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多层膜、隔板、电池及方法

文献发布时间:2023-06-19 11:32:36


多层膜、隔板、电池及方法

优先权参考

本申请要求2018年9月17日提交的美国临时专利申请No.62/732,089的权益和优先权,该专利申请的全部内容通过引用合并于此。

领域

根据至少选定的实施方式,本申请、公开或发明涉及新的或改进的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、多层膜、多层隔板膜、多层隔板、多层电池隔板、多层二次锂电池隔板、多层电池隔板、电池、电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池,和/或用于制造和/或使用这样的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、电池、电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池的方法,和/或包括上述的装置、车辆或制品,和/或用于测试、定量、表征和/或分析这样的膜、隔板膜、隔板、电池隔板等的方法。根据至少特定的实施方式,本公开或发明涉及膜层、膜或隔板膜、包括这种膜的电池隔板和/或相关方法。根据至少特定的选定实施方式,本公开或发明涉及多孔聚合物膜或隔板膜、包括这种膜的电池隔板和/或相关方法。根据至少特别的实施方式,本公开或发明涉及微孔聚烯烃膜或隔板膜、微米层膜、包括一个或多个微米层或纳米层膜的多层膜、包括这种膜的电池隔板和/或相关方法。根据至少特定的特别实施方式,本公开或发明涉及微孔拉伸聚合物膜或隔板膜(其具有一个或多个外层和/或内层)、微米层膜、具有外层和内层的多层微孔膜或隔板膜,其中的一些层或亚层是通过共挤出形成的,然后被层合在一起形成膜或隔板膜。在一些实施方式中,特定的层、微米层或纳米层可包含均聚物、共聚物、嵌段共聚物、弹性体和/或聚合物共混物。在选定的实施方式中,至少特定的层、微米层或纳米层可包含不同的或不一样的聚合物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、弹性体和/或聚合物共混物。本公开或发明还涉及用于制造这种膜、隔板膜或隔板的方法和/或使用这种膜、隔板膜或隔板的方法,例如用作锂电池隔板。根据至少选定的实施方式,本申请或发明致力于多层和/或微米层多孔或微孔膜、隔板膜、隔板、复合体、电化学装置和/或电池,和/或制造和/或使用这样的膜、隔板、复合体、装置和/或电池的方法。根据至少特别的选定实施方式,本申请或发明致力于其为多层的隔板膜,其中多层结构中的一个或多个层是用多个挤出机在多层或微米层共挤出模头中生产的。膜、隔板膜或隔板可以表现出改善的关闭、改善的强度、改善的介电击穿强度和/或降低的开裂倾向。

背景

多种电池,比如锂离子电池,含有单层或多层(两个以上的层)膜隔板,以分隔电极、保留电解液、增强电荷转移以及发挥其他作用。一种常规的隔板膜设计是北卡罗来纳州夏洛特市的赛尔格有限责任公司(Celgard,LLC)的三层聚烯烃基隔板。尽管这些常规的三层设计在多种锂电池和其他电池中(特别是在二次锂离子电池中)是有效的,但是其在特定的较新的电池设计中可能无法那样有效地发挥作用,因为在特定的电池技术中,其可能无法充分优化强度和/或性能特性的平衡,以用在特定的一次和/或二次电池(比如锂离子可再充电电池)的较新应用中。随着客户对更薄、更坚固的电池隔板的需求,对电池隔板的要求越来越高,这一点尤其如此。例如,当以较薄的规格制造时,通过共挤出三个层而形成的微孔三层膜在某些情况下可能具有降低的强度。通过将单个层层合而形成的隔板在某些情况下也可能无法满足不断增长的在特定的新应用中对新的更薄且更强的隔板的需求。

因此,需要一种新的和改进的多层微孔膜、基膜或电池隔板,其相较现有的或典型的膜、基膜或电池隔板具有各种改进。

概述

根据至少选定的实施方式,本申请、公开或发明可以解决现有的需求、问题或困难,并且可以提供新的或改进的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、多层(或多个层)膜、多层隔板膜、多层隔板、多层电池隔板、多层二次锂电池隔板、多层电池隔板、电池、电容器、超级电容器、双层超级电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池,和/或制造和/或使用这样的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、电池、电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池的方法,和/或包括上述的装置、车辆或产品,和/或测试、量化、表征和/或分析这样的膜、隔板膜、隔板、电池隔板和之类的的方法。根据至少特定的实施方式,本公开或发明涉及膜层、膜或隔板膜、包括这种膜的电池隔板和/或相关方法。根据至少特定的选定实施方式,本公开或发明涉及多孔聚合物膜或隔板膜、包括这种膜的电池隔板和/或相关方法。根据至少特别的实施方式,本公开或发明涉及微孔聚烯烃膜或隔板膜、微米层膜、包括一个或多个微米层或纳米层膜的多层膜、包括这种膜的电池隔板和/或相关方法。根据至少特定的特别实施方式,本公开或发明涉及微孔拉伸聚合物膜或隔板膜(其具有一个或多个外层和/或内层)、微米层膜、多层微孔膜或隔板膜(其具有外层和内层),其中的一些层或亚层是通过共挤出并随后层合在一起形成膜或隔板膜而制成的。在一些实施方式中,特定的层、微米层或纳米层可包含均聚物、共聚物、嵌段共聚物、弹性体和/或聚合物共混物。在选定的实施方式中,至少特定的层、微米层或纳米层可包含不同的或不一样的聚合物、均聚物、共聚物、嵌段共聚物、弹性体和/或聚合物共混物。本公开或发明还涉及制造这种膜、隔板膜或隔板的方法和/或使用这种膜、隔板膜或隔板的方法,例如用作锂电池隔板。根据至少选定的实施方式,本申请或发明致力于多层和/或微米层多孔或微孔膜、隔板膜、隔板、复合体、电化学装置和/或电池,和/或制造和/或使用这样的膜、隔板、复合体、装置和/或电池的方法。根据至少特别的选定实施方式,本申请或发明致力于其为多层的隔板膜,其中多层结构中的一个或多个层是用多个挤出机在多层或微米层共挤出模头中生产的。膜、隔板膜或隔板可展示出改善的关闭、改善的强度、改善的介电击穿强度和/或降低的开裂倾向。

一方面,本文所描述的膜是多层膜。在一些情况下,该多层膜包含两个外层(每个外层包含聚烯烃)和两个或更多个内层(每个内层包含聚烯烃);其中,每个外层与一个内层层合,并且两个或更多个内层中的每个被层与其他内层中的至少一个层合。每个外层的聚烯烃组合物可以包括聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物或它们的任意组合。在一些实施方式中,外层的聚烯烃组合物包括聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物或它们的任意组合。在一些实施方式中,每个内层的聚烯烃组合物可以包括聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物或者它们的任意组合。

在一些情况下,两个或更多个内层包括多个内层,比如两个、三个、四个、五个、六个或更多个内层。在一些情形下,多个内层包括两个、三个或更多个层。在一种特别的实施方式中,多个内层包括三个层。在另一种实施方式中,有四个内层,或五个内层,或六个内层,或七个内层,或八个内层,或九个内层,或十个内层。在优选的实施方式中,有两个或更多个或者三个或更多个内层,使得当将内层和外层层合在一起而形成微孔膜时,形成三个或更多个或者四个或更多个层合界面。

在例如WO2017/083633中,已经公开了一些新的和改进的多层微孔膜,但是随着工业上的要求越来越高,甚至可能需要比这些更好的产品。WO2017/083633的公开内容通过引用全文并入本文。

在一些情况下,微孔膜可以是五层膜,其包括第一外层、第一内层、第二内(或中间层)、第三内层和第二外层。第一外层可以层合至第一内层,第一内层可以层合至第二内(或中间)层,第二内(或中间)层可以层合至第三内层,第三内层可以层合至第二外层,从而在五层之间形成四个层合界面。第一和第二外层以及第二内(或中间)层的组合物可以包括聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物或它们的任意组合。第一和第二内层的组合物可以包括聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物或者它们的任意组合。在一些实施方式中,这些层可以包括聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物或者它们的任意组合。

在一些实施方式中,本文所描述的多层膜包括五层膜,其包括PP/PE/PP/PE/PP结构,其中PP是聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物或者它们的任意组合,PE是聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物或者它们的任意组合。在一些情况下,这些五层中的每一个层被层合至其各自的相邻层。

在一些优选实施方式中,多层膜中的每个层可以包含两个、三个、四个、五个或六个或七个或八个或九个或更多个亚层。在一些优选的情形中,每个层包含两个、三个或更多个亚层,并且在一些优选的情形中,每个层包含三个亚层。在一些优选的实施方式中,可以将层的每个亚层一起共挤出。每个亚层可具有6μm或更小、5μm或更小、4μm或更小、3μm或更小或者2μm或更小或者1μm或更小的最大平均厚度。

在一些情况下,多层膜中的每一层可以在拉伸之前具有最大平均厚度。例如,在一些情况下,在拉伸前,多层膜的每一层可以具有1.2mil或更小、1.1mil或更小、1mil或更小、或者0.9mil或更小、0.8mil或更小、0.75mil或更小、0.5mil或更小、0.4mil或更小、0.3mil或更小或者0.2mil或更小的最大平均厚度。基于多层膜中的层数,膜的最大平均厚度在1至50微米的范围内。多层膜中的每个层可以具有膜的总平均厚度33%或更少、32%或更少、31%或更少、30%或更少、29%或更少、28%或更少、27%或更少、26%或更少、25%或更少、24%或更少、23%或更少、22%或更少、21%或更少、20%或更少、19%或更少、18%或更少、或者17%或更少的最大平均厚度。

层合的多层膜可以在某些情况下被单轴拉伸或双轴拉伸。在一些实施方式中,多层膜可以被在加工方向(MD)拉伸、被横向(TD)拉伸,或者被MD和TD两者拉伸。当多层膜被MD和TD两者拉伸时,拉伸可以顺序地或同时进行。此外,在一些情况下,多层膜可在拉伸后被压延,比如在TD拉伸后被压延。

在一些实施方式中,多层膜可以包含添加剂,比如官能化的聚合物、离聚物、纤维素纳米纤维、无机颗粒、润滑剂、成核剂、空化促进剂、含氟聚合物、交联剂、X射线可检测材料、聚合物加工剂、高温熔融指数(HTMI)聚合物、电解液添加剂、耗能非混溶添加剂或者它们的任意组合。添加剂可以是第一外层、第二外层或者两个层上的涂层的一部分。在一些实施方式中,可以将添加剂掺入一个或多个外层中。当外层包含两个或更多个亚层时,可以将添加剂掺入任何一个、一些或所有亚层中。

在一些实施方式中,多层膜是微孔多层膜。在一些情况下,第一和第二外层以及第二内(或中间)层可以具有在0.01至1.0微米范围内的平均聚丙烯孔径,并且在一些情况下,为0.02至0.06μm。在一些情况下,第一和第三内层可以具有在0.01至1.0微米范围内的平均聚乙烯孔径,并且在一些情况下,为0.03至0.1μm。孔径可以使用例如Aquapore或水或汞侵入方法来测量。

与相似的三层膜相比,多层膜可以显示出改进的物理性能。例如,在一些实施方式中,与例如具有和膜相同厚度、透气度(Gurley)、孔隙率和/或层组成的PP/PE/PP三层微孔膜或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)多层“三层”微孔膜相比,多层膜在150℃下或高于150℃下可以具有提高的或改善的弹性。在一些实施方式中,与例如具有和膜相同厚度、透气度、孔隙率和/或层组成的PP/PE/PP三层微孔膜或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)多层“三层”微孔膜相比,多层膜抗可以具有提高的或改善的抗穿刺性。与例如具有和膜相同厚度、透气度、孔隙率和/或层组成的PP/PE/PP三层微孔膜或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)多层“三层”微孔膜相比,膜具有提高的或改善的加工方向断裂拉伸。在一些情况下,与例如具有和膜相同厚度、透气度、孔隙率和/或层组成的PP/PE/PP三层微孔膜或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)多层“三层”微孔膜相比,多层膜具有提高的或改善的TD伸长率。

在一些用于锂离子电池的情形中,改进之处包括本文所描述的多层膜。在装置中,在一些情况下的改进点包括本文所描述的多层膜。在纺织品中,在一些情形下的改进点包括本文所描述的多层膜。

在另一种实施方式中,本文描述了制备多层微孔膜的方法。该方法包括:挤出包含多个亚层的无孔聚丙烯前体;挤出包含多个亚层的无孔聚乙烯前体;将挤出的聚丙烯前体层与挤出的聚乙烯前体层层合,形成具有聚乙烯和/或聚丙烯层的第一中间前体,并且在一些实施方式中,使聚乙烯和聚丙烯层交替出现;同时地或者单独地/顺序地,将包含挤出的聚丙烯或聚乙烯前体(在优选的实施方式中,为聚丙烯前体)的第一外层层合至中间前体的第一表面,和将包含挤出的聚丙烯前体或聚乙烯前体(不过在优选的实施方式中,为聚丙烯前体)的第二外层层合至第一中间前体的与第一表面相对的第二表面,形成第二中间前体;使第二中间前体退火,形成退火的多层膜;拉伸退火的多层膜,形成微孔多层膜,其中拉伸是单轴拉伸或双轴拉伸;以及任选地压延微孔多层膜。在一些优选的实施方式中,进行压延。

在一些实施方式中,挤出的聚丙烯前体为主要包含聚丙烯的结构,挤出的聚乙烯前体为主要包含聚乙烯的结构。例如,聚丙烯前体可具有结构“PP”或(PP/PP)或(PP/PE)或(PP/PE/PP)或(PP/PE/PP/PP)或(PP/PP/PE/PP/PP)或(PP/PE/PE/PP),只要其主要包含聚丙烯即可。聚乙烯前体可具有结构PE(PE/PE)、(PP/PE)、(PE/PP/PE)、(PE/PP/PP/PE)、(PE/PE/PP/PP)等,只要其主要包含聚乙烯即可。例如,聚丙烯或聚乙烯前体可以具有结构(PP/PE),但是对于聚丙烯前体,PP亚层可以比PE亚层厚,而对于聚乙烯前体,PE亚层可以比PP亚层厚。前体的各个层的厚度可以变化。例如,在一些实施方式中,外层可以比内层薄,内层可以比外层薄,层的厚度可以在厚和薄之间交替,或者所有的层可以具有不同的厚度。

在一些实施方式中,第一中间前体包括具有PE/PP/PE结构的三层多层膜。在一些情况下,第二中间前体包括具有PP/PE/PP/PE/PP结构的五层膜。在每种情况下,三层多层结构的每一层优选具有两个或更多个亚层。例如,PP是(PP/PP/PP)、(PP/PE/PP)、(PP/PP)或(PP/PE)(其中“PP”较厚),或者包括三个亚层的层。

单轴拉伸可以是在加工方向或横向,而双轴拉伸可以是在加工方向和横向。在双轴拉伸的情况下,加工方向和横向拉伸可以顺序进行或同时进行。在优选的实施方式中,至少进行MD拉伸以形成孔。

在一些情况下,挤出的前体可包含多个亚层。例如,在一些情况下,挤出的聚丙烯前体可包含两个、三个、四个或更多个亚层,而挤出的聚乙烯前体可包含两个、三个、四个或更多个亚层。在一些实施例中,第二中间前体可包含具有PP/PE/PP/PE/PP结构的五层膜,其中每个层包含三个亚层。此结构由下列表示:(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)或(PP/PE/PP)/(PE/PP/PE)/(PP/PE/PP)/(PE/PP/PE)/(PP/PE/PP),或者例如(PP/PP/PE)/(PE/PP/PE)/(PE/PP/PE)/(PE/PP/PE)/(PE/PP/PP)。在第二结构或第三结构中,PP或PE可为(PP/PE/PP)、(PE/PP/PE)、(PP/PE/PE)或(PE/PE/PP)中的主要聚合物。

在一些实施方式中,挤出的聚丙烯前体和聚乙烯前体是无孔的。在一些情况下,可以在单轴拉伸或双轴拉伸步骤中形成微孔。在优选的实施方式中,可以至少在单轴或双轴工艺的MD拉伸步骤中形成孔或微孔。在一些情况下,该方法可以进一步包括涂覆一个或多个第一外层和第二外层的步骤。

在另一方面,本文描述了一种用于制造五层微孔膜的方法,该方法包括:挤出多个聚丙烯膜和聚乙烯膜;将聚乙烯膜中的一个层合至聚丙烯膜的第一面,并将聚乙烯膜中的另一个层合至聚丙烯膜的相对的第二面上,以形成倒置结构的三层多层膜,其具有PE/PP/PE或(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)结构,将聚丙烯层中的一个层层合至倒置结构的三层多层膜中的一个聚乙烯膜上,将聚丙烯层中的另一个层层合至倒置结构的三层多层膜中的剩下的聚乙烯膜上,以形成具有PP/PE/PP/PE/PP或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)结构的膜;使五层多层膜退火;拉伸退火的多层膜,形成微孔多层膜,其中拉伸是单轴或双轴的;以及任选地压延微孔多层膜。在一些优选的实施方式中,拉伸是双轴的。在一些优选的实施方式中,

在一种实施方式中,通过本文所描述的方法制成的微孔膜包括电池隔板。在一些情况下,通过本文所描述的方法制成的微孔膜包括锂离子电池隔板。在一些情况下,通过本文所描述的方法制成的微孔膜包括装置。在一些情况下,通过本文所描述的方法制成的微孔膜包含纺织品。

对附图的简要说明

图1是根据本文所描述的一些实施方式的第二五层膜的SEM。

图2是根据本文所描述的一些实施方式的第二五层膜的SEM。

图3a、3b和3c是根据本文所描述的一些实施方式的三层和五层膜的示意图。

图4是根据本文所描述的一些实施方式的三层的示意图。

图5是根据本文所描述的一些实施方式的三层的示意图。

图6是根据本文所描述的一些实施方式的五层的示意图。

图7包括在各种处理步骤之后本文所描述的第一五层的SEM图像。

图8是显示本文所描述的示例性的膜的刺穿强度作为ln(BW*厚度)的函数的图。

发明详述

通过参考下面的发明详述和实施例,可以更容易地理解本文所描述的实施方式。然而,本文所描述的元件、装置和方法不限于在发明详述和实施例中呈现的具体的实施方式。应该认识到,这些实施方式仅是本公开原理的说明。在不背离本公开的精神和范围的情况下,对于本领域的技术人员而言,多种修改和变体将是显而易见的。

另外,本文所公开的所有范围应被理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如,应将所阐述的范围“1.0至10.0”视为包括任何和所有子范围,这些子范围从1.0或更大的最小值开始,而以10.0或更小的最大值结束,比如,1.0至5.3或4.7至10.0或3.6至7.9。

除非另有明确说明,否则本文所公开的所有范围也应被认为包括该范围的端点。例如,通常应将范围“在5和10之间”“5至10”或“5-10”视为包括端点5和10。

进一步地,当短语“直至”与量或数量连接使用时,应当理解,该数量是至少可检测的量或数量。例如,一材料以“直至”一具体的数量的量存在可以是从一可检测的量和直至并包括该具体的数量存在。

I.多层膜(或膜隔板)

一方面,公开了一种改进的多层膜、膜或隔板。在一些实施方式中,公开了多层微孔膜、膜或隔板。尽管为了简单起见在整个说明书中将使用术语“膜”,但是应当理解,该术语也指“膜”或“隔板”。

在一些实施方式中,多层膜包括两个外层和多个内层。多个内层可包含2个或更多个、3个或更多个、4个或更多个、5个或更多个、6个或更多个、7个或更多个、8个或更多个、9个或更多个、11个或更多个、12个或更多个、13个或更多个、14个或更多个、15个或更多个、15个或更多个、16个或更多个、17个或更多个、18个或更多个、19个或更多个、20个或更多个、21个或更多个、22个或更多个、23个或更多个、24个或更多个、25个或更多个、26个或更多个、27个或更多个、28个或更多个、29个或更多个、30个或更多个、40个或更多个、50个或更多个、60个或更多个、70个或更多个、80个或更多个、90个或更多个或者100个或更多个层。术语“层”包括在被拉伸之前具有0.01至2.0、2.5或3.0mil的最大平均厚度的层。在一些实施方式中,最大平均厚度在拉伸之前为0.1至1.5、2.0、2.5或3.0mil,或者在拉伸之前为0.2至1.5、2.0、2.5或3.0mil,或者在拉伸之前为0.2至1.2、1.5、2.0、2.5或3.0mil。在一些优选的实施方式中,层的最大平均厚度在拉伸之前为0.1至0.5、1.0、1.5、2.0、2.5或3.0mil。

每个层可以是单挤出的,其中层是自身被挤出,而不与任何亚层一起被挤出。或者,每个层可以包含多个共挤出的亚层。在优选的实施方式中,每个层包含多个或2个或更多个共挤出的亚层。例如,共挤出的双层(具有两个亚层)、三层(具有三个亚层)或者多层(具有两个或更多个或者三个或更多个或者四个或更多个亚层)膜的每一个总起来被认为是一个“层”。共挤出的双层中的亚层数目为二,共挤出的三层中的层数为三,共挤出的多层膜中的层数为二或更多、三或更多、四或更多、五或更多,等等。共挤出的层中的亚层的确切数目由模具设计决定,而不一定由形成共挤出层的被共挤出的材料决定。例如,可以在双亚层、三亚层或者四亚层或更多亚层的各个层中使用相同的材料来形成共挤出的双亚层、三亚层或多亚层膜,并且,即使每个亚层是由相同的材料制成的,这些亚层将仍然被认为是是单独的亚层。包含共挤出的双亚层、三亚层或多亚层膜的各层在拉伸前可具有3.0mil或更小、2.5mil或更小、2.0mil或更小、1.5mil或更小、1.2mil或更小、1.1mil或更小、1mil或更小或者0.9mil或更小、0.8mil或更小、0.75mil或更小、0.5mil或更小、0.4mil或更小、0.3mil或更小或者0.2mil或更小的拉伸前厚度。。

在一些实施方式中,多层微孔膜或本文所公开的多层微孔膜包含两个、三个、四个或者五个或更多个共挤出层。共挤出层是通过共挤出工艺形成的层。在一些情况下,可以通过同样的或独立的共挤出工艺形成层。可以通过同样的共挤出工艺形成连续的层,或者,可以通过一个工艺将两个或更多个层共挤出,可以通过独立的工艺将两个或更多个层共挤出,并且可以将通过该一个工艺形成的两个或更多个层与通过该独立的工艺形成的两个或更多个层层合在一起,从而组合起来有四个或更多个连续的共挤出层。在一些实施方式中,通过同样的共挤出工艺形成共挤出层。例如,可以通过同样的共挤出工艺形成两个或更多个、或者三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个、七个或更多个、八个或更多个、九个或更多个、十个或更多个、十五个或更多个、二十个或更多个、二十五个或更多个、三十个或更多个、三十五个或更多个、四十个或更多个、四十五个或更多个、五十个或更多个、五十五个或更多个或者六十个或更多个共挤出层。挤出工艺也可通过挤出两个或多个聚合物的混合物进行,聚合物可以是相同的或不同的,有或没有溶剂均可。在一些情况下,共挤出工艺是干法工艺,比如

在一些实施方式中,本文所描述的多层微孔膜是这样制成的:形成共挤出双层(两个共挤出层)、三层(三个共挤出层)或多层(两个、三个或者四个或更多个共挤出层)膜,然后将双层、三层或多层膜层合至至少一个或至少两个其他的膜。其他的膜可以是非织造的或织造的膜、单挤出膜或共挤出膜。在一些优选的实施方式中,其他膜是共挤出膜,包括与共挤出双层、三层或多层膜具有相同共挤出层数的共挤出膜。此外,如本文先前所描述的,各共挤出层可包括两个、三个、四个或更多个亚层。

将双层、三层或多层共挤出膜与至少一种其他单层膜或双层、三层或多层膜层合可以涉及使用加热、加压或加热和加压。

可以在本发明的电池隔板中使用的聚合物或共聚物是那些可挤出的聚合物或共聚物。这样的聚合物通常被称为热塑性聚合物。

在一些实施方式中,多层微孔膜的一个或多个层或者多层微孔膜包含聚合物或共聚物或者聚合物或共聚物的共混物、聚烯烃或聚烯烃共混物。如本领域普通技术人员所理解的,聚烯烃共混物可包括两种或更多种不同种类的聚烯烃(比如聚乙烯和聚丙烯)的混合物、两种或更多种相同种类的聚烯烃的共混物,其中每种聚烯烃具有不同的性质,比如,一种超高分子量聚烯烃和一种低或超低分子量聚烯烃,或者一种聚烯烃与另一种类型的聚合物或共聚物的混合物。还可以向本文所描述的聚合物或聚合物共混物中加入添加剂、试剂、填料和/或之类的。例如,弹性体、润滑剂、抗氧化剂、着色剂、交联剂和/或之类的。

聚烯烃包括但不限于:聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、其共聚物及其共混物。在一些实施方式中,聚烯烃可以是超低分子量、低分子量、中分子量、高分子量或超高分子量聚烯烃,比如中分子量或高分子量聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)。例如,超高分子量聚烯烃可具有450,000(450k)或更高的分子量,例如500k或更高、650k或更高、700k或更高、800k或更高、100万或更高、200万或更高、300万或更高、400万或更高、500万或更高、600万或更高,等等。高分子量聚烯烃可具有250k至450k范围内的分子量,比如250k至400k、250k至350k或者250k至300k。中分子量聚烯烃可具有150k至250k的分子量,比如100k、125k、130k、140k、150k至225k、150k至200k、150k至200k,等等。低分子量聚烯烃可具有100k至150k范围内的分子量,比如100k至125k。超低分子量聚烯烃可具有小于100k的分子量。前述值为重均分子量。在一些实施方式中,较高分子量的聚烯烃可被用于提高如本文所描述的微孔多层膜或包含其的电池的强度或其他性能。在一些实施方式中,较低分子量的聚合物(比如中、低或超低分子量的聚合物)可能是有益的。例如,不希望受任何特别理论的束缚,据信较低分子量的聚烯烃的结晶行为可产生这样的微孔多层膜,其具有因至少一种形成孔的MD拉伸工艺而产生的较小的孔。

除聚烯烃聚合物、共混物或混合物以外的示例性热塑性聚合物、共混物、混合物或共聚物可包括但不限于:聚缩醛(或聚甲醛)、聚酰胺、聚酯、多硫化物、聚乙烯醇、聚乙烯基酯和聚乙烯基化合物,比如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF:HFP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚环氧乙烷(PEO)、聚(乙烯醇)(PVA)、聚丙烯腈(PAN)或之类的。聚酰胺(尼龙)包括但不限于:聚酰胺6、聚酰胺66、尼龙10、10、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、其共聚物和其共混物。聚酯包括但不限于:聚酯对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、其共聚物和其共混物。多硫化物包括但不限于:聚苯硫化物、其共聚物和其共混物。聚乙烯醇包括但不限于:乙烯-乙烯醇、其共聚物和其共混物。聚乙烯基酯包括但不限于:聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯、其共聚物和其共混物。聚乙烯基化合物包括但不限于:氟化聚乙烯基化合物(比如,聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯)、其共聚物和其共混物。可以将各种材料添加到聚合物中。在某些情况下,添加这些材料是为了修饰或增强单个层或整个膜的性能或特性。这样的材料包括但不限于:可以添加降低聚合物熔融温度的材料。例如,当多层膜是电池隔板时,多层隔板包括这样的一个层,其被设计成在预定温度下封闭其孔,以阻挡离子在电池的电极之间流动。此功能通常被称为关闭。

在一些实施方式中,多层膜的每一个层或每一个层的亚层包含下列、由或基本上由下列组成:不同的聚合物或共聚物或聚合物或共聚物共混物。在一些实施方式中,每个层包含下列、由或基本上由下列组成:相同的聚合物或共聚物或聚合物或共聚物共混物。在一些实施方式中,多层微孔膜或多层膜的交替层包含下列、由或基本上由下列组成:相同的聚合物或共聚物或聚合物或共聚物共混物。在其他实施方式中,多层膜或微孔多层膜的一些层和/或亚层包含下列、由或基本上由下列组成:相同的聚合物或聚合物共混物,而一些层则不然。

在一些实施方式中,多层膜的层或亚层包含下列、由或基本上由下列组成:诸如PP或PE或PE+PP的聚烯烃(PO)的共混物、混合物、共聚物或之类的,并且进一步包含其他聚合物(PY)、添加剂、试剂、材料、填料和/或颗粒(M)和/或之类的,其可以被加入或被使用并且可以形成层或微米层,比如PP+PY、PE+PY、PP+M、PE+M、PP+PE+PY、PE+PP+M、PP+PY+M、PE+PY+M、PP+PE+PY+M或它们的共混物、混合物、共聚物和/或之类的。

同样,可以使用相同、相似、不一样的或不同的PP或PE或PE+PP聚合物、均聚物、共聚物、分子量、共混物、混合物、共聚物或之类的。例如,可以在每个层或亚层中使用相同、相似、不一样的或不同分子量的PP、PE和/或PP+PE聚合物、均聚物、共聚物、多聚物、共混物、混合物和/或之类的。这样,构造可以包括下列的各种组合和子组合:PP、PE、PP+PE、PP1、PP2、PP3、PE1、PE2、PE3、PP1+PP2、PE1+PE2、PP1+PP2+PP3、PE1+PE2+PE3、PP1+PP2+PE、PP+PE1+PE2、PP1/PP2、PP1/PP2/PP1、PE1/PE2、PE1/PE2/PP1、PE1/PE2/PE3、PP1+PE/PP2或其他组合或构造。

在一些实施方式中,可以将一种或多种添加剂添加到多层微孔膜或多层膜的最外层中,以改善其性能或包括其的电池隔板或电池的性能。除了添加剂,最外层或最外层的任何亚层(包括最外层亚层)可包含PE、PP或PE+PP。例如,为了提高针移除(即,降低膜的摩擦系数或膜),可以添加诸如硬脂酸锂、硬脂酸钙、PE珠、硅氧烷和聚硅氧烷的添加剂。

另外,可以在多层膜的最外层(比如,第一外层和第二外层或者这些第一和第二外层的最外亚层或任何其他亚层)中使用特别的聚合物、共聚物或聚合物或共聚物共混物,以改善其性能或包括其的电池隔板或电池的性能。例如,在最外层中添加超高分子量聚合物或共聚物可以提高刺穿强度。

在进一步的实施方式中,可以将改善抗氧化性的添加剂添加到多层微孔膜或膜的最外层中。添加剂可以是有机或无机添加剂或者聚合物或非聚合物添加剂。

在一些实施方式中,多层膜或膜的最外层可包含下列、由或基本上由下列组成:聚乙烯、聚丙烯或它们的混合物。

如上所述,多层膜可以包括两个外层(第一外层和第二外层)和多个内层。多个内层可以是单挤出的或共挤出的层。在各个内层之间和/或在各个外层和一个内层之间可以形成层合屏障或界面。当利用加热、压力或者加热和压力将两个表面(比如,不同膜或层的两个表面)层合在一起时,形成层合屏障或界面。在一些实施方式中,膜区域的层具有下列非限制性的构造:PP、PE、PP/PP、PP/PE、PE/PP、PE/PE、PP/PP/PP、PP/PP/PE、PP/PE/PE、PP/PE/PP、PE/PP/PE、PE/PE/PP、PP/PP/PP/PP、PP/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PE、PP/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP、PE/PP/PE/PP、PP/PE/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PE、PP/PP/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PE/PP/PE/PP、PP/PP/PE/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PE/PP/PE/PP/PE/PP、PP/PE/PP/PE/PP/PE、PP/PP/PP/PE/PP/PP/PP、PE/PE/PE/PP/PE/PE/PE、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PP/PP/PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PE、PP/PP/PE/PE/PEPE/PP/PP、PP/PP/PP/PP/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PE/PP/PP/PP/PP、PE/PE/PE/PE/PP/PE/PE/PE/PE、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PE/PE/PE/PE/PE/PP/PP/PP/PP、PP/PP/PP/PP/PP/PE/PE/PE/PE、PP/PP/PP/PP/PP/PE/PE/PE/PE/PE、PE/PE/PE/PE/PE/PE/PP/PP/PP/PP/PP、PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE、PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP/PE/PP、PE/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PE/PP、PP/PP/PE/PE/PP/PP/PE/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PP/PE/PE、PP/PP/PP/PE/PE/PP/PP/PP/PP/PE、PE/PE/PE/PP/PP/PE/PE/PE/PP/PP。本文中,PE表示包含PE、由或基本上由PE组成的多层膜内的单个层(其在优选的实施方式中包括亚层)。类似地,PP表示包含PP、由或基本上由PP组成的多层膜内的单个层(其在优选的实施方式中包括亚层)。

在各个不同层中的PE或PP组合物可以是与其他层中的相同或不同类型的PE或PP组合物。例如,共挤出的前体可具有结构(PP1/PP2/PP3)、(PP3/PP2/PP1)、(PP3/PP3/PP2/PP1/PP1)、(PP3/PP3/PP2/PP2/PP1/PP1)、(PP3/PP3/PP3/PP2/PP2/PP2/PP1/PP1/PP1)等。PP1可以由均聚物PP和添加剂制成,添加剂用以改变表面摩擦系数,包括任何防滑或防阻滞添加剂,如聚硅氧烷或硅氧烷。PP2可以由与PP1相同或不同的PP均聚物和PP共聚物制成。PP共聚物可以是任何丙烯-乙烯或乙烯-丙烯无规共聚物、嵌段共聚物或弹性体。PP3可以由与PP1和PP2相同或不同的均聚物PP制成,并且也可以包含添加剂,用以改变表面摩擦系数,添加剂可以与PP1中使用的相同或不同。换句话说,具有PP/PE/PP/PE/PP的一般结构的多层膜可以包含PP1/PE1/PP2/PE2/PP3,其中每个PP层具有与其他两个PP层不同的聚丙烯组成,两个PE层也是如此。

在另一种实施方式中,共挤出前体可具有结构(PP1/PP2/PP3)、(PP3/PP2/PP1)、(PP3/PP3/PP2/PP1/PP1)、(PP3/PP3/PP2/PP2/PP1/PP1)、(PP3/PP3/PP3/PP2/PP2/PP2/PP1/PP1/PP1)等。PP1可以是任何聚丙烯共混物。PP2可以由任何聚丙烯嵌段共聚物制成,包括本文所描述的那些。PP3可以由与PP2中使用的相同或不同的聚丙烯嵌段共聚物制成。

多层膜中的各单独的层可以包含多个亚层,其可以是这样形成的:将各单独的单挤出亚层共挤出或结合(例如通过层合)以形成多层膜的各单独的层。使用具有PP/PE/PP/PE/PP结构的多层膜,每个单独的PP或PE层可以包含两个或更多个共挤出的亚层。例如,当各单独的PP或PE层包含三个亚层时,每个单独的PP层可以表示为PP=(PP1、PP2、PP3),而每个单独的PE层可以表示为PE=(PE1、PE2、PE3)。因此,PP/PE/PP/PE/PP结构可以表示为(PP1、PP2、PP3)/(PE1、PE2、PE3)/(PP1、PP2、PP3)/(PE1、PE2、PE3)/(PP1、PP2、PP3)或(PP1/PP2/PP3)/(PE1/PE2/PE3)/(PP1/PP2/PP3)/(PE1/PE2/PE3)/(PP1/PP2/PP3)。各PP1、PP2和PP3亚层的组成可以是相同的,或者每个亚层可以具有与另外一个或两个聚丙烯亚层不同的聚丙烯组成。类似地,各PE1、PE2和PE3亚层的组成可以是相同的,或者每个亚层可以具有与另外一个或两个聚乙烯亚层不同的聚乙烯组成。此原则适用于其他多层膜,其具有比上述示例性的五层膜更多或更少层。上述改进的或所发明的五层多层膜具有四个层合界面。相似的六层多层膜将具有5个层合界面,相似的四层多层膜将具有三个层合表面。本文假设,具有3个或更多个(并且在一些优选的实施方式中为4个或更多个)层合界面的多层膜将具有改善的性能。例如,相对于特定的微米层三层(或三个层)多层膜(其只有两个层合界面)或者相对于传统的三层,其将具有改进的性能。

一个层中各亚层的最大平均厚度可以小于50微米、小于40微米、小于30微米、小于25微米、小于20微米、小于19微米、小于18微米、小于17微米、小于16微米、小于15微米、小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。微孔膜的各个层的厚度可以是50微米、小于40微米、小于30微米、小于25微米、小于20微米、小于19微米、小于18微米、小于17微米、小于16微米、小于15微米、小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。微孔膜的厚度可以是50微米、小于40微米、小于30微米、小于25微米、小于20微米、小于19微米、小于18微米、小于17微米、小于16微米、小于15微米、小于14微米、小于13微米、小于12微米、小于11微米、小于10微米、小于9微米、小于8微米、小于7微米、小于6微米、小于5微米、小于4微米、小于3微米、小于2微米或小于1微米。这是多层薄膜或膜在其上施加任何涂层或处理之前的厚度。

