[发明专利]耐热多孔隔离膜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明关于一种耐热多孔隔离膜，且特别是有关于一种应用于锂离子电池的多孔隔离膜及其制备方法。

背景技术

多孔隔离膜是一种高分子薄膜，应用于锂电池，其介于锂电池的正极与负极之间以防止电极因为物理性接触而产生短路。同时，隔离膜的微孔特性允许电解液中的自由离子于其间通过，使电池产生电压。然而，当隔离膜的耐热性不佳时，会导致隔离膜受热后易发生收缩，导致电池正负极直接接触，从而引发短路。

为了提高隔离膜的耐热性，一般制造方法是将具耐热性的无机粒子与黏着剂混合后涂布于多孔隔离膜的表面上。但此方法极有可能因无机粒子与隔离膜的附着性不佳而导致无机粒子的脱落，造成多孔隔离膜的性能下降使电池的安全性不足等缺点。再者，无机粒子的尺寸皆大于隔离膜的孔洞，因此仅能分布于多孔隔离膜的表面，减缓热能传导至隔离膜的速度，但隔离膜遇热后仍会产生热收缩，造成短路风险。

另一方面，隔离膜大多由聚烯烃等非极性材料所制得，因此对于电解液的吸附能力不佳。另外，涂布无机粒子的隔离膜虽能利用粒子堆叠所造成的毛细现象吸附电解液，但对于电解液的吸附能力有限。

发明内容

有鉴于上述电池中隔离膜的耐热性、润湿性及柔韧性不佳的问题，本发明提出一种耐热多孔隔离膜，具有良好的耐热性及电解液吸附能力。此耐热多孔隔离膜包含多孔性基材及复合涂层。此复合涂层为亲水性高分子与二氧化硅构成的互穿型高分子网状结构(Interpenetrating polymer network，IPN)。由本发明提供的耐热多孔隔离膜的制造方法，可使得多孔性基材上的复合涂层具有互穿型高分子网状结构。于高温时，此复合涂层中的无机涂层可改善隔离膜受热时的收缩现象，并避免于电池内部温度过高时，多孔性隔离膜发生严重热收缩或熔融破裂，导致电池短路或爆炸。此外，此复合涂层中的亲水性高分子可提高多孔隔离膜表面的亲水性，增加其所吸附的电解液，降低电池的内电阻以提升电池效能。同时可提高复合涂层的柔韧性，避免涂层发生龟裂现象。

本发明提出一种耐热多孔隔离膜，其包含多孔性基材以及复合涂层。此复合涂层设置于多孔性基材的至少一表面上。复合涂层为二氧化硅与亲水性高分子构成的互穿型高分子网状结构(Interpenetrating polymer network，IPN)。

根据本发明的一实施例，上述多孔性基材的材料为高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚酰胺、不织布或其组合。

根据本发明之一实施例，上述互穿型高分子网状结构中的二氧化硅高分子网状结构由二氧化硅前驱物经由水解缩合反应所形成。

在耐热多孔隔离膜中，亲水性高分子与二氧化硅前驱物使用重量份的比值为0.008至1.5之间。

根据本发明的一实施例，上述亲水性高分子为乙烯-乙烯醇共聚物(Ethylene vinyl alcohol polymer，EVOH)、聚乙烯醇(Polyvinylalcohol，PVA)或上述材料的任意组合。

根据本发明的一实施例，上述复合涂层还包含分散剂。

根据本发明的一实施例，上述分散剂为3-甘油丙基三甲氧基硅烷(3-glycidoxypropyl trimethoxysilane，GLYMO)、乙烯基三甲氧基硅烷(Vinyltrimethoxysilane，VTMO)、3-胺丙基三乙氧基硅烷(3-amionpropyltrimethoxysilane，AMEO)、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(3-Methacryloxypropyltrimethoxysilane，MEMO)或上述材料的任意组合。

本发明提出一种耐热多孔隔离膜的制造方法，其包含以下步骤：提供多孔性基材；添加0.2重量份至1.5重量份的亲水性高分子至90重量份至98重量份的溶剂中，以形成反应溶液；添加1重量份至25重量份的二氧化硅前驱物至上述反应溶液中，以形成混合溶液；添加盐酸水溶液至上述混合溶液中，进行水解缩合反应，以形成透明澄清的溶液；涂布透明澄清的溶液至多孔性基材的至少一表面上，以形成复合涂层；以及干燥具有复合涂层的多孔性基材，以制得耐热多孔隔离膜。

根据本发明的一实施例，上述多孔性基材之材料为高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚酯、聚酰胺、不织布或上述材料的任意组合。

根据本发明的一实施例，上述亲水性高分子为乙烯-乙烯醇共聚物(Ethylene vinyl alcohol polymer，EVOH)、聚乙烯醇(Polyvinylalcohol，PVA)或上述材料的任意组合。