專利名稱：電池隔離膜及其制造方法、及使用此電池隔離膜的二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及電池隔離膜，且特別是涉及一種場效調(diào)變的電池隔離膜及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，電池也被廣泛應(yīng)用于各個層面，包括如移動電話、數(shù)碼相機(jī)、筆記本型計算機(jī)、甚或是電動車等。因此，電池的需求持續(xù)不斷的成長。然而，在追求電池效能提升的同時，其安全性也日益受到重視。一般電池主要包括正負(fù)極、電解液、隔離膜等部分。通過電極產(chǎn)生的離子，在電解液中流通產(chǎn)生電流，使化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。鋰離子電池因具有高能量密度等優(yōu)點，已成為電動車主要能量來源之一。然而，隨著動力電池能量密度提高，電池輸出功率與尺寸隨之增大，使得電池運作時會產(chǎn)生大量的熱。若無法有效率的將熱能排除，將造成電池溫度上升， 而導(dǎo)致電解液起火爆炸，此為電池安全性的重要疑慮。因此，電池隔離膜在鋰離子電池中扮演相當(dāng)重要的角色。電池隔離膜介于正負(fù)極間，以避免兩電極產(chǎn)生物理性的接觸，而提升其安全性。目前亟需一種具有高孔隙度、熱阻斷性佳、且有場效調(diào)變機(jī)能的電池隔離膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高孔隙度、熱阻斷性佳、且有場效調(diào)變機(jī)能的電池隔離膜。本發(fā)明一實施方式提供一種電池隔離膜，包括一具孔隙的超支化聚合物 (hyper-branched polymer)，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者；以及一多孔結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明另一實施方式提供一種電池隔離膜的制造方法，包括提供一多孔結(jié)構(gòu)膜； 以及將一超支化聚合物涂布在該多孔結(jié)構(gòu)膜上，以形成一電池隔離膜，該電池隔離膜包括具孔隙的該超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者。本發(fā)明又一實施方式提供一種電池隔離膜的制造方法，包括將一多孔結(jié)構(gòu)材料與一超支化聚合物混合，以形成一混合物；以及該混合物進(jìn)行一干式或濕式制程，以形成一電池隔離膜，該電池隔離膜包括具孔隙的該超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一
者ο本發(fā)明又一實施方式提供一種二次電池，包括一正極與一負(fù)極；一電解液，設(shè)置于該正極及該負(fù)極之間；以及一如上述的電池隔離膜，設(shè)置于該正極及該負(fù)極之間，以隔離該正極及該負(fù)極。
本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的電池隔離膜使用一具孔隙的超支化聚合物，因此由于超支化聚合物具有場效作動的性質(zhì)，亦即，電流、電壓、溫度、或光，來控制其自由體積的改變。在溫度升高后，例如達(dá)到200°c以上，可以形成阻絕而完全閉孔的效果，使得電池內(nèi)離子傳輸受到阻隔而減緩或停止，故可避免電池的溫度繼續(xù)上升，且該超支化聚合物本身具有絕佳的絕緣性、耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性，亦有良好的電解液保液能力，對電池的電性能和安全性均有提升的效果。為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說明如下


圖1為在本發(fā)明一實施方式制造電池隔離膜的流程示意圖；圖2為在本發(fā)明另一實施方式制造電池隔離膜的流程示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施方式所形成的二次電池的截面示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施方式的超支化聚合物在不同溫度下的自由體積曲線圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施方式進(jìn)行浸泡沉積披覆方式的示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施方式進(jìn)行原位合成披覆方式的示意圖；圖7A-7B為根據(jù)本發(fā)明一比較例所形成隔離膜在壓合前后的SEM圖；圖8A-8B為根據(jù)本發(fā)明一實施例所形成隔離膜在壓合前后的SEM圖；圖9A-9E為根據(jù)本發(fā)明一實施方式所形成聚合物的TGA圖；其中，主要組件符號說明102、104、106、202、204、206 步驟； 302 正極極板；304 負(fù)極極板；306 隔離膜；502、602 隔離膜放送滾動條；504 超支化聚合物溶液；506、606 紅外光加熱片；508、608 烘干箱；510,610 隔離膜回收滾動條；512、612 滾輪；604 超支化聚合物單體組。
