Película microporosa y procedimiento de fabricación para la misma.

Membrana porosa que comprende fibras de celulosa,

en la que dichas fibras de celulosa comprenden una mezcla de:

más de 50% en peso y 99% en peso o menos de una primera materia prima (1) de fibras de celulosa que presenta un área de superficie determinada mediante coloración de Rojo Congo de 250 m2/g o más y 500 m2/g o menos; y

1% en peso o más y menos de 50% en peso de una segunda materia prima (2) de fibras de celulosa que presenta un área de superficie determinada mediante coloración de Rojo Congo de 150 m2/g o más y menos de 250 m2/g

y un aglutinante polimérico hidrófilo en una cantidad comprendida entre 3 y 80 partes en peso con respecto a 100 partes en peso de dicha mezcla.

Película microporosa y procedimiento de fabricación para la misma.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una membrana porosa y a un procedimiento para preparar la misma. En particular, la presente invención se refiere a una membrana porosa formada de celulosa, adecuada para un separador para un dispositivo electroquímico, y a un procedimiento para preparar la misma.

En la memoria descriptiva de la presente solicitud, un dispositivo electroquímico hace referencia a un dispositivo electroquímico provisto de un electrodo positivo, un electrodo negativo, y un separador. Como ejemplos del mismo, se puede hacer mención de, por ejemplo, diversos tipos de baterías secundarias tales como una batería secundaria de ion litio y una batería de litio con polímero; diversos tipos de condensadores tales como un condensador electrolítico de aluminio, un condensador de doble capa eléctrica y un condensador de ion de aluminio; y similar.

Antecedentes de la técnica

Recientemente, el uso de la electricidad como fuente de energía ha aumentado para abordar problemas medioambientales relacionados con la reducción de CO2, el agotamiento de fuentes de combustibles fósiles, y similares. Por lo tanto, por ejemplo, en la industria del automóvil se están desarrollando activamente vehículos eléctricos que utilizan baterías secundarias. Además, las baterías secundarias se mencionan también a la vista del uso eficiente de la energía natural, tal como la energía solar o eólica.

En general, las baterías secundarlas de ion litio se usan como las baterías secundarias para mover vehículos eléctricos, actualmente, en vista de la relación entre la potencia y la densidad de energía. Por otro lado, diversas compañías se han centrado en el desarrollo de baterías de próxima generación con vistas a una mayor densidad de energía, rendimiento, seguridad y similar. Las baterías de próxima generación están en los campos con un crecimiento futuro enorme en el mercado.

Por otro lado, en las baterías secundarias distintas de las baterías secundarias de ion litio, baterías primarias, condensadores (capacitor) y similares, se usan separadores formados de papel, tejidos no tejidos, películas porosas, o similares. Los comportamientos requeridos para los separadores son, en general, protección frente a cortocircuitos entre electrodos positivos y negativos, estabilidad química con respecto a disoluciones electrolíticas, resistividad interna baja, y similares. Los comportamientos requeridos mencionados anteriormente son los universales requeridos en separadores, independientemente de sus tipos, aunque difieren en grado según los dispositivos.

Los separadores de casi todas las baterías secundarias de ion litio usan membranas porosas formadas por un compuesto orgánico polimérico tal como polipropileno, polietileno o similar. Las membranas porosas mencionadas anteriormente poseen ciertas características adecuadas para baterías secundarias de ion litio. Por ejemplo, se pueden mencionar las siguientes características.

(1) Muestran estabilidad química con respecto a disoluciones electrolíticas, y no se producen fallos fatales por los separadores.

(2) El grosor de un separador se puede diseñar libremente, y por esta razón se pueden proporcionar separadores que responden a diversas demandas.

(3) El diámetro de poros se puede diseñar para que sea reducido, y por esta razón se muestran propiedades protectoras del litio superiores, y apenas se produce un cortocircuito provocado por dendrita de litio.

(4) Cuando se produce el desbordamiento térmico de las baterías secundarias de ion litio, el desbordamiento térmico inicial se puede controlar fundiendo polipropileno o polietileno y estrechando de ese modo los poros.

Sin embargo, la investigación convencional en busca de baterías secundarias de ion litio no puede identificar una causa subyacente de la aparición del desbordamiento térmico. En las actuales circunstancias, diversas compañías han estudiado y propuesto un medio para evitar riesgos de desbordamiento térmico de diversos materiales usados en baterías secundarias mediante herramientas empíricas. Los desarrollos de materiales adecuados para vehículos que tienen una mayor seguridad se consideran aclarando el principio del desbordamiento térmico y estableciendo después un método de evaluación común del mismo. Se espera que se resuelvan los problemas con respecto a la seguridad.

Por otro lado, el segundo problema de las baterías secundarias para uso en vehículos es el coste. Un separador es un material que da cuenta del 2% del coste de la batería, y en las actuales circunstancias es necesaria una reducción adicional del coste.

Por ejemplo, en el campo de unidades de transporte recargables tales como vehículos eléctricos, y en el campo de terminales electrónicos portátiles tales como teléfonos móviles, es necesario un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica que tenga una mayor cantidad de energía eléctrica de almacenamiento por unidad de volumen a fin de que esté operativo durante un período de tiempo prolongado, Incluso con un volumen reducido. Como ejemplo del dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica mencionado anteriormente, se puede hacer mención de un condensador de doble capa eléctrica en el que un electrolito disuelto en una disolución electrolítica es adsorbido por un electrodo, y la energía eléctrica se almacena en la Interfaz (doble capa eléctrica) formada entre el electrolito y el electrodo.

Los papeles principales de los separadores en los condensadores de doble capa eléctrica son la protección de los electrodos frente al cortocircuito (separabilidad), movimiento sin bloqueo de los Iones en la disolución electrolítica (resistividad Interna baja), y similares. Sin embargo, las membranas porosas mencionadas anteriormente tienen una densidad elevada, y por esta razón, la resistividad Interna tiende a aumentar. Por otro lado, se sabe que los tejidos no tejidos se usan como un separador de un condensador, pero existen problemas por cuanto, cuando se reduce el diámetro de las fibras o se Incrementa la densidad de fibras a fin de mantener la separabilidad, aumenta la resistividad Interna. Por esta razón, es deseable el desarrollo de un separador con una resistividad Interna reducida.

Existen dos procedimientos principales para preparar membranas porosas pollmérlcas de polipropileno, polietlleno o similar, a saber, un procedimiento húmedo y un procedimiento seco. Los procedimientos de preparación mencionados anteriormente tienen características respectivas. En el procedimiento húmedo, se añade un plastlficante a un polímero, tal como polietileno, para formar una película; subsiguientemente, la película se estira blaxlalmente, el plastificante se elimina limpiando con un solvente, y de ese modo se proporcionan poros. En este procedimiento, hay ventajas por cuanto el tamaño de los poros y el grosor de la película se pueden ajustar mejor, y se puede llevar a cabo la respuesta a diversas demandas para todos los tipos Individuales de baterías. Por otro lado, existe un problema por cuanto el procedimiento de preparación es complicado, y por esta razón, aumenta el coste. Por el contrario, en el procedimiento seco, se disuelve un polímero, tal como poliolefina, el polímero se extruye en una película, la película con el polímero se somete a recocido, la película recocida se estira a una temperatura baja para formar poros en la etapa Inicial, y subsiguientemente, se lleva a cabo el estiramiento a temperatura elevada para formar un producto poroso. En este procedimiento, existen ventajas por cuanto los polímeros que tienen diferentes puntos de fusión se pueden laminar, y el procedimiento es fácil, y por esta razón, el producto se puede producir a un coste razonable. Por otro lado, existe un problema por cuanto no se puede llevar a cabo el ajuste sensible de poros o del grosor.

También se ha propuesto un separador que usa tejidos no tejidos formados de fibras sintéticas, fibras inorgánicas o similares, distintos de las películas porosas poliméricas. Los tejidos no tejidos convencionales Incluyen tipos secos de tejidos no tejidos y tipos húmedos de tejidos no tejidos, y ambos se han utilizado como separadores. Se cree que los tipos secos de tejidos no tejidos mediante los cuales no se puede obtener la uniformidad de la distribución de las fibras tiene un bajo efecto de aislamiento de los electrodos, y por esta razón no se pueden usar para baterías secundarias de ion litio. Por otro lado, los tipos húmedos de tejidos no tejidos tienen características en las que la distribución de las fibras es uniforme, en comparación con los tipos secos de tejidos no tejidos. Además, se puede... [Seguir leyendo]

