DE69801093T2 - Fünflagiger Batterieseparator - Google Patents

Fünflagiger Batterieseparator

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Description

    Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft einen fünfschichtigen Batterie-Abschaltseparator.
    • Hintergrund der Erfindung
  • Eine Batterie umfasst normalerweise Elektroden, einen Elektrolyten und einen Batterieseparator. Batterieseparatoren befinden sich in einer Batterie zwischen Anode und Kathode, um einen direkten Kontakt zwischen Elektroden entgegengesetzter Polarität zu verhindern und um den Elektrolyten aufzunehmen.
  • In Lithiumbatterien, die in zunehmenden Maße Verbreitung finden, ist das Auftreten von Kurzschlüssen ein Problem, weil es die Neigung aufweist, ein thermisches Durchgehen und sogar eine Explosion zu verursachen. Somit sind Abschaltseparatoren entwickelt worden, um dieses Problem zu bewältigen. Siehe beispielsweise: U. S.-Patent Nr. 4 650 730 und U. S.-Patent Nr. 4 731 304. Ein Batterie-Abschaltseparator ist eine mikroporöse Membran, die ihre Poren bei einer bestimmten Temperatur schließt, die deutlich unterhalb des Schmelzpunkts und/oder Zündpunkts von Lithium liegt, um die negative Auswirkung eines thermischen Durchgehens zu minimieren.
  • Zusätzlich zur Abschaltfunktion sollte ein mikroporöser Abschaltseparator dünn genug sein, um den Raum, den er in der Batterie einnimmt, zu minimieren und den elektrischen Widerstand zu reduzieren. Darüber hinaus muss der Abschaltseparator auch eine ausreichende Festigkeit gegenüber einem Aufspalten und Durchstoßen aufweisen. Diese beiden Attribute sind bei der Handhabung oder Herstellung von wesentlicher Bedeutung.
  • Mikroporöse, aus Polypropylen bestehende Membranen haben gewöhnlich eine höhere Durchstoßfestigkeit, schmelzen aber bei Temperaturen, die zu nahe am Schmelzpunkt von Lithium liegen. Andererseits haben mikroporöse Polyethylen- Membranen gewöhnlich eine niedrige Schmelztemperatur. Ihre Durchstoßfestigkeit ist gewöhnlich aber gering. Somit sind dreischichtige Abschaltbatterien entwickelt worden, die sowohl mikroporöse Polypropylen- als auch mikroporöse Polyethylenmembranen einschließen. Siehe: japanische Patentanmeldungen Nr. 98395/1994 und 98394/1994, beide eingereicht am 20. Mai 1994 von Ube Industries, Ltd. (dreischichtiger Separator von Ube); U. S.-Patent Nr. 5 691 077, Hoechst Celanese Corporation (CELGARD®-Separator); japanische Patentanmeldung Nr. 55550/1995, eingereicht am 15. März 1995 von Nitto Denko Kogyo K. K. (dreischichtiger Separator von Nitto Denko) und die japanische Patentanmeldung Nr. 56320/1995, eingereicht am 15. März 1995 von der Kureha Chemical Industry Co., Ltd. (dreischichtiger Separator von Kureha).
  • Alle obigen Anmeldungen beanspruchen dreischichtige Batterieseparatoren, die zwei Schichten aus einer mikroporösen Polypropylenmembram umfassen, zwischen denen eine Schicht aus einer mikroporösen Polyethylenmembran angeordnet ist. Darüber hinaus offenbaren die Ube-Anmeldungen auch, dass eine poröse Laminatfolie erhalten werden kann, indem eine Laminatfolie aus drei oder mehr abwechselnden Schichten aus Polypropylen und Polyethylen gestreckt wird.
  • Ein Problem mit dreischichtigen Batterieseparatoren besteht darin, dass sie zum Aufspalten, d. h. dem Reißen des Separators bei der Handhabung oder der Batterieherstellung neigen. Aufgespaltene Separatoren sind zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens ineffektiv. Somit ist die Batterie defekt, wenn der Separator sich aufspaltet. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass, wenn Proben dreischichtiger Membranen mit einer Nadel durchstochen werden, die Membranen beginnend in Querrichtung versagen was bedeutet, dass die Tendenz zum Aufspalten auch die Durchstoßfestigkeit vermindert. Daher besteht ein Bedarf an einer Erhöhung der Aufspaltungsbeständigkeit in Abschaltseparatoren.
    • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Diese Erfindung macht einen Batterieseparator mit einer verbesserten Aufspaltungsbeständigkeit und einer verbesserten Durchstoßfestigkeit mit fünf zusammenlaminierten mikroporösen Membranen verfügbar. Die erste, dritte und fünfte Membran sind Festigkeitsschichten und vorzugsweise Polypropylen. Die zweite und vierte Schicht sind Abschaltschichten und vorzugsweise Polyethylen. Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Befund, dass ein fünfschichtiger Separator mit einer Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Konstruktion eine viel höhere Aufspaltungsbeständigkeit als ein dreischichtiger Separator mit einer Propylen-Polyethylen-Polypropylen-Konstruktion derselben Dicke aufweist.
    • Beschreibung der Figuren
  • Für den Zweck der Erläuterung der Erfindung werden in den Zeichnungen verschiedene bevorzugte Aspekte der Erfindung dargestellt; es gilt jedoch als vereinbart, dass diese Erfindung nicht auf die dargestellten präzisen Anordnungen und Hilfsmittel beschränkt ist.
  • Fig. 1 veranschaulicht die Konstruktion des fünfschichtigen Batterieseparators dieser Erfindung.
  • Fig. 2 ist eine schematische Veranschaulichung eines lagentrennenden und zur Bildung einer Fünffachschicht dienenden Aufbaus.
  • Fig. 3 zeigt die Materialführung im Ofen zum Miteinanderverbinden und zum gemeinsamen Spannungsfreimachen der fünfschichtigen Vorstufe.
  • Fig. 4 veranschaulicht die Materialführung im Ofen zum Strecken der miteinander verbundenen und gemeinsam spannungsfrei gemachten fünfstufigen Vorstufe.
    • Beschreibung der Erfindung
  • Die folgende Erfindung wird unten mittels der folgenden ausführlichen Beschreibung und der nicht einschränkenden Beispiele ausführlicher beschrieben.
  • Eine Batterie ist eine elektrochemische Vorrichtung, die durch die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie einen elektrischen Strom erzeugt. Ihre wesentlichen Komponenten sind aus mehr oder weniger elektrisch leitfähigen Materialien bestehende positive und negative Elektroden, ein Separator und ein Elektrolyt. Batterien können entweder primär (nicht-reversibel oder zu entsorgen) oder sekundär (reversibel oder wiederaufladbar) sein. Der Elektrolyt kann wässrig oder nichtwässrig sein. Batterien sind normalerweise entweder spiralförmig aufgewickelt oder prismatisch (rechteckig). Diese Formen weisen auf das Verfahren zu ihrer Herstellung hin. In der vorliegende Erfindung ist die bevorzugte Batterie eine Lithiumbatterie. Die am meisten bevorzugte Batterie ist eine Lithiumionen-Sekundärbatterie.
  • Fig. 1 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Batterie-Abschaltseparators 10, umfassend eine mikroporöse Folie zur Verwendung in elektrochemischen Zellen, z. B. Batterien, insbesondere wiederaufladbaren Batterien wie Lithiumbatterien. Dieser fünfschichtige Separator verfügt über fünf aufeinandergestapelte mikroporöse Membranen. Die erste (12), dritte (16) und fünfte (20) Membran, d. h. die leiden äußeren Schichten und die mittlere Schicht, sind Festigkeitsschichten. Die zweite (14) und vierte (18) Membran sind Abschaltschichten. Die Abschaltschichten sind dazu in der Lage, zu schmelzen und die Poren bei einer Temperatur (Abschalttemperatur) zu füllen, die wesentlich unterhalb des Schmelzpunkts der Festigkeitsschichten liegt. Wenn die Mikroporen somit bei der Abschalttemperatur zusammenfallen, behalten die Festigkeitsschichten im wesentlichen ihre elastische Energie und behalten somit die Unversehrtheit des Separators im Fall eines Kurzschlusses bei und verhindern den Ionenfluss zwischen den Elektroden.
  • Die Festigkeitsschichten können beispielsweise aus einem Polyolefin wie Polypropylen oder einem Blend, das im wesentlichen Polypropylen oder ein Copolymer von Polypropylen umfasst, bestehen. Ein beispielhaftes Polypropylen ist das Harz Fina PP 3271, das von der Fina Oil and Chemical Company, Dallas, TX, kommerziell erhältlich ist. Die Abschaltschichten können aus Polyethylen oder einem Blend, das im wesentlichen Polyethylen oder ein Copolymer von Polyethylen umfasst, bestehen. Ein beispielhaftes Polyethylen ist das Harz Fina HDPE 7208, das von der Fina Oil and Chemical Company, Dallas, IX, kommerziell erhältlich ist. Somit weist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Konstruktion auf. Der Separator hat eine Dicke von weniger als 2 mil (etwa 50 um), vorzugsweise weniger als etwa 1,7 mil (etwa 42 um) und noch mehr bevorzugt eine Dicke von weniger als etwa 1 mil (etwa 25 um). Die Durchlässigkeit des Separators, gemessen nach Gurley, ist niedriger als etwa 50 s und vorzugsweise niedriger als etwa 40 s. Die Durchstoßfestigkeit des Separators ist höher als etwa 4,6 N (470 Pond), vorzugsweise höher als 4,9 N (500 Pond).
  • Der fünfschichtige Batterieseparator gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine verbesserte Durchstoßfestigkeit und Aufspaltungsfestigkeit. Zum Beispiel weist ein 25,4 um (1 mil) dicker dreischichtiger Separator mit einer Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Konstruktion, der durch das Laminieren von PP- und PE- CELGARD®-Membranen hergestellt wird, eine Durchstoßfestigkeit von etwa 4,4 N (450 Pond) auf. Überraschenderweise weist ein fünfschichtiger Separator von 25,4 um (1 mil) gemäß der vorliegenden Erfindung eine Durchstoßfestigkeit von 5,1 N (520 Pond) auf, was um etwa 15% höher als ein Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Separator mit derselben Dicke von 25,4 um (1 mil) ist. Wie ein Fachmann weiß, ist es wichtig, dünne Separatoren zu haben, so dass der elektrische Widerstand über den Separator sowie die Größe der Batterie vermindert werden können. Daher hat diese Erfindung durch die Erhöhung der Aufspaltungsbeständigkeit ohne einen gleichzeitigen Verlust an Dünnheit eine große Bedeutung für die Herstellung von Batterieseparatoren.
  • Der fünfschichtige Separator dieser Erfindung kann mittels eines beliebigen der verschiedenen, allgemein im Fachgebiet bekannten Verfahren zur Herstellung von mikroporösen Folien oder Batterie-Abschaltseparatoren hergestellt werden. Die Festigkeitsschichten und die Abschaltschichten können zusammen extrudiert oder getrennt extrudiert werden. Sie können miteinander verbunden und spannungsfrei gemacht werden, bevor sie in eine poröse Struktur umgewandelt werden. Einzelne Membranen können auch zum fünfschichtigen Separator dieser Erfindung gemacht werden, indem sie porös und anschließend verbunden und spannungsfrei gemacht werden. Die einzelnen Membranen können auch kreuzweise orientiert werden (d. h., siehe U. S.-Patent Nr. 5 667 911).
  • Im Fall der separaten Extrusion wird ein fünfschichtiger Separator vorzugsweise in folgenden Schritten hergestellt: Extrudieren einer nichtporösen Festigkeitsschicht-Vorstufe; Extrudieren einer nichtporösen Abschaltschicht-Vorstufe; Bildung einer nichtporösen fünfschichtigen Vorstufe; Verbinden der fünfschichtigen Vorstufe; Spannungsfreimachen der fünfschichtigen Vorstufe und das Strecken der verbundenen und spannungsfrei gemachten, nichtporösen, fünfschichtigen Vorstufe unter Bildung des mikroporösen fünfschichtigen Batterie- Abschaltseparators.
