高分子多孔膜及其制造方法、电池用隔膜、电极单元、电极框架、电池技术

一种高分子多孔膜，包含第1层和第2层。第1层为多孔质。第1层具有三维网眼结构。第2层在放大倍率为5万倍的图像中为非多孔质。第2层的比例大于0％且小于10％。第2层的比例由式子“第2层的比例(％)＝(t2/t0)

【技术实现步骤摘要】
高分子多孔膜及其制造方法、电池用隔膜、电极单元、电极框架、电池


[0001]本公开涉及高分子多孔膜、电池用隔膜、电极单元、电极框架、电池、以及高分子多孔膜的制造方法。

技术介绍

[0002]日本特开2020
‑
123453号公报公开了采用相分离法形成隔膜层。

技术实现思路

[0003]已提出通过在多成分溶液的干燥过程中诱发的相分离(以下也记为“干燥诱发相分离”)而形成高分子多孔膜。高分子多孔膜例如可以作为电池用隔膜利用。以下，将高分子多孔膜简称为“多孔膜”。
[0004]多成分溶液包含高分子材料、良溶剂和不良溶剂。干燥时，溶剂从溶液的表面气化。由此，在溶液的表层与溶液的主体之间会产生组成差。其结果，多孔膜会形成为包含第1层和第2层。第1层是多孔膜的基层。第1层具有三维网眼结构。第2层形成于多孔膜的最表面。第2层为非多孔质。第2层即使在5万倍的SEM(Scanning Electron Microscope，扫描电子显微镜)图像中也无法观察到细孔的存在。
[0005]在电池内，第2层(非多孔质层)会阻碍离子的透过。即、在多孔膜包含第2层的情况下，多孔膜有可能无法作为隔膜发挥作用。
[0006]本公开的目的是提供一种新的高分子多孔膜。
[0007]以下，对本公开的技术构成和作用效果进行说明。但本说明书的作用机制包含推定。作用机制不限定本公开的技术范围。
[0008]1.一种高分子多孔膜，包含第1层和第2层。第1层为多孔质。第1层具有三维网眼结构。第2层在放大倍率为5万倍的图像中为非多孔质。第2层的比例大于0％且小于10％。
[0009]第2层的比例由下述式(I)求出。
[0010]第2层的比例(％)＝(t2/t0)
×
100(I)
[0011]“t
0”表示高分子多孔膜的厚度。
[0012]“t
2”表示第2层的厚度。
[0013]根据本公开的新见解，当第2层(非多孔质层)相对于膜整体所占的比例小于10％时，第2层显示出离子透过性。即、以小于10％的比例含有第2层的多孔膜能够作为隔膜发挥作用。另外，还发现由于存在第2层，能够获得益处。即、通过第2层的存在，可期待电池的耐短路性提高。认为这是由于第2层阻碍了枝晶的生长。
[0014]2.第2层的比例例如可以为2～8％。
[0015]3.第2层的厚度例如可以为0.5～1.5μm。
[0016]4.第1层的平均细孔直径例如可以为500～2000nm。
[0017]5.三维网眼结构例如可以包含连续气孔结构。
[0018]例如，通过泡状的气孔部分重合，可以形成三维网眼结构。
[0019]6.高分子多孔膜例如可以包含选自乙烯
‑
乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚乙烯醇(PVA)中的至少一种。
[0020]多孔膜的原料既可以是非水溶性高分子，也可以是水溶性高分子。
[0021]7.高分子多孔膜的透气度例如可以为32～600s/100ml。
[0022]8.高分子多孔膜的孔隙率例如可以为50～72％。
[0023]9.高分子多孔膜的厚度例如可以为16～25μm。
[0024]10.一种电池用隔膜，包含高分子多孔膜。
[0025]多孔膜例如可以作为电池用隔膜使用。以下将“电池用隔膜”简称为“隔膜”。
[0026]11.一种电极单元，包含高分子多孔膜和电极。高分子多孔膜附着在电极的表面。
[0027]多孔膜例如可以用于电极单元。电极单元是隔膜与电极成为一体的部件。
[0028]12.一种电极框架，包含高分子多孔膜。
[0029]13.一种电池，包含第1电极、隔膜、第2电极和电解液。第2电极具有与第1电极不同的极性。隔膜将第2电极与第1电极分离。隔膜包含高分子多孔膜。
[0030]上述“13.”的电池可以包含上述“10.”的隔膜和“11.”的电极单元中的至少一者。
[0031]14.一种电池，包含第1电极、第2电极和电解液。第2电极具有与第1电极不同的极性。第2电极包含电极框架。第2电极构成为：通过第1层内的空隙中的金属的析出反应而充电，并且通过金属的溶解反应而放电。