当在本文中使用时,微孔是指膜或涂层的平均孔径为2微米或更小、1微米或更小、0.9微米或更小、0.8微米或更小、0.7微米或更小、0.6微米或更小、0.5微米或更小、0.4微米或更小、0.3微米或更小、0.2微米或更小、0.1微米或更小、0.09微米或更小、0.08微米或更小、0.07微米或更小、0.06微米或更小、0.05微米或更小、0.04微米或更小、0.03微米或更小、0.02微米或更小或者0.01微米或更小。在一些实施方式中,可以例如通过对前体膜进行拉伸处理(比如在

在一些实施方式中,其中多层膜中的一个或多个层包含PE、由或基本上由PE组成,PE层的平均孔径为:在0.03至0.1之间,在0.05至0.09、0.05至0.08、0.05至0.07或0.05至0.06之间。

在一些实施方式中,其中多层膜中的一个或多个层包含PP、由或基本上由PP组成,PP层的平均孔径为:在0.02至0.06、0.03至0.05、0.04至0.05或0.03至0.04之间。

在其中多层微孔膜或膜是下列的情况下:包含层(其包含PP、由或基本上由PP组成),并且包含其他层(其包含PE、由或基本上由PE组成),PP层的平均孔径小于PE层的平均孔径。

微孔多层膜可具有不与本公开的目的相矛盾的任何透气度(Gurley),比如可接受用作电池隔板的Gurly。在一些实施方式中,本文所描述的微孔多层膜或膜具有下列JISGurley(s/100cc):150或更多、160或更多、170或更多、180或更多、190或更多、200或更多、210或更多、220或更多、230或更多、240或更多、250或更多、260或更多、270或更多、280或更多、290或更多、300或更多、310或更多、320或更多、330或更多、340或更多或者350或更多。有时Gurley可能小于150s/100cc,而有时Gurley可能高达500s/100cc或更高。只要Gurley使得膜能用作电池隔板,对Gurley没有太多限制。

微孔多层膜的孔隙率可以是与本公开的目的不矛盾的任何孔隙率。例如,可以形成可接受的电池隔板的任何孔隙率都是可接受的。在一些实施方式中,膜或膜的孔隙率可以为10%至60%、20%至60%、30%至60%或者40%至60%。有时膜的孔隙率可以为65%或更大或者70%或更大。只要膜能用作电池隔板,就没有太多限制。

微孔多层膜或膜(未涂覆的)可以具有下列刺穿强度:200gf或更高、210gf或更高、220gf或更高、230gf或更高、240gf或更高、250gf或更高、260gf或更高、270gf或更高、280gf或更高、290gf或更高、300gf或更高、310gf或更高、320gf或更高、330gf或更高、340gf或更高、350gf或更高或者高达400gf或更高。在一些实施方式中,穿刺强度可以低于200gf,尤其是对于较薄的膜而言,而在一些实施方式中,穿刺强度可以高达500gf或更高。

在一些实施方式中,本文所描述的多层微孔膜可以在多层微孔膜的至少一个层中包含一种或多种添加剂。在一些实施方式中,多层微孔膜的至少一个层或亚层包含一种以上(比如两种、三种、四种、五种或更多种)添加剂。添加剂可以存在于多层微孔膜的最外层中的一个或两个层中、一个或多个内层中、所有内层中或者所有内层和两个最外层的层中。在一些实施方式中,添加剂可以存在于一个或多个最外层中和一个或多个最内层中。在这样的实施方式中,随着时间流逝,添加剂可以从一个或多个最外层释放,并且一个或多个最外层的添加剂供应可以通过内层中的添加剂向最外层迁移来补充。在一些实施方式中,多层微孔膜的各层可以包含和相邻的多层微孔膜的层或各层不同的添加剂或添加剂组合。

在一些实施方式中,添加剂为官能化聚合物、包括官能化聚合物、由或基本上由官能化聚合物组成。如本领域普通技术人员所理解的,官能化聚合物是这样的聚合物,其具有从聚合物主链脱离的官能团。示例性的官能团包括:在一些实施方式中,官能化的聚合物是马来酸酐官能化的聚合物。在一些实施方式中,马来酸酐修饰的聚合物是马来酸酐均聚物聚丙烯、共聚物聚丙烯、高密度聚丙烯、低密度聚丙烯、超高密度聚丙烯、超低密度聚丙烯、均聚物聚乙烯、共聚物聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高密度聚乙烯、超低密度聚乙烯。

在一些实施方式中,添加剂包含离聚物、由或基本上由离聚物组成。如本领域普通技术人员所理解的,离聚物是这样的共聚物,其既包含含离子的重复基团又包含非离子的重复基团。有时,含离子的重复基团可占离聚物的小于25%、小于20%或小于15%。在一些实施方式中,离聚物可以是Li基、Na基或Zn基离聚物。

在一些实施方式中,添加剂包括纤维素纳米纤维。

在一些实施方式中,添加剂包括具有窄粒度分布的无机颗粒。例如,粒度分布中D10和D90之间的差小于100纳米、小于90纳米、小于80纳米、小于70纳米、小于60纳米、小于50纳米、小于40纳米、小于30纳米、小于20纳米或小于10纳米。在一些实施方式中,无机颗粒选自SiO

在一些实施方式中,添加剂可以包含润滑剂、由或基本上由润滑剂组成。对本文所描述的润滑试剂或润滑剂没有特别限制。如本领域普通技术人员所理解的,润滑剂是用来降低包括下列的各种不同表面之间的摩擦力的化合物:聚合物:聚合物;聚合物:金属;聚合物:有机材料和聚合物:无机材料。如本文所描述的润滑试剂或润滑剂的具体实例是包含硅烷氧基官能团(包括硅氧烷和聚硅氧烷)的化合物和脂肪酸盐(包括金属硬脂酸盐)。

包含两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个、七个或更多个、八个或更多个、九个或更多个或者十个或更多个硅烷氧基的化合物可被用作本文所描述的润滑剂。如本领域的技术人员所理解的,硅氧烷是这样一类分子,其具有交替的硅原子(Si)和氧(O)原子的主链,每个硅原子可以具有与其相连的氢(H)或者饱和的或不饱和的有机基团,比如-CH

对本文所描述的脂肪酸盐也没有特别限制,并且可以是充当润滑剂的任何脂肪酸盐。脂肪酸盐的脂肪酸可以是具有12至22个碳原子的脂肪酸。例如,金属脂肪酸可以选自:月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、棕榈油酸、山嵛酸、芥酸和花生酸。金属可以是与本公开的目的不矛盾的任何金属。在一些情况下,金属是碱金属或碱土金属,比如Li、Be、Na、Mg、K、Ca、Rb、Sr、Cs、Ba、Fr和Ra。在一些实施方式中,金属是Li、Be、Na、Mg、K或Ca。

脂肪酸盐可以是硬脂酸锂、硬脂酸钠、油酸锂、油酸钠、棕榈酸钠、棕榈酸锂、硬脂酸钾或油酸钾。

本文所描述的润滑剂(包括脂肪酸盐)可具有200℃或以上、210℃或以上、220℃或以上、230℃或以上或者240℃或以上的熔点。诸如硬脂酸锂(熔点为220℃)或硬脂酸钠(熔点为245至255℃)的脂肪酸盐具有这样的熔点。诸如硬脂酸钙(熔点为155℃)的脂肪酸盐则没有。本申请的发明人已经发现,从加工的观点来看,与具有较高熔点的其他脂肪酸金属盐比如硬脂酸金属盐相比,硬脂酸钙较不理想。特别是,已经发现,若想不发生所谓的“降雪效应”,即在热挤出过程中蜡分离出来并散布到各处,硬脂酸钙的添加量不能超过800ppm。不希望受任何特定理论的束缚,据信使用熔点高于热挤出温度的脂肪酸金属盐可以解决此“降雪”问题。熔点比硬脂酸钙更高的脂肪酸盐,尤其是熔点高于200℃的脂肪酸盐,可以以超过1%或1,000ppm的量掺入而不会“降雪”。已经发现,1%或更高的量对于获得所需的性能(比如改进的润湿性和针移除性能的改进)是重要的。

在一些实施方式中,添加剂可以包含一种或多种成核剂、由或基本上由一种或多种成核剂组成。如本领域普通技术人员所理解的,在一些实施方式中,成核剂是有助于提高或增强包括半结晶聚合物在内的聚合物结晶的材料、无机材料。

在一些实施方式中,添加剂可以包含空化促进剂、由或基本上由空化促进剂组成。如本领域技术人员所理解的,空化促进剂是这样的材料,其在聚合物中形成泡或空隙、协助泡或空隙的形成、增加泡或空隙的形成或者增强泡或空隙的形成。

在一些实施方式中,添加剂可以包含氟聚合物、由或基本上由氟聚合物组成。对氟聚合物没有特别限制,并且在一些实施方式中是PVDF。

在一些实施方式中,添加剂可以包含交联剂、由或基本上由交联剂组成。

在一些实施方式中,添加剂可以包含X射线可检测材料、由或基本上由X射线可检测材料组成。对X射线可检测材料没有特别限制,并且可以是任何材料,例如,在美国专利No.7,662,510中公开的那些材料,该专利通过引用整体并入本文。'510专利中也公开了X射线可检测材料或元素的合适的量,不过在一些实施方式中,可以基于微孔膜或膜的总重量,使用最高50重量%、最高40重量%、最高30重量%、最高20重量%、最高10重量%、最高5重量%或最高1重量%的量。在一种实施方式中,添加剂是硫酸钡。

在一些实施方式中,添加剂可以包含卤化锂、由或基本上由卤化锂组成。卤化锂可以是氯化锂、氟化锂、溴化锂或碘化锂。卤化锂可以是碘化锂,其既是可传导离子的又是电绝缘的。在一些情况下,既是可传导离子的又是电绝缘的材料可以用作电池隔板的一部分。

在一些实施方式中,添加剂可包含聚合物加工剂、由或基本上由聚合物加工剂组成。如本领域技术人员所理解的,加入聚合物加工剂或添加剂是为了提高高分子化合物的加工效率和质量。在一些实施方式中,聚合物加工剂可以是抗氧化剂、稳定剂、润滑剂、加工助剂、成核剂、着色剂、抗静电剂、增塑剂或填料。

在一些实施方式中,添加剂可以包含高温熔体指数(HTMI)聚合物、由或基本上由高温熔体指数(HTMI)聚合物组成。对HTMI聚合物没有特别限制,并且可以是选自由PMP、PMMA、PET、PVDF、芳族聚酰胺、间规聚苯乙烯以及它们的组合中的至少一种。

在一些实施方式中,添加剂可以包括电解质添加剂、由或基本上由电解质添加剂组成。对本文所描述的电解质添加剂没有特别限制,只要电解质与本文所述的目标一致即可。电解质添加剂可以是通常由电池制造商(特别是锂电池制造商)添加的改善电池性能的任何添加剂。电解质添加剂优选还应当能够与用于聚合物微孔膜的聚合物结合(比如混溶)或与涂覆浆液相容。也可以通过涂覆或部分涂覆添加剂来辅助或改善添加剂的混溶性。例如,在《锂离子电池用电解质添加剂综述》[能源(J.of Power Sources),第162卷,第2期,2006年,P1379-1394]中公开了示例性的电解质添加剂,该文章通过引用被整体并入本文。在一些实施方式中,电解质添加剂是选自下列中的至少一种:固体电解液界面(SEI)改进剂、阴极保护剂、阻燃添加剂、LiPF

示例性的SEI改进剂包括VEC(碳酸乙烯亚乙酯)、VC(碳酸亚乙烯酯)、FEC(氟代乙烯碳酸酯)、LiBOB(双(草酸)硼酸锂)。示例性的阴极保护剂包括N,N′-二环己基碳二亚胺、N,N-二乙氨基三甲基硅烷、LiBOB。示例性的阻燃添加剂包括TTFP(三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯)、氟化丙烯碳酸酯、MFE(甲基壬氟丁醚)。示例性的LiPF

在一些实施方式中,添加剂可以包括消能非混溶性添加剂、由或基本上由消能非混溶性添加剂组成。非混溶是指添加剂与用来形成包含添加剂的多层微孔膜或膜的层的聚合物不可混溶。

在一些实施方式中,与三层微孔膜或三个层的(三层)多层微孔膜相比,膜或膜具有或表现出增加的或改善的穿刺强度。例如,穿刺强度可以高于250g、高于260g、高于270g、高于280g、高于290g、高于300g或高于310g。在优选的实施方式中,穿刺大于或等于300g或者大于或等于310g。与三层微孔膜或三个层的(三层)多层微孔膜相比,本文所描述的多层膜还可以具有改善的120℃下1小时的MD收缩。例如,120℃下1小时的MD收缩可以小于25%、小于24%、小于23%、小于22%、小于21%或小于20%。在优选的实施方式中,其小于24%或小于20%。其可以小于15%。本文所描述的多层膜还可以具有改善的MD断裂拉伸。例如,MD断裂拉伸可大于900kg/cm

