多层电池隔板制造技术

提供一种微孔的电池隔板，它具有第一共挤压的多层部分和第二共挤压的多层部分。此两个部分是接合到一起的。在一个最佳实施例中，电池隔板具有两个实质上相同的多层部分，它们面对面地接合到一起。每个多层部分具有至少一个强度层和至少一个断路层。还提供制造电池隔板的方法。最好，一种管形的多层薄膜是挤压的，以及在其自身上压扁，以形成一个多层的电池隔板预制件。此预制件随后在拉伸之前经接合和退火，以形成一个微孔的多层电池隔板。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池隔板，特别是带有改进的强度性能的电池隔板，以及其制造方法。在锂电池内，特别是在二次的锂电池(可充电的锂电池)内，可能产生过热问题，以及引起电池内的热逸出。因此，发展了断路隔板，以防止热逸出。例如，参见美国专利No.4,650,730和No.4,731,304。一种断路电池隔板具有一个微孔隔膜，在温度实质上低于能引起锂电池内热逸出的温度时，它封闭其微孔。一些多层的断路隔板已在技术中公开，例如，美国专利No.4,650,730公开一种双层电池隔板，它具有一个未充填的微孔板和一个充填的微孔板。每个板是借助使用适当的溶剂的一种提取过程单独地成形的。此两个微孔板随后层叠到一起，以形成断路隔板。Celgard电池隔板已经在商业上使用许多年，它是典型地借助拉伸法成形。例如，一种无孔的管形聚丙烯薄膜首先借助吹膜挤压法成形。随后管形薄膜在自身上压扁，以形成具有两个聚丙烯层片的无孔的平板。任选地，模具组件可以转动，以缓慢地轻度扭转管形薄膜，以防止和消除皱折和不均匀的分布，从而使薄膜的表面实质上是平滑的。平板随后退火和拉伸，以便在其中形成微孔。这两个微孔平板随后分层成为微孔电池隔板的两层。通常，平板内两个层片之间的粘接力应该足够低，这样可使两个层片分离，而不损伤层片。然而，当最好的隔板具有两层微孔聚丙烯薄膜时粘接力可能较高，例如，为5g/in至约35g/in，它可能引起，例如，在管形薄膜压扁后两个层片的接合。美国专利No.5,691,077公开一种三层的电池隔板。在其公开的一个最佳实施例中，隔板具有一个聚丙烯—聚乙烯—聚丙烯结构，以及是用叠层和接合微孔层制成的。每个微孔层是借助上述的Celgard过程成形的，它包括一个分层步骤。美国专利No.5,691,047还公开一种微孔的三层电池隔板，它具有一个聚乙烯—聚乙烯—聚乙烯结构。一组无孔的单层的预制件首先借助铸挤法挤压。这些无孔的单层叠合和接合到一起成为一个聚丙烯—聚乙烯—聚丙烯结构的预制件。此预制件随后经退火和拉伸，以形成一个微孔的三层电池隔板。还提议出用于制造多层的电池隔板的一系列的共挤压过程。例如，英国专利出版物No.GB2,298,817公开一种微孔的三层电池隔板，它是借助使用T形模具共挤压具有无孔的聚乙烯—聚乙烯—聚乙烯结构的三层薄膜预制件制造的，三层的预制件退火，以及随后拉伸退火的三层的预制件，以形成多孔的三层的电池隔板。一种多孔的三层的电池隔板也公开于日本的专利申请书No.56320/1995(JP8-250097A)filed by Kureha Chemical IndustryCo.Ltd.此Kureha隔板是用这样一种过程制造的，它包括以下的步骤共挤压一个三层的强制件，它含有一种溶剂可提取材料，作为成孔辅助剂和用溶剂提取预制件内的可提取材料来形成松孔。美国专利No.6,346,350公开一种三层的电池隔板的制造方法，它借助吹制薄膜过程中的共挤压。共挤压的熔融的薄膜迅速地激冷，从而使其处于实质上凝固的状态。共挤压的薄膜随后退火和拉伸，以便在其中形成微孔。一个多层的微孔断路隔板应尽可能地薄，以减少它在电池内占据的空间，以及允许降低电阻。但是，断路隔板还必须具有足够的强度以抵抗穿孔。穿孔的电池隔板在防止相反的极性的电极之间的接触中是无效的。在过热的条件下，一个穿孔的电池隔板不能有效地断路，以防止电解液横穿电池隔板，以及因此在防止热逸出方面是无效的。带有低的穿孔强度的电池隔板是难以处理的，特别是在电池隔板的制造过程中。一旦被穿孔，电池隔板倾向于破裂，即撕裂。因此，在技术中的一个目的是继续发展有效的方法，用以制造具有改进的穿孔强度的较薄的电池隔板。隔板最好是借助首先挤压一个管形的多层的薄膜制成的。