包含多孔粒子的聚合多孔基材制造技术

本发明专利技术描述了聚合多孔基材。所述基材可以用作电池隔膜或用于其它工业应用。所述聚合多孔基材由在没有多孔粒子的情况下当浇铸成基材时形成表皮的聚合物形成，所述聚合物例如聚酰亚胺或聚醚酰亚胺。所述聚合多孔基材还包含多孔粒子。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含多孔粒子的聚合多孔基材
本公开涉及包含多孔粒子的聚合多孔基材。这种具有多孔粒子的聚合多孔基材可以例如用作电池隔膜和用于其它工业应用中。
技术介绍
脱离对石油和其他矿物燃料的依赖的努力已经让许多行业花费研究和开发资金来开发环境友好或“绿色”技术。这样的绿色技术包括可用于例如汽车工业的改良电池。事实上，成立美国先进电池联盟(theUnitedStatesAdvancedBatteryConsortium)(USABC)就是为了开发支持燃料电池汽车、混合动力汽车、和电动汽车的商业化的电化学能量储存技术。这包括电池和电池组件。汽车应用的电池和电池组件必须足够坚固以承受运行条件。例如，电池隔膜必须具有高度耐热和耐电解质、使用期间收缩率低、并且必须容许足够的离子流供电池运行。USABC已经发布了可用在汽车环境中的锂离子电池适合的电池隔膜的规格目标。以前开发用于现代和未来汽车电池的电池隔膜的尝试已经利用倾向于表现出令人满意的耐热和耐电解质的聚合物和聚合物掺合物来进行，但是所述聚合物和聚合物掺合物在表面处形成致密的聚合物表皮。这种有潜力的电池隔膜材料包括，例如，聚酰亚胺如聚醚酰亚胺(PEI)。不幸的是，所述致密的表皮起到阳极和阴极之间离子流动的屏障的作用，使得所生成的材料不适宜用作电池隔膜。事实上，这种材料的格利(Gurley)流(用于表示离子流)已经超过10,000s/100cc并高达27,000s/100cc。用作电池隔膜的材料要求低得多的格利流。
技术实现思路
已经发现聚合多孔基材解决了电池技术中在先研究一直未解决的一些挑战。这样的聚合多孔基材也可以具有其它用途和应用。这样的聚合多孔基材包含至少一种聚合物，所述聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成基材时，在所述基材中生成表皮。所述表皮可以是厚的和/或致密的，使得所述表皮致使所生成的基材基本上不可渗透离子流。“基本上不可渗透”是指在阳极和阴极之间可以存在偶发离子流，但是不足以让所述基材起到电池隔膜的作用。本文中公开的聚合多孔基材包含多个多孔粒子连同所述至少一种聚合物。通过包含多孔粒子与所述至少一种聚合物，当形成所述聚合多孔基材时，所生成的聚合多孔基材容许在阳极和阴极之间有足够的离子流，以使所生成的聚合多孔基材尤其起到电池隔膜的作用。附图说明现在参考附图，详细显示说明性的实施方式。图1描绘了示例性聚合多孔基材的格利流对隔膜中多孔粒子体积浓度的图；图2描绘了示例性聚合多孔基材的格利流对隔膜中不同多孔粒子的多孔粒子体积浓度的图；图3描绘了包含示例性电池隔膜的电池的示意图；和图4描绘了具有图3描述类型的电池的汽车。具体实施方式本公开总的涉及由聚合物形成的聚合多孔基材，所述聚合物通常形成厚的或致密的表皮，使得所述基材基本上不能用作电池隔膜。本文中公开的电池隔膜通过利用这样的聚合物连同多孔粒子形成多孔基材来制造。不受理论约束，据认为在所述基材形成过程期间，许多这样的多孔粒子迁移到在不存在所述多孔粒子的情形下所述基本上离子不可渗透的表皮会处于的位置。所述粒子中的孔容许离子流通过阳极和阴极之间的所述多孔基材，从而出乎意料地使以前被认为由于加工问题不能用作电池隔膜材料的聚合物可用作电池隔膜中的材料。聚合物广泛范围的聚合物可以用来形成所述聚合多孔基材。特别地，能够通过相转化分离方法形成基材的聚合物可以是有用的。这样的聚合物在第一溶剂或溶剂混合物中可溶，在第二溶剂(非溶剂)中不溶，其中所述第一和第二溶剂是可混溶的。另外，关于本文中公开的电池隔膜，当形成基材时形成厚的和/或致密的表皮的聚合物可以是有用的。说明性的非限制聚合物可以包括聚酮、聚氯乙烯和聚砜。可以用于本文中公开的聚合多孔基材的非限制性示例聚合物包括聚酰亚胺，例如聚醚酰亚胺(PEI)。PEI是具有以下结构的重复单元的非晶热塑性聚合物：对于本文中公开的聚合多孔基材，可以使用广泛范围的PEI。可商购的PEI和PEI基树脂的来源可在Pittsfield，MA的SabicInnovativePlastics拥有的ULTEM商标下得到。其它PEI包括未改性PEI、取代PEI、和授予TheDowChemicalCo.的美国专利No.4,612,353中所公开类型的芳族聚醚酰亚胺。通常，PEI和PEI掺合物具有高度耐热性、高强度和模量、出色的电性质和出色的可加工性。预期用于本文中公开的电池隔膜的PEI的热性质可以包括挠曲温度为190℃至220℃，热膨胀系数从1.0X10-5至3.5X10-5in/in-°F，玻璃化转变温度从200℃至250℃、或从210℃至235℃、或216℃，热导率从0.7至2.0BTU-in/hr-ft2-°F，和利用UL94的可燃性为V-0。考虑用于本文中公开的电池隔膜的PEI的电性质可以包括在空气中的介电强度从700至900伏/密耳，介电常数从3至4，损耗因数从0.001至0.003，和体积电阻率从1.0X1016至1.0X1018ohm-cm。考虑用于本文中公开的电池隔膜的PEI的机械性质可以包括23℃时的断裂拉伸强度从14,000psi至25,000psi，和23℃时的拉伸模量从400,000psi至2,000,000psi，23℃时的断裂伸长率从30％至70％，23℃时的屈服伸长率从4％至10％，23℃时的挠曲强度从18,000psi至40,000psi，和23℃时的挠曲模量从0.7至2.0ft-lbs/in。所考虑的聚合物和聚合物掺合物及其组合可以在变化的应力和温度条件下抵抗广泛范围的化学物质。这样的聚合物可以与脂族烃和醇、矿物盐溶液、稀释碱、和全卤代烃相容。本文中公开的聚合多孔基材可以包含40体积％至99.9体积％的聚合物，或45体积％至80体积％的聚合物，或50体积％至70体积％的聚合物。虽然这些体积百分比成组描述，但是任何下限预期用于具有所述特定范围的任何上限的范围中。多孔粒子对于本文中公开的聚合多孔基材，可以使用广泛范围的多孔粒子。多孔粒子可以包括二氧化硅、氧化铝、铝硅酸盐材料、沸石、气凝胶、有机或无机多孔粉末、或包含它们的一种或多种的组合。多孔粒子可以是涂层或未涂层的，所述粒子可以具有有机表面处理，在某些情况下是与所述粒子化学结合。示例性的可商购的包含多孔粒子的气凝胶包括来自卡博特公司(CABOTCorporation)的卡博特纳米凝胶(CABOTNANOGEL)，后来更名为CABOTENOVA，它也可以适合用于本文中公开的聚合多孔基材和电池隔膜。示例性的多孔粒子及其制造方法描述于美国专利No.6,506,485、6,592,764、6,641,657、6,746,659、6,843,977、6,869,906、7,014,799、7,123,892和7,167,245中。多孔粒子可以具有直径小于10微米、小于1微米、或小于100nm的平均粒度。选择的平均粒度应该足够小，以避免因团聚粒子破坏基材形成。多孔粒子的孔尺寸可以是微孔、介孔或大孔，并可以包括具有不同孔尺寸的一种或多种类型的粒子的组合。微孔粒子具有最高2nm的孔，而介孔粒子具有2至50nm的孔，大孔粒子具有大于50nm的孔。示例性的多孔粒子可以包括介孔多孔泡沫(MCF)粒子。合适的MCF粒子可以如本文中例示、如上面指明的一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚合多孔基材，其包含(a)至少一种聚合物，所述聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成多孔基材时，在所述基材中生成表皮；和(b)多个多孔粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.10 US 61/558,3141.聚合多孔基材，其包含(a)至少一种聚合物；和(b)多个多孔粒子，其具有小于250nm的平均孔径，其中所述聚合多孔基材包含0.1至60体积％的多孔粒子，并且其中所述基材的特征还在于其通过使用两种溶剂进行的聚合物相转化分离而形成，并且所述至少一种聚合物可溶于第一溶剂、不可溶于第二溶剂，其中所述第一和第二溶剂是彼此可混溶的，使得当在没有多孔粒子的情况下形成为多孔基材时，在所述基材中会生成表皮。2.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述至少一种聚合物当在没有多孔粒子的情况下形成为多孔基材时，在所述基材中生成表皮，使得所述基材的Gurley流值大于10,000s/100cc。3.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述至少一种聚合物包括聚酰亚胺。4.权利要求3的聚合多孔基材，其中所述聚酰亚胺包括聚醚酰亚胺。5.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述多孔粒子包括多孔二氧化硅。6.权利要求1的聚合多孔基材，其中所述多孔粒子具有小于5...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·T·马托西，B·C·尼克莱斯，B·A·基罗斯，鞠昊，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US