具有断路功能的复合多孔性分离膜及其制备方法、利用其的二次电池技术

本发明专利技术涉及能够通过将用作支撑部的多孔性基材的孔隙率(孔隙度)设定成与层叠于上述多孔性基材的多孔性高分子网络层的孔隙率(孔隙度)相同或相似，来提高复合多孔性分离膜的离子迁移率特性，并借助多孔性基材来具有断路功能的复合多孔性分离膜及其制备方法、利用其的二次电池。本发明专利技术的多孔性分离膜包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，第一多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的一侧面，当与相向的电极紧贴时，起到粘结层的作用，以及由耐热性高分子的纳米纤维形成的第二多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的另一侧面；上述第一多孔性高分子网络层的熔点和第二多孔性高分子网络层的熔点分别高于多孔性基材的第一熔点，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别与第一孔隙度相同或相似。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有断路功能的复合多孔性分离膜及其制备方法、利用其的二次电池
本专利技术涉及具有断路功能的复合多孔性分离膜及其制备方法、利用其的二次电池，尤其涉及能够提高分离膜的离子迁移率特性，并借助多孔性基材来具有断路功能的复合多孔性分离膜及其制备方法、利用其的二次电池。
技术介绍
通常通过组装正极(anode)和负极(cathode)及介于上述正极和负极之间的分离膜(separator)来形成锂二次电池，此时，位于电池的两个电极之间的分离膜作为防止负极和正极直接接触来产生内部短路的部件，不仅是电池内的离子的移动通道，而且对提高电池的安全性方面起到重要作用。利用现有的聚烯烃类分离膜来制备的电池频繁产生两个电极与分离膜未紧贴而脱离现象，因此，无法有效地通过分离膜的气孔部形成离子传递，由此产生电池性能的下降。并且，现有的分离膜使用暴露于电池内部的氧化及还原环境时不产生分解及反应的化学性质稳定的材料，例如使用氟类聚合物，但是这种基材的机械性强度并不理想，在电池组装工序中引起分离膜脱落、断裂等问题，从而导致电池的内部短路等，降低安全性。追加性地，为了实现耐热性或高电容率，在分离膜涂敷无机物粒子来形成分离膜，此时，由于分离膜和无机物粒子的低粘结能力，导致无机物粒子脱离，从而无法实现所要的效果。另一方面，高能量密度及大容量的二次电池需要具有相对高的工作温度范围，而在以持续高效率充放电状态使用时，温度上升，因而用于这些电池的分离膜与普通的分离膜相比，需要更高的耐热性和热稳定性。并且，需要具有能够应对急速充放电及低温的高的离子传导率等优秀的电池特性。分离膜通过位于电池的负极和正极之间来进行绝缘，并通过维持电解液来提供离子传导的通道，并且需要使分离膜具有分离膜的一部分被熔融来遮挡气孔的断路(SHUTDOWN)功能，从而在电池的温度过高时阻断电流。若温度再上升，导致分离膜被熔融，则产生大洞，在负极和正极之间产生短路。上述温度被称为短路温度(SHORTCIRCUITTEMPERATURE)，通常，分离膜需具有低断路温度和较高的短路温度。因此，为了高能量密度化、大型化二次电池，一同具有断路功能和耐热性非常重要。即，需要由于耐热性优秀而使得热收缩少，并具有基于高离子传导率的优秀的循环性能的分离膜。使用现有的聚烯烃分离膜和液体电解液的锂离子二次电池，或者使用凝胶高分子电解质膜或使用在聚烯烃分离膜涂敷凝胶高分子的高分子电解质的现有的锂离子高分子电池在耐热性方面考虑，很难用于高能量密度电池及高容量电池。因此，用于汽车等的高容量、大面积电池所需的耐热性无法满足安全性要求。在韩国公开特许第2008-13209号中，提出了具有耐热性超纤维层的分离膜，上述具有耐热性超纤维层的分离膜作为在多孔膜的一面或两面涂敷纤维层的分离膜，包括借助对熔点为180℃以上或没有熔点的耐热性高分子物质进行电纺丝(electrospinning)来形成的纤维状及借助对与电解液产生溶胀的溶胀性高分子物质进行电纺丝来形成的纤维状。在上述韩国公开特许第2008-13209号中，由于中心部的基材使用现有的用作分离膜的聚烯烃类多孔膜，因而层叠于孔隙度低的聚烯烃类多孔膜的纤维层存在无法具有通过电纺丝方法所能得到的多孔性网的优秀的物理性质的界限，尤其存在并不是多层结构的所有层都能够具有基于高孔隙度的离子传导率的界限。并且，在韩国公开特许第2004-108525号中公开了均匀吸收电解液来在用于电化学元件时不仅能够大大提高电池的性能，并且由于机械性强度优秀、复合膜与电极之间的结合力良好，从而能够提高电池制造工序速度的电化学原件用复合膜。上述韩国公开特许第2004-108525号中的复合膜具有在用作强度支撑部的聚烯烃类微细多孔性膜的一面和/或两面层叠高分子网状的多孔性膜的结构，聚烯烃类微细多孔性膜的平均气孔大小为0.005～3μm，孔隙率为30～80％，机械性方向的拉伸强度为700kg/cm2以上，横向的拉伸强度为150kg/cm2以上，厚度为5～50μm。尤其，在韩国公开特许第2004-108525号的实施例中记述了当层叠聚烯烃类微细多孔性聚丙烯(PP)膜的孔隙率(孔隙度)为55％的和孔隙度为80％的网状的多孔性膜来层压三层结构物时，得到总孔隙率为58％的复合膜，当借助电纺丝方法在孔隙率为43％的聚烯烃微细多孔性聚乙烯(PE)膜形成网状的多孔性膜来层压三层结构物时，得到总孔隙率为45％的复合膜。因此，由于聚烯烃类多孔性膜的孔隙率(孔隙度)大大低于网状的多孔性膜的孔隙率(孔隙度)，使得韩国公开特许第2004-108525号中的复合膜的孔隙率(孔隙度)从属于聚烯烃类多孔性膜，结果，存在离子迁移率特性下降的问题。即，上述复合膜未能最大限度利用具有高孔隙率(孔隙度)的网状多孔性膜的特性。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术是考虑到这些现有技术的问题而提出的，本专利技术的目的在于，提供通过将用作支撑部的多孔性基材的孔隙率(孔隙度)设定成与层叠于上述多孔性基材的多孔性高分子网络层的孔隙率(孔隙度)相同或相似，由此防止复合多孔性分离膜的孔隙率从属于多孔性基材，并通过最大限度地利用具有高孔隙率(孔隙度)的多孔性高分子网络层的特性来提高复合多孔性分离膜的离子迁移率特性的复合多孔性分离膜及利用其的二次电池。本专利技术的再一目的为提供能够通过在用作强度支撑部的多孔性基材的两侧面或一侧面分别设置或层叠起到粘结层作用的第一多孔性高分子网络层和由耐热性高分子、无机物粒子的混合物形成的耐热性第二多孔性高分子网络层，借助熔点低于第一多孔性高分子网络层及第二多孔性高分子网络层的多孔性基材来体现断路功能的复合多孔性分离膜及利用其的二次电池。