JP2018512701A - 高電圧再充電可能リチウム電池用の改善されたセパレータ、及び関連方法 - Google Patents

高電圧再充電可能リチウム電池用の改善されたセパレータ、及び関連方法 Download PDF

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Abstract

本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または多重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。【選択図】図２

Description

関連出願の参照
本願は、２０１５年２月２５日に出願された米国仮特許出願第６２／１２０，５０１号、及び２０１５年８月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／２０５，２０２号の利益及び優先権を主張するものであり、それらの両方は、参照により本明細書中に完全に組み入れられる。
少なくとも選択された実施形態に従い、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または多重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、新規のまたは改善された多孔質膜もしくは基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、セル、そのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、セラミック粒子または材料などの埋め込まれた粒子または材料、例えば、酸化アルミニウム、ベーマイト及び／またはバリウムの有無にかかわらない、ＰＶＤＦまたはＰＭＰなどの新規のポリマの有無にかかわらない、及び／または電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、一つ以上のセラミック被覆の有無にかかわらない、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータ、４．５ボルト、４．７ボルト、５ボルトまたはより高い再充電可能または二次リチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧リチウム電池システムにおいて最大５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
電気自動車産業における電池製造業者は、電気自動車の運転範囲を拡大するために、より高いエネルギ化学反応をもつ革新的な電池セルを設計している。この目標を成し遂げるための二つの共通の手法には、１）リチウムイオン電池の化学ポテンシャルを増大するための手段として新しくより高いエネルギの電池化学反応を開発すること、及び２）リチウムイオン電池における充電電圧を、４．２〜４．５ボルトの電流範囲から５ボルト充電電圧の産業目標に増大することがある。今日の電動駆動車（ＥＤＶ）は、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）またはリチウムマンガン酸化物（ＬＭＯ）からなるカソード材料を使用している。ＬｉＦｅＰＯ４とＬＭＯとの化学反応に基づくセル全体のエネルギ密度は比較的低いので、これらの電池用途には、広範囲の電池セパレータ技術が適している。一般的に、電池化学反応は、４．２〜４．５ボルトの範囲において安定的である。電池産業は、セル全体のエネルギ密度を増大したいと考えている。より高いエネルギ化学反応の一実施例は、充電電圧を５．０ボルトに拡大できるニッケルコバルトアルミニウム（ＮＣＡ）、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０５Ｏ２である。５ボルト充電電圧性能において、電池セルは、付加的なエネルギ密度を可能にするようにより高く充電することができる。
故に、より高いエネルギの電池化学反応のための、より高い充電電圧のための、及び／または５ボルト再充電可能リチウム電池に使用するための電池セパレータに対する要求がある。また、より高い電圧において、より高い充電速度において、より高いエネルギをもって、かつ／または同様の状況において動作するリチウム電池が開発されるのに伴い、高エネルギ電池において作用できかつ／または高電圧電池システムにおいて少なくとも最大５ボルトまでの電圧において安定的であり得る、耐酸化性であるリチウムイオン電池用の微多孔セパレータ膜に対する要求がある。さらに、リチウム電池において少なくとも最大５ボルトまでの高電圧におけるトリクル充電を防止できる、薄くて高度に耐酸化性の微多孔セパレータに対する要求がある。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、前述の要求に対処でき、より高いエネルギの電池化学反応のための、より高い充電電圧のための、及び／または５ボルト再充電可能リチウム電池に使用するための電池セパレータを提供でき、高エネルギ電池において作用できかつ／または高電圧電池システムにおいて少なくとも最大５ボルトまでの電圧において安定的であり得る、耐酸化性であるリチウムイオン電池用の微多孔セパレータ膜を提供でき、かつ／またはリチウム電池において少なくとも最大５ボルトまでの高電圧におけるトリクル充電を防止できかつ／またはリチウムイオン再充電可能電池に使用するための、５ボルトにおいて酸化安定性を有する薄くて高度に耐酸化性の微多孔セパレータを提供できる。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法を提供できるまたはそれらに関することができる。少なくとも特定の実施形態に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または多重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大４．７ボルトまで、より好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、セル、そのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、セラミック粒子または材料などの埋め込まれた粒子または材料、例えば、酸化アルミニウム、ベーマイト及び／またはバリウムの有無にかかわらない、ＰＶＤＦまたはＰＭＰなどの新規のポリマの有無にかかわらない、及び／または電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、一つ以上のセラミック被覆の有無にかかわらない、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータ、４．５ボルト、４．７ボルト、５ボルトまたはより高い再充電可能または二次リチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧リチウム電池システムにおいて最大５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または重層の微多孔セパレータ膜などの、４．５ボルト超、４．７ボルト超、５．０ボルト超またはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、高電圧電気化学デバイス、電池またはセルのための、新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、及び／または同様のもの、そのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の使用方法に関する。
少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、高電圧電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的に機能するまたは安定的である新規のまたは改善されたセパレータ膜または電池セパレータに関する。膜は、好ましくは、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、（選択的に、埋め込まれた粒子をもつ）新規のまたは改善されたポリマ膜、またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大５ボルトまで安定的であり得る、または高電圧電池システムにおいて４．５ボルト超、４．７ボルト超、５ボルト超またはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本願または本発明は、前述の要求または問題に対処でき、かつ／または新規のまたは改善もしくは最適化された埋め込まれた粒子及び／または新規のポリマ多孔質膜もしくは基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、そのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、特に、そのような埋め込まれた粒子及び／または新規のポリマ多孔質膜もしくは基板用のセパレータ及び／または電池、電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的に機能するまたは安定的であるセパレータ膜、セパレータまたは複合材料の使用方法を提供できる。
膜は、好ましくは、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大４．６ボルト、４．７ボルト、５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔ＰＶＤＦ及び／またはＰＭＰ膜電池セパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本願または本発明は、前述の要求または問題に対処でき、かつ／または電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータを提供できる。膜は、好ましくは、埋め込まれた粒子の有無にかかわらない、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大４．７ボルト、５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
ノースカロライナ州シャーロットのＬＬＣ、Ｃｅｌｇａｒｄが、リチウムイオン電池セパレータ材料の大手の革新者及び製造業者である。大手のセパレータ製造業者として、Ｃｅｌｇａｒｄは、リチウム電池セパレータ分野において独自のポジションを維持している。このポジションを通じて、Ｃｅｌｇａｒｄは、５．０ボルト（Ｖ）電池システムに向かうリチウム電池産業の進歩を見込んでいる。
リチウム電池産業の進歩に伴い、成功的な５．０Ｖシステムの妨げになる以前のギャップが埋められ始めてきた。例えば、電解液性能などの以前のロードブロックは、より高い電圧のセルを可能にするように改善されてきた。個々の電池コンポーネントの性能が改善されるにつれて、より高い電圧のセルを求める制約要因として他のシステムコンポーネントが浮かび上がる。ここで、リチウム電池技術は、少なくとも特定のセパレータに関連する制限要因、具体的には、それらの新しく設計した作動環境におけるセパレータ材料の酸化安定性を顕在化させ始める電圧に到達している。
少なくとも一実施形態に従い、本願は、５．０Ｖシステムにおいて安定的なポリマから成る新規のセパレータに関する。
Ｃｅｌｇａｒｄ（登録商標）ブランドのポリオレフィンセパレータは、一般的に、微多孔単層または３層ＰＰ／ＰＥ／ＰＰ製品として作られた薄くて不透明なポリプロピレン（ＰＰ）及び／またはポリエチレン（ＰＥ）電解膜である（図１参照）。これらは、リチウムイオン電池の最も高度に設計された及び必須のコンポーネントとして共通であり、アノードとカソードとの間に障壁を提供し、その一方で、イオン交換を促進するコア作用を機能させる。
Ｃｅｌｇａｒｄセパレータは、以下の特徴をもって設計される。
高い化学及び熱的安定性をもつ均一なサブミクロン細孔構造、
酸、塩基及び他の化学物質に対する優れた抵抗、
様々な厚さ及びスリット幅における単層及び３層製品、及び／または
疎水性または親水性特性のためのさまざまな独自開発技術。
５．０Ｖシステムにおいて安定的なポリマから成る好ましい新規のセパレータは、好ましくは、基本的なセパレータ特性要件を満たし、または上回り、その一方で、５．０Ｖシステムについてのセパレータ全体の性能を進歩させ、５．０Ｖリチウム電池システムのための安定的な材料となり、良好な機械的、熱的及び電気化学的特性を有し、かつ／または良好な強度、収縮性及び多孔性を有する。
セル電圧が増大すると、一般的なセパレータ材料の酸化安定性は減少し、そのようなセパレータ材料の酸化は、時間とともにセル性能の劣化の一因となることがある。それ故に、理論的には、５．０ボルトリチウムイオン電池において成功的に働くセパレータを有するために、セパレータの酸化（劣化）の発生を防止することが必須である。
特定の実施形態に従い、本明細書に記載するセパレータ膜は、５ボルトシステムに安定的なポリマで作られた微多孔電池セパレータ膜に関する。
例えば、以下の樹脂もしくは混合物、ブレンドまたはその共重合体。
Figure 2018512701
Figure 2018512701
少なくとも選択された実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された５．０Ｖシステム微多孔電池セパレータ膜、セパレータ、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本発明は、一次または二次電池用の電池セパレータに関する。
特定の実施形態に従い、本明細書に記載するポリマ微多孔膜は、その少なくとも一つの側面に被覆、セラミック被覆または同様のものが適用されたポリマ微多孔膜に関する。
三つのＣｅｌｇａｒｄ（登録商標）セパレータ製品の表面及び断面ＳＥＭ画像を含む図である。 例示の独創的なポリ（４−メチルペンテン）（ＰＭＰ）ポリマ微多孔膜もしくはフィルムまたはセパレータの表面ＳＥＭ画像である。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、そのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータに関する。膜は、好ましくは、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
リチウムイオン再充電可能電池のセルエネルギレベルを増大するための広く採用されている手法では、電池セル全体のエネルギ密度を増大するために、充電電圧を増大する。本発明によるセパレータ膜は、好ましくは、高エネルギリチウムイオン電池全体のエネルギ密度を増大するように設計された、高温熱安定性をもつ熱シャットダウン膜を含むまたはそれからなることができる。本発明による微多孔セパレータ膜は、好ましくは、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を達成するために、新規のポリマ及び／または埋め込まれたセラミック材料を使用する次世代技術のポリマセパレータ膜である。さらに、本発明による微多孔セパレータ膜は、好ましくは、家庭用電子用途、及び電気自動車用途における拡大された運転範囲を達成できる高エネルギ電池リチウムイオン電池用の、高エネルギ電池に向かう将来の開発動向を支援する。
本発明は、リチウムイオン再充電可能電池に使用するための、５ボルトにおける酸化安定性をもつ、ポリマ微多孔セパレータ膜に対する要求にも対処できる。本発明による微多孔セパレータ膜は、好ましくは、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を達成するために、新規の埋め込まれたセラミック材料を使用する次世代技術のポリマセパレータ膜である。さらに、本発明による微多孔セパレータ膜は、より好ましくは、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧において酸化安定性を達成するために、新規の埋め込まれたセラミック材料を使用する次世代技術の非ポリオレフィンセパレータ膜である。
５ボルト充電電圧性能を達成する一つの重要なコンポーネントは、電池セパレータ膜である。ポリオレフィンなどの従来の既存のセパレータ材料は、現在のところ、４．２〜４．５ボルトリチウムイオン再充電可能電池における電池セパレータ膜として使用されている。好ましくは、最大１６５℃まで熱シャットダウン作用及び熱的な安定性をもつポリプロピレン微多孔セパレータ膜などのポリオレフィンセパレータが、４．２〜４．５ボルトリチウムイオン再充電可能電池における電池セパレータ膜として使用される。より好ましくは、最大１８０℃まで熱シャットダウン作用及び高温安定性を有する、（参照により本明細書中に組み入れられる）米国特許６，４３２，５８６号に記載されているなどの、セラミック被覆または層をもつポリオレフィンセパレータが、４．２〜４．５ボルトリチウムイオン再充電可能電池において使用される。
本発明は、場合によっては好ましくは、最大５ボルト充電電圧まで安定的な、高エネルギリチウムイオン電池用の微多孔セパレータ膜において具現化される。本発明によるセパレータ膜は、場合によっては好ましくは、高エネルギリチウムイオン電池全体のエネルギ密度を増大するように設計された、高温熱安定性をもつ熱シャットダウン膜からなるセパレータまたは膜において具現化される。本発明による微多孔セパレータ膜は、好ましくは、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を達成するために、新規の埋め込まれたセラミック材料を使用する次世代技術のポリマセパレータ膜である。
５ボルト充電電圧性能を有する電池セルは、付加的なエネルギ密度を可能にするようにより高いレベルに充電することができる。５ボルト充電電圧性能を達成する一つの重要なコンポーネントは、電池セパレータ膜である。ポリオレフィンなどの従来の既存のセパレータ材料は、現在のところ、４．２〜４．５ボルトリチウムイオン再充電可能電池における電池セパレータ膜として使用することができる。好ましくは、最大１６５℃まで熱シャットダウン作用及び熱的な安定性をもつポリプロピレン微多孔セパレータ膜などの独創的なポリオレフィンセパレータが、４．２〜４．５ボルトリチウムイオン再充電可能電池における電池セパレータ膜として使用される。より好ましくは、最大１８０℃まで熱シャットダウン作用及び高温安定性を有する、米国特許６，４３２，５８６号に記載されているなどの、セラミック被覆または層をもつ独創的なポリオレフィンセパレータが、４．２〜４．５ボルトリチウムイオン再充電可能電池において使用される。
さらに、本発明によるセパレータ膜は、好ましくは、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を達成するために、新規の埋め込まれたセラミック材料を使用するポリオレフィンセパレータ膜である。加えて、本発明によるセパレータ膜は、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を達成するために、新規の埋め込まれたセラミック材料を使用する非ポリオレフィンセパレータ膜である。
さらに、場合によっては好ましい本発明の微多孔セパレータ膜は、家庭用電子用途、及び電気自動車用途における拡大された運転範囲を達成できる高エネルギ電池リチウムイオン電池用の、高エネルギ電池に向かう将来の開発動向を支援する。
本発明は、場合によっては好ましくは、最大５ボルト充電電圧まで安定的な、高エネルギリチウムイオン電池用の微多孔セパレータ膜である。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。
本発明は、場合によっては好ましくは、高エネルギ再充電可能リチウム電池用の、及び再充電可能電池の指定の、規定のまたは意図された数の繰り返しの充放電サイクル中に、電池において十分に安定的なまたは機能する微多孔セパレータ膜である。使用中の繰り返しの充放電サイクリングの間中効果を維持できる５ボルト再充電可能リチウム電池をもたらすことを検討する中で、セパレータの性能を考慮することが妥当である。そのようなものとして、セパレータは、再充電可能電池の、指定の、規定のまたは意図された数の繰り返しの充放電サイクル中(個々の電池の妥当な耐用年数の間)機能または作用するはずである。好ましいセパレータは、カソードへのアノードの接触、電池の破滅的な激しい短絡、電池の熱散逸、または（繰り返しの充放電サイクリングの様式の間中効果を維持できる有用な再充電可能電池をもたらす、所与の電池用途のための少なくとも予期される数の充電サイクルに関して完全に効果的であるであろう電池の使用中の繰り返しの充放電サイクリングの間中の電池についての深刻な安全性の問題によって引き起こされる短絡を防止するはずであり、再充電可能電池は、通例、サイクル寿命に関して一般的に理解される（リチウムイオン電池を含む再充電可能電池についての「サイクル寿命」は、「再充電可能電池が負荷下におけるその指定の寿命切れ容量または電圧を満足できなくなるまでに受けうる、指定の状況下における放電、充電及び停止期間からなるサイクルの数」として定義することができる）。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、そのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータに関する。膜は、好ましくは、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大５ボルトまで安定的であり得る、または高電圧電池システムにおいて最大４．５ボルト、４．７ボルト、５ボルトまでまたはそれ以上においてより安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本願または本発明は、前述の要求または問題に対処でき、かつ／または新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、そのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の使用方法を提供できる。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータに関する。膜は、好ましくは、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大５ボルトまで安定的であり得る、または高電圧電池システムにおいて最大４．５ボルト、４．７ボルト、５ボルトまでまたはそれ以上においてより安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
Figure 2018512701
特定の実施形態に従い、本明細書に記載するセパレータ膜は、５ボルトシステムに安定的なポリマで作られた微多孔電池セパレータ膜に関する。
例えば、以下の樹脂もしくは混合物、ブレンドまたはその共重合体。
好ましくは、摂氏２００℃超のＴｍ及び／または摂氏２５０℃超のＴｇを有する。
Figure 2018512701
Figure 2018512701
少なくとも選択された実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔電池セパレータ膜、セパレータ、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本発明は、一次または二次電池用の電池セパレータに関する。
特定の実施形態に従い、本明細書に記載するポリマ微多孔膜は、被覆、セラミック被覆または同様のものが適用されたポリマ微多孔膜に関する。
少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、そのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータに関する。膜は、好ましくは、５ボルトリチウム電池における使用に適合する、及び／または増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜である。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧電池システムにおいて最大５ボルトまで安定的であり得る、または高電圧電池システムにおいて最大４．５ボルト、４．７ボルト、５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
セラミック粒子または材料などの埋め込まれた粒子または材料、例えば、酸化アルミニウム、ベーマイト、バリウム及び／または硫酸バリウムをもつ新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータは、ＰＶＤＦまたはＰＭＰなどの新規のポリマ及び／または一つ以上のセラミック被覆も有することができる。好ましい埋め込まれる粒子は、粒子または材料、セラミック粒子または材料、酸化アルミニウム、ベーマイト、バリウム及び／または硫酸バリウム、Ｘ線検出可能要素、金属、金属酸化物、金属リン酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料、金属塩、金属硫酸塩、またはそれらの混合物の一つ以上から選択することができ、前述の金属のいずれかは、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｆｅからなる群、及び／またはそれらの組み合わせ、ブレンドもしくは混合物から選択される。
少なくとも選択された実施形態、態様または目的に従い、本開示または本発明は実施形態であり、本開示または本発明は、改善されたまたは新規のセパレータ、セル、電池、及び／または製造及び／または使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本開示または本発明は、新規のまたは改善された単層、多層または多重層の微多孔セパレータ膜などの、最大４．５ボルトまで、好ましくは最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、高エネルギ及び／または高電圧リチウムイオン電池用のセパレータなどの改善されたまたは新規のセパレータに関する。少なくとも選択された実施形態に従い、本願または本発明は、新規のまたは改善された多孔質膜または基板、セパレータ膜、セパレータ、複合材料、電気化学デバイス、電池、セル、そのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜もしくは基板、セパレータ、セル及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本願は、新規のまたは改善された微多孔膜、電池セパレータ膜、セパレータ、エネルギ貯蔵デバイス、そのようなセパレータを含む電池、そのような膜、セパレータ及び／または電池の作製方法、及び／またはそのような膜、セパレータ及び／または電池の使用方法に関する。少なくとも特定の選択された実施形態に従い、本発明は、セラミック粒子または材料などの埋め込まれた粒子または材料、例えば、酸化アルミニウム、ベーマイト、バリウム及び／または硫酸バリウムの有無にかかわらない、ＰＶＤＦまたはＰＭＰなどの新規のポリマの有無にかかわらない、及び／または電池において少なくとも最大５ボルトまで安定的な電池用の、一つ以上のセラミック被覆の有無にかかわらない、新規のまたは改善されたセパレータ膜またはセパレータ、４．５ボルト、４．７ボルト、５ボルトまたはより高い再充電可能または二次リチウム電池における使用に適合する、増大する電池のエネルギ密度を提供する及び／または優れた耐酸化性を有する、新規のまたは改善されたポリマ膜またはポリマ微多孔膜に関する。少なくとも特定の実施形態に従い、本明細書に記載する電池セパレータ膜は、優れた耐酸化性を有することができ、かつ／または高電圧リチウム電池システムにおいて最大５ボルトまでまたはそれ以上において安定的であり得る、単層、多層または複合の微多孔膜電池セパレータに関する。
本発明は、その本質及び本質的な特質から逸脱することなく、他の形態において具現することができ、従って、本発明の範囲を指すものとして、前述の明細書ではなく、添付の特許請求の範囲を参照すべきである。加えて、本明細書に適切に開示した本発明は、本明細書に具体的に開示されない任意の要素が無くても実践することができる。

Claims (21)

  1. 少なくとも一つの側面に埋め込まれた粒子、新規のポリマ及びセラミック被覆の少なくとも一つを含む少なくとも一つの多孔質膜を備えており、電池が４．５ボルト超において充電されたときに前記膜が安定的である、高エネルギ及び／または高電圧再充電可能リチウム電池用の電池セパレータ膜。
  2. 少なくとも最大４．６ボルトまで安定的な、請求項１に記載の膜。
  3. 少なくとも最大４．７ボルトまで安定的な、請求項１に記載の膜。
  4. 少なくとも最大５．０ボルトまで安定的な、請求項１に記載の膜。
  5. 最大５．０ボルトまでまたはより高い充電電圧において安定的な、請求項１に記載の膜。
  6. 新規のまたは改善された単層、多層または多重層の微多孔セパレータ膜である、請求項１に記載の膜。
  7. 最大５ボルト充電電圧まで安定的な、高エネルギリチウムイオン電池用の微多孔セパレータ膜、高エネルギリチウムイオン電池全体のエネルギ密度の増大を促進するように設計された高温熱安定性をもつ熱シャットダウン膜、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を達成するために、新規の埋め込まれたセラミック材料を使用するポリマセパレータ膜、及び家庭電子用途、または電気自動車用途における拡大された運転範囲を達成できる高エネルギ電池リチウムイオン電池用の高エネルギ電池に向かう将来の開発動向を支援する微多孔セパレータ膜の少なくとも一つである、請求項１に記載の膜。
  8. 埋め込まれたセラミック材料を含有するポリマを備えることによって、前記セラミック含有ポリマ微多孔電池セパレータ膜がリチウムイオン再充電可能電池における５ボルト充電電圧性能を有する、微多孔電池セパレータ膜である、請求項１に記載の膜。
  9. ポリオレフィン微多孔電池セパレータ膜である、請求項８に記載の膜。
  10. 非ポリオレフィン微多孔電池セパレータ膜である、請求項８に記載の膜。
  11. 当該ポリマ微多孔電池セパレータ膜が、熱シャットダウン作用を有する、請求項８に記載の膜。
  12. 当該ポリマ微多孔電池セパレータ膜が、最大１６５℃まで高温安定性を有する、請求項１１に記載の膜。
  13. 当該ポリマ微多孔電池セパレータ膜が、最大１８０℃まで高温安定性を有する、請求項１２に記載の膜。
  14. 当該ポリマ微多孔電池セパレータ膜が、１８０℃以上の高温安定性を有する、請求項１３に記載の膜。
  15. 当該微多孔電池セパレータ膜が、リチウムイオン再充電可能電池における５ボルト以上の充電電圧性能を有する、請求項８に記載の膜。
  16. 前記改善が請求項８に記載の前記微多孔電池セパレータ膜を包含する、再充電可能リチウム電池。
  17. 前記改善が請求項８に記載の前記微多孔電池セパレータ膜を包含する、電動駆動車。
  18. 前記埋め込まれたセラミック材料が、セラミック粒子、酸化アルミニウム、ベーマイト、バリウム、硫酸バリウム、Ｘ線検出可能要素、金属、金属酸化物、金属リン酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料、金属塩、金属硫酸塩、またはそれらの混合物の群から選択され、前記金属のいずれかが、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｆｅ及びその混合物からなる群から選択される、請求項８に記載の膜。
  19. 一つ以上の非ポリオレフィンポリマからなり、リチウム再充電可能電池における５ボルト充電電圧において酸化安定性を有する、非ポリオレフィン微多孔電池セパレータ膜。
  20. 当該膜が、電気化学デバイス、コンデンサ、超コンデンサ、二重層コンデンサ、一次電池、または二次電池のコンポーネントとして使用される、請求項１９に記載の膜。
  21. 当該膜が、５．０ボルト以下のセル電圧をもつリチウムイオン電池における酸化に対して安定的であるリチウム二次電池セパレータであり、セル電圧が、電気化学セルにおける二つの電極（正極及び負極）間の電位差の測定値であり得る、請求項１に記載の膜。
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