CN103387160A - 隔离物卷绕芯以及具备其的卷型物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隔离物卷绕芯以及具备其的卷型物。在使用现有的卷绕芯的情况下，将非水系二次电池用隔离物卷绕的情况下，产生褶皱或折断，成为隔离物的特性下降的原因。本发明所涉及的隔离物卷绕芯，具有圆筒状，卷绕芯端部的直径（da）、卷绕芯的中心部的直径（dc）以及卷绕芯的长度（L）满足式（1），通过使用这样的卷绕芯，能够提供没有褶皱或折断的高品质的卷型物，0.005≦(da-dc)/L≦0.1 …(1)。

Description

隔离物卷绕芯以及具备其的卷型物

技术领域

本发明涉及隔离物卷绕芯以及具备其的卷型物。

背景技术

在非水系二次电池的领域中，由于使用反应性高的活性物质，因而电池或者使用设备中设置有各种的安全装置。非水系二次电池中，作为用于防止由外部电路的短路、过充电等引起的电池的发热的一个手段，将正极和负极分离的隔离物被有效地利用。即，隔离物被要求具有如下功能：聚乙烯或聚丙烯制的聚烯烃多孔膜的孔，具有因异常时的发热而闭塞从而将通过隔离物的电池反应停止的功能，并且具有即使在高温下也能维持作为隔离物的形状、防止正极和负极直接接触的功能。再有，为了谋求高容量化，隔离物的薄膜化一直在进展中。

特别地，近年来需求增加的大容量的非水系二次电池中，如果由于容量大而引起内部短路，则引起内部短路的地方发热，可能会扩大内部短路，因此，殷切地期望能够回避这样的情况下所容易发生的异常的高性能的隔离物的开发。

为了解决这样的现有的聚烯烃多孔膜所具有的问题，至今进行了种种尝试，作为其中的一个，作为兼顾异常发热时的膜孔的闭塞功能和高温时的膜形状维持特性的隔离物而提出了将聚烯烃多孔膜作为基材、在其上涂布由熔点比聚烯烃高的耐热性树脂、无机粒子和粘合剂构成的多孔质膜而一体化了的多层隔离物。

将这些隔离物卷绕为卷型物（roll）状时，隔离物上不产生褶皱、折断而进行卷绕是重要的。

一般地，卷型物体的轴方向的中央部即隔离物宽度方向的中央部的褶皱或松弛，与隔离物间的空气混入量有很大程度的相关，有必要根据隔离物的材质、厚度、宽度进行适当的控制，这是已经广泛地为人所知的。

作为其解决手段中的一个解决手段，公开了专利文献1以及2那样的涉及压焊辊子（roller）的技术。专利文献1中，在压焊辊子的外周面上配置螺旋状的槽，通过适当地调整槽相对于辊子外周面积的比率，从而能够使卷口处的空气混入量恰当化。专利文献2中，作为进一步的改良，通过形成压焊辊子的规定的凹陷形状，能够将卷口处的空气混入量恰当化。

但是，在卷型物体的轴方向的端部即隔离物宽度方向的端部，卷绕成卷型物体之前的搬运阶段的隔离物的端部上产生褶皱的情况较多，由于就这样卷绕成卷型物体，因此，其结果成为在两端部混入褶皱的卷型物体。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平4-350050号

专利文献2：日本特开2007-176653号

发明内容

发明所要解决的问题

非水系二次电池用隔离物的卷绕时，在为了防止褶皱及折断而以强的张力进行卷绕的情况下，隔离物会伸长而导致特性下降，特别地，在隔离物较薄的情况或宽度较窄的情况下，进而在具有耐热层的情况下，这种趋势更为显著。在使用专利文献1以及2那样的压焊辊子的情况下，使隔离物的特性不下降并防止隔离物的褶皱或折断是困难的。

本发明是有鉴于上述现有技术所存在的问题而完成的发明，其目的在于提供一种能够防止隔离物的褶皱或折断的隔离物卷绕芯。

解决问题的手段

为了达成上述目的，本发明所涉及的隔离物卷绕芯具有圆筒状，卷绕芯端部的直径da、卷绕芯的中心部的直径dc以及卷绕芯的长度L满足式（1）：

0.005≦(da-dc)/L≦0.1   …(1)

通过使用上述本发明所涉及的隔离物卷绕芯，能够控制从卷口的空气的混入，并能够防止隔离物的褶皱或折断。通过使用该卷绕芯，能够得到卷绕有防止了褶皱或折断的隔离物的卷型物。

