用颗粒填充的非织造材料制造技术

具有用非织造材料制成的基底材料的一种层，该基底材料是用纤维制成的并且具有由这些纤维形成的多个第一孔，其中该基底材料至少部分地被颗粒填充，这些颗粒至少部分地填充这些第一孔并形成多个颗粒填充的区域。根据本发明专利技术，可以对一个层进行设计并改进由此展现以小的厚度在经济性的生产上的高的孔隙度和高温稳定性，其特征为这些颗粒在填充的状态中创造多个第二孔，这些颗粒的平均直径大于大多数第二孔的平均孔径。

Nonwovens filled with particles

A layer of base material made of nonwovens, which is made of fiber and has a plurality of first holes formed by these fibers, in which the base material is at least partially filled by particles, which at least partially fill the first holes and form a number of particles filled areas. According to the invention, a layer can be designed and improved to show high porosity and high temperature stability in economic production with small thickness, which is characterized by the creation of a number of second holes in the filled state, with the average diameter of these particles larger than the average pore size of the majority of the second holes.

【技术实现步骤摘要】
用颗粒填充的非织造材料本分案申请是基于申请号为200880105729.8、申请日为2008年6月16日、专利技术名称为“用颗粒填充的非织造材料”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及具有由一种非织造织物构成的基础结构的一种层片，该基础结构由纤维构成并具有由这些纤维形成的多个第一孔，该基础结构至少部分地填充有多个颗粒，这些颗粒至少部分地填充了这些第一孔并形成用颗粒填充的区域。现有技术所提及类型的层片从现有技术中是已知的。此类层片被用于储能任务中的电池和电容器中作为隔膜。电池和电容器中的电荷储存以化学、物理或以一种混合的形式发生，例如通过化学吸附作用。为了避免在电池或电容器之中的内部放电，通过不传导电子且被称为隔膜或隔离物的材料将带相反电荷的电极机械地彼此分开。同时，由于它们的孔隙度与该能量储存系统及其用途相符合，这些隔膜或隔离物使之有可能令一种电解质的离子性载荷子在电极之间移动。现有技术中已知的这些隔膜具有在微米范围内的小的、互相连接的开口。据说这些开口应尽可能地大，以便使在被浸透隔膜中的电解质的导电率尽可能高，而且因此电池具有高的功率密度。然而，如果这些开口过大，则金属枝状晶体可以在两个实际上应当彼此分离的电极之间造成短路。这些金属枝状晶体或者由锂构成或者由其他在电池中可以作为杂质存在的金属构成。此外，导电的电极材料的颗粒可以穿过这些开口进行迁移。这些过程会引起电极之间的短路并极大地加速电池或电容器的自身放电。短路会造成非常高的电流的局部流动，这会释放热量。这种热量可以造成隔膜的熔化，这进而可导致在隔膜的绝缘/隔离效果上的显著降低。一个非常迅速自身放电的电池因此构成一种高的安全风险，这是由于它的高的贮能量并且还有电极以及其他成分的可燃性。现有技术中已知的隔膜的另一个缺点是在升高温度的情形下它们缺乏稳定性。当使用聚乙烯时其熔点是在130℃左右而当使用聚丙烯时是在150℃左右。短路的原因包括由于电池内过高的温度造成的隔膜收缩、由于金属离子(锂、铁、锰或其他金属杂质)的还原造成的金属枝状晶体的增长、来自电极颗粒的杂物、切割杂物或电极上破碎的覆盖层、以及在压力下两个平板电极之间的直接接触。EP0892448A2披露了关闭机理。该关闭机理对局部过热(例如因为短路)进行的响应是通过禁止在初始短路附近的离子迁移来反作用于短路的空中扩散。归因于短路的热量损失致使聚乙烯加热至这样一个程度，即它将熔化并遮闭隔膜的这些孔。具有更高熔点的聚丙烯保持机械上是完整的。US2002/0168569A1说明了一种由聚二氟乙烯构成的隔膜的构造，聚二氟乙烯在制造的操作中起初用一种溶剂进行增溶，与硅石颗粒相混合并涂敷成一个薄膜。除去该溶剂即留下一个多孔的膜。