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CN111279519B - 电存储装置的隔板 - Google Patents

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CN111279519B
CN111279519B CN201880070544.1A CN201880070544A CN111279519B CN 111279519 B CN111279519 B CN 111279519B CN 201880070544 A CN201880070544 A CN 201880070544A CN 111279519 B CN111279519 B CN 111279519B
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Abstract

本发明提供(I)干拉伸微孔膜和电存储装置的隔板,在产品安全性、充电/放电特性、尺寸稳定性、能量成本、环境考虑等所需性能之间具有优异的平衡;(II)通过控制电存储装置的隔板中微孔膜的穿刺深度而获得在产品安全性上优异的电存储装置的隔板;或/和,(III)干拉伸微孔膜和电存储装置的隔板,其通过控制薄微孔膜的孔隙度和穿刺强度,实现了优异的产品安全性。

Description

电存储装置的隔板
领域
本发明涉及一种电存储装置的隔板。
背景
微孔膜,特别是聚烯烃基微孔膜,广泛用作微滤膜、电池隔板、冷凝器隔板、燃料电池材料等,特别是作为以锂离子电池为代表的二次电池隔板。近年来,锂离子电池被用于微型电子设备(如手机和笔记本电脑),还应用于电动汽车,包括混合动力汽车或插电式混合动力汽车。
电动汽车中使用的锂离子电池一般尺寸大并且能量容量高,因此需要更高的安全性。此外,电动汽车中使用的锂离子电池必须比传统电池具有更高的输出特性,以便在短时间内产生大量能量。此外,还需要高能量密度的电池,因此需要更薄的隔板。不用说,与微型电子设备相比,电动汽车的锂离子电池往往在恶劣条件下长期使用,因此,产品安全性或长期可靠性(使用寿命特性)所需的水平也增高。也就是说,未来电动汽车中使用的锂离子电池强烈要求具有高能量输出和高产品安全性,特别是隔板需要具有强度(例如,穿刺强度、抗拉强度等)高、收缩率低、耐热性高、电阻低等特性。
已经进行了许多研究和开发,目的是提供一种能够应对这些情况的微孔膜。特别是,为了增强微孔膜的代表性技术,例如包括:1)使用无机填料的膜加固,2)使用纤维素纳米纤维的膜加固,3)形成膜聚合物后通过其交联对微孔膜加固,4)使用超高分子量聚合物形成微孔膜,等等。
然而,上述1)存在透气阻力大的问题,因为膜在填料和聚合物之间的界面处开孔隙,因此无法获得通孔。在上述2)中,存在纤维素纳米纤维难以细微地分散至聚烯烃内的问题,因此无法获得足够的增强作用,并产生如鱼眼式的突出物。根据上述3),虽然可以实现膜的加强,但膜的尺寸因交联反应而不同,因此不适合作为需要精确尺寸的锂离子电池的隔板。
上述4)所述的膜通常采用孔开口湿法制成,将超高分子量聚乙烯和增塑剂(如液体石蜡等)溶解到溶剂中,然后在膜拉伸时孔隙开口,在耐热性、透气阻力、尺寸稳定性或生产效率方面处于劣势,尽管与传统干孔开口方法制造的聚丙烯微孔膜相比,膜强度占优势。
已经提出了一种利用超高分子量聚丙烯来制造上述4)中描述的微孔膜的方法(专利文献1和2)。
通常,微孔膜是由树脂的熔融挤出形成,然后拉伸它。树脂膜中的孔隙形成方法主要是干法或湿法。
干法包括如下形成孔隙的方法,即:通过对包含不相容粒子(如无机颗粒和聚烯烃等)的未拉伸薄片进行拉伸和提取,剥离异质材料界面和形成孔隙的方法,以及层孔开口法、和β晶体孔隙开口法。
湿法包括多种方法,即:将诸如增塑剂的孔隙形成材料(可萃取物质)添加到聚烯烃中并分散,然后在板材形成后用溶剂提取可萃取物质以形成孔隙,如有必要,在萃取之前和/或提取后进行拉伸。
微孔膜的物理特性一直是研究课题,目的是利用干法产生的微孔膜作为二次电池隔板(专利文献3至5)。
专利文献3从二次电池隔板的物理性能平衡的角度,描述了一种由多层孔开口干法获得的复合微孔膜,其具有30-80%的孔隙度,以及微孔聚丙烯层和微孔聚乙烯层,微孔聚丙烯层的孔隙度大于微孔聚乙烯层的孔隙度。
在专利文献4中,从孔隙度和机械强度的角度,描述了一种微孔膜,其由阿利法多烯烃和热塑性烯烃弹性体混合物形成,而获得的微孔膜经历多层孔开口干法。
专利文献5描述了在β-晶体孔开口方法中通过双轴拉伸获得的微孔PP薄膜,其膜厚度为10-30μm,孔隙度为55-85%,透气阻力为70-300秒/100ml,穿刺强度为0.18-0.50N/1μm厚度,横向(TD)热收缩系数≤12%(135℃下60分钟),抗拉强度为60-200MPa。专利文献5中描述的微孔膜,根据β-晶体孔开口法获得,由于晶体过渡,具有各向异性。
微孔膜的强度一直是研究课题,目的是使用湿法产生的微孔膜作为二次电池的隔板(专利文献6)。专利文献6描述微孔聚烯烃薄膜,其在薄膜厚度方向上具有不同程度的定向,从断裂强度和穿刺强度的角度来看,穿刺伸长为2.2-2.4mm。
引文列表
专利文献
[专利文献1]日本专利公告号No.5653761
[专利文献2]日本专利公告号No.5065737
[专利文献3]日本专利申请公开号No.2008-254288
[专利文献4]日本专利申请公开号No.2003-192814
[专利文献5]WO2013/54929
[专利文献6]日本专利申请公开号No.1995(H7)-188440
发明概述
技术问题
近年来,锂离子二次电池已纳入微型电子设备或电动汽车,甚至在恶劣环境中也开始使用。在这方面,包含微孔膜的隔板还需要在更高的特性要求,如耐热性、尺寸稳定性、空气渗透性、耐压性等、还有强度方面有进一步的技术改进。
以前从产品安全性或提高电池能量密度的角度,已经提出了增加微孔膜强度的要求,但是,强度的增加与孔隙度和空气渗透阻力主导的充电/放电特性相矛盾。也就是说,以某种方式实现微孔膜的更高强度,同时不降低孔隙度和透气阻力,具有十分重要的意义。
此外,从能源成本和对环境的考虑来看,使用无溶剂、强度高达或高于湿法开孔膜的孔开口干法制造微孔膜也非常重要。
然而,专利文献1中描述的由孔开口湿法制造的含聚丙烯膜的孔隙度和厚度没有具体说明,而且难以实现高强度微孔膜的发明。专利文献2描述,层压微孔膜包括通过孔开口干法获得的超高分子量聚丙烯层和聚乙烯层,并披露厚度、孔隙度、强度等,然而,有在电存储装置隔板的进一步的特性要求方面,仍有改进的余地。
此外,由专利文献3-5中描述的干法或专利文献6中描述的湿法获得的微孔膜在隔板及包含隔板的电存储装置的安全性方面还有一些改进的余地。
鉴于上述情况,本发明第一个实施例的目的是提供一种电存储装置的隔板,其可优异地平衡各性能要求,如产品安全、充电/放电特性、尺寸稳定性、能源成本、环境考虑等。
本发明第二个实施例的目的是提供一种具有卓越产品安全性的电存储装置的隔板。
本发明第三个实施例的目的是提供一种具有优异产品安全性的电存储装置的隔板。
问题的解决方案
本发明人已经发现,上述问题可以通过设计一种隔板得到解决,该隔板包括具有特定分子量或膜形态的微孔膜,并因此完成了本发明的第一实施例。
除上述情况外,本发明人还发现,上述问题可以通过控制构成电存储装置的隔板的微孔膜的穿刺深度来解决,并因此完成了本发明的第二个实施例。
此外,本发明人还发现,上述问题可以通过控制微孔膜的孔隙度和穿刺强度来解决,该膜构成电存储装置的隔板,以薄膜的形式制成,并因此完成了本发明的第三个实施例。
具体来说,本发明如下。
[1]一种电存储装置的隔板,包括微孔膜,该微孔膜包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B),其中,微孔膜具有以下区域:
(i)一种聚合物基体,其包含包括聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维(或纤维素);以及
(iii)纤维(或纤维素)之间的孔隙(或毛孔);以及
其中,微孔膜的熔体流速或熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。
[2]一种电存储装置的隔板,包括微孔膜,该微孔膜包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B),其中,微孔膜具有以下区域:
(i)一种聚合物基体,其包含包括聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
(iii)纤维之间的孔隙;以及
其中,聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为1.0g/10分钟或更小。
[3]一种电存储装置的隔板,包括微孔膜,该微孔膜包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B),其中,该微孔膜具有以下区域:
(i)一种聚合物基体,其包含包括聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
(iii)纤维之间的孔隙;以及
其中,热塑性弹性体(B)形成一个区域,其中,沿MD的长度与沿横向方向(TD)的长度的比率(MD/TD)为1.5或更大。
[4]根据[3]隔板,其中,热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD定向。
[5]根据[3]或[4]的隔板,其中,沿MD的长度与沿横向方向(TD)长度的比率(MD/TD)为10.0或更小。
[6]根据[1]到[5]任何一个的隔板,其中,热塑性弹性体(B)不含丙烯。
[7]根据[1]到[6]任何一个的隔板,其中,聚丙烯树脂(A)与热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1到80:20。
[8]根据[1]到[7]任何一个的隔板,其中,热塑性弹性体(B)存在于聚合物基体中,但不在纤维中。
[9]根据[1]到[8]任何一个的隔板,其中,在晶体的情况下,热塑性弹性体(B)的硬段为结晶,硬段的结晶熔点峰值为50至110℃,或无定形的情况下,热塑性弹性体(B)的硬段为非晶形,硬段的玻璃转化温度为30至110℃。
[10]根据[1]到[9]任何一个的隔板,其中,热塑性弹性体(B)的熔融流率(MFR)为2.0g/10分钟或以上。
[11]根据[1]到[10]任何一个的隔板,其中,热塑性弹性体(B)是乙烯/α-烯烃共聚物。
[12]根据[1]到[11]任何一个的隔板,其中,微孔膜的孔隙度为30%到80%。
[13]根据[1]到[12]任何一个的隔板,其中,隔板的空气渗透阻力为100到500秒/100ml,前提是空气渗透阻力是通过将隔板的实际测量空气渗透阻力乘以14μm后,再将实际测量的空气渗透阻力除以隔板的厚度而获得的数值。
[14]根据[1]到[13]任何一个的隔板,其中,隔板的穿刺强度为400gf或更大,前提是穿刺强度是通过将隔板的实际测量穿刺强度乘以14μm,再将实际测量的穿刺强度除以隔板的厚度而获得的数值。
[15]根据[1]到[14]任何一个的隔板,其中,微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
[16]根据[1]到[15]任何一个的隔板,其中,聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
[17]根据[1]到[16]任何一个的隔板,其中,隔板包括一个微孔多层膜,其中由聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)构成的微孔膜和包含聚乙烯的微孔膜作为主要成分层压。
[18]根据[17]的隔板,其中,由聚乙烯为主要成分的微孔膜聚乙烯的密度为0.96g/cm3或更大,而以聚乙烯为主要成分的微孔膜的熔融流率(MFR)为0.6g/10分钟或更小。
[19]根据[17]或[18]任何一个的隔板,其中,隔板不仅包括包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,还包括微孔多层膜。
[20]根据[1]到[19]任何一个的隔板的制备方法,包括以下步骤:
通过圆形模具挤出法形成原始薄膜;和
加热和拉伸原始薄膜之前,对原始薄膜退火。
