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、筆記本型計算機、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重要的角色。電池隔離膜介于正負極間，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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達20伏特、電流達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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達20伏特、電流達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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達20伏特、電流達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，包括一正極與一負極；一電解液，設(shè)置于該正極及該負極之間；以及一如上述的電池隔離膜，設(shè)置于該正極及該負極之間，以隔離該正極及該負極。
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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達20伏特、電流達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)、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)。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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達20伏特、電流達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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、電壓達20伏特、電流達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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150°C、 電壓達20伏特、電流達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，包括一正極與一負極；一電解液，設(shè)置于該正極及該負極之間；以及一如權(quán)利要求1所述的電池隔離膜，設(shè)置于該正極及該負極之間，以隔離該正極及該負極。
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)生閉孔機制，其中，該場效條件包括溫度大于150℃、電壓達20伏特、電流達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:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院