[发明专利]导电的独立式微孔聚合物板

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电的独立式微孔聚合物板的成型，特别是涉及在能量存储装置和其它合适装置制造过程中的使用板材(sheet)。

发明背景

下述的背景信息，是参照用于能量存储装置中电极加工的实例而给出的。有关本发明的能量存储装置构造细节的具体说明在DavidLinden(主编)，电池手册(Handbook of Batteries)，2^nd ed.，McGraw-Hill，Inc.(1995)中已经作了阐明。对于许多能量存储装置的电极制备，是从形成一种含有呈粉体形式的电化学活性材料、含氟聚合物和溶剂的料浆开始的。所述料浆涂敷到一种作为集电器的金属箔材之上。所述涂敷有电化学活性材料的金属箔，接着经过一个干燥炉以除去溶剂。所述含氟聚合物是用作粘合剂，将所述电化学活性材料固定在一起并形成一种多孔电极。经常地，所述电极经压延以压实涂敷在集电器上的电化学活性材料，该是通过提高所述电化学活性材料的体积分数或敛集率从而降低所述电极的孔隙率而实现的。所述集电器还用作所述电化学活性材料和粘合剂的载体，这是因为这两者之间的结合不具有足够的机械完整性而使其自身站立。所述电极接着被切割成条带，用来缠绕或层叠成组合的能量存储装置。

含氟聚合物，如聚偏氟乙烯，用作聚合物粘合剂已经有多年的历史，这是因为它们相对于许多聚合物、凝胶或液体电解质的电化学和化学不活泼性。但是，如果不是不可能的话，以传统粘合剂用量(2-10wt.％)，用含氟聚合物制备独立的多孔电极是困难的，因为它们的低分子量仅能提供不充分的链缠结。也可采用其它粘合剂如EPDM橡胶和各种类型的聚乙烯，但是它们也不能获得具有独立性能的多微孔板材。所述“独立”是指具有足够机械性能的板，它能允许以板材形式进行如缠绕或退绕之类的操作，以用于能量存储装置部件之中。

一种特定类型的聚乙烯，即超高分子量聚乙烯(UHMWPE)，可以上述所列的粘合剂用量用来制备具有独立性能的微孔板。聚乙烯的重复单元如下所示：

(-CH₂CH₂-)_x，其中，x表示在一个单独聚合物链中的重复单元的平均数目。对于聚乙烯用于许多膜和成型部件应用中，x等于约10³-10⁴，而对于UHMWPE来说，x等于约10⁵。重复单元数目的不同，是UHMWPE具有较高程度的链缠结和独特性能的原因。

UHMWPE的一种这样的性能是当其在高于其晶体熔点温度加热时，UHMWPE抵抗在其自身重力下的物料流动的能力。这种现象是单个的链滑移过另一个链所需要的长的弛豫时间所引起的结果。UHMWPE具有优良的耐化学性和耐磨损性，并且相对于电极制备中常用的许多含氟聚合物来说，UHMWPE的烃组分具有低得多的骨架密度(0.93g/cc)。这类常用的含氟聚合物包括聚偏氟乙烯(1.77g/cc)和聚四氟乙烯(2.2g/cc)。

UHMWPE常用作用于铅酸电池中隔板的聚合物基体或粘合剂。这类隔板是由含有UHMWPE、沉淀的二氧化硅和加工油的混合物经挤出、压延和抽提而得。所得到的隔板具有许多优点：高孔隙率(50-60％)，多枝生长约束的超细孔尺寸，低的电阻、良好的抗氧化性和组合件结构的可密封性。这些隔板通常含有二氧化硅与UHMWPE的重量比在约2.5-3.5之间，或者相应的体积分数比在1.0-1.5的范围之间。这类隔板是设计用来防止阳极与阴极之间的电子传导(即短路)，同时允许经由填充在所述孔隙中的电解质进行离子传导。

尽管UHMWPE是隔板技术的一个组成部分，但它在独立式导电的多孔膜电极的挤出和抽提中的应用还从来没有实现过。本发明希望能够生产这样的可用于能量存储和其它电子装置中的膜电极。

发明概述

因此，本发明的一个目的是提供一种导电的独立式多微孔聚合物板，它是以相对于聚合物基体具有较高体积分数的导电基体(它由一种电化学活性粉末和一种导电剂所组成的，如果需要的话)所形成的，并具有足够的用于能量存储和其它电子装置应用中的机械性能。