CN113372772A - 用于隔板的涂覆组合物、使用其制备隔板的方法、隔板和包括隔板的锂电池 - Google Patents
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Abstract
公开了用于隔板的涂覆组合物、使用其制备隔板的方法、隔板和包括隔板的锂电池。所述涂覆组合物包括无机颗粒、粘结剂、基于硅烷的分散剂、和聚合物型添加剂,所述基于硅烷的分散剂包括在烷基链中具有少于8个碳的基于硅烷的化合物,并且所述聚合物型添加剂包括脂肪酸化合物和聚合物多元醇。所述用于隔板的涂覆组合物可具有保证的长期存储稳定性且因此提供在涂覆隔板时具有减少的黑斑缺陷的数量的复合隔板。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请基于在韩国知识产权局于2020年3月10日提交的韩国专利申请No.10-2020-0029806并且要求其优先权,将其公开内容全部通过引用引入本文中。
技术领域
本公开内容涉及用于隔板的涂覆组合物、使用其制备隔板的方法、隔板、和包括所述隔板的锂电池。
背景技术
为了满足对于紧凑的、高性能的设备的趋势,制造小的、轻质的且具有高的能量密度的锂电池正变得重要。另外,在高容量、高温和高电压条件下的锂电池的稳定性对于在电动车等中的应用已经变成重要因素。为了满足要求以适合于以上描述的目的,存在对于具有高的每单位体积的放电容量、高的能量密度和优异的寿命特性的锂电池的需要。
为了防止在正极和负极之间的短路,隔板设置在锂电池中。包括正极、负极、以及设置在正极和负极之间的隔板的电极组件被卷绕以具有果冻卷构造。
具有涂覆在多孔的基于烯烃的聚合物基材的一个表面上的涂覆浆料的隔板被用作用于果冻卷型锂电池的隔板,所述涂覆浆料包括无机颗粒例如陶瓷颗粒、和粘结剂。通常,即使对于相同种类的无机颗粒,所述无机颗粒在有机溶剂中的分散稳定性也可不可避免地取决于制造者或使用者如何进行研磨和表面处理而改变。
此外,涂覆浆料中的聚合物粘结剂的量越高,随着涂覆浆料被未受干扰地放置的时间的流逝涂覆浆料本身的颗粒尺寸越大。也就是说,即使确保无机颗粒的分散稳定性,根据所使用的溶剂体系可利用的聚合物粘结剂的绝对量越大,由于外部物理和化学因素的涂覆浆料的聚集可越容易地发生。在此情况下,由于在涂覆隔板之后产生黑斑缺陷,其可使产品的品质恶化,因此保证涂覆浆料的长期存储稳定性变成基本且重要的。
发明内容
一个方面提供用于隔板的涂覆组合物,其通过保证长期存储稳定性,可减少在涂覆多孔基材之后产生的黑斑(黑点)缺陷的数量。
另一方面提供使用所述涂覆组合物制备隔板的方法。
还一方面提供包括所述涂覆组合物的隔板。
还一方面提供包括所述隔板的锂电池。
另外的方面将部分地在随后的描述中阐明,且部分地将由所述描述明晰,或者可通过本公开内容的所呈现的实施方式的实践而获悉。
根据一个方面,提供用于隔板的涂覆组合物,所述涂覆组合物包括
无机颗粒、粘结剂、基于硅烷的分散剂、和聚合物型添加剂,其中
所述基于硅烷的分散剂包括在作为主链的烷基链中具有少于8个碳的基于硅烷的化合物,和
所述聚合物型添加剂包括脂肪酸化合物和聚合物多元醇。
根据另一方面,提供制备隔板的方法,所述方法包括:
将所述涂覆组合物涂覆在多孔基材(基底,基板)的一个或两个表面上;和
通过将其上涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材热风(热鼓风)干燥而获得具有设置在所述多孔基材上的涂层(涂覆层)的隔板。
根据还一方面,提供隔板,其包括:
多孔基材;和
设置在多孔基材的一个或两个表面上的所述涂覆组合物。
根据还一方面,提供锂电池,其包括:正极;负极;以及设置在所述正极和所述负极之间的所述隔板。
附图说明
由结合附图考虑的以下描述,本公开内容的一些实施方式的以上和其它方面、特征和优势将更明晰,其中:
图1为根据实例实施方式的复合隔板的示意性横截面图;
图2为根据实例实施方式的包括以平的果冻卷构造卷绕的电极组件的锂电池的示意图;和
图3为根据实例实施方式的包括以圆柱形果冻卷构造卷绕的电极组件的锂电池的示意图。
具体实施方式
现在将对实施方式详细地进行介绍,其实例说明于附图中,其中相同的附图标记始终指的是相同的元件。在这点上,本实施方式可具有不同的形式且不应被解释为限于本文中阐明的描述。因此,下面仅通过参考附图描述实施方式以说明方面。如本文中使用的,术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任何和全部组合。表述例如“的至少一个(种)”当在要素列表之前或之后时,修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。
下文中,由于本发明构思容许多种变化和许多实施方式,因此将在附图中示出且在详细描述中详细地描述具体实施方式。然而,这不意图将本发明构思限于具体的实践模式,并且将理解,不背离精神和技术范围的所有变化、等同物、和替代物被包括在本发明构思中。
本说明书中使用的术语仅用于描述具体实施方式,且不意图限制本发明构思。以单数使用的表述包括复数表述,除非在上下文中其具有明显不同的含义。如本文中使用的,将理解,术语例如“包括”、“具有”和“包含”意图表明在说明书中公开的特征、数量、步骤、动作、组分、部件、成分、材料、或其组合的存在,但不排除如下可能性:可存在或可添加一种或多种另外的特征、数量、步骤、动作、组分、部件、成分、材料、或其组合。本文中使用的符号“/”可根据上下文被解释为“和”或者“或”。
在附图中,为了清楚,层和区域的直径、长度和厚度被放大或缩小。在整个说明书中,相同的附图标记指的是相同的元件。在整个说明书中,将理解,当一个部件例如层、膜、区域或板被称为“在”另外的部件“上”时,所述部件可直接在所述另外的部件上或者在其间可存在中间部件。在整个说明书中,术语“第一”、“第二”等可用于描述多种元件、组分、区域、层和/或部分,但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于使一个元件区别于另外的元件。
下文中,将进一步详细地描述用于隔板的涂覆组合物、使用其制备隔板的方法、隔板、和包括所述隔板的锂电池。
根据实施方式的用于隔板的涂覆组合物包括
无机颗粒、粘结剂、基于硅烷的分散剂、和聚合物型添加剂,其中
所述基于硅烷的分散剂由在作为主链的烷基链中具有少于8个碳的基于硅烷的化合物组成,和
所述聚合物型添加剂包括脂肪酸化合物和聚合物多元醇。
所述用于隔板的涂覆组合物被涂覆在所述多孔基材的一个或两个表面上以提供其上形成有涂层的隔板。所述用于隔板的涂覆组合物材料比常规的涂覆材料对于长期存储更稳定,使得即使以较高的含量包含所述粘结剂,所述涂覆组合物的聚集也被抑制,由此使在涂覆之后在所述隔板上产生的黑斑缺陷的数量最小化,改善品质。
所述涂覆组合物包括用于分散无机颗粒的基于硅烷的分散剂,并且所述基于硅烷的分散剂包括在作为主链的烷基链中具有少于8个碳的基于硅烷的化合物。另外,包括脂肪酸化合物和聚合物多元醇的聚合物型添加剂可用作所述添加剂。通过所述基于硅烷的分散剂和所述聚合物型添加剂的组合,可保证长期存储稳定性,由此减少黑斑缺陷的数量。
所述基于硅烷的分散剂可包括在作为主链的烷基链中具有少于8个碳的基于硅烷的化合物。所述基于硅烷的化合物的所述主链可与所述涂覆组合物中的所述粘结剂形成范德华键,并且部分地代入到另外的末端或所述主链的官能团与所述无机颗粒键合,由此将所述粘结剂与所述无机颗粒均匀地连接。因此,所述无机颗粒在所述粘结剂中的聚集可被最小化,由此使在涂覆之后产生的黑斑缺陷的数量最小化。
然而,如果在所述基于硅烷的化合物的作为主链的烷基链中的碳原子的数量为8或更大,则在长期存储之后所述涂覆组合物的严重聚集可发生,使在涂覆之后出现的黑斑缺陷的数量增加,由此使在涂覆之后的所述隔板的物理性质恶化。在所述基于硅烷的化合物的烷基链中的碳的数量可为,例如,1-7、2-6、或3-5。
所述基于硅烷的化合物可包括,例如,选自如下的至少一种官能团:烷氧基、卤素、氨基、乙烯基、环氧丙氧基、羟基、巯基和酰氧基。
例如,所述基于硅烷的化合物可包括选自如下的至少一种:乙烯基烷基烷氧基硅烷、环氧基烷基烷氧基硅烷、氨基烷基烷氧基硅烷、巯基烷基烷氧基硅烷、卤代烷基烷氧基硅烷、乙烯基卤代硅烷、和烷基酰氧基硅烷。
所述基于硅烷的分散剂的量可为约0.5至约1.5重量份,基于100重量份的所述无机颗粒。在以上范围内,所述无机颗粒可被有效地分散,并且所述涂覆组合物的聚集可被抑制。所述基于硅烷的分散剂的量可在例如约0.5至约0.8重量份、约0.8至约1.0重量份、或约1.0至约1.5重量份的范围内,基于100重量份的所述无机颗粒。
所述涂覆组合物包括聚合物型添加剂,并且所述聚合物型添加剂包括脂肪酸化合物和聚合物多元醇。所述聚合物型添加剂促进具有高含量粘结剂的所述涂覆组合物的长期的稳定的存储。
所述脂肪酸化合物可包括C15-C30不饱和脂肪酸化合物、C15-C30饱和脂肪酸化合物、或其组合。所述聚合物型添加剂可包括,例如,两个或更多个种类的脂肪酸化合物。当两个或更多个种类的脂肪酸化合物组合使用时,无机颗粒的可分散性大大改善,由此进一步改善所述涂覆组合物的长期稳定性。特别地,具有不同碳数的脂肪酸化合物可组合使用。
脂肪酸化合物可意指具有拥有羧基(-COOH)基团的饱和或不饱和烃链的羧酸化合物,具有饱和烃链的的脂肪酸化合物被称作饱和脂肪酸化合物,且具有不饱和烃链的脂肪酸化合物被称作不饱和脂肪酸化合物。
当所述不饱和脂肪酸化合物包括双键时,基于所述双键,两个烃基团可位于相同的方向上(顺式异构体)或相反的方向上(反式异构体)。
所述脂肪酸化合物的种类没有特别限制,且所述脂肪酸化合物可选自C15-C30不饱和脂肪酸化合物和C15-C30饱和脂肪酸化合物。
