TWI761785B

TWI761785B - 多孔性載體以及電化學裝置隔離膜

Info

Publication number: TWI761785B
Application number: TW109108363A
Authority: TW
Inventors: 吉武秀哉; 張惟閔; 何麗貞; 郭聰田; 張凱奇
Original assignee: 聚和國際股份有限公司
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2022-04-21
Also published as: TW202101813A

Abstract

本發明提供一種多孔性載體。多孔性載體包括纖維素基底以及功能層，功能層位於纖維素基底的至少一表面上，其中功能層包括有機高分子彈性填料以及高分子黏合劑。本發明亦提供一種包括多孔性載體的電化學裝置隔離膜。

Description

多孔性載體以及電化學裝置隔離膜

本發明是有關於一種載體以及隔離膜，且特別是有關於一種多孔性載體以及電化學裝置隔離膜。

目前，鋰離子電池可作為筆記型個人電腦（personal computer）或行動電話等攜帶裝置、混合動力車或電動汽車等的蓄電池。由於鋰離子電池具有可重複充電放電、重量輕、高電壓值與高能量密度等特點，其市場需求量與日遽增，使用者對於鋰離子電池使用壽命的要求也越來越高。

鋰離子電池中的隔離膜對於電解液和電極必須具有良好的穩定性，其中不織布相較於其他材質具有較佳的離子傳導率、濕潤性以及耐高溫性。然而，由於纖維素本身不具備彈性，因此若使用纖維素作為不織布隔離膜的材料，鋰離子電池經長期充電放電循環後，隔離膜會被壓縮而導致電極與隔離膜之間出現空隙，而使鋰離子電池的阻抗增加，進而縮短鋰離子電池的壽命。因此，如何改善隔離膜被壓縮後產生阻抗增加的問題，以使鋰離子電池達到目前業界的要求，實為目前此領域技術人員亟欲解決的問題。

本發明提供一種多孔性載體，其具有較佳的抗壓縮性和回復性。

本發明另外提供一種電化學裝置隔離膜，其包括本發明的多孔性載體，故具有較佳的抗壓縮性和回復性。將本發明的電化學裝置隔離膜作為鋰離子電池的隔離膜時，可使鋰離子電池具有較長的壽命。

本發明的多孔性載體包括纖維素基底以及功能層，功能層位於纖維素基底的至少一表面上，其中功能層包括有機高分子彈性填料以及高分子黏合劑。

在本發明的一實施例中，上述的有機高分子彈性填料的彈力係數介於200 kgf/mm² 至500 kgf/mm² 之間。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性載體的回復率至少為60%以上。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性載體的壓縮率為12%以下。

在本發明的一實施例中，上述的纖維素基底的材料包括天然纖維、改質天然纖維或其組合。

在本發明的一實施例中，上述的天然纖維包括棉、麻、椰子或其組合。

在本發明的一實施例中，上述的有機高分子彈性填料的材料是選自由烯屬不飽和羧酸烷基酯或其衍生物、基於共軛二烯化合物或其衍生物、烯屬不飽和羧酸或其衍生物、芳香族乙烯基化合物或其衍生物所組成的群組的至少一種以上。

在本發明的一實施例中，上述的多孔性載體的厚度介於13微米至50微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的纖維素基底的厚度介於12微米至50微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的功能層的厚度介於0.5微米至20微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的纖維素基底中的纖維直徑介於0.01微米至50微米之間。

在本發明的一實施例中，上述的有機高分子彈性填料在功能層中的重量百分比介於50%至99.9%之間。

在本發明的一實施例中，上述的功能層為連續性或非連續性地位於纖維素基底的至少一表面上。

在本發明的一實施例中，上述的功能層位於纖維素基底的相對兩表面上。

本發明的電化學裝置隔離膜包括上述的多孔性載體。

基於上述，本發明的多孔性載體藉由在其至少一表面上塗佈有機高分子彈性填料，而使多孔性載體具有較佳的抗壓縮性以及彈力回復性。因此，當多孔性載體應用至鋰離子電池的隔離膜時，鋰離子電池經多次充電放電過程後，由於本發明的多孔性載體較不易被壓縮，且回復性較佳，使隔離膜和電極之間較不易產生空隙，故不易造成阻抗增加，進而可使鋰離子電池具有較長的壽命。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

