КЕРАМИЧЕСКИЙ СЕПАРАТОР Российский патент 2021 года по МПК H01M10/56 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СВЯЗАННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка испрашивает приоритет по заявке на патент Тайваня 108138055, поданной в Тайваньское патентное ведомство 22 октября 2019 г., полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к сепаратору электрохимической системы, в частности к керамическому сепаратору.

Предшествующий уровень техники

В эпоху энергетического кризиса и энергетической революции очень важную роль играет вторичная химическая энергия, особенно металло-ионные батареи с высокой удельной энергией и удельной мощностью, такие как натрий-ионные батареи, алюминий-ионные батареи, магний-ионные батареи или литий-ионные батареи. Эти батареи используются в информационных и потребительских электронных продуктах, а недавно область их применения расширилась за счет электрических транспортных средств.

В обычных металло-ионных батареях наиболее распространенным способом предотвращения физического контакта между положительным и отрицательным электродами является использование сепаратора. Кроме требований по обеспечению электрической изоляции, есть еще одно важное требование к сепаратору - он должен иметь определенную ионную проводимость, позволяющую ионам свободно проходить для протекания электрохимических реакций. Поэтому выбор сепаратора играет важную роль в плотности энергии, удельной мощности, эффективности цикла и безопасности батарей. Кроме того, сепаратор должен обладать химической и электрохимической стабильностью для материалов электролита и электродов, а также иметь определенную механическую прочность и стойкость к высоким температурам, чтобы эффективно отделять положительный электрод от отрицательного электрода, если батарея проколота или размягчилась под воздействием высокой температуры. Например, в первичных литиевых батареях в настоящее время обычно используются микропористые мембраны из полипропилена, а во вторичных литиевых батареях - микропористые мембраны из полипропилена и полиэтилена. Однако свойства электрической изоляции сепаратора, состоящего из этих полимерных материалов, оставляют желать лучшего, если батарея проколота или функционирует в условиях высоких температур. Поэтому полимерный сепаратор не подходит для использования в батареях с высокой выходной мощностью и относительно высокотемпературной рабочей средой.

Документ WO 2017030390 A1 описывает твердый электролит и способ его получения, который предусматривает добавление ионопроводящей присадки к соединению на основе сульфида. Также описывается способ приготовления комплекса с использованием "влажного" процесса и полностью твердотельная батарея, содержащая этот комплекс в электродном слое. Вследствие этого, ионная проводимость значительно улучшается по сравнению с твердым электролитом, полученным при помощи общеизвестного "влажного" процесса. Кроме того, за счет применения в полностью твердотельной батарее активного материала электрода, покрытого твердым электролитом, повышается емкость.

Также, может быть улучшен ток разряда. Однако такой комплекс может применяться только совместно с электролитом на основе сульфида, и на практике процесс его производства является достаточно сложным.

В связи с этим, в данном изобретении предлагается керамический сепаратор, отвечающий указанным выше требованиям.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является предоставление керамического сепаратора, в основном содержащего множество пассивных керамических частиц. Ионопроводящий материал располагается между пассивными керамическими частицами для достижения высокотемпературной стабильности и хороших электроизоляционных свойств в условиях высоких температур.

Для реализации вышеупомянутого в настоящем изобретении предлагается керамический сепаратор, который в основном включает в себя множество пассивных керамических частиц и ионопроводящий материал, расположенный между пассивными керамическими частицами. Массовое содержание пассивных керамических частиц превышает 40% от общей массы керамического сепаратора. Ионопроводящий материал в основном состоит из полимерного основного материала, который позволяет ионам металлов перемещаться внутри материала, присадки, которая способна диссоциировать соли металлов и служит пластификатором, и материала, служащего источником ионов.

Дальнейший объем применимости настоящего изобретения станет очевидным из подробного описания, приведенного ниже. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, раскрывающие предпочтительные варианты осуществления изобретения, даны только в качестве иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения станут очевидными для специалистов в данной области техники из этого подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, приведенного ниже только для иллюстрации, и, таким образом, не ограничивающего настоящее изобретение, в котором:

Фиг. 1А представляет собой схематическое представление пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1В - схематическое представление поверхности контакта между областью соединения и пассивными керамическими частицами в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1C-1F представляют собой схематические представления различных вариантов осуществления пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением.

Чертежи 2A-2F - схематические представления вариантов осуществления пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением.

Чертеж 2G - частичный увеличенный вид Фиг. 2А.

Фиг. 3А-3Е представляют собой схематические представления различных вариантов осуществления пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение будет описано со ссылками на варианты осуществления и конкретные чертежи, но изобретение не ограничивается ими, а только формулой изобретения. Любые ссылочные обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничение его объема. Чертежи являются лишь схематическим описанием и не ограничивают объем изобретения. На чертежах размеры некоторых элементов могут быть преувеличены и не изображены в масштабе в иллюстративных целях.

Используемая здесь терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения общей концепции изобретения. Используемые здесь формы единственного числа (например "a", "an" и "the") подразумевают использование также и форм множественного числа, если контекст явно не указывает на иное. Если не указано иное, все термины (включая технические и научные термины), используемые в данном документе, имеют те же значения, которые применяют рядовые специалисты в области техники, к которой относятся описанные в качестве примеров варианты осуществления. Кроме того, следует понимать, что термины, определенные в широко применяемых словарях, должны интерпретироваться в соответствии со значениями, которые согласуются с их значениями в контексте соответствующей области техники, и не должны интерпретироваться в идеализированном или чрезмерно формальном смысле, если только это прямо не определено в данном документе.

Ссылка в данном описании на «определенный вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по крайней мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в различных местах данного описания не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления, но могут к нему относиться. Кроме того, конкретные особенности, структуры или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим способом, как будет очевидно для рядового специалиста в данной области техники из этого раскрытия, в одном или нескольких вариантах осуществления.

В описании настоящего изобретения следует отметить, что термины «установка», «подключенный», «соединенный» и «расположенный» следует понимать в широком смысле, например, подключение может быть механическим или электрическим, непосредственным или опосредованным, через промежуточную среду, которая может быть внутренним соединением между двумя компонентами. Специалисты в данной области могут понять конкретные значения приведенных выше терминов в настоящем изобретении в конкретных обстоятельствах.

Во-первых, керамический сепаратор в соответствии с настоящим изобретением адаптирован для использования в электрохимической системе для разделения положительного электрода и отрицательного электрода для предотвращения физического контакта между ними. Керамический сепаратор в основном включает в себя множество пассивных керамических частиц и ионопроводящий материал, расположенный между пассивными керамическими частицами. Массовое содержание пассивных керамических частиц превышает 40% от общей массы керамического сепаратора. Ионопроводящий материал в основном состоит из полимерного основного материала, который позволяет ионам металлов, таким как ионы лития, перемещаться внутри материала, присадки, которая служит пластификатором и способна диссоциировать соли металлов, такие как соли лития, а также материала, служащего источником ионов. Керамический сепаратор в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что для переноса ионов используется материал с ионной проводимостью. Пассивные керамические частицы, массовое содержание которых составляет более 40% от общей массы керамического сепаратора, выступают в качестве основной структурной опоры керамического сепаратора. Таким образом, достигается высокотемпературная стабильность и хорошие электроизоляционные свойства в условиях высоких температур. Кроме того, ионопроводящий материал дополнительно включает в себя материал, ингибирующий рост кристаллов, чтобы сделать состояние первичной решетки ионопроводящего материала аморфным для облегчения переноса ионов.

Структура, образованная штабелированием пассивных керамических частиц, определяется в данном изобретении как «структурная опора». Керамические частицы представляют собой относительно жесткие части по сравнению с другими составляющими керамического сепаратора, такими как ионопроводящий материал. Следовательно, длина, ширина и высота керамического сепаратора в основном поддерживаются или создаются керамическими частицами.

