具有凝胶聚合物层的电池用隔膜制造技术

本发明专利技术公开了一种电池用的隔膜以及一种包含该隔膜的电化学装置，所述隔膜包括形成于基体上的凝胶聚合物层，所述凝胶聚合物层包含多个彼此相互连接的三维开孔。此外，本发明专利技术还公开了一种用于在基体上制备所述包含多个彼此相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括具有三维开孔结构的凝胶聚合物层的电池用 隔膜、 一种用于制备该隔膜的方法以及一种包含该隔膜的电化学装置。
技术介绍
近来，能源储存技术已经引起了越来越多的关注。电池已经被广泛地用作携带式电话、摄录一体机(camcorder )、笔记本计算机、个 人计算机和电动汽车的能源，致使其获得密集的研究与开发。就这一 点而言，电化学装置是广为关注的对象。特别是，可充电的二次电池 的开发已成为关注的焦点。二次电池为能够经由化学能与电能之间的可逆转换来重复进行充 电/》文电循环的化学电池，并且可以被划分为Ni-MH 二次电池和锂二 次电池。隔膜的作用是防止锂二次电池中的阴极与阳极之间的直接接触所 造成的内部短路，并使离子渗过。目前使用的隔膜通常是基于聚乙烯 (在下文中也被称为"PE")或聚丙烯(在下文中也被称为"PP")。同时，常规锂聚合物电池使用其上涂布有一层稠密的凝胶聚合物 层的隔膜。这种稠密的凝胶聚合物层通过下述步骤形成将聚合物溶 解到一种溶剂中形成一种涂布溶液，并将一种聚烯烃基隔膜浸泡于所 述涂布溶液中。授予A.S. Gozdz的美国专利5，460，卯4中公开了 一种混合型聚偏氟 乙烯(polyvinylidene fluoride,在下文中也被称为"PVdF，，)画基聚合 物电解质。所述混合型PVdF-基聚合物电解质通过下述步骤获得使 用塑化剂使聚合物基质中形成亚微米级纳米孔，并将一种有机电解质 注入所述孔中。然而，在这种情况下，需要一个额外的步骤来萃取包 含在该聚合物基质内的塑化剂，因此使整个过程被不合需要地复杂化了。此外，如果无法将塑化剂从聚合物基质中完全除去，则残留的塑化剂可能会造成电池质量下降。此外，PVdF-基电解质虽然具有较高 的机械强度，但对电极的粘着性却较差
技术实现思路
技术问题本专利技术的专利技术人发现当将一种非溶剂(non-solvent)添加至凝胶 聚合物溶液中并且在控制温度下干燥所得溶液时，此溶液会经历相分 离而形成凝胶聚合物富相与凝胶聚合物贫相，从而使得在形成凝胶聚 合物层时形成多个三维开孔，所述三维开孔彼此相互连接。本专利技术系 基于此项发现。技术方案根据本专利技术一个方面，提供一种电池用隔膜，所述隔膜包括一种 形成于基体之上的凝胶聚合物层，所述凝胶聚合物层包含多个彼此相 互连接的三维开孔。根据本专利技术另一方面，提供一种用于在基体上制备包含多个彼此 相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法，所述方法包括下述步骤 将一种非溶剂部分地加入到含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚 合物溶液中，以使所述溶液发生相分离，并且将所述相分离溶液涂布 到基体上；以及干燥所述凝胶聚合物层。根据本专利技术另一方面，提供一种用于在基体上制备包含多个彼此 相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法，所述方法包括下述步骤 将包含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液涂布到基体 上，并且将所述基体浸泡在一种非溶剂中以产生相分离；以及干燥所 述凝胶聚合物层。根据本专利技术另一方面，提供一种用于在基体上制备包含多个彼此 相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法，所述方法包括下述步骤 将包含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液涂布到基体 上；以及在干燥所述凝胶聚合物层的同时将一种非溶剂的蒸汽雾化至 所述凝胶聚合物层中以产生相分离。根据本专利技术另一方面，提供一种电化学装置，其包括(a)—个阴 极；(b)—个阳极；(c)一种隔膜，所述隔膜包括一层形成于基体之上的 凝胶聚合物层，所述凝胶聚合物层包含多个彼此相互连接的三维开孔； 以及(d)—种电解质。