具體實施例方式以下將配合所附附圖詳述本發(fā)明的實施方式，其中同樣或類似的組件將盡可能以相同的組件符號表示。在圖式中可能夸大實施例的形狀與厚度以便清楚表面本發(fā)明的特征。在下文中將特別描述本發(fā)明裝置的組件或與之直接相關(guān)的組件。應(yīng)特別注意的是，未特別顯示或描述的組件可以本領(lǐng)域技術(shù)人士所熟知的各種形式存在。此外，當(dāng)某一層是被描述為在另一層(或基材)”上”時，其可代表該層與另一層(或基材)直接接觸，或兩者之間另有其它層存在。本發(fā)明一實施方式提供一種場效致變的具孔隙的超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者，故可應(yīng)用于電池隔離膜的制造。所形成電池隔離膜的孔隙大小可介于約 0. 2nm至500nm，最佳孔隙范圍在0. 3nm至300歷；孔隙度可約10%至80%，最佳孔隙度為 30%至60%。當(dāng)其轉(zhuǎn)變?yōu)殚]孔結(jié)構(gòu)時，其孔隙縮小約35%至70%，孔隙大小約0. 15nm至200nm，且薄膜上約50%至100%的孔隙皆呈閉孔結(jié)構(gòu)，故可阻擋電池中的離子傳輸。超支化聚合物的定義為一具有支化度(degree of branching, DB)大于0. 5的聚合物，而支化度可由以下的公式計算所得DB = ( Σ D+ Σ Τ)/( Σ D+ Σ L+ Σ T)。其中，DB 支化度、D 樹狀單元(dendritic unit，至少具有三個延伸連結(jié)鍵(linkage bonds)，單元內(nèi)不含任何反應(yīng)性基團(tuán))、L 線性單元(linear unit，單元兩個末端為可延伸的連結(jié)鍵)、T 終端單元(terminal unit，單元含有一個末端連結(jié)鍵和至少一個具反應(yīng)性基團(tuán))。上述超支化聚合物可由一含氮高分子與一具二酮基(diones)化合物反應(yīng)而成，其中該含氮高分子包括胺(amine)、酰胺(amide)、酰亞胺(imide)、馬來酰亞胺 (maleimides)、亞胺(imine)、或前述的組合，該具二酮基(dikitones)化合物包括巴比土酸。應(yīng)注意的是，此處所稱的”含氮高分子”，除了包括數(shù)量平均分子量1500以上的含氮化合物外，亦包括數(shù)量平均分子量200至1500的含氮寡聚物。(Al)上述胺系(amines)的化學(xué)結(jié)構(gòu)為
權(quán)利要求
1.一種電池隔離膜，包括一具孔隙的超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者；以及一多孔結(jié)構(gòu)材料。
2.如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，該多孔結(jié)構(gòu)材料與該具孔隙的超支化聚合物形成一單一膜層。
3.如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，該具孔隙的超支化聚合物為形成在該多孔結(jié)構(gòu)材料上的一涂層。
4.如權(quán)利要求2所述的電池隔離膜，其中該多孔結(jié)構(gòu)材料為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚二氟乙烯、聚苯胺、聚酰亞胺、無紡布、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、或前述的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，其中該超支化聚合物為一含氮高分子與一具二酮基化合物反應(yīng)而成，其中該含氮高分子為胺、酰胺、酰亞胺、馬來酰亞胺、亞胺、或前述的組合，該具二酮基化合物為巴比土酸。
6.如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，還包括一粘結(jié)劑。
7.如權(quán)利要求6所述的電池隔離膜，其中該粘結(jié)劑為聚二氟乙烯、苯乙烯丁二烯橡膠、 聚酰胺、三聚氰胺樹脂、或前述的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，其中該電池隔離膜的孔隙大小介于0.2nm至 500nm;孔隙度為10%至80%。