Вышеупомянутый полимерный основной материал, который позволяет ионам металлов, таким как ионы лития, перемещаться внутри материала, относится к материалу, который сам по себе не содержит ионов металлов, таких как ионы лития (в состоянии исходных материалов или в начале электрохимической реакции), но может переносить ионы металлов, например ионы лития. Например, полимерный основной материал может быть линейным структурным материалом, не содержащим солей, таким как полиэтиленоксид (ПЭО), или ПЭО, уже содержащим соли, материалом, служащим источником ионов, таким как ПЭО-LiCF₃SO₃, композитным твердым полимером ПЭО-LiTFSI-Al₂O₃, композитным твердым полимером ПЭО-LiTFSI-10% TiO₂, композитным твердым полимером ПЭО-LiTFSI-10% HNT, композитным твердым полимером ПЭО-LiTFSI-10% MMT, композитным твердым полимером ПЭО-LiTFSI-1% LGPS или ПЭО-LiClO₄-LAGP. Или в дополнение к способности переносить ионы металлов, такие как ионы лития, это также материал, который может увеличивать механическую прочность пленкообразования за счет его сшитой структуры, такой как диакрилат полиэтиленгликоля (PEGDA), диметакрилат полиэтиленгликоля (PEGDMA), монометиловый эфир полиэтиленгликоля (PEGME), диметиловый эфир полиэтиленгликоля (PEGDME), сополимер полиэтиленоксид-2-2-метоксиэтоксиэтилглицидиловый эфир (ПЭО/MEEGE), гиперразветвленный полимер, такой как полибистриэтиленгликоль бензоат, или полинитрил, такой как полиакрилонитрил (PAN), полиметакрилонитрил (PMAN) или поли-N-2-цианоэтилэтиленамин (PCEEI).

Материал, ингибирующий рост кристаллов, выбирается из материалов для уменьшения кристалличности, таких как полиэтилметакрилат (РЕМА), полиметилметакрилат (РММА), полиоксиэтилен, полицианоакрилат (РСА), полиэтиленгликоль (PEG), поливиниловый спирт (PVA), поливинилбутираль (PVB), поливинилхлорид (ПВХ), ПВХ-РЕМА, ПЭО-РММА, полиакрилонитрил-со-метилметакрилат P(AN-co-MMA), PVA-PVdF, PAN-PVA, ПВХ-РЕМА, поликарбонаты, такие как сополимер этиленоксида и этиленкарбоната (РЕОЕС), полиэдрический олигомерный силсесквиоксан (POSS), полиэтиленкарбонат (РЕС), полипропиленкарбонат (РРС), полиэтилглицидиловый эфир карбонат (P(Et-GEC) или политретбутил глицидиловый эфир карбонат P(tBu-GEC), циклические карбонаты, такие как политриметиленкарбонат (РТМС), соединения на основе полисилоксана, такие как полидиметилсилоксан (PDMS), полидиметилсилоксан-со-этиленоксид P(DMS-co-EO), или полисилоксан-g-этиленоксид, полиэстеры, такие как этиленадипат, этиленсукцинат или этиленмалонат. Кроме того, материал, ингибирующий рост кристаллов, может быть поливинилидендифторидгексафторпропиленом (PvdF- HFP), поливинилидендифторидом (PvdF) или поли-ε-капролактоном (PCL).

