[发明专利]具有用于改善涂层质量和减少在陶瓷复合材料中的附聚体的添加剂的隔膜

说明书

本发明涉及具有用于改善涂层质量的添加剂的隔膜、该隔膜的制备方法以及包含该隔膜的电化学电池。

通常，隔膜是薄的、多孔性的、绝缘电物质，该物质对于在体系中（例如在电化学电池的电解质中）所使用的化学品和溶剂具有高的离子通透性、好的机械强度和长久的稳定性。其应该在电化学电池中将阴极和阳极完全电隔离。此外，其必须长久具有弹性，并在体系中（例如在电极组中）在充电和放电过程中发生移动。

隔膜决定性地决定了电化学电池的使用寿命。因此，研发合适的隔膜材料影响着可再充电的电化学电池或电池组（Batterien）的研发。关于电学隔膜和电池组的常用信息例如可以参阅J.O.Besenhard的“Handbook of Battery Materials” (VCH-Verlag, Weinheim 1999)。

将陶瓷涂层制备在非织造织物（例如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）非织造织物）上按照辊对辊的方法进行。为了制备，将含有分散在水中的氧化铝、二氧化硅和硅烷的陶瓷糊料连续地涂覆在非织造织物上。出于不同的原因，该涂层可能具有缺陷，该缺陷本身作为明显的斑点在涂覆的产品中可见并且借助视频控制可以检测到。一方面，在涂层中产生缺陷的原因在于，在陶瓷分散时不是所有的颗粒被粉碎成小于2μm的尺寸。这些过大的颗粒在终产物中作为本领域技术人员知道的斑点登记。此外，在分散过程和在涂覆过程中在相应的涂覆辊上由于偶尔搅入空气可能产生所不希望的斑点。与陶瓷糊料不相容的杂质，例如硅酮、脂肪或油，也能够引起斑点。本领域的技术人员称这些在涂层中的缺陷为“湿润缺陷”。

在涂层中的缺陷和湿润缺陷使得隔膜材料在高效电池组系统中难以应用，因为其很难控制隔膜的多孔性，而内电阻进而又取决于多孔性。此外，其干扰了电解质对于隔膜的可湿润性，从而产生未湿润的盲区。

因此，本发明的目的在于，相比于现有技术的隔膜，提供一种在涂层中具有更少缺陷的隔膜。

令人惊奇地发现，如果隔膜在基材上和在基材的间隙中具有多孔性的、不导电的涂层，其中该基材具有由不导电材料形成的纤维，和该涂层由通过无机胶相互粘合并与所述基材粘合的氧化物颗粒形成，该氧化物颗粒具有至少一种选自Al₂O₃ 和SiO₂的氧化物，并且在该陶瓷涂层中存在至少一种糖，则该隔膜在涂层中具有明显更少的缺陷。

因此，本发明的主题是隔膜，其在基材上和在基材的间隙中具有多孔性的、不导电的涂层，其中该基材具有由不导电材料形成的纤维，和该涂层由通过无机胶相互粘合并与所述基材粘合的氧化物颗粒形成，该氧化物颗粒具有至少一种选自Al₂O₃ 和SiO₂的氧化物，其特征在于，在该陶瓷涂层中存在至少一种糖。

本发明的主题同样是本发明隔膜的制备方法，其特征在于，给具有由不导电材料形成的纤维并且在纤维之间具有间隙的基材施涂一层陶瓷涂层,为此在该基材之上和之内施加悬浮液并且将该悬浮液通过至少一次的加热而固化在基材之上和之内,其中该悬浮液具有溶胶、至少一种硅烷、至少一种分散剂和至少一种糖，该溶胶含有在该溶胶中分散的氧化物颗粒,该氧化物颗粒选自元素Al和/或Si的氧化物。

此外，本发明的主题是本发明的隔膜在具有本发明隔膜的电池组以及锂离子电池组中作为隔膜的应用、以及具有这些电池组的牵引系统。

在本发明的范围内，糖是在分子中具有形成半缩醛/半缩酮的羰基和多个羟基的有机化合物，是指聚羟基醛（醛糖）、聚羟基酮（酮糖），不论单糖还是多糖，支链或是环状的。

本发明的隔膜的优点在于，其相对于市面上常见的陶瓷隔膜具有每单位面积更少的缺陷。缺陷是指涂层中的缺陷。本发明的隔膜中的平均缺陷频繁度通常只有现有技术的隔膜的约一半。此外，本发明隔膜的表面特别光滑。

在电化学电池中，本发明的隔膜显示了明显更好的循环行为。这是本发明的另一优点。

下面，示例性地描述本发明的隔膜和本发明的方法。

本发明隔膜的特点在于，在陶瓷涂层中存在至少一种糖。

作为糖，在本发明隔膜中可以优选存在环状的、具有6至8个葡萄糖单元的糖，优选环糊精。

本发明隔膜在至少一个侧面上优选具有最多4.5 m²的缺陷数。

本发明的隔膜优选具有平均颗粒大小小于隔膜厚度的0.5倍、优选小于0.2倍和更优选小于0.1倍的氧化物颗粒。