CN110915023B - 用于二次电池的具有不对称结构的阻燃隔板 - Google Patents

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Abstract

本文披露了一种具有不对称结构的用于二次电池的阻燃隔板，且更具体地涉及一种其中氢氧化物基无机阻燃剂仅涂覆在面向正极的表面上的具有不对称结构的用于二次电池的阻燃隔板。本发明提供一种隔板和包括所述隔板的锂二次电池，其中与传统的涂覆有无机物的隔板相比，所述隔板能够防止锂离子主要从锂二次电池中的负极析出的风险、增强阻燃效果并保持电化学特性。

Description

用于二次电池的具有不对称结构的阻燃隔板
技术领域
本发明涉及一种用于二次电池的具有不对称结构的阻燃隔板，更具体地涉及一种其中氢氧化物基无机阻燃剂仅涂覆在面向正极的表面上的用于二次电池的具有不对称结构的阻燃隔板。
背景技术
近来，随着诸如智能手机、笔记本电脑、平板电脑和便携式游戏机之类的便携式装置趋向于重量减轻并且功能性增加，对用作它们的驱动电源的二次电池的需求日益增加。过去，已经使用镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池，但是目前最常使用具有高工作电压和每单位重量具有高能量密度的锂二次电池。
在锂二次电池的情况下，对锂二次电池的需求随着与便携式装置市场有关的市场增长而增加。锂二次电池也已被用作电动车辆(EV)和混合动力电动车辆(HEV)的电源。
锂二次电池被配置为使得具有可充电和放电的正极/隔板/负极结构的电极组件安装在电池壳体中。通过以下方式来制造正极和负极的每一个：将包括电极活性材料的浆料施加至金属集电器的一个表面或两个表面，干燥该浆料，并辊压其上施加有干燥浆料的金属集电器。
隔板是影响二次电池的性能和寿命的最重要因素之一。隔板必须使正极和负极彼此电隔离，并且在高温下表现出高的离子渗透性、高的机械强度和稳定性，以使电解质溶液能够顺畅地通过隔板。
氢氧化物基无机阻燃剂是在一定温度下吸收热量的阻燃剂，并且用于各种树脂和类似物中。氢氧化物基无机阻燃剂在吸收热量时会释放水。在释放的水与电池中的离子、特别是锂离子反应的情况下，极有可能发生爆炸。因此，应注意在锂二次电池中的使用。
KR 2012-0079515A涉及一种包括不对称涂覆的隔板的电极组件和包括该电极组件的电化学装置。KR 2012-0079515A公开了在电极组件中，所述电极组件通过交替地层压以下多个单元组成：阳极单元，包括阳极集电器、涂覆在阳极集电器的两侧上的阳极活性材料层、和附接至阳极集电器的一侧的隔板；和阴极单元，包括阴极集电器、涂覆在阴极集电器的两侧上的阴极活性材料层、和附接至阴极集电器的一侧的隔板；所述电极组件包括不对称涂覆的隔板，其中所述隔板的一侧附接至所述阳极单元或所述阴极单元中的每种活性材料，并且所述隔板的另一侧分别不对称地涂覆有粘合力加强构件和耐热加强构件。在KR2012-0079515A的一部分中，氢氧化物无机阻燃剂可以仅不对称地涂覆在阳极上。然而，KR2012-0079515A中没有认识到因释放水引起的问题。此外，KR 2012-0079515A没有认识到隔板本身的涂覆重量不对称的影响。
JP 2006-269359A公开了一种用于非水电解质二次电池的隔板，其中所述用于非水电解质二次电池的隔板包括层压有至少两层的层压体，其中至少一层的关闭温度为140℃或以下，并且至少一层的热变形温度(JIS K 7207 A法)为100℃或以上，面向阴极的层的氧指数(JIS K 7201)为26或以上。
在JP 2006-269359A中，隔板的面向阴极的层包括主要由聚烯烃组成的材料，并且隔板的面向阳极的层包括氟树脂、无机化合物和阻燃剂。由于JP2006-269359A不包括无机颗粒层，因此JP 2006-269359A中的隔板与其他隔板相比具有较差的耐热收缩性。
KR 2015-0019991A公开了一种锂二次电池，所述锂二次电池包括正极、负极、以及插置在正极和负极之间的隔板，其中所述隔板包括：基板，所述基板包括面向负极的第一表面和面向正极第二表面；第一层，所述第一层设置在基板的第一表面上并且包括有机材料；第二层，所述第二层设置在基板的第二表面上并且包括无机材料。KR 2015-0019991A的隔板与本发明的不同之处在于其不包括无机涂层。
