[发明专利]隔膜、其制造方法和包括该隔膜的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电化学装置例如锂二次电池的隔膜，制造该隔膜的方法以及包括该隔膜的电化学装置。更具体而言，本发明涉及一种隔膜以及包括该隔膜的电化学装置，所述隔膜包括形成于多孔基板上的由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物构成的多孔有机-无机涂层。

本申请要求在韩国于2011年2月15日提交的韩国专利申请号10-2011-0013312和于2012年2月10日提交的韩国专利申请号10-2012-0013889的优先权，这两篇专利申请的公开内容通过引用并入本说明书。

背景技术

近来，对于能源存储技术的兴趣日益增加。随着能源存储技术的应用领域已经拓展至手机、便携式摄像机、笔记本电脑，甚至是电动汽车，对于电化学装置的研究和开发的投入也日益增多。在这方面，电化学装置引起了最多的关注。能够反复充放电的二次电池的开发是特别关注的焦点。近年来，出于提高电池的容量密度和比能的目的，已经进行了大量的研究和开发来设计新型电极和电池。

目前有许多二次电池可用。锂二次电池开发于20世纪90年代早期，由于他们具有比使用含水电解质溶液的传统电池(例如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H₂SO₄-Pb电池)更高的运行电压和高出许多的能量密度的优势，因此受到了大量关注。然而，这种锂离子电池由于使用有机电解质而具有安全问题，例如起火或爆炸，并且具有复杂而难于制造的缺点。人们开发了锂离子聚合物电池作为下一代电池，试图克服锂离子电池的缺点。然而，仍然迫切需要其他研究以改善锂离子聚合物电池与锂离子电池相比相对低的容量和不足的低温放电容量。

许多公司已经生产大量具有不同安全特性的电化学装置。评估和确保这些电化学装置的安全性是非常重要的。对于安全最重要的考虑是，电化学装置的运行失败或故障不会对用户造成伤害。为此，安全规则严格禁止电化学装置的危险(例如起火和冒烟)。关于包括隔膜的锂二次电池的安全特性，锂二次电池的过热可能导致热失控或者隔膜的击穿可能造成爆炸的风险增高。特别是，通常用作锂二次电池的隔膜的多孔聚烯烃基板由于其材料特性和包括拉伸的生产工艺，在100℃或高于100℃的温度下会发生极度热收缩。这种热收缩行为可能导致阴极和阳极间的短路。

已经提出了各种建议来解决电化学装置的上述安全问题。例如，韩国未经审查的专利申请号10-2007-231公开了一种隔膜，其包括通过在多孔基板的至少一个表面上涂布无机粒子和粘合剂聚合物的混合物而形成的多孔有机-无机涂层。存在于涂布在多孔基板上的多孔有机-无机涂层中的无机粒子用作间隔物，它可以维持多孔有机-无机涂层的物理形状，以在电化学装置过热时抑制多孔基板的热收缩。无机粒子间存在的空腔形成多孔涂层的小孔。

为了使多孔有机-无机涂层能够抑制多孔基板的热收缩，无机粒子应当以预定水平以上的量存在。然而，随着无机粒子含量的增加(即，随着粘合剂聚合物含量的降低)，隔膜对电极的粘合性可能劣化，并且当在装配电化学装置的制造(例如，卷绕)过程中产生压力时无机粒子可能与多孔有机-无机涂层分离。分离的无机粒子作为电化学装置的局部缺陷，对电化学装置的安全性产生不良影响。因此，需要开发可以增强多孔有机-无机涂层对多孔基板的粘合性的粘合剂聚合物。也需要改善多孔有机-无机涂层对电极的粘合性。

另一方面，为了实现其功能，具有低堆积密度(packing density)的多孔有机-无机涂层必须形成很大的厚度。这是制造对于提高电化学装置的容量至关重要的薄型隔膜的障碍。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有技术的问题，因此，本发明的一个目的在于提供包括多孔有机-无机涂层的隔膜以及包括该隔膜的电化学装置，所述涂层的堆积密度足够高以至于可以在不损失稳定性的情况下以简单的方式实现薄型电池的制造，并且所述涂层对多孔基板和电极的粘合能力得到改善。

本发明的另一目的在于提供以简单的方式制造所述隔膜的方法。

技术方案

根据本发明公开的一个方面，提供一种隔膜，其包括：

多孔基板；

多孔有机-无机涂层，该多孔有机-无机涂层在所述多孔基板的至少一个表面上形成，且包含无机粒子和第一粘合剂聚合物的混合物，所述第一粘合剂聚合物包含共聚物，该共聚物包含：(a)第一单体单元，该第一单体单元在其侧链上含有至少一个氨基或至少一个酰胺基或两者都有，和(b)第二单体单元，其为具有C₁-C₁₄的烷基的(甲基)丙烯酸酯；