TW200411966A - A separator - Google Patents

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200411966 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電池隔離膜，尤其係關於一種納米 網電池隔離膜。 【先前技術】 一般來說’電池係通過接觸電位差將化學能轉化成電 月&的裝置’其可分為許多類別。按技術可分為電化學電 池、燃料電池與太陽能電池，其中電化學電池又可分為不 能充電的原電池與可充電的二次電池。 在一次電池中，隔離膜為二次電池的重要組成部份， 其連接並隔開正極與負極，其係電子的絕緣體，但允許離 子遷移通過。隔離膜性能的優劣決定著電池容量、循環 性、充放電電流密度等關鍵特性，因此性能優異的隔離膜 對於提南電池綜合性能具有重要作用。 兀 目别笔池隔離膜以聚烯烴（p〇ly〇lehn)較為常見，^ f 是^ 苯乙烯（P〇lyStyrene)、聚乙烯（p〇lyethylene)與 聚丙烯（？〇17?1*〇1)7161^)，但是由於聚烯烴本身的性質， 例如毒，、易燃性等對環境產生不可避免的污染，而且在 製造聚苯乙烯隔離膜時需要將含有聚苯乙烯之有機溶 ΐ i這些蒸發掉的有機溶劑又由於毒性與易燃性等加i二 %境的>5染。同時聚烯烴構成的隔離膜是疏水性雞 /合於電解液與電極活性材料，從而該材料的隔離雷經 液的吸液量低，限制離子的遷移，不利於電池的大 放電；同時聚烯炉证s从>、， ^ ^ ^ 、电 充 能量密度。 ^，表 低，影響電池的 200411966 五、發明說明（2) 有鑑於此，提供一種對環境無污染、親水性與高能量 密度之電池隔離膜，實為必要。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種無毒、高電荷密度、高穴 密度、高能量密度與親水性之電池隔離膜。 本發明電池隔離膜，其包括^個膜層，每一層膜層由 複數分子層構成’每一分子層包括複數碳原子與鋰離子， 其f碳原子與鐘離子以懸浮鍵相連，相鄰鋰離子形成複數 正二，形單元，碳原子位於正三角形單元的中心。n為5至 20 ’母一層膜層厚度為5〇〇 nm至500 //m，且正三角形單 元邊長為25 nm至100 nm。 與先前技術相比，本發明電池隔離膜材料有碳，所以 該隔離膜具有親水性，吸液量大，利於離子的遷移，同時 由於構成分子層的正三角形單元邊長為納米尺寸，有複數 納米孔，形成納米網，所以該電池隔離膜穴密度高，比表 面積大，對電解液的吸附量大，單位面積上電荷較多，有; 利於’離子的遷移與輸運，提高離子的電導率與該電池隔 膜的能量密度。 【實施方式】 請參閱第一圖，本發明電池隔離膜1為層狀結構，該 電池隔離膜由碳原子2與鋰離子3構成，其由n個膜層1〇^ 成’膜層1 0之間可通過黏結劑層1 2黏在一起。η的數值μ 圍為η = 5〜20，其最佳數值為η = 1〇。每一層膜層厚产為 5 0 0 ηπι至50 0 /zm，該膜層厚度最佳為1〇〇 隔離 200411966 五、發明說明（3) 膜最佳厚度為lmm。 八第二圖’膜層10由複數分子層〗4構成，而每 刀子層〗4由複數碳原子2與鋰離.子3構成， 二一 過凡德瓦爾力相互連接。構成分子層“的每：二4:間通 為SP2雜化，碳，子2之門并；出山山1 2均 肩子广盘甘^原子間成共價鍵連接在一起。史 子心：::f碳原子形成碳碳鍵外…亦可與其他原子“ =個正三角形…6，碳原子2 離子3二成_ 子中二。每個正三角形單元16頂角為電性相同—的：離 單所=形單元16彼此分開-= J為5“"：形成複數；3 = 電池隔離膜丨。 〇田此侍到納米網狀 可以理解的是本發明可 — 電池隔離膜材料A # 抓用其他貝施方式，本發明 盆中石^ ^為反’其中的碳原子形成複數碳六元環， ’: 火，、凡壤對角線長度為50 nm〜2〇〇 nm，石山丄 線長度最佳為100 nm。 2〇〇 nm，奴六元環對角 因為隔離膜1材料包含右 性，對電解液&哄1曰/所以該隔離膜具有親水 孔18，形成納乎網祕 邊長為納米尺寸，有複數納米 密产I^ 、，未、、周，所以該電池隔離膜穴密度高，1穴 么度不小於40%，高的穴宓洚道從斗+上 又阿，其八 "'解液的吸附量大，電池隔離膜單位面積

的比表面積，對恭鯭^沾度¥致该電池隔離膜1具有大 第7頁 200411966 五、發明說明（4) 上電荷較多 率，同時由 具有高的能 本發明 化石夕、二氧 或者碳、矽 綜上所 出專利申請 舉凡熟悉本 效修飾或變 於有=離子的遷移與輪運，提高離子的電導 旦您& *朕早位面積上電荷較多，所以其 ^ 'I二赫/、施夏密度不小於500 WH/L。 料不限於碳，其可為石夕、鍺、破 、鍺之二二2化％之複合物、碎與鍺之複合物 鍺之摻雜物。 述惟本：：：已符合發明專利要件，表依法提 案技蓺述者僅為本發明之較佳實施例， 化，；ΐΐί，在援依本案發明精神所作之等 白應包含於以下之申請專利範圍内。 第8頁 200411966 圖式簡單說明 【圖示簡單說明】 第一圖係本發明電池隔離膜之立體示意圖。 第二圖係構成本發明電池隔離膜每一膜層之分子層結 構示意圖。 【主要元件符號說明】 隔離膜 1 膜層 10 黏結劑層 12 分子層 14 正三角形單元 16 納米孔 18 碳原子 2 鋰離子 3 ❿

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Claims (1)

1. 200411966 六、申請專利範圍 一種電池隔離膜，其包括η個膜層，每一層膜層由複數 分子層構成，每一分子層包括複數碳原子與鋰離 子，碳原子與鋰離子以懸浮鍵相連，相鄰鋰離子形 成複數正三角形單元； 其中碳原子位於正三角形單元的中心。 如申請專利範圍第1項所述之電池隔離膜 20 α 如申請專利範圍第2項所述之電池隔離膜 10 ° 如申請專利範圍第1項所述之電池隔離膜 厚度為500 nm至50 0 /zm。 如申請專利範圍第4項所述之電池隔離膜 厚度為1 0 0 // m。 如申請專利範圍第5項所述之電池隔離膜 隔離膜厚度為1 mm。 如申請專利範圍第1項所述之電池隔離膜 角形邊長為25 nm〜100 nm。 如申請專利範圍第7項所述之電池隔離膜 角形邊長為100 nm。 如申請專利範圍第1項所述之電池隔離膜 隔離膜材料可為矽或鍺。 1 0.如申請專利範圍第1項所述之電池隔離膜 池隔離膜材料可為碳化矽或二氧化矽。 11.如申請專利範圍第1項所述之電池隔離膜 1. 2. 3· 4. 5. 6 · 8. 9. 其中η為5至 其中η為 其中該膜層 其中該膜層 其中該電池 其中該正三 其中該正三 其中該電池 其中該電 其中該電

   第10頁 200411966 六、申請專利範圍 池隔離膜ϋi 合物。 了為碳與碟化矽之複合物或矽與錄之複 12· H: f利棘圍第1項所述之電池隔離膘，其中該電池 13如申社為碳摻雜物、矽摻雜物或鍺摻雜物。 • ^申明專利範圍第丨項所述之電池隔離膜，苴 電池隔離膜之膜層之間通過黏結劑黏合。’、成該 1 4·如申凊專利範圍第]項所述之電池隔離膜，豆 子層之間通過凡德瓦爾力連接。 目鄰分 15· 一種電池隔離膜，包括n層膜層，每一層膜層包 刀子層，母一膜層由複數碳六元環排列構成。 复數 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之電池隔離膜，其中誃山 〆、元環對角線長度為5〇 nm〜20 0 nm。 呑反 1 7 ·如申凊專利範圍第1 $項所述之電池隔離膜，其 、-— τ 碟 /、70裱對角線長度為100 nm。

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