[發明專利]電池用隔膜和使用所述隔膜的電池

有效

• 申請號: 200980111881.1
• 申請日: 2009-03-31
• 公開（公告）號: CN101983445A
• 公開（公告）日: 2011-03-02
• 發明（設計）人: 能見俊祐;武弘義;莊錦煌
• 申請（專利權）人: 日東電工株式會社
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/36
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及電池用隔膜和使用所述隔膜的電池。更具體地說，本發明涉及通過將具有聚碳酸酯氨基甲酸酯骨架的交聯聚合物層負載在多孔基材上而獲得的電池用隔膜，并且涉及使用所述隔膜的電池。

背景技術

近年來，已將具有高能量密度的鋰離子二次電池廣泛用作諸如手機和筆記本型個人計算機的小型便攜式電子設備的電源。通過下列步驟來制造這樣的鋰二次電池：將片狀正和負極與例如多孔聚烯烴樹脂膜一起堆疊或卷繞，將所得疊層引入至由例如金屬罐構成的電池容器內，接著將電解質溶液注入至所述電池容器內，并緊緊密封所述電池容器的開口。

然而，近來，非常強烈地需要這種小型便攜式電子設備進一步減少尺寸和重量。在這些情況下，鋰離子二次電池也需要進一步減少厚度和重量。也已經使用層壓膜型的電池容器來代替常規金屬罐容器。

與常規金屬罐容器相比，層壓膜型的電池容器具有不能將用于維持隔膜與各電極間的電連接的面壓力充分地施加至電極表面的缺點。因為這一點，這些電池容器具有下列問題：由于在電池充電/放電期間電極活性材料的膨脹和收縮，所以電極間的距離隨著時間的推移而部分增加，從而導致電池的內阻升高且因此電池特性降低。另外，存在電池中發生電阻不均衡的問題，這也降低了電池特性。

在制造具有大面積的片狀電池的情況下，存在電極間的距離不能保持恒定且電池的內阻變得不均衡的問題，從而使得不能獲得充分的電池特性。

為了解決這種問題，已提出用由混合相構成的粘合樹脂層將電極結合至隔膜，所述混合相包含電解質溶液相、含有電解質溶液的聚合物凝膠層以及固態聚合物相(例如見專利文獻1)。此外還提出一種方法，所述方法包含：使用含有聚(偏二氟乙烯)樹脂作為主要成分的粘合劑樹脂溶液涂布隔膜，接著在經涂布的隔膜上堆疊電極，對粘合劑樹脂溶液進行干燥以形成電極疊層，將所述電極疊層引入至電池容器內，然后將電解質溶液注入至電池容器內以獲得隔膜粘附至所述電極的電池(例如見專利文獻2)。

已提出通過以下方法來獲得含有粘附至隔膜的電極的電池：利用多孔粘合樹脂層將使用電解質溶液浸漬的隔膜結合至正和負極，從而使隔膜與電極緊密接觸，并使所述粘合樹脂層將電解質溶液保持在其通孔中(例如見專利文獻3)。

然而，這些方法具有下列問題。必須增加粘合樹脂層的厚度以使在隔膜與各電極之間獲得充分的粘附力。由于這一原因，并且由于不能增加相對于粘合樹脂量的電解質溶液的量，所以增加了所得電池的內阻。因此，不能獲得充分的循環特性和充分的高速放電特性。

此外，在其中已使用上述粘合樹脂將隔膜粘附至電極的電池中，當將電池置于高溫環境中，隔膜與各電極之間的粘附強度降低。結果，存在隔膜可能熱收縮從而導致電極之間短路的顧慮。另外，盡管電池中的粘合樹脂處于以電解質溶液溶脹的狀態，但因為電解質離子在粘合樹脂中比在電解質溶液中更不易于擴散，所以粘合樹脂層具有高內阻，并且其對電池特性帶來不利的影響。

在另一方面，關于用作電池用隔膜的多孔基材，迄今已知道多種制造方法。一種已知的方法是：制造由例如聚烯烴樹脂制成的片并且將所述片以高比率拉伸(例如見專利文獻4)。然而，由這種通過高比率拉伸獲得的多孔膜構成的電池用隔膜具有以下問題：在高溫環境如由于內部短路而導致電池經歷異常加熱的情況等中，所述隔膜顯著地收縮，并且在某些情況下，所述隔膜不能起到作為電極之間的隔離物的作用。

因此，降低在這種高溫環境中發生的電池用隔膜的熱收縮程度被認為是改善電池安全性的重要課題。在這方面，例如，制造用作電池用隔膜的多孔膜以抑制在高溫環境中發生的電池用隔膜的熱收縮的方法是已知的。該方法包含：對增塑劑和超高分子量聚乙烯一起進行熔融混煉，通過模具將混合物擠出成片狀，然后提取并除去增塑劑以制造出多孔膜(見專利文獻5)。然而，與上述方法相反，該方法具有以下問題：獲得的多孔膜具有不充分的強度，因為該膜沒有經歷拉伸。

此外，近來還嘗試以提高電池的充電電壓來作為增加電池容量的一種手段。然而，在另一方面，這樣提高充電電壓引起以下問題：大量鋰從通常被用作正極活性材料的鋰與鈷或鎳的復合氧化物中脫出，從而將這些復合氧化物帶入具有更高反應性的更高程度的氧化態。結果，特別地，隔膜顯著地劣化，從而導致電池性能下降。