专利名称：隔离膜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组件的制造方法，特别涉及一种隔离膜的制造方法。
背景技术：
锂电池或锂离子电池，其主要是由锂合金氧化物的正极、液态有机电解液、隔离膜及碳材所组成的负极所构成，其中有机电解液存在于电池结构内的孔隙中，负责离子电荷的传导工作，而位于正、负电极之间的隔离膜，则用来隔离正、负电极，避免短路。一般电池隔离膜基本要求包括:可阻隔正、负电极，结构多孔，具有良好的机械强度及弹性，可耐电解液腐蚀，耐氧化性佳，化学性能稳定，体积轻薄及含电解液的比率高等。尤其对高性能电池而言更要求隔离膜能兼具薄化、高孔率、小孔径、良好机械强度及耐氧化性等特性，若具有热阻断效能更佳。然而，目前常使用的橡胶、聚氯乙烯(PVC)或纸，电阻大、耐震效果差且无法在密闭式电池中使用，另玻璃纤维也因脆性及污染问题限制了应用范围。目前，商业化产品以聚乙烯及聚丙烯为主，可制成单层、多层或复合层。聚丙烯熔点较聚乙烯高，因此，制成聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层复合层结构，当聚乙烯熔化，关闭现象发生时，外层的聚丙烯仍维持良好的机械性质，但若温度持续上升，聚丙烯仍会熔化，进而造成电池短路增加高温燃烧等危险。无纺布具有独特的三维网状结构，孔隙率可达80%，可根据电池种类制造出不同孔径需求的隔离膜，本身的柔软性及热稳定性优势，近年来已被大量使用。
发明内容
本发明的一实施例，提供一种隔离膜的制造方法，包括下列步骤:提供一多孔性无纺布基材；以及在该无纺布基材涂布一第一树脂，其中该第一树脂包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物。本发明的一实施例，提供一种隔离膜，是由上述隔离膜的制造方法所制得，其中该隔离膜的孔径介于50nm 800nm,孔隙率介于40% 80%。本发明的一实施例，提供一种隔离膜，包括:一多孔性无纺布基材；以及一第一树月旨，在该无纺布基材涂布，其中该第一树脂包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物，该隔离膜的孔径介于50nm 800nm，孔隙率介于本发明利用本身具备柔软性、热稳定性及独特三维网状结构且孔隙率可达80%以上的多孔性无纺布(例如聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP))作为隔离膜基材，再配合表面涂布一第一树脂，例如水性树脂，例如:氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物，及利用热压机或滚压机进行基材的薄化压合加工，同时将第一树脂压入基材孔隙，以制作出表面具有微孔且为全聚烯烃(polyolefin)的薄化(厚度小于30微米)多孔性隔离膜，其孔隙率可达50 %以上，而孔隙尺寸可进一步通过调控树脂黏度(100 20，OOOcp)、干燥及压合温度(摄氏50 2000C )加以控制，达I微米以下。本发明先经由薄化制造方法将无纺布孔径缩小至约I U m,再利用调控树脂黏度及压合温度，将隔离膜孔径控制至< I U m。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施方案，并配合附图，作详细说明。
图1为现有锂电池的充放电图。图2为根据本发明的一实施例，一种锂电池的充放电图。图3为根据本发明的一实施例，一种锂电池隔离膜在不同放电电流下的电容量变化。
具体实施例方式本发明的一实施例，提供一种隔离膜的制造方法，包括下列步骤。首先，提供一多孔性无纺布基材。在一实施例中，多孔性无纺布基材可包括聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯或聚丙烯。在一实施例中，接着压合无纺布基材，以薄化无纺布基材，降低无纺布基材的厚度。上述无纺布基材的压合方式可包括热压或滚压方式。在一实施例中，可通过热压法压合无纺布基材，其压合温度大体介于摄氏50°C 200°C，压合时间大体介于3 4小时。经此压合条件压合后的无纺布基材，其厚度大体介于20 30iim。在另一实施例中，可通过滚压法压合无纺布基材，其压合温度大体介于摄氏50°C 200°C。经此压合条件压合后的无纺布基材，其厚度大体介于20 25iim。之后，在无纺布基材涂布一第一树脂。在一实施例中，在无纺布基材涂布的第一树脂可包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物。具体的实施例，例如:聚氧乙烯烷基醚、聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、三烷基胺氧化物、聚氧乙烯月桂酸酯、聚乙二醇或聚乙烯醇或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯。本发明隔离膜的制造方法更包括在无纺布基材涂布第一树脂后，压合无纺布基材，以使第一树脂填入无纺布基材的孔隙。上述无纺布基材的压合方式可包括热压或滚压方式。在一实施例中，可通过热压法压合无纺布基材，其压合温度大体介于摄氏50°C 200°C，压合时间大体介于3 4小时。在另一实施例中，可通过滚压法压合无纺布基材，其压合温度大体介于摄氏50。。 200。。。本发明隔离膜的制造方法更包括在压合无纺布基材后，在无纺布基材涂布一第二树脂。第二树脂可为溶剂性的聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、压克力或其衍生物或组合。在一实施例中，更包括在第二树脂中混合一无机材料，在第二树脂中混合的无机材料可包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钛或其类似物或组合，其添加量可为第二树脂溶液重量的I 5% (在完成第二树脂溶液配制后，再添加占第二树脂溶液总重I 5%的无机材料)。之后，对无纺布基材进行水浴，定型无纺布基材的孔径。
接着，压合无纺布基材，以使第二树脂填入无纺布基材的孔隙，形成一多孔性隔离膜。在一实施例中，可通过热压法压合无纺布基材，其压合温度大体介于摄氏50°C 200°C。经此压合条件压合后的无纺布基材，其厚度大体介于25 30微米。在另一实施例中，可通过滚压法压合无纺布基材，其压合温度大体介于摄氏50°C 200°C。经此压合条件压合后的无纺布基材，其厚度大体介于23 27iim。本发明隔离膜的制造方法更包括在无纺布基材涂布第一或第二树脂后，先对无纺布基材进行烘干，其烘干温度大体介于摄氏70°C 100°C。在一实施例中，本发明所制作的隔离膜其孔径大体介于50nm 800nm，孔隙率大体介于40% 80%。本发明的另一实施例，提供一种隔离膜，由上述隔离膜的制造方法所制得。此隔离膜的孔径介于50nm 800nm,孔隙率介于40% 80%。本发明的另一实施例，提供一种隔离膜，包括:一多孔性无纺布基材，以及一第一树脂，在无纺布基材涂布。值得注意的是，第一树脂包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物。此隔离膜的孔径介于50nm 800nm，孔隙率介于40% 80%。上述无纺布基材可包括聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯或聚丙烯。前述第一树脂的具体 实施例，例如:聚氧乙烯烷基醚、聚氧丙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯醇、聚氧乙烯脂肪酸酯、三烷基胺氧化物、聚氧乙烯月桂酸酯、聚乙二醇或聚乙烯醇或脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯。在另一隔离膜实施例中，隔离膜除了包括一多孔性无纺布基材，以及一第一树脂夕卜，更包括一第二树脂，在第一树脂表面涂布。上述第二树脂可包括溶剂性的聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、压克力或其衍生物或组合。另外，在上述第二树脂中，可选择性地混合有一无机材料。上述无机材料可包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钛或其类似物或组合，其添加量可为第二树脂溶液重量的I 5% (在完成第二树脂溶液配制后，再添加占第二树脂溶液总重I 5%的无机材料)。本发明的隔离膜可直接应用于目前市面上多种的薄化锂电池。本发明利用本身具备柔软性、热稳定性及独特三维网状结构且孔隙率可达80%以上的多孔性无纺布(例如聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯或聚丙烯)作为隔离膜基材，再配合表面涂布一第一树脂，例如水性树脂，例如:氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物，及利用热压机或滚压机进行基材的薄化压合加工，同时将第一树脂压入基材孔隙，以制作出表面具有微孔且为全聚烯烃(polyolefin)的薄化(厚度小于30微米)多孔性隔离膜，其孔隙率可达50%以上，而孔隙尺寸可进一步通过调控树脂黏度(100 20，OOOcp)、干燥及压合温度(摄氏50 200°C)加以控制，达I微米以下。本发明先经由薄化制造方法将无纺布孔径缩小至约I U m，再利用调控树脂黏度及压合温度，将隔离膜孔径控制至< I U m。实施例1本发明隔离膜的制备(I)首先，提供一多孔性聚丙烯无纺布基材，其基重为15g/m2，厚度为70微米，透气度为2.29ft3/min/ft2。接着，对聚丙烯无纺布基材进行热压薄化，以摄氏70°C对聚丙烯无纺布基材进行热压合持续4小时。接着，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯(购自博特立公司，N0.:PP400 ；)溶液(水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯与水的重量比为1: 2)，并以摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行热压合，以使水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙，形成一多孔性聚丙烯隔离膜，其厚度为25 30 ii m。