非水电解质二次电池的隔膜和包括隔膜的电池制造技术

非水电解质二次电池的隔膜(1)包括树脂制基底(2)和布置在所述基底上的多孔耐热层(4)。所述多孔耐热层包括无机填料(6)和中空体(7)。所述中空体包含壳部和中空部。壳部由丙烯酸系树脂形成。中空部在壳部之内形成。在壳部中形成有延伸穿过壳部以在空间上将中空部与壳部的外部互连的开孔部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景1.专利
本专利技术涉及非水电解质二次电池的隔膜和包括隔膜的电池。本专利技术更特别涉及包括树脂制基底和布置在该基底上的多孔耐热层的隔膜。2.相关技术描述非水电解质二次电池，如锂离子二次电池、镍氢电池等广泛用作所谓的便携电源或用作驱动机动车的电源。特别地，重量轻并能获得高能量密度的锂离子二次电池合意地用作用于驱动机动车，如电动车辆、混合动力车辆等的高输出电源。一般而言，这种类型的非水电解质二次电池包括正极、负极和隔膜。隔膜通常由树脂制多孔片形成。隔膜具有电隔离正极和负极的功能、留持非水电解质的功能和停工(shutdown)功能。此外，在该隔膜中需要预定耐热水平(耐久性)。换言之，即使由于过热或其它原因而在隔膜中发生热收缩或断裂时，也要求该隔膜防止正极和负极的内部短路的发生，由此抑制整个电池中的温度上升。作为响应这种要求的方法，提出一种包括在树脂制多孔片的表面上形成的多孔耐热层(HRL)的隔膜。典型地，多孔耐热层主要由无机化合物粒子(无机填料)构成并具有高耐热性和绝缘性质(非导电性质)。例如，日本专利申请公开No.2013-149434(JP2013-149434A)公开了非水电解质二次电池的隔膜，其中在多孔耐热层中含有两种绝缘无机填料。但是，在上述电池中，存在循环特性变差或在过充电时电流中断装置(CID)的运行延迟的可能性。专利技术人已从各种角度研究了这一现象并已经发现该现象涉及可能施加在隔膜上的应力。在如驱动车辆的电源之类的应用中，为了实现高容量，电池通常以通过布置和包括多个电池制成的电池组的形式使用。此时，施加在多孔隔膜上的应力可能高于施加在其它元件上的应力。当电池充电和放电时(当活性材料吸留和排出电荷载流子时)，活性材料层反复膨胀和收缩。因此，可能发生毗邻活性材料层的隔膜逐渐被压碎并变薄的情况。在这种情况下，可能损害隔膜的留持非水电解质的功能(液体保持特性)。可能局部降低正极与负极之间的距离，由此产生微短路，或可能抑制过充电时气体发生剂的反应。因此，为了改进循环特性或增强电流中断装置在过充电时的运行性能，需要提供形状保持特性(形状稳定性)优异的隔膜。专利技术概述本专利技术提供不容易被应力载荷压碎的隔膜和带有该隔膜的非水电解质二次电池。根据本专利技术的第一方面的用于非水电解质二次电池的隔膜包括树脂制基底和布置在所述基底上的多孔耐热层。所述多孔耐热层包含无机填料和中空体。各中空体包含壳部和中空部。壳部由丙烯酸系树脂形成。中空部在壳部之内形成。在壳部中，形成有延伸穿过壳部并在空间上将中空部与壳部的外部互连的开孔部。非水电解质二次电池可以是例如锂离子二次电池。根据本专利技术的该第一方面，所述中空体包含在多孔耐热层中。这能为隔膜提供优异的挠性、弹性和形状保持特性。因此，可以防止隔膜被压碎。例如，隔膜不容易受电池约束力(batteryrestrainingforce)或由于反复充电和放电而可施加在隔膜上的应力(压力)影响。因此可以稳定保持隔膜的形状(通常厚度)。因此，可以适当保持非水电解质二次电池的正极与负极之间的距离和防止由微短路或自放电造成的容量降低。当过充电时，可以适当地使气体发生剂反应。此外，中空体甚至在非水电解质中也电化学稳定性并能将非水电解质保留在其中空部中。因此，中空体可稳定地长期保持和表现出优异的液体保持特性。因此，根据如上配置的隔膜，可以获得可使优异的电池性能(例如循环特性、高温存储特性和输出特性)和在过充电过程中的可靠性以更高水平相兼容的非水电解质二次电池。本文所用的术语“丙烯酸系树脂”是指含有基于丙烯酰基的单体(即在一个分子中具有至少一个(甲基)丙烯酰基的单体)作为构成该丙烯酸系树脂的单体单元(组成单体组分)的聚合物。