Присадка, способная диссоциировать соли металлов, такие как соли лития, и служащая пластификатором, может быть выбрана из пластических кристаллических электролитов (РСЕ), таких как сукцинонитрил (SN) [ETPTA//SN; ПЭО/SN; PAN/PVA-CN/SN], N-этил-N-метилпирролидиний, [C2mpyr] + анионы N,N-диэтилпирролидиний, [C2Epyr], четвертичный алкиламмоний, n-алкилтриметилфосфоний, [Р1,1,1,n], декаметилферроцений, [Fe(С5Ме5)2], трифлат 1-N,N-диметиламмоний-2-аммоний этан ([DMEDAH2][Tf]2, анионы могут быть типов [FSI], [FSA], [CFSA], [BETA]), LiSi(CH₃)₃(SO₄) или триметилтриметилсилилсульфат лития, или ионная жидкость, которая может быть выбрана из имидазолия, такого как анион / бистрифторметансульфонилимид, анион / бисфторсульфонилимид, или анион / трифторметансульфонат, или аммония, такого как анион / бистрифторметансульфонилимид, или пирролидиния, такого как анион / бистрифторметансульфонил или бистрифторметансульфонилимид, анион / бисфторсульфонилимид или пиперидиния, такого как анион / бистрифторметансульфонилимид, анион / бисфторсульфонилимид.

Материал, служащий источником ионов, может быть литиевой солью, такой как LiTFSI, LiFSI, LiBF₄ или LiPF₆.

Кроме того, ионопроводящий материал дополнительно включает в себя вторую легирующую добавку с частицами нанометрового масштаба, которая выбирается из пассивного керамического материала, неорганического твердого электролита или их сочетания. Если вторая легирующая добавка является пассивным керамическим материалом, количество используемых полимерных основных материалов и присадок может быть уменьшено, а пленкообразующая способность также может быть улучшена за счет того, что пассивный керамический материал служит усилителем пленкообразования. Пассивный керамический материал может быть, например, диоксидом кремния.

Кроме того, за счет добавления присадки улучшается текучесть полимерного основного материала. Таким образом, полимерный основной материал будет иметь более высокую ионную проводимость и более слабые механические свойства при комнатной температуре, чтобы покрывать внешнюю поверхность пассивных керамических частиц или заполнять поры на поверхности пассивных керамических частиц. Более того, присадки, такие как ионные жидкости, являются нелетучими веществами. Не возникнет связанных с ними проблем с образованием горючего газа. Также, ионопроводящий материал не вызовет уменьшения размера и снижения ионной проводимости из-за испарения добавленной присадки в процессе высыхания.

В следующих вариантах осуществления представлены первая частица и вторая частица, являющиеся пассивными керамическими частицами, а также ионопроводящий материал керамического сепаратора, которые позволят продемонстрировать относительную структуру или положения элементов данного изобретения. Ограничений на количество пассивных керамических частиц керамического сепаратора не существует.

См. Фиг. 1А, на которой изображен один из вариантов осуществления пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением. Как показано, керамический сепаратор 1 включает в себя первую частицу 11, которая является первой пассивной керамической частицей, вторую частицу 12, которая является второй пассивной керамической частицей, и область соединения 13 расположена между первой частицей 11 и второй частицей 12 и состоит из ионопроводящего материала, который служит каналом передачи ионов. Как упоминалось выше, текучесть полимерного основного материала улучшается путем добавления присадки, такой как ионная жидкость. Полимерный основной материал будет иметь более высокую ионную проводимость и более слабые механические свойства при комнатной температуре, чтобы заполнять пространство между первой частицей 11 и второй частицей 12. Следовательно, первая частица 11 может контактировать с другой частицей непосредственно, поверхность к поверхности, или же иметь близкий контакт за счет пропиточного покрытия, контактирующего через область соединения 13.

Непосредственный контакт поверхность к поверхности или близкий контакт за счет пропиточного покрытия в соответствии с настоящим изобретением показан на Фиг. 1В. Например, первая частица 11 представляет собой сферу с радиусом D1, а вторая частица 12 представляет собой сферу с радиусом D2. Область контакта между областью соединения 13 и первой частицей 11 имеет длину дуги r1 с центральным углом θ1. Следовательно, длина дуги r1 будет равна 2πD1*θ1/360, 0<θ1<90. Область контакта между областью соединения 13 и второй частицей 12 составляет дугу длиной r2 с центральным углом θ2. Следовательно, длина дуги r2 будет равна 2πD2*θ2/360, 0<θ2<90. Эффективные длины контакта первой частицы 11 и второй частицы 12 это длины дуг r1 и r2.

