隔板和包括该隔板的电化学装置的制作方法

本公开内容涉及一种隔板和一种包括该隔板的电化学装置。具体地，本公开内容涉及一种当电池温度升高时具有优异安全性的隔板，以及包括该隔板的电化学装置。本技术要求于2020年7月17日在韩国提交的韩国专利申请第10-2020-0089204号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。

背景技术：

1、近来，储能技术已受到日渐增长的关注。随着储能技术的应用已拓展至用于移动电话、摄像机、和笔记本电脑的能源、甚至拓展至用于电动汽车的能源，研发电化学装置的努力已越来越多地成为现实。在这一背景下，电化学装置最受瞩目。在这些电化学装置中，可充电二次电池的开发一直备受关注。最近，在开发这些电池的过程中，为了改善容量密度和比能，已进行了有关设计新型电极和电池的积极研究。

2、在市售可得的二次电池中，于20世纪90年代早期开发的锂二次电池备受关注，因为它们与诸如使用水性电解质的ni-mh电池、ni-cd电池和硫酸-铅电池之类的传统电池相比具有更高的操作电压和显著更高的能量密度。然而，这种锂离子电池由于使用有机电解质而引起与安全相关的问题，诸如着火和爆炸，并且具有难以制造的缺点。

3、最近，锂离子聚合物电池改善了锂离子电池的这些缺点，并有望成为下一代电池之一。然而，与锂离子电池相比，这种锂离子聚合物电池仍然提供相对较低的容量，尤其是在低温下表现出不足的放电容量。因此，迫切需要改善这种缺点。

4、尽管这些电化学装置已由许多制造公司进行生产，但其安全性特性表现出不同的迹象。评价并确保这些电化学装置的安全性是非常重要的。最重要的考虑在于电化学装置不应当在它们发生故障时对用户造成伤害。出于这一目的，安全性标准严格地控制电化学装置中的着火和排烟。对于电化学装置的安全特性，特别担心的是当电化学装置过热以致热失控或者隔板的穿孔时发生爆炸。特别是，常规用作用于电化学装置的隔板的聚烯烃基多孔基板因其材料性质以及其制造工序期间的包括取向在内的特性而在100℃或更高的温度下表现出严重的热收缩行为，由此导致阴极和阳极之间的短路。

5、为了解决以上提及的电化学装置的安全问题，已经提出了一种具有多孔有机-无机涂层的隔板，所述多孔有机-无机涂层是通过在具有多个孔的多孔基板的至少一个表面上施加过量的无机颗粒与粘合剂聚合物的混合物而形成的。

6、在传统的聚烯烃基隔板的情况下，在135℃至160℃的温度范围内发生关闭(shutdown)。即使在引入多孔有机-无机涂层时，也难以控制上述限定的温度范围，这可能会立即导致熔化(meltdown)。因此，难以确保电池的安全性。

7、即使当隔板发生关闭时，由于外部热源或电池温度已经升高，也可能导致电解质点燃。在这些情况下，仍然需要防止这种情况的手段。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开内容旨在解决现有技术的问题，因此本公开内容旨在提供一种在电池温度升高时具有优异安全性的隔板。

3、本公开内容还旨在提供一种包括所述隔板的电化学装置。

4、技术方案

5、在本公开内容的一个方面，提供了一种根据以下任一实施方式的隔板。

6、根据第一实施方式，提供了一种隔板，包括：

7、具有多个孔的多孔聚合物基板；和

8、多孔涂层，所述多孔涂层设置在多孔聚合物基板的至少一个表面上并且包括多个核-壳型聚合物颗粒，

9、其中所述核-壳型聚合物颗粒具有核部分和围绕所述核部分的壳部分，所述核部分包括高吸收性聚合物(super absorbent polymer)，并且所述壳部分包括熔点为80℃或更高的低吸收性聚合物。

10、根据第二实施方式，提供如第一实施方式中所限定的隔板，其中所述高吸收性聚合物能够吸收相当于其自身重量的2-50倍的量的电解质。

11、根据第三实施方式，提供如第一实施方式或第二实施方式中所限定的隔板，其中所述高吸收性聚合物是选自淀粉、纤维素、丙烯酸类聚合物、聚乙酸乙烯酯和聚乙二醇中的至少一种交联聚合物。

12、根据第四实施方式，提供如第一实施方式至第三实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述低吸收性聚合物能够吸收相当于其自身重量的2倍或以下的量的电解质。

13、根据第五实施方式，提供如第一实施方式至第四实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述低吸收性聚合物是包括丙烯酸酯基聚合物、酯基聚合物、烯烃基聚合物、氟乙烯基聚合物、苯乙烯基聚合物、氟烯烃基聚合物、聚氨酯基聚合物、酚醛树脂、酰胺基聚合物、芳族聚酰胺基聚合物、或它们中的两种或更多种的非交联聚合物或交联聚合物。

14、根据第六实施方式，提供如第一实施方式至第五实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述低吸收性聚合物是包括聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯-共-丙烯、聚苯乙烯、聚氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)、芳纶、聚己内酰胺(尼龙6)、聚(11-氨基十一烷酸)(尼龙11)、聚月桂基内酰胺(尼龙12)、聚六亚甲基己二酰胺(尼龙6，6)、聚六亚乙基壬二酰胺(尼龙6，9)、聚六亚乙基癸二酰胺(尼龙6，10)、聚六亚乙基十二烷二酰胺(尼龙6，12)、或它们中的两种或更多种的非交联聚合物或交联聚合物。

15、根据第七实施方式，提供如第一实施方式至第六实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述核-壳型聚合物颗粒的核部分与壳部分的重量比为84∶16-40∶60。

16、根据第八实施方式，提供如第一实施方式至第七实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述核部分的平均直径与所述核-壳型聚合物颗粒的平均直径之比为10％-90％。

17、根据第九实施方式，提供如第一实施方式至第八实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述多孔聚合物基板是聚烯烃基多孔聚合物基板。

18、根据第十实施方式，提供如第一实施方式至第九实施方式中任一项所限定的隔板，其中所述多孔涂层进一步包括选自以下各者中的至少一种：部分或全部设置在所述核-壳型聚合物颗粒的表面上以使得核-壳型聚合物颗粒可以相互连接和固定的粘合剂聚合物；和无机颗粒。

19、根据第十一实施方式，提供如第十实施方式中所限定的隔板，其中所述粘合剂聚合物为聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚甲基丙烯酸丁酯(polybutylmethacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚乙酸乙烯酯(polyvinylacetate)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinylacetate)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、聚芳酯(polyarylate)、乙酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate)、乙酸丙酸纤维素(cellulose acetatepropionate)、氰乙基支链淀粉(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethylpolyvinylalchol)、氰乙基纤维素(cyanoethylcellulose)、氰乙基蔗糖(cyanoethylsucrose)、支链淀粉(pullulan)、羧甲基纤维素(carboxyl methylcellulose)，或它们中的两种或更多种的混合物。

20、根据第十二实施方式，提供如第十实施方式或第十一实施方式中所限定的隔板，其中所述无机颗粒为介电常数为5或更大的无机颗粒、能够传输锂离子的无机颗粒、或它们的混合物。

21、根据第十三实施方式，提供了一种电化学装置，包括阴极、阳极以及插置在阴极和阳极之间的隔板，其中所述隔板与第一实施方式至第十二实施方式中任一项所限定的相同。

22、根据第十四实施方式，提供如第十三实施方式中所限定的电化学装置，所述电化学装置是锂二次电池。

23、有益效果

24、根据本公开内容的一个实施方式，当电化学装置的温度升高时，隔板的多孔涂层中的核-壳型聚合物颗粒的壳部分被溶解，使得核部分可以暴露出来，核部分的高吸收性聚合物吸收电解质，从而中断电解质中锂离子的迁移，隔板的多孔涂层的孔被吸收电解质而膨胀的高吸收性聚合物堵塞，从而导致关闭现象。结果，即使当电池温度升高时，也可以延迟或抑制电解质的点燃，从而提供具有提高的安全性的电化学装置。

25、此外，根据本公开内容的实施方式，通过调节隔板的多孔涂层中的核-壳型聚合物颗粒的壳部分的熔点(tm)能够控制高吸收性聚合物工作的温度，即关闭现象发生的温度。