本发明专利技术公开了一种表面包含有机／无机复合多孔涂层的电极，该涂层含有吸热性无机粒子和粘合聚合物，其中吸热性无机粒子为选自含锑化合物、金属氢氧化物、胍基化合物、含硼化合物和酒石酸锌化合物中的至少一种。同时公开了一种使用吸热性无机粒子作为形成或涂覆组分的隔膜，以及一种包括所述电极和／或所述隔膜的电化学装置。以吸热性无机粒子作为形成或涂覆组分的隔膜可以确保电池的极佳热安全性，并使电池质量的劣化最小化。
【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含有吸热性多孔涂层的电极，所述涂层自发地吸收或消耗电化学装置内产生的热能； 一种使用吸热性无机粒子作为形成或涂覆成分的隔膜；和一种使用所述电极和/或所述隔膜且具有极佳热稳定性的电化学装置。
技术介绍
近来，人们对储能技术越来越感兴趣。电池作为能源已经被广泛地应用于手提电话、摄像机、笔记本电脑、个人电脑及电动汽车当中，导致了对其的深入研发。在这方面，电化学装置受到高度关注。特别是可再充电的二次电池的开发已经成为关注的焦点。近来，为了改善电池的容量密度和比能量，具有新颖设计的电极及电池的研发已经提上日程。近来所使用的二次电池中，20世纪90年代初期发展起来的锂二次电池在驱动电压和能量密度上皆高于使用水性电解质的常规电池(如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H2S(VPb电池)，因而在二次电池领域备受关注。然而，锂二次电池存在因使用有机电解质引起燃烧和爆炸而造成的与安全性有关的问题，而且制造工艺复杂。电池安全的评估与保障是需要考虑的非常重要的问题。特别是应当保护使用者避免因电池发生故障而受伤。因此，电池的安全性在起火和燃烧方面受到安全标准的严格限制。已经进行了很多尝试来解决与电池安全有关的问题。更主要的是，目前已有的锂离子电池和锂离子聚合电池使用基于聚烯烃的隔膜以防止阴极和阳极之间的短路。然而，由于这种基于聚烯烃的隔膜使用熔点在200。C或以下的聚合物组分，并且为了控制其孔径和孔隙度以便用作隔膜而经过拉伸步骤处理，故其具有暴露于高温后会表现出热收缩性高的缺点。换句话说，当电池温度由于内部和/或外部因素而升高时，这种隔膜可能会收缩或熔化。因此，由于隔膜收缩或融化导致阴极和阳极直接接触而引起短路的几率很大，从而导致由于快速放电而造成诸如电池燃烧或爆炸的事故。因此，有必要开发一种在高温下不会发生热收缩的隔膜。为解决上述有关基于聚烯烃的隔膜的问题，人们做了许多尝试来开发一种可以代替常规隔膜的无机材料电解质。美国专利No. 6， 432， 586公开了一种涂覆有诸如碳酸钩、氧化硅等的无机层的基于聚烯烃的隔膜。然而，由于此复合膜仍然使用基于聚烯烃的隔膜，故在电池的安全方面并未得到显著改善，尤其是在防止高温热收缩方面。另外，Creavis公司(德国)已经开发了一种含有涂覆有二氧化硅(Si02)或氧化铝(A1203 )的非织造聚酯支持物的有机/无机复合隔膜。然而，对于上述隔膜来说，非织聚酯支持物本身并不具备优良的力学及物理性能，而且聚酯的化学结构容易发生电化学反应。因此，上述隔膜在实际使用中存在许多问题。因此，迫切需要开发一种可以改善电化学装置质量与安全性的隔膜,或同样充当这样的隔膜的复合电解质。附图说明通过以下具体说明与附图相结合，本专利技术的前述及其它目的、特征和优点将会显而易见，其中图l为本专利技术使用的吸热粒子U1(0H)3)的吸热反应图2为本专利技术使用的含吸热性有机/无机复合多孔涂层的电极剖面照片，系由SEM(扫描电子显微镜)所摄得，该电极包括一个集电器(Al箔)， 一个在此集电器上形成的电极活性材料层以及一个在此电极活性材料层上形成的吸热性有机/无机复合多孔涂层，顺次堆叠；图3为由SEM所摄得的图像，示出在初步形成的电极上所形成的吸热性有机/无机复合多孔涂层的表面；图4为本专利技术的有机/无机复合多孔隔膜的剖面示意图5为由SEM所摄得的图像，示出含有作为涂层形成组分的吸热性无机粒子的多孔隔膜表面；图6示出在电池中造成人为内部短路(钉穿透)后，使用根据对比例1的基于聚烯烃的隔膜所得到的锂二次电池的电压和温度变化；图7示出在电池中造成人为内部短路(钉穿透)后，使用根据对比 例2的含有非吸热性无机粒子的复合隔膜所得到的锂二次电池的电压和 温度变化；图8示出在电池中造成人为内部短路(钉穿透)后，使用根据实施 例1的含吸热性无机粒子的有机/无机复合多孔隔膜所得到的锂二次电 池的电压和温度变化；图9示出有机/无机复合多孔隔膜和目前使用的基于聚烯烃的隔膜 分别存放于室温(a)和150匸(b)下1小时后的照片
