填充有纳米颗粒的多孔膜及相关方法技术

一种膜包括由聚合物材料制成的多孔膜或层，所述聚合物材料在其中分散有平均粒度小于约1微米的许多表面经处理(或涂布)的颗粒(或陶瓷颗粒)。聚合物材料可选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、它们的共聚物以及它们的组合。颗粒可选自勃姆石(AlOOH)、SiO2、TiO2、Al2O3、BaSO4、CaCO3、BN以及它们的组合，或者颗粒可以是勃姆石。表面处理(或涂布)可以是具有反应性端部和非极性端部的分子。在将颗粒与聚合物材料混合之前可以将其在低分子量蜡中预混合。膜可用作电池隔板。电池隔板。电池隔板。

【技术实现步骤摘要】
填充有纳米颗粒的多孔膜及相关方法
[0001]本申请是一分案申请，原国际申请号是PCT/US2014/056198，原国际申请日是2014年9月18日，优先权是2013年9月18日；进入中国国家阶段的日期是2016年4月22日，原申请的中国申请号是201480058213.8，原专利技术名称是《填充有纳米颗粒的多孔膜及相关方法》。
[0002]相关申请
[0003]本申请要求2013年9月18日提交的系列号为No.61/879,175的共同待决美国临时专利申请的优先权及权益，该临时专利申请的内容以引用的方式并入本文。
专利

[0004]本专利技术涉及填充有/充满颗粒的膜、填充有/充满表面经处理(或涂布)的纳米颗粒的微孔膜、电池隔板、制造和/或使用的相关方法等。

技术介绍

[0005]用于二次锂电池的填充陶瓷颗粒和涂布陶瓷颗粒的电池隔板是已知的，例如在各自特此以引用的方式并入本文的相应美国专利US7,790,320和美国专利US6,432,586中所描述的那些。据信这些隔板通过例如阻断枝晶、防止短路、增强聚合物(例如聚烯烃)层的耐热性及刚度(强度和结构)而提高二次锂电池的安全性。通常情况下，现有技术的颗粒包括相当大的(某些的粒度&gt;1微米)SiO2、TiO2、Al2O3、BaSO4、CaCO3等颗粒。然而这些陶瓷颗粒可能难以装载和分散到聚合物材料当中，这是因为颗粒与聚合物树脂材料之间表面能有差异。随着粒度从微米范围移至纳米范围，因为颗粒的表面能增加得甚至更多，这些问题变得甚至更严重。<br/>[0006]因此，问题是要将至少某些陶瓷颗粒装载和分散到用以形成膜(例如，电池隔板)的聚合物树脂当中。

技术实现思路

[0007]根据至少选定的实施方案，本专利技术的膜包括由聚合物材料制成的多孔膜或层，所述聚合物材料在其中分散有平均粒度小于约1微米的表面经处理(或涂布)的颗粒(或陶瓷颗粒)。聚合物材料可选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、它们的共聚物以及它们的组合。颗粒可选自勃姆石(AlOOH)、SiO2、TiO2、Al2O3、BaSO4、CaCO3、BN以及它们的组合。颗粒或纳米颗粒上的表面处理(或涂布)可以是具有反应性端部和非极性端部的分子，反应性端部可同颗粒或纳米颗粒的表面结合，非极性端部可同聚合物材料结合。表面涂层优选将颗粒的表面能改变成与聚合物材料的表面能相似。具有相似的表面能，则可以将纳米颗粒与聚合物材料更好地混合或掺混。在用作电池隔板膜的多孔聚合物材料的情况下，已经在陶瓷纳米颗粒和聚合物树脂混合料的制备中采用另外的任选创造性步骤制出本专利技术的隔板。因为表面经处理的陶瓷纳米颗粒易于聚集并形成团聚体，所以建议进行另外的处理以排除这一问题。另外优选将表面经处理的陶瓷颗粒在与聚合物材料混合之前用低分子量蜡均匀涂布。涂蜡的表面经处理的陶瓷纳米颗粒与聚合物材料的掺混成功地解决了陶瓷颗粒和聚合物材料的非
均匀混合及分散所带来的问题。
附图说明
[0008]为例示本专利技术的目的，附图中显示了目前优选的形式；然而要理解的是，本专利技术不限于所示的精确布置及方案。
[0009]图1是具有反应性端部和非极性端部的表面经涂布的陶瓷颗粒的示意图。
[0010]图2描述具有环绕颗粒的周边的支链烃尾的表面经涂布的陶瓷颗粒的示意图。
[0011]图3是通过诸如Celgard干法工艺的干法拉伸制造工艺制成的典型(现有技术)微孔膜的扫描电子显微镜(SEM)图像(表面)。
[0012]图4是通过湿法拉伸工艺制成的典型(现有技术)微孔膜的SEM图像(表面)。
[0013]图5是通过颗粒拉伸方法(现有技术)制成的多孔膜的SEM图像(表面)。
[0014]图6是多层膜的边缘的SEM图像(截面)，上层和下层是相似或相同的聚合物，而中间层是不同的聚合物(现有技术)。
[0015]图7是本专利技术膜的表面的一个实施例的SEM图像。
[0016]图8是本专利技术膜的表面的另一实施例的SEM图像。
[0017]图9是本专利技术的填充膜同常规的微孔膜的电池循环结果比较图。
具体实施方式
[0018]根据至少某些实施方案，本专利技术涉及包括由聚合物材料制成的多孔膜或层的膜，所述聚合物材料在其中分散有平均粒度小于约1微米的许多表面经处理的颗粒(或表面经处理的陶瓷颗粒)；或涉及包括由聚合物材料制成的多孔膜或层的膜，所述聚合物材料在其中分散有诸如勃姆石颗粒的许多颗粒；电池隔板；制造或使用的相关方法；等等。
[0019]根据至少选定的实施方案，本专利技术涉及包括由聚合物材料制成的微孔膜或层的膜，所述聚合物材料在其中分散有平均粒度小于约1微米的许多表面经处理的颗粒(或表面经处理的陶瓷颗粒)或涂蜡的表面经处理的颗粒(或表面经处理的陶瓷颗粒)，或涉及包括由聚合物材料制成的微孔膜或层的膜，所述聚合物材料在其中分散有许多勃姆石颗粒。
[0020]由在其中分散有平均粒度小于约1微米的许多表面经处理的颗粒(或表面经处理的陶瓷颗粒)或涂蜡的表面经处理的颗粒(或表面经处理的陶瓷颗粒)的聚合物材料制成的微孔膜或者由在其中分散有许多勃姆石颗粒的聚合物材料制成的微孔膜的膜或层可以是多层膜或隔板的一层。优选地，膜或层包括由在其中分散有许多平均粒度小于约1微米的勃姆石颗粒的聚合物材料制成的微孔膜。
[0021]如本文所用的膜优选指的是具有穿过其中的许多孔或微孔的固态或连续的聚合物片材或薄膜。膜也可以是非织造结构(即，由许多纤维(长丝或短纤)制成；并且在一些实施方案中，膜是多层复合材料或产品的一层，所述多层复合材料或产品可包括一个或多个多孔薄膜、一个或多个非织造结构[即，由许多纤维(长丝或短纤)制成]、一个或多个涂层、一个或多个陶瓷涂层和/或其它层。
[0022]聚合物材料可以是任何聚合物材料。聚合物材料可以是热塑性聚合物。在一个实施方案中，聚合物材料可选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、它们的共聚物以及它们的组合。在另一可能优选的实施方案中，聚烯烃可选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、它们的共聚物
以及它们的组合。
[0023]在一个实施方案中，聚合物材料可占膜或层的总重量的多达约99.9重量％。在另一实施方案中，聚合物材料可占膜或层的总重量的75
‑
97.5重量％。还在另一实施方案中，聚合物材料可占膜或层的总重量的80
‑
95重量％。在又一实施方案中，聚合物材料可占膜或层的总重量的87.5
‑
92.5重量％。在另一实施方案中，聚合物材料可占膜或层的总重量的90重量％。
[0024]可以按任意水平将颗粒装载在聚合物材料中。在一个实施方案中，颗粒可占按膜(聚合物材料和颗粒)重量计的约0.1
‑
30％或约0.1
‑
10重量％或不到约10重量％或2
‑
10重量％(或其任意子集)。在又一实施方案中，颗粒可占膜的总重量的1
‑
10重量％或膜的总重量的2
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池，包括：负电极、正电极、夹在所述负电极与所述正电极之间的隔板、在所述负电极与所述正电极之间流通的电解质，其中，所述隔板包括由聚合物材料制成的多孔膜或层，所述聚合物材料中分散有许多经蜡涂层表面处理的勃姆石颗粒，该经表面处理的勃姆石颗粒的平均粒度为20
‑
200nm；所述膜包含高达10重量％的勃姆石颗粒。2.如权利要求1所述的电池，其中，所述聚合物材料选自聚烯烃、聚酰胺、聚酯、它们的共聚物以及它们的组合；优选地，所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、它们的共聚物以及它们的组合。3.如权利要求1所述的电池，其中，所述许多经蜡涂层表面处理的勃姆石颗粒按所述聚合物材料的重量计占9.5
‑
10％。4.如权利要求1所述的电池，其中，所述表面处理是反应性端部和非极性端部的分子。5.如权利要求1所述的电池，其中，所述膜是多层隔板的层；所述电池是锂电池；所述电池是二次锂电池；或者，所述电池是铅酸电池。6.如权利要求1所述的电池，其中，所述由聚合物材料制成的多孔膜或层在其中分散有平均粒度小于约1微米的许多表面经处理的颗粒；所述膜还包括所述经表面处理的颗粒上的蜡；所述许多经表面处理的颗粒按所述聚合物材料的重量计占0.1
‑
30％；所述颗粒包括具有表面处理或涂布的选自勃姆石(AlOOH)、SiO2、TiO2、Al2O3、BaSO4、CaCO3、BN以及它们的组合的陶瓷颗粒；和/或所述平均粒度小于约500纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：赛尔格有限责任公司，
类型：发明
国别省市：