[发明专利]有机/无机复合隔膜以及包含该隔膜的电化学器件

说明书

本发明专利申请是基于2008年2月5日提交的发明名称为“具有多孔活性涂层的有机/无机复合隔膜以及包含该隔膜的电化学器件”的中国专利申请200880000072.9号的分案申请。

技术领域

本发明涉及电化学器件如锂二次电池的隔膜和包含该隔膜的电化学器件。更具体地，本发明涉及如下有机/无机复合隔膜和包含该隔膜的电化学器件，在所述有机/无机复合隔膜中将由无机粒子和聚合物的混合物形成的多孔活性层涂覆到多孔基底的面上。

背景技术

最近，人们对能量存储技术的兴趣日益增加。电池已经广泛用作便携式电话、可携式摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电动汽车等领域的能量来源，这导致对它们深入的研究和开发。在这点上，电化学器件是引起人们极大兴趣的一个主题。特别地，可再充电二次电池的开发已经成为关注的焦点。近来，在二次电池领域，对能够提高容量密度和比能量的新型电极和新型电池已经进行了深入的研究和开发。

在目前使用的二次电池中，在20世纪90年代早期开发的锂二次电池比那些使用液体电解质溶液的常规电池如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H₂SO₄-Pb电池具有更高的驱动电压和高得多的能量密度。基于这些原因，已经有利地使用锂二次电池。然而，这类锂二次电池的缺点在于：其中使用的有机电解质可引起有关安全性的问题，如电池的着火和爆炸；以及制造此类电池的工艺十分复杂。最近，锂离子聚合物电池已被认为是下一代电池中的一种，因为其解决了锂离子电池的上述缺点。然而，锂离子聚合物电池比锂离子电池具有相对更低的电池容量，且低温下放电容量不足，因此锂离子聚合物电池的这些缺点迫切需要解决。

许多公司已经生产出了这类电化学器件，在所述电化学器件中，电池的稳定性具有不同阶段。因此，评价和保证电化学电池的稳定性是重要的。首先，应当考虑，对电化学器件的错误操作不会对用户造成损害。为此目的，安全守则严格规定了电化学器件的着火和爆炸。在电化学器件的稳定性特征中，电化学器件过热可引起热失控，当隔膜被刺穿时，可能发生爆炸。特别地，通常用作电化学器件隔膜的聚烯烃多孔基底在100℃以上的温度显示极度的热收缩性，这是由于其材料及其制造工艺的特征如伸长而导致的，所以有可能在阴极和阳极之间发生电短路。

为了解决电化学器件的上述有关安全性的问题，已经提出了一种有机/无机复合隔膜，所述隔膜具有通过如下而形成的多孔活性层：用无机粒子和粘合剂聚合物的混合物涂覆具有许多孔的聚烯烃多孔基底的至少一个面(例如，参见韩国的公开专利申请10-2006-72065号和10-2007-231号)。在聚烯烃多孔基底上形成的多孔活性层中的无机粒子充当一种隔离物，其保持了多孔活性层的物理形状，所以当电化学器件过热时，所述无机粒子会抑制聚烯烃多孔基底的热收缩。另外，无机粒子间存在间隙体积，从而形成小孔隙。

如上所述，应当包含至少一定量的无机粒子以便在有机/无机复合隔膜上形成的多孔活性层可抑制聚烯烃多孔基底的热收缩。然而，当无机粒子含量增加时，粘合剂聚合物的含量相对降低，这可引起下列问题。

首先，由于在电化学器件组装工艺如卷绕中产生的应力，可使无机粒子从多孔活性层中分离，分离的无机粒子造成电化学器件的局部缺陷，从而对电化学器件的稳定性造成不利影响。

其次，由于多孔活性层和聚烯烃多孔基底间的粘附力很弱，因此劣化了多孔活性层抑制聚烯烃多孔基底热收缩的能力。因而，即使当电化学器件过热时，也很难防止阴极和阳极间的电短路。

相反，如果增加多孔活性层中粘合剂聚合物的含量以防止无机粒子的分离，则无机粒子的含量就相对降低，以致可能不易抑制聚烯烃多孔基底的热收缩。因此，很难防止阴极和阳极间的电短路，此外，由于多孔活性层中的孔隙率降低，使得电化学器件的性能劣化。

发明内容

技术问题

设计本发明以解决现有技术的问题，因此本发明的目的是提供一种有机/无机复合隔膜，所述复合隔膜能够防止在电化学器件组装过程中在多孔基底上形成的多孔活性层中的无机粒子的分离，还能阻止阴极和阳极间的电短路，即使当电化学器件过热时也是如此。

技术方案

为了实现第一目的，本发明提供了一种有机/无机复合隔膜，所述复合隔膜包括：(a)具有孔的聚烯烃多孔基底；和(b)包含无机粒子和粘合剂聚合物的混合物的多孔活性层，用所述多孔活性层涂覆聚烯烃多孔基底的至少一个面，其中所述多孔活性层的剥离力为5gf/cm以上，所述隔膜在150℃下单独放置1小时后，其在纵向(MD)或横向(TD)上的热收缩率为50％以下。