[发明专利]具有反蛋白石结构的二次电池用多孔隔膜及其制造方法

说明书

技术领域

本申请要求2013年10月31日在韩国提交的韩国专利申请第10-2013-0131521号以及2014年10月31日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0150290号的优先权，并通过引用将其并入本文中。本发明涉及用于电化学装置的隔膜及其制造方法，更具体的是，用于电化学装置的多孔隔膜及其制造方法，所述多孔隔膜包含具均一尺寸和形式的孔的多孔基材。

背景技术

近来，对于储能技术的关注日益增加。随着储能技术的应用领域已扩展至移动电话、便携式摄像机、笔记型电脑、个人电脑(PC)及电动车辆，对能够充放电的电化学装置(特别是锂二次电池)的研发投入越来越大。另外，锂二次电池的新发展方向为设计能改善容量密度及比能量的新电极和电池。

在现有二次电池当中，于1990年代早期开发的锂二次电池因其比使用水性电解质的常规电池(例如Ni-MH、Ni-Cd和H₂SO₄-Pb电池)具有更高的工作电压及高的多的能量密度的优点而受到特别关注。然而，当使用有机电解质时，这种锂离子电池遭受安全性问题(诸如着火及爆炸)，且其制造不利地复杂化。为了克服锂离子电池的缺点，已开发了锂离子聚合物电池作为下一代电池。仍迫切需要更多研究以改善锂离子聚合物电池相较于锂离子电池的相对低的容量和不足的低温放电容量。

许多公司已制造了具有不同安全特性的各种电化学装置。评估及确保这种电化学装置的安全性是非常重要的。关于安全性的最重要的考量为电化学装置的运行故障或失灵不应对使用者造成伤害。为此，规范准则严格限制电化学装置的潜在危险(诸如着火及冒烟)。电化学装置过热可能会造成热失控或者隔膜的穿刺可能会增加爆炸风险。特别地，考虑到材料特性和包括伸长的生产过程，通常用作电化学装置的隔膜的多孔聚烯烃基材在100℃以上的温度下经历严重热收缩。这种热收缩现象可能会造成正极与负极之间的短路。

为了解决电化学装置的上述安全性问题，已提出一种包含从无机粒子和粘合剂聚合物获得的多孔涂层的隔膜。这种隔膜常规上通过如下制备：将无机粒子和粘合剂聚合物的浆料涂布在作为施加在平板上的多孔膜而获得的活性材料层的表面上，其中粘合剂聚合物渗入活性材料层的孔而使该活性材料层不均匀。就这一点而言，韩国公开专利申请第2008-0109237号公开一种通过如下制备电极的方法：在形成多孔涂层前，事先施加溶剂以防止粘合剂聚合物的渗入。在这种情况下，仍存在如下问题：溶剂的施加降低填充密度且形成粗糙的表面。

发明内容

技术问题

因此，本发明旨在解决上述问题，因此本发明旨在提供可用于电化学装置的具高孔隙度(porosity)和良好离子传导性的多孔隔膜。另外，本发明的另一目的为提供具有反蛋白石(inverseopal)结构的多孔基材，不同于使用硅石或二氧化钛的常规工艺，所述多孔基材是不用氢氟酸处理而对环境友善的；所述多孔基材的制造方法；以及，使用该多孔基材的隔膜。

技术方案

本发明提供可以实现上述目的的电化学装置用多孔基材，以及其制造方法。本发明的多孔基材具有反蛋白石结构，且其制造方法包括：制备含有聚合物粒子的胶体溶液(S10)；将胶体溶液涂布在基材上以形成具有蛋白石(opal)结构的聚合物粒子的涂层(S20)；将聚合物树脂分散在第一有机溶剂中以获得聚合物树脂分散液(S30)；用聚合物树脂分散液填充聚合物粒子的蛋白石结构(S40)；以及，用第二溶剂溶解聚合物粒子(S50)。

在本发明中，聚合物粒子可以为非交联聚合物，聚合物树脂可以为交联聚合物。

在本发明中，聚合物粒子可以选自：丁苯橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶、聚氯丁烯(氯丁橡胶)、丁腈橡胶、丙烯酸类橡胶(acrylrubber)、氟化橡胶(FKM)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙酸乙烯酯或其共聚物、乙酸乙烯酯-乙烯共聚物、及它们的混合物。

在本发明中，聚合物粒子的直径为0.1μm至1μm。

在本发明中，聚合物树脂可以为具高耐热性的工程塑料树脂。

在本发明中，具有高耐热性的工程塑料树脂可以选自：聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚丙烯酸酯(PA)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酰亚胺(PI)、及它们的混合物。

在本发明中，第一有机溶剂可以为氯化溶剂。