[发明专利]锂离子二次电池

说明书

本申请是申请日为2004年7月26日、中国申请号为200480014235.0且发明名称为“锂离子二次电池”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种具有下述多孔膜的锂离子二次电池，其中所述多孔膜由填料与树脂粘合剂构成，且与正极和负极的至少一方的表面相粘合。本发明涉及一种锂离子二次电池，它即使短路也不会产生热失控，且具有优良的安全性。

背景技术

随着电子设备向可移动、无线方面的发展，作为其驱动电源，引人注目的是小型、轻量且具有高能密度的锂离子二次电池。锂离子二次电池具有：由含有锂的过渡金属氧化物等构成的正极，由碳材料等构成的负极与非水电解液。

在锂离子二次电池中，隔膜介于正极与负极之间，其中所述隔膜具有使两电极之间产生电绝缘、而且保持电解液的作用。该隔膜主要使用由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃构成的微孔膜。微孔膜一般由树脂拉伸加工而成。

但是，这样的隔膜大概在100℃左右的较低温度下便产生热收缩。因此，有可能因微小短路部的迅速扩大而导致热失控。也就是说，如果有杂质的混入或因钉刺试验而产生短路，则在瞬间产生的热的作用下，隔膜便产生热收缩。由此，隔膜的缺陷部增大，短路扩大，以致造成热失控。特别是在超过150℃的环境下，由于微孔膜的收缩，电池安全性遭到破坏的可能性较大。

于是，正如图4示意表示的那样，就糊状电解质40作为隔膜发挥作用的项目进行了研究。糊状电解质40包含着含有增粘剂的大量电解液41与电绝缘性的填料粒子42，填料粒子42作为正极43与负极44之间的隔板(spacer)发挥作用(参照特开平10-55718号公报)。

因为糊状电解质是采用增粘剂提高了粘度的电解液与电绝缘性的填料的复合材料，所以其优点是充分含有电解液，可以确保一定水平的锂离子传导性。但是，其缺点是作为隔膜的强度是不充分的，从而缺乏实用性。

另外，有人提出了将下述的多孔膜用作隔膜的方案，其中所述多孔膜由填料与树脂粘合剂构成，且与正极和负极的至少一方的表面相粘合(参照特开平10-106530号公报)。

多孔膜采用如下的方法来形成：即将由填料和溶解在溶剂中的树脂粘合剂构成的原料糊剂涂敷在极板表面，然后进行干燥。在这样的糊剂中，作为树脂粘合剂，含有氟树脂、聚烯烃树脂等。

再者，为了防止在电池的制造工序中、电极合剂部分地从极板脱落而诱发电池的内部短路，也提出了并用上述的多孔膜与隔膜的方案(特开平7-220759号公报)。

特开平10-106530号公报与特开平7-220759号公报所述的多孔膜的优点是，可以确保一定水平的强度与安全性。

但是，使树脂粘合剂溶解在溶剂之中后，当树脂粘合剂在填料粒子表面析出时，正如图5示意表示的那样，因为用树脂粘合剂51覆盖的填料粒子52的面积增大，所以必须使用大量的树脂粘合剂。其结果，与强度相反，填料粒子间的空隙减少，从而倾向于使正极53与负极54之间的电解液或锂离子的移动通路变得不充分。也就是说，难以在保持一定强度的同时，确保充分的锂离子的传导性。

另外，作为多孔膜的树脂粘合剂，因为没有发现具有合适物性的树脂，所以，在维持锂离子传导性的同时，谋求进一步提高多孔膜强度也是比较困难的。

发明内容

本发明涉及一种具有下述多孔膜的锂离子二次电池，其中所述多孔膜由填料与树脂粘合剂构成，且与正极和负极的至少一方的表面相粘合。

本发明的目的之一是提供一种锂离子二次电池，其通过使用如下的多孔膜，可以使安全性与高速率特性得以兼备，其中所述多孔膜将多孔膜中的树脂粘合剂的含量限定为少量，同时选择树脂粘合剂的构成单体，藉此可以确保耐热性、必要的强度以及锂离子的传导性。

为提高多孔膜的锂离子传导性，必须在多孔膜内形成尽可能多的空隙。另外，为了在多孔膜内形成大量空隙，必须尽量减少树脂粘合剂相对于填料的用量。但是，即使在多孔膜内形成大量的空隙，如果空隙的大小不适宜于锂离子的移动，就不可能最大限度地提高锂离子传导性。有鉴于此，本发明的目的之一是通过控制多孔膜内微孔的平均孔径，使多孔膜的锂离子传导性得以最大限度地提高。

在形成有多孔膜的极板上，因为在构成极板组时施加拉伸应力，所以多孔膜有可能产生龟裂，从而导致短路不良。多孔膜对应力的耐受性，虽然也受到由填料与树脂粘合剂构成的原料糊剂之涂敷条件和干燥条件的影响，但最终强烈依存于多孔膜的伸长率。然而，为了确保多孔膜的锂离子传导性，必须将树脂粘合剂的含量限定为少量，甚至连伸长率的控制都无暇它顾。有鉴于此，本发明的目的之一是通过控制多孔膜的伸长率，使电池的可靠性得以提高。