JP2021511637A - 改良されたコーティングされたセパレータ、リチウム電池および関連方法 - Google Patents
改良されたコーティングされたセパレータ、リチウム電池および関連方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021511637A JP2021511637A JP2020540384A JP2020540384A JP2021511637A JP 2021511637 A JP2021511637 A JP 2021511637A JP 2020540384 A JP2020540384 A JP 2020540384A JP 2020540384 A JP2020540384 A JP 2020540384A JP 2021511637 A JP2021511637 A JP 2021511637A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- short circuits
- ceramic composite
- composite layer
- separator according
- battery
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims 167
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims 133
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract 260
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract 242
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 claims abstract 105
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 claims abstract 105
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract 93
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract 91
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract 35
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract 13
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract 13
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract 13
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract 12
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 claims abstract 9
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 claims abstract 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims 638
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims 520
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims 520
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 356
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims 325
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims 298
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 claims 273
- -1 CaCO 3 Inorganic materials 0.000 claims 228
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims 208
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims 184
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims 181
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims 150
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 138
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims 135
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 134
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 132
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims 119
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims 119
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims 114
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims 114
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical group O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 110
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims 96
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 94
- UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N chlorotrifluoroethylene Chemical compound FC(F)=C(F)Cl UUAGAQFQZIEFAH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 90
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims 87
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims 87
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims 82
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims 80
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 80
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 78
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims 69
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 68
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims 68
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 67
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims 67
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 66
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 64
- 241001673391 Entandrophragma candollei Species 0.000 claims 62
- 229910020346 SiS 2 Inorganic materials 0.000 claims 62
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 62
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 62
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims 61
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims 55
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims 51
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims 51
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 50
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 48
- OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N Diethyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OCC OIFBSDVPJOWBCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 44
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 44
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims 44
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 44
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 44
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims 35
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims 35
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 claims 34
- 239000000109 continuous material Substances 0.000 claims 34
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 claims 34
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 claims 29
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims 28
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims 28
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims 28
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims 24
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims 24
- 229920002689 polyvinyl acetate Polymers 0.000 claims 24
- 239000011118 polyvinyl acetate Substances 0.000 claims 24
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 23
- 229910015015 LiAsF 6 Inorganic materials 0.000 claims 22
- 229910013075 LiBF Inorganic materials 0.000 claims 22
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 claims 22
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 claims 22
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 22
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims 19
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims 19
- BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 1,1-Difluoroethene Chemical compound FC(F)=C BQCIDUSAKPWEOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 18
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 claims 18
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims 18
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 claims 18
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical group FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 17
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims 15
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 claims 15
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims 13
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims 12
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims 12
- VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N Isobutene Chemical group CC(C)=C VQTUBCCKSQIDNK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 12
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical group [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 12
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 claims 12
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims 12
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 12
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 claims 12
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims 12
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 claims 12
- 150000003951 lactams Chemical class 0.000 claims 12
- 239000004816 latex Substances 0.000 claims 12
- 229920000126 latex Polymers 0.000 claims 12
- 229920000779 poly(divinylbenzene) Polymers 0.000 claims 12
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims 12
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims 12
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 claims 12
- JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 2-methyltetrahydrofuran Chemical compound CC1CCCO1 JWUJQDFVADABEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 11
- 229910021591 Copper(I) chloride Inorganic materials 0.000 claims 11
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 claims 11
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 claims 11
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 11
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 11
- 150000003973 alkyl amines Chemical group 0.000 claims 11
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims 11
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 11
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 claims 11
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims 11
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims 11
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims 11
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 11
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims 11
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 7
- 125000002573 ethenylidene group Chemical group [*]=C=C([H])[H] 0.000 claims 7
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 2-Propenoic acid Natural products OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N Ethenol Chemical compound OC=C IMROMDMJAWUWLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- PEEHTFAAVSWFBL-UHFFFAOYSA-N Maleimide Chemical compound O=C1NC(=O)C=C1 PEEHTFAAVSWFBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 claims 6
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 claims 6
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 claims 6
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 125000005250 alkyl acrylate group Chemical group 0.000 claims 6
- 229920001400 block copolymer Polymers 0.000 claims 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims 6
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 claims 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims 6
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims 6
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims 6
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims 6
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims 6
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims 6
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims 6
- FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N maleic anhydride Chemical compound O=C1OC(=O)C=C1 FPYJFEHAWHCUMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 239000005486 organic electrolyte Substances 0.000 claims 6
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims 6
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 claims 6
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 claims 6
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 claims 6
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims 5
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 claims 5
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 claims 5
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims 3
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims 2
- TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L barium sulfate Chemical compound [Ba+2].[O-]S([O-])(=O)=O TZCXTZWJZNENPQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 150000008431 aliphatic amides Chemical class 0.000 claims 1
- 229910001593 boehmite Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 claims 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims 1
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 229910052622 kaolinite Inorganic materials 0.000 claims 1
- FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N lithium oxide Chemical compound [Li+].[Li+].[O-2] FUJCRWPEOMXPAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910001947 lithium oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical class CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract 6
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
- H01M4/382—Lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
- H01M4/40—Alloys based on alkali metals
- H01M4/405—Alloys based on lithium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/411—Organic material
- H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
- H01M50/417—Polyolefins
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/431—Inorganic material
- H01M50/434—Ceramics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/443—Particulate material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
- H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
- H01M50/491—Porosity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/027—Negative electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
- H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
- H01M2300/0037—Mixture of solvents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
本出願は、2018年1月22日に出願され参照により本明細書に全体が組み込まれる米国仮特許出願第62/620,087号に対する、米国特許法第119条(e)の下での利益および優先権を主張する。
ポリマーコーティングおよびセラミック含有ポリマーコーティングの適用は、リチウム電池における微多孔質電池セパレータ膜の熱的安全性能を改良する公知の方法である。かかるコーティングは、高温安定性を促進し、微多孔質電池セパレータ膜のセパレータ−カソード界面における酸化を制御し、また、種々の電池システム、例えばリチウムイオン充電式(または二次)電池システムにおける微多孔質電池セパレータ膜の安全性能を改良するために、微多孔質電池セパレータ膜の一面または両面にコーティングまたは層として適用され得る。全体が参照により本明細書に組み込まれる特許文献1(米国特許明細書第6,432,586号)は、種々のセラミックコーティングされたセパレータを開示している。さらに、また全体が参照により本明細書に組み込まれる特許文献2(米国特許公開公報第2014/0045033号)は、安全性、電池サイクル寿命、および高温性能の改良を付与し得る、微多孔質電池セパレータ膜用の種々のセラミック粒子含有ポリマーコーティングを開示している。かかるコーティングは、1以上のポリマーバインダと、1以上のタイプの無機セラミック粒子と、水性溶媒、非水性溶媒、または水とを含み得る。かかるコーティングは、例えば、限定されないが、浸漬コーティング、ナイフ、グラビア、カーテン、スプレーなどの種々の技術を使用して適用され得る。さらに、種々の公知のセラミック粒子含有ポリマーコーティングは、微多孔質電池セパレータ膜の一面または両面に、例えば、2〜6ミクロンの厚さなど、変動する厚さで適用され得る。
リチウムイオン電池に関する1つの起こり得る主な安全性の問題は、熱暴走である。酷使状態、例えば、過充電、過放電、および内部短絡は、例えば、電池製造者らが意図している使用される電池の温度をはるかに超える電池温度を引き起こす可能性がある。熱暴走の事象における、電池のシャットダウン、例えば、セパレータを横断する、例えば、アノードとカソードとの間のイオン流の停止は、熱暴走を防止するのに使用される安全機構である。リチウムイオン電池におけるある特定のセパレータは、それらの機械的特性を依然として保持しながら、熱暴走が起こる温度よりも少なくとも僅かに低い温度でシャットダウンする能力を付与する。例えば、ユーザーまたはデバイスがシステムを止めるためにより長い時間を有するように、より低い温度およびより長い持続時間でのより速いシャットダウンが非常に望ましい。
組成物
少なくとも1つの態様、目的または実施形態によると、本明細書に記載されているコーティング組成物は、以下を含み、以下からなり、または以下から本質的になる:(1)唯一の溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を任意選択的に含むポリマーバインダ;(2)耐熱性および/または耐圧縮性粒子;ならびに(3)(a)架橋材、(b)低温シャットダウン剤、(c)接着剤、(d)増粘剤、(e)摩擦低減剤、および(f)高温シャットダウン剤からなる群から選択される少なくとも1つのさらなる成分。
ポリマーバインダは、ポリマー、オリゴマー、またはエラストマー材料のうちの少なくとも1つを含み、これからなり、またはこれから本質的になり、該バインダは、さほど限定されない。本開示と矛盾しないいずれのポリマー、オリゴマー、またはエラストマー材料が使用されてもよい。バインダは、イオン伝導性、半伝導性、または非伝導性であってよい。リチウムポリマー電池または固体電解質電池における使用のために示唆されるいずれのゲル形成性ポリマーが使用されてもよい。例えば、ポリマーバインダは、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、ラテックス、アラミド、またはこれらの材料の任意の組み合わせから選択される少なくとも1つ、または2つ、または3つなどを含んでいてよい。
一実施形態において、ポリマーコーティングは、式(1)のポリラクタムを含んでいてよい:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦1:n≦10または0≦1:n≦1であるようになっている。
R5は、アルキル、アリール、または縮合環であってよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦I:n≦10または0≦I:n≦1であるようになっており、
Xは、エポキシドまたはアルキルアミンである。
別の態様において、耐熱性粒子が、本明細書に記載されているコーティング組成物に添加される。これらの耐熱性粒子のサイズ、形状、化学組成などはさほど限定されない。耐熱性粒子は、有機材料、無機材料、例えば、セラミック材料、または、無機および有機材料の両方、2つ以上の有機材料、および/もしくは2つ以上の無機材料を含む複合体材料を含んでいてよい。
本明細書に開示されている耐熱性粒子を形成するのに使用され得る無機材料の非限定例は、以下の通りである:鉄酸化物、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ベーマイト(Al(O)OH)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化チタン(TiO2)、硫酸バリウム(BaSO4)、酸化チタンバリウム(BaTiO3)、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、かんらん石、マイカ、二酸化スズ(SnO2)、インジウムスズ酸化物、遷移金属の酸化物、グラファイト、炭素、金属、X線検出可能材料、カオリンクレイ、焼成クレイ、カオリナイト、メタ安定性アルミナ、これらの混合物またはブレンド、およびこれらの任意の組み合わせ。
耐熱性粒子は、円形であっても、不規則な形状であっても、フレークなどであってもよい。耐熱性材料の平均粒度は、0.01〜5ミクロン、0.03〜3ミクロン、0.01〜2ミクロンなどの範囲である。
コーティング組成物は、(a)架橋材、(b)低温シャットダウン剤、(c)接着剤、(d)増粘剤、(e)摩擦低減剤、および(f)高温シャットダウン剤のうちの少なくとも1つ、または2つ、または3つなどを含む。
(a)架橋材
別の態様において、少なくとも1つの架橋材が、コーティング組成物に添加されてよい。架橋材は、さほど限定されず、コーティング組成物中の2つ以上のポリマー鎖間の接続を形成することが可能である任意の化合物を、かかる化合物が本明細書において記述されている目標とさもなければ不適合でない限りにおいて含む。例えば、架橋材は、複数の反応性基、例えば、エポキシ基、アクリレート基などを有する化合物であってよい。例えば、架橋材は、2つ、3つ、4つ、5つなどの反応性基を含んでいてよい。いくつかの実施形態において、3つ以上の反応性基を有するマルチエポキシ基架橋材が好ましい。
架橋材は、ポリマーバインダにおけるポリマー、オリゴマー、またはエラストマー材料から分離したモノマー種であってもよい。架橋材のいくつかの例として、以下が挙げられる:二官能性アクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートを含めた三官能性アクリレート、多官能性アクリレート、例えば、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシ化(4)ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリエチロールプロパンテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートおよびエトキシ化ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、1,3ブタンジエポキシドとしてビス[(4−グリシドキシ)フェニル]メタンおよびその異性体を含めたジエポキシド、1,4ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,2,7,8ジエポキシオクタン、ジグリシジル1,2−シクロヘキサンジカルボキシレート、N,N−ジグリシジル−4−グリシドキシアニリン、トリス(2,3−エポキシプロピル)イソシアヌレートおよびトリス(4−ヒドロキシフェニル)メタントリグリシジルエーテルを含めたトリエポキシド、ジメタクリレート、トリメタクリレート、ならびに多官能性メタクリレート。
架橋材が添加される場合、いくつかの実施形態において、架橋剤または触媒が添加され得、添加された架橋材を介しての例えば2つのポリマー鎖の架橋を開始または触媒し得る。架橋剤は、熱、光または化学的環境(例えば、pH)に感受性であってよく、例えば、架橋剤または架橋材は、加熱、光照射またはpH変化に応じてコーティング組成物中の1つ以上のポリマー鎖の架橋を開始または触媒し得る。
別の態様において、低温シャットダウン剤が、本明細書に記載されているコーティング組成物に添加される。使用される低温剤のタイプは、本明細書において記述されている目標、例えば、より安全なリチウムイオン電池を製造するのに使用され得るコーティング組成物を提供することと不適合でない限りにおいてさほど限定されない。いくつかの実施形態において、低温シャットダウン剤は、コーティング組成物が適用される(または適用されることが意図される)多孔質フィルムのものよりも低い溶融温度を有する。例えば、多孔質フィルムが135℃付近で溶融するとき、低温シャットダウン剤は135℃より低い溶融温度を有する。
低温シャットダウン剤は、0.1〜5.0ミクロン、0.2〜3.0ミクロン、0.3〜1.0ミクロンなどの範囲の平均粒度を有する粒子状物であってよい。これらの粒子は、コーティングされていても、コーティングされていなくても、部分的にコーティングされていてもよい。
別の態様において、本明細書におけるコーティング組成物に接着剤が添加されてよい。接着剤として使用される化合物は、本明細書において記述されている目標と不適合でない限りにおいてさほど限定されない。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されているコーティング組成物に接着剤を添加することにより、接着剤が添加されていない同様のコーティング組成物から形成されるコーティングと比較して、電池電極、例えば、リチウム電池電極に対して、より高い接着性を有するコーティングを結果として生じさせる。接着剤は、本明細書に記載されているコーティング組成物から形成されるコーティングの「粘着性」および/または粘性を増加させる。コーティングにおける耐熱性粒子間の接着性、および、本明細書に記載されているように多孔質基材への本明細書に記載されているコーティング組成物から形成されているコーティング層の接着性も改良され得る。例えば、多孔質基材に対するコーティングの接着強度は、多孔質基材がコーティング層の接着性を改良するように前処理されていない実施形態においても、10N/m超、12N/m超、14N/m超、16N/m超、18N/m超、または20N/m超であってよい。かかる前処理は、コロナ処理、プラズマ処理、延伸、界面活性剤処理/コーティング、ならびに、コーティング層への基材の接着性を改良することを目的としている任意の他の表面処理および/またはコーティングを含んでいてよい。しかし、かかる前処理の使用は、多孔質基材とコーティング層との間の優れた接着強度を達成するには必要とされないが、除外されるものではない。いくつかの実施形態において、接着剤は、ポリビニルピロリドン(PVP)または熱可塑性フルオロポリマー、例えばポリ二フッ化ビニリデン(PVdFもしくはPVDF)であってよい。
(d)増粘剤
別の態様において、本明細書に記載されているコーティング組成物に増粘剤が添加されてよい。使用される増粘剤は、さほど限定されず、本明細書において記述されている目標と矛盾しないいずれの増粘剤であってもよい。増粘剤は、いくつかの実施形態において、本明細書に記載されているコーティング組成物の粘度を調整するために添加される。例示的な増粘剤は、例えば、カルボキシメチルセルロース(CMC)である。
別の態様において、本明細書に記載されているコーティング組成物に摩擦低減剤が添加されていてよい。摩擦低減剤は、さほど限定されず、本明細書において記述されている目標と矛盾しないいずれの摩擦低減剤であってもよい。例えば、いくつかの実施形態において、摩擦低減剤の添加は、摩擦低減剤を含有するコーティング組成物から形成されるフィルムを摩擦低減剤が添加されていないコーティング組成物から形成されるフィルムと比較したとき、ピン除去力の低下および/または摩擦係数の低下を結果として生じさせ得る。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されているコーティング組成物から形成されるコーティングは、湿潤している、例えば、電解質、例えば、PVDFまたはPVDF:HFPによって湿潤しているときには、電極によく「粘着性」であり、またはこれによく接着し、また、乾燥しているときには、良好なピン除去を有する。例えば、いくつかの実施形態において、摩擦低減剤を含有するコーティング組成物から形成されるフィルムのピン除去力は、7100g以下であり、いくつかの実施形態において、6500g未満であり、いくつかの実施形態において、6000g未満である。いくつかの実施形態において、係数(静止)は、0.2〜0.8、時には0.3〜0.7、時には0.4〜0.6、時には0.3〜0.5の範囲である。
電池巻線機を使用して、(少なくとも一表面に適用されたコーティング層を有する多孔質基材を含み、該多孔質基材からなり、または該多孔質基材から本質的になる)セパレータをピン(またはコアもしくはマンドレル)の周囲に巻いた。ピンは、0.16インチ径および平滑な外面を有する二(2)片の円筒状マンドレルである。各片は、半円状の断面を有する。以下で考察されているセパレータをピン上で採取する。セパレータにおける初期の力(正接)は0.5kgfであり、その後、セパレータを二十四(24)秒において十(10)インチの速度で巻く。巻く間に、テンションローラは、マンドレルに巻かれているセパレータと係合する。テンションローラは、セパレータ供給と反対の側に位置する5/8”径ローラ、(係合されたときに)1バールの空気圧が印加される3/4”空気圧シリンダ、ならびに、当該ローラおよびシリンダを相互接続する1/4”ロッドを含む。
いくつかの好ましい実施形態において、摩擦低減剤は、脂肪酸塩である。例えば、摩擦低減剤は、ステアリン酸金属塩、例えば、ステアリン酸Li、ステアリン酸Caなどであってよい。他の可能な摩擦低減剤として、シロキサン、シリコーン樹脂、フルオロ樹脂、ワックス(例えば、パラフィンワックス、微結晶性ワックス、低分子量ポリエチレン、および他の炭化水素ワックス)、脂肪酸エステル(例えば、ステアリン酸メチル、ステアリン酸ステアリル、モノステアリン酸グリセロール)、脂肪族アミド(例えば、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、メチレンビスステアリン酸アミド)、ならびに上記摩擦低減剤のいずれかの組み合わせが挙げられる。
別の態様によると、高温シャットダウン剤が、本明細書に記載されているコーティング組成物に添加される。使用される高温剤のタイプは、本明細書において記述されている目標、例えば、より安全なリチウムイオン電池を作製する際に使用され得るコーティング組成物を提供することと不適合でない限りにおいてさほど限定されない。いくつかの実施形態において、高温シャットダウン剤は、コーティング組成物が適用される(または適用されることが意図される)多孔質フィルムのものよりも高い溶融温度を有する。例えば、多孔質フィルムが135℃付近で溶融するとき、高温シャットダウン剤は、135℃より高い溶融温度を有する。
高温シャットダウン剤は、0.1〜5.0ミクロン、0.2〜3.0ミクロン、0.3〜1.0ミクロンなどの範囲の平均粒度を有する粒子状物であってよい。これらの粒子は、コーティングされていても、コーティングされていなくても、部分的にコーティングされていてもよい。
別の態様において、以下のさらなる成分:界面活性剤、酸化防止剤、充填剤、着色剤、安定剤、消泡剤、脱泡剤、増粘剤、乳化材、pH緩衝剤、乳化剤、界面活性剤、沈降防止剤、レベリング剤、レオロジー調整剤、および湿潤剤からなる;の1つ以上が任意選択的に添加される。これらの任意選択的なさらなる成分の2つ以上、3つ以上、4つ以上などが、本明細書に記載されているコーティング組成物に添加されてもよい。さらに、粒子または充填剤の必要性および選択に応じて、X線検出可能素子が添加されてもよい。例えば、硫酸バリウムが添加されてよく、または、粒子もしくは充填剤の一部に置き換えられてよい。一実施形態において、粒子の最大30%が、X線検出可能素子、例えば、硫酸バリウムによって置き換えられてよい。
別の態様において、多孔質基材および孔質基材の少なくとも一表面に形成されているコーティング層を含む、これらからなる、またはこれらから本質的になるセパレータが、本明細書に記載されている。本明細書にけるいくつかの実施形態による、一面がコーティングされたセパレータおよび二面がコーティングされたセパレータを図4に示す。
本明細書に記載されているセパレータにおいて使用される多孔質基材は、さほど限定されず、本明細書において記述されている目標と不適合でない任意の多孔質基材であってよい。例えば、多孔質基材は、電池セパレータとして使用され得る任意の多孔質基材であり得る。多孔質基材は、マクロ多孔質基材、メソ多孔質基材、ミクロ多孔質基材、またはナノ多孔質基材であってよい。いくつかの好ましい実施形態において、多孔質基材の空孔率は、20〜90%、40〜80%、50〜70%などである。空孔率は、ASTM D−2873を使用して測定され、多孔質基材の縦方向(MD)および横方向(TD)において測定される当該基材の面積における空隙、例えば、孔の百分率として定義される。いくつかの実施形態において、多孔質基材は、0.5〜1000秒のJISガーレー、いくつかの実施形態において、100〜800秒のJISガーレーを有し、他の実施形態において、多孔質基材は、200〜700秒のJISガーレーを有し、他の実施形態において、300〜600秒のJISガーレーを有する。ガーレーは、日本産業規格(JISガーレー)としてここに定義されており、OHKEN透過率試験機を使用して本明細書において測定される。JISガーレーは、4.9インチの一定の水圧において、100ccの空気が1平方インチのフィルムを通過するのに必要とされる時間(秒)として定義される。いくつかの実施形態において、孔は、円形であり、例えば、0.25〜8.0の球形度であり、楕円形、または長円形などである。
