[發明專利]微米或納米纖維結構或其纖維復合結構

有效

• 申請號: 201210566525.2
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103862752A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 陳琬琡;鄭淑蕙;邢榮慶;韓姿嫻;李明龍
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: B32B17/04
• 分類號: B32B17/04;H01M2/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

【技術領域】

本發明涉及一種纖維結構，且特別是涉及一種可應用于電池隔離膜的微米或納米纖維結構及其纖維復合結構。

【背景技術】

未來電動車及攜帶式電子產品若搭配極薄化的動力電池，其特殊薄型化及高性能的隔離膜需求量將會急遽增加。根據全球車用動力電池市場規模與未來預測，預計2013年成長至5.62億平方米，在價格上則預估2013年將到達2.2元美金/平方米，未來若電動車市場快速成長，隔離膜的性能將因車用市場需求特性與生產規模影響發展。

目前市面上動力電池隔離膜的產品是以多孔膜為主，通過熔融拉伸、涂布干燥或熱壓合等方式形成薄型單層或多層薄膜。以應用為鋰電池的隔離膜產品為例，如美國的Celgard公司和日本Ube公司所提出的隔離膜，利用熔融拉伸法，形成多孔性隔離膜，厚度<20um，其技術手段是高分子聚合物熔體擠出時在拉伸應力下結晶，形成垂直于擠出方向而又平行排列的片晶結構，并經過熱處理得到硬彈性材料。聚合物膜拉伸后片晶之間分離而形成狹縫狀微孔，再經過熱定型制得微孔膜；此法存在孔徑及孔隙率(Porosity)較難控制的缺點，而且由于只進行縱向拉伸，膜的橫向強度較差。如日本AsahiKasei、Tonen、Mitsui?Chemicals等公司，利用熱致相分離法，形成多孔性隔離膜，厚度<20um，其技術手段是在高溫下將聚合物溶于高沸點、低揮發性的溶劑中形成均相液，然后降溫冷卻，導致溶液產生液-固相分離或液-液相分離，再選用揮發性試劑將高沸點溶劑萃取出來，經過干燥獲得一定結構形狀的高分子微孔膜；此法雖較Celgard制法易控制孔徑、孔徑分布和孔隙率，但制備過程中需要大量的溶劑，其技術手段相對復雜。

另外，日本的帝人公司、Vilene公司利用復合材料與造孔劑，形成的多孔性隔離膜(PET纖維無紡布)厚度<30μm，其孔徑尺寸是由造孔劑控制，平均孔徑>5um。日本三菱公司是利用不同粗細纖維形成隔離膜(PET纖維無紡布)，其厚度<30um，孔徑尺寸是由復合條件控制，平均孔徑>10um。德國Degussa公司是利用單纖網成型紡絲技術做支撐材(PET纖維無紡布)，再涂布無機粉體形成隔離膜，厚度<20um，其存在孔徑及孔隙率較難控制的缺點，而且由于只進行縱向拉伸，膜的橫向強度較差，再者孔徑尺寸是由無機粉體的量與粘結劑(binder)控制，孔徑>5um。該經由拉伸或添加無機粉體等現有制造方式，雖有各自的優缺點，但是所形成的孔洞都具有孔徑較大(在5μm以上)等問題，應用作為動力電池隔離膜時，隔離電池正負極的能力較差，會降低動力電池的性能表現。

因此，如何制作出可因應需求發展及低成本化，隔離效果又良好的動力電池隔離膜，為相關技術業者努力目標之一。

【發明內容】

有鑒于上述課題，本發明提供純微米纖維或納米纖維結構，和微米納米纖維復合結構，可應用于電池隔離膜。

根據本發明的一方面，提出一種用于電池的纖維復合結構，包括微米纖維網，由多個微米纖維交錯形成，該微米纖維的直徑大于等于1μm；納米纖維網，由多個納米纖維交錯形成于微米纖維網上，該納米纖維的直徑小于1μm；纖維混合層，位于納米纖維網與微米纖維網之間，纖維混合層包括交織(interweaved)的部分納米纖維與部分微米纖維；以及樹脂，至少含浸纖維混合層以及微米纖維網的部分微米纖維。一實驗例中，纖維復合結構的孔隙率至少45％，可達80％。

根據本發明的又一方面，提出一種用于電池的微米纖維結構，包括微米纖維網和樹脂，該微米纖維網由多個微米纖維交錯形成，該微米纖維的直徑大于等于1μm，該微米纖維含浸樹脂后造孔，該微米纖維隔離膜的孔徑介于1nm-500nm。一實驗例中，平均孔徑例如介于100nm~350nm；另一實驗例中，平均孔徑例如是100nm至300nm。

根據本發明的再一方面，提出一種用于電池的納米纖維結構，包括納米纖維網，由多個納米纖維交錯形成，該納米纖維的直徑小于1μm，該納米纖維復合隔離膜的孔徑介于1nm-500nm。一實驗例中孔徑例如介于10nm-500nm，平均孔徑介于100~350nm。

為讓本發明的上述內容能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下：

【斧頭說明】

圖1為Celgard-2320與實施例的單層纖維和纖維復合結構(實驗例2、5、11)在電壓3.65V進行全電池測試的結果。