[发明专利]适合作化学电池隔膜的复合材料

说明书

本发明涉及一种尤其适合作化学电池，优选可再充电电池，特别是锂电池和锂离子电池隔膜的复合材料，涉及这种隔膜及化学电池本身，还涉及制造此种复合材料的方法。

化学电池，特别是可再充电化学电池通常是已知的，已在例如《Ullmann工业化学大全》(Ullmann’s Encyclopedia of IndustrialChemistry)第5版，卷A3，VCH出版社，Weinheim，1985，pp.343～397页中做了充分描述。

这类电池当中，锂电池和锂离子电池，由于具有高比能储存密度而占据特殊地位，尤其是作为蓄电池。

此类型电池，特别是按照Ullmann的上述节选段落的描述，在阴极中包含锰、钴、钒或镍之类的锂化复合氧化物。例如，它们，按最简单化学计量的情况可描述为LiMn₂O₄、LiCoO₂、LiV₂O₅或LiNiO₂。

这些复合氧化物可与能够在晶格中结合进锂离子的化合物，如石墨发生可逆反应，结果从晶格中移出锂离子，在此过程中金属离子如锰、钴或镍则被氧化。该反应可应用到化学电池中用以储存电能，其中，用电解质将能接受锂离子的化合物，也就是阳极材料，与含锂的复合氧化物，也就是阴极材料，彼此隔开，于是形成复合氧化物的锂离子可通过该电解质迁移到阳极材料中(充电过程)。

适合用来可逆地储存锂离子的化合物通常利用粘结剂固定在集电极上。

电池充电期间，电子流过外电压源，同时锂阳离子流过电解质到达阳极材料。电池使用期间，锂阳离子流过电解质，而电子则从阳极材料流经负载来到阴极材料。

为避免化学电池内出现短路，在这2个电极之间设置电绝缘但容许锂阳离子透过的层。这可以是所谓固态电解质或传统隔膜。

众所周知，固态电解质和隔膜由载体材料组成，在载体材料中结合着含有锂阳离子并起到提高锂离子电导率作用的可离解化合物，另外通常还包括其他添加剂如溶剂。

微孔膜作为隔膜的建议已提出一些时候了。例如，GB 2 027 637描述了一种微孔膜，它包含一种基质，该基质由40～90％(体积)聚烯烃和10～60％(体积)无机填料以及文中一一规定的其他成分组成。文中所描述的基质具有，以薄膜体积为基准30～95％(体积)孔隙，是一种铅蓄电池用的隔膜。

EP-B 0 715 364描述了一种具有断路(Shutdown)特性的双层电池隔膜。文中所描述的电池隔膜具有第1微孔膜，具有断路功能，该微孔膜由选自聚乙烯、以聚乙烯为主的共混物以及聚乙烯共聚物的材料制成。该隔膜还具有第2微孔膜，该膜具有增强功能，由选自聚丙烯、以聚丙烯为主的共混物以及聚丙烯共聚物的材料制成。按该文献的描述，此种隔膜具有优于先有技术的机械强度和转变能。

EP-A 0 718 901描述一种具有断路特性的三层电池隔膜。该隔膜包含第1和第3微孔聚丙烯膜，后者又包括微孔聚乙烯膜，其中第1和第3膜具有比第2膜大的耐击穿能力和较高熔点。

EP-A-0 708 791描述一种膜形式的复合聚合物电解质，它具有施涂到多孔聚四氟乙烯膜制成的基质材料上的离子导电聚合物凝胶。

DE-A 198 59 826.3描述一种适合作化学电池中隔膜的复合材料，包含传统层状隔膜，以及至少1个其他层，其中它们包含固体和聚合物粘结剂，该粘结剂是一种具有当受到加热和/或紫外辐照时能发生交联反应的活性链中基、端基和/或侧基的聚合物或共聚物。

本发明的目的，考虑到该项先有技术，首先是提供一种隔膜，它同样具有断路机制，而且还具有高温(＞150℃)尺寸稳定性，以及进一步改善的机械强度，另外还具有卓越离子导电性能，或是描述DE-A 19850 826.3的复合材料的替代体系。

因此，本发明涉及一种复合材料，它包含至少1个第1层，该层包含含有下列成分的组合物，

(a)1～99wt％主粒度(Primrpartikelgrβe)为5nm～100μm的固体(I)，或由至少2种固体组成的混合物，

(b)99～1wt％聚合物粘结剂(II)，可由下列物质聚合获得：

b1)以粘结剂(II)为基准5～100wt％下列成分的缩合产物III，

α)至少1种化合物IV，它能与羧酸或磺酸或衍生物或与它们中2或更多种的混合物起反应，以及