隔板和包括其的电化学装置.pdf

用于电池的隔板和电化学装置，所述隔板包括：隔板基底；和涂覆在所述隔板基底的至少一个表面上的隔板涂覆层，所述隔板涂覆层包括粘结剂和至少一种季铵盐。

权利要求书1.  用于电池的隔板，所述隔板包括：隔板基底；和涂覆在所述隔板基底的至少一个表面上的隔板涂覆层，所述隔板涂覆层包括粘结剂和至少一种季铵盐。2.  权利要求1的隔板，其中所述至少一种季铵盐由下式1表示：[式1]其中，在式1中，R1、R2、R3和R4各自独立地为C1-C5烷基，且X为含氟的负离子。3.  权利要求2的隔板，其中X为PF6-、BF4-、AsF6-、SbF6-、N(SO2CF3)2-、N(SO2F)2-、N(SO2CF3)(COCF3)-、N(SO2CF3)(SO2C2F5)-、SO3CF3-、SO3C2F5-、SO3C3F7-、或SO3C4F9-。4.  权利要求2的隔板，其中式1的包括N以及R1、R2、R3和R4的部分为正离子，所述正离子为如下之一：四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、三甲基乙基铵、三甲基丁基铵、三甲基丙基铵、三乙基甲基铵、三乙基丙基铵、三乙基丁基铵、三丙基甲基铵、三丙基乙基铵、三丙基丁基铵、三丁基甲基铵、三丁基乙基铵、三丁基丙基铵、二甲基二乙基铵、二甲基二丙基铵、二甲基二丁基铵、二乙基二丙基铵、二乙基二丁基铵、二丙基二丁基铵、二甲基乙基丙基铵、二甲基乙基丁基铵、二甲基丙基丁基铵、二乙基甲基丙基铵、二乙基甲基丁基铵、二乙基丙基丁基铵、二丙基甲基乙基铵、二丙基甲基丁基铵、二丙基乙基丁基铵、或甲基乙基丙基丁基铵。5.  权利要求1的隔板，其中所述粘结剂包括聚偏氟乙烯。6.  权利要求5的隔板，其中基于所述粘结剂的总重量，所述粘结剂以50重量％或更大的量包括所述聚偏氟乙烯。7.  权利要求5的隔板，其中所述粘结剂进一步包括聚偏氯乙烯、聚苯并 咪唑、聚酰亚胺、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、酚醛树脂、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚亚乙基砜、聚酰胺、聚缩醛、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、或其共聚物。8.  权利要求1的隔板，其中基于所述粘结剂和所述至少一种季铵盐的总重量，所述至少一种季铵盐以0.5重量％-50重量％的量包括在所述涂覆层中。9.  权利要求1的隔板，其中所述隔板基底为多孔膜、无纺物或纺织物。10.  权利要求1的隔板，其中所述隔板基底具有1μm-300μm的厚度。11.  权利要求1的隔板，其中所述隔板基底具有：0.  01μm-50μm的平均孔径，和10％-95％的孔隙率。12.  权利要求1的隔板，其中所述隔板基底为由如下的至少一种形成的单层多孔基底：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯或玻璃纤维。13.  权利要求1的隔板，其中所述隔板基底为基于烯烃的聚合物的多层膜。14.  权利要求13的隔板，其中所述多层膜的各层独立地包括聚乙烯、聚丙烯、或聚偏氟乙烯。15.  权利要求1的隔板，其中所述隔板具有0.6kV或更少的静电荷量。16.  权利要求1的隔板，其中所述隔板涂覆层具有1μm-100μm的厚度。17.  权利要求1的隔板，其中所述季铵盐为六氟磷酸四乙基铵。18.  电化学装置，包括权利要求1-17任一项的隔板。19.  权利要求18的电化学装置，其中所述电化学装置为锂电池。20.  权利要求18的电化学装置，其中所述锂电池为锂二次电池。

说明书隔板和包括其的电化学装置
相关申请的交叉引用
将2013年10月18日在韩国知识产权局提交且题为“经涂覆的隔板和包括其的电化学装置”的韩国专利申请No.10-2013-0124920通过参考全部引入本文。
技术领域
实施方式涉及经涂覆的隔板和包括其的电化学装置。
背景技术
电池通常包括正极、负极和隔板。隔板可帮助防止正极和负极之间的接触，即，内部短路，且可用作用于移动电解质离子的通道。
对于隔板可使用多种类型的材料，例如，聚乙烯。用于锂电池的隔板可包括由单独的基于聚烯烃的材料、或者由基于聚烯烃的材料和超高分子量聚乙烯形成的多孔的片或膜。
发明内容
实施方式涉及经涂覆的隔板和包括其的电化学装置。