WO2006/068428A1说明了用于锂离子电池的隔膜的生产，这是通过使用另外用凝胶状聚合物以及无机颗粒填充的一种聚烯烃隔膜。WO2004/021475A1说明了陶瓷颗粒的用途，这些陶瓷颗粒与有机硅助黏附剂以及来自元素硅、铝和/或锆的氧化物的无机粘合剂相结合以形成一种薄片材料。为实现适当的机械挠性，将这些陶瓷颗粒掺入一种支撑材料，例如一种非织造织物，之中。这是由WO2005/038959A1披露的。为防止在金属枝状晶体形成的初始阶段的短路，WO2005/104269A1说明了使用相对较低熔点的蜡作为陶瓷糊料的一种混合物。WO2007/028662A1披露了向陶瓷的填充剂中加入具有100℃以上的熔点的聚合物颗粒，以便该隔膜的机械性质可以得到改善。所说明的材料是旨在作为用于锂离子材料的一种隔膜的用途。尽管这些隔膜确实提供了比多种膜更高的热稳定性，迄今为止它们尚未成为商业上的成功案例。这可能是因为它们相对高的成本以及这种材料的过度的厚度，其厚度大于25μm。WO2000/024075A1说明了可以在燃料电池中使用的一种膜的生产。这种膜由玻璃纤维材料构成，其中通过一种硅酸盐粘合剂将氟代烃聚合物固定。最后，JP2005268096A说明了用于锂离子电池的一种隔膜，该隔膜是通过加热将一种聚乙烯/聚丙烯纤维的支撑材料中的热塑性颗粒一起熔化来进行生产的。这种隔膜具有一种泡沫形状的多孔结构，该结构具有0.1μm至15μm的孔径。现有技术并未展示一种廉价的隔膜，它结合了低厚度和高的孔隙度以及高的热稳定性并能够在一个宽的温度范围内、在具有高功率和能量密度的电池中安全使用。专利技术概述本专利技术的一个目的是开发并改进在开篇时提到的类型的一种层片，这样使它将低厚度与高孔隙度相以及高的热稳定性结合并遵循廉价的制造。我们已经发现该目的是通过权利要求1的特征由本专利技术实现的。据此，该层片的特征在于，这些颗粒在填充区域内形成了多个第二孔，这些颗粒的平均直径大于大多数第二孔的平均孔径。该平均孔径的频率分布是根据本专利技术被设定为使得超过50％的第二孔具有的平均孔径低于这些颗粒的平均直径。诸位专利技术人认识到一种廉价的非织造织物的孔结构可以通过对颗粒的适当的排列和选择而被改变。确切地说，已经认识到本专利技术的层片的孔隙度与聚烯烃膜相比是可增强的，而并未降低其稳定性。大量颗粒(其平均直径大于在填充区域内的大多数第二孔的平均孔径)的安排使之有可能有这种非织造织物来开发一种高孔隙度并因此一种增强的电解质吸附。同时，所创造的孔结构使之几乎不可能让有害的金属枝状晶体在其中形成。本专利技术提供了用于这些颗粒一种安排，这产生出一种孔结构，它不像泡沫但迷宫似的并包括伸长的孔。在这样一种孔结构中，它几乎不可能形成从该层片的一侧一路延伸到另一侧的树枝状的增长。这对于防止电池或电容器中的短路是有效的。因此本专利技术的层片作为用于具有高的功率和能量密度的电池和电容器的一种隔膜是非常有用的。本专利技术的层片对于在宽的温度范围内使用是安全的。因此，实现了在开篇时提到的这个目的。这些颗粒可以是球形的。这可以有利在该非织造织物中的这些第一孔中产生一种压倒性的最接近的球体填装。大多数第二孔的平均孔径实质上是由球填装体中的几何条件所决定的。存在着无限数目的方法来产生球体的最接近的填装。它们共同的特征在于它们由球体的多个六边形的层构成。两个最重要的代表是球体的六边形地最接近的填装(层顺序A、B、A、B、A、B)以及球体的立方体地最接近的填装(层顺序A、B、C、A、B、C、A)。球体的立方体地最接近的填装也被称为球体的面中心的立方体填装。在球体的最接近的填装中的每个球体具有12个邻居，6个在其自己的层中而之上和之下各三个。它们在立方体的安排中形成一种立方八面体，并在六边形的安排中形成一种反立方八面体。球体的一种最接近填装的填装密度为74％。然而，令人希望的是产生尽可能高的孔隙度。因此，不是非织造织物中第一孔中的所有颗粒都将形成球体的一种最接近填装。反之，也将存在颗粒松散填装的区域，这促进了高孔隙度。这些颗粒可以在基础结构中形成一种片状的均匀分布。这种具体的形式是防止短路的一种特别有效的方法。金属枝状晶体以及碎屑发现几乎不可能穿过一个被均匀覆盖的片而迁移。此外，这样一个片防止了在施加压力下电极之间的直接接触。在此背景下明确地可想象的是，在该非织造织物中的所有第一孔都均匀地填充有这些颗粒，这样使该层片主导性地展现出与这些颗粒的平均直径相比更小的平均孔径。该基础结构可具有这些颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层片，具有由一种非织造织物组成的一种基础结构，该基础结构由纤维(1)构成并且具有由这些纤维(1)形成的多个第一孔(2)，该基础结构至少部分地填充有颗粒(3)，这些颗粒(3)至少部分地填充了这些第一孔(2)并形成由颗粒(3)填充的多个区域(4)，其特征在于，在这些填充区域(4)内的这些颗粒(3)形成了多个第二孔(5)，这些颗粒(3)的平均直径大于这些第二孔(5)的大多数的平均孔径。

