[发明专利]高气密多孔纸的制造方法,高气密多孔纸及非水电池

说明书

本发明涉及一种高气密多孔纸，它主要用作工业材料，诸如电池隔膜、用于电解电容器中的隔膜或各种滤纸。本发明特别涉及到一种新的、具有微孔、紧密的、高气密度的纸，而且该纸是由具有高耐热性和化学耐性的纤维素这一可再生自然资源制成的。

此外，本发明还涉及一种非水电池。特别是通过使用一种具有微孔、紧密的、高气密度的隔膜而较大程度地改善这种非水电池的各种性能，如耐热性、离子传输性、液体滞留性、内部短路等。该隔膜是由能将正负活性物质的活性从电子学上分离的纤维素制成的。

纸是最常见的材料之一，用于食品或饮料的包装、房屋的装饰，更不必说用作报纸或书本用纸。此外，纸还用作许多方面的工业原料，它已成为当代科学研究的一个课题。大体而言，纸张的制作方法是：将植物纤维和化学物质一起蒸煮而制得的纤维素分散于水中，用筛从纸浆中分离出湿纸幅，再将提浆后的湿纸幅干燥。

纸的纤维素纤维主要靠纤维素的氢键结合在一起。具体说来，在干燥过程中，当水从湿纸幅蒸发出去时，邻近的纤维素纤维被水强大的表面张力紧紧地吸引在一起。当纤维间距离缩短时，范德华力对纤维产生作用，使纤维之间更加紧凑。最终，纤维通过氢键键合而紧紧地连结起来。氢键键合的程度和纤维的直径决定着纤维间空隙的大小，即纸的气密度。

形成纸张的纤维素为天然高分子，能够耐230℃左右的高温，并对酸、碱或有机溶剂等化学物质有较高的抵抗能力。出于这些原因，纸张作为一种廉价的工业材料而被广泛运用，如用作电池或电解电容器中的隔膜，或者用作各种滤纸。

多孔薄膜可以在与纸相同的领域中用作工业材料。该多孔薄膜厚度为10-40μm，在整个薄膜表面均匀形成微孔，大小为0.1μm左右。因此该薄膜可用作滤纸。此外，尽管该薄膜本身具有高电绝缘性，但当它用电解液浸渍时其电阻很低。因此，该多孔薄膜被用作工业材料，如用作多种电池中的隔膜。

石油树脂中包括的热塑性树脂或者诸如醋酸纤维素的纤维素衍生物，是制作多孔薄膜的原料。从热塑性树脂制造多孔薄膜的步骤是：将热塑性树脂加热熔化成薄膜形状，并将事先吸收或混合的无机物质溶解到此酸中。从纤维素衍生物制造多孔薄膜的步骤是：将纤维素衍生物溶解到诸如醋酸或丙酮的溶剂中，然后再拉制由此生成的薄膜。

另外，象锂电池或锂离子二次电池等非水电池都是小型的、轻量的、具有高能量密度(按重量计)的电池。因此近年来，非水电池被广泛用作便携式电子设备的能源，如手持电话、笔记本电脑和自给摄像机。非水电池的产量每年都有显著的增加。非水电池使用的电解液为非水溶剂，例如质子惰性的有机溶剂，如碳酸亚丙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯或二乙氧基乙烷。将诸如LiBF₄、LiPF₆或CH₃SO₃Li等的物质作为电解质溶解到上述溶剂中。含锂氧化物如LiCoO₂或LiNiO₂用作正活性物质，而一种碳物质如石墨用作负活性物质。

决定非水电池性能的要素包括：为减少短路故障比例，预防因正负活性物质相接触而导致的内部短路；为电动反应保留所需足够量的电解质；确保电池反应所需载流子的优异传输性，即减少电阻，特别是等效串联电阻(以下简称ESR)，以在不妨碍离子传递的情况下减少电池内部电阻。短路故障与ESR的比例大小在很大程度上有赖于隔膜。

短路故障有两种比例：在电池装配时发生的短路故障比例和在市场上使用电池时所发生的短路故障比例。在这两种情况中，短路发生在隔膜薄弱的部分。例如，若隔膜中形成了一针孔，则在针孔中发生短路。为了减少短路故障的比例，要求隔膜尽可能的均匀，且具有较高的密度，并且没有类似针孔的孔。也就是说，要求隔膜具有高气密度。

与改善短路故障的比例相反，为了减少ESR，需要有一个多孔隔膜，即具有低气密度的隔膜，以确保小孔能通过离子。这是出于非水电池中离子传导的需要，非水电池中的带电离子的传递引起电荷移动。如上所述，对隔膜有两个互为矛盾的要求，即：为了减少短路故障的比例，需要具有高致密度或高气密度的隔膜，而为了改善电池的ESR，需要具有低气密度的多孔隔膜。

由聚烯烃生成的多孔薄膜或无纺织物可用作具有高气密度、有孔且待用于非水电池中的隔膜。更具体地说，多孔聚丙烯或聚乙烯薄膜可在市场上获得。由聚烯烃生成的无纺织物主要用在币式电池中，而由聚烯烃生成的多孔薄膜主要用在圆柱形电池中。