[21]一种电存储装置的隔板,包括微孔膜,其中,微孔膜包含聚烯烃树脂为主要成分;在隔板穿刺试验中的最大穿刺强度下,隔板的最大应力穿刺深度为4.0毫米或以上。
[22]根据[21]的隔板,其中,最大应力穿刺深度为5.0mm至20.0mm。
[23]根据[21]或[22]的隔板,其中,最大穿刺强度为20gf/μm或更大。
[24]根据[21]到[23]任何一个的隔板,其中,微孔膜的穿刺强度在穿刺测试的深度强度曲线中至少有两个最大值。
[25]根据[24]的隔板,其中,最大穿刺强度至少是深度强度曲线中的至少两个最大值之一。
[26]根据[21]到[25]任何一个的隔板,其中,聚烯烃树脂是聚丙烯树脂。
[27]根据[21]到[26]任何一个的隔板,其中,微孔膜的熔融流率(MFR)为1.4g/10分钟或更小。
[28]根据[21]到[27]任何一个的隔板,其中,微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
[29]根据[21]到[28]任何一个的隔板,其中,微孔膜的平均最长孔径为100nm到2000nm。
[30]根据[21]到[29]任何一个的隔板,其中,微孔膜的平均最长孔径(a)与垂直于平均最长孔径(a)的孔径(b)的孔径比值(a/b)为1.5到30。
[31]根据[21]到[30]任何一个的隔板,其中,微孔膜最长的孔径排列在一个方向上。
[32]根据[21]到[31]任何一个的隔板,其中,最大穿刺强度为50gf/μm或更小。
[33]根据[21]到[32]任何一个的隔板,其中,微孔膜包括聚烯烃树脂,以及至少以下其中之一:热塑性弹性体、具有分支链的共聚物、和具有结合双键的共聚物。
[34]根据[21]到[32]任何一个的隔板,其中,微孔膜包含以下中的至少一个:
不同于聚烯烃树脂的乙烯/α-烯烃共聚物;
与聚烯烃树脂不同的丙烯/α-烯烃共聚物;
不同于聚烯烃树脂的苯乙烯/烯烃共聚物;和
与聚烯烃树脂不同的聚丙烯弹性体。
[35]根据[21]到[34]任何一个的隔板,其中,微孔膜具有以下区域:
(i)包含聚烯烃树脂的聚合物基体;
(ii)纤维,包括聚烯烃树脂,从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸;和
(iii)纤维之间的毛孔。
[36]一种电存储装置的隔板,包括微孔膜,其中,微孔膜包含:
(A)作为主要成分的聚烯烃树脂;以及
(B)以下中的至少一个:不同于聚烯烃树脂的乙烯/α-烯烃共聚物、不同于聚烯烃树脂的丙烯/α-烯烃共聚物、不同于聚烯烃树脂的苯乙烯/烯烃共聚物、和不同于聚烯烃树脂的聚丙烯弹性体,
其中,微孔膜的平均最长孔径为100nm至2000nm;以及
其中,微孔膜的熔融流率(MFR)为1.4g/10分钟或更低。
[37]根据[36]的电存储设备的隔板,其中,微孔膜的熔体流速(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
[38]一种电存储装置的隔板,包括一个微孔膜,该膜以聚丙烯为主要成分,其中,微孔膜具有以下区域:
(i)包含聚丙烯的聚合物基体;
(ii)包含聚丙烯并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
(iii)纤维之间的孔隙;
其中,微孔膜的孔隙度为30%至80%,并且
其中,隔板的穿刺强度为400gf或更大,前提是穿刺强度是将实际测量的穿刺强度除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量穿刺强度乘以14μm而获得的数值。
[39]根据[38]的隔板,其中,隔板的空气渗透阻力为100到500秒/100ml,前提是空气渗透阻力是将实际测量的空气渗透阻力除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量空气渗透阻力乘以14μm而获得的数值。
[40]根据[38]或[39]的隔板,其中,穿刺强度为700gf或更小。
[41]根据[38]到[40]任何一个的隔板,其中,聚丙烯的熔融流率(MFR)为1.0g/10分钟或更小。
[42]根据[38]到[41]任何一个的隔板,其中,聚丙烯的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
[43]根据[38]到[42]任何一个的隔板,其中,微孔膜的熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更小。
[44]根据[38]到[43]任何一个的隔板,其中,微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
[45]根据[38]到[44]任何一个的隔板,包括:
聚丙烯;和
热塑性弹性体,其不含丙烯。
[46]根据[38]到[45]任何一个的隔板,其中,隔板包括微孔多层膜,其由聚丙烯为主要成分的微孔膜和由聚乙烯作为主要成分的微孔膜被层压在一起。
[47]根据[46]的隔板,其中,以聚乙烯为主要成分的微孔膜聚乙烯的密度为0.96g/cm3或更大,而以聚乙烯为主要成分的微孔膜的熔融流率(MFR)为0.6g/10分钟或更小。
[48]根据[46]或[47]的隔板,其中,隔板不仅包括以聚丙烯为主要成分的微孔膜,而且还包括微孔多层膜。
[49]根据[38]到[48]任何一个的隔板的制备方法,包括以下步骤:
通过圆形模具挤出法形成包含聚丙烯的原始薄膜;和
在加热和拉伸原始薄膜之前,对原始薄膜进行退火。
发明的有益效果
根据本发明的第一实施例,可提供干拉伸树脂微孔膜和电存储装置的隔板,其在产品安全、充电/放电特性、尺寸稳定性、能源成本、环境考虑等所需性能之间保持优异的平衡。
根据本发明的第二实施例,可提供微孔膜和电存储装置的隔板,其产品安全性优良。
根据本发明的第三实施例,可提供干拉伸微孔膜和电存储装置的隔板,即使将微孔膜制成薄膜,其产品安全性也极佳。
对附图的简要说明
图1是本发明在单轴拉伸中的微孔膜表面的SEM照片,该微孔膜由纤维和基体结构组成。
图2是说明本说明书中提及的热塑性弹性体区域与微孔膜的加工方向(MD)平行状态的示意图。
图3是用于说明穿刺测试条件和穿刺深度的示意图,(a)是一个侧视图和板的俯视图,表示穿刺测试开始时针、电存储装置的隔板、和隔板的保持板之间的关系;(b)是一个侧视图,表示接触时针与电存储装置的隔板之间的位置关系;(c)是一个侧视图,表示在测量穿刺深度期间针和电存储设备的隔板之间的位置关系。
图4是深度-强度曲线的轮廓示例,其中,穿刺强度具有两个或多个最大值。
对实施例的说明
现在将详细解释实施本发明的实施例(以下简称"实施例")。然而,需要理解的是,本发明并不局限于这些实施例,并可在其要点范围内纳入各种修改。
[定义]
在本说明书中,缩写"MD"是指处理连续微孔膜的加工方向,而缩写"TD"是指以90°度角垂直于MD的方向。
微孔膜是由单聚烯烃基微孔层构成的单层膜、由聚烯烃基微孔层以外的树脂层构成的微孔单层膜、或包含聚烯烃基树脂及其以外树脂的复合微孔单层膜,在某些情况下下文称为"微孔层"。
聚烯烃基微孔膜由聚烯烃树脂组合物组成,该组合物含有聚烯烃树脂作为主要成分。
聚丙烯基微孔膜由聚丙烯树脂组合物组成,该组合物含有聚丙烯为主要成分。
在本说明书中,含有特定材料作为主要成分的膜,是指膜相对于膜的重量包含50%或更多的材料。
在本说明书中,含有聚烯烃树脂为主要成分的微孔膜,是指相对于微孔膜的重量聚烯烃树脂在微孔膜中的比例等于或大于50重量%的,表明聚烯烃树脂能够在微孔膜中形成聚合物网络。
含有聚丙烯为主要成分的聚丙烯树脂组合物,是指相对于聚丙烯树脂组合物的重量,聚丙烯树脂组合物中聚丙烯的比例等于或大于50重量%。
微孔多层膜是一种多层膜,其中,多个聚烯烃基微孔层被层压;或者,微孔多层膜是一种复合微孔膜,其中,聚烯烃基微孔膜和含有不同树脂的微孔膜被层压。在下文中,在某些情况下简单地称为多层体。
电存储设备的隔板(下文在某些情况下称为"隔板"),是电存储设备中多个电极之间设置的且离子可渗透的元件,根据需要,它也可能具有关闭特性。隔板包括微孔膜和/或微孔多层膜,可根据需要提供任意功能层。
在本说明书中,"空气渗透性阻力"、“耐空气渗透性”或"隔板的抗空气渗透性"是一个数值[在某些情况下,下文称"校准为(隔板)厚度为14μm的空气渗透阻力"],其获得方式如下:将实际测量的空气渗透阻力除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量空气渗透阻力乘以14μm。
在本说明书中,"穿刺强度"或"隔板的刺穿强度"[在某些情况下,下文称"校准为(隔板)厚度14μm的穿刺强度"],是指按照如下方式获得的一个数值,其将实际测量的穿刺强度除以隔板的厚度,然后,隔板的实际测量的穿刺强度再乘以14μm。
[第一实施例]
<电存储装置的隔板,包括高强度聚丙烯基微孔膜>
本发明的第一实施例是一种电存储装置的隔板,其包括一种高强度的聚丙烯基微孔膜。
微孔膜具有以下区域:
(i)一种聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
(ii)包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维素或纤维(fibrils);以及
(iii)多条纤维之间的孔隙;
所述纤维(fibrils)表示含有聚丙烯树脂(A)的网状结构的最小单元。至少有一个毛孔由纤维固定。聚合物拉伸时,在孔隙开口时,拉伸聚丙烯的聚合物链,形成了这种纤维。在纤维(以下简称"聚合物基体")以外的区域,在单轴拉伸的情况下,排列起层状晶体,导致对MD的增强,TD的收缩率可以保持在较低水平。图1是微孔膜表面的单向拉伸时的SEM照片,纤维和聚合物基体由图1确认。
在双轴拉伸时,聚合物基体通过降低层状晶体的取向提高了TD的强度,MD和TD之间的强度比平衡也变得良好。
根据第一方面的微孔膜具有上述(i)至(iii),而微孔膜的熔体流速(以下简称MFR)为1.5g/10分钟或更低。根据第一方面,可以通过在挤出机中熔合高分子量聚丙烯和热塑性弹性体获得微孔膜,然而,在此期间,聚合物的变质(包括降解)的分子波动,即MFR的增加很可能被诱导。因此,从微孔膜的形成所述微孔膜本身的树脂组合物的MFR值控制微孔膜的角度,微孔膜的组成能够保证产品安全、充电/放电特性、尺寸稳定性、能量成本、环境考虑等多种物理特性,这由微孔膜的MFR值1.5g/10分钟或更小而体现出来。
当微孔膜的MFR变为1.5克/10分钟或更小时,特别是当形成薄膜时,可以获得足够的熔体张力,品质或尊严的降低可能会被抑制。此外,当微孔膜的MFR变为1.5g/10分钟或更小时,聚合物的变质不太可能发生,从中均匀性提高,厚度不均匀以及成分不均匀性不太可能产生,产品质量和尊严的降低很可能被抑制。
根据第二方面的微孔膜具有上述(i)至(iii),而聚丙烯树脂(A)的MFR是1.0g/10分钟或更小。
聚丙烯的分子量可根据MFR确定。然而,我们无意受理论限制,在聚丙烯树脂(A)中使用的聚丙烯的MFR(230℃,2.16kg负载)规定了(i)聚合物基体和(ii)纤维的结构,从孔形成干法形成的微孔膜的强度、孔隙性、空气渗透阻力、以及尺寸稳定性来看,这一点很重要。从这个角度看,作为通过选择聚丙烯树脂(A)形成微孔膜的指标,聚丙烯树脂(A)的MFR为1.0g/10分钟或更小被发现是适当的。
满足1.0g/10分钟或更小MFR的聚丙烯,可以通过熔融或溶液混合具有多种分子量的聚丙烯获得。
当使用MFR大于1.0g/10分钟的聚丙烯树脂时,微孔膜的强度不能充分显示,并且很难获得为具有目标特性的电存储装置的隔板。
根据第三方面的微孔膜具有上述(i)至(iii)和一个区域,其中,沿加工方向(MD)的长度与沿横向(TD)的长度之比(MD/TD)在热塑性弹性体(B)区域为1.5或更大。
至于热塑性弹性体到聚丙烯中的分散形式,即作为形态,微孔膜在热塑性弹性体区域中具有沿MD的长度与沿TD的长度之比(MD/TD)为1.5或以上的区域。长度的比率(MD/TD)优选为2.5或更大,更优选为4.0或更大。当长度的比值(MD/TD)为1.5或更大时,可能会显示高强度和/或热收缩率降低。
长度的比值(MD/TD)的上限不是特别受限制的,可以是12.0或更小、10.0或更小、8.0或更小、或6.0或更小。