所述实施方式可通过提供用于电池的隔板实现，所述隔板包括：隔板基底；和涂覆在所述隔板基底的至少一个表面上的隔板涂覆层，所述隔板涂覆层包括粘结剂和至少一种季铵盐。
所述至少一种季铵盐可由下式1表示：
[式1]

其中，在式1中，R1、R2、R3和R4可各自独立地为C1-C5烷基，且X可为含氟的负离子。
X可为PF6-、BF4-、AsF6-、SbF6-、N(SO2CF3)2-、N(SO2F)2-、N(SO2CF3)(COCF3)-、N(SO2CF3)(SO2C2F5)-、SO3CF3-、SO3C2F5-、SO3C3F7-，或SO3C4F9-。
式1的包括N以及R1、R2、R3和R4的部分可为正离子，所述正离子为如下之一：四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、三甲基乙基铵、三甲基丁基铵、三甲基丙基铵、三乙基甲基铵、三乙基丙基铵、三乙基丁基铵、三丙基甲基铵、三丙基乙基铵、三丙基丁基铵、三丁基甲基铵、三丁基乙基铵、三丁基丙基铵、二甲基二乙基铵、二甲基二丙基铵、二甲基二丁基铵、二乙基二丙基铵、二乙基二丁基铵、二丙基二丁基铵、二甲基乙基丙基铵、二甲基乙基丁基铵、二甲基丙基丁基铵、二乙基甲基丙基铵、二乙基甲基丁基铵、二乙基丙基丁基铵、二丙基甲基乙基铵、二丙基甲基丁基铵、二丙基乙基丁基铵、或甲基乙基丙基丁基铵。
所述粘结剂可包括聚偏氟乙烯。
基于所述粘结剂的总重量，所述粘结剂可以约50重量％或更大的量包括所述聚偏氟乙烯。
所述粘结剂可进一步包括聚偏氯乙烯、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、酚醛树脂、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚亚乙基砜(polyethylenesulfone)、聚酰胺、聚缩醛、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、或其共聚物。
基于所述粘结剂和所述至少一种季铵盐的总重量，所述至少一种季铵盐可以约0.5重量％-约50重量％的量包括在所述涂覆层中。
所述隔板基底可为多孔膜、无纺物或纺织物。
所述隔板基底可具有约1μm-约300μm的厚度。
所述隔板基底可具有约0.01μm-约50μm的孔径和约10％-约95％的孔隙率。
所述隔板基底可为由如下的至少一种形成的单层多孔基底：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、或玻璃纤维。
所述隔板基底可为基于烯烃的聚合物的多层膜。
所述多层膜的各层可独立地包括聚乙烯、聚丙烯或聚偏氟乙烯。
所述隔板可具有约0.6kV或更少的静电荷量。
所述隔板涂覆层可具有约1μm-约100μm的厚度。
所述季铵盐可为六氟磷酸四乙基铵。
所述实施方式可通过提供包括根据实施方式的经涂覆的隔板的电化学装置实现。
所述电化学装置可为锂电池。
所述锂电池可为锂二次电池。
附图说明
通过参考附图详细地描述示例性实施方式，特征对于本领域技术人员将是明晰的，其中：
图1说明根据一个实施方式的锂电池的示意图；
图2说明通过使用线性扫描伏安法(LSV)的根据各添加剂的使用的氧化稳定性的结果；和
图3说明在实施例1和对比例1-3中制备的锂电池的容量保持率的测量结果。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更充分地描述实例实施方式；然而，它们可以不同的形式体现且不应解释为限于本文中阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开内容是彻底且完整的，且将向本领域技术人员充分地传达示例性实施。
在附图中，为了说明的清楚，可放大层和区域的尺寸。相同的参考数字始终是指相同的要素。
表述例如“……的至少一种”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。
根据一个实施方式的用于电池的隔板例如经涂覆的隔板可包括隔板基底和在所述隔板基底的至少一个表面上的隔板涂覆层。所述隔板涂覆层可包括粘结剂例如聚偏氟乙烯、和至少一种季铵盐例如氟化的季铵盐。
在所述经涂覆的隔板中，所述隔板基底可为合适的用于电化学装置的隔板基底。例如，具有低的对电解质离子的迁移的阻力和优异的电解质溶液保持能力的隔板基底可为合适的。例如，所述隔板基底可为由选自如下的至少一种聚合物形成的多孔基底：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯、和玻璃纤维。