发明的效果

根据本发明，与使用现有的卷绕芯的情况相比，能够提供一种可防止隔离物的褶皱或折断的隔离物卷绕芯。

附图说明

图1为本发明的一个实施方式的卷绕芯的概略图。

符号的说明

10    卷绕芯

11    卷型物

da    卷绕芯端部的直径

dc    卷绕芯的中心部的直径

L     卷绕芯的长度

15    隔离物

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的优选的实施方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，以下记载的构成要素中，包含本领域技术人员能够容易想到的要素、实质上相同的要素。再有，以下记载的构成要素能够适当地进行组合。

如图1所示，本发明的一个实施方式所涉及的非水系二次电池用隔离物15的卷绕芯10，其特征在于，具有圆筒状，且为卷绕芯的中心部的直径dc比卷绕芯的端部的直径da小的形状。卷绕芯的中心部是指，卷绕芯的长度L的中心。从芯端部向芯中心部的外周的渐变形状，可以是直线，也可以是曲线，从卷绕芯10的制作的容易性、形状的高精度化、以及成本的观点出发，优选为直线。隔离物15通过旋转本实施方式的卷绕芯10而被卷绕，形成卷型物（roll）11。

本实施方式的卷绕芯10，通过使卷绕芯端部的直径da、卷绕芯的中心部的直径dc以及卷绕芯的长度L满足式（1），从而能够控制从卷口的空气的混入，而得到高精度地将隔离物15卷绕的卷型物11。

0.005≦(da-dc)/L≦0.1 …(1)

另外，为了更好地控制从卷口的空气的混入，得到更高精度地将隔离物15卷绕的卷型物11，优选为卷绕芯端部的直径da、卷绕芯的中心部的直径dc以及卷绕芯的长度L满足式（2），

0.01≦(da-dc)/L≦0.065 …(2)

再有，进一步优选为卷绕芯端部的直径da、卷绕芯的中心部的直径dc以及卷绕芯的长度L满足式（3），

0.025≦(da-dc)/L≦0.03 …(3)

在本实施方式的卷绕芯10中，在卷绕隔离物15时，与本实施方式的卷绕芯10相接的部分为隔离物15的两端部，在两端部伴随着卷绕而受力且在中央部分伴随着卷绕而不受力的状态下能够进行卷绕。因此，在卷绕芯10的中央部分，能够不对容易延伸的隔离物15施加力而进行卷绕。再有，卷绕芯10与卷型物11之间存在间隙，因此，卷绕时由任意原因而产生的褶皱由从卷绕芯10与卷型物11的间隙混入的空气而被伸长。以上的效果叠加，从而能够进行没有褶皱或折断的高精度的卷绕。此外，作为隔离物15的特性，由于卷入的空气通过隔离物15的孔而能够排出，因此，由空气的卷入而产生的卷型物11的膨胀被缓和，从而能够精度良好地进行卷绕。

本实施方式中，卷绕芯端部的直径da减去卷绕芯的中心部的直径dc的值，再除以卷绕芯的长度L的值在0.005~0.1的范围内，从而能得到效果。在比0.005的值小时，其结果由于接近于平的卷绕芯，会产生中央部分的张力没有充分降低，而且褶皱不能充分去除的问题。此外，在超过0.1时，由于中央部的凹陷过大，中央部处的松弛过大，因此，会产生卷绕偏差非常大的问题。

卷绕芯的长度L，通常优选为隔离物15的宽度的1.01~1.2倍。比1.01倍小的话，由于稍微有一点点的卷绕偏差，从卷绕芯10露出的可能性就变大，比1.2倍大的话，虽然没有障碍，但是卷绕芯10部分成为妨碍，操作变得烦杂。

本实施方式的卷绕芯10所使用的材料，能够从树脂制的圆筒形的材料削出而制作。卷绕芯端部的直径da没有特别的限制，作为一般易于使用的大小，从50mm到1000mm是合适的。另外，卷绕芯10所使用的材料，例如在使用混有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、以及陶瓷纤维等的树脂的情况下，能够制成尺寸精度高、难以变形的卷绕芯10。其中，从获得高弹性率的观点出发，优选为使用玻璃纤维和碳纤维。

作为卷绕芯10所使用的树脂，只要是一般地含有纤维强化树脂等的树脂的话，没有特别的限定均可使用。例如，可以列举聚酯树脂、不饱和聚酯树脂、以及环氧树脂等。其中，从能够得到相对于热而言稳定的卷绕芯10的观点出发，优选为不饱和聚酯树脂或环氧树脂等的固化树脂。

也可以为例如，丁二烯·丙烯腈共聚物（NBR）或聚氯丁烯（CR）、氯磺化聚乙烯（CSM）、乙烯·丙烯共聚物（EPT）、三元乙丙橡胶（EPDM）、或者在这些中添加了提高耐气候性、滑动性、耐摩擦损耗性等的添加剂的材料。

对使用本实施方式的卷绕芯10进行卷绕的隔离物15进行说明。作为隔离物15，使用聚烯烃多孔膜。再有，也可以使用在聚烯烃多孔膜的至少一个面上具备耐热层的高性能隔离物15。

作为隔离物15所使用的聚烯烃，可以列举聚合了乙烯、丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯等的结晶性的均聚物或共聚物。此时，这些均聚物或共聚物能够单独使用，也可以混合两种以上使用。

作为隔离物15，通常，优选为具有孔隙率为30~95%、膜厚25μm下的透气度为2000秒/100cc以下、平均贯通孔径为0.005~1μm、拉伸断裂强度为80MPa以上、突刺强度为3000mN以上的机械物性的多孔膜。

隔离物15的厚度可以适宜选择，通常为0.1~50μm，优选为1~25μm，更优选为1~16μm。厚度不到0.1μm的话，由于膜的机械强度不足，难以提供实用性，超过50μm的话，有效电阻过大而不优选。隔离物15的宽度可以适宜选择，通常为10~1500mm，优选为15~1200mm，更优选为50~500mm。宽度不足10mm的话，由于原本难以产生褶皱，因此不能发挥本发明显著的效果，超过1500mm的话，由于能够施加充分的张力而进行卷绕，所以本发明的效果也变得不显著。

也可适当地使用在聚烯烃多孔膜上具备耐热层的高性能隔离物15。作为耐热层，可以使用含有耐热性树脂、无机粒子以及粘合剂等的多孔质膜。作为使用于非水系二次电池的耐热层，特别地，优选为采用在约150~500℃的范围内具有耐热性的材料。这样的高性能隔离物15，通过在由通常的聚烯烃多孔膜构成的隔离物15上涂布耐热层、之后将溶剂干燥而制成，进行卷绕时，由于温度不返回至室温的时候也较多，因此，因隔离物15与耐热层的收缩率的差而产生褶皱的情况较多。因此，使用本实施方式的卷绕芯10的情况下，利用空气的抽出而得到没有褶皱或折断的隔离物15的效果非常显著。

作为耐热性树脂，可以使用聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚酰胺等。其中，特别地，从制膜性的观点出发，优选为聚酰胺酰亚胺。这些耐热性树脂可以单独使用，也可以组合2种以上使用。

作为无机粒子，可以列举氧化金属。作为该氧化金属，可以单独使用例如氧化铝、二氧化硅、氧化锆、氮化硅、氮化钛、碳酸钙等的陶瓷，也可以将多个混合使用。

使用本实施方式的卷绕芯10的卷型物11，隔离物15表面上没有褶皱或折断。将隔离物15卷绕的卷型物11的表面上具有褶皱或折断的情况下，卷绕的隔离物15上也会复制有褶皱或折断的形状。在使用这样的卷型物11的隔离物15，制造电池的情况下，成为特性的偏差的主要原因。本实施方式的卷型物11，由于能够抑制褶皱或折断的发生，因此，能够卷绕长条的隔离物15。长度上没有特别的范围，通过制成1000m以上的卷型物11，从而能够有效地运用本发明的卷绕芯10。

实施例

以下，显示实施例，但本发明并不限于这些实施例。

<由聚烯烃多孔膜构成的隔离物的卷绕>

实施例1

作为卷绕芯10，使用卷绕芯端部的直径da为90mm，卷绕芯的中心部的直径dc为85mm，卷绕芯的长度L为200mm的卷绕芯。将膜厚10μm的聚乙烯多孔膜（孔隙率：40%，闭合（shut down）温度：134℃）的隔离物15，在卷绕芯10上卷绕1000m。其后，通过目视对已卷绕的隔离物15的表面的褶皱或折断进行计数。

