[发明专利]对等离子体处理的聚合物载体材料有改善粘性的陶瓷膜以及它们的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及柔韧的陶瓷膜，陶瓷对聚合物非织造物有改善的粘性， 还涉及它们的制备以及它们作为隔离物或作为过滤膜在液体过滤应用 中的用途。所述基于涂覆陶瓷的聚合物织物的陶瓷膜即使在强机械应力 情况下也不会分开陶瓷涂层。

背景技术

电隔离物是用于电池和其它设备中的膜，所述设备中电极例如在保 持离子传导性情况下必须相互分离开。

隔离物通常是薄的多孔性电绝缘材料，具有较高的离子透过性，较 好的机械强度，以及对体系中(例如在电池的电解质中)所用化学品和 溶剂具有长时间稳定性。在电池中，隔离物应该使得阴极同阳极完全电 绝缘，但是能使得电解质透过。而且，隔离物必须永远是弹性的，并且 能够在体系中，例如充电和放电时在电极组件(Elektrodenpaket)中运 动。

隔离物对于其中使用它的设备的使用寿命，例如电池组电池的使用 寿命是起决定性作用的。因此，可再充电电池的发展受合适的隔离物材 料发展的影响。

关于电隔离物和电池的一般信息例如可以从J.O.Besenhard在 “Handbook of Battery Materials(电池材料手册)”(VCH-Verlag， Weinheim 1999)中查阅。

现在使用的隔离物主要由多孔有机聚合物膜或由无机非织造物组 成，例如由玻璃或陶瓷材料形成的非织造物或者其它陶瓷纸。这些由多 个公司生产。重要的生产商在此包括：Celgard、Tonen、Ube、Asahi、 Binzer、Mitsubishi、Daramic等。典型的有机隔离物例如由聚丙烯或由 聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯复合材料组成。

现在经常使用的锂电池与含有水性电解质的体系，例如NiCd电池 或镍-金属氢化物电池相比，表现出很多优点，例如高的比能量密度、没 有自身放电和没有记忆效应。但锂电池有以下缺点，它们含有可燃的电 解质，而且电池成分会与水进行非常剧烈的反应。因此，对于高能量电 池，即含有大量活性材料的电池而言，非常重要的是，在发生事故和由 此引起的电池升温情况下电池中的电路被切断。这通常通过由聚丙烯 (PP)-聚乙烯(PE)-PP制备的复合材料组成的特殊隔离物实现。自某 一温度，关闭温度(shut down temperature)开始，PE熔融，并且隔离 物的孔闭合，从而切断电路。

这些隔离物的缺点在于它们的热稳定性有限，因为在电池进一步升 温情况下，聚丙烯也会熔融，使得整个隔离物在该熔化温度(melt down temperature)下熔融，因而大面积发生内部短路，这经常在着火甚至爆 炸情况下导致电池组毁坏。现在虽然已知有没有显示出熔化(melt down) 效应的陶瓷隔离物，例如陶瓷纸或陶瓷纺织物或非织造物，但遗憾的是 它们也没有显示出关闭(shut down)效应，而关闭效应尤其对于高能量 应用而言是不可缺少的，并且是电池生产商所需要的。

陶瓷或半陶瓷(混杂型)隔离物或用作隔离物的陶瓷膜是众所周知 的，例如由WO99/15262公开。该文献还揭示了隔离物或适合作为隔离 物的膜的制备。然而，作为用于本发明隔离物的多孔载体，优选不使用 导电的载体，例如金属织物，因为当该载体的陶瓷涂层不完整时，在使 用这样的载体时会导致内部短路。因此，根据本发明的隔离物优选包含 由不导电材料制备的载体。

最新发展含有陶瓷和聚合物的混杂型隔离物。DE10208277制备了 基于聚合物基材材料，例如聚合物非织造物的隔离物，所述隔离物具有 多孔的电绝缘陶瓷涂层。例如在电池制备中经常出现的机械应力情况 下，这些隔离物尽管它们是柔韧性的，但所述陶瓷涂层经常部分分离下 来。由这些隔离物制备的电池因此表现出较高的故障率。