[發(fā)明專利]具有反蛋白石結(jié)構(gòu)的二次電池用多孔隔膜及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480017640.1
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN105051942A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 庾亨均;金錫九;柳寶炅;金鐘勛
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本申請要求2013年10月31日在韓國提交的韓國專利申請第10-2013-0131521號以及2014年10月31日在韓國提交的韓國專利申請第10-2014-0150290號的優(yōu)先權(quán)，并通過引用將其并入本文中。本發(fā)明涉及用于電化學(xué)裝置的隔膜及其制造方法，更具體的是，用于電化學(xué)裝置的多孔隔膜及其制造方法，所述多孔隔膜包含具均一尺寸和形式的孔的多孔基材。

背景技術(shù)

近來，對于儲能技術(shù)的關(guān)注日益增加。隨著儲能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展至移動電話、便攜式攝像機(jī)、筆記型電腦、個人電腦(PC)及電動車輛，對能夠充放電的電化學(xué)裝置(特別是鋰二次電池)的研發(fā)投入越來越大。另外，鋰二次電池的新發(fā)展方向?yàn)樵O(shè)計能改善容量密度及比能量的新電極和電池。

在現(xiàn)有二次電池當(dāng)中，于1990年代早期開發(fā)的鋰二次電池因其比使用水性電解質(zhì)的常規(guī)電池(例如Ni-MH、Ni-Cd和H₂SO₄-Pb電池)具有更高的工作電壓及高的多的能量密度的優(yōu)點(diǎn)而受到特別關(guān)注。然而，當(dāng)使用有機(jī)電解質(zhì)時，這種鋰離子電池遭受安全性問題(諸如著火及爆炸)，且其制造不利地復(fù)雜化。為了克服鋰離子電池的缺點(diǎn)，已開發(fā)了鋰離子聚合物電池作為下一代電池。仍迫切需要更多研究以改善鋰離子聚合物電池相較于鋰離子電池的相對低的容量和不足的低溫放電容量。

許多公司已制造了具有不同安全特性的各種電化學(xué)裝置。評估及確保這種電化學(xué)裝置的安全性是非常重要的。關(guān)于安全性的最重要的考量為電化學(xué)裝置的運(yùn)行故障或失靈不應(yīng)對使用者造成傷害。為此，規(guī)范準(zhǔn)則嚴(yán)格限制電化學(xué)裝置的潛在危險(諸如著火及冒煙)。電化學(xué)裝置過熱可能會造成熱失控或者隔膜的穿刺可能會增加爆炸風(fēng)險。特別地，考慮到材料特性和包括伸長的生產(chǎn)過程，通常用作電化學(xué)裝置的隔膜的多孔聚烯烴基材在100℃以上的溫度下經(jīng)歷嚴(yán)重?zé)崾湛s。這種熱收縮現(xiàn)象可能會造成正極與負(fù)極之間的短路。

為了解決電化學(xué)裝置的上述安全性問題，已提出一種包含從無機(jī)粒子和粘合劑聚合物獲得的多孔涂層的隔膜。這種隔膜常規(guī)上通過如下制備：將無機(jī)粒子和粘合劑聚合物的漿料涂布在作為施加在平板上的多孔膜而獲得的活性材料層的表面上，其中粘合劑聚合物滲入活性材料層的孔而使該活性材料層不均勻。就這一點(diǎn)而言，韓國公開專利申請第2008-0109237號公開一種通過如下制備電極的方法：在形成多孔涂層前，事先施加溶劑以防止粘合劑聚合物的滲入。在這種情況下，仍存在如下問題：溶劑的施加降低填充密度且形成粗糙的表面。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

因此，本發(fā)明旨在解決上述問題，因此本發(fā)明旨在提供可用于電化學(xué)裝置的具高孔隙度(porosity)和良好離子傳導(dǎo)性的多孔隔膜。另外，本發(fā)明的另一目的為提供具有反蛋白石(inverseopal)結(jié)構(gòu)的多孔基材，不同于使用硅石或二氧化鈦的常規(guī)工藝，所述多孔基材是不用氫氟酸處理而對環(huán)境友善的；所述多孔基材的制造方法；以及，使用該多孔基材的隔膜。

技術(shù)方案

本發(fā)明提供可以實(shí)現(xiàn)上述目的的電化學(xué)裝置用多孔基材，以及其制造方法。本發(fā)明的多孔基材具有反蛋白石結(jié)構(gòu)，且其制造方法包括：制備含有聚合物粒子的膠體溶液(S10)；將膠體溶液涂布在基材上以形成具有蛋白石(opal)結(jié)構(gòu)的聚合物粒子的涂層(S20)；將聚合物樹脂分散在第一有機(jī)溶劑中以獲得聚合物樹脂分散液(S30)；用聚合物樹脂分散液填充聚合物粒子的蛋白石結(jié)構(gòu)(S40)；以及，用第二溶劑溶解聚合物粒子(S50)。

在本發(fā)明中，聚合物粒子可以為非交聯(lián)聚合物，聚合物樹脂可以為交聯(lián)聚合物。

在本發(fā)明中，聚合物粒子可以選自：丁苯橡膠(SBR)、聚丁二烯橡膠、聚氯丁烯(氯丁橡膠)、丁腈橡膠、丙烯酸類橡膠(acrylrubber)、氟化橡膠(FKM)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙酸乙烯酯或其共聚物、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、及它們的混合物。

在本發(fā)明中，聚合物粒子的直徑為0.1μm至1μm。

在本發(fā)明中，聚合物樹脂可以為具高耐熱性的工程塑料樹脂。

在本發(fā)明中，具有高耐熱性的工程塑料樹脂可以選自：聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亞胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯酸酯(PA)、聚酰胺酰亞胺(PAI)、聚酰亞胺(PI)、及它們的混合物。

在本發(fā)明中，第一有機(jī)溶劑可以為氯化溶劑。