【技术特征摘要】
2007.09.07 DE 102007042554.81.一种层片，具有由一种非织造织物组成的一种基础结构，该基础结构由纤维(1)构成并且具有由这些纤维(1)形成的多个第一孔(2)，该基础结构至少部分地填充有颗粒(3)，这些颗粒(3)至少部分地填充了这些第一孔(2)并形成由颗粒(3)填充的多个区域(4)，其特征在于，在这些填充区域(4)内的这些颗粒(3)形成了多个第二孔(5)，这些颗粒(3)的平均直径大于这些第二孔(5)的大多数的平均孔径。2.根据权利要求1所述的层片，其特征在于，这些颗粒(3)在构形上是球形的。3.根据权利要求1或2所述的层片，其特征在于，这些颗粒(3)在该基础结构中形成了一种片状的均匀分布。4.根据权利要求1至3中任一项所述的层片，其特征在于，这些填充区域(4)的至少一部分被构造成为带有这些颗粒(3)的基础结构的一个涂层。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的层片，其特征在于，这些颗粒(3)通过一种粘合剂与该非织造织物相联结，该粘合剂由选自下组的有机聚合物组成，该组的构成为：聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酰胺以及上述物质的共聚物、纤维素及其衍生物、聚醚类、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)并且还有胶乳。6.根据权利要求1至5中任一项所述的层片，其特征在于，该粘合剂的熔点是低于这些颗粒(3)和/或这些纤维(1)的熔点。7.根据权利要求1至6中任一项所述的层片，其特征在于，这些颗粒(3)具有在从0.01μm至10μm的范围内的平均直径。8.根据权利要求1至7中任一项所述的层片，其特征在于，这些颗粒(3)是用选...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·克里泽，C·韦伯，R·瓦戈纳，G·沙芬博格，M·罗特，
申请(专利权)人：卡尔·弗罗伊登伯格公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE