电存储装置的隔板制造方法及图纸

本发明专利技术提供(I)干拉伸微孔膜和电存储装置的隔板，在产品安全性、充电/放电特性、尺寸稳定性、能量成本、环境考虑等所需性能之间具有优异的平衡；(II)通过控制电存储装置的隔板中微孔膜的穿刺深度而获得在产品安全性上优异的电存储装置的隔板；或/和，(III)干拉伸微孔膜和电存储装置的隔板，其通过控制薄微孔膜的孔隙度和穿刺强度，实现了优异的产品安全性。

Partition of electric storage device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电存储装置的隔板领域本专利技术涉及一种电存储装置的隔板。背景微孔膜，特别是聚烯烃基微孔膜，广泛用作微滤膜、电池隔板、冷凝器隔板、燃料电池材料等，特别是作为以锂离子电池为代表的二次电池隔板。近年来，锂离子电池被用于微型电子设备(如手机和笔记本电脑)，还应用于电动汽车，包括混合动力汽车或插电式混合动力汽车。电动汽车中使用的锂离子电池一般尺寸大并且能量容量高，因此需要更高的安全性。此外，电动汽车中使用的锂离子电池必须比传统电池具有更高的输出特性，以便在短时间内产生大量能量。此外，还需要高能量密度的电池，因此需要更薄的隔板。不用说，与微型电子设备相比，电动汽车的锂离子电池往往在恶劣条件下长期使用，因此，产品安全性或长期可靠性(使用寿命特性)所需的水平也增高。也就是说，未来电动汽车中使用的锂离子电池强烈要求具有高能量输出和高产品安全性，特别是隔板需要具有强度(例如，穿刺强度、抗拉强度等)高、收缩率低、耐热性高、电阻低等特性。已经进行了许多研究和开发，目的是提供一种能够应对这些情况的微孔膜。特别是，为了增强微孔膜的代表性技术，例如包括：1)使用无机填料的膜加固，2)使用纤维素纳米纤维的膜加固，3)形成膜聚合物后通过其交联对微孔膜加固，4)使用超高分子量聚合物形成微孔膜，等等。然而，上述1)存在透气阻力大的问题，因为膜在填料和聚合物之间的界面处开孔隙，因此无法获得通孔。在上述2)中，存在纤维素纳米纤维难以细微地分散至聚烯烃内的问题，因此无法获得足够的增强作用，并产生如鱼眼式的突出物。根据上述3)，虽然可以实现膜的加强，但膜的尺寸因交联反应而不同，因此不适合作为需要精确尺寸的锂离子电池的隔板。上述4)所述的膜通常采用孔开口湿法制成，将超高分子量聚乙烯和增塑剂(如液体石蜡等)溶解到溶剂中，然后在膜拉伸时孔隙开口，在耐热性、透气阻力、尺寸稳定性或生产效率方面处于劣势，尽管与传统干孔开口方法制造的聚丙烯微孔膜相比，膜强度占优势。已经提出了一种利用超高分子量聚丙烯来制造上述4)中描述的微孔膜的方法(专利文献1和2)。通常，微孔膜是由树脂的熔融挤出形成，然后拉伸它。树脂膜中的孔隙形成方法主要是干法或湿法。干法包括如下形成孔隙的方法，即：通过对包含不相容粒子(如无机颗粒和聚烯烃等)的未拉伸薄片进行拉伸和提取，剥离异质材料界面和形成孔隙的方法，以及层孔开口法、和β晶体孔隙开口法。湿法包括多种方法，即：将诸如增塑剂的孔隙形成材料(可萃取物质)添加到聚烯烃中并分散，然后在板材形成后用溶剂提取可萃取物质以形成孔隙，如有必要，在萃取之前和/或提取后进行拉伸。微孔膜的物理特性一直是研究课题，目的是利用干法产生的微孔膜作为二次电池隔板(专利文献3至5)。专利文献3从二次电池隔板的物理性能平衡的角度，描述了一种由多层孔开口干法获得的复合微孔膜，其具有30-80％的孔隙度，以及微孔聚丙烯层和微孔聚乙烯层，微孔聚丙烯层的孔隙度大于微孔聚乙烯层的孔隙度。在专利文献4中，从孔隙度和机械强度的角度，描述了一种微孔膜，其由阿利法多烯烃和热塑性烯烃弹性体混合物形成，而获得的微孔膜经历多层孔开口干法。专利文献5描述了在β-晶体孔开口方法中通过双轴拉伸获得的微孔PP薄膜，其膜厚度为10-30μm，孔隙度为55-85％，透气阻力为70-300秒/100ml，穿刺强度为0.18-0.50N/1μm厚度，横向(TD)热收缩系数≤12％(135℃下60分钟)，抗拉强度为60-200MPa。专利文献5中描述的微孔膜，根据β-晶体孔开口法获得，由于晶体过渡，具有各向异性。微孔膜的强度一直是研究课题，目的是使用湿法产生的微孔膜作为二次电池的隔板(专利文献6)。专利文献6描述微孔聚烯烃薄膜，其在薄膜厚度方向上具有不同程度的定向，从断裂强度和穿刺强度的角度来看，穿刺伸长为2.2-2.4mm。