[发明专利]氟聚合物纤维

说明书

本申请要求于2013年7月15日提交的欧洲申请号13176447.4的优先权，出于所有的目的将此申请的全部内容通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及氟聚合物纤维，用于其制造的方法以及所述氟聚合物纤维在多种应用中的用途。具体地，本发明涉及氟聚合物垫，用于其制造的方法以及所述氟聚合物垫在多种应用中的用途。

背景技术

具有高能量密度的能量存储系统，包括电化学装置如锂离子电池，越来越必须符合安全要求以便满足不断增长的对于大尺寸电化学电池的需求。

确保电化学电池安全的最关键重要的部件之一是隔膜，其主要功能是防止在该电化学电池的正极与负极之间的物理和电接触，同时允许电解质离子流过其中。

该隔膜必须对于电解质和电极材料是化学和电化学稳定的并且必须是机械强的以便承受在电池组装操作过程中所产生的高张力。此外，其结构和特性显著影响电池性能，包括能量密度、功率密度，循环寿命以及安全性。

对于高的能量和功率密度，隔膜需要是非常薄的并且高度多孔的同时仍然保持机械强度的。

对于电池安全性，当发生过热(使得热失控，引起隔膜的尺寸收缩或熔融(这导致电极的物理接触))时该隔膜应该能够关闭电池，并且可以避免所产生的内部短路。

此外，高的能量和功率密度要求隔膜的低厚度。然而，这不利地影响隔膜的机械强度以及由此提供的电池的安全性。

无机复合膜已经被广泛用作用于电化学装置(包括充电电池，特别是锂离子电池)的隔膜。

多种无机填充剂材料已经长期用于制造无机复合膜，其中无机颗粒遍及聚合物粘合剂基质分布。

虽然无机复合膜提供了优异的被电解质的湿润度、良好的在高温下的热稳定性和零尺寸收缩，但是它们的机械强度通常不足以承受在电池缠绕和组装中的处理。

在许多情况下，无机复合膜含有非常高含量的无机填充剂材料。在一些情况下，如此获得的无机复合膜展示了差的机械强度。

一个具体的挑战是提供多层复合膜，该多层复合膜具有可接受的厚度以便适当地用作电化学装置中的隔膜。

可以使用多个涂覆步骤获得多层复合膜。然而，多个步骤不利地增加了加工成本。

例如，US 2013/0023620(意大利苏威特种聚合物公司(SOLVAY SPECIALTY POLYMERS ITALY S.P.A.))1/24/2013披露了使用氟聚合物混合型有机/无机复合材料来制造用于锂离子电池的隔膜，所述氟聚合物混合型有机/无机复合材料是通过使具有羟基的官能氟聚合物与Si、Ti或Zr的可水解化合物反应可获得的。

此外，WO 2013/072216(意大利苏威特种聚合物公司)5/23/2013披露了基于氟聚合物混合型有机/无机复合材料的聚合物电解质隔膜，该氟聚合物混合型有机/无机复合材料通过使具有羟基的官能氟聚合物与Si、Ti或Zr的可水解化合物反应可获得。

此外，US 2012/0003524(韩国科学与技术学院(KOREA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY))1/5/2012披露了用于通过电纺丝从金属氧化物与聚合物树脂溶液的混合物制造超细纤维复合隔膜的方法。

类似地，MONTICELLI,O.,等人的基于聚(偏二氟乙烯)和多面体低聚倍半硅氧烷的纳米纤维的制备、表征和特性(Preparation,characterization and properties of nanofibers based on poly(vinylidene fluoride)and polyhedral oligomeric silsesquioxane.)，用于先进技术的聚合物(Polymers for Advanced Technologies.)12/08/2011，第23卷，第9期，第1252-1257页披露了基于聚(偏二氟乙烯)和多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)(如环氧环己基异丁基POSS)的电纺复合纳米纤维。

因此，在本领域中对于用于制造膜的替代方法仍存在需求，这些膜具有高的孔隙率和因此高的离子导电率以便适当地用作电化学装置中的隔膜同时在其操作期间维持出色的热机械特性。

发明概述

现在已经发现，通过使用氟聚合物混合型有机-无机复合材料，所述复合材料包含氟聚合物域和无机域，纤维可以容易地通过本发明的方法形成，所述纤维有利地产生具有高孔隙率和良好的热机械特性的氟聚合物垫以便适当地用于多种应用中。