[發明專利]具有良好的機械性能和熱穩定性的微孔聚烯烴膜

有效

• 申請號: 201110299691.6
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN102339965A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 姜貴權;李章源;鄭仁和;李榮根;金容慶
• 申請（專利權）人: SK能源
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;C08J5/18
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 丁香蘭

本申請是申請日為2008年11月28日、申請號為200810179424.3、名稱為“具有良好的機械性能和熱穩定性的微孔聚烯烴膜”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2007年11月28日提交的韓國專利申請第10-2007-0121791號的優先權，在此通過引證引入其全部內容。

技術領域

本發明的示例性實施方式涉及適宜用作電池隔膜的微孔聚烯烴膜及其熱性質。本發明的微孔聚烯烴膜的膜厚為5μm～40μm，孔隙率為30％～60％，滲透率為2.0×10^-5達西～8.0×10^-5達西，由泡點法測定的最大孔徑為至多0.1μm，室溫時穿刺強度為0.20N/μm以上，120℃時穿刺強度為0.05N/μm以上，以經厚度歸一化的外力進行TMA(熱機械分析)時的橫向(TD)最大收縮率為至多0％。

背景技術

微孔聚烯烴膜因其良好的化學穩定性和物性而廣泛用于電池隔膜、分離過濾器和微濾膜等。其中，二次電池隔膜在電池安全要求之外還要求最高等級的品質。近來，隨著二次電池的容量和輸出的提高，關于電池充放電時的隔膜熱穩定性和二次電池的電氣安全的要求變得更加嚴格。在鋰二次電池的情況中，隔膜的熱穩定性較差可能導致隔膜因電池內部的溫度升高而受損，或由此引起電極之間的短路。結果，存在電池過熱或著火的危險。此外，當二次電池的應用延伸至混合動力車和其他領域時，電池在抵抗過度充電方面的安全性成為重要要求。因而，隔膜需要耐受由過度充電產生的電壓。

影響電池熱穩定性的因素包括隔膜的切斷溫度、熔融溫度和橫向(即，與電極/隔膜的卷繞方向垂直的方向)的熔融收縮率、高溫下隔膜的強度等。

切斷溫度是電池內部非正常過熱時隔膜的微孔封閉以切斷電流的溫度。熔融溫度是電池溫度超過切斷溫度時隔膜熔融且電流重新流通的溫度(即，電極之間發生短路的溫度)。為確保電池的熱穩定性，優選的是切斷溫度較低而熔融溫度較高。

橫向熔融收縮率指的是隔膜熔融時發生收縮的程度。如果橫向熔融收縮率較大，則當電池的隔膜在高溫下收縮時電極的邊緣露出，導致電極之間短路和過熱、著火、爆炸等。即使隔膜具有較高的熔融溫度，較高的橫向熔融收縮率也可能導致隨著隔膜熔融時電極的邊緣露出而發生電極間的短路。

為防止由于電池充放電時在電極上生成的枝狀晶體而導致的隔膜在高溫時的損壞以及由此防止電極間的短路，隔膜在高溫下必須具有高強度。隔膜的高溫弱強度可能導致由于隔膜的破裂而造成的短路。在該情況中，由于電極之間短路所致可能發生過熱、著火、爆炸等。

因此，在上述的對于電池的隔膜熱穩定性的要求中，橫向的熔融收縮率和隔膜的高溫強度最為重要，因為這些因素可從根本上防止電極間的短路。

通過增大隔膜的熔融溫度而改善電池熱穩定性的方法包括對隔膜進行交聯、添加無機材料、使用耐熱樹脂等。

在美國專利第6,127,438號和美國專利第6,562,519號中公開了交聯隔膜的方法。根據這些專利，采用電子束照射或化學方法進行膜的交聯。不過，采用電子束照射進行交聯的不利之處在于需要電子束照射裝置、生產率受限以及可能因交聯不均而導致品質不均。此外，化學交聯的不利之處在于擠出和混合過程復雜，極可能發生由交聯不均導致的膜的凝膠化，而且需要長時間的高溫老化。

美國專利第6,949,315號公開了混合UHMW(超高分子量)聚乙烯與5重量％～15重量％的無機物質(如氧化鈦)以改善隔膜熱穩定性的方法。不過，該方法的不利之處在于，UHMW聚烯烴的使用導致擠出載荷增大，混合性能降低，并且因無法充分拉伸而導致生產性降低。而且，無機物質的添加可能導致混合不良以及由此產生的品質不均和產生針孔，或者由于在無機物質和聚合物樹脂之間的界面處的相容性不足而導致膜性能較差。

美國專利第5,641,565號公開了一種混合具有良好耐熱性的樹脂的方法。該方法需要分子量為1,000,000以上的UHMW聚乙烯以避免因聚丙烯等異種樹脂以及無機物質的添加而導致的物性的劣化。此外，因為需要額外的步驟用于無機物質的提取和除去，所以整個工藝較復雜。

除了上述問題之外，前述方法僅僅針對改善隔膜的熔融溫度，而根本沒有考慮橫向熔融收縮或隔膜的高溫強度。因而，這些方法在改善電池的熱穩定性方面存在局限性，而不能廣泛用于商業目的。