填充的多孔膜制造技术

一种多孔膜可以具有包括一种聚合物粘合剂的高浓度的球形填充剂。该聚合物粘合剂可以对填充剂材料具有亲和力并且可以将这些填充剂材料一起保持在具有高弯曲度和一致孔隙大小的多孔结构中。可以用一种增强网如非编织网来制造该膜。该膜可以是大于50%多孔的，具有小于1微米的孔隙大小。在宽度可以是小于0.02微米的孔壁内，一种紧密填装的填充剂材料可以具有小于0.005微米的平均直径。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】填充的多孔膜相关申请的交叉引用本申请要求以下的权益并且引用它们:由柯比*W.比尔德(Kirby ff.Beard)于2011年3月13日提交的名称为“填充的多孔膜(Filled Porous Membrane) ”的美国临时专利申请序列号61/452，127、由柯比W.比尔德于2011年3月13日提交的名称为“使用热力学平衡的填充的微孔聚合物配制物来产生优化的微孔膜(Filled Microporous PolymerFormulations Using Thermodynamic Equilibrium to Create Optimized MicroporousMembranes) ”的美国临时专利申请序列号61/452，128、以及由柯比W.比尔德于2011年10月24日提交的名称为“高性能隔板(High Performance Separators) ”的美国临时专利申请序列号61/550，886，这些申请的全部内容特此通过对它们披露和传授的所有的引用清楚地结合。
技术介绍
多孔膜用于许多应用，包括过滤器、空气可透膜，并且用于电化学装置如电池和电容器中。取决于应用，可以容易地制造有效的多孔膜，它具有一致的孔隙大小和良好的弯曲度，并且具有用于加工和使用的可接受的机械特性。专利技术概述一种多孔膜可以具有包括一种聚合物粘合剂的高浓度的球形填充剂。该聚合物粘合剂可以对填充剂材料具有亲和力并且可以将这些填充剂材料一起保持在具有高弯曲度和一致孔隙大小的多孔结构中。可以用一种增强网如非编织网来制造该膜。该膜可以是大于50%多孔的，具有小于I微米的孔隙大小。在宽度可以是小于0.02微米的孔壁内，一种紧密填装的填充剂材料可以具有小于0.005微米的平均直径。本概述被提供用于以简化形式介绍概念的选择，这些概念在以下详细说明中进一步描述。本概述不旨在鉴别提出权利`要求的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制提出权利要求的主题的范围。附图简要说明在附图中，附图说明图1是示出填充的多孔材料的截面的一个实施例的示意解。图2是示出填充的多孔材料的表面的电子显微学图像。图3是示出在后加工之后的填充的多孔材料的表面的电子显微学图像。图4是示出用不同微孔膜构造的一些锂离子电池的放电功率的图表。详细说明一种多孔膜可以具有高孔隙率和小孔隙大小。在这些孔壁内，高度填装的球形填充剂材料可以与一种聚合物结合。该膜可以用一种非编织或其他增强材料来形成。该膜可以具有大于50 %的孔隙率和小于I微米的平均孔隙大小。该孔壁厚度可以是近似0.02微米，并且填充剂颗粒大小可以是近似0.001微米或更高。该填充剂材料可以是大于该膜的体积的10%。以紧密密度填装非常小的颗粒经常具有困难。由于静电效应或其他现象，非常小的颗粒经常难以紧密地填装。当填充剂非常紧密地填装到微孔膜的孔壁中时，填充剂材料粒径与聚合物孔壁厚度的尺寸比可以是近似1: 5。这些填充剂材料可以是任何固体材料，如呈任何形状或形态的陶瓷、玻璃、氧化物、碳、复合物、塑料、聚合物复合物、金属、纤维素。在许多实施例中，这些颗粒在形状上可以是球形或近似球形的。可以通过若干不同的方法来制造该膜，包括液体萃取、相转化、浸取、拉伸、力学机制、或其他方法。该膜可以使用不同聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、PET、PVDF、丙烯酸、PVC、酰胺、或其他聚合物。本主题的具体实施例用于说明具体专利技术方面。这些实施例仅作为举例，并且容许不同修改和替代形式。所附权利要求旨在覆盖如由权利要求所定义的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等效物、以及替代物。贯穿本说明书，贯穿这些图的说明中的相同参考数字表示相同要素。图1是示出可以具有填充剂材料的多孔材料的截面的实施例100的示意图。实施例100不是按比例的，但用于界定一种多孔膜的不同尺寸。实施例100说明一种膜的小截面。在许多实施例中，一种多孔膜可以包括一种增强材料，如由不同材料制成的编织或非编织网。该增强材料可以增加用于该膜的制造或最终用途的结构强度。实施例100的膜可以使用`用于多孔材料的任何类型的制造工艺来形成。这类工艺包括液体萃取、常规或非常规相转化、浸取、拉伸、力学机制、或其他制造工艺。孔径102可以从0.01至10微米进行变化，其中典型大小是0.1至I微米。在一些实施例中，孔径102可以是大至5mm。壁厚104可以从0.01至0.05微米进行变化，但取决于孔隙大小，在一些区域中可以从0.001至0.1微米进行变化。颗粒大小106可以从0.005至0.1微米进行变化，但在一些实施例中可以从0.001至0.2微米进行变化。在一些实施例中，该颗粒大小可以测量为最大大小，当筛选这些颗粒时这可能是适当的。一些实施例可以以平均或中值颗粒大小来测量颗粒大小。许多实施例可以使用球形的或总体上圆形、椭圆体、正方形、或其他形状的颗粒。这类实施例可以使用单一尺寸来测量这些颗粒。这种实施例的一个实例可以是Ti02。在一些实施例中，可以使用纤维状颗粒。纤维状颗粒可以是细长的，呈长条、锥体、小片的形状、或一些其他形状。这种实施例的一个实例可以是硅灰石。在仍然其他实施例中，可以使用具有任何形状的纤维。更小的纤维状颗粒可以被捕获在聚合物粘合剂108内，而在第二任选的实施例中更大的纤维状颗粒(大于I微米)可以延伸穿过、跨越这些孔或在这些孔之间延伸，从而产生一种多孔纤维状网络，该网络不依赖于围绕这些更大纤维状颗粒的聚合物膜壁内部署的这些填充剂。实施例100的实例中的这些颗粒可以被捕获在聚合物粘合剂108内，与这些颗粒松散地定位在这些孔内的情况不同。孔径与颗粒大小的比率可以是在2: I至50: I的范围中，其中许多实施例是大于5:1的。壁厚与颗粒大小的比率可以是在1:1至5:1的范围中，其中许多实施例是大于2: I的。一些实施例可以是在10: 1、20: 1、或更大的范围中。填充剂的体积相对该膜的总体积可以是大于10%或在一些情况下大于20%。总体而言，一个实例膜可以具有70%空隙、20%固体颗粒、以及10%聚合物粘合剂。在一些实施例中，颗粒相对聚合物的体积可以是1: 1、1: 2、2: 1、1: 1.5,1.5: 1、或一些其他比值。可以制造该膜以使得这些填充剂分散在壁结构内同时保持孔结构。该膜的孔隙率对于多种应用如电池隔板或过滤器可以是大于50%，并且孔隙大小在许多实施例中可以是小于I微米。 孔径与孔壁厚度比可以是大于1: 1，并且在许多实施例中可以是小于10: I。粒径与孔壁厚度比可以是大于1:1并且在一些情况下可以是大于1000: I。对于大孔隙膜，孔隙大小可以是0.1至I微米。微孔膜可以具有0.01至0.1微米的孔隙大小。超孔膜可以具有0.001至0.01微米的孔隙大小。纳米孔膜可以具有0.0001至.0001微米的孔隙大小，并且反渗透膜可以具有小于0.0001微米的孔隙大小。可以制造具有填充剂的任何上述大小的膜。填充的多孔膜的一种用途可以是作为一种高温失效机制。在电化学电池(如一种电池)的一个实例中，高度填充的膜可以用作阳极与阴极之间的隔板。如果在非常高的温度下操作该电池，该膜的聚合物粘合剂可以熔化并且引起多孔结构的坍塌。大概从更高温的材料制造的填充剂材料可以在该多孔结构坍塌时用于限制这本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯尔比·W·比尔德，安·M·爱德华兹，
申请(专利权)人：多孔渗透电力技术公司，
类型：
国别省市：