作为热塑性弹性体到聚丙烯中的一种分散形式,即作为形态,微孔膜中热塑性弹性体区域优选与微孔膜的MD平行地定向。图2显示了一种状态的原理图,该状态表明多个热塑性弹性体(4)与微孔膜(1)的MD平行定向。多个纤维(5,5)之间存在孔隙(2),微孔膜(1)中不包括纤维(5)的区域是聚合物基体(3)。从几个聚合物基体的一侧或两侧,纤维(5)沿微孔膜(1)的MD方向延伸。
从由孔成型干法形成的微孔膜的强度、孔隙性(孔隙度、孔隙率)、空气渗透性阻力(耐透气性)、和尺寸稳定性之间的平衡来看,纤维(5)更优选地在多个聚合物基体(3,3)之间延伸,和/或,孔隙在相邻的多个纤维(5,5)之间存在。
根据第四方面的微孔膜具有上述(i)至(iii),并满足以下条件(1)至(4)的至少两个条件:
(1)微孔膜的熔体流速(MFR)为1.5g/10分钟以下;
(2)聚丙烯树脂(A)的MFR为1.0g/10分钟以下;
(3)热塑性弹性体(B)形成一个区域,其中,沿加工方向(MD)的长度与沿横向(TD)的长度的比率(MD/TD)为1.5或更大;和
(4)微孔膜中的热塑性弹性体区域与微孔膜的MD平行地定向。
下面将根据第一、第二、第三、第四方面解释微孔膜的组成要素、生产方法等。
推荐使热塑性弹性体不在纤维中存在,而是选择性地存在于聚合物基体中。这是因为,在纤维中同时呈现热塑性弹性体不能有助于提高增强和降低热收缩率。例如,在基体中呈现热塑性弹性体的方法包括冷拉伸薄膜的方法,其中,层状晶体(lamellacrystalline)被拉伸并定向,然后热拉伸至形成层状晶体之间的孔隙开口。
在第一实施例中,所述聚丙烯的例子包括通过共聚少量α-烯烃共体获得的异构和高度同构结晶(syndiotactic highly crystallized)的同聚物、共聚物或嵌段共聚物(block copolymers),其中的一种或两种、或多种可用于混合物。聚合催化剂也并非特别被限制,其示例包括齐格勒-纳塔型(Ziegler-Natta)催化剂、金属基烯型(metallocenetype)催化剂等。
聚丙烯的分子根据MFR确定,从由孔形成干法形成的微孔膜的强度、孔隙度、空气渗透阻力和微孔膜的尺寸稳定性的平衡来看,使用聚丙烯的MFR(230℃,2.16kg负载)优选小于1.0g/10分钟,更优选0.9g/10分钟或更小,进一步优选为0.8g/10分钟或更低。MFR的下限不受特别的限制,聚丙烯的MFR(230℃,2.16kg负载)可以是0.1g/10分钟或以上,0.15g/10分钟或以上,或0.2g/10分钟或以上。
热塑性弹性体的具体例子包括乙烯/α-烯烃共聚物、乙烯/苯乙烯共聚物、丙烯/α-烯烃共聚物、1-丁烯/α-烯烃共聚物、苯乙烯和丁二烯和它们的氢化聚合物(SEBS)的嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯和异丙烯(SIS)以及它们的氢化聚合物(SEPS)的嵌段共聚物。α烯烃的例子包括脂肪型α烯烃,如丙烯、1-丁烯、1-己烯(1-hexene)、1-八烯、4-甲基-1-苯(4-methyl-1-pentene)等。还包括一种通过乙烯和α-烯烃共聚获得的高分子量材料,以及一种高分子量材料,如线性低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯,这种材料通过在聚合过程中通过链转移反应(chain transfer reaction)共同聚合分枝长链而获得。这种热塑性弹性体(B)可以单独使用,也可以同时在混合物中两种、或两种以上组合使用。其中,推荐的弹性体是不含丙烯的热塑性弹性体。不含丙烯的热塑性弹性体与聚丙烯具有低的相互反应(lowinteraction),形成完全独立的域(domain),从而产生提高可流动性的效果。特别是,当第一、第二、第三或第四方面使用极高的分子量聚丙烯时,其熔融粘度显著影响厚度等质量,因此尽可能降低熔融粘度至关重要。当使用含有丙烯的热塑性弹性体时,由于降低熔融粘度的影响很小,厚度的不均匀性可能会变得更大。更推荐的热塑性弹性体是一种聚合物,其至少一个成分选自:乙烯/1-丁烯共聚物、乙烯/1-己烯共聚物、和乙烯/1-辛烷共聚物。这些聚合物可以是随机共聚物或嵌段共聚物,也可以是带聚苯乙烯和乙烯/1-丁烯共聚物成分(例如SEBS)等的嵌段聚合物。乙烯/1-丁烯共聚物、乙烯/1-己烯共聚物、和乙烯/1-辛烷共聚物的每个成分具有与聚丙烯的界面粘合度高的优点,使聚合物具有微分散性。也就是说,这些共聚物成分是高分子量成分,可能与微孔膜的MD方向平行地进行定向。
在晶体热塑性弹性体的情况下,热塑性聚合物的硬段为晶体聚合物,其晶体熔点峰值优选为50℃或更高,高达为110℃;更优选为60℃或更高,高达105℃;进一步优选为65℃或更高,高达100℃。当熔点峰值为50℃或更高时,薄膜之间的粘附发生的可能性较小,尤其是当微孔膜从微孔膜的辊卷中取出时。当熔点峰值为110℃或更低时,在微孔膜拉伸时,在孔隙开口的一个步骤中可实现理想的孔隙度。
对于非晶体热塑性弹性体,即非晶体聚合物,其中热塑性聚合物的硬段(hardsegment)是非晶体聚合物,其玻璃转化温度优选为30℃或更高,高达110℃;更优选40℃或更高,高达105℃;进一步优选50℃或更高,高达100℃。当玻璃转化温度为30℃或更高时,薄膜之间的粘附发生的可能性较小,尤其是当微孔膜从微孔膜的辊卷中取出时。当玻璃转化温度为110℃或更低时,微孔膜拉伸时,可在孔隙开口步骤中实现所需的孔隙度。
热塑性弹性体MFR优选为2.0g/10分钟或以上,更优选2.5g/10分钟或以上,进一步优选3.0g/10分钟或以上,甚至进一步优选4.0g/10分钟或以上。热塑性弹性体MFR的上限不是特别受到限制,可能为15.0g/10分钟或更小、12.0g/10分钟或更小、10.0g/10分钟或更小,或9.0g/10分钟或更小。
当MFR为2.0g/10分钟或以上时,熔融粘度降低,可能获得如下优点,如膜形成工艺性提高、分散性增加、膜厚度更具均匀性等。热塑性弹性体MFR的上限不受到特别限制,最优值推荐从可加工性、粘附性和机械性能中获得。
微孔膜的主要成分优选聚丙烯树脂(A)。微孔膜中的聚丙烯树脂(A)含量优选为50重量%或以上,60重量%或以上,70重量%或以上,80重量%或以上,或90重量%或以上。微孔膜中聚丙烯(A)的上限不受特别限制,可以是100重量%或以下,99重量%或以下,98重量%或以下,或95重量%或以下。
关于聚丙烯树脂(A)与热塑性弹性体(B)的重量比(A)/(B),优选(A)/(B)=99.9/0.1至80/20(重量%),更优选(A)/(B)=99/1至82/18(重量%),更优选(A)/(B)=98/2至86/14(重量%)。当热塑性弹性体含量比为0.1重量%或以上时,可实现高强度、低收缩的目标。此外,当热塑性弹性体含量比为20重量%或以下时,孔隙开口能力提高,不仅容易增加孔隙度,而且空气渗透阻力降低,空气渗透性阻力和强度之间的平衡得到改善。
相对于微孔膜的重量(100重量%),该微孔膜中所含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的累计含量,优选为50重量%或以上,60重量%或以上,70重量%或以上,75重量%或以上,80重量%或以上,85重量%或以上,90重量%或以上,95重量%或以上,98重量%或以上,或99重量%或以上。微孔膜中所含聚丙烯(A)和热塑性弹性体(B)的累积含量的上限没有特别限制,可以为100重量%、99.9重量%或以下、99.5重量%或以下、99重量%或以下、98重量%或以下,或95重量%或以下。
微孔膜的孔隙度优选为30%至80%,更优选33%至77%,进一步优选37%至73%。当孔隙度小于30%时,当将微孔膜用于电池时,很难确保足够的离子渗透性。此外,当孔隙度大于80%时,微孔膜的强度无法保持。孔隙度可以通过控制树脂成分、树脂与增塑剂之间的混合比、定向结晶条件、拉伸时的孔隙开口条件、热固定(heat fixation)条件等进行调整。
为了确保微孔膜相当的各种物理性能,从MFR值控制微孔膜本身形成微孔膜的树脂成分的角度,微孔膜的MFR值优选小于1.5g/10分钟,更优选1.4g/10分钟或更小,进一步优选1.3g/10分钟或更小。微孔膜MFR的下限不受特别的限制,可以是0.05/10分钟或以上,0.1g/10分钟或以上,0.15g/10分钟或以上,或0.2g/10分钟或以上。
隔板厚度被校准为14μm时,包含微孔膜的隔板的空气渗透阻力优选为100至500秒/100ml,更优选为120至450秒/100ml,更优选为150至400秒/100ml,更优选为300秒/100ml或更低。当空气渗透性调整到100秒或更长时间时,从获得隔板的角度,尤其是隔板可包含均匀的微孔膜,没有缺陷。此外,将空气渗透阻力调整到500秒或更小,有助于确保足够的电离渗透性。
包括微孔膜的隔板(校准为14μm的隔板厚度)的穿刺强度优选为400gf或更大,更优选为430gf或更大,并进一步优选为450gf或更大。当穿刺强度为400gf或更高时,将薄膜隔板与电池结合的设定速度增强,这是推荐的。穿刺强度的上限不受特别的限制,可以是700gf或更小,650gf或更小,600gf或更小,或550gf或更小。
微孔膜可以使用共挤出设备以薄膜形式制造。也就是说,两层或两层以上具有相同成分的树脂成分被层压,以制造原始薄膜(raw film),然后拉伸该两层或多层的膜形成孔隙开口,以获得微孔膜。通过制备使用两层或多层进行层压的原始薄膜,然后在该原始薄膜被拉伸时打开孔隙而制造该微孔膜,而不是制备具有相同的树脂成分的单层薄膜,更容易获得具有高强度的微孔膜。
微孔膜可以使用以聚乙烯为主要成分的微孔膜进行层压,更详细地,包括上述聚丙烯树脂成分的微孔膜层(a)和以聚乙烯作为主要成分的微孔膜层(b)可层压,以形成微孔多层膜(多层体)。
上述多层体的组成实例包括以下结构:
(I)聚丙烯层(a)/聚乙烯层(b)
(II)聚丙烯层(a)/聚乙烯层(b)/聚丙烯层(a)
(III)聚乙烯层(b)/聚丙烯层(a)/聚乙烯层(b)
(IV)聚乙烯层(b)/聚乙烯层(b)/聚丙烯层(a)
(V)聚丙烯层(a)/聚乙烯层(b)/聚乙烯层(b)/聚丙烯层(a)。
其中,推荐聚丙烯层(a)和聚乙烯层(b)交替层叠的结构,从生产率的角度看,推荐具有有两种类型并且三层的结构,其中,两个表面层相同,而中间层不同。上述结构(II)是特别推荐的。
例如,上述多层体的制造方法包括一种通过共挤法紧密接触每一层的方法,或单层挤出成形然后对每一层进行层压的方法。作为层压方法,采用粘接剂等干法层压法,采用在熔融状态将多层粘在一起的方法,都是可以采用的。
在以聚乙烯为主要成分的微孔膜中,聚乙烯含量优选为50重量%或以上,60重量%或以上,70重量%或以上,80重量%或以上,90重量%或以上,或95重量%或以上。
在以聚乙烯作为主要成分的微孔膜中,聚乙烯密度优选为0.96g/cm3或以上。上限也不受特别限制,可以是0.98g/cm3或更小、或0.97克/cm3或更小。
此外,含有聚乙烯为主要成分的微孔膜MFR优选为0.6g/10分钟或更低。含有聚乙烯的微孔膜MFR的下限没有特别限制,可以是0.05g/10分钟或以上,0.1g/10分钟或以上,或0.15g/10分钟或以上。
[第二实施例]
<电存储装置的隔板>
本发明的第二实施例是具有微孔膜的电存储隔板。
<微孔膜组成的隔板>
根据第一方面的微孔膜包括聚烯烃树脂作为主要成分。在根据第一个方面微孔膜构成的隔板的刺穿试验中,穿刺深度(以下称"最大应力穿刺深度")的最大穿刺强度为4.0mm或更大。
本文所用的术语"穿刺深度"或"刺穿深度"是指,从特定尺寸的针接触隔板直到它打开孔该针的移动距离(深度),假设隔板的外围边缘被锚定,并且该指针用于从隔板的外表面沿厚度方向刺穿隔板。用于测量穿刺深度和穿刺强度的穿刺测试在实施例中进行说明。
在这里,隔板的结构在产品安全性上非常出色体系在隔板的穿刺深度为4.0mm或更高。如果隔板的最大应力穿刺深度为4.0mm或更高,则隔板的穿刺强度也会提高。根据这一观点,已经发现,最大应力穿刺深度4.0mm或更大是选择用于形成微孔聚烯烃膜的聚烯烃树脂的有用指标。在这里,最大应力穿刺深度是显示最大穿刺强度的穿刺深度。为了进一步提高隔板或电存储装置的安全性,隔板的最大应力穿刺深度优选为5.0至20mm,更优选为6.0至18mm。通过控制构成微孔膜的树脂成分的复合条件(compounding condition)、挤出条件、定向结晶条件、拉伸时的孔隙开口条件、热固定条件(heat setting condition)等,可以调节最大应力穿刺深度。从同一观点来看,在隔板的穿刺试验中的最大穿刺强度优选为20gf/μm或更大,更优选为25至50gf/μm。
电存储装置尤其是层压型锂离子二次电池包括微孔膜作为隔板,从安全角度看,在隔板的穿刺测试过程中,推荐穿刺强度在深度-强度曲线中具有两个或多个最大值,而更推荐最大穿刺强度是在两个或多个最大值中的至少一个。最大穿刺强度的个数不受特别的限制,可以是三个或更多、四个或更多、或五个或更少、四或更少、或三个或更少。
不希望受到任何理论的约束,因此推测,当穿刺强度在深度-强度曲线中具有两个或多个最大值时,膜的变形会因膜从穿刺测试的开始到结束所产生的微观破损而得到改善,然后发生完全破裂。据推断,当微孔膜在完全破裂前出现变形改善现象时,微孔膜的强度也会增强。
从改善膜变形的角度来看,推荐在深度-强度曲线中有一条轮廓(图中未示出),其中,两个或多个最大值中的第一最大值之后观察到的后续最大值是最大穿刺强度。
图4显示了深度-强度曲线轮廓的实施例,其中,首先观察到的最大值是穿刺强度的两个或多个最大穿刺强度中的最大穿刺强度。
为了保证微孔膜的各种物理性能,推荐以微孔膜本身的熔融流率(MFR)值来控制微孔膜。从这个角度看,根据第一方面微孔膜的MFR值推荐为1.4g/10分钟或更小,更优选为1.3g/10分钟或更小。微孔膜MFR的下限不受特别的限制,可以是0.1g/10分钟或以上,0.2g/10分钟或以上,或0.3g/10分钟或以上。测量MFR的方法在实施例中得到印证。
根据第二方面的微孔膜包括:
(A)聚烯烃树脂作为主要成分;和
(B)选自如下的至少一种:包括不同于聚烯烃树脂的乙烯/α-烯烃共聚物、与聚烯烃树脂不同的丙烯/α-烯烃共聚物、不同于聚烯烃树脂的苯乙烯/烯烃共聚物树脂、聚丙烯树脂、以及不同于聚烯烃树脂的聚丙烯弹性体;
微孔膜的平均最长孔径在100nm或以上和2000nm或以下之间,而微孔膜的熔体流速(MFR)为1.4克/10分钟或更低。
虽然不希望受理论约束,但推测,出色的空气渗透性阻力、高穿刺强度、和高安全性通过如下措施实现,即:调整含有组分(A)和(B)的微孔膜的平均最长孔径在100nm至2000nm的范围内,并调整MFR到1.4克/10分钟或更低,因此,通过调整成分(A)和(B)、微孔膜的平均最长孔径和MFR,可表现出隔板在产品安全性方面优异的组成。为了进一步提高隔板和电存储装置的安全性,根据第二方面,微孔膜的平均最长孔径推荐为60至1000nm或更低,更优选为100至700nm或更低,而MFR的数值优选为1.3g/10分钟或更低,更优选为1.1g/10分钟或更低,尤其是0.9g/10分钟或更小。测量平均最长孔径的方法在实施例中描述。此外,为了进一步提高隔板和电存储装置的安全性,最长孔径(a)与垂直于最长孔径(a)的孔径(b)的比值(a)/(b)推荐为1.5或以上并且30或以下,更优选为3或以上并且30或以下。此外,微孔膜最长的孔径推荐排列在一个方向上,更推荐该方向是MD(方向)。通过达到这样的孔径,可以实现高穿刺强度,同时确保良好的空气渗透性,并减少不安全的模式,例如在电存储装置中的树突(dendrite)的形成。
下面,根据第一和第二方面说明微孔膜的组成成分、物理特性、形态、生产方法等。
从膜的湿度、厚度和关闭特性的角度来看,微孔膜中的聚烯烃树脂的比例优选为50重量%至100重量%,更优选从55重量%到99重量%,特别是优选从60重量%到98重量%。
作为聚烯烃树脂,例如包括采用乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-苯、1-异烯、1-辛烯等获得的同聚物、共聚物或多级聚合的聚合物。这些聚烯烃树脂可以单独使用,也可以同时使用两种或多种组合使用。其中,从关断特性(shutdown)来看,推荐聚乙烯、聚丙烯、它们的共聚物、及其它们的混合物;而从关断特性、辛烷不可溶性(octane insolubility)和己烷不可溶性(hexane insolubility)等角度看,推荐一种或多种聚丙烯。
聚乙烯树脂的具体例子包括低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等。在本说明书中,高密度聚乙烯是指密度为0.942至0.970g/cm3的聚乙烯。聚乙烯的密度是根据JIS K 7112(1999)中描述的D)密度梯度管(gradient tube)方法测量的值。
在第二实施例中,可以使用第一实施例中提到的聚丙烯树脂。
聚丙烯树脂的分子量可根据MFR确定。从孔成型干法形成的微孔膜的强度、孔隙性、空气渗透性、与尺寸稳定性的平衡来看,拟使用的聚丙烯树脂的MFR(230℃,2.16千克负荷)优选为1.1g/10分钟或更小,更优选0.9g/10分钟或更小,进一步优选为0.6g/10分钟或更小。
从隔板的安全性,即强度和孔隙度以及空气渗透性阻力和隔板的尺寸稳定性之间的平衡安全性的角度来看,聚烯烃树脂组合物尤其包含,除了聚烯烃树脂作为主要成分,热塑性弹性体,具有分支链的共聚物,具有共聚双键(conjugated double bond)的共聚物,分子中具有结晶区域和非晶态区域的共聚物,等等(以下称"辅助成分")。与聚烯烃树脂不同,辅助成分可以提高微孔膜的最大穿刺强度和最大应力穿刺深度,聚烯烃树脂是形成聚合物网(polymer network)的主要成分。
聚烯烃树脂组合物可作为辅助成分包含,例如聚丙烯弹性体、乙烯/α-烯烃共聚物、丙烯/-α烯烃共聚物、苯乙烯烯烃共聚物(styrene olefin copolymer)等。其中,从增加最大应力穿刺深度的角度来看,尤其推荐聚丙烯弹性体、乙烯/α-烯烃共聚物、丙烯/-α烯烃共聚物,更推荐乙烯/α-烯烃共聚物,并且尤其推荐乙烯/1-丁烯共聚物(以下称"C2/C4共聚物")。
从微孔膜的强度、低收缩比、孔隙开口能力的角度看,当微孔膜包括作为主要成分的聚烯烃树脂(A)和辅助成分(B)时,聚烯烃树脂(A)与辅助成分(B)的重量比(A)/(B)=99/1至80/20(重量%),更优选(A)/(B)=98/2至82/18(重量%),并进一步优选(A)/(B)=97/3至85/15(重量%)。
作为微孔膜的优选形态,它包括以下(i)至(iii):
(i)含有聚烯烃树脂的聚合物基体,
(ii)纤维,其从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸,包含聚烯烃树脂,
(iii)多个纤维之间存在的孔隙(毛孔)。
具有上述(i)至(iii)的微孔膜的平均最长孔径在100nm或以上至2000nm或以下的范围内。
第二实施例中优选的形态是在图1和图2中示出的第一实施例中解释的上述形态学。
根据上述原因和第一实施例中解释的方法,热塑性弹性体推荐不在纤维体存在,而是选择性地存在于聚合物基体中。
聚烯烃树脂中热塑性弹性体的分散形式(即形态)也和第一实施例的形态相同。
从产品的安全性来看,微孔膜的孔隙度优选为30至80%,更优选31至70%,更优选33至67%,更优选37至63%。孔隙度可以通过控制树脂成分、树脂和增塑剂的混合比、定向结晶条件、拉伸时孔隙打开条件、热固定(heat fixing)条件等进行调整。
当组成微孔膜的隔板厚度校准为14μm时,空气透气阻力优选为100至700秒/100ml,更优选为120至600秒/100ml,更优选为150至500秒/100ml,更优选为400秒/100ml或更低。从获得由均质微孔膜组成的隔板(无缺陷)的角度,推荐将空气渗透阻力设置为100秒或更长时间。此外,将空气渗透阻力设置为700秒或更小有助于确保足够的离子渗透性。
[第三实施例]
<包含聚丙烯基微孔膜的电存储装置的隔板>
本发明的第三实施例是一种电存储装置的隔板,该装置包括聚丙烯基微孔膜。
微孔膜具有以下区域:
(i)一种聚合物基体,其包含聚丙烯;
(ii)包含聚丙烯并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维/纤维素;以及
(iii)多条纤维/纤维素之间的孔隙/毛孔。
(i)至(iii)的组成要素表示的形态是在图1和图2引用的第一实施例中解释的上述形态。
根据第三实施例,微孔膜的孔隙度为30%至80%,在校准包含微孔膜的隔板厚度为14μm时,其穿孔强度等于或大于400gf。
孔隙度是指膜的单位体积的空气比例。一般来说,当微孔膜的孔隙度高时,在非水电解溶液型蓄电池中使用微孔膜时,电解液的可保持性或液体吸收性提高,并且提高了电池的循环特性。因此,在使用微孔膜作为电存储装置的隔板的情况下,可以推断,孔隙度与电池的可靠性设计有关。
穿刺强度表示当膜被针头刺穿并穿过时膜的应力。可以推断,穿刺强度与含有微孔膜的电存储装置隔板的强度相关联。
本发明人发现,在微孔膜的特定孔隙区,可以改变穿刺试验中获得的破裂模式,方式是通过产生如此的隔板,相对于组成微孔膜的隔板的特定厚度,穿刺强度控制在大于所述的特定强度。也就是说,在微孔膜30%至80%的孔隙区,当校准到隔板厚度为14μm时,通过将穿刺强度控制在400gf或更大,形成隔板的膜的破裂模式有可能以两个步骤变化。第三实施例中获得的两步破裂模式意味着,如图4所示,在穿刺试验的深度-强度曲线中,观察到两个强度下降的拐点,在第一个拐点形成小裂解,而用于穿刺试验的针在第二个拐点处穿透所述膜。在第三实施例中,在将隔板的厚度校准到14μm时获得的等于或大于400gf的穿刺强度意味着第二个拐点处的强度值。与传统方法相比,隔板的组成允许提高产品的安全性,这体现在两个方面,微孔膜的孔隙度和隔板厚度校准为14μm情况下的隔板的穿刺强度。
从上述观点来看,微孔膜的孔隙度优选在30%至小于80%之间,更优选33%至75%,进一步优选37%至70%。孔隙度可以通过控制树脂成分、树脂与增塑剂之间的混合比、定向结晶条件、微孔膜拉伸时的孔隙开口条件、热固定(heat fixation)条件等来调节。
从上述观点来看,隔板厚度校准为14μm时的隔板穿刺强度推荐大于400gf,更优选为420gf或更大,并进一步优选为440gf或更大。穿刺强度的上限不受特别的限制,可以是700gf或更小,650gf或更小,600gf或更小,或550gf或更小。当穿刺强度为400gf或更大时,始终观察到上述的破裂模式,尤其是从质量控制的角度。通过控制树脂成分、树脂与增塑剂或液体改性剂之间的混合比、定向结晶条件、拉伸时开孔隙条件、热固定条件等可以调节穿刺强度,此外,从微孔膜的强度和孔隙度以及隔板的空气渗透阻力和尺寸稳定性之间的平衡来看,除了聚丙烯外,推荐包含不含丙烯的热塑性弹性体。
在第三实施例中,可以使用第一实施例中提到的聚丙烯。
聚丙烯的分子量可以根据熔融流率(以下缩写为MFR)确定。从由孔成型干法形成的微孔膜的产品安全性来看,拟使用的聚丙烯的MFR(230℃,2.16kg负载)优选1.0g/10分钟或更小,更优选0.8g/10分钟或更小,进一步优选0.6g/10分钟或更小。下限不受特别的限制,聚丙烯的MFR(230℃,2.16kg负载)可以是0.1g/10分钟或以上,0.15g/10分钟或以上,或0.2g/10分钟或以上。
当使用MFR为1.0g/10分钟或以下的聚丙烯时,可以显示微孔膜的足够强度,因此,很容易获得具有靶向性能的电存储装置的隔板。
第三实施例中使用的热塑性弹性体优选为不含丙烯的热塑性弹性体。不含丙烯的热塑性弹性体与聚丙烯的相互反应低,形成完全分离的域(domains),从而产生改善可流动性的效果。特别是,在利用具有极高分子量的聚丙烯(如本实施例)的情况下,高熔融粘度显著影响聚合物厚度等的质量,因此,尽可能降低熔融粘度(melting viscosity)是重要的。当使用含有聚丙烯的热塑性弹性体时,降低熔融粘度的效果很低,聚合物的厚度往往明显不同。
热塑性弹性体的特别例子优选包括乙烯/α-烯烃共聚物(不含丙烯)、乙烯/苯乙烯共聚物、1-丁烯/α-烯烃(不含丙烯)共聚物、苯乙烯和丁二烯及其氢化聚合物(SEBS)的嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯和异丙烯(SIS)及其氢化聚合物(SEPS)的嵌段共聚物,等等。α-烯烃的例子包括脂肪型α-烯烃,例如1-丁烯、1-己烯、1-八烯、和4-甲基-1-苯。还包括一种通过乙烯和α-烯烃共聚获得的高分子量材料,以及一种高分子量材料,如线性低密度聚乙烯或超低密度聚乙烯,这种材料在聚合过程中通过链转移反应(chain transfer reaction)共同聚合一个分支长链获得。在混合物中,这种热塑性弹性体(B)可以单独使用,也可以两种或两种以上同时使用。
