TW202044646A - 用於高能量可充電鋰電池之聚醯胺—醯亞胺塗覆分隔件 - Google Patents

用於高能量可充電鋰電池之聚醯胺—醯亞胺塗覆分隔件 Download PDF

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Abstract

本揭示或本發明較佳地是針對一種用於一鋰電池(諸如一高能量或高電壓可充電鋰電池)之聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性或微孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸和/或機械安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物基底層可適合至少容納液態、凝膠或聚合物電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。該聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件可適合於，例如，使電極在高溫下分隔開、提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路、增加穿孔強度，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。雖然二次電池使用會是較佳的，此處的聚醯胺-醯亞胺塗覆膜可用於電池、單電池、一次電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件。

Description

用於高能量可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺塗覆分隔件
發明領域
本揭示或本發明較佳地是針對一種用於一鋰電池(諸如一高能量或高電壓可充電鋰電池)之聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性或微孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸和/或機械安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物基底層可適合至少容納液態、凝膠或聚合物電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。該聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件可適合於，例如，使電極在高溫下分隔開、提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路、增加穿孔強度，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。雖然二次電池使用會是較佳的，此處的聚醯胺-醯亞胺塗覆膜可用於電池、單電池、一次電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件。
在至少選定的具體例、目的或方面中，本揭示或發明是針對一種用於一二次鋰電池(諸如一高能量或高電壓可充電鋰離子電池、聚合物電池或金屬電池)之聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性或微孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸和/或機械安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物基底層可適合至少容納液態、凝膠或聚合物電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。該聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件可適合於，例如，使電極在高溫下分隔開、提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路、增加穿孔強度，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。
在至少一些具體例、目的或方面中，本揭示或發明是針對一種聚醯胺-醯亞胺電池分隔件。該聚醯胺-醯亞胺電池分隔件可包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一無孔性、半多孔性、微孔性、中孔性、大孔性或奈米孔性的聚醯胺-醯亞胺層或薄膜。在一些較佳具體例中，該聚醯胺-醯亞胺電池分隔件可包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一同時具多孔性與離子傳導性的聚醯胺-醯亞胺層或薄膜。例如，該層或薄膜可傳導鋰離子。在其他的較佳具體例中，該聚醯胺-醯亞胺 電池分隔件可包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一具無孔性或半多孔性但亦具離子傳導性的聚醯胺-醯亞胺層或薄膜。例如，該層或薄膜可傳導鋰離子。
本文揭示一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池的分隔件以及一種高能量或高電壓可充電鋰電池。依據至少某些具體例、目的或方面，本揭示或發明針對一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯亞胺塗覆的分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性、無孔性或半多孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物層可適合至少容納液態電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。
該聚醯胺-醯亞胺塗層或層中的聚醯胺-醯亞胺是選自於由下列所構成之群組：純質聚醯胺-醯亞胺、30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及上述的組合。
在一些具體例中，該電池分隔件由一聚醯胺-醯亞胺層或薄膜所構成或實質上所構成。在這類具體例中該聚醯胺-醯亞胺層或薄膜不是一在一微孔性聚合物基底層上的塗層。該聚醯胺-醯亞胺層是獨立的。
發明背景
高能量可充電鋰電池可具有一能量容量至少為372毫安-小時/克(mAh/g)的陽極。這類陽極可包括，例如，鋰金屬、鋰合金(例如鋰鋁)，以及鋰金屬或鋰合金以及諸如碳、鎳與銅的材料之混合物。
高電壓可充電鋰電池可具有至少4.5V、4.7V或更高的電壓。這類電池可具有存在鋰嵌入或鋰插入化合物的陽極。
某些高能量與高電壓的二次電池或可充電鋰離子電池的商業成功已受到持續循環或安全議題或問題的阻礙。
一種常見的解決辦法是陶瓷塗覆的分隔件(CCS)，例如，如美國專利6432586中所述，其全部併入本文中以作為參考資料。於選定的電池或單電池中使用某些CCS的相關困難可能包括：陶瓷顆粒可能在單電池製造期間剝落、陶瓷塗層磨損、難以切開並且可能會磨損設備與切割機刀、陶瓷塗層添加厚度、成本與複雜度以及諸如此類。
有人提出使用凝膠電解質或聚合物電解質來取代CCS。這些凝膠電解質或聚合物電解質可能不具有足夠的尺寸安定性(無法維持其形狀)並且可能不具有良好的離子傳導性。液態電解質可具有凝膠電解質或聚合物電解質的10X傳導性。
此外，凝膠電解質或聚合物電解質可防止枝晶短路。鋰枝晶生長可能會在重複充放電循環後發生。雖然枝晶生長是任何鋰電池的潛在問題，問題的嚴重性會由於使用高能量陽極(例如金屬、金屬合金或純碳嵌入陽極)而提升。當鋰枝晶生長且伸入分隔件，電池內部短路發生(陽極與陰極之間任何的直接接觸意指為"電性"短路，而由枝晶所造成的接觸是一種電性短路)。一些由非常小的枝晶所造成的短路(亦即，軟短路)可能只會減低電池的循環效率。其他短路(諸如硬短路)可能會導致鋰電池熱失控、關於鋰可充電電池的嚴重安全問題。
因此，需要去改進至少用於高能量或高電壓可充電鋰電池的分隔件。
發明概要
依據至少選定之本發明或揭示的具體例，本發明新穎的或改良的分隔件可解決上述需求、議題或問題，和/或可提供聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件或分隔件膜，其適用於電池、單電池、一次電池、二次電池、高能量或高電壓可充電鋰電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件。依據至少一些選定之本發明或揭示的具體例，本發明新穎的或改良的分隔件可解決上述需求、議題或問題，和/或可提供聚醯胺-醯亞胺膜、薄膜、層、分隔件或分隔件膜，其適用於電池、單電池、一次電池、二次電池、高能量或高電壓可充電鋰電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件。
本揭示或發明較佳地是針對一種用於一鋰電池(諸如一高能量或高電壓可充電鋰電池)之聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性或微孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸和/或機械安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物基底層可適合至少容納液態、凝膠或聚合物電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。該聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件可適合於，例如，使電極在高溫下分隔開、提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路、增加穿孔強度，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。雖然二次鋰電池使用會是較佳的，此處的聚醯胺-醯亞胺塗覆膜可用於電池、單電池、一次電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件。
在至少選定的具體例、目的或方面中，本揭示或發明是針對一種用於一二次鋰電池(諸如一高能量或高電壓可充電鋰離子電池、聚合物電池或金屬電池)之聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性或微孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸和/或機械安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物基底層可適合至少容納液態、凝膠或聚合物電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件可適合於，例如，使電極在高溫下分隔開、提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路、增加穿孔強度，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。
該聚醯胺-醯亞胺塗層或層中的聚醯胺-醯亞胺可為純質聚醯胺-醯亞胺、30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及它們的組合。如同熟習此技藝者所瞭解的，“純質(neat)”聚合物中的"純質"意指該聚合物是一實質上純的化合物並且僅由製造該聚合物的分子所構成。
本文揭示一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池的分隔件以及一種高能量或高電壓可充電鋰電池。依據至少某些具體例、目的或方面，本揭示或發明針對一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯亞胺塗覆的分隔件，以及對應的電池。該分隔件較佳地包括一多孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物層可適合至少容納液態電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。
依據至少某些具體例，本揭示或發明是針對一種新穎或改良之用於高能量或高電壓可充電鋰電池的分隔件，以及對應的電池。本發明的分隔件包括至少一聚醯胺-醯亞胺層、處理、材料、沉積或塗層以及至少一聚合物多孔性或微孔性基底層。該聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件適用於至少阻止枝晶生長以及防止性短路。該聚合物基底層適用於至少阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流。
聚醯胺-醯亞胺的一般化學結構顯示於下面的化學示1中：
Figure 02_image001
(1)
在此化學式中，Ar是一芳基以及n是一為2或高於2的整數。芳基是屬於一種官能基或取代基，其包含一芳環、由一芳環所構成或實質上所構成。例如，該芳基可選自於由下列所構成之群組中的至少一者：苯基、苄基、茬基、萘基、苯醚，或其他。聚醯胺-醯亞胺(有時簡稱為PAI)通常是由異氰酸酯與配於N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)中的TMA(苯偏三酸酐)製得。聚醯胺-醯亞胺具有高耐熱性。商業上可獲得的PAI之一實例為Torlon®，其由Solvay Specialty Polymers所製造。另一實例為可得自於Toyobo的VYLOMAX®。另一個實例為來自Quadrant Plastics的Duratron®。其他製造PAI的公司包括Innotek Technology Ltd.、Axalta Coating Systems, LLC、Toyobo Co., Ltd.、Nuplex Resins, LLC、Fujifilm、Hitachi Resins, LLC、Drake Plastics Ltd. Co.、Mitsubishi Shoji、Solvay SA、Kermel、Elantas、Shanghai Songhan Plastics Technology Co., Ltd.，以及Ensinger GmbH。聚醯胺-醯亞胺是熱固性或熱塑性的無定形聚合物，其具有優異的機械性質、熱性質與化學抗性性質。PAIs展現來自聚醯胺與聚醯亞胺這兩者的性質之組合，諸如高強度、熔融加工性、優異的熱容量以及廣泛的化學抗性。
依據一或多種可能更佳的製程，使用一溶劑來將一HTMI聚合物與一離子傳導性聚合物混合以形成一塗料溶液，其可用於形成本文所述之HTMI聚合物的塗層、薄膜或層。在另一個可能較佳具體例中，使用一溶劑來將一HTMI聚合物、一離子傳導性聚合物以及一陶瓷混合以形成一塗料漿體，其可用於形成本文所述之HTMI聚合物的塗層、薄膜或層。在一些具體例中該HTMI聚合物可為一聚醯胺-醯亞胺，但其不限於一聚醯胺-醯亞胺。在一些具體例中該離子傳導性聚合物可呈顆粒或珠粒形式。該離子傳導性聚合物可為一PVDF，諸如一PVDF-HFP，其中HFP含量介於1與35%之間。然而，該離子傳導性聚合物不限於此。在一些具體例中該陶瓷可為矽石(silica)、礬土(alumina)，或者它們的組合。然而，該陶瓷不限於此。可使用任何與分隔件用於其中的電池相容之陶瓷。例如，可使用礬土。此外，若將從該塗層中移除該陶瓷，可使用任何與分隔件用於其中的電池相容之陶瓷。例如，可使用矽石並將之從該層、薄膜或塗層中移除。例如，其可使用HF來移除。在一些具體例中，該溶劑可為NMP，但不限於此。可使用任何可溶解該HTMI聚合物與該離子傳導性聚合物的溶劑。例如，可使用一可溶解聚醯胺-醯亞胺與PVDF或PVDF-HFP的溶劑。習知用於聚醯胺-醯亞胺的溶劑包括至少固體的35%之雙極性非質子溶劑，諸如NMP、DMAC、DMF以及DMSO。
該塗料溶液或漿體可塗覆於一多孔性或微孔性的基底薄膜上或者至任何其他合適的基板(諸如玻璃基板)上。當要形成一獨立的HTMI-聚合物塗層、薄膜或層時，該塗料溶液或漿體可形成於一玻璃板或其他基板上，而最終的薄膜、塗層或層可由此移除。該多孔性或微孔性基底薄膜可為乾式製程的多孔性或微孔性基底薄膜，其包括任何Celgard®所販售的微孔性薄膜。雖然乾式製程的基底薄膜(諸如聚烯烴乾式製程的基底薄膜)會是較佳的，特別是由聚丙烯所製得的這類薄膜，可使用由濕式製程、顆粒拉伸、β成核雙軸定向的聚丙烯(BNBOPP)以及其他微孔性膜或薄膜。
當塗覆該塗料漿體或塗料溶液以形成一薄膜、塗層或層，可將該溶液移除或實質上移除。可藉由於烘箱中加熱，或者將該薄膜、塗層或層浸泡於一水性溶液中接著將該薄膜、塗層或層進行乾燥，來將該溶液移除或實質上移除。該水性溶液可為高於50%體積的水。在一些較佳具體例中，該水性溶液是100%水或就是水。浸泡時間可從大約1分鐘至大約一小時、從大約1分鐘至大約50分鐘、從大約1分鐘至大約40分鐘、從大約1分鐘至大約30分鐘、從大約1分鐘至大約20分鐘、從大約1分鐘至大約10分鐘，或者從大約1分鐘至大約5分鐘。大約5分鐘意指0、1、2、3、4、5、6、7、8、9或10分鐘，或者5分鐘±5分鐘。乾燥可藉由烘箱乾燥或風乾來達成。
在一些具體例中，使用一水性溶液來將溶劑移除或實質上移除亦會導致聚合物移除。例如，可將該HTMI聚合物、該離子傳導性聚合物或者這兩者移除。這會導致在薄膜、層或塗層上形成孔洞或孔隙。不欲受限於任何特定的理論，相信的是，將本文所述的薄膜、層或塗層浸泡於一水性溶液或100%的水中，導致溶劑與一些聚合物從該薄膜、層或塗層中移除的相轉換製程。相信的是，聚合物移除的程度視多個因素而定，特別是浸泡時間。更長的浸泡時間被認為會導致更多的聚合物被移除。
在使用一包含陶瓷的塗料漿體之具體例中，可將陶瓷從該塗層、薄膜或層中移除或不移除。若該陶瓷不相容於該分隔件欲用於其中的電池，應移除該陶瓷。例如，矽石可能不相容於Li-離子電池，若該分隔件要用於這類電池應予以移除。例如，可使用HF來移除矽石。若該陶瓷相容於該分隔件欲用於其中的電池，不需要將陶瓷移除。例如，若該分隔件欲用於Li-離子電池，那麼可使用礬土並且不需要從該塗層、薄膜或層中移除。不欲受限於任何理論，相信的是，陶瓷的添加可以減少薄膜、塗層或層中的Gurley與ER。在該塗料漿體中，以總固體為基礎，陶瓷含量可從1至50%、從1至40%、從1至30%、從1至40%、從1至20%、從1至10%，或者從1至5%。最終的塗層、薄膜或層可具有不同的陶瓷含量，視陶瓷是否移除、部分移除或不移除而定。
較佳實施例之詳細說明
傳統的鋰電池(或單電池)包含一鋰金屬或合金陽極、一陰極以及一設置於該陽極與陰極之間的分隔件，它們全包裝於一圓柱形單電池或`果凍卷`單電池或者一方型或堆疊型單電池的一罐或一袋中。本發明不限於特定的電池或單電池結構，並且亦可適合於鈕扣單電池、聚合物單電池以及類似物。此外，該電解質可為液體(有機或無機)或凝膠(或聚合物)。方便起見，本發明將針對具有液態有機電解質的圓柱型單電池來進行描述，但不以此為限，而可用於其他單電池類型(例如儲能系統、電容器、組合的單電池與電容器)與結構。
可能較佳的陽極應具有高能量或高電壓能力或容量，較佳地高於或等於372mAh/g，較佳地700mAh/g，更佳地1000mAH/g。較佳的陽極可由下列所構成：鋰金屬箔或鋰合金箔(例如鋰鋁合金)，或者鋰金屬和/或鋰合金與諸如碳(例如焦炭、石墨)、鎳、銅的材料之混合物。該陽極可包括含鋰的嵌入化合物或含鋰的插入化合物。
陰極可為任何與該陽極相容的陰極並且可包括一嵌入化合物、一插入化合物或一電化學活性聚合物。合適的嵌入材料包括，例如，MoS2 、FeS2 、MnO2 、TiS2 、NbSe3 、LiCoO2 、LiNiO2 、LiMn2 O4 、V6 O13 、V2 O5 以及CuCl2 。合適的陰極聚合物包括，例如，聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺以及與聚噻吩。
該電解質可為液態或凝膠(或聚合物)。通常，該電解質主要是由鹽類與介質(例如，在一液態電解質中，該介質可意指作為一溶劑；在一凝膠電解質中，該介質可為一聚合物基質)所構成。該鹽類可為鋰鹽。該鋰鹽可包括，例如，LiPF6 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 、LiN(CF3 SO3 )3 、LiBF6 與LiClO4 、BETTE電解質(可商業上得自於MN明尼亞波利斯的3M Corp.)，以及它們的組合。溶劑可包括，例如，碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、EC/PC、2-MeTHF(2-甲基四氫呋喃)/EC/PC、EC/DMC(碳酸二甲酯)、EC/DME(二甲基乙烷)、EC/DEC(碳酸二乙酯)、EC/EMC(碳酸乙基甲酯)、EC/EMC/DMC/DEC、EC/EMC/DMC/DEC/PE、PC/DME以及DME/PC。電解質聚合物基質可包括，例如，PVDF(聚偏二氟乙烯)、PVDF：THF(PVDF：四氫呋喃)、PVDF：CTFE(PVDF：三氟氯乙烯)、PVDF-HFP、PAN(聚丙烯腈)以及PEO(聚環氧乙烯)。
參見圖 1 與2 ，示範性分隔件至少包括含有HTMI-聚合物的塗層或層於一多孔性層、基底薄膜或膜的至少一側上。在一些具體例中，該含有HTMI-聚合物的塗層或層是聚醯胺-醯亞胺塗層或層。在該電池中，該含有HTMI-聚合物的塗層或層或者該聚醯胺-醯亞胺塗層或層在正常電池或單電池運作條件的期間需具充分的離子傳導性以允許在陽極與陰極之間的離子流，藉此該單電池可以產生所欲量的電流。在一些具體例中，此可藉由包括一離子傳導性添加劑(諸如離子傳導性聚合物)於含有HTMI聚合物或聚醯胺-醯亞胺的塗層或層中來達成。在一些具體例中，此可藉由包括一陶瓷於該塗層中來達成，並且可選擇性地移除該陶瓷來產生孔隙、孔洞或開孔。該塗層與基底薄膜應良好地貼附至另一者。該塗層與基底薄膜層可藉由層疊、共擠出、沉積或塗覆製程來形成。含有HTMI-聚合物或含有聚醯胺-醯亞胺的塗層可為一塗層、離散層或獨立層，其厚度範圍落在0.001微米至50微米，較佳地範圍落在0.01微米至15微米，或更低。該聚合物微孔性層較佳地是一離散膜，其厚度範圍落在5微米至50微米，較佳地範圍落在4微米至12微米，或更高。分隔件的整體厚度範圍落在5微米至100微米，較佳地範圍落在6微米至25微米。
該HTMI或聚醯胺-醯亞胺塗覆層可具多孔性、微孔性、半多孔性或無孔性(要瞭解的是，它較佳地具多孔性，不過無孔性塗覆層當以一電解質來濕潤或濕透可具離子傳導性，視構成該塗層的材料而定)。例如，若該塗覆層亦包括一離子傳導性材料(諸如一離子傳導性聚合物)，該塗覆層可具離子傳導性。
在一些具體例，含有HTMI-聚合物的塗層為一獨立薄膜或層。它沒有被設置於一多孔性聚合物基底薄膜上來形成一分隔件，而是本身即為一分隔件。 含有HTMI-聚合物的薄膜、層或塗層
本文所述的薄膜、層或塗層可包含一高溫熔融完整性(HTMI)聚合物、由HTMI聚合物所構成或實質上所構成。該HTMI聚合物不限於此，而可為任何熔點高於200℃的聚合物。在一較佳具體例中，該HTMI聚合物是聚醯胺-醯亞胺。在一些具體例中，它可為聚醚醯亞胺。
本文所揭示的聚醯胺-醯亞胺不受限於此，而可使用任何沒有與本文所述目的不一致的聚醯胺-醯亞胺。在一些較佳具體例中，該聚醯胺-醯亞胺可為一純質聚醯胺-醯亞胺。在一些具體例中，該聚醯胺-醯亞胺可為選自於由下列所構成之群組中的至少一者：純質聚醯胺-醯亞胺、30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及它們的組合。
除了該HTMI聚合物，本文所述的薄膜、層或塗層亦可含有一或多種額外的組分。例如，該薄膜、層或塗層可包含下列、由下所構成或實質上所構成：一HTMI聚合物以及一離子傳導性添加劑。在一些具體例中，當本文所揭示的分隔件用於一鋰離子電池中，一離子傳導性添加劑可允許鋰離子傳輸通過該分隔件。例如，該離子傳導性添加劑可為一當以電解質予以濕潤時變成具離子傳導性的聚合物。在一些具體例中，該離子傳導性可為PVDF或PVDF-HFP。該PVDF不限於此，而在一些較佳具體例中，該PVDF或PVDF-HFP是可溶解於溶劑N-甲基-2-吡咯酮(NMP)中者，或者聚醯胺-醯亞胺亦可溶解於其中的另一溶劑。於此，可溶解意指，至少，當NMP用作為溶液的溶劑時，該聚醯胺-醯亞胺、PVDF或PVDF-HFP不會從溶液中沉澱出來。在一些較佳具體例中，該PVDF或PVDF-HFP是微米尺寸，而在一些較佳具體例中，該PVDF或PVDF-HFP是微米尺寸的顆粒或珠粒。在一些較佳具體例中，使用PVDF-HFP。該HFP含量不限於此，而在較佳具體例中可低於50%、低於45%、低於40%、低於35%、低於30%、低於25%、低於20%、低於15%或者低於10%。在一些較佳具體例中，該HFP含量可從5%至30%，較佳地從5%至25%。
在一些較佳具體例中，本文所述的薄膜、塗層或層包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一聚醯胺-醯亞胺以及選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PVDF、PVDF-HFP，或者它們的組合。一些殘留的溶劑亦可存在最終的塗層、薄膜或層中。
在一些較佳具體例中，該塗層、薄膜或層可包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一HTMI-聚合物(諸如聚醯胺-醯亞胺)、一離子傳導性聚合物(諸如PVDF、PVDF-HFP，或者它們的組合)，以及一陶瓷(諸如礬土)。一些殘留的溶劑亦可存在最終的塗層、薄膜或層中。
在一些較佳具體例中，本文所述的薄膜塗層或層是藉由一包含製備一塗料漿體或一塗料溶液的步驟之方法而製得。一塗料溶液可包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一HTMI聚合物、一離子傳導性聚合物以及一溶劑。一塗料漿體可包含下列、由下列所構成或實質上所構成：一HTMI聚合物、一離子傳導性聚合物、一陶瓷以及一溶劑。在一些較佳具體例中，該HTMI聚合物是聚醯胺-醯亞胺，該離子傳導性添加劑是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PVDF、PVDF-HFP，以及它們的組合，並且該溶劑是NMP。在一些較佳具體例中，該陶瓷是礬土、矽石或鹼金屬鹽(KCl、LiCl等等)。在一些具體例中，一含有該HTMI聚合物的溶液以及一含有該離子傳導性添加劑的溶液可分別製備並且混合在一起以形成該塗料溶液。在其他具體例中，可製備一含有該HTMI聚合物、該離子傳導性添加劑以及該溶劑的單一溶液並且用作為該塗料溶液。在一些具體例中，一含有該HTMI聚合物與該溶劑的溶液以及一含有該離子傳導性聚合物的溶液可分別形成。該陶瓷可在這些溶液混合在一起之前或之後添加以形成該塗料漿體。
在一些具體例中，在該方法中可包括下列的額外步驟：將該塗料漿體或塗料溶液施用於一多孔性聚合物基底薄膜或一基板以形成一塗層、薄膜或層。在該塗料漿體或塗料溶液塗覆於一多孔性聚合物基底薄膜的具體例中，該塗料漿體或塗料溶液可塗覆於其一側或兩側。在一些具體例中，該塗料漿體或塗料溶液可塗覆於一基板或撐體(諸如玻璃基板或撐體)上以形成一塗層於該基板或撐體上。在該塗料漿體或塗料溶液塗覆於一多孔性聚合物基底薄膜的一側或兩側之具體例中，經塗覆的基底薄膜可用來作為一電池分隔件。在該塗料漿體或塗料溶液塗覆於一基板或撐體(諸如玻璃基板)的具體例中，該塗層本身可用來作為一電池分隔件。
在一些具體例中，在本文所述方法中可包括下列的額外步驟：從塗層、薄膜或層中將部分的、全部的或實質上全部的溶劑移除。在較佳具體例中，從塗覆於該多孔性聚合物基底薄膜或基板或撐體(諸如玻璃基板或撐體)的塗層中將全部的或實質上全部的溶劑移除。例如，80%或高於80%、85%或高於85%、90%或高於90%、95%或高於95%、96%或高於96%、97%或高於97%、98%或高於98%、99%或高於99%或者100%的溶劑被移除。在一些具體例中，可藉由將該塗層加熱一段時間來移除該溶劑。例如，在一些具體例中，可於50℃或高於50℃、55℃或高於55℃、60℃或高於60℃、65℃或高於65℃、70℃或高於70℃、75℃或高於75℃、80℃或高於80℃、90℃或高於90℃或者100℃或高於100℃來加熱該塗層。加熱時間可從1至20小時、從1至15小時、從1至10小時或從1至5小時。在一些較佳具體例中，可藉由將該塗層、薄膜或層加熱至更高的溫度來達至將NMP更快移除。然而，可接受的溫度會受到該聚合物基底薄膜的組成影響。不應使用會使此基底薄膜熔解或其他變形或破壞之溫度。在其他具體例中，可使用一至少具有下列兩步驟的方法來將該溶劑移除或實質上移除：1)水雕(water chasing)以及2)在攝氏室溫正負5度下風乾過夜或烘箱乾燥。在一些較佳具體例中，水雕可包括將該塗層、薄膜或層浸泡於一含有水或一具有高於50%水的水性溶液之浸漬槽中，或者以水或一具有高於50%水的水性溶液來噴塗該塗層、薄膜或層以移除該溶劑。該水性溶液可具有高於50%的水以及另一溶劑，諸如醇類或任何其他溶劑。在NMP用來作為該溶劑，PAI用來作為該HTMI聚合物，以及PVDF-HFP用來作為該離子傳導性添加劑的具體例中，NMP進入水中而將PAI與PVDF-HFP留下。然而，在一些具體例中，進入水中的NMP會隨之攜帶聚合物(該HTMI聚合物、該離子傳導性聚合物，或者這兩者)。這會留下孔隙於所形成的薄膜、層或塗層中。浸泡時間(或者將水或水性溶液維持與該塗層、薄膜或層接觸的時間)可從1分鐘至1小時之間變化。不欲受限於任何特定的理論，相信的是，較長的浸泡時間會導致更多的聚合物被移除。在較佳具體例中，使用水雕方法，將該溶劑回收/循環再利用。
在使用一含有陶瓷的塗料漿體之一些具體例中，可將該陶瓷從該塗層、薄膜或層中移除。在一些具體例中，不需要將該陶瓷移除。在應將該陶瓷移除的具體例中，亦即，當陶瓷不相容於該分隔件欲用於其中的最終電池，可將該陶瓷移除。例如，通常不相容於Li-離子電池的陶瓷為矽石。當矽石用於一塗料漿體中，若該分隔件要用於一Li-離子電池，可將且應將該塗料漿體移除或實質上移除。一種移除矽石的方式是藉由使用HF。
在該塗料溶液或塗料漿體直接供給於例如一玻璃基板上且將該溶劑移除或實質上移除的具體例中，可將所形成的塗層從該玻璃基板移除，並且該塗層本身是獨立的而可用來作為一電池分隔件。在這類具體例中，可輕易地將所形成的塗層從其上移除的任何基板是使用的好選擇。
在一些具體例中，在將該溶劑移除或實質上移除後所形成之經塗覆的聚合物多孔性基底(亦即該分隔件)具有無限大的Gurley並且具離子傳導性。在一些具體例中，該分隔件的Gurley(s/100cc)可為7,000或低於7,000、6,000或低於6,000、5,000或低5,000、4,000或低於4,000、3,000或低於3,000、2,000或低於2,000、1,000或低於1,000，或者500或低於500。不希望受限於任何特定理論，相信的是，於該塗層、薄膜或層中使用陶瓷可導致一具有較低Gurley的分隔件。在一些具體例中，在將該溶劑移除或實質上移除後所形成之經塗覆的聚合物多孔性基底(亦即分隔件)的電阻(ER)可低於50、低於45、低於40、低於35、低於30、低於25、低於20、低於15、低於10、低於5，或者低於3。在一些具體例中該薄膜、塗層或層雖然具無孔性(無限大的Gurley)、實質上無孔性(高於7,000s/100cc的Gurley)或半多孔性(6,000至7,000的Gurley(s/100cc))，但至少由於該離子傳導性添加劑的存在而具離子傳導性。在使用陶瓷的一些特定具體例中，該薄膜、塗層或層可具多孔性(Gurley(s/100cc)低於6,000、低於5,000、低於4,000、低於3,000、低於2,000、低於1,000或者低於500)。 多孔性或微孔性聚合物基底薄膜
該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可為任何商業上可獲得的分隔件微孔性膜(例如單層或多層)，例如，北卡羅來納州夏洛特的Celgard, LLC所生產的Celgard®乾式製程產品或日本東京的Asahi Kasei Corporation所生產的Hipore®濕式製程產品。該基底薄膜的多孔性可在20-80%的範圍內，較佳地在30-60%的範圍內，平均孔徑在0.02至2微米的範圍內，較佳地在0.05至0.5微米的範圍內，Gurley數在5至150秒的範圍內，較佳地15至60秒(Gurley數意指10cc的空氣在12.2英吋的水中通過一平方英寸的膜所花的時間)，並且較佳地為聚烯烴。較佳的聚烯烴包括聚乙烯和/或聚丙烯。聚丙烯是最佳的(高溫聚合物、氧化抗性)。
在一些實例中一基底薄膜或塗覆基板可包含一半結晶聚合物，諸如結晶性在20至80%的範圍內之聚合物。
在一些具體例中，本文所述的多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可包含單層、雙層、三層或多層。例如，一個三層或多層基板可包含兩個外層以及一或多個內層。在一些實例中，該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可包含1、2、3、4、5或更多個內層。如下面更詳細描述的，各層可被共擠和/或層疊在一起。
本文所述的多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可藉由將一或多種聚合物擠出來形成該基板的乾拉伸製程(諸如本文所述的Celgard®乾拉伸製程)來製造。外層與內層各層可被單擠出，其中該層本身被擠出，而沒有任何子層(夾層)，或者各層可包含複數個共擠出的子層。例如，各層可包含複數個子層，諸如共擠出的雙子層、三子層或多子層，各者可共同被視為一“層”。在共擠出的雙層中的子層數為二，在共擠出的三層中的子層數為三，以及在共擠出的多層基板中的層數會是二或高於二、三或高於三、四或高於四、五或高於五等等。在共擠出層中的確切子層數是由模具設計來決定，而不需要由共擠出來形成共擠出層的材料來決定。例如，共擠出的二、三或多層基板可使用在二、三或四或更多的各子層中相同的材料來形成，並且這些子層仍將被視為不同的子層，即使各層子層是由相同的材料來製得。
在一些具體例中，本文所述的三層或多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可包含兩外層(諸如一第一外層與一第二外層)以及一單一或複數個內層。該複數個內層可為單擠出層或共擠出層。一層疊屏障可形成於各個內層之間和/或各個外層與一內層之間。當使用熱、壓力或者熱與壓力將兩個表面(諸如不同基板或層的兩個表面)層疊在一起，可形成一層疊屏障。
在一些具體例中，本文所述的一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可具有下列非限制性結構：PP、PE、PP/PP、PP/PE、PE/PP、PE/PE、PP/PP/PP、PP/PP/PE、PP/PE/PE、PP/PE/PP、PE/PP/PE、PE/PE/PP、PP/PP/PP/PP、PP/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PE、PP/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP、PE/PP/PE/PP、PP/PE/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PE、PP/PP/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PE/PP/PE/PP、PP/PP/PE/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PE/PP/PE/PP/PE/PP、PP/PE/PP/PE/PP/PE、PP/PP/PP/PE/PP/PP/PP、PE/PE/PE/PP/PE/PE/PE、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PP/PP/PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PE、PP/PP/PE/PE/PEPE/PP/PP、PP/PP/PP/PP/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PE/PP/PP/PP/PP、PE/PE/PE/PE/PP/PE/PE/PE/PE、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PE/PE/PE/PE/PE/PP/PP/PP/PP、PP/PP/PP/PP/PP/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PP/PE/PE/PE/PE/PE、PE/PE/PE/PE/PE/PP/PP/PP/PP/PP、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PP、PP/PP/PE/PE/PP/PP/PE/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PE/PE、PP/PP/PP/PE/PE/PP/PP/PP/PP/PE，或者PE/PE/PE/PP/PP/PE/PE/PE/PP/PP。用於本文參考的目的，PE代表在包含PE的多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜中的一個單層。相似地，PP代表在包含PP的多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜中的一個單層。因此，PP/PE符號將代表具有一聚丙烯(PP)層與一聚乙烯(PE)層之雙層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜。該雙層可為共擠出或者該雙層中的各層可分別單擠出並層疊在一起。
在該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜中的獨立層可包含複數個子層，其可藉由共擠出來形成，或者將該等獨立的子層組合以形成該多層基板中的獨立層。使用一具有PP/PE/PP結構的多孔性或微孔性聚合物基底薄膜，各個獨立的PP或PE層可包含兩個或高於兩個的共擠出子層。例如，各個獨立的PP或PE層包含三個子層，各個獨立的PP層可表示為PP=(PP1,PP2,PP3)，而各個獨立的PE層可表示為PE=(PE1,PE2,PE3)。因此，PP/PE/PP結構可表示為(PP1,PP2,PP3)/(PE1,PE2,PE3)/(PP1,PP2,PP3)。PP1、PP2與PP3各個子層的組成可相同，或者各個子層可具有與其他聚丙烯子層中的一或兩者不同的聚丙烯組成。相似地，PE1、PE2與PE3各個子層的組成可相同，或者各個子層可具有與其他聚乙烯子層中的一或兩者不同的聚乙烯組成。此原則適用於具有比上述示範性三層薄膜更多或更少層的其他多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜。
在一些具體例中，本文所述的多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的總厚度為1微米至60微米、1微米至55微米、1微米至50微米、1微米至45微米、1微米至40微米、1微米至35微米、1微米至30微米、1微米至25微米、1微米至20微米、1微米至15微米、1微米至10微米、5微米至50微米、5微米至40微米、5微米至30微米、5微米至25微米、5微米至20微米、5微米至10微米、10微米至40微米、10微米至35微米、10微米至30微米，或者10微米至20微米。
在一些具體例中，在雙層、三層或多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜中的各層的厚度可相同於其他層的厚度，或者厚度低於或高於其他層的厚度。例如，當一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜是一包含PP/PE/PP(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)或PE/PP/PE(聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯)結構之三層薄膜，該聚丙烯層的厚度可等於該(等)聚乙烯層的厚度、低於該(等)聚乙烯層的厚度，或者高於該(等)聚乙烯層的厚度。
在一些具體例中，本文所述的一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可為三層層疊的PP/PE/PP(聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯)或PE/PP/PE(聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯)基板。在一些實例中，該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的層間結構比可包含45/10/45%、40/20/40%、39/22/39%、38/24/38%、37/26/37%、36/28/36%、35/30/35%、34.5/31/34.5%、34/32/34%、33.5/33/33.5%、33/34/33%、32.5/35/32.5%、32/36/32%、31.5/37/31.5%、31/38/31%、30.5/39/30.5%、30/40/30%、29.5/41/29.5%、29/42/29%、28.5/43/28.5%、28/44/28%、27.5/45/27.5%，或者27/46/27%。
本文所述的一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可進一步包含填料、彈性體、濕潤劑、潤滑劑、阻燃劑、成核劑、抗氧化劑、著色劑，和/或其他沒有與本揭示目的不一致之額外元素。例如，該基板可包含填料，諸如碳酸鈣、氧化鋅、矽藻土、滑石粉、高嶺土、合成矽石、雲母、黏土、氮化硼、二氧化矽、二氧化鈦、硫酸鋇、氫氧化鋁、氫氧化鎂與類似物，或者它們的組合。彈性體可包含乙烯-丙烯(EPR)、乙烯-丙烯-二烯(EPDM)、苯乙烯-丁二烯(SBR)、苯乙烯異戊二烯(SIR)、亞乙基降莰烯(ENB)、環氧樹脂以及聚胺甲酸酯，或者它們的組合。濕潤劑可包含醇聚氧乙烯醚、初級聚合羧酸、二醇類(諸如聚丙二醇與聚乙二醇)、經官能基化的聚烯烴以及類似物。潤滑劑可包含聚矽氧、氟聚合物、油酸醯胺、硬脂醯胺、芥酸醯胺、硬脂酸鈣、硬脂酸鋰，或者其他硬脂酸金屬鹽。阻燃劑可包含溴化阻燃劑、磷酸銨、氫氧化銨、三水氧化鋁，以及磷酸酯。成核劑可包含任何沒有與本揭示目的不一致之成核劑，諸如在美國專利案第6,602,593號中所揭示之用於聚丙烯的β成核劑。
在一些實例中，在本文的一些具體例中所述之多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可由一乾拉伸製程而製得。一基板被知曉為一具有複數個延伸貫通的孔洞之薄的可撓性聚合物膜、薄膜、片、箔或基板。在一些情況下，該多孔性基板是由該乾拉伸製程(亦被知曉為CELGARD®乾拉伸製程)而製得，其意指為於一機械方向(MD)、橫向方向(TD)或者MD與TD這兩者上拉伸一無孔性、半結晶、經擠出的聚合物前驅物所導致之孔洞形成。參見，例如，Kesting, Robert E.,Synthetic Polymeric Membranes, A Structural Perspective, Second Edition, John Wiley & Sons, New York, N.Y., (1985), pages 290-297，併入本文中以作為參考資料。這類乾拉伸製程不同於濕式製程與顆粒拉伸製程。一般而言，在濕式製程(又被知曉為相轉換製程、萃取製程或TIPS製程)中，一聚合物原料與一加工油(有時稱為塑化劑)進行混合，將此混合物擠出，而當移除該加工油時孔洞形成。雖然這些濕式製程基板可在移除該油之前或之後進行拉伸，孔洞形成的原理機制在於該加工油的使用。參見，例如，Kesting(同上述) pages 237-286，併入本文中以作為參考資料。顆粒拉伸製程使用使用諸如矽石或碳酸鈣的顆粒來作為成孔劑。將該聚合物原料與該等顆粒混合，將此混合物擠出，而當移除該等顆粒時孔洞形成。雖然填充有這些顆粒的基板可在移除該等顆粒之前或之後進行拉伸，孔洞形成的原理機制在於該等顆粒的使用。在一些實例中，本文所述的多孔性基板較佳地可為可得自於N.C.夏洛特的Celgard, LLC之任何Celgard®聚烯烴微孔性分隔件基板。
一多孔性聚合物基底薄膜可為大孔性、中孔性、微孔性或奈米孔性。該基板的孔隙率可為任何沒有與本揭示的目的不一致之孔隙率。例如，任何可形成一可接受的電池分隔件之孔隙率是可接受的。在一些具體例中，該多孔性基板的孔隙率是從20至90%、從20至80%、從40至80%、從20至70%、從40至70%、從40至60%、高於20%、高於30%，或者高於40%。孔隙率是使用ASTM D-2873來進行量測並且定義為在該多孔性基板的一區域內於該基板的機械方向(MD)與橫向方向(TD)上所量測之空隙(例如孔洞)的百分比。在一些具體例中，該等孔洞為狹縫狀的，呈真球因數為0.25至8.0的圓形、呈長橢圓形、呈梯形，或者呈橢圓形。
一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可具有任何沒有與本揭示的目的不一致的Gurley，諸如可接受供用作為電池分隔件的Gurley。Gurley是日本產業規格(JIS Gurley)並且可使用一透氣性試驗儀(諸如OHKEN透氣性試驗儀)來量測。JIS Gurley被定義為100cc的空氣在常壓的4.9英吋水下通過一平方英寸的基板所花耗時的秒數。在一些具體例中，本文所述的多孔性薄膜或基板的JIS Gurley(s/100cc)為100或高於100、150或高於150、160或高於160、170或高於170、180或高於180、190或高於190、200或高於200、210或高於210、220或高於220、230或高於230、240或高於240、250或高於250、260或高於260、270或高於270、280或高於280、290或高於290、300或高於300、310或高於310、320或高於320、330或高於330、340或高於340、350或高於350、100至800、200至700、200至600、200至500、200至400、200至300，或者300至600。
一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的穿孔強度(未經塗覆)可為200gf或高於200gf、210gf或高於210gf、220gf或高於220gf、230gf或高於230gf、240gf或高於240gf、250gf或高於250gf、260gf或高於260gf、270gf或高於270gf、280gf或高於280gf、290gf或高於290gf、300gf或高於300gf、310gf或高於310gf、320gf或高於320gf、330gf或高於330gf、340gf或高於340gf、350gf或高於350gf，或者高至400gf或高於400gf。
在一些具體例中，本文所述的多孔性或微孔性聚合物底薄膜可包含一或多種添加劑於該多孔性基板的至少一層中。在一些具體例中，一多孔性或微孔性聚合物底薄膜的至少一層包含多於一種(諸如二、三、四、五或更多種)添加劑。添加劑可存在該多孔性基板的一或兩個最外層中、一或多個內層中、所有內層中，或者所有內層與兩個最外層中。在一些具體例中，添加劑可存在一或多個最外層以及一或多個最內層中。在這類具體例中，隨著時間，添加劑會從該最外層或該等最外層釋放，而該最外層或該等最外層的添加劑供應可藉由在該等內層的添加劑移動至該等最外層來補充。在一些具體例中，多孔性或微孔性聚合物基底薄膜中的各層可包含不同於該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的鄰近層之添加劑或添加劑組合。
在一些具體例中，一添加劑包含一經官能基化的聚合物。如本技藝中具有通常知識者所瞭解的，一經官能基化的聚合物是一帶有在聚合物主鏈上產生的官能基之聚合物。在一些具體例中，該經官能基化的聚合物是一順丁烯二酐官能基化的聚合物。在一些具體例中，順丁烯二酐所修飾的聚合物是順丁烯二酐-均聚物聚丙烯、共聚物聚丙烯、高密度聚丙烯、低密度聚丙烯、超高密度聚丙烯、超低密度聚丙烯、均聚物聚乙烯、共聚物聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯。
在一些具體例中，一添加劑包含一離子聚合物。如本技藝中具有通常知識者所理解的，一離子聚合物是一包含含有離子與無離子的重複基團這兩者的共聚物。有時該等含有離子的重複基團可構成少於25%、少於20%或者少於15%的離子聚合物。在一些具體例中，該離子聚合物可為以Li、Na或Zn為主的離子聚合物。
在一些具體例中，一添加劑包含纖維素奈米纖維。
在一些具體例中，一添加劑包含粒徑分佈狹隘的無機顆粒。例如， D10與D90之間的分佈差異小於100奈米、小於90奈米、小於80奈米、小於70奈米、小於60奈米、小於50奈米、小於40奈米、小於30奈米、小於20奈米，或者小於10奈米。在一些具體例中，該等無機顆粒是選自於下列的至少一者：SiO2 ,、TiO2 ,，或者它們的組合。
在一些具體例中，一添加劑包含一潤滑劑。本文所述的潤滑試劑或潤滑劑可為任何沒有與本揭示目的不一致之潤滑劑。如本技藝中具有通常知識者所瞭解的，一潤滑劑是一作用來減低在包括下列的各種不同表面之間的摩擦力之化合物：聚合物：聚合物；聚合物：金屬；聚合物：有機材料；以及聚合物：無機材料。如本文所述的潤滑劑之具體實例為包含矽氧基官能基的化合物(包括矽氧烷與聚矽氧烷)，以及脂肪酸鹽(包括硬脂酸金屬鹽)。
包含二或高於二、三或高於三、四或高於四、五或高於五、六或高於六、七或高於七、八或高於八、九或高於九或者十或高於十個矽氧基的化合物可用來作為本文所述的潤滑劑。如熟習此技藝者所瞭解的，矽氧烷是一群具有交替的矽(Si)原子與氧(O)原子的主鏈之分子，各個矽原子可具有一個連接的氫(H)或者一個飽和或不飽和的有機基團，諸如-CH3 或C2 H5 。聚矽氧烷是經聚合的矽氧烷，通常具有較高的分子量。在本文所述的一些具體例中，該等聚矽氧烷可具有高分子量，諸如超高分子量聚矽氧烷。在一些具體例中，高分子量與超高分子量聚矽氧烷的平均分子量範圍可落在500,000至1,000,000。
本文所述的脂肪酸鹽可為任何沒有與本揭示目的不一致之脂肪酸鹽。在一些實例中，一脂肪酸鹽可為任何作用為一潤滑劑的脂肪酸鹽。該脂肪酸鹽的脂肪酸可為一具有介於12至22個碳原子之間的脂肪酸。例如，該脂肪酸可選自於由下列所構成之群組：月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞麻油酸、次亞麻油酸、棕櫚油酸、二十二酸、芥子酸，以及花生酸。該金屬可為任何沒有與本揭示目的不一致之金屬。在一些實例中，該金屬是一鹼金屬或鹼土金屬，諸如Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Rb、Sr、Cs、Ba、Fr以及Ra。在一些具體例中，該金屬是Li、Be、Na、Mg、K或者Ca。
一脂肪酸鹽可為硬脂酸鋰、硬脂酸鈉、油酸鋰、油酸鈉、棕櫚酸鈉、棕櫚酸鋰、硬脂酸鉀，或者油酸鉀。
一潤滑劑(包括本文所述的脂肪酸鹽)的熔點可為200℃或高於200℃、210℃或高於210℃、220℃或高於220℃、230℃或高於230℃，或者240℃或高於240℃。一脂肪酸鹽[諸如硬脂酸鋰(熔點為220℃)或硬脂酸鈉(熔點為245至255℃)]具有這類熔點。
在一些具體例中，一添加劑可包含一或多種成核劑。如本技藝中具有通常知識者所瞭解的，在一些具體例中，成核劑為協助、提高或增強聚合物(包括半結晶聚合物)的結晶之材料、無機材料。
在一些情況下，一添加劑可包含一成腔促進劑。如熟習此技藝者所瞭解的，成腔促進劑是使氣泡或孔隙在該聚合物中形成、協助形成、提高形成或增強形成的材料。
在一些實例中，一添加劑可包含一氟聚合物，諸如本文所詳細討論的氟聚合物。
在一些具體例中，一添加劑可包含一交聯劑。
在一些具體例中，本文所述的添加劑可包含一x-射線可偵測的材料。一x-射線可偵測的材料可為任何沒有與本揭示目的不一致之x-射線可偵測的材料，諸如，例如，在美國專利第7,662,510號中所揭示者，以其整體併入本文中以作為參考資料。適量之x-射線可偵測的材料或元素亦揭示於該’510專利案中，然而在一些具體例中，以該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的總量為基礎，可使用高達50重量%、高達40重量%、高達30重量%、高達20重量%、高達10重量%、高達5重量%，或者高達1重量%。在一具體例中，該添加劑是硫酸鋇。
在一些具體例中，一添加劑可包含一鋰鹵化物。該鋰鹵化物可為氯化鋰、氟化鋰、溴化鋰，或者碘化鋰。該鋰鹵化物可為一碘化鋰，其兼具離子傳導性與電絕緣性。在一些實例中，一兼具離子傳導性與電絕緣性的材料可用來作為該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的一部份。
在一些具體例中，一添加劑可包含一聚合物加工劑。如熟習此技藝者所瞭解的，可添加聚合物加工劑或添加劑來改善聚合化合物的加工效率與性質。在一些具體例中，該聚合物加工劑可為抗氧化劑、安定劑、潤滑劑、加工助劑、成核劑、著色劑、抗靜電劑、塑化劑或填料。
在一些具體例中，一添加劑可包含高溫熔融完整性(HTMI)聚合物。該HTMI聚合物可為任何沒有與本揭示目的不一致之HTMI聚合物。在一些實例中，該HTMI 聚合物可為選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PMP、PMMA、PET、PVDF、聚芳醯胺、對排聚丙烯、聚醯亞胺、聚醯胺，以及它們的組合。在一些具體例中，該HTMI聚合物可為選自於由下列所構成之群組中的至少一者：聚醯胺醯亞胺與聚醚醯亞胺。
一添加劑可選擇性包含一電解質。如本文所述的電解質可為任何沒有與本揭示目的不一致之電解質。該電解質可為電池製造商(特別是鋰電池製造商)常添加來改善電池性能的任何添加劑。亦應可將數種電解質與用於該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜或與該塗料漿體相容的聚合物進行組合，諸如溶混。該等添加劑的溶混性可藉由塗覆或部分塗覆該等添加劑來協助或改善。例如，示範性電解質被揭示於A Review of Electrolyte Additives for Lithium-Ion Batteries , J. of Power Sources, vol. 162, issue 2, 2006 pp. 1379-1394中，以其整體併入本文中以作為參考資料。在一些具體例中，該電解質是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：固態電解質界面(SEI)增進劑、陰極防護劑、阻燃添加劑、LiPF6 鹽安定劑、超載保護劑、鋁腐蝕抑制劑、鋰沉積劑或增進劑，或者溶合增強劑、鋁腐蝕抑制劑、濕潤劑，以及黏度增進劑。在一些具體例中，該電解質可具有多於一種性質，諸如它可為濕潤劑與黏度增進劑。
示範性SEI增進劑包括VEC(乙烯基碳酸乙烯酯)、VC(碳酸亞乙烯酯)、FEC(氟代碳酸乙烯酯)、LiBOB(雙草酸硼酸鋰)。示範性陰極保護劑包括N,N’-二環己碳二亞胺、N,N-二乙胺基三甲基矽烷、LiBOB。示範性阻燃添加劑包括TTFP(磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯)、氟化碳酸丙烯酯、MFE(甲基九氟丁醚)。示範性LiPF6 鹽安定劑包括LiF、TTFP(磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯)、1-甲基-2-吡咯啶酮、氟化胺甲酸酯、六甲基磷醯胺。示範性超載保護劑包括二甲苯、環己苯、聯苯、2,2-二苯丙烷、碳酸苯基-三級丁酯。示範性Li沉積增進劑包括AlI3 、SnI2 、氯化鯨蠟基三甲基銨、全氟聚醚、具有長烷基鏈的四甲基氯化胺。示範性離子溶合增強劑包括12-冠-4、TPFPB(三(五氟苯基))。示範性Al腐蝕抑制劑包括LiBOB、LiODFB，諸如硼酸鹽。示範性濕潤劑與黏度稀釋劑包括環己烷與P2 O5 。
在一些具體例中，該電解質添加劑具空氣穩定性或氧化抗性。本文所揭示之包含該電解質添加劑的電池分隔件可具有數週至數個月的儲存期限，例如一週至11個月。
在一些具體例中，一添加劑可包含一耗能不溶混添加劑。不溶混意指添加劑與用來形成含有該添加劑之多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的層之聚合物不溶混。
本文所述的多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可進行MD拉伸或TD拉伸來使該薄膜具多孔性。在一些實例中，該多孔性或微孔性聚合物基底薄膜是藉由對一經MD拉伸的基板接續進行一TD拉伸而製得，或者對一經TD拉伸的基板接續進行一MD拉伸而製得。除了依序的MD-TD拉伸(具有或不具有放鬆)之外，該基板亦可同時經歷二軸的MD-TD拉伸(具有或不具有放鬆)。此外，經同時或依序的MD-TD拉伸之多孔性基板可接著進行接續的拉伸、放鬆、熱固定或者壓延步驟以減低該基板的厚度、減低粗糙度、減低孔隙率、提高TD抗張強度、提高均勻性，和/或減低TD分裂性。
在一些具體例中，一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可包含平均孔徑如下的孔洞：0.01nm至1微米、0.01微米至1微米、0.02微米至1微米、0.03微米至1微米、0.04微米至1微米、0.05微米至1微米、0.06微米至1微米、0.07微米至1微米、0.08微米至1微米、0.09微米至1微米、0.1微米至1微米、0.2微米至1微米、0.3微米至1微米、0.4微米至1微米、0.5微米至1微米、0.6微米至1微米、0.7微米至1微米、0.8微米至1微米、0.9微米至1微米、0.01微米至0.9微米、0.01微米至0.8微米、0.01微米至0.7微米、0.01微米至0.6微米、0.01微米至0.5微米、0.01微米至0.4微米、0.01微米至0.3微米、0.01微米至0.2微米、0.01微米至0.1微米、0.01微米至0.09微米、0.01微米至0.08微米、0.01微米至0.07微米、0.01微米至0.06微米、0.01微米至0.05微米、0.01微米至0.04微米、0.01微米至0.03微米、1微米、0.9微米、0.8微米、0.7微米、0.6微米、0.5微米、0.4微米、0.3微米、0.2微米、0.1微米、0.09微米、0.08微米、0.07微米、0.06微米、0.05微米、0.04微米、0.03微米、0.02微米，或者0.01微米。
在一具體例中，一多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可使用一包括下列的示範性方法來製造：拉伸以及一接續的壓延步驟，諸如一機械方向拉伸繼而反向方向拉伸(具有或不具有機械方向放鬆)以及一接續的壓延步驟，作為減低這類經一受控方式拉伸的基板(例如，一多層多孔性基板)之厚度的方法、減低這類經一受控方式拉伸的基板(例如，一多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜)之孔隙率的方法，和/或增進這類經一受控方式拉伸的基板(例如，一多層多孔性基板)之強度、性質和/或性能的方法，諸如這類經一受控方式拉伸的基板(例如，一多層多孔性基板)之穿孔強度、機械方向和/或反向方向抗拉強度、均勻性、可濕性、可塗性、流動性、壓縮、回彈、滲透性、厚度、拔銷力、機械強度、表面粗糙度、熱尖孔傳播，和/或它們的組合，和/或產生獨特結構、孔洞結構、材料、基板、基底基板和/或分隔件的方法。
在一些實例中，該多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的TD抗拉強度可藉由在TD拉伸後增加一壓延步驟來進行增強。該壓延製程通常涉及熱與壓力，其可減低多孔性基板的厚度。該壓延製程步驟可使由TD拉伸所造成之MD與TD抗張強度的減少恢復。此外，隨著壓延在MD與TD抗張強度上所觀察到的提升可導致比例更為平衡的MD與TD抗張強度，其有利於該多層多孔性或微孔性聚合物基底薄膜的整體機械性能。
該壓延製程可使用均勻或不均勻的熱、壓力和/或速度來選擇性地使一熱敏感材料致密化，以提供均勻或不均勻的壓延條件(諸如藉由使用光滑輥、粗糙輥、圖案化輥、微圖案輥、奈米圖案輥、速度變化、溫度變化、壓力變化、濕度變化、雙輥步驟、多輥步驟，或者它們的組合)、以提供改良的、所欲的或獨特的結構、性質和/或性能、以產生或控制所得到的結構和/或性能，和/或諸如此類。在一具體例中，可使用50℃至70℃的壓延溫度與40至80ft/min的直線速以及50至200psi的壓延壓力。在一些實例中較高的壓力可提供較薄的分隔件，而較低的壓力提供較厚的分隔件。
在一些具體例中，本文所述的多孔性或微孔性聚合物基底薄膜可包含包含一設置於該多孔性基板的第一表面上、第二表面上或者第一與第二這兩個表面上的塗層。此示意地顯示於圖 1 中。
依據至少選定的具體例中，本揭示或本發明較佳地是針對一種用於一鋰電池(諸如一高能量或高電壓可充電鋰電池)之聚醯胺-醯亞胺塗覆的膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池。在某些特定的具體例中，該電池可為Li金屬電池、鈉電池或硫電池。該分隔件較佳地包括一多孔性或微孔性聚醯胺-醯亞胺塗層或層在一聚合物微孔性層、膜或薄膜的至少一側上。該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料或類似物。該聚醯胺-醯亞胺塗層可適合於，例如，提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸和/或機械安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。該微孔性聚合物基底層可適合至少容納液態、凝膠或聚合物電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。該聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件可適合於，例如，使電極在高溫下分隔開、提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路、增加穿孔強度，和/或阻止在熱失控情況下陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。雖然二次電池使用會是較佳的，此處的聚醯胺-醯亞胺塗覆膜可用於電池、單電池、一次電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件。
依據至少某些具體例，該分隔件具有至少一聚醯胺-醯亞胺塗層或層，其至少含有聚醯胺-醯亞胺以及一或多種成孔劑(諸如塑化劑、溶劑、不良溶劑、顆粒或聚合物)，並且可藉由下列而製成半多孔性或多孔性：從一至少含有聚醯胺-醯亞胺與成孔劑、聚醯胺-醯亞胺、另一聚合物與成孔劑，或者聚醯胺-醯亞胺、聚合物與成孔劑之塗料配方中，至少移除一些成孔劑。
依據至少選定的具體例，該分隔件具有至少一聚醯胺-醯亞胺塗層或層，其至少含有聚醯胺-醯亞胺以及一或多種其他聚合物或共聚物，並且可為無孔性(但在電解質中仍具離子傳導性，特別是當是薄的或包括PVDF、PVDF：HFP和/或其他在電解質中濕潤、填充、膨脹或凝膠化的聚合物或材料)、半多孔性、微孔性、奈米孔性，或者多孔性。較佳的是，該聚醯胺-醯亞胺塗層或層是連續的，但亦可使用其他不連續或中斷的圖型、點、島狀物、條紋或類似物。例如，可將間距緊密的點數位列印於該基底薄膜或基板上。此外，可將該塗層與該基底薄膜共擠出、瀑布式澆鑄、一起拉伸、一起萃取和/或諸如此類。
依據至少某些選定的具體例，該用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件包含： 一固態電解質(SSE)層或基板，以及 一在該SSE層的至少一側上之聚醯胺-醯亞胺塗層或層。
依據至少某些其他具體例，該分隔件具有至少一聚醚醯亞胺塗層或層來取代一聚醯胺-醯亞胺層。
依據至少選定的具體例、方面或目的，提供新穎或改良之用於鋰電池(諸如高能量或高電壓可充電鋰電池)的塗覆膜、塗覆材料、塗層、分隔件、塗覆的分隔件、聚醯胺-醯亞胺塗覆膜、分隔件膜或者分隔件，以及對應的電池，其包括相同於本文所示、所述或所主張者。該電池可為鋰電池、鋰離子電池、鋰聚合物電池、鋰二次電池、鋰離子可充電電池、Li金屬(陽極)電池、Li硫(Li-S)電池、Li SSE電池、Li金屬SSE電池、鈉SSE電池、硫SSE電池、鈉硫(NaS)電池、Li二硫化鐵(Li/FeS2 )電池、石墨(陰極)電池、Li金屬(陽極)石墨(陰極)電池、鈉電池、NMC或NCM電池、電容器，和/或類似物。在至少某些具體例中，該聚醯胺-醯亞胺塗覆膜適用於以液態電解質來濕潤、填充以凝膠電解質，和/或諸如此類。在至少其他某些具體例中，至少該聚醯胺-醯亞胺塗層或複數塗層適用於以液態電解質來濕潤、填充以凝膠電解質，和/或諸如此類。
