专利名称：电池隔离膜及其制造方法、及使用此电池隔离膜的二次电池的制作方法
技术领域：
本发明是涉及电池隔离膜，且特别是涉及一种场效调变的电池隔离膜及其制造方法。
背景技术：
随着电子产业的进步，电池也被广泛应用于各个层面，包括如移动电话、数码相机、笔记本型计算机、甚或是电动车等。因此，电池的需求持续不断的成长。然而，在追求电池效能提升的同时，其安全性也日益受到重视。一般电池主要包括正负极、电解液、隔离膜等部分。通过电极产生的离子，在电解液中流通产生电流，使化学能转换为电能。锂离子电池因具有高能量密度等优点，已成为电动车主要能量来源之一。然而，随着动力电池能量密度提高，电池输出功率与尺寸随之增大，使得电池运作时会产生大量的热。若无法有效率的将热能排除，将造成电池温度上升， 而导致电解液起火爆炸，此为电池安全性的重要疑虑。因此，电池隔离膜在锂离子电池中扮演相当重要的角色。电池隔离膜介于正负极间，以避免两电极产生物理性的接触，而提升其安全性。目前亟需一种具有高孔隙度、热阻断性佳、且有场效调变机能的电池隔离膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高孔隙度、热阻断性佳、且有场效调变机能的电池隔离膜。本发明一实施方式提供一种电池隔离膜，包括一具孔隙的超支化聚合物 (hyper-branched polymer)，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者；以及一多孔结构材料。本发明另一实施方式提供一种电池隔离膜的制造方法，包括提供一多孔结构膜； 以及将一超支化聚合物涂布在该多孔结构膜上，以形成一电池隔离膜，该电池隔离膜包括具孔隙的该超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者。本发明又一实施方式提供一种电池隔离膜的制造方法，包括将一多孔结构材料与一超支化聚合物混合，以形成一混合物；以及该混合物进行一干式或湿式制程，以形成一电池隔离膜，该电池隔离膜包括具孔隙的该超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一
者ο本发明又一实施方式提供一种二次电池，包括一正极与一负极；一电解液，设置于该正极及该负极之间；以及一如上述的电池隔离膜，设置于该正极及该负极之间，以隔离该正极及该负极。
本发明的优点在于本发明的电池隔离膜使用一具孔隙的超支化聚合物，因此由于超支化聚合物具有场效作动的性质，亦即，电流、电压、温度、或光，来控制其自由体积的改变。在温度升高后，例如达到200°c以上，可以形成阻绝而完全闭孔的效果，使得电池内离子传输受到阻隔而减缓或停止，故可避免电池的温度继续上升，且该超支化聚合物本身具有绝佳的绝缘性、耐热性与化学稳定性，亦有良好的电解液保液能力，对电池的电性能和安全性均有提升的效果。为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下
图1为在本发明一实施方式制造电池隔离膜的流程示意图；图2为在本发明另一实施方式制造电池隔离膜的流程示意图；图3为根据本发明一实施方式所形成的二次电池的截面示意图；图4为根据本发明一实施方式的超支化聚合物在不同温度下的自由体积曲线图；图5为根据本发明一实施方式进行浸泡沉积披覆方式的示意图；图6为根据本发明一实施方式进行原位合成披覆方式的示意图；图7A-7B为根据本发明一比较例所形成隔离膜在压合前后的SEM图；图8A-8B为根据本发明一实施例所形成隔离膜在压合前后的SEM图；图9A-9E为根据本发明一实施方式所形成聚合物的TGA图；其中，主要组件符号说明102、104、106、202、204、206 步骤； 302 正极极板；304 负极极板；306 隔离膜；502、602 隔离膜放送滚动条；504 超支化聚合物溶液；506、606 红外光加热片；508、608 烘干箱；510,610 隔离膜回收滚动条；512、612 滚轮；604 超支化聚合物单体组。
具体实施例方式以下将配合所附附图详述本发明的实施方式，其中同样或类似的组件将尽可能以相同的组件符号表示。在图式中可能夸大实施例的形状与厚度以便清楚表面本发明的特征。在下文中将特别描述本发明装置的组件或与之直接相关的组件。应特别注意的是，未特别显示或描述的组件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。此外，当某一层是被描述为在另一层(或基材)”上”时，其可代表该层与另一层(或基材)直接接触，或两者之间另有其它层存在。本发明一实施方式提供一种场效致变的具孔隙的超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者，故可应用于电池隔离膜的制造。所形成电池隔离膜的孔隙大小可介于约 0. 2nm至500nm，最佳孔隙范围在0. 3nm至300歷；孔隙度可约10%至80%，最佳孔隙度为 30%至60%。当其转变为闭孔结构时，其孔隙缩小约35%至70%，孔隙大小约0. 15nm至200nm，且薄膜上约50%至100%的孔隙皆呈闭孔结构，故可阻挡电池中的离子传输。超支化聚合物的定义为一具有支化度(degree of branching, DB)大于0. 5的聚合物，而支化度可由以下的公式计算所得DB = ( Σ D+ Σ Τ)/( Σ D+ Σ L+ Σ T)。其中，DB 支化度、D 树状单元(dendritic unit，至少具有三个延伸连结键(linkage bonds)，单元内不含任何反应性基团)、L 线性单元(linear unit，单元两个末端为可延伸的连结键)、T 终端单元(terminal unit，单元含有一个末端连结键和至少一个具反应性基团)。上述超支化聚合物可由一含氮高分子与一具二酮基(diones)化合物反应而成，其中该含氮高分子包括胺(amine)、酰胺(amide)、酰亚胺(imide)、马来酰亚胺 (maleimides)、亚胺(imine)、或前述的组合，该具二酮基(dikitones)化合物包括巴比土酸。应注意的是，此处所称的”含氮高分子”，除了包括数量平均分子量1500以上的含氮化合物外，亦包括数量平均分子量200至1500的含氮寡聚物。(Al)上述胺系(amines)的化学结构为
