一种具有无纺布基体的隔膜，所述基体设有涂层，所述涂层含有填充颗粒和纤维素，所述涂层含有柔性有机粘合剂颗粒，且所述填充颗粒和柔性有机粘合剂颗粒通过纤维素相互连接。本发明专利技术的任务在于适当设计和改进这种类型隔膜，使其机械稳定性有所提高并且具有很强的渗透性，其特征在于，所述纤维素含有纤维素衍生物，所述纤维素衍生物的链长为至少100个重复单元，优选为至少200个重复单元。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种如专利权利要求1前序部分所述类型的隔膜。
技术介绍
W02009/033627A1就已公开了这种类型的隔膜，这些隔膜涂有填充颗粒，并且可以用于锂离子电池或者电容器之中。锂离子电池的失效可能有外部或者内部原因。错误的电池管理系统或者失效的温度控制均为外部原因。电池化学、退化过程或者内部短路均会引起内部失效。电池的实施方式只能有限地影响外部原因。应当减小或者消除内部原因，以便能够长期使用高容量锂离子电池。锂离子电池中大约90%的电池单体故障都是内部短路引起的。如果一个或者多个电极颗粒在电池工作过程中挤压穿过隔膜并形成引起短路的导电路径，就会出现内部短路。当发生短路时，电池的自发放电会导致强烈的局部发热，使得许多隔膜收缩或者熔化。这在最好情况下“仅仅”导致失效，在最差情况下会导致电池爆炸或者燃烧。电池越大，则上述过程的问题越严重，因为储存在电池中的能量与其容量相关。常见的基于聚烯烃膜的多孔隔膜以及陶瓷隔膜具有良好的电气特性，最近15年中在提升锂离子电池的能量密度或者功率密度方面有所表现。但是这些隔膜的热特性和机械特性不佳。例如，聚丙烯和聚乙烯的熔点很低，以这些材料·制成的多孔膜有很高的收缩率，因此机械稳定性有限。其它弱点尤其是聚烯烃膜以及陶瓷隔膜的抗穿刺强度和抗撕裂强度很低。这些弱点总是会导致电池失效，有时甚至是严重的电池失效。很遗憾，隔膜的机械特性除了会影响电化学电池的安全性之外，还会影响其电气特性。一旦要改善隔膜的机械特性，例如出于提高其抗穿刺强度的目的，就必须在构造相同的情况下使用更加致密的隔膜。但因此将会降低孔隙度，并且增大电池内的电阻，因为电解质很难透过隔膜扩散。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，适当设计和改进上述类型的隔膜，使其机械稳定性有所提高并且具有很高的渗透性。本专利技术通过权利要求1的特征来完成上述任务。本专利技术所使用的纤维素衍生物的链长为至少100个重复单元(DP = 100)，优选为至少200个重复单元，这样就会令人惊奇地大大改善机械特性。使用所选的改性纤维素衍生物可以令人惊奇地改善涂覆液的均质性和稳定性，并且也能明显改善隔膜的涂层。按照本专利技术，可通过这种隔膜显著提高锂离子电池的工作安全性。结果令人惊奇， 涂覆了纤维素衍生物的无纺布表现出特别好的机械特性，其中涂层具有很硬的无机或有机填充颗粒以及柔性有机粘合剂颗粒。此外，使用纤维素衍生物还可令人惊奇地产生均匀的涂层。另外令人惊奇的是，可形成现有技术条件下类似隔膜从未有过的极高抗穿刺强度和非常高的抗撕裂强度。通过改善的机械特性大大减小了内部短路的危险，但对隔膜的渗透性没有不利的影响。这表现为很小的Gurley数，该数是易于理解而且在业界广泛使用的测量值，用于确定多孔隔膜的渗透性或迂曲度。较小的Gurley数表明经过隔膜的微观传质能够顺利进行。传质与电池单体内的电阻相关。就此而言，提出了一种在提高机械稳定性的同时具有很高渗透性的隔膜。结果上述任务得以解决。纤维素衍生物可以是纤维素醚和/或纤维素酯。纤维素醚和纤维素酯这些纤维素衍生物能使隔膜特别稳定。纤维素衍生物的取代度为O. 7，优选为O. 9，以便在涂覆液之内形成理想的亲水性物质。这样一方面可以获得涂覆液的令人惊奇的良好成膜特性，另一方面还可防止填充颗粒团聚。从而获得近乎完美的均匀涂层。通过使用特殊的表面活性剂，S卩非离子表面活性剂，可以令人惊奇地改善涂覆液的均质性和稳定性，从而也能显著改善隔膜的涂层。这样就会令人惊奇地大大改善机械特性。在涂层的固体物质含量中使用少于5%，优选少于2%，特别优选少于1%的少量非离子表面活性剂,就能令人惊奇地大大改善混合物的均质性和均匀性。涂层可以包含具有乙氧基辛基酹(Oktylphenolethoxylate)和/或者乙氧基壬基酹(Nonylphenolathoxylate)和/或者烧基化的环氧乙烧/聚环氧丙烧共聚物的非离子表面活性剂。这些表面活性剂均特别适用于对涂覆液的均质性产生正面影响。而离子型表面活性剂则相反，可能会引起填充颗粒团聚，从而导致加载的填充颗粒在涂覆液内发生离解和/或凝结。柔性有机粘合剂颗粒在涂层中所占的重量百分比至少为2wt%，优选至少为 5wt%，特别优选至少为10wt%。 由此，使得隔膜具有极高的抗穿刺强度和抗撕裂强度，同时还能实现高得令人吃惊的透气性。当所占比例至少为11%时，就会使隔膜具有特别高的抗穿刺强度。粘合剂颗粒的尺寸可以小于I μ m (d50)，优选小于O. 5 μ m (d50)，特别优选小于 O. 3 ym(d50)。d5(l表示颗粒的平均尺寸或平均直径。填充颗粒的最大尺寸为5ym(d5Q)，优选为2 μ m(d5CI)，特别优选为小于lym(d50)。 这种填充颗粒尺寸适合于对无纺布进行良好的涂层处理。选择该范围内的平均直径特别有利于避免因形成枝状晶体生长或者磨损引起短路。填充颗粒可以在基体中平面均匀分布。