Кроме пропускания ионов, вышеуказанный полимерный основной материал керамического сепаратора функционирует как адгезив и пленкообразователь для слипания или контакта первой частицы 11 и второй частицы 12 по типу контакта поверхность к поверхности или близкого контакта за счет пропиточного покрытия.

См. Фиг. 1С, на которой показан другой вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано, поверхности области соединения 13, которые не контактируют с первой частицей 11 и второй частицей 12, содержат первую легирующую добавку 14. Первая легирующая добавка 14 выбирается из третьей пассивной керамической частицы, неорганического твердого электролита или их сочетания с размером частиц меньше, чем размер первой частицы 11 и второй частицы 12. Кроме того, первая легирующая добавка 14 может доходить до внешних поверхностей первой частицы 11 и второй частицы 12, как показано на Фиг. 1D. Кроме того, первая легирующая добавка 14 может распространяться только на одну из внешних поверхностей первой частицы 11 и второй частицы 12.

См. Фиг. 1Е, на которой показан еще один вариант осуществления настоящего изобретения. Как показано, область соединения 13 дополнительно включает в себя вторую легирующую добавку 15 с частицами нанометрового масштаба, причем вторая легирующая добавка 15 выбирается из неорганического твердого электролита, пассивного керамического материала или их сочетания.

Вариант осуществления, в котором вторая легирующая добавка 15 смешивается в области соединения 13, может быть объединен с вышеупомянутым вариантом осуществления, показанным на Фиг. 1С или 1D. Например, обратитесь к Фиг. 1F, на котором вторая легирующая добавка 15 смешивается в области соединения 13, и поверхности области соединения 13, которые не контактируют с первой частицей 11 и второй частицей 12, включают первую легирующую добавку 14.

В последующих вариантах осуществления компоненты с одинаковой структурой, материалом или характеристиками будут обозначены одним и тем же названием и номером.

См. Фиг. 2А, на которой показан другой вариант осуществления пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением. Как показано, керамический сепаратор 2 включает в себя первую частицу 11, вторую частицу 12 и первый слой оболочки 21, который покрывает внешнюю поверхность первой частицы 11. Первый слой оболочки 21, состоящий из ионопроводящего материала, используется для соединения первой частицы 11 и второй частицы 12. Как показано на Фиг. 2G, которая представляет собой частичный увеличенный вид Фиг. 2А, поскольку ионопроводящий материал имеет более слабые механические свойства, место соединения второй частицы 12 и первого слоя оболочки 21 выполняется по типу контакта поверхность к поверхности или близкого контакта за счет пропиточного покрытия, вместо типа контакта точка к точке. В последующем описании компоненты, образованные ионопроводящим материалом, будут иметь тот же тип контакта за счет пропиточного покрытия при соприкосновении с другим веществом (частицей) с твердой поверхностью или фиксированной формой.

См. Фиг. 2В, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 2А первая легирующая добавка 14 содержится на внешней поверхности первого слоя оболочки 21 и далее распространяется на внешнюю поверхность второй частицы 12. Пожалуйста, обратитесь к Фиг. 2С, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 2В вторая легирующая добавка 15 смешана с первым слоем оболочки 21. Пожалуйста, обратитесь к Фиг. 2D, второй слой оболочки 22 может быть сформирован на внешней поверхности второй частицы 12. Второй слой оболочки 22 также состоит из ионопроводящего материала.

См. Фиг. 2Е, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 2D первая легирующая добавка 14 содержится на внешней поверхности первого слоя оболочки 21 и второго слоя оболочки 22. Кроме того, первая легирующая добавка 14 может содержаться только на одной из внешних поверхностей первого слоя оболочки 21 или второго слоя оболочки 22. Пожалуйста, обратитесь к Фиг. 2F, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 2Е вторая легирующая добавка 15 смешивается с первым слоем оболочки 21 и вторым слоем оболочки 22. Кроме того, вторая легирующая добавка 15 может быть смешана с первым слоем оболочки 21 или вторым слоем оболочки 22.