权利要求
1.一种电池隔离膜，包括一具孔隙的超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者；以及一多孔结构材料。
2.如权利要求1所述的电池隔离膜，该多孔结构材料与该具孔隙的超支化聚合物形成一单一膜层。
3.如权利要求1所述的电池隔离膜，该具孔隙的超支化聚合物为形成在该多孔结构材料上的一涂层。
4.如权利要求2所述的电池隔离膜，其中该多孔结构材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚二氟乙烯、聚苯胺、聚酰亚胺、无纺布、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、或前述的组合。
5.如权利要求1所述的电池隔离膜，其中该超支化聚合物为一含氮高分子与一具二酮基化合物反应而成，其中该含氮高分子为胺、酰胺、酰亚胺、马来酰亚胺、亚胺、或前述的组合，该具二酮基化合物为巴比土酸。
6.如权利要求1所述的电池隔离膜，还包括一粘结剂。
7.如权利要求6所述的电池隔离膜，其中该粘结剂为聚二氟乙烯、苯乙烯丁二烯橡胶、 聚酰胺、三聚氰胺树脂、或前述的组合。
8.如权利要求1所述的电池隔离膜，其中该电池隔离膜的孔隙大小介于0.2nm至 500nm;孔隙度为10%至80%。
9.如权利要求1所述的电池隔离膜，该具孔隙的超支化聚合物在温度大于70°C时开始缩孔。
10.一种电池隔离膜的制造方法，包括提供一多孔结构膜；以及将一超支化聚合物涂布在该多孔结构膜上，以形成一电池隔离膜，该电池隔离膜包括具孔隙的该超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者。
11.如权利要求10所述的电池隔离膜的制造方法，该多孔结构膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜、聚酰胺膜、聚氯乙烯膜、聚二氟乙烯膜、聚苯胺膜、聚酰亚胺膜、无纺布、 聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、或前述的组合。
12.如权利要求10所述的电池隔离膜的制造方法，其中该超支化聚合物为一含氮高分子与一具二酮基化合物反应而成，其中该含氮高分子为胺、酰胺、酰亚胺、马来酰亚胺、亚胺、或前述的组合，该具二酮基化合物为巴比土酸。
13.如权利要求10所述的电池隔离膜的制造方法，其中在涂布该超支化聚合物之前， 还包括对该多孔结构膜进行一湿式表面碱化改性处理或一干式表面等离子体改性处理。
14.如权利要求10所述的电池隔离膜的制造方法，其中在涂布该超支化聚合物之前， 还包括对该超支化聚合物进行一湿式表面碱化改性处理或一干式表面等离子体改性处理。
15.如权利要求10所述的电池隔离膜的制造方法，还包括在涂布该超支化聚合物之前，将该超支化聚合物与一粘结剂混合。
16.一种电池隔离膜的制造方法，包括将一多孔结构材料与一超支化聚合物混合，以形成一混合物；以及该混合物进行一干式或湿式制程，以形成一电池隔离膜，该电池隔离膜包括具孔隙的该超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150°C、 电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者。
17.如权利要求16所述的电池隔离膜的制造方法，该多孔结构材料为聚乙烯、聚丙烯、 聚四氟乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚二氟乙烯、聚苯胺、聚酰亚胺、无纺布、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、或前述的组合。
18.如权利要求16所述的电池隔离膜的制造方法，其中该超支化聚合物为一含氮高分子与一具二酮基化合物反应而成，其中该含氮高分子为胺、酰胺、酰亚胺、马来酰亚胺、亚胺、或前述的组合，该具二酮基化合物为巴比土酸。
19.如权利要求16所述的电池隔离膜的制造方法，其中在混合之前，还包括对该多孔结构材料进行一湿式表面碱化改性处理或一干式表面等离子体改性处理。
20.如权利要求16所述的电池隔离膜的制造方法，其中在混合之前，还包括对该超支化聚合物进行一湿式表面碱化改性处理或一干式表面等离子体改性处理。
21.如权利要求16所述的电池隔离膜的制造方法，还包括将该超支化聚合物、该多孔结构材料及一粘结剂混合。
22.—种二次电池，包括一正极与一负极；一电解液，设置于该正极及该负极之间；以及一如权利要求1所述的电池隔离膜，设置于该正极及该负极之间，以隔离该正极及该负极。
全文摘要
本发明提供一种电池隔离膜，包括一具孔隙的超支化聚合物，其在一场效条件下产生闭孔机制，其中，该场效条件包括温度大于150℃、电压达20伏特、电流达6安培或前述的至少一者；以及一多孔结构材料。本发明另提供上述电池膜的制造方法，以及包括上述电池隔离膜的二次电池。
文档编号H01M2/16GK102544413SQ20101062404
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月22日
发明者彭裕民, 杨长荣, 潘金平, 王宗雄 申请人:财团法人工业技术研究院