[发明专利]微孔片材产品及制备和使用其的方法

说明书

微孔片材产品及制备和使用其的方法。在一个实施方式中，微孔片材产品通过这样的方法制备：其包括使用挤出混合物熔体挤出片材材料，所述挤出混合物包括(i)环烯烃共聚物、(ii)电解液可溶胀热塑性塑料、和(iii)相容性试剂，相容性试剂促进环烯烃共聚物和电解液可溶胀热塑性塑料的混合，相容性试剂具有135‑300℃范围的沸点。作为实例，环烯烃共聚物可以是乙烯‑降冰片烯共聚物，电解液可溶胀热塑性塑料可以是聚环氧乙烷，以及相容性试剂可以是矿油精。挤出之后，片材材料可被冷却，以及相容性试剂可被去除，形成离子导电的微孔片材产品。微孔片材产品具有高温稳定性并且当暴露于液体电解液时凝胶凝化，当用作电池隔板时能够实现高离子导电性。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.119(e)要求2014年11月5日提交的美国临时专利申请号62/075,501的权益，其公开内容通过引用被并入本文。

发明背景

本发明总体上涉及微孔片材(sheet)产品和更具体地涉及新的微孔片材产品和涉及制备和使用其的方法。

微孔片材产品是在多种不同项目(items)，例如，电化学电池、食品包装材料和超滤装置中发现的熟知和通常使用的物品。例如，在电化学电池中，微孔片材产品通常用作电池隔板。典型地，电化学电池包括至少一对相反极性的电极，并且在许多情况中包括一系列交替极性的电极对。每对电极之间的电流通过电解液(electrolyte)维持。取决于电池系统的性质，电解液可以是酸性、碱性或基本上中性的，并且电池可以是一次或二次(可再充电或存储)系统。例如，在碱性蓄电池中，包括但不限于，一次电池、二次电池、镍电池、锌电池和银电池，电解液一般是氢氧化钾的水溶液。相比之下，在铅酸电池中，电解液典型地是硫酸溶液，并且，在锂蓄电池中，电解液典型地是锂盐，如三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、或另一种锂盐的有机溶液。

电池隔板典型地提供在电池相反极性的相邻电极之间以防止带相反电荷的电极板之间的直接接触，因为这种直接接触可导致电池短路。一般而言，强烈期望隔板具有以下特性中的一个或多个：(i)薄和重量轻以有助于提供高能量密度和比能量的电池；(ii)具有抑制电极板之间树枝晶形成的结构；(iii)具有提高电极板上电解质(electrolytic)组合物的摄取，并且在这种情况下，促进电极板上电解质组合物的基本上均匀的分布(一般称作芯吸(wicking)的效应)的能力；(iv)提供自由地允许电解质导电的性质；和(v)具有在尺寸上稳定的结构，甚至在热偏移(内部或外部加热)期间。强烈期望隔板以经济的和环境上安全的方式制备，同时基本上没有缺陷，如针孔等。

电池系统中常规使用的类型的隔板典型地由多孔结构制成，当置于电解液或电解质系统中时，能够展现高度导电性同时对电池系统呈现的环境是稳定的。隔板可以是大孔结构，如在电纺聚合物(spun polymer)和玻璃纤维制成的非织造结构的情况下。可选地，隔板可以是微孔结构，如在具有或没有填充剂的聚合物膜的情况下。

更具体地，一种已知类型的隔板包括非织造纤维材料，非织造纤维材料典型地具有高孔隙率、至少10微米的平均孔径、和低电阻率。这样的隔板的实例在1981年7月21日授权和通过引用并入本文的发明人Benson等的美国专利号4,279,979中公开。具体地，在前面提到的专利中，公开了电池隔板的非织造纤维基材。前面提到的基材(其据说是用于碱性电池隔板)是由具有小于约35gsm的基础重量和小于约200微米的厚度的重量轻、多孔、热粘合、合成的有机片材材料制成。主要的纤维组分是合成的浆料，其包括具有与木浆相似的预熔微原纤维结构的热塑性聚烯烃纤维。次要的纤维组分是具有大于约6mm的纤维长度的高韧度聚酰胺纤维。通过微原纤维聚烯烃的部分熔化形成的热粘合足以赋予片材材料至少400g/in宽度的湿抗拉强度，同时允许保持每分钟约100升和更多的透气性。据说基材特别适合镍-锌电池中的使用。