隔膜和非水电解质电池制造技术

本发明专利技术提供了一种隔膜和非水电解质电池。所述隔膜包括基础层和表面层，其中所述表面层在所述基础层的至少一侧上，并且其中所述表面层被结构化，从而在充电时崩塌以防止因其膨胀而损坏负极。本发明专利技术还提供了包括所述隔膜的电池。本发明专利技术进一步提供了包括所述电池的电子装置、电动车辆和电力储存装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隔膜。另外，本专利技术涉及在电极之间具有隔膜的非水电解质电池。
技术介绍
近年来，伴随便携式电子信息装置如手机、摄像机、笔记本尺寸的个人计算机等的扩展，已经尝试增强这些装置的性能并降低它们的尺寸和重量。作为用于这些装置的电源， 已经使用了作为一次性的原电池和可以重复使用的二次电池。然而，从性能提高、尺寸下降、重量下降、经济等的良好的总体平衡的观点来看，对于非水电解质电池，特别是锂离子二次电池具有不断增加的需求。另外，尝试进一步提高这些装置的性能并进一步降低其尺寸，并且关于非水电解质电池如锂离子二次电池，需要进一步提高能量密度。因此，为了实现锂离子二次电池的容量的急剧增加，已经提出了其中使用在充电时能够与锂形成合金的金属材料等代替过去使用的碳质负极活性物质作为负极活性物质的手段，如同例如在日本专利公开号2011-154901和日本专利公开号2011-023241中所述 (在下文中分别称作专利文献I和专利文献2)。具体地，已经提出了使用硅或锡或其化合物等作为金属类负极活性物质。例如，当用作锂离子二次电池中的负极活性物质时，已知锡 (Sn)具有高理论容量(约994mAh/g)，其比石墨的理论容量(约372mAh/g)高得多。此外，硅(Si)具有高得多的理论容量(4199mAh/g)。
技术实现思路
然而，使用在专利文献I和2中提出的负极活性物质形成的负极活性物质层在充电时非常大程度地膨胀，且伴随它们的膨胀和收缩的体积变化为不低于四倍的水平。因此， 负极活性物质层的膨胀伴随对负极集电体施加拉伸应力，这会造成负极集电体的塑性变形，从而最终导致集电体的断裂。这种问题不限于负极集电体，而是也发生在构成正极的正极集电体中，所述正极利用其间的隔膜与负极堆叠在一起并且与负极处于相互压靠的关系O另外，由于卷绕电极体整体的膨胀，卷绕电极体的外周部压靠在包装壳(casing can)的内壁，这可能导致朝向正极集电体和负极集电体上的卷绕电极体的卷绕中心施加剪切应力。这可能对正极集电体和负极集电体造成损坏，或者甚至造成正极集电体和/或负极集电体的断裂。因此，需要一种隔膜和使用所述隔膜的非水电解质电池，其中通过所述隔膜可以防止正极和负极在负极膨胀时受到损坏或破坏。根据本专利技术的实施方式，提供了一种用于非水电解质电池的隔膜，包含具有多孔膜的基材(基础材料，基体材料，base material);和形成在所述基材一侧的表面上的多孔表面层，其包含无机颗粒和树脂材料，并具有凹凸的表面形状(rugged surface shape),其中算术平均表面粗糙度Sa为I. O至4. O μ m。根据本专利技术的另一个实施方式，提供了一种非水电解质电池，包括具有利用其间的隔膜彼此面对的正极和负极的电极体；和非水电解质。在该非水电解质电池中，隔膜包含具有多孔膜的基材；和形成在所述基材一侧的表面上的多孔表面层，其包含无机颗粒和树脂材料，并具有凹凸的表面形状，其中算术平均表面粗糙度Sa为I. O至4. O μ m。根据本专利技术的另外的实施方式，提供了一种非水电解质电池，包括具有利用其间的隔膜而彼此面对的正极和负极的电极体，所述隔膜包含多孔膜；和非水电解质。所述非水电解质电池还包括多孔层，其包含无机颗粒和树脂材料，并具有凹凸的表面形状，其中算术平均表面粗糙度Sa为I. O至4. O μ m，所述多孔层设置在所述隔膜与利用其间的隔膜而彼此面对的所述正极和所述负极中的一个之间。根据本专利技术的又一个实施方式，提供了一种用于非水电解质电池的隔膜，包含具有多孔膜的基材；和多孔表面层，其形成在所述基材一侧的表面上且包含无机颗粒和树脂材料。