本文所用的术语“中空体”是指具有壳部和在壳部之内形成的中空部的中空结构粒子。在中空结构粒子的随机位置获取的截面上，表观截面积中的中空部的百分比(下文描述的粒子孔隙度)为5％或更高。在根据本专利技术的第一方面的隔膜中，中空体的粒子孔隙度可以为30％或更高且80％或更低。通过使用这样的粒子孔隙度，可以实现对抗在电池的制造或使用过程中可能施加的应力载荷的优异形状保持特性。同时，可以确保高液体保持特性。相应地，可以以更高水平提供本专利技术的效果。本文所用的术语“粒子孔隙度”是指在中空结构粒子的随机位置获取的截面上，中空结构粒子的表观截面积中的中空部的百分比。这一百分比可通过剖开(或磨制)样品而得的截面观察图像获得，其中将包含中空结构粒子的材料嵌在合适的树脂(优选热固性树脂)中并用电子显微镜观察该样品的截面。在这种观察图像中，根据色调或色度差异，可以将中空结构粒子的壳部、中空部和开孔部彼此区分。因此，就许多中空结构粒子而言，获取中空部所占据的面积CV与中空体所占据的表观截面积CT的比率CV/CT。可以通过计算出比率CV/CT值的算术平均值来获得粒子孔隙度。在根据本专利技术的第一方面的隔膜中，中空体的平均粒径可以为0.05微米或更高且5微米或更低。通过利用这样的平均粒径，可以将中空体均匀布置在多孔耐热层中。因此，可以适当分散和减轻可能施加在隔膜上的应力，由此实现优异的形状保持特性。除非明确地另行提到，本文所用的术语“平均粒径”是指对应于来自通过粒度分布测量装置使用普通激光衍射和光散射法测得的体积基粒度分布中的细粒侧的累积体积的50体积％的粒径(D50粒径或中值直径)。在根据本专利技术的第一方面的隔膜中，整个多孔耐热层中的中空体百分比可以为0.1质量％或更高且50质量％或更低。通过利用这样的含量百分比，可以抑制由中空体的添加造成的电阻提高，同时确保隔膜的形状保持特性(机械强度)。相应地，可以实现更高电池性能。在根据本专利技术的第一方面的隔膜中，多孔耐热层的孔隙率可以为20体积％或更高且50体积％或更低。通过设定孔隙率落在这一范围内，可以适当确保液体保持特性和离子渗透性，同时保持形状保持特性(机械强度)。因此可以降低电池电阻和以更高水平提供本专利技术的效果。本文所用的术语“孔隙率”是指由公式(1-W/ρV)×100计算出的值，其中W是质量(克)，V是表观体积，ρ是真密度。可以通过将平视面积S和厚度T相乘计算表观体积V。可以例如通过用冲或切割工具将隔膜切成正方形或矩形得出“平视面积S”。可以通过例如测微计、厚度计(例如旋转型游标卡尺)等测量“厚度T”。可以通过密度测量仪器根据普通等容膨胀法(气体置本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水电解质二次电池的隔膜，其包含：树脂制基底；和布置在所述基底上的多孔耐热层，其中所述多孔耐热层包含无机填料和中空体，其中各中空体包含壳部和中空部，其中所述壳部由丙烯酸系树脂形成，其中所述中空部在所述壳部之内形成，且其中在所述壳部中形成有延伸穿过壳部以在空间上将中空部与壳部的外部互连的开孔部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.29 JP 2013-2485291.非水电解质二次电池的隔膜，其包含：
树脂制基底；和
布置在所述基底上的多孔耐热层，
其中所述多孔耐热层包含无机填料和中空体，
其中各中空体包含壳部和中空部，
其中所述壳部由丙烯酸系树脂形成，
其中所述中空部在所述壳部之内形成，且
其中在所述壳部中形成有延伸穿过壳部以在空间上将中空部与壳部的
外部互连的开孔部。
2.根据权利要求1的隔膜，其中各中空体的粒子孔隙度为30％或更高
且80％或更低。
3.根据权利要求1或2的隔膜，其中通过激光衍射和光散射法测得的
所述中空体的平均粒径为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：梅山浩哉，桥本达也，福本友祐，大原敬介，鸟山幸一，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP