TWI807690B - 用於電儲存裝置之分隔件及電儲存裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於電儲存裝置之分隔件,所述分隔件能減少堵塞並具有優良的熱穩定性,以及一種使用其之電儲存裝置。上述用於電儲存裝置之分隔件包括微孔性層(A)與微孔性層(B),其含有70重量%或更多的聚丙烯,且微孔性層(B)中之ND-MD截面之面積平均主要孔徑不大於微孔性層(A)中之ND-MD截面之面積平均主要孔徑的0.95倍。或者,用於電儲存裝置之分隔件含有70重量%或更多的聚烯烴,且分隔件之第一多孔性表面(X)的面積平均主要孔徑不小於在其對側上之第二多孔性表面(Y)之面積平均主要孔徑的1.05倍且不大於10倍。
Description
本發明係有關一用於電儲存裝置之分隔件及一電儲存裝置。
微孔性膜,特別是聚烯烴系微孔性膜,在例如微過濾膜、用於電池之分隔件、用於電容器之分隔件、用於燃料電池之材料等廣泛範圍的技術領域中使用,且特別是作為用於以鋰離子電池作為代表之二次電池的分隔件。鋰離子電池用於各種類型之應用,例如,用於諸如行動電話與筆記型個人電腦等小型電子裝置之應用,以及包括混合動力車與插電式混合動力車等電動車之應用。
近年來,要求具備高能量容量、高能量密度及高輸出量特性之鋰離子電池。伴隨此一趨勢,對具有減小的厚度、優良的電池性能以及優良的電池可靠性與安全性之分隔件的需求正在增加。
舉例而言,專利文獻1揭示了多層微孔性薄膜或膜,其能顯示改進之特性,包括改進之介電崩潰與介質強度,如相較於常規具有相同厚度之單層或三層微孔性膜。較佳之多層微孔性膜包括一微層及一或多層屏障。
專利文獻2揭示了用於電儲存裝置之分隔件,其包括含有以聚烯烴作為主要組分之微孔性膜,其中所述微孔性膜在230℃之溫度下測得的熔體張力為30 mN或更小,且其中所述微孔性膜在2.16 kg之負載與230℃之溫度下測得的熔體流動速率(MFR)為0.9 g/10 min或更小。
[引文清單]
[專利文獻]
[專利文獻1] WO 2018/089748
[專利文獻2] WO 2020/196120
存在因循環劣化產生之沈積物所導致之分隔件堵塞而造成循環壽命降低的問題。此外,隨著電池尺寸增大,需要即使在暴露於高溫後亦能顯示出優良的透氣度與尺寸穩定性的分隔件。
據此,本發明之目的在於提供一用於電儲存裝置之分隔件,所述分隔件能減少堵塞並具有優良的熱穩定性,以及一使用其之電儲存裝置。
[問題之解決方案]
本發明實施例之實例將列於下列項目[1]至[22]中。
[1]
一用於電儲存裝置之分隔件,其包含一基材,包含:
一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A);以及
一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(B),
其中包括於所述微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不大於包括於所述微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.95倍。
[2]
如項目1之用於電儲存裝置之分隔件,其中包括於所述微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不小於包括於所述微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.30倍且不大於0.90倍。
[3]
如項目1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中當基材其端部經固定而在140℃之大氣下加熱30分鐘時,所述基材具有透氣度變化率為100%或更小。
[4]
如項目1至3中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中包括於所述微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑為100 nm或更大且600 nm或更小。
[5]
如項目1至4中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述微孔性層(A)構成所述基材兩側上之各別最外層。
[6]
如項目1至5中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述基材進一步包含一含有50重量%或更多之聚烯烴的微孔性層(C)。
[7]
如項目6之用於電儲存裝置之分隔件,其中包括於所述微孔性層(C)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不小於包括於所述微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.20倍且不大於0.90倍。
[8]
如項目6或7之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述基材包含一結構,其中所述微孔性層(A)、所述微孔性層(B)及所述微孔性層(C)以所提及之順序分層。
[9]
如項目1至8中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述基材包含一結構,其中所述微孔性層(A)、所述微孔性層(B)及所述微孔性層(A)以所提及之順序分層。
[10]
如項目1至8中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中當所述微孔性層(A)之側上之基材表面定義為第一多孔性表面(X),而所述第一多孔性表面(X)之對側上之其表面定義為第二多孔性表面(Y)時,則包括於所述第一多孔性表面(X)中之孔洞之面積平均主要孔徑(S
X)不小於包括於所述第二多孔性表面(Y)中之孔洞之面積平均主要孔徑(S
Y)1.05倍且不大於10倍。
[11]
如項目10之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述平均主要孔徑(S
X)為80 nm或更大且600 nm或更小。
[12]
如項目1至11中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述基材在150℃下加熱1小時後測得在寬度方向之熱收縮率為-1.0%或更大且3.0%或更小。
[13]
一電儲存裝置,其包含正極、負極及如項目1至12中任一項之用於電儲存裝置之分隔件。
[14]
如項目13之電儲存裝置,其中所述微孔性層(A)配置成面向所述負極側。
[15]
如項目13或14之電儲存裝置,其中所述正極含有磷酸鋰鐵作為正極活性材料。
[16]
一用於電儲存裝置之分隔件,其包含一基材,其含有70重量%或更多的聚烯烴,且其具有第一多孔性表面(X),以及在所述第一多孔性表面(X)之對側上之第二多孔性表面(Y),
其中包括於所述第一多孔性表面(X)中之孔洞之面積平均主要孔徑(S
X)不小於包括於所述第二多孔性表面(Y)中之孔洞之面積平均主要孔徑(S
Y)的1.05倍且不大於10倍。
[17]
如項目16之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述平均主要孔徑(S
X)為80 nm或更大且600 nm或更小。
[18]
如項目16或17之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述聚烯烴為聚丙烯。
[19]
如項目16至18中任一項之用於電儲存裝置之分隔件,其中所述基材在150℃下加熱1小時後測得在寬度方向之熱收縮率為-1.0%或更大且3.0%或更小。
[20]
一電儲存裝置,其包含正極、負極及如項目16至19中任一項之用於電儲存裝置之分隔件。
[21]
如項目20之電儲存裝置,其中所述第一多孔性表面(X)配置成面向所述負極側。
[22]
如項目20或21之電儲存裝置,其中所述正極含有磷酸鋰鐵作為正極活性材料。
[23]
一微孔性膜,其包含一基材,包含:
一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A);以及
一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(B),
其中包括於所述微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不大於包括於所述微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.95倍。
[本發明之有利效果]
本發明提供一用於電儲存裝置之分隔件,所述分隔件能減少堵塞並具有優良的熱穩定性,以及一使用其之電儲存裝置。
<< 用於電儲存裝置之分隔件 >>
本發明之用於電儲存裝置之分隔件包括一基材,其包括含有70重量%或更多之聚烯烴的微孔性層。聚烯烴較佳為聚丙烯。所述基材可由含有70重量%或更多之聚丙烯的單一(一層)微孔性層組成,或者,可包括含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A)及含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(B)。所述基材可進一步在其一表面或兩表面上具有塗層(亦稱為「表面層」、「覆蓋層」或其類似物。以下簡稱為「塗層」)。在本申請案之說明書中,術語「微孔性層」意指構成分隔件之基材的各別微孔性層,術語「基材」意指不包括任意提供之塗層之分隔件的基材,以及術語「分隔件」意指包括任意提供之塗層之分隔件的整體。較佳為,基材不包括含有50重量%或更多之聚乙烯的層。
< 微孔性層(A) >
本發明之用於電儲存裝置之分隔件較佳為包括含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A)。用於電儲存裝置之分隔件可包括僅一層微孔性層(A),或二或多層微孔性層(A)。至少一微孔性層(A)在基材之至少一側上構成最外層。在用於電儲存裝置之分隔件包括二或多層微孔性層(A)之情況下,微孔性層(A)可在基材之兩側上構成最外層。微孔性層(A)含有70重量%或更多的聚丙烯,這使得在高溫(140℃)下儲存後能維持良好電池性能。從分隔件之可溼性、厚度減小及關閉特性等的觀點來看,微孔性層(A)中之聚丙烯含量之下限為70重量%或更多,且較佳為75重量%或更多、80重量%或更多、85重量%或更多或90重量%或更多。可與任何彼等下限組合之微孔性層(A)中之聚丙烯含量之上限未侷限,且可為例如,80重量%或更少、90重量%或更少、95重量%或更少、98重量%或更少或99重量%或更少,或可為100重量%。
< 微孔性層(A)之材料 >
微孔性層(A)含有70重量%或更多的聚丙烯。含於微孔性層(A)中之聚丙烯可為與後述之含於微孔性層(B)與微孔性層(C)中之聚丙烯相同的材料,或者,相較於微孔性層(B)與(C)中之該等,可為化學結構不同的聚丙烯,更具體而言,在單體組成、立體規則性、分子量、晶體結構等之至少一者不同的聚丙烯。
聚丙烯之立體規則性未侷限,但聚丙烯可為,例如,雜排、同排或對排同元聚合物。本發明之聚丙烯較佳為高度晶形同排或對排同元聚合物。
含於微孔性層(A)中之聚丙烯較佳為同元聚合物,或可為共聚合物, 其中除了丙烯以外之小量共單體(如α-烯烴共單體)係經共聚合,例如,嵌段聚合物。含於聚丙烯中之作為重複單元之丙烯結構的量可為,例如,70莫耳%或更多、80莫耳%或更多、90莫耳%或更多、95莫耳%或更多或99莫耳%或更多,但不侷限於此。共單體之重複單元的量可為,例如,30莫耳%或更少、20莫耳%或更少、10莫耳%或更少、5莫耳%或更少或1莫耳%或更少,但不侷限於此。可單獨使用一種聚丙烯,或其二或多種可作為混合物使用。
從改進微孔性層強度等的觀點來看,含於微孔性層(A)中之聚丙烯的重量平均分子量(Mw)較佳為300,000或更大,且從增加微孔性層之孔徑及避免堵塞的觀點來看,較佳為1,500,000或更小。聚丙烯之Mw更佳為500,000或更大且1,300,000或更小,仍更佳為600,000或更大且1,100,000或更小,又仍更佳為700,000或更大且1,050,000或更小,且特別較佳為800,000或更大且1,000,000或更小。
藉由將含於微孔性層(A)中之聚丙烯的重量平均分子量(Mw)除以其數目平均分子量(Mn)而獲得的數值(Mw/Mn)之上限值較佳為7或更小,且更佳為6.5或更小、6或更小、5.5或更小或5或更小。相較於微孔性層(B),聚丙烯之Mw/Mn數值越低,傾向於所得微孔性層(A)之熔體張力越低且孔徑越大。可與任何彼等上限組合之Mw/Mn的下限較佳為1或更大,且可為,例如,1.3或更大、1.5或更大、2.0或更大或2.5或更大。當Mw/Mn為1或更大時,存在可維持適當分子纏結且可改進薄膜形成過程中之穩定性的情況。應注意的是,本發明聚烯烴之重量平均分子量、數目平均分子量及Mw/Mn為藉由GPC (凝膠滲透層析術)測量而確定之按照聚苯乙烯的分子量。
含於微孔性層(A)中之聚丙烯的密度較佳為0.85 g/cm
3或更大,且可為,例如,0.88 g/cm
3或更大、0.89 g/cm
3或更大或0.90 g/cm
3或更大。可與任何彼等下限組合之聚丙烯之密度的上限較佳為1.1 g/cm
3或更小,且可為,例如,1.0 g/cm
3或更小、0.98 g/cm
3或更小、0.97 g/cm
3或更小、0.96 g/cm
3或更小、0.95 g/cm
3或更小、0.94 g/cm
3或更小、0.93 g/cm
3或更小或0.92 g/cm
3或更小。聚烯烴之密度係與聚丙烯之結晶度有關,且藉由將聚丙烯之密度調整為0.85 g/cm
3或更大而改進微孔性層之生產力,使其在使用乾式法之情況下特別有利。
