CN106531938B - 非水电解液二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种非水电解液二次电池。隔板(300)包含基材层(301)和配置于基材层(301)表面的耐热层(302)。耐热层(302)在耐热层(302)的厚度方向上包含中央部(302B)以及夹持中央部(302B)的第1端部(302A)和第2端部(302C)。第1端部(302A)包含与电极(200)的界面。第2端部(302C)包含与基材层(301)的界面。在第1端部(302A)和第2端部(302C),树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率分别为8质量%以上且30质量%以下。在中央部(302B),树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率为2质量%以上且7质量%以下。
Description
技术领域
本发明涉及非水电解液二次电池。
背景技术
日本特开2014-180822号公报中公开了一种将树脂制的多孔质膜作为基材层,在其表面层叠有无机粒子的粒径相互不同的第1耐热层和第2耐热层的电池用隔板。
发明内容
根据日本特开2014-180822号公报可知,通过在树脂制的基材层的表面形成含有无机粒子的耐热层,即使在例如因过充电等而使电池温度上升的情况下,也能够抑制隔板的热收缩。这是由于无机粒子的熔点比构成基材层的树脂的熔点高。
根据本发明人的研究,在电池内,耐热层和电极(正极或负极)期望处于密合的状态。这是由于如果在耐热层即隔板与电极之间产生间隙,则电极间距或电解液分布等会发生参差不均,使电极反应变得不均匀。
但是,例如车载用途等那样需求高负荷的充放电的用途中,有时耐热层与电极的密合性会降低。这是由于随着高负荷的充放电,与耐热层相对的电极会剧烈地膨胀、收缩。
另外,在耐热层与基材层的密合性低的情况下,在电池温度上升时,基材层与耐热层会剥离,存在抑制隔板的热收缩的效果降低的可能性。
本发明是鉴于上述的课题而完成的。即本发明的目的是提供一种伴随耐热层与电极和基材层的密合性降低而产生的性能降低受到抑制的非水电解液二次电池。
〔1〕非水电解液二次电池具备隔板和电极。隔板包含基材层和配置于该基材层表面的耐热层。耐热层含有无机粒子和树脂粘合剂。电极与耐热层相对。耐热层在该耐热层的厚度方向上包含中央部以及夹持该中央部的第1端部和第2端部。第1端部包含与电极的界面。第2端部包含与基材层的界面。在第1端部和第2端部,树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率分别为8质量%以上且30质量%以下。在中央部,树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率为2质量%以上且7质量%以下。
上述〔1〕的耐热层中,在该耐热层与电极的界面附近(第1端部)、以及该耐热层与基材层的界面附近(第2端部),树脂粘合剂的构成比率局部较高。即第1端部和第2端部的树脂粘合剂的构成比率为8质量%以上,被第1端部和第2端部夹持的中央部的树脂粘合剂的构成比率为7质量%以下。由此,在耐热层与电极的界面中,可实现能够承受高负荷的充放电的密合性。进而在耐热层与基材层的界面中,例如过充电时等的温度上升时,也能够抑制耐热层与基材层的剥离。
根据本发明人的研究,如果第1端部的树脂粘合剂的构成比率低于8质量%,则例如在车载用途等中进行所需求的高负荷的充放电的情况下,有在耐热层与电极之间产生间隙、促进性能劣化的可能性。
另外,如果第2端部的树脂粘合剂的构成比率低于8质量%,则通过过充电等使电池温度上升的情况下,有耐热层从基材层剥离的可能性。
在耐热层中,无机粒子也承担形成用于透过离子的空隙的功能。如果无机粒子的构成比率过低(即树脂粘合剂的构成比率过高),则也有离子透过性降低、促进性能劣化的可能性。
因此,在上述〔1〕的非水电解液二次电池中,将第1端部和第2端部的树脂粘合剂的构成比率设为30质量%以下。由此,能够确保第1端部和第2端部的离子透过性。