在一些实施方式中,本文所描述的多层膜或膜的至少一个层包含聚合物添加剂。聚合物添加剂的加入量少于构成膜的主聚合物。例如,在一些实施方式中,主聚合物可以是聚烯烃。这是另一种说法,即本文所描述的多层膜或膜的至少一个层包含聚合物共混物或由聚合物共混物制成。在一些实施方式中,该层可以包含下列或由下列构成:本文所描述的聚合的或聚合物共混物以及一种或多种其他添加剂。

在一些实施方式中,包含聚合物共混物的层是外层。比如第一外层或相对的第二外层。在一些情况下,第一外层和第二外层均包含聚合物共混物。在一些实施方式中,内层包含聚合物共混物。在一些情况下,至少一个内层和至少一个外层包含聚合物共混物,并且在一些实施方式中,所有的内层以及所有的外层均包含聚合物共混物。

在一些实施方式中,聚合物共混物包含下列、由或基本上由下列组成:至少两种不同的聚烯烃,比如,至少两种不同的聚乙烯、至少两种不同的聚丙烯或至少一种聚乙烯和一种聚丙烯的组合。在一些实施方式中,聚合物共混物包含下列、由或基本上由下列组成:聚烯烃和非聚烯烃,即不是聚烯烃的聚合物。

在一些实施方式中,多层膜或膜的各层具有与其相邻的层不同的组成。例如,一个层可以包含两种不同的聚烯烃的聚合物共混物,而相邻的一个层可以包含一种聚烯烃和一种非聚烯烃的聚合物共混物,并且其他相邻的层可以不包含聚合物共混物。

可以在加工方向(MD)上拉伸多层膜以使多层膜产生微孔。在一些情况下,通过横向(TD)拉伸经MD拉伸的微孔多层膜来产生微孔多层膜。除了顺序的MD-TD拉伸之外,还可以对多层膜同时进行双轴MD-TD拉伸。此外,在经同时或顺序的MD-TD拉伸之后,可以对微孔多层膜进行压延步骤,以减少膜的厚度、减少粗糙度、降低百分比孔隙率、增加TD拉伸强度、增加均匀性和/或减少TD开裂。在一些实施方式中,多层膜被TD拉伸1倍、2倍、3倍、4倍、5倍、6倍、7倍、8倍、9倍、10倍或大于10倍。

在一种实施方式中,可以使用示例性的工艺来制造多层膜,该工艺包括拉伸和随后的压延步骤,比如加工方向拉伸,随后进行横向拉伸(有或没有加工方向的松弛),之后进行压延步骤,作为以受控的方式降低这样的拉伸膜(例如,多层多孔膜)的厚度的一种方法,以便以受控的方式降低这样的拉伸膜(例如,多层多孔膜)的百分孔隙率,和/或以受控的方式改善这样的拉伸膜(例如,多层多孔膜)的强度、性能和/或表现,比如这样的拉伸膜(例如,多层多孔膜)以受控的方式的穿刺强度、加工方向和/或横向拉伸强度、均匀性、润湿性、涂覆性、可运行性、压缩性、回弹、曲折度、渗透性、厚度、针移除力、机械强度、表面粗糙度、热尖端孔传播和/或它们的组合,和/或产生独特的结构、孔结构、材料、膜、基膜和/或隔板。

在一些情况下,可以通过在TD拉伸之后增加压延步骤进一步改善多层膜的TD拉伸强度。压延工艺通常涉及可减小多孔膜厚度的加热和加压。压延工艺步骤可以恢复由TD拉伸所造成的MD和TD拉伸强度的损失。进一步地,随着压延而观察到的MD和TD拉伸强度的增加可以产生更平衡的MD和TD拉伸强度之比,这可以有益于多层膜的整体机械性能。

压延工艺可使用均匀的或不均匀的热、压力和/或速度,以选择性地使热敏材料致密化,以提供均匀的或不均匀的压延条件(比如通过使用光滑的辊、粗糙的辊、有图案的辊、微米图案的辊、纳米图案的辊、速度变化、温度变化、压力变化、湿度变化、双辊步骤、多辊步骤或它们的组合),以产生改进的、所需的或独特的结构、特征和/或性能,以产生或控制所得的结构、特征和/或性能,和/或之类的。在一种实施例中,可采用50℃至70℃的压延温度和40至80ft/min的线速度,压延压力为50至200psi。在一些情况下,较高的压力可提供更薄的隔板,而较低的压力提供更厚的隔板。这些示例性的加工条件都是非限制性的。

在一些实施方式中,可将一个或多个涂层施加至多层膜的一面或两面上。在一些实施方式中,一个或多个涂层可以是陶瓷涂层,其包括下列、由或基本上由下列组成:聚合物粘合剂和有机和/或无机颗粒。在一些实施方式中,仅将陶瓷涂层施加至微孔膜的一面或两面上。在其他实施方式中,可以在施加陶瓷涂层之前或之后将不同的涂层施加至微孔膜上。可以将该不同的额外涂层也施加至膜或薄膜的一面或两面上。在一些实施方式中,不同的聚合物涂层可以包含下列、由或基本上由下列组成:聚偏二氟乙烯(PVdF)或聚碳酸酯(PC)中的至少一种。

在一些实施方式中,涂层的厚度小于约12μm,有时小于10μm,有时小于9μm,有时小于8μm,有时小于7μm,有时小于5μm。在至少特定的选定实施方式中,涂层小于4μm、小于2μm或小于1μm。

对涂覆方法没有特别限制,可以通过以下涂覆方法中的至少一种将本文所描述的涂层涂覆至多孔基材:挤出涂覆、辊涂、凹版涂覆、印刷、刮刀涂覆、气刀涂覆、喷涂、浸涂或幕涂。涂覆过程可以在室温或升高的温度下进行。

涂层可以是无孔、纳米孔、微孔、中孔或大孔中的任何一种。涂层可具有700或以下、有时为600或以下、500或以下、400或以下、300或以下、200或以下或者100或以下的JIS透气度。

可以在本文所描述的多层薄膜或膜(M)的一面或两面或者其内部加入一个或多个层、处理、材料或涂层(CT)和/或网、网眼、垫、织造物或者非织造织物(NW),其可以包括但不限于CT/M、CT/M/CT、NW/M、NW/M/NW、CT/M/NW、CT/NW/M/NW/CT、CT/M/NW/CT等等。

Ⅱ.电池隔板

在一些实施方式中,本文的电池隔板包含下列、由或基本上由下列组成:一个或多个多层膜或多层微孔膜,以及任选的在膜的一面或两面上的涂层。膜本身,即没有涂层或任何其他附加组分,显示出上述改进的性能。可以通过在一面或两面上添加涂层或其他附加组分(比如非织造材料、网、网眼或之类的,有或没有涂层),和/或通过所描述的MD、MD-TD或MD-TD-C拉伸和压延,进一步增强膜的性能。

Ⅲ.复合体、车辆或装置

在一个方面,复合体包括如第I和Ⅱ部分描述的多层膜或电池隔板,以及设置为与之直接接触的一个或多个电极,例如阳极、阴极或者阳极和阴极。对电极的类型没有太多限制。例如,电极可以是那些适合用在锂离子二次电池中的电极。

合适的阳极可具有大于或等于372mAh/g、优选≧700mAh/g、并且最优选≧1000mAh/g的能量容量。阳极由锂金属箔或锂合金箔(例如锂铝合金)或锂金属和/或锂合金的混合物以及诸如碳(例如焦炭、石墨)、镍、铜的材料构成。阳极不仅仅由含锂的插层化合物或含锂的插入化合物制成。

合适的阴极可以是与阳极相容的任何阴极,并且可以包括插层化合物、插入化合物或电化学活性聚合物。合适的插层材料包括,例如,MoS

可将上文描述的任何隔板结合至完全或部分地由电池供电的任何车辆(例如电动车辆)或装置(例如蜂窝电话或笔记本电脑)。

IV.纺织品

在一些实施方式中,描述了包含下列、由或基本上由下列组成的纺织品:本文所描述的多层微孔膜。在一些优选的实施方式中,纺织品包括本文所描述的多层微孔膜或薄膜以及非织造材料或织造材料。非织造材料可以是短纤维非织造材料、熔喷非织造材料、纺粘非织造材料、闪纺非织造材料、气流成网非织造材料或通过任何其他工艺制造的非织造材料。在一些优选的实施方式中,非织造材料或织造材料被附接至多层微孔膜或薄膜。在一些实施方式中,纺织品依序包含下列、由或基本上由下列组成:织造材料或非织造材料,如本文所描述的多层微孔膜或薄膜,以及另一种织造材料或非织造材料。在一些实施方式中,纺织品依序包含下列、由或基本上由下列组成:如本文所描述的多层微孔膜或薄膜、非织造材料或织造材料,以及如本文所描述的多层微孔膜或薄膜。

V.制造多层膜的方法

在一些实施方式中,本文所描述的多层膜的物理性质至少部分是由制备多层膜的方法所带来的。

在一个方面,方法包括至少共挤出两种或更多种聚合物混合物以形成第一共挤出双层、三层或多层膜,共挤出两种或更多种其他聚合物混合物以形成第二共挤出双层、三层或多层膜,并且,共挤出两种或更多种另外的聚合物混合物以形成第三共挤出双层、三层或多层膜。用于形成第一、第二和第三双层、三层或多层膜的每个层的聚合物混合物可以相同或不同。混合物可以仅包括一种聚合物,或包括多于一种的聚合物,比如聚合物共混物。另外,可以形成多于三个的双层、三层或多层膜。在形成第一、第二和第三双层、三层或多层膜之后,将这些膜层合在一起,使两个膜形成在一个薄膜的相对表面上,以形成本文所描述的微孔电池隔板。层合的多层膜可以被单轴或双轴拉伸,并且在某些情况下可以压延。

多层膜的每一层可以包含一个或多个通过挤出或共挤出形成的亚层、微米层或层。共挤出通常涉及使用共挤出模头,其由一个或多个挤出机向模头进料(通常,双层、三层或多层膜的每一层有一个挤出机)。图4示出了示例性的共挤出工艺,图5示出了共挤出模头。

在一些实施方式中,使用共挤出模头(其由一个或多个挤出机向模头进料)进行共挤出步骤。通常,对于最终形成的共挤出薄膜的每个所需层或微米层,都有一个挤出机。例如,如果所需的共挤出薄膜具有三个微米层,则将三个挤出机与共挤出模头一起使用。在至少一种实施方式中,多层膜可以由多个亚层、微米层或纳米层构造而成,其中最终产物可以含有2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多层的单独的亚层、微米层或纳米层,其共同构成多层膜中的一层。在至少特定的实施方式中,可以在进入流延薄膜或吹塑薄膜模头之前通过预封装进料块来创建亚层技术。

在一些实施方式中,共挤出是气泡共挤出法,并且吹胀比可以在0.5至2.0、0.7至1.8或者0.9至1.5之间变化。在使用此吹胀比共挤出后,可以如下文更详细地描述的,对薄膜进行MD拉伸、进行MD拉伸之后进行TD拉伸(有或没有MD松弛)或者同时进行MD和TD拉伸。然后可以可选地对薄膜进行压延,以进一步控制孔隙率。

共挤出的益处包括但不限于增加层(界面)的数量,不希望受任何特定理论的束缚,据信,增加层(界面)的数量可以提高刺穿强度。同样,不希望受任何特定理论的束缚,据信共挤出产生了观察到的DB改善。具体而言,DB的改善可能与使用共挤工艺时观察到的PP孔径降低有关。而且,通过在微米层中掺入共混物,共挤出允许选择更宽泛数量的材料。共挤出还允许形成薄的三层或多层薄膜(共挤出薄膜)。例如,可以形成具有8或10微米或更薄厚度的三层共挤出薄膜。共挤出可实现更高的MD伸长率、不同的孔结构(较小的PP,较大的PE)。可以将共挤出与层合结合使用,以创建所需的本发明的多层结构。例如,如在实施例中所形成的结构。

层合步骤包括将共挤出薄膜的表面与至少一种其他薄膜的表面接在一起,并使用热、压力和/或热和压力将两个表面固定在一起。可以使用加热来例如增加共挤出薄膜和至少一种其他薄膜中的任一个或两者的表面粘性,以使层合更容易,从而使两个表面更好地粘附或粘合在一起。对层合步骤的数量没有太多限制。例如,可以一次将膜的所有层层合在一起或者可以将两个层层合在一起。例如,可以将两个层层合,形成层合体,然后可以将另一个层层合至该层合体,形成第二层合体,然后可以将另一个层层合至该第二层合体,形成第三层合体,等等。

在一些实施方式中,通过将共挤出薄膜与至少一种其他薄膜层合而形成的层合体是随后进行的MD和/或TD拉伸(伴有或不伴有松弛)步骤的前体。在一些实施方式中,在层合之前拉伸共挤出薄膜。

额外的步骤可以包括下列、由或基本上由下列组成:MD拉伸步骤、TD拉伸步骤或者依次或同时进行的MD拉伸步骤和TD拉伸步骤。拉伸步骤可以在层合步骤之前或之后进行。拉伸可以在伴有或不伴有MD和/或TD松弛的情况下进行。通过引用将2017年3月23日公开的共同未决的共同拥有的美国公开专利申请No.US2017/0084898A1整体并入本文。

其他的额外步骤可包括压延。例如,在一些实施方式中,可作为下列手段而进行压延步骤:减小厚度的手段,减小多孔双向拉伸膜前体的孔径和/或孔隙率和/或进一步改善横向(TD)拉伸强度和/或刺穿强度的手段。压延还可以改善强度、润湿性和/或均匀性,并减少表面层缺陷,这些表面层缺陷是在制造过程中,例如在MD和TD拉伸过程中,被并入的。被压延的薄膜或膜可具有改善的涂覆能力(使用一个或多个光滑的压延辊)。此外,使用带纹理的压延辊可以有助于改善涂层对薄膜或膜的附着力。

压延可以是冷压延(低于室温)、环境温度压延(室温)或热压延(例如90℃),并且可以包括施加压力或施加热量和压力,以便以受控方式减小膜或薄膜的厚度。压延可以在一个或多个步骤中,例如,先是低压压延,然后是较高压力的压延;先是冷压延,然后是热压延,和/或之类的。此外,压延过程可以使用加热、压力和速度中的至少一种,以使热敏材料致密化。另外,压延过程可以使用均匀的或不均匀的加热、压力和/或速度,以选择性地使热敏材料致密化,以提供均匀的或不均匀的压延条件(比如通过使用光滑的辊、粗糙的辊、有图案的辊、微米图案的辊、纳米图案的辊、速度变化、温度变化、压力变化、湿度变化、双辊步骤、多辊步骤或它们的组合),以产生改进的、所需的或独特的结构、特征和/或性能,以产生或控制所得的结构、特征和/或性能,和/或之类的。

制备多层微孔膜的另一种示例性的方法包括下列步骤:共挤出包含多个亚层的无孔聚丙烯前体;共挤出包含多个亚层的无孔聚乙烯前体;将多个共挤出的聚丙烯前体层与挤出的聚乙烯前体层层合在一起,形成具有交替的聚乙烯和聚丙烯层的第一中间前体;同时将包含共挤出聚丙烯前体的第一外层层合至中间体前体的第一表面,将包含共挤出聚丙烯前体的第二外层层合至与第一表面相对的第一中间前体的第二表面上以形成第二中间前体;使第二中间前体退火,形成退火的多层膜;拉伸退火的多层膜,形成微孔多层膜,其中,拉伸是单轴拉伸或双轴拉伸;以及任选地压延微孔多层膜。在一些优选的实施方式中,进行压延。此方法是非限制性的。例如,第一中间前体可以包括所有聚乙烯或所有聚丙烯前体。

在一些情况下,第一中间体前体包括具有PE/PP/PE或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)结构的三层膜,第二中间体前体包括具有PP/PE/PP/PE/PP或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)结构的五层膜。

共挤出聚丙烯前体层中的每一个可包含单个单层或两个、三个、四个或更多个亚层,并且每个挤出的聚乙烯前体可包含单个单层或两个、三个、四个或更多个亚层。在一种实施方式中,第二中间前体包括具有PP/PE/PP/PE/PP结构的五层膜,其中每个层包括三个亚层。例如,结构是(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)。

共挤出的聚丙烯前体和聚乙烯前体是无孔的,并且可以通过拉伸步骤被制成微孔的。单轴拉伸可以在加工方向或横向上进行,而双轴拉伸可以在加工方向和横向上进行。双轴加工方向和横向拉伸可以是顺序进行的或同时进行的。

在一些实施方式中,存在压延步骤。压延可以包括施加热、压力或热和压力。

在一些实施方式中,方法进一步包括涂覆第一外层和第二外层中的一个或多个的步骤,比如在膜是电池隔板的实例中。

在另一种制备五层膜[其具有一般结构PP/PE/PP/PE/PP或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)]的方法的实施方式中,以及在具体结构为(PP1,PP2,PP3)/(PE1,PE2,PE3)/(PP1,PP2,PP3)/(PE1,PE2,PE3)/(PP1,PP2,PP3)的一些实施方式中,其中每一层包括三个亚层或层,该方法包括如图1所示的步骤1和步骤2。

图1示出了制备具有一般结构PP/PE/PP/PE/PP或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)的五层膜的示例性方法。三层组件可以具有结构PE/PP/PE或(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)。这是一个两步骤工艺,但是五层也可以在一个步中形成,其中将所有五个层都层合在一起。使用两个以上步骤的方法也是可行的。

在步骤1中,通过将聚乙烯的第一层层合至中间聚丙烯层的第一面和将聚乙烯的第二层层合至中间聚丙烯层的第二面而得到具有PE/PP/PE结构的三层,从而制成倒置结构(inverted)的三层膜。也可以形成非倒置结构(non-inverted)的三层PP/PE/PP。三层中的第一和第二聚乙烯层以及中间聚丙烯层的每一个都可以是单个单层或者具有多个亚层,如前文第I部分中所描述的。在优选的实施方式中,每个层可以包含亚层。在步骤2中,将三层用作中间层,并将第一外聚丙烯层(或者聚乙烯层)层合至聚乙烯的第一层或者三层的一面,将第二外聚丙烯层(或聚乙烯层)层合至聚乙烯的第二层或者三层的相对面上,从而得到具有PP/PE/PP/PE/PP结构的五层膜。同样,每个聚丙烯(或聚乙烯)的第一和第二外层可以是单个的单层或者具有多个亚层,如前文第I部分中所描述的。如果第一和第二外层具有多个亚层(2个或更多),则最外层和暴露的亚层的厚度与内部亚层相比,可以更厚、更薄或者具有相同的厚度。在一种实施方式中,五层膜中的每一个层包含3个亚层,总共15个亚层。结构为(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)。

在制备五层微孔膜的又一示例性的方法中,该方法包括以下步骤:挤出多个聚丙烯膜和聚乙烯膜;将聚乙烯膜中的一个层合至聚丙烯膜的第一面上,将聚乙烯膜中的另一个层合至聚丙烯膜的相对的第二面上,形成具有PE/PP/PE或(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)结构的倒置结构的三层膜;将聚丙烯层中的一个层合至三层膜中的一个聚乙烯膜上,将另一个聚丙烯层层合至三层膜中的另一个聚乙烯膜上,形成具有PP/PE/PP/PE/PP或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)结构的五层膜;拉伸退火的多层膜,形成微孔多层膜,其中拉伸是单轴拉伸或双轴拉伸;以及任选地压延微孔多层膜。在一些实施方式中,三层结构可以是PP/PE/PP或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP),而五层结构可以是(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)。三层也可以全部是PP或者全部是PE,例如PP/PP/PP或PE/PE/PE或(PP/PP/PP)/(PP/PP/PP)/(PP/PP/PP)或(PE/PE/PE)/(PE/PE/PE)/(PE/PE/PE)。五层可以是PE/PP/PP/PP/PE或PP/PE/PE/PE/PP或(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PP/PP/PP)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)或(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PE/PE/PE)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)。

实施例1

实验的五层组成

实验的五层膜的组成为(PP1/PP1/PP1)/(PE1/PE1/PE1)/(PP1/PP1/PP1)/(PE1/PE1/PE1)/(PP1/PP1/PP1),其中PP1为均聚物PP,密度范围为0.90–0.92g/cm

制造五层的方法:

(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)

具有结构(PP1/PP1/PP2)/(PE2/PE2/PE2)/(PP1/PP2/PP1)/(PE2/PE2/PE2)/(PP2/PP1/PP1)的实施例9的五层膜是通过共挤出下列层而制造的:具有结构(PP1/PP1/PP2)的层,具有结构(PE2/PE2/PE2)的层,具有结构(PP1/PP2/PP1)的层和具有结构(PP2/PP1/PP1)的层。然后将这些共挤出层层合在一起,形成具有结构(PP1/PP1/PP2)/(PE2/PE2/PE2)/(PP1/PP2/PP1)/(PE2/PE2/PE2)/(PP2/PP1/PP1)的中间体,并且在MD和TD方向拉伸中间体,然后压延。

在图6和3b中示意性地示出了五层。PP1:PP2:PP1之比为1:1:1。PP1:PP1:PP2之比为1:1:1。PP:PE:PP:PE:PP之比为15:10:15:10:15。PE的总量为30%。

MD、TD和TDC的SEM图像

图7示出了具有一般结构PP/PE/PP/PE/PP的五层膜的扫描电子显微镜(SEM)图像,其中各层(例如,结构PP/PE/PP/PE/PP的PP被认为是一个层)具有三个亚层(结合起来总共15个亚层)。参见例如图3b和图6。图7中标记为“MD”的SEM显微图像是MD单轴拉伸后的五层膜。孔具有矩形狭缝形状。图7中标记为“TD”的SEM显微图像是经顺序MD-TD拉伸后的五层膜。如图7中标记为“TD”的SEM显微图像所示,有更多的被PP微孔层夹在中间的内部PE微孔层的开放的多孔结构,并且孔具有近似圆形的外观。图7中标记为“TDC”的SEM显微图像是在图7中标记为“MD”的SEM显微图像中的经过MD拉伸的膜在经过组合TD拉伸和随后的压延(TDC)后的五层膜。压延过程涉及加热和加压并且可以以受控方式减小膜的厚度。

实施例2(三层1)

第一三层(三层1)的组成

所有的PP1层均由均聚物PP制成,均聚物PP的密度范围为0.90–0.92g/cm

制造三层1的方法:PP1/PE1/PP1

实施例5的第一三层膜是通过挤出两个PP单层和一个PE单层而形成的。之后,将单层层合,使得两个PP单层分别层合在PE单层的一面上,形成中间体,然后将其在MD和TD拉伸,并随后压延。可以将所有单层全部层合在一起,或者可以将一个PP单层层合至PE单层,然后可以层合另一个PP单层。PP:PE:PP之比为2:1:2,PE的总量为20%。

在图4和图3c中示意性地示出了第一三层。

实施例3(三层2)

三层2的组成

第二三层的组成为(PP1/PP2/PP1)/(PE2/PE2/PE2)/(PP1/PP2/PP1)。PP1为均聚物PP,密度范围为0.90–0.92g/cm

制造三层2的方法

三层2是通过共挤出下列层而形成的:含PP的层,其具有前文实施例7所描述的组成(即,PP1/PP2/PP1),以及含PE的层,其具有前文实施例7所描述的组成(即,PE2/PE2/PE2),每个含PP的层和含PE的层均具有如图3a所示的三个亚层。然后,将两个含PP的层分别层合在含PE的层的一面上,形成中间体。然后MD和TD拉伸中间体,并随后压延。在图5和图3a中示意性地示出了三层2。PP1:PP2:PP1之比为1:1:1。PP:PE:PP之比为2:1:2。PE的总量为20%。

实施例4(第二五层)

第二五层的组成

第二五层具有结构PP1/PE1/PP1/PE1/PP1,其中PP1和PE1如本文所述。

制造第二五层的方法

第二五层是通过下列形成的:挤出分别由PP1和PE1制成的单层,然后将这些单层层合,形成结构PP1/PE1/PP1/PE1/PP1。MD和TD拉伸此层合体,随后进行压延。

实施例5(塌陷气泡共挤出)

组成

实施方式5的组成具有结构PP1/PP2/PE1/PE1/PP2/PP1,其中PP1、PP2和PE1如本文所述。

制造方法

实施例5是这样形成的:使用气泡挤出法共挤出三层PP1/PP2/PE1,并使气泡塌陷,这使得气泡两侧的PE1层彼此层合。然后MD和TD拉伸此层合体,并随后进行压延。这种实施方式具有一个层合界面,并且其为PE/PE层合界面。

实施例6(多重层合体)

