[發(fā)明專利]非水電解質(zhì)二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310671529.1
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號(hào): CN103872385A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巖瀨康資
• 申請（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M10/0587
• 分類號(hào): H01M10/0587;H01M2/16;H01M2/18
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 賀月嬌;楊曉光

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有多孔耐熱層的非水電解質(zhì)二次電池，所述多孔耐熱層位于隔板（separator）與電極之間。

背景技術(shù)

諸如鋰離子二次電池和鎳氫電池的非水電解質(zhì)二次電池最近被用作所謂的個(gè)人計(jì)算機(jī)和便攜式終端的便攜式電源以及車輛驅(qū)動(dòng)電源。特別地，優(yōu)選地使用重量輕且能夠提供高能量密度的鋰離子二次電池作為電動(dòng)車輛和混合動(dòng)力車輛的高輸出車輛驅(qū)動(dòng)電源。

在非水電解質(zhì)二次電池的典型結(jié)構(gòu)中，電極體與非水電解質(zhì)一起被容納在電池外殼中，在所述電極體中，正電極與負(fù)電極通過隔板彼此相對。隔板一般由諸如聚烯烴的樹脂的多孔片形成并具有使正電極與負(fù)電極電絕緣的功能、保持非水電解質(zhì)的功能以及關(guān)閉（shut-down）功能。關(guān)閉功能是這樣的功能：當(dāng)電池內(nèi)部過熱而達(dá)到特定的溫度范圍（典型地，隔板軟化溫度）時(shí)，隔板發(fā)生軟化，電荷載流子的傳導(dǎo)路徑關(guān)閉。此外，隔板也需要具備特定級(jí)別的耐熱性（耐久性）。即，即使當(dāng)電池內(nèi)部過熱而達(dá)到隔板的軟化溫度以上以及隔板發(fā)生熱收縮或破裂，也有必要阻止內(nèi)部短路發(fā)生。作為響應(yīng)這種要求的手段，提出了這樣的結(jié)構(gòu)：其中，在樹脂多孔隔板的表面上形成多孔耐熱層（HRL）。該多孔耐熱層典型地主要由無機(jī)化合物的顆粒（無機(jī)填料）形成并具有高耐熱性和絕緣性（非導(dǎo)電性）。例如，在WO2008/149895A中，公開了這樣的結(jié)構(gòu)：其中，使用孔隙率為35-50體積%的聚烯烴微孔膜作為隔板，且在隔板表面上形成多孔耐熱層。發(fā)明內(nèi)容

當(dāng)制造非水電解質(zhì)二次電池時(shí)，來自外部（例如，用于制造電極的設(shè)備的構(gòu)成部件）的異物（典型地，諸如銅和鐵的金屬異物）可進(jìn)入非水電解質(zhì)二次電池內(nèi)。例如，當(dāng)異物存在于電極表面附近時(shí)，隔板斷開并導(dǎo)致電池中極小的內(nèi)部短路，并且由于該短路，電池性能會(huì)劣化（例如，電池電壓降低）。根據(jù)本發(fā)明人的研究，在WO2008/149895A中描述的技術(shù)中，特別地當(dāng)異物的大小相對小時(shí)（例如，其中異物的直徑Φ為50μm以下的情況，或者其中異物尖端非常尖銳的情況），很難應(yīng)對這種內(nèi)部短路事件的發(fā)生。鑒于這種情況進(jìn)行了本發(fā)明，并且本發(fā)明提供了一種非水電解質(zhì)二次電池，其中不大可能因?yàn)檫M(jìn)入電池的異物而發(fā)生內(nèi)部短路，并且其在可靠性和耐久性方面優(yōu)良。

例如，在制備電極體期間或者在使用該電極體期間（在充電/放電期間），高于其周邊部分的應(yīng)力會(huì)被施加到存在于電極表面附近的異物。相應(yīng)地，隔板可能因這樣的應(yīng)力而破裂。因此，本發(fā)明人考慮過減小可能施加到異物的應(yīng)力以減少內(nèi)部短路的發(fā)生，并完成本發(fā)明。作為本發(fā)明一方面的非水電解質(zhì)二次電池包括：電極體，其具有通過隔板彼此相對的正電極和負(fù)電極；非水電解質(zhì)；以及多孔耐熱層。所述多孔耐熱層被設(shè)置在所述正電極與所述隔板之間的空間和所述負(fù)電極與所述隔板之間的空間中的至少一者中并且包含無機(jī)填料。所述隔板的孔隙率不小于70體積%且不大于80體積%。所述多孔耐熱層的孔隙率與所述隔板的孔隙率的比率不小于0.3且不大于0.6。

根據(jù)本發(fā)明的該方面，隔板的孔隙率不小于70體積%且不大于80體積%。當(dāng)滿足這樣的孔隙率范圍時(shí)，可以發(fā)揮良好的離子滲透性以及電解質(zhì)保持功能，并可實(shí)現(xiàn)高電池性能（例如，高輸入/輸出特性）。此外，當(dāng)多孔耐熱層的孔隙率與隔板的孔隙率A的比率滿足上述范圍時(shí)，隔板以及與其接觸的多孔耐熱層可以作為所謂的緩沖材料協(xié)同工作來對抗異物。即，具有高孔隙率的隔板和具有小于隔板的孔隙率的多孔耐熱層協(xié)同并適當(dāng)?shù)胤稚⒑蜏p小可能施加到異物的應(yīng)力，從而阻止所述異物穿透隔板并導(dǎo)致內(nèi)部短路。因此，根據(jù)像這樣的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)能夠組合優(yōu)良的電池性能和可靠性（對可包含在電池中的異物的耐受性）的非水電解質(zhì)二次電池。在本說明書中，“非水電解質(zhì)二次電池”表示包括非水電解質(zhì)（典型地，在非水溶劑中包含載體鹽的非水電解液）的電池。

根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述隔板可由聚乙烯樹脂和聚丙烯樹脂中的至少一種形成。由聚乙烯樹脂或聚丙烯樹脂形成的多孔樹脂片具有約80℃到140℃的關(guān)閉溫度。因此，由于關(guān)閉溫度可被設(shè)定為充分地低于電池的耐熱溫度（典型地，大約不低于200℃），可在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)發(fā)揮該關(guān)閉功能。因此，可實(shí)現(xiàn)具有較高可靠度的電池。

根據(jù)本發(fā)明的該方面，所述隔板的平均厚度可以大于0μm且不大于30μm。備選地，所述隔板的平均厚度可以不小于15μm且不大于30μm。當(dāng)隔板的厚度處于上述范圍內(nèi)時(shí)，離子滲透性變得優(yōu)異，并且電阻可以進(jìn)一步減小。因此，可實(shí)現(xiàn)電池性能進(jìn)一步優(yōu)異并且不大可能導(dǎo)致內(nèi)部短路（隔板破裂）的電池。