[0032]本公开还提供一种多孔膜的新用途。电极框架在溶解析出型的电池中为活性物质(金属)提供反应场。金属可以在电极框架(第1层)内的空隙中溶解并析出。溶解析出型的电池被期待具有高容量。以往，溶解析出型的电池的课题是枝晶。即、由于金属的枝晶生长，有可能发生内部短路。例如，通过在第1层的孔隙(泡状的气孔)内析出金属，可期待金属不成为枝晶而成为块状。并且，也可以期待与金属的溶解、析出相伴的电极的体积变化得到缓和。另外，通过存在第2层，可期待金属被封闭在第1层内。
[0033]15.一种高分子多孔膜的制造方法，包括下述(a)～(c)。
[0034](a)通过将高分子材料、良溶剂和不良溶剂混合，准备高分子溶液。
[0035](b)形成高分子溶液的液膜。
[0036](c)通过将液膜干燥，制造高分子多孔膜。
[0037]不良溶剂的沸点高于良溶剂。
[0038]高分子多孔膜包含第1层和第2层。第1层为多孔质。第1层具有三维网眼结构。第2层在放大倍率为5万倍的图像中为非多孔质。第2层的厚度的比例大于0％且小于10％。第2层的厚度的比例由上述式(I)求出。
[0039]多孔膜可以通过干燥诱发相分离而形成。例如，可以通过“高分子材料、良溶剂和不良溶剂的种类”、“材料的组合”、“材料的配合比”、以及“干燥条件”等的组合来调整第2层的比例。
[0040]以下，对本公开的实施方式(以下简称为“本实施方式”)和本公开的实施例(以下简称为“本实施例”)进行说明。但本实施方式和本实施例不限定本公开的技术范围。
[0041]本公开的上述以及其它目的、特征、方面和优点，通过与附图相关联而理解的关于本公开的以下详细说明而明确。
附图说明
[0042]图1是本实施方式中的高分子多孔膜的截面SEM图像的一个例子。
[0043]图2是表示本实施方式中的高分子多孔膜的概略剖视图。
[0044]图3是本实施方式中的高分子多孔膜的制造方法的概略流程图。
[0045]图4是表示本实施方式中的第1电池的结构的概略剖视图。
[0046]图5是表示本实施方式中的第2电池的结构的概略剖视图。
[0047]图6是No.1～5的截面和表面SEM图像。
[0048]图7是No.6～8的截面和表面SEM图像。
[0049]图8是表示直流内部电阻的测定结果的图表。
[0050]图9是表示初次充放电的结果的图表。
[0051]图10是No.9～11的截面SEM图像。
具体实施方式
[0052]＜用语的定义等＞
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高分子多孔膜，包含第1层和第2层，所述第1层为多孔质，所述第1层具有三维网眼结构，所述第2层在放大倍率为5万倍的图像中为非多孔质，由下述式(I)求出的所述第2层的比例大于0％且小于10％，所述第2层的比例(％)＝(t2/t0)
×
100(I)t0表示高分子多孔膜的厚度，t2表示所述第2层的厚度。2.根据权利要求1所述的高分子多孔膜，所述第2层的比例为2～8％。3.根据权利要求1所述的高分子多孔膜，所述第2层的厚度为0.5～1.5μm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的高分子多孔膜，所述第1层的平均细孔直径为500～2000nm。5.根据权利要求1～4中任一项所述的高分子多孔膜，所述三维网眼结构包含连续气孔结构。6.根据权利要求1～5中任一项所述的高分子多孔膜，包含选自乙烯
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乙烯醇共聚物、聚偏二氟乙烯和聚乙烯醇中的至少一种。7.根据权利要求1～6中任一项所述的高分子多孔膜，透气度为32～600s/100ml。8.根据权利要求1～7中任一项所述的高分子多孔膜，孔隙率为50～72％。9.根据权利要求1～8中任一项所述的高分子多孔膜，厚度为16～25μm。10.一种电池用隔膜，包含权利要求1～9中任一项所述的高分子多孔膜。11.一种电极单元，包含电极和权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：政冈壮太，松延广平，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：