所述隔板基底可为例如多孔膜、无纺物、或纺织物。所述隔板基底的厚度可为例如约1μm-约300μm、约3μm-约100μm、或约5μm-约20μm。所述隔板基底可具有例如约0.01μm-约50μm的孔径和约10％-约95％的孔隙率。
所述隔板基底可为例如由聚乙烯形成的单层多孔基底。
所述隔板基底可为基于烯烃的聚合物的多层膜，例如，所述隔板基底可为聚乙烯、聚丙烯和聚偏氟乙烯的两种或更多种的多层膜、或混合多层膜，例如聚乙烯/聚丙烯双层膜、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层膜、或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜。
所述隔板涂覆层可在所述隔板基底的至少一个表面上。在一个实施中，所述隔板涂覆层可包括例如聚偏氟乙烯和氟化的季铵盐。
所述隔板涂覆层中包括的所述粘结剂例如聚偏氟乙烯可帮助提高所述经涂覆的隔板与电极之间的粘结强度。与在所述隔板基底中使用的聚合物材料相比，由于聚偏氟乙烯对液体电解质的亲和性，其可具有高的离子传导性。
基于所述隔板涂覆层中的所述粘结剂或聚合物材料的总重量，所述隔板涂覆层可包括约50重量％或更多的聚偏氟乙烯。例如，所述隔板涂覆层可包括约60重量％、70重量％、80重量％、或90重量％的聚偏氟乙烯，或者可包括100重量％的聚偏氟乙烯。
除聚偏氟乙烯之外，所述隔板涂覆层可进一步包括不妨碍聚偏氟乙烯的性质的另外的合适的粘结剂或粘结剂树脂。例如，除聚偏氟乙烯之外，所述隔板涂覆层可进一步包括选自如下的至少一种粘结剂树脂：聚偏氯乙烯、聚 苯并咪唑、聚酰亚胺、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物、酚醛树脂、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚亚乙基砜、聚酰胺、聚缩醛、聚苯醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、及其共聚物。
基于所述隔板涂覆层中的所述粘结剂或聚合物材料的总重量，可以约50重量％或更少的量包括所述另外的粘结剂，以不抑制聚偏氟乙烯的性质。
所述隔板涂覆层中的所述季铵盐例如氟化的季铵盐可充当离子传导和电传导材料以向所述隔板涂覆层提供抗静电功能。因此，所述季铵盐例如氟化的季铵盐可帮助在包括聚偏氟乙烯的经涂覆的隔板中分散静电以帮助抑制静电的产生。
根据一个实施方式，所述季铵盐可由下式1表示。
[式1]

在上式1中，R1、R2、R3和R4可各自独立地为C1-C5烷基，且X可为含氟的负离子。
所述季铵盐的正离子例如式1的包括N以及R1、R2、R3和R4的部分的实例可包括四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、四戊基铵、三甲基乙基铵、三甲基丁基铵、三甲基丙基铵、三乙基甲基铵、三乙基丙基铵、三乙基丁基铵、三丙基甲基铵、三丙基乙基铵、三丙基丁基铵、三丁基甲基铵、三丁基乙基铵、三丁基丙基铵、二甲基二乙基铵、二甲基二丙基铵、二甲基二丁基铵、二乙基二丙基铵、二乙基二丁基铵、二丙基二丁基铵、二甲基乙基丙基铵、二甲基乙基丁基铵、二甲基丙基丁基铵、二乙基甲基丙基铵、二乙基甲基丁基铵、二乙基丙基丁基铵、二丙基甲基乙基铵、二丙基甲基丁基铵、二丙基乙基丁基铵、或甲基乙基丙基丁基铵。
例如，所述季铵盐的正离子可包括四甲基铵、四乙基铵、四丙基铵、四丁基铵、或四戊基铵。
所述含氟的负离子例如所述氟化的季铵盐的X的实例可包括PF6-、BF4-、AsF6-、SbF6-、N(SO2CF3)2-、N(SO2F)2-、N(SO2CF3)(COCF3)-、N(SO2CF3)(SO2C2F5)-、SO3CF3-、SO3C2F5-、SO3C3F7-和SO3C4F9-。
基于所述粘结剂和所述至少一种季铵盐的总重量，所述至少一种季铵盐可以例如约0.5重量％-约50重量％的量包括在所述涂覆层中。例如，基于所述粘结剂和所述至少一种季铵盐的总重量，可以约0.5重量％-约40重量％、约1重量％-约30重量％、或约3重量％-约10重量％的量包括所述季铵盐。以在以上范围内的量包括所述至少一种季铵盐，可有效地分散由使用所述粘结剂例如聚偏氟乙烯产生的静电。
结果，所述经涂覆的隔板可包括隔板涂覆层(包括粘结剂例如聚偏氟乙烯和至少一种季铵盐例如氟化的季铵盐以在所述经涂覆的隔板中分散静电)，由此将静电荷量减少至例如约0.6kV或更少。例如，所述经涂覆的隔板可将静电荷量减少至约0.5kV或更少、约0.3kV或更少、约0.1kV或更少、约0.05kV或更少、约0.02kV或更少、或约0.01kV或更少。
所述隔板涂覆层的厚度可为约1μm-约100μm。例如，所述隔板涂覆层的厚度可为约1μm-约50μm、或者可为约3μm-约10μm。当所述厚度在以上描述的范围内时，所述隔板涂覆层可帮助减少和/或有效地防止静电的产生，且可将所述隔板涂覆层粘结到电极至合适的水平。
可使用合适的方法在所述隔板基底的表面上涂覆所述隔板涂覆层。例如，可使用流涂、旋涂、浸涂或棒涂形成所述隔板涂覆层。例如，当使用浸涂时，可将所述隔板基底浸渍到所述粘结剂(例如聚偏氟乙烯)和季铵盐(例如氟化的季铵盐)分散于其中的混合溶液中以形成所述隔板涂覆层。
可使用合适的溶剂制备用于形成所述隔板涂覆层的混合溶液，例如，可使用均匀地分散所述季铵盐并稳定地溶解或分散所述粘结剂的溶剂。例如，可使用N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基甲醛、丙酮或水。可添加其它添加剂以使用于形成所述隔板涂覆层的混合溶液稳定。可考虑到调节用于形成所述隔板涂覆层的混合溶液的浓度以使其适于涂覆过程来选择所述溶剂的量。
如上制造的经涂覆的隔板可分散所述经涂覆的隔板(例如包括聚偏氟乙 烯)的静电以解决静电产生的问题，且所述经涂覆的隔板可帮助提高所述经涂覆的隔板与电极之间的粘结强度，且可帮助减少和/或防止否则可随着充电和放电循环进行而发生的容量保持率的降低。
根据另一实施方式的电化学装置可包括：正极；负极；和在所述正极与所述负极之间的经涂覆的隔板。
所述电化学装置可根据合适的方法制造。例如，所述正极和所述负极可所述经涂覆的隔板在其之间的情况下彼此相反地装配。可在所述正极与所述负极之间注入电解质以制造所述电化学装置。
包括所述经涂覆的隔板的所述电化学装置可包括合适的经历电化学反应的装置，例如一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池、或电容器例如超级电容器。例如，所述电化学装置可应用于二次电池例如锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池、或锂离子聚合物二次电池。
根据一个实施方式，所述电化学装置可为锂电池。图1说明根据一个实施方式的锂电池的结构的示意图。
参照图1，锂电池30可包括正极23、负极22、以及在正极和负极23和22之间的经涂覆的隔板24。可将正极23、负极22和经涂覆的隔板24卷绕或折叠以容纳在电池壳25中。然后，可将电解质注入电池壳25中，随后用密封部件26密封电池壳25，由此完成锂电池30的制造。电池壳25可为圆柱形、矩形或薄膜型。锂电池30可为锂离子电池。
正极23可包括正极集流体和在所述正极集流体上的正极活性物质层。
所述正极集流体可具有约3μm-约500μm的厚度。可使用具有导电性且不对电池引起化学变化的合适的正极集流体。所述正极集流体的实例可包括铜，不锈钢，铝，镍，钛，煅烧碳，用碳、镍、钛、银等表面处理的铜或不锈钢，和铝-镉合金。在一种实施中，正极活性物质的粘结强度可通过在所述正极集流体的表面上形成微小的不规则物而提高。所述正极集流体可以多种形式例如膜、片、箔、网、多孔体、发泡体和无纺物使用。
所述正极活性物质层可包括正极活性物质、粘结剂和任选的导电剂。
所述正极活性物质可包括例如合适的含锂的金属氧化物。例如，可使用锂和选自如下的金属的至少一种混合氧化物：钴、锰、镍、及其组合。例如，可使用由下式的任一个表示的化合物：LiaA1-bBbD2(其中，0.90≤a≤1和0≤b≤0.5)；LiaE1-bBbO2-cDc(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，和0≤c≤0.05)； LiE2-bBbO4-cDc(其中，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobBcDα(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcDα(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2)；LiaNibEcGdO2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中，0.90≤a≤1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