減少或變化，諸如可分割?yuàn)A層纖維（splittable piefibers)、海島纖維等。這樣的纖維可被切成合適的長度用于進(jìn)一步加工，該長度可小 于50mm，或小于25mm，或甚至小于12mm。這樣的纖維也可制得長以給予更好的加工性或更 高的強(qiáng)度，其長度長于〇. 5_，長于1_或甚至長于2_。這樣的纖維也可原纖化成更小的 纖維或有利地形成濕法非織造布的纖維。
[0042] 用于本發(fā)明的納米纖維可通過幾種現(xiàn)有技術(shù)制造，諸如海島、離心紡絲、電紡絲、 薄膜或纖維原纖化等。Teijin和Hills均為市售可優(yōu)選的海島納米纖維（Teijin的海島 納米纖維銷售時(shí)被稱為NanoFront纖維，直徑為500至700nm的聚對苯二甲酸乙二醇醋纖 維）。Dienes和FiberRio均為使用離心紡絲技術(shù)提供納米纖維的市售設(shè)備。Xanofi是市 售纖維且使用高剪切液態(tài)分散體技術(shù)來制造。由杜邦生產(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，以及其他尤為優(yōu)選的性能。
[0043] 電紡絲納米纖維的生產(chǎn)由杜邦、E-Spin科技來實(shí)施，或由Elmarco在為此目的售 賣的裝置上實(shí)施。美國專利第6, 110, 588、6, 432, 347和6, 432, 532號中公開了從膜進(jìn)行原 纖化的納米纖維，這些專利整體引用于此作為參考。在高剪切、研磨處理下可由其他纖維進(jìn) 行原纖化得到納米纖維。EngineeredFiber科技以商標(biāo)名EFTEC?銷售由原纖化的纖維素 和丙烯酸纖維制造的納米纖維。也可通過切割和高剪切漿料加工來進(jìn)一步加工任何這樣的 納米纖維以分離纖維，從而能夠使其進(jìn)行濕法非織造物加工。在所需的微米纖維存在的情 況下，可發(fā)生或不發(fā)生這樣的高剪切加工。
[0044] 通常，由原纖化制造的納米纖維的橫寬比不同于以典型方式（例如，海島）初始制 造作為納米纖維的橫寬比。美國專利第6, 110, 588號中完整公開了一種這樣的橫寬比，其 整體引用于此作為參考。因此，在一個(gè)優(yōu)選的實(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。
[0045] 正因如此，丙烯酸、聚酯和聚烯烴纖維尤其優(yōu)選用于該目的，可最優(yōu)選原纖化的丙 烯酸纖維。然而，這僅表明用于該目的的潛在優(yōu)選的聚合物類型，而不用于限制用于該目的 的可能的聚合物材料或共混聚合物的范圍。
[0046] 圖1和圖2分別提供了上述Celgard擴(kuò)展膜材料和杜邦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 顯均以相當(dāng)均勻的形式通過膜擠出和最終表面破裂而形成。杜邦隔膜嚴(yán)格地單獨(dú)由納米纖 維制造，這是因?yàn)槔w維大小和直徑的均一性是明顯的。這些納米纖維本身作為非織造結(jié)構(gòu)， 該隔膜在加工和截面方向的總體拉伸強(qiáng)度是非常低的，盡管在兩個(gè)方向上十分均勻。因此， 雖然這樣的材料可被均勻地處理，但如果將這樣的隔膜導(dǎo)入電池，則結(jié)果制造商最終必須 面對因總體強(qiáng)度而導(dǎo)致的其他難題。與此相反，圖1隔膜在相同方向上顯示出由孔產(chǎn)生的 條紋（從而為在一個(gè)方向上擠出膜），提供了極其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，從而如前所述在電池制造業(yè)中實(shí)際使用非常困 難且是令人質(zhì)疑的電池隔膜材料。
[0047] 圖3和圖4中以顯微照片形式給出的本發(fā)明材料具有與這兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品（并 且基于以下實(shí)施例39)完全不同的結(jié)構(gòu)。微米纖維和納米纖維初始組合的一個(gè)潛在優(yōu)選實(shí) 施方式是EFTEC?A-010-4原纖化的聚丙烯腈纖維，其具有大量的納米纖維以及殘留的微米 纖維。存在于這一組合的所得納米纖維來自初始微米纖維的原纖化。由這些材料制造的非 織造薄片示于圖3和圖4。作為例子，這些纖維可被用作基體材料，可向其添加進(jìn)一步微米 纖維或進(jìn)一步的納米纖維以控制非織造布的孔徑和其他性質(zhì)?；蛘撸蓪⑦@樣的材料用作 非織造布電池隔膜本身。圖5和圖6中給出了添加附加微米纖維的這樣的薄片的例子。以 下示出了丙烯酸微米纖維納米纖維的典型性質(zhì)。
[0048] 表 1
[0049] 丙烯酸微米纖維/納米纖維性質(zhì)
[0050]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聚合物電池隔膜，其包含微米纖維和納米纖維的單層非織造組合，其中，所述 隔膜的單層具有纖維長度的雙峰分布，微米纖維的平均長度大于納米纖維的平均長度的五 倍，并且平均流量孔徑小于2000納米即2. O y m。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含纖維單層，所述層包含納米纖維和微米纖 維，所述納米纖維的平均最大寬度小于l〇〇〇nm，所述微米纖維的最大寬度大于3000納米， 并且所述納米纖維與微米纖維相互摻雜以便至少一部分所述納米纖維留在所述微米纖維 之間的縫隙中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，置于隔膜上的電解質(zhì)液滴被吸入隔膜中，吸 入的程度為光譜反射在小于5分鐘的時(shí)間內(nèi)消失。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維為與所述微米纖維相同的材 料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維為與所述微米纖維不同的材 料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，所述納米纖維選自由以下所組成的組：聚芳 酰胺、間芳酰胺、纖維素纖維、聚丙烯酸酯以及它們的任意組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含海島型的納米纖維。