TW483185B - Shutdown battery separator made with a blend of polymer and oligomer - Google Patents
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Description
483185 五、發明說明（1) 發明領娀· 器 在此揭示電化學電池及由其所製成之電池的斷電分隔 〇 發明背景 隔器被當作整個電池安 電池中需要防止或實質 能性可能因，例如物理 的短路而提高。一般用 將在約1 3 0 °C (接近聚乙 閉以實質上停止電池中 溫度下斷電之分隔器以 種替代物，但明顯地沒 。這些替代物包括具有 分隔器。兩者具有低於 需求。 其包含孔隙度在30-80% 並且係由聚烯烴聚合物 所製成的微孔性聚烯烴 在經離子充電式電池中，斷電分 全系統的一部份。特別地，在這些 上降低熱逸出的可能性，其中該可 損害、内部缺陷或充電過度所引起 於鋰離子充電式電池的斷電分隔器 烯之溫度）下斷電（即足夠的孔洞關 的離子流或電流）。 、電池製造者希望能擁有可在極低 增加安全性。關於此點，曾提出數 有一個可取代130。(：斷電的分隔器· 粒子拉伸隔膜或相轉化隔膜之多層 1 3 〇 °C之斷電溫度。 曰 因此，持績對低溫斷電分隔号有 發明概述
—本發明係關於一種電池分隔器， 範圍，平均孔徑在〇 · 〇 2〜2微米範圍 及聚烯烴聚合物之募聚物之摻合 隔膜。 J 本發明係關於一種電池（或電％ ^ a电池）分隔器。該電池可為任
第4頁 483185 五、發明說明（2) 何可從分隔器之使用獲得利益的電池，里 止電池陽極及負極間之離子流（或電流）二二^ =具有停 力。此種電池之實例為鋰電池，特別是；：= 池。 —丁凡电式電 電池一般包含陽極、陰極、夾在陽極鱼阶 器，經由分隔器與陽極和陰極作離子性接^ ^分隔 括陽極、陰極、分隔器及電解液之包裂(妾如觸罐之子電 為了方便，本發明將藉參考具有液態有機電解液^ 1) ς 充電式電池而描述之，但本發明不因此而受限。、： 是一種微孔隔膜。其可能是單層：多(層隔膜。所 有y刀隔裔應具有足夠機械強度以承受電池製造及 的嚴酷/而且，該分隔器應具有足夠熱安定性及斷電能k 力 > 熱安定性相當於隔膜在熱釋放相關的不正常條=杏 ^上可維持其物理尺寸的能力（如在較高溫度下可容忍收貝 縮並可防止陽極與陰極在較高溫度下之物理接觸）。g電 =力相當於隔膜實質上關閉其孔洞以作為熱釋放的結果之 能力，其中電解液的離子係經由此孔洞傳導陽極與陰極間 的電流> 斷電應發生在低於丨30t：(這將更詳細地說日^於 下）之溫度且斷電應急遽發生（如斷電的溫度應答寬度是短 的，約4-5 °C )。 又 在單層分隔器的例子中，機械強度、熱安定性及斷電能 力皆存在於單層中;。 在夕層分隔器的例子中，兩或多個（較佳為三個）微孔隔 膜包含此分隔器。一般而言，至少一個隔膜提供足夠的機 483185 五、發明說明（3) 3性’同時另一個隔膜提供斷電能力。多層 著，例如以壓層(即:二；；fΛ猎製造各個隔膜’接 接力一# y- ^ ^…、及/或壓力）或共擠壓的方式將其黏 的。且各個隔膜在黏接之前是微孔或無孔 溶劑萃取方法製得。此類隔膜在 或 ..., 此頰隔朕在商業上可由，例如北卡羅 々古elgard公司、日本東京的化學 業瓜伤有限么司及曰本東京Tonen 。且 斷電能力之微孔隔膜是本發明。 于/、有過田 分隔器，如供鐘離子奋雷彳Φm i ^ 人0 —, 雕卞允尾式電池用之分隔器的厚度係低 ^密耳（75微米）’較佳為厚度在3至75微米範圍内，最值 為在5至37微米範圍。該分隔器的孔隙度在3〇_8〇%範圍， 車父佳係在35至60%範圍。孔徑係在〇. 〇2至2微米範 係0.04至0.5微米。分隔器的Gurley數為⑴⑽秒，較偉 係7至80秒。