CN110870098B - 用于蓄电装置的袋状隔板、用于其的热结合方法和热结合装置以及蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种由隔板材料制成的袋状隔板、用于其的热结合方法和热结合装置，以及蓄电装置，隔板材料包含有具有软化点或熔点的材料，袋状隔板具有不易破裂的热结合部分。袋状隔板由两层隔板材料形成，或由双层对折的隔板材料形成。隔板材料包括具有熔点或软化点的聚合物材料，并且在堆叠的隔板材料的边缘处具有一个或多个热结合区域30。热结合区域30包括：熔接区域31，其中隔板材料在熔融或软化后再次固化；和其中聚合物材料的熔融率从熔接区域31朝向与热结合区域30相邻的区域34连续降低的区域32。

Description

用于蓄电装置的袋状隔板、用于其的热结合方法和热结合装 置以及蓄电装置
技术领域
本发明涉及一种用于蓄电装置的袋状隔板、用于其的热结合方法及热结合装置。本发明还涉及包括有该袋状隔板的蓄电装置。
背景技术
非水电解液二次电池(诸如，锂离子二次电池)由于诸如高能量密度、低自放电和优异的长期可靠性等优点，已经作为笔记本电脑和移动电话的电池投入实际使用。近年来，电子设备的先进功能和在电动交通工具中的应用已经取得进展，并且要求开发具有更高能量密度的锂离子二次电池。
在锂离子二次电池中，如果由于控制系统中的异常而充电超过预定电压，或者由于电池外部的短路而释放大电流，则整个电池会发热。替代地，如果导电异物在电池中混合或从外部渗透，则电池内部可能发生局部短路，并且短路电流可能流动而产生热。当隔板被这种热损坏时，正极电极板和负极电极板在很大范围内短路，这可能导致电池冒烟或电池爆炸。在具有高能量密度的锂离子电池中，在异常时，短路电流增加，使得要求隔板具有高耐热性。
作为具有高耐热性的隔板，已经开发了聚合物材料的微孔膜或非织造料片(fabric)，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(其具有比通常用作隔板材料的聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)更高的热软化温度、熔点和热分解温度)或者芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)、聚酰亚胺和聚苯硫醚(PPS)。
例如，专利文献1公开了PET非织造料片，专利文献2公开了芳族聚酰胺微孔膜，专利文献3公开了聚酰亚胺或芳族聚酰胺非织造料片，以及专利文献4公开了PSS非织造料片。
在暴露于高温的锂离子电池中发生内部短路被认为不仅涉及到隔板的损坏，而且还涉及到电极体和隔板之间的位置关系。例如，当电极体变形时，电极和隔板的位置可能移位，并且正极电极板和负极电极板可能短路。因此，不仅需要耐热隔板，还需要防止电极和隔板之间的位移，以提高电池在高温下的安全性。
将隔板形成为袋状并且将正极电极板和负极电极板中的至少一个容纳在其中，这对于在电极体变形时防止电极和隔板之间的位移也是有效的(专利文献5至7)。由于正极电极板和负极电极板中的至少一个容纳在袋状隔板中，所以即使电极体变形，其也可以防止正极电极板与负极电极板相接触。
为了制造袋状隔板，例如专利文献5和6中公开的，在由PE或PP制成的隔板中，按压温度受控的加热块以制备袋状隔板。
另一方面，专利文献7使用具有150℃或更高(优选240℃或更高)的熔点的高耐热纤维组件，并且包括不展现出熔点的纤维。在该文献中，显示了包含有芳族聚酰胺或聚酰亚胺的纤维的隔板膜在400℃至600℃的高温下被热熔接，以被加工成袋状隔板。
在本说明书中，其中隔板通过加热熔融并固定的情况和其中隔板受热软化并通过施加力固定的情况可以不加区别地称为“热结合”。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：WO2014/123033 A1
专利文件2：WO2013/105300 A1
专利文件3：JP2014-25171 A