实施例2~6中，除了如表1那样改变卷绕芯10的形状以外，与实施例1相同。

<具有由耐热性树脂构成的耐热层的多层隔离物的卷绕>

实施例7

在50质量份的聚酰胺酰亚胺树脂溶液（非挥发成分浓度：30质量%，溶剂：N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、玻璃转化温度：283℃）中，添加20质量份的聚乙二醇（数均分子量Mn=1000）和30质量份的NMP，在室温下以使其变成均匀的方式混合，从而调制耐热性树脂溶液。将所得到的耐热性树脂溶液，在膜厚10μm的聚乙烯多孔质膜（孔隙率：40%，闭合温度：134℃）的单面上涂布，形成厚度28μm的涂膜。将该涂膜与聚乙烯多孔膜一起，在由50质量份的水和50质量份的NMP构成的凝固液中浸渍3分钟，接着，通过在离子交换水中水洗后以60℃的热风干燥30分钟，从而进行多孔化处理，在聚乙烯多孔膜的表面上形成厚度4μm的耐热性树脂多孔质膜。

作为卷绕芯10，使用卷绕芯端部的直径da为90mm，卷绕芯的中心部的直径dc为85mm，卷绕芯的长度L为200mm的卷绕芯，将上述多层隔离物15在卷绕芯10上卷绕1500m。其后，通过目视而对已卷绕的隔离物15的表面的褶皱或折断进行计数。

实施例8以及9中，除了如表1那样改变卷绕芯10的形状以外，与实施例7相同。

<具有包含无机粒子的耐热层的多层隔离物的卷绕>

实施例10

将20质量%的二氧化硅粒子（平均粒径：0.4μm）、10质量%的作为粘合剂的聚偏氟乙烯（PVDF），在70质量份的溶剂（NMP，玻璃转化温度：283℃）中，在室温下以变成均匀的方式用球磨机进行分散，调制耐热性无机溶液。将所得到的耐热性无机溶液，在膜厚7μm的聚乙烯多孔质膜（孔隙率：40%，闭合温度：134℃）的单面上涂布后，以60℃的热风干燥30分钟，在聚乙烯多孔质膜的表面上，形成厚度4μm的耐热性无机多孔质膜。

作为卷绕芯10，使用卷绕芯端部的直径da为90mm，卷绕芯的中心部的直径dc为80mm，卷绕芯的长度L为1000mm的卷绕芯，将上述多层隔离物15在卷绕芯10上卷绕1000m。其后，通过目视而对已卷绕的隔离物15的表面的褶皱或折断进行计数。

实施例11，12中，除了如表1那样改变卷绕芯10的形状以外，与实施例10相同。

比较例1-8以及比较例11中，除了将与实施例1相同的隔离物15卷绕于表中的大小的卷绕芯10以外，进行相同的评价。

比较例9中，除了将与实施例7相同的隔离物15卷绕于表中的大小的卷绕芯10以外，进行相同的评价。

比较例10中，除了将与实施例10相同的隔离物15卷绕于表中的大小的卷绕芯10以外，进行相同的评价。

表1

如表1所示，确认了在所有的实施例中均没有发生褶皱或折断。另一方面，在所有的比较例中均发生了褶皱或折断。

产业上的可利用性

本发明作为涉及制造没有褶皱或折断的高精度的非水系二次电池用隔离物的卷绕芯的技术，能够进行有效的运用。

Claims (10)

1.一种隔离物卷绕芯，其特征在于，

其具有的形状为，圆筒状，且卷绕芯的中心部的直径小于卷绕芯的端部的直径。

2.如权利要求1所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述卷绕芯的端部的直径da、所述卷绕芯的中心部的直径dc以及所述卷绕芯的长度L满足式（1），

0.005≦(da-dc)/L≦0.1 …(1)。

3.如权利要求1所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述卷绕芯的端部的直径da、所述卷绕芯的中心部的直径dc以及所述卷绕芯的长度L满足式（2），

0.01≦(da-dc)/L≦0.065 …(2)。

4.如权利要求1所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述卷绕芯的端部的直径da、所述卷绕芯的中心部的直径dc以及所述卷绕芯的长度L满足式（3），

0.025≦(da-dc)/L≦0.03 …(3)。

5.如权利要求1~4中任意一项所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

从所述卷绕芯的端部向所述卷绕芯的中心部的外周的渐变形状是直线或者曲线。

6.如权利要求1~4中任意一项所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述卷绕芯的长度是隔离物的宽度的1.01~1.2倍。

7.如权利要求1~4中任意一项所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述隔离物的宽度为10~1500mm。

8.如权利要求1~4中任意一项所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述隔离物的宽度为15~1200mm。

9.如权利要求1~4中任意一项所述的隔离物卷绕芯，其特征在于，

所述隔离物的宽度为50~500mm。

10.一种卷型物，其特征在于，

具备权利要求1~9中任意一项所述的隔离物卷绕芯。

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