[發明專利]具有水性有機/無機絡合物涂層的多孔隔板，其制備方法，和使用它的電化學裝置

有效

• 申請號: 201380022732.4
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN104272501A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 劉珍雅;玄在镕;李度勛;崔昶鉉
• 申請（專利權）人: 三星TOTAL株式會社
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/05
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 陳季壯

[技術領域]

本發明涉及在電化學裝置中使用的隔板，和更特別地，其中施加有機/無機絡合物涂層到多孔基底上的多孔隔板，其制備方法，和使用它的電化學裝置。

[背景技術]

鋰離子二次電池組是具有高的能量密度的儲能裝置，通過化學能和電能之間的可逆轉化，它可被充電和放電，且基本上由陽極，陰極，隔板，和電解質組成。它被廣泛應用到小尺寸的電子裝置，例如移動電話，筆記本計算機和類似物上。

近年來，為了應對環境問題，高油價，和能量效率與儲存，采用鋰離子電池組快速地擴大到混合電動車輛(HEV)，插入式電動汽車(plug-in?EV)，電動助力車，和儲能系統(ESS)上。

盡管鋰離子電池組是由隔板絕緣的穩定的電化學裝置，但可因電池組的內部或外部異常，或者因震動，引起陽極和陰極之間的短路，且存在加熱和爆炸的可能性。因此，確保隔板的熱/化學穩定性是最重要的考慮因素。

進一步地，近年來，與對鋰二次電池組的高電容和高功率輸出的增加需求一起，電池組的穩定性，亦即發生爆炸和著火的穩定性變得更加重要。為了確保電池組的穩定性，電池組電池中的諸如電壓，電流，阻抗，和溫度等之類的因素通常由電子保護電路或電池組管理系統(BMS)控制，從而對電池組的異常，例如過充電和過電流作出響應。

商業上在鋰二次電池組中使用的聚烯烴-基隔板是多孔薄膜，它防止陽極和陰極之間的短路，并提供充當鋰離子通路的孔隙。商業上已經廣泛地使用通過濕法和干法制造的聚烯烴-基隔板。

濕法是包括熔體混合無機顆粒或油組分與聚烯烴，使用擠出機，擠出所得物，制備片材，使用輥或拉幅機，通過同時或按序雙軸拉伸，形成薄膜，和使用溶劑提取無機顆粒或油組分，產生多孔薄膜的方法。商業上使用這一方法，在聚烯烴當中，主要利用聚乙烯(PE)，形成薄膜。另一方面，干法是通過熔體擠出樹脂，然后在沒有使用有機溶劑的情況下，用輥或拉幅機拉伸所得物的方法，且通常使用聚丙烯作為樹脂和可視需要使用聚乙烯。

本文在制備多孔隔板的方法中，除了非織造隔板以外，其中通常通過薄膜拉伸工藝制備多孔基底的聚烯烴多孔隔板不可能避免體積變化，例如當電池組的溫度增加到大于或等于100℃時，由于內部或外部刺激導致的收縮或熔化，和因此，在陽極和陰極之間的電短路可引起爆炸。此外，若由于在電池組內的枝晶生長，隔板被破壞，則內部短路可誘導電池組爆炸。

公開了涂布的隔板，其中為了抑制因高溫引起的熱收縮和因枝晶引起的電池組的不穩定性，在多孔隔板的基底的一個或兩個表面上涂布無機顆粒以及粘合劑，和因此，無機顆粒抑制基底的收縮率，且隔板更加穩定，這是因為存在無機涂層。

在這一情況下，若施加到多孔基底上的有機/無機涂層沒有均勻地涂布在多孔基底上，則當組裝二次電池組時或者在組裝的電池組內部，一部分無機涂層可容易地分離，因為在該表面上具有涂層缺陷。這種分離可降低電池組的穩定性。因此，需要用于更加均勻的有機/無機涂層的涂布系統，形成均勻的無機涂層并確保優良的電池組性能。

作為具有無機/有機涂層的隔板的常規公知技術，在韓國專利No.0775310中描述了通過涂布具有有機溶劑的有機/無機漿液(PVDF-CTFE/BaTiO₃或PVDF-CTFE/Al₂O₃)制備涂布的多孔隔板的方法。這一方法與使用大量N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶劑或丙酮作為分散介質的常規的電極溶液模塑方法相同。

典型地，有機溶劑溶解粘合劑(PVDF-CTFE)，當它蒸發時，提供粉末形式的無機顆粒之間優良的粘合性能。由在有機溶劑內的粘合劑溶液制備的漿液提供多孔基底和有機/無機涂層之間，和在無機涂層內部的無機顆粒之間的互連。這樣連接的組件可耐受因加熱引起的多孔隔板的收縮和外部的物理事件，且當組裝和操作電池組時，沒有損失互連性。