如上所述，尚未提出一种与传统的无机涂层隔板相比，能够防止锂离子主要在锂二次电池的负极中析出的风险、增强阻燃效果并保持电化学特性的技术。
发明内容
技术问题
鉴于上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种隔板和包括所述隔板的锂二次电池，其中与传统的无机涂层隔板相比，能够防止锂离子主要在锂二次电池的负极中析出的风险、增强阻燃效果并保持电化学特性。
技术方案
在本发明的第一方面中，上述和其他目的可以通过提供一种隔板来实现，所述隔板包括：包括聚烯烃基材料的隔板基板；和设置在所述隔板基板的两个表面上的涂层，其中所述隔板基板可包括设置在隔板基板的面向正极的表面上的包括阻燃材料的第一涂层和设置在隔板基板的面向负极的表面上的包括粘合剂材料或无机颗粒的第二涂层。
第一涂层的重量W1等于或大于第二涂层的重量W2，并且第一涂层的重量W1和第二涂层的重量W2满足以下关系。
0.51<W1/(W1+W2)<0.95
7g/m2<(W1+W2)
阻燃材料是氢氧化物无机阻燃剂，具体地是选自Al(OH)3、Mg(OH)2、AlOOH、和CaO·Al2O3·6H2O中的至少一种。
无机颗粒是介电常数为1或更高的高介电性无机颗粒、具有压电性(piezoelectricity)的无机颗粒、具有锂离子传输能力的无机颗粒、或它们中的两种或更多种的混合物。具体地，无机颗粒是选自由Al2O3、SiO2、MgO、TiO2和BaTiO2构成的组中的至少一种。
粘合剂材料是选自由聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶(SBR)、四氟乙烯(TFE)、氟橡胶、和聚酰亚胺构成的组中的至少一种。具体地，粘合剂材料是选自由PVdF、TFE、和聚酰亚胺构成的组中的至少一种。
在本发明的第二方面中，提供一种包括所述隔板的电化学装置，其中所述电化学装置是电池，其中电池在35℃或以上且50℃或以下的充电和放电循环特性与包括在隔板的两个表面上均设置有第二涂层的隔板在内的电池的充电和放电循环特性相同。
本发明的有益效果
根据本发明的隔板的优点在于：能够(1)防止锂离子主要在锂二次电池的负极中析出的风险；(2)增强阻燃效果；以及(3)与传统的无机涂层隔板相比，保持相似的电化学特性。
附图说明
图1示出了比较例和根据本发明的实施例的燃烧特性的照片。
图2是示出阻燃性无机物、无机颗粒、包括阻燃性无机物的隔板、和包括无机颗粒的隔板的DSC测量结果的图。
图3是示出包括根据比较例和根据本发明的实施例的隔板的电池在25℃下的充电和放电特性的测量结果的图。
图4是示出包括根据比较例和根据本发明的实施例的隔板的电池在45℃下的充电和放电特性的测量结果的图。
最佳实施方式
下文中，将详细地描述本发明。应当注意，本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为具有普通含义和基于字典的含义，而是应基于发明人可适当地定义术语的概念以便以最佳方法解释本发明的原则，将这些术语或词语解释为具有与本发明的技术构思相一致的含义和概念。因此，在本说明书中描述的实施方式仅仅是最优选的实施方式，并且不覆盖本发明的所有技术构思，因此应当理解的是，在提交本申请时，可存在能够替代这些实施方式的各种等同物和修改。
根据本发明的一个方面，提供一种隔板，所述隔板包括：包括聚烯烃基材料的隔板基板；和设置在所述隔板基板的两个表面上的涂层，其中所述隔板基板包括设置在隔板基板的面向正极的表面上的包括阻燃材料的第一涂层和设置在隔板基板的面向负极的表面上的包括粘合剂材料或无机颗粒的第二涂层。
第一涂层的重量W1等于或大于第二涂层的重量W2，并且第一涂层的重量W1和第二涂层的重量W2满足以下关系。
0.51<W1/(W1+W2)<0.95
7g/m2<(W1+W2)
阻燃材料是氢氧化物无机阻燃剂，具体地，所述阻燃材料是选自Al(OH)3、Mg(OH)2、AlOOH、和CaO·Al2O3·6H2O中的至少一种。
1)隔板的特性
在锂二次电池中，锂离子的析出主要发生在负极中，通过仅在隔板的面向正极的面上涂覆能够产生水分的氢氧化物基无机阻燃剂，可以达到阻燃效果，由此可以防止析出的锂与水分之间的反应。
然后，可以将用于形成粘合剂层的粘合剂或常规的氧化铝基SRS涂覆在作为相对侧的隔板的面向负极的表面上。然而，为了增强阻燃效果，有效的是使得面向正极的表面上的涂层的厚度大于面向负极的表面上的涂层的厚度。
根据本发明的隔板的总厚度类似于在面向正极和负极的表面上均涂覆有无机材料的传统隔板的总厚度。隔板的厚度可以在5μm至30μm的范围内。在隔板的厚度小于5μm的情况下，隔板的强度低，从而隔板容易被损坏，这是不希望的。在隔板的厚度大于30μm的情况下，电极组件的总厚度增加，从而电池的容量可能会减小，这也是不希望的。
包括根据本发明的隔板的电池在35℃或以上且50℃或以下的充电和放电特性与包括两个表面均涂覆有无机材料的传统隔板在内的电池的充电和放电特性相同。在温度为35℃或以下的情况下，无法区别基于温度的效果。在温度为50℃或以上的情况下，两个表面均涂覆有无机材料的传统隔板相较于本发明的隔板具有较差的热稳定性。
2)涂层的重量
根据本发明，第一涂层的重量W1等于或大于第二涂层的重量W2，并且第一涂层的重量W1和第二涂层的重量W2满足以下关系。
0.51<W1/(W1+W2)<0.95
优选地，0.6<W1/(W1+W2)<0.95
更优选地，0.65<W1/(W1+W2)<0.95
最优选地，0.7<W1/(W1+W2)<0.95
即使在根据本发明的不对称隔板的情况下，为了即使在严重损坏(诸如钉穿透)的情况下也能保持阻燃性能，要求涂覆量为7g/m2或以上。可以看出，即使涂覆量满足最小值，但在涂覆量不对称的情况下，阻燃性能也优异。
3)阻燃材料
根据本发明的阻燃材料是氢氧化物无机阻燃剂，具体地，所述阻燃材料是选自Al(OH)3、Mg(OH)2、AlOOH、和CaO·Al2O3·6H2O中的至少一种。阻燃剂用作由以下化学式表示的阻燃剂。
2Al(OH)3→Al2O3+3H2O(主要在180～300℃,-280cal/g(-1172kJ/kg))
Mg(OH)2→MgO+H2O(主要在300～400℃,-328cal/g(-1372kJ/kg))
3CaO·Al2O3·6H2O→Al2O3+3CaO+6H2O(主要在250℃,-340cal/mol)
4)无机颗粒
根据本发明的无机颗粒可以在无机颗粒之间形成空隙，从而可以形成微孔并保持作为间隔物(spacer)的物理形状。无机颗粒的物理特性通常在200℃或更高的温度下不改变。
无机颗粒没有特别限制，只要无机颗粒是电化学稳定的即可。换句话说，可以在本发明中使用的无机颗粒没有特别限制，只要无机颗粒在应用该无机颗粒的电池的工作电压范围内(例如，基于Li/Li+的0至5V)不被氧化和/或还原即可。具体地，在使用具有高电解质离子传输能力的无机颗粒的情况下，可以改善电化学装置的性能。因此，优选无机颗粒的电解质离子传输能力尽可能高。此外，在无机颗粒具有高密度的情况下，在形成多孔隔板时可能难以分散无机颗粒，并且在制造电池时电池的重量可能会增加。由于这些原因，优选无机颗粒的密度较低。此外，在无机颗粒具有高介电常数的情况下，可增加液体电解质中的电解质盐(诸如锂盐)的离解度，从而提高电解质溶液的离子电导率。
由于上述原因，无机颗粒可以是介电常数为1或以上，优选为10或以上的高介电性无机颗粒、具有压电性(piezoelectricity)的无机颗粒、具有锂离子传输能力的无机颗粒、或它们中的两种或更多种的混合物。
介电常数为1或以上的无机颗粒的示例可包括：SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC、或它们的混合物。然而，本发明不限于此。
具有压电性(piezoelectricity)的无机颗粒是在常压下为非导体，但是当对其施加预定压力时，由于其内部结构的变化而表现出导电性的材料。在无机颗粒具有高介电值(例如，介电常数为100或以上)并且无机颗粒以预定压力进行张紧或压缩的情况下，产生电荷。一个面带电为正极，另一个面带电为负极，由此在这些面之间产生电位差。
在使用具有上述特性的无机颗粒的情况下，如果发生诸如局部撞击(Localcrush)或钉子(Nail)撞击之类的外部冲击，则两个电极都可能发生短路。然而，此时，由于涂覆在多孔隔板上的无机颗粒，正极和负极可能不会直接彼此接触，并且由于无机颗粒的压电性，可能会在颗粒中产生电位差。因此，在两个电极之间实现电子迁移，即微小的电流流动，从而使电池的电压逐渐降低，因此可以提高电池的稳定性。
