[發(fā)明專利]鋰離子電池用隔板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380030474.4
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN104521029B
• 公開（公告）日: 2018-05-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 渡邊宏明;加藤真;加藤隆久;增田敬生;高濱信子;落合貴仁;加藤加壽美;笠井譽子
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱制紙株式會社
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 童春媛;孟慧嵐

含有至少以無機粒子為主體的多孔體的鋰離子電池用隔板，其特征為該無機粒子的形狀為無定形，是兼具低內(nèi)部電阻、難以發(fā)生針孔或掉粉、泄漏電流少的性能的鋰離子電池用隔板。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池用隔板(以下可簡稱為“隔板”)。

背景技術(shù)

作為電化學(xué)元件之一的鋰離子電池是具有能量密度高的特征的二次電池。作為便攜式電話、便攜式音樂播放器、筆記本式個人電腦等便攜式電子設(shè)備的電源廣泛應(yīng)用。另外，在電動自行車、混合能源汽車、電動汽車等大型設(shè)備中利用鋰離子電池的動向日益廣泛。因此，人們對鋰離子電池要求高容量化、大電流下的充放電特性等性能。但是已知鋰離子電池為非水系電池，因此與水系電池相比，冒煙、著火、破裂等的危險性高，還要求安全性的提高。

鋰離子電池中，由于外部熱量導(dǎo)致的溫度升高、過充電、內(nèi)部短路、外部短路等而使冒煙等的危險性增高。它們可以通過外部保護電路來進行一定程度的防護。另外，作為鋰離子電池用隔板使用的聚烯烴類樹脂的多孔膜在120℃附近熔融，孔閉塞，從而阻斷電流、離子的流動，由此可以抑制電池的溫度升高。這被稱為關(guān)閉(shut down)功能。但是，外部熱能導(dǎo)致溫度升高時，或溫度升高導(dǎo)致在電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，即使關(guān)閉功能發(fā)揮作用，電池溫度也會進一步升高。然后，如果電池溫度達(dá)到150℃以上，則多孔膜收縮，引發(fā)內(nèi)部短路，可能引起著火等。

如上所述，隔板的關(guān)閉功能難以抑制電池的著火。另外，伴隨著電池的高容量化，充放電時的大電流化得到發(fā)展，為了抑制此時產(chǎn)生的焦耳熱，還必須使浸漬有電解液的隔板的電阻值本身降低。因此，出于下列目的，人們開發(fā)了使用金屬氧化物粒子的隔板：在使熱收縮溫度比聚烯烴類樹脂的多孔膜的高，由此使內(nèi)部短路難以發(fā)生，從而抑制電池的著火的同時，降低電阻值。該隔板中，通過金屬氧化物粒子來控制微孔徑，可以抑制內(nèi)部短路，提高耐熱性，降低電阻值。

例如有人提出了具有微多孔假勃姆石層的隔板，所述微多孔假勃姆石層是將無機粒子的假勃姆石與粘結(jié)劑混合，涂布在另行準(zhǔn)備的膜上，然后干燥和剝離，由此以多孔膜的形式得到的(例如參照專利文獻1)。但是，該隔板的熱收縮溫度雖然提高，但是容易發(fā)生掉粉、開裂，因此難以以卷曲狀的隔板的形式單獨取出，存在電池制造時操作性差的問題。

還有人提出了在非織造布上和非織造布中具有多孔性的無機覆蓋的隔板，其中該無機覆蓋具有為無機粒子的鋁(Al)、硅(Si)和/或鋯(Zr)的氧化物粒子(例如參照專利文獻2和3)。該隔板由于利用非織造布作為基材，因此操作性提高。但是，由于通過溶膠凝膠法生成的氧化硅粒子導(dǎo)致填塞其它無機粒子，因此容易發(fā)生因沖擊或變形導(dǎo)致的掉粉、開裂，這導(dǎo)致針孔的生成，成為源于微小的內(nèi)部短路的泄漏電流的原因，從而難以稱其為有用的隔板。

還有人提出了一種隔板，其中在非織造布上和非織造布中設(shè)置含有無機粒子和有機粘結(jié)劑的多孔體(例如參照專利文獻4和5)。專利文獻4中提出無機粒子采用平板狀的勃姆石粒子。但是使用平板狀的勃姆石粒子時，雖然抑制泄漏電流的效果提高，但是平板狀的無機粒子會堵塞隔板的微孔，因此阻礙鋰離子的通過，有內(nèi)部電阻升高的問題。

另外，專利文獻5中提出了具有一次粒子相連而成的二次粒子結(jié)構(gòu)的勃姆石粒子作為無機粒子。在鋰離子電池中，為了在更小的電池體積中存儲更多的能量，優(yōu)選對發(fā)電無直接貢獻的隔板等構(gòu)件盡量薄型化。但是，在這樣的將無機粒子涂布在基材上的隔板中，根據(jù)該無機粒子的分散狀態(tài)或涂布方式，可能產(chǎn)生針孔，在使隔板減薄時難以充分確保正極材料與負(fù)極材料之間的絕緣，可能使泄漏電流增大。

另外，在非織造布上和非織造布中設(shè)置有含有無機粒子和有機粘結(jié)劑的多孔體的隔板中，多孔體的給予量(以下可簡稱為“涂布量”)少時，存在無法獲得泄漏電流小的電池的問題，涂布量多時，存在無法獲得厚度薄、內(nèi)部電阻低的隔板的問題。為了解決該問題，人們提出了將微孔徑不同的2個涂層層合而成的隔板(例如參照專利文獻6)，但仍未達(dá)到泄漏電流與內(nèi)部電阻以高水準(zhǔn)并存的產(chǎn)品。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