在一个实例中,所述C15-C30不饱和脂肪酸化合物可选自油酸(C18H34O2)、棕榈油酸(C16H30O2)、顺式-十七碳烯酸(C17H32O2)、异油酸(11-十八碳烯酸)(C18H34O2)、反油酸(反-9-十八碳烯酸)(C18H34O2)、亚麻酸(C18H32O2)、花生四烯酸(C20H32O2)、二十烯酸(C20H38O2)、芥酸(C22H42O2)、二十碳五烯酸(EPA)(C20H30O2)、二十二碳六烯酸(DHA)(C22H32O2)、和神经酸(C24H46O2)。
在另一实例中,所述C15-C30饱和脂肪酸化合物可选自棕榈酸(C16H32O2)、硬脂酸(C18H36O2)、花生酸(C20H40O2)、山萮酸(C22H44O2)、和木蜡酸(C24H48O2)。
根据实施方式,所述涂覆组合物可包括由如下组成的脂肪酸化合物:两个或更多个种类的仅不饱和脂肪酸化合物、两个或更多个种类的仅饱和脂肪酸化合物、或者饱和脂肪酸化合物和不饱和脂肪酸化合物的组合。
所述涂覆组合物可包括两个或更多个种类的具有不同碳数的脂肪酸化合物,例如,两种或更多种不同的不饱和脂肪酸化合物。在所述两种或更多种不同的脂肪酸化合物中,所述涂覆组合物中包含的所有脂肪酸化合物可具有不同的碳数,但其不意味着所有脂肪酸化合物必须是具有不同碳数的脂肪酸化合物。例如,在包括三种或更多种脂肪酸化合物的涂覆组合物的情况中,如果两种脂肪酸化合物具有不同的碳数,则剩余的脂肪酸化合物可为具有与所述两种脂肪酸化合物之一相同的碳数的不同种类的脂肪酸化合物。
根据实施方式,所述脂肪酸化合物可为不饱和脂肪酸化合物,所述不饱和脂肪酸化合物包括油酸和神经酸。
根据实施方式,所述脂肪酸化合物可包括不饱和脂肪酸化合物和饱和脂肪酸化合物的组合,其包括油酸、硬脂酸、棕榈酸、和神经酸。
油酸可为由化学式C18H34O2表示的C18不饱和脂肪酸,且其为具有一个在碳原子之间的双键和在剩余碳原子处的单键的单不饱和脂肪酸。
神经酸为由油酸的链反应的产物表示的C24不饱和脂肪酸,并且可为包括一个在碳原子之间的双键和在剩余碳原子处的单键的单不饱和脂肪酸,像油酸一样。
硬脂酸可为由化学式C18H36O2表示的C18饱和脂肪酸,且棕榈酸可为由化学式C16H32O2表示的C16饱和脂肪酸。
例如,所述脂肪酸化合物可包括具有以(5-25):(5-25)的重量比混合的油酸和神经酸的混合物。特别地,所述脂肪酸化合物可包括具有以约(5-15):(5-15)或约(9-10):(9-10)的重量比的油酸和神经酸的脂肪酸化合物的混合物。包括脂肪酸化合物的混合物的涂覆组合物可进一步改善无机颗粒的可分散性,由此改善长期存储稳定性。
例如,所述脂肪酸化合物可包括具有以约(5-25):(5-25):(5-25):(5-25)的重量比的油酸、硬脂酸、棕榈酸、和神经酸的脂肪酸化合物的混合物。特别地,所述涂覆组合物可包括约(5-15):(5-15):(5-15):(5-15):(5-15)或约(9-10):(9-10):(9-10):(8-9)的油酸、硬脂酸、棕榈酸、和神经酸的混合物。包括脂肪酸化合物的混合物的涂覆组合物可进一步改善无机颗粒的可分散性,由此改善长期存储稳定性。
根据实施方式,所述脂肪酸化合物的酸值为约20至约600mg KOH/g、约30至约500mg-KOH/g、约40至约400mg-KOH/g、或约50至约300mg-KOH/g。术语“酸值”为指示在1g的油或石油产品中包含的脂肪酸的量的值,并且可通常定义为中和1g的油或石油产品所需的氢氧化钾(KOH)的量(以mg计)。当所述脂肪酸化合物具有小于以上范围的酸值时,所述无机颗粒可未被适当地分散,和当所述脂肪酸化合物具有大于以上范围的酸值时,所述脂肪酸化合物的聚集可发生,导致可分散性的恶化。因此,所述涂覆组合物更优选地使用具有在以上范围内的酸值的脂肪酸化合物。
所述聚合物多元醇可具有在约500至约5000的范围内的数均分子量并且可为不具有脂环结构的聚合物多元醇。具有在约500至约5000的范围内的数均分子量并且不具有脂环结构的聚合物多元醇没有特别限制,且其实例可包括聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚(甲基)丙烯酰基多元醇、和聚二烯多元醇。
所述聚碳酸酯多元醇没有特别限制,且其实例可包括通过将在其主链中不具有脂环结构的多元醇与碳酸酯化合物反应而获得的聚碳酸酯多元醇。所述在其主链中不具有脂环结构的多元醇的实例可包括1,6-己二醇、1,5-戊二醇、2-乙基-1,6-己二醇、1,4-丁二醇、1,9-壬二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、2-甲基-1,8-辛二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、三缩四乙二醇、和1,4-苯二甲醇。所述在其主链中不具有脂环结构的多元醇可单独地或者以两种或更多种的组合使用。
所述碳酸酯化合物没有特别限制,且其实例可包括:脂族碳酸酯化合物,例如碳酸二甲酯或碳酸二乙酯;芳族碳酸酯化合物,例如碳酸二苯酯;和环状碳酸酯化合物,例如碳酸亚乙酯。另外,也可使用能够产生相同的聚碳酸酯多元醇的光气。特别地,就所述聚碳酸酯多元醇的容易制造性而言,脂族碳酸酯化合物是优选的,并且碳酸二甲酯是特别优选的。
所述聚酯多元醇没有特别限制,且其实例可包括聚己二酸乙二醇酯多元醇、聚己二酸丁二醇酯多元醇、聚己二酸乙二醇丁二醇酯多元醇、聚六亚甲基二醇间苯二甲酸酯己二酸酯多元醇、聚琥珀酸乙二醇酯多元醇、聚琥珀酸丁二醇酯多元醇、聚癸二酸乙二醇酯多元醇、聚癸二酸丁二醇酯多元醇、聚-ε-己内酯多元醇、和聚(己二酸3-甲基-1,5-戊二醇酯)多元醇。
所述聚醚多元醇没有特别限制,且其实例可包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、环氧乙烷和环氧丙烷的无规或嵌段共聚物、以及环氧乙烷和环氧丁烷的无规或嵌段共聚物。
另外,也可使用具有醚键和酯键的聚醚聚酯多元醇。
所述聚(甲基)丙烯酰基多元醇没有特别限制,且其实例可包括具有羟基的(甲基)丙烯酸酯的均聚物或共聚物。
所述聚(甲基)丙烯酰基多元醇还可为通过将具有能聚合的不饱和键的化合物以及具有羟基的(甲基)丙烯酸酯共聚得到的共聚物。
所述具有羟基的(甲基)丙烯酸酯的实例可包括羟基(甲基)丙烯酸酯例如丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸2-羟基丙酯、丙烯酸2-羟基丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、甘油的(甲基)丙烯酸单酯、或三羟甲基丙烷的(甲基)丙烯酸单酯。
所述具有能聚合的不饱和键的化合物的实例可包括:(甲基)丙烯酸酯例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异丁酯、(甲基)丙烯酸正己酯、(甲基)丙烯酸月桂酯、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯、或(甲基)丙烯酸2-乙基己酯;不饱和羧酸例如马来酸或衣康酸;不饱和酰胺例如丙烯酰基酰胺、N-羟甲基酰胺、或二丙酮丙烯酰基酰胺;和其它能聚合的单体例如苯乙烯、乙烯基甲苯、乙酸乙烯酯、丙烯腈、或富马酸二丁酯。
所述具有羟基的(甲基)丙烯酸酯和所述具有能聚合的不饱和键的化合物的聚合方法的实例可包括乳液聚合、悬浮聚合、分散聚合、溶液聚合等。乳液聚合可逐渐地一步一步进行。
所述聚二烯多元醇没有限制,并且可包括得自丁二烯、异戊二烯、1,3-戊二烯、氯丁二烯、或环戊二烯的单元。
所述聚合物多元醇可单独地或者以两种或更多种的组合使用。
所述聚合物多元醇可具有在约500至约5000、例如约500至约3000的范围内的数均分子量。当所述聚合物多元醇具有在以上范围内的数均分子量时,所述涂覆组合物的长期存储稳定性可进一步改善。
就涂覆组合物的长期存储稳定性和减少在涂覆有所述涂覆组合物的隔板上产生的黑斑缺陷的数量的效果而言,聚醚多元醇优选用作所述聚合物多元醇。所述聚醚多元醇可包括,例如,聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、环氧乙烷和环氧丙烷的无规或嵌段共聚物、以及环氧乙烷和环氧丁烷的无规或嵌段共聚物。
所述涂覆组合物中包含的所述聚合物型添加剂的量可为约1至约20重量份、例如约2至约10重量份、约3至约6重量份、或约4至约5重量份,基于100重量份的所述无机颗粒。在以上范围内,所述涂覆组合物的长期存储稳定性可改善。
所述脂肪酸化合物和所述聚合物多元醇的重量比可为约1:0.1至约1:2、例如约1:0.2至约1:1.5、约1:0.3至约1:1、约1:0.3至约1:0.7、或约1:0.8至约1:1。在以上范围内,所述涂覆组合物的长期存储稳定性可改善。
所述涂覆组合物中包含的所述粘结剂可包括,例如,选自如下的一种或多种:聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、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(氰乙基短梗霉多糖,cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉(短梗霉多糖,pullulan)、羧甲基纤维素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、和聚酰亚胺。
所述涂覆组合物可包括基于氟的粘结剂。所述基于氟的粘结剂可为连接至碳的氢的一些或全部被氟代替的粘结剂。例如,所述基于氟的粘结剂可为包括得自选自偏氟乙烯单体、四氟乙烯单体、和六氟丙烯的一种或多种单体的重复单元的聚合物。所述基于氟的粘结剂可为,例如,基于氟的均聚物或基于氟的共聚物。
