[发明专利]保护膜、使用该保护膜的间隔物以及充电电池

说明书

本发明的目的是提供一种能更可靠地抑制会在阳极产生的树枝状结晶生长的阳极保护膜、使用该阳极保护膜的间隔物及充电电池。该保护膜是保护含锂阳极的膜，由高分子多孔质膜、及自身具有锂离子传导性的高分子材料构成，该高分子多孔质膜的至少一个表面用该具有锂离子传导性的高分子材料覆盖。

技术领域

本发明涉及保护膜、使用该保护膜的间隔物以及充电电池。特别是涉及保护含锂阳极的保护膜、使用该保护膜的间隔物以及充电电池。

背景技术

近年来，CD播放器、多媒体播放器、移动电话、智能手机、笔记本型个人电脑、平板型设备、摄像机等便携式无线产品越来越小型化，不断向便携化发展。此外，从大气污染或二氧化碳的增加等环境问题的观点出发，混和动力汽车、电动汽车的开发受到推荐，且正处于实用化阶段。在这些电子设备或电动汽车等中，需要具有高效率、高输出、高能量密度、重量轻等特征的优异的充电电池。作为具有上述特性的充电电池，各种充电电池的开发、研究正在进行。

可以充放电的充电电池通常具有以下结构：正极(阴极)与负极(阳极)间用包含有机电解液的多孔性聚合物膜隔开，从而防止阳极与阴极间直接电接触。

到目前为止，作为该非水电解质充电电池的正极活性物质，已知有V₂O₅、Cr₂O₅、MnO₂、TiS₂等。此外，目前正被产品化的锂离子电池使用LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂等来作为4V级的正极活性物质。

另一方面，对于负极，针对以金属锂为代表的碱金属进行了大量的探讨。特别是金属锂具有非常高的理论能量密度(重量容量密度3861mAh/g)及低充放电电位(-3.045Vvs.SHE)，因此被认为是理想的负极材料。

而且，作为电解液，例如使用溶解在非水性有机溶剂中的锂盐，其具有良好的离子传导性和可以忽略的电传导性。在充电过程中，锂离子从正极向负极(锂)移动。相反地，在放电过程中，锂离子向正极移动。

但是，使用含锂负极(阳极)时存在下述问题。在充电时，会在负极的锂表面析出树枝状的锂(锂枝晶)。若反复地充放电，则锂枝晶会生长，导致其从锂金属剥离等，从而会使循环特性降低。最恶劣的情况是生长到刺穿间隔物的程度，引起电池短路，成为电池起火的原因。

因此，为了使用含锂的负极(阳极)，必须解决锂枝晶的问题。

因此，对能够吸附和释放锂的各种含碳材料、铝等的金属、合金或氧化物等进行了大量的探讨。

然而，虽然使用这些负极材料能有效抑制锂枝晶的生长，但是另一方面会使电池的容量降低。

因而，依然积极地进行使用含锂负极(阳极)的研究开发，进行了大量例如探讨电池构成方法的改进。

例如，非专利文献1对于锂电极上锂枝晶的产生、生长的机制进行了研究。若为了充电施加电流，则Li⁺离子在锂电极上析出，锂电极的形态发生变化，在表面上产生裂纹，并从裂纹生长出树枝状结晶。但是，其没有记载防止该树枝状结晶生长的具体方法。

此外，专利文献1(日本专利特开平9－293518)中虽然没有限定为锂电池，但是公开了离子传导度高且没有电解液漏出的薄膜状电解质及使用该薄膜状电解质的重量轻、能量密度高的电池。具体地说，提出了多孔质膜和在其两面具有离子传导性的固体高分子层的电解质间隔物，具有离子传导性的固体高分子层起到防止电解液漏出的作用。但是，其没有记载防止锂枝晶生长的具体方法。