可以使用一种液体成孔剂，使用一种聚合物粘合剂和一种填充剂材料制造一种微孔膜，该液体成孔剂具有低于该填充剂且高于该聚合物的表面自由能。该成孔剂对该聚合物的排斥力可以形成该膜的孔，同时该聚合物对该填充剂的吸引力可以将该填充剂封装进该膜的结构中。该填充剂可以是在该微孔结构的壁厚的数量级上或比该壁厚更小的颗粒。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于表面自由能的填充的聚合物微孔膜 相关申请的交叉引用本申请要求以下的权益并且引用它们:由柯比.W.比尔德(Kirby W.Beard)于2011年3月13日提交的名称为“填充的多孔膜(Filled Porous Membrane)”的美国临时专利申请序列号61/452，127、由柯比W.比尔德于2011年3月13日提交的名称为“使用热力学平衡的填充的微孔聚合物配制物来产生优化的微孔膜(Filled Microporous PolymerFormulations Using Thermodynamic Equilibrium to Create Optimized MicroporousMembranes)”的美国临时专利申请序列号61/452，128、以及由柯比W.比尔德于2011年10月24日提交的名称为“高性能隔板(High Performance Separators)”的美国临时专利申请序列号61/550，886，这些申请的全部内容特此通过对它们披露和传授的所有的引用清楚地结合。
技术介绍
多孔膜用于许多应用，包括过滤器、空气可透膜，并且用于电化学装置如电池和电容器中。取决于应用，可以容易地制造有效的多孔膜，它具有一致的孔隙大小和良好的弯曲度，并且具有用于加工和使用的可接受的机械特性。 专利技术概述可以使用一种液体成孔剂，使用一种聚合物粘合剂与一种填充剂材料制造一种微孔膜，该液体成孔剂具有低于该填充剂且高于该聚合物的表面自由能。该成孔剂对该聚合物的排斥力可以形成该膜的孔，同时该聚合物对该填充剂的吸引力可以将该填充剂封装进该膜的结构。该填充剂可以是在该微孔结构的壁厚的数量级上或者比该壁厚更小的颗粒。本概述被提供用于以简化形式介绍概念的选择，这些概念在以下详细说明中进一步描述。本概述不旨在鉴别提出权利要求的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制提出权利要求的主题的范围。 附图简要说明在附图中，附图说明图1是示出填充的多孔材料的截面的一个实施例的示意解。图2是示出填充的多孔材料的表面的电子显微学图像。图3是示出在后加工之后的填充的多孔材料的表面的电子显微学图像。图4是示出用不同微孔膜构造的一些锂离子电池的放电功率的图表。 详细说明可以使用一种液体成孔剂来制造一种微孔膜，该液体成孔剂具有的表面自由能小于一种颗粒填充剂的表面自由能并且大于一种聚合物粘合剂的表面自由能。该制造工艺可以将填充剂材料和聚合物悬浮在该成孔剂中，然后用存在的成孔剂凝固该聚合物和填充剂材料。在该聚合物开始胶化之后，可以去除该成孔剂。在该制造工艺过程中该聚合物可以被熔化、溶解、或以另外的方式置于一种可成形的状态下。在一个实施例中，该聚合物可以被加热并且与该成孔剂混合，然后冷却以便形成微孔结构。这类实施例可以在加热之前将该填充剂材料引入该聚合物中，而其他实施例可以将该填充剂材料与该成孔剂一起引入。在其他实施例中，该聚合物可以在成形过程之前溶解于液体溶剂中。这类实施例可以将该聚合物溶解于一种溶剂中，添加该成孔剂和填充剂材料，然后去除该溶剂以便开始该成形过程。可以在凝固开始之后去除该成孔剂。在一些实施例中，该成形过程中的液体的表面自由能可以在形成过程中变化。例如，可以在该成形过程中加热或冷却该液体，并且该液体的表面自由能可以在该加热或冷却过程中变化。在另一个实例中，具有两种不同组分的液体可以改变表面自由能，因为这些组分之一在该形成过程中被驱除。