更推荐的热塑性弹性体是具有下列任何一种的聚合物:乙烯/1-丁烯共聚物、乙烯/1-己烯共聚物、和乙烯/1-辛烷共聚物。这些聚合物可以是随机共聚物或嵌段共聚物,并且可以是一种封端聚合物(blocked polymer,例如SEBS),其带有聚苯乙烯和乙烯/1-丁烯共聚物成分。乙烯/1-丁烯共聚物、乙烯/1-己烯共聚物和乙烯/1-辛烷共聚物的每个成分都具有与聚丙烯的界面间粘合度高的优点,使聚合物具有微分散性。也就是说,这些共聚物成分是高分子量成分,可能与微孔膜的MD方向平行地定向。
在热塑性聚合物的硬段是晶体聚合物的晶体热塑性弹性体的情况下,推荐的结晶熔点峰值是在第一实施例中解释的峰值。
在非晶体热塑性弹性体的情况下,即在非晶体聚合物的情况下,其中热塑性聚合物的硬段是非晶体聚合物,其推荐的玻璃转化温度是在第一实施例中解释的玻璃转化温度。
推荐的热塑性弹性体的MFR是第一实施例中解释的MFR。
根据第三实施例,微孔膜中推荐的主要成分是第一实施例中提到的聚丙烯树脂(A),聚丙烯树脂(A)的优选含量也和第一实施例相同。
在第三实施例中,聚丙烯树脂(A)与热塑性弹性体(B)的优选重量比(A)/(B)和微孔膜中所含的聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的优选累积含量分别为在第一实施例中提及的重量比(A)/(B)和累积含量。
作为热塑性弹性体到聚丙烯内的分散形式,即作为形态,微孔膜中热塑性弹性体区域优选与MD拉伸方向平行地进行排列。该形态是指在图1和图2提到的第一实施例中解释的上述形态。通过形成这种形态,可以表现出高强度和/或热收缩比的降低。
根据第一实施例中解释的上述原因和方法,推荐将热塑性弹性体不在纤维中存在,而是选择性地存在于基体中。
微孔膜可以通过熔融揉捏高分子量聚丙烯和不含挤出机中理想的丙烯的热塑性弹性体获得,然而,聚合物变质(包括降解)引起的分子量波动,即MFR的增加,很可能被诱导。因此,为了保证各种物理性能,以服务于微孔膜的目的,推荐使用微孔膜本身的MFR来控制微孔膜。从同一角度看,微孔膜的MFR值优选为1.5g/10分钟或更低,更优选1.4g/10分钟或更小,进一步优选1.3克/10分钟或更小。MFR的下限不受特别限制,可能为0.05g/10分钟或以上、0.1g/10分钟或以上、0.15g/10分钟或以上,或0.2g/10分钟或以上。当微孔膜的MFR为1.5g/10分钟或更小时,几乎不发生聚丙烯的降解,导致抑制强度的降低。此外,当微孔膜的MFR为1.5g/10分钟或更低时,聚合物的变质也会受到抑制,不均质、厚度不均匀、成分比变化等都改善,导致产品质量和尊严的降低得到抑制。
整个微孔膜的优选空气渗透性阻力是第一实施例中提到的阻力。
根据本实施例,微孔膜可以通过以聚乙烯为主要成分的微孔膜进行层压。在本实施例中,将上述聚丙烯树脂组合物的微孔膜层(a)和以聚乙烯为主要成分的微孔膜层(b)可以层压,形成微孔多层膜。
上述微孔多层膜的组成和以聚乙烯为主要成分的微孔膜的细节是分别在第一实施例中作了说明的上述示例和细节。
<在微孔膜拉伸时的孔隙打开>
根据第一、第二或第三实施例,微孔膜可以使用共挤压装置或层压装置制成薄膜形式。作为一个例子,两层或多层具有相同成分的树脂组合物进行层压,以制备原始薄膜,然后拉伸两层或两层以上的多层膜使得孔隙开口,以制造微孔膜。作为另一个例子,至少一个含有聚丙烯树脂为主要成分的微孔膜和至少一个含有聚乙烯树脂为主要成分的微孔膜层压,以制备原始薄膜,然后拉伸两层或两层以上的多层膜使得孔隙开口,以制造微孔膜。两层或两层以上的薄膜进行层压,然后拉伸薄膜形成孔隙开口以制造微孔膜,如此制备原始薄膜,而不是仅使用单层薄膜,然后在薄膜拉伸时进行孔隙开口,从而制备原始薄膜,更容易获得具有更高强度的微孔膜。从这个角度来看,在多层薄膜中,多个聚烯烃基微孔层被层压,优选三个或三个以上聚烯烃基微孔层被层压,更优选地,至少两层以聚丙烯树脂为主要成分的微孔层(PP微孔层)和至少一个以聚乙烯树脂为主要成分的微孔层(PE微孔层)被层压,而更优选地,PP微孔层/PE微孔层/PP微孔层的三层膜按此顺序层压。
作为一种生产多层膜的方法,其中多个聚烯烃基微孔层被层压,或作为一种生产具有聚烯烃基微孔膜和另一个树脂微孔膜的复合微孔膜的方法,例如,可以采用一种通过共挤工艺将各层紧密地相互连接的方法,这种层压方法中可以分别模制挤压出各层,然后使得各层相互紧密接触等。作为层压方法,可以适用采用粘接剂等干式层压法,也可以采用热层压板法,其通过加热使得多层粘附在一起。
微孔膜推荐由干拉伸方法制造,其中,不使用溶剂,在挤出机中熔化揉捏后直接拉伸薄膜并定向,然后依次进行退火步骤、冷拉伸步骤,和热拉伸步骤。可以采用一种通过T形模具挤出熔融树脂再拉伸树脂定向的方法,即圆形模具挤出法等。特别是,推荐使用圆形模具挤出法,因为膜可以制成薄膜形式。
干拉伸方法,特别是一种定向层状晶体然后由晶体的界面分层引起孔隙开口的方法,与湿法相反,有助于对齐孔隙部分,而由该方法获得的微孔膜具有对孔隙度具有低空气渗透性,这是可取的。
下面更详细地描述膜拉伸形成孔隙开口。上述原始薄膜的单层体或多层体进行拉伸处理。作为拉伸条件,可采用单轴拉伸(MD拉伸)。拉伸温度可根据聚丙烯树脂的微孔膜层(a)或聚乙烯树脂的微孔膜层(b)的处理特性进行适当调整,并根据空隙的一个方面进一步在每个层中形成。通过这种拉伸处理,在聚丙烯层(a)和聚乙烯层(b)的每个微孔膜中提供空穴。在这里,提供空穴的机制(方法)包括,例如,在层状晶体界面上的孔隙开口方法。
晶体界面上的孔隙开口方法包括一种如下的方法,其通过熔体挤出例如聚乙烯等拉缩率高的晶体树脂制备前体膜;在比晶体树脂的结晶熔点低5至50℃的温度范围内退火前体膜,形成退火后前体膜;使退火后前体膜在-20℃至70℃°的温度范围内进行冷单轴拉伸至1.1到2的系数,然后在比晶体树脂的结晶熔点低5到50℃的温度范围进行单轴拉伸至1.5至5的系数,以获得微孔膜(即在膜中提供空穴)。
接受单轴拉伸的微孔膜具有极低的至TD方向的收缩,可以在该范围内设置。
根据第一、第二或第三实施例的微孔膜优选用作电存储装置的隔板。
<微孔膜的制备方法>
聚烯烃树脂组合物,理想地含有聚烯烃树脂和热塑性弹性体,可采用熔融揉捏方法,使用单螺杆或双螺杆挤出机生产。为了有效地将热塑性弹性体微散到具有高分子量的聚烯烃树脂中,需要相对较高的剪切力和相对较高的温度。
这里注意到,从微孔膜的强度和孔隙度以及隔板的空气渗透性和尺寸稳定性之间平衡的角度来看,第三实施例中使用的聚丙烯树脂组合物除了聚丙烯之外,推荐包括不含丙烯的热塑性弹性体。
然而,由于高剪切力和高温也是聚合物分解可能发生的条件,因此应充分考虑设计挤出机的螺旋,或优化每个缸的螺杆旋转和温度设置,并减少空气污染。特别是,由于空气与树脂颗粒一起混合到挤出机中,从而加速了树脂成分的分解,因此有必要在氮净化或氮流动等条件下对成分进行熔融揉捏措施。此外,如有必要,可以在组合物中加入热稳定剂,如一次和/或二次抗氧化剂。
所得树脂组合物可用于通过干法或湿法生产微孔膜。
干法包括一种方法,其熔融揉捏和挤出聚烯烃树脂成分,然后直接从T模具中形成高定向薄膜;或者另外一种方法,其采用圆形模具挤出方法形成高定向薄膜以制备原始薄膜,退火原始薄膜,通过冷拉伸打开微孔,并通过热拉伸使得聚烯烃层的晶体界面分层。例如,根据圆形模具挤出方法,聚丙烯树脂组合物的熔融揉捏产品从圆形模具吹到MD,并通过导板和啮合辊进行接收,以获得高度结晶和MD定向的原始薄膜。
湿法包括一种方法,其熔融揉捏聚烯烃树脂成分和孔成型材料,以膜形式制备,然后在必要时拉伸,然后从膜中提取孔成型材料;也包括另外一种方法,其溶解聚烯烃树脂组合物,然后浸入相对于聚烯烃的弱溶剂(poor solvent)中,以凝固聚烯烃,同时去除溶剂,等等。
聚烯烃树脂组合物可能含非聚烯烃的树脂、任意添加剂等。添加剂的例子包括氟基流(fluorine-based flow)改性材料、蜡、晶体成核(crystal nucleating)材料、抗氧化剂、金属肥皂(如脂肪代谢酸金属盐)、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗静电剂、抗雾剂、着色颜料等。
除单螺杆或双螺杆挤出机外,聚烯烃树脂组合物的熔融揉捏可以通过以下进行,例如,揉合器、实验室磨机、揉辊、班伯里(Banbury)混合器等。此外,还可采用直接复合方法,其在挤出机中熔融揉捏树脂组合物后直接成型薄膜。
可用增塑剂的例子包括碳氢化合物,如液体石蜡和石蜡;酯类,如二氯苯甲酸酯(dioctyl phthalate)和二丁基邻苯二甲酸酯(dibutyl phthalate);和高级醇,如油醇酒精(oleyl alcohol)和脂酸醇(stearyl alcohol)。
孔隙开口步骤可以通过已知的干法和/或湿法执行。也可以在孔隙形成步骤期间、或孔隙形成步骤之前或之后,进行拉伸步骤。拉伸处理可以通过单轴拉伸或双轴拉伸进行,但是,推荐进行至少MD拉伸。当膜沿一个方向拉伸时,另一个方向处于非约束状态或固定长度的锚定状态。
为了抑制微孔膜的收缩,在拉伸后或孔隙形成后,微孔膜可以进行热处理,从而产生热固定(heat setting)。热处理可包括拉伸操作,其以规定的温度环境和规定的拉伸程度进行,以调整物理特性;和/或,松弛操作,其以规定的温度环境和规定的放松程度进行,以减少拉伸应力。拉伸操作后也可进行松弛操作。热处理可以使用定型机或辊式拉伸机进行。
下面作为例子,说明以层孔开口干法制备微孔膜的方法。在层孔开口干法中,许多层状结构通过系带分子粘结(bonded via tie molecules)的非孔前体被拉伸,以切开层界面,形成孔穴,这无需使用溶剂,如水或有机溶剂。
层孔开口干法推荐包括:(i)由含有聚烯烃和热塑性弹性体(如需要)的树脂组合物形成的非多孔前体(高定向原始薄膜)的挤出步骤,以及(ii)单轴拉伸被挤出的非多孔前体的拉伸步骤。干层开孔法包括步骤(i)和(ii),由此获得的微孔膜也可在涂层、浸泡或浸渍步骤等后进行功能化。
步骤(i)可以通过传统的挤出方法(单螺杆、双螺杆挤出法)进行。挤出机可配备T形模或带细长孔的圆形模具。
步骤(ii)的单轴拉伸可以上述方式进行。纵向方向(MD)拉伸可能包括冷拉伸和热拉伸。
从抑制非孔前体内部变形的角度来看,非孔前体可在步骤(i)期间、步骤(ii)之后或步骤(ii)拉伸之前进行退火。退火可在一个范围内进行,例如,在低于聚丙烯树脂(A)的熔点50℃的温度和比聚丙烯树脂(A)的熔点低10℃之间的范围,或在比聚丙烯树脂(A)熔点低50℃的温度和比聚丙烯树脂(A)熔点低15℃的温度范围之间。
<电存储装置>
根据本发明其他实施例的电存储装置设有正极、负极和包括上述微孔膜的隔板。电存储装置的具体示例包括锂二次电池、锂离子二次电池、钠二次电池、钠离子二次电池、镁二次电池、镁离子二次电池、钙二次电池电池、钙离子二次电池、铝二次电池、铝离子二次电池、镍氢电池、镍镉电池、电双层电容器、锂离子电容器、氧化还原流量电池、硫锂电池、锂空气电池、和锌空气电池。其中,从实用性来看,推荐锂二次电池、锂离子二次电池、镍氢电池、或锂离子电容器,更推荐锂离子二次电池。
电存储装置可以如此制造。例如,将正极和负极中间堆叠上述隔板,必要时绕组,以准备层压电极体或卷绕电极体;将电极体装入外壳;通过引线体将正极和负极连接到正极端子和负极端子;向外壳内注入含有非水性溶剂的非水性电解液(如线性或循环碳酸盐等)以及电解质(如锂盐等);然后密封该外壳。
实施例
现在将通过实例和比较实例更详细地解释本发明,并理解,只要保持其实质要点,本发明并不局限于这些示例。
<第一实施例>
评估所用起始材料和各种属性的方法如下。
(1)熔体流速(MFR)的测量
根据JIS K 7210对聚丙烯树脂和弹性体在230℃和2.16kg的状态下测量(单位:g/10分钟)其熔体流速(MFR)。聚乙烯树脂的MFR作为在190℃和2.16千克(单位:克/10分钟)条件下测量的值。
(2)晶体熔点峰值(Tm)和玻璃转化温度(Tg)的测量
当5至10mg的聚合物样品通过热通量类型DSC以20℃/分钟的速率从室温加热到250℃时,在热生成曲线中,获得一个结晶熔点峰值,然后以20℃/分钟的速率冷却到室温,然后以20℃/分钟的速度再次加热。如果观察到两个峰值,则选择较大热产生面积的峰值。
以下列方式测量各种微孔膜的特性。
当5至10毫克的聚合物样品通过热通量类型DSC以20℃/分钟的速率加热到250℃,然后以20℃/分钟的速度冷却至室温,然后以20℃/分钟的速度再次加热时,获得的玻璃转化温度作为观察到的玻璃转化曲线的中心值。
(3)厚度(μm)
采用三丰公司的IDC112型数字指示器在室温(23±2℃)下测量多孔薄膜的厚度。
