电化学装置用隔膜和包含其的电化学装置的制作方法

本技术要求于2021年10月12日在韩国提交的韩国专利申请第10-2021-0135328号的优先权权益。本公开内容涉及一种电化学装置用隔膜和包含其的电化学装置，所述隔膜显示出优异的多孔聚合物基材与无机涂层之间的结合力以及优异的电阻特性。

背景技术：

1、以锂离子二次电池为代表的二次电池已经广泛用作便携式电子设备如笔记本电脑、移动电话、数码相机、便携式摄像机等的电源。此外，近年来，此类电池凭借其高能量密度的特性而应用于包括汽车的各种工业领域。

2、锂二次电池受到关注，因为与使用水系电解质的常规电池如ni-mh、ni-cd和硫酸铅电池相比，它们具有更高的工作电压和显著更高的能量密度。然而，此类锂离子电池由于使用有机电解质而具有着火和爆炸的风险，并且缺点在于，它们需要复杂的制造工序。最近，锂离子聚合物电池使锂离子电池的此类缺点得到改善并且被认为是下一代电池之一。然而，这种锂离子聚合物电池与锂离子电池相比仍然具有相对更低的容量，特别在低温下显示出的放电容量不足。因此，对此类缺点的改善存在迫切需求。

3、这种电化学装置的安全性的评价和保证非常重要。关于电化学装置的安全特性，当电化学装置过热而引起热失控或隔膜穿孔时存在爆炸的极大担忧。特别地，通常用作电化学装置用隔膜的聚烯烃系多孔基材由于其材料性质和其在制造过程期间的包括取向的特性而在100℃以上的温度下显示出严重的热收缩行为，从而引起正极与负极之间的短路。

4、为了解决上述电化学装置的安全问题，已经提出了一种隔膜，其具有通过将过量的无机粒子与粘合剂聚合物的混合物施涂到具有多个孔的隔膜基材的至少一个表面上而形成的多孔无机涂层。然而，需要将聚合物树脂作为粘合剂引入无机涂层中，从而将无机粒子固定在无机涂层中并在隔膜与电极之间提供层间结合力。此处，当聚合物树脂的量增加时，结合力得到改善，但界面电阻会不期望地降低。相反地，当聚合物树脂的量减少时，无机粒子脱离而引起耐久性降低，并且隔膜不能与电极紧密接触而引起电阻增加的问题。因此，存在开发一种能够确保电阻特性和结合力二者的隔膜的需求。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开内容的目的是解决现有技术的问题，因此本公开内容旨在提供一种电化学装置用隔膜和包含所述隔膜的电化学装置，所述隔膜确保耐热性以及稳定性和耐久性，并且同时显示出优异的电阻特性。将容易理解的是，本公开内容的目的和优点可以通过所附权利要求书中所示的手段及其组合来实现。

3、技术方案

4、根据本公开内容的第一实施方式，提供一种电化学装置用隔膜，所述隔膜包含隔膜基材和形成在所述隔膜基材的表面上的无机涂层，其中所述隔膜基材具有多孔结构并且包含聚合物材料，所述无机涂层包含无机粒子和粘合剂材料，所述隔膜基材的表面在外周部的全部区域中或至少部分区域中具有从外周末端向内侧具有预定宽度的凹形图案部，并且所述凹形图案部具有从表面凹入的凹部。

5、根据本公开内容的第二实施方式，提供如第一实施方式所限定的电化学装置用隔膜，其中所述凹形图案部具有基于厚度方向从所述隔膜基材的一个表面向内侧凹入的凹部，并且显示出的表面粗糙度(ra)为0.8～3.2。

6、根据本公开内容的第三实施方式，提供如第一或第二实施方式所限定的电化学装置用隔膜，其中所述无机涂层在与所述隔膜基材的所述凹形图案部相对应的位置处具有与所述隔膜基材的所述凹形图案部相对应的凹形图案，并且所述隔膜基材的所述凹形图案部与所述无机涂层的所述凹形图案相互接合。

7、根据本公开内容的第四实施方式，提供如第三实施方式所限定的电化学装置用隔膜，所述隔膜具有恒定的总厚度，并且在所述无机涂层面向所述隔膜基材的边界处，所述无机涂层的凹形图案与所述隔膜基材的凹形图案彼此接合。

8、根据本公开内容的第五实施方式，提供如第一至第四实施方式中任一项所限定的电化学装置用隔膜，其中相对于所述隔膜基材的面积100％，所述凹形图案部具有的面积对应于5％～40％。

9、根据本公开内容的第六实施方式，提供如第一至第五实施方式中任一项所限定的电化学装置用隔膜，其中所述凹形图案部具有基于厚度方向从所述隔膜基材的一个表面向内侧凹入的凹部，并且相对于所述凹形图案部的总面积，所述凹部具有的平面面积对应于20％～80％。

10、根据本公开内容的第七实施方式，提供如第一至第六实施方式中任一项所限定的电化学装置用隔膜，其中相对于所述隔膜基材的面积100％，所述凹形图案部显示出的面积对应于5％～40％，并且所述凹形图案部具有基于厚度方向从所述隔膜基材的一个表面向内侧凹入的凹部，并且相对于所述凹形图案部的总面积，所述凹部具有的平面面积对应于20％～80％。

11、根据本公开内容的第八实施方式，提供如第一至第七实施方式中任一项所限定的电化学装置用隔膜，其中相对于所述凹形图案部的总面积，所述隔膜基材显示出的所述凹部的平面面积对应于20％～80％，并且所述凹形图案部具有的表面粗糙度(ra)为0.8～3.2。

12、根据本公开内容的第九实施方式，提供如第一至第八实施方式中任一项所限定的电化学装置用隔膜，其中所述隔膜基材为包含聚烯烃的多孔片。

13、根据本公开内容的第十实施方式，提供如第一至第九实施方式中任一项所限定的电化学装置用隔膜，其中所述无机粒子包含选自由如下组成的组中的至少一者：batio3、pb(zr,ti)o3(pzt)、pb1-xlaxzr1-ytiyo3(plzt，0<x<1，0<y<1)、pb(mg1/3nb2/3)o3-pbtio3(pmn-pt)、二氧化铪(hfo2)、srtio3、sno2、ceo2、mgo、mg(oh)2、nio、cao、zno、zro2、sio2、y2o3、al2o3、alooh、al(oh)3、sic和tio2。

14、根据本公开内容的第十一实施方式，提供一种电极组件，所述电极组件包含负极、隔膜和正极，其中所述隔膜与第一至第十实施方式中任一项所限定的相同，所述负极包含集电器、形成在所述集电器的至少一个表面上的电极活性材料层和从所述集电器延伸并从所述负极突出的负极极耳，并且所述隔膜和所述负极以使得所述隔膜的凹形图案部全部或至少部分地与所述负极极耳重叠的方式堆叠。

15、根据本公开内容的第十二实施方式，提供如第十一实施方式所限定的电极组件，其中所述负极的所述电极活性材料层在末端的全部或至少部分处具有倾斜表面，并且所述隔膜和所述负极以使得隔膜的凹形图案部全部或至少部分地与所述倾斜表面重叠的方式堆叠。

16、有益效果

17、根据本公开内容的隔膜包含隔膜基材和设置在所述隔膜基材的至少一个表面上的无机涂层，其中仅在所述隔膜基材的外周末端处施加具有凹形图案的凹形图案部。根据本公开内容的隔膜凭借上述结构特征可以在确保所述隔膜基材与所述无机涂层之间的高结合力的同时显示出优异的电阻特性。此外，在包含根据本公开内容的隔膜的电化学装置中，当将所述隔膜应用于电极组件时，在所述隔膜的外周末端处的所述凹形图案部以其可以与电极的极耳部重叠的方式来设置。以此方式，可以防止析锂(lithium plating)。