在使用丙酮和水来形成一种PVDF膜的一个实例中，由丙酮和水组成的液体在丙酮被蒸发掉而留下水时可以改变表面自由能。在这个实例中，在形成之前的表面自由能可以是丙酮与水的组合，而在该形成过程之后的表面自由能可以仅是水的表面自由能。热力学平衡可以影响多组分聚合物系统的液体、固体、溶液、或熔融混合物如何能够在该多孔结构的形成过程中胶化和凝固。确切的说，每种具体类型的材料可以具有它自身的物理特性，这些物理特性决定分子如何结合在一起并且在该制造工艺中每种材料如何与它的近邻相互作用。在流体(不管是溶剂、非溶剂、熔融聚合物、水介质、等等)的情况下，界面表面张力的简单计算可以指示它们的特性。然而，当液体与固体相互接触时，这些相互作用可能变得更复杂。在产生高度多孔的膜中，一个因素可以是该液体与这些固体的表面的物理相互作用。确切地说，液体与固体之间的表面自由能(SFE)的测定可以帮助预测具有聚合物或任何其他类似固体粘合剂基质的多孔、填充的复合薄膜的形成并且实现对这种形成的控制。液体与固体组分之间存在的SFE可以指示一种液体的分子的内聚力是否大于该液体与固体表面之间的吸引力。这后一种力可以与散装材料内的吸引力不同。表面能的总体减少可以推动由液体对固体表面的润湿。如果固体与液体之间的吸引力比该液体本身的结合力强，则该液体可以扩散 并且润湿该固体。如果扩散到该固体上的液体的热力学力超过用于液体内聚的力，则该系统将趋向于其中该固体被润湿的一个平衡点。表达这些热力学关系的另一种方式可以是通过测定在两种组分的分界处的接触角。当该SFE偏好将一种液体扩散在一种固体上时,沉积在该固体表面上的液体液滴可以在该液体接触该固体的边界上具有小于90度(从该液相内)的一个界面。大于90度的接触角指示该固体表面的润湿不良。然而，该接触角还可以依赖于许多额外的变量。吸收的水分子、氧化作用、表面粗糙度、颗粒大小等等都可以显著地影响液体在固体上的扩散或润湿，完全是由于这些材料的热力学平衡。为了形成一种高度多孔的材料，可以将极小的颗粒掺混至一种聚合物熔体或具有一种聚合物和一种液体的溶剂溶液中。在形成过程中，为了获得良好结果，可以小心地控制孔的生成和这些固体与该聚合物的结合。适合用于电池隔板、过滤器以及其他多孔介质应用的微孔聚合物膜、尤其是合并了高水平的所希望的填充剂添加剂的那些，可以具有以下特性:高水平的孔隙率、均匀的孔隙分布、良好界定和控制的孔隙几何形状、以及高薄膜强度，包括填充剂颗粒与聚合物之间的良好结合。一般而言,一种聚合物溶解、分散或以另外的方式部署在其中的任何液体可以用于在冷却和/或干燥时生成一种微孔结构，如果该聚合物沉淀或胶化至一个扩散物理网络中的话。两个因素可以控制孔形成:1.该聚合物溶液或熔体内的成孔液体(S卩，对聚合物相有低溶剂化能力和/或与存在的任何高强度溶剂呈低溶混性的一种液体)的量。2.该液体润湿该聚合物凝胶或固相材料所要求的热力学能量的程度。当高水平的对该聚合物具有高水平的热力学上不利的润湿的液体用于该形成过程中时，作为液体/固体相互作用的结果，该液体可以在该膜中提供更高水平的孔隙率。然而，具有高水平的界面阻力的液体/聚合物系统不仅可以提供更高的总空隙含量，而且还可以提供更大的孔隙几何形状，因为这类聚合物溶液的热力学特性在液体去除时更有效地抵抗收缩。当聚合物和固体颗粒都用于该膜中并且还使用一种液体溶剂或成孔剂时，情况可能变得更复杂。虽然液体不是用于生成孔的唯一机制，但液体提供用于形成高水平的空隙含量的一种有效方法。在下表中，示出了使用具有特定特性关系的三种组分(液体、聚合物以及填充剂)的组合来产生膜的效果。权利要求1.一种制备微孔膜的方法，所述的方法包括: 将一种聚合物与一种成孔剂和一种填充剂材料混合以形成一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯尔比·W·比尔德，安·M·爱德华兹，
申请(专利权)人：多孔渗透电力技术公司，
类型：
国别省市：
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