进而,上述〔1〕的非水电解液二次电池中,使中央部的树脂粘合剂的构成比率较低(即,使无机粒子的构成比率较高)。根据本发明人的研究,通过将中央部的树脂粘合剂的构成比率设为7质量%以下,能够使耐热层整体的离子透过性充分。中央部的树脂粘合剂的构成比率为2质量%以上。如果中央部的树脂粘合剂的构成比率低于2质量%,则耐热层内的各部分的密合性降低,因此抑制隔板的热收缩的效果有可能降低。
〔2〕优选第1端部和第2端部含有有机溶剂系粘合剂作为树脂粘合剂,并且中央部含有水系粘合剂作为树脂粘合剂。或者优选第1端部和第2端部含有水系粘合剂作为树脂粘合剂,并且中央部含有有机溶剂系粘合剂作为树脂粘合剂。
第1端部、中央部和第2端部都通过有机溶剂系粘合剂或水系粘合剂的任一者形成的情况下,在各部分的界面,溶剂和树脂粘合剂相溶、混合,因此各部分之间的构成比率的差异变小,上述〔1〕所期待的效果有可能降低。因此如上述〔2〕那样,通过将有机溶剂系粘合剂和水系粘合剂交替用于各部分的每一个,能够抑制各部分之间的相溶、混合。另外,随着树脂粘合剂的变更,会逐次形成各部分,因此能够在耐热层整体中抑制树脂粘合剂的偏析。
〔3〕第1端部和第2端部的厚度优选分别为1μm以上且3μm以下。中央部的厚度优选为1.5μm以上且6μm以下。这是由于能够期待抑制性能降低的效果的提高。
本发明的上述内容以及其它目的、特征、方面和优点,可通过结合附图理解的本发明涉及的以下详细说明而明确。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的非水电解液二次电池的结构的一例的概略截面图。
图2是表示电极群的结构的一例的概略图。
图3是表示电极与隔板的界面的概略截面图。
图4是表示正极的结构的一例的概略图。
图5是表示负极的结构的一例的概略图。
图6是表示非水电解液二次电池的制造方法的概略的流程图。
图7是表示隔板制造步骤的概略的流程图。
具体实施方式
以下,对本发明的实施方式(以下称为“本实施方式”)的一例进行说明。但本实施方式并不限定于以下的说明。以下,有时将非水电解液二次电池简称为“电池”。另外,“电极”表示正极或负极的至少一者。另外,“第1”等包含序号的用语中,序号用于将某一结构与其它结构区别,除此以外不具有限定的含义。
<非水电解液二次电池>
图1是表示本实施方式的非水电解液二次电池的结构的一例的概略截面图。电池1000例如是用于车载用途等的方形电池。电池1000的额定容量例如为1~30Ah程度(典型地为4~25Ah)左右。电池1000具备电池壳体500。
电池壳体500例如是铝(Al)合金制。电池壳体500典型地由有底方形的壳体主体和盖构成。壳体主体和盖例如通过激光焊接而一体化。电池壳体500设有作为外部端子的正极端子501和负极端子502。电池壳体500可以设有注液口、安全阀、电流切断机构等。
电池壳体500收纳有电极群800和电解液600。电极群800在宽度方向的一端具有正极集电体从隔板露出的集电体露出部103,在宽度方向的另一端具有负极集电体从隔板露出的集电体露出部203。电极群800在集电体露出部103与正极端子501连接,在集电体露出部203与负极端子502连接。电解液600贮存在电池壳体500的底部。电解液浸渗电极群800的内部。
《电极群》
非水电解液二次电池具备电极和隔板。电极和隔板构成电极群。图2是表示电极群的结构的一例的概略图。电极群800是卷绕型的电极群。构成电极群800的正极100、负极200和隔板300都是带状的片部件。电极群800是以隔板300介于正极100与负极200之间的方式将它们层叠并卷绕而成的。电极群800在卷绕后被压制成型为外形呈扁平状。此时通过在电极与隔板的层叠方向上施加的压力,使构成隔板表面的耐热层与电极密合。
《隔板》
图3是表示电极与隔板的界面的概略截面图。隔板300包含基材层301和配置于基材层301上的耐热层302。
(基材层)
基材层例如既可以是树脂制的多孔质膜,也可以是使树脂纤维纠缠交结而成的无纺布等。基材层期望具有关闭功能。关闭功能表示在电池温度上升时,基材层内的细孔闭塞,从而隔断电流(离子透过)的功能。作为具有关闭功能的基材层,例如可举出由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等聚烯烃制成的多孔质膜。
基材层既可以由单一的层构成,也可以由多个层构成。基材层例如可以具有由PE的多孔质层(以下记为“PE层”)构成的单层结构。基材层例如也可以具有PE层和PP的多孔质层(以下记为“PP层”)层叠而成的双层结构。或者基材层例如也可以具有PE层和PP层以PP层/PE层/PP层的顺序层叠而成的三层结构。本实施方式中,特别优选具有PP层/PE层/PP层这样的三层结构的基材层。
基材层的厚度例如为9~30μm左右(典型地为10~20μm左右)。基材层包含PP层的情况下,PP层的厚度例如为3~10μm左右。基材层包含PE层的情况下,PE层的厚度例如为3~10μm左右。基材层的格利透气度(采用格利法测定出的透气度)例如为100sec/100ml以上且300sec/100ml以下左右。
(耐热层)
耐热层配置于基材层的表面。耐热层既可以配置于基材层的一侧的表面,也可以配置于两侧的表面。
耐热层含有无机粒子和树脂粘合剂。耐热层实质上可以仅由无机粒子和树脂粘合剂构成。无机粒子例如可以是α氧化铝(αAl2O3)、勃姆石(AlOOH)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化镁(MgO)等金属氧化物的粒子。无机粒子既可以单独使用一种,也可以并用两种以上。即无机粒子可以是选自α氧化铝、勃姆石、氧化钛、氧化锆和氧化镁之中的至少一种。无机粒子的d50例如可以为0.2~2μm左右。“d50”表示采用激光衍射散射法测定出的体积基准的粒度分布中累计值为50%的粒径(也称为“中位径”)。
如图3所示,耐热层302在耐热层302的厚度方向上包含中央部302B和夹持中央部302B的第1端部302A和第2端部302C。第1端部302A包含与电极(负极200)的界面。第2端部302C包含与基材层301的界面。再者,图3中,作为与耐热层相对的电极图示了负极,但与耐热层相对的电极当然也可以是正极。
(耐热层的树脂粘合剂)
本实施方式中,优选在第1端部302A和第2端部302C、与中央部302B之间,使树脂粘合剂种类不同。
即,优选第1端部302A和第2端部302C含有有机溶剂系粘合剂作为树脂粘合剂,并且中央部302B含有水系粘合剂作为树脂粘合剂。或者优选第1端部302A和第2端部302C含有水系粘合剂作为树脂粘合剂,并且中央部302B含有有机溶剂系粘合剂作为树脂粘合剂。
由此,在第1端部302A与中央部302B的边界、以及中央部302B与第2端部302C的边界中,各部分之间的相溶、混合受到抑制,在各部分容易实现期望的构成比率。
“水系粘合剂”表示能够分散于水系溶剂中的树脂粘合剂。在此能够分散也包括可溶。
作为水系粘合剂,例如可举出丙烯酸系树脂、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)等,以及它们的混合物、共聚物等。即水系粘合剂可以是选自丙烯酸系树脂、SBR、PTFE、PVA、PVB、PVP和PEG之中的至少一种。在此,本说明书的共聚物可以是交替共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、嵌段共聚物等。本实施方式中,特别优选丙烯酸系树脂作为水系粘合剂。
在上述中,丙烯酸系树脂表示(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸酯等具有(甲基)丙烯酰基的聚合物单体聚合而成的树脂。丙烯酸系树脂既可以是上述的聚合型单体的单聚物(例如聚丙烯酸(PAA)等),也可以是共聚物(例如丙烯酸酯-苯乙烯共聚物等)。另外,丙烯酸系树脂也可以是其一部分改性了的改性丙烯酸系树脂等。例如在PAA中,羧基的氢的一部分或全部可以被钠(Na)等取代。再者,“(甲基)丙烯酸”表示丙烯酸或甲基丙烯酸的至少一者,“(甲基)丙烯酰基”表示丙烯酰基或甲基丙烯酰基的至少一者。
水系溶剂可以是水,也可以是水和醇的混合溶剂。作为能够与水混合的醇,例如可举出甲醇、乙醇、异丙醇(IPA)等。水与醇的混合比例如以质量比计可以为水:醇=99:1~50:50左右。从便于操作出发,水系溶剂最优选为水。
“有机溶剂系粘合剂”表示能够分散于有机溶剂的树脂粘合剂。作为有机溶剂系粘合剂,例如可举出聚偏二氟乙烯(PVDF)、偏二氟乙烯(VDF)与六氟丙烯(HFP)的共聚物(VDF-HFP共聚物)、芳纶系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚酰胺酰亚胺系树脂和聚丙烯腈(PAN)等、以及它们的混合物、共聚物等。即有机溶剂系粘合剂可以是选自PVDF、VDF-HFP共聚物、芳纶系树脂、聚酰亚胺系树脂、聚酰胺酰亚胺系树脂和PAN之中的至少一种。在本实施方式中,特别优选PVDF作为有机溶剂系粘合剂。
在上述中,芳纶系树脂表示通过芳族聚胺与芳族聚羧酸的缩聚而生成的树脂。作为芳族聚胺,例如可举出对苯二胺、间苯二胺等。作为芳族聚羧酸,例如可举出对苯二甲酸等。例如可以使用对苯二甲酸二氯化物等之类的羧酸氯化物等来代替芳族聚羧酸。芳纶系树脂既可以是对位系芳纶,也可以是间位系芳纶。
有机溶剂例如可以是N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、四氢呋喃(THF)、二甲基甲酰胺(DMF)、甲基乙基酮(MEK)和二甲基亚砜(DMSO)等,以及它们的混合物等。
(耐热层中的树脂粘合剂的构成比率)
本实施方式中,在第1端部302A和第2端部302C、与中央部302B之间,需要使树脂粘合剂的构成比率不同。
即,在第1端部302A和第2端部302C,树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率为8质量%以上且30质量%以下(即无机粒子的构成比率为70质量%以上且92质量%以下)。另外,在中央部302B,树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率为2质量%以上且7质量%以下(即无机粒子的构成比率为93质量%以上且98质量%以下)。
通过在第1端部将树脂粘合剂的构成比率设为8质量%以上且30质量%以下,能够使第1端部与电极的密合性提高,并且确保第1端部的离子透过性。
通过在第2端部将树脂粘合剂的构成比率设为8质量%以上且30质量%以下,能够使第2端部与基材层的密着性提高,并且确保第2端部的离子透过性。
第1端部的树脂粘合剂的构成比率和第2端部的树脂粘合剂的构成比率可以相同,也可以不同。从离子透过性的观点出发,第1端部和第2端部的树脂粘合剂的构成比率优选为8质量%以上且20质量%以下,更优选为8质量%以上且18质量%以下,进一步优选为8质量%以上且15质量%以下,最优选为8质量%以上且12质量%以下。
通过在中央部将树脂粘合剂的构成比率设为2质量%以上且7质量%以下,能够提高耐热层整体的离子透过性,并且确保耐热层的各部分的一体性、密合性。从离子透过性的观点出发,中央部的树脂粘合剂的构成比率优选为2质量%以上且4质量%以下。
耐热层整体的厚度例如为3.5μm以上且12μm以下左右。从离子透过性以及对过充电的耐性的观点出发,第1端部和第2端部的厚度优选分别为1μm以上且3μm以下,中央部的厚度优选为1.5μm以上且6μm以下。从同样的观点出发,第1端部和第2端部的厚度更优选分别为1μm以上且2μm以下,中央部的厚度更优选为1.5μm以上且4μm以下。第1端部的厚度和第2端部的厚度可以相同,也可以不同。
并且,优选中央部比第1端部和第2端部厚。在耐热层整体的厚度之中,中央部的厚度所占的比例优选为27%以上,更优选为50%以上,进一步优选为60%以上。
《电极》
电极与耐热层相对。与耐热层相对的电极可以是正极,也可以是负极,或者可以是正极和负极这两者。即,正极或负极的至少一者与耐热层相对。再者,根据本发明人的研究,在仅使负极与耐热层相对的结构中,有效地显示出本实施方式所期待的效果。
(正极)
图4是表示正极的结构的一例的概略图。正极100包含正极集电体101和配置于正极集电体101表面的正极合剂层102。正极合剂层102配置于正极集电体101的两侧的表面。正极100的厚度(正极集电体101的厚度和正极合剂层102的厚度的合计)例如为40~100μm左右(典型地为50~90μm左右)。
正极集电体101从正极合剂层102露出的集电体露出部103,在电极群800中成为与正极端子501(外部端子)的连接部(参照图1)。正极集电体例如可以是Al箔等。正极集电体101的厚度例如为5~25μm左右。
正极合剂层是将正极合剂涂布于正极集电体的表面而成的。正极合剂含有正极活性物质、导电材料和树脂粘合剂等。正极合剂例如含有80~98质量%左右的正极活性物质。正极活性物质典型地为含Li的金属氧化物。含Li的金属氧化物例如可以具有层状岩盐型的晶体结构,或者也可以具有尖晶石型、橄榄石型等的晶体结构。
作为含Li的金属氧化物,例如可举出LiCoO2、LiNiO2、由通式LiNiaCobO2(式中,a+b=1、0<a<1、0<b<1)表示的化合物、LiMnO2、LiMn2O4、由通式LiNiaCobMncO2(式中,a+b+c=1、0<a<1、0<b<1、0<c<1)表示的化合物、LiFePO4等。作为由通式LiNiaCobMncO2表示的化合物,例如可举出LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等。
正极合剂例如含有1~10质量%左右的导电材料。导电材料例如可以是乙炔黑、热黑等炭黑类、碳纤维或石墨等。
正极合剂例如含有1~10质量%的树脂粘合剂。正极用的树脂粘合剂例如可以是PVDF、PTFE等。
(负极)
图5是表示负极的结构的一例的概略图。负极200包含负极集电体201和配置于负极集电体201表面的负极合剂层202。负极合剂层202配置于负极集电体201的两侧的表面。负极200的厚度(负极集电体201的厚度和负极合剂层202的厚度的合计)例如为50~150μm左右(典型地为70~130μm左右)。
负极集电体201从负极合剂层202露出的集电体露出部203,在电极群800中成为与负极端子502(外部端子)的连接部(参照图1)。负极集电体例如可以是铜(Cu)箔等。负极集电体201的厚度例如为5~25μm左右。
负极合剂层是将负极合剂涂布于负极集电体的表面而成的。负极合剂含有负极活性物质和树脂粘合剂等。负极合剂例如含有90~99质量%左右的负极活性物质。负极活性物质例如可以是石墨、易石墨化碳、难石墨化碳等碳系负极活性物质,也可以是含有硅(Si)、锡(Sn)等的合金系负极活性物质。
石墨可以是天然石墨,也可以是人造石墨。负极活性物质例如可以是对鳞片状的天然石墨实施了球形化处理而得到的球形化石墨。并且,负极活性物质例如可以是使非晶质碳附着于球形化石墨表面而得到的复合粒子。本说明书中,将该状态的负极活性物质记为“非晶涂布石墨”。
负极合剂例如含有1~10质量%左右的树脂粘合剂。负极用的树脂粘合剂例如可以是SBR、丙烯腈丁二烯橡胶(NBR)、PTFE等。另外,负极合剂例如可以含有羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、聚丙烯酸钠(PAA-Na)等作为增粘剂。
本实施方式中,负极容量相对于正极容量之比(负极容量÷正极容量)例如可以为1.7~2.0左右。
《电解液》
电解液是使Li盐作为支持盐溶解于非质子性溶剂中的液体电解质。作为非质子性溶剂,例如可举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)和γ-丁内酯(γBL)等环状碳酸酯类,以及碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)等链状碳酸酯类等。非质子性溶剂也可以是将上述溶剂混合两种以上而得到的混合溶剂。混合溶剂中,环状碳酸酯类与链状碳酸酯类的混合比例如以体积比计可以为环状碳酸酯类:链状碳酸酯类=1:9~5:5左右。在该范围中,导电率和电化学稳定性的平衡良好。
作为Li盐,例如可举出LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li[(FSO2)2N](简称为“LiFSI”)、Li[(CF3SO2)2N](简称为“LiTFSI”)、Li[CF3SO3]等。它们之中特别优选LiPF6和LiFSI。Li盐的浓度优选为0.5~2.0mol/l(摩尔/升)左右,更优选为0.8~1.4mol/l左右,特别优选为1.0~1.2mol/l左右。在该范围中,对于高负荷充放电的耐性和对于过充电的耐性的平衡良好。
电解液除了上述成分以外还可以含有各种添加剂。作为能够适用的添加剂,例如可举出Li[(C2O4)2B](简称为“LiBOB”)、Li[(C2O4)BF2]、Li[(C2O4)2PF2]等以草酸络合物作为阴离子的Li盐、碳酸亚乙烯酯(VC)、氟碳酸亚乙酯(FEC)、亚硫酸亚乙酯(ES)、丙磺酸内酯(PS)、Li[PO2F2]、环己基苯(CHB)、联苯(BP)等。
<非水电解液二次电池的制造方法>
下面,对本实施方式的非水电解液二次电池的制造方法进行说明。图6是表示非水电解液二次电池的制造方法的概略的流程图。非水电解液二次电池的制造方法具备电极制造步骤(S100)、隔板制造步骤(S200)、电极群制造步骤(S300)、壳体收纳步骤(S400)和注液步骤(S500)。该制造方法在隔板制造步骤中具有特征。以下,对各步骤进行说明。
《电极制造步骤(S100)》
在电极制造步骤中,制造正极和负极。首先,调制含有电极活性物质和树脂粘合剂等的糊。糊的调制例如可以使用行星式混合机等混炼装置。糊的溶剂可以根据树脂粘合剂的种类等而适当变更。例如树脂粘合剂为PVDF的情况下,可以使用NMP作为溶剂,树脂粘合剂为SBR的情况下,可以使用水作为溶剂。
接着,将糊涂布于电极集电体的表面并使其干燥。由此形成电极合剂层。糊的涂布例如可以使用模涂机等。糊的干燥例如可以使用热风干燥炉等。糊的涂布量可以根据电池规格而适当变更。然后,使用辊压机等压缩电极合剂层,进而使用分切机等裁断为预定的尺寸,由此能够制造电极(例如图4所示的正极100和图5所示的负极200)。
《隔板制造步骤(S200)》
在隔板制造步骤中,制造在基材层的表面配置有耐热层的隔板。图7是表示隔板制造步骤的概略的流程图。隔板制造步骤(S200)包括基材层准备步骤(S210)和耐热层配置步骤(S220)。
(基材层准备步骤(S210))
首先,准备基材层。例如采用延伸开口法、相分离法等,可准备聚烯烃制的多孔质膜即基材层。
(耐热层配置步骤(S220))
接着,在基材层的表面逐次形成第2端部、中央部、第1端部,由此在基材层的表面配置耐热层。即耐热层配置步骤(S220)依次包括形成第2端部的步骤(S221)、形成中央部的步骤(S222)和形成第1端部的步骤(S223)。耐热层既可以配置于基材层的一侧的表面,也可以配置于两侧的表面。如上所述,本实施方式中,在第1端部和第2端部、与中央部,使用不同的溶剂系的糊。
为形成耐热层的糊的调制中,例如可以使用乳化分散装置(例如エム·テクニック公司制的“CLEARMIX”等)。使用乳化分散装置,使无机粒子和树脂粘合剂分散于溶剂(水系溶剂或有机溶剂)中,由此能够调制糊。
应成为第1端部和第2端部的糊中使用了有机溶剂和有机溶剂系粘合剂的情况下,在应成为中央部的糊中使用水系溶剂和水系粘合剂。或者,应成为第1端部和第2端部的糊中使用了水系溶剂和水系粘合剂的情况下,在应成为中央部的糊中使用有机溶剂和有机溶剂系粘合剂。
糊的涂布例如优选使用凹版涂布机。或者也可以是使用喷涂机等。为了抑制各部分的相溶,期望在将应成为第2端部的糊涂布并使其干燥之后,再涂布应成为中央部的糊。同样地,期望在将应成为中央部的糊涂布并使其干燥之后,再涂布应成为第1端部的糊。
如上所述,通过逐次形成第2端部、中央部和第1端部,能够在基材层的表面配置耐热层。由此制造隔板。
《电极群制造步骤(S300)》
在电极群制造步骤中制造电极群。使用预定的卷绕装置,以隔板介于正极与负极之间的方式将它们层叠并卷绕,由此制造卷绕体。在卷绕时向隔板施加的张力(隔板的每单位截面积的值)例如为0.35~4.3N/mm2左右。
此时如图2所示,正极100和负极200以集电体露出部103和集电体露出部203从隔板300露出的方式相对配置。并且,例如使用平板压制机将卷绕体成型为扁平状。由此制造例如图2所示的电极群800。压制成型可以伴随加温等。
《壳体收纳步骤(S400)》
在壳体收纳步骤中,将电极群收纳于电池壳体。例如准备图1所示的电池壳体500。将设置于电池壳体500的正极端子501和负极端子502与电极群800连接。然后,将电极群800收纳于电池壳体500。
《注液步骤》
在注液步骤中,向电池壳体注入电解液。电解液例如可以从设置于电池壳体的注液口注入。注入后,将电池壳体密封。由此制造非水电解液二次电池。
将以上公开的非水电解液二次电池的制造方法的特征归纳,如下所述。
〔4〕一种非水电解液二次电池的制造方法,所述非水电解液二次电池具备隔板和电极,所述隔板包含基材层和配置于所述基材层表面的耐热层,所述耐热层含有无机粒子和树脂粘合剂,所述电极与所述耐热层相对,
所述制造方法具备准备所述基材层的步骤、和在所述基材层的表面配置所述耐热层的步骤,
配置所述耐热层的步骤,包括:在所述基材层的表面涂布第1糊并使其干燥,由此形成第2端部的步骤;在所述第2端部的表面涂布第2糊并使其干燥,由此形成中央部的步骤;以及在所述中央部的表面涂布第3糊并使其干燥,由此形成第1端部的步骤,
所述第1糊和所述第3糊含有有机溶剂系粘合剂作为所述树脂粘合剂,并且所述第2糊含有水系粘合剂作为所述树脂粘合剂,或者所述第1糊和所述第3糊含有所述水系粘合剂作为所述树脂粘合剂,并且所述第2糊含有所述有机溶剂系粘合剂作为所述树脂粘合剂。
采用该制造方法,能够制造耐热层与电极的密合性、耐热层与基材层的密合性提高了的非水电解液二次电池。
以上,以方形电池为例对本实施方式进行了说明,但本实施方式并不限定于方形电池。本实施方式例如也可以适用于圆筒形电池、层压式电池等。电极群也不限定于卷绕型。电极群可以是层叠型(也称为“层压型”)。层叠型的电极群是将多个由正极、隔板和负极以该顺序层叠的层叠单元层叠而成的电极群。
本实施方式特别优选适用于需求高负荷的充放电的用途。作为这样的用途例如可举出车载用等的大型电池。
实施例
以下,利用实施例对本实施方式进行说明,但本实施方式并不限定于以下的例子。
<非水电解液二次电池的制作>
《隔板》
使用各种隔板制造各种电池,并评价了电池性能。在以下的表1和表2中,例如“No.*1”这样在“电池No.”附加“*”的电池是比较例,例如“No.1”这样在“电池No.”没有附加“*”的电池是实施例。
准备了表1所示的各种基材层。表1中,“PP层/PE层/PP层”表示PP层、PE层和PP层以该顺序层叠而成的三层结构的基材层。另外,“PP层/PE层”表示PP层和PE层层叠而成的双层结构的基材层。
表1
基材层中,表1的“耐热层的配置”所示的各面,采用上述方法配置了表2所示的结构的耐热层。表1中,“负极相对面”表示在电极群中与负极相对的基材层的表面,“正极相对面”表示在电极群中与正极相对的基材层的表面,“两面”表示基材层的两侧的表面。另外,表2中,树脂粘合剂的种类一栏所示的“丙烯酸”表示上述的丙烯酸系树脂。
根据以上,准备了包含基材层和配置于基材层表面的耐热层的各种隔板。以下,列出用于评价的电池中的除了隔板以外的结构。
《正极》
正极活性物质:LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
导电材料:乙炔黑(AB)
树脂粘合剂:PVDF
合剂配合:[正极活性物质:AB:PVDF=90:8:2(质量比)]
正极集电体:Al箔(厚度=15μm)
正极的厚度:70μm。
《负极》
负极活性物质:非晶涂布石墨
增粘剂:CMC-Na
树脂粘合剂:SBR
合剂配合:[负极活性物质:CMC-Na:SBR=98:1:1(质量比)]
负极集电体:Cu箔(厚度=10μm)
负极的厚度:80μm。
《电极群》
电极群的高度(图1的高度H800):50mm
电极群的宽度(图1的宽度W800):130mm
隔板的层叠数:130层
(隔板的层叠数表示在电极和隔板的层叠方向(图1的法线方向)上的隔板的层叠数)。
《电解液》
溶剂:[EC:EMC:DMC=3:3:4(体积比)]
Li盐:LiPF6(1.1mol/l)
