TW388134B - Separator for gel electrolyte battery - Google Patents

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Description

五、發明說明（1) 發明之領域 本發明係關於供凝膠電解質電池用之分離物。 發明之背景 重量輕可充電之電池用於許多電力裝置，例如f蜂巢式 電話、呼叫器、電腦、與電動工具，。一種受歡迎之可充電 電池為鋰離子電池。今日商業可得之鋰離子電池使用液態 電解質。.此電解質以有機為主。結果，鋰離子電池必須密 封於堅固之"罐"中以防止電解質之滲漏。希望排除堅固罐 及朝撓性、重量輕、不漏包裝改變，例如，，金屬化塑膠或 箔袋。 一種建議排除罐之方法為固態電解質之使用。參見美國 專利 5, 296, 318 ; 5, 437, 692 ;5, 460, 904 ;5, 639, 573,; 5, 681，35 7 ;與5, 6 88, 2 9 3。、固態電解質包括兩型，固態電解 質與凝膠電解質♦此二型中，凝膠電解質因為其較大之導 電性而較佳。然而，凝膠電解質有缺點，因為其無法容易 地提供分離正與負極所需之結構整體性，例如，在製造 時，及提供安全地處理電極之關機能力，例如，在過度充 電條件時。 在美國專利 5, 639, 573 ;5, 681 ,357 ;與 5, 688, 293 中，， 其提議使用組合吸收或凝膠形成聚合物之微孔薄膜（或内 層）作為分離物系統/在電極注射至分離物系統中之後.， 凝膠形成聚合物硬化而形成圍繞微孔薄膜之膠化電解質， 而藉微孔薄膜之包括增強凝膠電解質之結構整體性。 在以上電池之製造中，吸收或凝膠形成層與内層之脫簦
五、發明說明（2) 或分離之發生為有害的。因此’需要新穎之分離物，其改 良微孔薄膜對凝谬形成聚合物之黏附及因而在製造時減少 此二組件之脫離或分離。 發明之概要 。 本發明為電池分離物，特別是用於凝膠電解質電池，其 包括微孔聚合物薄膜；及其上具有〈〇 3毫克/平方公分' 之表面密度之黏附塗層，或其上具有凝膠形成塗層，此凝 膠形成塗層包括凝膠形成聚合物與塑性劑。 圖示之說明 為了描述本發明之目的，•在圖式中顯示目前較佳之形 式，然而，應了解本發明不限於所示之精確配置及機構 圖1為電池之橫切面略示描述β · 圖2-4為塗層特徵之圖形描述。 發明之詳細說明 ‘參考圖式’其中類似之號碼表示類似之元件，在圖]中 顯示電池10。電池10包含正極20，負極3〇，及其間之電解 質/分離物系統40。電解質/分離物系統4〇包含微孔薄膜 4 2，凝膠電解質4 4 及其間之黏附塗層。 通吊*’具有負與正極之電池1〇為已知的及可參考D. Linden(編者）之電池手冊，第2版，McGraw_Hiu公司.， 紐約i紐約州：（ 1 995 )，美國專利5, 29 6, 3 1 8 5,437’6 92 ;5,4 60,904 ;·5,639,573 ;5,681，357.;與 5,688,293 及日本專利申請案59_1〇6556〇984年5月28曰 提出）’·與6卜265840(1986年11月8日提出），其在此併入
1ΒΙ
第5頁 五、發明說明（3)
作為參考。，較佳A 凝踢電解質之崎子^為㈣子電m最佳為具有 參考電解質/分離物系/ 電解質凝膠44之間句扭私、’…、優點為在微孔薄膜42與 或凝膠形成聚合物與電二凝疼形成聚合、(及/ 微孔薄膜42之表面上 (及/或凝㈣Ϊ聚層46在凝移形成聚合物 h…主Γ物與電解質之組合）之塗佈前塗佈於 ’‘以利於其間之結合 “微孔薄扣任何微孔薄膜·。薄臈42可由聚烯烴製造‘。 =不之聚’ k包括但不限於聚乙稀（pE),、聚丙 聚甲基戊稀（PMP) »薄膜42可藉乾燥拉伸法（亦已知為· ” celga^rd法）或溶劑法（亦已知為凝膠擠製或相分離法）製 造。薄膜42可具有以下之特徵：/不超過3〇〇秒/丨〇〇 cc(較佳 為200秒/lOOcc，最佳為15〇秒/1〇〇cc)之空氣滲透力，；範 圍為5至500//(較佳為1〇至1〇〇# ，最佳為1〇至5〇“）之厚 度；範圍為0.01至1〇#(較佳為005至5//，最佳為〇〇5至 0. 5 μ)之孔徑；及範圍為35至85%(較佳為4〇至8〇%)之多孔 性。薄膜42較佳為關機分離物，例如，參見美國專利 4,650,730 ； 4,731,304 ； 5,281,491 :5,240,655 ； 5,565,28 1 ;5,6 67, 9 1 1 ;申請案序號 0 8/ 83 9,6 6 4 ( 1 997 年 4 月1 5曰提出）；曰本專利2 64 2 2 0 6與曰本專利申請案 98395/1994(1994 年5 月12 日提出）；.7/56320(1995 年3月 15
日提出）；·及英國專利申請案9604055.5(1996年2月27日） ，其在此併入作為參考，。薄膜42商業得自.：CELGARD UC
第6頁 五、發明說明（4) ，北卡州Charlotte,，美國；朝曰化學工業有限公司.，東 京曰本；Tonen公司，.東京，曰本；Ube工業公司東 京，日本；及Nitto Denko株式會社、大阪L日本。 凝膠電解質44指凝膠形成聚合物與電解質之混合，物〜在 電池製造時·，無電解質之凝膠形成聚合物可塗佈於微孔薄 膜42，或凝膠形成聚合物與電解質之混合物可塗佈於薄膜 42。·凝膠形成聚合物之實例包括但不限於聚氟亞乙烯、 (PVDF) '聚胺曱酸乙酯；·聚環氧乙烷；聚丙烯腈；聚丙烯 酸甲醋；·聚丙烯醯胺;聚乙酸乙烯酷；·聚乙烯基吡咯啶 :丨=二Ϊ二丙稀酸龍;.以上任何之共聚物.，及其組 合。‘電解質可為適合電池使用之任何電解質。 ，且 黏附塗層46塗佈於簿寐4?夕主尤 、 部表面，.及插入薄膜42盘凝勝2 ’·較佳為外表面與孔内 ^ w „ 臊4^、旋膠電解質44 (或凝膠形成聚合 ^之^’且不負面地影響離子導電性（例如，因孔阻 薄膜42與凝膠電“低游膜撓性.，且增加 (或凝膠電解質），態中.，除了凝穋形成聚合物層 會屏4r 、 *亦使用塗層46 .，因此並非取代物。 室層4 6可以活性成份鱼笮如 · 膜42。Λ τ e r >成伤一 d之稀釋溶液之形式塗佈於薄 平二適當之黏附性，.塗㈣應具有在小於" =圍（較佳為〇.05至小於〇.3毫克/平方公 密度。在取個:二1至〇.25毫克/平方公分之範圍）之表面 (r ) # ^ -¾ , •、擇活性成份使得塗層之表面能量 c寺於或小於缚膜之表面能量（rj。，例如、，典型之薄
第7頁 五、發明說明（5) 膜物質包括夸7 29_ 枯也乙烯（rPE :約3 5 -36)及聚丙烯（7pp :約 。.例如，·參見A. F. M. Barton之溶解參數手册，，第2 勺枯R. C出版社’·（1 991 )，·第586頁•。例示之活性成份 ί於聚氟亞乙稀（PVDF):聚丙稀酸醋.、與聚丙稀
C^p 了 ^聚物（例如’ PVDF共聚物、更特別是PVDF : HFP 約32 i ^丙稀或六氟丙烯）共聚物）及其混合物·。TpvDF為 冰m ^各2 5 β選擇溶劑使得其可溶解活性成份，。例示之 二=，^PVDF:HFP但不限於有機溶劑、例如•，四氫咲味·、 糾士 a MEK)、'與丙鋼.。稀釋溶液可含少於1 0重量％之活 Μ Μ 圖2—4描述表面密度（毫克/平方公分）·， 二? J/ 數（例如，參見美國專利5, 464, 238 ) '及黏附 #。^英吋）如溶液（四氫呋喃）*PVDF : HFP共聚物％之函 *二d , XDBP’指對活性成份等量之塑性劑（DBp) .3 以 ^衣造具有具黏附塗層之分離物之電池•，其可包含 ^ ^步驟，以活性成份與溶劑之混合物塗覆微孔薄膜， 二仗=燥分離物；，以凝膠形成聚合物塗覆分離物.；層合陽 ί ‘、1覆之分離物、•與陰極，•而形成無.電解質之電池》;將 Ψ私/ ，^、袋（例如取代‘罐，之不漏：撓性包裝） 奸、將私解貝加入袋中；及將電.池硬化而形成凝膠電解 貝’、而形成活性電池' _在替代具體實施例中•，在美國專利5,63 9,573 ; 〕’ 681,，，357 與5, 688’ 293中討論之吸收或凝膠形成層.，其 在此併入作為參考.，藉由塑性劑之包括而改良。塑性劑之 主要功能為作為稠密塗覆（gp，3毫克/平方公分).，吸
五、發明說明（6) 收或凝膠形成層中之可萃取濾器。.塑性劑因為層在微孔薄 膜中遮住孔或減小孔之直徑之趨勢：結果降低導電度，而 在稠密塗覆層為必要的例示之塑性劑包括但不限於酯， 例如，酞酸酯為主之酯：如酞酸二丁酯。 ’ 製造具有具凝膠形成聚合物與塑性劑之塗層之電池之方 法可包含以下之步驟：以聚合物與塑性劑之溶劑混合物塗 覆微孔薄媒；然後乾燥分離物，；層合（例如.，在熱與壓力 下）陽極、分離物、與陰極而形成無電解質之電池；去除 塑性劑（例如，藉由使用適當溶劑之萃取，例如，曱醇）； 將此電池置於’袋’中；及將電解質加入袋中，而形成活性 電池。 本發明可在其他特定形式具體化而不背離其精神或重要 屬性，因此，應參考所附之申請專利範圍，而非以上之說 明書，作為表示本發明之範圍。

Claims (1)

  1. 六、申請旱利範圍 ' 1. 一種電池分離物，，其包含.： 微孔薄膜.；及 其上之黏附塗層：該塗層具有< 0.3毫克/平方公分之 表面密度、。 " 2. 根據申請專利範圍第1項之分離物：其中該表面密度 範圍為0.05至< 0.3毫克/平方公分.。 3. 根據申請專利範圍第1項之分離物.，其中該表面密度 範圍為0. 1至0. 25毫克/平方公分： 4. 根據申請專利範圍第1項之分離物，，其中該黏附塗層 包含選自包括氟亞乙烯、、聚丙烯酸酯.、聚丙烯腈.、其共聚 物及其混合物之活性成份.。 5. 根據申請專利範圍第4項之分離物，，其中該活性成份 為聚（氟亞乙烯；六氟丙烯）共聚物.。 6. —種電池：其具有根據申請專利範圍第1項之分離 物。 * 7. 根據申請專利範圍第6項之電池：其為鋰離子電池.。 8. —種電池分離物，.其包含： 微孔薄膜，.該薄膜具有表面能量（r,);及 其上之黏附塗層、，該塗層具有表面能量（r c),;其中 Ύ < γ 0 / c = / m 9 . 一種電池分離物：其包含ι : 微孔薄膜j及 其上之凝膠形成塗層、，該塗層包含吸收或凝膠彤成a 合物與塑性劑、。
    第10頁
    第11頁
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