[发明专利]填充的多孔膜

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下的权益并且引用它们：由柯比·W·比尔德(Kirby W.Beard)于2011年3月13日提交的名称为“填充的多孔膜(Filled Porous Membrane)”的美国临时专利申请序列号61/452,127、由柯比W·比尔德于2011年3月13日提交的名称为“使用热力学平衡的填充的微孔聚合物配制物来产生优化的微孔膜(Filled Microporous Polymer Formulations Using Thermodynamic Equilibrium to Create Optimized Microporous Membranes)”的美国临时专利申请序列号61/452,128、以及由柯比W·比尔德于2011年10月24日提交的名称为“高性能隔板(High Performance Separators)”的美国临时专利申请序列号61/550,886，这些申请的全部内容特此通过对它们披露和传授的所有的引用清楚地结合。

发明背景

多孔膜用于许多应用，包括过滤器、空气可透膜，并且用于电化学装置如电池和电容器中。取决于应用，可以容易地制造有效的多孔膜，它具有一致的孔隙大小和良好的弯曲度，并且具有用于加工和使用的可接受的机械特性。

发明概述

一种多孔膜可以具有包括一种聚合物粘合剂的高浓度的球形填充剂。该聚合物粘合剂可以对填充剂材料具有亲和力并且可以将这些填充剂材料一起保持在具有高弯曲度和一致孔隙大小的多孔结构中。可以用一种增强网如非编织网来制造该膜。该膜可以是大于50％多孔的，具有小于1微米的孔隙大小。在宽度可以是小于0.02微米的孔壁内，一种紧密填装的填充剂材料可以具有小于0.005微米的平均直径。

本概述被提供用于以简化形式介绍概念的选择，这些概念在以下详细说明中进一步描述。本概述不旨在鉴别提出权利要求的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制提出权利要求的主题的范围。

附图简要说明

在附图中，

图1是示出填充的多孔材料的截面的一个实施例的示意图图解。

图2是示出填充的多孔材料的表面的电子显微学图像。

图3是示出在后加工之后的填充的多孔材料的表面的电子显微学图像。

图4是示出用不同微孔膜构造的一些锂离子电池的放电功率的图表。

详细说明

一种多孔膜可以具有高孔隙率和小孔隙大小。在这些孔壁内，高度填装的球形填充剂材料可以与一种聚合物结合。该膜可以用一种非编织或其他增强材料来形成。

该膜可以具有大于50％的孔隙率和小于1微米的平均孔隙大小。该孔壁厚度可以是近似0.02微米，并且填充剂颗粒大小可以是近似0.001微米或更高。该填充剂材料可以是大于该膜的体积的10％。

以紧密密度填装非常小的颗粒经常具有困难。由于静电效应或其他现象，非常小的颗粒经常难以紧密地填装。当填充剂非常紧密地填装到微孔膜的孔壁中时，填充剂材料粒径与聚合物孔壁厚度的尺寸比可以是近似1∶5。

这些填充剂材料可以是任何固体材料，如呈任何形状或形态的陶瓷、玻璃、氧化物、碳、复合物、塑料、聚合物复合物、金属、纤维素。在许多实施例中，这些颗粒在形状上可以是球形或近似球形的。

可以通过若干不同的方法来制造该膜，包括液体萃取、相转化、浸取、拉伸、力学机制、或其他方法。该膜可以使用不同聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、PET、PVDF、丙烯酸、PVC、酰胺、或其他聚合物。

本主题的具体实施例用于说明具体发明方面。这些实施例仅作为举例，并且容许不同修改和替代形式。所附权利要求旨在覆盖如由权利要求所定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物、以及替代物。

贯穿本说明书，贯穿这些图的说明中的相同参考数字表示相同要素。

图1是示出可以具有填充剂材料的多孔材料的截面的实施例100的示意图。实施例100不是按比例的，但用于界定一种多孔膜的不同尺寸。

实施例100说明一种膜的小截面。在许多实施例中，一种多孔膜可以包括一种增强材料，如由不同材料制成的编织或非编织网。该增强材料可以增加用于该膜的制造或最终用途的结构强度。

实施例100的膜可以使用用于多孔材料的任何类型的制造工艺来形成。这类工艺包括液体萃取、常规或非常规相转化、浸取、拉伸、力学机制、或其他制造工艺。

孔径102可以从0.01至10微米进行变化，其中典型大小是0.1至1微米。在一些实施例中，孔径102可以是大至5mm。