本发明专利技术公开了一种无机/有机复合多孔性薄膜，其包括多孔性基材和附着在其上的活性层，其中，活性层含有无机颗粒和粘结剂的混合物。本发明专利技术通过使用多孔性基材、无机颗粒和粘结剂形成的无机/有机复合多孔性薄膜来克服常规聚烯烃基隔膜热安全性差的缺陷；具有良好的抗氧化作用，可以在高电压正极材料体系的锂电池中防止隔膜被氧化；具有比常规聚烯烃基隔膜好的电解液吸收和浸润能力，可以有效改善大尺寸锂电池中电解液吸收和浸润的问题，有效改善电池析锂问题。因此，本发明专利技术无机/有机复合多孔性薄膜能提高使用它作为隔膜的电化学装置的性能和安全性。此外，本发明专利技术还公开了一种无机/有机复合多孔性薄膜的制备方法以及使用此薄膜的电化学装置。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学装置领域，更具体地说，本专利技术涉及一种电化学装置及其无机/ 有机复合多孔性薄膜，以及无机/有机复合多孔性薄膜的制备方法。
技术介绍
近年来，随着人们对能量储存技术兴趣的日益增加，电池已被普遍用作移动电话、 小型可携式摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电动车中的能源，因此，对电池的研究和开发越来越广泛。在这一点上，电化学装置是令人非常感兴趣的主题，尤其是可再充电二次电池的开发更是成为关注的焦点。二次电池为能借助化学能和电能之间的可逆互换来进行反复充电和放电循环的化学电池，可分成Ni-MH 二次电池和锂二次电池。锂二次电池包括二次锂金属电池、二次锂离子电池、二次锂聚合物电池、二次锂离子聚合物电池等。由于锂二次电池具有比使用水溶液电解液的常规电池(如Mi-MH电池)更高的驱动电压和能量密度，因此成为业界关注的焦点。但是，大多数锂二次电池具有不同的安全性， 这取决于几种因素，电池的安全性评价和保证是要考虑的非常重要的因素。因此，安全标准对电池安全性和/或燃烧方面有着非常严格地限制。为了防止正极和负极之间短路，目前，锂离子电池和锂离子聚合物电池使用聚烯烃基隔膜。但是，由于聚烯烃基隔膜具有200°C或更低的熔点，因此当电池温度由于内部或外部因素升高时，它们会收缩或熔融，导致体积变化，以致由隔膜的收缩或熔融引起的电池正负极之间短路的可能性很高，容易导致意外事故，如由放电引起的电池爆炸。因此，必须提供一种在高温下不会引起热收缩的隔膜。为了解决与聚烯烃基隔膜有关的上述问题，业界已进行了使用无机材料作为常规隔膜替代物开发电解质的多种尝试，这种电解质可大致分为以下两类第一类是通过使用具有锂离子传导性的无机颗粒，与多孔性基材复合得到复合型隔膜，但是，这种复合型隔膜的离子传导性低，无机颗粒和多孔性基材的界面电阻高；第二类是通过使用有锂离子传导性的无机颗粒与由多孔性基材和液体电解质形成的凝胶聚合物电解质混合或不混合得到的电解质，但是，这种情况下引入的无机材料要比聚合物和液体电解质的总量小，因此其仅仅具有辅助由液体电解质产生的锂离子传导性的补充功能。如上所述，使用无机颗粒的现有电解质具有以下的共同问题首先，当不使用液体电解质时，无机颗粒之间以及无机颗粒和多孔性基材之间的界面电阻过度增加，导致电池性能下降；其次，当引入过量的无机材料时，由于其脆性，上述电解质的处理难以实现，因此，使用这种电解质难以组装电池。特别地，迄今为止进行的大多数努力都是开发独立式薄膜形式的含无机颗粒的复合型电解质，但是，由于薄膜的机械性能差(如高脆性)，实际上很难在电池中应用这种电解质。即使能通过降低无机颗粒的含量来提高机械性能，但无机颗粒和液体电解质的混合物也会由于液体电解质而导致机械性能明显下降，造成随后的电池组装失败。如果在电池组装后再注入液体电解质，电解液在电池中分散需要的时间太长，并且由于无机/有机复合薄膜中的聚合物含量较高而导致电解液的实际润湿性差。另外，为了提高安全性而加入无机颗粒，会导致锂离子传导性明显降低。此外，由于电解质内没有孔，或即使有的话，也只是具有大小为几个埃(A)的孔和很低的孔隙率，因此电解质不能充分地用作隔膜。有鉴于此，确有必要提供一种能够避免上述电性能问题和安全事故的电化学装置及其无机/有机复合多孔性薄膜。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种电性能和安全性能较好的电化学装置及其无机/有机复合多孔性薄膜，以改善常规聚烯烃基隔膜的热安全性。