他性能。
【附圖說明】
[0036] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的擴(kuò)展薄膜電池隔膜的SEM顯微照片。
[0037] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的納米纖維非織造布電池隔膜的SEM顯微照片。
[0038] 圖3和圖4是本發(fā)明的微米纖維/納米纖維非織造布電池隔膜結(jié)構(gòu)的一個(gè)可優(yōu)選 的實(shí)施方式的SEM顯微照片。
[0039] 圖5、6以及7是本發(fā)明的微米纖維/納米纖維非織造布電池隔膜結(jié)構(gòu)的另一個(gè)可 優(yōu)選的實(shí)施方式的SEM顯微照片。
[0040] 圖8表示包含本發(fā)明電池隔膜的本發(fā)明可充電鋰離子電池的分解圖。
[0041] 附圖的詳細(xì)說明和優(yōu)選實(shí)施方式
[0042] 通過結(jié)合下述具有說明性但為非限定性的附圖和示例，詳細(xì)地描述本發(fā)明及其優(yōu) 選實(shí)施方式的所有特征。
[0043] 微米纖維和納米纖維的制造
[0044] 如上所述，微米纖維可以由任意聚合物（或共混聚合物）構(gòu)成，所述聚合物（或共 混聚合物）給予符合電池內(nèi)部條件的合適的耐化學(xué)性、耐熱性，以及在所述范圍內(nèi)形成合 適的纖維結(jié)構(gòu)的能力。這樣的纖維可以進(jìn)一步通過原纖化或類似技術(shù)進(jìn)行處理，增大纖維 自身的表面積，以在非織造物制造過程中促進(jìn)纏繞。這樣的纖維可以由如熔體紡絲、濕法紡 絲、溶液紡絲、熔噴等現(xiàn)有的纖維制造方法制造。此外，這樣的纖維可以以雙成分纖維（如 可分裂纖維（splittable pie fibers)、海島纖維等）開始，通過進(jìn)一步加工減少或改變它 們的尺寸和/或形狀。這樣的纖維可以被切成合適的長(zhǎng)度用于進(jìn)一步加工，該長(zhǎng)度可以小 于50mm，或小于25mm，或甚至小于12mm。這樣的纖維也可制得長(zhǎng)以賦予更好的加工性或更 高的強(qiáng)度，其長(zhǎng)度長(zhǎng)于〇. 5_，長(zhǎng)于Imm或甚至長(zhǎng)于2_。也可以將這樣的纖維原纖化，直至 更小的纖維或有利于形成濕式非織造布的纖維。
[0045] 用于本發(fā)明的納米纖維可以通過幾種現(xiàn)有技術(shù)如海島、離心紡絲、電紡絲、薄膜或 纖維原纖化等制造。Teijin和Hills均在銷售可優(yōu)選的海島納米纖維（Teijin的海島納米 纖維被稱為NanoFront纖維，直徑為500至700nm的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇醋纖維）。Dienes 和FiberRio均在銷售使用離心紡絲技術(shù)來(lái)提供納米纖維的設(shè)備。Xanofi在銷售纖維及使 用高剪切液態(tài)分散體技術(shù)來(lái)制作它們的設(shè)備。duPont所生產(chǎn)的納米纖維態(tài)的聚芳酰胺表現(xiàn) 出優(yōu)異的耐高溫性以及其他尤其優(yōu)選的性能。
[0046] duPont、E-Spin科技生產(chǎn)電紡納米纖維，以及Elmarco銷售用于該目的的設(shè)備。 美國(guó)專利第6, 110, 588、6, 432, 347和6, 432, 532號(hào)中公開了由膜進(jìn)行原纖化而成的納米纖 維，這些整體內(nèi)容通過引用而結(jié)合到本文中。在高剪切、研磨處理下可以這樣由其他纖維制 得原纖化的納米纖維。Engineered Fiber科技以商標(biāo)名EFTEC?銷售由原纖化的纖維素和 丙烯酸纖維制得的納米纖維。任何這樣的納米纖維還可以通過切割和高剪切漿料加工而進(jìn) 一步進(jìn)行加工，分離纖維，從而能夠?qū)ζ溥M(jìn)行濕式非織造物加工。當(dāng)存在所需微米纖維時(shí)， 這樣的高剪切加工可能發(fā)生或不發(fā)生。
[0047] 由原纖化制得的納米纖維通常具有與初始制造的典型納米纖維（例如，海島）不 同的橫寬比。美國(guó)專利第6, 110, 588號(hào)中完全公開了一種這樣的橫寬比，其通過引用而 結(jié)合到本文中。由此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，納米纖維的橫寬比大于1.5:1，優(yōu)選大于 3. 0:1，更優(yōu)選大于5. 0:1。
[0048] 正因如此，尤其優(yōu)選丙烯酸、聚酯和聚烯烴纖維用于該目的，且有可能最優(yōu)選原纖 化丙烯酸纖維。然而，這僅表示用于該目的的可優(yōu)選的聚合物類型，并不限制用于該目的的 可能的聚合物材料或共混聚合物的范圍。
[0049] 圖1以及圖2分別提供了上述的Celgard擴(kuò)展膜材料和duPont納米纖維非織造 電池隔膜材料的典型結(jié)構(gòu)的顯微照片。值得注意的是，Celgard隔膜的膜結(jié)構(gòu)顯示出相似 的孔徑，明顯均通過膜擠出而形成，并且最終表面以相當(dāng)均勻的形式破裂。由于纖維尺寸和 直徑的均勻性是明顯，因此duPont隔膜嚴(yán)格地單獨(dú)由納米纖維制得。關(guān)于該納米纖維的非 織造物結(jié)構(gòu)自身，該隔膜在加工和截面方向的總體拉伸強(qiáng)度，雖然在兩個(gè)方向上大致均勻， 但非常低。因此，雖然可以均勻地處理這樣的材料，但如果將這樣的隔膜導(dǎo)入至電池元件， 則結(jié)果制造商最終必須面對(duì)因整體強(qiáng)度而導(dǎo)致的其他難題。而與此相反，圖1隔膜在相同 方向上顯示出由孔形成的條紋（由此可見是在一個(gè)方向上將膜擠出），提供了極高的加工 方向拉伸強(qiáng)度；令人遺憾的是，相同材料在截面方向上的拉伸強(qiáng)度非常低，從而，如前所述， 對(duì)于實(shí)際應(yīng)用在電池制造業(yè)中而言，是非常困難且令人質(zhì)疑的電池隔膜材料。