相关物性如表I所示。实施例2本发明隔离膜的制备(2)首先，提供一多孔性聚丙烯无纺布基材，其基重为15g/m2，厚度为70微米，透气度为2.29ft3/min/ft2。接着，对聚丙烯无纺布基材进行热压薄化，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行热压合持续3小时。接着，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯(购自博特立公司，N0.:PP400)溶液(水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯与水的重量比为1: 2)，并以摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行热压合，以使水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙，形成一多孔性聚丙烯隔离膜，其厚度为25 30 ii m。相关物性如表I所示。实施例3本发明隔离膜的制备(3)首先，提供一多孔性聚丙烯无纺布基材，其基重为15g/m2，厚度为70微米，透气度为2.29ft3/min/ft2。接着，对聚丙烯无纺布基材进行滚压薄化，以摄氏60°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合。接着，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯(购自博特立公司，N0.:PP400)溶液(水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯与水的重量比为1: 2)，并以摄氏70 °C进行烘干。之后，以摄氏60°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合，以使水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙，形成一多孔性聚丙烯隔离膜，其厚度为25 30iim。相关物性如表I所示。实施例4本发明隔离膜的制备(4)首先，提供一多孔性聚丙烯无纺布基材，其基重为15g/m2，厚度为70微米，透气度为2.29ft3/min/ft2。接着，对聚丙烯无纺布基材进行滚压薄化，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合。接着，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯(购自博特立公司，N0.:PP400)溶液(水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯与水的重量比为1: 2)，并以摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合，以使水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙，形成一多孔性聚丙烯隔离膜，其厚度为25 30 ii m。相关物性如表I所示。实施例5本发明隔离膜的制备(5)首先，提供一多孔性聚丙烯无纺布基材，其基重为15g/m2，厚度为70微米，透气度为2.29ft3/min/ft2。接着，对聚丙烯无纺布基材进行滚压薄化，以摄氏60°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合。接着，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯(购自博特立公司，N0.:PP400)溶液(水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯与水的重量比为1: 2)，并以摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合，以使水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙。之后，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一聚偏二氟乙烯(PVDF，分子量50，黏度1，500cp)溶液(聚偏二氟乙烯与作为溶剂的N-甲基2-四氢卩比各酮(N-methyl-2-pyrrolidone)的重量比为15: 85)。经水浴后将孔洞成型，在摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏40°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合，以使聚偏二氟乙烯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙，形成一多孔性聚丙烯隔离膜，其厚度为30 35iim。相关物性如表I所示。实施例6本发明隔离膜的制备(6)首先，提供一多孔性聚丙烯无纺布基材，其基重为15g/m2，厚度为70微米，透气度为2.29ft3/min/ft2。