[发明专利]可层压的、尺寸稳定的微孔网

说明书

本发明公开了具有良好尺寸稳定性的可层压微孔聚合物网。本发明还公开了制备和使用具有良好尺寸稳定性的可层压微孔聚合物网的方法。

本申请是申请日为2017年3月14日、中国专利申请号为201780024273.1且发明名称为“可层压的、尺寸稳定的微孔网”的中国专利的分案申请，本申请要求申请日为2016年3月14日、申请号为US62/308,112的美国专利申请和申请日为2016年7月18日、申请号为US62/363,836的美国专利申请的优先权。

版权声明

2017安特克研发国际公司(Amtek Research International LLC)。本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。当本专利文件或专利公开内容出现在美国专利和商标局专利文件或记录中时，版权所有者不反对任何人对本专利文件或专利公开内容进行传真复制，但在其他方面保留所有版权。37 CFR§1.71(d)。

技术领域

本发明涉及自支撑式的微孔聚合物网的形成，该微孔聚合物网(1)在高于和低于基础聚合物膜的熔点的温度下表现出良好的平面内尺寸稳定性(即，低收缩率)，(2)保持关闭(shutdown)性能，和(3)可层压至电极。在高温下，基础聚合物膜的整体结构内的孔开始塌陷(collapse)或关闭，从而改变其渗透性。这种网可以用作隔膜，以改善诸如锂离子电池的能量存储装置的可制造性、性能和安全性。

背景技术

隔膜是锂离子电池的性能、安全性和成本所必需部分。在正常操作期间，隔膜的主要功能是防止阳极和阴极之间的电子传导(即，短路或直接接触)，同时允许借助电解液进行离子传导。对于处于滥用情况(例如外部短路或过充电)下的小型商用电池，隔膜需要在远低于可发生热失控的温度下关闭。Doughty.D,Proceedings of the AdvancedAutomotive Battery Conference,Honolulu,HI(June 2005)中描述了此要求。关闭是由于聚合物的熔化和粘性流动引起隔膜中孔隙的塌陷，从而减慢或阻止电极之间的离子流动。几乎所有的锂离子电池隔膜都含有聚乙烯作为单层结构或多层结构的一部分，因此关闭通常始于约130℃(聚乙烯的熔点)。

目前，通过使用“干法”或“湿法”工艺制造用于锂离子市场的隔膜。Celgard LLC和其他公司已经描述了一种干法工艺，其中将聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)挤出成薄片并进行快速刮涂(drawdown)。然后将该片材在比聚合物熔点低10-25℃的温度下退火，从而控制微晶尺寸和取向。接下来，在纵向(MD)上快速拉伸片材以获得狭缝状孔隙或空隙。通过该干法工艺生产的三层PP/PE/PP隔膜通常用于锂离子可充电电池中。

通过在升高的温度下挤出增塑剂/聚合物混合物，然后进行相分离、双轴拉伸和萃取成孔剂(即增塑剂)来制备由聚乙烯组成的湿法隔膜。所得隔膜具有椭圆形或球形孔，在纵向和横向方向上具有良好的机械性能。由Toray Tonen Specialty Separator,AsahiKasei Corp.,SK Innovation Co.,Ltd.和Membranes LLC以这种方式制造的PE基隔膜已广泛用于锂离子电池。

最近，在商业操作中出现的电池故障已经证明关闭并不是安全性的保证。主要原因是，在关闭之后，高于聚合物熔点下的残余应力和降低的机械性能可导致收缩、撕裂或针孔形成。然后被暴露的电极可以彼此接触并产生内部短路，导致更多的发热、热失控和爆炸。