  • Die Verfahren zum Extrudieren von nicht porösen Vorstufenschichten, die dicker als die Membranen in dieser Erfindung sind, sind - als nicht einschränkende Beispiele - in den U. S.-Patenten Nr.: 3 426 754, 3 558 764, 3 679 538, 3 801 404, 3 801 692, 3 843 761, 3 853 601, 4 138 459, 4 539 256, 4 726 989, 4 994 335 und 5 691 077 offenbart.
  • In den bevorzugten Extrusionsverfahren in der vorliegenden Erfindung (1) wird eine Düsenöffnung von 1,02 mm (40 mil), z. B. eine Düse mit einer Breite von 68,6 cm (27 inch) zur Herstellung der Polypropylen- und Polyethylen-Vorstufen der weniger als 25,4 um (1 mil) dicken Fünffachschicht verwendet, wogegen eine Düsenöffnung von 1,78 mm (70 mil) für die Vorstufen der dickeren Fünffachschichten verwendet wird; (2) liegt die Düsentemperatur zum Extrudieren der Polypropylen-Vorstufe im Bereich von 224ºC (für eine Vorstufe von 9,4 um (0,37 mil)) bis 234ºC (für eine Vorstufe von 6,1 um (0,24 mil)); (3) liegt die Düsentemperatur für Polyethylen-Vorstufen im Bereich von 200ºC (für eine Vorstufe von 9,7 um (0,38 mil)) bis 210ºC (für eine Vorstufe von 5,6 um (0,22 mil)); (4) liegt die Zylindertemperatur im Bereich von 200ºC (für Polyethylen) bis 210ºC (für Polypropylen).
  • Die fünfschichtige Vorstufe kann gemäß der Darstellung in Schema 10, Fig. 2, gebildet werden. Die Polypropylen-Vorstufen 24 werden von den Abwickelstationen 12 und 16 abgewickelt. Die Polyethylen-Vorstufen 26 werden von der Abwickelstation 14 abgewickelt. Mittels einer Abwickelstation werden von jeder Rolle zwei Lagen zugeführt. Die Führungsrollen 22 dienen zur Unterstützung des Auftrennens der Vorstufen in Lagen. Nur eine von der Abwickelstation 16 geförderte Lage wird bei der Bildung der fünfschichtigen Vorstufe verwendet. Die andere Lage wird mittels der Wiederaufwickelstation 18 wieder auf die Rolle aufgewickelt. Die fünfschichtige Vorstufe 20 wird dem nächsten Bearbeitungsschritt (nicht dargestellt) zugeführt.
  • Nach der Extrusion können die nichtporösen Folien vor dem Strecken verbunden und spannungsfrei gemacht werden. Das Miteinanderverbinden und gemeinsame Spannungsfreimachen der dreischichtigen Vorstufe kann in einem Mehrzonenofen 40, Fig. 3, durchgeführt werden, wobei jede Zone dazu in der Lage ist, eine bestimmte Temperatur aufrecht zu erhalten. Das Verbinden dient zum Vereinigen der einzelnen Schichten in den Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Polyethylen-Polypropylen-Vorstufen. Das Verbinden kann bei einer Temperatur im Bereich von 125-135ºC zwischen den Presswalzen 50 erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Verbinden bei einer Temperatur im Bereich von 128-130ºC. Der Schritt des Spannungsfreimachens dient zur Bildung von Kristallstrukturen in den Polymeren, wodurch die Porenbildung im späteren Streckschritt erleichtert wird. Das Spannungsfreimachen wird durch die Temperatur und die Dauer beeinflusst. Das Spannungsfreimachen der fünfstufigen Vorstufe sollte bei Temperaturen im Bereich von 105-135ºC, vorzugsweise von etwa 110-130ºC durchgeführt werden.
