[發明專利]多組分復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 01802389.4
• 申請日: 2001-08-11
• 公開（公告）號: CN1388993A
• 公開（公告）日: 2003-01-01
• 發明（設計）人: 李成璡;李香穆;安諄昊;趙真衍;龍賢姮;李炯根;李相英;宋憲植;樸諄龍;慶有真;安秉寅
• 申請（專利權）人: LG化學株式會社
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 李悅

參照的相關專利申請

本申請是以2000年8月12日和2001年5月5日向韓國工業產權局提交的申請號分別為2000-46735和2001-11191的專利申請為基礎，其內容引入本發明作為參考。

發明背景

(a)發明領域

本發明涉及一種多組分復合膜及其制備方法；更具體地說，涉及一種用于電化學設備中聚合物電解質的多組分復合膜及其制備方法，以及采用該多組分復合膜的聚合物電解質體系。

(b)相關技術的描述

近幾年來，蓄能技術已越來越多地引起了人們的興趣和廣泛地研究，例如：移動電話、便攜式攝像機、手提式電腦和電動汽車等都普遍使用了可蓄能的設備。特別是可進行充放電的二次電池更是引起了人們的廣泛關注，對于其電極和聚合物電解質的新進展，又使其性能得到了進一步地改善，例如循環壽命和電容量等等。聚合物電解質對于制備穩定的、高性能的電池是非常重要的，因此對于滿足各項性能要求的聚合物電解質的研究開發是非常必要的。

電解質可分為液體電解質和固體電解質。液體電解質包含溶解和離解于有機溶劑的鹽類，其具有很好的離子導電性。通常液體電解質與聚合物隔膜一起使用，例如聚烯烴等聚合物薄膜，電解液可滲入薄膜的微孔中使薄膜具有離子導電性。聚合物隔膜離子導電率隨隔膜中孔隙度的變化而變化，通常聚烯烴隔膜的離子導電率大約為1mS/cm。但由于液體電解質具有較好的流動性，因此會從聚合物隔膜中滲出。另外，液體電解質與聚合物隔膜不粘合，二者之間存有界面。由于聚合物隔膜的高結晶性使其具有很好的機械強度，既不會過度膨脹，也不會分解。

固體電解質在用于電池時，其離子導電性不足。為了改善固體電解質的離子導電性，建議采用凝膠聚合物的電解質，在該電解質中含有溶解于有機溶劑中的鹽的液體電解質浸漬在固體聚合物電解質中。例如，US5,418,091公開的混合型電解質，其由Bellcore公司制備。當這種凝膠聚合物電解質作為電池電解質使用時，由于其機械強度較低，在組裝電池時會產生一些問題。聚合物可能會過度膨脹，使其厚度增加，并且由于聚合物電解質的密度增加，能量密度可能降低。即使為了保證兩電極間的絕緣性以及在電池中具有較好的強度，在聚合物電解質的厚度大于50μm的條件下也是如此。另外，所使用聚合物中具有較低分子量的增塑劑會對環境造成危害，還需要相應的脫除工藝，給工業化的生產帶來困難。

在工作電壓下，需要聚合物電解質具有電化學穩定性，同時還應具有熱穩定性和化學穩定性。優選地，需要聚合物電解質在室溫下的離子導電率要大于1mS/cm，其濕透速率要優于非水性電解質，而且具有較好的抗化學腐蝕性。另外，還優選地需要聚合物電解質具有很好的粘結性，以降低組裝電池過程中電解質和電極間的界面張力，而且在電池組裝過程中還要求聚合物電解質有足夠的機械強度。然而，眾所周知，當聚合物電解質的離子電導性增加時，其機械強度則會降低，反之亦然。

為了同時增加離子導電性和機械強度，在US5639573、US5716421、US5631103、US5849443和EP0933824A2中公開了將多孔聚合物層和凝膠多層薄膜用于電池的隔膜。其中多孔聚合物層含有很難由于液體電解質的限制性吸收而膨脹的材料。具體實例包括：聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚萘酸亞乙基酯，以及它們的多層膜或滲出膜。其中凝膠聚合物含有與液體電解質接觸后可自凝膠和自膨脹的材料，具體實例包括：聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚環氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚二丙烯酸四甘醇酯以及它們的共聚物。

上述隔膜在應用于電池的過程中，隔膜的機械強度雖然可以得到改善，但電池中聚合物電解質的離子電導性卻低于將液體電解質直接溶解于多孔聚合物中的離子電導性，這是由于凝膠聚合物對離子傳導具有一定的阻礙作用。US5631103和US5849433中公開了采用低分子量的增塑劑例如鄰苯二甲酸二丁酯，來增加隔膜的離子導電性。然而加入增塑劑將會對環境產生影響，而且給電池的工業化生產帶來困難。另外，通過上述方法制備的多層薄膜，其凝膠聚合物層十分密實，無孔隙，從而不期望地增加了對離子傳導的抵抗作用，也使多孔聚合物層和凝膠聚合物層之間的界面粘結強度減弱。

發明概述