复合隔膜及利用该复合隔膜的电化学器件制造技术

本发明专利技术的一个实施方案涉及一种新概念的有机/无机复合多孔隔膜及电化学器件，所述隔膜与现有的聚烯烃基隔膜相比，可以显示出显著的热安全性、电化学安全性、优异的锂离子电导率、电解液渗透率等，所述电化学器件包括所述隔膜，从而确保安全性的同时提高性能。从而确保安全性的同时提高性能。从而确保安全性的同时提高性能。

【技术实现步骤摘要】
复合隔膜及利用该复合隔膜的电化学器件


[0001]本专利技术的一个实施方案涉及一种复合隔膜及利用该复合隔膜的电化学器件。更具体地，涉及一种新概念的有机/无机复合多孔隔膜及电化学器件，所述隔膜与现有的聚烯烃基隔膜相比，具有显著的热安全性，对电解质的润湿特性得到改善，由于电阻低而电化学安全性优异，并且可以显示出优异的锂离子电导率和优异的电解液渗透率等，所述电化学器件包括所述隔膜，从而确保安全性的同时提高性能。

技术介绍

[0002]近年来，为了将二次电池应用于电动汽车等而进行高容量和大型化，因此确保电池的安全性成为了非常重要的因素。
[0003]为了确保这样的安全性，在聚烯烃等多孔片材上引入无机颗粒或由无机颗粒和有机颗粒组成的陶瓷层，以解决由于外部冲击引起的强制的内部短路而发生的电池的起火，由此确保电池的安全性并进行商业化。
[0004]然而，将所述陶瓷层引入到聚烯烃等多孔片材层时，为了陶瓷层与多孔片材层的粘合或无机颗粒之间的连接固定而使用聚合物粘合剂，如上所述使用有机粘合剂时，电池的电解液与有机粘合剂成分之间产生化学反应，因此存在降低电池特性的问题。
[0005]此外，有机粘合剂溶解到电解质中而溶出，或者有机粘合剂被电解液溶胀而发生孔隙层的堵塞、产气或溶出引起的电解质的性能降低，并且发生溶胀导致电池的体积增加等各种降低电池的性能的问题。
[0006][现有技术文献][0007]韩国公开专利公报第10
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2019
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0067397号(2019年06月17日)

