CN103314466B - 分离器的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及分离器及分离器的制造方法，其特征在于，提供一种分离器(10)，具备：第一纳米纤维层(20)，其俯视观察呈格子形状；第二纳米纤维层(30)，其设置于所述第一纳米纤维层(20)的一侧面，比第一纳米纤维层(20)薄；第三纳米纤维层(40)，其设置于第一纳米纤维层(10)的另一侧面，比第一纳米纤维层(20)薄；第一纳米纤维层(20)具有7μm～30μm的范围内的厚度，第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)均具有在1μm～5μm的范围内的厚度；提供具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器。

Description

分离器的制造方法
技术领域
本发明涉及分离器及分离器的制造方法。
背景技术
具有纳米纤维层的分离器已经被人们所知(例如，参照专利文献1)。具有纳米纤维层的分离器与具有普通的纤维层的分离器相比，纤维细、空隙微细而均一，因而绝缘性及枝晶耐性高。因此，能够在保持高绝缘性及高枝晶耐性的状态下使分离器的厚度变薄，提高离子传导性。另外，具有纳米纤维层的分离器与具有普通的纤维层的分离器相比，由于孔隙率大，因而具有较高的电解液保持性，所以能够提高离子传导性。因此，具有纳米纤维层的分离器成为具有高绝缘性、高枝晶耐性及高离子传导性的分离器。这种分离器能够适合地用于电池(包括1次电池及2次电池)或电容器(也称为电容)等。另外，在本发明中，所谓纳米纤维，是指平均直径为数nm～数千nm的纤维。
发明内容
要解决的技术问题
但是，就具有纳米纤维层的分离器而言，由于构成纳米纤维层的纳米纤维由极细纤维构成，所以存在机械强度低的问题。因此会想到加厚纳米纤维层，提高机械强度，但加厚纳米纤维层本身来提高机械强度的话，存在离子传导性低下的问题。
因此，本发明正是为了解决上述问题而研发的，目的是提供一种具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器。另外，其目的是提供一种分离器的制造方法，根据该方法能够制造如上所述的分离器。
解决问题的技术方案
[1]本发明的分离器的特征在于，具备：第一纳米纤维层，其俯视观察呈格子形状；第二纳米纤维层，其设置于所述第一纳米纤维层的一侧面，比所述第一纳米纤维层薄；以及第三纳米纤维层，其设置于所述第一纳米纤维层的另一侧面，比所述第一纳米纤维层薄。
根据本发明的分离器，具备俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层、比第一纳米纤维层薄的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层。因此，借助于第二纳米纤维层及第三纳米纤维层的作用，具有高绝缘性、高枝晶耐性及高离子传导性。
另外，根据本发明的分离器，具备俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层、比第一纳米纤维层薄的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层。因此，可以加厚俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层，提高机械强度。此时，即使加厚了第一纳米纤维层，由于第一纳米纤维层具有俯视观察呈格子形状的结构，因而电解液的流通保持良好，结果，离子传导性不降低。
结果，本发明的分离器成为具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器。
［2］在本发明的分离器中，优选所述第一纳米纤维层具有在7μm～30μm的范围内的厚度。
优选“第一纳米纤维层具有在7μm～30μm的范围内的厚度”，是依据以下理由。即，是因为在第一纳米纤维层具有不足7μm的厚度的情况下，存在机械强度低下的情形，而在第一纳米纤维层具有超过30μm的厚度的情况下，分离器的厚度变得过厚。从这种观点而言，更优选第一纳米纤维层具有在10μm～20μm的范围内的厚度。
［3］在本发明的分离器中，优选所述第二纳米纤维层及所述第三纳米纤维层均具有在1μm～5μm的范围内的厚度。
优选“第二纳米纤维层及第三纳米纤维层均具有在1μm～5μm的范围内的厚度」，是依据以下理由。即，是因为在第二纳米纤维层或第三纳米纤维层具有不足1μm的厚度的情况下，存在绝缘性及枝晶耐性低下的情形，而在第二纳米纤维层或第三纳米纤维层具有超过5μm的厚度的情况下，存在离子传导性低下的情形。从这种观点而言，更优选第二纳米纤维层及第三纳米纤维层均具有在2μm～4μm的范围内的厚度。
［4］在本发明的分离器中，优选所述第一纳米纤维层具有多个开口，所述多个开口俯视观察具有比格子的总面积大的总面积。
通过如上构成，即使加厚第一纳米纤维层而提高机械强度，电解液的流通也能够保持良好，结果，离子传导性不会低下。
［5］在本发明的分离器中，优选所述开口俯视观察具有在10μm2～200μm2的范围内的平均面积。
优选“开口俯视观察具有在10μm2～200μm2的范围内的平均面积”，是依据以下理由。即，是因为在开口俯视观察具有不足10μm2的平均面积的情况下，存在离子传导性低下的情形，而在开口俯视观察具有超过200μm2的平均面积的情况下，存在分离器的机械强度低下的情形。从这种观点而言，更优选开口俯视观察具有在20μm2～100μm2的范围内的平均面积。
［6］本发明的分离器的制造方法的特征在于，依次包括：第一工序，以在位于绝缘性的支撑体上的俯视观察呈格子形状的收集器电极与喷嘴之间施加高电压的状态，从所述喷嘴吐出聚合物溶液，从而在所述收集器电极上形成俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层；第二工序，在所述第一纳米纤维层的一侧面，设置比所述第一纳米纤维层薄的第二纳米纤维层，在所述第一纳米纤维层的另一侧面，设置比所述第一纳米纤维层薄的第三纳米纤维层。
根据本发明的分离器的制造方法，能够制造具有所述构成，并且具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的本发明的分离器。
［7］就本发明的分离器的制造方法而言，优选在所述第一工序中，作为所述第一纳米纤维层，形成具有在7μm～30μm的范围内的厚度的第一纳米纤维层。
通过这种方法，能够制造具有高机械强度，并且具有适宜的厚度的分离器。
［8］就本发明的分离器的制造方法而言，优选在所述第二工序中，作为所述第二纳米纤维层及所述第三纳米纤维层，设置均具有在1μm～5μm的范围内的厚度的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层。
通过这种方法，能够制造具有高绝缘性、高枝晶耐性及高离子传导性的分离器。
［9］就本发明的分离器而言，优选在所述第一工序中，作为所述第一纳米纤维层，形成具有多个开口的第一纳米纤维层，所述多个开口俯视观察具有比格子的总面积大的总面积。
通过这种方法，即使加厚第一纳米纤维层而提高机械强度，电解液的流通也能够保持良好，结果，能够制造离子传导性不会低下的分离器。
［10］在本发明的分离器的制造方法中，优选所述开口俯视观察具有在10μm2～200μm2的范围内的平均面积。
通过这种方法，即使加厚第一纳米纤维层而提高机械强度，电解液的流通也能够保持良好，结果，能够制造离子传导性不会低下的分离器。
［11］就本发明的分离器的制造方法而言，优选在所述第二工序中，借助于场发射法在所述第一纳米纤维层的一侧面形成所述第二纳米纤维层，另外，借助于场发射法在所述第一纳米纤维层的另一侧面形成所述第三纳米纤维层。
通过这种方法，能够制造第一纳米纤维层和第二纳米纤维层及第三纳米纤维层的接合强度高的高品质的分离器。
［12］在本发明的分离器的制造方法中，优选在实施所述第二工序之前，作为所述第二纳米纤维层及所述第三纳米纤维层，准备借助于场发射法制造的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层，在所述第二工序中，在所述第一纳米纤维层的一侧面附着所述第二纳米纤维层，另外，在所述第一纳米纤维层的另一侧面附着所述第三纳米纤维层。
通过这种方法，能够以高生产率制造本发明的分离器。
有益效果
本发明提供具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器，另外，提供能够制造这种分离器的分离器制造方法。
附图说明
图1是为了说明实施方式1的分离器(10)而图示的图。
图2是为了说明实施方式1的分离器的制造方法而图示的图。
图3是为了说明实施方式1的分离器的制造方法而图示的图。
图4是为了说明实施方式1的分离器的制造方法中使用的收集器(110)的结构而图示的图。
图5是为了说明实施方式2的分离器的制造方法中使用的收集器(110a)的结构而图示的图。
图6是为了说明实施方式3的分离器的制造方法而图示的图。
图7是为了说明变形例的分离器(14、16、18)而图示的图。
具体实施方式
下面基于图中图示的实施方式，对本发明的分离器及分离器的制造方法进行说明。
［实施方式1］
1.分离器
图1是为了说明实施方式1的分离器(10)而图示的图。图1的(a)是分离器(10)的剖面图，图1的(b)是分离器(10)的俯视图。
实施方式1的分离器(10)如图1所示，具备：第一纳米纤维层(20)，其具有正方形的开口并且俯视观察呈纵横格子形状；第二纳米纤维层(30)，其设置于第一纳米纤维层(20)的一侧面，比第一纳米纤维层(20)薄；第三纳米纤维层(40)，其设置于第一纳米纤维层(20)的另一侧面，比第一纳米纤维层(20)薄。
第一纳米纤维层(20)具有在7μm～30μm的范围内的厚度(例如15μm)。第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)均具有在1μm～5μm的范围内的厚度(例如3μm)。
第一纳米纤维层(20)具有多个开口(O)，所述多个开口(O)俯视观察具有比格子(L)的总面积(S1)大的总面积(S2)。开口(O)俯视观察具有在10μm2～200μm2的范围内的平均面积(例如50μm2)。格子(L)俯视观察具有在1μm～10μm的范围内的粗细(例如2μm)。
第一纳米纤维层(20)由借助于场发射法制造的第一纳米纤维构成。第一纳米纤维的平均直径为30nm～3000nm(例如800nm)。第一纳米纤维层(20)由聚合物材料(例如聚烯烃)构成。
第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)均由借助于场发射法制造的第二纳米纤维及第三纳米纤维构成。第二纳米纤维及第三纳米纤维的平均直径均为30nm～3000nm(例如300nm)。第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)均由聚合物材料(例如聚烯烃)构成。
2.分离器的制造方法
图2及图3是为了说明实施方式1的分离器的制造方法而图示的图。图2的(a)～图2的(c)是显示制造分离器的剖面图，图3的(a)～图3的(c)是显示制造分离器的装置剖面图。图4是为了说明实施方式1的分离器的制造方法中使用的收集器(110)的结构而图示的图。图4的(a)是收集器(110)的仰视图，图4的(b)是图4的(a)的A1-A1剖面图，图4的(c)是图4的(a)的A2-A2剖面图。
实施方式1的分离器(10)如图2所示，可以通过依次实施以下工序来制造：第一工序(参照图2的(a))，形成俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层(20)；第二工序(参照图2的(b)及图2的(c))，在第一纳米纤维层(20)的一侧面设置比第一纳米纤维层薄的第二纳米纤维层(30)，另外，在第一纳米纤维层(20)的另一侧面设置比第一纳米纤维层薄的第三纳米纤维层(40)。下面按工序顺序进行说明。
(1)第一工序
第一工序如图3的(a)所示，利用场发射装置(100)实施。场发射装置(100)具备：收集器电极(114)、位于与收集器电极(114)相向的位置的喷嘴(122)、在收集器电极(114)与喷嘴(122)之间施加高电压的电源装置(130)、存储向喷嘴(122)供应的聚合物溶液的原料箱(图中未示出)。收集器电极(114)如图4所示，由俯视为格子形状的电极构成，并且位于由绝缘材料构成的支撑体(112)上。收集器(110)由支撑体(112)与收集器电极(114)构成。
喷嘴(122)由上部方向喷嘴构成，安装于喷嘴组(120)。电源装置(130)的正极连接于收集器电极(114)，电源装置(130)的负极连接于喷嘴组(120)。
而且，在第一工序中，以在收集器电极(114)与喷嘴(122)之间施加高电压的状态，从喷嘴(122)吐出聚合物溶液，从而在收集器(110)上形成俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层(20)。
(2)第二工序
第二工序如图3的(b)及图3的(c)所示，利用场发射装置(200)实施。场发射装置(200)为普通的场发射装置，收集器(210)由平板形状的电极构成。
而且，在第二工序中，首先，在场发射装置(200)的收集器(210)设置第一纳米纤维层(20)后，以在收集器(210)、喷嘴(222)之间施加高电压的状态，从喷嘴(222)吐出聚合物溶液，从而在第一纳米纤维层(20)的一侧面形成层状的第二纳米纤维层(30)(参照图2的(b))。
然后，颠倒由第一纳米纤维层(20)及第二纳米纤维层(30)构成的层叠体，设置于场发射装置(200)的收集器(210)后，以在收集器(210)与喷嘴(222)之间施加高电压的状态，从喷嘴(222)吐出聚合物溶液，从而在第一纳米纤维层(20)的另一侧面形成层状的第三纳米纤维层(40)(参照图2的(c))。
借助于此，能够制造实施方式1的分离器(10)。
3.实施方式1的效果
(1)分离器的效果
实施方式1的分离器(10)具备俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层(20)、比第一纳米纤维层(20)薄的第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)，因此借助于第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)的作用，具有高绝缘性、高枝晶耐性及高离子传导性。
另外，实施方式1的分离器(10)具备俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层(20)、比第一纳米纤维层(20)薄的第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)，因此能够加厚俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层(20)，提高机械强度。此时，即使加厚了第一纳米纤维层(20)，由于第一纳米纤维层(20)具有俯视观察呈格子形状的结构，因而电解液的流通保持良好，结果，离子传导性不会低下。
结果，实施方式1的分离器(10)成为具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器。
另外，实施方式1的分离器(10)由于第一纳米纤维层(20)具有在7μm～30μm的范围内的厚度，因此成为具有高机械强度并且具有适宜厚度的分离器。
另外，实施方式1的分离器(10)由于第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)均具有在1μm～5μm的范围内的厚度，因此成为具有高绝缘性、高枝晶耐性及高离子传导性的分离器。
另外，实施方式1的分离器(10)由于第一纳米纤维层(20)具有多个开口，所述多个开口俯视观察具有比格子的总面积大的总面积，因而成为具有高离子传导性的分离器。
另外，实施方式1的分离器(10)由于开口俯视观察具有在10μm2～200μm2的范围内的平均面积，因而成为具有高离子传导性的分离器。
(2)分离器的制造方法的效果
根据实施方式1的分离器的制造方法，由于依次包括所述第一工序及第二工序，因而能够制造具有所述构成并且具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的实施方式1的分离器(10)。
另外，根据实施方式1的分离器的制造方法，在第二工序中，借助于场发射法在第一纳米纤维层(20)的一侧面形成第二纳米纤维层(30)，另外，借助于场发射法在第一纳米纤维层(20)的另一侧面形成第三纳米纤维层(40)，因而能够制造第一纳米纤维层(20)与第二纳米纤维层(30)及第三纳米纤维层(40)的接合强度高的高品质的分离器。
［实施方式2］
图5是为了说明实施方式2的分离器的制造方法中使用的收集器(110a)的结构而图示的图。图5的(a)是收集器(110a)的仰视图，图5的(b)是图5的(a)的A1-A1剖面图，图5的(c)是图4的(a)的A2-A2剖面图。
实施方式2的分离器的制造方法包括基本上与实施方式1的分离器的制造方法相同的工序，但在第一工序中使用的收集器的结构不同。即，实施方式2的分离器的制造方法中使用的收集器(110a)具有收集器电极(114)通过绝缘构件(116)埋设于与喷嘴(122)等电位的电极体(118)的结构。
如上所述，就实施方式2的分离器的制造方法而言，在第一工序中使用的收集器的结构不同，但依次包括所述第一工序及第二工序，因此与实施方式1的分离器的制造方法的情形一样，能够制造具有所述构成并且具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器。
另外，根据实施方式2的分离器的制造方法，能够制造具有比根据实施方式1的分离器的制造方法制造的分离器更确切地开口的开口(O)的分离器。
另外，就实施方式2的分离器的制造方法而言，除在第一工序中使用的收集器的结构不同之外，具有与实施方式1的分离器的制造方法相同的工序，因而具有实施方式1的分离器的制造方法所具有的效果中的相应的效果。
［实施方式3］
图6是为了说明实施方式3的分离器的制造方法而图示的图。图6的(a)～图6的(c)是显示制造分离器的剖面图。
实施方式3的分离器的制造方法包括基本上与实施方式1的分离器的制造方法相同的工序，但第二工序的内容不同。即，在实施方式3的分离器的制造方法中，如图6所示，在实施第二工序之前，作为第二纳米纤维层(32)及第三纳米纤维层(42)，准备借助于场发射法制造的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层，在第二工序中，在第一纳米纤维层(20)的一侧面附着所述第二纳米纤维层(32)，另外，在第一纳米纤维层(20)的另一侧面附着第三纳米纤维层(42)。如上所述，制造实施方式3的分离器(12)。第二工序既可以利用粘接剂实施，也可以利用压力实施，还可以利用热及压力实施。
如上所述，实施方式3的分离器的制造方法与实施方式1的分离器的制造方法的第二工序内容不同，但依次包括所述第一工序及第二工序，因此，与实施方式1的分离器的制造方法的情形一样，能够制造具有所述构成并且具有高绝缘性、高枝晶耐性、高离子传导性及高机械强度的分离器。
另外，根据实施方式3的分离器的制造方法，能够以高生产率制造分离器。
另外，就实施方式3的分离器的制造方法而言，除第二工序的内容不同之外，具有与实施方式1的分离器的制造方法相同的工序，因此具有实施方式1的分离器的制造方法所具有的效果中的相应的效果。
以上基于所述实施方式说明了本发明，但本发明并非限定于所述实施方式。在不脱离其宗旨的范围内，能够以多种形态实施，例如还能够进行如下变形。
(1)所述各实施方式的各构成要素的数量、位置关系、大小只是示例，本发明并非限定于此。
(2)在所述各实施方式中，以具有第一纳米纤维层的分离器为例说明了本发明的分离器，其中，所述第一纳米纤维层具有正方形开口并且呈纵横格子形状，但是，本发明并非限定于此。图7是为了说明变形例的分离器(14、16、18)而图示的图。如图7所示，第一纳米纤维层既可以如图7的(a)所示，呈具有六角形开口的格子形状，也可以如图7的(b)所示，呈具有三角形开口的格子形状，又可以如图7的(c)所示，呈具有圆形开口的格子形状，还可以呈具有此外的格子形状的形态。即，在本发明中，具有任意形状的开口和隔断所述开口的隔断(格子)者，全部包括于“格子形状”中。
(3)在所述各实施方式中，利用具有上部方向喷嘴的上部方向式场发射装置而说明了本发明的分离器的制造方法，但本发明并非限定于此。例如，还可以利用具有下部方向喷嘴的下部方向式场发射装置或具有横向喷嘴的横向式场发射装置来实施本发明的分离器的制造方法。

Claims (6)

1.一种分离器的制造方法，其特征在于，依次包括：
第一工序，在位于绝缘性支撑体上的俯视观察呈格子形状的收集器电极与喷嘴之间施加高电压，在该状态下，从所述喷嘴吐出聚合物溶液，从而在所述收集器电极上形成俯视观察呈格子形状的第一纳米纤维层；以及
第二工序，在所述第一纳米纤维层的一侧面设置比所述第一纳米纤维层薄的第二纳米纤维层，在所述第一纳米纤维层的另一侧面设置比所述第一纳米纤维层薄的第三纳米纤维层，
在所述第一工序中，形成具有多个开口的第一纳米纤维层，在俯视观察时所述多个开口具有比格子的总面积大的总面积。
2.根据权利要求1所述的分离器的制造方法，其特征在于，
在所述第一工序中，形成具有在7μm～30μm的范围内的厚度的第一纳米纤维层。
3.根据权利要求1或2所述的分离器的制造方法，其特征在于，
在所述第二工序中，设置均具有在1μm～5μm的范围内的厚度的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层。
4.根据权利要求1或2所述的分离器的制造方法，其特征在于，
在俯视观察时所述开口具有在10μm2～200μm2的范围内的平均面积。
5.根据权利要求1所述的分离器的制造方法，其特征在于，
在所述第二工序中，借助于场发射法在所述第一纳米纤维层的一侧面形成所述第二纳米纤维层，借助于场发射法在所述第一纳米纤维层的另一侧面形成所述第三纳米纤维层。
6.根据权利要求1所述的分离器的制造方法，其特征在于，
在实施所述第二工序之前，准备借助于场发射法制造的第二纳米纤维层及第三纳米纤维层，
在所述第二工序中，在所述第一纳米纤维层的一侧面附着所述第二纳米纤维层，在所述第一纳米纤维层的另一侧面附着所述第三纳米纤维层。
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