抗收缩性微孔膜和电池隔膜制造技术

本发明专利技术涉及抗收缩性微孔膜和电池隔膜。更具体地，本发明专利技术的抗收缩性微孔膜包括由多孔膜构成的基底材料、以及形成在该基底材料的至少一个表面上的表面层，并且包含耐热树脂、陶瓷和粘土矿物。本发明专利技术提供了一种无需增加表面层的厚度就能抑制热收缩的抗收缩性微孔膜以及电池隔膜。

【技术实现步骤摘要】
抗收缩性微孔膜和电池隔膜
本专利技术涉及其中形成有耐热绝缘层的抗收缩性微孔膜(shrinkresistantmicroporousmembrane)，并且更具体地，涉及一种抗收缩性微孔膜，该抗收缩性微孔膜设置有由聚烯烃树脂等构成的基底材料和包含在耐热树脂中的无机颗粒和粘土矿物(claymineral)的表面层，以及一种电池隔膜。
技术介绍
近年来，随着便携式电子信息设备如蜂窝式电话、摄影机和笔记本型个人计算机的普及，已努力实现这些设备的性能增强、小型化和减轻重量。使用以后抛弃的原电池和能够重复使用的二次电池用作这些设备的电源，但二次电池，尤其是锂离子二次电池，具有日益增加的需求，这是由于它们在性能增强、小型化、减轻重量、经济效率等之间具有有利的综合平衡。对于这些设备，另外的性能增强、小型化等正在进行中，并且关于锂离子二次电池存在增加能量密度的需要。因为锂离子二次电池的能量密度随着容量的增加而增大，所以在电池过热或内部短路的情况下在准备用于大能量放电中对可靠性改进的需求显著增加。因此，强烈需要对于这样的测试能够满足高可靠性和容量增大的锂离子二次电池。普通的锂离子二次电池设置有包括锂复合氧化物的正极、包括能够嵌入和脱嵌锂离子的材料的负极、插入在该正极和负极之间的隔膜、以及非水电解液。另外，正极和负极与其间插入的隔膜一起层压，或正极和负极层压，然后卷绕，以构造圆柱形卷绕电极。隔膜的作用是电绝缘正极和负极以及保持非水电解液。聚烯烃微孔膜通常用作锂离子二次电池的隔膜。由于优异的电绝缘性能和离子渗透性，聚烯烃微孔膜广泛用作锂离子二次电池的隔膜、电容器等。因为锂离子二次电池具有高输出密度和高容量密度，但包括有机溶剂作为电解液，所以存在这样的情况，其中由异常情形(如短路和过充电)产生的热量会分解电解液，并且在最坏的情况下会发生着火。将若干安全功能整合到锂离子二次电池中以防止这样的情形，并且上述功能之一是隔膜的关闭功能。隔膜的关闭功能是指这样一种功能，当在电池中发生异常情况时，借此该功能通过热融合等来堵塞隔膜中的微孔，以便抑制电解液中的离子传导，并停止电化学反应。通常，随着关闭温度降低，稳定性会增强，并且聚乙烯用作隔膜的成分的原因之一在于聚乙烯具有适当的关闭温度。然而，在具有高能量的电池中，会存在问题，因为即使在通过关闭来停止电化学反应时，电池中的温度仍然会不断升高，因此，隔膜会热收缩并破裂，使得两个电极会发生短路。为了解决上述问题，日本专利No.3756815提出一种方法，其中在隔膜和电极之间形成耐热表面层，该耐热表面层包含软化温度为120℃以上的耐热材料，如有机细颗粒、无机细颗粒、有机纤维以及无机纤维。根据该方法，由于存在包含细颗粒和纤维的表面层作为绝缘层，即使在温度不断升高超过关闭温度以致隔膜破坏的情况下，也可以防止两个电极之间的短路。此外，日本未审查专利申请公开No.2004-9012提出一种隔膜，该隔膜包含具有改善强度的高度耐热树脂材料。在该日本未审查专利申请公开No.2004-9012中，通过混合改性(denature)的层状硅酸盐与聚偏二氟乙烯(其是耐热树脂)来制得隔膜。
技术实现思路
在高容量电池中由异常发热产生的热量较大，并且，在具有形成在表面上的包含耐热材料的表面层的隔膜中，存在以下问题，即隔膜被破坏以致一旦发生异常发热则会丧失该表面层。此外，存在另一个问题，即隔膜和表面层一起热收缩，以致在异常发热期间两个电极可能会发生短路。在异常发热期间的短路问题可以通过使用具有高熔点的聚烯烃作为微孔膜的材料以便改善微孔膜的耐热性来解决。然而，需要隔膜具有所谓的关闭功能，借此在关闭温度下该膜发生热融合，从而堵塞孔。当具有高熔点的聚烯烃用作用于微孔膜(其用于隔膜，如在日本专利No.3756815中所描述的)的材料时，关闭温度变得太高或并不发生关闭，因此，不太可能保持电池的安全性。可以通过使用具有关闭功能的聚烯烃微孔膜作为基底材料(basematerial)及增加层压在聚烯烃微孔膜上的耐热表面层的厚度来解决短路问题。然而，当表面层的厚度增加时，由电池中的隔膜占据的容积增加，从增加电池容量的角度考虑，这不是有利的。另外，当表面层的厚度增加时，存在空气透过性增大的趋势。当空气透过性增大时，电池性能降低，这不是优选的。另外，通过在日本未审查专利申请公开No.2004-9012的隔膜中混合改性层状硅酸盐，可以改善聚偏二氟乙烯的强度，但很难说，获得的强度可以与聚烯烃的强度相同。考虑到在上述相关领域中的问题而作出本专利技术，并且期望提供这样的一种抗收缩性微孔膜，其可以抑制热收缩同时无需增加表面层和电池隔膜的厚度。为了解决以上问题，本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜和电池隔膜包括由多孔膜构成的基底材料、以及表面层，该表面层形成在基底材料的至少一个表面上并且包含耐热树脂、陶瓷以及粘土矿物。在本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜中，分散粘土矿物，该粘土矿物具有其中多个层层压在表面层上的层状结构。由此，改善表面层中的耐热树脂的强度和软化点，并且可以增加在表面层中的陶瓷和构成基底材料的树脂之间的粘附性。根据本专利技术的实施方式，粘土矿物加入到具有层压的基底材料和表面层的微孔膜中改善了表面层的机械特性和耐热性，并增加在表面层和基底材料之间的粘附性，使得基底材料不容易发生收缩。因此，可以降低横跨微孔膜的收缩性能，同时基底材料保持关闭功能。附图说明图1是剖视图，其示出了根据本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜的构造实例。图2是示意图，其示出了在根据本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜的表面层中的粘土矿物的形状，该粘土矿物的表面通过耐热树脂和有机改性剂加以改性。图3是添加了改性层状硅酸盐的微孔树脂膜的表面的TEM照片。图4A和图4B是添加了改性层状硅酸盐的微孔树脂膜的表面的TEM照片。图5A和图5B是添加了改性层状硅酸盐的微孔树脂膜的表面的TEM照片。图6A是示意图，其示出了在本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜的表面层中的层分离型粘土矿物的分散状态，以及图6B是通过X射线衍射法获得的粘土矿物的评价结果的曲线图。图7A是示意图，其示出了在本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜的表面层中的层间插入型粘土矿物的分散状态，以及图7B是通过X射线衍射法获得的粘土矿物的评价结果的曲线图。图8是曲线图，其示出了通过热机械分析仪获得的其中分散有粘土矿物的树脂膜的测量结果。具体实施方式在下文中，将描述用于实现本专利技术的最优选实施方式(在下文中称作“实施方式”)。其中，将进行如下描述：1、第一实施方式(根据本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜的一个实例)2、其他实施方式1、第一实施方式根据第一实施方式的抗收缩性微孔膜具有形成在基底材料层的至少一个表面上的表面层，其中向该表面层中添加纳米级尺寸的粘土矿物连同耐热树脂和无机材料。该抗收缩性微孔膜不仅可以用于电池隔膜，而且可以用于普通耐热树脂薄膜。在下文中，将详细描述根据本专利技术的一种实施方式的抗收缩性微孔膜。(1-1)抗收缩性微孔膜的结构根据第一实施方式的抗收缩性微孔膜设置有由具有极好强度的微孔膜构成的基底材料层2以及形成在该基底材料层2的至少一个表面上并具有极好耐热性和抗收缩性性的表面层3，如图1所示。当抗收缩性微孔膜1用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2010.11.08 JP 2010-2502111.一种抗收缩性微孔膜，包括：由多孔膜构成的基底材料；以及表面层，所述表面层形成在所述基底材料的至少一个表面上，并且包含耐热树脂、陶瓷和分散在所述表面层中的粘土矿物，其中，所述粘土矿物具有通过层叠多个层而构成的层状结构，所述粘土矿物是通过有机改性剂改性的层状硅酸盐，分散之前的所述粘土矿物的层间距离为0.9nm至1.4nm。2.根据权利要求1所述的抗收缩性微孔膜，其中，分散在所述表面层中的所述粘土矿物的平均粒径为1.0μm以下。3.根据权利要求2所述的抗收缩性微孔膜，其中，分散在所述表面层中的所述粘土矿物的纵横比为15以上。4.根据权利要求1所述的抗收缩性微孔膜，其中，通过X射线衍射法测得的、相对于分散在所述表面层中的所述粘土矿物的001面的衍射角2θ的衍射强度没有特征峰。5.根据权利要求4所述的抗收缩性微孔膜，其中，分散在所述表面层中的所述粘土矿物被分离成层叠了单个层或2至4个层的状态。6.根据权利要求1所述的抗收缩性微孔膜，其中，所述粘土矿物具有极性基团。7.根据权利要求6所述的抗收缩性微孔膜，其中，所述粘土矿物具有烷基链。8.根据权利要求7所述的抗收缩性微孔膜，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥野盛朗，小野敏嗣，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：