引文列表专利文献[专利文献1]日本专利公告号No.5653761[专利文献2]日本专利公告号No.5065737[专利文献3]日本专利申请公开号No.2008-254288[专利文献4]日本专利申请公开号No.2003-192814[专利文献5]WO2013/54929[专利文献6]日本专利申请公开号No.1995(H7)-188440专利技术概述技术问题近年来，锂离子二次电池已纳入微型电子设备或电动汽车，甚至在恶劣环境中也开始使用。在这方面，包含微孔膜的隔板还需要在更高的特性要求，如耐热性、尺寸稳定性、空气渗透性、耐压性等、还有强度方面有进一步的技术改进。以前从产品安全性或提高电池能量密度的角度，已经提出了增加微孔膜强度的要求，但是，强度的增加与孔隙度和空气渗透阻力主导的充电/放电特性相矛盾。也就是说，以某种方式实现微孔膜的更高强度，同时不降低孔隙度和透气阻力，具有十分重要的意义。此外，从能源成本和对环境的考虑来看，使用无溶剂、强度高达或高于湿法开孔膜的孔开口干法制造微孔膜也非常重要。然而，专利文献1中描述的由孔开口湿法制造的含聚丙烯膜的孔隙度和厚度没有具体说明，而且难以实现高强度微孔膜的专利技术。专利文献2描述，层压微孔膜包括通过孔开口干法获得的超高分子量聚丙烯层和聚乙烯层，并披露厚度、孔隙度、强度等，然而，有在电存储装置隔板的进一步的特性要求方面，仍有改进的余地。此外，由专利文献3-5中描述的干法或专利文献6中描述的湿法获得的微孔膜在隔板及包含隔板的电存储装置的安全性方面还有一些改进的余地。鉴于上述情况，本专利技术第一个实施例的目的是提供一种电存储装置的隔板，其可优异地平衡各性能要求，如产品安全、充电/放电特性、尺寸稳定性、能源成本、环境考虑等。本专利技术第二个实施例的目的是提供一种具有卓越产品安全性的电存储装置的隔板。本专利技术第三个实施例的目的是提供一种具有优异产品安全性的电存储装置的隔板。问题的解决方案本专利技术人已经发现，上述问题可以通过设计一种隔板得到解决，该隔板包括具有特定分子量或膜形态的微孔膜，并因此完成了本专利技术的第一实施例。除上述情况外，本专利技术人还发现，上述问题可以通过控制构成电存储装置的隔板的微孔膜的穿刺深度来解决，并因此完成了本专利技术的第二个实施例。此外，本专利技术人还发现，上述问题可以通过控制微孔膜的孔隙度和穿刺强度来解决，该膜构成电存储装置的隔板，以薄膜的形式制成，并因此完成了本专利技术的第三个实施例。具体来说，本专利技术如下。[1]一种电存储装置的隔板，包括微孔膜，该微孔膜包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)，其中，微孔膜具有以下区域：(i)一种聚合物基体，其包含包括聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)；(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维(或纤维素)；以及(iii)纤维(或纤维素)之间的孔隙(或毛孔)；以及其中，微孔膜的熔体流速或熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。[2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电存储装置的隔板，包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)d微孔膜，其中，所述微孔膜具有以下区域：/n(i)聚合物基体，其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)；/n(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维；以及/n(iii)纤维之间的孔隙；以及/n其中，所述微孔膜的熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171121 US 62/588,996;20171121 US 62/588,967;20171.一种电存储装置的隔板，包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)d微孔膜，其中，所述微孔膜具有以下区域：
(i)聚合物基体，其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)；
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维；以及
(iii)纤维之间的孔隙；以及
其中，所述微孔膜的熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。