专利文件4：WO2012/033085 A1
专利文件5：JPH07-302616 A
专利文件6：JPH07-272761 A
专利文件7：JP2006-59717 A
发明内容
本发明要解决的问题
在专利文献7中描述的高耐热性隔板的热结合中，与专利文献5和6中描述的PE和PP的热结合相比，难以控制施加到隔板的热。由于将加热器的热给予隔板的突起(下文称为加热端头)的温度较高，因此在热结合期间，大量的热因与保持隔板的支撑台的温差而发散掉，因此温度下降很大。如果加热端头的温度下降到低于隔板的软化温度或熔点，隔板就不能热结合，因此需要精确的温度控制。另一方面，如果加热端头的温度太高，则加热端头所接触的隔板被完全熔融并且开孔，使得隔板被固定处的位置仅是孔的边缘，并且结合强度降低。
由于隔板材料被热结合的区域的体积因隔板材料的熔融或压缩变形而减小，因此隔板材料的结构在热结合区域与周边之间的边界处变得不连续。因此，当施加外力时，隔板材料可能在热结合区域的轮廓处断裂。特别地，在由非织造料片制成的隔板材料的情况下，熔融或软化的纤维在热结合区域的轮廓处被拉伸和变薄，使得与由多孔膜制成的隔板材料相比，断裂发生在热结合区域的轮廓处。
因此，鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种袋状隔板，该袋状隔板由包含有具有软化点或熔点的聚合物材料的隔板材料制成，并且在热结合部分处难以破裂，并且提供一种用于其的热结合方法和热结合装置，以及一种蓄电装置。
解决问题的手段
根据本发明的袋状隔板由叠置的两片隔板材料形成，或由对折并且叠置的一片隔板材料形成，
其中，隔板材料包括聚合物材料，所述聚合物材料具有熔点或软化点，
其中，一个或多个热结合区域设置在隔板材料的边缘处，并且
其中，热结合区域包括：熔接区域(fused region)，在该熔接区域中，隔板材料在熔融或软化后再次固化；以及其中聚合物材料的熔融率从熔接区域朝向与热结合区域相邻的区域连续降低的区域。
根据本发明的蓄电装置包括：
电极堆叠体，容纳有电极板的上述的袋状隔板和另一电极板被堆叠在该电极堆叠体中，所述另一电极板的极性不同于容纳在袋状隔板中的电极板的极性。
根据本发明的热结合方法是一种用于热结合被叠置的隔板材料的方法，该隔板材料包括聚合物材料，所述聚合物材料具有熔点或软化点，该方法包括：
在热结合期间，在叠置的隔板材料被热结合的区域中，形成以高于熔点或软化点的第一温度加热的高温区域，
在待被热结合的区域的周边部分处，形成以低于第一温度且不高于熔点或软化点的温度加热的低温区域，
形成温度从高温区域朝向低温区域变化的中间区域。
根据本发明的热结合装置是用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，该加热端头邻接第一隔板材料，并加热第一隔板材料，支撑台，该支撑台接触第二隔板材料，并支撑叠置的隔板材料，
其中，加热端头包括由具有相对高的导热率的材料制成的芯部，和由具有相对低的导热率的材料制成的覆盖部，该覆盖部覆盖芯部的至少一部分，并且
其中，加热端头的与第一隔板材料的表面接触的加热表面包括芯部和覆盖部两者。
根据本发明的热结合装置是用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，该加热端头邻接第一隔板材料，并加热第一隔板材料，以及
支撑台，该支撑台接触第二隔板材料，以支撑叠置的隔板材料，
其中，支撑台的接触第二隔板材料的表面上的与加热端头相对的区域包括：具有相对低的导热率的区域；和具有相对高的导热率的区域，并且具有低导热率的区域设置在具有高导热率的区域的内部。
本发明的优点
根据本发明，袋状隔板由包含有具有软化点或熔点的聚合物材料的隔板材料制成，并且在热结合部分处难以破裂，并且提供了用于其的热结合方法和热结合装置。而且，根据本发明，可以提供一种蓄电装置，该蓄电装置能够使用这种袋状隔板可靠地防止正极电极板和负极电极板的接触。
附图说明
图1是典型地示出具有膜外部的电池的基本结构的图；
图2是解释图1的电极堆叠体的示意图；
图3是解释与本发明的实施例相关的隔板材料的热结合区域的温度分布的示意图；
图4(a)是典型地示出了根据本发明的实施例的隔板材料的热结合装置的前视图，图4(b)是其侧视图；
图5(a)是典型地示出了本发明的一个实施例中的加热端头的截面图，(b)是接触表面的前视图；
图6(a)是典型地示出了本发明的一个实施例中的加热端头的截面图，(b)是接触表面的前视图；
图7是典型地示出本发明的一个实施例中的支撑台的结构的图；
图8(a)是示意性地示出示例1的加热端头的截面图，(b)是接触表面的前视图；
图9是示出示例1的热结合点的显微图像；
图10是示出示例1的热结合点的截面的SEM观察图像；
图11(a)是示例1的热结合点的俯视图，(b)是其示意性截面图；
图12是示出示例2的热结合点的显微图像；
图13是示出比较例1的热结合点的显微图像；以及
图14是示出比较例2的热结合点的显微图像。
具体实施方式
将描述实施例的概要。根据该实施例的将隔板材料热结合的方法包括：将包含有聚合物材料的两个隔板材料堆叠，所述聚合物材料受热软化或熔融，或者对折并且堆叠一个隔板材料；将加热端头按压到被叠置的隔板材料的要结合的部分；并且将隔板材料加热，以便在与加热端头接触的区域中具有温度分布；并且将重叠的隔板材料热结合。这里，与加热端头接触的一侧上的隔板材料可以称为第一隔板材料，而与支撑台接触的一侧上的隔板材料可以称为第二隔板材料，支撑台支撑被叠置的隔板材料。为了方便，这同样适用于对折并叠置一个隔板材料的情形。
当包含在隔板材料中的聚合物材料具有熔点时，则在隔板材料的与加热端头接触的区域中，最高温度高于具有熔点的聚合物材料中的至少一种的熔点，并且在接触区域的外边缘部分的至少一部分中，隔板材料的温度被设定为等于或低于熔点。下文中，与隔板材料的加热端头相接触的区域可以称为隔板材料的热结合区域或接触区域。
当包含在隔板材料中的聚合物材料不具有熔点，而具有热软化温度(软化点)时，则在隔板材料的接触区域中，最高温度被设定为高于具有热软化温度的至少一种聚合物材料的热软化温度，并且在隔板材料的接触区域的外边缘处的隔板材料的至少一部分的温度被设定为等于或低于热软化温度。
当包含在隔板材料中的聚合物材料具有熔点和软化点两者时，或者当具有熔点的聚合物材料和具有软化点而没有熔点的聚合物材料混合时，隔板材料被如下处理。对于具有熔点的聚合物材料中的至少一种，最高温度应该高于熔点，并且隔板材料的温度应该等于或低于隔板材料的接触区域的外边缘的至少一部分上的聚合物材料的热软化温度。可替代地，在隔板材料的接触区域中，最高温度设定为高于不具有熔点并且具有热软化温度的聚合物材料中的至少一种的热软化温度，并且隔板材料的接触区域的外边缘的至少一部分的隔板材料的温度设定为等于或低于热软化温度。
根据实施例的用于隔板材料的热结合装置包括加热器、热连接到加热器的加热端头、以及当加热端头与隔板材料形成接触时支撑隔板材料的支撑台。加热端头由例如在导热率方面不同的材料的组合形成。可替代地，从加热器到与隔板材料接触的接触表面的热传导路径具有凹口或热发散结构。因此，从加热器传递到加热端头的表面的热的量在加热端头的表面内具有分布，并且与加热端头接触的隔板材料也具有温度分布。可替代地，支撑台在面对加热端头的区域中具有导热率分布。在支撑台的导热率高的区域中，从加热端头给予隔板材料的热的扩散较大，并且因此隔板材料的温度上升慢，而在支撑台的导热率低的区域，几乎没有热发散，因此隔板的温度上升快。结果，即使当与隔板材料接触的加热端头的加热表面上没有温度分布时，温度分布也出现在隔板材料的接触区域中。
下文中，将参照附图针对每个配置描述该实施例的袋状隔板和包括该隔板的电池。应当注意的是，为了便于解释，附图中每个构件的尺寸和比例可以不同于实际尺寸和比例。
<隔板材料>