  • Nach den Schritten des Verbindens und des Spannungsfreimachens wird die fünfschichtige Vorstufe in einem Mehrzonenofen 40, Fig. 4, gestreckt. Das Strecken der verbundenen und spannungsfrei gemachten fünfschichtigen Vorstufe bewirkt die Bildung von Mikroporen in der Struktur der Separator- Vorstufen. Das Strecken kann mehrere Schritte, z. B. einen Kaltstreckschritt, einen Heißstreckschritt und einen Entspannungs- oder Wärmebehandlungsschritt umfassen. Der Entspannungs- oder Wärmebehandlungsschritt dient zur Verminderung der inneren Spannung innerhalb des Separators und kann entweder mittels eines negativen Streckverhältnisses oder im wesentlichen keiner Zugspannung bei verschiedenen Wärmeprofilen bewerkstelligt werden. Das Strecken kann ein kontinuierlicher Vorgang sein, der in Streckrahmen enthaltenden Öfen durchgeführt wird.
  • Der Kaltstreckschritt kann bei Raumtemperatur und bei einem Streckverhältnis im Bereich von 10-40%, vorzugsweise 15-25%, durchgeführt werden. Der Heißstreckschritt kann bei Temperaturen im Bereich von 110-125ºC, vorzugsweise 115-123 und bei Streckverhältnissen im Bereich von 105-130%, vorzugsweise 110-125% durchgeführt werden. Der Entspannungs- oder Wärmebehandlungsschritt wird bei Temperaturen im Bereich von 110-125ºC und bei einem Streckverhältnis im Bereich von -15% bis 50%, vorzugsweise 115-123ºC und einem Streckverhältnis im Bereich von -20 bis -40% durchgeführt.
  • Nach dem Strecken werden die fünfschichtigen Batterieseparatoren auf die gewünschten Breiten aufgeschnitten und auf Rollen aufgewickelt.
  • Alternativ kann der fünfschichtige Batterieseparator dieser Erfindung durch andere, im Fachgebiet zur Herstellung von zwei- oder dreischichtigen Batterie- Abschaltseparatoren allgemein bekannte Verfahren mit den erforderlichen Modifikationen hergestellt werden. Benötigte Modifikationen sollten für einen Fachmann mit Hinblick auf das oben aufgeführte Verfahren offensichtlich sein. Beispiele für geeignete Verfahren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, (1) das gemeinsame Strecken der verbundenen und spannungsfrei gemachten, getrennt extrudierten, nichtporösen Folien; (2) die Bildung poröser Vorstufen, bevor diese zu fünfschichtigen Separatoren verbunden werden; und (3) das Strecken einer coextrudierten, fünfschichtigen Vorstufe. Diese Verfahren werden in den folgenden Patenten und Patentanmeldungen offenbart: U. S.-Patente Nr.: 4 650 730; 4 471 304; 5 240 655; 5 281491; 5 667 911; 5 565 281; japanische Anmeldungen JP 98394/1994; 98395/1994; 7-56320 und die UK-Anmeldung GB 2298817.
  • Darüber hinaus können kreuzweise orientierte fünfschichtige mikroporöse Membranen mit einer ersten, dritten und fünften mikroporösen Polypropylen- Membran und einer zweiten und vierten Polyethylenmembran auch durch das kreuzweise erfolgende Laminieren der mikroporösen Membranen dergestalt, dass wenigstens eine Schicht relativ zu wenigstens einer anderen Schicht in einem Winkel angeordnet ist, hergestellt werden. Verfahren zur Herstellung von kreuzweise orientierten mikroporösen Batterieseparatoren sind im U. S.-Patent Nr. 5 667 911 offenbart.
  • Die Erfindung wird weiterhin unter Bezugnahme auf die unten angegebenen Beispiele erläutert. In den Beispielen werden folgende Verfahren zum Testen verwendet:
    • Testverfahren
  • Gurley ASTM-D726(B) Der Gurley-Wert ist ein Widerstand gegen den Luftstrom, der als Zeit in Sekunden gemessen wird, in der 10 cm³ Luft unter einem Druck von 31,0 cm (12,2 inch) Wasser durch 6,45 cm² (1 inch²) Produkt geleitet werden.
  • Dicke T411om-83, entwickelt unter der Schirmherrschaft der Technical Association of the Pulp and Paper Industry. Die Dicke wird mittels eines Präzisions-Mikrometers mit runden Backen mit einem Durchmesser von 1,27 cm (1/2 inch) bestimmt, die die Probe mit 48 kPa (7 PSI) berühren.
  • 10 separate, über die Breite der Probe genommene Mikrometer-Messwerte werden gemittelt.
    • Porosität
  • ASTM D-2873
    • Durchstoßfestigkeit
  • Zehn Messungen werden über die Breite des gestreckten Produkts gemacht und gemittelt. Es wird ein LFRA-Texturanalysator von Mitech Stevens verwendet. Die Nadel weist einen Durchmesser Von 1,65 mm und einen Radius von 0,5 mm auf. Die Absenkgeschwindigkeit beträgt 2 mm/s, und der Durchbiegungsbetrag beträgt 6 mm. Die Folie wird in einer Einspannvorrichtung mit einer Mittelöffnung von 11,3 mm festgehalten. Die Auslenkung (in mm) der von der Nadel durchbohrten Folie wurde als Funktion der von der getesteten Folie entwickelten Widerstandskraft (in 0,0098 N (Pond)) aufgezeichnet. Die maximale Widerstandskraft ist die Durchstoßfestigkeit.
    • Abschälfestigkeit
  • Die Abschälfestigkeit wird · mittels einer Zug- und Druckprüfmaschine gemessen, um die Kraft in 0,0098 Newton (Pond) zu bestimmen, die erforderlich ist, um zwei Abschnitte der verbundenen Membran mit einer Breite von 2,54 cm (1 inch) voneinander zu trennen. Die Abschälgeschwindigkeit beträgt 15,24 cm/min (6 inch/min). Drei Messungen werden entlang der Bahn vorgenommen und gemittelt.
    • Schrumpfen
  • Auf der Probe wird in Maschinenrichtung ein Abstand von Li (Li = 9,99 cm) markiert, und dann wird die Probe 1 h lang in einem auf 90ºC eingestellten Konvektionsofen aufgehängt. Nach dem Herausnehmen aus dem Ofen wird der Abstand Lf auf der Probe zwischen den Markierungen gemessen. Das Schrumpfen wird wie folgt berechnet: Schrumpfen (%) = (Li - Lf) · 100/Lf.
    • Beispiel 1
  • Die Polyethylen-Vorstufe wurde aus dem Fina-Harz HDPE 7208 durch eine Düsenöffnung von 1,02 mm (40 mil) extrudiert, die so eingestellt war, dass eine Folie mit einer Dicke von 0,22 mil (etwa 5,5 um) gebildet wurde. Die Polypropylen-Vorstufe wurde aus dem Fina-Harz PP3271 durch eine Düsenöffnung von 1,02 mm (40 mil) extrudiert, die so eingestellt war, dass eine Folie mit einer Dicke von 0,24 mil (etwa 6,0 um) gebildet wurde. Die fünfschichtige Vorstufe wurde gemäß der Darstellung in Fig. 2 gebildet.
  • Das Verbinden und Spannungsfreimachen der Vorstufe wurde wie folgt bewerkstelligt: die Vorstufe wurde gemäß der in Fig. 3 beschriebenen Konfiguration durch den Ofen geführt; der Ofen 40 hatte 4 Zonen. Die Presswalzen 50 befinden sich in Zone 2. Die Zone 2 wurde auf eine Temperatur von 128ºC oder 130ºC eingestellt. Zone 3 und 4 wurden auf eine Temperatur von 110ºC eingestellt. Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 12,2 m/min (40 ft/min). Die fünfschichtige Vorstufe wurde dann unter verschiedenen Bedingungen gestreckt, wodurch der fünfschichtige Separator gebildet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1
  • Hierbei ist σ die Standardabweichung.
    • Beispiel 2
  • Die Polyethylen-Vorstufe wurde aus dem Fina-Harz HDPE 7208 unter Bildung einer Folie mit einer Dicke von 0,38 mil (etwa 9,5 um) extrudiert. Die Polypropylen-Vorstufe wurde aus dem Escorene-Harz PP 4292 unter Bildung einer Folie mit einer Dicke von 0,37 mil (etwa 9,25 um) extrudiert Die fünfschichtige Vorstufe wurde gemäß der Darstellung in Fig. 2 gebildet.
