TWM496559U - 聚烯烴多孔膜 - Google Patents

Description

聚烯烴多孔膜

本創作係有關於一種聚烯烴多孔膜及其製造方法，且特別是指一種應用於鋰電池用的聚烯烴多孔膜及其製造方法。

鋰電池大致上包括正/負極材料以及電解液，一般來說，鋰電池的正負極需透過一隔離膜材來阻隔鋰電池的正負極以避免兩者接觸而造成短路。目前常見的鋰電池隔離膜材主要是聚烯烴多孔膜，供電解液的離子傳遞。電解液的材料具有腐蝕性，故鋰電池的隔離膜材需考慮鋰電池的耐熱、滲透性、機械強度以及穩定性。

一般來說，為使鋰電池能夠良好運作，隔離膜材需具有多孔性，且低收縮率，才能達到耐熱、滲透性、機械強度以及穩定性等性能要求。

本創作實施例提供一種聚烯烴多孔膜及其製造方法，其具有的塗層能夠降低聚烯烴多孔膜的收縮率，使提供鋰電池能夠良好的運作。

本創作其中一實施例所提供的一種聚烯烴多孔膜，其包括聚烯烴前驅膜及塗層。聚烯烴前驅膜具有多個貫穿孔洞，每一個貫穿孔洞具有一內表面。塗層配置於聚烯烴前驅膜的其中一表面上，其中塗層的一部分延伸至所述貫穿孔洞，以覆蓋貫穿孔洞的內表面的一部分。

本創作另外一實施例所提供的一種聚烯烴多孔膜的製造方法，其包括提供聚烯烴薄膜。對聚烯烴薄膜進行第一次熱處理， 使聚烯烴薄膜的溫度由室溫升高至攝氏80度。在聚烯烴薄膜進行第一次熱處理後，沿聚烯烴薄膜的機械方向進行第一次拉伸處理。在聚烯烴薄膜進行第一拉伸處理後，對進行第一次拉伸處理後的聚烯烴薄膜進行第二次熱處理，以使聚烯烴薄膜進行多次的反覆加熱。在聚烯烴薄膜進行第二熱處理後，沿聚烯烴薄膜的機械方向進行第二次拉伸處理，以形成聚烯烴前驅膜。在形成聚烯烴前驅膜後，塗佈塗層材料於聚烯烴前驅膜的其中一表面上。透過紫外光照射硬化塗層材料，以形成塗層。

綜上所述，本創作實施例所提供一種聚烯烴多孔膜及其製造方法，由於聚烯烴多孔膜的貫穿孔洞的形狀是由聚烯烴前驅膜的上表面穿透到下表面且呈現彎曲狀，並非是呈現直立狀。因此，貫穿孔洞在整體聚烯烴前驅膜所佔的體積增加，從而孔隙曲率相較習知的孔隙曲率而言較高。從而孔隙曲率較高，鋰電池電解液離子通過貫穿孔洞的時間增加，進而使得鋰電池的自放電率降低。

另外，透過形成塗層在聚烯烴前驅膜的表面上，聚烯烴多孔膜的熔點相較習知提高攝氏5度至10度，改善聚烯烴多孔膜的耐熱性。此外，聚烯烴前驅膜與塗層所加起來的厚度介於20微米至40微米之間，且聚烯烴多孔膜沿機械方向的收縮率小於1%。

為使能更進一步瞭解本創作的特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本創作加以限制者。

100‧‧‧聚烯烴多孔膜

110‧‧‧聚烯烴前驅膜

120‧‧‧塗層

H1‧‧‧貫穿孔洞

S1‧‧‧內表面

S101~S107‧‧‧步驟

圖1A為本創作實施例的聚烯烴多孔膜的結構示意圖。

圖1B為本創作實施例的聚烯烴多孔膜的局部示意圖。

圖2為本創作實施例的聚烯烴多孔膜的製造方法的流程示意圖。

在隨附圖式中展示一些例示性實施例，而在下文將參閱隨附圖式以更充分地描述各種例示性實施例。值得說明的是，本創作 概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本創作將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本創作概念的範疇。在每一圖式中，為了使得所繪示的各層及各區域能夠清楚明確，而可誇示其相對大小的比例，而且類似數字始終指示類似元件。

圖1A是本創作一實施例的聚烯烴多孔膜的結構示意圖。請參閱圖1A，聚烯烴多孔膜100包括聚烯烴前驅膜110以及塗層120。聚烯烴前驅膜110具有多個貫穿孔洞H1，塗層120配置於聚烯烴前驅膜110的其中一表面上，且塗層120的一部分延伸至貫穿孔洞H1內。於實務上，聚烯烴多孔膜100主要應用於鋰電池用的隔離膜材，用來阻隔鋰電池的正負極以避免兩者接觸而造成短路。