以下將藉由實施方式對本發明作進一步說明，但該等實施方式僅為例示說明之用，而非用以限制本發明之範圍。

圖1是依照本發明一些實施例的多孔性載體所繪示的示意圖。圖2是依照本發明另一些實施例的多孔性載體所繪示的示意圖。

請參照圖1，本發明提供一種多孔性載體10，包括纖維素基底100以及功能層102。詳細而言，功能層102位於纖維素基底100的至少一表面上，其中功能層102包括有機高分子彈性填料以及高分子黏合劑。在一些實施例中，多孔性載體10的厚度例如是介於13微米至50微米之間。在其他實施例中，多孔性載體10的厚度例如介於20微米至25微米之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，多孔性載體10的功能層102例如位於纖維素基底100的一表面上（如圖1所示），但本發明不限於此。在其他實施例中，多孔性載體20的功能層102例如是位於纖維素基底100的相對兩表面上（如圖2所示）。也就是說，本發明的多孔性載體可依據使用者需求在纖維素基底100的一表面上或相對兩表面上設置功能層102。

在一些實施例中，纖維素基底100的材料例如包括天然纖維、改質天然纖維或其組合。在一些實施例中，天然纖維例如包括棉、麻、椰子或其組合，但本發明不限於此。在本實施例中，纖維素基底100例如是奈米纖維素不織布，但本發明不限於此。在一些實施例中，纖維素基底100的厚度例如是介於12微米至50微米之間。在其他實施例中，纖維素基底100的厚度例如是介於20微米至25微米之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，纖維素基底100中的纖維直徑例如是介於0.01微米至50微米之間，但本發明不限於此。

在一些實施例中，功能層102中的有機高分子彈性填料的材料例如是選自由烯屬不飽和羧酸烷基酯或其衍生物、基於共軛二烯化合物或其衍生物、烯屬不飽和羧酸或其衍生物、芳香族乙烯基化合物或其衍生物所組成的群組的至少一種以上。舉例來說，有機高分子彈性填料例如是聚甲基丙烯酸甲酯（poly methyl methacrylate，PMMA）、聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯（styrene-co-methyl methacrylate，PMMA-PS）、聚苯乙烯（poly styrene），但本發明不限於此。在一些實施例中，有機高分子彈性填料的高分子微粒的彈力係數例如是介於200 kgf/mm² 至500 kgf/mm² 之間。在其他實施例中，有機高分子彈性填料的高分子微粒的彈力係數例如是介於200 kgf/mm² 至400 kgf/mm² 之間。在一些實施例中，有機高分子彈性填料的高分子微粒的粒徑例如是介於0.8微米至5微米之間。在本實施例中，有機高分子彈性填料的高分子微粒的粒徑為單一性分布，即高分子微粒的粒徑分布的變異係數例如是小於5%，但本發明不限於此。在一些實施例中，有機高分子彈性填料的高分子微粒的耐熱溫度至少高於250˚C。舉例來說，有機高分子彈性填料的高分子微粒的耐熱溫度例如是介於280˚C至340˚C之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，有機高分子彈性填料在功能層102中的重量百分比例如是介於50%至99.9%之間，但本發明不限於此。

在一些實施例中，功能層102中的高分子黏合劑例如是選自由聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride，PVDF）、丁苯橡膠（styrene-butadiene rubber，SBR）、聚丙烯酸（polyacrylic acid，PAA），羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose，CMC）所組成的群組中的至少一種以上，但本發明不限於此。在一些實施例中，高分子黏合劑在功能層102中的重量百分比例如是介於2.5%至10%之間，但本發明不限於此。

在一些實施例中，功能層102為連續性或非連續性地位於纖維素基底100的至少一表面上。具體而言，在一些實施例中，功能層102例如是連續性地位於纖維素基底100的表面上。也就是說，纖維素基底100的一表面上或相對兩表面上的功能層102例如是具有均勻厚度的薄層。在其他實施例中，功能層102例如是非連續性地位於纖維素基底100的表面上。也就是說，纖維素基底100的一表面上或相對兩表面上的功能層102並非一完整的層結構，而是例如以點狀、塊狀、條狀或不規則狀地分布於纖維素基底100的表面上。在一些實施例中，在功能層102位於纖維素基底100的相對兩表面上的條件下（如圖2所示），功能層102可以例如是皆為連續性地位於纖維素基底100的相對兩表面上。在其他實施例中，功能層102也可以例如是皆為非連續性地位於纖維素基底100的相對兩表面上，但本發明不限於此。在其他實施例中，功能層102可以例如是連續性地位於纖維素基底100的一表面上且非連續性地位於纖維素基底100的另一表面上，但本發明不限於此。在一些實施例中，功能層102的厚度例如是介於0.5微米至20微米之間，但本發明不限於此。在其他實施例中，功能層102的厚度也可以例如是介於0.5微米至8微米之間。

值得一提的是，在一些實施例中，本發明的多孔性載體的回復率例如是至少為60%以上。舉例來說，多孔性載體的回復率例如是介於60%至99%之間，較佳例如是介於60%至70%之間，但本發明不限於此。在一些實施例中，本發明的多孔性載體的壓縮率例如是12%以下。舉例來說，多孔性載體的壓縮率例如是介於1%至12%之間，較佳例如是介於5%至12%之間，但本發明不限於此。

本發明另外提供一種多孔性載體10的製造方法，其包括以下步驟。提供纖維素基底100，在纖維素基底100的至少一表面上塗佈功能層102，其中功能層102包括有機高分子彈性填料以及高分子黏合劑。在一些實施例中，塗佈功能層102的方法例如包括旋塗法、噴霧法、輥塗法、流塗法、刮刀塗佈法、浸漬法或其組合，但本發明不限於此。

本發明另外提供一種電化學裝置隔離膜，其包括上述實施例中的多孔性載體10或多孔性載體20。值得一提的是，由於纖維素基底100本身不具備彈性，因此藉由在纖維素基底100的至少一表面上塗佈功能層102，可使具有功能層102的多孔性載體10或多孔性載體20具有較佳彈性，故多孔性載體10或多孔性載體20經壓縮後可具有較佳的回復性。此外，具有功能層102的多孔性載體10或多孔性載體20亦具有較佳的抗壓縮性。在電化學裝置的應用中，多孔性載體10或多孔性載體20例如可作為電化學裝置隔離膜，由於多孔性載體10或多孔性載體20具有較佳的抗壓縮性，且經壓縮後具有較佳的回復性，因此，在電化學裝置經長期充電放電循環後，電極與電化學裝置隔離膜之間較不易產生空隙，故不易造成阻抗增加，進而使電化學裝置具有較長的壽命。

值得一提的是，本發明的電化學裝置並不特別限定。在一些實施例中，電化學裝置例如是鋰離子電池，但本發明不限於此。在本實施例中，電化學裝置例如是由正極、負極、電解液以及隔離膜組成，但本發明不限於此。

在一些實施例中，電化學裝置的正極例如是由正極活性物質組成，正極活性物質並不特別限定，只要是能夠作為鋰離子電池正極的正極活性物質即可。舉例來說，正極活性物質例如包括鋰金屬、含鋰鎳複合化合物、鋰與過渡金屬的混合氧化物（lithium mixed transition metal oxide）、鋰與過渡金屬的混合硫化物（lithium mixed transition metal sulfide）或其組合，其中含鎳鋰複合化合物例如包括Ni-Mn-Co系複合化合物、Ni-Mn-Al系複合化合物、Ni-Co-Al系複合化合物或其組合，鋰與過渡金屬的混合硫化物例如是LiTiS₂ ，鋰與過渡金屬的混合氧化物例如包括LiCoO₂ 、LiMn₂ O₄ 、LiFePO₄ 、LiMnO₂ 、LiMoO₃ 、LiV₂ O₅ 或其組合，但本發明不限於此。正極活性物質可以例如是選自上述一種材料或其組合，但本發明不限於此。在本實施例中，正極活性物質例如是Li(Ni_0.5 Mn_0.3 Co_0.2 )O₂ ，但本發明不限於此。

在一些實施例中，電化學裝置的負極例如是由負極活性物質組成，負極活性物質並不特別限定，只要是能夠作為鋰離子電池負極的負極活性物質即可。換句話說，負極活性物質例如包括能吸藏和釋放鋰離子的元素，即能夠與鋰合金化的元素，進而達到鋰離子電池的高容量化。舉例來說，負極活性物質例如包括碳、矽、鍺、錫、鉛、鋁、銦或鋅。在一些實施例中，碳例如包括石墨、非晶質碳、碳纖維、焦炭、活性炭、碳奈米管、碳奈米纖維或富勒烯，但本發明不限於此。在一些實施例中，負極活性物質例如包括金屬化合物，金屬化合物例如包括鋰金屬化合物（例如，LiAl、Li₄ Si、Li_4.4 Pb、Li_4.4 Sn等）、金屬氧化物（例如，SnO、SnO₂ 、GeO、GeO₂ 、In₂ O、 In₂ O₃ 、PbO、PbO₂ 、Pb₂ O₃ 、Pb₃ O₄ 、SiO、ZnO）、鋰金屬氧化物（例如，鋰-過渡金屬複合氧化物）或其組合，但本發明不限於此。負極活性物質可以例如是選自上述一種材料或其組合，但本發明不限於此。在本實施例中，負極活性物質例如是天然石墨，但本發明不限於此。

在一些實施例中，電化學裝置的電解液並不特別限定。舉例來說，電化學裝置的電解液例如是將作為電解質的鋰鹽以約l mol/L濃度溶解於非水系有機溶劑的電解液，但本發明不限於此。在一些實施例中，鋰鹽例如包括LiClO₄ 、LiBF₄ 、LiI、LiPF₆ 、LiCF₃ SO₃ 、LiCF₃ CO₂ 、LiAsF₆ 、LiSbF₆ 、LiAlCl₄ 、LiCl、LiBr、LiB(C₂ H₅ )₄ 、LiCH₃ SO₃ 、LiC₄ F₉ SO₃ 、Li(CF₃ SO₂ )₂ N、Li[(CO₂ )₂ ]₂ B或其組合，非水系有機溶劑例如包括碳酸酯類（例如，碳酸亞丙酯、碳酸乙烯酯（ethylene carbonate，EC）、碳酸亞丁酯、碳酸二甲酯（dimethyl carbonate，DMC）、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯）、內酯類（例如，γ-丁內酯）、醚類（例如，三甲氧基甲烷、1，2-二甲氧基乙烷、二乙基醚、2-乙氧基乙烷、四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃）、亞碸類（例如，二甲基亞碸）、氧雜環戊烷類（例如，1，3-二氧戊環或4-甲基-1，3-二氧戊環）、含氮類（例如，乙腈、硝基甲烷或NMP）；酯類（例如，甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、磷酸三酯）、甘醇二甲醚類（例如，二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚）、酮類（例如，丙酮、二乙基酮、甲乙酮、甲基異丁基酮）、碸類（例如，環丁碸）、唑烷酮類（例如，3-甲基-2-惡唑烷酮）或磺內酯類（例如，1，3-丙烷磺內酯、4-丁烷磺內酯、萘磺內酯），但本發明不限於此。非水系有機溶劑可以是選自上述一種材料或其組合。在本實施例中，電解液例如是將六氟磷鋰（LiPF₆ ）溶解於碳酸乙烯酯與碳酸二甲酯，但本發明不限於此。[ 實驗 ]

下文將參照實驗範例，更具體地描述本發明。雖然描述了以下實驗，但是在不逾越本發明範疇的情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應根據下文所述的實驗對本發明作出限制性地解釋。

在本實施例中，「壓縮」的定義為：在施予多孔性載體（或粒子）一特定壓力下，使多孔性載體在厚度方向的變形量（或粒子的長度變形量）達到多孔性載體的原始厚度（或粒子的原始直徑）的20%以下。

實驗 1

圖3是依照本發明單顆粒子的壓縮性與回復性測試方法所繪示的示意圖。

以下，針對有機高分子彈性填料的特性進行測試。在本實驗中，選用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，由台灣工業技術研究院提供）以及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯（PMMA-PS，由台灣工業技術研究院提供）作為本實驗的有機高分子彈性填料的材料，其中PMMA粒子為高度交聯，PMMA-PS粒子為中度交聯。在本實驗中，分別對PMMA粒子以及PMMA-PS粒子進行微粒粒徑、耐熱性以及機械性質分析，其測試方法如下所述，且測試結果如表1所示。> 微粒性質分析方法 >

粒徑分析：使用電子顯微鏡觀察不同區域的粒子直徑，並計算粒子直徑分布的變異係數（Coefficient of variation，Cv）。

熱重損失分析：使用熱重力分析儀（型號為TGA Q50）進行分析。取粒子樣品10毫克，每分鐘加熱10˚C，由室溫加熱至800˚C，將5%樣品重量損失溫度定義為TGA 5%重量損失。

機械性質分析：參考美國專利5,486,941，取單顆粒子進行微型抗壓測試（micro compression testing），微型抗壓試驗機型號為MCT-511（島津公司，SHIMADZU），壓子直徑為50微米。

粒子的壓縮率（compression ratio）：請同時參照圖3的(a)和圖3的(b)。施予單顆粒子P一特定力量，直至受力值達到1 mN，紀錄變位長度 L1，原始單顆粒子P的直徑為D。並以變位長度L1佔原始單顆粒子P的直徑D的百分比定義為粒子P的壓縮率（%）。粒子的壓縮率（%）= L1 / D × 100%

粒子的回復率（recovery ratio）：請同時參照圖3的(a)至圖3的(c)。施予單顆粒子P一特定力量，直至受力值達到1 mN，紀錄變位長度為L1，維持此壓力值10秒後釋放壓力，直到儀器可偵測最小應力值0.01 mN時記錄，紀錄變位長度L2。並以變位長度L2佔變位長度L1的百分比定義為粒子P的回復率（%）。粒子的回復率（%）= L2/L1 × 100%

K值：計算公式如下式1所示。

式1 其中， F：施於單顆粒子上的壓力（kgf）； S：單顆粒子壓縮10%後的變位長度（微米）； R：單顆粒子的直徑（微米）。

表1

有機高分子彈性填料	PMMA	PMMA-PS
粒徑分析	粒徑大小（微米）	2.3	2.3
粒徑分布（%）	Cv>5%	Cv>5%
耐熱溫度（˚C）（TGA 5%重量損失）	>300	>300
機械性質分析	受力（mN）	1	1
回復率（%）	57.12	42.99
壓縮率（%）	26.47	30.82
K10%	332	258
K20%	259	203

由上述表1分析結果可知，本發明的有機高分子彈性填料的微粒粒徑分布單一（Cv > 5%）且具有良好的耐熱性。又，根據回復率、壓縮率以及K值的結果可知，PMMA粒子相較於PMMA-PS粒子具有較強的剛性以及較佳的彈力回復性。

實驗 2

以下，針對本發明的多孔性載體的性質進行測試。在本實驗中，選用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）以及聚苯乙烯甲基丙烯酸甲酯（PMMA-PS）作為本實驗的有機高分子彈性填料的材料。在本實驗中，分別對本發明的實例以及比較實例的多孔性載體進行厚度量測以及機械性質分析，各實例的製作方法及其性質測試方法如下所述，且測試結果如表2所示。在本實驗中的多孔性載體為單層結構

。實例 1

首先，將PMMA粒子混合於N-甲基吡咯烷酮（N-methyl-2-pyrrolidone，NMP）溶劑中，二者的重量比例依序為10：90，接著，使用超音波分散30分鐘，形成混合物溶液。然後，在混合物溶液中加入聚偏二氟乙烯（polyvinylidene difluoride，PVDF，購自日本吳羽株式会社（KUREHA Corporation），型號為W1700），其中PVDF與混合物溶液的重量比例為2：98，將其充分攪拌溶解24小時後即製備成漿料。然後，使用10號線棒將漿料單面均勻塗佈於紙質隔離膜（購自日本高度纸工業株式会社）上並置入烘箱，在90˚C下烘乾1小時，製得實例1的多孔性載體。實例 2

依照與實例1相似的製備程序來製備實例2的多孔性載體，差異在於：在實例2中，將PMMA粒子置換為PMMA-PS粒子。因此，可製得實例2的多孔性載體。比較實例

依照與實例1相似的製備程序來製備比較實例的多孔性載體，差異在於：在比較實例中，並未加入PMMA粒子，而是直接將PVDF溶解於NMP溶劑中，其中PVDF與NMP溶劑的重量比例為2：98。因此，可製得比較實例的多孔性載體。> 單層多孔性載體性質分析方法 >

