电化学元件用隔板制造技术

本发明专利技术提供一种电化学元件用隔板，其是包括第1隔板层和第2隔板层的多孔的电化学元件用隔板。所述第1隔板层包含选自熔点为80～130℃的树脂A以及通过加热会吸收非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂B中的至少一种树脂，所述树脂A和所述树脂B的合计体积为所述第2隔板层的全部空孔体积的50％以上；所述第2隔板层包含耐热温度为150℃以上的填料来作为主体，同时含有固定所述填料的有机粘合剂；所述电化学元件用隔板整体的厚度为5～30μm；所述第1隔板层和所述第2隔板层中的至少一个包含板状粒子。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及廉价、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。
技术介绍
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 30 μ m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，本专利技术人研究的结果是，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，但是根据本专利技术人的研究，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号公报专利文献2 特开2000-306568号公报专利文献3 特开平9-259856号公报专利文献4 特开平11-40130号公报专利文献5 特开2001-291503号公报专利文献6 特开2003-123728号公报专利文献7 特开昭60-136161号公报专利文献8 特开平5-74436号公报专利文献9 特开2003_2观43号公报专利文献10 特表2005-502177号公报专利文献11 特表2005-536858号公报
技术实现思路
本专利技术鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种电化学元件的隔板及其制造方法、以及具有该隔板的电化学元件及其制造方法，该隔板的结构对于异常放热时具有安全性，对由于各种原因引起的内部短路具有优异的可靠性。本专利技术的电化学元件用隔板是包括第1隔板层和第2隔板层的多孔电化学元件用隔板，其特征在于，所述第1隔板层包含选自熔点为80 130°C的树脂A以及通过加热会吸收非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂B中的至少一种树脂作为主体，所述第2隔板层包含耐热温度为150°C以上的填料作为主体，所述第1隔板层和所述第2隔板层中的至少一个包含板状粒子。本专利技术的电化学元件是包括正极、负极、非水电解液和多孔隔板的电化学元件，其特征在于，所述隔板包括第1隔板层和第2隔板层，所述第1隔板层包含选自熔点为80 130°C的树脂A以及通过加热会吸收所述非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂B中的至少一种树脂作为主体，所述第2隔板层包含耐热温度为150°C以上的填料作为主体，所述第1隔板层和所述第2隔板层中的至少一个包含板状粒子。本专利技术的电化学元件用隔板的第1制造方法，其特征在于，包括准备浆液状的第 1隔板层形成用组合物的工序，所述组合物包含选自熔点为80 130°C的树脂A以及通过加热会吸收非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂B中的至少一种树脂； 准备包含耐热温度为150°C以上的填料的浆液状的第2隔板层形成用组合物的工序；将所述第1隔板层形成用组合物涂布到多孔基体上，形成包含选自所述树脂A和所述树脂B中的至少一种树脂作为主体的第1隔板层的工序；将所述第2隔板层形成用组合物涂布到所述多孔基体上，形成包含所述填料作为主体的第2隔板层的工序；并且，所述第1隔板层形成用组合物和所述第2隔板层形成用组合物中的至少一个包含板状粒子。本专利技术的电化学元件用隔板的第2制造方法，其特征在于，包括准备浆液状的第 1隔板层形成用组合物的工序，所述组合物包含选自熔点为80 130°C的树脂A以及通过加热会吸收非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂B中的至少一种树脂； 准备包含耐热温度为150°C以上的填料的浆液状的第2隔板层形成用组合物的工序；将所述第1隔板层形成用组合物涂布到第1多孔基体上，形成包含选自所述树脂A和所述树脂 B中的至少一种树脂作为主体的第1隔板层的工序；将所述第2隔板层本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电化学元件用隔板，其是包括第１隔板层和第２隔板层的多孔的电化学元件用隔板，其特征在于，所述第１隔板层包含选自熔点为８０～１３０℃的树脂Ａ以及通过加热会吸收非水电解液而膨胀且膨胀度随着温度上升会增大的树脂Ｂ中的至少一种树脂，所述树脂Ａ和所述树脂Ｂ的合计体积为所述第２隔板层的全部空孔体积的５０％以上，所述第２隔板层包含耐热温度为１５０℃以上的填料来作为主体，同时含有固定所述填料的有机粘合剂，所述电化学元件用隔板整体的厚度为５～３０μｍ，所述第１隔板层和所述第２隔板层中的至少一个包含板状粒子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：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，
类型：发明
国别省市：JP