微孔層(A)可含有另外的樹脂,只要其含有70重量%或更多的聚丙烯。其他樹脂可為,例如,除了聚丙烯以外的聚烯烴(亦稱為「其他聚烯烴」),或聚苯乙烯與聚烯烴之共聚合物。聚烯烴為含有作為重複單元之具有碳-碳雙鍵之單體的聚合物。構成除了聚丙烯以外之聚烯烴之單體的實例包括但不侷限於,具有碳-碳雙鍵並具有2或4至10個碳原子之單體,如乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯及1-辛烯。聚烯烴為,例如,同元聚合物、共聚合物、多段聚合物或其類似物,且較佳為同元聚合物。具體而言,從關閉特性等的觀點來看,聚烯烴較佳為聚乙烯。聚苯乙烯與聚烯烴之共聚合物的較佳實例包括苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯共聚合物(SEPS)、苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯共聚合物及苯乙烯-乙烯-苯乙烯共聚合物。特別較佳為苯乙烯-(乙烯-丙烯)-苯乙烯共聚合物(SEPS)。
從改進微孔性層強度等的觀點來看,其他聚烯烴之重量平均分子量(Mw)較佳為300,000或更大,且從增加微孔性層之孔徑及避免堵塞的觀點來看,較佳為1,500,000或更小,以獲得高輸出量。聚烯烴之Mw更佳為500,000或更大且1,300,000或更小,仍更佳為600,000或更大且1,100,000或更小,又仍更佳為700,000或更大且1,000,000或更小,且特別更佳為800,000或更大且960,000或更小。
藉由將其他聚烯烴之重量平均分子量(Mw)除以其數目平均分子量(Mn)而獲得的數值(Mw/Mn)之上限值較佳為7或更小,且更佳為6.5或更小、6或更小、5.5或更小或5或更小。此外,可與任何彼等上限組合之含於微孔性層(A)中之聚烯烴之Mw/Mn的下限較佳為1或更大,且可為,例如,1.3或更大、1.5或更大、2.0或更大或2.5或更大。當Mw/Mn為1或更大時,存在可維持適當分子纏結且可改進薄膜形成過程中之穩定性的情況。
< 微孔性層(A)之熔體流動速率(MFR) >
從獲得具有更高強度之微孔性層(A)的觀點來看,微孔性層(A)之熔體流動速率(MFR)(單層之MFR)的上限值較佳為4.0 g/10 min或更小,且可為,例如,3.0 g/10 min或更小、2.0 g/10 min或更小、1.5 g/10 min或更小或1.1 g/10 min或更小。從微孔性層(A)之成形性等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之微孔性層(A)之MFR (單層之MFR)的下限值未侷限,且可為,例如,0.3 g/10 min或更大、0.35 g/10 min或更大、0.4 g/10 min或更大、0.45 g/10 min或更大或0.5 g/10 min或更大。微孔性層(A)之MFR係於負載為2.16 kg且溫度為230℃之條件下測量。
微孔性層(A)之MFR為4.0 g/10 min或更小的事實意味著含於微孔性層(A)中之聚烯烴的分子量在某種程度上是高的。此外,聚烯烴具有高分子量的事實表明存在大量連接晶形材料的聯結分子,且此導致獲得具有高強度之微孔性層(A)的傾向。當微孔性層(A)之MFR為0.3 g/10 min或更大時,相較於微孔性層(B)之孔徑,在微孔性層(A)之形成過程中可能降低熔體張力並增加微孔性層(A)之孔徑,因此為較佳。
從獲得具有高強度之微孔性層(A)的觀點來看,當在負載為2.16 kg且溫度為230℃之條件下測量時,含於微孔性層(A)中之聚丙烯的MFR較佳為從0.3至4.0 g/10 min。從獲得具有更高強度之微孔性層的觀點來看,聚丙烯之MFR的上限值可為,例如,3.0 g/10 min或更小、2.0 g/10 min或更小、1.5 g/10 min或更小或1.1 g/10 min或更小。從微孔性層(A)之成形性等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之聚丙烯之MFR的下限值未侷限,且可為,例如,0.3 g/10 min或更大、0.35 g/10 min或更大、0.4 g/10 min或更大或0.45 g/10 min或更大。
< 微孔性層(A)之五單元組分率(pentad fraction) >
從獲得具有低透氣度之微孔性層的觀點來看,含於微孔性層(A)中之聚丙烯之五單元組分率的下限值較佳為94.0%或更大,且可為,例如,95.0%或更大、96.0%或更大、96.5%或更大、97.0%或更大、97.5%或更大、98.0%或更大、98.5%或更大或99.0%或更大。可與任何彼等下限組合之聚丙烯之五單元組分率的上限值可為99.9%或更小、99.8%或更小或99.5%或更小,但不侷限於此。聚丙烯之五單元組分率係藉由
13C-NMR (核磁共振法)測量。
聚丙烯之五單元組分率為94.0%或更大的事實表明聚丙烯具有高結晶度。在藉由拉伸孔洞成形法(特別是藉由乾式法)獲得的分隔件中,晶形材料之間的非晶形部分係經拉伸而導致孔洞的形成。因此,當聚丙烯具有高結晶度時,可獲得良好的孔洞形成性質,且透氣度亦可降至低水平,從而使其能達到高電池輸出。
< 微孔性層(A)之面積平均主要孔徑 >
包括於微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑(以下亦簡稱為「面積平均主要孔徑」)較佳為大於微孔性層(B)之面積平均主要孔徑。微孔性層(B)之面積平均主要孔徑較佳為不大於微孔性層(A)之面積平均主要孔徑的0.99倍。在本申請案之說明書中,術語「ND」意指微孔性層之厚度方向,且術語「MD」意指形成微孔性層之方向。舉例而言,若包括微孔性層之分隔件為輥之形式,則分隔件之MD為縱向。術語「主要孔徑」意指在MD之孔徑。此外,當基材包括二或多層微孔性層(A)及/或微孔性層(B)時,根據各別種類之層之面積平均主要孔徑的平均值進行微孔性層(A)與微孔性層(B)之面積平均主要孔徑的比較。
微孔性層(B)之面積平均主要孔徑不大於微孔性層(A)之面積平均主要孔徑的0.99倍的事實意味著,亦即,微孔性層(A)(其為基材之最外層)為孔徑比微孔性層(B)的更大的微孔性層。當微孔性層(B)之面積平均主要孔徑不大於微孔性層(A)的0.99倍時,可能以均衡的方式達到減少堵塞及防止短路。更具體而言,一般認為,當作為最外層的微孔性層(A)具有大的孔徑時,在電池評估(循環測試)中可減少分隔件由於沈積物的堵塞,且當位於內層的微孔性層(B)具有小的孔徑時,可防止所得電儲存裝置發生短路。微孔性層(B)之面積平均主要孔徑較佳為不大於微孔性層(A)之面積平均主要孔徑的0.95倍,且更佳為不大於0.90倍。可與任何彼等上限組合之微孔性層(B)之面積平均主要孔徑的下限較佳為不小於微孔性層(A)之面積平均主要孔徑的0.30倍,且更佳為不小於0.40倍。一般認為,藉由將微孔性層(B)之面積平均主要孔徑調整為不小於微孔性層(A)的0.30倍,可確保足夠強度之分隔件。
微孔性層(A)之面積平均主要孔徑較佳為100 nm或更大且600 nm或更小。當微孔性層(A)之面積平均主要孔徑為100 nm或更大時,可更有效地減少電儲存裝置中分隔件由於沈積物的堵塞;而當其面積平均主要孔徑為600 nm或更小時,可進一步改進分隔件之強度。在一較佳之實施例中,減少電儲存裝置中由於沈積物的堵塞更為重要,且就此目的,更重要的是,微孔性層(A)之面積平均主要孔徑為100 nm或更大。微孔性層(A)之面積平均主要孔徑更佳為150 nm或更大且550 nm或更小,仍更佳為180 nm或更大且500 nm或更小,以及又仍更佳為200 nm或更大且450 nm或更小。
藉由利用截面SEM觀察分隔件之MD-ND截面而可測量面積平均主要孔徑,並在所得圖像中進行MD方向20 µm x ND方向3 µm之區域的圖像分析。詳細條件將在範例中描述。在從截面SEM圖像測量平均孔徑之情況下,可計算出數目平均孔徑與面積平均孔徑。然而,在數目平均孔徑之計算中,即使是極小的孔洞亦算作一個孔洞,因此難以獲得與分隔件之物理性質的充分相關性。因此,在本申請案之說明書中,面積平均孔徑係用作平均孔徑,以便可獲得與分隔件之物理性質的相關性。
< 微孔性層(A)之孔隙度 >
從避免所得電儲存裝置之堵塞與改進所得分隔件之透氣度的觀點來看,微孔性層(A)之孔隙度較佳為20%或更大,且從維持分隔件之強度的觀點來看,孔隙度較佳為70%或更小。微孔性層(A)之孔隙度更佳為25%或更大且65%或更小,仍更佳為30%或更大且60%或更小,且特別更佳為35%或更大且55%或更小。
< 微孔性層(A)之厚度 >
舉例而言,從所得電儲存裝置達到高能量密度的觀點來看,微孔性層(A)之厚度較佳為10 µm或更小,且可為,例如,8 µm或更小、7 µm或更小、6 µm或更小、5 µm或更小、4.5 µm或更小或4 µm或更小。從改進強度等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之微孔性層(A)之厚度的下限值較佳為1 µm或更大,且可為,例如,2 µm或更大、3 µm或更大或3.5 µm或更大。
< 微孔性層(A)之添加劑 >
含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A),視需求,除了聚丙烯以外,可進一步含有添加劑,如彈性體、晶體成核劑、抗氧化劑、充填物等。添加劑之量未特別侷限,且為,例如,0.01重量%或更多、0.1重量%或更多或1重量%或更多,以微孔性層(A)之總質量為基準。可與任何彼等下限組合之添加劑之量的上限可為20重量%或更少、10重量%或更少或7重量%或更少。
< 微孔性層(B) >
本發明之用於電儲存裝置之分隔件包括微孔性層(B)。用於電儲存裝置之分隔件可包括僅一層微孔性層(B),或二或多層微孔性層(B)。微孔性層(B)含有70重量%或更多的聚丙烯,這使得在高溫(140℃)下儲存後亦能維持良好電池性能。從分隔件之可溼性、厚度減小及關閉特性等的觀點來看,微孔性層(B)中之聚丙烯含量之下限較佳可為75重量%或更多、80重量%或更多、85重量%或更多、90重量%或更多或95重量%或更多。可與任何彼等下限組合之微孔性層(B)中之聚丙烯含量之上限未侷限,且可為,例如,80重量%或更少、90重量%或更少、95重量%或更少、98重量%或更少或99重量%或更少,或可為100重量%。
< 微孔性層(B)之材料 >
微孔性層(B)含有70重量%或更多的聚丙烯。含於微孔性層(B)中之聚丙烯可為與後述之含於微孔性層(A)與微孔性層(C)中之聚丙烯相同的材料,或者,相較於微孔性層(A)與(C)中之該等,可為化學結構不同的聚丙烯,更具體而言,在單體組成、立體規則性、分子量、晶體結構等之至少一者不同的聚丙烯。
含於微孔性層(B)中之聚丙烯的立體規則性未侷限,但聚丙烯可為,例如,雜排、同排或對排同元聚合物。本發明之聚丙烯較佳為高度晶形同排或對排同元聚合物。
含於微孔性層(B)中之聚丙烯較佳為同元聚合物,或可為共聚合物,其中除了丙烯以外之小量共單體(如α-烯烴共單體)係經共聚合,例如,嵌段聚合物。含於聚丙烯中之作為重複單元之丙烯結構的量可為,例如,70莫耳%或更多、80莫耳%或更多、90莫耳%或更多、95莫耳%或更多或99莫耳%或更多,但不侷限於此。共單體之重複單元之量的上限可為,例如,30莫耳%或更少、20莫耳%或更少、10莫耳%或更少、5莫耳%或更少或1莫耳%或更少,但不侷限於此。可單獨使用一種聚丙烯,或其二或多種可作為混合物使用。
從改進微孔性層強度等的觀點來看,含於微孔性層(B)中之聚丙烯的重量平均分子量(Mw)較佳為300,000或更大,且從增加微孔性層之孔徑及避免堵塞的觀點來看,較佳為1,500,000或更小。聚丙烯之Mw更佳為500,000或更大且1,300,000或更小,仍更佳為600,000或更大且1,100,000或更小,又仍更佳為700,000或更大且1,050,000或更小,且特別較佳為800,000或更大且1,000,000或更小。
藉由將含於微孔性層(B)中之聚丙烯的重量平均分子量(Mw)除以其數目平均分子量(Mn)而獲得的數值(Mw/Mn)之上限值較佳為20或更小,且更佳為15或更小。可與任何彼等上限組合之Mw/Mn的下限值較佳為4或更大,且可為,例如,4.5或更大、5.0或更大或5.5或更大。聚丙烯之Mw/Mn數值越高,傾向於所得微孔性層之熔體張力越高。因此,聚丙烯之Mw/Mn數值為4或更大的事實意味著微孔性層(B)之熔體張力可控制在比微孔性層(A)的更高,其結果為,微孔性層(B)之孔徑可控制在比微孔性層(A)之孔徑更小,因此為較佳。應注意的是,本發明之聚烯烴的重量平均分子量、數目平均分子量及Mw/Mn為藉由GPC (凝膠滲透層析術)測量而確定的聚苯乙烯分子量。
含於微孔性層(B)中之聚丙烯的密度較佳為0.85 g/cm
3或更大,且可為,例如,0.88 g/cm
3或更大、0.89 g/cm
3或更大或0.90 g/cm
3或更大。可與任何彼等下限組合之聚丙烯之密度的上限較佳為1.1 g/cm
3或更小,且可為,例如,1.0 g/cm
3或更小、0.98 g/cm
3或更小、0.97 g/cm
3或更小、0.96 g/cm
3或更小、0.95 g/cm
3或更小、0.94 g/cm
3或更小、0.93 g/cm
3或更小或0.92 g/cm
3或更小。聚烯烴之密度係與聚丙烯之結晶度有關,且藉由將聚丙烯之密度調整為0.85 g/cm
3或更大而改進微孔性層之生產力,使其在使用乾式法之情況下特別有利。
微孔性層(B)可含有另外的樹脂,只要其含有70重量%或更多的聚丙烯。其他樹脂可為,例如,除了聚丙烯以外的聚烯烴(亦稱為「其他聚烯烴」),或聚苯乙烯與聚烯烴之共聚合物。聚烯烴為含有作為重複單元之具有碳-碳雙鍵之單體的聚合物。構成除了聚丙烯以外之聚烯烴之單體的實例包括但不侷限於,具有碳-碳雙鍵並具有2或4至10個碳原子之單體,如乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯及1-辛烯。聚烯烴為,例如,同元聚合物、共聚合物、多段聚合物或其類似物,且較佳為同元聚合物。具體而言,從關閉特性等的觀點來看,聚烯烴較佳為聚乙烯。
< 微孔性層(B)之熔體流動速率(MFR) >
從獲得具有更高強度之微孔性層(B)的觀點來看,微孔性層(B)之熔體流動速率(MFR)(單層之MFR)之上限值較佳為1.5 g/10 min或更小,且可為,例如,1.4 g/10 min或更小、1.3 g/10 min或更小、1.2 g/10 min或更小或1.1 g/10 min或更小。從微孔性層(B)之成形性等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之微孔性層(B)之MFR (單層之MFR)的下限值未侷限,且可為,例如,0.2 g/10 min或更大、0.25 g/10 min或更大、0.3 g/10 min或更大、0.35 g/10 min或更大或0.4 g/10 min或更大。微孔性層(B)之MFR係於負載為2.16 kg且溫度為230℃之條件下測量。
微孔性層(B)之MFR為1.5 g/10 min或更小的事實意味著含於微孔性層(B)中之聚烯烴的分子量在某種程度上是高的。此外,聚烯烴具有高分子量的事實表明存在大量連接晶形材料的聯結分子,且此導致獲得具有高強度之微孔性層(B)的傾向。此外,熔體張力可維持在高水平,其便於控制以達到小型孔徑。當微孔性層(B)之MFR為0.2 g/10 min或更大時,可防止微孔性層(B)之熔體張力過低,且更容易獲得具有高強度與減少厚度的微孔性層。
從獲得具有高強度之微孔性層(B)的觀點來看,當在負載為2.16 kg且溫度為230℃之條件下測量時,含於微孔性層(B)中之聚丙烯的MFR較佳為從0.2至1.5 g/10 min。從獲得具有更高強度之微孔性層的觀點來看,聚丙烯之MFR的上限值可為,例如,1.4 g/10 min或更小、1.3 g/10 min或更小、1.2 g/10 min或更小或1.1 g/10 min或更小。從微孔性層(B)之成形性等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之聚丙烯之MFR的下限值未侷限,且可為,例如,0.25 g/10 min或更大、0.3 g/10 min或更大、0.35 g/10 min或更大或0.4 g/10 min或更大。
微孔性層(B)之MFR較佳為低於微孔性層(A)之MFR。藉由將微孔性層(B)之MFR調整為低於微孔性層(A)之MFR,可將所得分隔件之微孔性層(A)之孔徑控制成大於其微孔性層(B)之孔徑。微孔性層(B)之MFR與微孔性層(A)之MFR的比率較佳為0.95或更小,更佳為0.90或更小,以及又更佳為0.85或更小。從薄膜形成穩定性的觀點來看,可與任何彼等上限組合之上述比率之下限較佳為0.2或更大,更佳為0.3或更大,以及又更佳為0.4或更大。
< 微孔性層(B)之五單元組分率 >
從獲得具有低透氣度之微孔性層的觀點來看,含於微孔性層(B)中之聚丙烯之五單元組分率的下限值較佳為94.0%或更大,且可為,例如,95.0%或更大、96.0%或更大、96.5%或更大、97.0%或更大、97.5%或更大、98.0%或更大、98.5%或更大或99.0%或更大。可與任何彼等下限組合之聚丙烯之五單元組分率的上限值可為99.9%或更小、99.8%或更小或99.5%或更小,但不侷限於此。聚丙烯之五單元組分率係藉由
13C-NMR (核磁共振法)測量。
聚丙烯之五單元組分率為94.0%或更大的事實表明聚丙烯具有高結晶度。在藉由拉伸孔洞成形法(特別是藉由乾式法)獲得的分隔件中,晶形材料之間的非晶形部分係經拉伸而導致孔洞的形成。因此,當聚丙烯具有高結晶度時,可獲得良好的孔洞形成性質,且透氣度亦可降至低水平,從而使其能達到高電池輸出。
< 微孔性層(B)之面積平均主要孔徑 >
包括於微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑(以下亦簡稱為「面積平均主要孔徑」) 係小於微孔性層(A)之面積平均主要孔徑。有關與微孔性層(A)之面積平均主要孔徑之關係的細節,參見< 微孔性層(A)之面積平均主要孔徑 >乙節。
微孔性層(B)之面積平均主要孔徑較佳為40 nm或更大且500 nm或更小,更佳為60 nm或更大且450 nm或更小,仍更佳為80 nm或更大且400 nm或更小,以及又仍更佳為100 nm或更大且350 nm或更小。當微孔性層(B)之面積平均主要孔徑在上述範圍內時,能更有效減少所得分隔件之堵塞並防止短路。
< 微孔性層(B)之孔隙度 >
從避免所得電儲存裝置之堵塞與改進所得分隔件之透氣度的觀點來看,微孔性層(B)之孔隙度較佳為20%或更大,且從維持分隔件之強度的觀點來看,孔隙度較佳為70%或更小。微孔性層(B)之孔隙度更佳為25%或更大且65%或更小,仍更佳為30%或更大且60%或更小,且特別更佳為35%或更大且55%或更小。
< 微孔性層(B)之厚度 >
舉例而言,從所得電儲存裝置達到高能量密度的觀點來看,本發明之微孔性層(B)的厚度較佳為10 µm或更小,且可為,例如,8 µm或更小、7 µm或更小、6 µm或更小、5 µm或更小、4.5 µm或更小或4 µm或更小。從改進強度等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之微孔性層(B)之厚度的下限值較佳為1 µm或更大,且可為,例如,2 µm或更大、3 µm或更大或3.5 µm或更大。
< 微孔性層(B)之添加劑 >
含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(B),視需求,除了聚丙烯以外,可進一步含有添加劑,如彈性體、晶體成核劑、抗氧化劑、充填物等。添加劑之量未特別侷限,且為,例如,0.01重量%或更多、0.1重量%或更多或1重量%或更多,以微孔性層(B)之總質量為基準。可與任何彼等下限組合之添加劑之量的上限可為10重量%或更少、7重量%或更少或5重量%或更少。
< 微孔性層(C) >
除了微孔性層(A)與微孔性層(B)以外,本發明之用於電儲存裝置之分隔件可進一步包括含有50重量%或更多之聚烯烴的微孔性層(C)。在此情況下,用於電儲存裝置之分隔件可包括僅一層微孔性層(C),或二或多層微孔性層(C)。微孔性層(C)較佳為含有50重量%或更多的聚丙烯。這使得在高溫(140℃)下儲存後能維持良好電池性能。從分隔件之可溼性、厚度減小及關閉特性等的觀點來看,微孔性層(C)中之聚丙烯含量之下限較佳可為55重量%或更多、60重量%或更多、70重量%或更多、80重量%或更多、90重量%或更多或95重量%或更多。可與任何彼等下限組合之微孔性層(C)中之聚丙烯含量之上限未侷限,且可為,例如,60重量%或更少、70重量%或更少、80重量%或更少、90重量%或更少、95重量%或更少、98重量%或更少或99重量%或更少,或可為100重量%。
< 微孔性層(C)之材料 >
含於微孔性層(C)中之聚丙烯可為與含於微孔性層(A)及微孔性層(B)之聚丙烯相同的材料,或者,相較於微孔性層(A)與(B)中之該等,可為化學結構不同的聚丙烯,更具體而言,在單體組成、立體規則性、分子量、晶體結構等之至少一者不同的聚丙烯。
含於微孔性層(C)中之聚丙烯的立體規則性未侷限,但聚丙烯可為,例如,雜排、同排或對排同元聚合物。本發明之聚丙烯較佳為高度晶形同排或對排同元聚合物。
含於微孔性層(C)中之聚丙烯較佳為同元聚合物,或可為共聚合物,其中除了丙烯以外之小量共單體(如α-烯烴共單體)係經共聚合,例如,嵌段聚合物。含於聚丙烯中之作為重複單元之丙烯結構的量可為,例如,70莫耳%或更多、80莫耳%或更多、90莫耳%或更多、95莫耳%或更多或99莫耳%或更多,但不侷限於此。共單體之重複單元之量的上限可為,例如,30莫耳%或更少、20莫耳%或更少、10莫耳%或更少、5莫耳%或更少或1莫耳%或更少,但不侷限於此。可單獨使用一種聚丙烯,或其二或多種可作為混合物使用。
從改進微孔性層強度等的觀點來看,含於微孔性層(C)中之聚丙烯的重量平均分子量(Mw)較佳為300,000或更大,且從增加微孔性層之孔徑及避免堵塞的觀點來看,較佳為1,500,000或更小。聚丙烯之Mw更佳為500,000或更大且1,300,000或更小,仍更佳為600,000或更大且1,100,000或更小,又仍更佳為700,000或更大且1,050,000或更小,且特別較佳為800,000或更大且1,000,000或更小。
藉由將含於微孔性層(C)中之聚丙烯的重量平均分子量(Mw)除以其數目平均分子量(Mn)而獲得的數值(Mw/Mn)之上限值較佳為20或更小,且更佳為15或更小。可與任何彼等上限組合之Mw/Mn的下限較佳為4或更大,且可為,例如,4.5或更大、5.0或更大或5.5或更大。聚丙烯之Mw/Mn數值越高,傾向於所得微孔性層之熔體張力越高。因此,聚丙烯之Mw/Mn數值為4或更大的事實意味著微孔性層(C)之熔體張力可控制在比微孔性層(B)的更高,其結果為,微孔性層(C)之孔徑可控制在比微孔性層(B)之孔徑更小,因此為較佳。應注意的是,本發明之聚烯烴的重量平均分子量、數目平均分子量及Mw/Mn為藉由GPC (凝膠滲透層析術)測量而確定之就聚苯乙烯而言的分子量。
含於微孔性層(C)中之聚丙烯的密度較佳為0.85 g/cm
3或更大,且可為,例如,0.88 g/cm
3或更大、0.89 g/cm
3或更大或0.90 g/cm
3或更大。可與任何彼等下限組合之聚丙烯之密度的上限較佳為1.1 g/cm
3或更小,且可為,例如,1.0 g/cm
3或更小、0.98 g/cm
3或更小、0.97 g/cm
3或更小、0.96 g/cm
3或更小、0.95 g/cm
3或更小、0.94 g/cm
3或更小、0.93 g/cm
3或更小或0.92 g/cm
3或更小。聚烯烴之密度係與聚丙烯之結晶度有關,且藉由將聚丙烯之密度調整為0.85 g/cm
3或更大而改進微孔性層之生產力,使其在使用乾式法之情況下特別有利。
微孔性層(C)可含有除了聚丙烯以外之其他樹脂。其他樹脂可為,例如,除了聚丙烯以外之聚烯烴(亦稱為「其他聚烯烴」),或聚苯乙烯與聚烯烴之共聚合物。聚烯烴為含有作為重複單元之具有碳-碳雙鍵之單體的聚合物。構成除了聚丙烯以外之聚烯烴之單體的實例包括但不侷限於,具有碳-碳雙鍵並具有2或4至10個碳原子之單體,如乙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯及1-辛烯。聚烯烴為,例如,同元聚合物、共聚合物、多段聚合物或其類似物,且較佳為同元聚合物。具體而言,從關閉特性等的觀點來看,聚烯烴較佳為聚乙烯。
< 微孔性層(C)之熔體流動速率(MFR) >
從獲得具有更高強度之微孔性層(C)的觀點來看,微孔性層(C)之熔體流動速率(MFR)(單層之MFR)之上限值較佳為1.5 g/10 min或更小,且可為,例如,1.4 g/10 min或更小、1.3 g/10 min或更小、1.2 g/10 min或更小或1.1 g/10 min或更小。從微孔性層(C)之成形性等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之微孔性層(C)之MFR (單層之MFR)的下限值未侷限,且可為,例如,0.2 g/10 min或更大、0.25 g/10 min或更大、0.3 g/10 min或更大、0.35 g/10 min或更大或0.4 g/10 min或更大。微孔性層(C)之MFR係於負載為2.16 kg且溫度為230℃之條件下測量。
微孔性層(C)之MFR為1.5 g/10 min或更小的事實意味著含於微孔性層(C)中之聚烯烴的分子量在某種程度上是高的。此外,聚烯烴具有高分子量的事實表明存在大量連接晶形材料的聯結分子,且此導致獲得具有高強度之微孔性層(C)的傾向。當微孔性層(C)之MFR為0.2 g/10 min或更大時,可防止微孔性層(C)之熔體張力過低,且更容易獲得具有高強度與厚度減少的微孔性層。
從獲得具有高強度之微孔性層(C)的觀點來看,當在負載為2.16 kg且溫度為230℃之條件下測量時,含於微孔性層(C)中之聚丙烯的MFR較佳為從0.2至1.5 g/10 min。從獲得具有更高強度之微孔性層的觀點來看,聚丙烯之MFR的上限值可為,例如,1.4 g/10 min或更小、1.3 g/10 min或更小、1.2 g/10 min或更小或1.1 g/10 min或更小。從微孔性層(C)之成形性等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之聚丙烯之MFR的下限值未侷限,且可為,例如,0.25 g/10 min或更大、0.3 g/10 min或更大、0.35 g/10 min或更大或0.4 g/10 min或更大。
< 微孔性層(C)之五單元組分率 >
從獲得具有低透氣度之微孔性層的觀點來看,含於微孔性層(C)中之聚丙烯之五單元組分率的下限值較佳為94.0%或更大,且可為,例如,95.0%或更大、96.0%或更大、96.5%或更大、97.0%或更大、97.5%或更大、98.0%或更大、98.5%或更大或99.0%或更大。可與任何彼等下限組合之聚丙烯之五單元組分率的上限值可為99.9%或更小、99.8%或更小或99.5%或更小,但不侷限於此。聚丙烯之五單元組分率係藉由
13C-NMR (核磁共振法)測量。
聚丙烯之五單元組分率為94.0%或更大的事實表明聚丙烯具有高結晶度。在藉由拉伸孔洞成形法(特別是藉由乾式法)獲得的分隔件中,晶形材料之間的非晶形部分係經拉伸而導致孔洞的形成。因此,當聚丙烯具有高結晶度時,可獲得良好的孔洞形成性質,且透氣度亦可降至低水平,從而使其能達到高電池輸出。
< 微孔性層(C)之面積平均主要孔徑 >
包括於微孔性層(C)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑(以下亦簡稱為「面積平均主要孔徑」)較佳為小於微孔性層(B)之面積平均主要孔徑。具體而言,微孔性層(C)之面積平均主要孔徑較佳為不小於微孔性層(B)之面積平均主要孔徑的0.20倍且不大於0.90倍,以及更佳為不小於0.50倍且不大於0.90倍。使其能更有效地減少所得分隔件之堵塞並防止短路。當基材包括二或多層微孔性層(C)及/或微孔性層(B)時,根據各別種類之層之面積平均主要孔徑的平均值,進行微孔性層(C)與微孔性層(B)之面積平均主要孔徑的比較。