在所述隔膜中，表面层满足下列式(I)和式(2)Qs>0. 50 (mj/cm2 · K)…(I)(其中Qs是每单位面积的表面层的热含量0含，heatcontent)),O. 30Xk0< (S2/Sl)Xkp〈0.70XkpjPk0〈kp... (2)(其中kO是在不存在因压力而导致的负荷的情况下表面层的热导率(thermal conductivity), kp是在存在4000N/cm2的负荷的情况下表面层的热导率，SI是表面层的投影面积(projected area),并且S2是在存在4000N/cm2的负荷的情况下表面层的接触面积)。根据本专利技术的实施方式，在负极活性物质层膨胀时，隔膜的表面层崩塌从而吸收负极活性物质层的膨胀。通过使用根据本专利技术实施方式的隔膜，可以防止在充电时电极因负极活性物质层的膨胀而损坏或破坏。根据一个实施方式，提供了隔膜。所述隔膜包含基础层(基体层，base layer) 和表面层，其中所述表面层在所述基础层的至少一侧上，并且其中所述表面层被结构化 (structured)，从而在充电时崩塌以防止因其膨胀而对负极造成损坏。在一个实施方式中，所述表面层具有多孔结构，其包含树脂材料和分散在所述树脂材料中的无机颗粒。在一个实施方式中，所述多孔结构在所述表面层的至少一部分上。在一个实施方式中，所述多孔结构具有60%至90%的孔隙率。在一个实施方式中,所述表面层具有三维结构。在一个实施方式中，所述表面层具有I微米至4微米的表面粗糙度。在一个实施方式中，所述表面层具有不小于O. 4的压缩比(compression ratio) (B/A)，其中A是表面层在3. 57N/cm2的负荷下的厚度，并且其中B是表面层在4000N/cm2的负荷下的崩塌量(塌陷量，對塌量，collapse amount)。在一个实施方式中，所述表面层包括在所述表面层的至少一部分上的至少一个突起部(突起，projection)。在一个实施方式中，所述至少一个突起部的尺寸为I微米至100微米。在另一个实施方式中，提供了一种电池。所述电池包括隔膜和负极，其中所述隔膜包括基础层和表面层，其中所述表面层在所述基础层的至少一侧上，并且其中所述表面层被结构化，从而在充电时崩塌以防止因其膨胀而对负极造成损坏。在一个实施方式中，进一步提供了正极，其中所述正极和所述负极中的至少一个面对所述隔膜。在一个实施方式中，所述表面层具有多孔结构，其包含树脂材料和分散在所述树脂材料中的无机颗粒。在一个实施方式中，所述多孔结构在所述表面层的至少一部分上。在一个实施方式中，所述表面层包括在所述表面层的至少一部分上的至少一个突起部。在一个实施方式中,所述至少一个突起部的尺寸为I微米至100微米。在其他实施方式中，提供了包括所述电池的电子装置、电动车辆和电力储存装置。在又一个实施方式中，提供了一种制造隔膜的方法。所述方法包括形成基础层和表面层，其中所述表面层在所述基础层的至少一侧上，并且其中所述表面层被结构化，从而在充电时崩塌以防止因其膨胀而对负极造成损坏。在一个实施方式中，所述表面层具有多孔结构，其包含树脂材料和分散在所述树脂材料中的无机颗粒。在一个实施方式中，所述多孔结构在所述表面层的至少一部分上。在一个实施方式中，所述表面层包括在所述表面层的至少一部分上的至少一个突起部。在一个实施方式中,所述至少一个突起部的尺寸为I微米至100微米。在又一个实施方式中，提供了一种制造电池的方法。所述方法包括形成负极和隔膜，所述隔膜包含基础层和表面层，其中所述表面层在所述基础层的至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔膜，包括基础层和表面层，其中，所述表面层在所述基础层的至少一侧上，并且其中所述表面层被结构化，使得在充电时崩塌以防止因其膨胀而损坏负极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：梶田笃史，藤本由香子，八田一人，青木学，林正健，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：