具有压电性的无机颗粒的示例可包括BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1- yTiyO3(PLZT)、Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、二氧化铪(hafnia,HfO2)、和它们的混合物。然而，本发明不限于此。
具有锂离子传输能力的无机颗粒是包含锂元素并且在不存储锂的情况下输送锂离子的无机颗粒。具有锂离子传输能力的无机颗粒可由于颗粒结构中存在的一种缺陷(defect)而传输和输送锂离子。因此，可以改善电池中的锂离子传导性，并且因此可以改善电池性能。
具有锂离子传输能力的无机颗粒的示例可包括：磷酸锂(Li3PO4)；磷酸钛锂(LixTiy(PO4)3,其中0<x<2且0<y<3)；磷酸钛铝锂(LixAlyTiz(PO4)3,其中0<x<2,0<y<1,且0<z<3)；(LiAlTiP)xOy基玻璃(其中0<x<4且0<y<13),诸如14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5；钛酸镧锂(LixLayTiO3,其中0<x<2且0<y<3)；硫代磷酸锗锂(LixGeyPzSw,其中0<x<4,0<y<1,0<z<1,且0<w<5)，诸如Li3.25Ge0.25P0.75S4；氮化锂(LixNy,其中0<x<4且0<y<2)，诸如Li3N；SiS2基玻璃(LixSiySz,其中0<x<3,0<y<2,且0<z<4)，诸如Li3PO4-Li2S-SiS2；P2S5基玻璃(LixPySz,其中0<x<3,0<y<3,且0<z<7)，诸如LiI-Li2S-P2S5；以及它们的混合物。然而，本发明不限于此。
在具有高介电常数的无机颗粒、具有压电性的无机颗粒、和具有锂离子传输能力的无机颗粒一起使用的情况下，可以进一步改善通过这些成分获得的效果。
每种无机颗粒的尺寸没有特别限制。然而，为了形成具有均匀厚度的膜并获得合适的孔隙率，每种无机颗粒的尺寸可为0.001μm至10μm。在每种无机颗粒的尺寸小于0.001μm的情况下，分散性降低，由此难以调节多孔隔板的物理特性。在每种无机颗粒的尺寸大于10μm的情况下，以相同的固体含量制造的隔板的厚度增加，由此隔板的机械性能劣化。此外，当电池进行充电和放电时，由于过大的孔，导致电池中容易发生短路。
5)粘合剂
粘合剂通常也可被称为聚合物粘合剂，并且当粘合剂被液体电解质溶液浸渍时可被凝胶化，由此粘合剂可具有表现出高的电解质溶液浸渍率的特性。实际上，在聚合物粘合剂是具有高电解质溶液浸渍率的聚合物的情况下，在电池组装后注入的电解质溶液渗透到聚合物中，并且被电解质溶液浸渍的聚合物表现出电解质离子传输能力。此外，与传统的疏水性聚烯烃基隔板相比，可以改善多孔隔板在电解质溶液中的润湿(wetting)，并且可以将极性电解质溶液用于电池，这是传统上难以实现的。因此，粘合剂可具有溶解度参数为15MPa1/2至45MPa1/2，优选为15MPa1/2至25MPa1/2和30MPa1/2至45MPa1/2的聚合物。在粘合剂的溶解度参数小于15MPa1/2和大于45MPa1/2的情况下，传统的用于电池的电解质溶液很难浸渍粘合剂。
具体地，粘合剂可以是选自由聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶(SBR)、TFE、氟橡胶和聚酰亚胺构成的组中的至少一种。优选地，粘合剂可以是选自由PVdF、TFE和聚酰亚胺构成的组中的至少一种。
粘合剂材料可进一步包括选自单宁酸、焦没食子酸、直链淀粉、支链淀粉和黄原胶中的至少一种。这样的粘合剂材料包括大量的OH基，从而提高了粘合剂-无机材料和基板-粘合剂的粘合强度。同时，可以通过自我修复功能防止隔板部分损坏以防止电池短路，提高隔板与正极之间以及隔板与负极之间的粘附性，并应对正极材料过渡金属的洗脱。
6)电极组件的构造和应用
本发明还提供一种电化学装置，所述电化学装置包括正极、负极、插置在正极和负极之间的隔板、以及电解质。在此，电化学装置可以是锂二次电池。