微孔性層(C)之面積平均主要孔徑較佳為20 nm或更大且450 nm或更小,更佳為40 nm或更大且400 nm或更小,仍更佳為60 nm或更大且350 nm或更小,以及又仍更佳為80 nm或更大且300 nm或更小。當微孔性層(C)之面積平均主要孔徑在上述範圍內時,能更有效地減少分隔件之堵塞並防止短路。
< 微孔性層(C)之孔隙度 >
從避免所得電儲存裝置之堵塞與改進所得分隔件之透氣度的觀點來看,微孔性層(C)之孔隙度較佳為20%或更大,且從維持分隔件之強度的觀點來看,孔隙度較佳為70%或更小。微孔性層(C)之孔隙度更佳為25%或更大且65%或更小,仍更佳為30%或更大且60%或更小,且特別更佳為35%或更大且55%或更小。
< 微孔性層(C)之厚度 >
舉例而言,從所得電儲存裝置達到高能量密度的觀點來看,本發明之微孔性層(C)的厚度較佳為10 µm或更小,且可為,例如,8 µm或更小、7 µm或更小、6 µm或更小、5 µm或更小、4.5 µm或更小或4 µm或更小。從改進強度等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之微孔性層(C)之厚度的下限值較佳為1 µm或更大,且可為,例如,2 µm或更大、3 µm或更大或3.5 µm或更大。
< 微孔性層(C)之添加劑 >
視需求,除了聚丙烯以外,微孔性層(C)可進一步含有添加劑,如彈性體、晶體成核劑、抗氧化劑、充填物等。添加劑之量未特別侷限,且為例如,0.01重量%或更多、0.1重量%或更多或1重量%或更多,以微孔性層(C)之總質量為基準。可與任何彼等下限組合之添加劑之量的上限可為10重量%或更少、7重量%或更少或5重量%或更少。
< 基材表面之面積平均主要孔徑>
基材較佳為含有聚烯烴以作為主要組分,並具有第一多孔性表面(X),以及在第一多孔性表面(X)對側上的第二多孔性表面(Y)。包括於第一多孔性表面(X)中之孔洞的面積平均主要孔徑(S
X)較佳為不小於包括於第二多孔性表面(Y)中之孔洞的面積平均主要孔徑(S
Y)的1.05倍且不大於10倍,更佳為不小於1.1倍且不大於5倍,以及又更佳為不小於1.2倍且不大於3倍。表面(X)與表面(Y)可由單一(一層)微孔性層之表面構成;或者,表面(X)可由層狀微孔性層(其中二或多層係經分層)之一微孔性層的表面構成,且表面(Y)可由層狀微孔性層之另一微孔性層的表面構成。當基材具有包括至少一各別微孔性層(A)與微孔性層(B)之層狀結構時,微孔性層(A)之側上的表面對應於第一多孔性表面(X),且微孔性層(A)之對側上之微孔性膜的表面對應於第二多孔性表面(Y)。
藉由利用SEM觀察分隔件之表面,並進行所得圖像之圖像分析,可測量各別表面之面積平均主要孔徑。術語「主要孔徑」意指在MD的孔徑。術語「MD」意指形成微孔性層的方向。舉例而言,若包括微孔性層之分隔件為輥之形式,則分隔件之MD為縱向。在從表面SEM圖像測量平均孔徑之情況下,可計算數目平均孔徑與面積平均孔徑。然而,在數目平均孔徑之計算中,即使是極小的孔洞亦算作一個孔洞,因此難以獲得與分隔件之物理性質的充分相關性。因此,在本申請案之說明書中,面積平均孔徑係用作平均孔徑,以便可獲得與分隔件之物理性質的相關性。
表面(X)之面積平均主要孔徑(S
X)不小於表面(Y)之面積平均主要孔徑(S
Y)的1.05倍的事實意味著表面(X)之孔徑比表面(Y)的更大。當表面(X)之面積平均主要孔徑(S
X)不小於表面(Y)之面積平均主要孔徑(S
Y)的1.05倍時,可減少電池評估(循環測試)中之基材的堵塞,且可防止由於混入異物而發生的短路。當表面(X)之面積平均主要孔徑(S
X)不大於表面(Y)之面積平均主要孔徑(S
Y)的10倍時,一般認為可足以確保分隔件之強度。
表面(X)之面積平均主要孔徑(S
X)較佳為80 nm或更大且600 nm或更小,更佳為120 nm或更大且550 nm或更小,仍更佳為130 nm或更大且500 nm或更小,以及又仍更佳為140 nm或更大且450 nm或更小。當表面(X)之面積平均主要孔徑為80 nm或更大時,可更有效地減少電儲存裝置中分隔件由於沈積物的堵塞,而當面積平均主要孔徑為600 nm或更小時,可進一步改進分隔件之強度。較佳為減少電儲存裝置中由於沈積物的堵塞,且就此目的,表面(X)之面積平均主要孔徑較佳為80 nm或更大。
表面(Y)之面積平均主要孔徑(S
Y)較佳為20 nm或更大且500 nm或更小,更佳為30 nm或更大且450 nm或更小,以及又更佳為40 nm或更大且400 nm或更小,以及又仍更佳為50 nm或更大且350 nm或更小。當微孔性層(B)之面積平均主要孔徑在上述範圍內時,能更有效地減少分隔件之堵塞並防止短路。
< 基材之層結構 >
用於電儲存裝置之分隔件的基材(在本申請案之說明書中亦簡稱為「基材」)係由單一(一層)微孔性層組成,或包括至少一各別微孔性層(A)與微孔性層(B)。基材可具有三或多層之多層結構,包括二或多層微孔性層(A)及/或微孔性層(B)。多層結構之實例包括微孔性層(A)/微孔性層(B)之兩層結構,以及微孔性層(A)/微孔性層(B)/微孔性層(A)之三層結構。此外,所述基材可包括除了微孔性層(A)與微孔性層(B)以外之層。除了微孔性層(A)與微孔性層(B)以外之層的實例包括上述之微孔性層(C)、含有無機物質之層及含有抗熱樹脂之層。舉例而言,基材可具有四或多層之多層結構,如微孔性層(A)/微孔性層(B)/微孔性層(C)/微孔性層(A)之結構。從生產之容易性、防止分隔件之捲曲等的觀點來看,較佳為對稱性之層狀結構。
在基材包括微孔性層(C)之情況下,基材較佳為具有微孔性層(A)/微孔性層(B)/微孔性層(C)之三層結構。當基材具有此類層狀結構時,其能更有效地減少分隔件之堵塞並防止短路。
< 基材之厚度 >
舉例而言,從所得電儲存裝置達到高能量密度的觀點來看,所述基材之厚度的上限值較佳為25 µm或更小,且可為,例如,22 µm或更小、20 µm或更小、18 µm或更小、16 µm或更小、14 µm或更小或12 µm或更小。從改進強度等的觀點來看,可與任何彼等上限組合之基材之厚度的下限值較佳為6 µm或更大,且可為,例如,7 µm或更大、8 µm或更大、9 µm或更大或10 µm或更大。
< 基材之透氣度(空氣阻力) >
當基材之厚度轉換為16 µm時,基材之透氣度的上限值較佳為290 sec/100 cm
3或更小,且可為,例如,280 sec/100 cm
3或更小、270 sec/100 cm
3或更小、260 sec/100 cm
3或更小或250 sec/100 cm
3或更小。當基材之厚度轉換為16 µm時,可與任何彼等上限組合之基材之透氣度的下限值未侷限,且可為,例如,50 sec/100 cm
3或更大、60 sec/100 cm
3或更大或70 sec/100 cm
3或更大。
< 基材在高溫處理後之透氣度(空氣阻力) >
本發明之基材在其端部經固定而在140℃之大氣下加熱30分鐘後(以下亦簡稱為「在高溫處理後」),基材之透氣度變化率較佳為100%或更小。透氣度變化率可藉由下列公式確定:
透氣度變化率(%) = {加熱後之透氣度(sec/100 cm
3) - 加熱前之透氣度(sec/100 cm
3)} ÷ 加熱後之透氣度(sec/100 cm
3) x 100
所謂「其端部經固定」意指在基材之端部經固定的狀態下將基材進行熱處理,其假設在電儲存裝置之生產中分隔件經固定的情況。
在包括基材之常規分隔件的情況下,所述基材包括含有聚乙烯以作為主要組分之層,在高溫處理後透氣度有超過5,000 sec/100 cm
3的情況。相比之下,透氣度變化率為100%或更小的事實意味著即使由於乾燥處理等而暴露於高溫後,透氣度之變化非常小。當透氣度變化率為100%或更小時,能確保在電儲存裝置生產中之高溫乾燥後的良好電池性能。透氣度變化率較佳為80%或更小、60%或更小、40%或更小、20%或更小、10%或更小或5%或更小,且可與任何彼等上限組合之下限較佳為-5%或更大、-3%或更大、-2%或更大、-1%或更大、0%或更大,或大於0%,但不侷限於此。
當本發明基材之厚度轉換為16 µm時,基材在高溫處理後之透氣度的上限值較佳為580 sec/100 cm
3或更小,且可為,例如,500 sec/100 cm
3或更小、450 sec/100 cm
3或更小、400 sec/100 cm
3或更小或350 sec/100 cm
3或更小。當基材之厚度轉換為16 µm時,可與任何彼等上限組合之基材在高溫處理後之透氣度的下限值未侷限,且可為,例如,50 sec/100 cm
3或更大、60 sec/100 cm
3或更大或70 sec/100 cm
3或更大。
< 基材之孔隙度 >
從避免所得電儲存裝置之堵塞與改進所得分隔件之透氣度的觀點來看,基材之孔隙度較佳為20%或更大,且從維持分隔件之強度的觀點來看,孔隙度較佳為70%或更小。基材之孔隙度更佳為25%或更大且65%或更小,仍更佳為30%或更大且60%或更小,以及特別更佳為35%或更大且55%或更小。
< 基材之刺穿強度 >
當基材之厚度轉換為16 µm時,基材之刺穿強度的下限值較佳為230 gf或更大、240 gf或更大、250 gf或更大、260 gf或更大、280 gf或更大、300 gf或更大或320 gf或更大。當基材之厚度轉換為16 µm時,可與任何彼等下限組合之基材之刺穿強度的上限值未侷限,且較佳為550 gf或更小,且可為,例如,500 gf或更小或480 gf或更小。
< 基材之熱收縮率 >
基材較佳為具有在寬度方向(TD)之熱收縮率,如在150℃下熱處理1小時後之測量,為-1.0%或更大且3.0%或更小。亦即,上述熱收縮率在上述範圍內的事實意味著即使在高溫下基材具有極低在寬度方向之熱收縮率。當上述熱收縮率為3.0%或更小時,可有效地防止高溫下短路的發生。上述熱收縮率為-1.0%或更大的原因為,在測量熱收縮率時,基材在寬度方向有稍微膨脹的情況,其造成熱收縮率小於0%,亦即,負值。上述 熱收縮率可為0%或更大,或可為大於0%。可藉由例如乾式單軸拉伸法生產上述熱收縮率為-1.0%或更大且3.0%或更小的基材。一般而言,溼式分隔件在寬度方向具有極高的熱收縮率。相比之下,在單軸拉伸之乾式分隔件的情況下,可更容易獲得上述熱收縮率為-1.0%或更大且3.0%或更小的基材,不論內層與外層之孔徑比率。
<< 生產用於電儲存裝置之分隔件的方法 >>
一種生產用於電儲存裝置之分隔件的方法,包括:熔融擠出含有聚丙烯以作為主要組分之樹脂組成物(以下亦稱為「聚丙烯系樹脂組成物」)以獲得樹脂薄膜的熔融擠出步驟;以及在所得樹脂薄膜中形成孔洞以使薄膜多孔的孔洞形成步驟。生產微孔性層之方法可大致分為在孔洞形成步驟中不使用溶劑的乾式方法及在孔洞形成步驟中使用溶劑的溼式方法。
乾式方法之實例包括:將聚丙烯系樹脂組成物熔融摻合及擠出,且隨後將擠出物進行熱處理及拉伸而在聚丙烯晶體之間的界面處導致脫層的方法;以及將聚丙烯系樹脂組成物與無機充填物熔融摻合以形成薄膜,且隨後將薄膜拉伸以在聚丙烯與無機充填物之間的界面處導致脫層的方法。
溼式方法之實例包括:將聚丙烯系樹脂組成物與孔洞形成材料熔融摻合以形成薄膜(視需求將薄膜拉伸),且隨後提取孔洞形成材料的方法;以及將聚丙烯系樹脂組成物熔融,且隨後沈浸在聚丙烯之不良溶劑中以固化聚丙烯且同時移除溶劑的方法。
單軸擠出機與雙軸擠出機可用於聚丙烯系樹脂組成物之熔融摻合。除了彼等擠出機以外,亦能使用,例如,捏揉機、Labo Plasto粉碎機、混合輥、Banbury混合機及其類似物。
聚丙烯系樹脂組成物可任意地含有除了聚丙烯以外之樹脂、添加劑及其類似物,其取決於生產微孔性層之方法,或取決於感興趣之微孔性層的物理性質。添加劑之實例包括孔洞形成材料、氟系流動修改材料、蠟、晶體成核劑、抗氧化劑、金屬肥皂(如脂肪族羧酸金屬鹽)、紫外光吸收劑、光安定劑、抗靜電劑、抗霧化試劑及著色顏料。孔洞形成材料之實例包括塑化劑、無機充填物及其組合。
塑化劑之實例包括:烴,如液態石蠟及石蠟;酯,如酞酸二辛酯與酞酸二丁酯;以及高級醇,如油醇及硬脂醇。
無機充填物之實例包括:氧化物系陶瓷,如氧化鋁、二氧化矽(矽氧化物)、二氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈰、氧化釔、氧化鋅及氧化鐵;氮化物系陶瓷,如氮化矽、氮化鈦及氮化硼;陶瓷,如碳化矽、碳酸鈣、硫酸鋁、氫氧化鋁、鈦酸鉀、滑石、高嶺土、高嶺石、多水高嶺土、葉蠟石、蒙脫石、絹雲母、雲母、鎂鋁蛇紋石、膨潤土、石綿、沸石、矽酸鈣、矽酸鎂、矽藻土及矽砂;以及玻璃纖維。
作為生產基材之方法,較佳為藉由乾式方法的片晶孔洞形成流程,其中進行熱處理與拉伸,以在聚丙烯晶體之間的界面處導致脫層。作為生產包括微孔性層(A)與微孔性層(B)之基材的方法,較佳為使用下列流程(i)與(ii)之至少一者:
(i)藉由共擠出薄膜形成而產生基材之流程,其中藉由共擠出個別樹脂組成物而形成微孔性層(A)與微孔性層(B),並將共擠出之薄膜進行退火、冷拉伸、熱拉伸及加熱鬆弛步驟;以及
(ii)藉由積層而生產基材之流程,其中藉由分別擠出個別樹脂組成物、將擠出之薄膜彼此積層與貼附,且隨後將所得積層進行退火、冷拉伸、熱拉伸及加熱鬆弛步驟而形成微孔性層(A)與微孔性層(B)。
同樣地,在基材進一步亦包括微孔性層(C)之情況下,其生產方法之實例包括下列流程:
(i)藉由共擠出薄膜形成而生產基材之流程,其中藉由共擠出個別樹脂組成物而形成微孔性層(A)、微孔性層(B)及微孔性層(C),並使共擠出之薄膜進行退火、冷拉伸、熱拉伸及加熱鬆弛步驟;以及
(ii)藉由積層而生產基材之流程,其中藉由將至少一樹脂組成物與其他樹脂組成物分別擠出、將擠出之薄膜彼此積層與貼附,且隨後將所得積層進行退火、冷拉伸、熱拉伸及加熱鬆弛步驟而形成微孔性層(A)、微孔性層(B)及微孔性層(C)。
舉例而言,藉由改變含於各別層之聚丙烯之分子量的方法、添加添加劑之方法等,可將微孔性層(A)與微孔性層(B)以及任意包括之微孔性層(C)之ND-MD截面中之面積平均主要孔徑的絕對值及其比率調整至本發明之較佳範圍。本發明人已發現,能將一微孔性層之孔徑控制在比另一層的小,其係藉由在所述一微孔性層中使用聚丙烯,其分子量比所述另一層中使用之聚丙烯的更高。本發明人亦已發現,能將一微孔性層之孔徑控制在比另一層的大,其係藉由將以苯乙烯-烯烴共聚物為代表之具有特定結構的添加劑添加至所述一微孔性層中。此外,本發明人已發現,藉由嚴格控制各別層之孔徑,能獲得良好電池性能與耐熱性且同時防止短路。
當基材具有由二或多層組成之層狀結構時,例如,藉由改變含於具有各別表面之各別層中聚丙烯之分子量的方法、添加添加劑之方法等,可將表面(X)之面積平均主要孔徑(S
X)與表面(Y)之面積平均主要孔徑(S
Y)之絕對值及其比率調整至本發明之較佳範圍。藉由在所述一微孔性層中使用具有分子量比在所述另一層中使用的更高的聚丙烯,能將具有在一側上之表面之一微孔性層的孔徑控制在比具有其他側上之表面之另一層的小。此外,藉由將以苯乙烯-烯烴共聚合物為代表之具有特定結構的添加劑添加至所述一微孔性層中,能將具有在一側上之表面之一微孔性層的孔徑控制在比具有其他側上之表面之另一層的大。此外,本發明人已發現,藉由嚴格控制各別層之孔徑,能獲得良好電池性能與耐熱性且同時防止短路。
當基材由單一(一層)微孔性層組成時,例如,藉由在薄膜形成過程中在單一層內形成分子量梯度之方法、允許所述層之一側上含有更大量之添加劑的方法等,可將表面(X)之面積平均主要孔徑(S
X)與表面(Y)之面積平均主要孔徑(S
Y)之絕對值及其比率調整至本發明之較佳範圍。此一方法能使具有較低分子量或含有更大量添加劑之所述側上之表面的孔徑控制在比其他側上的大。
由含有聚丙烯以作為主要組分且具有小孔徑之層以及含有聚乙烯且具有大孔徑之層組成的多層分隔件為常規上已知。不受理論之侷限,藉由使用聚乙烯,其高度晶形且晶體尺寸比聚丙烯的大,可將含有聚乙烯之層的孔徑控制在比含有聚丙烯以作為主要組分之層的大。然而,當基材包括含有聚乙烯以作為主要組分之層時,存在一個問題,亦即在等於或高於聚乙烯之熔點(128℃)的高溫下進行熱處理時導致孔洞堵塞,造成無法發揮分隔件的作用。另一方面,在具有不包括含有聚乙烯以作為主要組分之層而由含有聚丙烯以作為主要組分之層組成之多層結構的基材中,獨立控制個別層之孔徑及形成個別層之孔徑不同的多層結構是極其困難的。
在共擠出流程(i)與積層流程(ii)中,從生產成本等的觀點來看,共擠出流程(i)係較佳。在共擠出流程(i)中,作為微孔性層(A)至(C)之擠出薄膜形成條件,較佳為在盡可能低之溫度下擠出樹脂,並藉由吹入低溫空氣而有效進行共擠出薄膜之快速冷卻。在薄膜形成後,較佳為藉由吹氣而快速冷卻共擠出薄膜,且吹氣溫度較佳為20℃或更低,且更佳為15℃或更低。藉由吹入控制在此一低溫之冷空氣,薄膜形成後之樹脂在快速冷卻時沿MD方向均勻定向。
生產基材之方法可包括擠出薄膜形成之後的退火步驟。進行退火步驟傾向於允許微孔性層(A)至(C)之晶體結構生長,並改進孔洞形成性質。一趨勢為,藉由在特定溫度下長時間進行退火步驟,在所有微孔性層(A)至(C)中可獲得良好的面積平均主要孔徑。其原因被認為是由於晶體可在沒有晶體結構紊亂之情況下生長,使能獲得高孔洞形成性質。此外,一趨勢為,藉由在特定溫度下長時間進行退火步驟,在微孔性層(A)與(B)中可獲得良好的面積平均主要孔徑。其原因被認為是由於晶體可在沒有晶體結構紊亂之情況下生長,使能獲得高孔洞形成性質。從獲得良好的面積平均主要孔徑以及獲得良好的面積平均主要孔徑以防止所得電儲存裝置堵塞的觀點來看,在退火步驟中,較佳為在115℃或更高且160℃或更低之溫度範圍內進行退火處理,較佳為歷時20分鐘或以上,更佳為歷時60分鐘或以上。
在退火步驟之後,生產基材之方法可包括在孔洞形成步驟過程中或在孔洞形成步驟之前或之後的拉伸步驟。任何單軸拉伸與雙軸拉伸方法皆可用於拉伸處理。儘管未侷限於此,例如,從在使用乾式方法情況下之生產成本的觀點來看,較佳為單軸拉伸。舉例而言,從改進所得基材之強度的觀點來看,較佳為雙軸拉伸。雙軸拉伸之實例包括如同時雙軸拉伸、依序雙軸拉伸、多段拉伸及多次拉伸等方法。從刺穿強度改進、拉伸均勻性及關閉特性的觀點來看,較佳為同時雙軸拉伸。此外,從易於控制平面定向的觀點來看,較佳為依序雙軸拉伸。當以高放大率沿雙軸方向拉伸片狀形式之模製品時,分子在平面方向定向,並傾向於獲得不易撕裂且具有高穿刺強度之基材。
為了降低基材之熱收縮率,可在拉伸步驟之後或在孔洞形成步驟之後進行熱處理步驟,其目的為進行熱定型。熱處理步驟可包括:在預定溫度大氣與預定拉伸比率下進行拉伸操作,其目的為調節物理性質;及/或在預定溫度大氣與預定鬆弛速率下進行鬆弛操作,其目的為降低拉伸應力。可在進行拉伸操作之後進行鬆弛操作。此一熱處理步驟可使用拉幅機或輥拉伸機進行。
所得基材本身可按原樣用作電儲存裝置之分隔件。任意地,可進一步在基材之一表面或兩表面上提供塗層。
<< 電儲存裝置 >>
本發明之電儲存裝置包括本發明之用於電儲存裝置之分隔件。本發明之電儲存裝置包括正極與負極,且用於電儲存裝置之分隔件較佳為在正極與負極之間分層。構成基材最外層之微孔性層(A)較佳為配置成面向負極側。由於電儲存裝置中之分隔件之堵塞主要由於負極表面上之沈積物造成,藉由配置具有較大孔徑之微孔性層(A)以面向負極側,可有效降低分隔件之堵塞。基材之表面(X)較佳為配置成面向負極側。由於電儲存裝置中之分隔件之堵塞主要由於負極表面上之沈積物造成,藉由配置具有較大孔徑之表面(X)以面向負極側,可有效降低分隔件之堵塞。
電儲存裝置之實例包括但不侷限於,鋰二次電池、鋰離子二次電池、鈉二次電池、鈉離子二次電池、鎂二次電池、鎂離子二次電池、鈣二次電池、 鈣離子二次電池、鋁二次電池、鋁離子二次電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、雙電層電容器、鋰離子電容器、氧化還原液流電池、鋰硫電池、鋰空氣電池及鋅空氣電池。其中,從實際用途的觀點來看,較佳為鋰二次電池、鋰離子二次電池、鎳氫電池或鋰離子電容器,且更佳為鋰離子二次電池。
可例如藉由下列而生產電儲存裝置:將正極與負極分層,其中上述分隔件配置其間;視需求,將所得層狀構件捲繞,以形成層狀電極構件或捲繞電極構件;隨後,將層狀電極構件或捲繞電極構件置於外部;經由引線或其類似物將正負極與外部之正負極端子連接;此外,將含有非水溶劑(如非環或環狀碳酸酯)與電解質(如鋰鹽)之非水電解液注入外部中;隨後,將外部密封。
電儲存裝置更佳為鋰離子二次電池。現將描述鋰離子二次電池之較佳實施例。然而,本發明之電儲存裝置未侷限於鋰離子二次電池。
正極只要是作為鋰離子二次電池之正極的功用就沒有特別侷限,且可使用已知之正極。作為正極活性材料,正極較佳為含有一或多種選自於由能吸藏與釋放鋰離子之材料所組成群組之材料。從電池容量與安全性的觀點來看,正極之較佳實例包括:以LiCoO
2為代表之鋰鈷氧化物;以Li
2Mn
2O
4為代表之尖晶石系鋰錳氧化物;以Li
2Mn
1.5Ni
0.5O
4為代表之尖晶石系鋰鎳錳氧化物;以LiNiO
2為代表之鋰鎳氧化物;以LiMO
2為代表之含鋰複合金屬氧化物(其中M代表二或多種選自於由Ni、Mn、Co、AI及Mg所組成群組之元素);以及以LiFePO
4為代表之磷酸鋰鐵化合物。其中,從高安全性與長期穩定性的觀點來看,更佳為:以LiCoO
2為代表之鋰鈷氧化物;以LiNiO
2為代表之鋰鎳氧化物;以LiMO
2為代表之含鋰複合金屬氧化物(其中M代表二或多種選自於由Ni、Mn、Co、AI及Mg所組成群組之元素);以及以LiFePO
4為代表之磷酸鋰鐵化合物,且特別較佳為以LiFePO
4為代表之磷酸鋰鐵化合物。
負極只要是作為鋰離子二次電池之負極的功用就沒有特別侷限,且可使用已知之負極。作為負極活性材料,負極較佳為含有一或多種選自於由鋰金屬與能吸藏與釋放鋰離子之材料所組成群組之材料。亦即,作為負極活性材料,負極較佳為含有一或多種選自於由鋰金屬、碳材料、含有能與鋰形成合金之元素的材料及含鋰化合物所組成群組之材料。除了鋰金屬之外,此一材料之實例包括以硬碳、軟碳、人造石墨、天然石墨、石墨、熱裂解碳、煤焦、玻璃碳、有機聚合物化合物之煅燒產物、中間相微碳球、碳纖維、活性碳、石墨、碳膠體及碳黑為代表之碳材料。
實施例
<< 測量與評估方法 >>
[熔體流動速率(MFR)之測量]
根據JIS K 7210,在溫度為230℃與負載為2.16 kg之條件下測量各別微孔性層之熔體流動速率(MFR)(單位:g/10 min)。根據JIS K 7210,在溫度為230℃與負載為2.16 kg之條件下測量聚丙烯之MFR。然而,根據JIS K 7210,在溫度為190℃與負載為2.16 kg之條件下測量聚乙烯之熔體流動速率(MFR)與含有50重量%或更多之聚乙烯之微孔性層的熔體流動速率(MFR)。
[藉由GPC (凝膠滲透層析術)測量Mw與Mn]
使用Agilent PL-GPC220,在下列條件下測量標準品聚苯乙烯,以製作校準曲線。在相同條件下,亦藉由層析術測量各別樣品聚合物,並在下列條件下,根據校準曲線,計算各別聚合物按照聚苯乙烯之重量平均分子量(Mw)、數目平均分子量(Mn)及以重量平均分子量(Mw)除以數目平均分子量(Mn)所得之數值(Mw/Mn)。
管柱:兩個TSK凝膠GMHHR-H (20) HT (7.8 mm I. D. x 30 cm)管柱
流動相:1,2,4-三氯苯
偵檢器:RI
管柱溫度:160℃
樣品濃度:1 mg/ml
校準曲線:聚苯乙烯
[熔體張力之測量]
使用Toyo Seiki Co., Ltd.生產之Capilograph,在下列條件下測量各別微孔性膜之熔體張力(mN)。
. 毛細管:直徑1.0 mm,長度20 mm
. 圓筒擠出速度:2 mm/min
. 捲取(Take-up)速度:60 m/min
. 溫度:230℃
[五單元組分率之測量]
藉由尖峰高度法計算聚丙烯之五單元組分率,其係根據Polymer Analysis Handbook (由Japan Society for Analytical Chemistry編輯)之描述,由指派之
13C-NMR光譜進行。
13C-NMR光譜之測量係使用JEOL-ECZ 500,其係於測量溫度為145℃與累積次數25,000次之條件下,藉由將聚丙烯顆粒熔融於鄰二氯苯-d中而進行。
[厚度(µm)之測量]
使用Mitutoyo Corporation生產之Digimatic指示器IDC112,在室溫23 ± 2℃下測量基材之厚度(µm)。由截面SEM之圖像數據計算各別微孔性層之厚度,所述數據取自後面描述之面積平均主要孔徑的評估方法。
[孔隙度(%)之測量]
從分隔件或各別微孔性層切下尺寸為10 x 10平方公分之樣品,測量樣品之體積(cm
3)與質量(g),並使用下列公式從彼等測得數值與密度(g/cm
3)計算孔隙度。
孔隙度(%) = (體積 - 質量/密度) / 體積 x 100
[透氣度(sec/100 cm
3)之測量]
根據JIS P-8117,使用Gurley透氣度測試儀,測量基材之空氣阻力(sec/100 cm
3),並將測得之空氣阻力除以厚度再乘以16,以計算按照16 µm厚度之透氣度。
[高溫處理後之透氣度(sec/100 cm
3)測量]
將基材沿MD與TD方向切成100 mm x 100 mm之正方形以獲得樣品,將樣品置於熱風乾燥機(DF1032,由Yamato Science Co., Ltd.製造)中,其中將正方形四邊之端部固定在金屬框架上,並在140℃之常壓大氣下進行30分鐘的熱處理。在熱處理之後,從熱風乾燥機中取出樣品,允許在室溫下冷卻10分鐘,將基材從金屬框架上取下。之後,根據JIS P-8117,使用Gurley透氣度測試儀,測量基材之空氣阻力 (sec/100 cm
3),並將測得之空氣阻力除以厚度再乘以16,以計算高溫處理後之透氣度(按照16 µm厚度)。根據下列公式確定透氣度變化率:
透氣度變化率(%) = {加熱後之透氣度(sec/100 cm
3) - 加熱前之透氣度(sec/100 cm
3)} ÷ 加熱後之透氣度(sec/100 cm
3) x 100
[TD熱收縮率(%)之測量]
將基材沿MD與TD方向切成50 mm x 50 mm之正方形以獲得樣品,將樣品置於熱風乾燥機(DF1032,由Yamato Science Co., Ltd.製造)中,並在150℃之常壓大氣下進行1小時的熱處理。在熱處理之後,從熱風乾燥機中取出樣品,允許在室溫下冷卻10分鐘,且隨後確定尺寸收縮率。將各別樣品置於複印紙或其類似物上,以免黏附在乾燥機等之內壁上,且樣品不會彼此融合。
熱收縮率(%):(加熱前之尺寸(mm) - 加熱後之尺寸(mm)) / (加熱前之尺寸(mm)) x 100
[面積平均主要孔徑之測量]
(1) ND-MD截面中之面積平均主要孔徑
藉由截面SEM觀察之圖像分析,測量ND-MD截面中之面積平均主要孔徑。分隔件進行釕染色以作為預處理,並藉由冷凍斷-裂製備ND-MD截面樣品。以導電黏合劑(碳系)將如此製備之截面樣品固定在用於截面觀察之SEM樣品上,乾燥,且隨後進行鋨塗覆以作為導電處理,其係使用鋨塗覆機(HPC-30W,由Vacuum Device Inc.製造),在電壓施加調節旋鈕設定為4.5與放電時間為0.5 秒之條件下,製備顯微鏡樣品。之後,使用掃描型電子顯微鏡(S-4800,由Hitachi High Technologies Inc.製造),在加速電壓為1 kV、檢測信號:LA10、操作距離為5 mm及放大倍率為5,000倍之條件下,觀察微孔性膜之ND-MD截面上的任意三個點。
使用圖像處理軟體Image J與Otsu方法,將各別觀察圖像二值化為樹脂部分與孔洞部分,並計算孔洞部分之平均主要直徑。此時,將呈現延伸穿過各別捕獲區域與捕獲區域外之區域的微孔部分以及具有孔洞面積為0.001 µm
2或更小之孔洞從待測對像中排除。根據面積平均值,由個別孔洞之面積計算平均直徑。為了避免高估極小孔洞之貢獻,根據面積平均(其為個別孔洞之面積的加權平均)計算平均值,而非根據所得數目平均除以孔洞數目而計算。
(2) 基材表面上之面積平均主要孔徑
藉由表面SEM觀察之圖像分析,測量基材表面上之面積平均主要孔徑。當基材在其表面上具有任意之塗層時,在將基材浸入丙酮中3分鐘後(作為預處理),藉由手工剝離塗層而移除塗層。之後,以水洗滌基材,且隨後在室溫下乾燥過夜。以導電黏合劑(碳系)將如此準備之樣品固定在用於表面觀察之SEM樣品上,乾燥,且隨後進行鋨塗覆以作為導電處理,其係使用鋨塗覆機(HPC-30W,由Vacuum Device Inc.製造),在電壓施加調節旋鈕設定為4.5與放電時間為0.5 秒之條件下,製備顯微鏡樣品。之後,使用掃描型電子顯微鏡(S-4800,由Hitachi High Technologies Inc.製造),在加速電壓為1 kV、檢測信號:LA10、操作距離為5 mm及放大倍率為5,000倍之條件下,觀察相應之微孔性膜表面上的任意三個點。將所得圖像中MD方向20 µm x ND方向3 µm之區域作為觀察圖像。使用圖像處理軟體Image J與Otsu方法,將各別觀察圖像二值化為樹脂部分與孔洞部分,並計算孔洞部分之平均主要直徑。此時,將呈現延伸穿過各別捕獲區域與捕獲區域外之區域的微孔部分以及具有孔洞面積為0.001 µm
2或更小之孔洞從待測對像中排除。根據面積平均,由個別孔洞之面積計算平均直徑。
[循環電容維持率與堵塞之評估]
針對電解液,使用藉由將1 mol/L之LiPF
6(作為鋰鹽)以1:2之體積比率摻入碳酸乙烯酯與碳酸甲乙酯之混合物中而獲得之電解液。
以混合之氧化物:導電輔劑:黏結劑 = 100:3.5:3之質量比率混合作為正極活性材料之鋰/鎳/錳/鈷混合之氧化物(LiNi
0.5Co
0.2Mn
0.3O
2)、作為導電輔劑之碳黑粉末及作為黏結劑之PVDF。將所得混合物塗覆在作為正極集電器之鋁箔的兩表面上,各別鋁箔之厚度為15 µm,乾燥,且隨後以輥壓機壓制,以製備雙側塗覆之正極。
以石墨粉末:黏結劑:增稠劑 = 100:1.5:1.1之質量比率混合作為負極活性材料之具有粒徑(D50)為22 µm之石墨粉末(人工石墨)、黏結劑(聚苯乙烯-丁二烯乳膠)及作為增稠劑之羧甲基纖維素。將所得混合物塗覆在作為負極集電器之銅箔的一表面或兩表面上,各別銅箔之厚度為10 µm,藉由乾燥移除溶劑,且隨後以輥壓機壓制塗覆之銅箔,以製備單側塗覆之負極或雙側塗覆之負極。
將如此獲得之正極與負極分層,其中下述產生之分隔件配置其間,以便面向個別活性材料,其順序為單側塗覆之負極/雙側塗覆之正極/雙側塗覆之負極/雙側塗覆之正極/單側塗覆之負極,且分隔件之MD邊緣以密封條固定。此時,將微孔性層(A)配置成面向負極。隨後,在正極端子與負極端子以突出方式安裝於此之狀態下,將所得層狀構件插入由在鋁箔(厚度:40 µm)兩表面塗覆樹脂層而獲得之積層薄膜所構成之袋(電池外部)的內部之中。所得物在80℃之大氣下乾燥12小時之後,將上述製備之0.8 mL之電解液注入袋中,並將袋真空密封,以製備片狀鋰離子二次電池。
將所得片狀鋰離子二次電池置於控制在25℃之恆溫室中,其連接充電與放電裝置,並靜置16小時。隨後,電池進行三次充電與放電循環,各別由下列組成:以0.05 C之定電流充電;在電壓達到4.35 V之後以4.35 V之恆電壓充電2小時;且隨後以0.2 C之定電流放電至3.0 V;以進行電池之初始充電與放電。「1 C」意指在一小時內將電池之全部電容放電之情況下的電流值。
在上述之初始充電與放電之後,將電池置於控制在25℃之恆溫室中。之後,電池進行100次充電與放電循環,各別由下列組成:以1 C之定電流充電;在電壓達到4.35 V之後以4.35 V之恆電壓充電1小時;且隨後以1 C之定電流放電至3.0 V;以進行電池循環測試。
將第100次循環之放電容量(mAh)除以第1次循環之放電容量(mAh)所獲得之數值(百分比)作為循環電容維持率。此外,在氬氣環境中將第100次循環完成後之片狀鋰離子二次電池分解,取出分隔件,並藉由浸入碳酸甲乙酯中洗滌3次。之後,以顯微鏡觀察分隔件負極側表面之1平方毫米的區域,以確認分隔件表面上存在或不存在堵塞。當分隔件表面之50%或更多之孔洞經沈積物覆蓋時,將表面評估為「堵塞」;且當分隔件表面之50%或更多之孔洞未經沈積物覆蓋時,將表面評估為「未堵塞」。針對10個位置進行上述存在或不存在堵塞之確認,並計算出評估為「堵塞」之位置的比例。
[短路之評估]
藉由循環電容維持率之評估乙節中所述之方法製備五個片狀鋰離子二次電池。
將各別所得片狀鋰離子二次電池置於控制在25℃之恆溫室中,其連接充電與放電裝置,並靜置16小時。隨後,各別電池進行三次充電與放電循環,各別由下列組成:以0.05 C之定電流充電;在電壓達到4.35 V之後以4.35 V之恆電壓充電2小時;且隨後以0.2 C之定電流放電至3.0 V;以進行電池之初始充電與放電。「1 C」意指在一小時內將電池之全部電容放電之情況下的電流值。
在上述之初始充電與放電之後,在加壓至0.5 MPa之25℃狀態下,各別片狀鋰離子二次電池以0.5 C之定電流充電,且隨後在電壓達到4.5 V之後以4.5 V之恆電壓充電1小時。之後,各別電池在開路狀態下靜置一小時。將即使在進行定電流充電1小時後電壓未達到4.5 V之電池以及維持在開路狀態時電壓在一小時內降至4.3 V或更小之電池評估為「短路」,並計算出該等評估為「短路」之比例。
[耐高溫乾燥之評估]
針對電解液,使用藉由將1 mol/L之LiPF
6(作為鋰鹽)以1:2之體積比率摻入碳酸乙烯酯與碳酸甲乙酯之混合物中而獲得之電解液。
以混合之氧化物:導電輔劑:黏結劑 = 100:3.5:3之質量比率混合作為正極活性材料之鋰/鎳/錳/鈷混合之氧化物(LiNi
0.5Co
0.2Mn
0.3O
2)、作為導電輔劑之碳黑粉末及作為黏結劑之PVDF。將所得混合物塗覆在作為正極集電器之鋁箔的兩表面上,各別鋁箔具有厚度為15 µm,乾燥,且隨後以輥壓機壓制,以製備雙側塗覆之正極。
以石墨粉末:黏結劑:增稠劑 = 100:1.5:1.1之質量比率混合作為負極活性材料之具有粒徑(D50)為22 µm之石墨粉末(人工石墨)、黏結劑(聚苯乙烯-丁二烯乳膠)及作為增稠劑之羧甲基纖維素。將所得混合物塗覆在作為負極集電器之銅箔的一表面或兩表面上,各別銅箔之厚度為10 µm,藉由乾燥移除溶劑,且隨後以輥壓機壓制塗覆之銅箔,以製備單側塗覆之負極或雙側塗覆之負極。
將如此獲得之正極與負極分層,其中下述產生之分隔件配置其間,以便面向個別活性材料,其順序為單側塗覆之負極/雙側塗覆之正極/雙側塗覆之負極/雙側塗覆之正極/單側塗覆之負極,且分隔件之MD邊緣以密封條固定。此時,將微孔性層(A)配置成面向負極。隨後,在正極端子與負極端子以突出方式安裝於此之狀態下,將所得層狀構件插入由在鋁箔(厚度:40 µm)兩表面塗覆樹脂層而獲得之積層薄膜所構成之袋(電池外部)的內部之中。所得物在140℃之大氣下乾燥30分鐘之後,將上述製備之0.8 mL之電解液注入袋中,並將袋真空密封,以製備片狀鋰離子二次電池,其已進行過高溫乾燥處理。將所得片狀鋰離子二次電池置於控制在25℃之恆溫室中,其連接充電與放電裝置,並靜置16小時。隨後,電池以0.5 C之定電流充電,以確認是否電池能或不能充電。在正常之二次電池中,於3小時內達到目標電壓4.35 V;而在失去離子導電性之電池中,電壓在數分鐘內迅速升至5 V或更高,以激活緊急停止。若緊急停止已激活,則將電池評估為無法充電。
<< 範例1 >>
[微孔性層之製備]
針對微孔性層(A)之樹脂,將95重量%之具有高分子量之聚丙烯樹脂(在表1中顯示為「PP1」;MFR (230℃) = 1.0 g/10 min,密度 = 0.91 g/cm
3)與5重量%之乙烯與丁烯之無規共聚合物型彈性體(在表1中顯示為「C2C4」)進行乾燥摻合,以獲得樹脂材料。所得樹脂材料在2.5吋擠出機中融熔,並使用齒輪泵供給至二類三層(two-kind-three-layer)共擠出T型模之兩外層。此外,針對微孔性層(B)之樹脂,具有高分子量之聚丙烯樹脂(在表1中顯示為「PP1」;MFR (230℃) = 1.0 g/10 min,密度 = 0.91 g/cm
3)在2.5吋擠出機中融熔,並使用齒輪泵供給至上述二類三層共擠出T型模之內層。將T型模之溫度設定為220℃,熔融聚合物從T型模中擠出,且隨後將樹脂擠出物捲取在輥上,同時以吹氣冷卻,以獲得具有A/B/A層結構且厚度為約17 µm之前驅體片(precursor sheet)。此時,將T型模之TD方向之模唇寬度(lip width)設定為500 mm,將T型模之模唇間距離(模唇間隙(lip clearance))設定為2.4 mm,並以6 kg/h之擠出速率進行擠出。
隨後,將所得前驅體置於乾燥器中,並在120℃下進行20分鐘之退火處理。之後,退火之前驅體在室溫下冷拉伸20%,將拉伸之薄膜置於控制在 125℃之烘箱中而不使其收縮,熱拉伸140%,且隨後鬆弛15%,以獲得具有由A/B/A層組成之三層結構。
<< 範例2至4、範例7至16及比較例1至8 >>
除了使用表1至表3所示之原料與拉伸條件以外,以與範例1相同的方式獲得個別微孔性膜,並評估所得分之隔件。在表1至表3中,「PP1」、「PP2」、「PP3」、「PP4」及「PP5」代表表4所示之聚丙烯樹脂。在表1至表3中,「SEPS」代表苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚合物。此外,在表1至表3中,「PE」代表聚乙烯(MFR (190℃) = 0.4 g/10 min)。
<< 範例5 >>
安裝二類二層共擠出T型模而非二類三層共擠出T型模,並在與範例1相同的條件下以表1所示之原料進行薄膜形成,以獲得具有A/B層結構且厚度為約17 µm之前驅體片。
隨後,將所得前驅體置於乾燥器中,並在120℃下進行20分鐘之退火處理。之後,退火之前驅體在室溫下冷拉伸20%,將拉伸之薄膜置於控制在 125℃之烘箱中而不使其收縮,熱拉伸140%,且隨後鬆弛15%,以獲得具有由A/B層組成之兩層結構。
<< 範例6 >>
安裝三類三層共擠出T型模而非二類三層共擠出T型模,並在與範例1相同的條件下以表1所示之原料進行薄膜形成,以獲得具有A/B/C層結構且厚度為約17 µm之前驅體片。
隨後,將所得前驅體置於乾燥器中,並在120℃下進行20分鐘之退火處理。之後,退火之前驅體在室溫下冷拉伸20%,將拉伸之薄膜置於控制在 125℃之烘箱中而不使其收縮,熱拉伸140%,且隨後鬆弛15%,以獲得具有由A/B/C層組成之三層結構。
<< 範例17 >>
針對電解液,使用藉由將1 mol/L之LiPF
6(作為鋰鹽)以1:2之體積比率摻入碳酸乙烯酯與碳酸甲乙酯之混合物中而獲得之電解液。
以混合之氧化物:導電輔劑:黏結劑 = 92:5:3之質量比率混合作為正極活性材料之以LiFePO
4為代表之磷酸鋰鐵化合物、作為導電輔劑之碳黑粉末及作為黏結劑之PVDF。將所得混合物塗覆在作為正極集電器之鋁箔的兩表面上,各別鋁箔具有厚度為15 µm,乾燥,且隨後以輥壓機壓制,以製備雙側塗覆之正極。
以石墨粉末:黏結劑:增稠劑 = 100:1.5:1.1之質量比率混合作為負極活性材料之具有粒徑(D50)為22 µm之石墨粉末(人工石墨)、黏結劑(聚苯乙烯-丁二烯乳膠)及作為增稠劑之羧甲基纖維素。將所得混合物塗覆在作為負極集電器之銅箔的一表面或兩表面上,各別銅箔具有厚度為10 µm,藉由乾燥移除溶劑,且隨後以輥壓機壓制塗覆之銅箔,以製備單側塗覆之負極或雙側塗覆之負極。
將如此獲得之正極與負極分層,其中範例10產生之分隔件配置其間,以便面向個別活性材料,其順序為單側塗覆之負極/雙側塗覆之正極/雙側塗覆之負極/雙側塗覆之正極/單側塗覆之負極,且分隔件之MD邊緣以密封條固定。此時,將微孔性層(A)配置成面向負極。隨後,在正極端子與負極端子以突出方式安裝於此之狀態下,將所得積層插入由在鋁箔(厚度:40 µm)兩表面塗覆樹脂層而獲得之積層薄膜構成之袋(電池外部)的內部之中。所得物在80℃之大氣下乾燥12小時之後,將上述製備之0.8 mL之電解液注入袋中,並將袋真空密封,以製備片狀鋰離子二次電池,其正極含有磷酸鋰鐵化合物。
將所得片狀鋰離子二次電池(其正極含有磷酸鋰鐵化合物)置於控制在25℃之恆溫室中,其連接充電與放電裝置,並靜置16小時。隨後,電池進行三次充電與放電循環,各別由下列組成:以0.05 C之定電流充電;在電壓達到3.65 V之後以3.65 V之恆電壓充電2小時;且隨後以0.2 C之定電流放電至2.40 V;以進行電池之初始充電與放電。「1 C」意指在一小時內將電池之全部電容放電之情況下的電流值。
在上述之初始充電與放電之後,將電池置於控制在25℃之恆溫室中。之後,電池進行10次充電與放電循環,各別由下列組成:以1 C之定電流充電;在電壓達到3.65 V之後以3.65 V之恆電壓充電1小時;且隨後以1 C之定電流放電至2.40 V。已確認的是,所得電池能以有利之方式進行充電與放電。
表1-1
表1-2
範例1 | 範例2 | 範例3 | 範例4 | ||
分隔件之層狀結構 | A/B/A | A/B/A | A/B/A | A/B/A | |
A層 | 組成物(重量%) | PP1 (95) | PP1 (95) | PP1 (95) | PP1 (95) |
C2C4 (5) | SEPS (5) | SEPS (5) | SEPS (5) | ||
A層之MFR | 1.41 | 1.39 | 1.38 | 1.37 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 4 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 228 | 276 | 285 | 268 | |
主要孔徑比率A/B | 1.25 | 1.39 | 1.65 | 1.57 | |
B層 | 組成物(重量%) | PP1 (100) | PP1 (100) | PP2 (100) | PP2 (100) |
B層之MFR | 1.05 | 1.05 | 0.56 | 0.56 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 4 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 183 | 198 | 173 | 171 | |
主要孔徑比率B/A | 0.8 | 0.72 | 0.61 | 0.64 | |
C層 | 組成物(重量%) | - | - | - | - |