分別對實例1、實例2和比較實例的單層多孔性載體進行厚度量測以及機械性質分析，其中回復率以及壓縮率測試與上述實驗1所述方法相似，僅將其測試主體從單顆粒子置換為單層多孔性載體，且受力值達到2.5 mN。

單層多孔性載體的壓縮率：施予單層多孔性載體一特定力量，直至受力值達到2.5 mN，紀錄變位厚度為t₁ ，原始單層多孔性載體的厚度為t₀ 。並以變位厚度t₁ 佔原始單層多孔性載體的厚度t₀ 的百分比定義為單層多孔性載體的壓縮率（%）。單層多孔性載體的壓縮率（%）=t₁ / t₀ × 100%

單層多孔性載體的回復率：施予單層多孔性載體一特定力量，直至受力值達到2.5 mN，紀錄變位厚度t₁ ，維持此壓力值10秒後釋放壓力，直到儀器可偵測最小應力值0.01 mN時記錄，紀錄變位厚度t₂ 。亦即回復率意指為壓縮單層多孔性載體後在自由無受力情況下的可回復的變形量。並以變位厚度t₂ 佔變位厚度t₁ 的百分比定義為單層多孔性載體的回復率（%）。單層多孔性載體的回復率（%）= t₂ /t₁ × 100%

表2

	厚度t₀ （微米）	受力（mN）	變位厚度t₁ （微米）	變位厚度t₂ （微米）	壓縮率（%）	回復率（%）
實例1	28	2.5	1.46	1.00	5.2	68.7
實例2	28	2.5	2.25	1.14	8.0	62.8
比較實例	24	2.5	2.91	1.66	12.1	57.1

由上述表2分析結果可知，實例1和實例2的多孔性載體相較於比較實例的多孔性載體具有較小的壓縮率，代表經塗佈有機高分子彈性填料的多孔性載體較不易被壓縮。同時，實例1和實例2的多孔性載體相較於比較實例的多孔性載體也具有較高的回復率，代表經塗佈有機高分子彈性填料的多孔性載體具有較佳的彈力回復性。另外，實例1的多孔性載體相較於實例2的多孔性載體的壓縮率較小，代表實例1塗佈的有機高分子彈性填料（PMMA）的多孔性載體具有較強的剛性，而實例2塗佈的有機高分子彈性填料（PMMA-PS）相對較軟。

實驗 3

圖4A和圖4B是依照本發明多層多孔性載體的壓縮性與回復性測試方法所繪示的示意圖。圖5是本發明一些實驗例的多層多孔性載體的壓縮性測試結果。圖6是本發明一些實驗例的多層多孔性載體的回復性測試結果。

以下，分別將上述各實例的單層多孔性載體進行堆疊，形成多層多孔性載體。在本實驗中，分別對本發明的實施例以及比較例的多層多孔性載體進行機械性質分析，各實施例以及比較例的製作方法及其性質測試方法如下所述（請同時參照圖4A和圖4B），且測試結果如圖5和圖6所示。在本實驗中的多孔性載體為多層堆疊結構

。實施例 1

將實例1的單層多孔性載體裁減成尺寸為5 cm × 5 cm，接著，將其堆疊至約2公厘厚度，即堆疊成約100層的多層多孔性載體，即可製得實施例1的多層多孔性載體。實施例 2

依照與實施例1相似的製備程序來製備實施例2的多層多孔性載體，差異在於：在實施例2中，將實例1的單層多孔性載體置換為實例2的單層多孔性載體。因此，可製得實施例2的多層多孔性載體。比較例 1

在比較例1中，紙質隔離膜並未塗佈其他材質，而是直接將紙質隔離膜裁減成尺寸為5 cm × 5 cm，接著，將其堆疊至約2 公厘厚度，即可製得比較例1的多層多孔性載體。比較例 2

依照與實施例1相似的製備程序來製備比較例2的多層多孔性載體，差異在於：在比較例2中，將實例1的單層多孔性載體置換為比較實例的單層多孔性載體。因此，可製得比較例2的多層多孔性載體。> 多層多孔性載體性質分析方法 >

