[发明专利]电化学元件用隔板无效

专利信息
申请号: 201110159740.6 申请日: 2006-12-08
公开(公告)号: CN102244221A 公开(公告)日: 2011-11-16
发明(设计)人: 片山秀昭;阿部敏浩;松本修明;佐藤吉宣 申请(专利权)人: 日立麦克赛尔株式会社
主分类号: H01M2/16 分类号: H01M2/16;H01G9/02
代理公司: 北京银龙知识产权代理有限公司 11243 代理人: 钟晶;於毓桢
地址: 日本*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 电化学 元件 隔板
【说明书】:

本发明为2006年12月8日提交的申请号为200680024879.7的发明名称为“电化学元件用隔板及其制造方法以及电化学元件及其制造方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及廉价、在高温时的尺寸稳定性优异的电化学元件用隔板及使用该隔板而形成的、在高温环境下也安全的电化学元件。

背景技术

由于能量密度高这样的特点,以锂二次电池和超级电容器为代表的采用非水电解液的电化学元件被广泛用作便携电话、笔记本型个人电脑等便携器械的电源。伴随着便携器械的高性能化,电化学元件的高容量化正在进一步发展,确保安全性变得重要。

对于现在的锂二次电池,采用例如厚度为20~30μm范围的聚烯烃系多孔膜作为夹在正极和负极之间的隔板。另外,作为隔板材料有时适用熔点低的聚乙烯(PE),这是为了确保所谓关闭效果,即,在电池的热失控(异常放热)温度以下隔板的构成树脂熔融并堵塞空孔,由此增加电池的内部电阻,从而在短路时提高电池的安全性。

然而,作为这种隔板为了多孔化和提高强度采用例如单轴拉伸或双轴拉伸的薄膜。这种隔板由于以单独存在的薄膜被供给,在作业性等方面要求一定的强度,通过上述拉伸确保了该强度。但是,这种拉伸膜的结晶度增大,关闭温度也高至接近电池的热失控温度的温度,从而确保电池安全性的余量难以认为是充分的。

另外,薄膜由于上述拉伸会产生应变,其在高温下暴露时,存在因残留应力产生收缩的问题。收缩温度存在于熔点、即非常接近关闭温度处。因此,使用聚烯烃系多孔膜隔板时,在充电异常时等如果电池温度达到关闭温度,则必须立刻减少电流以防止电池温度上升。这是由于,当空孔没有充分堵塞、不能立刻减少电流的情况,电池温度容易上升到隔板的收缩温度,从而存在由内部短路引起异常放热的危险性。

为了防止这种热收缩引起的短路,提出了采用利用了耐热性树脂的微多孔膜或无纺布作为隔板的方法。例如在专利文献1中公开了采用全芳香族聚酰胺的微多孔膜的隔板,在专利文献2中公开了采用聚酰亚胺多孔膜的隔板。另外,在专利文献3中公开了采用聚酰胺无纺布的隔板的技术,在专利文献4中公开了采用芳香族聚酰胺的以无纺布为基材的隔板的技术,在专利文献5中公开了采用聚丙烯(PP)无纺布的隔板的技术,在专利文献6中公开了采用聚酯无纺布的隔板的技术。

如上所述的采用耐热性树脂或耐热性纤维的隔板在高温下的尺寸稳定性优异,可以薄型化,但是由于不具有在高温时孔堵塞的所谓关闭特性,在外部短路或内部短路这样的电池温度急剧上升的异常情况不能充分确保安全性。

作为解决这种问题的技术,在专利文献7和专利文献8中公开了以无纺布为基材、使其含有热熔融性的聚烯烃的结构的隔板的技术。对于这种结构的隔板,高温时确实不会热收缩,并且当达到聚烯烃的熔点以上的温度时聚烯烃会熔融而显示出关闭特性。但是,本发明人研究的结果是,上述结构的隔板中聚烯烃柔软,在与以锂电池的正极中通常采用的无机氧化物粒子为活性物质的正极并用而形成电池时,由于无机氧化物粒子非常硬,当夹着隔板挤压正极和负极的情况下,正极的无机氧化物粒子的突起可能会刺破隔板而与负极接触,形成短路,在确保电池的可靠性方面存在问题。

另外,在专利文献9和专利文献10中,为了防止上述短路,提出了在无纺布中含有无机填料而构成隔板的方法。但是,对于这种结构的隔板,由于没有赋予关闭功能,因此在确保安全性方面存在问题。另外,在专利文献9和专利文献10所示的实例中,作为无机填料采用了单一颗粒状的微粒,但是根据本发明人的研究,由颗粒状的无机微粒构成的多孔膜在产生锂枝晶时该枝晶容易刺破多孔膜的可能性高,不能充分确保对由于枝晶引起的内部短路的可靠性。

进而,在专利文献9所示的实例中没有使用粘结无机填料用的粘合剂,而在专利文献10所示的实例中使用了无机粘合剂。对于这种结构的隔板,当不弯曲使用时没有问题,但是在将正极、负极和隔板卷绕成胶卷状而制作锂电池中一般采用的卷绕体时,包含无机填料的隔板容易产生开裂,该开裂可能会引起短路等。特别是对于采用弯曲部的直径小的卷绕体的方形电池,由隔板的开裂引起的短路等问题显著。

除此以外,在专利文献11中公开了对由无纺布和无机填料构成的多孔膜设置由聚烯烃粒子构成的关闭层、确保了关闭功能的结构的隔板。根据这种结构,既可以确保隔板的耐热性,又可以赋予关闭功能,但是作为基本的由无纺布和无机填料构成的多孔膜与专利文献10所示的结构一样,从而难以确保上述问题,即对由于枝晶引起的内部短路的耐性和对弯曲的可靠性。

专利文献1:特开平5-335005号公报

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