技术实现思路
技术问题本专利技术的专利技术人发现当使用常规的无机粒子作为形成或涂覆隔膜的 组分时，不可能从根本上解决由外部或内部冲击引起阴极和阳极间内部 短路后快速发热的问题，即使在高温条件下电化学装置中不发生热收缩， 亦有可能随时或在二次冲击下发生诸如燃烧或爆炸的危险事故。为此，根据本专利技术，将可以吸收或消耗电化学装置内部快速产生的 热量的吸热性无机粒子作为一种形成或涂覆隔膜的组分。技术方案一方面，本专利技术提供一种电极，其表面包含一个含吸热性无机粒子 和粘合聚合物的有机/无机复合多孔涂层，其中该吸热性无机粒子为至少 一种选自含锑化合物、金属氢氧化物、胍基化合物、含硼化合物和酒石 酸锌化合物的粒子。在此也提供一种包含上述电极的电化学装置，优选 锂二次电池。另一方面，本专利技术提供一种含吸热性粒子的隔膜，该吸热性粒子作 为形成或涂覆隔膜的成分可以吸收温度高于电化学装置正常驱动温度时 产生的热能而热解，或消耗此热能。下面对本专利技术进行更详细的说明。本专利技术的特征在于使用吸热性无机粒子作为形成或涂覆隔膜的组 分，该隔膜用来防止阴极和阳极彼此直接接触并且用来提供一个锂离子 通路。这里，根据本专利技术的隔膜可以采用多种形式实现，包括独立的隔膜或者在基板表面上形成的涂层。例如，该隔膜可为一个含有无机粒子和粘合聚合物的独立隔膜，其中无机粒子间的空隙体积形成孔状结构；一个包含多孔基板和在此多孔基板上形成的有机/复合多孔涂层的隔膜，该涂层含有无机粒子和粘合聚合物；或者为一个整体复合电极，该电极不仅可以充当电极而且可以充当隔膜，该电极包括一个电极基板和一个充当隔膜且形成于该电极基板之上的有机/无机复合多孔涂层。然而，本专利技术的隔膜并不限于此。所述的吸热性无机粒子是那些能够将电化学装置、优选电池内部所产生的热量在产生后尽快吸收或消耗，并且藉由所吸收的热能发生自发热解或产生新物质的无机粒子。引入到隔膜中的吸热性无机粒子通过防止阴极和阳极彼此直接接触来避免内部短路的产生。与常规的非吸热性无机粒子相反，吸热性无机粒子即使在由于外部或内部因素引发热失控现象或者内部短路时亦可以抑制快速放热，从而可以从根本上防止电池的燃烧和爆炸。另外，因为该无机粒子具有耐热性，与常规的基于聚烯烃的隔膜(熔点120 140X:)不同，其在高温下不会发生热收缩。另外，因为吸热性无机粒子不是用作形成电极(其中发生电化学反应)的组分，而是用作形成和/或涂覆隔膜的组分，所以使用这种无机粒子作为形成电极的材料不会降低电池容量。〈吸热性无枳i粒子〉用作形成和/或涂覆隔膜的组分的吸热性无机粒子在組成、形状、含量等方面没有特别限制，只要该粒子能够吸收或消耗电化学装置内部异常产生的热量即可。优选地，即使该吸热性无机粒子热解，它们也分解成至少一种具有与原有吸热性无机粒子相似的外观物理性质(包括粒子直径或形状)的材料。该吸热性无机粒子优选在高于电化学装置正常驱动温度的温度(T)下吸收热能，其中正常驱动温度最高为约90x:。例如，在内部短路的情况下，在400 500。C的温度下发生快速局部放热，导致隔膜收缩。此时，含有吸热性无机粒子的隔膜可以抑制这种快速局部放热，因而可以改善电化学装置的安全性。事实上，从本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电极，其表面包括一个含吸热性无机粒子和粘合聚合物的有机／无机复合多孔涂层，其中该吸热性无机粒子选自含锑化合物、金属氢氧化物、胍基化合物、含硼化合物和酒石酸锌化合物中的至少一种。
【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：金锡九，张贤珉，李相英，洪章赫，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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