依據至少某些具體例、方面或目的，一些先前的分隔件的問題、議題或缺點是由下列所解決：本發明新穎或良之用於鋰電池(諸如高能量或高電壓可充電鋰電池)的塗覆膜、塗覆材料、塗層、分隔件、塗覆的分隔件、聚醯胺-醯亞胺塗覆膜、分隔件膜或分隔件，以及對應的電池，其包括相同於本文所示、所述或所主張者。
在一些具體例中，該塗層可包含一第一層與一第二層。在一些實例中，該塗層的第一層可設置於該基板的第一表面上、該基板的第二表面上，或者該基板的第一與第二這兩個表面上。當該第一層設置於該基板的第一和/或第二表面上，該塗層的第二層可設置於該塗層的該(等)第一層中的一或二者上。
在一些具體例中，該塗層的第二層可設置於該基板的第一表面上、該基板的第二表面上，或者該基板的第一與第二這兩個表面上。當該第二層設置於該基板的第一和/或第二表面上，該塗層的第一層可設置於該塗層的該第二層中的一或二者上。
在其他具體例中，該塗層的第一層可設置於該基板的第一表面或第二表面中的一者上，而該塗層的第二層可設置於該基板的第一表面或第二表面中的另一者上。在此具體例中，在該基板的一表面上的第一層可選擇性地由該第二層所覆蓋，而在該基板的另一表面上的第二層可選擇性地由該第一層所覆蓋，而使得該第一與第二表面具有相反配置的塗層。
更進一步來說，在其他具體例中，該第一層可設置於該基板的第一與第二這兩個表面上，並且在該基板上的兩個第一層中僅有一者另外由該塗層的第二層所覆蓋。相似地，在其他實例中，第二層可設置於該基板的第一與第二這兩個表面上，並且在該基板上的兩個第二層中僅有一者另外由該塗層的第一層所覆蓋。
該第一層與第二層各自可具有任何沒有與本揭示目的不一致的厚度。在一些情況下，該第一層的厚度可為10nm至20微米、500nm至15微米、500nm至10微米、500nm至5微米，或者500nm至1微米。該第二層的厚度可為500nm至20微米、500nm至15微米、500nm至10微米、500nm至5微米，或者500nm至1微米。該第一與第二層的厚度可相同或不同。
在另一方面，一種用於製備上述塗覆分隔件的方法包含將一多孔性基板的一第一表面、一相對的第二表面或者該第一表面與該第二表面這兩者塗覆一第一層和/或一第二層。
可以其他特定形式來實施本發明而沒有背離其精神或主要特徵，因此，應參照申請專利範圍、圖式或說明書以示明本發明的範疇。 實施例實施例1 與2 ：
作為一第一步驟，以低於20%的HFP與配於NMP中的聚醯胺-醯亞胺(Solvay Torlon)來結合PVDF-HFP以製備一塗料溶液。該溶液呈琥珀色但澄清，其是令人意外的，由於聚醯亞胺與PVDF通常不互溶，如比較例2中所證明的。
接著，將該塗料溶液塗覆於一多孔性聚合物基底薄膜的一側上。在此實施例中，使用Celgard®2500 PP基底薄膜。在塗覆後，有兩種方式移除NMP。一者是烘箱乾燥，另一者是以水浴來萃取NMP繼而風乾。後者的方法由於較快而為較佳的、有效的以及較佳的膜形成。圖 2 顯示使用水萃取製程的整個實驗室塗覆製程。
使用不同的NMP移除方法來產生兩種不同的樣品。量測所得到的分隔件(基底薄膜+塗層)厚度與Gurley(秒)，並且測定視覺外觀與15x放大倍率下的外觀。結果呈現於圖 3 中。如圖 3 所示，相比於烘箱乾燥方法，水浸泡方法產生較平整的塗層。這兩種薄膜皆具有無限大的Gurley。實施例3-5 ：
比照實施例1與2來製備塗料溶液。在實施例3與4中，PAI/PVDF的比率顯示於圖 4 的表中。在實施例3-5中，將塗層塗覆於作為基底薄膜的Celgard® 2500上。在實施例3-5中的各者，使用水雕方法且風乾過夜來移除溶劑(NMP)。浸泡時間可在2與5分鐘之間變化。如圖 4 的表中所示，5分鐘的較長浸泡時間產生較低Gurley的塗層。相信的是，實施例4的ER亦低於實施例3所具者，儘管沒有量測。圖 4 的表顯示較高的PAI/PVDF比率導致較低ER的薄膜(以相同的水浸泡時間來比較實施例3與5)，比較例1顯示出一無塗覆的2500基底薄膜的收縮與ER。藉由將經塗覆的薄膜浸泡於電解質中歷時1hr來使PVDF膨脹以量測經塗覆的薄膜之ER。基底薄膜與經塗覆的基底薄膜之SEMs提供於圖 5A 與5B 中。
圖6 顯示以電解質溶劑碳酸丙烯酯(PC)來使實施例5濕潤。此由變透明的區域來顯示。實施例6 與7 以及比較例2 ：
比照實施例1與2來製備實施例6-8與比較例2，除了在比較例2中使用聚醯亞胺(PI)來替代聚醯胺-醯亞胺(PAI)。如圖7的表所示來達至溶劑的移除或實質上移除。這些實施例的SEMs顯示，水浸泡製程產生較平整的塗層，其對於電池分隔件是更佳的。將實施例6與7比較。它亦顯示以PI取代PAI來形成薄膜是不可行的。PI與PVDF完全不互溶。此甚至可透過該塗層的肉眼外觀來顯示。將比較例2與實施例6比較。參見圖 7 。非限制性實施例鋰電池描述：
圓柱形二硫化鐵鋰電池使用鋰作陽極，二硫化鐵作陰極，以及配於有機溶劑摻合物中的鋰鹽作為電解質。典型的圓柱形LiFeS2 電池之剖面圖(圖8 )例示於附圖中。
無
為了例示說明本發明之目的，在圖式中所顯示的是目前較佳的形式；然而，要瞭解的是，本發明不限於所顯示出的確切配置與手段。
圖1 顯示經一側塗覆與兩側塗覆之本發明分隔件的示意圖，其中其中一多孔性基板的一或二側塗覆以一聚醯胺-醯亞胺或HTMI塗層。
圖2 是依據本文所述的一些具體例之濕塗層、薄膜或層的照片。
圖3 是一顯示本文所述之實施例1與2的一些結果之表格。
圖4 是一顯示本文所述之本發明與比較性具體例的一些性質與結果之表格。
圖5A 與5B 包括一具有本文所述的一些具體例之SEMs的表格。
圖6 是一顯示以電解質來使本文的一些具體例濕潤之照片。
圖7 是一包括本文所述之具體例的一些性質與SEMs之表格。
圖8 是一依據本文的一具體例之示範電池內部的剖面視圖。

Claims (66)

  1. 一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件，其包含： 一微孔性聚合物層、膜或薄膜，以及 一在該微孔性聚合物層的至少一側上之聚醯胺-醯亞胺塗層或層。
  2. 如請求項1的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可適合提供氧化抗性、阻止枝晶生長、增加尺寸安定性、減少收縮、增加高溫性能(HTMI功能)、防止在高於200度C的溫度下電性短路，和/或諸如此類。
  3. 如請求項1或2的分隔件，其中該微孔性聚合物層可適合容納液態電解質、傳導離子，和/或阻止在熱失控情況下單電池或電池的陽極與陰極之間的離子流(亦即關機功能)。
  4. 2或3的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層是無孔性、半多孔性、多孔性、微孔性、中孔性、大孔性，和/或奈米孔性。
  5. 如請求項4的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可藉由下列而製成多孔性：從一至少含有聚醯胺-醯亞胺以及塑化劑、成孔劑、顆粒中的至少一者或其組合之塗料配方中移除塑化劑、成孔劑和/或顆粒。
  6. 如請求項5的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層至少含有聚醯胺-醯亞胺以及顆粒或聚合物，並且可藉由下列而製成半多孔性或多孔性：從一至少含有聚醯胺-醯亞胺與顆粒、聚醯胺-醯亞胺、另一聚合物與顆粒，或者聚醯胺-醯亞胺、聚合物與顆粒的塗料配方中，至少移除一些顆粒。
  7. 如請求項5或6的分隔件，其中該等顆粒或聚合物是選自於PVDF、PVDF-HFP、其他具離子傳導性者，或者它們的混合物。
  8. 6或7中任一項的分隔件，其中無機的或陶瓷的顆粒亦為該塗料配方的一部份並且可被移除或可不被移除。
  9. 6、7或8的分隔件，其中包括無機的或陶瓷的該等顆粒可使用一或多種溶劑來進行移除。
  10. 如請求項9的分隔件，其中該一或多種溶劑為水、水性溶液、HF，或者它們的混合物。
  11. 6或7的分隔件，其中該等顆粒為溶劑可溶的顆粒或聚合物，或者為溶劑不可溶的顆粒或聚合物。
  12. 如請求項5的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可藉由下列而製成半多孔性或多孔性：從一至少含有聚醯胺-醯亞胺與塑化劑的塗料配方中移除塑化劑。
  13. 如請求項5的分隔件，其中該聚醯胺塗層或層可藉由下列而製成半多孔性或多孔性：從一至少含有聚醯胺-醯亞胺與成孔劑的塗料配方中移除成孔劑。
  14. 如請求項1至13中任一項的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層可包括其他聚合物、添加劑、填料，和/或類似物。
  15. 如請求項1至14中任一項的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層中的聚醯胺-醯亞胺是選自於由下列所構成之群組：純質聚醯胺-醯亞胺、30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及它們的組合。
  16. 如請求項1至15中任一項的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層中的聚醯胺-醯亞胺是純質聚醯胺-醯亞胺。
  17. 如請求項1至15中任一項的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層是選自於由下列所構成之群組：30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及它們的組合。
  18. 如請求項5至10中任一項的分隔件，其中在該等顆粒被移除之前，該等顆粒構成該聚醯胺-醯亞胺與顆粒的混合物之20至80重量%。
  19. 如請求項1至18中任一項的分隔件，其中該微孔性聚合物層是一聚烯烴膜。
  20. 如請求項19的分隔件，其中該聚烯烴膜是一含有聚丙烯和/或聚乙烯的膜。
  21. 如請求項19的分隔件，其中該聚烯烴膜的孔隙率範圍落在20-80%內、平均孔徑範圍落在0.02至1.0微米內，以及Gurley數範圍落在5至500sec.內。
  22. 6或7的分隔件，其中該等顆粒的平均粒徑範圍落在0.001至10微米內。
  23. 一種高能量或高電壓可充電鋰電池，其包含：一陽極；一陰極；一如請求項1至22中任一項的分隔件，其設置於該陽極與該陰極之間；以及一電解質，其經由該分隔件而與該陽極以及該陰極離子連通。
  24. 一種高能量可充電鋰電池，其包含：一陽極，其含有鋰金屬或鋰合金，或者鋰金屬和/或鋰合金與另一材料的混合物；一陰極；一如請求項1至22中任一項的分隔件，其設置於該陽極與該陰極之間；以及一電解質，其經由該分隔件而與該陽極以及該陰極離子連通。
  25. 一種聚醯胺-醯亞胺塗覆膜，其適用於高能量或高電壓可充電鋰電池、電池、單電池、一次電池、二次電池、電容器、燃料電池、紡織品、過濾器和/或複合物，和/或作為其他應用、裝置和/或類似物中的層或組件，該聚醯胺-醯亞胺塗覆膜包含： 一微孔性基底層、膜或薄膜，以及 一在該微孔性基底層、膜或薄膜的至少一側上之聚醯胺-醯亞胺塗層或層，其中該微孔性基底層、膜或薄膜是一聚合物層，較佳地是一聚烯烴層，更佳地是一乾拉伸製程聚烯烴層。
  26. 一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件，其包含： 一微孔性聚合物層、膜或薄膜，以及 一在該微孔性聚合物層的至少一側上之聚醯胺-醯亞胺塗層或層，其中該分隔件具有無限大或低於無限大的Gurley、具有30或低於30的電阻(ohm-cm2 )，或者這兩者皆具有。
  27. 如請求項26的分隔件，其中該分隔件的Gurley(s/100cc)為無限大或低於無限大，較佳地7,000或低於7,000，更佳地6,000或低於6,000、5,000或低於5,000、4,000或低於4,000、3,0000或低於3,0000、2,000或低於2,000、1,000或低於1,000，或者500或低於500。
  28. 如請求項26的分隔件，其中該分隔件的電阻(ohm-cm2 )為30或低於30，較佳地25或低於25、20或低於20、15或低於15、10或低於10、5或低於5，或者3或低於3。
  29. 如請求項26的分隔件，其中該分隔件不僅Gurley(s/100cc)為無限大或低於無限大，較佳地7,000或低於7,000，更佳地6,000或低於6,000、5,000或低於5,000、4,000或低於4,000、3,0000或低於3,0000、2,000或低於2,000、1,000或低於1,000或者500或低於500，而且電阻為30或低於30，較佳地25或低於25、20或低於20、15或低於15、10或低於10、5或低於5或者3或低於3。
  30. 如請求項26至29中任一項的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層包含聚醯胺-醯亞胺以及離子傳導性添加劑。
  31. 如請求項30的分隔件，其中該離子傳導性添加劑是離子傳導性聚合物。
  32. 如請求項31的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PVDF、PVDF-HFP，以及它們的組合。
  33. 如請求項32的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是PVDF-HFP，其中HFP的百分比是介於5與35%之間、低於30%、低於25%、低於20%、低於15%，或者低於10%。
  34. 如請求項25至33中任一項的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層是由包含下列的方法而形成： 藉由將一含有一聚醯胺-醯亞胺、一離子傳導性聚合物與一溶劑的塗料溶液施用於該微孔性聚合物層、膜或薄膜的至少一側上，或者藉由將一含有一聚醯胺-醯亞胺、一離子傳導性聚合物、一陶瓷與一溶劑的塗料漿體溶液施用於該微孔性聚合物層、膜或薄膜的至少一側上，來形成一薄膜或層或塗層； 使用烘箱加熱，或者藉由以一水性溶液或純水來浸泡該薄膜、塗層或層或者噴塗該薄膜、塗層或層來萃取該溶劑，接著將該薄膜或層進行乾燥，來將該溶劑從該薄膜、塗層或層中移除或實質上移除。
  35. 如請求項34的分隔件，其中該水性溶液包含高於50%的水，較佳地100%的水。
  36. 如請求項34的分隔件，其中該溶劑是藉由以一水性溶液或100%的水來浸泡該薄膜、塗層或層或者噴塗該薄膜、塗層或層來萃取該溶劑接著將該薄膜或層進行乾燥來移除或實質上移除。
  37. 如請求項36的分隔件，其中該薄膜或層浸泡於該水性溶液或100%的水中或者與該水性溶液或100%的水接觸歷時1秒至30分鐘。
  38. 如請求項36或37中任一項的分隔件，其中該水性溶液包含高於50%的水，較佳地100%的水。
  39. 如請求項34的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PVDF、PVDF-HFP，或者它們的組合。
  40. 如請求項34的分隔件，其中該溶劑是NMP，或者其他可溶解聚醯胺-醯亞胺和/或以水或一水性溶液來萃取的溶劑。
  41. 如請求項34的分隔件，其中該陶瓷是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：SiO2 、礬土、鹼金屬鹽(KCl、LiCl等等)，以及它們的組合，並且該陶瓷可從該薄膜、層或塗層中被移除或可不被移除。
  42. 一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件，其包含： 一獨立的聚醯胺-醯亞胺層或薄膜，其包含下列、由下列所構成或實質上由下列所構成：一聚醯胺-醯亞胺以及至少一離子傳導性添加劑。
  43. 如請求項42的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺是選自於由下列所構成之群組：純質聚醯胺-醯亞胺、30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及它們的組合。
  44. 如請求項42或43的分隔件，其中該離子傳導性添加劑是離子傳導性聚合物。
  45. 如請求項44的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PVDF、PVDF-HFP，以及它們的組合。
  46. 如請求項45的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是PVDF-HFP，以及HFP含量介於5與35%之間。
  47. 如請求項42至46中任一項的分隔件，其中該分隔件的具有無限大或低於無限大的Gurley(s/100cc)、具有30或低於30的電阻，或者這兩者皆具有。
  48. 如請求項47的分隔件，其中該分隔件的Gurley(s/100cc)為無限大或低於無限大，較佳地7,000或低於7,000，更佳地6,000或低於6,000、5,000或低於5,000、4,000或低於4,000、3,000或低於3,000、2,000或低於2,000，或者1,000或低於1,000。
  49. 如請求項47的分隔件，其中該分隔件的電阻為30或低於30，較佳地25或低於25、20或低於20、15或低於15、10或低於10、5或低於5，或者3或低於3。
  50. 如請求項47的分隔件，其中該分隔件不僅Gurley(s/100cc)為無限大或低於無限大，較佳地7,000或低於7,000，更佳地6,000或低於6,000、5,000或低於5,000、4,000或低於4,000、3,000或低於3,000、2,000或低於2,000或者1,000或低於1,000，而且電阻為30或低於30，較佳地25或低於25、20或低於20、15或低於15、10或低於10、5或低於5或者3或低於3。
  51. 如請求項42的分隔件，其中該HTMI-聚合物層是由一包含下列的方法而形成： 藉由將一含有一聚醯胺-醯亞胺、一離子傳導性聚合物與一溶劑的塗料溶液施用於一諸如玻璃基板的撐體上，或者藉由將一含有一聚醯胺-醯亞胺、一離子傳導性聚合物、一溶劑與一陶瓷的塗料漿體溶液施用於一諸如玻璃基板的撐體上，來形成一層或薄膜； 使用烘箱加熱，或者藉由以一水性溶液來浸泡該薄膜或層或者噴塗該薄膜或層來萃取該溶劑，接著將該薄膜或層進行乾燥，來將該溶劑從該層中移除或實質上移除。
  52. 如請求項51的分隔件，其中該水性溶液包含高於50%的水，較佳地100%的水。
  53. 如請求項51的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺是選自於由下列所構成之群組：純質聚醯胺-醯亞胺、30%玻璃纖維的聚醯胺-醯亞胺、30%碳纖維的聚醯胺-醯胺、含有碳纖維的聚醯胺-醯亞胺、含有石墨的聚醯胺-醯亞胺，以及它們的組合。
  54. 如請求項51至53的分隔件，其中該離子傳導性添加劑是離子傳導性聚合物。
  55. 如請求項54的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：PVDF、PVDF-HFP，以及它們的組合。
  56. 如請求項55的分隔件，其中該離子傳導性聚合物是PVDF-HFP，其中HFP含量介於5與35%之間。
  57. 如請求項51的分隔件，其中該溶劑是藉由以一水性溶液浸泡該層或者噴塗該層來萃取該溶劑接著將該層進行乾燥來移除或實質上移除。
  58. 如請求項57的分隔件，其中該層浸泡於該水性溶液中歷時1秒至30分鐘。
  59. 如請求項51的分隔件，其中該陶瓷是選自於由下列所構成之群組中的至少一者：SiO2 、礬土、鹼金屬鹽(KCl、LiCl等等)，以及它們的組合，並且該陶瓷可被移除或可不被移除來形成最終的薄膜或層。
  60. 如請求項51、57或58的分隔件，其中該溶劑是NMP，或者其他可溶解聚醯胺-醯亞胺和/或以水或一水性溶液來萃取的溶劑。
  61. 如請求項1的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層至少含有聚醯胺-醯亞胺以及一或多種成孔劑(諸如塑化劑、溶劑、不良溶劑、顆粒或聚合物)，並且可藉由下列而製成半多孔性或多孔性：從一至少含有聚醯胺-醯亞胺與成孔劑、聚醯胺-醯亞胺、另一聚合物與成孔劑，或者聚醯胺-醯亞胺、聚合物與成孔劑的塗料配方中，至少移除一些成孔劑。
  62. 如請求項1的分隔件，其中該聚醯胺-醯亞胺塗層或層至少含有聚醯胺-醯亞胺以及一或多種其他聚合物或共聚物，並且可為無孔性(但在電解質中仍具離子傳導性)、半多孔性、微孔性、奈米孔性或多孔性。
  63. 一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺塗覆的分隔件，其包含： 一固態電解質(SSE)層或基板，以及 一在該SSE層的至少一側上之聚醯胺-醯亞胺塗層或層。
  64. 一種用於高能量或高電壓可充電鋰電池之聚醯胺-醯亞胺分隔件，其包含： 至少一層，其至少含有聚醯胺-醯亞胺、聚醯胺-醯亞胺與成孔劑、聚醯胺-醯亞胺、另一聚合物與成孔劑，和/或聚醯胺-醯亞胺、其他聚合物與成孔劑。
  65. 如請求項1至64中任一項的分隔件，其中將聚醚醯亞胺用來替代聚醯胺-醯亞胺。
  66. 新穎或改良之用於鋰電池(諸如高能量或高電壓可充電鋰電池)的塗覆膜、塗覆材料、塗層、分隔件、塗覆的分隔件、聚醯胺-醯亞胺塗覆膜、分隔件膜、聚醯胺-醯亞胺層或分隔件，以及對應的電池，其包括相同於本文所示、所述或所主張者。
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