接着，对聚丙烯无纺布基材进行滚压薄化，以摄氏60°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合。接着，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯(购自博特立公司，N0.:PP400)溶液(水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯与水的重量比为1: 2)，并以摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏100°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合，以使水性脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯填入聚丙烯无纺布基材的孔隙。之后，以转速34rpm在聚丙烯无纺布基材涂布一聚偏二氟乙烯(PVDF，分子量50，黏度1，500cp)溶液(聚偏二氟乙烯与作为溶剂的N-甲基2-四氢卩比各酮(N-methyl-2-pyrrolidone)的重量比为15: 85)与2%氧化铝(粒径13nm)的混合液(在完成第二树脂溶液配制后，再添加占第二树脂溶液总重2%的氧化铝)。经水浴后将孔洞成型，在摄氏70°C进行烘干。之后，以摄氏40°C对聚丙烯无纺布基材进行滚轮压合，以使聚偏二氟乙烯(PVDF)与氧化铝混合溶液填入聚丙烯无纺布基材的孔隙，形成一多孔性聚丙烯隔离膜，其厚度为30 35 y m。相关物性如表I所示。表I
权利要求
1.一种隔离膜的制造方法，包括下列步骤: 提供一多孔性无纺布基材；以及 在所述无纺布基材涂布一第一树脂，其中所述第一树脂包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物。
2.根据权利要求1所述的隔离膜的制造方法，其中所述无纺布基材包括聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯或聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的隔离膜的制造方法，更包括在所述无纺布基材涂布所述第一树脂后，压合所述无纺布基材，以使所述第一树脂填入所述无纺布基材的孔隙。
4.根据权利要求3所述的隔离膜的制造方法，其中通过热压法压合所述无纺布基材。
5.根据权利要求4所述的隔离膜的制造方法，其中所述热压法的压合温度介于摄氏50。。 200。。。
6.根据权利要求3所述的隔离膜的制造方法，其中通过滚压法压合所述无纺布基材。
7.根据权利要求6所述的隔离膜的制造方法，其中所述滚压法的压合温度介于摄氏50。。 200。。。
8.根据权利要求3所述的隔离膜的制造方法，更包括在压合所述无纺布基材后，在所述无纺布基材涂布一第二树脂，其中所述第二树脂包括溶剂性的聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、压克力或其衍生物或组合。
9.根据权利要求8所述的隔离膜的制造方法，更包括在所述第二树脂中混合一无机材料。
10.根据权利要求9所述的隔离膜的制造方法，其中所述无机材料包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钛或其类似物或组合。
11.一种隔离膜，是由如权利要求1所述的隔离膜的制造方法所制得，其中所述隔离膜的孔径介于50nm 800nm,孔隙率介于40% 80%。
12.—种隔离膜，包括: 一多孔性无纺布基材；以及 一第一树脂，在所述无纺布基材涂布，其中所述第一树脂包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物，所述隔离膜的孔径介于50nm 800nm，孔隙率介于 40% 80%。
13.根据权利要求12所述的隔离膜，其中所述无纺布基材包括聚乙烯对苯二甲酸酯、聚乙烯或聚丙烯。
14.根据权利要求12所述的隔离膜，更包括一第二树脂，其中所述第二树脂在所述第一树脂表面涂布，其中所述第二树脂包括溶剂性的聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、压克力或其衍生物或组合。
15.根据权利要求14所述的隔离膜，更包括一无机材料，在所述第二树脂中混合。
16.根据权利要求15所述的隔离膜，其中所述无机材料包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钛或其类似物或组合。
全文摘要
本发明提供一种隔离膜及其制造方法，所述隔离膜的制造方法，包括下列步骤提供一多孔性无纺布基材；以及在该无纺布基材涂布一第一树脂，其中该第一树脂包括水性的氧烷类化合物、氧烷类聚合物、氧烯烷类聚合物或其衍生物。
文档编号H01M2/16GK103187550SQ20111045502
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月29日
发明者邢荣庆, 韩姿娴, 郑淑蕙, 陈琬琡 申请人:财团法人工业技术研究院