管形薄膜在自身上压扁，以形成具有两个多层的薄膜的叠层的预制件。预制件经接合和退火。随后，预制件经拉伸以形成一个微孔的多层的电池隔板。附图说明图1是本专利技术的具有4层的电池隔板的横剖面示意图；图2是本专利技术的具有4层的电池隔板的另一个实施例的横剖面的示意图；图3是本专利技术具有6层的电池隔板的一个实施例的说明性的示意图；图4是本专利技术的具有6层的电池隔板的不同结构的横剖面图；图5是本专利技术的具有6层的另一电池隔板的结构的示意图；图6是本专利技术的具有4外聚丙烯层和2内聚乙烯层的电池隔板的横剖面图；图7是本专利技术的具有4内聚乙烯层和2外聚丙烯层的电池隔板的横剖面图；图8是本专利技术的具有4外聚乙烯层和2内聚丙烯层的电池隔板的横剖面图。电池隔板可以具有很宽的厚度范围。最好，电池隔板具有的厚度小于5mil(密耳)，通常不大于2mil，以及最最好不大于1.5mil。电池隔板的穿孔强度是至少约400g(克)，最好是至少约450g。通常，穿孔强度是至少约500g，以及有利的是大于约550g。按照本专利技术，隔膜层可以是由任何适合于制造电池隔板的薄膜形成聚合物组分挤压而成，最好是由聚烯烃、均质聚合物、非均质聚合物，比如，嵌段聚合物、无序共聚物和三元共聚物全部可以使用。聚合物应该这样选择，使由其制造的电池隔板显示低的电阻以及适合于在电池环境中工作。聚合物树脂组分中还可以包括添加剂，比如抗氧化剂、稳定剂、表面活化剂以及在技术中已知的其它加工助剂。最好，聚合物这样选择，使电池隔板显示断路性能。这就是说，隔板在典型地低于能引起锂电池中热逸出的温度隔板可以封闭其微孔。最好，可以使用聚烯烃，包括，但不局限于聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯—丁烯共聚物、乙烯—乙烯共聚物、乙烯—丙烯酸共聚物以及它们的掺合物。各种聚乙烯，比如低密度聚乙烯(LDPE)，线性低密度聚乙烯(LLDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)全部可以使用。典型地，适当的聚烯烃具有的平均分子量由约100000至约5000000。通常，本专利技术的电池隔板显示断路性能，也就是说，在典型地低于能引起锂电池中热逸出的温度隔板的微孔封闭。通常，本专利技术的电池隔板具有一个闭路温度，即在此温度电池隔板封闭其微孔，此温度由约80℃至约140℃，最好，由约100℃至约135℃。在这里使用的术语“微孔”表示本专利技术的电池隔板具有的微孔通常的平均孔尺寸为由约0.005至约10μm(微米)，最好，由约0.01至约5μm，有利的是，平均的微孔尺寸为由约0.05至约2μm。本专利技术的电池隔板典型地具有Gurley value(盖尔莱值)由约5s(秒)至约100s，最好，由约10s至约60s，它是按ASTM-D726(B)测量的。本专利技术的电池隔板的两个部分中的每个部分具有2层或多层，它们是在制造电池隔板过程中共挤压的。如同在技术中已知，共挤压是指通过一个单独的模具，例如，多支腔内部组合模具同时挤压两个或多个聚合物组分，接合此两层或多层到一起。典型地，两个或多个聚合物组分是单独地进入模具，以及在正好通过最后的模具模孔前接合。在挤压时，此多层聚合物组分形成多层的最好的叠层，以及立即相互接触。通常，共挤压的各层不需要经受接合步骤就变为彼此不可以分离的。这就是说，通常不能实现一层由相邻层剥离，而又保持各层的完整性。任何普通的共挤压技术可以使用于本专利技术的目的。例如，共挤压可以借助技术中已知的使用T型模具的熔化挤压法进行。代替的方式是，共挤压可从借助吹塑薄膜过程进行，它也称为吹塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池隔板，它具有：一个微孔薄膜，薄膜具有一个第一共挤压的多层部分以及一个第二共挤压的多层部分，上述的第一部分和上述的第二部分实质上是相同的，它们是面对面接合的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德W考尔，唐纳德K西蒙斯，余大华，
申请(专利权)人：思凯德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]