涂布基准隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。
将涂布隔板样品组装到18650锂离子纽扣电池中。阴极为标准的14mg/cm2NMC涂布铝。阳极为锂金属。以C/10速率对电池充电和放电。图5至图8示出了被涂布样品隔板的电压分布。如表2以及图4A和图5至图8的电压分布(C/10)所示，利用涂布隔板的电池能够充电和放电并且充电容量和放电容量与对照物的充电容量和放电容量类似。
实例2中示出了UV可固化水性涂层的另一个非限制性例子。
实例2：隔板上的具有氧化铝粉末的UV可固化水性氨基甲酸酯丙烯酸酯涂层
制备UV可固化水性氨基甲酸酯丙烯酸酯粘结剂组合物，并且以下表3中示出的比率与氧化铝粉末混合以形成浆料。
将表3的所得浆料涂覆在25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)上。通过120lpi三螺旋网纹实现单面和双面图案化涂层。如在实例1中一样，在NMC锂金属半电池中测试涂布隔板。表4和表5以及图11A和图12A的结果证明单面和双面陶瓷图案涂布隔板在锂离子电池中起作用。图11B和图12B示出了涂布隔板允许以从0.1到至少2C的速率进行锂离子充电和放电。在这些速率下，涂层不会妨碍在未涂布隔板涂层上方的离子流(图4B)。图11C和图12C示出电池成功充电和放电超过50次循环。
图11A、图11B和图11C分别示出了样品号7的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。样品号7的三层隔板在单面上用表3的氧化铝填充UV涂层的4至8μm厚涂层进行图案涂布。
图12A、图12B和图12C分别示出了样品号8的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。样品号8的三层隔板在两个面上每面用表3的氧化铝填充UV涂层的8μm厚涂层进行图案涂布。
实例3：UV可固化的。隔板上的氧化铝填充橡胶丙烯酸酯涂层
制备UV可固化组合物，并且以下表6中示出的比率与氧化铝粉末混合以形成浆料。该高度填充产物既不包含溶剂也不包含水。
将表6的所得浆料涂覆在被设计为用于锂离子电池中的25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD 2325)上。
针对样品号6的三层隔板制备连续多孔涂层。相比之下，对样品号5的三层隔板进行图案涂布。样品号5的三层隔板在两面上用表6的涂层进行图案涂布，而样品号6的三层隔板在两面上用表6的涂层进行连续涂布。
使用RK Control Koater通过1号K条杆涂覆双面连续涂层。随后以150英尺/分钟的传送带速度在Miltec MUVI传送带上将涂层固化，该传送带具有配备有Miltec 380-0004UV灯泡的单一Miltec MPI-400灯。这产生每面为4至6μm厚的UV固化氧化铝涂层。
通过得自泊姆克公司(Pamarco)的柔性版手打样机实现双面图案化涂层。网纹辊和橡胶辊的位置颠倒，使得所涂覆图案为网纹图案而非可能得自于橡胶辊的平滑涂层。使用200行/英寸(lpi)5.3bcm网纹。这产生每面2至4μm厚的氧化铝填充UV涂层。
得自连续涂布的陶瓷涂层和得自图案涂布的陶瓷涂层两者看起来均一、稳定并且强效粘附至隔板。将涂布和未涂布的25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜的样品置于100℃下的烘箱中。未涂布样品卷曲并且显示部分熔融的迹象，其以斑点的形式变得清晰。被涂布样品保持平坦并且具有极少卷曲。
将未涂布隔板组装到18650锂离子纽扣电池中。阴极为标准的14mg/cm2NMC涂布铝。阳极为锂金属。以C/10速率对电池充电和放电。图4A、图4B和图4C分别示出了未涂布基准隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。
将涂布隔板样品组装到18650锂离子纽扣电池中。阴极为标准的14mg/cm2NMC涂布铝。阳极为锂金属。以C/10速率对电池充电和放电。图9和图10分别示出了涂布隔板样品号5和样品号6的电压分布。如图9和图10的电压分布(C/10)中所示，利用涂布隔板的纽扣电池能够充电和放电。
另外，还使用Little Joe打样机将表6的浆料涂覆于25μm微孔PP\PE\PP三层隔板的一面。该打样机模仿橡皮版印刷工艺。在这种情况下，通过用于保持涂层厚度的0.4密耳楔板涂覆固体涂层。这样在三层隔板的一面上产生均一的薄型1μm厚氧化铝填充UV涂层。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板(样品号9)进行测试。图13A、图13B和图13C分别示出了样品号9的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表7和图13A中的结果证明涂布隔板在锂离子电池中起作用。图13B示出该陶瓷橡胶涂布隔板允许0.1C至2C速率下的锂离子充电和放电，并且图13C示出超过50次循环的电池完全充电和放电。
表6的所得浆料也使用网纹辊涂覆在25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)上。制备单面图案涂层。通过220lpi锥形网纹实现图案化涂层。这产生3至8μm厚的氧化铝填充UV涂层。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板(样品号10)进行测试。图14A、图14B和图14C分别示出了样品号10的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表8和图14A中的结果证明涂布隔板在锂离子电池中起作用。图14B示出该陶瓷橡胶涂布隔板允许0.1C至2C的锂离子充电和放电速率，并且图14C示出超过50次循环的电池充电和放电。
实例4：隔板上的具有氧化铝的交联丙烯酸涂层
除UV交联之外，一些实施例通过化学交联剂使UV和其他水性聚合物交联以实现更大粘附力和耐化学性。表9示出了填充有氧化铝的水性丙烯酸涂层的例子。在这种情况下，添加氧化锌从而得到丙烯酸类树脂的交联。
将表9的所得浆料涂覆在25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)上。制备单面和双面图案化涂层。
通过得自泊姆克公司(Pamarco)的柔性版印刷手打样机实现图案化涂层。网纹辊和橡胶辊的位置颠倒，使得所涂覆图案为网纹图案而非可能得自于橡胶辊的平滑涂层。使用120lpi、21.5bcm三螺旋状网纹。这产生4至8μm厚的氧化铝填充UV涂层。例如，隔板样品号11在单面上用4至8μm厚的氧化铝填充UV涂层进行图案涂布，而隔板样品号12在两面上用8μm厚的氧化铝填充UV涂层进行图案涂布。样品号11和样品号12的陶瓷涂层稳定并且强效粘附至隔板。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板样品进行测试。图15A、图15B和图15C分别示出了样品号10的涂布隔板的电压分布(C/11)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表10和图15A中的结果证明单面涂布隔板(样品号11)在锂离子电池中起作用。图15B示出该涂布隔板允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率，并且图15C示出超过50次循环的电池充电和放电。
图16A、图16B和图16C分别示出了样品号12的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表11和图16A中的结果证明该类型的双面涂布隔板(样品号12)在锂离子电池中也起作用。图16B示出该涂布隔板允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率，并且图16C示出超过50次循环的电池充电和放电。
实例5：隔板上的UV可固化氧化铝填充脂环族环氧涂层
制备UV可固化组合物，并且以下表12中示出的比率与氧化铝粉末混合以形成浆料。该高度填充产物既不包含溶剂也不包含水。
将表12的所得浆料涂覆在被设计为用于锂离子电池中的25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD 2325)上。该液体浆料不包含分散剂并且粘度高得多(～15,000至25,000cP)以允许凸版印刷或橡皮版印刷应用。
通过Little Joe压机涂覆单面连续涂层以模仿胶印机应用。使用0.4密耳楔板保持涂层厚度。随后以150英尺/分钟的传送带速度在Miltec MUVI传送带上将涂层固化，该传送带具有配备有Miltec 380-0004UV灯泡的单一Miltec MPI-400灯。这产生4至8μm厚的不具有图案的连续固化氧化铝涂层(样品号13)。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板样品进行测试。图17A、图17B和图17C分别示出了样品号13的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表13和图17A示出了电化学半电池测试的结果。表13和图17A证明可通过该涂布隔板在C/10下对NMC阴极锂阳极电池充电。图17B示出了该陶瓷环氧涂布隔板允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率。图17C示出了超过50次循环的锂离子半电池充电和放电。
在某些实施例中，溶剂可能是必要的，以降低UV环氧树脂的粘度，以便通过网纹辊涂覆溶剂，以模仿柔性版印刷工艺和印刷凹版印刷工艺。表14示出了根据一个或多个实施例的浆料配方变化。在此类浆料中，添加两种溶剂的混合物。一种溶剂迅速蒸发并且另一种溶剂缓慢蒸发以避免网纹辊上的涂层干燥。
将表14的所得浆料涂覆在25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)上。制备单面图案涂层。通过220lpi锥形网纹实现图案化涂层。这产生2至3μm厚的氧化铝填充UV涂层(样品号14)。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板进行测试。图18A、图18B和图18C分别示出了样品号14的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表15和图18A中的结果证明该涂布隔板在锂离子电池中起作用。图18B示出该涂布隔板允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率，并且图18C示出超过50次循环而没有问题的电池充电和放电。
实例6：UV可固化有机硅涂层。
根据各种实施例的可涂覆的广泛范围UV可固化化学物质的另一个例子包括有机硅。有机硅可例如用丙烯酸酯、乙烯基、脂环族环氧化物或它们的组合封端。UV可固化脂环族示于表16中。
将表16的所得浆料涂覆于25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)。制备单面图案涂层。通过120lpi三螺旋状网纹实现图案化涂层。这产生8μm厚的氧化铝填充UV涂层(样品号15)。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板进行测试。图19A、图19B和图19C分别示出了样品号15的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表17和图19A中的结果证明涂布隔板在锂离子电池中起作用。图19B示出该涂布隔板允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率，并且图19C示出超过50次循环的电池充电和放电。
实例7：UV氨基甲酸酯涂层。
根据各种实施例的可涂覆的广泛范围UV可固化化学物质的另一个例子包括所有形式的氨基甲酸酯丙烯酸酯。氨基甲酸酯可例如用(甲基)丙烯酸酯、乙烯基或它们的组合封端。UV可固化陶瓷涂层配方示于表18中。
将表18的所得浆料涂覆在25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)上。制备单面涂层。通过150lpi三螺旋状网纹实现连续涂层和图案化涂层。这产生9至14μm厚的氧化铝填充UV涂层。例如，样品号16的隔板在单面上用表18的UV陶瓷氨基甲酸酯丙烯酸酯涂层的9μm厚连续涂层进行涂布，而样品号17的隔板在单面上用表18的UV陶瓷氨基甲酸酯丙烯酸酯涂层的11μm厚涂层进行图案涂布。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板进行测试。图20A、图20B和图20C分别示出了样品号16的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。图21A、图21B和图21C分别示出了样品号17的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表19和表20以及图20A(样品号16-单面连续涂层)和图21A(样品号17-单面图案涂层)中的结果证明这些UV固化陶瓷涂布隔板在锂离子电池中起作用。
图20B和图21B均示出这些陶瓷氨基甲酸酯涂布隔板具有孔隙度以允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率，并且图20C和图21C示出超过50次循环的电池充电和放电。
实例8：UV聚酯涂层。
根据各种实施例的可涂覆的广泛范围UV可固化化学物质的另一个例子包括所有形式的聚酯丙烯酸酯。聚酯可例如用(甲基)丙烯酸酯、乙烯基或它们的组合封端。UV可固化聚酯和氨基甲酸酯陶瓷涂层配方示于表21中。
将表21的所得浆料涂覆在25μm微孔PP\PE\PP三层隔板膜(CELGARD2325)上。制备单面图案涂层。通过165lpi锥形网纹制备图案化涂层。这产生9μm厚的氧化铝填充UV涂层(样品号18)。
如在上述实例中一样，在NMC锂金属半电池中对涂布隔板进行测试。图22A、图22B和图22C分别示出了样品号18的涂布隔板的电压分布(C/10)、充电速率性能和循环性能(C/5)。表22和图22A中的电化学结果证明该涂布隔板在锂离子电池中起作用。图22B示出该陶瓷聚酯涂布隔板允许从0.1C到至少2C的锂离子充电和放电速率，并且图22C示出超过50次循环的电池充电和放电。
尽管使用氧化铝示出某些变化，但使用本文所公开的陶瓷颗粒材料中的任何一者，各种实施例适于本文所公开的任何涂布隔板的制备。利用本公开的有益效果，本领域的技术人员将认识到，可能需要调节各种工艺参数以补偿不同陶瓷颗粒材料的使用。
虽然已相对于具体配方描述了某些变化，但本领域的技术人员将认识到，存在上述系统的许多变化和排列，并且它们落在所附权利要求中示出的本公开的精神和范围内。
各种实施例提供优于现有技术的许多优点，包括但不限于：
1.本发明方法是用于制造涂布电池(如，锂二次电池)隔板的更快速并且更便宜的工艺。
2.本发明工艺比现有技术涂布方法更安全。在一些实施例中，本发明方法完全不含溶剂。在另一个实施例中，使用溶剂，但相比于现有技术涂布方法中所用的溶剂，为毒性更低的溶剂并且量明显更低。在又一个实施例中，使用完全无害的溶剂(水)。
3.本发明的UV或EB工艺生成热固性网络，该网络将陶瓷颗粒粘结至固化粘结剂基质并且粘结至隔板。热固性网络的优点在于其将不会融掉，并且与通过热塑性网络将实现的相比，具有高得多的耐热性。
4.本发明方法可与挤出设备内嵌式整合。因为本发明方法增强隔板膜的强度，因此该内嵌式整合允许更薄隔板的制备。具有更大防火性的更薄隔板将导致更小电池，并且更薄隔板还将由于短路径具有更大离子电导率，从而导致更快速的充电和放电循环-全部在电池中生成更少热量。
5.本发明实施例可允许在对隔板双轴取向之前涂覆涂层以增加孔隙度。以这种方式，可涂覆涂层、拉伸膜并且将对隔板的孔具有更少干扰。
6.一些本发明实施例允许使用图案化涂层或多孔固体涂层或者两者的组合。通过印刷技术涂覆的图案化涂层的使用在隔板上生成陶瓷绝缘体的可再生网络。这具有将对隔板中孔的干扰最大限度降低的优点。以这种方式，电池将具有更多电力，即，相比于通过相同陶瓷厚度涂布但依赖溶剂蒸发孔隙度来产生穿过陶瓷涂层的离子电解质路径的隔板，其能够更快速充电和放电。
7.本发明工艺允许具有多层的涂层，以使得穿过隔板从阳极到阴极不存在任何直线路径。
本公开的范围不受实例中所公开的具体实施例的限制。实例中所公开的具体实施例预期作为一些方面的举例说明，并且功能等同的任何实施例均在本公开的范围内。事实上，除本文所示和所述的那些之外的各种实施例的各种修改形式都将变得显而易见，并且预期落在所附权利要求的范围内。
尽管使用锂离子电池示出某些变型形式，但使用本文所公开的固化涂布隔板组分中的任何一者，各种实施例均适于本文所公开的任何电池的制备。利用本公开的有益效果，本领域的技术人员将认识到，可能需要调节各种工艺参数以补偿不同电池部件的使用。
除非另外指明，否则本发明说明书中所用的术语将被理解为具有各种实施例所属的技术领域中通常使用的含义。
在产物在本文描述为具有、包含或包括具体组分的情况下，或者在工艺在本文描述为具有、包含或包括具体工序的情况下，可以设想各种实施例的产物还可基本上由所述组分组成或者由所述组分组成，并且各种实施例的工艺还基本上由所述工序组成或者由所述工序组成。
在提供一定范围的值的情况下，介于该范围的上限和下限之间的每个中间值(除非上下文另有明确指出，否则达到下限单位的十分之一)以及该所述范围内的任何其他所述值或中间值均涵盖在本公开内。这些较小范围的上限和下限可独立包括在较小范围内并且也涵盖在本公开内，其受限于所述范围中具体排除的任何限值。在所述范围包括限值中的一者或两者的情况下，排除那些包括的限值中任一者或两者的范围也包括在本公开中。例如，“1至5”的数值范围应当解释为不仅包括明确提及的值1和5，而且包括所指示范围内的单独值和子范围。因此，包括在该数值范围内的是单独值诸如2、3、4等以及子范围诸如从1到3、从2到4、从3到5等。示例性值或范围的列示不是介于给定范围的上限和下限之间并且包括给定范围的上限和下限的其他值或范围的放弃。
某些范围在本文呈现为前有术语“约”的数值。术语“约”在本文用于对前有该术语的精确数字，以及接近前有该术语的数字或者大约为前有该术语的数字的数字提供文字支持。在确定数字是接近具体提及的数字还是大约为具体提及的数字时，接近或逼近的无回报数字可为某数字，该数字在呈现其的上下文中提供具体提及数字的实质等同形式。
应当注意，除非上下文另有明确指出，否则在本文以及所附权利要求中所用的单数形式“一个”、“一种”和“该(所述)”包括复数引用。另外应当注意，权利要求可拟定为排除任何可选元素。同样，该陈述预期充当结合权利要求元素详述使用此类排他性术语诸如“单独地”、“仅”等等或者使用“否定性”限制的先行基础。
本文所述和所示的各个实施例中的每一者具有分立的部件和特征，在不脱离本公开范围或精神的前提下，所述部件和特征可容易地与其他若干实施例中任一者的特征分开或组合。可按事件所述的顺序或者按逻辑上可能的任何其他顺序来进行任何所述的方法。
本公开不限于本文所述的特定实施例。另外，在此所用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非意在进行限制。

Claims (14)

1.一种用聚合物粘结陶瓷颗粒材料制造涂布隔板的方法，包括：
将浆料涂覆于隔板的至少一个表面以形成浆料涂布隔板，其中所述浆料包括陶瓷颗粒材料和可固化粘结剂混合物，所述可固化粘结剂混合物包含一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合；以及
使所述浆料涂布隔板经受紫外线或电子束辐射，从而将所述一种或多种单体、一种或多种低聚物或者它们的组合聚合成固化基质并且将所述固化基质粘结至所述陶瓷颗粒材料以及粘结至所述隔板的至少一个表面，其中所述固化基质是热固性网络，所述热固性网络在高于120℃的温度维持其形状、保持电绝缘、不熔融、并且保持粘结至所述陶瓷颗粒材料以及粘结至所述隔板。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在将所述浆料涂覆于所述隔板的至少一个表面之后以及在固化所述可固化粘结剂混合物之前，从所述浆料中去除水或溶剂。
3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述陶瓷颗粒材料和所述固化基质的总重量计，所述固化基质包括80重量百分数至95重量百分数的量的所述陶瓷颗粒材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化基质是非离子的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述浆料涂覆于所述隔板的至少一个表面以形成所述浆料涂布隔板包括以印刷图案涂覆所述浆料至所述隔板的至少一个表面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述可固化粘结剂混合物包含紫外线可固化水性混合物、紫外线可固化环氧树脂、紫外线可固化有机硅、紫外线可固化氨基甲酸酯、紫外线可固化橡胶、紫外线可固化硫酯、丙烯酸酯化水性树脂共混物、丙烯酸酯化聚氨基甲酸酯、丙烯酸酯化橡胶、丙烯酸酯化单体、脂环族环氧封端低聚物、脂环族环氧封端单体、丙烯酸酯化封端低聚物、丙烯酸酯化封端单体，或者它们的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，包括在所述浆料中混合光引发剂、自由基引发剂、分散剂、粘附促进剂、润湿剂、硅烷涂布颗粒、暗固化添加剂、共引发剂、发泡剂或它们的组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中涂覆至所述隔板的至少一个表面的所述浆料的厚度最小为0.1μm并且小于4μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述固化基质不利用热塑性粘结剂来将所述陶瓷颗粒材料保持在适当位置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中使所述浆料涂布隔板经受紫外线或电子束辐射包括使所述浆料涂布隔板在50瓦/英寸和1000瓦/英寸之间的功率的紫外灯下方以在5英尺/分钟和2000英尺/分钟之间的速度经过。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述隔板包括顶部表面和底部表面，所述方法还包括：
将所述浆料涂覆于所述顶部表面或所述底部表面，但不涂覆于所述顶部表面和所述底部表面两者。
12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述浆料涂覆于所述隔板的至少一个表面以形成所述浆料涂布隔板包括以连续涂层或通过筛网、帘式涂布、凹版印刷、反向凹版印刷、柔性版印刷机、凸版印刷、胶印机或它们的组合以印刷图案涂覆所述浆料。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在用所述浆料涂布所述隔板之前，使所述隔板以每分钟5英尺和2000英尺从第一线轴退绕；以及
将具有所述固化基质的所述隔板以每分钟5英尺和2000英尺卷绕在第二线轴上。
14.一种方法，包括：
组装阴极、阳极、电解质和涂布隔板以形成电池；所述涂布隔板包括多孔隔板和粘附至所述多孔隔板的至少一个表面的涂层；并且所述涂层包括陶瓷颗粒材料和固化基质，所述固化基质由单体、低聚物或单体和低聚物的组合形成，所述单体、低聚物或单体和低聚物的组合通过暴露至紫外线辐射或电子束辐射被聚合并且粘附至所述陶瓷颗粒材料以及粘附至所述多孔隔板的至少一个表面，其中所述固化基质是热固性网络，所述热固性网络在高于120℃的温度维持其形状、保持电绝缘、不熔融、并且保持粘结至所述陶瓷颗粒材料以及粘结至所述多孔隔板。
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