本专利技术的另一目的在于，提供利用能够用作强度支撑部并能以低廉的费用得到的多孔性基材来具有上述断路功能的三层结构的复合多孔性分离膜的制备方法。解决问题的手段为了实现上述目的，本专利技术第一特征的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，第一多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的一侧面，当与相向的电极紧贴时，起到粘结层的作用，以及由耐热性高分子的纳米纤维形成的第二多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的另一侧面；上述第一多孔性高分子网络层的熔点和第二多孔性高分子网络层的熔点分别高于多孔性基材的第一熔点，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别与第一孔隙度相同或相似。本专利技术第二特征的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，由耐热性高分子的纳米纤维形成的第二多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的一侧面，以及第一多孔性高分子网络层，层叠于上述第二多孔性网络层的上部面，当与相向的电极紧贴时，起到粘结层的作用；上述第一多孔性高分子网络层的熔点和第二多孔性高分子网络层的熔点分别高于多孔性基材的第一熔点，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别与第一孔隙度相同或相似。本专利技术第三特征的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，无气孔高分子膜层，层叠于上述多孔性基材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，第一多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的一侧面，当与相向的电极紧贴时，起到粘结层的作用，以及由耐热性高分子的纳米纤维形成的第二多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的另一侧面；上述第一多孔性高分子网络层的熔点和第二多孔性高分子网络层的熔点分别高于多孔性基材的第一熔点，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别与第一孔隙度相同或相似。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.21 KR 10-2012-00913321.一种具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，第一多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的一侧面，当与相向的电极紧贴时，起到粘结层的作用，以及由耐热性高分子的纳米纤维形成的第二多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的另一侧面；上述第一多孔性高分子网络层的熔点和第二多孔性高分子网络层的熔点分别高于多孔性基材的第一熔点，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别与第一孔隙度相同，上述第一多孔性高分子网络层通过对能够在电解液中发生溶胀并且能够传导电解质离子的高分子进行电纺丝来形成为纳米纤维网络形态，上述第二多孔性高分子网络层通过对耐热性高分子和溶胀性高分子的混合物进行电纺丝来形成为纳米纤维网络形态。2.根据权利要求1所述的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，上述多孔性基材的孔隙度设定为60至80％，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别设定为50至80％。3.根据权利要求1所述的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，上述多孔性基材为利用干式法制备的聚乙烯多孔性膜。4.根据权利要求1所述的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，上述第一多孔性高分子网络层与正极相紧贴，上述第一多孔性高分子网络层薄于第二多孔性高分子网络层。5.根据权利要求1所述的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，上述第二多孔性高分子网络层的纳米纤维还包含溶胀性高分子及无机物粒子。6.根据权利要求1所述的具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，上述多孔性基材的厚度设定为5至9μm范围，第一多孔性高分子网络层的厚度设定为2至3μm范围，第二多孔性高分子网络层的厚度设定为4至14μm范围。7.一种二次电池，其特征在于，包含负极、正极、用于使上述负极和正极分离的分离膜及电解液，上述分离膜由根据权利要求1所述的具有断路功能的复合多孔性分离膜形成。8.一种具有断路功能的复合多孔性分离膜，其特征在于，包括：具有第一熔点及第一孔隙度的多孔性基材，起到支撑部的作用，由耐热性高分子的纳米纤维形成的第二多孔性高分子网络层，层叠于上述多孔性基材的一侧面，以及第一多孔性高分子网络层，层叠于上述第二多孔性网络层的上部面，当与相向的电极紧贴时，起到粘结层的作用；上述第一多孔性高分子网络层的熔点和第二多孔性高分子网络层的熔点分别高于多孔性基材的第一熔点，上述第一多孔性高分子网络层的孔隙度和第二多孔性高分子网络层的孔隙度分别与第一孔隙度相同，上述第一多孔性高分子网络层通过对能够在电解液中发生溶胀并且能够传导电解质离子的高分子进行电纺丝来形成为纳米纤维网络形态，上述第二多孔性高分子网络层通过对耐热性高分子和溶胀性高分子的混合物进行电纺丝来形...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐寅踊，李承勋，丁榕湜，苏允美，
申请(专利权)人：阿莫绿色技术有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR