[发明专利]有机/无机复合电解质及由其制备的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有能替代隔膜的涂层并确保电化学装置的改进的 品质和安全性的电极，涉及所述电极的制备方法，及含有所述电极的电 化学装置。

背景技术

最近，对能量贮存技术的兴趣逐渐增加。电池已被广泛用作便携式 电话、摄录一体机(camcorder)、笔记本电脑、个人电脑及电动车中的 能源，从而导致了对其进行的大量研究和开发。在这点上，电化学装置 是极受关注的对象。特别地，可充电二次电池的发展成为关注的焦点。

在当前使用的二次电池之中，1990年代初期开发的锂二次电池使得 电压和能量密度高于使用含水电解质的常规电池(例如Ni-MH电池、 Ni-Cd电池和H₂SO₄-Pb电池)，从而使其在二次电池领域中受到瞩目。 但是，锂二次电池具有由于使用有机电解质而导致的起火和爆炸造成的 关于安全性的问题，并且锂二次电池需通过复杂过程制备。最近出现的 锂离子聚合物电池解决了上述二次锂离子电池的缺点，从而变成新一代 电池的最佳候选之一。但是，所述二次锂离子聚合物电池同二次锂离子 电池相比仍具有较低的容量。特别是它们在低温下显示出不足的放电容 量。因此，迫切需要改进二次锂离子电池。

二次锂离子电池已被许多电池生产者生产出。但是，大多数锂二 次电池具有取决于多种因素的不同的安全特性。电池安全性的评估是 需要考虑的极重要事项。具体而言，应该保护使用者免受故障电池的 伤害。因此，在电池的起火和燃烧方面，电池的安全性受安全标准的 严格限制。已做了许多尝试来解决关于电池安全性的问题。但是，由 于外部冲击(特别是消费者滥用电池的情况)导致的受迫内部短路造 成的电池的起火问题仍未解决。

更根本的是，当前可用的锂离子电池和锂离子聚合物电池使用聚 烯烃基隔膜以防止阴极和阳极之间的短路。但是，由于所述聚烯烃基 隔膜使用具有200℃或更低熔点的聚合物组分，并进行拉伸步骤来控 制其孔径和孔隙率以便用作隔膜，因此它们具有的缺点在于它们在暴 露于高温时展示出高的热收缩特性。换言之，由于内部和/或外部因 素，当电池温度升高时，所述隔膜可收缩或熔化。因此，极有可能由 于隔膜的收缩或熔化而在直接相互接触的阴极和阳极之间短路，产生 意外事故，例如由电能的快速释放而引起的电池的起火和爆炸。

为解决上述与聚烯烃基隔膜相关的问题，作了许多使用能够代替常 规隔膜的无机材料来开发电解质的尝试。

美国专利No.6,432,586公开了涂敷有无机层的聚烯烃基隔膜， 所述无机层例如碳酸钙、二氧化硅等。但是，只使用聚烯烃基聚合物 的隔膜不能提供电池安全性的显著改进，特别是在防止高温时的热收 缩方面。

此外，Creavis Co.(德国)已经开发了一种含有涂敷有二氧化 硅(SiO₂)或三氧化二铝(Al₂O₃)的无纺聚酯载体的有机/无机复合 物隔膜。但是，对于上述隔膜，无纺聚酯载体不能够天然地提供优良 的机械和物理性能，并且聚酯的化学结构易于发生电化学反应。因此， 认为上述隔膜在实际使用中表现出许多问题(“Desalination”，第 146卷，第23页(2002))。

因此，迫切需要开发可改进电化学装置的品质和安全性的隔膜， 或也可用作隔膜的复合电解质。

附图说明

本发明的前述及其他目标、特征及优点将从以下结合附图的详细 描述中变得更加明显，其中：

图1为展示本发明的含有有机/无机复合多孔涂层的电极及其在 电池中的功能的示意图；

图2为展示由SEM(扫描电子显微镜检术)摄取的实施例1中所 用多孔无机粒子的照片；

图3为展示由SEM摄取的对照实施例1中所用非多孔无机粒子的 照片；

图4为展示由SEM摄取的对照实施例3中所用的微孔(由IUPAC 所定义)无机粒子(沸石)的照片；

图5为展示由SEM摄取的常规聚烯烃基隔膜的表面(5a)和剖面 (5b)的照片；

图6为展示本发明含有有机/无机复合多孔涂层的电极的照片；

图7为展示本发明由SEM摄取的含有有机/无机复合多孔涂层的 电极表面的照片；

图8为展示制备多孔无机粒子的方法及由其制得的多孔无机粒 子的结构的示意图；