可以通过将正极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物施加至正极集电器并干燥该混合物来制造正极。可以根据需要将填料进一步添加到混合物中。
一般来说，正极集电器被制造成具有3μm至500μm的厚度。正极集电器没有特别限制，只要正极集电器表现出高导电性同时正极集电器不在应用该正极集电器的电池中引起任何化学变化即可。例如，正极集电器可包括不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳。或者，正极集电器可包括表面经碳、镍、钛或银处理过的铝或不锈钢。此外，正极集电器可具有在其表面上形成的微尺度不均匀图案，以增加正极活性材料的粘附力。正极集电器可被配置为诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺布体之类的各种形式。
正极活性材料可以是但不限于：诸如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)的层状化合物、或由一种或多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4(其中x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物或诸如LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、V2O5、或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x＝0.01至0.3)表示的Ni位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中化学式中的Li部分地被碱土金属离子取代；二硫化合物；或Fe2(MoO4)3。
基于包括正极活性材料的混合物的总重量，导电剂的添加量通常为1-30重量％。导电剂没有特别限制，只要导电剂表现出高导电性而不在应用该导电剂的电池中引起任何化学变化即可。例如，可以使用以下材料作为导电剂：石墨，诸如天然石墨或人造石墨；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、或夏黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉或镍粉；导电晶须，诸如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，诸如钛氧化物；或导电材料，诸如聚苯撑衍生物。
粘合剂是有助于活性材料和导电剂之间的结合以及与集电器的结合的组分。基于包括正极活性材料的混合物的总重量，粘合剂的添加量通常为1-30重量％。作为粘合剂的示例，可以使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、和各种共聚物。
填料是用于抑制正极膨胀的可选组分。填料没有特别限制，只要其不在应用该填料的电池中引起任何化学变化并且由纤维材料制成即可。作为填料的示例，可以使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；和纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
可以通过将负极活性材料施加至负极集电器并将其干燥来制造负极。根据需要，可以选择性地进一步包括上述组分。
一般而言，负极集电器被制造为具有3μm至500μm的厚度。负极集电器没有特别限制，只要负极集电器表现出高导电性同时负极集电器不在应用该负极集电器的电池中引起任何化学变化即可。例如，负极集电器可包括铜、不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳。或者，负极集电器可包括表面经碳、镍、钛或银处理过的铜或不锈钢、或者铝-镉合金。此外，与正极集电器相同的方式，负极集电器可具有在其表面上形成的微尺度不均匀图案，以便增加负极活性材料的粘附力。负极集电器可被配置为诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体之类的各种形式。
作为负极活性材料，例如，可以使用：碳，诸如硬碳或石墨基碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me:Mn、Fe、Pb、Ge；Me’:Al、B、P、Si、元素周期表第1、2和3族元素、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、或Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；或Li-Co-Ni基材料。
根据本发明的另一方面，提供一种包括所述电化学装置的电池组。
具体地，所述电池组可以用作需要能够承受高温的能力、长寿命、高倍率特性等的装置的电源。所述装置的具体示例可包括：移动电子装置(mobile device)；可穿戴电子装置(wearable device)；由电池供电马达驱动的电动工具(power tool)；诸如电动车辆(Electric Vehicle,EV)、混合动力电动车辆(Hybrid Electric Vehicle,HEV)或插电式混合动力电动车辆(Plug-in Hybrid Electric Vehicle,PHEV)之类的电动汽车；诸如电动自行车(E-bike)或电动滑板车(E-scooter)之类的电动两轮车辆；电动高尔夫球车(electricgolf cart)；和能量存储系统(Energy Storage System)。然而，本发明并不限于此。
所述装置的结构和制造方法在本发明所属领域中是众所周知的，因此将省略对它们的详细描述。
具体实施方式
在下文中，将参照以下实施例和试验例详细地描述本发明；然而，本发明不受这些实施例和试验例的限制。可以将实施例修改为各种其他形式，并且本发明的范围不应被解释为受到将详细描述的实施例的限制。提供这些实施例是为了向本发明所属领域的普通技术人员更全面地解释本发明。
(隔板的制造)
为了根据本发明的实施例的目的，制造了以下比较例和实施例的隔板。当制备浆料时，将无机材料、粘合剂、和溶剂分别以14.4重量％、3.6重量％、和82重量％的质量比混合。更具体地，以无机材料和粘合剂混合的方式制备浆料，使得干燥后无机材料和粘合剂的比例分别为80重量％和20重量％。
[表1]
Figure GDA0002366391070000121
(隔板的阻燃性能的比较)
为了研究根据本发明的实施例1和2以及比较例1和2的阻燃性能，使用酒精灯点燃每个隔板的四个5cm×5cm样品，并观察其变化。结果在图1中示出。如图1中所示，a)、b)、c)、和d)分别是比较例1、比较例2、实施例1、和实施例2的结果。比较例1在起火时显示出快速的热收缩。收缩程度如此严重以至于难以观察到火的扩散程度。燃烧后，比较例1全部熔毁，无法识别其形状。在比较例2中，与纯基板相比，收缩程度良好。然而，着火后，火势蔓延速度非常快，仅观察到燃烧和变黑的形式。与纯基板相比，实施例1和2也显示出良好的收缩程度。与比较例不同，观察到实施例1和2，即使在着火之后，火势的蔓延也缓慢进行。观察到实施例1的一些样品中是自熄的，而观察到实施例2的大多数样品中是自熄的。
(包括隔板的电池的安全性的测量)
使用根据比较例2、实施例1和实施例2的隔板制造电池，然后对这些电池进行钉穿透测试。在比较例2的情况下，电池的表面温度升至650℃，表明电池的安全性非常差。另一方面，在根据本发明的实施例1和2中，证实了实施例1和2通过将电池的表面温度分别保持在60℃和40℃而显示出优异的阻燃性能。作为拆卸每个电池的结果，观察到所有内部基板全部熔化并且基板本身的孔全部消失。因此，可以认为实施例1和2的内部温度也上升到135℃以上，即PE的熔点。然而，已经证实，由于保持外部温度非常稳定，因此即使对于诸如钉穿透之类的非常严重的损坏，根据本发明的添加了阻燃剂的电池也非常稳定。
此外，通过改变不对称隔板的总涂覆量和不对称隔板的不对称涂覆量来测量电池的安全性。温度为25℃，钉子直径为3mm，倾斜度为30度。钉子穿过的速度为80mm/sec。下表示出了该测量的实施例3的结果。将Al2O3用作负极，并将Al(OH)3用作正极。
[表2]
Figure GDA0002366391070000131