多層多孔性載體的壓縮率（厚度維持率，%）：請同時參照圖4A和圖4B，首先，堆疊單層多孔性載體1以形成多層多孔性載體2。接著，使用一長方形壓子3（15 cm × 10 cm）施加壓力於各實施例和比較例的多層多孔性載體2，壓縮後的多層多孔性載體2’的厚度T1’為原始厚度T1的85%（約1.7公厘），保持2秒後釋放壓力，反覆施加壓力500次，並隨壓縮次數紀錄壓力釋放後的多層多孔性載體2’的厚度T2。並以壓縮後的厚度與原始厚度的差值佔原始厚度的百分比定義為多層多孔性載體的壓縮率（%）。多層多孔性載體的壓縮率（%）= （T1-T2）/ T1 × 100%

多層多孔性載體的回復率（厚度回復率，%）：請同時參照圖4A和圖4B，首先，堆疊單層多孔性載體1以形成多層多孔性載體2。接著，使用一長方形壓子3（15 cm × 10 cm）施加壓力於各實施例和比較例的多層多孔性載體2，壓縮後的多層多孔性載體2’ 的厚度T1’為原始厚度T1的85%（約1.7公厘），保持2秒後釋放壓力，反覆施加壓力500次後，於沒有施加任何壓力下隨著時間量測厚度T3的變化。並以壓縮後多層多孔性載體的厚度T3佔原始厚度T1的百分比定義為多層多孔性載體的回復率（%）。多層多孔性載體的回復率（%）= T3 / T1 × 100%

由圖5的分析結果可知，實施例1和實施例2的多層多孔性載體相較於比較例1和比較例2的多層多孔性載體具有較高的厚度維持率，代表經塗佈有機高分子彈性填料的多層多孔性載體較不易被壓縮，其中實施例1的多層多孔性載體經500次壓縮循環後仍可維持約96%的原始厚度。相比之下，比較例1和比較例2的多層多孔性載體僅可維持約85%至87%的原始厚度。另外，由圖6的分析結果可知，實施例1和實施例2的多層多孔性載體相較於比較例1和比較例2的多層多孔性載體也具有較高的回復率。實驗 4

圖7是本發明一些實驗例的鋰離子電池的循環性能測試結果。

以下，將本發明的多孔性載體應用於鋰離子電池，即將多孔性載體作為鋰離子電池中的隔離膜，並針對各鋰離子電池進行循環性能測試，各實驗例以及比較實驗例的製作方法及其循環性能測試方法如下所述，且測試結果如圖7所示。在本實驗中的多孔性載體為單層結構

，且本實驗的鋰離子電池屬於非水系電池。實驗例 1 > 極 片製作 >

將正極活性物質與PVDF以及導電碳以94：3：3的比例充分混和後分散於NMP溶劑中，即製成正極漿料。在本實驗中，正極活性物質為Li(Ni_0.5 Mn_0.3 Co_0.2 )O₂ 。接著，將正極漿料塗佈於鋁箔上（鋁箔的厚度為16微米），進行乾燥與滾壓後，將其裁成直徑13公厘的圓形極片，以製得本實驗的正極。

將負極活性物質與PVDF以及導電碳以95：1：4的比例充分混和後分散於NMP溶劑中，即製成負極漿料。在本實驗中，負極活性物質為天然石墨。接著，將負極漿料塗佈於銅箔上（銅箔的厚度為10微米），進行乾燥與滾壓後，將其裁成直徑13公厘的圓形極片，以製得本實驗的負極。> 電解液配製 >

將碳酸乙烯酯（ethylene carbonate，EC）與碳酸二甲酯（dimethyl carbonate，DMC）以重量比為3：7混合並溶解於1 M 六氟磷鋰（LiPF₆ ），以製得本實驗的電解液。> 鋰離子電池組裝 >

使用CR 2032鈕扣式電池進行電池組裝測試，依照上述方法分別製得本實驗鋰離子電池的正極、負極以及電解液。在實驗例1中，鋰離子電池的隔離膜為上述實例1的單層多孔性載體，其厚度為28微米，即可製得實驗例1的鋰離子電池。實驗例 2

依照與實驗例1相似的製備程序來製備實驗例2的鋰離子電池，差異在於：在實驗例2中，將鋰離子電池的隔離膜置換為實例2的單層多孔性載體，其厚度為28微米。因此，可製得實驗例2的鋰離子電池。比較實驗例 1