聚烯烴前驅膜110作為聚烯烴多孔膜100的基材，其可以是選用聚乙烯或聚丙烯的單層結構。或者是，聚烯烴前驅膜110也可以由聚烯烴之混合物所組成的多層結構，例如兩個聚丙烯層夾持一個聚乙烯層的三層結構。本創作並不對聚烯烴前驅膜110的材料加以限制。聚烯烴前驅膜110具有多個貫穿孔洞H1，貫穿孔洞H1具有內表面S1，而貫穿孔洞的直徑介於0.01微米至0.1微米之間。值得說明的是，貫穿孔洞H1是用以讓電解液的離子通過。值得說明的是，貫穿孔洞H1的形狀呈現彎曲狀而由聚烯烴前驅膜110的上表面穿透到下表面，並非是呈現直立狀。

塗層120配置於聚烯烴前驅膜110的其中一表面上。塗層的材料可以是由包括至少有兩個可反應官能基的單體所組成的光固化材料，而可反應官能基包括雙官能機之二縮三丙二醇雙丙烯酸酯(tripropylene glycol diacrylate，TPGDA)、1、6-己二醇二丙烯酸酯(1,6-Hexanediol diacrylate，HDDA)、三官能機之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(Trimethylolpropane triacrylate，TMPTA)。塗層120的厚度介於0.5微米至1微米之間。由於塗層120的厚度較薄，當製 備塗層120於聚烯烴前驅膜110上的工序中，塗層120會部分地分布在貫穿孔洞H1。具體來說，請參閱圖1B，圖1B是本創作實施例的聚烯烴多孔膜的局部示意圖。塗層120的一部分延伸至貫穿孔洞H1，以覆蓋貫穿孔洞H1的內表面S1的一部分。

圖2為本創作實施例的聚烯烴多孔膜的製造方法的流程示意圖。如圖2所示，本創作實施例的聚烯烴多孔膜的製造方法主要是在聚烯烴前驅膜110的表面形成塗層120。

首先，於步驟S101中，提供聚烯烴薄膜。聚烯烴薄膜的材料可以是選用聚乙烯或聚丙烯的單層結構。或者是，聚烯烴前驅膜110也可以由聚烯烴之混合物所組成的多層結構，例如兩個聚丙烯層夾持一個聚乙烯層的三層結構。

於步驟S102中，對聚烯烴薄膜進行第一次熱處理，使聚烯烴薄膜的溫度由室溫升高至攝氏80~90度，且維持加熱時間1至2分鐘，使得聚烯烴薄膜的溫度能夠保持均溫在攝氏80~90度。

於步驟S103中，在聚烯烴薄膜進行第一次熱處理後，沿聚烯烴薄膜的機械方向(mechanical direction，MD)進行第一次拉伸處理，以使聚烯烴薄膜的拉伸率為20至30%。

於步驟S104中，對進行第一次拉伸處理後的聚烯烴薄膜進行第二次熱處理。具體來說，先加熱聚烯烴薄膜，使其溫度由室溫升高至攝氏80度且維持2分鐘再降回室溫。接著，再度加熱聚烯烴薄膜，使其溫度由室溫升高至攝氏90度且維持2分鐘後再降回室溫。而後，再加熱聚烯烴薄膜，使其溫度由室溫升高至攝氏100度且維持2分鐘。透過第二次熱處理，以使聚烯烴薄膜進行多次的反覆加熱工序，從而使得聚烯烴薄膜結晶穩定，達到均勻化的效果。第二次熱處理可以透過熱爐或者是預熱輥組，本創作並不對此加以限制。

於步驟S105中，在聚烯烴薄膜進行第二熱處理後，聚烯烴薄膜的溫度保持在攝氏80度至攝氏90度之間，沿聚烯烴薄膜的機 械方向進行第二次拉伸處理，使聚烯烴薄膜的拉伸率為70至100%，以形成聚烯烴前驅膜。具體而言，經過上述製程工序後，聚烯烴前驅膜100具有多個貫穿孔洞H1。貫穿孔洞H1具有內表面S1，而貫穿孔洞H1的直徑介於0.01微米至0.1微米之間。孔隙曲率(Tortuosity)的範圍介於36至41之間。詳細來說，由於聚烯烴多孔膜的貫穿孔洞H1的形狀呈現彎曲狀而由聚烯烴前驅膜的上表面穿透到下表面，並非是呈現直立狀。因此，貫穿孔洞H1在整體聚烯烴前驅膜所佔的體積增加，從而孔隙曲率相較習知的孔隙曲率而言較高。隨著貫穿孔洞H1的彎曲形狀，鋰電池電解液離子通過貫穿孔洞H1所需的時間增加，進而使得鋰電池的自放電率降低。

於步驟S106中，在形成聚烯烴前驅膜後，塗佈塗層材料於聚烯烴前驅膜100的其中一表面上。塗層材料可以是由包括至少有兩個可反應官能基的單體所組成的光固化材料，而可反應官能基包括雙官能機之二縮三丙二醇雙丙烯酸酯(tripropylene glycol diacrylate，TPGDA)、1、6-己二醇二丙烯酸酯(1,6-Hexanediol diacrylate，HDDA)、三官能機之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(Trimethylolpropane triacrylate，TMPTA)。實務上，將二縮三丙二醇雙丙烯酸酯、脂肪酸改質的六官能基聚酯丙煉酸酯(fatty acid modified Hexa-function polyester acrylate)以及1-羥基環己基苯基甲酮(1-hydroxy-cyclohexylpheneyl ketone)以16：4：1的比例混和作為溶質，以甲苯(toluene)為溶劑，配成固含量為2.5%的塗層材料。接著，將塗層材料塗佈在聚烯烴前驅膜110表面，等待溶劑揮發後。值得說明的是，當塗佈塗層材料於聚烯烴前驅膜110表面的工序中，一部分的塗層材料會滲入貫穿孔洞H1，而部分覆蓋貫穿孔洞H1的內表面S1塗層120的厚度介於0.5微米至1微米之間。

於步驟S107中，硬化塗層材料，以在聚烯烴前驅膜110的其中一表面形成塗層120。具體而言，可以在塗層材料的表面照射紫 外光，以形成塗層120。透過形成塗層120在聚烯烴前驅膜110的表面上，使得聚烯烴多孔膜100的熔點相較習知而言提高攝氏5度至10度，改善聚烯烴多孔膜100的耐熱性。此外，聚烯烴前驅膜110與塗層120所加起來的厚度介於20微米至40微米之間，且聚烯烴多孔膜100沿機械方向的收縮率小於1%。

應用以上製程，本創作可提供聚烯烴多孔膜的製造方法之實施例。需強調的是，大多數製程步驟的順序皆可視不同製備條件或者依照不同製備機台而調動。

綜上所述，本創作實施例所提供一種聚烯烴多孔膜及其製造方法，孔隙曲率與阻抗增率(MacMullin No.)及孔隙率(porosity)成正比，在孔隙率固定的情況下，本創作的阻抗增率相較習知而言來的高，使得本創作的孔隙曲率較高，因而聚烯烴多孔膜的貫穿孔洞的形狀是由聚烯烴前驅膜的上表面穿透到下表面且呈現彎曲狀。由於貫穿孔洞的形狀呈現彎曲狀並非是呈現直立狀，因此，貫穿孔洞在整體聚烯烴前驅膜所佔的體積增加，從而孔隙曲率相較習知的孔隙曲率而言較高。從而孔隙曲率較高，鋰電池電解液離子通過貫穿孔洞的時間增加，進而使得鋰電池的自放電率降低。

另外，透過形成塗層在聚烯烴前驅膜的表面上，聚烯烴多孔膜的熔點相較習知提高攝氏5度至10度，改善聚烯烴多孔膜的耐熱性。此外，聚烯烴前驅膜與塗層所加起來的厚度介於20微米至40微米之間，且聚烯烴多孔膜沿機械方向的收縮率小於1%。

以上所述僅為本創作的較佳可行實施例，非因此侷限本創作的專利範圍，故舉凡運用本創作說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本創作的保護範圍內。

100‧‧‧聚烯烴多孔膜

110‧‧‧聚烯烴前驅膜

120‧‧‧塗層

H1‧‧‧貫穿孔洞

S1‧‧‧內表面

Claims (5)

1. 一種聚烯烴多孔膜，其包括：一聚烯烴前驅膜，所述聚烯烴前驅膜具有多個貫穿孔洞，每一個所述貫穿孔洞具有一內表面；以及一塗層，所述塗層配置於所述聚烯烴前驅膜的其中一表面上，其中所述塗層的一部分延伸至所述貫穿孔洞，以覆蓋所述貫穿孔洞的所述內表面的一部分。
2. 如請求項1所述之聚烯烴多孔膜，其中所述塗層的材料選自於二縮三丙二醇雙丙烯酸酯、1、6-己二醇二丙烯酸酯、三官能機之三羥甲基丙烷三丙烯酸酯及其混合所組成的群組之中的其中一種。
3. 如請求項1所述之聚烯烴多孔膜，其中所述塗層的厚度介於0.5微米至1微米之間。
4. 如請求項1所述之聚烯烴多孔膜，其中所述聚烯烴前驅膜與所述塗層所加起來的厚度介於20微米至40微米之間。
5. 如請求項1所述之聚烯烴多孔膜，其中所述聚烯烴多孔膜沿機械方向的收縮率小於1%。