  • Das Verbinden und Spannungsfreimachen der Vorstufe wurde wie folgt bewerkstelligt: die Vorstufe wurde gemäß der in Fig. 3 beschriebenen Konfiguration durch den Ofen geführt; der Ofen 40 der Fig. 3 hat 4 Zonen. Die Presswalzen 50 befinden sich in Zone 2. Die Zone 2 wurde auf eine Temperatur von 128ºC oder 130ºC eingestellt. Die Zonen 3 und 4 wurden auf eine Temperatur von 110ºC eingestellt. Die Vorschubgeschwindigkeit betrug 12,2 m/min (40 ft/min).
  • Die fünfschichtige Vorstufe wurde dann unter verschiedenen Bedingungen gestreckt, wodurch der fünfschichtige Separator gebildet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben. TABELLE 1
  • Hierbei ist σ die Standardabweichung.

Claims (8)

1. Batterieseparator, umfassend:
fünf mikroporöse, aufeinander geschichtete Membranen, wobei die erste, die dritte und die fünfte Membran Festigkeitsschichten sind und die zweite und die vierte Membran Abschaltschichten sind.
2. Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die erste, die dritte und die fünfte Membran Polypropylen sind und die zweite und die vierte Membran Polyethylen sind.
3. Batterieseparator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Separator eine Dicke von nicht mehr als 25,4 um (1 mil) hat.
4. Kreuzweise orientierter, mikroporöser, fünfschichtiger Batterieseparator, umfassend:
fünf mikroporöse, aufeinander gestapelte Membranen, wobei die erste, die dritte und die fünfte Membran Polypropylen sind und die zweite und die vierte Membran Polyethylen sind, wobei die uniaxiale Orientierung wenigstens einer Lage einen Winkel zu der uniaxialen Orientierung wenigstens einer anderen Lage aufweist.
5. Batterie, umfassend eine Anode, eine Kathode, einen Elektrolyten und einen Separator, wobei der Elektrolyt in einem Separator enthalten ist und der Separator so zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist, dass der Elektrolyt sich in Ionenkommunikation zwischen diesem und dem Separator der Ansprüche 1 oder 2 oder 4 befindet.
6. Verfahren zur Herstellung eines fünfschichtigen Separators, umfassend die Stufen des:
Extrudierens einer Polyethylen-Vorstufe;
Extrudierens einer Polypropylen-Vorstufe;
Bildens einer fünfschichtigen Vorstufe, wobei die erste, die dritte und die fünfte Membran Polypropylen-Vorstufen sind und die zweite und die vierte Membran Polyethylen-Vorstufen sind;
gleichzeitigen Verbindens und Spannungsfreimachens der fünfschichtigen Vorstufe unter Bildung einer verbundenen und spannungsfrei gemachten fünfschichtigen Vorstufe;
Streckens der verbundenen und spannungsfrei gemachten, fünfschichtigen Vorstufe und des Bildens des Batterieseparators auf diese Weise.
7. Verfahren zur Herstellung eines fünfschichtigen Batterieseparators, umfassend:
die Bildung von mikroporösen Polypropylenmembranen und mikroporösen Polyethylenmembranen;
das Laminieren der Membranen zu einer fünfschichtigen Vorstufe, wobei die erste, die dritte und die fünfte Membran Polypropylen sind und die zweite und die vierte Membran Polyethylen sind; und
des Verbindens der fünfschichtigen Vorstufe unter Bildung des fünfschichtigen Batterieseparators.
8. Verfahren zur Herstellung eines fünfschichtigen Batterieseparators, umfassend:
das Coextrudieren einer fünfschichtigen Vorstufe, wobei die erste, die dritte und die fünfte Membran Polypropylen-Vorstufen sind und die zweite und die vierte Membran Polyethylen-Vorstufen sind;
das Spannungsfreimachen der fünfschichtigen Vorstufe und das Bilden der mikroporösen Struktur in der spannungsfrei gemachten fünfschichtigen Vorstufe.
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