9.如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，該具孔隙的超支化聚合物在溫度大于70°C時開始縮孔。
10.一種電池隔離膜的制造方法，包括提供一多孔結(jié)構(gòu)膜；以及將一超支化聚合物涂布在該多孔結(jié)構(gòu)膜上，以形成一電池隔離膜，該電池隔離膜包括具孔隙的該超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者。
11.如權(quán)利要求10所述的電池隔離膜的制造方法，該多孔結(jié)構(gòu)膜為聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚酰胺膜、聚氯乙烯膜、聚二氟乙烯膜、聚苯胺膜、聚酰亞胺膜、無紡布、 聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、或前述的組合。
12.如權(quán)利要求10所述的電池隔離膜的制造方法，其中該超支化聚合物為一含氮高分子與一具二酮基化合物反應(yīng)而成，其中該含氮高分子為胺、酰胺、酰亞胺、馬來酰亞胺、亞胺、或前述的組合，該具二酮基化合物為巴比土酸。
13.如權(quán)利要求10所述的電池隔離膜的制造方法，其中在涂布該超支化聚合物之前， 還包括對該多孔結(jié)構(gòu)膜進(jìn)行一濕式表面堿化改性處理或一干式表面等離子體改性處理。
14.如權(quán)利要求10所述的電池隔離膜的制造方法，其中在涂布該超支化聚合物之前， 還包括對該超支化聚合物進(jìn)行一濕式表面堿化改性處理或一干式表面等離子體改性處理。
15.如權(quán)利要求10所述的電池隔離膜的制造方法，還包括在涂布該超支化聚合物之前，將該超支化聚合物與一粘結(jié)劑混合。
16.一種電池隔離膜的制造方法，包括將一多孔結(jié)構(gòu)材料與一超支化聚合物混合，以形成一混合物；以及該混合物進(jìn)行一干式或濕式制程，以形成一電池隔離膜，該電池隔離膜包括具孔隙的該超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、 電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者。
17.如權(quán)利要求16所述的電池隔離膜的制造方法，該多孔結(jié)構(gòu)材料為聚乙烯、聚丙烯、 聚四氟乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚二氟乙烯、聚苯胺、聚酰亞胺、無紡布、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、或前述的組合。
18.如權(quán)利要求16所述的電池隔離膜的制造方法，其中該超支化聚合物為一含氮高分子與一具二酮基化合物反應(yīng)而成，其中該含氮高分子為胺、酰胺、酰亞胺、馬來酰亞胺、亞胺、或前述的組合，該具二酮基化合物為巴比土酸。
19.如權(quán)利要求16所述的電池隔離膜的制造方法，其中在混合之前，還包括對該多孔結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行一濕式表面堿化改性處理或一干式表面等離子體改性處理。
20.如權(quán)利要求16所述的電池隔離膜的制造方法，其中在混合之前，還包括對該超支化聚合物進(jìn)行一濕式表面堿化改性處理或一干式表面等離子體改性處理。
21.如權(quán)利要求16所述的電池隔離膜的制造方法，還包括將該超支化聚合物、該多孔結(jié)構(gòu)材料及一粘結(jié)劑混合。
22.—種二次電池，包括一正極與一負(fù)極；一電解液，設(shè)置于該正極及該負(fù)極之間；以及一如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，設(shè)置于該正極及該負(fù)極之間，以隔離該正極及該負(fù)極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池隔離膜，包括一具孔隙的超支化聚合物，其在一場效條件下產(chǎn)生閉孔機(jī)制，其中，該場效條件包括溫度大于150℃、電壓達(dá)20伏特、電流達(dá)6安培或前述的至少一者；以及一多孔結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明另提供上述電池膜的制造方法，以及包括上述電池隔離膜的二次電池。
文檔編號H01M2/16GK102544413SQ20101062404
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者彭裕民, 楊長榮, 潘金平, 王宗雄 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院