所述涂覆组合物中包含的所述基于氟的粘结剂可包括,例如,四氟乙烯单体和另外的单体的共聚物。与四氟乙烯单体一起使用的另外的单体可为选自如下的一种或多种含氟单体:偏氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯、和全氟烷基乙烯基醚。所述基于氟的粘结剂可为,例如,四氟乙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、或四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚。所述基于氟的粘结剂中包含的四氟乙烯单体的量可为,例如,约10摩尔%或更大、约30摩尔%或更大、约50摩尔%或更大、约70摩尔%或更大、或约90摩尔%或更大,基于一摩尔的聚合物或共聚物。在另一实施方式中,所述涂覆组合物中包含的所述基于氟的粘结剂可包括,例如,偏氟乙烯单体和另外的单体的共聚物。所述基于氟的粘结剂可包括,例如,偏氟乙烯单体和选自六氟丙烯、三氟氯乙烯、氟乙烯、和全氟烷基乙烯基醚的一种或多种含氟单体的共聚物。特别地,所述基于氟的粘结剂可为偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、或偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物。所述基于氟的粘结剂中的所述偏氟乙烯单体的量可为,例如,约50摩尔%或更大、约60摩尔%或更大、约70摩尔%或更大、约80摩尔%或更大、或约90摩尔%或更大。
所述涂覆组合物中包含的所述基于氟的粘结剂的实例可包括聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、或聚四氟乙烯。所述涂覆组合物中包含的所述基于氟的粘结剂可为,例如,偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。所述涂覆组合物中包含的所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度可为约-10℃或更低,且其熔点可为约150℃或更大。
所述涂覆组合物中包含的所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度可为,例如,约-10℃或更低、约-15℃或更低、约-20℃或更低、或约-25℃或更低。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度可为,例如,约-80℃或更大、约-60℃或更大、约-50℃或更大、或约-40℃或更大。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度可在例如约-80℃至约-10℃、约-60℃至约-15℃、约-50℃至约-20℃、或约-40℃至约-25℃的范围内。如果所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度极低,则所述共聚物的结晶性可降低,使对于电解质溶液的溶胀增加,由此降低弯曲强度。如果所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的玻璃化转变温度极高,则所述共聚物的结晶性可增加,导致可忽略的对于电解质溶液的溶胀,由此降低弯曲强度。
所述涂覆组合物中包含的所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的熔点可为,例如,约100℃或更大、约120℃或更大、约130℃或更大、或约140℃或更大。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的熔点可为,例如,约200℃或更低、约190℃或更低、约180℃或更低、或者约170℃或更低。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的熔点可在例如约100℃至约200℃、约120℃至约190℃、约130℃至约180℃、或约140℃至约170℃的范围内。如果所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的熔点极低,则所述共聚物的结晶性可降低,使对于电解质溶液的溶胀增加,由此降低弯曲强度。如果所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的熔点极高,则所述共聚物的结晶性可增加,导致可忽略的对于电解质溶液的溶胀,由此降低弯曲强度。
所述涂覆组合物中包含的所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的六氟丙烯的量可为,例如,约1摩尔%或更大、约3摩尔%或更大、或约5摩尔%或更大。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包含的六氟丙烯的量可为,例如,约20摩尔%或更小、约17摩尔%或更小、或约15摩尔%或更小,基于一摩尔的共聚物。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包含的六氟丙烯的量可为,例如,约1-20摩尔%、约3-17摩尔%、或约5-15摩尔%,基于一摩尔的共聚物。如果六氟丙烯的量极低,则所述共聚物的结晶性可增加,导致可忽略的对于电解质溶液的溶胀,由此降低弯曲强度。如果六氟丙烯的量极高,则所述共聚物的结晶性可显著降低,使对于电解质溶液的溶胀过度地增加,由此降低弯曲强度。
所述涂覆组合物中包含的所述基于氟的粘结剂可包括,例如,亲水基团。所述涂覆组合物中包含的所述基于氟的粘结剂可进一步包括,但不限于,选自如下的一种或多种亲水官能团:羧酸基团、磺酸基团、磷酸基团、酸酐基团、羟基、和其盐,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何亲水官能团。
例如,向所述基于氟的粘结剂引入亲水官能团可通过如下进行:将包括羧酸基团、磺酸基团、磷酸基团、酸酐基团、羟基、或其盐的单体添加到含氟的混合物,随后以进行聚合。
包括羧酸基团的单体的实例可包括单羧酸及其衍生物、和二羧酸及其衍生物。所述单羧酸的实例可包括丙烯酸、甲基丙烯酸、和巴豆酸。单羧酸衍生物的实例可包括2-乙基丙烯酸、异巴豆酸、α-乙酰氧基丙烯酸、β-反式-丙烯酰氧基丙烯酸、α-氯-β-E-乙氧基丙烯酸、和β-二氨基丙烯酸。所述二羧酸的实例可包括马来酸、富马酸、和衣康酸。二羧酸的衍生物的实例可包括甲基马来酸、二甲基马来酸、苯基马来酸、氯代马来酸、二氯马来酸、或氟代马来酸;和马来酸酯例如马来酸二苯酯、马来酸壬酯、马来酸癸酯、马来酸十二烷基酯、马来酸十八烷基酯、或马来酸氟代烷基酯。也可使用通过水解产生羧酸的酸酐。酸酐的实例可包括马来酸酐、丙烯酸酐、甲基马来酸酐、和二甲基马来酸酐。此外,可进一步使用α,β-烯属不饱和多元羧酸的单酯和二酯例如马来酸单乙酯、马来酸二乙酯、马来酸单丁酯、马来酸二丁酯、富马酸单乙酯、富马酸二乙酯、富马酸单丁酯、富马酸二丁酯、富马酸单环己酯、富马酸二环己酯、衣康酸单乙酯、衣康酸二乙酯、衣康酸单丁酯、或衣康酸二丁酯。具有磺酸基团的单体的实例可包括乙烯基磺酸、甲基乙烯基磺酸、(甲代)烯丙基磺酸、苯乙烯磺酸、(甲基)丙烯酸-2-乙基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸、和3-烯丙基氧基-2-羟基丙磺酸。具有磷酸基团的单体的实例为磷酸2-(甲基)丙烯酰氧基乙基酯、磷酸甲基-2-(甲基)丙烯酰氧基乙基酯、和磷酸乙基-(甲基)丙烯酰氧基乙基酯。具有羟基的单体的实例为烯属不饱和醇例如(甲代)烯丙基醇、3-丁烯-1-醇、或5-己烯-1-醇;烯属不饱和羧酸的烷醇酯例如丙烯酸2-羟基乙基酯、丙烯酸2-羟基丙基酯、甲基丙烯酸2-羟基乙基酯、甲基丙烯酸2-羟基丙基酯、马来酸二2-羟基乙基酯、马来酸二4-羟基丁基酯、或衣康酸二2-羟基丙基酯;由CH2=CR1-COO-(CnH2nO)m-H(m表示2-9的整数,n表示2-4的整数,且R1表示氢或甲基)表示的聚亚烷基二醇和(甲基)丙烯酸的酯;二羧酸的二羟基酯的(甲基)丙烯酸单酯例如2-羟基乙基-2′-(甲基)丙烯酰氧基乙基邻苯二甲酸酯、或2-羟基乙基-2′-(甲基)丙烯酰氧基乙基琥珀酸酯;乙烯基醚例如2-羟基乙基乙烯基醚或2-羟基丙基乙烯基醚;亚烷基二醇的单(甲代)烯丙基醚例如(甲代)烯丙基-2-羟基乙基醚、(甲代)烯丙基-2-羟基丙基醚、(甲代)烯丙基-3-羟基丙基醚、(甲代)烯丙基-2-羟基丁基醚、(甲代)烯丙基-3-羟基丁基醚、(甲代)烯丙基-4-羟基丁基醚、或(甲代)烯丙基-6-羟基己基醚;聚氧化亚烷基二醇单(甲代)烯丙基醚例如一缩二乙二醇单(甲代)烯丙基醚或一缩二丙二醇单(甲代)烯丙基醚;(聚)亚烷基二醇的卤素和/或羟基取代物的单(甲代)烯丙基醚例如甘油单(甲代)烯丙基醚、(甲代)烯丙基-2-氯-3-羟基丙基醚、或(甲代)烯丙基-2-羟基-3-氯丙基醚;多元酚的单(甲代)烯丙基醚例如丁子香酚或异丁子香酚、和其卤素取代物;和亚烷基二醇的(甲代)烯丙基硫醚例如(甲代)烯丙基-2-羟基乙基硫醚或(甲代)烯丙基-2-羟基丙基硫醚。从这些之中,考虑到对于电极活性材料的结合力,所述亲水基团可为羧酸基团或磺酸基团。特别地,考虑到从正极活性材料层洗脱的过渡金属离子的高的俘获效率,羧酸基团可用作所述亲水基团。
