[发明专利]具有交联材料的非织造材料

说明书

技术领域

本发明涉及具有基础型体的层，其中所述基础型体具有孔，其中所述层具有粘结剂，其中所述粘结剂是经交联的。本发明的主题还有制备所述层的方法、所述层的用途和含有所述层的装置。

背景技术

所提及类型的层是从现有技术中已知的。这样的层用作电池和电容器中的隔板，所述电池和电容器用于能量储存。电池和电容器中的电荷储存以化学方式、以物理方式或以混合形式，例如通过化学吸收作用而发生。

为了避免在电池或电容器内部的内部放电，将带有相反电荷的电极通过非电子导电性材料，所谓的隔板(Separatoren)或隔离片(Spacer)而以机械方式彼此分开。所述隔板或隔离片由于其能量储存体系和与其应用相适应的孔隙率而同时使得可以实现电解质的离子型载流子在电极之间的迁移。

从现有技术中已知的隔板显示小的在微米范围内的彼此交联的开口。这些开口应该是尽可能大的，由此在浸渍的隔板中电解质电导率尽可能高并且电池由此具有高的功率密度。但是，如果开口太大，则金属树枝晶可能导致在两个实际上彼此电分开的电极之间的短路。金属树枝晶由锂构成或由其它金属构成，所述金属可能作为电池中的杂质存在。

另外，由导电的电极材料构成的粒子移动经过所述开口。由于该过程，可能产生电极之间的短路，和电池或电容器的自放电在很大程度上得到加速。

在短路时，局部可能流动很高的电流，由此放出热量。这些热量可能导致隔板的熔融，由此又可能明显减弱隔板的隔离作用。非常快地自放电的电池由此由于其高的蓄能量以及电解质和其它成分的可燃性而隐藏着高的安全风险。

从现有技术中已知的隔板的另外的缺点是其在升高的温度下不足的耐性。在使用聚乙烯时的熔点在约130℃下，或在使用聚丙烯时在约150℃下。

作为短路的原因可以提及，由于电池中太高的温度而发生隔板的收缩，由于金属离子(锂、铁、锰或其它金属杂质)的还原而发生金属树枝晶的生长，电极粒子的磨损，切削磨损或破裂的电极覆层，和两个平面电极在压力下的直接接触。

在EP 0892448A2中公开了所谓的“功能停止”(Shut down)机理。其在由于例如短路而局部加热的情况下抵制短路沿面传播，其通过如下方式进行：抑制在最初短路附近的离子传导。通过短路的损失热量，很大程度上加热了聚乙烯，使得其熔融并且所述隔板的孔磨损。较高熔点的聚丙烯保持机械上完好无损。

US 2002/0168569A1描述了由聚偏二氟乙烯构成的隔板的构造，所述聚偏二氟乙烯在制备方法中采用溶剂溶解，与二氧化硅粒子混合，并且作为薄膜形式获得。除去溶剂时留下多孔的膜。

WO 2006/068428A1描述了使用聚烯烃隔板而制备用于锂离子电池的隔板，该聚烯烃隔板额外采用凝胶状聚合物和无机粒子填充。

WO 2004/021475A1描述了陶瓷粒子的使用，所述粒子通过有机硅粘合促进剂和由元素硅、铝和/或锆的氧化物形成的无机粘结剂而成形为薄的平面产品。

为了调节足够的机械挠性，将陶瓷粒子引入支撑材料，例如非织造材料中。WO 2005/038959A1公开了这一点。

为了阻止在金属树枝晶形成的起始阶段中发生短路，WO2005/104269A1中描述了使用低熔点的蜡作为加入陶瓷糊剂中的掺混物。

WO 2007/028662A1中描述了将熔点为高于100℃的聚合物粒子添加到陶瓷填料中，以改进隔板的机械性能。所描述的材料意于用作用于锂离子材料的隔板。尽管采用这些隔板实现比膜更高的耐温度变化性，但是其仍不可以商业上实施。这一方面可能在于相对高的成本，另一方面在于太高的材料厚度，该厚度大于25微米。

WO 2000/024075A1描述了膜的制备，所述膜可以在燃料电池中使用。这由玻璃纤维材料构成，所述材料中借助硅酸盐粘结剂固定有氟烃聚合物。

最后，JP 2005268096A描述了用于Li离子电池的隔板，所述隔板通过热塑性材料粒子在聚乙烯/聚丙烯纤维支撑材料中通过加热共熔而制备。其具有孔直径为0.1-15微米的气泡状的孔结构。

欧洲专利EP1138092B1涉及用于电化学电池的复合体。其由两层构成，其中将由粒子和粘结剂构成的一层施加到第二层上。所述第二层可以是膜片或纤维网。

US 2006/0078722A1公开了由经交联的聚烯烃树脂形成的多孔薄膜。

EP 1271673A1涉及用于电池的透气性隔板。在此，经交联的聚合物层施加到多孔基底上。