(4)孔隙度(%)
从多孔薄膜中切出5cm×5cm的方形样品,用以下公式根据样品的体积和重量计算孔隙度。
孔隙度(%)=[体积(cm3)-重量(g)/树脂组合物密度(g/cm3)]/体积(cm3)×100
(5)空气渗透阻力(秒/100cc)
包含微孔膜的隔板的空气渗透性阻力根据JIS P-8117采用Gurley型透气性测试仪进行测量。
(6)穿刺强度(gf)
使用压缩测试仪以开孔直径为11.3mm的样品支架固定隔板。随后,通过接触被固定隔板的中心和曲率半径为0.5mm的针尖进行穿刺试验,试验条件是穿刺速度为25mm/分钟、大气温度为25℃。获得的穿刺强度(gf)作为最大穿刺载荷。
(7)拉伸测试
根据ASTM-882程序,使用Instron 4201型,获得MD和TD方向的拉伸强度,作为断裂强度。
(8)热收缩比
为了获得热收缩比,从微孔膜上切出5cm×5cm的方形样品,在9个点处以2cm的间隔进行标记,然后用纸包裹。标记好的样品在规定温度下经过热处理1小时,随后冷却至室温,并分别在每个方向的三个位置测量MD和TD方向的长度,以确定收缩比。
(9)弹性体形态的观察
弹性体部分使用锇化合物或钌化合物进行染色,并使用透射电子显微镜(TEM)进行观察。沿染色部分的MD和TD方向,测量每个方向的最长值,并得出MD/TD比值。
[示例1]
<聚丙烯树脂组合物的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和乙烯/1-丁烯共聚物(C2/C4:密度=0.893g/cm3,熔点=80℃,MFR=6.7)的颗粒以PP:C2/C4=95:5(重量%)的重量比进行干燥混合,然后使用ZSK 40(L/D=46,由科波里龙有限公司制造)进行熔融揉捏。揉捏过程中的气缸温度持续为230℃,挤出率为50kg/Hr,螺杆转速为200rpm,树脂温度为288℃。为了尽量减少树脂的分解和变质,从料斗的树脂进料入口到原料罐的生产线被密封,氮气不断从料斗的下端流出,原料进料入口附近的氧气浓度控制在50ppm或更低。此外,所有排气管均完全密封,以消除空气泄漏到气缸中的可能性。由于这种氧气浓度降低作用,聚合物的分解和变质即使在高温下也得到充分抑制,使乙烯/1-丁烯共聚物能够微扩散。在熔体揉捏后,从模具(8孔)中抽取绞线,在水冷却槽上冷却,然后使用造粒机切割它们,以获得颗粒。
<微孔膜(单层)的制备>
颗粒在2.5英寸挤出器中熔化(熔融温度为221℃),并使用齿轮泵供应到环形模具。模具温度设置为230℃,熔融聚合物被吹气冷却,然后缠绕成卷筒。挤出的前体(原始薄膜)厚度为27μm,然后原始薄膜在130℃下退火15分钟。接下来,被退火的膜在室温下被冷拉伸到21%,然后在120℃被热拉伸到156%,在125℃时松弛到126%。拉伸薄膜形成孔隙开口后,对薄膜的两层进行去层化,并测量每个层的物理特性。结果如表1所示。
[示例2]
除重量比PP:C2/C4=90:10(重量%)之外,以与示例1相同的方式和条件制造了微孔膜、测量物理特性。结果在表1中显示,通过TEM观察所获得的微孔膜沿MD-TD方向的横截面表面。这里确认,在所有示例中,弹性体与微孔膜的MD方向平行排列,这与示例2相同。
[示例3]
除重量比PP:C2/C4=85:15(重量%)之外,制造和评估微孔膜的方式和条件与示例1相同。结果如表1所示。
[示例4]除采用聚丙烯树脂(PP,MFR=0.80)之外,制造和评估微孔膜的方式和条件与示例1相同。结果如表1所示。
[示例5]除重量比PP:C2/C4=90:10(重量%)之外,制造和评估微孔膜的方式和条件与示例4相同。结果如表1所示。
[示例6]除重量比PP:C2/C4=85:15(重量%)之外,制造和评估微孔膜的方式和条件与示例4相同。结果如表1所示。
[示例7和8]除使用聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS:苯乙烯玻璃转化温度为60℃,MFR=4.5)的氢化化合物外,制造和评估微孔膜的方式和条件与示例1或4相同。结果如表1所示。
通过从示例1到8的TEM观察,证实纤维中不存在弹性体,而基体部分中存在弹性体。
[比较例1和2]
微孔膜制造和评估的方式和条件与示例1中相同,而不是使用乙烯/1-丁烯共聚物,并且仅使用表2中描述的PP。结果如表2所示。
[示例9]除重量比PP:C2/C4=75:25之外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1相同。当获得的微孔膜被分层时,稍微观察到粘合性。结果如表2所示。
[示例10]
除了使用乙烯/八苯共聚物(C2/C8:密度=0.877g/cm3,熔点=69℃,MFR=5)作为弹性体之外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1或4相同。结果如表4所示。
[示例11]<聚丙烯树脂组合物的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和乙烯/1-丁烯共聚物(C2/C4:密度=0.893g/cm3,熔点=80℃,MFR=6.7)以重量比PP:C2/C4=95:5(重量%)的进行干燥混合,然后使用ZSK 40(L/D=46,由科波里龙有限公司制造)熔融揉捏。揉捏过程中的气缸温度持续为230℃,挤出率为50kg/Hr,螺杆转速为200rpm,树脂温度为288℃。为了尽量减少树脂的分解和变质,从料斗的树脂进料入口到原料罐的生产线被密封,氮气不断从料斗的下端流出,原料进料入口附近的氧气浓度控制在50ppm或更低。此外,所有排气管均完全密封,以消除孔气泄漏到气缸中的可能性。由于这种氧气浓度降低效果,聚合物的分解和变质即使在高温下也得到充分抑制,使乙烯/1-丁烯共聚物能够微扩散。在熔融揉捏后,从模具(8孔)中抽取绞丝,在水冷却槽上冷却,然后使用造粒机切割,以获得颗粒。
<多层微孔膜的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和上述颗粒以重量比PP:颗粒=90:10(重量%)进行干混合,然后熔化在2.5英寸挤出机中,并使用齿轮泵提供给环形模具。树脂的喂料比(PP:C2/C4)为PP:C2/C4=95:5(重量%)。
模具温度设置为260℃,熔融聚合物被吹气冷却,然后缠绕成辊卷。以同样方式,聚乙烯树脂(PE,MFR=0.38,密度=0.963g/cm3)在2.5英寸的挤出器中熔化,并使用齿轮泵供应到环形模具。模具温度设置为230℃,熔融聚合物被吹风冷却,然后缠绕成辊卷。PP和PE前体(原始薄膜)的厚度分别为5μm,PP和PE前体随后依次以三层结构PP/PE/PP粘在一起,以获得一个原始薄膜。原始薄膜在125℃下退火20分钟。接下来,在室温下,被退火的膜被冷拉伸到15%,然后在115℃时被热拉伸到150%,在125℃时松弛到103%,形成微孔。在拉伸薄膜形成上述孔隙开口后,测量了微孔膜的物理特性。拉伸PP和PE层之后,对其进行分层,然后测量每个层的MFR。结果如表4所示。
通过对示例10和11的微孔膜的TEM观察,确认PP层的纤维中不存在弹性体,但弹性体存在于基体区域中。
[比较例3和4]具有三层结构的微孔膜不是使用乙烯/1-丁烯共聚物进行制造和评估的,而是通过使用表4中所示的PP和PE在与示例11类似方法和条件下进行的。结果如表4所示。
[热收缩比]对示例2和比较例2中制造的微孔膜测量了热收缩率。收缩温度分别为105℃、120℃和130℃。结果如表3所示。
[表1]
Figure BDA0002471881630000161
[表2]
Figure BDA0002471881630000162
[表3]
Figure BDA0002471881630000171
[表4]
Figure BDA0002471881630000172
[第二实施例]
评估所用起始材料和各种属性的方法如下。
[熔体流速(MFR)的测量]
根据JIS K 7210对聚丙烯树脂、热塑性弹性体和隔板在230℃,2.16kg(单位:g/10分钟)的熔体流速(MFR)测量进行。
[厚度μm]
采用三丰公司出品的IDC112数字指示器在室温(23±2℃)下测量多孔薄膜的厚度。
[孔隙度(%)]
从多孔薄膜中切出5cm×5cm的方形样品,用以下公式根据样品的体积和重量计算孔隙度。
孔隙度(%)=[(体积(cm3)-重量(g)/树脂成分密度(g/cm3)]/体积(cm3)×100
[空气渗透阻力(秒/100cc)]
根据JIS P-8117采用Gurley型透气性测试仪测量包含微孔膜的隔板的空气渗透电阻。
[平均最长孔径(nm)和孔径比]
微孔膜的平均最长孔径通过用SEM观察微孔膜的表面和测量SEM照片的孔径而获得。具体来说,SEM在30000放大倍率下观察微孔膜的表面,测量照片范围4.2μm×3μm内的微孔最长孔径,并计算平均值,以获得平均最长的孔径。此外,测量沿最长孔径方向的孔径和垂直于最长孔径方向的孔径,计算平均值,将平均最长孔径除以垂直于最长孔径方向的孔径平均值,然后计算孔径比。
[穿刺强度(gf)和穿刺深度(mm)]
图3显示了用于解释穿刺测试条件和穿刺深度的示意图。在穿刺试验中,制备了半径为0.5mm的半球形尖针(6),隔板(1)被夹持在两个具有11mm开孔直径(dia.)的板(7,7)之间,针(6)、隔板(1)和板(7,7)被设定于图3(a)所示的位置关系中。Imada有限公司的MX2-50N型仪器用于穿刺试验,试验条件是针尖曲率半径为0.5mm、隔板保持板的开口直径为11mm、穿刺速度为120mm/秒,并针(6)和隔板(1)相接触[图3(b)]。然后,测量最大穿刺载荷[即穿刺强度(gf)],测量从针头与隔板接触时刻到达到最大穿刺载荷(穿刺强度)的针的位移(mm)程度,以此作为穿刺深度(D),并获得深度-强度曲线[图3(c)]。
[热收缩比]
为了获得热收缩比,从微孔膜上切出5cm×5cm的方形样品,在9个点以间隔2cm进行标记,然后用纸包裹。被标记的样品在预定温度下经过热处理1小时,随后冷却至室温,并分别在每个方向的三个点测量MD和TD方向的长度,以确定收缩比。
[示例1]
<聚丙烯树脂组合物的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和乙烯/1-丁烯共聚物(C2/C4:密度=0.893g/cm3,熔点=80℃,MFR=6.7)的颗粒以重量比PP:C2/C4=50:50(重量%)进行干燥混合,然后使用ZSK 40(L/D=46,由科皮龙有限公司制造)熔融揉捏。为了尽量减少树脂的分解和变质,从料斗的树脂进料入口到原料罐的生产线被密封,氮气不断从料斗的下端流出,原料进料入口附近的氧气浓度控制在50ppm或更低。此外,所有排气管均完全密封,以消除气泄漏到缸中的可能性。由于这种氧气浓度降低效应,聚合物的分解和变质即使在高温下也得到充分抑制,使乙烯/1-丁烯共聚物能够微扩散。熔融揉捏后,从模具(8孔)中抽取绞丝,在水冷却槽上冷却,然后使用造粒机切割它们,以获得颗粒。
<微孔膜(单层)的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和上述颗粒以重量比PP:颗粒=90:10(重量%)进行干燥混合,在2.5英寸挤出机中被熔化,并使用齿轮泵提供给环形模具。在这里,喂料树脂的进给比为PP:C2/C4=95:5(重量%)。
模具温度设置为230℃,熔融聚合物被吹气冷却,然后缠绕成辊卷。被挤出的前体(原始薄膜)的厚度为15μm,然后原始薄膜在130℃下退火15分钟。接下来,在室温下,被退火的膜被冷拉伸到21%,然后在120℃热拉伸到156%,在125℃被松弛到126%,以形成微孔。在拉伸薄膜上述孔隙打开后,测量微孔膜的物理特性。结果如表5所示。含有根据本示例产生的微孔膜的隔板在穿刺试验中具有两个穿刺强度的最大值,最大应力穿刺深度高达10.5mm,最大穿刺强度为572gf/(mg/cm2)。隔板的最长孔径为173nm,孔径比为6.4。
[示例2到6,比较例1到5]
微孔膜的获得方式与示例1相同,除了如表5所示的改变原料、薄膜成型条件或隔板物理特性。并对获得的微孔膜进行评估。请注意,在表5中,示例5中描述的C2/C8弹性体表示乙烯/八烯共聚物,而示例6中描述的C3/C4弹性体表示丙烯/1-丁烯共聚物。
[示例7]
<聚丙烯树脂组合物的制备>
聚丙烯树脂组合物的制备方式与示例1相同。