中，0.90≤a≤1和0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中，0.90≤a≤1和0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中，0.90≤a≤1和0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中，0.90≤a≤1和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可为镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、或其组合；B可为铝(Al)、Ni、Co、Mn、铬(Cr)、铁(Fe)、镁(Mg)、锶(Sr)、钒(V)、稀土金属元素、或其组合；D可为氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)、或其组合；E可为Co、Mn、或其组合；F可为F、S、P、或其组合；G可为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、镧(La)、铈(Ce)、Sr、V、或其组合；Q可为钛(Ti)、钼(Mo)、Mn、或其组合；I可为Cr、V、Fe、钪(Sc)、钇(Y)、或其组合；且J可为V、Cr、Mn、Co、Ni、铜(Cu)、或其组合。
例如，所述正极活性物质可为LiCoO2、LiMnxO2x(x＝1，2)、LiNi1-xMnxO2(0<x<1)、LiNi1-x-yCoxMnyO2(0≤x≤0.5，0≤y≤0.5)、LiFePO4等。
所述化合物可在其上具有包覆层，或者可将所述化合物和在其上具有包覆层的化合物混合在一起。所述包覆层可包括如下的包覆元素化合物：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。形成所述包覆层的化合物可为无定形的或结晶的。所述包覆层中包括的包覆元素可为Mg、Al、Co、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、硅(Si)、Ti、V、锡(Sn)、锗(Ge)、镓(Ga)、硼(B)、砷(As)、锆(Zr)、或其组合。可使用没有不利地影响正极的性质的合适的方法(例如喷涂或浸渍)通过使用所述化合物中的元素形成所述包覆层。
所述粘结剂可将正极活性物质颗粒彻底地粘结在一起且可将所述正极活性物质彻底地粘结至所述正极集流体。所述粘结剂的实例可包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、包含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯化的(丙烯酸类改性的)丁苯橡胶、环氧树脂、和尼龙。
所述导电剂可帮助向电极提供导电性，且所述导电剂可包括不对电池引起化学变化的合适的导电材料。所述导电剂的实例可包括天然石墨、合成石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维；铜、镍、铝或银的金属粉末；金属纤维；和导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等，其单独或者作为其两种或更多种的混合物使用。
负极22可包括负极集流体和在所述负极集流体上的负极活性物质层。
所述负极集流体可具有约3μm-约500μm的厚度。可使用具有导电性且不对电池引起化学变化的合适的负极集流体。所述负极集流体的实例可包括铜，不锈钢，铝，镍，钛，煅烧碳，用碳、镍、钛、银等表面处理的铜或不锈钢，和铝-镉合金。在一种实施中，负极活性物质的粘结强度可通过在所述负极集流体的表面上形成微小的不规则物而提高。所述负极集流体可以多种形式例如膜、片、箔、网、多孔体、发泡体和无纺物使用。
所述负极活性物质层可包括负极活性物质、粘结剂和任选的导电剂。
除基于硅的负极活性物质之外，所述负极活性物质可额外包括另外的负极活性物质。
所述另外的负极活性物质可为合适的负极活性物质。例如，可使用锂金属、锂金属的合金、能与锂合金化的金属、过渡金属氧化物、可掺杂和去掺杂锂的金属、以及能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料，且所述另外的负极活性物质可作为其两种或更多种的混合物或结合形式使用。
作为所述锂金属的合金，可使用锂和选自如下的金属的合金：Na、K、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)、铍(Be)、Mg、Ca、Sr、Si、锑(Sb)、铅(Pb)、铟(In)、锌(Zn)、钡(Ba)、镭(Ra)、Ge、Al和Sn。
所述过渡金属氧化物的实例可包括钨氧化物、钼氧化物、钛氧化物、锂钛氧化物、钒氧化物、和锂钒氧化物。
可掺杂和去掺杂锂的材料可为例如Sn、SnO2、Sn-Y合金(其中，Y为碱 金属、碱土金属、11族元素、12族元素、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡金属、稀土金属、或其组合，但不是Sn)。元素Y可为Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、铪(Hf)、(Rf)、V、铌(Nb)、钽(Ta)、(Db)、Cr、Mo、钨(W)、(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、(Bh)、Fe、Pb、Ru、锇(Os)、(Hs)、铑(Rh)、Ir、Pd、铂(Pt)、Cu、银(Ag)、金(Au)、Zn、镉(Cd)、B、Al、Ga、Sn、In、Ti、Ge、P、As、Sb、铋(Bi)、S、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)、或其组合。
作为所述能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的材料，可使用合适的用于锂电池的基于碳的负极活性物质，例如结晶碳、无定形碳、或其组合。所述结晶碳的实例可包括天然石墨、合成石墨、可膨胀石墨、石墨烯、富勒烯烟灰、碳纳米管、碳纤维等。所述无定形碳的实例可包括软碳(低温煅烧碳)或硬碳、中间相沥青碳化产物、煅烧焦炭等。所述基于碳的负极活性物质可具有球形形状、平坦形状、纤维形状、管形状或粉末形状。
所述粘结剂可将负极活性物质颗粒彻底地粘结在一起且可将所述负极活性物质彻底地粘结到所述负极集流体。所述粘结剂的实例可包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、包含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯化的丁苯橡胶、环氧树脂、和尼龙。
所述导电剂可向电极提供导电性，且所述导电剂可包括不对电池引起化学变化的合适的导电材料。所述导电剂的实例可包括天然石墨、合成石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳质材料例如碳纤维；金属材料例如铜、镍、铝、或银的金属粉末；和金属纤维；和导电聚合物例如聚亚苯基衍生物、或其混合物。
可将所述正极和负极活性物质的每一种、导电剂和粘结剂在溶剂中混合以制备活性物质组合物，并且可将所述活性物质组合物涂覆在集流体上以分别形成正极和负极23和22。
所述电极可通过合适的方法制造。所述溶剂可包括例如N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、水等。
正极23和负极22可通过经涂覆的隔板24隔离，且正极23、负极22可在经涂覆的隔板24在其之间的情况下彼此相反地装配。可在正极23和负 极22之间注入非水电解质。
包含锂盐的非水电解质可包括非水电解质和锂盐。可使用非水电解质溶液、有机固体电解质、或无机固体电解质作为所述非水电解质。
所述非水电解质溶液可包括非质子有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、丙酸乙酯等。
所述有机固体电解质的实例可包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、具有可离解的离子基团的聚合物等。
所述无机固体电解质的实例可包括Li的氮化物、卤化物、硫酸盐和硅酸盐例如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH、Li3PO4-Li2S-SiS2等。
所述锂盐可为合适的用于锂电池的锂盐。作为可在所述非水电解质中良好地溶解的材料，可使用例如如下的一种或多种：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼酸锂、低级脂族羧酸锂、4-苯基硼酸锂、酰亚胺锂等。
除现有的移动电话或便携式计算机之外，所述锂电池可适于例如需要高容量、高功率输出和高温驱动的电动车。在一种实施中，所述锂电池可与现有的内燃机、燃料电池、超级电容器等组合以用于混合动力车等中。在一种实施中，所述锂电池可用于需要高功率输出、高电压和高温驱动的任何其它应用中。
提供下列实施例和对比例以突出一个或多个实施方式的特性，但将理解所述实施例和对比例将不被解释为限制所述实施方式的范围，且所述对比例也将不被解释为在所述实施方式的范围之外。此外，将理解，所述实施方式不限于在所述实施例和对比例中描述的具体细节。
实施例1
(1)制造经涂覆的隔板
使用具有20μm厚度的聚乙烯膜(CF2035，可得自Toray)作为隔板基底。将8重量％聚偏氟乙烯(PVDF)(基于N-甲基吡咯烷酮(NMP)和PVDF的总重量)和3重量％六氟磷酸四乙基铵(Et4NPF6)(基于Et4NPF6和PVDF的总重量)分散于NMP中以制备涂覆溶液。通过使用刮刀将所述涂覆溶液涂覆在所述聚乙烯膜的相反表面上以形成涂覆膜。各涂覆膜具有2μm的厚度，且所述涂覆膜的厚度之和为4μm。
(2)制造锂电池
将具有LiCoO2组成的正极活性物质粉末和碳导电剂(Super-P；可得自Timcal Ltd.)以90:5的重量比均匀地混合。向其添加聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂溶液以制备具有90:5:5的活性物质:碳导电剂:粘结剂的重量比的浆料。在将活性物质浆料涂覆在具有15μm厚度的铝箔上之后，将铝箔干燥并然后压制以制备正极。正极板的混合物密度为5.1g/cc。
当制备单元电池时，使用锂金属作为对电极，使用如上所述制造的经涂覆的隔板作为隔板并将电解质溶液注入正极和对电极之间以制备压制的2032型硬币单元电池。作为电解质，使用其中LiPF6以1.10M的浓度溶解在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙甲酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂(EC:EMC:DEC的体积比3:3:4)中的溶液。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制造经涂覆的隔板和锂电池，除了基于Et4NPF6和PVDF的总重量以7重量％的量添加Et4NPF6之外。
实施例3
以与实施例1中相同的方式制造经涂覆的隔板和锂电池，除了基于Et4NPF6和PVDF的总重量以10重量％的量添加Et4NPF6之外。
实施例4
以与实施例1中相同的方式制造经涂覆的隔板和锂电池，除了基于Et4NPF6和PVDF的总重量以50重量％的量添加Et4NPF6之外。
实施例5
以与实施例1中相同的方式制造经涂覆的隔板和锂电池，除了添加Me4NPF6代替Et4NPF6之外。
对比例1
以与实施例1中相同的方式制造锂电池，除了使用具有20μm厚度的未涂覆的聚乙烯膜(CF2035，可得自Toray)作为隔板之外。
对比例2
以与实施例1中相同的方式制造锂电池，除了不使用Et4NPF6，且仅使用PVDF涂覆聚乙烯膜之外。
对比例3
以与实施例1中相同的方式制造锂电池，除了添加LiN(SO2CF3)2代替Et4NPF6之外。
评价实施例1:确认抗静电效果
测量在实施例1-4和对比例1-2中制备的锂电池中使用的隔板的静电荷量，且其结果示于下表1中。作为用于测量静电荷量的装置，使用可得自Ion System的静电测量装置(775PVS)。
[表1]
 隔板基底的涂覆状态静电荷量(kV)对比例1未涂覆的0.53对比例2仅涂覆PVDF3.63实施例1PVDF+Et4NPF63重量％0.01实施例2PVDF+Et4NPF67重量％0.00实施例3PVDF+Et4NPF610重量％0.02实施例4PVDF+Et4NPF650重量％0.01
如上表1中所示，与未涂覆的PE膜相比，仅用PVDF涂覆的聚乙烯(PE)膜呈现出严重的静电荷产生。可看出，当向PVDF添加Et4NPF6时，静电荷 量下降至0.02kV或更少。取决于添加的Et4NPF6的量的抗静电效应是优异的，甚至当基于Et4NPF6和PVDF的总重量，Et4NPF6总计达50重量％时也是如此。
评价实施例2:氧化稳定性的评价
为了评价包括PVDF和具有抗静电功能的各添加剂的混合涂覆溶液在涂覆在隔板基底上之后的溶解和沥滤是否影响单元电池性能，如下所述制备测试单元电池，然后通过使用线性扫描伏安法(LSV)比较性地评价氧化稳定性。
首先，作为电解质，制备其中LiPF6以1.10M的浓度溶解在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙甲酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂(EC:EMC:DEC的体积比3:3:4)中的溶液，然后向所述电解质添加10重量％的如下的各抗静电剂：Me4NPF6、Et4NPF6、Me4NBF4、LiN(SO2CF3)2，基于各抗静电剂和电解质的总重量。
为了制造测试单元电池，将具有LiCoO2组成的正极活性物质粉末和碳导电剂(Super-P；可得自Timcal Ltd.)以90:5的重量比均匀地混合，并向其添加聚偏氟乙烯(PVDF)粘结剂溶液以制备具有90:5:5的活性物质:碳导电剂:粘结剂的重量比的浆料。在将活性物质浆料涂覆在具有15μm厚度的铝箔上之后，将铝箔干燥，然后压制以制备正极。正极板的混合物密度为5.1g/cc。
当制备测试单元电池时，使用锂金属作为对电极，使用具有20μm厚度的PE膜(CF2035，可得自Toray)作为隔板，并在正极和对电极之间添加电解质溶液以制备压制的2032型硬币单元电池。
通过使用Solatron装置进行线性扫描伏安法(LSV)评价，且LSV是通过在3V到7V范围内的区域中以1mV/s的速率扫描而测量的。
各测试单元电池的LSV评价结果示于图2中。
参照图2，LiN(SO2CF3)2具有比Me4NPF6、Et4NPF6和Me4NBF4好的氧化稳定性。对电化学反应最稳定的材料为Et4NPF6。在图2中，Me4NPF6、Et4NPF6和Me4NBF4显示与其中仅使用电解质的情况类似的氧化稳定性，且这暗示这些抗静电剂在涂覆在隔板上之后的溶解和沥滤可不会大大地影响单元电池性能。
评价实施例3:电池性能的评价
如下评价关于在实施例1和对比例1-3中制造的电池的寿命特性。
在25℃的室温下进行充电和放电实验。通过以0.1C充电/以0.1C放电评价初始化成效率并且通过重复以1C充电/以1C放电200次评价寿命。通过由下面的方程1定义的容量保持率计算寿命性质。
<方程1>
容量保持率[％]＝[在各循环中的放电容量/在第一次循环中的放电容量]×100
在实施例1和对比例1-3中制造的锂电池的容量保持率的测量结果示于图3中。
如可在图3中看出的，当向PVDF添加Et4NPF6时，容量保持率与未涂覆的隔板的容量保持率或其中仅涂覆PVDF的隔板的容量保持率类似。而且，当向PVDF添加Et4NPF6时容量保持率比当向PVDF添加LiN(SO2CF3)2时好。这说明季铵盐例如氟化的季铵盐，对于否则可随着充电和放电循环进行而发生的容量保持率的降低，可具有比另外的锂盐好的抑制效果。
作为总结和回顾，可将粘结剂材料涂覆在隔板上以帮助提高隔板与电极之间的粘结强度。然而，涂覆有粘结剂材料的隔板可增加锂电池的内阻，这可使锂电池的输出特性恶化且随着充电和放电循环进行可急剧地降低锂电池的容量，由此降低锂电池的寿命。而且，取决于所使用的粘结剂的类型，经涂覆的隔板可产生静电。例如，尽管涂覆有聚偏氟乙烯的隔板可具有优异的对电极板的粘结强度和高的抗酸性，但所述隔板可产生静电，由此在具有正极/隔板/负极的结构的电极组件的辊压(卷绕)过程期间产生加工缺陷(例如负极插入缺陷和负极极耳位置缺陷)。
所述实施方式提供在锂电池的性能和稳定性方面起到重要作用的隔板。
如上所述，根据以上实施方式的一个或多个，根据一个实施方式的经涂覆的隔板可帮助分散涂覆有粘结剂例如聚偏氟乙烯的隔板的静电荷，以帮助改善否则可由于静电荷的产生而发生的问题。所述经涂覆的隔板可应用于各种电化学装置例如锂电池，和包括所述经涂覆的隔板的锂电池可帮助抑制静电荷的产生且可帮助抑制否则可随着充电和放电循环进行而发生的容量保持率的降低。
实施方式可提供经涂覆的隔板，其可帮助减少静电的产生和帮助抑制否 则可随着充电和放电循环进行而发生的容量保持率的降低。
本文中已公开了实例实施方式，且尽管采用了具体的术语，但是它们仅在一般的和描述的意义上被使用和解释且不用于限制的目的。在一些情况中，如对于本申请提交时的本领域普通技术人员将明晰的，关于一个具体实施方式所描述的特征、特性和/或要素可单独地或者与关于另外的实施方式所描述的特征、特性和/或要素组合使用，除非另外具体地说明。因此，本领域技术人员将理解，在不背离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节方面的各种变化。