技术实现思路

[0008]要解决的技术问题
[0009]为了解决上述问题而进行许多研究的结果，发现通过多孔基材和在所述多孔基材上涂布一维无机材料而形成一维无机材料层，从而可以提供一种如下新型复合隔膜，即与现有的形成多孔基材和形成在所述基材层上的包含有机粘合剂的无机颗粒层的二次电池隔膜相比，基材与一维无机材料层的粘合力优异的同时没有有机粘合剂的溶出，并且没有电解液引起的溶胀或孔隙的堵塞、产气、电解质性能降低，而且不会溶胀而引起电池体积增加，从而完成了本专利技术。
[0010]本专利技术的另一个技术问题是提供一种新型隔膜，其为将上述一维无机材料涂布在多孔基材上而形成一维无机材料层，从而改善在多孔基材的界面处的一维无机材料引起的润湿性，因此可以降低电池的电阻。
[0011]此外，本专利技术的另一个技术问题是提供一种新型隔膜，其与现有的具有由有机粘合剂和无机颗粒形成的陶瓷层的隔膜相比，具有更优异的耐热性，抑制电池性能的随时间的变化，并且具有更持久的化学稳定性。
[0012]此外，本专利技术的另一个技术问题是提供一种隔膜及利用该隔膜的锂二次电池，所述隔膜的对电解质的润湿特性得到改善，并且电阻低而电化学安全性优异，特别地，即使是在多孔基材上使用利用一维无机材料的一维无机材料层，电阻值也比单独的多孔基材的值更低，因此具有优异的电特性。
[0013]此外，提供一种新概念的多孔复合隔膜，与现有隔膜相比，所述隔膜可以显示出优异的锂离子电导率、优异的电解液渗透率及更优异的热安全性等。
[0014]此外，本专利技术的另一个技术问题是提供一种隔膜，所述隔膜的根据高容量和大型化的电池的尺寸稳定性更优异，即使长期使用层叠几百层的电池，也具有在几乎没有厚度的偏差的情况下进一步提高电池的安全性的效果。
[0015]此外，提供一种具有优异的性能的电化学器件，具体地，提供一种锂二次电池。
[0016]技术方案
[0017]用于实现上述技术问题的本专利技术的一个实施方案涉及一种复合隔膜，其包括：(a)多孔基材；以及(b)一维无机材料层，其为在所述多孔基材的一面或两面涂布一维无机材料而形成，其中，所述一维无机材料层不包含有机粘合剂。
[0018]本专利技术的另一个实施方案提供一种复合隔膜，其包括：(a)多孔基材；(b)一维无机材料层，其为在所述多孔基材的一面或两面，并由一维无机材料形成；以及(c)
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基于维数不同的异质材料的无机复合物层
’
，其在所述一维无机材料层的上面，并包含无机颗粒和一维无机材料。
[0019]本专利技术的另一个实施方案提供一种复合隔膜，其包括：(a)多孔基材；(b)一维无机材料层，其在所述多孔基材的一面或两面，并由一维无机材料形成；以及(c)无机颗粒层，其在所述一维无机材料层的上面，并包含无机颗粒和有机粘合剂。
[0020]所述一维无机材料是指亲水性无机纳米线形式的材料。
[0021]本专利技术的一个实施方案中，所述一维无机材料可以是选自例如金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属碳酸盐、金属水合物、金属碳氮化物等及将它们的表面用亲水基团进行表面处理的材料中的任一种或两种以上。
[0022]具体地，本专利技术的一个实施方案中，一维无机材料可以是Cu、Ag、Au、Ti、Si、Al等金属，也可以是Al2O3，SiO2，AlOOH，ZnO，TiO2，HfO2等金属氧化物，也可以采用用亲水基团进行表面处理的一维无机材料，以进一步增加所述一维无机材料的亲水性。
[0023]本专利技术的一个实施方案中，所述亲水性一维无机材料可以是选自Cu、Ag、Au、Ti、Si、Al、Al2O3、SiO2、AlOOH、ZnO、TiO2、HfO2、Ga2O3、SiC、SiC2、石英(Quartz)、NiSi、Ag
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Ni、ZnS、CeO2、MgO、NiO、Y2O3、CaO、SrTiO3、SnO2及ZrO2等中的一种或两种以上，但并不限定于此。
[0024]就所述一维无机材料而言，只要是无机纳米线或无机纳米纤维形式，则不受特别限定，但优选地，无机纳米线形式时，粘合强度更加显著而优选，并且为了实现本专利技术的目的而优选，虽然不进行限制，但更优选为具有弯曲的无机纳米线。
[0025]本专利技术的一个实施方案中，所述一维无机材料不受特别限定，但例如，线的直径可以为1
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100nm，长度可以为0.01
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100μm，L/D(长度/直径)非限制性地可以为100
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20000，独立地比表面积可以为50
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4000m2/g，但并不必须限定于此。
[0026]本专利技术的一个实施方案中，所述一维无机材料优选可以具有1
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30nm的直径的同时具有0.01
‑
10μm的长度。
[0027]本专利技术的一个实施方案中，所述一维无机材料层的初始水接触角A1和7天后的水接触角A2可以满足以下式1至式3。
[0028][式1][0029]A1≤90
°
[0030][式2][0031]A2≤90
°
[0032][式3][0033]A2≤A1[0034]本专利技术的一个实施方案中，原则上所述一维无机材料层和
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基于维数不同的异质材料的无机复合物层
’
是不包含有机粘合剂的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合隔膜，其包括：多孔基材；以及一维无机材料层，其为在所述多孔基材的一面或两面，并由一维无机材料形成，其中，所述一维无机材料层不包含有机粘合剂。2.根据权利要求1所述的复合隔膜，其中，所述复合隔膜在所述一维无机材料层的上面还包括：无机颗粒层，其包含含有无机颗粒的颗粒和有机粘合剂；或基于维数不同的异质材料的无机复合物层，其包含含有无机颗粒的颗粒和一维无机材料。3.根据权利要求1所述的复合隔膜，其中，所述一维无机材料为纳米线或纳米纤维形式，并且是选自金属、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属碳酸盐、金属水合物、金属碳氮化物及将它们的表面用亲水基团进行表面处理的材料中的任一种或两种以上。4.根据权利要求3所述的复合隔膜，其中，所述一维无机材料为选自Cu、Ag、Au、Ti、Si、Al、Al2O3，SiO2、AlOOH、ZnO、TiO2、HfO2、Ga2O3、SiC、SiC2、石英、NiSi、Ag
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Ni、ZnS、CeO2、MgO、NiO、Y2O3、CaO、SrTiO3、SnO2及ZrO2中的一种或两种以上的纳米线或纳米纤维。5.根据权利要求1所述的复合隔膜，其中，所述一维无机材料是直径为1
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100nm、长度为0.01
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100μm的纳米线或纳米纤维形式。6.根据权利要求1所述的复合隔膜，其中，所述一维无机材料层的初始水接触角A1和7天后的水接触角A2满足以下式1至式3，[式1]A1≤90
°
[式2]A2≤90
°
[式3]A2≤A1。7.根据权利要求1所述的复合隔膜，其中，相对于一维无机材料层的总成分，所述一维无机材料层还包含含量为10重量％以下的有机粘合剂。8.根据权利要求1所述的复合隔膜，其中，所述多孔基材是将表面进行亲水化改性的多孔基材。9.根据权利要求2所述的复合隔膜，其中，所述无机颗粒是选自勃姆石、Al2O3、TiO2、CeO2、MgO、NiO、Y2O3、CaO、SrTiO3、SnO2、ZnO、ZrO2、锂基无机物、压电性无机金属混合物及这些金属的复合金属氧化物中的一种或两种以上。10.根据权利要求2所述的复合隔膜，其中，所述无机颗粒的尺寸为0.001...

【专利技术属性】
技术研发人员：池尚胤，
申请(专利权)人：爱思开高新信息电子材料株式会社，
类型：发明
国别省市：