隔板材料(下文中，也简称为“隔板”)包括受热熔融或软化的聚合物材料(即，具有熔点或软化点的聚合物材料)。特别地，优选包括具有200℃或更高的熔点或软化点的聚合物材料。其具体示例包括芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚苯硫醚(PPS)。除了受热熔融或软化的聚合物材料之外，可以包括不显示出由于热引起的熔点或软化点的聚合物材料，诸如纤维素，或者无机材料(诸如可以包括玻璃)。
对于具有高能量密度的电池，隔板的厚度优选为25μm或更小，更优选地为15μm或更小。对隔板的结构没有特别的限制，并且可以使用非织造料片、织造料片和多孔膜中的任何一个。特别优选的是由聚合物纤维制成的织造料片和非织造料片。
从充电和放电特性的角度来看，隔板的透气性优选较高，特别是以便在低温下获得大的充电电流和放电电流。具体而言，处于不支撑有机材料的状态的隔板，用作透气性的度量的格利值(Gurley value)(秒/100毫升)优选地为200或更小，并且更优选地为100或更小。
<隔板的热结合方法>
将描述根据本发明的实施例的隔板的热结合方法。
叠置包括受热熔融或软化的聚合物材料的两片隔板，或者对折并叠置一片隔板。然后，将加热端头按压在(邻接)待结合的位置上并加热，以便在隔板的接触区域(热结合区域)中具有温度分布。具有温度分布意味着形成连续的温度梯度(具有平缓的梯度)，该连续的温度梯度从高于熔点或软化点的温度到低于熔点或软化点的温度。因此，重叠的隔板被热结合。此外，尽管加热端头与隔板接触处的整个区域没有变成被完全热结合(熔融结合)的区域，但是加热端头接触并被加热的区域也称为热结合区域。在结合步骤中，可以将预先用加热器加热的加热端头按压在隔板的热结合区域上。可替代地，在加热端头按压在隔板的热结合区域上之后，可以用脉冲加热器等对加热端头进行加热。一个或多个热结合区域被设置在叠置的隔板的边缘上。
当包含在隔板中的聚合物材料具有熔点时，隔板的热结合区域中的最高温度高于具有熔点的聚合物材料中的至少一种的熔点，并且外边缘(外周端)的至少一部分的温度被设定为等于或低于该熔点。
结果，隔板的热结合区域中存在有聚合物材料熔融的部分和聚合物材料未熔融的部分，并且在它们之间产生满足适合于热结合的温度条件的区域。此外，聚合物材料的熔融状态(熔融率，即一旦被熔融或软化然后固化的部分的比率)从高温侧(例如，内侧)到低温侧(例如，外侧)连续变化。连续意味着变化方向是恒定的，并且变化速率是渐进的。它不一定以恒定速率变化。至少与现有技术中的间断性的变化速率相比，这种变化速率很小。由于这个原因，能够避免如现有技术中那样在热结合区域的轮廓处由于隔板的结构中的不连续部分而引起的断裂。这是因为在不连续部分中，熔融或软化的纤维被拉伸而变薄，强度降低。该熔融率可以通过拍摄任意结合部分的放大图像并测量其中材料不具有原始形状的部分的比例来获得。
熔融率连续变化的事实包括熔融率逐步变化的情况。变化的方向是恒定的。也就是说，熔融率在一定方向上从具有高熔融率的部分朝向具有低熔融率的部分顺序或逐步变化，并且具有高熔融率的部分和具有低熔融率的部分不交替混合。逐步变化以多个阶段发生。例如，变化可以分2个阶段或更多，进一步分3个阶段或更多，或者更进一步分4个阶段或更多。
为了具有这样的温度梯度，优选是隔板的热结合区域的外边缘部分的温度等于或低于隔板中包含的聚合物材料的熔点。然而，根据加热端头和支撑台的结构，隔板的热结合区域的外边缘部分的温度可以不低于隔板中包含的聚合物材料的熔点。在这种情况下，热结合区域的外边缘部分的温度可以低于被加热到高于熔点的温度的高温区域的温度。聚合物材料被熔融和结合的区域的尺寸小于其中加热端头与隔板接触的区域。
当包含在隔板中的聚合物材料不具有熔点而具有热软化温度时，隔板的热结合区域中的最高温度被加热到高于具有热软化温度的聚合物材料中的至少一种的热软化温度，并且热结合区域的外边缘部分的至少一部分被设定为等于或低于该热软化温度。
结果，隔板的热结合区域中存在有聚合物材料软化的部分和聚合物材料未软化的部分，并且在它们之间产生满足适合于热结合的温度条件的区域。此外，由于隔板的熔融率方面的变化在熔接区域(其中纤维被完全软化(熔融)并且在纤维被整合后固化)的周围是连续的，因此能够避免由于在熔接区域的周围出现隔板的强度降低的不连续部分而导致的断裂。