通过这种具体实施方式能够特别有效地防止短路。金属枝状结晶和磨损几乎不可能穿过均匀涂覆的表面移动。此外还可以在施加压力的情况下，通过这种表面来避免直接接触电极。在此背景下，可具体考虑利用填充颗粒适当均匀填充无纺布的所有微孔，使得隔膜主要呈现小于填充颗粒平均直径的平均孔径。填充颗粒可以通过粘合剂颗粒与无纺布结合或者相互结合。其中粘合剂颗粒可以由有机聚合物组成。使用有机聚合物组成的粘合剂颗粒可以制成具有足够机械柔韧性的隔膜。令人吃惊的是，苯乙烯-丁二烯显示出优异的粘合剂特性。在优选实施方式中，粘合剂颗粒可以含有聚酯、聚酰胺、聚醚、聚羧酸酯、聚羧酸、 聚乙烯化合物、聚烯烃、橡胶、卤代聚合物和/或不饱和聚合物。可以使用均聚物或者共聚物形式的粘合剂颗粒。适合作为共聚物的例如有统计共聚物、梯度共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物或者接枝聚合物。共聚物可以由两种、三种、四种或者更多不同的单体组成(三元共聚物，四元共聚物)。优选可以使用热塑性、弹性体和/或者热固性粘合剂颗粒。在此背景下所提及的例如有聚乙烯吡咯烷酮、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、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺、聚偏氟乙烯和上述化合物的共聚物、纤维素及其衍生物、聚醚、聚氨酯、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)以及乳胶。在一个优选实施方式中，用于生产粘合剂颗粒的聚合物可以是一种不饱和聚合物。其中，不饱和基团例如可以是碳碳双键或三键，或者碳氮双键或三键，优选是C = C双键。这些基团可以均匀分布在聚合物中，例如通过聚合含二烯的聚合物。此类聚合物也可以部分氢化。聚合物主链也可以与含有不饱和基团的残基相连。一般来说，不饱和聚合物因其良好的粘结特性而显得出众。在一种优选实施方式中，用于生产粘合剂颗粒的聚合物可以是一种聚乙烯醚。合适的单体成分例如是甲基乙稀基酿、乙基乙稀基酿、丙基乙稀基酿、异丙基乙稀基酿、丁基乙烯基醚、异丁基乙烯基醚、己基乙烯基醚、辛基乙烯基醚、癸基乙烯基醚、2-乙基己基乙烯基醚、环己基乙烯基醚、苄基乙烯基醚、三氟甲基乙烯基醚、六氟丙基乙烯基醚或者四氟丙 基乙烯基醚。其中，例如可以使用均聚物或共聚物，尤其可以使用嵌段共聚物。共聚物可以由各种单体的乙烯基醚组成，或者共聚物由乙烯基醚单体与其它单体组成。由于聚乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.具有无纺布基体的隔膜，其中所述基体设有涂层，所述涂层含有填充颗粒和纤维素， 所述涂层含有柔性有机粘合剂颗粒，并且所述填充颗粒和柔性有机粘合剂颗粒通过纤维素相互连接，其特征在于，所述纤维素含有纤维素衍生物，所述纤维素衍生物的链长为至少 100个重复单元，优选为至少200个重复单元。2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述纤维素含有纤维素醚和/或纤维素酯形式的纤维素衍生物。3.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述涂层含有非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂具有乙氧基辛基酚和/或乙氧基壬基酚以及/或者烷基化的环氧乙烷/聚环氧丙烷共聚物。4.根据权利要求1 3中任一项所述的隔膜，其特征在于，所述柔性有机粘合剂颗粒在所述涂层中的重量百分比含量至少为2wt%,优选至少为5wt%,特别优选至少为IOwt%。5.根据权利要求1 4中任一项所述的隔膜，其特征在于，所述粘合剂颗粒由有机聚合物组成，所述有机聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚醚、聚羧酸酯、聚羧酸、聚乙烯化合物、聚烯烃、橡胶、代聚合物、聚乙烯卩比咯烷酮、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、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酰胺和前述聚合物的共聚物、纤维素及其衍生物、聚醚、聚氨酯、丁腈橡胶(NBR)、丁苯橡胶(SBR)、乳胶、氟化聚合物、氯代聚合物、硅氧烷、甲硅烷基化合物、硅烷、不饱和聚合物以及上述有机聚合物的共聚物和混合物。6.根据权利要求1 5中任一项所述的隔膜，其特征在于，至少部分填充颗粒由有机聚合物制成，所述有机聚合物选自聚缩醛、聚环烯烃共聚物、聚酯、聚酰亚胺、聚醚酮、聚羧酸酯、卤代聚合物、不饱和聚合物、聚丙烯、聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏氟乙烯、聚酯、氟化聚合...
【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·罗斯，克里斯托弗·韦伯，玛吉塔·博格，西格莉德·盖格，克劳斯·贺恩，克里斯蒂安·瓦辛斯基，桑德拉·法鲁斯，马克西姆·卡赛，
申请(专利权)人：科德宝两合公司，
类型：
国别省市：
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