[发明专利]多孔薄膜及其生产方法和应用

说明书

发明领域

本发明涉及一种适合于用作电池或电容器的隔板的多孔薄膜，并涉及其生产方法。更具体地，本发明涉及一种用树脂组合物制成的多孔薄膜，这种树脂组合物包含高分子量的聚烯烃树脂，优选的是包含超高分子量的聚烯烃树脂和在侧链中具有链状低聚(烯化氧)结构的聚合物，该多孔薄膜具有高强度和均匀的多孔结构，特别是对电解质溶液具有优异的亲和性，因此可以有利地用作电池或电容器的隔板，本发明还涉及生产这种薄膜的方法。本发明还涉及使用这种多孔薄膜作为隔板的电池和电容器。

相关技术的描述

到目前为止，各种各样的电池已经投入使用。近来，锂电池正在吸引人们的注意力，以适应于无绳电子设备等的发展趋势，因为它们重量轻，能够实现高电动势和高能量，并降低自放电。例如，圆柱形锂离子蓄电池大量用于便携电话和笔记本型个人计算机，并且预计将来会用作电动交通工具的电池或燃料电池的辅助电源。要求这些电池实现进一步增大的容量。

在这种锂电池中使用的负电极材料的实例包括锂金属、锂合金和插层化合物如能够嵌入/释放锂离子的含碳材料。另一方面，正电极材料的实例包括过渡金属如钴、镍、锰和铁的氧化物，和这些过渡金属的任一种与锂的复合氧化物。

一般来说，这种锂电池有一个插在正电极和负电极之间的隔板，以防这些电极相互直接接触，从而导致短路。有许多微孔的多孔薄膜一般用作保证在正电极和负电极之间的离子移动的隔板。但是，这种用作隔板的多孔薄膜需要具有与电池性能相关的各种性能。具体地，高强度是特别要求的。

具有高强度的多孔薄膜有利于电池制造效率改进和降低内部短路废品率，导致隔板厚度降低，因此改善容量。

一种生产用作电池隔板的多孔薄膜的方法已经在日本专利公开No.12756/1997中公开。这种方法包括把包含超高分子量聚乙烯的高分子量聚乙烯溶解在溶剂中，加热制成溶液，由其形成凝胶状的薄板，拉伸该薄板，除去残余的溶剂，然后热处理该薄板。在生产用作隔板的多孔薄膜的一般方法中，把低极性的聚烯烃树脂成型成薄板，然后以高延伸率拉伸，从而赋予其高强度，如相关技术的上述方法中所述。

另一方面，迄今为止，用于例如锂电池中的电解质溶液具有高极性，以便提高其中的锂盐的离解度，因此对聚烯烃树脂的亲和性差。虽然电池制备通常包括叠放和缠绕电极与隔板及然后用电解质溶液浸渍电极-隔板结构的步骤，但是，当隔板对电解质溶液的亲和性差时，用电解质溶液浸渍这种结构需要较长的时间。因为这一点，从电池的工业生产方面来看，希望隔板对电解质溶液具有高亲和性。

当多孔薄膜的电解质溶液保持能力差时，多孔薄膜，例如作为电池隔板的应用通常产生一些问题，如降低电池循环寿命和降低长期稳定性。在使用对电解质溶液具有亲和性的多孔薄膜的情况下，离子渗透甚至通过整个隔板发生，从而不仅缓和这些问题，而且预计放电速率和低温特性也有改善。

一般来说，电解质溶液通过把电解质溶解在低粘度溶剂和高粘度溶剂的混合物中来制备。虽然从改善溶液的安全性方面来看，高粘度高沸点溶剂的使用是有利的，但是，高粘度高沸点溶剂对如上所述的多孔聚烯烃树脂薄膜的亲和性差。因此，不能获得令人满意的电池性能。因此，强烈希望改善多孔聚烯烃树脂薄膜的性能。

日本专利公开No.40128/1999公开了一种获得用于电池隔板的固体电解质的方法。在这种方法中，能够保持电解质溶液的聚合物混合物例如1，1-二氟乙烯/六氟丙烯共聚物，与赋予强度的晶状树脂如聚烯烃树脂经加热混练，成形成薄板，然后拉伸，获得多孔薄膜。把一种电解质溶液渗入多孔薄膜，使其凝胶化，获得所需固体电解质。

可以预计上述固体电解质由于向聚烯烃制成的多孔薄膜中引入聚合物，所以能达到电解质溶液保持能力的改善。但是，由于晶状树脂如聚烯烃树脂与能保持电解质溶液的聚合物相容性差，甚至难以把聚合物分散在晶状树脂中。这些物质的混合物所以容易具有海岛状结构，即聚合物容易不均匀分布在树脂中。结果，所获得的固体电解质容易具有不均匀的性能。上述相关技术的方法还有一个缺点，即薄板的拉伸可能导致树脂与其中不均匀分散的电解质之间的界面分离，并且这可能导致在所分离的表面处产生薄板断裂。因此，薄板的拉伸不能以高拉伸比进行，所以，通过拉伸来提高强度和降低厚度受到限制。

此外，在使用超高分子量聚烯烃树脂作为树脂的情况下，分子链的缠结过分地发生，使得难以拉伸所获得的薄板。因此，可以使用的聚烯烃树脂限于具有较低分子量的聚烯烃树脂。在这方面，通过上述相关技术的方法获得的多孔薄膜的强度改善也存在局限性。

发明概述