用于电化学装置的隔板和包含该隔板的电化学装置的制作方法

本公开要求2024年9月9日向韩国知识产权局提交的第10-2024-0122182号韩国专利申请和2025年8月8日向韩国知识产权局提交的第10-2025-0110017号韩国专利申请的申请日期的权益，其全部内容并入本公开中。本公开涉及一种用于电化学装置的隔板和包括该隔板的电化学装置。

背景技术：

1、电化学装置是使用电化学反应将化学能转换成电能的装置。近来，锂二次电池已被广泛使用，其具有高能量密度和电压以及长循环寿命并且可用于各种应用中。

2、在这种电化学装置的部件中，隔板可以包括位于正极和负极之间并且具有多孔结构的多孔聚合物基板。隔板用于将正极与负极隔离，防止两个电极之间的电短路，并且允许电解质和离子穿过其中。尽管隔板本身不参与电化学反应，但其物理性质(诸如与电解质的润湿性、孔隙率和热收缩率)可以影响电化学装置的性能和安全性。

3、因此，为了增强这种隔板的物理性质，已经尝试了将涂层添加到多孔聚合物基板并将各种材料添加到涂层以改善涂层的性质的各种方法。例如，可以将无机材料添加到涂层中以提高隔板的机械强度，或者可以将无机材料或水合物添加到涂层中以改善聚合物基板的阻燃性和耐热性。

4、在涂层中，无机颗粒可通过聚合物粘合剂连接到另一无机颗粒以形成间隙体积，并且锂离子可移动通过间隙体积（interstitial volume）。也就是说，包括聚合物粘合剂和无机颗粒的涂层用于防止隔板的热收缩，同时帮助锂离子移动通过隔板。

5、同时，在将厚涂层设置在多孔聚合物基板上以克服隔板的热收缩问题的情况下，由于涂层的孔隙率相对低，锂离子可能无法顺利通过隔板，因此隔板的电阻可能增加。为了解决该问题，已经尝试了用具有小厚度的涂层涂覆聚合物基板并且同时在涂层上设置具有高孔隙率的气凝胶层的方法。在这种情况下，有利的是，由于涂层的厚度变小，因此可以获得降低隔板的电阻的效果。然而，最普遍使用的二氧化硅气凝胶存在问题，因为在二氧化硅合成期间产生的毒性是环境不期望的。

6、因此，需要开发新型的包括气凝胶层的用于电化学装置的隔板，所述气凝胶层可通过设置在涂层上而降低隔板的电阻，并且同时无毒且因此环境友好。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开的目的是通过包括具有高孔隙率的气凝胶层来提供具有低电阻和优异机械强度的用于电化学装置的隔板，其中气凝胶层包括纤维素纳米纤维(cnf, cellulosenano fiber)气凝胶。

3、技术方案

4、为了实现上述目的，本公开提供了一种用于电化学装置的隔板，包括：多孔聚合物基板；涂层，所述涂层设置在所述多孔聚合物基板的至少任意一个表面上并且包括无机颗粒；和气凝胶层，所述气凝胶层设置在所述涂层上并且包括纤维素纳米纤维气凝胶，其中所述气凝胶层具有50 nm或更大且200 nm或更小的平均孔径。

5、所述气凝胶层可以具有80体积%或更多且99体积%或更少的孔隙率。

6、基于100重量份的所述气凝胶层的总重量，所述纤维素纳米纤维气凝胶的含量可以是90重量份或更多且99重量份或更少。

7、所述气凝胶层可以具有0.5 μm或更大且2 μm或更小的厚度。

8、所述涂层可以具有0.3 μm或更大且1.2 μm或更小的厚度。

9、所述涂层可以具有40体积%或更大且70体积%或更小的孔隙率。

10、所述纤维素纳米纤维可以具有5 nm或更大且50 nm或更小的平均直径。

11、所述纤维素纳米纤维可以具有1:50或更大且1∶200或更小的纵横比。

12、基于100重量份的所述涂层的总重量，所述无机颗粒的含量可以是80重量份或更多且95重量份或更少。

13、所述无机颗粒可具有200 nm或更大且800 nm或更小的平均直径(d50)。

14、本公开提供了一种电化学装置，其包括正极、负极和用于电化学装置的隔板，其中所述用于电化学装置的隔板插置在所述正极和所述负极之间。

15、有益效果

16、通过包括设置在涂层上的平均孔径为50 nm至200 nm的纤维素纳米纤维气凝胶层，根据本公开的用于电化学装置的隔板可以具有优异的机械强度，同时具有低电阻，并且此外，具有通过使用纤维素纳米纤维而不是有毒二氧化硅而环境友好的优点。

1.一种用于电化学装置的隔板，包括：

2.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述气凝胶层具有80体积%或更大且99体积%或更小的孔隙率。

3.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中，基于100重量份的所述气凝胶层的总重量，所述纤维素纳米纤维气凝胶的含量为90重量份或更多且99重量份或更少。

4.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述气凝胶层具有0.5 μm或更大且2 μm或更小的厚度。

5.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述涂层具有0.3 μm或更大且1.2 μm或更小的厚度。

6.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述涂层具有40体积%或更大且70体积%或更小的孔隙率。

7.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述纤维素纳米纤维具有5 nm或更大且50 nm或更小的平均直径。

8.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述纤维素纳米纤维具有1:50或更大且1∶200或更小的纵横比。

9.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中基于100重量份的所述涂层的总重量，所述无机颗粒的含量为80重量份或更多且95重量份或更少。

10.根据权利要求1所述的用于电化学装置的隔板，其中所述无机颗粒具有200 nm或更大且800 nm或更小的平均直径(d50)。

11.一种电化学装置，包括：正极；负极；和根据权利要求1至10中任一项所述的用于电化学装置的隔板，