优选的是，其中加热端头与隔板接触处的热结合区域的外边缘部分的温度等于或低于隔板中包含的聚合物材料的热软化温度。然而，根据加热端头和支撑台的结构，隔板的热结合区域的外边缘部分的温度可以不等于或低于隔板中包含的聚合物材料的软化点。在这种情况下，热结合区域的外边缘部分的温度可以低于被加热到高于软化点的温度的高温区域的温度。聚合物材料受热软化和结合的区域的尺寸小于其中加热端头与隔板接触处的区域。
在其中隔板中包含的聚合物材料具有熔点和软化温度两者的情况下，或者在聚合物材料包括具有熔点的聚合物材料，和具有软化温度的聚合物材料的情况下，可以使用上述针对聚合物材料具有熔点的情况和聚合物材料具有软化点的情况的方法中的任何一种。当聚合物材料被熔融并结合时，每单位结合面积的结合强度更高。然而，由于所需的结合强度和条件(诸如聚合物材料的熔点和在隔板中的丰度)，选择在具有熔点情况下的方法或在软化点情况下的方法。
在图3中，示出了本实施例的热结合方法中隔板的热结合区域(加热端头接触的区)的温度分布的示例。热结合区域30包括高温区域31、外边缘部分33和它们之间的中间区域32。外边缘部分33的外部是邻近热结合区域30的区域34。加热温度在高温区域31中是高的，并且在外边缘部分33中是低的。中间区域32是具有高温区域31和外边缘部分33之间的温度的区域，并且温度从高温区域31到外边缘部分33连续变化(温度逐渐降低)。
当包含在隔板中的聚合物材料具有熔点时，施加到在图3的高温区域31中的隔板的温度优选高于聚合物材料的熔点。在这种情况下，在外边缘部分33周边中所施加的温度优选等于或低于聚合物材料的熔点，其中加热端头接触外边缘部分33周边。中间区域32的温度是高温区域31的温度和外边缘部分33的温度之间的温度。在温度超过聚合物材料的熔点的高温区域31的内部，聚合物材料熔融，并且隔板被热结合。在高温区域31内部可以部分地开有孔。从高温区域31内部形成的孔可以知道，两个叠置的隔板在高温区域31内完全熔融。另一方面，由于孔无助于隔板的结合强度，例如，温度分布设置为使得孔的面积小于隔板的熔融面积。
当包含在隔板中的聚合物材料具有热软化温度时，施加到图3的高温区域31中的隔板的温度优选地高于聚合物材料的热软化温度，并且在外边缘部分33中施加的温度优选等于或低于热软化温度。中间区域32的温度是高温区域31的温度和外边缘部分33的温度之间的温度。当执行热结合时，隔板在高温区域31的内部被软化，接收到来自加热端头的压力，并通过进入到另一隔板的纤维的空隙或孔洞中而被固定。
图3示出了一个示例，其中作为隔板的温度分布，高温区域31是隔板的热结合区域30的中央，但是也可以使用其中高温区域31从热结合区域30的中央偏移的分布。此外，热结合区域30的平面形状不限于图3中示出的圆形形状，并且可以根据待结合的部分的形状来使用，诸如椭圆形、正方形或L形。
在热结合隔板的热结合区域30中，发生以下结构性变化。也就是说，在热结合区域30中，形成有：熔接区域(对应于高温区域31)，其中隔板完全熔融或软化，并且整体被熔接，然后温度降低，然后再次固化；以及其中熔融率从熔接区域31朝向与热结合区域30相邻的区域34连续降低的区域(中间区域32)。两个隔板完全熔融在一起的状态被定义为100％的熔融率。相比之下，完全没有熔接的状态定义为0％的熔融率。当隔板的聚合物材料受热熔接和结合时，表观体积随着熔融率增加而减小。在中间区域32中，熔融率朝向区域34降低，使得表观体积增加并且厚度增加。结果，在中间区域32中，厚度从熔接区域31朝向与热结合区域30相邻的区域34逐渐增加。注意，熔接区域31可以具有开口(即，厚度为零的区域)。
中间区域32的熔融率优选在等于或大于两片隔板结合之前的厚度的距离上从100％变化到0％。也就是说，优选的是，中间区域32的径向长度(在厚度变化方向上的距离)L等于或大于结合之前的两片隔板的厚度。通过以这样的变化量将熔融率从100％逐渐改变到0％，两片隔板可以热结合，而不形成强度降低的部分。
从另一观点来看，当厚度从熔接区域31朝向与热结合区域30相邻的区域34逐渐增加时，两个结合的隔板的孔隙率逐渐增加。也就是说，在熔接区域31中，两片隔板熔接并以大约0％的孔隙率(100％的熔融率)结合。这个孔隙率朝向相邻区域34逐渐增加，并且在熔融率为0％的区域34中成为隔板结合之前的孔隙率(熔融率为0％)。孔隙率可以通过拍摄隔板的截面的放大图像并通过图像分析获得纤维部分和空间部分的各个面积来计算。可替代地，孔隙率可以从纤维的比重和隔板的表观比重获得。孔隙率方面的变化量等于熔融率方面的变化量，其中符号反转。
当隔板的材料树脂熔融或软化并且隔板被热结合时，材料树脂填充隔板在结合之前具有的空隙。理论上，隔板在树脂完全熔融或软化的熔接部分变成具有0％的孔隙率的树脂膜。厚度为“初始厚度×[100-初始孔隙率(％)]/100”。然而，实际上，熔融或软化的树脂在面内(in-plane)方向上移动，或者相反地，空隙没有被完全堵塞，使得所计算的值大约相同或更小。
进一步，当熔融率持续降低时，透明度可以从熔接区域31朝向与热结合区域30相邻的区域34逐渐降低。换句话说，出现半透明区。这是因为，例如，随着聚合物材料熔融或软化并且熔融率增加，光的漫反射减少，并且透射增加。通过透过着色的背景观看，可以观察到透明度方面的变化。
此外，例如，当隔板具有聚合物材料的纤维结构时，通过熔接或软化而整合的纤维的比例从熔接区域31朝向与热结合区域30相邻的区域34逐渐降低。这是因为温度越低，被熔融或软化并被整合的纤维的比例越低。整合纤维的比率与熔融率同义。
在如图3中所示的热结合区域中，熔接区域31在中央，中间区域32围绕熔接区域31。然而，熔接区域31和中间区域32的布置不限于此。
<热结合装置>
图4是用于解释热结合装置的示意图。待结合的隔板可以是两片隔板的堆叠，或被对折的一片隔板的堆叠。在下面的描述中，假设叠置了两片隔板。图4(a)示出了设置有加热端头41的加热块42的前视图。图4(b)是其侧视图。热结合装置40包括支撑待热结合的第一隔板44a(上隔板)和第二隔板44b(下隔板)的支撑台43，以及包括加热端头41的加热块42。通过使用设置有多个加热端头41的加热块42，可以同时形成多个热结合点。在图4(a)中，作为示例，加热端头41被布置成U形，以便结合除电极板被插入到其中的开口之外的三个侧部。加热器块42包括加热器(未示出)，该加热器对加热端头41进行加热。热结合装置40包括相对于支撑台移动加热块42的机构(未示出)，以便使加热端头41与支撑台43上的第一隔板形成接触。
本实施例中热结合装置40的加热端头41和支撑台43中的至少一个具有下面描述的结构。
(加热端头)
图5是用于解释本发明热结合装置的一个实施例中的加热端头51的结构的示意图。图5(a)是从侧面看的纵向截面图，而图5(b)是加热端头51的接触隔板的接触表面(加热表面)54的前视图。加热端头51通过结合具有不同导热率的材料而形成。在图5中，具有相对低的导热率的低导热材料53设置在具有相对高的导热率的高导热材料52的外部。由于高导热材料52的温度变得高于低导热材料53的温度，所以可以在加热端头51的接触隔板的加热表面54上产生温度分布。结果，在隔板的与加热表面54接触的接触区域中出现图3中所示的温度分布。
图3中的高温区域31的尺寸不一定与图5中具有高导热率的材料52的区域的尺寸匹配。当加热端头51的中央部分的温度高时，图3中的高温区域31可以延伸到具有低导热率的材料53的区域。
作为具有不同导热率的材料的组合，例如，用于具有相对高的导热率的材料52是铜、铝、黄铜等，而用于具有相对低的导热率的材料53是：诸如不锈钢或钛的金属；诸如氧化铝和二氧化硅的陶瓷材料；具有比用于隔板的聚合物材料(诸如聚酰亚胺)的熔点或软化点高的熔点或软化点的高耐热聚合物材料；或者没有熔点和软化点的聚合物材料。
加热端头的另一实施例示意性地示出在图6中。图6(a)是加热端头61的示意性竖直截面图。图6(b)是加热端头61的接触隔板的接触表面(加热表面)62的前视图。在加热端头61的形状中，圆柱部分(热连接构件)63和圆盘部分64组合在一起，圆柱部分63将作为热源的加热块42的热供应给加热表面62，圆盘部分64的直径大于圆柱部分63的直径。圆盘部分64的加热表面62的面积大于平行于加热表面62的圆柱部分63的截面面积。在加热端头61中，由于在圆盘部分64的接触表面(加热表面)62中，从加热块42传导的热的量和从加热端头辐射的热的量不同，所以即使当加热端头61由单一材料制成时，在加热端头61的接触表面62中也会出现温度分布。在加热端头61的接触表面62中，从圆柱形部分63突出的部分被供应少量的热并且具有大量的热辐射，因此温度降低。作为加热端头61的材料，例如，使用具有良好导热率的金属，诸如铜、铝或黄铜。
在上述加热端头中的任何一个中，优选的是对与隔板接触的表面的边缘进行倒角，或者使与隔板接触的表面成为弯曲表面，以便不损坏隔板。弯曲表面可以是例如朝向隔板的凸形弯曲表面。当加热端头的与隔板接触的表面是弯曲表面时，优选的是，支撑台也制成弹性的或形成为具有与加热端头的表面相对应的弯曲表面，使得隔板遵循加热端头的弯曲表面。
在图5和图6中，加热端头的接触表面被描述为圆形。然而，加热端头的接触表面可以是与必要的热结合点的形状相匹配的形状，诸如椭圆形、矩形或L形。
(支撑台)
图7是用于解释本发明的热结合装置的一个实施例中的支撑台的结构的示意性截面图。加热端头71具有由单一材料制成的柱状结构。支撑台72由能够承受加热端头71的温度的材料形成。面向加热端头71的接触表面的区域由具有相对高的导热率的高导热材料73和具有相对低的导热率的低导热材料74形成。高导热材料73被设置在外侧上，而低导热材料74被设置在内侧上。热不容易在具有低导热率的材料处发散，而施加到隔板的热容易在具有高导热率的材料处发散。因此，即使在加热端头71的加热表面没有温度分布，在隔板的接触区域中也会出现温度分布。
作为热结合装置的另一实施例，代替图7中的低导热材料74，可以在支撑台72中形成凹部或通孔。由于空气的导热率低于高导热材料73的导热率，所以可以向隔板给予温度分布。凹部或通孔的接触隔板的边缘优选地被倒角或是弯曲的，以便不损坏隔板。
当加热端头和支撑台中的至少一个具有上述结构时，可以获得本发明的效果。然而，加热端头和支撑台两者可以具有上述结构。隔板的温度分布由从加热端头给予的热和到支撑台的热发散决定。
根据本实施例的用于隔板的热结合装置可以具有一种机构，该机构通过使用作为加热端头的表面的导体和作为支撑台的表面的导体来测量加热端头的表面和支撑台的表面之间的电阻。在隔板由具有熔点的聚合物材料制成的情况下，当隔板在热结合过程中在熔点或更高的温度下被充分加热时，在隔板中开孔，并且加热端头的表面和支撑台的表面相互形成接触。因此，通过测量电阻，可以确定隔板已经被加热到熔点或更高温度。
<袋状隔板>
可以获得一种袋状隔板，其中通过使用隔板的该热结合方法、用于热结合的加热端头和上述的用于隔板的支撑台来热结合隔板，热结合部分的强度较高。
如图2中所示，电极板25被容纳在袋状隔板26中，并且集电器箔24的一部分从由隔板形成的袋中抽出。容纳电极板25的袋状隔板26通过堆叠两个隔板形成，并且在两个或三个侧部处执行热结合，以便留有用于将电极板25插入到两个隔板之间的开口。在板25被插入后，该开口可以被密封。代替于两个隔板，可以对折并使用单个隔板。可替代地，电极板25放置在一个隔板上，另一隔板被叠置在电极板25上，并且隔板被热结合以便包围电极板25，从而在同一过程中形成袋状隔板26并且将电极板25容纳在其中。
被容纳在袋状隔板26中的电极板25可以是正极电极板或负极电极板。容纳具有较小平面尺寸的电极板是方便的，因为可以避免在其中堆叠有电极板和隔板的电池元件的平面尺寸的增加。此外，如果袋状隔板的宽度与不能被容纳在袋状隔板中的电极的电极板的宽度相同，则有利于堆叠时的对准。
<锂离子二次电池>