多孔質基材の特性を変更または向上するために、種々の材料がポリマーに添加されてよい。かかる材料として、限定されないが:(1)130℃未満のを有するポリオレフィンまたはポリオレフィンオリゴマー;(2)鉱物充填剤として、限定されないが:炭酸カルシウム、酸化亜鉛、珪藻土、タルク、カオリン、合成シリカ、マイカ、クレイ、窒化ホウ素、二酸化ケイ素、二酸化チタン、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウムなど、およびこれらのブレンドが挙げられる;(3)エラストマーとして、限定されないが:エチレン−プロピレン(EPR)、エチレン−プロピレン−ジエン(EPDM)、スチレン−ブタジエン(SBR)、スチレンイソプレン(SIR)、エチリデンノルボルネン(ENB)、エポキシ、およびポリウレタンならびにこれらのブレンドが挙げられる;(4)湿潤剤として、限定されないが、エトキシ化アルコール、第一級ポリマーカルボン酸、グリコール(例えば、ポリプロピレングリコール及びポリエチレングリコール)、官能化ポリオレフィンなどが挙げられる;(5)潤滑剤、例えば、シリコーン、フルオロポリマー、オレアミド、ステアリン酸アミド、エルカミド、ステアリン酸カルシウム、または他のステアリン酸金属塩;(6)難燃剤、例えば、臭素化難燃剤、リン酸アンモニウム、水酸化アンモニウム、アルミナ三水和物、およびリン酸エステル;(7)架橋またはカップリング剤;(8)ポリマー加工助剤;ならびに(9)ポリプロピレン用β核剤を含むあらゆるタイプの核剤;が挙げられる。β造核ポリプロピレンは、米国特許第6,602,593号に開示されている。ポリプロピレン用のβ核剤は、ポリプロピレン中でのβ結晶の作製を引き起こす物質である。)
いくつかの実施形態において、多孔質基材は、1つ以上のプライを含む単一層、各層が1つ以上のプライを含んでいてよい二層、または、各層が1つ以上のプライを含んでいてよい多層多孔質基材である。多孔質基材は、多層多孔質基材であるとき、3〜10層、4〜9、5〜8、6〜7層を含んでいてよい。いくつかの多層の実施形態において、多孔質基材は、順に、大部分(ポリマー成分の50%超)のPPを含むポリプロピレン(PP)層、大部分のPEを含むポリエチレン層(PE)、および大部分のPPを含む別のPP層を含む。他の実施形態において、多層多孔質基材は、順に、大部分のPEを含むPE層、大部分のPPを含むPP、および大部分のPEを含む別のPE層を含む。大部分のPPまたはPEを含む層は、それぞれ、ポリマー成分の50%超〜最大100%の量でPPまたはPEを含んでいてよい。
一態様において、コーティング層は、セパレータの最外コーティング層であってよく、例えば、その上に形成される他の異なるコーティング層を有していなくてよく、または、コーティング層は、その上に形成されている少なくとも1つの他の異なるコーティング層を有していてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、異なるポリマーコーティング層は、多孔質基材の少なくとも一表面に形成されているコーティング層の上にまたは上部にコーティングされていてよい。いくつかの実施形態において、かかる異なるポリマーコーティング層は、ポリ二フッ化ビニリデン(PVdF)またはポリカーボネート(PC)のうちの少なくとも一方を含んでいても、これからなっていても、これから本質的になっていてもよい。
いくつかの実施形態において、コーティングは、少なくとも一面における多孔質膜表面の10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上、または100%を被覆するコーティングである。
コーティングは、いくつかの好ましい実施形態において、デンドライト成長またはデンドライトによって引き起こされる短絡を阻止または防止する。いくつかの実施形態において、これは、コーティングが屈曲しているか、または、ピンホールを有していないことを意味し得る。換言すると、コーティングは、屈曲度が1であるいずれの孔も有していない。屈曲度は、いくつかの実施形態において、1超、1.1超、1.2超、1.3超、1.4超、1.5超、1.6超、1.7超、1.8超、1.9超、または2.0超である。
本明細書において上記に記載されているいずれかのセパレータ、ならびに、これに直接接触して設けられている1つ以上の電極、例えば、アノード、カソード、またはアノードおよびカソードを含む複合体、ジェリーロール、円盤、またはシステム。電極のタイプは、さほど限定されない。例えば、電極は、リチウムイオン二次電池における使用に好適なものであり得る。
本明細書にけるいくつかの実施形態による円筒型リチウム電池の断面図を図14に示す。
図14において、リチウムイオンまたはリチウム金属円筒型セル10は、例えば、リチウム金属または合金アノード12、カソード14、およびアノード12とカソード14との間に設けられたセパレータ16を含み、これらは全て缶20内にパッケージングされている。示されているセル10は、円筒型セルまたは「ジェリーロール」セルであるが、本発明は、さほど限定されない。他の構成、例えば、角柱型セル、ボタン型セル、パウチ型セル、積層型セル、またはポリマー型セルも含まれる。セルは、一次(単回使用)または二次(充電式)セルまたは電池であってよい。加えて、電解質は示されていない。電解質は、液体(有機もしくは無機)、またはゲル(もしくはポリマー)であってよい。本発明は、便宜上、液体有機電解質を有する円筒型セルに関して記載されているが、さほど限定されず、他のセルタイプ(例えば、エネルギー貯蔵システム、複合セルおよびコンデンサ)ならびに構成において利用されてよい。
本発明の種々の実施形態を、本発明の種々の目的の達成において記載している。これらの実施形態は、本発明の原理を単に説明していると認識されるべきである。多くの変更および適応が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者に容易に明らかであろう。
CM−耐熱性粒子およびPVAバインダ、任意選択的に、溶媒として、水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む。
CS−アクリルバインダを含む耐熱性粒子、任意選択的に、溶媒として、水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む
a−本明細書に記載されている任意の架橋材
b−本明細書に記載されている任意の低温シャットダウン剤
c−本明細書に記載されている任意の接着剤
d−本明細書に記載されている任意の増粘剤
e−本明細書に記載されている任意の摩擦低減剤
f−本明細書に記載されている任意の高温シャットダウン剤
(2)例示的な改良されたシャットダウン実施形態
上記において考察されているように、低温シャットダウン剤および/または高温シャットダウン剤を添加することにより、コーティングされたセパレータのシャットダウンウィンドウを、そのコーティングされていない同等物またはコーティングされた同等物と比較して拡大することができ、ここで、コーティングは、低温シャットダウン剤および/または高温シャットダウン剤を含まない。
(a)少なくとも増粘剤および/または架橋材を本明細書に記載されているコーティング組成物に添加することにより、これらのコーティング組成物から作製されるコーティング層を含むセパレータの収縮を、高温でのものを含めて低減する。以下の表2における、CSのみ、CSおよびd(増粘剤)、ならびにCS、d、およびa(架橋材)を含むコーティング組成物を調製した。これらの組成物において、CSおよび増粘剤は、これらの組成物において同じである。CSおよび増粘剤。
上記において考察されているように、接着剤を本明細書に記載されているコーティング組成物に添加することにより、電極、例えば、アノードへのコーティング層の接着を増加させる。
(a)上記のセクション2(b)において調製したものと同一の(a)発明例を調製した。アノードへのこの例のコーティング層の接着を本明細書に記載されているように評価した。結果を図11に示す。図11は、多くの電極材料、すなわち、アノードからのものをセパレータに移動させることで、コーティング層とアノードとの間の良好な接着を示唆することを示している。
上記において考察されているように、接着剤を本明細書に記載されているコーティング組成物に添加することにより、多孔質基材を前処理することなく、多孔質基材へのコーティング層の接着を増加させる。
(6)例示的な改良されたピン除去力の実施形態
上記において考察されているように、例えば、摩擦低減剤に本明細書に記載されているコーティング組成物を添加することにより、コーティング層(およびかかるコーティング層を含むセパレータ)のピン除去力を改良し得る。
上記において考察されているように、本明細書に開示されているセパレータは、例えばホットチップ孔伝播研究における望ましい挙動によって示されるように改良された熱的安定性を有する。ホットチップ試験は、点加熱条件下でのセパレータの寸法安定性を測定する。該試験は、セパレータを熱いはんだごて先端と接触させ、得られる孔を測定することを含む。孔が小さいほど望ましい。
・ロールツーロール製造;数百メートル/分で製造することができる;
・完全被覆による均質な均一コーティング;
・欠陥が少ない/ないバインダ不含コーティング;
・数ナノメートルからミクロン厚の厚さ調節可能。
少なくともある特定の目的、態様または実施形態により、ある特定の新規および/または改良された方法が記載され、または示されている。例えば、二次リチウム電池において電極に対するセパレータの位置を検出するための方法であって、正極、負極、電極間に設けられたX線感受性セパレータ、ならびに、電極およびセパレータを収容する缶またはパウチを含む二次リチウム電池を付与する工程において、X線感受性セパレータが、その中または上に分散されたX線検出可能素子を有する微多孔質膜を含み、X線検出可能素子が、上記膜の少なくとも1〜80重量パーセント以下を構成している、上記工程と;二次リチウム電池をX線放射に供する工程と;電極に対するセパレータの位置を決定する工程と;電極に対するセパレータの位置に基づいて二次リチウム電池を承認または拒否する工程とを含む、上記方法。
X線検出可能素子が、上記膜の5〜50重量%を構成している、上記の方法。
X線検出可能素子が、膜におけるコーティングに含まれている、上記の方法。
X線検出可能素子が、金属、金属酸化物、金属リン酸塩、金属炭酸塩、X線蛍光物質、金属塩、金属硫酸塩、またはこれらの混合物からなる群から選択され、上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、およびこれらの混合物からなる群から選択される、上記の方法。
X線検出可能素子が、膜の少なくとも一面におけるコーティングにある、上記の方法。
コーティングがセラミックコーティングである、上記の方法。
X線検出可能素子が、分散されている、コーティングされている、または添加されているうちの少なくとも1つである、上記の方法。
Claims (946)
- 高エネルギー充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダ、耐熱性粒子、および架橋材を含むコーティング組成物から形成されており;デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記コーティング組成物が、20重量%〜95重量%の間の前記耐熱性粒子および5重量%〜80重量%の間の前記マトリクス材またはポリマーバインダを含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項5に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、およびラテックスからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、請求項8に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、式(1)のポリラクタム:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦I:n≦10または0≦I:n≦1であるようになっている;
を含む、請求項9に記載のセパレータ。 - ラクタムから誘導される前記ホモポリマーまたはコポリマーが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、およびポリビニル−バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項9に記載のセパレータ。
- Xがエポキシドであり、前記触媒が、アルキルアミンまたはエポキシドを含む、請求項12に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、および/またはラテックスを含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、有機材料または有機材料と無機材料との混合物を含み、前記有機材料が:ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン(PDVB)樹脂、カーボンブラック、およびグラファイトからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記コーティング組成物中の耐熱性粒子対バインダ比が、50:50〜99:1である、請求項15に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子のうちの少なくとも1つの表面積の0.01〜99.99%が、前記バインダによってコーティングされている、請求項15に記載のセパレータ。
- 前記架橋材が複数の反応性基を含んでいる、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記架橋材が、複数の反応性エポキシ基を含むエポキシ架橋材である、請求項18に記載のセパレータ。
- 前記架橋材が、複数の反応性アクリレート基を含むアクリレート架橋材である、請求項18に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、その上に形成された別の異なるコーティング層をさらに含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 請求項1〜21に記載のセパレータを含む二次リチウムイオン電池。
- 二次リチウムイオン電池用電極と直接接触している請求項1〜21に記載のセパレータを含む複合体。
- 請求項1〜21に記載のセパレータまたは請求項22に記載の電池を含む車両またはデバイス。
- 高エネルギー充電式リチウム電池であって:
リチウム金属もしくはリチウム合金またはリチウム金属および/もしくはリチウム合金と別の材料との混合物を含有するアノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられている、請求項1〜21に記載のセパレータ;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - エネルギー貯蔵システム用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層またはコーティングにおいて、前記層が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4など、およびこれらの混合物からなる群から選択される20〜95重量%の耐熱性粒子と、5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと、架橋材とのコーティング組成物を含んでおり;前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択され、前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記層またはコーティング;ならびに
20〜80%の範囲の空孔率、0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径、および15〜150秒の範囲のガーレー数を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項27に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項27に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項37に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項37に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項1に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項50に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、他の電子短絡を防止するようにさらに適合されている、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項54に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項62に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項49に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
約20〜95重量%の耐熱性粒子と、約5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと、架橋材とのコーティング組成物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
約20〜80%の範囲の空孔率、約0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項74に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項77に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項82に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項71に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項73に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
アノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ、ならびに
前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - 前記アノードが、リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項96に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項97に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項96に記載の電池。
- 前記カソードが、層間化合物、挿入化合物、もしくは電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項96に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、もしくはポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項100に記載の電池。
- 前記電解質が、液体を含む、請求項96に記載の電池。
- 前記電解質が、液体有機電解質である、請求項102に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項96に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項102に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項104に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項96に記載の電池。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項107に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、孔が前記電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項96に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項96に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項110に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項96に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項96に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項96に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項96に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項115に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項96に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項96に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項118に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項96に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み;前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクルにわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;および
