[发明专利]微孔膜、其制造方法及它们作为电池隔膜的用途

说明书

优先权要求

本申请要求于2009年12月18日提交的美国临时专利申请61/287,919及于2010年2月12日提交的EP 10153503.7的优先权，每个所述专利申请的内容均通过引用完整地结合。

相关申请的交叉引用

本申请与于2010年1月13日提交的美国临时专利申请61/294,657(2010EM007)相关，该申请的内容通过引用完整地结合于此。

领域

本文公开了适合用作电池隔膜的微孔高分子膜。本文还公开了制备这种膜的方法、包含这种膜作为电池隔膜的电池以及制备和使用这种电池的方法。

背景

微孔膜可以被用作例如一次和二次锂电池、锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉电池、镍锌电池、银锌二次电池等中的电池隔体。当将微孔膜用于电池隔体尤其是锂离子电池隔体时，膜的特性显著影响电池的性质、生产率及性能。虽然相对高的隔体渗透性(一般以透气性进行测量)是理想的，因为它使电池具有较低的内阻，但对此性质的改善可能导致膜强度的减弱。因此，需要微孔膜在透气性和强度之间具有适当的平衡，而不有损其他重要的膜性质如厚度均一性。

一种被称为“湿法(wet process)”的生产微孔膜的方法包括挤出聚合物和稀释剂的混合物，拉伸挤出物，然后除去稀释剂。一些现有技术文献公开了通过额外或改进的处理步骤来改善膜性质的方法。例如日本专利申请公开JP 2001-192487和JP 2001-172420公开了相对厚的微孔膜(27μm)的实例，其具有相对大的针戳穿强度(pin puncture strength)但是其透气性减小。该膜以湿法制备，其包括干法取向(dry orientation)后的热处理。虽然这种膜展示改善的针戳穿强度，但是其可能具有不合需要的高的(差的)透气性Gurley值。

其他文献公开了通过使用备选溶剂生产具有改善的性质的膜的方法。例如美国公布专利申请2006/0103055公开了具有改善的透气性及针戳穿强度特性的微孔膜，该微孔膜由聚烯烃-溶剂混合物制备，该混合物在不低于聚烯烃结晶温度的温度经历热诱导的液相-液相分离。这种溶剂昂贵且难于处理。

其他文献提出了通过使用备选的聚烯烃生产具有改善的性质的膜的方法。已知包含超高分子量的聚乙烯的膜具有改善的强度。例如，PCT专利公布WO2007/015547公开了相对坚固的膜，其由聚合树脂制得，该聚合树脂包含≤15质量％的超高分子量聚乙烯(基于膜的质量)，该超高分子量聚乙烯质量平均分子量≥1x10⁶。该膜可以通过以下方法制备：通过模头(die)挤出用于膜形成的聚乙烯树脂和溶剂的熔融捏合产物而得到挤出成形产物，成形产物以在厚度方向上形成温度分布的这种方式冷却，从而形成凝胶片，在落在比聚乙烯树脂的晶体分散温度高10℃的温度至比晶体分散温度高30℃的温度的范围内的温度拉伸凝胶片，从凝胶片除去溶剂，然后再将该片拉伸1.05至1.45倍。

虽然已作出了用于改善微孔膜强度的改进，但是还需要其他改进。

概述

本公开的一方面是改善由聚合物和稀释剂的混合物(例如聚烯烃-稀释剂混合物)形成的取向微孔高分子膜的厚度均一性和强度的方法。已经发现，这可以湿法通过以下方式实现：(i)减少在用于生产的聚合物-稀释剂混合物中的聚合物的相对量，以及(ii)降低取向期间该混合物的暴露温度(“取向温度”)从而使所得到的膜实现或超过目标水平的厚度均一性(例如，更少的口模划痕(die mark))和强度(例如，戳穿强度、抗张强度等中的一项或多项)。

本公开的另一方面是生产微孔膜的方法。该方法包括以下步骤：在(i)聚合物在聚合物-稀释剂混合物中的相对量和(ii)膜厚度均一性之间建立函数关系；由该关系确定这样的目标量，当达到目标量时微孔膜具有可接受的厚度均一性，目标量低于聚合物-稀释剂混合物中的聚合物的约40.0重量％(基于聚合物-稀释剂混合物)；设置聚合物在聚合物-稀释剂混合物中的相对量以达到如此确定的目标量；并产生具有可接受厚度均一性的微孔膜。

在本公开的另一方面中，该方法还包括：在取向温度和膜强度(例如，针戳穿强度、抗张强度等中的一项或多项)之间建立函数关系；由该关系确定这样的目标取向温度，当达到该目标取向温度时，微孔膜具有≥目标水平的强度；设置取向温度以实现目标温度并产生强度≥目标水平的微孔膜。