C層之MFR | - | - | - | - | |
厚度(µm) | - | - | - | - | |
面積平均主要孔徑(nm) | - | - | - | - | |
主要孔徑比率C/B | - | - | - | - | |
表面孔徑 | 表面X之主要孔徑S X | - | - | - | - |
表面Y之主要孔徑S Y | - | - | - | - | |
主要孔徑比率(S X/S Y) | - | - | - | - | |
拉伸條件 | 冷拉伸比率 | 20% | 20% | 20% | 20% |
分隔件 | 厚度(µm) | 15 | 15 | 15 | 12 |
孔隙度 | 43.4% | 44.7% | 43.6% | 43.5% | |
TD熱收縮率 | 0.2% | 0.1% | 0.2% | 0.2% | |
透氣度(sec) | 236 | 231 | 244 | 198 | |
高溫處理後之透氣度(sec) | 240 | 233 | 245 | 202 | |
高溫處理後之透氣度增加率 | 1.7% | 0.9% | 0.4% | 2.0% | |
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 能 | 能 | 能 |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 77% | 79% | 82% | 83% |
循環後堵塞 | 0% | 0% | 0% | 0% | |
短路評估 | 0% | 0% | 0% | 0% |
範例5 | 範例6 | 範例7 | 範例8 | ||
分隔件之層狀結構 | A/B | A/B/C | A/B/A | A/B/A | |
A層 | 組成物(重量%) | PP1 (95) | PP1 (95) | PP2 (95) | PP2 (95) |
SEPS (5) | SEPS (5) | SEPS (5) | SEPS (5) | ||
A層之MFR | 1.39 | 1.39 | 0.63 | 0.64 | |
厚度(µm) | 8 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 275 | 272 | 161 | 381 | |
主要孔徑比率A/B | 1.63 | 1.31 | 1.25 | 1.36 | |
B層 | 組成物(重量%) | PP2 (100) | PP1 (100) | PP2 (100) | PP2 (100) |
B層之MFR | 0.56 | 1.05 | 0.56 | 0.56 | |
厚度(µm) | 8 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 169 | 208 | 129 | 280 | |
主要孔徑比率B/A | 0.61 | 0.76 | 0.8 | 0.73 | |
C層 | 組成物(重量%) | - | PP2 (100) | - | - |
C層之MFR | - | 0.56 | - | - | |
厚度(µm) | - | 5 | - | - | |
面積平均主要孔徑(nm) | - | 175 | - | - | |
主要孔徑比率C/B | - | 0.84 | - | - | |
表面孔徑 | 表面X之主要孔徑S X | 241 | 257 | - | - |
表面Y之主要孔徑S Y | 160 | 158 | - | - | |
主要孔徑比率(S X/S Y) | 1.51 | 1.63 | - | - | |
拉伸條件 | 冷拉伸比率 | 20% | 20% | 40% | 12% |
分隔件 | 厚度(µm) | 16 | 15 | 15 | 15 |
孔隙度 | 44.1% | 43.8% | 45.8% | 43.3% | |
TD熱收縮率 | 0.3% | 0.3% | 0.3% | 0.3% | |
透氣度(sec) | 267 | 248 | 187 | 228 | |
高溫處理後之透氣度(sec) | 264 | 246 | 189 | 225 | |
高溫處理後之透氣度增加率 | -1.1% | -0.8% | 1.1% | -1.3% | |
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 能 | 能 | 能 |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 84% | 83% | 74% | 83% |
循環後堵塞 | 0% | 0% | 10% | 0% | |
短路評估 | 0% | 20% | 0% | 20% |
表2-1
表2-2
範例9 | 範例10 | 範例11 | 範例12 | ||
分隔件之層狀結構 | A/B/A | A/B/A | A/B/A | A/B/A | |
A層 | 組成物(重量%) | PP2 (95) | PP2 (95) | PP2 (95) | PP2 (95) |
SEPS (5) | SEPS (5) | SEPS (5) | SEPS (5) | ||
A層之MFR | 0.66 | 0.64 | 0.63 | 0.65 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 447 | 289 | 419 | 206 | |
主要孔徑比率A/B | 1.37 | 1.9 | 1.66 | 1.86 | |
B層 | 組成物(重量%) | PP2 (100) | PP3 (100) | PP3 (100) | PP3 (100) |
B層之MFR | 0.56 | 0.34 | 0.34 | 0.34 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 327 | 152 | 252 | 111 | |
主要孔徑比率B/A | 0.73 | 0.53 | 0.6 | 0.54 | |
C層 | 組成物(重量%) | - | - | - | - |
C層之MFR | - | - | - | - | |
厚度(µm) | - | - | - | - | |
面積平均主要孔徑(nm) | - | - | - | - | |
主要孔徑比率C/B | - | - | - | - | |
表面孔徑 | 表面X之主要孔徑S X | - | - | - | - |
表面Y之主要孔徑S Y | - | - | - | - | |
主要孔徑比率(S X/S Y) | - | - | - | - | |
拉伸條件 | 冷拉伸比率 | 10% | 25% | 12% | 35% |
分隔件 | 厚度(µm) | 15 | 15 | 15 | 15 |
孔隙度 | 44.8% | 45.1% | 42.3% | 45.2% | |
TD熱收縮率 | 0.1% | 0.3% | 0.1% | 0.2% | |
透氣度(sec) | 207 | 213 | 236 | 212 | |
高溫處理後之透氣度(sec) | 210 | 218 | 237 | 209 | |
高溫處理後之透氣度增加率 | 1.4% | 2.3% | 0.4% | -1.4% | |
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 能 | 能 | 能 |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 84% | 82% | 84% | 76% |
循環後堵塞 | 0% | 0% | 0% | 0% | |
短路評估 | 20% | 0% | 20% | 0% |
範例13 | 範例14 | 範例15 | 範例16 | ||
分隔件之層狀結構 | A/B/A | A/B/A | A/B/A | A/B/A | |
A層 | 組成物(重量%) | PP2 (95) | PP2 (95) | PP1 (100) | PP1 (80) |
SEPS (5) | SEPS (5) | PE (20) | |||
A層之MFR | 0.63 | 0.64 | 1.05 | 1.41 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 277 | 212 | 280 | 285 | |
主要孔徑比率A/B | 2.1 | 1.62 | 1.18 | 1.19 | |
B層 | 組成物(重量%) | PP3 (100) | PP4 (100) | PP2 (100) | PP2 (100) |
B層之MFR | 0.34 | 0.45 | 0.56 | 0.56 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 132 | 131 | 238 | 239 | |
主要孔徑比率B/A | 0.48 | 0.62 | 0.85 | 0.84 | |
C層 | 組成物(重量%) | - | - | - | - |
C層之MFR | - | - | - | - | |
厚度(µm) | - | - | - | - | |
面積平均主要孔徑(nm) | - | - | - | - | |
主要孔徑比率C/B | - | - | - | - | |
表面孔徑 | 表面X之主要孔徑S X | - | - | - | - |
表面Y之主要孔徑S Y | - | - | - | - | |
主要孔徑比率(S X/S Y) | - | - | - | - | |
拉伸條件 | 冷拉伸比率 | 30% | 30% | 20% | 20% |
分隔件 | 厚度(µm) | 15 | 15 | 15 | 15 |
孔隙度 | 42.6% | 45.5% | 45.9% | 42.2% | |
TD熱收縮率 | 0.2% | 0.3% | 0.1% | 0.2% | |
透氣度(sec) | 231 | 197 | 187 | 249 | |
高溫處理後之透氣度(sec) | 224 | 204 | 190 | 392 | |
高溫處理後之透氣度增加率 | -3.0% | 3.6% | 1.6% | 57.4% | |
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 能 | 能 | 能 |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 80% | 78% | 80% | 76% |
循環後堵塞 | 0% | 0% | 0% | 0% | |
短路評估 | 0% | 0% | 20% | 0% |
表3-1
表3-2
比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | 比較例4 | ||
分隔件之層狀結構 | A/B/A | A/B/A | A/B/A | A/B/A | |
A層 | 組成物(重量%) | PP1 (100) | PP1 (100) | PP1 (100) | PP3 (100) |
A層之MFR | 1.05 | 1.05 | 1.06 | 0.35 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 191 | 222 | 170 | 109 | |
主要孔徑比率A/B | 1.02 | 0.36 | 0.71 | 0.96 | |
B層 | 組成物(重量%) | PP1 (100) | PE (100) | PP1 (95) | PP3 (100) |
SEPS (5) | |||||
B層之MFR | 1.05 | -0.45 | 1.38 | 0.34 | |
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | |
面積平均主要孔徑(nm) | 188 | 617 | 239 | 113 | |
主要孔徑比率B/A | 0.98 | 2.78 | 1.41 | 1.04 | |
C層 | 組成物(重量%) | - | - | - | - |
C層之MFR | - | - | - | - | |
厚度(µm) | - | - | - | - | |
面積平均主要孔徑(nm) | - | - | - | - | |
主要孔徑比率C/B | - | - | - | - | |
表面孔徑 | 表面X之主要孔徑S X | 177 | 201 | - | - |
表面Y之主要孔徑S Y | 174 | 198 | - | - | |
主要孔徑比率(S X/S Y) | 1.02 | 1.02 | - | - | |
拉伸條件 | 冷拉伸比率 | 20% | 20% | 20% | 40% |
分隔件 | 厚度(µm) | 15 | 15 | 15 | 15 |
孔隙度 | 44.2% | 44.3% | 43.8% | 44.8% | |
TD熱收縮率 | 0.4% | 0.5% | 0.4% | 0.3% | |
透氣度(sec) | 275 | 286 | 288 | 238 | |
高溫處理後之透氣度(sec) | 280 | > 5000 | 292 | 234 | |
高溫處理後之透氣度增加率 | 1.8% | > 1500% | 1.4% | -1.7% | |
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 不能 | 能 | 能 |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 59% | 64% | 63% | 59% |
循環後堵塞 | 30% | 20% | 30% | 90% | |
短路評估 | 20% | 20% | 20% | 0% |
比較例5 | 比較例6 | 比較例7 | 比較例8 | |||
分隔件之層狀結構 | A/B/A | A/B/A | A/B/A | A/B/A | ||
A層 | 組成物(重量%) | PP1 (100) | PP1 (100) | PE (100) | PE (100) | |
A層之MFR | 1.06 | 1.05 | -0.45 | -0.43 | ||
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | ||
面積平均主要孔徑(nm) | 383 | 92 | 624 | 654 | ||
主要孔徑比率A/B | 1.01 | 1.05 | 2.03 | 1.05 | ||
B層 | 組成物(重量%) | PP1 (100) | PP5 (100) | PP1 (100) | PE (100) | |
B層之MFR | 1.06 | 0.93 | 1.07 | -0.43 | ||
厚度(µm) | 5 | 5 | 5 | 5 | ||
面積平均主要孔徑(nm) | 379 | 88 | 308 | 625 | ||
主要孔徑比率B/A | 0.99 | 0.96 | 0.49 | 0.96 | ||
C層 | 組成物(重量%) | - | - | - | - | |
C層之MFR | - | - | - | - | ||
厚度(µm) | - | - | - | - | ||
面積平均主要孔徑(nm) | - | - | - | - | ||
主要孔徑比率C/B | - | - | - | - | ||
表面孔徑 | 表面X之主要孔徑S X | - | - | - | - | |
表面Y之主要孔徑S Y | - | - | - | - | ||
主要孔徑比率(S X/S Y) | - | - | - | - | ||
拉伸條件 | 冷拉伸比率 | 10% | 40% | 20% | 20% | |
分隔件 | 厚度(µm) | 15 | 15 | 15 | 15 | |
孔隙度 | 45.6% | 44.1% | 42.7% | 46.4% | ||
TD熱收縮率 | 0.3% | 0.3% | 0.4% | 0.4% | ||
透氣度(sec) | 227 | 259 | 295 | 207 | ||
高溫處理後之透氣度(sec) | 222 | 264 | > 5000 | > 5000 | ||
高溫處理後之透氣度增加率 | -2.2% | 1.9% | > 1500% | > 2300% | ||
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 能 | 不能 | 不能 | |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 79% | 49% | 59% | 57% | |
循環後堵塞 | 0% | 90% | 0% | 0% | ||
短路評估 | 40% | 0% | 40% | 60% |
表4
<< 範例18 >>
[微孔性層之製備]
密度 | MFR | Mw | MWD | |
(g/cm 3) | (g/10分鐘) | - | - | |
PP1 | 0.91 | 1 | 650000 | 5.9 |
PP2 | 0.91 | 0.5 | 810000 | 4.2 |
PP3 | 0.91 | 0.3 | 940000 | 13 |
PP4 | 0.91 | 0.4 | 850000 | 4.9 |
PP5 | 0.91 | 0.9 | 690000 | 5.4 |
針對微孔性層(A)之樹脂,將95重量%之具有高分子量之聚丙烯樹脂(在表5中顯示為「PP1」,MFR (230℃) = 1.0 g/10 min,密度 = 0.91 g/cm
3)與5重量%之苯乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯嵌段共聚合物(在表5中顯示為「SEPS」)進行乾燥摻合,以獲得樹脂材料。所得樹脂材料在2.5吋擠出機中融熔,並使用齒輪泵供給至二類二層共擠出T型模一側上之外層。此外,針對微孔性層(B)之樹脂,具有高分子量之聚丙烯樹脂(在表5中顯示為「PP2」;MFR (230℃) = 0.5 g/10 min,密度 = 0.91 g/cm
3)在2.5吋擠出機中融熔,並使用齒輪泵供給至上述二類二層共擠出T型模其他側上之外層。將T型模之溫度設定為220℃,熔融聚合物從T型模中擠出,且隨後將樹脂擠出物捲取在輥上,同時以吹氣冷卻,以獲得具有A/B層結構且厚度為約17 µm之前驅體片。此時,將T型模之TD方向之模唇寬度設定為500 mm,將T型模之模唇間距離(模唇間隙)設定為2.4 mm,並以6 kg/h之擠出速率進行擠出。
隨後,將所得前驅體置於乾燥器中,並在120℃下進行20分鐘之退火處理。之後,退火之前驅體在室溫下冷拉伸20%,將拉伸之薄膜置於控制在 125℃之烘箱中而不使其收縮,熱拉伸140%,且隨後鬆弛15%,以獲得具有由A/B層組成之兩層結構的基材。在所得基材中,微孔性層(A)之側上之表面(構成表面(X))具有較大之孔徑,且微孔性層(B)之側上之表面(構成表面(Y))具有較小之孔徑。
<< 範例19 >>
除了使用表5所示之原料以外,以與範例18相同的方式獲得個別微孔性膜,並評估所得分隔件。在表5中,「C2C4」代表乙烯與丁烯之無規共聚合物型彈性體。
<< 範例20 >>
安裝三類三層共擠出T型模而非二類三層共擠出T型模,並在與範例18相同的條件下以表5所示之原料進行薄膜形成,以獲得具有A/C/B層結構且厚度為約17 µm之前驅體片。
隨後,將所得前驅體置於乾燥器中,並在120℃下進行20分鐘之退火處理。之後,退火之前驅體在室溫下冷拉伸20%,將拉伸之薄膜置於控制在 125℃之烘箱中而不使其收縮,熱拉伸140%,且隨後鬆弛15%,以獲得具有由A/C/B層組成之三層結構。在所得基材中,微孔性層(A)之側上之表面(構成表面(X))具有較大之孔徑,且微孔性層(B)之側上之表面(構成表面(Y))具有較小之孔徑。
<< 比較例9與10 >>
安裝二類三層共擠出T型模而非二類二層共擠出T型模,並在與範例18相同的條件下以表5所示之原料進行薄膜形成,以獲得具有A/C/B層結構且厚度為約17 µm之前驅體片。在表5中,「PE」代表聚乙烯(MFR (230℃) = 0.4 g/10 min)。
隨後,將所得前驅體置於乾燥器中,並在120℃下進行20分鐘之退火處理。之後,退火之前驅體在室溫下冷拉伸20%,將拉伸之薄膜置於控制在 125℃之烘箱中而不使其收縮,熱拉伸140%,且隨後鬆弛15%,以獲得具有由A/C/B層組成之三層結構。
表5
產業應用性
範例18 | 範例19 | 範例20 | 比較例9 | 比較例10 | ||
分隔件之層狀結構 | A/B | A/B | A/C/B | A/C/B | A/C/B | |
A層(表面X) | 組成物(重量%) | PP1 (95) | PP1 (95) | PP1 (95) | PP1 (100) | PP1 (100) |
SEPS (5) | C2C4 (5) | SEPS (5) | ||||
C層 | 組成物(重量%) | - | - | PP1 (100) | PP1 (100) | PE (100) |
B層(表面Y) | 組成物(重量%) | PP2 (100) | PP2 (100) | PP2 (100) | PP1 (100) | PP1 (100) |
分隔件 | 表面X之主要孔徑S X (nm) | 241 | 214 | 257 | 177 | 201 |
表面Y之主要孔徑S Y (nm) | 160 | 174 | 158 | 174 | 198 | |
主要孔徑比率(S X/S Y) | 1.51 | 1.23 | 1.63 | 1.02 | 1.02 | |
分隔件厚度(µm) | 16 | 12 | 15 | 15 | 15 | |
孔隙度 | 44.10% | 43.60% | 43.80% | 44.20% | 44.30% | |
透氣度(sec) | 267 | 203 | 248 | 275 | 286 | |
TD熱收縮率 | 0.30% | 0.20% | 0.30% | 0.40% | 0.50% | |
高溫處理後之透氣度(sec) | 264 | 196 | 246 | 280 | > 10000 | |
耐高溫乾燥 | 高溫乾燥後能或不能充電 | 能 | 能 | 能 | 能 | 不能 |
電池性能 | 循環後電容量保持率 | 84% | 81% | 83% | 59% | 64% |
循環後堵塞 | 0% | 0% | 0% | 30% | 20% | |
短路評估 | 0% | 0% | 20% | 20% | 20% |
本發明之用於電儲存裝置之分隔件可適合作為用於電儲存裝置(例如,鋰離子二次電池)之分隔件。
Claims (23)
- 一種用於電儲存裝置之分隔件,其包含一基材,包含:一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A);以及一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(B),其中包括於該微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不大於包括於該微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.95倍。
- 如請求項1之用於電儲存裝置之分隔件,其中包括於該微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不小於包括於該微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.30倍且不大於0.90倍。
- 如請求項1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中當該基材其端部經固定而在140℃之大氣下加熱30分鐘時,該基材具有透氣度變化率為100%或更小。
- 如請求項1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中包括於該微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑為100nm或更大且600nm或更小。
- 如請求項1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中該微孔性層(A)構成該基材兩側上之各別最外層。
- 如請求項1之用於電儲存裝置之分隔件,其中該基材更包含一含有50重量%或更多之聚烯烴的微孔性層(C)。
- 如請求項6之用於電儲存裝置之分隔件,其中包括於該微孔性層(C)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不小於包括於該微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.20倍且不大於0.90倍。
- 如請求項6或7之用於電儲存裝置之分隔件,其中該基材包含一結構,其中該微孔性層(A)、該微孔性層(B)及該微孔性層(C)以所提及之順序分層。
- 如請求項1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中該微孔性層之順序為(A)、(B)及(A)。
- 如請求項1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中當該微孔性層(A)之側上之基材表面定義為第一多孔性表面(X),而該第一多孔性表面(X)之對側上之其表面定義為第二多孔性表面(Y)時,則包括於該第一多孔性表面(X)中之孔洞之面積平均主要孔徑(SX)不小於包括於該第二多孔性表面(Y)中之孔洞之面積平均主要孔徑(SY)的1.05倍且不大於10倍。
- 如請求項10之用於電儲存裝置之分隔件,其中該平均主要孔徑(SX)為80nm或更大且600nm或更小。
- 如請求項1或2之用於電儲存裝置之分隔件,其中該基材在150℃下加熱1小時後測得在寬度方向之熱收縮率為-1.0%或更大且3.0%或更小。
- 一種電儲存裝置,其包含正極、負極及如請求項1之用於電儲存裝置之分隔件。
- 如請求項13之電儲存裝置,其中該微孔性層(A)配置成面向該負極側。
- 如請求項13或14之電儲存裝置,其中該正極含有磷酸鋰鐵作為正極活性材料。
- 一種用於電儲存裝置之分隔件,其包含一基材,其含有70重量%或更多的聚烯烴,且其具有第一多孔性表面(X),以及在該第一多孔性表面(X)之對側上之第二多孔性表面(Y), 其中包括於該第一多孔性表面(X)中之孔洞之面積平均主要孔徑(SX)不小於包括於該第二多孔性表面(Y)中之孔洞之面積平均主要孔徑(SY)的1.05倍且不大於10倍。
- 如請求項16之用於電儲存裝置之分隔件,其中該平均主要孔徑(SX)為80nm或更大且600nm或更小。
- 如請求項16或17之用於電儲存裝置之分隔件,其中該聚烯烴為聚丙烯。
- 如請求項16或17之用於電儲存裝置之分隔件,其中該基材在150℃下加熱1小時後測得在寬度方向之熱收縮率為-1.0%或更大且3.0%或更小。
- 一種電儲存裝置,其包含正極、負極及如請求項16或17之用於電儲存裝置之分隔件。
- 如請求項20之電儲存裝置,其中該第一多孔性表面(X)配置成面向該負極側。
- 如請求項20之電儲存裝置,其中該正極含有磷酸鋰鐵作為正極活性材料。
- 一種微孔性膜,其包含一基材,包含:一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(A);以及一含有70重量%或更多之聚丙烯的微孔性層(B),其中包括於該微孔性層(B)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑不大於包括於該微孔性層(A)中之孔洞之ND-MD截面的面積平均主要孔徑的0.95倍。
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