基于二氧化硅的粉末的用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及基于二氧化硅的粉末的新用途，即，用于制造锂离子电池的隔离元件 的用途。本发明还涉及由此获得的隔离元件且涉及包含该隔离元件的锂离子电池。
【背景技术】
[0002] 电池常被用作能源，尤其在便携式电子设备（电话、计算机、还有摄影机和电影摄 影机）中的能源，而且用作电动车辆中的能源。在电池中，尤其可以提及的是锂离子电池。
[0003] 这些电池通常由电解液、阳极和阴极组成，两个电极在物理上彼此隔离以便避免 任何短路。用于隔离阳极和阴极的屏障由一个或多个隔离元件产生，该隔离元件通常是隔 板（separator)，可选地涂覆有隔板涂层，或应用到一个或两个电极的电极涂层。
[0004] 美国专利US2012/015232、US2007/117025 和US2012/094184 描述了隔离屏障 的实施例。
[0005] 关于在电池（尤其是电解液）中所用的产品，隔离屏障必须具有高的离子通透性、 良好的机械强度和高的稳定性。
[0006] 通常，隔板包括一个或多个聚合物层，该聚合物层的总厚度通常从几微米至几十 微米。一个或多个隔板层还可以包括无机材料的颗粒，该无机材料例如为氧化铝或二氧化 硅，例如在US6, 627, 346中所述。这些无机颗粒被添加作为在隔板的表面处的涂层、或者 是以在形成一个或多个隔板层的聚合物中的填料的形式，以便显著改善在高温（尤其在电 池的失控的情况下）或高冲击的条件下隔板的机械强度，尤其在大体积的电池（例如包括 多个单元）中，或者需要更高的能量密度。
[0007] 然而，当隔板包括二氧化硅时，其电解液腐蚀耐性会变小，这限制了锂离子电池的 使用寿命。
[0008] 因此，需要包括隔离元件的锂离子电池，其包括二氧化硅且具有更长的使用寿命。
[0009] 本发明的一个目的是至少部分地满足该需求。
【发明内容】
[0010] 根据本发明，通过使用陶瓷氧化物粉末以制造锂离子电池的隔离元件来实现该目 的，基于陶瓷氧化物的质量以百分比计且总量为100%，该陶瓷氧化物粉末具有下列化学分 析：
[0011] Si02>85%
[0012] Al203〈10%
[0013] Zr02<10%
[0014] 其他陶瓷氧化物〈5%。
[0015] 该方法的特征在于，所述氧化物粉末具有小于40m2/g且大于5m2/g的比表面积 (优选通过BET方法测量）。
[0016] 如说明书的其余部分中将更具体地看出，发明人已经发现，该氧化物粉末改善了 电解液腐蚀耐性。另外，发明人观测到，该氧化物粉末改善了氧化物在起始进料中的可分散 性和隔离元件（尤其是隔板）的可成形性。
[0017] 优选地，氧化物粉末还包括一种、优选多种以下可选的特征：
[0018] -氧化物粉末优选具有在100°C下干燥4小时之后所测量的小于3%、小于2%、优 选小于1. 5%、优选小于1 %、优选小于0. 8%、优选小于0. 5%、优选小于0. 4%、或甚至小于 0. 3%、或甚至小于0. 1 %的含水量。有利地，由此进一步改善了耐腐蚀性。
[0019] -基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有大于90%、优选大于93%、优选大于 95%、优选大于97%、或甚至大于98%的510 2+41203+21〇2的含量。
[0020] -基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有大于87 %、优选大于88 %、或甚至大 于89 %和/或小于99. 8 %、或甚至小于99 %、或甚至小于98 %、或甚至小于95 %的Si(V# 量。
[0021] -基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有大于0. 05%、或甚至大于0. 2%、或 甚至大于0. 5%、或甚至大于1 %、或甚至大于2%、或甚至大于3%和/或小于8%、优选小 于6%、或甚至小于5%的A1203含量。
[0022] _基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有大于0. 05%、或甚至大于0. 5%、或 甚至大于1 %、或甚至大于2%、或甚至大于3%、或甚至大于4%和/或小于8%、优选小于 6%的Zr02含量。
[0023] _基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有小于4%、优选小于3%、优选小于 2%、优选小于1%、或甚至小于0. 5%、或甚至小于0. 1%的"其他陶瓷氧化物"含量。
[0024] -基于氧化物的质量百分比，Fe203+Na20+Ca0+P205的总和占所述"其他陶瓷氧化物" 的大于80 %、或甚至大于90 %。
[0025] _基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有小于0. 5%、优选小于0. 3%、优选小 于0.2%或甚至小于0.1%的？6203含量。
[0026] -基于氧化物的质量百分比，氧化物粉末具有小于0. 5%、优选小于0. 3%、优选小 于0.2%或甚至小于0.1%的己05含量。
[0027] -基于氧化物粉末的质量百分比，氧化物粉末具有小于0. 1 %、或甚至小于 0. 05%、或甚至小于0. 01%、或甚至小于0. 001 %的金属铁含量。
[0028] -基于氧化物粉末的质量百分比，氧化物粉末具有小于0. 5%、优选小于0. 1 %、或 甚至小于0.05%的游离碳含量。
[0029] -基于氧化物粉末的质量百分比，氧化物粉末具有小于0. 5%、优选小于0. 1 %、或 甚至小于0. 05 %、或甚至小于0. 01 %的碳化硅含量。氧化物粉末具有小于30m2/g、优选小 于20m2/g、优选小于15m2/g的比表面积。
[0030] -氧化物粉末具有大于0. 8、优选大于0. 85、或甚至大于0. 9的球形指数。有利地， 由此改善所述粉末的用途。
[0031] -所述氧化物粉末的按质量计小于10%、优选小于5%、优选小于1%的二氧化硅 是晶体，余量为非晶相。在一个实施方式中，所述氧化物粉末的二氧化硅基本上全部是非晶 形式。
[0032] -所述氧化物粉末的相对密度为大于绝对密度的98%、或甚至大于绝对密度的 99 %、或甚至大于绝对密度的99. 5 %。
[0033] -氧化物粉末具有小于10ym、优选小于8ym、优选小于5ym、更优选小于2ym的 D99.5百分位。
[0034] -氧化物粉末具有小于8ym、优选小于5ym、优选小于2ym、更优选小于1ym的 D9(l百分位。
[0035] -氧化物粉末具有小于2ym、优选小于1ym、优选小于0. 8ym、优选小于0. 5ym 且优选大于〇. 05ym、优选大于0. 1ym的D5(l百分位。
[0036] _氧化物粉末具有小于10、或甚至小于5的（D9CI-D1(i)/D5CI比率。
[0037] _氧化物粉末具有大于0. 2g/cm2和/或小于lg/cm2的未振实（untapped)密度。
[0038] -在一个实施方式中，氧化物粉末的表面被功能化，例如，以便使所述粉末疏水、或 者以便改善其在聚合物中的分散，例如，通过使用基于硅烷或硅氧烷或六甲基二硅氮烷的 接枝。
[0039] 隔离元件尤其可以是如下文所述的根据本发明的装置的隔板和/或隔膜和/或隔 板涂层和/或电极涂层。
[0040] 本发明还涉及选自隔板、作为由多个膜的叠置组成的隔板的一部分的隔膜、涂覆 有一个或多个隔板涂层的隔板、涂覆有电极涂层的阳极和涂覆有电极涂层的阴极的装置，
[0041] -隔板（不管是否涂覆）或隔膜，和/或
[0042] -隔板涂层和/或
[0043] -电极涂层
[0044] (通常"隔离元件"），在500°C下煅烧2小时后，基于陶瓷氧化物的质量百分比以 及总量为100%，其具有以下化学分析：
[0045] Si02>85%
[0046] Al203〈10%
[0047] Zr02<10%
[0048] 其他陶瓷氧化物〈5%，
[0049] 且值得注意的是，它包括这些氧化物的颗粒，以及其特征在于，这些陶瓷氧化物的 颗粒的比表面积小于40m2/g且大于5m2/g。
[0050] 该隔离元件被描述作为"根据本发明"的隔离元件。
[0051] 本发明还涉及一种锂离子电池，包括阳极和阴极（整体看作"电极"）、以及定位在 阳极和阴极之间的隔离屏障，所述隔离屏障包括可选地包括多个隔膜的隔板，以及可选地， 一个或多个应用到隔板和/或阳极和/或阴极的涂层，以隔离阳极和阴极，至少一个选自由 所述隔板、所述隔膜和隔板和/或电极涂层所形成的群组的隔离元件是根据本发明的隔离 元件。
[0052] 本发明还涉及用于制造包括阳极、阴极以及在阳极和阴极之间的隔离屏障的锂离 子电池的方法，隔离屏障包括隔板，可选地一个或多个应用到隔板的隔板涂层以及可选地 一个或多个应用到阳极和/或阴极的涂层以隔离阳极和阴极，至少一个选自由所述隔板、 所述隔板的膜和隔板和/或电极涂层所形成的群组的隔离元件是根据本发明的隔离元件。
[0053] 定义
[0054] -表述"颗粒的尺寸"应被理解成意味着通过采用激光粒度仪进行的通常以粒径分 布表征给出的颗粒的尺寸。此处所用的激光粒度仪是来自HORIBA的ParticaLA-950。
[0055]-第10(D1Q)、第50(D5Q)、第90(D9Q)和第9