<具有三层微孔膜的隔板的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和上述颗粒以重量比PP:颗粒=90:10(重量%)进行干燥混合,在2.5英寸挤出机中被熔化,并使用齿轮泵提供给环形模具。在这里,喂料树脂的进给比为PP:C2/C4=95:5(重量%)。
模具温度设置为240℃,熔融聚合物被吹风冷却,然后缠绕成辊卷。被挤出的前体(原始薄膜)的厚度为6μm。
高分子量聚乙烯树脂(PE,MFR=0.38)在2.5英寸的挤出器中被熔化,并由齿轮泵供应到环形模具。
模具温度设置为210℃,熔融聚合物被吹风冷却,然后缠绕成辊卷。被挤出的前体(原始薄膜)的厚度为6μm。
获得的PP前体和获得的PE前体依次被堆叠成三层,即PP前体/PE前体/PP前体,并在120℃下层压,以获得具有三层结构的原始薄膜。原始薄膜在125℃下退火20分钟。接下来,被退火的膜在室温下受到冷拉伸至15%,然后在115℃热拉伸至150%,在125℃松弛至103%,以形成具有三层微孔膜结构的隔板。在拉伸隔板产生上述孔隙开口后,测量隔板的物理特性。拉伸PP层和PE层然后对其进行分层后,测量每一层的MFR。
[比较例6和7]
具有三层结构微孔膜的隔板不是使用乙烯/1-丁烯共聚物作为聚丙烯层,而是使用表6所示的PP和PE在类似于示例7的方法和条件下制造和评估。示例7、比较例6和7的结果如表6所示。
[表5]
Figure BDA0002471881630000201
[表6]
Figure BDA0002471881630000211
<第三实施例>
评估所用起始材料和各种特性的方法如下。
(1)熔体流速(MFR)的测量
根据JIS K 7210在230℃和2.16kg(单位:g/10分钟)条件下对聚丙烯树脂和弹性体测量熔融流速(MFR)。聚乙烯树脂的熔融流速(MFR)测量在190℃和2.16kg(单位:g/10分钟)的条件下进行测量。
(2)晶体熔点峰值(Tm)和玻璃转化温度(Tg)的测量
在热生成曲线中,获得的晶体熔点峰值被作为峰值,热产生曲线的观察时刻是,5至10mg的聚合物样品通过热通量类型DSC以20℃/分钟的速率从室温加热到250℃,然后,以20℃/分钟的速率冷却至室温,再以20℃/分钟的速率加热。如果观察到两个峰值,则选择具有较大热生成面积的峰值。
各种微孔膜的特性以下列方式测量。
获得的玻璃转化温度作为玻璃转化曲线的中心值,观察时刻是,5至10mg的聚合物样品通过热通量型DSC以20℃/分钟的速率从室温加热到250℃时,然后以20℃/分钟的速度冷却至室温,然后以20℃/分钟的速度再次加热。
(3)厚度(μm)
采用三丰公司的IDC112数字显示仪在室温(23±2℃)下测量多孔薄膜的厚度。
(4)孔隙度(%)
从多孔薄膜上切出5cm×5cm的方形样品,用以下公式根据样品的体积和重量计算孔隙度。
孔隙度(%)=[体积(cm3)-重量(g)/树脂组合物密度(g/cm3)]/体积(cm3)×100
(5)空气渗透阻力(秒/100cc)
根据JIS P-8117,使用Gurley型空气渗透性测试仪测量包含微孔薄膜的隔板的空气渗透性。
(6)穿刺强度(gf)
使用压缩测试仪以具有11.3mm开口直径的样品支架固定隔板。随后,通过接触被定位的隔板的中心和曲率半径为0.5mm的针尖进行穿刺试验,试验条件是,穿刺速度为25mm/分钟、大气温度为25℃。获得的穿刺强度(gf)作为最大穿刺载荷。
(7)拉伸测试
根据ASTM-882程序,使用Instron 4201型仪器获得MD和TD方向的拉伸强度,作为断裂强度。
(8)热收缩比
为了获得热收缩比,从微孔膜上切出5cm×5cm的方形样品,在9个点处间隔2cm进行标记,然后用纸包裹。被标记的样品在预定温度下经过热处理1小时,随后冷却至室温,并分别在每个方向的三个点测量MD和TD方向的长度,以确定收缩比。
(9)弹性体的形态观察
弹性体部分使用锇化合物或钌化合物进行染色,并使用透射电子显微镜(TEM)进行观察。在染色部分的MD和TD方向上,分别测量最长的值,并得出了MD/TD比值。
[示例1]
<聚丙烯树脂组合物的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和乙烯/1-丁烯共聚物(C2/C4:密度=0.893g/cm3,熔点=80℃,MFR=6.7)的颗粒以重量比PP:C2/C4=50:50(重量%)进行干混合,然后使用ZSK 40(L/D=46,由科皮龙有限公司制造)熔融捏合。揉捏过程中的缸温持续为230℃,挤出率为50kg/Hr,螺杆转速为200rpm,树脂温度为288℃。为了尽量减少树脂的分解和变质,从料斗的树脂进料入口到原料罐的生产线被密封,氮气不断从料斗的下端流出,原料进料入口附近的氧气浓度被控制在50ppm或更低。此外,所有排气管均完全密封,以消除空气泄漏到缸中的可能性。由于这种氧气浓度降低效应,聚合物的分解和变质即使在高温下也得到充分抑制,使乙烯/1-丁烯共聚物能够微扩散。熔融揉捏后,从模具(8孔)中抽取绞丝,在水冷却槽上冷却,然后使用造粒机切割,以获得颗粒。
<微孔膜(单隔板层)的制备>
颗粒在2.5英寸挤出器中熔化(熔温221℃),并由齿轮泵供应到环形模具。模具温度设置为230℃,熔融聚合物被吹风冷却,然后缠绕成辊卷。被挤出的前体(原始薄膜)厚度为27μm,然后原始薄膜在130℃下退火15分钟。接下来,在室温下,被退火的膜被冷拉伸到21%,然后在120℃热拉伸到156%,然后在125℃松弛至126%,以形成微孔。拉伸薄膜形成孔隙开口后,对两堆叠层进行去层化,并测量每一层的物理特性。结果如表7所示。
[示例2]
除重量比PP:C2/C4=90:10外,以与示例1相同的方式和条件制备微孔膜,测量物理特性。结果在表7中显示,通过TEM观察获得的微孔膜MD-TD方向的横截面表面。在此确认,在除比较例1到3之外的示例和比较例中,弹性体与微孔膜的MD方向平行地排列,这与示例2相同。
[示例3]除重量比PP:C2/C4=85:15外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1相同。结果如表7所示。
[比较示例1和2]
微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1中相同,不使用乙烯/1-丁烯,而仅使用表8中描述的PP。结果如表8所示。
[比较例3]在熔融揉合过程中,双螺杆挤出机的螺杆转速降为100rpm,通过降低乙烯/1-丁烯共聚物(C2/C4)的扩散性(dipspersibility)制备颗粒。微孔膜的制造方式和条件与示例1相同,并经过TEM观察。C2/C4未在基体中排列在MD方向,并且作为具有较大分散尺寸的域存在。表8显示了微孔膜的物理特性结果。
[比较例4]除了重量比PP:C2/C4=75:25外,微孔膜的制造方式和条件与示例1相同。当获得的微孔膜被分层时,稍微观察到粘合性。结果如表8所示。
[示例4]
除了使用聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS:玻璃转化温度为60℃,MFR=4.5)的氢化化合物作为弹性体之外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1相同。结果如表7所示。
通过示例1至4的TEM观察,证实纤维中不存在弹性体,而基体区域中存在弹性体。
[比较例5]除了使用聚丙烯树脂(PP,PP的MFR=0.80)和聚苯乙烯-聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物(SEBS:玻璃转化温度为60℃,MFR=4.5)的氢化化合物作为弹性体外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1相同。结果如表8所示。
[示例5]
除了使用乙烯/八苯共聚物(C2/C8:密度=0.877g/cm3,熔点=69℃,MFR=5)作为弹性体外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1中相同。结果显示在表10中。
[示例6]除了使用丙烯/丁烯共聚物(C3/C4:密度=0.882g/cm3,熔点=98℃,MFR=7)作为弹性体之外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1中相同。结果显示在表10中。
[示例7]除使用聚丙烯树脂(PP,MFR=0.5)外,微孔膜的制备和评估方式和条件与示例1相同。结果显示在表10中。
[示例8]
<聚丙烯树脂组合物的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)和乙烯/1-丁烯共聚物(C2/C4:密度=0.893g/cm3,熔点=80℃,MFR=6.7)的颗粒以重量比PP:C2/C4=95:5(重量%)进行干燥混合,然后使用ZSK 40(L/D=46,由Coperion有限公司制造)进行熔融揉捏。揉捏过程中的缸温持续在230℃,挤出率为50kg/Hr,螺杆转速为200rpm,树脂温度为288℃。为了尽量减少树脂的分解和变质,从料斗的树脂进料入口到原料罐的生产线被密封,氮气不断从料斗的下部流出,原料进料入口附近的氧气浓度控制在50ppm或更低。此外,所有排气管均完全密封,以消除空气泄漏到缸中的可能性。由于这种氧气浓度降低效应,聚合物的分解和变质即使在高温下也得到充分抑制,使乙烯/1-丁烯共聚物能够微扩散。熔融揉捏后,从模具(8孔)中抽取绞丝,在水冷却槽上冷却,然后使用造粒机切割,以获得颗粒。
<包括三层微孔膜的隔板的制备>
超高分子量聚丙烯树脂(PP,MFR=0.25)的颗粒和上述颗粒以重量比PP:颗粒=90:10(重量%)进行干燥混合,然后熔化在2.5英寸挤出机中,并使用齿轮泵提供给环形模具。喂料树脂的进给比(PP:C2/C4)为PP:C2/C4=95:5(重量%)。
模具温度设置为260℃,熔融聚合物被吹风冷却,然后缠绕成辊卷。以同样方式,聚乙烯树脂(PE,MFR=0.38,密度=0.963g/cm3)在2.5英寸挤出器中被熔化,并使用齿轮泵供应到环形模具。模具温度设置为260℃,熔融聚合物被吹风冷却,然后缠绕成辊卷。缠绕成辊卷(原始薄膜)的PP和PE前体的厚度分别为5μm,随后,PP和PE前体通过层压它们从而粘合在一起,以获得依次具有PP/PE/PP三层结构的原始薄膜。原始薄膜在125℃下退火20分钟。接下来,被退火的膜在室温下被冷拉伸到15%,然后在115℃热拉伸到150%,在125℃松弛到103%,以形成微孔。在拉伸薄膜形成上述孔隙开口后,测量具有三层微孔膜的隔板的物理特性。拉伸PP层和PE层后,对层进行分层,并测量每个层的MFR。结果显示在表10中。
[比较示例6和7]
采用与示例11相同的方式和条件,不使用乙烯/1-丁烯共聚物,而使用表10所示的PP和PE,制备和评估具有三层结构的微孔膜。结果显示在表10中。
[热收缩比]对示例2和比较例2中制备的微孔膜测量其热收缩率。收缩温度分别为105℃、120℃和130℃。结果如表9所示。
[表7]
Figure BDA0002471881630000241
[表8]
Figure BDA0002471881630000242
[表9]
Figure BDA0002471881630000251
[表10]
Figure BDA0002471881630000252
通过对厚度、拉伸试验、热收缩率等示例和比较例的对比,表明根据第三实施例的微孔膜即使在微孔膜被制成薄膜式也具有优异的安全性。
附图标记列表
1微孔膜(图1)或包含微孔膜的隔板(图3)
2孔
3聚合物基体
4热塑性弹性体
5纤维
6具有半径为0.5mm的半球形尖的针
7夹持隔板的板
Dia.板开口的直径(11mm)
D:最大刺穿载荷(刺穿强度)下的穿刺深度(mm)

Claims (52)

1.一种电存储装置的隔板,包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,其中,所述微孔膜具有以下区域:
聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至85:15;
热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向;
所述微孔膜的熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。