附图说明图1为本专利技术所用的相分离方法的基础三元体系相图。图2为本专利技术通过相分离方法所形成的具有开孔结构凝胶聚合物 层的隔膜的示意图。图3为扫描式电子显微镜所拍摄的显示比较例1中形成的稠密凝 胶聚合物层(左边照片)以及实施例1中形成的具有开孔结构的凝胶 聚合物层(右边照片)的照片。图4为比较例1中形成的稠密凝胶聚合物层(左边照片)和实施 例1中形成的具有开孔结构的凝胶聚合物层(右边照片)在电解质渗 入各凝胶聚合物层之后的照片。图5为表示电池的放电特性的图表，所述电池分别使用了比较例 1中形成的包含稠密凝胶聚合物层的隔膜以及实施例1中形成的包含 具有开孔结构的凝胶聚合物层的隔膜。图6为表示电池的寿命特性的图表，所述电池分别使用了比较例 1中形成的包含稠密凝胶聚合物层的隔膜以及实施例1中形成的包含 具有开孔结构的凝胶聚合物层的隔膜。图7为实施例2中通过蒸汽雾化方法所形成的具有开孔结构的凝 胶聚合物层的照片。图8为表示实施例2的电池的寿命特性的图表。图9为扫描式电子显微镜所拍摄的显示实施例3所制备的多孔凝 胶聚合物层的照片。图10为扫描式电子显微镜所拍摄的显示实施例4所制备的多孔凝 胶聚合物层的照片。具体实施例方式下文将对本专利技术进行更详尽的解释。本专利技术的电池隔膜的特征在于，包括形成于基体之上的凝胶聚合 物层，其中在作为基质树脂的凝胶聚合物的存在下，三维开孔彼此相互连接。如图2、 3与7所示，所述孔在三维上彼此相互连接进而形成 一种开孔结构。所述隔膜，根据本专利技术其包括形成于基体之上的包含多个彼此相 互连接的三维开孔的凝胶聚合物层，可通过下述方法获得将一种非 溶剂加入至一种凝胶聚合物溶液中以使得所述溶剂被所述非溶剂部分 地代替，从而产生相分离形成凝胶聚合物富相与凝胶聚合物贫相(参 见图1)。如美国专利5，460，904所公开的，当通过使用一种塑化剂在一种凝 胶聚合物内形成孔时，形成孔的塑化剂以一种无法流动的方式分布于 凝胶聚合物中，因此形成封闭的孔。相反地，根据本专利技术，经由一种 溶剂/非溶剂相分离现象，即液/液相分离现象，则形成凝胶聚合物富相 与凝胶聚合物贫相。此外，起形成孔作用的液相的凝胶聚合物贫相是 可流动的，并且该起形成孔作用的液相由于过剩Gibbs自由能，可以 长大，因此可提供具有三维开孔结构并且其中的孔洞彼此相互连接的 凝胶聚合物层。可使本专利技术的这种溶剂/非溶剂相分离在制备凝胶聚合物溶液的 步骤中、涂布凝胶聚合物的步骤中和/或干燥的步骤中发生，以便起形 成孔作用的凝胶聚合物贫相形成三维并且与另一个凝胶聚合物贫相相 互连接。因此，根据本专利技术所述，由于涂布凝胶聚合物层的具体方法不同， 使得孔具有不同的结构。所述凝胶聚合物可以通过与随后注入的电解质反应而胶化，形成 一种凝胶样聚合物电解质。与传统的凝胶型电解质相比，按照上文所 述形成的电解质凭借相互连接的三维开孔结构，显示出增加的可被液 体电解质填充的空间，呈现出高的离子传导性和高的溶胀度，因而能 够改善电池的质量。用于在基体上制备包含多个彼此相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法的第一种实施方案包括以下步骤将一种非溶剂部分地加 入到包含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液中，以使所 述溶液发生相分离，并且将所述相分离溶液涂布到基体上；以及干燥 所述凝胶聚合物层。用于在基体上制备包含多个彼此相互连接的三维开孔的凝胶聚合 物层的方法的第二种实施方案包括以下步骤将包含一种溶于溶剂中 的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液涂布到基体上，并且将所述基体浸泡 在 一种非溶剂中以产生相分离；以及干燥所迷凝胶聚合物层。用于在基体上制备包含多个彼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池用的隔膜，包括形成于基体之上的凝胶聚合物层，所述凝胶聚合物层包含多个彼此相互连接的三维开孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金帝映，朴必圭，安谆昊，洪起哲，玄旿瑛，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]