从上面可以看出，即使在不对称隔板的情况下，为了即使在严重损坏(诸如钉穿透)的情况下也能保持阻燃性能，要求涂覆量为7g/m2或以上。此外，可以看出，即使涂覆量满足最小值，但在不对称隔板的情况下，阻燃性能也优异。
(具有阻燃无机材料的隔板的DSC测量)
为了对具有阻燃无机材料的隔板进行DSC测量，制备了纯Al2O3和Al(OH)3颗粒以及涂覆有Al2O3和Al(OH)3的隔板，并进行了DSC测量。结果在图2中示出。从图2中可以看出，在约200℃至300℃观察到在添加Al2O3时未观察到的吸热峰，由此确认了本发明的隔板的阻燃性。
(包括具有阻燃无机材料的隔板的电池循环的评估)
评估了根据本发明的包括具有阻燃无机材料的隔板的电池循环。制造比较例2、实施例1的隔板，以及比较例3的其中在面向正极和负极的两个表面上均涂覆有Al(OH)3的隔板，然后制造包括这些隔板的电池。在不同温度下测量循环特性。
图3示出了在25℃的循环特性。图4示出了在45℃的循环特性。在将无机阻燃剂涂覆到两个表面上的情况下，其在25℃的室温下表现出与比较例1相当的水平，而在45℃的高温下经300次循环表现出较差的循环特性。这是因为负极中使用的无机阻燃剂产生了水，然后水与锂离子发生化学反应。可以看出，在仅将无机阻燃剂施加至面向正极的表面的情况下，可以确保与比较例1相同的寿命特性。结果，很明显，本发明的不对称隔板在保持阻燃性的同时，将从阻燃材料产生的水与负极锂离子阻隔开。
(具有阻燃无机材料的隔板的电阻评估)
在与上述实施例3相同的条件下测量隔板的电阻。在仅使用纯基板的情况下，隔板的电阻为0.38Ω。下表分别显示了针对涂覆量和不对称度的隔板的电阻。
[表3]
Figure GDA0002366391070000141
从上表可以看出，根据本发明的不对称隔板具有由总涂覆量确定的表面电阻。此外，可以看出，在无机材料具有大量的Al(OH)3的情况下，根据本发明的不对称隔板具有较高的表面电阻值。

Claims (8)

1.一种隔板，包括：
包括聚烯烃基材料的隔板基板；和
设置在所述隔板基板的两个表面上的涂层，其中所述隔板基板包括：
第一涂层，所述第一涂层包括阻燃材料，设置在所述隔板基板的面向正极的表面上，其中所述阻燃材料是Al(OH)3或Mg(OH)2；和
第二涂层，所述第二涂层包括粘合剂材料和无机颗粒，设置在所述隔板基板的面向负极的表面上；
其中所述第一涂层的重量W1等于所述第二涂层的重量W2，或者所述第一涂层的重量W1和所述第二涂层的重量W2满足关系0.51<W1/(W1+W2)<0.95；
其中所述第一涂层的重量W1和所述第二涂层的重量W2满足以下关系：
7g/m2<(W1+W2)。
2.根据权利要求1所述的隔板，其中所述无机颗粒是介电常数为1或更高的高介电性无机颗粒、具有压电性(piezoelectricity)的无机颗粒、具有锂离子传输能力的无机颗粒、或它们中的两种或更多种的混合物。
3.根据权利要求2所述的隔板，其中所述无机颗粒是选自由Al2O3、SiO2、MgO、TiO2和BaTiO2构成的组中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的隔板，其中所述粘合剂材料是选自由聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚偏二氟乙烯-三氟氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶(SBR)、四氟乙烯(TFE)、氟橡胶和聚酰亚胺构成的组中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的隔板，其中所述粘合剂材料是选自由聚偏二氟乙烯、四氟乙烯和聚酰亚胺构成的组中的至少一种。
6.根据权利要求4所述的隔板，其中所述粘合剂材料进一步包括选自单宁酸、焦没食子酸、直链淀粉、支链淀粉和黄原胶中的至少一种。
7.一种电化学装置，所述电化学装置包括根据权利要求1至6中任一项所述的隔板。
8.根据权利要求7所述的电化学装置，其中所述电化学装置是电池，其中所述电池在35℃或以上且50℃或以下的充电和放电循环特性与包括在隔板的两个表面上均设置有第二涂层的隔板在内的电池的充电和放电循环特性相同。
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