[发明专利]多孔性薄膜的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔性薄膜的制作方法，尤其是利用简单的制程方式，制备特定孔洞分布与形状的多孔高分子薄膜。

背景技术

多孔性薄膜不论在电子产品或是工业应用市场上，都扮演着重要的零组件角色。电子产品中的锂电池隔离膜对于锂电池的安全性至关重要；在海水淡化技术中，其中的过滤膜对于效能亦有极大的影响。

现将目前各类型多孔性薄膜主要合成方法简述如下：

美国专利案第5952120、6207053与6368742号揭露了采用聚烯烃类(polyolefin)作为多孔隔离膜的材料与方法，主要使用聚乙烯(polyethylene，PE)，聚丙烯(polypropylene，PP)为主要成分，或以PP/PE/PP三层迭合为一。其制作方法为先将材料融熔挤出成膜，再进行单向或双向的拉伸，在拉伸的过程中，硬弹性材料垂直于挤出方向平行排列的片晶结构被拉开形成微孔，最后经由热定型制程固定此一微孔结构。此法所制成的多孔性薄膜主要使用于锂电池内的隔离膜，其材料成本低廉，但为符合锂电池规格所需，隔离膜终端售价高昂，且其孔洞结构笔直，在锂电池负极端容易形成锂枝晶刺穿隔离膜形成短路，除此之外，此种制程的孔洞大小一般在50nm左右，应付目前3C产品的锂电池所需尚可，但对于未来动力电池所需的大电流充放电则明显不足。

美国专利案第5296318、5418091与5460904号采用成膜性、热稳定性和抗化学性甚佳的聚偏氟乙烯与六偏氟乙烯的共聚物(polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene，PVDF/HFP)作为锂电池隔离膜的材料，其电池制备过程除最后吸收电解液的步骤需在干燥环境下之外，其余步骤均可在一般环境中进行，同时其利用高沸点塑化剂搭配萃取动作使高分子电解质形成多孔结构吸收电解液。此方法提供了一种新的锂电池隔离膜材料，不过由于开孔结构的孔径不够大，在进行高速充放电时，锂离子迁移的速率仍显不足。

美国专利案第5665265号揭示了另一种使用胶态电解质制作电池的方法，其使用不织布作为隔离膜的支撑层，再涂布一层可吸收电解液形成胶态的高分子材料如聚偏氟乙烯。利用不织布可增加隔离膜的开孔大小，但一般不织布厚度较厚，并远大于聚烯烃类的隔离膜厚度，使得整体隔离膜厚度增加，相对而言即增加了整体电池的体积，不利于后续使用。

在多孔性薄膜应用的制作方法上，浸没沉淀相转换法为常用的制备方法。其通常由高分子/溶剂/非溶剂三种组分组成，先将高分子溶于溶剂之后，均匀涂布于基材上，而后迅速浸入非溶剂浴中，之后溶剂扩散进入非溶剂中，而非溶剂扩散到基材上的薄膜，经一段时间后，溶剂和非溶剂之间的交换达到一定程度，高分子溶液变成热力学不稳定状态，分别成为高分子富相与贫相两相，高分子富相在分相后即固化构成膜的主体，贫相则形成所谓的孔。

美国专利第6143211号即揭露了一种由相转换法制作多孔材料的方法，其制备方法如上所述，此法最大缺点在于需经过非溶剂的含浸步骤，含浸的参数包括含浸时间与非溶剂浓度等需精确控制以得到符合所需的多孔性薄膜，且此多孔性薄膜的形状亦无法控制。

然而，目前多种多孔性薄膜的制作方法中，由于制程繁复、成本昂贵、且生产效率不高，从而在电池费用无法增加的条件下，逐渐失去竞争力。

另外，在多孔性薄膜的制作设备上，本案发明人于台湾专利第M396715号揭露一种薄膜涂布装置，提供一种因应需要溶剂交换制程的高分子薄膜制造方法的生产设备，可用以制作燃料电池及锂电池内的薄膜材料，生产高质量的高分子薄膜。

因此，需要一种制程简单、成本便宜、制作快速的多孔性薄膜的制作方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种多孔性薄膜的制作方法，该方法包含高分子溶液制备步骤、涂布步骤、第一干燥步骤、第二干燥步骤、分离步骤以及热处理步骤。高分子溶液制备步骤将至少一高分子材料、至少一溶剂以及至少一非溶剂充份混合，而形成一高分子溶液，其中该高分子材料溶于该溶剂中，而不溶于该非溶剂中，该非溶剂的沸点高于该溶剂的沸点，该溶剂与该非溶剂的沸点差在10℃至100℃的范围。