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种无机/有机复合多孔性薄膜，其包括多孔性基材和附着在多孔性基材上的活性层，其中，活性层含有无机颗粒和粘结剂的混合物。作为上述无机/有机复合多孔性薄膜的一种改进，所述粘接剂为偶联剂，或聚丙烯酸，或聚丙烯酸与聚丙烯酸盐的混合物，或偶联剂与聚丙烯酸的混合物，或偶联剂与聚丙烯酸、聚丙烯酸盐的混合物。作为上述无机/有机复合多孔性薄膜的一种改进，所述偶联剂为硅烷类偶联剂， 其分解温度大于200°c，所述聚丙烯酸盐为聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾。作为上述无机/有机复合多孔性薄膜的一种改进，所述硅烷类偶联剂为水性硅氧烷、环氧基硅烷、双氨基硅烷、酰氧基硅烷、芳香基硅烷或者乙烯基硅烷中的任意一种或几种。作为上述无机/有机复合多孔性薄膜的一种改进，所述聚丙烯酸的分子量为 2000-10000000，聚丙烯酸盐的分子量为2000-10000000。作为上述无机/有机复合多孔性薄膜的一种改进，所述聚丙烯酸的分解温度大于 200 "C。作为上述无机/有机复合多孔性薄膜的一种改进，所述无机颗粒的粒径优选为 0.l-2Mm。本专利技术提供的无机/有机复合多孔性薄膜，足够用作隔膜来防止电池正极和负极之间的电接触和使离子从中通过，能够改善克服聚烯烃基隔膜热安全性差的缺陷，并表现出优异的锂离子传导性和良好的电解液浸润吸收能力。本专利技术通过在多孔性基材的表面上涂覆无机颗粒和粘结剂聚合物的混合物得到无机/有机复合多孔性薄膜，存在于基材自身中的孔和活性层中的无机颗粒之间的间隙形成的均勻结构允许无机/有机复合多孔性薄膜用作隔膜。在现有技术中，通过使用无机颗粒和粘结剂聚合物形成的常规固体电解质没有孔结构，或即使有的话，也只是具有孔径大小几个埃的不规则孔结构。因此，它们不适宜用作锂离子可通过的隔膜，导致电池性能下降。相比之下，本专利技术无机/有机复合多孔性薄膜在多孔性基材和活性层中都有均勻的孔结构，并且孔结构允许锂离子从中平稳地通过。在现有技术中，常规隔膜或聚合物电解质形成为独立式薄膜的形状，然后与电极一起组装。相比之下，本专利技术无机/有机复合多孔性薄膜通过在有孔的多孔性基材表面上直接涂覆形成，因而多孔性基材和活性层上的孔可彼此固定，并在活性层和多孔性基材之间提供牢固的物理粘结。因此，本专利技术可改善与机械性能有关的问题如脆性。另外，多孔性基材和活性涂层之间增加的界面粘合力可降低界面电阻。事实上，本专利技术无机/有机复合多孔性薄膜包括有机地粘结到多孔性基材上的无机/有机复合多孔层。另外，活性层不会影响多孔性基材中存在的孔结构，因此可保持孔结构。此外，活性层自身也具有由无机颗粒形成的均勻孔结构。由于上述孔结构随后被注入的液体电解质充满，因此无机颗粒之间或无机颗粒和粘结剂聚合物之间产生的界面电阻被大大降低。实验证明，本专利技术无机/有机复合多孔性薄膜由于耐热无机颗粒而表现出高的热安全性。换句话说，常规聚烯烃基隔膜在高温下引起热收缩，是因为它们具有120-140°C或 150-170°C的熔点，但本专利技术无机/有机复合多孔性薄膜因无机颗粒的耐热性而不会引起热收缩。因此，使用上述无机/有机复合多孔性薄膜作为隔膜的电化学装置，即使在极端条件下(如高温、过充电等)，也不会出现由正极和负极之间的内部短路引起的安全性降低。 因此，这种电化学装置与常规电池相比具有优异的安全性特性。由氧化铝和二氧化硅混合涂布在PET上制成无纺布料，为本领域的技术人员已知的技术。但是，这种复合薄膜不使用粘结剂聚合物来支撑和互连无机颗粒。另外，对无机颗粒的粒径和均勻性以及无机颗粒形成的孔结构没有正确的认识。因此，现有技术中的这种复合薄膜会导致电池性能下降。更特别地，当无机颗粒具有较大直径时，在相同固体含量下得到的活性层厚度增加，会导致机械性能下降。而本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种无机／有机复合多孔性薄膜，其特征在于：包括多孔性基材和附着在多孔性基材上的活性层，其中，活性层含有无机颗粒和粘结剂的混合物。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：江德顺，王岳利，张五堂，焦军峰，
申请(专利权)人：东莞新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44
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