实施例5的组成

实施例6具有结构PP1/PP2/PE1/PE1/PP2/PP1,其中PP1、PP2和PE1如本文所述。

实施例6的制造方法

共挤出六个单层(2个PP1单层、2个PP2单层和2个PE1单层),然后将它们层合在一起,形成实施例6的结构,该结构具有5个层合界面(只有2个PP/PE层合界面)。然后,MD和TD拉伸此层合体,并随后进行压延。

实施例7(多重层合体)

组成

实施例7具有结构PP1/PE1/PP2/PP2/PE1/PP1,其中PP1、PP2和PE1如本文所述。

实施例7的制造方法

挤出六个单层(2个PP1单层、2个PE1单层和2个PP2单层),然后将它们层合在一起,形成上述结构。然后,MD和TD拉伸此层合体,并随后进行压延。此层合体具有5个层合界面。其具有4个PP/PE层合界面。

结果

实施例1的MD拉伸五层膜的比较

下表1示出了单轴MD拉伸五层膜1(实施例1),具有如图3b所示的组成和结构(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)与MD拉伸第一三层膜(实施例2),具有如图3c所示的组成和结构(PP/PE/PP)和第二三层膜(实施例3),具有如图3a所示的组成和结构(PP/PE/PP)相比较的性能对比。如下所示,图3b中的每个层均分别包括三个亚层,并且图3a中的第二三层的层也包括亚层。需要注意的是,图3a-3c未按比例绘制,而是绘制成示出第一和第二三层对应于五层膜的部分的位置。如表1-3所示,第一和第二三层的总厚度与五层膜的总厚度大致相等(表1-3中公开了一些变化)。因此,五层膜中的每个亚层的平均厚度小于第一和第二三层中相应亚层的平均厚度。在五层膜和第二三层膜中使用的PP材料和PE材料是相同的。

表1:实施例1的MD拉伸的五层膜与比较实施例1和2的MD拉伸的第一和第二三层相比的性能对比

实施例1的五层膜与实施例2和3的第一和第二三层的TD拉伸比较

下表2示出了TD拉伸五层膜[具有如图3b所示的组成和结构(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)]与TD拉伸第一三层膜[具有如图3c所示的组成和结构(PP/PE/PP)]和第二三层膜[具有如图3a所示的组成和结构((PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)]相比较的性能对比。

表2:TD拉伸五层膜的性能对比

实施例1的五层膜与实施例2和3的第一和第二三层的TDC比较

下表3示出了TD拉伸和压延的五层膜[具有如图3b所示的组成和结构(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)]与TD拉伸和压延的三层膜[具有如图3c所示的组成和结构(PP/PE/PP)]和第二三层膜[具有如图3a所示的组成和结构(PP/PP/PP)/(PE/PE/PE)/(PP/PP/PP)]相比较的性能对比。

表3:TD拉伸和压延的五层膜的性能对比

正如通过将五层实施方式(实施例1)与两个三层实施方式(实施例2和实施例3)进行比较所可以看出的,五层实施方式表现出例如改善的穿刺性。据信,与没有层合界面的第一三层相比,这至少部分归因于层合界面,和/或与具有两个层合界面的第二三层相比,至少部分归因于层合界面数量的增加。假设,三个或更多个层合界面改善了微孔膜的性能。已经表明,四个层合界面改善了微孔薄膜的性能。

表4:MD拉伸三层1(实施例2)和第二五层(实施例4)的性能对比

表5:MD和TD拉伸三层1(实施例2)和第二五层(实施例4)的性能对比

表6:MD和TD拉伸及随后压延的三层1(实施例2)和第二五层(实施例4)的性能对比

因此,表4-6显示了与具有2个层合界面的产品(三层1,实施例2)相比,具有4个层合界面的产品(第二五层,实施例4)的改进。在这些实施例中,每个层合界面是PP/PE层合界面,其中界面处的层或亚层是界面一侧的PP和界面另一侧的PE。

图8显示了实施例1至7的标准化的穿刺强度。在图8中,“a”值是如图所示计算出的标准化穿刺强度值。从图8中的结果来看,一些结论是,PP/PE界面的数量对实施例所得的强度具有很大的影响。比较具有2个PP/PE层合界面的实施例2和具有4个PP/PE层合界面的实施例4。比较具有4个层合界面的实施例4和具有5个层合界面的实施例7。比较实施例2和实施例6。其分别具有2个和5个层合界面,但是具有相同数量的PP/PE层合界面。

在至少另一种实施方式中,多孔膜可以是用于涂覆、浸涂或浸渍的基膜,例如,用于梯度或受控浸渍或涂覆的基膜(例如,假若用PO浸渍溶液涂覆部分预润湿的膜)。在这种情况下,涂层将仅部分地浸渍膜。可以进行受控浸渍,例如,其中浸渍材料是两种聚合物树脂的共混物,其中一种比另一种更容易渗透膜(后者会保留在表面附近)。

膜或隔板可以是切片式、狭缝式、叶式、套筒式、袋式、封套式、包裹式、Z形折痕式、盘旋式和/或之类的。膜或隔板可以是平板、带、狭缝、非织造的、织造的、网眼、编织物、中空纤维和/或之类的。膜或隔板可适用于电化学设备、电池、电池单元、ESS、UPS、电容器、超级电容器、双层电容器、燃料电池(PEM、湿度控制膜……)、催化剂载体、载体、饼状物(阳极、隔板、阴极)、基膜,带涂层的基膜、纺织品、纺织品中的阻挡层、危险品套装、危险品套装中的阻挡层、血液屏障、水屏障、过滤介质、血液、血液成分、血液充氧器、一次性打火机和/或之类的。

本发明的电池隔板可以是共挤出的多层电池隔板。共挤出是指一种工艺,其中聚合物同时在挤出模头中聚集在一起,并以一种形式(这里通常为平面结构)从模头中退出,该形式具有至少两个离散层,其在离散层的界面处通过例如,形成离散层界面的聚合物的混合的方式连接在一起。挤出模头可以是平板(或狭缝)模头或吹塑薄膜(或环形)模头。共挤出过程将在下文更详细地描述。多层是指具有至少两个层的隔板。多层也可以指具有3、4、5、6、7或更多个层的结构。各层由进入挤出模头的单独的聚合物进料流形成。这些层可以具有不同的厚度。最常见的,进料流中的至少两种是不同的聚合物。不同的聚合物是指:具有不同化学性质的聚合物(例如,PE和PP,或者PE和PE的共聚物是具有不同化学性质的聚合物);和/或具有相同化学性质但性能不同的聚合物[例如,两种具有不同性能(例如密度、分子量、分子量分布、流变性、添加剂(组成和/或百分比)等)的PE)]。但是,聚合物也可以是相同的或一样的。

可以在本发明的电池隔板中使用的聚合物是可挤出的那些。这样的聚合物通常被称为热塑性聚合物。示例性热塑性聚合物包括但不限于:聚烯烃、聚缩醛(或聚甲醛)、聚酰胺、聚酯、多硫化物、聚乙烯醇、聚乙烯基酯和聚乙烯基化合物。聚烯烃包括但不限于:聚乙烯(包括例如LDPE、LLDPE、HDPE、UHDPE)、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烷、其共聚物及其共混物。聚酰胺(尼龙)包括但不限于:聚酰胺6、聚酰胺66、尼龙10、10、聚邻苯二甲酰胺(PPA)、其共聚物和其共混物。聚酯包括但不限于:聚酯对苯二甲酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、其共聚物和其共混物。多硫化物包括但不限于:聚苯硫化物、其共聚物和其共混物。聚乙烯醇包括但不限于:乙烯-乙烯醇、其共聚物和其共混物。聚乙烯基酯包括但不限于:聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯、其共聚物和其共混物。聚乙烯基化合物包括但不限于:氟化聚乙烯基化合物(例如,聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯)、其共聚物和其共混物。

可以将各种材料添加到聚合物中。添加这些材料是为了修饰或增强单个层或整个隔板的性能或特性。

可以添加降低聚合物熔融温度的材料。典型地,多层隔板包括这样的一个层,其被设计成在预定温度下封闭其孔,以阻挡离子在电池的电极之间流动。此功能通常被称为关闭。在一种实施方式中,三层隔板具有中间关闭层。为了降低该层的关闭温度,可以向聚合物中加入熔融温度比混合在一起的聚合物低的材料。这样的材料包括但不限于:熔融温度低于125℃的材料。例如,聚烯烃或聚烯烃低聚物。这样的材料包括但不限于:聚烯烃蜡(聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、聚丁烯蜡及其共混物)。这些材料可以以聚合物的5-50wt%的比率加载到聚合物中。在一种实施方式中可获得低于140℃的关闭温度。在其他实施方式中可以获得低于130℃的关闭温度。

可以添加改善膜的熔体完整性的材料。熔体完整性是指膜在高温下限制其物理尺寸损失或变差以使电极保持物理隔离的能力。这样的材料包括矿物填料。矿物填料包括但不限于:滑石、高岭土、合成二氧化硅、硅藻土、云母、纳米粘土、氮化硼、二氧化硅、二氧化钛、硫酸钡、碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁之类的以及它们的掺合物。这样的材料还可以包括但不限于细纤维。细纤维包括玻璃纤维和短切聚合物纤维。加载比率为该层聚合物的1-60wt%。这样的材料还可以包括高熔点或高粘度的有机材料,例如PTFE和UHMWPE。这样的材料还可以包括交联剂或偶联剂。

可添加改善膜的强度或韧性的材料。这样的材料包括弹性体。弹性体包括但不限于:乙烯-丙烯(EPR)、乙烯-丙烯-二烯(EPDM)、苯乙烯-丁二烯(SBR)、苯乙烯异戊二烯(SIR)、亚乙基降冰片烯(ENB)、环氧树脂和聚氨酯以及它们的混合物。这样的材料还可包括但不限于细纤维。细纤维包括玻璃纤维和短切聚合物纤维。加载比率为该层聚合物的2-30wt%。这样的材料还可包括交联剂或偶联剂或高粘度或高熔点的材料。

可以添加改善膜的抗静电性能的材料。这样的材料包括例如抗静电剂。抗静电剂包括但不限于单硬脂酸甘油酯、乙氧基化胺、聚醚(例如,Pelestat 300,可从日本三洋化学工业公司(Sanyo Chemical Industrial)获得)。加载比率为该层聚合物的0.001-10wt%。

可以添加改善隔板的表面润湿性的材料。这样的材料包括例如润湿剂。润湿剂包括但不限于乙氧基化醇、伯聚合羧酸、二醇(例如聚丙二醇和聚乙二醇)、被马来酸酐官能化的聚烯烃、丙烯酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯。加载比率为该层聚合物的0.01-10wt%。

可以添加改善隔板表面摩擦学性能的材料。这样的材料包括润滑剂。润滑剂包括,例如,含氟聚合物(例如,聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、低分子量的含氟聚合物)、增滑剂(例如,油酰胺、硬脂酰胺、芥酸酰胺、

可以添加改善聚合物加工的材料。这样的材料包括,例如,含氟聚合物、氮化硼、聚烯烃蜡。加载比率在该层聚合物的100ppm至10wt%变化。

可以添加改善膜的阻燃性的材料。这样的材料包括,例如,溴化阻燃剂、磷酸铵,氢氧化铵、三水合氧化铝和磷酸酯。

可以添加促进聚合物成核的材料。这样的材料包括成核剂。成核剂包括但不限于苯甲酸钠、二亚苄基山梨醇(DBS)及其化学衍生物。加载比率是常规的。

可以添加使层着色的材料。这样的着色剂材料是常规的。

在本发明电池隔板的制造中,可以将聚合物共挤出以形成多层无孔前体,然后加工前体以形成微孔。可以通过“湿法”工艺或“干法”工艺形成微孔。湿法工艺(也被称为:溶剂萃取、相转化、热诱导相分离(TIPS)或凝胶萃取)通常包括:在形成前体之前添加可被除去的材料,然后除去该材料(例如,通过提取工艺),以形成孔。干法工艺(也被称为Celgard工艺)通常包括:挤出前体(不包括任何用于形成孔的去除材料);使前体退火,拉伸前体以形成微孔。下文本发明将讨论干法工艺。

描述可能优选的五层结构的一种方法是层合在两个聚丙烯层之间的倒置结构三层(PE/PP/PE):

其上的示例性的附加数据:

根据至少选定的实施方式、方面或目的,本申请、公开或发明涉及改进的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、多层膜、多层隔板膜、多层隔板、多层电池隔板、多层二次锂电池隔板、多层电池隔板、电池、电容器、超级电容器、双层超级电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池,和/或制造和/或使用这样的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、电池、电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池的方法,和/或包括上述的装置、车辆或产品,和/或之类的。