添加剂:LiBOB和Li[PO2F2]。
<评价>
如以下这样评价了各电池。在以下的说明中,电流的单位“C”表示用1小时将电池的额定容量放完电的电流。
1.高负荷的充放电循环试验
执行1000次将以下的脉冲充电→第1停止(中止)→脉冲放电→第2停止作为一循环的充放电循环。
脉冲充电:电流=2.5C,时间=240秒
第1停止:120秒
脉冲放电:电流=30C,时间=20秒
第2停止:120秒。
在充放电循环试验的前后测定电池电阻,并将循环后电阻除以初始电阻,由此求出电阻上升率(百分率)。将结果示于表2。电阻上升率越低,对于高负荷充放电的耐性越好。认为耐热层与电极的密合性低的情况下,在充放电循环的过程中,会在耐热层与电极之间产生间隙,促进性能劣化,因此电阻上升率增高。
2.过充电试验
一边监测电池壳体的温度和电池电压,一边以10C的电流进行了恒流充电。测定了基材层关闭时的电池温度(T0)和从关闭起1秒后的电池温度(T1)。将T1除以T0,由此求出温度上升率(百分率)。将结果示于表2。温度上升率越低,对于过充电的耐性越好。认为耐热层与基材层的密合性低的情况下,隔板会进行热收缩,因此产生电流的切断不充分的部分,温度上升率增高。
<结果和考察>
根据表2,实施例涉及的电池与比较例的电池相比,高负荷充放电后的电阻上升率低,过充电试验中的温度上升率低,所述实施例涉及的电池中,在第1端部和第2端部,树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率分别为8质量%以上且30质量%以下,在中央部,树脂粘合剂相对于无机粒子和树脂粘合剂的合计质量的构成比率为2质量%以上且7质量%以下,所述比较例的电池没有满足上述条件。
认为由于第1端部和第2端部的树脂粘合剂的构成比率高,因此在耐热层与电极的界面以及耐热层与基材层的界面,密合性提高了。另外,认为由于相对于第1端部和第2端部,中央部的树脂粘合剂的构成比率低,因此可确保作为耐热层整体的离子透过性,高负荷充放电中的性能劣化受到抑制。
根据表2,在本次试验中,第1端部和第2端部的厚度分别为1μm以上且3μm以下、中央部的厚度为1.5μm以上且6μm以下的电池,观察到了随着耐热层与电极和基材层的密合性降低而产生的性能降低受到抑制的效果。因此,通过该范围内的厚度调整,能够期待性能降低受到抑制的效果的提高。
对本发明的实施方式进行了说明,但应该认为本次公开的实施方式在所有点上只是例示,并不进行限制。本发明的范围由权利要求的范围所示,包括与权利要求的范围均等的含义和范围内的所有变更。
Claims (3)
1.一种非水电解液二次电池,具备隔板和电极,
所述隔板包含基材层和配置于所述基材层表面的耐热层,
所述耐热层含有无机粒子和树脂粘合剂,
所述电极与所述耐热层相对,
所述耐热层在所述耐热层的厚度方向上包含中央部以及夹持所述中央部的第1端部和第2端部,
所述第1端部包含与所述电极的界面,
所述第2端部包含与所述基材层的界面,
所述第1端部的所述树脂粘合剂相对于所述第1端部的所述无机粒子和所述树脂粘合剂的合计质量的构成比率为8质量%以上且30质量%以下,
所述第2端部的所述树脂粘合剂相对于所述第2端部的所述无机粒子和所述树脂粘合剂的合计质量的构成比率为8质量%以上且30质量%以下,
所述中央部的所述树脂粘合剂相对于所述中央部的所述无机粒子和所述树脂粘合剂的合计质量的构成比率为2质量%以上且7质量%以下。
2.根据权利要求1所述的非水电解液二次电池,
所述第1端部和所述第2端部含有有机溶剂系粘合剂作为所述树脂粘合剂,并且所述中央部含有水系粘合剂作为所述树脂粘合剂,
或者所述第1端部和所述第2端部含有所述水系粘合剂作为所述树脂粘合剂,并且所述中央部含有所述有机溶剂系粘合剂作为所述树脂粘合剂。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液二次电池,
所述第1端部和所述第2端部的厚度分别为1μm以上且3μm以下,
所述中央部的厚度为1.5μm以上且6μm以下。
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