專(zhuān)利名稱：具有抗靜電性能的電池隔膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有抗靜電性能的電池隔膜。
背景技術(shù)：
用作電池(例如充電鋰電池)隔膜的微孔聚烯烴薄膜上的靜電荷常會(huì)引起種種問(wèn)題。首先，在隔膜的制造過(guò)程中，靜電荷會(huì)將沾染物移向或吸引到薄膜上。這些沾染物會(huì)在薄膜上形成瑕疵如斑點(diǎn)，針孔等。而且，在多層薄膜層合過(guò)程中，沾染物會(huì)被夾在層間，這又會(huì)使薄膜產(chǎn)生缺陷。第二，在電池制造過(guò)程中，薄膜上的靜電荷會(huì)將沾染物吸入陽(yáng)極/隔膜/陰極結(jié)構(gòu)(凝膠卷筒形或棱柱形)中，從而會(huì)使電池發(fā)生故障。這些故障中最值得注意的是會(huì)引起內(nèi)電路短路。就電池的制造來(lái)說(shuō)，制造電池所處的干燥(即低濕度)環(huán)境中所產(chǎn)生的靜電荷，會(huì)引起很?chē)?yán)重的問(wèn)題。因此，應(yīng)當(dāng)避免采用帶靜電荷的微孔聚烯烴膜作為電池隔膜。
過(guò)去，通過(guò)在聚烯烴薄膜中加入吸濕劑或者在聚烯烴薄膜上施加吸濕劑的方法而使靜電荷散失。雖然這類(lèi)吸濕劑具有良好的散失靜電荷的作用，但它們不能應(yīng)用在電池如充電鋰電池的隔膜中，因?yàn)檫@種電池必須避免水分。或者，通過(guò)在薄膜中添加碳而使靜電荷散失。然而，由于碳是導(dǎo)體，會(huì)引起陽(yáng)極與陰極之間短路，因而也應(yīng)避免使用。
通過(guò)向隔膜添加半導(dǎo)體材料(P型導(dǎo)體(電子導(dǎo)體)或N型導(dǎo)體(空穴導(dǎo)體))或極化子(電子跳躍)材料來(lái)降低靜電荷是可能的。P型導(dǎo)體(電子導(dǎo)體)或N型導(dǎo)體(空穴導(dǎo)體)材料的實(shí)例包括(但不受此限制)氧化物、Fe2O3、SiO2、GaAs、氮化物、GeO、Ge、Si、P、B。極化子(電子跳躍)材料是能攜帶極化子的極性介質(zhì)，其實(shí)例是離子晶體(如NaCl、KCl、RuCl等)。
此外，在由多層薄膜制成的電池隔膜中采用導(dǎo)電材料(如碳)也是可能的。其中多層薄膜是三層薄膜，導(dǎo)電材料添加在三層的兩外層中，而中心層作為絕緣層。
最后，不是所有的抗靜電劑都可簡(jiǎn)便地添加至形成為薄膜的樹(shù)脂中，或涂敷在微孔薄膜上的，這是因?yàn)槟切┛轨o電劑會(huì)對(duì)薄膜的微孔性質(zhì)產(chǎn)生不利的影響的。
因此，需要一種既具有良好的抗靜電性能又具有良好的微孔性能的電池隔膜。

發(fā)明內(nèi)容
一種電池隔膜，該電池隔膜包含具有0.1-50重量％的包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物的微孔聚烯烴薄膜。在這種電池隔膜中，聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯以及它們的混合物和它們的共聚物。優(yōu)選的聚烯烴是聚乙烯、聚乙烯的混合物和聚乙烯的共聚物，或聚丙烯、聚丙烯的混合物和聚丙烯的共聚物，并含有低于或等于5重量％的嵌段共聚物。在本發(fā)明電池隔膜中，微孔薄膜可具有任何厚度，孔隙率為10-90％，孔徑為0.005微米-1.5微米。
具體實(shí)施例方式
一種電池隔膜，該電池隔膜包含具有包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物的微孔聚烯烴薄膜。這種隔膜的細(xì)節(jié)將在下面加以詳細(xì)說(shuō)明。
微孔聚烯烴薄膜(也稱為微孔膜)是眾所周知的。該薄膜可購(gòu)自Celgard Inc.of Charlotte，North Carotina，USA(CELGARD膜，單層和三層膜)；Tonen Chemical Co.of Tokyo，Japan；Asohi Kasei of Tokyo，Japan(HIPORETM)以及Ube Industries of Tokyo，Japan(U-PORETM)。這類(lèi)膜可通過(guò)“干拉伸”(或Celgard)法或“濕”(或反相)法制得，或通過(guò)微粒拉伸法制得。
聚烯烴薄膜選自(但不受此限制)聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯，它們的混合物以及它們的共聚物。優(yōu)選的聚烯烴是聚乙烯、聚乙烯的混合物和聚乙烯的共聚物。更優(yōu)選的聚烯烴是聚丙烯、聚丙烯的混合物和聚丙烯的共聚物。
用作本發(fā)明電池隔膜的微孔薄膜可具有任何厚度。通常，許多隔膜的厚度不大于200微米。對(duì)于個(gè)人用電子器件的電池來(lái)說(shuō)，厚度不大于80微米的隔膜與厚度不大于50微米的隔膜有同樣好的效果。盡管厚度為25微米或25微米以下的隔膜是優(yōu)選的。
上述微孔膜的孔隙率通常為10％-90％，優(yōu)選的孔隙率為20％-80％。這些膜的孔徑為0.005微米-1.5微米，而0.01微米-1.0微米是優(yōu)選的。
通常，微孔聚烯烴薄膜含有0.1重量％-50重量％的包括聚醚酯酰胺的嵌段共聚物。將含有0.2-45重量％的包括聚醚酯酰胺的嵌段共聚物的微孔聚烯烴薄膜用在微孔膜中會(huì)有很好的效果。一般來(lái)說(shuō)，微孔聚烯烴薄膜含有0.25重量％-30重量％包括聚醚酯酰胺的嵌段共聚物。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，雖然較大量的包括聚醚酯酰胺嵌段共聚物的含量在較低范圍20％，23％，25％，28％和較高范圍50％，48％，45％，40％，35％，30％(重量)時(shí)都具有良好的抗靜電性能，但對(duì)薄膜的其它性能卻有不利的影響。當(dāng)包括聚醚酯酰胺的嵌段共聚物的用量等于或低于15％時(shí)，總體性能是比較好的。嵌段共聚物的優(yōu)選用量為低于或等于聚烯烴重量的5％。嵌段共聚物的更優(yōu)選用量為基于聚烯烴重量計(jì)5重量％。出乎意料的是，這種嵌段共聚物的含量為所用聚烯烴重量的4％或以下，3％或以下和20％或以下時(shí)，其效果也都是很好的。
本發(fā)明的聚醚酯酰胺單體優(yōu)選包含由(1)含有羧酸基團(tuán)端單元、數(shù)均分子量為200-5000的聚酰胺低聚物和(2)含32-60氧亞乙基單元的氧烷基化雙酚化合物衍生的縮合物。在這類(lèi)聚醚酯酰胺中，羧酸基團(tuán)是由己二酸、癸酸、對(duì)苯二甲酸、間苯二甲酸或3-磺基間苯二甲酸堿金屬鹽衍生的。聚醚酯酰胺中的氧烷基化雙酚化合物包括氧烷基化亞烷基雙酚。聚醚酯酰胺單體是由Sanyo Chemical Industries，Ltd.，Kyoto，Japan制造的，在美國(guó)可以商標(biāo)Pelestat從Tomen America Inc.，購(gòu)得。
微孔薄膜可由一層或多層相同或不同的材料制成。當(dāng)采用一層以上材料時(shí)，優(yōu)選的是將各層層合在一起。各層的層合方法包括(但不受此限制)層壓、熱壓粘合、粘合以及用一種或多種粘合劑的粘結(jié)。摻混有嵌段共聚物的三層聚烯烴薄膜具有良好的抗靜電性能，這種聚烯烴薄膜的一個(gè)實(shí)例是聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層薄膜。
該電池隔膜可由多層薄膜制成，其中包含嵌段共聚物的薄膜處在所述多層薄膜的最外層，或者所有各層都包含嵌段共聚物。
當(dāng)電池隔膜用薄膜是三層薄膜時(shí)，所述三層薄膜中的最外層采用嵌段共聚物時(shí)有很好的效果。然而，對(duì)于多層薄膜來(lái)說(shuō)，所有各層中都可采用嵌段共聚物。
本發(fā)明的電池隔膜可適用于鋰離子充電電池。鋰離子充電電池是一種由陽(yáng)極、陰極、隔膜和電解質(zhì)構(gòu)成的、包裹在剛性(如金屬)的密封外殼中或柔性金屬箔中的呈圓柱形或棱柱形電池。
權(quán)利要求
1.一種電池隔膜，該電池隔膜包含具有包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物的微孔聚烯烴薄膜。
2.一種電池隔膜，該電池隔膜包含一種微孔聚烯烴薄膜；所述微孔聚烯烴薄膜還包含0.1重量％-50重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
3.權(quán)利要求2的電池隔膜，其中所述聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、它們的混合物以及它們的共聚物。
4.權(quán)利要求2的電池隔膜，其中所述微孔薄膜的孔徑為0.005-1.5微米。
5.一種電池隔膜，該電池隔膜包含選自聚乙烯、聚乙烯的混合物、聚乙烯的共聚物、聚丙烯、聚丙烯的混合物、聚丙烯的共聚物、聚丁烯、聚丁烯的混合物、聚丁烯的共聚物、聚甲基戊烯、聚甲基戊烯的混合物、聚甲基戊烯的共聚物以及它們的混合物的微孔聚烯烴薄膜；所述微孔聚烯烴薄膜的孔隙率為10-90％；和所述微孔聚烯烴薄膜還包含低于或等于15重量％的包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
6.一種電池隔膜，該電池隔膜包含選自聚乙烯、聚乙烯的混合物、聚乙烯的共聚物、聚丙烯、聚丙烯的混合物、聚丙烯的共聚物的微孔聚烯烴薄膜；所述微孔聚烯烴薄膜的厚度不大于200微米，孔隙率為10-90％；和所述微孔聚烯烴薄膜還包含低于5重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
7.權(quán)利要求6的電池隔膜，其中所述微孔膜的孔徑為0.005-1.5微米。
8.權(quán)利要求6的電池隔膜，其中包括聚醚酯酰胺單體的所述嵌段共聚物的含量為4重量％或以下。
9.一種電池隔膜，該電池隔膜包含含低于或等于5重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物的微孔聚烯烴薄膜。
10.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、它們的混合物以及它們的共聚物。
11.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述聚烯烴是聚乙烯、聚乙烯的混合物以及聚乙烯的共聚物，并含低于5重量％的嵌段共聚物。
12.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述聚烯烴是聚丙烯、聚丙烯的混合物以及聚丙烯的共聚物，并含低于5重量％的所述嵌段共聚物。
13.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述聚烯烴是聚丙烯、聚丙烯的混合物以及聚丙烯的共聚物，并含低于或等于4重量％的所述嵌段共聚物。
14.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述微孔薄膜的厚度不大于200微米，孔隙率為10-90％，孔徑為0.005微米-1.5微米。
15.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述薄膜是多層薄膜，所述嵌段共聚物處于所述多層薄膜的最外層。
16.權(quán)利要求9的電池隔膜，其中所述薄膜是三層薄膜，所述嵌段共聚物處于所述三層薄膜的最外層。
17.一種多層電池隔膜，該隔膜包含微孔聚烯烴薄膜內(nèi)層，所述微孔聚烯烴薄膜選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、它們的混合物以及它們的共聚物；微孔聚烯烴薄膜外層，所述微孔聚烯烴薄膜選自聚乙烯、聚乙烯的混合物、聚乙烯的共聚物、聚丙烯、聚丙烯的混合物、聚丙烯的共聚物、聚丁烯、聚丁烯的混合物、聚丁烯的共聚物、聚甲基戊烯、聚甲基戊烯的混合物、聚甲基戊烯的共聚物以及它們的混合物；和所述微孔聚烯烴薄膜外層還包含0.1重量％-50重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
18.權(quán)利要求17的多層電池隔膜，其中所述微孔聚烯烴薄膜內(nèi)層包含0.1重量％-50重量％的包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
19.一種三層電池隔膜，該隔膜包含微孔聚烯烴薄膜內(nèi)層，所述微孔聚烯烴薄膜選自聚乙烯、聚乙烯的混合物、聚乙烯的共聚物、聚丙烯、聚丙烯的混合物、聚丙烯的共聚物、聚丁烯、聚丁烯的混合物、聚丁烯的共聚物、聚甲基戊烯、聚甲基戊烯的混合物、聚甲基戊烯的共聚物以及它們的混合物；兩微孔聚烯烴薄膜外層，所述微孔聚烯烴薄膜選自聚乙烯、聚乙烯的混合物、聚乙烯的共聚物、聚丙烯、聚丙烯的混合物、聚丙烯的共聚物、聚丁烯、聚丁烯的混合物、聚丁烯的共聚物、聚甲基戊烯、聚甲基戊烯的混合物、聚甲基戊烯的共聚物以及它們的混合物；和所述兩微孔聚烯烴薄膜外層還包含0.1重量％-50重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
20.權(quán)利要求19的三層電池隔膜，其中所述微孔聚烯烴薄膜內(nèi)層包含0.1重量％-50重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
21.權(quán)利要求19的三層電池隔膜，其中所述微孔聚烯烴薄膜外層包含低于5重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
22.權(quán)利要求19的三層電池隔膜，其中所述微孔聚烯烴薄膜外層包含20重量％-50重量％包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物。
23.權(quán)利要求19的三層電池隔膜，其中所述微孔薄膜的厚度不大于200微米，孔隙率為20-80％，孔徑為0.005微米-1.5微米。
全文摘要
一種電池隔膜，該電池隔膜包含具有0.1重量％－50重量％的包括聚醚酯酰胺單體的嵌段共聚物的微孔聚烯烴薄膜。在該電池隔膜中，聚烯烴選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、它們的混合物以及它們的共聚物。優(yōu)選的聚烯烴選自聚乙烯、聚乙烯的混合物和聚乙烯的共聚物，或聚丙烯、聚丙烯的混合物和聚丙烯的共聚物，該聚烯烴還含低于或等于5重量％嵌段共聚物。在本發(fā)明的電池隔膜中，通常，微孔薄膜的厚度不大于200微米，孔隙率為10－90％，孔徑為0.005微米－1.5微米。
文檔編號(hào)H01M2/16GK1694280SQ200510065688
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者張正銘, K·V·恩谷彥 申請(qǐng)人:思凱德公司