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項129に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項129に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み;前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項138に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項138に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項138に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項138に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項138に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項142に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み、前記マトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;および
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらのコーティング組成物を含む、請求項145に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項145に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項145に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項145に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項145に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項145に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と架橋材とのコーティング組成物を含み、前記マトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらのコーティング組成物を含む、請求項152に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項152に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項152に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セパレータが、シャットダウンセパレータである、請求項1に記載のセパレータ。
- 高エネルギー充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記層が、マトリクス材またはポリマーバインダ;耐熱性粒子;および接着剤を含むコーティング組成物から形成されており;前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記コーティング組成物が、20重量%〜95重量%の間の前記耐熱性粒子および5重量%〜80重量%の間の前記マトリクス材またはポリマーバインダを含む、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項164に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、およびラテックスからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、請求項167に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、式(1)のポリラクタム:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦1:n≦10または0≦1:n≦1であるようになっている;
を含む、請求項168に記載のセパレータ。 - ラクタムから誘導される前記ホモポリマーまたはコポリマーが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、およびポリビニル−バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項168に記載のセパレータ。
- Xがエポキシドであり、前記触媒が、アルキルアミンまたはエポキシドを含む、請求項171に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、および/またはラテックスを含む、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、有機材料または有機材料と無機材料との混合物を含み、前記有機材料が:ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン(PDVB)樹脂、カーボンブラック、およびグラファイトからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記コーティング組成物中の耐熱性粒子対バインダ比が、50:50〜99:1である、請求項174に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子のうちの少なくとも1つの表面積の0.01〜99.99%が、前記バインダによってコーティングされている、請求項174に記載のセパレータ。
- 前記接着剤が、熱可塑性フルオロポリマーを含む、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、その上に形成された別の異なるコーティング層をさらに含む、請求項160に記載のセパレータ。
- 請求項160〜178に記載のセパレータを含む二次リチウムイオン電池。
- 二次リチウムイオン電池用電極と直接接触している請求項160〜178に記載のセパレータを含む複合体。
- 請求項160〜178に記載のセパレータまたは請求項180に記載の電池を含む車両またはデバイス。
- 高エネルギー充電式リチウム電池であって:
リチウム金属もしくはリチウム合金またはリチウム金属および/もしくはリチウム合金と別の材料との混合物を含有するアノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられている、請求項160〜178に記載のセパレータ;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - エネルギー貯蔵システム用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層またはコーティングにおいて、前記層が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4など、およびこれらの混合物からなる群から選択される20〜95重量%の耐熱性粒子と;5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダにおいて、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、前記マトリクス材またはポリマーバインダと;接着剤との混合物を含んでおり、前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記層またはコーティング;ならびに
20〜80%の範囲の空孔率、0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径、および15〜150秒の範囲のガーレー数を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と接着剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項184に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項184に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と;接着剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項194に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項194に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項160に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と接着剤との混合物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項207に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、他の電子短絡を防止するようにさらに適合されている、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項211に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項219に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項206に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約20〜95重量%の耐熱性粒子と、約5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと;接着剤との混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
約20〜80%の範囲の空孔率、約0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項231に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項234に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項239に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項242に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項230に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
アノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と接着剤との混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ、ならびに
前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - 前記アノードが、リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項253に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項254に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項254に記載の電池。
- 前記カソードが、層間化合物、挿入化合物、もしくは電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項254に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、もしくはポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項257に記載の電池。
- 前記電解質が、液体を含む、請求項255に記載の電池。
- 前記電解質が、液体有機電解質である、請求項259に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項253に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項259に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項261に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項253に記載の電池。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項264に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、孔が前記電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項253に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項253に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項267に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項253に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項253に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項253に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項253に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項272に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項253に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項253に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項275に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項253に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と接着剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクルにわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;および
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項286に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項286に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と接着剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項295に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項295に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項295に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項295に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項295に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項299に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と接着剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項302に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項302に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項302に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項302に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項302に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項302に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と接着剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項309に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項309に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項309に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項253に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項253に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVD F:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項253に記載のセパレータ。
- 前記セパレータが、シャットダウンセパレータである、請求項253に記載のセパレータ。
- 高エネルギー充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダ;耐熱性粒子;および摩擦低減剤を含むコーティング組成物から形成されており;デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記コーティング組成物が、20重量%〜95重量%の間の前記耐熱性粒子および5重量%〜80重量%の間の前記マトリクス材またはポリマーバインダを含む、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項321に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、およびラテックスからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、請求項324に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、式(1)のポリラクタム:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦1:n≦10または0≦1:n≦1であるようになっている;
を含む、請求項325に記載のセパレータ。 - ラクタムから誘導される前記ホモポリマーまたはコポリマーが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、およびポリビニル−バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項325に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、および/またはラテックスを含む、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、有機材料または有機材料と無機材料との混合物を含み、前記有機材料が:ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン(PDVB)樹脂、カーボンブラック、およびグラファイトからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記コーティング組成物中の耐熱性粒子対バインダ比が、50:50〜99:1である、請求項330に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子のうちの少なくとも1つの表面積の0.01〜99.99%が、前記バインダによってコーティングされている、請求項330に記載のセパレータ。
- 前記摩擦低減剤が、ステアリン酸金属塩、シロキサン、シリコーン樹脂、フルオロ樹脂、ワックス、および脂肪族アミドから選択される少なくとも1つである、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、その上に形成された別の異なるコーティング層をさらに含む、請求項317に記載のセパレータ。
- 請求項317〜334に記載のセパレータを含む二次リチウムイオン電池。
- 二次リチウムイオン電池用電極と直接接触している請求項317〜334に記載のセパレータを含む複合体。
- 請求項317〜334に記載のセパレータまたは請求項335に記載の電池を含む車両またはデバイス。
- 高エネルギー充電式リチウム電池であって:
リチウム金属もしくはリチウム合金またはリチウム金属および/もしくはリチウム合金と別の材料との混合物を含有するアノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられている、請求項317〜334に記載のセパレータ;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - エネルギー貯蔵システム用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層またはコーティングにおいて、前記層が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4など、およびこれらの混合物からなる群から選択される20〜95重量%の耐熱性粒子と;5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダにおいて、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、前記マトリクス材またはポリマーバインダと;摩擦低減剤との混合物を含んでおり、前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記層またはコーティング;ならびに
20〜80%の範囲の空孔率、0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径、および15〜150秒の範囲のガーレー数を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項340に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項340に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と;摩擦低減剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項350に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項350に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項317に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項363に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、他の電子短絡を防止するようにさらに適合されている、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項367に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項375に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項362に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
約20〜95重量%の耐熱性粒子と、約5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと;摩擦低減剤との混合物を含み、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
約20〜80%の範囲の空孔率、約0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項387に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項390に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項395に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項398に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項386に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
アノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - 前記アノードが、リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項409に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項410に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項410に記載の電池。
- 前記カソードが、層間化合物、挿入化合物、もしくは電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項410に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、もしくはポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項413に記載の電池。
- 前記電解質が、液体を含む、請求項409に記載の電池。
- 前記電解質が、液体有機電解質である、請求項415に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項409に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項415に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項417に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項409に記載の電池。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項420に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、孔が前記電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項409に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項409に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項423に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項409に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項409に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項409に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項409に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項428に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項409に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項409に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項116に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項409に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクルにわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;および
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項442に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項442に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項451に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項451に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項451に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項451に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項451に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項140に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項458に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項458に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項458に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項458に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項458に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項458に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と摩擦低減剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項465に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項465に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項465に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項317に記載のセパレータ。
- ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVD F:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項317に記載のセパレータ。
- 前記セパレータが、シャットダウンセパレータである、請求項317に記載のセパレータ。
- 高エネルギー充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダ;耐熱性粒子;および高温シャットダウン剤を含むコーティング組成物から形成されており;デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するよう適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記コーティング組成物が、20重量%〜95重量%の間の前記耐熱性粒子および5重量%〜80重量%の間の前記マトリクス材またはポリマーバインダを含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項477に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、およびラテックスからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、式(1)のポリラクタム:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦I:n≦10または0≦I:n≦1であるようになっている;
を含む、請求項481に記載のセパレータ。 - ラクタムから誘導される前記ホモポリマーまたはコポリマーが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、およびポリビニル−バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項481に記載のセパレータ。
- Xがエポキシドであり、前記触媒が、アルキルアミンまたはエポキシドを含む、請求項484に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、および/またはラテックスを含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、有機材料または有機材料と無機材料との混合物を含み、前記有機材料が:ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン(PDVB)樹脂、カーボンブラック、およびグラファイトからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記コーティング組成物中の耐熱性粒子対バインダ比が、50:50〜99:1である、請求項487に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子のうちの少なくとも1つの表面積の0.01〜99.99%が、前記バインダによってコーティングされている、請求項487に記載のセパレータ。
- 前記高温シャットダウン剤が、140〜220℃の融点を有する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記高温シャットダウン剤が、ポリビニルピロリドン(PVP)またはポリ二フッ化ビニリデン(PVDF)から選択される、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記少なくとも1つのセラミック複合体層が、その上に形成された別の異なるコーティング層をさらに含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 請求項473〜492に記載のセパレータを含む二次リチウムイオン電池。
- 二次リチウムイオン電池用電極と直接接触している請求項473〜492に記載のセパレータを含む複合体。
- 高エネルギー充電式リチウム電池であって:
リチウム金属もしくはリチウム合金またはリチウム金属および/もしくはリチウム合金と別の材料との混合物を含有するアノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられている、請求項473〜492に記載のセパレータ;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - エネルギー貯蔵システム用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層またはコーティングにおいて、前記層が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4など、およびこれらの混合物からなる群から選択される20〜95重量%の耐熱性粒子と、5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと、高温シャットダウン剤との混合物を含んでおり、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択され、前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記層またはコーティング;ならびに
20〜80%の範囲の空孔率、0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径、および15〜150秒の範囲のガーレー数を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項497に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項497に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項507に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項507に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項473に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項520に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、他の電子短絡を防止するようにさらに適合されている、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項524に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項532に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項519に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
約20〜95重量%の耐熱性粒子と、約5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと、高温シャットダウン剤との混合物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
約20〜80%の範囲の空孔率、約0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項544に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項75に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項80に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項83に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項543に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
アノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが:少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ、ならびに
前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - 前記アノードが、リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項566に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項567に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項566に記載の電池。
- 前記カソードが、層間化合物、挿入化合物、もしくは電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項566に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、もしくはポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項570に記載の電池。
- 前記電解質が、液体を含む、請求項566に記載の電池。
- 前記電解質が、液体有機電解質である、請求項572に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項566に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項572に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項574に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項566に記載の電池。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項577に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、孔が前記電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項566に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項566に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項580に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項566に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項566に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項566に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項566に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項585に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項566に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項566に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項588に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項566に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクルにわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;および
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項599に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項599に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項608に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項608に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項608に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項608に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項608に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項140に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項615に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項615に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項615に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項615に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項615に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項615に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と高温シャットダウン剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項622に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項622に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項622に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項473に記載のセパレータ。
- ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVD F:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項473に記載のセパレータ。
- 前記セパレータが、シャットダウンセパレータである、請求項473に記載のセパレータ。
- 請求項473〜492に記載のセパレータまたは請求項493に記載の電池を含む車両またはデバイス。
- 高エネルギー充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダ;耐熱性粒子;および低温シャットダウン剤を含むコーティング組成物から形成されており;デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記コーティング組成物が、20重量%〜95重量%の間の前記耐熱性粒子および5重量%〜80重量%の間の前記マトリクス材またはポリマーバインダを含む、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項635に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、およびラテックスからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、請求項638に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、式(1)のポリラクタム:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦1:n≦10または0≦1:n≦1であるようになっている;
を含む、請求項639に記載のセパレータ。 - ラクタムから誘導される前記ホモポリマーまたはコポリマーが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、およびポリビニル−バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項639に記載のセパレータ。
- Xがエポキシドであり、前記触媒が、アルキルアミンまたはエポキシドを含む、請求項642に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、および/またはラテックスを含む、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、有機材料または有機材料と無機材料との混合物を含み、前記有機材料が:ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン(PDVB)樹脂、カーボンブラック、およびグラファイトからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記コーティング組成物中の耐熱性粒子対バインダ比が、50:50〜99:1である、請求項645に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子のうちの少なくとも1つの表面積の0.01〜99.99%が、前記バインダによってコーティングされている、請求項645に記載のセパレータ。
- 前記低温シャットダウン剤が、ポリエチレン(PE)およびポリビニルピロリドン(PVP)のうちの少なくとも1つを含む、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、その上に形成された別の異なるコーティング層をさらに含む、請求項631に記載のセパレータ。
- 請求項631〜649に記載のセパレータを含む二次リチウムイオン電池。
- 二次リチウムイオン電池用電極と直接接触している請求項631〜649に記載のセパレータを含む複合体。
- 請求項631〜649に記載のセパレータまたは請求項650に記載の電池を含む車両またはデバイス。
- 高エネルギー充電式リチウム電池であって:
リチウム金属もしくはリチウム合金またはリチウム金属および/もしくはリチウム合金と別の材料との混合物を含有するアノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられている、請求項631〜649に記載のセパレータ;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - エネルギー貯蔵システム用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層またはコーティングにおいて、前記層が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4など、およびこれらの混合物からなる群から選択される20〜95重量%の耐熱性粒子と;5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダにおいて、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、前記マトリクス材またはポリマーバインダと;低温シャットダウン剤との混合物を含んでおり、前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記層またはコーティング;ならびに
20〜80%の範囲の空孔率、0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径、および15〜150秒の範囲のガーレー数を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項655に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項655に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と;低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記電池。 - 前記ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項665に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項665に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項631に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;および
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、他の電子短絡を防止するようにさらに適合されている、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項52に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項687に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項687に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項687に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項60に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項677に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
約20〜95重量%の耐熱性粒子と、約5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと;低温シャットダウン剤との混合物を含み、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
約20〜80%の範囲の空孔率、約0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項702に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、リエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項705に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項700に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項713に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項701に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
アノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ、ならびに
前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - 前記アノードが、リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項724に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項725に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項725に記載の電池。
- 前記カソードが、層間化合物、挿入化合物、もしくは電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項725に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、もしくはポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項728に記載の電池。
- 前記電解質が、液体を含む、請求項724に記載の電池。
- 前記電解質が、液体有機電解質である、請求項730に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項724に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項730に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項730に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項734に記載の電池。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項735に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、孔が前記電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項724に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項724に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項738に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項724に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項724に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項724に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項724に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項743に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項724に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項724に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項746に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項724に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクルにわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;および
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項757に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項757に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項766に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項766に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項766に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項766に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項766に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項766に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項773に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項773に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項773に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項773に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項773に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項773に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項780に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項780に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項780に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項780に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のセパレータ。
- ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項1に記載のセパレータ。
- 前記セパレータが、シャットダウンセパレータである、請求項631に記載のセパレータ。
- 高エネルギー充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダ;耐熱性粒子;ならびに増粘剤および/またはX線検出可能剤、素子もしくは材料を含むコーティング組成物から形成されており;デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記コーティング組成物が、20重量%〜95重量%の間の前記耐熱性粒子および5重量%〜80重量%の間の前記マトリクス材またはポリマーバインダを含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項792に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、溶媒としての水、水性溶媒、または非水性溶媒を含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリラクタムポリマー、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、およびラテックスからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ラクタムから誘導されるホモポリマー、コポリマー、ブロックポリマー、またはブロックコポリマーであるポリラクタムポリマーを含む、請求項795に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、式(1)のポリラクタム:
ここで、好ましいポリラクタムは、ホモポリマーであっても、コポリマーであってもよく、コポリマー基Xが、ビニル、置換もしくは非置換のアルキルビニル、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸アルキル、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、スチレン、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルバレロラクタム、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、ポリアミド、またはポリイミドから誘導されていてよく;
mは、1および10の間、好ましくは2および4の間の整数であってよく、
I対nの比は、0≦1:n≦10または0≦1:n≦1であるようになっている;
を含む、請求項796に記載のセパレータ。 - ラクタムから誘導される前記ホモポリマーまたはコポリマーが、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリビニルカプロラクタム(PVCap)、およびポリビニル−バレロラクタムからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項796に記載のセパレータ。
- Xがエポキシドであり、前記触媒が、アルキルアミンまたはエポキシドを含む、請求項799に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーバインダが、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸(PAA)、ポリ酢酸ビニル(PVAc)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、イソブチレンポリマー、アクリル樹脂、および/またはラテックスを含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、有機材料または有機材料と無機材料との混合物を含み、前記有機材料が:ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリジビニルベンゼン(PDVB)樹脂、カーボンブラック、およびグラファイトからなる群から選択される少なくとも1つである、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記コーティング組成物中の耐熱性粒子対バインダ比が、50:50〜99:1である、請求項802に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子のうちの少なくとも1つの表面積の0.01〜99.99%が、前記バインダによってコーティングされている、請求項802に記載のセパレータ。
- 前記増粘剤および/またはX線検出可能剤が、シリカ、CMC、硫酸バリウム、アルミナ、ベーマイト、クレイ、カオリン、X線検出可能材料、カオリンクレイ、焼成クレイ、カオリナイト、メタ安定性アルミナ、またはこれらの組み合わせ、混合物もしくはブレンドなどを含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、その上に形成された別の異なるコーティング層をさらに含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 請求項788〜806に記載のセパレータを含む二次リチウムイオン電池。
- 二次リチウムイオン電池用電極と直接接触している請求項788〜806に記載のセパレータを含む複合体。
- 請求項778〜796に記載のセパレータまたは請求項20に記載の電池を含む車両またはデバイス。
- 高エネルギー充電式リチウム電池であって:
リチウム金属もしくはリチウム合金またはリチウム金属および/もしくはリチウム合金と別の材料との混合物を含有するアノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられている、請求項788〜799に記載のセパレータ;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - エネルギー貯蔵システム用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層またはコーティングにおいて、前記層が、SiO2、Al2O3、CaCO3、TiO2、SiS2、SiPO4など、およびこれらの混合物からなる群から選択される20〜95重量%の耐熱性粒子と;5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダにおいて、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、前記マトリクス材またはポリマーバインダと;低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記層が、デンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層またはコーティング;ならびに
20〜80%の範囲の空孔率、0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径、および15〜150秒の範囲のガーレー数を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と低温シャットダウン剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項812に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項812に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と;増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項822に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項822に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項788に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含んでおり、また、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項835に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、他の電子短絡を防止するようにさらに適合されている、請求項844に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項839に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項844に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項847に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項834に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
約20〜95重量%の耐熱性粒子と、約5〜80重量%のマトリクス材またはポリマーバインダと;増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含み、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、少なくとも1つのセラミック複合体層;ならびに
約20〜80%の範囲の空孔率、約0.02〜2ミクロンの範囲の平均孔径を有し、アノードとカソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項859に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項862に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項867に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項870に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項858に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
アノード;
カソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、マトリクス材またはポリマーバインダに耐熱性粒子と増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ、ならびに
前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している電解質
を含む、前記電池。 - 前記アノードが、リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含む、請求項881に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項882に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項882に記載の電池。
- 前記カソードが、層間化合物、挿入化合物、もしくは電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項882に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、もしくはポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項885に記載の電池。
- 前記電解質が、液体を含む、請求項881に記載の電池。
- 前記電解質が、液体有機電解質である、請求項887に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項881に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項887に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項889に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、コーティングである、請求項881に記載の電池。
- 前記コーティングの厚さが、約0.01〜25ミクロンの範囲である、請求項892に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、孔が前記電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項881に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項881に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレンオキサイド(PEO)、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含む、請求項895に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ゲル形成ポリマーを含む、請求項881に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項881に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、約0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する、請求項881に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項881に記載の電池。
- 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、またはこれらの混合物を含む、請求項900に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む、請求項881に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン微多孔質層が、ポリオレフィン膜である、請求項881に記載の電池。
- 前記ポリオレフィン膜が、ポリエチレン膜である、請求項903に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記電池のサイクル寿命全体にわたって前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項881に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクルにわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクルの間に成長するデンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項914に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、市販の充電式電池の寿命全体にわたって、デンドライトによって引き起こされるソフト短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項914に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、マトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含み、前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリウレタン、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物を含み、前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、これにより、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたってアノードとカソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのシャットダウンポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流を阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項923に記載の電池。
- 前記アノードが、約372mAh/g以上のエネルギー容量を有する、請求項923に記載の電池。
- 前記カソードが、MoS2、FeS2、MnO2、TiS2、NbSe3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V6O13、V2O5、CuCl2、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、またはこれらの混合物を含む、請求項923に記載の電池。
- 前記電解質が、液体およびポリマーを含む、請求項923に記載の電池。
- 前記電解質が、塩および液体溶媒を含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒が、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、EC/PC、2−MeTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)/EC/PC、EC/DMC(ジメチルカーボネート)、EC/DME(ジメチルエタン)、EC/DEC(ジエチルカーボネート)、EC/EMC(エチルメチルカーボネート)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME、DME/PC、またはこれらの混合物を含む、請求項923に記載の電池。
- 前記電解質が、塩、液体溶媒およびポリマーを含み、前記塩が、LiPF6、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO3)3、LiBF6、LiClO4、またはこれらの混合物から選択されるリチウム塩を含み、前記液体溶媒および前記ポリマーが、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PVDF:THF(PVDF:テトラヒドロフラン)、PVDF:CTFE(PVDF:クロロトリフルオロエチレン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらの混合物を含む、請求項927に記載の電池。
- 充電式リチウム電池用セパレータであって:
少なくとも1つのセラミック複合体層において、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と増粘剤および/またはX線検出可能剤との混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セラミック複合体層;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、アノードとカソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層
を含む、前記セパレータ。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項930に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、孔が電解質と一度接触して形成されるように非多孔質である、請求項930に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、前記耐熱性粒子が埋め込まれている連続材料である、請求項930に記載のセパレータ。
- 前記セラミック複合体層が、デンドライトによって引き起こされるハード短絡を排除することによって電子短絡を防止する、請求項930に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項930に記載のセパレータ。
- 前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含む、請求項930に記載のセパレータ。
- 充電式リチウム電池であって:
リチウム金属、リチウム合金、リチウム層間化合物、リチウム挿入化合物、炭素層間化合物、またはこれらの混合物を含むアノード;
層間化合物、挿入化合物、電気化学的に活性なポリマー、またはこれらの混合物を含むカソード;
前記アノードと前記カソードとの間に設けられているセパレータにおいて、前記セパレータが、少なくとも1つのセラミック複合体層を含み、前記セラミック複合体層が、約0.01〜25ミクロンの範囲の厚さを有するコーティングであり、ポリマーマトリクス材またはポリマーバインダに0.001〜24ミクロンの範囲の平均粒度を有する耐熱性粒子と増粘剤および/またはX線検出可能剤の混合物を含み、前記ポリマーマトリクス材が、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、PAN(ポリアクリロニトリル)、PEO(ポリエチレンオキサイド)、またはこれらのコポリマーもしくは混合物を含み、前記セラミック複合体層が、繰り返し充放電サイクル後のデンドライト成長を少なくとも阻止し、かつ、前記充電式電池のサイクル寿命全体にわたっての繰り返し充放電サイクル全体にわたって電子短絡を防止するように適合されている、前記セパレータ;ならびに
ポリエチレンまたはポリプロピレンのうちの少なくとも1つのポリオレフィン膜を含み、前記アノードと前記カソードとの間のイオン流をシャットダウンおよび阻止するように適合されている、少なくとも1つのポリオレフィン微多孔質層;ならびに
前記セパレータを介して前記アノードおよび前記カソードとイオン連通している、液体を含む電解質
を含む、前記充電式リチウム電池。 - 前記耐熱性粒子が、二酸化ケイ素(SiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、炭酸カルシウム(CaCO3)、二酸化チタン(TiO2)、SiS2、SiPO4、またはこれらの混合物を含む、請求項937に記載の電池。
- 前記アノードが、純炭素層間化合物を含む、請求項937に記載の電池。
- 前記セラミック複合体層が、前記アノードと前記カソードとの間の直接接触を防止することによって電子短絡を防止する、請求項937に記載の電池。
- 前記マトリクス材が、ポリエチレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記マトリクス材が、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項788に記載のセパレータ。
- ポリマーマトリクス材が、ポリエチレンオキサイド(PEO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、ポリテトラエチレングリコールジアクリレート、これらのコポリマー、またはこれらの混合物、PVDFおよび/またはPEOならびにこれらのコポリマー、PVDF:HFP(ポリフッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン)、PVDF:CTFE(ポリフッ化ビニリデン:クロロトリフルオロエチレン)、23重量%未満のCTFEを有するPVDF:CTFE、28重量%未満のHFPを有するPVDF:HFP、またはこれらの混合物を含む、請求項788に記載のセパレータ。
- 前記セパレータが、シャットダウンセパレータである、請求項788に記載のセパレータ。
- 電池セパレータ、コンデンサセパレータ、燃料電池膜、織布材料、衣服材料または層、ろ過材などを含む、新規または改良された多孔質または微多孔質基材用コーティング、ならびに、電池セパレータを含む、新規および/または改良されたコーティングされた多孔質基材、ならびに、より特定的には、電池セパレータ、コンデンサセパレータ、燃料電池膜、織布材料、衣服材料または層、ろ過材などを含む、新規または改良された多孔質基材用コーティングであって、少なくとも(i)ポリマーバインダ、(ii)任意選択的な有機および/もしくは無機耐圧縮性、耐デンドライト性、および/もしくは耐熱性粒子、ならびに(iii)架橋材、シャットダウン剤、低温シャットダウン剤、高温シャットダウン剤、接着剤、X線検出可能素子、摩擦低減剤、および/もしくは増粘剤からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含む、前記コーティング、ならびに/あるいは、電池セパレータを含む、新規および/もしくは改良されたコーティングされた多孔質基材であって、かかるコーティングが、少なくとも(i)ポリマーバインダ、(ii)任意選択的な有機および/もしくは無機耐圧縮性、耐デンドライト性、および/もしくは耐熱性粒子、ならびに(iii)架橋材、シャットダウン剤、低温シャットダウン剤、高温シャットダウン剤、接着剤、X線検出可能素子、摩擦低減剤、および/もしくは増粘剤からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含む、ならびに/または、前記X線検出可能剤もしくは素子が、金属、金属酸化物、金属リン酸塩、金属炭酸塩、X線蛍光物質、金属塩、金属硫酸塩、もしくはこれらの混合物から選択され、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、およびこれらの混合物からなる群から選択される、新規または改良された多孔質または微多孔質基材用コーティング。
- 新規および/または改良された、電池セパレータまたはセパレータ膜を含む、多孔質または微多孔質基材用コーティング、ならびに/あるいは、コーティングされた電池セパレータを含む、コーティングされた多孔質基材、ならびに/あるいは、かかるコーティングまたはコーティングされたセパレータを含む電池またはセル、ならびに/あるいは、これらの製造および/または使用方法を含めた関連方法;電池セパレータを含んでおり、少なくとも、ポリマーバインダと、添加剤、材料もしくは成分を含むもしくは含まない耐熱性粒子とを含む、多孔質基材用の新規もしくは改良されたコーティング、ならびに/または、電池セパレータを含む、新規または改良されたコーティングされた多孔質基材であって、コーティングが、少なくとも、ポリマーバインダと、添加剤、材料もしくは成分を含むもしくは含まない耐熱性粒子とを含む、前記多孔質基材;電池セパレータを含む、新規または改良された多孔質基材用コーティング、ならびに、電池セパレータを含む、新規および/または改良されたコーティングされた多孔質基材、ならびに、より特定的には、電池セパレータを含む、新規または改良された多孔質基材用コーティングであって、少なくとも(i)ポリマーバインダ、(ii)耐熱性粒子、ならびに(iii)架橋材、低温シャットダウン剤、接着剤、および増粘剤からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含む、前記コーティング、ならびに/あるいは、電池セパレータを含む、新規および/または改良されたコーティングされた多孔質基材であって、かかるコーティングが、少なくとも(i)ポリマーバインダ、(ii)耐熱性粒子、ならびに(iii)架橋材、低温シャットダウン剤、接着剤、増粘剤、摩擦低減剤、高温シャットダウン剤からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含む、前記多孔質基材;電池セパレータ、コンデンサセパレータ、燃料電池膜、織布材料、衣服材料または層、ろ過材などを含む、新規または改良された多孔質基材用コーティング、ならびに、電池セパレータを含む、新規および/または改良されたコーティングされた多孔質基材、ならびに、より特定的には、電池セパレータ、コンデンサセパレータ、燃料電池膜、織布材料、衣服材料または層、ろ過材などを含む、新規または改良された多孔質基材用コーティングであって、少なくとも(i)ポリマーバインダ、(ii)任意選択的な有機および/もしくは無機耐圧縮性、耐デンドライト性、および/もしくは耐熱性粒子、ならびに(iii)架橋材、シャットダウン剤、低温シャットダウン剤、高温シャットダウン剤、接着剤、X線検出可能素子、摩擦低減剤、および/もしくは増粘剤からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含む、前記コーティング、ならびに/あるいは、電池セパレータを含む、新規および/もしくは改良されたコーティングされた多孔質基材であって、かかるコーティングが、少なくとも(i)ポリマーバインダ、(ii)任意選択的な有機および/もしくは無機耐圧縮性、耐デンドライト性、および/もしくは耐熱性粒子、ならびに(iii)架橋材、シャットダウン剤、低温シャットダウン剤、高温シャットダウン剤、接着剤、X線検出可能素子、摩擦低減剤、および/もしくは増粘剤からなる群から選択される少なくとも1つの成分を含む、前記多孔質基材;本明細書に記載されている新規および/または改良されたセパレータは、以下の特徴または改良点のうち1つ以上を有しまたは示し得る:(1)SEMによって観察され、測定される、所望のレベルの空孔率;(2)透過性を示すのに望ましいガーレー数;(3)望ましい厚さ;(4)コーティングが公知のコーティングに対して改良されるような、ポリマーバインダの所望のレベルの合体;(4)別のコーティングもしくは材料がコーティング(例えば、粘着性(少なくとも、電解質によって湿潤しているとき)もしくは接着剤コーティング、ストライプもしくはスポットが加えられている)上に適用されるとき、および/またはコーティング(コーティング、または層)が圧縮もしくはカレンダリングされるとき、限定されないが、どのようにコーティングが混合されるか、どのようにコーティングが基材に適用されるか、どのようにコーティングが基材において乾燥されるかを含めた、コーティングされたセパレータの加工に起因する望ましい特性;(5)例えばホットチップ孔伝播研究における望ましい挙動によって示されるように改良された熱的安定性;(6)リチウム電池、例えば、リチウムイオン電池において使用されるときの低減された収縮;(7)コーティングにおける耐熱性粒子間の改良された接着性;(8)コーティングと基材との間の改良された接着性;(9)コーティングされたセパレータと電池の一方または両方の電極との間の改良された接着性;(10)改良されたピン除去力および/または摩擦係数(例えば、コーティングされていない基材または典型的なコーティングされた材料と比較して低減されたピン除去力および/または低減された摩擦係数);(11)電解質の改良された湿潤性またはウィッキング;ならびに/あるいは(12)改良された耐酸化性および/または高い電圧性能;セパレータは、一面(OSC)にコーティングされていてよく、二面(TSC)にコーティングされていてよく、一面にセラミックコーティング(CCS)を有していてよく(OSC CCS)、両面にセラミックコーティング(CCS)を有していてよく(TSC CCS)、一面にセラミックコーティング(CCS)を有し(OSC CCS)、また、他方の面にポリマーまたは粘着性コーティング(PCS)を有していてよく(OSC CCS/OSC PCS)、両面にセラミックコーティング(CCS)を有し(TSC CCS)、また、一面のCCSの上部にポリマーまたは粘着性コーティング(PCS)を有していてよく(TSC CCS/OSC PCS)、両面にセラミックコーティング(CCS)を有し(TSC CCS)、また、CCSのそれぞれの上部にポリマーまたは粘着性コーティング(PCS)を有していてよく(TSC CCS/TSC PCS)、少なくとも一面に物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)の上部にCCSを有していてよく(OSC VAD/OSC CCS)、両面において物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)の上部にCCSを有していてよく(TSC VAD/TSC CCS)、少なくとも一面において物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)の上部においてPCSを有していてよく(OSC VAD/OSC PCS)、両面において物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)の上部においてPCSを有していてよく(TSC VAD/TSC PCS)、一面における物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)の上部においてPCSを有し、また、他方の面における物理蒸着(PVD)、化学蒸着(CVD)または原子層堆積(ALD)の上部においてCCSを有していてよく(TSC VAD/OSC PCS/OSC CCS)、CCSの上部にPCSを有していてよく、PCSの上部にCCSを有していてよく、CCSの上部にVADを有していてよく、PCSの上部にVADを有していてよい;VADは有機および/または無機であり得;CCS粒子は有機および/または無機であり得、例えば、X線検出可能粒子または剤は、PE粒子またはビーズと混合され得る;ならびに、本明細書に示され、記載され、ならびに/あるいは特許請求の範囲に記載されているものなど、の特徴または改良点のうち1つ以上を有しまたは示し得る、多孔質または微多孔質基材用コーティング。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2024069104A JP2024099677A (ja) | 2018-01-22 | 2024-04-22 | 電池セパレータ及び二次リチウムイオン電池 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201862620087P | 2018-01-22 | 2018-01-22 | |
US62/620,087 | 2018-01-22 | ||
PCT/US2019/012257 WO2019143483A1 (en) | 2018-01-22 | 2019-01-04 | Improved coated separators, lithium batteries, and related methods |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2024069104A Division JP2024099677A (ja) | 2018-01-22 | 2024-04-22 | 電池セパレータ及び二次リチウムイオン電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021511637A true JP2021511637A (ja) | 2021-05-06 |
Family
ID=67302407
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020540384A Pending JP2021511637A (ja) | 2018-01-22 | 2019-01-04 | 改良されたコーティングされたセパレータ、リチウム電池および関連方法 |
JP2024069104A Pending JP2024099677A (ja) | 2018-01-22 | 2024-04-22 | 電池セパレータ及び二次リチウムイオン電池 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2024069104A Pending JP2024099677A (ja) | 2018-01-22 | 2024-04-22 | 電池セパレータ及び二次リチウムイオン電池 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US11949124B2 (ja) |
EP (1) | EP3743953A4 (ja) |
JP (2) | JP2021511637A (ja) |
KR (1) | KR20200108474A (ja) |
CN (1) | CN111615760A (ja) |
WO (1) | WO2019143483A1 (ja) |
Families Citing this family (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11978851B2 (en) * | 2019-03-05 | 2024-05-07 | Sk On Co., Ltd. | Coated separator for energy storage device |
US12062771B2 (en) * | 2019-03-08 | 2024-08-13 | Sk On Co., Ltd. | Coated electrode for energy storage device |
CN112436235B (zh) * | 2019-08-07 | 2022-05-27 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种无纺布隔膜及其制备方法和应用 |
CN110635089B (zh) * | 2019-09-27 | 2022-04-19 | 宁德卓高新材料科技有限公司 | 高透气性偏氟乙烯聚合物混涂隔膜的制备方法 |
CN111293256B (zh) * | 2020-02-17 | 2023-05-23 | 珠海冠宇电池股份有限公司 | 一种陶瓷颗粒、包括该陶瓷颗粒的隔膜及电池 |
CN111312967B (zh) * | 2020-02-27 | 2022-06-07 | 河北金力新能源科技股份有限公司 | 一种陶瓷涂覆浆料及其制备方法、锂电池隔膜、锂电池 |
US11575180B2 (en) * | 2020-03-19 | 2023-02-07 | Benq Materials Corporation | Separator and method for manufacturing thereof |
CN111978580B (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-08 | 河南银金达新材料股份有限公司 | 一种无涂层碎片的聚乙烯膜及其制备方法 |
CN114551855A (zh) * | 2020-11-24 | 2022-05-27 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 包含枝晶抑制剂保护涂层的电极和电化学电池 |
CN112619444B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-04-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 一种高通量复合膜、其制备方法及应用 |
CN112421046B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-10-11 | 南开大学 | 用于锂金属二次电池的单离子导电聚合物复合材料的制备方法 |
CN112886067B (zh) * | 2021-02-01 | 2022-04-26 | 上海恩捷新材料科技有限公司 | 一种同步式基底支撑的固态复合电解质膜的制备方法 |
CN117223164A (zh) * | 2021-02-17 | 2023-12-12 | 赛尔格有限责任公司 | 改进的粘性涂层、带涂层的膜、带涂层的电池隔膜以及相关方法 |
CN113278310B (zh) * | 2021-04-30 | 2022-06-17 | 惠州锂威新能源科技有限公司 | 一种复合陶瓷颗粒及其制备方法和应用 |
CN114235771B (zh) * | 2021-12-23 | 2023-10-03 | 重庆大学 | 一种重金属汞离子检测的传感检测方法 |
CN114628852B (zh) * | 2022-05-13 | 2022-09-09 | 宁德卓高新材料科技有限公司 | 一种阳离子选择性隔膜及其制备方法及应用 |
CN115064838B (zh) * | 2022-08-16 | 2022-10-25 | 中材锂膜(宁乡)有限公司 | 一种耐热针刺芳纶涂覆隔膜及其制备方法和电池 |
WO2024182302A1 (en) * | 2023-02-27 | 2024-09-06 | Celgard, Llc | Shutdown separators for battery systems |
CN117384394B (zh) * | 2023-12-13 | 2024-02-09 | 涿州市柯林电子产品有限公司 | 一种新能源锂电池用的循环散热冷凝胶及其制备工艺 |
CN118336162B (zh) * | 2024-06-13 | 2024-09-10 | 深圳市信宇人科技股份有限公司 | 一种锂电池隔膜用改性涂料及锂电池隔膜 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010008003A1 (ja) * | 2008-07-16 | 2010-01-21 | 東レ株式会社 | 蓄電デバイス用セパレータ |
WO2013080946A1 (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-06 | 日立マクセル株式会社 | 非水電解液電池用セパレータおよびそれを用いた非水電解液電池 |
JP2015536030A (ja) * | 2012-10-05 | 2015-12-17 | エルジー・ケム・リミテッド | セパレータ及びそれを備える電気化学素子 |
JP2015230796A (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-21 | ユニチカ株式会社 | セパレータ用コーティング材料、セパレータ形成用スラリー、セパレータ、および二次電池 |
WO2016123404A1 (en) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | Hercules Incorporated | Ceramic binder composition for ceramic coated separator for lithium ion batteries, methods of producing same, and uses thereof |
JP2016139604A (ja) * | 2014-12-30 | 2016-08-04 | 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co., Ltd. | 耐熱性多孔層形成用組成物、耐熱性多孔層を含む分離膜、分離膜を用いた電気化学電池、および分離膜の製造方法 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2732019B1 (fr) * | 1995-03-24 | 1997-06-13 | Flamel Tech Sa | Spiropyrannes photochromiques, compositions et articles les contenant |
US6602593B1 (en) | 1999-08-30 | 2003-08-05 | Celgard Inc. | Battery separators with reduced splitting propensity |
US6432586B1 (en) | 2000-04-10 | 2002-08-13 | Celgard Inc. | Separator for a high energy rechargeable lithium battery |
JP2002042893A (ja) * | 2000-07-31 | 2002-02-08 | Nissan Motor Co Ltd | 非水電解質リチウムイオン二次電池 |
RU2279158C2 (ru) * | 2003-10-21 | 2006-06-27 | ООО "Нанотехнологические материалы БАЛТИКА" | Нетканый микропористый материал для сепараторов химических источников тока и способ его получения |
JP2006073221A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Teijin Ltd | リチウムイオン二次電池用セパレータ及びリチウムイオン二次電池 |
JP5154349B2 (ja) * | 2008-09-09 | 2013-02-27 | 日東電工株式会社 | 電池用セパレータとその製造方法、並びに、リチウムイオン二次電池とその製造方法 |
KR101125013B1 (ko) * | 2009-07-29 | 2012-03-27 | 한양대학교 산학협력단 | 이온성 고분자를 포함하는 가교형 세라믹 코팅 분리막의 제조 방법, 이로부터 제조된 세라믹 코팅 분리막 및 이를 채용한 리튬이차전지 |
TWI481657B (zh) * | 2010-09-15 | 2015-04-21 | Asahi Kasei E Materials Corp | A phenol resin composition and a hardened embossed pattern, and a method for manufacturing the semiconductor |
US8900758B2 (en) * | 2011-10-13 | 2014-12-02 | Tokushu Tokai Paper Co., Ltd. | Separator for electrochemical device and process for preparing the same |
KR102341300B1 (ko) | 2012-08-07 | 2021-12-21 | 셀가드 엘엘씨 | 리튬 이온 배터리용의 개선된 세퍼레이터 막 및 관련 방법 |
CN202888282U (zh) * | 2012-09-24 | 2013-04-17 | 深圳市冠力新材料有限公司 | 一种锂离子电池用陶瓷复合隔膜 |
CN104051689B (zh) * | 2013-03-13 | 2020-06-02 | 三星Sdi株式会社 | 隔板和包括该隔板的可再充电锂电池 |
PL3227940T3 (pl) * | 2014-12-05 | 2021-10-18 | Celgard, Llc | Ulepszone, powlekane separatory do akumulatorów litowych i powiązane sposoby |
CN107408655A (zh) * | 2014-12-29 | 2017-11-28 | 赛尔格有限责任公司 | 用于锂离子二次电池的聚内酰胺涂覆的隔板膜及相关涂覆配方 |
KR101940166B1 (ko) * | 2016-04-14 | 2019-01-18 | 삼성에스디아이 주식회사 | 다공성 내열층 조성물, 다공성 내열층을 포함하는 분리막, 및 상기 분리막을 이용한 전기 화학 전지 |
WO2018017944A1 (en) * | 2016-07-22 | 2018-01-25 | Celgard, Llc | Improved coatings, coated separators, batteries, and related methods |
CN106611828A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-03 | 浙江长兴中俄新能源材料技术研究院有限公司 | 一种锂离子电池用复合隔离膜及其制备方法 |
-
2019
- 2019-01-04 US US16/964,000 patent/US11949124B2/en active Active
- 2019-01-04 WO PCT/US2019/012257 patent/WO2019143483A1/en unknown
- 2019-01-04 CN CN201980004555.4A patent/CN111615760A/zh active Pending
- 2019-01-04 KR KR1020207024009A patent/KR20200108474A/ko active Search and Examination
- 2019-01-04 EP EP19741350.3A patent/EP3743953A4/en active Pending
- 2019-01-04 JP JP2020540384A patent/JP2021511637A/ja active Pending
-
2024
- 2024-02-27 US US18/589,298 patent/US20240274976A1/en active Pending
- 2024-04-22 JP JP2024069104A patent/JP2024099677A/ja active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010008003A1 (ja) * | 2008-07-16 | 2010-01-21 | 東レ株式会社 | 蓄電デバイス用セパレータ |
WO2013080946A1 (ja) * | 2011-11-29 | 2013-06-06 | 日立マクセル株式会社 | 非水電解液電池用セパレータおよびそれを用いた非水電解液電池 |
JP2015536030A (ja) * | 2012-10-05 | 2015-12-17 | エルジー・ケム・リミテッド | セパレータ及びそれを備える電気化学素子 |
JP2015230796A (ja) * | 2014-06-04 | 2015-12-21 | ユニチカ株式会社 | セパレータ用コーティング材料、セパレータ形成用スラリー、セパレータ、および二次電池 |
JP2016139604A (ja) * | 2014-12-30 | 2016-08-04 | 三星エスディアイ株式会社Samsung SDI Co., Ltd. | 耐熱性多孔層形成用組成物、耐熱性多孔層を含む分離膜、分離膜を用いた電気化学電池、および分離膜の製造方法 |
WO2016123404A1 (en) * | 2015-01-28 | 2016-08-04 | Hercules Incorporated | Ceramic binder composition for ceramic coated separator for lithium ion batteries, methods of producing same, and uses thereof |
JP2018509493A (ja) * | 2015-01-28 | 2018-04-05 | ハーキュリーズ エルエルシー | リチウムイオン電池用セラミック被覆セパレータのためのセラミックバインダー組成物、その製造方法及びその用途 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3743953A4 (en) | 2022-04-20 |
KR20200108474A (ko) | 2020-09-18 |
US20240274976A1 (en) | 2024-08-15 |
EP3743953A1 (en) | 2020-12-02 |
US20210143511A1 (en) | 2021-05-13 |
US11949124B2 (en) | 2024-04-02 |
WO2019143483A1 (en) | 2019-07-25 |
JP2024099677A (ja) | 2024-07-25 |
CN111615760A (zh) | 2020-09-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2021511637A (ja) | 改良されたコーティングされたセパレータ、リチウム電池および関連方法 | |
US11879070B2 (en) | Coatings, coated separators, batteries, and related methods | |
JP6373387B2 (ja) | 電気化学素子用分離膜 | |
KR102180714B1 (ko) | 축전 디바이스용 세퍼레이터 및 그것을 사용한 적층체, 권회체, 리튬 이온 이차 전지 또는 축전 디바이스 | |
JP2022517191A (ja) | コーティングを施したミクロポーラス膜、並びに電池セパレーター、電池、車両、及びそれらを含むデバイス | |
WO2011118735A1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜及びその製造方法、非水系二次電池用セパレータ、並びに非水系二次電池 | |
WO2011118660A1 (ja) | ポリオレフィン微多孔膜、非水系二次電池用セパレータ、非水系二次電池及びポリオレフィン微多孔膜の製造方法 | |
CN111463390A (zh) | 改善的涂覆的分隔件、锂电池及相关方法 | |
KR20200050439A (ko) | 세퍼레이터 및 이를 포함하는 전기화학소자 | |
CN115136404B (zh) | 非水系二次电池用隔膜及非水系二次电池 | |
JP2011134563A (ja) | 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 | |
KR20200042429A (ko) | 전기화학소자용 세퍼레이터 및 이의 제조방법 | |
JP7041195B2 (ja) | 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 | |
JP7482935B2 (ja) | 非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 | |
JP2011190307A (ja) | ポリオレフィン微多孔膜、非水系二次電池用セパレータ及び非水系二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200925 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20211221 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20221221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230104 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230331 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230704 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20231004 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20231226 |