特别地,所述涂覆组合物中包含的所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物可包括,例如,亲水基团。通过包括所述亲水基团,所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物可与存在于电极的表面上的活性材料或电极中的粘结剂组分通过例如氢键强烈地结合。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包括的所述亲水基团可为羟基、羧基、磺酸基团、或其盐。特别地,所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包括的所述亲水基团可为羧基(-COOH)基团、或羧酸酯基团。例如,当制造所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物时,所述亲水基团可通过将具有亲水基团的单体例如马来酸酐、马来酸、马来酸酯、或马来酸单甲酯共聚而引入到主链,或者所述亲水基团可通过接枝而引入到侧链。亲水基团的量可通过FT-IR、NMR、或滴定测量。例如,在羧酸基团的情况中,亲水基团的量可通过FT-IR由在均聚物的基础上的羧基基团的C=O伸缩振动对C-H伸缩振动的吸光度强度比获得。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包含的亲水基团的量可为,例如,约0.1摩尔%或更大、约0.2摩尔%或更大、或约0.3摩尔%或更大,基于一摩尔的共聚物。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包含的亲水基团的量可为,例如,约5摩尔%或更小、约3摩尔%或更小、或约1摩尔%或更小。所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中包含的亲水基团的量可在例如约0.1至约3摩尔%、约0.2至约2摩尔%、或约0.3至约1摩尔%的范围内,基于一摩尔的共聚物。如果所述亲水基团的量极低,则所述共聚物的结晶性可增加,导致可忽略的对于电解质溶液的溶胀,由此降低弯曲强度。如果所述亲水基团的量极高,则所述共聚物的结晶性可显著降低,使对于电解质溶液的溶胀过度地增加,由此降低弯曲强度。
所述涂覆组合物中包含的所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重均分子量可在例如约500,000至约1,200,000道尔顿、约700,000至约1,200,000道尔顿、约750,000至约1,150,000道尔顿、或约800,000至约1,000,000道尔顿的范围内。通过具有在以上范围内的重均分子量,将所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物溶解在溶剂中所需的时间可减少,由此改善制造效率。另外,通过具有在以上范围内的重均分子量,在所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物在电解质溶液中溶胀之后所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物可保持预定的凝胶强度,并且所述共聚物的弯曲强度可改善。在整个说明书中,重均分子量为通过凝胶渗透色谱法获得的相对于聚苯乙烯标准物的计算结果。
由于在所述隔板的涂层中包含涂覆组合物的无机颗粒,因此在正极和负极之间发生的短路的可能性可减小,由此改善电池的稳定性。所述涂覆组合物中包含的所述无机颗粒可包括金属氧化物、准金属氧化物、金属硫化物、金属碳酸盐、金属磷酸盐、金属氟化物、金属硫酸盐、或其组合。特别地,所述无机颗粒的实例可包括氧化铝、二氧化钛、勃姆石、硫酸钡、碳酸钙、磷酸钙、无定形二氧化硅、结晶玻璃颗粒、高岭土、滑石、二氧化硅-氧化铝复合氧化物颗粒、氟化钙、氟化锂、沸石、硫化钼、云母、和氧化镁。所述无机颗粒的实例可包括Al2O3、SiO2、TiO2、SnO2、CeO2、NiO、CaO、ZnO、MgO、ZrO2、Y2O3、SrTiO3、BaTiO3、MgF2、Mg(OH)2、或其组合。考虑到所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的晶体生长和经济效率,所述无机颗粒可包括氧化铝、二氧化钛、勃姆石、硫酸钡、或其组合。所述无机颗粒可具有球、板、或纤维的形状,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何形状。板形状的无机颗粒可包括,例如,氧化铝、勃姆石等。在这样的情况中,可进一步抑制在高温下隔板的面积的减少,并可保证相对大的孔隙率,且锂电池可被评价为具有改善的穿透特性。当所述无机颗粒为板或纤维的形状时,所述无机颗粒的纵横比(长径比)可为约1:5至约1:100。例如,所述纵横比可为约1:10至约1:100。例如,所述纵横比可为约1:5至约1:50。例如,所述纵横比可为约1:10至约1:50。所述板形状的无机颗粒的平的表面上的长轴对短轴的长度比可为约1至约3。所述平的表面上的长轴对短轴的长度比可为例如约1至约2。例如,所述平的表面上的长轴对短轴的长度比可为约1。所述纵横比以及所述长轴对短轴的长度比可通过例如扫描电子显微镜(SEM)观察计算。在所述纵横比以及所述长轴对短轴的长度比的所述范围内,可抑制隔板的收缩,可保证相对改善的孔隙率,并且可改善锂电池的穿透特性。当所述无机颗粒是板形状的时,所述无机颗粒的平的表面相对于多孔基材的一个表面的平均角度可为约0至约30度。所述无机颗粒的平的表面相对于多孔基材的一个表面的角度可近似于约0度。即,所述多孔基材的所述一个表面和所述无机颗粒的平的表面可彼此平行。例如,当所述无机颗粒的平的表面相对于所述多孔基材的一个表面的平均角度在以上范围内时,可有效地防止所述多孔基材的热收缩,由此提供具有减小的收缩率的隔板。
在所述涂覆组合物中,所述无机颗粒和所述粘结剂的重量比可为约40:60至约80:20。例如,所述无机颗粒和所述粘结剂的重量比可为约50:50至约70:30、或约60:40至约65:35。在以上范围内,可提供在包括高含量的粘结剂的同时具有高的长期存储稳定性的涂覆组合物。
所述涂覆组合物可进一步包括有机颗粒。所述有机颗粒的实例可包括,但不限于,基于苯乙烯的化合物及其衍生物、基于甲基丙烯酸甲酯的化合物及其衍生物、基于丙烯酸酯的化合物及其衍生物、基于邻苯二甲酸二烯丙酯的化合物及其衍生物、基于聚酰亚胺的化合物及其衍生物、基于聚氨酯的化合物及其衍生物、这些化合物的共聚物、或其组合,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何有机颗粒。例如,所述有机颗粒可为交联聚苯乙烯颗粒或交联聚甲基丙烯酸甲酯。所述颗粒可为通过一次颗粒的聚集产生的二次颗粒。在包括所述二次颗粒的隔板中,形成于所述隔板上的涂层的孔隙率可增加,由此提供具有优异的高输出性质的锂电池。有机颗粒可为交联聚合物。所述有机颗粒可为高度交联的聚合物,其玻璃化转变温度(Tg)不出现。当使用所述高度交联的聚合物时,耐热性改善,且因此可有效地抑制在高温下所述多孔基材的收缩。
所述涂覆组合物可进一步包括能够在所述隔板的涂覆之前溶解以上描述的组分的有机溶剂,且因此可以浆料的形式提供。所述有机溶剂可在涂覆所述涂覆组合物之后通过干燥而挥发,使得所述有机溶剂可不存在于最终获得的隔板的涂层中。例如,N-甲基吡咯烷酮和/或丙酮可用作所述有机溶剂,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何溶剂。例如,丙酮可用作所述有机溶剂。在一些实施方式中,所述涂覆组合物可进一步包括水或替代地包括水。
根据实施方式的制备隔板的方法可包括:将所述涂覆组合物涂覆在多孔基材的一个或两个表面上;和将涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材热风干燥以获得具有设置在所述多孔基材上的涂层的隔板。
首先,在移动多孔基材的同时将涂覆组合物涂覆在多孔基材的一个或两个表面上。
将所述涂覆组合物涂覆在移动的多孔基材的一个或两个表面上的方法没有特别限制,并且所述方法的实例可包括,但不限于,选自如下的一种或多种:正向辊涂(顺转辊涂,forward roll coating)、逆向辊涂(逆转辊涂,reverse roll coating)、微凹版涂布、和直接计量涂布。所述涂覆方法可为,例如,直接计量涂布。
接着,将涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材转移到干燥器。
当将涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材在所述干燥器中用热风干燥时,制备具有设置在所述多孔基材上的涂层的隔板。将涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材供应到所述干燥器的一侧以然后在所述干燥器中用热风干燥,然后排出到所述干燥器的另一侧。热风从所述干燥器的上部喷嘴和下部喷嘴供应,所述上部喷嘴和下部喷嘴交替地或对称地设置在涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材的顶部和底部部分处。
所述多孔基材在所述干燥器中以例如约0.15m/s至约0.45m/s、约0.15m/s至约0.40m/s、或约0.15m/s至约0.35m/s的速度移动。如果所述多孔基材的移动速度极低,则所述涂层和所述多孔基材之间的结合力可降低,因为所述涂覆组合物中的所述无机颗粒主要分布在所述涂层和所述多孔基材之间的界面处。如果所述多孔基材的移动速度极高,则隔板和电极之间的结合力可降低,因为所述涂覆组合物中包含的所述无机颗粒主要分布在涂层的面对电极的表面周围。
在所述干燥器中供应热风的速度可在例如约10至约50m/s、约10至约40m/s、约10至约30m/s、或约10至约20m/s的范围内。通过具有在以上范围内的热风供应速度,可制备具有改善的弯曲强度和剥离强度的隔板。如果所述热风供应速度极低,则所述涂层和所述多孔基材之间的结合力可降低,因为所述涂覆组合物中包含的所述无机颗粒主要分布在所述涂层和所述多孔基材之间的界面处。如果所述热风供应速度极高,则复合隔板和电极之间的结合力可降低,因为所述涂层中包含的所述无机颗粒主要分布在所述涂层的面对电极的表面周围。
所述干燥器中的热风干燥温度可在例如约30℃至约80℃、约35℃至约75℃、约40℃至约70℃、或约45℃至约65℃的范围内。通过具有在以上范围内的热风干燥温度,可制备具有改善的弯曲强度和剥离强度的隔板。如果所述热风干燥温度极低,则干燥可不完全地进行。如果所述热风干燥温度极高,则由于溶剂的快速挥发而可无法获得均匀的涂层结构。
所述多孔基材在所述干燥器中的停留时间可在例如约10至约50秒、约10至约45秒、约10至约40秒、约10至约35秒、或约10至约30秒的范围内。通过具有在以上范围内的停留时间,可制备具有改善的弯曲强度和剥离强度的隔板。如果所述多孔基材在所述干燥器中的停留时间极短,则相分离可无法均匀地实现。如果所述多孔基材在所述干燥器中的停留时间极长,则基础膜可收缩,且整个膜的孔可减少。
在所述热风干燥期间在所述干燥器中供应的非溶剂可选自水和醇的一种或多种。如本文中使用的,术语“非溶剂”是指如下液体或溶剂:其不能够明显地(可察觉地)溶解其所施加至的材料,例如隔板。所述非溶剂可为,例如,水蒸气。所述醇可为,例如,甲醇、乙醇、或丙醇。
根据另一实施方式的隔板包括:多孔基材;和设置在所述多孔基材的一个或两个表面上的涂层,其中所述涂层包括以上描述的涂覆组合物。
包括由所述涂覆组合物制备的涂层的所述隔板可具有每单位面积(1m2)计数的少于约0.04个黑斑,表明所述隔板具有极好的物理性质。所述隔板的每单位面积(1m2)计数的黑斑的数量可为约0.03或更少、约0.02或更少、或约0.01或更少。
包括设置在正极和负极之间的所述隔板并且以果冻卷型卷绕的电极组件的弯曲强度可为460N或更大,并且其剥离强度可为0.3N/m或更大。由于所述隔板具有460N或更大的弯曲强度和0.3N/m或更大的剥离强度,因此包括所述隔板的锂电池可具有改善的能量密度和循环特性。
所述隔板中包括的多孔基材可为包括聚烯烃的多孔膜。聚烯烃具有良好的防止短路的效果,并且可由于其关断效果而改善电池稳定性。例如,所述多孔基材可为由树脂制成的膜,所述树脂包括,但不限于,聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、或聚氯乙烯、或者其混合物或共聚物,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何多孔膜。例如,所述多孔基材可包括:包括基于聚烯烃的树脂的多孔膜;织物形式的具有基于聚烯烃的纤维的多孔膜;包括聚烯烃的无纺物;绝缘材料颗粒的聚集体。例如,包括聚烯烃的多孔膜可具有用于在所述多孔基材上形成涂层的粘结剂溶液的优异的涂布性能,并且可通过如下增加每单位体积的容量:通过减小所述隔板的膜厚度而增加活性材料在电池中的比例。
用作所述多孔基材的材料的聚烯烃可为,例如,聚乙烯或聚丙烯的均聚物、或者其共聚物或混合物。所述聚乙烯可为低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、或高密度聚乙烯,并且鉴于机械强度,高密度聚乙烯是优选的。另外,为了赋予柔性,可使用两个或更多个种类的聚乙烯的混合物。在制备聚乙烯时使用的聚合催化剂没有特别限制,并且可使用齐格勒-纳塔(Ziegler-Natta)催化剂、菲利普斯(Phillips)催化剂、或基于茂金属的催化剂。为了实现机械强度和高的穿透效率两者,聚乙烯的重均分子量可为约100,000至约12,000,000、例如约200,000至约3,000,000。聚丙烯可为均聚物、无规共聚物、或嵌段共聚物,其可单独地或者以两种或更多种的组合使用。另外,聚合催化剂没有特别限制,并且可使用齐格勒-纳塔催化剂或基于茂金属的催化剂。另外,聚丙烯的立构规整性没有特别限制,并且可使用全同立构、间同立构或无规立构。特别地,可使用便宜的全同立构聚丙烯。此外,在本公开内容的效果不被妨碍的范围内,可添加不同于聚乙烯或聚丙烯的另外的种类的聚烯烃、以及添加剂例如抗氧化剂。
例如,聚烯烃例如聚乙烯、聚丙烯等可用于所述隔板的所述多孔基材,并且对于所述隔板的所述多孔基材,可使用多于两个层的多层。另外,所述隔板可形成为具有混合多层结构,例如聚乙烯/聚丙烯双层隔板、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层隔板、或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔板,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中可用作多孔基材的任何材料和结构。所述隔板的所述多孔基材可包括,例如,通过将包括基于二烯的单体的单体组合物聚合而制备的基于二烯的聚合物。所述基于二烯的单体可为基于共轭二烯的单体或基于非共轭二烯的单体。所述基于二烯单体的实例可包括,但不限于,1,3-丁二烯、异戊二烯、2-氯-1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、氯丁二烯、乙烯基降冰片烯、二环戊二烯、和1,4-己二烯,且可适宜地使用本领域中可使用的任何基于二烯的单体。
所述隔板中包括的所述多孔基材的厚度可在例如约1μm至约100μm的范围内。所述多孔基材的厚度可在例如约1μm至约30μm的范围内。所述多孔基材的厚度可在例如约5μm至约20μm的范围内。所述多孔基材的厚度可在例如约5μm至约15μm的范围内。所述多孔基材的厚度可在例如约5μm至约10μm的范围内。如果所述多孔基材的厚度小于1μm,则难以保持所述隔板的机械性质,并且如果所述多孔基材的厚度大于100μm,则所述锂电池的内阻可增加。所述隔板中的所述多孔基材的孔隙率可在约5%至约95%的范围内。如果所述孔隙率小于5%,则所述锂电池的内阻可增加,并且如果所述孔隙率大于95%,则难以保持所述多孔基材的机械性质。所述隔板中的所述多孔基材的孔尺寸可在约0.01μm至约50μm的范围内。例如,所述隔板中的所述多孔基材的孔尺寸可在约0.01μm至约20μm的范围内。例如,所述隔板中的所述多孔基材的孔尺寸可在约0.01μm至约10μm的范围内。如果所述多孔基材的孔尺寸小于0.01μm,则所述锂电池的内阻可增加,并且如果所述多孔基材的孔尺寸大于50μm,则难以保持所述多孔基材的机械性质。
所述涂层可设置在所述多孔基材的一个表面或两个表面上。所述涂层可包括所述涂覆组合物。所述涂层可具有,例如,单层结构或多层结构。例如,所述涂层可设置在所述多孔基材的仅一个表面上并且可不设置在其另一表面上。另外,所述涂层可具有多层结构。在具有多层结构的涂层中,选自有机层、无机层、和有机/无机层的层可以任意方式布置。所述多层结构可为双层结构、三层结构、或四层结构,但不限于此,并且可根据复合隔板的期望的特性选择任何多层结构。所述涂层可设置在例如所述多孔基材的两个表面上。设置在所述多孔基材的两个表面上的所述涂层可独立地为有机层、无机层、或有机/无机层,并且这些层的至少一个可包括所述涂覆组合物。另外,设置在所述多孔基材的两个表面上的涂层的一个或多个可具有多层结构。在具有多层结构的涂层中,选自有机层、无机层、和有机/无机层的层可以任意方式布置。所述多层结构可为双层结构、三层结构、或四层结构,但不限于此,并且可根据复合隔板的期望的特性选择任何多层结构。
例如,所述隔板中包括的所述涂层每1μm2可具有约0.3至约0.4个具有约500nm至约1000nm的直径的孔,和每1μm2可具有约0.5至约1.5个具有小于约500nm的直径的孔。所述每1μm2的具有约500nm至约1000nm的直径的孔可为例如大直径的孔,并且所述每1μm2的小于约500nm的直径的孔可为例如小直径的孔。通过具有在以上数量范围内的大直径的孔和小直径的孔的隔板,复合隔板可提供均匀的透气度。
如果所述隔板的大直径的孔的数量小于0.3和所述隔板的小直径的孔的数量大于1.5,则所述隔板的透气度可过度增加。因此,浸渍在电解质溶液中的所述隔板的内阻可增加,由此降低包括所述隔板的锂电池的循环特性。如果所述隔板的大直径的孔的数量大于0.4和所述隔板的小直径的孔的数量小于0.5,则所述隔板的透气度可过度降低。因此,在充电/放电期间难以通过所述隔板实现锂枝晶生长的抑制,且因此在包括所述隔板的锂电池中发生短路的可能性可增加。所述透气度可为,例如,通过如下获得的葛尔莱(Gurley)透气度:根据JIS P-8117测量100cc的空气通过隔板所花的时间。
所述隔板中包括的所述涂层的表面形态可具有不连续地布置于例如聚合物膜上的多个海岛形状的孔。所述隔板中包括的所述涂层的表面可显示具有不连续地布置于聚合物膜上的多个孔的形态。所述涂层表面可基本上由聚合物膜形成,并且可具有拥有以海岛结构不连续地布置于聚合物膜上的多个孔的形态。通过具有这样的形态的所述隔板的涂层,所述隔板可具有改善的弯曲强度和剥离强度。结果,包括所述隔板的锂电池可具有改善的能量密度和循环特性。然而,在常规的隔板中,在隔板中包括的涂层的表面上未显示聚合物膜,而是显示具有互连以形成多孔表面的多个细颗粒的形态。
所述涂层中包含的无机颗粒的量可为约90重量%或更少、约85重量%或更少、或约80重量%或更少,基于所述涂层的总重量。由涂覆组合物制备的涂层中包含的颗粒的量可为约50重量%或更大、约55重量%或更大、或约60重量%或更大,基于所述涂层的总重量。特别地,由涂覆组合物制备的涂层中包含的颗粒的量可在约55重量%至约90重量%、约60重量%至约85重量%、或约60重量%至约80重量%的范围内,基于所述涂层的总重量。通过包括在以上范围的颗粒的由所述涂覆组合物制备的涂层,所述隔板的弯曲强度和剥离强度两者可改善。
所述涂层中包含的所述无机颗粒的平均颗粒直径可在约300nm至约2μm、约300nm至约1.5μm、约300nm至约1.0μm的范围内。所述无机颗粒的平均颗粒直径可使用例如激光衍射或动态光散射的测量设备测量。所述无机颗粒的平均颗粒直径可使用例如激光散射粒度分布测量装置(例如,Horiba LA-920粒度分析仪)测量,并且可为在从小粒度起的基于体积累积50%的点处的中值颗粒尺寸(D50)。通过使用具有在以上范围内的平均颗粒直径的无机颗粒,所述涂层和所述多孔基材之间的结合力及所述涂层和电极之间的结合力两者可改善。另外,通过使用具有在以上范围的平均颗粒直径的无机颗粒,包括包含所述无机颗粒的涂层的隔板可具有适当的孔隙率。如果所述无机颗粒的平均颗粒直径小于300nm,则所述隔板的机械性质可恶化。
各(每个)涂层的厚度可在例如约0.5μm至约3μm、约0.5μm至约2.5μm、或约0.5μm至约2μm的范围内。如果各涂层的厚度极大,则卷绕的电极组件可具有增加的体积。如果各涂层的厚度极小,则可无法获得改善的弯曲强度和剥离强度。由于涂层设置在多孔基材的两个表面上,因此所述涂层和电极之间的结合力可进一步改善,由此作为结果抑制在充电/放电期间在所述锂电池中的体积变化。例如,参考图1,涂层12和13可分别设置在隔板中的多孔基材11的两个表面上。
涂层的孔隙率可在约30%至约90%、约35%至约80%、或约40%至约70%的范围内。通过具有在以上范围内的孔隙率,所述涂层可防止所述隔板的内阻增加,并且可提供优异的膜强度,同时具有高倍率特性。涂层的孔隙率指的是孔在涂层的整个体积中占据的体积比。
所述涂层的涂覆量可在例如约3.5g/m2至约4.5g/m2、约3.7g/m2至约4.5g/m2、约4.0g/m2至约4.5g/m2、或约4.1g/m2至约4.3g/m2的范围内。通过具有在以上范围内的涂覆量,包括所述涂层的隔板可具有改善的弯曲强度和剥离强度。如果所述涂层的涂覆量极低,则可无法获得改善的弯曲强度和剥离强度。
所述涂层中包含的粘结剂可不具有如下浓度梯度:其中所述粘结剂的浓度从与由多孔材料层制成的多孔基材接触的界面朝着所述涂层的面对电极的表面增加。例如,所述粘结剂可具有如下浓度梯度:其中所述粘结剂的浓度从与由多孔材料层制成的多孔基材接触的界面朝着所述涂层的面对电极的表面降低,或者可具有如下浓度梯度:其中在浓度变化方面不存在趋势。
根据另一实施方式的锂电池可包括正极、负极、以及设置在所述正极和所述负极之间的所述隔板。根据实施方式,所述锂电池可包括电极组件,所述电极组件包括正极、负极、以及设置在所述正极和所述负极之间的所述隔板,并且所述电极组件可以果冻卷构造卷绕。通过包括所述隔板,所述锂电池可具有减少的黑斑缺陷,且因此可具有改善的品质。另外,电极(即,所述正极和所述负极)和所述隔板之间的粘附增强,且因此在充电/放电期间所述锂电池中的体积变化可被抑制。因此,伴随着所述锂电池的体积变化的所述锂电池的恶化可被抑制,由此改善所述锂电池的寿命特性。
所述锂电池可以例如下列方式制造。
首先,制备包括混合在其中的负极活性材料、导电剂、粘结剂、和溶剂的负极活性材料组合物。将所述负极活性材料组合物直接涂覆在金属集流体上以制备负极板。在另一实施方式中,将所述负极活性材料组合物在单独的载体上流延,然后将从所述载体剥离的膜层叠在金属集流体上以制备负极板。所述负极的形状不限于以上描述的那些,并且所述负极可具有不同于本文中列出的形状的任何形状。
所述负极活性材料可为非碳质材料。例如,所述负极活性材料可包括选自如下的至少一种:能与锂合金化的金属或非金属、能与锂合金化的金属的合金、和能与锂合金化的金属的氧化物。
例如,锂能合金化的金属或非金属可为Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y合金(其中Y为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合元素,且不为Si)、或Sn-Y合金(其中Y为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合元素,且不为Sn)。元素Y可为Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po、或其组合。
所述能与锂合金化的金属的氧化物可包括过渡金属氧化物、非过渡金属氧化物、或其组合。例如,所述过渡金属氧化物可为锂钛氧化物、钒氧化物、或锂钒氧化物。
例如,所述非过渡金属氧化物可为SnO2、SiOx(0<x<2)等。
特别地,所述负极活性材料可为选自如下的至少一种:Si、Sn、Pb、Ge、Al、SiOx(0<x≤2)、SnOy(0<y≤2)、Li4Ti5O12、TiO2、LiTiO3、和Li2Ti3O7,但不限于此,并且可使用本领域中使用的各种非碳质负极活性材料的任一种。
另外,可使用所述非碳质负极活性材料和碳质材料的复合物,和除所述非碳质材料之外,可另外包括碳质材料。
所述碳质材料可为结晶碳、无定形碳、或其混合物。所述结晶碳可为非成形的、板形状的、片形状的、球形的、或纤维状的天然或人造石墨,和所述无定形碳可为软碳(冷煅烧碳)或硬碳、中间相沥青碳化产物、或煅烧焦炭。
乙炔黑,科琴黑,天然石墨,人造石墨,炭黑,碳纤维,金属例如铜、镍、铝、或银的粉末,或金属纤维可用作导电材料。另外,导电材料例如聚亚苯基衍生物也可单独地或者以与一种或多种其它导电材料组合使用,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中使用的任何材料。此外,可另外使用结晶碳质材料作为导电剂。
偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和其混合物、或基于苯乙烯丁二烯橡胶的聚合物可用作所述粘结剂,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中可用作粘结剂的任何材料。
N-甲基吡咯烷酮、丙酮或水可用作所述溶剂,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何溶剂。
所述负极活性材料、导电剂、粘结剂、和溶剂的量可与锂电池中通常使用的相同。根据锂电池的用途和结构,可不使用所述导电剂、粘结剂、和溶剂的一种或多种。
同时,在制造所述负极时使用的粘结剂可与所述隔板的所述涂层中包含的所述涂覆组合物中的粘结剂相同。
接着,制备包括混合在其中的正极活性材料、导电剂、粘结剂、和溶剂的正极活性材料组合物。将所述正极活性材料组合物直接涂覆在金属集流体上并且干燥以制备正极板。在另一实施方式中,可将所述正极活性材料组合物在单独的载体上流延,然后可将从所述载体剥离的膜层叠在金属集流体上以制备正极板。
作为所述正极活性材料,可使用选自如下的至少一种:锂钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、磷酸铁锂、和锂锰氧化物,但不限于此,并且可适宜地使用本领域中可使用的任何正极活性材料。
例如,所述正极活性材料可为由如下的任一个表示的化合物:LiaA1-bBbD2(其中0.90≤a≤1.8且0≤b≤0.5);LiaE1-bBbO2-cDc(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,且0≤c≤0.05);LiE2-bBbO4-cDc(其中0≤b≤0.5且0≤c≤0.05);LiaNi1-b-cCobBcDα(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α≤2);LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2);LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2);LiaNi1-b-cMnbBcDα(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α≤2);LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2);LiaNi1-b- cMnbBcO2-αF2(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5,0≤c≤0.05,且0<α<2);LiaNibEcGdO2(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.9,0≤c≤0.5,且0.001≤d≤0.1.);LiaNibCocMndGeO2(其中0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.9,0≤c≤0.5,0≤d≤0.5,且0.001≤e≤0.1.);LiaNiGbO2(其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1.);LiaCoGbO2(其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1.);LiaMnGbO2(其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1.);LiaMn2GbO4(其中0.90≤a≤1.8且0.001≤b≤0.1.);QO2;QS2;LiQS2;V2O5;LiV2O5;LiIO2;LiNiVO4;Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2);Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2);和LiFePO4。
在上式中:A为Ni、Co、Mn、或其组合;B为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素、或其组合;D为O、F、S、P、或其组合;E为Co、Mn、或其组合;F为F、S、P、或其组合;G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V、或其组合;Q为Ti、Mo、Mn、或其组合;I为Cr、V、Fe、Sc、Y、或其组合;且J为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、或其组合。
这些化合物可在其表面上具有包覆层,或者这些化合物可与具有包覆层的化合物混合。所述包覆层可包括包覆元素的氧化物、包覆元素的氢氧化物、包覆元素的羟基氧化物、包覆元素的碳酸氧盐、或包覆元素的羟基碳酸盐。形成包覆层的这些化合物可为无定形的或结晶的。可用作所述包覆层中包括的包覆元素的元素的实例可包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr、或其混合物。所述包覆层可通过利用使用所述化合物和所述元素进行且不影响所述正极活性材料的性质的各种涂覆方法(例如,喷涂、浸渍等)的任一种形成,其对于本领域普通技术人员而言是公知的,且因此将不给出其详细描述。
例如,可使用LiNiO2、LiCoO2、LiMnxO2x(x=1、2)、LiNi1-xMnxO2(0<x<1)、LiNi1-x- yCoxMnyO2(0≤x≤0.5,0≤y≤0.5)、LiFeO2、V2O5、TiS、MoS等。
在所述正极活性材料组合物中,所述导电剂、粘结剂、和溶剂可与在所述负极活性材料组合物中使用的那些相同。同时,可在所述正极活性材料组合物和/或所述负极活性材料组合物中进一步包括增塑剂以在电极板中形成孔。
所述正极活性材料、导电剂、典型的粘结剂、和溶剂的量可与锂电池中通常使用的相同。根据锂电池的用途和结构,可不使用所述导电剂、典型的粘结剂、和溶剂的一种或多种。
同时,在制造所述正极时使用的粘结剂可与所述隔板的所述涂层中包含的所述涂覆组合物中的粘结剂相同。
接着,将以上描述的复合隔板设置于所述正极和所述负极之间。
在包括正极、隔板和负极(其以该顺序布置)的电极组件中,设置在所述正极和所述负极之间的所述隔板包括:多孔基材;和设置在所述多孔基材的一个或两个表面上的涂层,其中所述涂层包括所述用于隔板的涂覆组合物。
所述隔板可被单独制备以然后设置在所述正极和所述负极之间。可将果冻卷的形式的包括正极、隔板和负极的电极组件卷绕,然后可将所述果冻卷容纳在电池壳或袋中。可进行如下:在将所述果冻卷在压力下热回火的同时在其中所述果冻卷被容纳在所述电池壳或所述袋中的状态下初始预充电,将经充电的果冻卷热辊压,将经充电的果冻卷冷辊压,和在压力下进行将经充电的果冻卷充电/放电的化成步骤。
接着,制备电解质。
所述电解质可为液相或凝胶相。
例如,所述电解质可为有机电解质溶液。另外,所述电解质可为固体。例如,可使用氧化硼、氮氧化锂等,但所述电解质可不限于此,并且所述电解质可为本领域中用作固体电解质的各种材料的任一种。所述固体电解质可通过例如溅射形成于所述负极上。
例如,可制备有机电解质溶液。所述有机电解质溶液可通过将锂盐溶解于有机溶剂中而制备。
所述有机溶剂可为本领域中可用作有机溶剂的任何材料。所述有机溶剂的实例可包括碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸氟代亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸甲基异丙基酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、苯甲腈、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、γ-丁内酯、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、二氧六环、1,2-二甲氧基乙烷、环丁砜、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、一缩二乙二醇、二甲基醚、或其混合物。
所述锂盐也可为本领域中可使用的任何锂盐。所述锂盐的实例可包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y各自为自然数)、LiCl、LiI、或其混合物。
如图2中所示,锂电池包括正极3、负极2、和复合隔板4。正极3、负极2、和隔板4被卷绕成果冻卷型电极组件,然后容纳在袋7中。随后,有机电解质溶液被注入袋7中,并且所得结构被密封,由此完成锂电池的制造。
如图3中所示,锂电池1包括正极3、负极2、和隔板4。正极3、负极2、和隔板4被卷绕成圆柱形果冻卷型电极组件,然后容纳在电池壳5中。随后,有机电解质溶液被注入电池壳5中,并且所得结构用帽组件6密封,由此完成锂电池1的制造。所述电池壳可具有圆柱形状、棱柱形状、或薄膜形状。所述锂电池可为锂离子电池。所述锂电池可为锂聚合物电池。
锂电池具有优异的高倍率特性和寿命特性,且因此可适于用在电动车(EV)中。例如,所述锂电池适于用在混合动力汽车例如插电式混合动力电动车(PHEV)中。
现在将参照下面的实施例和对比例详细地描述本发明构思。然而,以下实施例仅出于说明性目的而提供在这里,且不限制本发明构思的范围。
(隔板的制备)
实施例1
向丙酮以10重量%的量添加具有900,000g/mol的重均分子量(Mw)的作为基于氟的粘结剂的PVdF-HFP聚合物(包括以98:2的摩尔比混合的PVdF和HFP,并且具有-30℃的玻璃化转变温度和150℃的熔点),使用搅拌器在45℃下搅拌3小时,由此制备粘结剂溶液。
将25重量%的无机颗粒形式的具有0.4-0.6μm的平均颗粒直径(基于体积的D50)的氧化铝(AES-11,Sumitomo Chemical Co.,Ltd.)添加到丙酮,使用珠磨机在25℃下研磨4小时以分散,由此制备无机颗粒分散体。作为所述无机颗粒分散体中的分散剂,以1重量份的量使用在其烷基链中具有三个碳的基于三甲氧基的硅烷偶联剂(3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷,由ShinEtsu制造的KBM 503),基于100重量份的所述无机颗粒。
将所述粘结剂溶液和所述无机颗粒分散体混合以具有40:60的重量比,将聚合物型添加剂P104(BYK-Chemie GmbH)和聚乙二醇(PEG)(由Daejung Chemicals&Metals Co.,Ltd.制造的Polyethylene glycol 400)各自以5重量份的量添加到其,基于100重量份的氧化铝固体,随后使用粉末混合机在25℃下搅拌4小时,由此制备涂覆溶液。P104包括重量比约(9-10):(9-10):(9-10):(8-9)的油酸、硬脂酸、棕榈酸、和神经酸的混合物。
将所述涂覆溶液使用直接计量方法以20m/分钟的速度直接涂覆在7μm厚的聚乙烯(PE)多孔基材(SK Innovation Co.,Ltd.)的两个表面上,然后在注入13g/m3的水蒸气的同时在65℃的热风温度下干燥,由此制备其上形成有涂层的隔板。在干燥之后的涂层厚度为2.5μm。
实施例2
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:在制备涂覆溶液时,将5重量份的聚合物型添加剂P104和3重量份的PEG混合,基于100重量份的氧化铝固体。
实施例3
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:作为无机颗粒分散体中的分散剂,以1.5重量份的量使用所述在其烷基链中具有三个碳的硅烷偶联剂,基于100重量份的所述无机颗粒。
对比例1
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:在制备涂覆溶液时,以5重量份的量使用仅聚合物型添加剂P104,基于100重量份的氧化铝固体。
对比例2
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:在制备涂覆溶液时,以3重量份的量使用仅聚合物型添加剂P104,基于100重量份的氧化铝固体。
对比例3
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:在制备涂覆溶液时,以1重量份的量使用仅聚合物型添加剂P104,基于100重量份的氧化铝固体。
对比例4
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:在制备涂覆溶液时,以5重量份的量使用仅PEG,基于100重量份的氧化铝固体。
对比例5
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:将在其烷基链中具有三个碳的基于三甲氧基的硅烷偶联剂和在其烷基链中具有八个碳的基于三甲氧基的硅烷偶联剂(8-甲基丙烯酰氧基辛基三甲氧基硅烷,由ShinEtsu制造的KBM 5803)各自以0.5重量份的量混合,基于100重量份的氧化铝固体,然后用作在制备无机颗粒分散体时的分散剂。
对比例6
以与实施例1相同的方式制备隔板,除了如下之外:将在其烷基链中具有八个碳的基于三甲氧基的硅烷偶联剂(8-甲基丙烯酰氧基辛基三甲氧基硅烷,由ShinEtsu制造的KBM5803)以1重量份的量混合,基于100重量份的氧化铝固体,作为在制备无机颗粒分散体时的分散剂。
(锂电池的制造)
实施例4
(负极的制备)
将97重量%的具有25μm的平均颗粒直径的石墨颗粒(C1SR,Japan carbon)、1.5重量%的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)粘结剂(Zeon)、和1.5重量%的羧甲基纤维素(CMC,NIPPONA&L)混合,并将所得混合物添加到蒸馏水且使用机械搅拌器搅拌60分钟,由此制备负极活性材料浆料。将所述浆料使用刮刀涂覆在10μm厚的铜集流体上,在热风干燥器中在100℃的温度下干燥0.5小时,在真空条件中在120℃的温度下再次干燥4小时,然后辊压,由此制备负极板。
(正极的制备)
将97重量%的LiCoO2、1.5重量%的作为导电剂的炭黑粉末、和1.5重量%的聚偏氟乙烯(PVdF,SOLVAY)混合,并且将所得混合物添加到N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂,随后使用机械搅拌器搅拌30分钟,由此制备正极活性材料浆料。将所述浆料使用刮刀涂覆在20μm厚的铝集流体上,在热风干燥器中在100℃的温度下干燥0.5小时,在真空条件中在120℃的温度下再次干燥4小时,然后辊压,由此制备正极板。
(电极组件果冻卷)
将在实施例1中制备的隔板置于所述正极板和所述负极板之间,然后卷绕,由此制备电极组件果冻卷。将所述果冻卷插入袋中,并且将电解质溶液引入所述袋中,随后将所述袋真空密封。
所使用的电解质溶液是通过如下制备的:在3:5:2的体积比的碳酸亚乙酯(EC)/碳酸乙甲酯(EMC)/碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂中溶解1.3M LiPF6。
在施加250kgf/cm2的压力的同时将插入所述袋中的所述果冻卷在70℃的温度下热软化1小时。
随后,在施加200kgf/cm2的压力的同时将所述果冻卷在85℃的温度下热压180秒。
接着,在施加200kgf/cm2的压力的同时将所述果冻卷在22-23℃的温度下冷压90秒。
然后,将所述袋脱气,由此制备包括以果冻卷构造卷绕的电极组件的锂电池。
实施例5
以与实施例4中相同的方式制造锂电池,除了如下之外:使用在实施例2中制备的隔板。
对比例7-12
以与实施例4中相同的方式制造锂电池,除了如下之外:使用在对比例1-6中制备的隔板。
评价实施例1:涂覆溶液的长期存储稳定性的评价
为了评价在实施例1-2和对比例1-6中制备的涂覆溶液各自的长期存储稳定性,分析在研磨之后即刻的氧化铝颗粒的颗粒尺寸、和在涂覆溶液在室温下存储10天之后的颗粒尺寸,且其结果示于表1中。
[表1]
如表1中所示,与在对比例1-6中制备的涂覆溶液中包含的无机颗粒的那些相比,在实施例1和2中制备的涂覆溶液中包含的无机颗粒的颗粒尺寸由于被抑制的所述涂覆溶液的聚集而未显著增加。这证实,在实施例1和2中制备的涂覆溶液具有改善的长期存储稳定性。
评价实施例2:在涂覆的隔板上的黑斑的数量的测量
为了评价在实施例1和2以及对比例1-6中制备的涂覆的隔板的物理性质,按以下方式测量每单位面积(1m2)的具有100μm或更大的尺寸的黑斑的数量。
使用缺陷测试仪测量以40m/分钟的驱动速度检测的100μm或更大的黑斑,其中反射型双照相机安装于在线缺陷测试仪(光源LED)上,所述在线缺陷测试仪安装在涂布机卷绕机的前端处。在测量中使用的照相机为具有80-130μm/像素的分辨率的线扫描照相机。将在涂覆于各隔板上的膜的总面积1000m2(宽度1m和长度1000m)中测量的100μm或更大的黑斑的数量计数并且除以1000,由此将每单位面积(1m2)的黑斑的数量计数直至两个小数位,且结果示于表2中。
[表2]
黑斑的数量 | |
实施例1 | 0.01 |
实施例2 | 0.01 |
对比例1 | 0.04 |
对比例2 | 0.09 |
对比例3 | 0.11 |
对比例4 | 0.33 |
对比例5 | 0.36 |
对比例6 | 0.42 |
如表2中所示,与在对比例1-6中制备的隔板相比,在实施例1和2中制备的隔板具有显著减少的黑斑数量。
尽管已经参照附图描述了一种或多种示例性实施方式,但是本文中描述的实施方式仅被提供作为实例,并且本领域技术人员将理解,可从以上描述进行多种变化和其它等同的实施方式。因此,本公开内容应由所附权利要求的精神和范围限定。
根据方面,用于隔板的涂覆组合物可具有保证的长期存储稳定性且因此提供在涂覆隔板时具有减少的黑斑缺陷数量的复合隔板。
应理解,本文中描述的实施方式应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。各实施方式中的特征或方面的描述应典型地被认为可用于其它实施方式中的其它类似特征或方面。尽管已经参照附图描述了一种或多种实施方式,但是本领域普通技术人员将理解,在不背离如由所附权利要求所限定的精神和范围的情况下,可在其中进行形式和细节方面的多种变化。
Claims (25)
1.用于隔板的涂覆组合物,所述涂覆组合物包括无机颗粒、粘结剂、基于硅烷的分散剂、和聚合物型添加剂,其中
所述基于硅烷的分散剂由在作为主链的烷基链中具有少于8个碳的基于硅烷的化合物组成,和
所述聚合物型添加剂包括脂肪酸化合物和聚合物多元醇。
2.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述基于硅烷的化合物具有C3-C5烷基链。
3.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述基于硅烷的化合物包括选自如下的至少一种官能团:烷氧基、卤素、氨基、乙烯基、环氧丙氧基和羟基。
4.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述基于硅烷的化合物包括选自如下的至少一种:乙烯基烷基烷氧基硅烷、环氧基烷基烷氧基硅烷、氨基烷基烷氧基硅烷、巯基烷基烷氧基硅烷、卤代烷基烷氧基硅烷、和烷基酰氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述基于硅烷的分散剂的量为约0.5至约1.5重量份,基于100重量份的所述无机颗粒。
6.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述脂肪酸化合物包括C15-C30不饱和脂肪酸化合物、C15-C30饱和脂肪酸化合物、或其组合。
7.如权利要求6所述的涂覆组合物,其中所述不饱和脂肪酸化合物包括选自如下的一种或多种:油酸、棕榈油酸、顺式-十七碳烯酸、异油酸、反油酸、亚麻酸、花生四烯酸、二十烯酸、芥酸、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、和神经酸。
8.如权利要求6所述的涂覆组合物,其中所述饱和脂肪酸化合物包括选自如下的一种或多种:棕榈酸、硬脂酸、花生酸、山萮酸、和木蜡酸。
9.如权利要求6所述的涂覆组合物,其中所述脂肪酸化合物包括两种或更多种不同的不饱和脂肪酸化合物。
10.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述脂肪酸化合物的酸值为约20至约600mgKOH/g。
11.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述聚合物多元醇包括选自如下的一种或多种:具有约500至约5000的数均分子量并且不具有脂环结构的聚碳酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚(甲基)丙烯酰基多元醇、和聚二烯多元醇。
12.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述聚合物多元醇包括聚醚多元醇。
13.如权利要求12所述的涂覆组合物,其中所述聚醚多元醇包括聚乙二醇、聚丙二醇、聚四亚甲基二醇、环氧乙烷和环氧丙烷的无规或嵌段共聚物、以及环氧乙烷和环氧丁烷的无规或嵌段共聚物。
14.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述聚合物型添加剂的量为约1至约20重量份,基于100重量份的所述无机颗粒,和
所述脂肪酸化合物和所述聚合物多元醇的重量比为约1:0.1至约1:2。
15.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述粘结剂包括基于氟的粘结剂。
16.如权利要求15所述的涂覆组合物,其中所述基于氟的粘结剂包括偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物,和
所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物具有约-10℃或更低的玻璃化转变温度和约150℃或更大的熔点。
17.如权利要求16所述的涂覆组合物,其中所述偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的重均分子量为约700,000至约1,200,000。
18.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述无机颗粒包括选自如下的一种或多种:氧化铝、二氧化钛、勃姆石、和硫酸钡。
19.如权利要求1所述的涂覆组合物,其中所述无机颗粒和所述粘结剂的重量比为约40:60至约80:20。
20.如权利要求1所述的涂覆组合物,其进一步包括有机溶剂。
21.制备隔板的方法,所述方法包括:将如权利要求1-20任一项所述的涂覆组合物涂覆在多孔基材的一个或两个表面上;和
将涂覆有所述涂覆组合物的所述多孔基材热风干燥以获得具有设置在所述多孔基材上的涂层的隔板。
22.如权利要求21所述的方法,其中在所述热风干燥期间的温度为约30至约80℃。
23.如权利要求21所述的方法,其中在所述热风干燥期间供应非溶剂,所述非溶剂包括选自水和醇的一种或多种,并且所述非溶剂的量为约12至约17g/m3。
24.隔板,包括:多孔基材;和
设置在所述多孔基材的一个或两个表面上的由如权利要求1-20任一项所述的涂覆组合物形成的涂层,其中
每1m2的单位面积计数的黑斑的数量小于约0.04。
25.锂电池,其包括正极、负极、以及设置在所述正极和所述负极之间的如权利要求24所述的隔板。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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