根据至少选定的实施方式,本申请、公开或发明涉及改进的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、多层膜、多层隔板膜、多层隔板、多层电池隔板、多层二次锂电池隔板、多层电池隔板、电化学原电池、电池、电容器、超级电容器、双层超级电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池,和/或制造和/或使用这样的膜、隔板膜、隔板、电池隔板、二次锂电池隔板、电化学原电池、电池、电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池和/或二次锂离子电池的方法,和/或包括上述的装置、车辆或产品,和/或之类的。

为了完成本发明的各种目的,已经描述了本发明的各种实施方式。应当认识到,这些实施方式仅是对本发明原理的说明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下,对于本领域的技术人员而言,许多修改和调整将是显而易见的。

当被用在说明书和所附权利要求书中时,单数形式的“一”、“一个”和“该”包括复数指称,除非上下文另外明确指出。范围可在本文中被表示为从“约”或“大约”一个特定值和/或至“约”或“大约”另一特定值。当表达这样的范围时,另一种实施方式包括从一个特定值和/或至另一特定值。类似地,当通过使用先行词“约”将值表示为近似值时,将被理解为特定值形成另一种实施方式。还需理解,每个范围的端点在相对于另一端点和独立于另一端点两方面都是重要的。“可选的”或“可选地”意味着随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生,并且该描述包括所述事件或情况发生的情形和不发生的情形。

在本说明的整个说明书和权利要求书中,单词“包括”和该单词的变体,比如“分词形式的包括”和“单数形式的包括”,是指“包括但不限于”,并且不意图排除例如其他添加剂、组分、整数或步骤。术语“基本上由……组成”和“由……组成”可以代替“包含”和“包括”来使用,以提供本发明的更具体的实施方式,并且也被公开。“示例性的”或“例如”是指“一个……的例子”,并且无意传达出优选的或理想的实施方式的指示。类似地,“比如”不是限制性的,而是用于解释或示例性目的。

除非有说明,在说明书和权利要求书中使用的所有表示几何形状、尺寸等的数字,至少应被理解为不是试图将等同原则的应用限制在权利要求书的范围内,并应根据有效数字的数目和常规的四舍五入方法来解释。

除非另有定义,否则本文所用的所有技术和科学术语具有与所公开的本领域的技术人员通常所理解的相同含义。本文所引用的出版物及其所引用的材料通过引用具体并入本文。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种微孔膜,其包含:

两个外层,每个外层包含聚烯烃;和

多个内层,每个内层包含聚烯烃;

其中,每个外层被层合至一个内层,并且多个内层的每一个被层合至至少一个其他内层。

2.如权利要求1所述的微孔膜,其中,每个外层包含聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物、或者它们的任意组合。

3.如权利要求1所述的微孔膜,其中,每个外层包含聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、或它们的任意组合。

4.如权利要求1所述的微孔膜,其中,多个内层的每一个包含聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物、或它们的任意组合。

5.如权利要求1所述的微孔膜,其中,存在两个、三个、四个、五个、六个、或更多个内层。

6.如权利要求1所述的微孔膜,其中,存在两个、三个、或更多个内层。

7.如权利要求1所述的微孔膜,其中,存在三个内层。

8.如权利要求1所述的微孔膜,其中,微孔膜是五层膜,其包含第一外层、第一内层、第二内(或中间)层、第三内层和第二外层。

9.如权利要求8所述的微孔膜,其中,

第一外层层合至第一内层;

第一内层层合至第一外层和第二内(或中间)层;

第二内(或中间)层层合至第一内层和第三内层;

且第三内层合至第二内(或中间)层和第二外层。

10.如权利要求8所述的微孔膜,其中,第一和第二外层以及第二内(或中间)层包含聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、或它们的任意组合。

11.如权利要求10所述的微孔膜,其中,第一和第三内层包含聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物、或它们的任意组合。

12.如权利要求1所述的微孔膜,其中,微孔膜包含五层膜,所述五层膜包含PP/PE/PP/PE/PP结构,其中,PP是聚丙烯、聚丙烯共混物、聚丙烯共聚物、或它们的任意组合,PE是聚乙烯、聚乙烯共混物、聚乙烯共聚物、或它们的任意组合。

13.如权利要求12所述的微孔膜,其中,五层膜的五个层(内层或外层)中的每一个层合至其各自相邻的层(内层或外层)。

14.如权利要求1-13所述的微孔膜,其中,每个层(内层或外层)包含两个、三个、四个、五个或更多个亚层。

15.如权利要求1-13所述的微孔膜,其中,每个层(内层或外层)包含两个、三个或更多个亚层。

16.如权利要求1-13所述的微孔膜,其中,每个层(内层或外层)包括三个亚层。

17.如权利要求16所述的微孔膜,其中,每个亚层具有6μm或更小、5μm或更小、4μm或更小、3μm或更小、2μm或更小、或者1μm或更小的最大平均厚度。

18.如权利要求14所述的微孔膜,其中,每个亚层是共挤出的。

19.如权利要求18所述的微孔膜,其中,每个层在拉伸之前具有1.2mil或更小、1.1mil或更小、1mil或更小、或者0.9mil或更小、0.8mil或更小、0.75mil或更小、0.5mil或更小、0.4mil或更小、0.3mil或更小、0.2mil或更小的最大平均厚度。

20.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述膜具有1至50μm的最大平均厚度。

21.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其中,每个层包括膜的总平均厚度33%、32%、31%、30%、29%、28%、或者小于28%的最大平均厚度。

22.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述膜经过加工方向拉伸。

23.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述膜经过横向拉伸。

24.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述膜经过加工方向拉伸和横向拉伸。

25.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述微孔膜经过横向拉伸和压延。

26.如权利要求1-13中任一项所述的微孔膜,其进一步包含添加剂。

27.如权利要求26所述的微孔膜,其中,所述添加剂包括官能化的聚合物、离聚物、纤维素纳米纤维、无机颗粒、润滑剂、成核剂、空化促进剂、含氟聚合物、交联剂、X射线可检测材料、聚合物加工剂、高温熔融指数(HTMI)聚合物、电解液添加剂、耗能非混溶添加剂、或者它们的任意组合。

28.如权利要求26所述的微孔膜,其中,所述添加剂是在第一外层、第二外层、或第一外层和第二外层两者上的涂层。

29.如权利要求10-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述第一外层和第二外层以及第二内层(或中间层)具有在0.02-0.06μm范围内的平均聚丙烯孔径。

30.如权利要求10-13中任一项所述的微孔膜,其中,所述第一内层和第三内层具有在0.03至1.0μm范围内的平均聚乙烯孔径。

31.如权利要求1或10-13中任一项所述的微孔膜,其中,与具有相同厚度、透气度、孔隙率和/或构成膜的层组成的PP/PE/PP三层微孔膜相比,所述膜在等于或高于150℃下具有增加的或改善的弹性。

32.如权利要求1或10-13中任一项所述的微孔膜,其中,与具有相同厚度、透气度、孔隙率和/或构成膜的层组成的PP/PE/PP三层微孔膜相比,所述膜具有增加的或改善的抗穿刺性。

33.如权利要求1或10-13中任一项所述的微孔膜,其中,与具有相同厚度、透气度、孔隙率和/或构成膜的层组成的PP/PE/PP三层微孔膜相比,所述膜具有增加的或改善的加工方向断裂拉伸。

34.如权利要求1或10-13中任一项所述的微孔膜,其中,与具有相同厚度、透气度、孔隙率和/或构成膜的层组成的PP/PE/PP三层微孔膜相比,所述膜具有增加的或改善的TD伸长率。

35.一种锂离子电池,改进包括如权利要求1-34中任一项所述的微孔膜。

36.一种装置,改进包括如权利要求1-34中任一项所述的微孔膜。

37.一种纺织品,改进包括如权利要求1-34中任一项所述的微孔膜。

38.一种制造多层微孔膜的方法,该方法包括:

挤出包含多个亚层的聚丙烯前体;

挤出包含多个亚层的聚乙烯前体;

将挤出的聚丙烯前体层与挤出的聚乙烯前体层层合,形成具有交替的聚乙烯和聚丙烯前体结构的第一中间体前体;

同时地或单独地将包含挤出的聚丙烯前体中的一个的第一外层层合至中间前体的第一表面,并将包含挤出的聚丙烯前体中的一个的第二外层层合至第一中间前体的与第一表面相对的第二表面,形成第二中间前体;

对第二中间前体进行退火,形成退火的多层膜;

拉伸所述退火的多层膜,形成微孔多层膜,其中,所述拉伸是单轴拉伸或双轴拉伸;以及

可选地,压延所述微孔多层膜。

39.如权利要求38所述的方法,其中,所述第一中间前体包括PE/PP/PE或PP/PE/PP的三层结构,或者PP/PE/PE/PP或PE/PP/PP/PE的四层结构。

40.如权利要求38所述的方法,其中,所述第二中间前体包括PP/PE/PP/PE/PP或PE/PP/PE/PP/PE的五层结构,或者PP/PP/PE/PE/PP/PP、PE/PE/PP/PP/PE/PE、PP/PE/PE/PE/PE/PP或PE/PP/PP/PP/PP/PE的六层结构。

41.如权利要求38所述的方法,其中,所述单轴拉伸是在加工方向或横向上。

42.如权利要求38所述的方法,其中,所述双轴拉伸是在加工方向和横向上。

43.如权利要求42所述的方法,其中,所述加工方向和横向拉伸是顺序进行或同时进行的。

44.如权利要求38所述的方法,其中,所述挤出的聚丙烯前体包括两个、三个、四个或更多个亚层。

45.如权利要求38所述的方法,其中,所述挤出的聚乙烯前体包含两个、三个、四个或更多个亚层。

46.如权利要求38所述的方法,其中,所述第二中间前体包括PP/PE/PP/PE/PP的五层结构,其中,聚乙烯和聚丙烯前体中的每一个均包括三个亚层。

47.如权利要求38所述的方法,其中,所述挤出的聚丙烯前体和所述挤出的聚乙烯前体是无孔的。

48.如权利要求38所述的方法,进一步包括涂覆第一外层和第二外层中的一个或多个的步骤。

49.一种制造五层微孔膜的方法,其包括:

挤出多个聚丙烯膜和聚乙烯膜;

将聚乙烯膜中的一个层合至聚丙烯膜的第一面上,将聚乙烯膜中的另一个层合至聚丙烯膜的相对的第二面上,形成具有PE/PP/PE结构的倒置结构(inverted)三层膜;

同时地或单独地将聚丙烯层中的一个层层合至倒置结构三层膜中的一个聚乙烯膜上,并将聚丙烯层中的另一个层层合至倒置结构三层膜中的另一个聚乙烯膜上,形成具有PP/PE/PP/PE/PP结构的五层膜;

对五层膜进行退火;和

拉伸退火的五层膜,形成微孔膜,其中,所述拉伸是单轴拉伸或双轴拉伸,或者拉伸并且可选地压延退火的五层膜,形成微孔多层膜。

50.一种电池隔板,包含通过如权利要求38至46中任一项所述的方法形成的微孔膜。

51.一种锂离子电池隔板,包含通过如权利要求38至46中任一项所述的方法形成的微孔膜。

52.一种装置,包含通过如权利要求38至46中任一项所述的方法形成的微孔膜。

53.一种纺织品,包含通过如权利要求38至46中任一项所述的方法形成的微孔膜。

54.一种多层微孔膜,其包含三个或更多个层合界面,并且表现出150g或更高、260g或更高、270g或更高、280g或更高、290g或更高、300g或更高、310g或更高、400g或更高、或者500g或更高的穿刺强度。

55.如权利要求51所述的膜,其中,所述穿刺强度为300g或更高。

56.如权利要求51所述的膜,其中,所述穿刺强度为310g或更高。

57.如权利要求51所述的膜,其中,所述穿刺强度为290g或更高。

58.如权利要求51所述的膜,包括三个层合界面。

59.如权利要求51所述的膜,包括四个层合界面。

60.如权利要求51所述的膜,包括五个或更多个层合表面。

61.如权利要求51-57中任一项所述的膜,其中,所述膜包括四个或更多个层,每个层包含通过共挤出工艺形成的两个或更多个亚层。

62.一种电化学电池、电池、电容器、超级电容器、双电层超级电容器、燃料电池、锂电池、锂离子电池、二次锂电池、和/或二次锂离子电池,改进包括如权利要求1-34或51-57中任一项所述的微孔膜。

相关技术
  • 多层微孔聚烯烃膜,其制备方法,电池隔板和电池
  • 电池多孔膜用浆料组合物、二次电池用多孔膜的制造方法、二次电池用多孔膜、二次电池用电极、二次电池用隔板及二次电池
技术分类

06120112960346