依照與實驗例1相似的製備程序來製備比較實驗例1的鋰離子電池，差異在於：在比較實驗例1中，將鋰離子電池的隔離膜置換為比較實例的單層多孔性載體，其厚度為24微米。因此，可製得比較實驗例1的鋰離子電池。比較實驗例 2

依照與實驗例1相似的製備程序來製備比較實驗例2的鋰離子電池，差異在於：在比較實驗例2中，將鋰離子電池的隔離膜置換為常見的三層結構隔離膜，其是由聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP，購自希爾格得（Celgard），型號為2325）三層結構組成，其厚度為25微米。因此，可製得比較實驗例2的鋰離子電池。> 鋰離子電池循環性能測試方法 >

在本測試中，鋰離子電池的循環性能測試是在室溫條件下進行。充電條件為1 C定電流充電至4.2 V後，定電壓4.2 V充電至電流小於0.1 C，放電條件為1 C定電流放電至3.0 V。重複充電放電循環100次後將第一次放電電容量設為C₀ ，每第N次放電電容量設為C_n ，進而得到每次循環電容殘餘量（capacity retention）。

由圖7的分析結果可知，經重複充電放電循環100次後，實驗例1和實驗例2的鋰離子電池相較於比較實驗例1和比較實驗例2的鋰離子電池皆具有較高的電容殘餘量，代表經塗佈有機高分子彈性填料的多孔性載體作為鋰離子電池的隔離膜較不易被壓縮且具有較佳的回復性，故具有較長的電池壽命。

綜上所述，本發明的多孔性載體藉由在其至少一表面上塗佈有機高分子彈性填料，而使多孔性載體具有較佳的抗壓縮性以及彈力回復性。因此，當多孔性載體應用至鋰離子電池的隔離膜時，鋰離子電池經多次充電放電過程後，由於本發明的多孔性載體較不易被壓縮，且回復性較佳，使隔離膜和電極之間較不易產生空隙，故不易造成阻抗增加，進而可使鋰離子電池具有較長的壽命。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1:單層多孔性載體 2、2’:多層多孔性載體 3:壓子 10、20:多孔性載體 100:纖維素基底 102:功能層 D:直徑 L1、L2:變位長度 P:粒子 T1、T1’:厚度

圖1是依照本發明一些實施例的多孔性載體所繪示的示意圖。圖2是依照本發明另一些實施例的多孔性載體所繪示的示意圖。圖3是依照本發明單顆粒子的壓縮性與回復性測試方法所繪示的示意圖。圖4A和圖4B是依照本發明多層多孔性載體的壓縮性與回復性測試方法所繪示的示意圖。圖5是本發明一些實驗例的多層多孔性載體的壓縮性測試結果。圖6是本發明一些實驗例的多層多孔性載體的回復性測試結果。圖7是本發明一些實驗例的鋰離子電池的循環性能測試結果。

10:多孔性載體

100:纖維素基底

102:功能層

Claims

一種多孔性載體，包括：纖維素基底；以及功能層，位於所述纖維素基底的至少一表面上，其中所述功能層包括有機高分子彈性填料以及高分子黏合劑，其中所述有機高分子彈性填料在所述功能層中的重量百分比介於50%至99.9%之間。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述有機高分子彈性填料的彈力係數介於200kgf/mm²至500kgf/mm²之間。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述多孔性載體的回復率至少為60%以上。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述多孔性載體的壓縮率為12%以下。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述纖維素基底的材料包括天然纖維、改質天然纖維或其組合。
如申請專利範圍第5項所述的多孔性載體，其中所述天然纖維包括棉、麻、椰子或其組合。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述有機高分子彈性填料的材料是選自由烯屬不飽和羧酸烷基酯或其衍生物、基於共軛二烯化合物或其衍生物、烯屬不飽和羧酸或其衍生物、芳香族乙烯基化合物或其衍生物所組成的群組的至少一種以上。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述多孔性載體的厚度介於13微米至50微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述纖維素基底的厚度介於12微米至50微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述功能層的厚度介於0.5微米至20微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述纖維素基底中的纖維直徑介於0.01微米至50微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述功能層為連續性或非連續性地位於所述纖維素基底的所述至少一表面上。
如申請專利範圍第1項所述的多孔性載體，其中所述功能層位於所述纖維素基底的相對兩表面上。
一種電化學裝置隔離膜，包括如申請專利範圍第1項至第13項中任一項所述的多孔性載體。