2.一种电存储装置的隔板,包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,其中,所述微孔膜具有以下区域:
聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至85:15;
热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向;
聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为1.0g/10分钟或更小。
3.一种电存储装置的隔板,包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,其中,所述微孔膜具有以下区域:
聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
所述热塑性弹性体(B)形成沿MD的长度与沿横向方向(TD)的宽度的比率(MD/TD)为1.5或更大的区域;
所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至85:15;并且
热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向。
4.如权利要求3所述的隔板,其中,热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向。
5.如权利要求3所述的隔板,其中,沿MD方向的长度与沿横向方向(TD)的宽度的比率(MD/TD)为10.0或更小。
6.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,热塑性弹性体(B)不含丙烯。
7.如权利要求1到3任何一项所述的隔板,其中,热塑性弹性体(B)存在于聚合物基体中,但纤维中不存在。
8.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,就晶体而言,热塑性弹性体(B)的硬段中的热塑性弹性体为结晶,该硬段的结晶熔点峰值为50至110℃。
9.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,在无定形的情况下,热塑性弹性体(B)的硬段中的热塑性弹性体为非晶形,该硬段的玻璃转化温度为30至110℃。
10.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,热塑性弹性体(B)的熔融流率(MFR)为2.0g/10分钟或以上。
11.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,热塑性弹性体(B)为乙烯/α-烯烃共聚物。
12.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,微孔膜的孔隙度为30%至80%。
13.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,隔板的空气渗透阻力为100至500秒/100ml,条件是空气渗透阻力是通过将实际测量的空气渗透阻力除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量的空气渗透阻力乘以14μm而获得的数值。
14.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,隔板的穿刺强度为400gf或更大,该穿刺强度是通过将实际测量的穿刺强度除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量的穿刺强度乘以14μm而获得的数值。
15.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,
所述微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
16.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,
聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
17.如权利要求1至3任何一项所述的隔板,其中,该隔板包括一个微孔多层膜,其中由聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)组成的微孔膜和以聚乙烯为主要成分的微孔膜层压在一起。
18.如权利要求17所述的隔板,其中,以聚乙烯为主要成分的微孔膜的聚乙烯密度为0.96g/cm3或更大;而以聚乙烯为主要成分的微孔膜的熔融流率(MFR)为0.6g/10分钟或更小。
19.如权利要求17所述的隔板,其中,
隔板不仅包括包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,还包括微孔多层膜。
20.如权利要求1至3任何一项所述的隔板的制备方法,包括以下步骤:
通过圆形模具挤出方法形成原始膜;以及
在加热和拉伸该原始膜之前,对该原始膜退火。
21.如权利要求1所述的隔板,其中,微孔膜以聚烯烃树脂为主要成分;或者
在隔板的穿刺试验中最大穿刺强度状态,隔板具有最大应力穿刺深度4.0mm或以上。
22.如权利要求21所述的隔板,其中,最大应力穿刺深度为5.0mm至20.0mm。
23.如权利要求21所述的隔板,其中,最大穿刺强度为20gf/μm或更大。
24.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜的穿刺强度在穿刺试验的深度-强度曲线中至少有两个最大值。
25.如权利要求24所述的隔板,其中,所述最大穿刺强度是所述深度-强度曲线中所述至少两个最大值的至少之一。
26.如权利要求21所述的隔板,其中,聚烯烃树脂是聚丙烯树脂。
27.如权利要求21所述的隔板,其中,所述微孔膜的熔融流率(MFR)为1.4g/10分钟或更低。
28.如权利要求21所述的隔板,其中,所述微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
29.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜的平均最长孔径为100nm至2000nm。
30.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜的平均最长孔径(a)与垂直于平均最长孔径(a)的孔径(b)的孔径比值(a/b)为1.5至30。
31.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜的最长孔径排列在一个方向上。
32.如权利要求21所述的隔板,其中,最大穿刺强度为50gf/μm或更小。
33.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜包括聚烯烃树脂,以及下列至少其中之一:热塑性弹性体、具有分支链的共聚物体、和具有偶联双键的共聚物。
34.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜包括以下至少一个:
不同于聚烯烃树脂的乙烯/α-烯烃共聚物;
不同于聚烯烃树脂的丙烯/α-烯烃共聚物;
不同于聚烯烃树脂的苯乙烯/烯烃共聚物;和
不同于聚烯烃树脂的聚丙烯弹性体。
35.如权利要求21所述的隔板,其中,微孔膜具有以下区域:
包含聚烯烃树脂的聚合物基体;
纤维,其包含聚烯烃树脂,从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸;和
纤维之间的毛孔。
36.如权利要求1所述的隔板,其中,微孔膜包括:
作为主要成分的聚烯烃树脂;以及
以下中的至少一个:不同于聚烯烃树脂的乙烯/α-烯烃共聚物、不同于聚烯烃树脂的丙烯/α-烯烃共聚物、不同于聚烯烃树脂的苯乙烯/烯烃共聚物、和不同于聚烯烃树脂的聚丙烯弹性体,
微孔膜的平均最长孔径为100nm至2000nm,以及
微孔膜的熔融流率(MFR)为1.4g/10分钟或更低。
37.如权利要求36所述的隔板,其中所述,微孔膜的熔融流速(MFR)为0.1g/10分钟或更大。
38.如权利要求1所述的隔板,其中,该微孔膜以聚丙烯为主要成分,其中,微孔膜具有以下区域:
包含聚丙烯的聚合物基体;
包含聚丙烯并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
微孔膜的孔隙度为30%至80%,并且
隔板的穿刺强度为400gf或更大,前提是穿刺强度是将实际测量的穿刺强度除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量穿刺强度乘以14μm而获得的数值。
39.如权利要求38所述的隔板,其中,隔板的空气渗透阻力为100至500秒/100ml,条件是空气渗透阻力是通过将实际测量的空气渗透阻力除以隔板的厚度,再将隔板的实际测量空气渗透阻力乘以14μm而获得的数值。
40.如权利要求38所述的隔板,其中,穿刺强度为700gf或更小。
41.如权利要求38所述的隔板,其中,所述聚丙烯的熔融流率(MFR)为1.0g/10分钟或更小。
42.如权利要求38所述的隔板,其中,所述聚丙烯的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
43.如权利要求38所述的隔板,其中,所述微孔膜的熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。
44.如权利要求38所述的隔板,其中,所述微孔膜的熔融流率(MFR)为0.1g/10分钟或以上。
45.如权利要求38所述的隔板,包括:
聚丙烯;和
热塑性弹性体,其不含丙烯。
46.如权利要求38所述的隔板,其中,隔板包括微孔多层膜,其中以聚丙烯为主要成分的微孔膜和以聚乙烯为主要成分的微孔膜被层压在一起。
47.如权利要求46所述的隔板,其中,以聚乙烯为主要成分的微孔膜的聚乙烯密度为0.96g/cm3或更大,而以聚乙烯为主要成分的微孔膜的熔融流率(MFR)为0.6g/10分钟或更小。
48.如权利要求46所述的隔板,其中,隔板不仅包括以聚丙烯作为主要成分的微孔膜,还包括微孔多层膜。
49.如权利要求38所述的隔板的制备方法,包括以下步骤:
通过圆形模具挤出法形成包含聚丙烯的原始薄膜;和
在加热和拉伸原始薄膜之前,对原始薄膜进行退火。
50.一种电存储装置的隔板,包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,其中,所述微孔膜具有以下区域:
聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至80:20;
热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向;
所述微孔膜的熔融流率(MFR)为1.5g/10分钟或更低。
51.一种电存储装置的隔板,包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,其中,所述微孔膜具有以下区域:
聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至80:20;
热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向;
聚丙烯树脂(A)的熔融流率(MFR)为1.0g/10分钟或更小。
52.一种电存储装置的隔板,包括含有聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B)的微孔膜,其中,所述微孔膜具有以下区域:
聚合物基体,其包含聚丙烯树脂(A)和热塑性弹性体(B);
包含聚丙烯树脂(A)并从聚合物基体沿微孔膜的加工方向(MD)延伸的纤维;以及
纤维之间的孔隙;
所述热塑性弹性体(B)形成沿MD的长度与沿横向方向(TD)的宽度的比率(MD/TD)为1.5或更大的区域;
所述聚丙烯树脂(A)与所述热塑性弹性体(B)的重量比为99.9:0.1至80:20;并且
热塑性弹性体(B)区域沿微孔膜的MD方向定向。
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