2.一种电存储装置的隔板，包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜，其中，所述微孔膜具有以下区域：
(i)聚合物基体，其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)；
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维；以及
(iii)纤维之间的孔隙；以及
其中，聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为1.0g/10分钟或更小。


3.一种电存储装置的隔板，包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜，其中，所述微孔膜具有以下区域：
(i)聚合物基体，其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)；
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维；以及
(iii)纤维之间的孔隙；以及
其中，所述热塑性弹性体(B)形成沿MD的长度与沿横向方向(TD)的长度的比率(MD/TD)为1.5或更大的区域。


4.如权利要求3所述的隔板，其中，热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向。


5.如权利要求3或4所述的隔板，其中，沿MD方向的长度与沿横向方向(TD)的长度的比率(MD/TD)为10.0或更小。


6.如权利要求1至5任何一项所述的隔板，其中，热塑性弹性体(B)不含丙烯。


7.如权利要求1至6任何一项所述的隔板，其中，所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至80:20。


8.如权利要求1到7任何一项所述的隔板，其中，热塑性弹性体(B)存在于聚合物基体中，但纤维中不存在。


9.如权利要求1至8任何一项所述的隔板，其中，就晶体而言，热塑性弹性体(B)的硬段中的热塑性弹性体为结晶，该硬段的结晶熔点峰值为50至110℃；或在无定形的情况下，热塑性弹性体(B)的硬段中的热塑性弹性体为非晶形，该硬段的玻璃转化温度为30至110℃。


10.如权利要求1至9任何一项所述的隔板，其中，热塑性弹性体(B)的熔融流率(MFR)为2.0g/10分钟或以上。


11.如权利要求1至10任何一项所述的隔板，其中，热塑性弹性体(B)为乙烯/α-烯烃共聚物。


12.如权利要求1至11任何一项所述的隔板，其中，微孔膜的孔隙度为30％至80％。


13.如权利要求1至12任何一项所述的隔板，其中，隔板的空气渗透阻力为100至500秒/100ml，条件是空气渗透阻力是通过将实际测量的空气渗透阻力除以隔板的厚度，再将隔板的实际测量的空气渗透阻力乘以14μm而获得的数值。


14.如权利要求1至13任何一项所述的隔板，其中，隔板的穿刺强度为400gf或更大，该穿刺强度是通过将实际测量的穿刺强度除以隔板的厚度，再将隔板的实际测量的穿刺强度乘以14μm而获得的数值。


15.如权利要求1至14任何一项所述的隔板，其中，所述微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。


16.如权利要求1至15任何一项所述的隔板，其中，聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。


17.如权利要求1至16所述的隔板，其中，该隔板包括一个微孔多层膜，其中由聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)组成的微孔膜和以聚乙烯为主要成分的微孔膜层压在一起。


18.如权利要求17所述的隔板，其中，以聚乙烯为主要成分的微孔膜的聚乙烯密度为0.96g/cm3或更大；而以聚乙烯为主要成分的微孔膜的熔融流率(MFR)为0.6g/10分钟或更小。


19.如权利要求17或18任何一项所述的隔板，其中，隔板不仅包括包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜，还包括微孔多层膜。


20.如权利要求1至19任何一项所述的隔板的制备方法，包括以下步骤：
通过圆形模具挤出方法形成原始膜；以及
在加热和拉伸该原始膜之前，对该原始膜退火。


21.一种电存储装置的隔板，包括微孔膜，其中，微孔膜以聚烯烃树脂为主要成分；在隔板的穿刺试验中最大穿刺强度状态，隔板具有最大应力穿刺深度4.0mm或以上，。


22.如权利要求21所述的隔板，其中，最大应力穿刺深度为5.0mm至20.0mm。


23.如权利要求21或22所述的隔板，其中，最大穿刺强度为20gf/μm或更大。


24.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：浜崎真也，高桥真生，森奖平，石井义行，江原贤司，长青·亚当斯，
申请(专利权)人：旭化成株式会社，赛尔格有限责任公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP