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CN1898310A - 由聚烯烃制得的微多孔膜 - Google Patents

由聚烯烃制得的微多孔膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由聚烯烃制得的微多孔膜，其膜厚为1～30μm，孔隙率为30～60％，气体渗透速率为50～250秒/100立方厘米，穿刺强度为3.5～20.0N/20μm，通过泡点法测得的最大孔径为0.08～0.20μm，最大孔径与平均孔径之比(最大孔径/平均粒径)为1.00～1.40。由于由聚烯烃制得的该微多孔膜是高度安全的，同时保持高渗透性，因此其特别用作用于近年来小型的、高容量非水电解液电池的隔离体。

Description

由聚烯烃制得的微多孔膜
技术领域
本发明涉及一种具有良好的渗透性以及优良的强度和安全性的聚烯烃微多孔膜和制备该膜的方法。具体而言，本发明涉及用作电子部件、特别是高容量、长寿命的非水电解液电池用的隔离体的聚烯烃微多孔膜、制备该膜的方法以及非水电解液电池。
背景技术
聚烯烃微多孔膜迄今已经广泛用作微滤膜、电池隔离体或电容器隔离体。特别是近年来经常将其用作锂离子二次电池的隔离体。目前，随着电力消耗的增加，已需要高容量、高功率和长寿命的锂离子二次电池。
在这种情况下，用于锂离子二次电池的隔离体除了使得电池更薄外，还需要具有高渗透性。为了获得高容量电池，有效的是降低电池隔离体的厚度并同时增加用于正极和负极的活性材料量。为了获得高功率电池，必须使离子一起通过电池隔离体。为了使大量离子同时通过电池隔离体，有效的是增加离子所通过的孔的尺寸。
为了获得长寿命电池，要求使得电池隔离体的孔被因重复充电和放电操作导致的杂质阻塞的可能性较小。在具有大孔径的隔离体中，所述孔发生杂质阻塞的可能性较小，以及电池容量降低的可能性较小。电池寿命的一个指标例如是循环性能。文中所用术语“循环性能”是指当重复进行充放电时相对于初始容量的电池容量保持率。循环性能越好，电池寿命越长。
当考虑上述内容时，厚度薄且具有大孔径的微多孔膜可用作具有高渗透性的隔离体。
为了遏制由电池变薄引起的安全性降低，不仅需要改善电池性能，而且还需要电池的高强度和高安全性。文中所用术语“安全性”从两个方面描述。安全性的一个方面是指隔离体的断路性能(とシヤツトダウン)。隔离体的断路性能使得当电池内部过热时隔离体熔化充当涂层以覆盖电池电极，从而切断电流，并且只要涂层稳定存在则可确保电池的安全性。有助于断路性能的一个因素是孔径分布。孔径分布窄的隔离体具有优异的断路性能，这是因为当电池内的温度达到隔离体的熔点时同时发生孔阻塞。
安全性的另一个方面是隔离体的耐电压。耐电压是隔离体从电压角度而言的绝缘性能，其使得隔离体作为电极之间的绝缘体存在而不导致电极间的短路。由于隔离体变得更薄，因此电极间的距离更小。因此，要求隔离体具有较高的耐电压。可以认识到孔径会在很大程度上对耐电压产生影响。非常大孔径部分的存在更可能导致在较低电压时发生短路。
具体而言，在用于高容量锂离子二次电池的隔离体中，要求其厚度降低并且要求其孔径适当大，从而可以保证高渗透性。此外，为了使得隔离体具有高的耐电压和优异的断路性能，需要具有窄孔径分布的微多孔膜。
作为一种制备微多孔膜的方法，相分离方法是众所周知的。在该制备方法中，在高温下将树脂和增塑剂混合成均匀态，然后淬冷以使得树脂相和增塑剂相之间发生相分离，提取并除去增塑剂从而获得微多孔膜，其中所述增塑剂部分是相互连通的孔。
已公开了通过相分离方法制备微多孔膜的技术，以日本专利3347835为代表，其中将聚合物和增塑剂熔融捏合并成型为膜，将聚合物和增塑剂混合物的膜拉伸，并从该膜中提取增塑剂从而获得微多孔膜。其中仅使用聚合物与增塑剂的这种制备方法可以制备高强度的膜；然而，在所得膜中会出现孔径小以及渗透性低的问题。在日本专利2657430中也公开了一种仅使用聚合物与增塑剂的制备微多孔膜的方法，其中要求孔径大并且孔径分布窄的微多孔膜。然而，在通过该专利文献公开的方法制备的微多孔膜中，平均穿透直径和最大粒径使得它们会阻止颗粒通过，并且孔径比通过泡点法(后文详细描述)得到的本发明的孔径小。因此，当这样的微多孔膜用作电池的隔离体时，电池输出功率低，并且电池寿命短。
另一方面，已公开了用于获得具有大孔径和优异渗透性的微多孔膜的技术，其中通过将无机粉末如二氧化硅细粒与聚烯烃树脂和增塑剂一起捏合，并将它们成型为膜，然后从膜中提取增塑剂和无机粉末而获得微多孔膜(例如，参见JB-B-58-19689、日本专利2835365、JP-A-2002-88188和日本专利3121047)。这些技术的优点在于可以通过使用无机粉末容易地获得大孔径的微多孔膜。使用无机粉末从而可以获得大孔径微多孔膜的理由可能如下所述。当熔融混合材料中的聚合物与增塑剂进行相分离时，形成了含有分散在该熔融混合材料中的无机粉末作为核的增塑剂相。因此，含有无机粉末的熔融混合材料使得可提取相(即，含有增塑剂和无机粉末的相)的尺寸较大，从而可以制备大孔径的微多孔膜。
鉴于上述问题，为了获得孔径适度大并且孔径分布窄的微多孔膜，并由此将其用作高容量锂离子二次电池的隔离体，有效的是使用分散于熔融混合材料中并且其粒径保持适当的具有窄粒径分布的无机粉末。
JP-B-58-10689公开了一种使用无机粉末制备的微多孔膜。然而，在该微多孔膜的制备方法中，没有提取无机粉末，并且也没有进行拉伸。因此，所得微多孔膜的厚度总是大，并且其穿刺强度低。日本专利2835365公开了一种制备微多孔膜的方法，其中具有均匀孔径的微多孔膜是通过使用良好分散的疏水性二氧化硅制备的。然而，该专利文献公开的制备微多孔膜的技术是用来制备过滤膜的。因此，所述微多孔膜的厚度大并且穿刺强度低。因此，该微多孔膜不同于本发明涉及的微多孔膜，即用于电子部件的微多孔膜，特别是用作高容量非水电解液电池的隔离体的微多孔膜。
JP-A-2002-88188公开了一种具有大孔径和优异渗透性的微多孔膜，其是通过在提取无机粉末后进行拉伸而制备的。然而，该专利文献公开的技术没有使用具有窄分散粒径分布的无机粉末。此外，由于通过该技术得到的微多孔膜具有宽孔径分布，因此所述膜具有低的耐电压和不良的穿刺强度，并且当厚度降低时其安全性差。
日本专利3121047公开了一种具有窄孔径分布的微多孔膜。该专利文献公开的技术也没有使用具有窄分散粒径分布的无机粉末。通过该技术获得的微多孔膜的厚度大、孔隙率高并且穿刺强度低。此外，该文献中公开的微多孔膜的孔径分布不像本发明所述的那样足够窄。因此，该微多孔膜不同于本发明涉及的微多孔膜，即用作高容量非水电解液电池的隔离体的微多孔膜。
如上所述，尚未获得当隔离体变得更薄时强度和安全性高并且具有高渗透性的用于电子部件的微多孔膜，制备这种微多孔膜的方法，以及使用具有这些特征的隔离体从而具有高容量、长寿命和高安全性的非水电解液电池。
因此，本发明的一个目的在于提供一种具有高渗透性以及高强度和安全性的聚烯烃微多孔膜。本发明的另一个目的在于提供一种用作电子部件、特别是高容量、长寿命的非水电解液电池的隔离体的聚烯烃微多孔膜，以及制备这种微多孔膜的方法。本发明的另一目的是提供一种非水电解液电池。
发明内容
在为了实现上述目的进行大量研究后，本发明人发现具有窄孔径分布同时保持孔径适当并且具有高穿刺强度的聚烯烃微多孔膜当用作隔离体时表现出高渗透性和高安全性。具体而言，该微多孔膜可用作电子部件，尤其是高容量非水电解液电池的隔离体。本发明人还发现，使用具有这些特征的隔离体可以获得高容量、长寿命和高度安全的非水电解液电池。
本发明人还发现，在制备渗透性高、强度高以及安全性优良的聚烯烃微多孔膜的方法中，关键是使用具有窄粒径分布并且在其粒径保持适当的情况下可分散的无机粉末。因而，本发明人完成了本发明。
具体而言，本发明的贡献如下：
(1)聚烯烃微多孔膜，其膜厚为1～30μm，孔隙率为30～60％，气体渗透速率为50～250秒/100立方厘米，穿刺强度为3.5～20.0N/20μm，通过泡点法测得的最大孔径为0.08～0.20μm，最大孔径与平均孔径之比(最大孔径/平均粒径)为1.00～1.40；
(2)根据上述(1)的聚烯烃微多孔膜，其用于电子部件中；
(3)用于非水电解液电池的聚烯烃隔离体，其包含根据上述(1)的聚烯烃微多孔膜；
(4)非水电解液电池，其特征在于使用根据上述(3)的聚烯烃微多孔膜作为隔离体；
(5)制备聚烯烃微多孔膜的方法，其包括：将聚烯烃树脂、增塑剂和无机粉末的混合物在捏合和加热熔融所述混合物的同时成型为片材；分别地从该片材提取并除去所述增塑剂和无机粉末；和至少单轴地拉伸该片材，其中所述无机粉末的平均分散粒径为0.01～5μm，以及95体积％的累积分散粒径与5体积％的累积分散粒径之比为1.0～10.0；
(6)根据上述(5)的方法，其中所述无机粉末是二氧化硅粉末；
(7)根据上述(5)的方法，其中所述无机粉末是通过干法制备的二氧化硅粉末；和
(8)制备用于非水电解液电池的隔离体的方法，其包括：将聚烯烃树脂、增塑剂和无机粉末的混合物在捏合和加热熔融所述混合物的同时成型为片材；分别地从该片材中中提取并除去所述增塑剂和无机粉末；和至少单轴地拉伸该片材以获得聚烯烃微多孔膜，其中上述用于非水电解液电池的隔离体包含使用平均分散粒径为0.01～5μm以及95体积％的累积分散粒径与5体积％的累积分散粒径之比为1.0～10.0的无机粉末制得的聚烯烃微多孔膜。
根据本发明可以提供渗透性、强度和安全性优异的微多孔膜。此外，可以提供用于电子部件中的微多孔膜，尤其是可以提供用于非水电解液电池的聚烯烃隔离体，其可用作高容量、长寿命的非水电解液电池的隔离体。根据本发明的微多孔膜即使当其厚度与常规微多孔膜的厚度相比降低时也可以表现出上述效果。使用这种微多孔膜作为隔离体可以得到高容量、长寿命和高安全性的非水电解液电池。
附图简述
图1是表示具有镍箔的载片的平面图，该箔片在测量熔融温度和短期温度时使用；
图2是用于测量熔融温度和短期温度的仪器的示意图；
图3是表示实施例1和对比实施例1的阻抗转变的图；
图4是实施例1的阻抗的放大图；和
图5是对比实施例1的阻抗的放大图。
发明最佳实施方式
下面将结合优选实施方式来详细描述本发明。
根据本发明，微多孔膜的膜厚为1～30μm，优选1～27μm，更优选1～25μm，甚至更优选1～22μm，最优选1～20μm。如果膜厚小于1μm，则断路时的安全性和机械强度均较差，但是如果膜厚大于30μm，则渗透性降低，从而导致用于高容量电池的次等隔离体。
所述微多孔膜的孔隙率为30～60％，优选35～55％。如果孔隙率低于30％，则渗透性较差，但是如果孔隙率高于60％，则断路时的安全性和机械强度均较差。
所述微多孔膜的气体渗透速率为50～250秒/100立方厘米，优选50～200秒/100立方厘米，更优选50～150秒/100立方厘米。如果气体渗透速率小于50秒/100立方厘米，则断路时的安全性较差，但是如果气体渗透速率高于250秒/100立方厘米，则渗透性较差。
对于20μm的微多孔膜，穿刺强度为3.5～20.0N，优选4.0～20.0N。如果20μm时的穿刺强度低于3.5N，则膜的强度低，膜更易于被撕破，以及膜的安全性较差。
通过泡点法获得的所述微多孔膜的最大孔径为0.08～0.20μm，优选0.09～0.20μm，更优选0.10～0.20μm，最优选0.10～o.15μm。如果最大孔径小于0.08μm，则膜的渗透性较差，但是如果最大孔径大于0.20μm，则膜断路时的安全性和耐电压均较差。
所述最大孔径与平均孔径之比为1.00～1.40。如果该比值大于1.40，则孔径分布宽，孔径不均匀，并且断路时的安全性和耐电压较差。
此外，本发明的微多孔膜在断路期间的温度范围优选7℃或更低，更优选5℃或更低，最优选4℃或更低。从断路时的安全性角度来看，从断路开始到完成电流中断的温度优选为5℃或更低。当所述膜开始熔化时与断路结束之间的温差较小并且其所用的时间较短时可以确保较高的安全性。
作为渗透性的指标，可以使用气体渗透速率与聚合物含量(＝100-孔隙率)之比(即，气体渗透速率/聚合物含量)。所述比例低的微多孔膜具有高渗透性，即使其含有大量聚合物时亦如此，以及所述微多孔膜可以用作渗透性和安全性优良的隔离体。
从渗透性和安全性角度来看，所述气体渗透速率与聚合物含量之比优选为2.5或更低，更优选为2.3或更低，最优选为2.0或更低。
考虑到使用高电压时抑制短路，20μm的耐电压优选为0.8KV或更高，更优选为1.0KV或更高，最优选为1.2KV或更高。
通过以下步骤(a)～(e)说明制备本发明的微多孔膜的方法的一个实例：
(a)在亨舍尔混合器等中混合聚烯烃树脂、增塑剂、无机粉末和添加剂并将该混合物造粒；
(b)在具有安装在其前沿的T型模的挤出机上将步骤(a)中制得的混合物熔融-捏合；
(c)将步骤(b)中获得的捏合材料通过从T型模挤出该捏合材料而成型为片材，用热辊从两侧辊压该挤出材料，然后进行冷却；
(d)从所述片材形式的成型制品中提取并除去增塑剂和无机粉末，然后进行干燥；和
(e)至少单轴地拉伸所述片材形式的成型制品并对其进行热处理。
可以用于本发明制备方法的步骤(a)中的无机粉末的实例包括：二氧化硅、硅酸钙、硅酸铝、氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、高岭土、滑石、氧化钛、碳黑和硅藻土。可以单独使用它们中的每一个或者使用它们中若干个的混合物。优选用于本发明中的无机粉末是二氧化硅、特别优选通过干法制得的二氧化硅。
所述无机粉末的平均分散粒径为0.01～5μm，优选0.05～3μm，更优选0.1～1μm。以二氧化硅为代表的无机细颗粒具有强凝聚力，并且一般形成聚集体。因此，它们以初级颗粒的状态(不形成聚集体的一种细颗粒)存在的可能性较小。文中使用的术语平均分散粒径不是指初级颗粒粒径的平均值，而是指聚集和分散状态下的无机颗粒的粒径的平均值。在细颗粒混合物体系中，重要的是其中细颗粒被分散的状态。如果平均分散粒径小于0.01μm，则在用于制备微多孔膜中时所述细颗粒以过于细小的状态分散。这会导致具有差渗透性的微多孔膜。另一方面，如果平均分散粒径大于5μm，则在用于制备微多孔膜中时所述无机细颗粒在该膜中以过大的状态存在。这会导致具有不均匀结构并且不具有高强度和安全性的微多孔膜。
所述无机粉末的95体积％的累积分散粒径与所述无机粉末的5体积％的累积分散粒径之比(即前者的值/后者的值)为1.0～10.0，优选1.0～7.0，更优选1.0～5.0。术语“5体积％的累积分散粒径”是指在所用的全部无机粉末中从较小粒径到较大粒径积分的颗粒的累积体积比例达到5％时的粒径。同样，术语“95体积％的累积分散粒径”是指在所用的全部无机粉末中从较小粒径到较大粒径积分的颗粒的累积体积比例达到95％时的粒径。所述累积分散粒径之比显示了在测量平均分散粒径时无机细颗粒的分散状态。如果所述无机粉末的累积分散粒径之比大于10.0，则无机颗粒在膜中的分散不均匀，因此膜结构不均一，并且不能获得高强度和安全性的微多孔膜。
下面将描述一种制备作为无机粉末典型实例的二氧化硅粉末的方法。根据所述特征一般将合成二氧化硅粉末的方法分为三大类：干法，其中在100℃或更高的高温下进行合成；湿法，其中硅酸钠、无机酸和盐在水溶液中反应；和气凝胶法，其中硅酸钠和无机酸反应形成二氧化硅凝胶，然后用有机溶剂替换该凝胶中的水，并将所得的有机凝胶在压力下进行热处理。
作为干法，经常使用其中将气化的四氯化硅在空气中燃烧以获得非常细小的二氧化硅颗粒的燃烧法。除了该燃烧法外还有加热法，其中将通过加热石英砂和焦炭而获得的SiO蒸气在空气中氧化，以获得比通过所述燃烧法获得的二氧化硅颗粒更大的二氧化硅颗粒。
作为湿法，可以提及沉降法，其中在改变所述反应溶液的pH至碱性溶液的pH时进行硅酸钠和无机酸的反应，由此提高二氧化硅颗粒的生长速率，使得二氧化硅颗粒聚集成群而沉降；和凝胶法，其中在改变所述反应溶液的pH至酸性溶液的pH时进行硅酸钠和无机酸的反应，由此抑制二氧化硅颗粒的生长速率，并使得二氧化硅颗粒聚集，结果二氧化硅聚集以及所述反应溶液凝胶化。
在本发明中，可以使用由上述任何一种方法合成的二氧化硅；然而，考虑到二氧化硅粉末的分散效果，优选使用由干法合成的二氧化硅。其原因在于，干燥二氧化硅颗粒中的凝聚力比湿润二氧化硅中的凝聚力弱，因此干燥二氧化硅在混合步骤(a)中或者在使用挤出机的熔融-捏合步骤(b)中表现出高分散性。
即使是在凝聚力比干燥二氧化硅更强的湿润二氧化硅中，如果在合成后进行研磨和分级，则可以获得平均分散粒径小并且粒径均匀的二氧化硅。在湿润二氧化硅中，还优选使用所述经研磨和分级的二氧化硅。
还已知具有疏水表面的二氧化硅，其通过对合成二氧化硅的表面进行疏水处理而获得。然而，考虑到膜中的分散性、制备膜期间的处理和成本，优选亲水性二氧化硅。考虑到所用聚烯烃树脂和增塑剂的分散特性，二氧化硅粉末的吸油量优选为100～400ml/100g，更优选为150～300ml/100g。
本发明所用的聚烯烃树脂可以由单独的聚烯烃组成，或者可以是包含若干种聚烯烃的聚烯烃组合物。可用于本发明中的聚烯烃的实例包括：聚乙烯、聚丙烯和聚-4-甲基-1-戊烯。可以以混合物形式使用这些聚烯烃中的两种或更多种。为了实现高渗透性的微多孔膜，优选单独使用聚乙烯。
可用于本发明中的聚乙烯的种类包括：例如，密度大于0.94g/cm3的高密度聚乙烯；密度在0.93～0.94g/cm3范围内的中密度聚乙烯；和密度低于0.93g/cm3的低密度聚乙烯；和线性低密度聚乙烯。为了提高膜强度，优选使用高密度聚乙烯和中密度聚乙烯。可以单独使用高密度聚乙烯或中密度聚乙烯，或者可以使用它们的混合物。
为了实现所述微多孔膜的高强度，优选加入5～90重量％、更优选加入10～80重量％(考虑到成型能力)、特性粘度[η]约为5～20dl/g的超高分子量聚乙烯。为了获得微多孔膜的高渗透性，优选加入10～95重量％的高密度聚乙烯。
就分子量分布而言，也可以使用利用茂金属催化剂制得的具有窄分子量分布的聚乙烯，或者通过两步聚合制得的具有宽分子量分布的聚乙烯。
可用于本发明中的聚丙烯的种类包括：例如，丙烯均聚物、乙烯-丙烯无规共聚物和乙烯-丙烯嵌段共聚物。乙烯在所用聚丙烯总量中的含量优选为1～3mol％，以及所用聚丙烯优选仅由丙烯均聚物组成。所用聚丙烯的[η]优选为1～25dl/g，更优选为2～7dl/g。
可用于本发明中的增塑剂的实例包括：有机酸酯，例如邻苯二甲酸酯如邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二庚酯和邻苯二甲酸二丁酯；己二酸酯和甘油酯；磷酸酯，如磷酸三辛酯；液体石蜡；固体蜡；和矿物油。考虑到与聚乙烯的相容性，优选邻苯二甲酸酯。可以单独使用这些增塑剂的一种，或者可以使用它们的混合物。
就聚烯烃树脂、增塑剂和无机粉末在本发明制备方法中的混合比而言，为了提高所述微多孔膜的强度，聚烯烃树脂在这三种成分总量中的含量优选为10～50重量％，更优选20～40重量％。为了获得该微多孔膜的更好成型能力和合适孔径，增塑剂的含量优选为30～70重量％，更优选为40～60重量％。为了获得该微多孔膜的合适孔径并提高该微多孔膜的强度，无机粉末的含量优选为5～40重量％，更优选为10～30重量％。
除聚烯烃、无机粉末和增塑剂之外，如果需要，可以使用各种添加剂，例如抗氧化剂、抗静电剂、紫外线吸收剂、润滑剂或抗结块剂，只要所述添加不损害本发明效果。
使用例如亨舍尔混合器、V-混合器、Proshear混合器或带式混合器等混合器的常规混合方法可以足以用于混合所述三种成分，即聚烯烃、无机粉末和增塑剂。
在步骤(b)中，用熔融-捏合设备、例如挤出机或捏合机来捏合该混合物。使用T型模通过熔融-成型法将所得的捏合材料成型为片材。在该成型操作中，出于尺寸稳定性的考虑，优选通过齿轮泵进行成型，并且出于尺寸稳定性的考虑，特别优选在保持齿轮泵前的压力恒定的同时进行成型。
步骤(c)可以通过以下方式进行：通过空气的冷却法；一种冷却法，其中将树脂与辊接触，调节该辊的温度至比从T型模挤出的树脂的温度低20～120℃；或者一种冷却法，其中将树脂冷却，同时用砑光辊将树脂压延成型为片材，调节该砑光辊的温度至比从T型模挤出的树脂的温度低20～120℃。从获得厚度均匀的膜的角度考虑，优选采用所述冷却方法，其中将树脂冷却，同时用砑光辊将树脂压延成型为片材，调节该砑光辊的温度至比从T型模挤出的树脂的温度低20～120℃。在这种情况下，当使用所述辊时，优选在保持T型模与辊和片材接触点之间的距离在5～500mm范围内的同时进行成型。可以使用普通热电偶温度计通过将热电偶温度计的末端与被挤出的树脂接触并同时避免所述末端与所述模接触而测量从T型模挤出的树脂的温度。
在步骤(d)中，用溶剂提取膜中的增塑剂和无机粉末。用于提取增塑剂的溶剂的实例包括：例如，有机溶剂，如甲醇、乙醇、甲乙酮和丙酮；酮，如丙酮和甲乙酮；醚，如四氢呋喃；和卤代烃，如二氯甲烷和1，1，1-三氯乙烷。可以单独使用这些溶剂中的任一种，或者可以使用它们的混合物。在提取增塑剂后，提取无机粉末。用于提取无机粉末的溶剂的实例包括碱水溶液，如氢氧化钠和氢氧化钾。
在步骤(e)中，至少单轴地拉伸从中已提取出增塑剂和无机粉末的上述膜。当进行单轴拉伸时，可以使用辊拉伸或者使用拉幅机的拉伸。为了提高微多孔膜的强度并降低其厚度，优选双轴拉伸。另外为了提高微多孔膜的强度并降低其厚度，就面积拉伸率而言所述膜的拉伸率优选为6倍或更大，更优选8倍或更大。当进行双轴拉伸时，可以使用相继双轴拉伸或者同时双轴拉伸。为了获得具有大孔径和高渗透性的微多孔膜，优选使用相继双轴拉伸。在这种情况下，可以拉伸单个膜或者多个叠加的膜。从获得高强度的膜的角度考虑，优选拉伸多个叠加的膜。在拉伸后或者拉伸完成后间隔一段时间可以进行热处理，例如热定形或热松弛。
以下通过实施例来进一步详细描述本发明。
实施例中所用的测试方法如下。
(1)无机粉末的平均分散粒径(μm)
在以下条件下，使用Shimadzu Corporation生产的激光衍射粒径分析仪进行测量。通过测量获得的中值直径被定义为该无机粉末的平均分散粒径。
溶剂：Japan Alcohol Trading生产的工业乙醇，EKINEN F-8
组成：乙醇86.4％，甲醇7.3％，水6.3％
分散条件：暴露在40W超声波下10分钟，同时以200rpm搅拌，然后测量。
二氧化硅的折射率设定值：实部1.40；虚部0
测量温度：25℃
(2)累积分散粒径的比例
该比例是使用(1)中描述的分析仪测得的值由下式计算得到的。
累积分散粒径的比例＝95体积％的累积分散粒径/5体积％的累积分散粒径
(3)吸油量(ml/100g)
根据JIS K5101-1991，使用DOP进行测量。
(4)膜厚(μm)
使用直读式厚度计(OZAKI MFG.CO.，LTD生产的PEACOCKNo.25)进行测量。在每个样品的多个点上进行测量，并将测量的平均值作为膜厚。
(5)孔隙率(％)
取出20cm2的样品，利用样品的体积和质量由下式计算孔隙率。
孔隙率(％)＝[{体积(cm3)-(质量(g)/聚乙烯的密度(g/cm3))}/体积(cm3)]×100％
(6)气体渗透速率(秒/0.1dm3)
根据JIS p-8177，使用Gurley型气体渗透速率测试仪进行测量。
(7)穿刺强度(N)
最大穿刺载荷(N)是使用KATO TECH CO.，LTD生产的便携式加压测试仪KES-G5，在以下条件下通过进行穿刺试验测得的：针尖的曲率半径为0.5mm，并且穿刺速度为2mm/sec。通过测量值乘以20(μm)/膜厚(μm)获得20μm的穿刺强度。
(8)最大孔径(通过泡点法测得)(μm)
最大孔径是根据ASTM E-128-61使用乙醇中的泡点值计算得到的。
(9)平均孔径(通过半干法)(μm)
平均粒径是根据ASTM F-316-86使用乙醇计算得到的。
(10)孔径比
孔径比是使用(8)和(9)中确定的最大孔径和平均孔径由下式确定的。
孔径比＝最大孔径(μm)/平均孔径(μm)
(11)电阻(Ωcm2)
使用Ando Electric Co.，LTD制造的LCR meter AG-43和图1所示的电池，通过施加1kHz的交流电测量电阻，并由下式计算电阻。
电阻(Ωcm2)＝(当膜存在时的电阻-当膜不存在时的电阻)×0.785
测量条件如下。
电解液：1mol/L高氯酸锂在碳酸亚丙酯和二乙氧基乙烷(50/50体积％)混合物中的溶液，电极：铂黑，电极板的面积：0.785cm2，极间距离：3mm
(12)断路期间的温度(℃)
如图1所示，制备两个10μm厚的镍箔片材(A、B)，将一个镍箔片材A固定于载片上，并用聚四氟乙烯带遮掩，其10mm×10mm的正方部分未被遮掩。
如图2所示，将另一个镍箔片材B置于与热电偶相连的陶瓷板上。在其上粘有镍箔片材B的陶瓷板上放置微多孔膜，作为待测量的样品，该微多孔膜预先在特定电解液中浸入3小时。然后，按顺序放置其上粘有镍箔片材的载片和硅橡胶。
然后将上述陶瓷板放到热板上，并通过液压机在1.5MPa压力下以15℃/min的速率加热。测量加热期间的阻抗变化，同时施加1kHz的交流电1V。
使用上述测量如下获得断路速度。通过在横轴绘出温度并在纵轴绘出Log(阻抗)而制图，在阻抗为100Ω的点画出该曲线的切线，并用切线与1Ω和1000Ω相交的点确定断路期间的温度。
断路期间的温度(℃)＝切线与1000Ω相交的温度(℃)-切线与1Ω相交的温度(℃)
特定电解液的组成如下。
溶剂组成(体积比)：碳酸亚丙酯/碳酸亚乙酯/δ-丁内酯＝1/1/2
电解液组成：将LiBF4溶于上述溶剂中，使得浓度为1mol/L，然后加入磷酸三辛酯，使得浓度为0.5重量％。
(13)特性粘度(dl/g)
作为原料的聚烯烃的特性粘度[η]和膜的特性粘度[η]是根据ASTMD4020通过测量135℃下十氢化萘溶剂中的特性粘度[η]而测定的。
(14)微多孔膜的耐电压(KV)
将微多孔膜放在直径为4cm的铝电极之间，并向它们施加15g载荷。将微多孔膜与铝电极一起连接到KIKUSUI ELCTRONICS CORP.生产的耐电压测试仪(TOS9201)上以测量耐电压。在以1.0KV/sec速率施加交流电压(60Hz)的同时进行测量，将发生短路时的电压定义为微多孔膜的耐电压的测量值。20μm的耐电压是通过将该测量值乘以20(μm)/膜厚(μm)而确定的。
(电池的评价)
为了评价电池，如下制备电池和电解液。
正极的制备
将作为正极活性材料的100重量份的锂钴混合氧化物LiCoO2、作为导电剂的2.5重量份片状石墨和2.5重量份乙炔黑以及作为粘合剂的3.5重量份聚偏二氟乙烯分散到N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，以制备浆液。用模涂布机将该浆液涂布于待成为阳极电流集电极的20μm厚铝箔的两侧，在130℃干燥3分钟，然后用辊压设备进行压制成型。进行涂布使得用于阳极的该活性材料的量为250g/m3，并且该活性材料的堆密度为3.00g/cm3。将涂有该活性材料的铝箔剪切成电池宽度的带状物。
负极的制备
将作为负极活性材料的90重量份的石墨化的基于中间相沥青的碳纤维(MCF)和10重量份片状石墨、作为粘合剂的1.4重量份的羧甲基纤维素铵盐和1.8重量份苯乙烯-丁二烯共聚物乳液分散到纯化的水中，以制备浆液。用模涂布机将该浆液涂布于待成为阴极电流集电极的12μm厚铜箔的两侧，在120℃干燥3分钟，并用辊压设备进行压制成型。进行涂布使得用于负极的该活性材料的量为106g/m2，并且该活性材料的堆密度为1.35g/cm3。将涂有该活性材料的铜箔剪切成电池宽度的带状物。
非水电解液的制备
非水电解液是通过将作为溶质的LiPF6溶解于碳酸亚乙酯∶碳酸乙基甲基酯＝1∶2(体积比)的混合溶剂中而制得的，使得LiPF6浓度为1.0mol/L。
(15)电池的耐电压(KV)
制备将待评价的微多孔膜隔离体、带状正极和带状负极，如下制备电极板的层状结构：按带状负极、一个隔离体、带状正极和另一个隔离体的顺序将它们叠置，并将叠置的材料螺旋弯曲数次。将该电极板层状结构压至平坦，并将其装入铝容器中，从阳极电流集电极引出铝导线，并将其焊接到电池杯上，同时从阴极电流集电极中引出镍导线，并将其焊接到所述容器底部以制备卷体(電池捲回体)。
在与(14)中相同的条件下测量该卷体的耐电压，并将其定义为电池的耐电压。
(16)循环性能
通过将上述非水电解液注入(15)中制备的卷体中并将开口密封而制备锂离子电池。
在25℃温度下，通过施加1A充电电流将电池充电到4.2V，并通过施加1A放电电流放电至3V。将该充电-放电操作作为循环，并重复该循环。将500次循环后的电池容量与初始容量之比(容量保持率)定义为循环性能。
[实施例1]
将20重量％的二氧化硅粉末A(通过干法制备，平均分散粒径为0.25μm，95体积％的累积分散粒径为0.45μm，5体积％的累积分散粒径为0.15μm，累积分散粒径之比为3.0，吸油量为240ml/100g，并且初级粒径为12nm(见表1))、19.2重量％超高分子量聚乙烯([η]为7.0dl/g)、12.8重量％的高密度聚乙烯([η]为2.8dl/g)和48重量％的磷酸二辛酯(DOP)混合并造粒。然后用配备有T型模的双螺杆挤出机将造粒后的混合物捏合并挤出成90μm厚的片材。用二氯甲烷从该成型片材中提取并除去DOP，并用氢氧化钠另外提取并除去二氧化硅粉末，从而制备微多孔膜。将两片微多孔膜片材叠置，在于110℃加热的同时纵向拉伸4.5倍，并且在于130℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质如表2所示。膜断路期间测得的温度图示于图3、4中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[实施例2]
将两片用与实施例1相同方式制得的、其中二氧化硅粉末已经被提取的膜片材叠置，在于115℃加热的同时纵向拉伸5.0倍，并在于133℃加热的同时横向拉伸2.2倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例3]
将两片用与实施例1相同方式制得的、其中二氧化硅粉末已经被提取的膜片材叠置，在于117℃加热的同时纵向拉伸6.0倍，并在于135℃加热的同时横向拉伸2.5倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例4]
将20.6重量％的与实施例1中所用相同的二氧化硅粉末A、10.2重量％超高分子量聚乙烯([η]为11.5dl/g)、10.2重量％的高密度聚乙烯([η]为1.8dl/g)、13.6重量％的线性低密度聚乙烯([η]为1.8dl/g)和45.4重量％的DOP混合并造粒。然后用配备有T型模的双螺杆挤出机将造粒后的混合物捏合并挤出成90μm厚的片材。用二氯甲烷从该成型片材中提取并除去DOP，并用氢氧化钠另外提取并除去二氧化硅粉末，从而制备微多孔膜。将两片微多孔膜片材叠置，在于115℃加热的同时纵向拉伸4.5倍，在于120℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例5]
将20.6重量％的与实施例1所用相同的二氧化硅粉末A、3.4重量％超高分子量聚乙烯([η]为11.5dl/g)、6.8重量％超高分子量聚乙烯([η]为7.0dl/g)、10.2重量％的低密度聚乙烯([η]为3.8dl/g)、13.6重量％的线性低密度聚乙烯([η]为1.8dl/g)和45.4重量％的DOP混合并造粒。然后用配备有T型模的双螺杆挤出机将造粒后的混合物捏合并挤出成90μm厚的片材。用二氯甲烷从该成型片材中提取并除去DOP，并用氢氧化钠另外提取并除去二氧化硅粉末，从而制备微多孔膜。将两片微多孔膜片材叠置，在于115℃加热的同时纵向拉伸5.0倍，在于120℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[实施例6]
将两片用与实施例5相同方式制得的、其中二氧化硅粉末已经被提取的膜片材叠置，在于115℃加热的同时纵向拉伸5.5倍，在于122℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例7]
将20.6重量％的与实施例1所用相同的二氧化硅粉末A、10.2重量％超高分子量聚乙烯([η]为5.5dl/g)、10.2重量％的低密度聚乙烯([η]为3.8dl/g)、13.6重量％的线性低密度聚乙烯([η]为1.8dl/g)和45.4重量％的DOP混合并造粒。然后用配备有T型模的双螺杆挤出机将造粒后的混合物捏合并挤出成90μm厚的片材。用二氯甲烷从该成型片材中提取并除去DOP，并用氢氧化钠另外提取并除去二氧化硅粉末，从而制备微多孔膜。将两片微多孔膜片材叠置，在于115℃加热的同时纵向拉伸5.0倍，在于120℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例8]
用与实施例5的相同方式制备微多孔膜，除了使用通过干法制备的二氧化硅粉末B，其平均分散粒径为0.30μm，95体积％的累积分散粒径为0.50μm，5体积％的累积分散粒径为0.13μm，累积分散粒径之比为3.8，吸油量为220ml/100g，并且初级粒径为20nm(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[实施例9]
将20重量％通过干法制得并用二甲基二氯硅烷进行疏水化的二氧化硅粉末C(平均分散粒径为0.27μm，95体积％的累积分散粒径为0.55μm，5体积％的累积分散粒径为0.16μm，累积分散粒径之比为3.4，吸油量为280ml/100g，并且初级粒径为12nm(见表1))、19.2重量％超高分子量聚乙烯([η]为7.0dl/g)、12.8重量％的高密度聚乙烯([η]为2.8dl/g)和48重量％的磷酸二辛酯(DOP)用Henschel混合机进行混合。然后用双螺杆挤出机将该混合物捏合并挤出，冷却，并用造粒机将其造粒为粒状材料。
用与实施例1相同的方式，用配备有T型模的双螺杆挤出机将该粒状材料捏合并挤出成90μm厚的片材。用二氯甲烷从该成型片材中提取并除去DOP，并用氢氧化钠另外提取并除去二氧化硅粉末，从而制备微多孔膜。将两片微多孔膜片材叠置，在于110℃加热的同时纵向拉伸4.5倍，在于130℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例10]
用与实施例1相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得、研磨并分级的二氧化硅粉末D，其平均分散粒径为0.60μm，95体积％的累积分散粒径为0.85μm，5体积％累积分散粒径为0.42μm，累积分散粒径之比为2.0，吸油量为200ml/100g，并且初级粒径为15nm(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[实施例11]
用与实施例5相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得、研磨并分级的二氧化硅粉末E，其平均分散粒径为0.80μm，95体积％的累积分散粒径为2.38μm，5体积％的累积分散粒径为0.49μm，累积分散粒径比为4.9，吸油量为200ml/100g，并且初级粒径为15nm(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[实施例12]
将两片用与实施例11相同方式制得的、其中二氧化硅粉末已经被提取的膜片材叠置，在于115℃加热的同时纵向拉伸5.5倍，在于122℃加热的同时横向拉伸2.0倍。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例13]
用与实施例7相同的方式、使用与实施例11相同的二氧化硅粉末E制备微多孔膜。所得膜的物理性质示于表2中。
[实施例14]
用与实施例5相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得、研磨并分级的二氧化硅粉末F，其平均分散粒径为1.70μm，95体积％的累积分散粒径为4.32μm，5体积％的累积分散粒径为0.64μm，累积分散粒径之比为6.8，吸油量为200ml/100g，并且初级粒径为15nm(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。
[对比实施例1]
用与实施例1相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得的二氧化硅粉末G，其平均分散粒径为7.10μm，95体积％的累积分散粒径为10.10μm，5体积％的累积分散粒径为2.5μm，累积分散粒径之比为4.0，吸油量为190ml/100g，并且初级粒径为20nm(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。该膜的断路期间测量的温度图示于图3、5中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[对比实施例2]
用与实施例1相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得的二氧化硅粉末H，其平均分散粒径为2.08μm，95体积％的累积分散粒径为6.40μm，5体积％的累积分散粒径为0.48μm，累积分散粒径之比为13.3，吸油量为220ml/100g，并且初级粒径为15nm (TOSOH SILICACORPORATION生产的Nipsil N-41)(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。
[对比实施例3]
用与实施例5相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得的二氧化硅粉末I，其平均分散粒径为0.71μm，95体积％的累积分散粒径为14.14μm，5体积％累积分散粒径为0.49μm，累积分散粒径之比为28.9，吸油量为240ml/100g，并且初级粒径为20nm(TOSOH SILICACORPORATION生产的Nipsil LP)(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[对比实施例4]
用与实施例5相同的方式制备微多孔膜，除了使用通过湿法制得的二氧化硅粉末J，其平均分散粒径为5.32μm，95体积％的累积分散粒径为16.26μm，5体积％的累积分散粒径为0.49μm，累积分散粒径之比为33.2，吸油量为240ml/100g，并且初级粒径为16nm(TOSOH SILICACORPORATION生产的Nipsil VN)(见表1)。所得膜的物理性质示于表2中。
[对比实施例5]
将60重量％超高分子量聚乙烯([η]为13.1dl/g)和40重量％高密度聚乙烯([η]为2.8dl/g)用滚筒式混合器进行干混。将45重量％所得的聚乙烯混合物与55重量％的液体石蜡用配备有T型模的双螺杆挤出机捏合并挤出成1850μm厚的胶状片材。
然后将该胶状片材放入同时双轴拉幅机拉伸设备中，并在于115℃加热的同时以7×7的拉伸比进行双轴拉伸。随后，将拉伸后的片材在二氯甲烷中充分浸渍，以提取并除去液体石蜡，由此制备微多孔膜。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
[对比实施例6]
将2重量％超高分子量聚乙烯([η]为7.0dl/g)、13重量％高密度聚乙烯([η]为3.6dl/g)和85重量％的液体石蜡进行混合，将混合物加入高压釜中，并在200℃搅拌90分钟，从而获得聚合物溶液。将该聚合物溶液用与对比实施例3相同的方式以5×5的拉伸比进行双轴拉伸，从而获得已经从其中提取出液体石蜡的膜。然后将该膜在95℃加热的同时横向拉伸1.5倍。所得膜的物理性质示于表2中。另外使用该膜进行电池评价。电池评价结果也示于表2中。
                                         表1
                               二氧化硅粉末的特性
  平均分散粒径(μm)   95vol％的累积分散粒径(μm)   5vol％的累积分散粒径(μm)   累积分散粒径之比(-) 吸油量(ml/100g) 初级粒径(nm)
  二氧化硅A   0.25   0.45   0.15   3.0   240   12
  二氧化硅B   0.30   0.50   0.13   3.8   220   20
  二氧化硅C   0.27   0.55   0.16   3.4   280   12
  二氧化硅D   0.60   0.85   0.42   2.0   200   15
  二氧化硅E   0.80   2.38   0.49   4.9   200   15
  二氧化硅F   1.70   4.32   0.64   6.8   200   15
  二氧化硅G   7.10   10.10   2.50   4.0   190   20
  二氧化硅H   2.08   6.40   0.48   13.3   220   15
  二氧化硅I   0.71   14.14   0.49   28.9   240   20
  二氧化硅J   5.32   16.26   0.49   33.2   240   16
表2
  所用的二氧化硅                                                                   微多孔膜的特性         电池性能
膜厚(μm) 孔隙率(％) 气体渗透速度(秒/100cc) 20μ的穿刺强度(N) 最大孔径(μm) 平均孔径(μm) (最大/平均)孔径比(-) 电阻(Ω·m2) SD同温度(℃) 特性粘度(dl/g) 20μ的耐电压(KV) 循环性能(％) 耐电压(V)
  实施例1   A   18   46   100   4.8   0.134   0.098   1.37   0.9   2.5   4.9   1.35   90   1.25
  实施例2   A   15   45   95   5.3   0.137   0.101   1.36   0.8   3.0   4.9   1.40   -   -
  实施例3   A   10   44   80   6.0   0.122   0.095   1.28   0.8   4.0   4.9   1.50   -   -
  实施例4   A   20   46   110   4.5   0.134   0.097   1.38   0.9   3.0   4.5   1.35   -   -
  实施例5   A   18   45   110   4.7   0.128   0.099   1.29   0.9   2.0   4.5   1.40   90   1.30
  实施例6   A   15   43   100   5.2   0.125   0.098   1.28   0.8   3.0   4.5   1.50   -   -
  实施例7   A   18   45   80   4.1   0.130   0.105   1.24   0.8   2.0   3.6   1.45   -   -
  实施例8   B   18   45   110   4.6   0.132   0.100   1.32   0.9   2.0   4.5   1.35   90   1.20
  实施例9   C   18   46   120   4.8   0.126   0.093   1.36   0.9   2.5   4.9   1.35
  实施例10   D   18   47   95   4.5   0.146   0.104   1.40   0.9   3.0   4.9   1.30   90   1.20
  实施例11   E   18   45   105   4.6   0.138   0.100   1.38   0.9   2.5   4.5   1.30   90   1.20
  实施例12   E   15   44   95   5.1   0.135   0.103   1.31   0.8   3.0   4.5   1.35   -   -
  实施例13   E   18   45   100   4.3   0.138   0.102   1.35   0.9   2.0   3.6   1.30   -   -
  实施例14   F   18   46   80   40   0.150   0.108   1.39   0.8   4.0   4.5   1.20   -   -
  对比实施例1   G   18   52   50   3.2   0.223   0.150   1.49   0.7   10.5   4.9   0.70   90   0.60
  对比实施例2   H   18   49   95   3.5   0.176   0.100   1.76   1.1   9.0   4.9   1.00   -   -
  对比实施例3   I   18   48   90   3.4   0.163   0.105   1.55   0.9   7.5   4.5   1.00   90   0.80
对比实施例4 J 18 51 80 3.3 0.186 0.112 1.66 1.0 8.0 4.5 0.70 - -
  对比实施例5   -   20   43   350   4.5   0.06以下   0.05以下   -   1.2   3.0   4.9   1.30   60   1.20
  对比实施例6   -   15   55   180   3.0   0.06以下   0.05以下   -   1.1   3.0   5.1   1.20   70   1.05
工业实用性
根据本发明，渗透性优异、高强度和安全性的薄聚烯烃微多孔膜优选用于电子部件，特别是作为非水电解液电池的隔离体。该微多孔膜特别适于用作要求厚度薄的高容量非水电解液电池的隔离体。使用该微多孔膜作为隔离体可以获得具有高容量、长寿命和高安全性的非水电解液电池。

Claims (8)

1、聚烯烃微孔膜，其膜厚为1～30μm，孔隙率为30～60％，气体渗透速率为50～250秒/100立方厘米，穿刺强度为3.5～20.0N/20μm，通过泡点法测得的最大孔径为0.08～0.20μm，最大孔径与平均孔径之比(最大孔径/平均孔径)为1.00～1.40。
2、根据权利要求1的聚烯烃微孔膜，其用于电子部件中。
3、用于非水电解液电池的聚烯烃隔离体，其包含根据权利要求1的聚烯烃微孔膜。
4、非水电解液电池，其特征在于使用根据权利要求3的聚烯烃微孔膜作为隔离体。
5、制备聚烯烃微孔膜的方法，其包括：将聚烯烃树脂、增塑剂和无机粉末的混合物在捏合和加热熔融所述混合物的同时成型为片材；分别地从该片材提取并除去所述增塑剂和无机粉末；和至少单轴地拉伸该片材，其中所述无机粉末的平均分散粒径为0.01～5μm，以及95体积％的累积分散粒径与5体积％的累积分散粒径之比为1.0～10.0。
6、根据权利要求5的方法，其中所述无机粉末是二氧化硅粉末。
7、根据权利要求5的方法，其中所述无机粉末是通过干法制得的二氧化硅粉末。
8、制备用于非水电解液电池的隔离体的方法，其包括：将聚烯烃树脂、增塑剂和无机粉末的混合物在捏合和加热熔融所述混合物的同时成型为片材；分别地从该片材提取并除去所述增塑剂和无机粉末；和至少单轴地拉伸该片材以获得聚烯烃微孔膜，其中用于非水电解液电池的隔离体包含使用平均分散粒径为0.01～5μm以及95体积％的累积分散粒径与5体积％的累积分散粒径之比为1.0～10.0的无机粉末制得的聚烯烃微孔膜。
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