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含海島型的微米纖維。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含原纖化的納米纖維。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含原纖化的微米纖維。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，平均流量孔徑小于800nm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其中，厚度小于250微米。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池隔膜，其中，厚度小于100微米。
14. 一種能量存儲裝置，其由兩個(gè)電極、電解質(zhì)和根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜形成，其 中，置放于隔膜上的所述電解質(zhì)的液滴的光譜反射在小于5分鐘的時(shí)間內(nèi)消失。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含至少一種在高溫和/或高壓下流動(dòng)的纖維 以及至少一種在相同溫度和/壓力下不流動(dòng)的纖維。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池隔膜，其包含長度大于0. 5_的微米纖維。
17. -種聚合物電池隔膜，其包含微米纖維和納米纖維的單層非織造組合，其中，所述 隔膜的單層具有纖維直徑的雙峰分布，微米纖維的平均直徑大于納米纖維的平均直徑的三 倍，并且平均流量孔徑小于0. 80 y m。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池隔膜，其中，置于隔膜上的電解質(zhì)液滴被吸入隔膜，吸 入的程度為光譜反射在小于5分鐘的時(shí)間內(nèi)消失。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池隔膜，其包含原纖化的納米纖維。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池隔膜，其包含原纖化的微米纖維。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池隔膜，其中，平均流量孔徑小于800nm。
22. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池隔膜，其包含至少一種在高溫和/或高壓下流動(dòng)的纖 維以及至少一種在相同溫度和/壓力下不流動(dòng)的纖維。
23. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電池隔膜，其包含長度大于0. 5_的微米纖維。
24. -種聚合物電池隔膜，其包含微米纖維和納米纖維的單層非織造組合，其中，所述 隔膜的單層在160°C、1小時(shí)的條件下在加工方向和截面方向的熱收縮率均小于10%，并且 平均流量孔徑小于〇. 80 y m。
25. -種根據(jù)權(quán)利要求24所述的聚合物電池隔膜，其中，所述隔膜在240°C、1小時(shí)的條 件下在加工方向和截面方向的熱收縮率均小于6%。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池隔膜，其中，置于隔膜上的電解質(zhì)液滴被吸入隔膜，吸 入的程度為光譜反射在小于5分鐘的時(shí)間內(nèi)消失。
27. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池隔膜，其包含原纖化的納米纖維。
28. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池隔膜，其包含原纖化的微米纖維。
29. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池隔膜，其中，平均流量孔徑小于800nm。
30. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池隔膜，其包含至少一種在高溫和/或高壓下流動(dòng)的纖 維以及至少一種在相同溫度和/壓力下不流動(dòng)的纖維。
31. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電池隔膜，其包含長度大于0. 5_的微米纖維。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種絕緣(非導(dǎo)電性)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。這樣的隔膜可以通過使用單一非織造布而能夠?qū)⒖紫堵屎涂讖秸{(diào)節(jié)為任何期望的水平。通過適當(dāng)選擇材料和制造工藝，所得電池隔膜展現(xiàn)出各向同性強(qiáng)度、低收縮率、高潤濕性水平，以及與層厚直接相關(guān)的孔徑。整體制造方法效率高，并且通過成本效率高的高剪切加工可以將聚合物納米纖維組合到聚合物微米纖維基體中和/或這樣的基底上。隔膜、含有該隔膜的電池、制造該隔膜的方法和在電池裝置中利用該隔膜的方法，均包含在本發(fā)明中。
【IPC分類】H01M2-14
【公開號】CN104871341
【申請?zhí)枴緾N201380067189
【發(fā)明人】布萊恩·G·莫蘭
【申請人】布萊恩·G·莫蘭
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2013年11月20日
【公告號】CA2891481A1, EP2923394A1, US20140141337, WO2014081876A1