См. Фиг. 3А, на которой показан еще один вариант осуществления пассивных керамических частиц и ионопроводящего материала керамического сепаратора в соответствии с настоящим изобретением. Как показано, керамический сепаратор 3 включает первую частицу 11, вторую частицу 12, первый слой оболочки 21, который покрывает внешнюю поверхность первой частицы 11, второй слой оболочки 22, который покрывает внешнюю поверхность второй частицы 12, и область соединения 13, которая расположена между первым слоем оболочки 21 и вторым слоем оболочки 22 и соединяется или приклеивается между ними. Первый слой оболочки 21, второй слой оболочки 22 и область соединения 13 состоят из ионопроводящего материала. Пожалуйста, обратитесь к Фиг. 3В, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 3А первая легирующая добавка 14 содержится на внешних поверхностях области соединения 13, которые не контактируют с первым слоем оболочки 21 и вторым слоем оболочки 22. Пожалуйста, обратитесь к Фиг. 3С, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 3В первая легирующая добавка 14 дополнительно распространяется на внешние поверхности первого слоя оболочки 21 и второго слоя оболочки 22. Кроме того, первая легирующая добавка 14 может также распространяться только на одну из внешних поверхностей первого слоя оболочки 21 или второго слоя оболочки 22.

См. Фиг. 3D, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 3С, вторая легирующая добавка 15 смешана с первым слоем оболочки 21, вторым слоем оболочки 22 и областью соединения 13.

См. Фиг. 3Е, по сравнению с вариантом осуществления на Фиг. 3D первая легирующая добавка 14 распространяется на внешние поверхности первого слоя оболочки 21, области соединения 13 и второго слоя оболочки 22.

Первая легирующая добавка 14 и вторая легирующая добавка 15 в соответствии с настоящим изобретением представляют собой пассивные керамические частицы, имеющие размер меньший, чем размеры первой частицы 11 и второй частицы 12. Количество используемого ионопроводящего материала может быть уменьшено, а также легирующие добавки могут служить усилителями пленкообразования.

Первая частица 11 и вторая частица 12 могут быть одним и тем же или разными материалами, а первая легирующая добавка 14 и вторая легирующая добавка 15 также могут быть одним и тем же или разными материалами.

Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает керамический сепаратор, который в основном включает в себя множество пассивных керамических частиц и ионопроводящий материал, расположенный между пассивными керамическими частицами. Массовое содержание пассивных керамических частиц превышает 40% от общей массы керамического сепаратора. Ионопроводящий материал в основном состоит из полимерного основного материала, который позволяет ионам металлов перемещаться внутри материала, присадки, которая способна диссоциировать соли металлов и служит пластификатором, а также материала, служащего источником ионов. Керамический сепаратор в соответствии с настоящим изобретением обладает высокотемпературной стабильностью и хорошими электроизоляционными свойствами в условиях высоких температур.

Очевидно, что описанное здесь изобретение может быть изменено многими способами. Такие изменения не следует рассматривать как отступление от сущности и объема изобретения, и все такие модификации, которые будут очевидны специалисту в данной области техники, предназначены для включения в объем следующей формулы изобретения.

Изобретение относится к сепаратору электрохимической системы, в частности, к керамическому сепаратору. Согласно изобретению, керамический сепаратор в основном включает в себя множество пассивных керамических частиц и ионопроводящий материал, расположенный между пассивными керамическими частицами. Массовое содержание пассивных керамических частиц превышает 40% от общей массы керамического сепаратора. Ионопроводящий материал в основном состоит из полимерного основного материала, который позволяет ионам металлов перемещаться внутри материала, и присадки, которая способна диссоциировать соли металлов и служит пластификатором. Техническим результатом изобретения является высокотемпературная стабильность и хорошие электроизоляционные свойства в условиях высоких температур. 17 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Керамический сепаратор, применяемый для разделения положительного электрода и отрицательного электрода электрохимической системы, содержащий:

множество пассивных керамических частиц; а также

ионопроводящий материал, расположенный между пассивными керамическими частицами, при этом ионопроводящий материал включает в себя:

полимерный основной материал, способный позволять ионам металлов перемещаться внутри;

присадку, способную диссоциировать соли металлов и служить пластификатором; а также материал, служащий источником ионов;

в котором пассивные керамические частицы присутствуют в количестве более 40 процентов от общей массы.

2. Керамический сепаратор по п. 1, в котором ионопроводящий материал дополнительно содержит материал, препятствующий росту кристаллов.

3. Керамический сепаратор по п. 1, в котором материал, служащий источником ионов, представляет собой соль лития.

4. Керамический сепаратор по п. 1, в котором ионопроводящий материал дополнительно содержит вторую легирующую добавку с частицами нанометрового масштаба, которая выбирается из пассивного керамического материала, неорганического твердого электролита или их сочетания.

5. Керамический сепаратор по п. 1, в котором полимерный основной материал выбирается из полиэтиленоксида (ПЭО), диакрилата полиэтиленгликоля (PEGDA), диметакрилата полиэтиленгликоля (PEGDMA), монометилового эфира полиэтиленгликоля (PEGME), диметилового эфира полиэтиленгликоля (PEGDME), сополимера полиэтиленоксид-2-2-метоксиэтоксиэтилглицидилового эфира (ПЭО/MEEGE), гиперразветвленного полимера или полинитрила.

6. Керамический сепаратор по п. 1, в котором присадка является пластическими кристаллическими электролитами (PCE) или ионной жидкостью.

7. Керамический сепаратор по п. 1, в котором пассивные керамические частицы включают первую частицу и вторую частицу, прилежащую к первой частице, а ионопроводящий материал расположен на внешней поверхности первой частицы для образования первого слоя оболочки.

8. Керамический сепаратор по п. 7, в котором ионопроводящий материал дополнительно расположен на внешней поверхности второй частицы для формирования второго слоя оболочки для контакта с первым слоем оболочки.

9. Керамический сепаратор по п. 8, в котором внешние поверхности первого слоя оболочки и второго слоя оболочки включают первую легирующую добавку, причем размер частиц первой легирующей добавки меньше размера пассивных керамических частиц.

10. Керамический сепаратор по п. 9, в котором первая легирующая добавка выбирается из пассивного керамического материала, неорганического твердого электролита или их сочетания.

11. Керамический сепаратор по п. 8, в котором ионопроводящий материал образует область соединения между первым слоем оболочки и вторым слоем оболочки.

12. Керамический сепаратор по п. 11, в котором поверхности области соединения, которые не находятся в контакте с первой частицей и второй частицей, содержат первую легирующую добавку, причем размер частиц первой легирующей добавки меньше размера пассивных керамических частиц.

13. Керамический сепаратор по п. 12, в котором первая легирующая добавка дополнительно распространяется на внешние поверхности первой частицы и второй частицы.

14. Керамический сепаратор по п. 12, в котором первая легирующая добавка выбирается из пассивного керамического материала, неорганического твердого электролита или их сочетания.

15. Керамический сепаратор по п. 1, в котором пассивные керамические частицы включают первую частицу и вторую частицу, а ионопроводящий материал расположен между первой частицей и второй частицей для образования области соединения для сцепления первой частицы и второй частицы.

16. Керамический сепаратор по п. 15, в котором поверхность области соединения, которая не находится в контакте с первой частицей и второй частицей, включает первую легирующую добавку, причем размер частиц первой легирующей добавки меньше размера пассивных керамических частиц.

17. Керамический сепаратор по п. 16, в котором первая легирующая добавка дополнительно распространяется на внешние поверхности первой частицы и второй частицы.

18. Керамический сепаратор по п. 17, в котором первая легирующая добавка выбирается из пассивного керамического материала, неорганического твердого электролита или их сочетания.