[发明专利]化学改进的微孔隔膜、可充电锂离子电池及相关方法

说明书

一种在化学领域改进的微孔电池隔膜，采用电离子辐射能量使得高温机械强度损失最小化，使用低能量的电子束辐射进行改性；所述低能量的电子束辐射只能在50‑150kGy或70‑120kGy范围内在唯一的施加步骤中一次性施加剂量；所述低能量的电子束辐射的最小剂量提升至50kGy或70kGy，而最大剂量降低至150kGy或120kGy。现有技术采用电离子辐射是为了提高膜的熔融温度，而本发明采用电离子辐射是为了降低膜的熔融温度，因此，电离子辐射在本发明和现有技术中发挥的作用恰恰相反。现有技术中电离子辐射的剂量范围几乎没有限制，导致剂量过大产生次品，而剂量过小，产品收缩性不佳。本发明具有较低的起始关断温度，扩展的热关断窗口，以及在较高温度下的物理、尺寸和/或机械完整性。

本申请为分案申请，属于化学或材料技术领域。原优先权日是2015年4月10日；原国际申请日是2016年4月8日；原国际申请号为PCT/US2016/026576；2017年11月14日进入中国国家阶段，中国申请号是201680027871.X；原发明名称是《改进的微孔膜、隔板、锂电池及相关方法》。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年4月10日提交的同系列待审的序列号为No.62/145,549的美国临时专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

根据至少选定的实施方案，本申请或本发明涉及新的或改进的隔膜、隔板、包括这种隔板的电池、制备这种膜和/或隔板的方法和/或使用这种膜和/或隔板的方法。根据至少某些实施方案，本发明涉及电离辐射处理的微孔聚烯烃、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、共聚物和/或聚合物共混物[例如，包含PE和另一种聚合物的共聚物或共混物，例如聚丙烯(PP)]膜、微孔膜、隔膜、电池隔板和/或用于二次或可再充电锂电池的微孔电池隔板和/或制造和/或使用电离辐射处理的膜、微孔膜、隔膜、电池隔板和/或微孔电池隔板的方法。本发明的微孔膜或电池隔板可以为可再充电锂电池提供较低的热关断起始温度，可具有扩展的热关断窗口，其中物理、尺寸和机械完整性在较高温度下得到保持，可具有更好的抗氧化性，可提高电池安全性能，可提供经处理的聚乙烯、聚丙烯或聚烯烃隔膜，可以提供经处理的干法工艺产品，其具有接近或超过湿法工艺产品的性能，可提具有较高温度性能的供经处理的聚乙烯、聚丙烯或聚烯烃隔膜，可以提供具有聚丙烯基产品高温性能的经处理的聚乙烯隔膜，可以提供具有聚丙烯基多层或三层产品(仅举例来说，由两层聚丙烯层及之间的聚乙烯或聚丙烯层制成的三层膜，或由两层聚乙烯层及之间的聚丙烯或聚乙烯层制成的三层膜)高温性能的经处理的聚乙烯隔膜，可能具有降低的热收缩，从而获得改善的热稳定性和高温物理完整性，这对保持电池系统中阴极和阳极的分离，改善高温、高能量、高充电速率和/或高电压功能，提高安全性和/或避免可再充电或次级锂电池中的短路或热失控事件和/或前述内容的组合都是重要的。

背景技术

电离辐射可以包括高速、高能，亚原子粒子，离子或小原子等。不希望受理论束缚，当电离辐射通过或碰撞材料时，电离辐射可以从原子或分子中去除电子。电离的原子或分子可以进行辐射分解并形成自由基以引发进一步的化学反应。电离辐射的一种形式是电子束或电子束辐射。电子束辐射能量可以是高(5至10MeV)，中等(500keV至5MeV)或低(80至500keV)。

有必要改进各种聚合物材料的性质并提高聚合物的机械、热和/或化学性质并扩大聚合物的应用范围。此外，电子束剂量的水平在改性和改进诸如聚烯烃的聚合物的机械、热和/或化学性能的性能方面可能是重要的，聚烯烃通常用于可再充电电池的微孔聚烯烃电池隔膜中，例如各种锂电池，如锂金属和/或锂离子电池。

聚烯烃，例如聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，是半结晶聚合材料，其通常用于制造用于可再充电锂电池中的电池隔板的微孔隔膜。不希望受理论束缚，聚烯烃材料的电子束辐射可能会破坏形成自由基的C-C(4.25eV)和C-H(3.60eV)键，这可能引发链断裂与交联的竞争过程。链断裂与交联的主导性由聚合物的分子量，立构规整度和结晶度以及电子束加工条件如压力、温度、惰性气氛和电子束剂量决定。