TW408512B - Ethylene-vinyl alcohol copolymer battery separator - Google Patents

Description

408512 A7 B7 五、發明説明（ 璧1明領域 本發$有關一種包含經定向乙綣 之電池隔板。 白乙缔-乙缔基醇共聚物微孔膜 發明背景 電池係一種電化學裝置，里萨. ^ /、猎由化予旎轉換成電能產生

電流。其基本組件爲：由較吝錄十_ J 田叛夕種或較少種導電物質製成 正電極與負電極；分隔介質（例如， 、J如 h板）；及電解質。頦 在數種類型電，池。其中有兩種雷油良.、Δ 、 徑呢4為·初級（或不可逆或用 抛棄.式）.电池與次級（或可逆或#雪4f 〜j、攻·无冤式）電池。描述電池特 徵之其他方式係以電解質性質表示；例如該電解質爲水性 或非水性（例如有機類）。電解質之性質對於隔板之選 材料性影響。 ’ 具有水性電解質之電池包括但不受限於：鹼性電池、氫 化鎳金屬（NiMH)電池；鎳鎘（NiCd)電池；及鋅·空氣電池。 此等電池之隔_板必須具有親水性。親水性意指“濕潤”該雪 解貧之说力。/择潤意指使一種物質（例如電解質）更易孕 透入或遍佈另外物質（例如隔板）表面之能力。 在初級水性電解質電池中，可以使用'耐綸與經親水處垤 之聚烯煙隔板。耐綸係一，種親水本質之物質，而聚烯烴係 一種疏水本質物質，其使用前必須以一種濕潤劑處理使之 具有親水性。 在次級水性電解質電池中，已使用耐綸與經親水處理之 聚烯烴隔板，但是因其隨著充電電池使用時間變質（即該句 綸或該聚烯烴上之親水處理）之故，此二者均有不足之處。 -4 本紙尺度迚州中阀1¾¾':心M rNS ) 見柁（2丨0X297公漦） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j ------ - 1------ 訂 408512 A7 B7 五、發明説明（2 ) 該變.質情:¾會縮短電池之使用期限。 因此，，需.要一種具有親水性且抗變質之新穎電池隔板》 美國專利第4,3 Q9,494號揭示一種由乙埽-乙烯基醇（或 EVON)共聚物製成之電池隔板，但是該隔板係由無孔膜之 溶劑萃.取方法或於存在電解質下潤脹製得，而且未經定 向。美國專利第5,238,735號揭示一種藉由粒子拉伸技術自 聚烯烴製得之電池隔板。該粒子拉伸技術中，將合成樹脂 粒子添加於該聚烯烴中，如此當拉伸無孔膜時，該粒子界 面會產生“剥落”，使聚烯烴產！孔。曰本Kokai 56/049157 揭示一種血漿分離用之乙烯-乙烯基醇共聚物有孔膜，其係 由溶劑萃取法製得，而非由定向法製得。W097/2Q885揭示 一種可以作爲隔板之微孔乙烯-乙烯基醇共聚物膜。該膜係 由“相分離”技術製得。在相分離技術中，將EVOH共聚物 溶解於相容聚合物或化合物中，並去除非EVOH物質。相分 離作用並非定向作用。 因此，需要一種新穎電池隔板，其具有永久親水性、抗 變質而且可以簡易且經濟地製造。 發明摘要 本發明有關一種包含乙烯-乙烯基醇共聚物之經定向微孔 膜的電池隔板及包含該隔板之電池。 發明詳述 电池係一種電化學裝置，其藉由化學能轉換成電能產生 黾 。其基本組件爲：由較多種或較少種導電物質製成之 正電極與負電極；隔板：及電解質。電池可爲初級（或不玎 ___________ 一 -5- (諳先聞讀背面之注意事項再填莴本頁)

