[发明专利]电极、包括该电极的电化学装置和制造该电极的方法

说明书

本发明专利申请是基于2005年2月5日提交的发明名称为“用有机/无机复合多孔层涂覆的电极以及包括该电极的电化学装置”的中国专利申请200580004235.7号的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种电极，其可以改善电化学装置的性能和安全性。更具体地，涉及一种具有涂层的电极，制造该电极的方法，以及含有该电极的电化学装置，所述涂层可代替隔膜。

背景技术

近来，人们对储能技术的兴趣正在增加。电池已广泛应用于便携式电话、摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电力汽车的电源，导致人们加强了对它们的研发。由于这个原因，电化学装置引起了很大的兴趣。更具体地，可充电的二次电池是关注的焦点。近来，在二次电池领域进行了可以改善容量密度和比能的新型电极和电池的大量研发。

在目前使用的二次电池中，在20世纪90年代早期出现的锂二次电池的工作电压和能量密度高于传统的采用含水电解质的电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H₂SO₄-Pb电池等)。因此，使用锂二次电池很有利。然而，这种锂二次电池存在的缺陷是其使用的有机电解质，其会导致由于电池起火或爆炸引起的安全性相关问题；而且制造这种电池的过程很复杂。

评估并保证电池的安全性是很重要的。最重要的考虑是电池不会对误操作电池使用者造成伤害。由于这个目的，应根据安全标准严格限制在电池起火和燃烧方面的电池安全性。因此，已作出了很多解决电池相关安全问题的尝试。

为了防止电池发热，已提出了多种方法，包括采用保护电路和通过隔板来绝热等。然而，采用保护电路会导致电池组在减小尺寸和降低成本上受到限制。当发热迅速产生时，通过隔板来绝热的机构常常失效。

近来，也提到采用有机电解质添加剂来解决上述问题。然而，基于电解质添加剂的安全机构存在缺陷：其热值(J)随着充电电流和电池的内阻变化而变化而且时间选择(timing)不均匀。另外，用电池内部的压力来切断电流的装置需要电池内部的空间来容纳它，因此在高容量方面不是优选的。而且上述传统的安全方法常伴随电池其它性能的下降下降。

韩国专利公开号为0326455、0326457和0374010的专利公开的方法是将无机颗粒涂覆到阴极活性物质上。然而，即使这种方法可改善电池的安全性，由于作为涂覆剂的无机颗粒没有锂离子传导性，因此这种方法存在使电池性能下降的缺陷。

同时，除了上述安全问题外，电化学装置，例如锂离子电池，还存在与目前所用的隔膜相关的问题。例如，目前使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池采用聚烯烃基隔膜以防止阴极和阳极之间短路。然而，这种聚烯烃基隔膜存在缺陷，由于隔膜材料的性质，例如聚烯烃基材料在小于或等于200℃下熔化，以及加工特性，例如为了控制孔径和孔隙度而拉伸材料，故而隔膜会在高温加热时收缩到原始尺寸。因此当电池由于内部/外部因素而加热至高温时，隔膜的收缩或熔化很有可能导致阴极和阳极间的短路。因此有必要提供一种在高温下不会产生热收缩的隔膜。

为了解决上述与聚烯烃基隔膜相关的问题，已有许多尝试开发电解质，其中使用无机材料来取代传统的隔膜。这种电解质广义上可分为两类。第一类是固体复合电解质，其通过将不具有锂离子传导性的无机颗粒与具有锂离子传导性的聚合物混合而得到。然而，众所周知的是用这种复合电解质取代传统隔膜和液体电解质是不可取的，原因是这种复合电解质的锂离子传导性比液体电解质低，当无机材料与聚合物混合时它们之间的界面电阻高；当引入过量的无机材料时，这种复合电解质由于其脆性不容易处理；而且采用这种复合电解质时组装电池很困难。参见日本特许公开专利No.2003-022707，[″Solid State Ionics″-vol.158，n.3，p.275，(2003)]，[″Journal of Power Sources″-vol.112，n.1，p.209，(2002)]和[″Electrochimica Acta″-vol.48，n.14，p.2003，(2003)]等。