[0050] 以顯微照片形式在圖3和4中示出的本發(fā)明的材料具有與這兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品完 全不同的結(jié)構(gòu)。微米纖維與納米纖維初步組合的一個(gè)可優(yōu)選實(shí)施方式是EFTEC? A-010-4 原纖化聚丙烯腈纖維，其具有大量的納米纖維以及剩余的微米纖維。存在于該組合中的所 得納米纖維是由初始的微米纖維的原纖化而產(chǎn)生的。將由這些材料制得的非織造薄片示于 圖3和4中。作為例子，可以將這些纖維用作基體材料，并向其進(jìn)一步添加微米纖維或納米 纖維以控制非織造布的孔徑和其他性質(zhì)，或可以將該材料用作非織造布電池隔膜自身。將 向該薄片添加了附加的微米纖維的例子示于圖5、6和7中。以下示出丙烯酸微/納米纖維 的典型的性質(zhì)。
[0051] 表 1
[0052] 丙烯酸微/納米纖維性質(zhì)
[0053]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種絕緣、非導(dǎo)電性多微孔聚合物電池隔膜，其包含微米纖維與納米纖維交纏而成 的單層，其中，所述電池隔膜在200°C暴露1小時(shí)時(shí)進(jìn)而具有小于5%的收縮率。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維相互纏繞，所述隔膜在各纏繞的 微米纖維之間具有縫隙，并且納米纖維存在于所述縫隙中。
3. 如權(quán)利要求2所述的電池隔膜，其平均流量孔徑為小于2000nm。
4. 如權(quán)利要求2所述的電池隔膜，其平均流量孔徑為小于lOOOnm。
5. 如權(quán)利要求2所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維包含原纖化微米纖維。
6. 如權(quán)利要求5所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維具有大于1000 nm的平均纖維直 徑。
7. 如權(quán)利要求5所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維具有大于3000nm的平均纖維直 徑。
8. 如權(quán)利要求5所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維具有小于1000 nm的平均纖維直 徑。
9. 如權(quán)利要求5所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維具有小于700nm的平均纖維直 徑。
10. 如權(quán)利要求2所述的電池隔膜，其包含橫寬比大于1.5:1的納米纖維。
11. 一種電池隔膜，其包含長(zhǎng)度小于2. 54cm(1英寸）的纖維，該纖維包含至少5%的熱 穩(wěn)定纖維，該熱穩(wěn)定纖維在低于約300°C時(shí)不具有熔點(diǎn)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，且不產(chǎn)生熱降解， 該電池隔膜具有小于2000nm的平均流量孔徑。
12. 如權(quán)利要求11所述的電池隔膜，所述隔膜進(jìn)一步包含微米纖維與納米纖維交纏而 成的單層。
13. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維相互纏繞，所述隔膜在各纏繞 的微米纖維之間具有縫隙。
14. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維包含原纖化微米纖維。
15. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維具有大于1000 nm的平均纖維 直徑。
16. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其中，所述微米纖維具有大于3000nm的平均纖維 直徑。
17. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維具有小于1000 nm的平均纖維 直徑。
18. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維具有小于700nm的平均纖維直 徑。
19. 如權(quán)利要求12所述的電池隔膜，其包含橫寬比大于1. 5:1的納米纖維。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種絕緣(非導(dǎo)電性)多微孔聚合物電池隔膜，其包含微米纖維和納米纖維交纏而成的單層。該隔膜給予通過一張非織造布將孔隙率和孔徑調(diào)節(jié)至任何所期望水平的能力。通過合適地選擇材料和生產(chǎn)工藝，所得電池隔膜展現(xiàn)出各向同性的強(qiáng)度、低收縮率、高潤(rùn)濕性水平以及與層厚度直接相關(guān)的孔徑。整體生產(chǎn)方法高效且成本效率也高，其通過高剪切加工將聚合物納米纖維組合到聚合物微米纖維基體內(nèi)和/或襯底上襯底。本發(fā)明中包含下述全部?jī)?nèi)容：該隔膜、包含該隔膜的電池、制造該隔膜的方法以及在電池裝置中的該隔膜的應(yīng)用方法。
【IPC分類】B29C35-16, D21H13-00, H01M2-16
【公開號(hào)】CN104870156
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380067156
【發(fā)明人】布萊恩·G·莫蘭
【申請(qǐng)人】布萊恩·G·莫蘭
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2013年11月14日
【公告號(hào)】CA2891345A1, EP2919957A1, US20140134496, WO2014078599A1