1. Membrana porosa que comprende fibras de celulosa,

en la que dichas fibras de celulosa comprenden una mezcla de:

más de 5% en peso y 99% en peso o menos de una primera materia prima (1) de fibras de celulosa que presenta un área de superficie determinada mediante coloración de Rojo Congo de 25 m2/g o más y 5 m2/g o menos; y

1% en peso o más y menos de 5% en peso de una segunda materia prima (2) de fibras de celulosa que presenta un área de superficie determinada mediante coloración de Rojo Congo de 15 m2/g o más y menos de 25 m2/g

y un aglutinante polimérico hidrófilo en una cantidad comprendida entre 3 y 8 partes en peso con respecto a 1 partes en peso de dicha mezcla.

2. Membrana porosa según la reivindicación 1, en la que dicha primera materia prima (1) de fibras de celulosa está contenida en una cantidad de 7% en peso o más y 99% en peso o menos de dicha mezcla.

3. Membrana porosa según la reivindicación 1 o 2, en la que el área de superficie determinada mediante coloración con Rojo Congo de las fibras de celulosa redispersas obtenidas después de que las fibras de celulosa de la membrana porosa se redispersen según un procedimiento de redispersión para muestras de papel normal según JIS P 812, está comprendida entre 1 y 3 m2/g.

4. Membrana porosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que presenta una resistencia a la tracción de 5 N-m/g o superior, y/o una resistencia al desgarro de ,4 kN/m o superior.

5. Membrana porosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que presenta una porosidad comprendida entre 3 y 7%.

6. Membrana porosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que se obtiene a partir de una suspensión que contiene un formador de poros hidrófilo junto con dicho aglutinante polimérico hidrófilo y dicha mezcla.

7. Membrana porosa según la reivindicación 6, en la que dicho formador de poros hidrófilo presenta una solubilidad con respecto al agua de 1% en peso o más.

8. Membrana porosa según la reivindicación 6 o 7, en la que dicho formador de poros hidrófilo es un éter glicólico.

9. Membrana porosa según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en la que dicha suspensión contiene dicho aglutinante polimérico hidrófilo en una cantidad comprendida entre 3 y 8 partes en peso con respecto a 1 partes en peso de dicha mezcla.

1. Membrana porosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que presenta una resistividad volumétrica de 1.5 fiemo inferior determinada mediante corriente alterna con una frecuencia de 2 kHz en la que la membrana porosa se impregna con una disolución 1 mol/UPFe/carbonato de propileno.

11. Separador para un dispositivo electroquímico que comprende la membrana porosa según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1.

12. Dispositivo electroquímico que comprende el separador para un dispositivo electroquímico según la reivindicación 11.

13. Dispositivo electroquímico según la reivindicación 12, que es una batería o un condensador.

14. Procedimiento para preparar una membrana porosa que comprende fibras de celulosa y un aglutinante polimérico hidrófilo, que comprende las etapas de:

aplicar una suspensión que incluye por lo menos un formador de poros hidrófilo, un aglutinante polimérico hidrófilo, y una mezcla de: más de 5% en peso y 99% en peso o menos de una primera materia prima (1) de fibras de celulosa que presenta un área de superficie determinada mediante coloración de Rojo Congo de 25 m2/g o más y 5 m2/g o menos; y 1% en peso o más y menos de 5% en peso de una segunda materia prima (2) de fibras de celulosa que presenta un área de superficie determinada mediante coloración de Rojo Congo de 15 m2/g o más y menos de 25 m2/g, sobre un sustrato; y

encontrándose dicho aglutinante polimérico hidrófilo en una cantidad comprendida entre 3 y 8 partes en peso

con respecto a 1 partes en peso de dicha mezcla,

secar dicha suspensión para formar una lámina sobre el sustrato; y

separar dicha lámina de dicho sustrato para obtener una membrana porosa de celulosa formada a partir de dicha

lámina.

15. Procedimiento para preparar la membrana porosa de celulosa según la reivindicación 14, que comprende además la etapa de limpiar dicha lámina o membrana porosa con un solvente orgánico.