[发明专利]具有凝胶聚合物层的电池用隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括具有三维开孔结构的凝胶聚合物层的电池用隔膜、一种用于制备该隔膜的方法以及一种包含该隔膜的电化学装置。

背景技术

近来，能源储存技术已经引起了越来越多的关注。电池已经被广泛地用作携带式电话、摄录一体机(camcorder)、笔记本计算机、个人计算机和电动汽车的能源，致使其获得密集的研究与开发。就这一点而言，电化学装置是广为关注的对象。特别是，可充电的二次电池的开发已成为关注的焦点。

二次电池为能够经由化学能与电能之间的可逆转换来重复进行充电/放电循环的化学电池，并且可以被划分为Ni-MH二次电池和锂二次电池。

隔膜的作用是防止锂二次电池中的阴极与阳极之间的直接接触所造成的内部短路，并使离子渗过。目前使用的隔膜通常是基于聚乙烯(在下文中也被称为“PE”)或聚丙烯(在下文中也被称为“PP”)。

同时，常规锂聚合物电池使用其上涂布有一层稠密的凝胶聚合物层的隔膜。这种稠密的凝胶聚合物层通过下述步骤形成：将聚合物溶解到一种溶剂中形成一种涂布溶液，并将一种聚烯烃基隔膜浸泡于所述涂布溶液中。

授予A.S.Gozdz的美国专利5,460,904中公开了一种混合型聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，在下文中也被称为“PVdF”)-基聚合物电解质。所述混合型PVdF-基聚合物电解质通过下述步骤获得：使用塑化剂使聚合物基质中形成亚微米级纳米孔，并将一种有机电解质注入所述孔中。然而，在这种情况下，需要一个额外的步骤来萃取包含在该聚合物基质内的塑化剂，因此使整个过程被不合需要地复杂化了。此外，如果无法将塑化剂从聚合物基质中完全除去，则残留的塑化剂可能会造成电池质量下降。此外，PVdF-基电解质虽然具有较高的机械强度，但对电极的粘着性却较差。

发明内容

技术问题

本发明的发明人发现当将一种非溶剂(non-solvent)添加至凝胶聚合物溶液中并且在控制温度下干燥所得溶液时，此溶液会经历相分离而形成凝胶聚合物富相与凝胶聚合物贫相，从而使得在形成凝胶聚合物层时形成多个三维开孔，所述三维开孔彼此相互连接。本发明系基于此项发现。

技术方案

根据本发明一个方面，提供一种电池用隔膜，所述隔膜包括一种形成于基体之上的凝胶聚合物层，所述凝胶聚合物层包含多个彼此相互连接的三维开孔。

根据本发明另一方面，提供一种用于在基体上制备包含多个彼此相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法，所述方法包括下述步骤：将一种非溶剂部分地加入到含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液中，以使所述溶液发生相分离，并且将所述相分离溶液涂布到基体上；以及干燥所述凝胶聚合物层。

根据本发明另一方面，提供一种用于在基体上制备包含多个彼此相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法，所述方法包括下述步骤：将包含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液涂布到基体上，并且将所述基体浸泡在一种非溶剂中以产生相分离；以及干燥所述凝胶聚合物层。

根据本发明另一方面，提供一种用于在基体上制备包含多个彼此相互连接的三维开孔的凝胶聚合物层的方法，所述方法包括下述步骤：将包含一种溶于溶剂中的凝胶聚合物的凝胶聚合物溶液涂布到基体上；以及在干燥所述凝胶聚合物层的同时将一种非溶剂的蒸汽雾化至所述凝胶聚合物层中以产生相分离。

根据本发明另一方面，提供一种电化学装置，其包括：(a)一个阴极；(b)一个阳极；(c)一种隔膜，所述隔膜包括一层形成于基体之上的凝胶聚合物层，所述凝胶聚合物层包含多个彼此相互连接的三维开孔；以及(d)一种电解质。

附图说明

图1为本发明所用的相分离方法的基础三元体系相图。

图2为本发明通过相分离方法所形成的具有开孔结构凝胶聚合物层的隔膜的示意图。

图3为扫描式电子显微镜所拍摄的显示比较例1中形成的稠密凝胶聚合物层(左边照片)以及实施例1中形成的具有开孔结构的凝胶聚合物层(右边照片)的照片。

图4为比较例1中形成的稠密凝胶聚合物层(左边照片)和实施例1中形成的具有开孔结构的凝胶聚合物层(右边照片)在电解质渗入各凝胶聚合物层之后的照片。

图5为表示电池的放电特性的图表，所述电池分别使用了比较例1中形成的包含稠密凝胶聚合物层的隔膜以及实施例1中形成的包含具有开孔结构的凝胶聚合物层的隔膜。