408512 五、發明説明（3

經濟部中央標準局負工消费合作社印製 逆或m後拋棄式）電池與次級（或可逆或充電式）電池ρ該電 解質爲水性或非水性。本發明中，較佳電池爲水性次級= 池。特別是，該電池可以稱爲一種鹼性次級電池。該電= 义實例包括：氫化鎳金屬（NiMH);鎳鎘（NiCd);及 命 氣。 工 電池隔板係一種微孔板或膜，其位於該正電極與負電極 之間，而且被電解質浸濕。在水性電解質電池中，該隔板 具有親水性爲佳，如此該電解質可以濕潤該隔板。本發明 中，使用一種乙烯-乙烯基醇共1物使該隔板具有親水性。 該隔板愈薄愈好；其厚度可自5至200微米。 定向微孔膜意指適於作爲電池隔板，而且其可由粒子拉 伸技術製得之微孔膜。在粒子拉伸技術中，將—種惰性填 料（即粒子）添加於該乙烯乙烯基醇共聚物中，如此當該拉 伸典孔先負膜時’該粒子與共聚物界面會產生微孔。拉伸 作用可以單軸或雙軸進行，以後者爲佳。不必使用溶劑以 萃取該粒子。下文將更詳盡地説明粒于拉伸技術。適於作 爲電池隔板之微孔膜葛利値（Gurley value)(TAppi Τ — 536，高 壓法）自小於10至i〇〇 ;孔大小自[至1〇微米；而且孔率自3〇 至80%爲佳。 乙晞-乙烯基醇共聚物係一種聚合物，其包含至少乙烯與 乙烯基醇單體（已知亦可使用其他單體）。較佳乙缔-乙烯基 醇共聚物由約27至49莫耳％乙晞组成。最隹乙烯-乙烯基醇 共聚物由約29莫耳％乙烯組成。 惰性填料意指添加於共聚物之粒子，其於拉伸期間用以 6 ‘纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) 規相（21 Ox 297公分 ..... .....I —^― · · L J 1 11 - - · U— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ

I 408512 A7 B7 五、發明説明（4 ) ~~~ ^ — 1 —噃 L f許先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 促進孔形成，而且不會對電池化學性質產生負面影響。琴 填料可今有機或無機。範例枝無機填料包括：玻璃輊子^ 陶瓷粒子。範例性有機填料包括：聚四氟乙#(pTEF)盥數 種經熟化橡膠粒子。該填料之平均粒子大小可在4〇〇至8〇〇 毫微米範圍内，在550至650毫裰米範圍内爲佳。 電池隔板係摻合自60至80體積百.分比乙烯-乙烯基醇共聚 物與自40至20體積百分比惰性填料之组合物製得。將該组 合物形成膜，並以熱拉伸分子定向該膜。膜形成技術實例 包括鑄製或擠製’以擠製爲佳^該微孔膜之孔係由《粒子拉 伸”技術形成，即拉伸包含惰性填料之乙烯-乙烯基醇共聚 物製得。爲得到均勻孔（即，孔之形狀與大小以及膜中之孔 分佈），拉伸率與塡料在共聚物中均勻分佈極爲重要。不一 定要以兩個方向拉伸該物件，僅以單軸拉.伸可製得具有充 分良好性質之膜》拉伸率通常爲〇·5至4，以2至3爲佳。該 拉伸溫度在自約80至170°C範園内，在約n5至i50°C範圍 内爲佳a 爲使填料均勻分佈，使用任何習知方法進行組份之混合 作用。例如’使用一種混合器諸如“超級混合器，，或 Henschel混合器或在一擠製器中同時混合上述组餘。 適於製備本發明膜之裝置種類係本技藝中習知者。例 如，具有模之習用螺旋擠製器可以符合需求。将具有填料 之共聚物進料導入該擠製器之進料斗。溶融該樹脂，並以 該螺旋輸送到該模處，自該模處擠製，並經由一窄口由收 集器或録製滾筒拉出形成膜s -7- (C'NS ) Λ4¾¾ ( 210 X 297^7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 408512 A7 ___ B7 五、發明説明（5 ) 膜擠製作用之熔融溫度通常不高於該乙烯-乙烯基醇共聚 物豫點以上約10至-20°C，而且不低於熔融溫度9高於該共 聚物熔融溫度5 V至約UTC爲佳。 七述乙缔-乙烯基醇共聚物電池隔板係以下列方式製造。 實施例1· ' 將63體積百分比之粒化乙烯-乙烯基醇共聚物（由EVALCA of Lisle，IL所售’商標爲EVAL@F1.01 (32莫耳百分比乙晞 含量））與37體積百分比粒化填料（由R〇hm & Haas 〇f Philadelphia ’ PA所售，商標爲 jraraloid EXL 3330)之混合物 於40毫米ZSK Werner Pfleiderer雙螺旋擠製器中化合，並擠 製成線狀/棒狀。在Weiley磨機中硬磨（或使用粒化器粒化） 並於大約100 C乾燥高達8小時之後，將該组合物進料至3/4 忖Brabender單螺旋擠製器之進料斗中，該擠製器係以每分 鐘76轉之速度操作。在該擠製器上裝置6吋膜模。溫度計劃 隨著擠製進料末端至模末端之長度逐漸間隔開其爲19〇、 22〇、216、2〇5 C。該擠製器組合物進料至三组3_滾筒鋒製 組’並保持90°C。已發現該组合物之厚度大約丨6毫米。使 用T.M. Long膜拉伸設備，在固定力度模式下於15〇。〇以同 時拉伸模式雙軸拉伸該未經拉伸膜。縱向/橫向拉神率爲 3.0/3.0。所形成隔板具有可接受電阻，而且已發現其具有 所需抗張強度與孔容積。， 實施例2 在一個Haake圓錐狀雙螺旋擠製器中化合物8〇體積百分比 粉末狀乙烯-乙烯基醇共聚物（由Noltex L,L.C, of LaPom -8- 本纸張尺度適用中國國家標準（CMS ) Μ规格ί 210X29"?公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Λ ^ IE mi HJ^i HJ _ 、T 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 408512 at ______ B7 五、發明説明（6 ) TX ’商標爲Soarnol@B-7 (29莫耳百分比乙缔含量）與2〇體積 百分比填料（由Rohm & Haas所售’商標爲parai〇id EXL 2330). ’並擠製成線狀/棒狀。 粒化並乾燥之後，將該組合物進料至3/4吋Brabender單螺 旋擠製器之進料斗中，該擠'製器係以每分鐘45轉之速度操 作。在該擠製器上裝置4吋膜模。溫度計劃隨著擠製進料 末端至模末端之長度逐漸間隔開，其爲190、220、2 16、205 。該擠製器组合物進料至三組s _滚筒鑄製组，並保持80 。已發現該組合物之厚度大約1 〇毫米。使用Brukner雙軸 定向機，於125°C下以同時拉伸模式雙轴拉伸該未經拉伸 膜。縱向/橫向拉伸率爲1,5/2.0。 所形成隔板具有可接受電阻，而且已發現其具有所需抗 張強度與孔容積。 本發明可以不違背本發明精神或其本質之其他特定形式 具體化，因此本發明範疇必須參考後文申請專利範圍’而 非以前述説明表示本發明範轉。 本纸張尺度適用中國國家標举（CNS ) A4規格（2iOX 297公釐） (諳先閩讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 第87113820號專利申請案4 Ο 8 5 i 2 中文申請專利範圍修正本(89年3月） 六、申請專利範圍 A8 BS C8 D8

   .麵 醇共聚 電池隔板’其中該膜係經軸 1. 一種電池隔板，其包括：一種包含乙烯-乙烯基 物之經定向微孔膜。 2. 根據申請專利範園第1項之 定向。 3_根據申請專利範圍第丨項之電池隔板，其進一步包括一 惰性填料。 4. -種電池’其包括：-個正電極；—個負電極；一種水 性電解質；及一個與該電解質接觸並且位於該電極間之 隔板，該隔板包括一種包含乙缔_乙埽基醇共聚物之經 定向微孔膜。 5 _根據申請專利範園第4項之電池，其中該膜係經軸定 向。 6.根據申請專利範圍第4項之電池，其進—步包括一惰性 填料。 V. !·^-I -- (請先si绩背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製

   第87113820號專利申請案4 Ο 8 5 i 2 中文申請專利範圍修正本(89年3月） 六、申請專利範圍 A8 BS C8 D8

   .麵 醇共聚 電池隔板’其中該膜係經軸 1. 一種電池隔板，其包括：一種包含乙烯-乙烯基 物之經定向微孔膜。 2. 根據申請專利範園第1項之 定向。 3_根據申請專利範圍第丨項之電池隔板，其進一步包括一 惰性填料。 4. -種電池’其包括：-個正電極；—個負電極；一種水 性電解質；及一個與該電解質接觸並且位於該電極間之 隔板，該隔板包括一種包含乙缔_乙埽基醇共聚物之經 定向微孔膜。 5 _根據申請專利範園第4項之電池，其中該膜係經軸定 向。 6.根據申請專利範圍第4項之電池，其進—步包括一惰性 填料。 V. !·^-I -- (請先si绩背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製