（在此所用之Gurley數相當於1〇〇立方厘 空氣在12. 2英吋水中通過1平方英吋的隔膜所需時間量。） 本發明微孔性聚烯烴隔膜係由聚烯烴聚合物及聚聚 合物之募聚物的摻合物所製成的。如在此所用之聚合物相 當於長鏈分子結構，其中單體的添加或除去不會明頬影響 其物理性質。如在此所用之寡聚物相當於短鏈聚合物，其 性質會隨重複單位（或單體）的添加或除去而改變。 不必要係由與聚合物相同的重複單位（或單體）所製。 欲供本發明使用之聚合物相當於—種以Ci_c?重複單位（成 單體）為基質的聚合物。相同地’欲供在此使用之
483185 五、發明說明（4) 相s於以Ci-C：7為基質的單體。聚合物包括聚乙烯、聚丙 稀、聚丁稀及聚曱基戊烯。以聚乙烯為佳，且以高密度聚 乙稀（ΗΜΕ)為最佳。較佳的寡聚物包括分子量低於6〇〇〇之 聚乙稀躐。最佳為分子量在2〇〇 —56〇〇範圍之聚乙烯蠟。該 聚合物及养聚物被摻合（或混合）在一起，因此募聚物係均 勻地分佈在整個聚合物中。摻合物可包含低於5 〇重量％之 券聚物’最佳係在2 - 4 0 %範圍内。募聚物係經過選擇，因 此可容易地與聚合物摻合。 先前隔膜之實例係表示於下。 實例 下列實例係利用表1中所列出之組成份。百分比（％)相當 於π重量百分比π或π重量V'。
聚合物 T T TN ΤΓ^ 1 1 密度 熔化溫度 (°C) 結晶性百分比 HDPE11 Τ Τ ΤΧ Τ\ ΤΓ^ A ) 0.96 Γ35 76 HDPE22 0.96 m~ 78 聚合物3 PEWax 1500 0.96 119 '^ 100 PEWax 1000 0.96 1 iT"—- 111 93 PEWax 850 nr?\i7〇 v nn c 0.96 1 A c -- 99 rJbwax / 1j 0.95 — ΓοΤ^— y y 89 PEWax 655 0.94 〇 A " 89^— __98_ n c PEWax 600 — 0.94 " ν ： ： ---------- ^刀1逆租司市Fina石油及化學 公司取得。 2 Escorene 784 5在商業上係從德州权 休市頓市Exxon化學公
第7頁 483185 五、發明說明（5) 司取得。 ^ PE Wax’ s在商業上係從德州糖田市Baker Pe t ro 1 i t e聚含 物部門公司取得。 以手混合30重量％ PEWax 1 0 0 0與70% HDPE1。在190°C下 擠壓此摻合物使呈薄膜狀。此薄膜在1 0 0 °C下退火1 〇分 鐘，然後在I n s t r ο η中9 5 °C下拉伸之。結果係列於表2中。 表2 厚度 (密耳） Gurley (秒） 孔隙度 (%) 斷電溫度 (°C) 100% HDPE1 0.64 54 30 130 摻合物 0.50 45 35 121
藉擠壓/退火/拉伸（即乾拉伸）程序製得30重量％募聚物 /70%聚合物之摻合物的薄膜。結果係列於表3中。 表3 厚度 (密耳） Gurley (秒） 斷電溫度 (°C) 100% HDPE1 0.65 21 130 30% PEWax 1000/70% HDPE1 0.47 13 115 30% PEWax 1000/70% HDPE1 0.60 14 117 100% HDPE2 0.82 42 130 30% PEWax 1000/70% HDPE2 0.88 25 116 30% PEWax 1000/70% HDPE2 0.96 34 118 不同的寡聚物濃度對摻合物的影響係列於表4中。
表4 厚度 (密耳） Gurley (秒） 斷電溫度 (°C) 10% PEWax 1000/90% HDPE1 0.78 22 125 20% PEWax 1000/80% HDPE1 0.70 31 123 30% PEWax 1000/70% HDPE1 0.52 24 122 40% PEWax 1000/60% HDPE1 0.58 33 121
第8頁 483185
寡聚物變化體對斷電溫度 誓係列於表5中 表5 (密耳） Gurley (秒） 斷電溫度 (°C) 30% PEWax 1500/70% HDPE1 __5λ57 13 1 〇 /1 30% PEWax 1000/70% HDPE1 31 1 24 30% PEWax 725/70% HDPE1 〇?92 42 L jL jL 122 30% PEWax 600/70% HDPE1 0.64 19 120 多成份募聚物對斷電溫度的影響係列於表6中 表6 ' 厚度 Gurley (秒） 斷電溫度 (°C) 15/15 PEWax 725/850/70% HDPE1 0.85 44 123 10/10/10 PEWax 655/725/1000/70% HDPE1 0.46 18 123 10/10/10/10 PEWax 655/725/850/ 1000/60% HDPE1 0.52 24 119 擠壓、退火及拉伸30% PEWax 1〇〇〇與70% HDPE2之摻合 物以形成： 厚度 Gurley 斷電溫度 (密耳）（秒） （°C ) 30°/〇 PEWax 1 00 0 /7 0% HDPE2 1.06 20 1 1 9 除了以30% PE Wax 1 00 0/7 0% H DPE1取代中間層之外，製 造聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（即8微米厚的聚丙烯）三層 (Celgard 2300)以獲得： 厚度（密耳） Gurley (秒） 斷電溫度（°C ) 三層 0.93 44 1 25 483185 五、發明說明（7) 本發明可以其他特定形式具體化之，而不背離其精神或 基本特徵，因此，必須參考所附的申請專利範圍，而非參 考先前的專利說明書作為本發明範圍之指標。
第10頁 483185 圖式簡單說明
第11頁
Claims (1)
- 483185 六、申請專利範圍 1 · 一種電池分隔器，包含·· ^广微孔性聚烯烴隔膜，其孔隙度係在30-80 %範圍，平 二t 2 f在0· 〇2 ―2· 〇微米範圍且係由聚烯烴聚合物及聚烯 fe聚a物之寡聚物摻合物所製成。 2· —種電池分隔器，包含： ^ :微孔性聚烯烴隔膜，其孔隙度係在30-80 %範圍，平 二孔徑係在〇· 〇2-2· 0微米範圍且係由以Ci — q為基質之聚合 及以h-C?為基質之募聚物摻合物所製成。 其中該分隔器 其中該分隔器 其中該隔膜是 其中該摻合物 其中該聚合物 其中該募聚物 其包含斷電溫 3·根據申請專利範圍第丨或2項之分隔器 具有低於該聚合物之熔化溫度的斷電溫度 4·根據申請專利範圍第丨或2項之分隔器 的厚度小於3密耳。 5·根據申請專利範圍第1或2項之分隔器 多層分隔器中的一層。 6. 根據申請專利範圍第1或2項之分隔器 具有50重量％或更少之寡聚物。 7. 根據申請專利範圍第1或2項之分隔器 是聚乙蝉。 0 8·根據申請專利範圍第1或2項之分隔器 是分子量低於60 00之聚乙烯堪。 9·種用於链充電式電池之電池分隔器 度低於約130 °c，孔隙度在3 0-80 %範圍，平均孔徑在 〇· 0 2-2· 〇微米範圍並由高密度聚乙烯聚合物及分子量 6 〇⑽之聚乙烯蠟的摻合物所製成之微孔性聚烯烴隔膜。；第12頁 483185 六、申請專利範圍 1 0. —種電池，包括： 陽極； - · 陰極； ΊΤ 根據申請專利範圍第1或2項之分隔器，該分隔器係位 4 於該陽極與該陰極之間；及 電解液，其係經由該分隔器與該陽極和該陰極作離子 傳遞。 11.根據申請專利範圍第1 0項之電池，其係一種鋰電 池。第13頁
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