除了隔板之外，本发明的电池在构造方面没有特别限制。虽然下面将在实施例是锂离子二次电池的情况下描述其它构造，诸如正极电极、负极电极和电解液，但是本发明不限于此。
(二次电池的结构)
本实施例的二次电池具有如图1中所示的结构。锂离子二次电池1包括：电极堆叠体10；膜外包装件11，其由膜护套材料12-1和12-2制成，并且将其与电解液一起容纳；正极电极片14和负极电极片13(在下文中，这些也简称为“电极片”)。
如图2中所示，电极堆叠体10通过交替堆叠包含有正极电极板25和负极电极板21的袋状隔板26而形成。正极电极板25通过在正极电极金属箔的两个表面上涂覆正极电极材料而形成，并且负极电极板21类似地通过在负极电极金属箔的两个表面上涂覆负极电极材料而形成。各自由在两侧上涂覆有电极材料的金属箔制成的多个正极电极板25和多个负极电极板21堆叠在一起，同时正极电极板25和负极电极板21中的至少一个被容纳在袋状隔板26中。被容纳在袋状隔板26中的电极板可以是正极电极板或负极电极板。然而，优选的是容纳具有较小平面尺寸的电极，因为能够抑制堆叠过程中的电极堆叠体位移，并防止电极堆叠体10具有增加的平面尺寸。袋状隔板26通过以热结合区域22将两个隔板彼此固定而获得。图2示出了正极电极板25被容纳在袋状隔板26中的情况。电极堆叠体10的整体外部形状没有特别限制，但是在这个示例中，该形状是近似平坦矩形。稍后将描述构成电极堆叠体10的每个部分的细节。
多个热结合区域22被设置在隔板的周缘部分27中，并且具有稳定被容纳的正极电极板25的位置的作用，同时将隔板形成为袋形。当对折一个隔板时，可以在相对的两个边缘部分中的每一个中提供一个或多个热结合区域22。当重叠两个隔板时，热结合区域22可以进一步设置在第三边缘处。
正极电极板25和负极电极板21中的每一个具有从其外部周边的一部分部分地突出的延伸部，并且当正极电极板25和负极电极板21被堆叠时，正极电极板25的延伸部24和负极电极板21的延伸部23交错，以便不相互干涉。正极电极板25的延伸部分24堆叠，并且正极电极片14连接到其上。类似地，关于负极电极板21，负极电极板21的延伸部分23堆叠并连接到负极电极片13。电极片和电极的延伸部分之间的连接可以通过例如超声波焊接来执行。
电池膜外包装件11的轮廓形状没有特别限制，但是可以是四边形，其在该示例中是矩形。膜护套材料12-1和12-2围绕电极堆叠体10热熔接并彼此结合。正极电极片14和负极电极片13从热结合区域的短边的一侧拉出。电极片14和13可以使用各种材料。作为示例，正极电极片14是铝或铝合金，并且负极电极片13是铜或镍。当负极电极片13的材料是铜时，表面可以镀镍。
此外，关于电极片14和13的引出位置，这些片可以从长边的一侧引出。而且，正极电极片14和负极电极片13可以从不同侧引出。作为这样的示例，举例说明了正极电极片14和负极电极片13从相反侧在相反方向上引出的结构。
(正极电极)
正极电极活性材料没有特别限制，只要它是能够吸留和释放锂的材料，并且可以从几个角度进行选择。从增加能量密度的观点来看，优选的是包括高容量化合物。高容量化合物的示例包括通过用另一金属元素替代镍酸锂的一部分镍而获得的锂镍氧化物(LiNiO2)或锂镍复合氧化物。优选的是由下式(II)表示的层状锂镍复合氧化物。
LiyNi(1-x)MxO2……(II)
(其中0≤x<1，0<y≤1.2，M是选自Co、Al、Mn、Fe、Ti和B的元素中的至少一种)。
从高容量的观点来看，镍含量高，即，在式(II)中，x优选小于0.5，并且更优选为0.4或更少。这些化合物的示例包括LiαNiβCoγMnδO2(0<α≤1.2，优选地1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.7，γ≤0.2)、LiαNiβCoγAlδO2(0<α≤1.2，优选地1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，β≥0.6，优选地β≥0.7，γ≤0.2)、并且特别是LiNiβCoγMnδO2(0.75≤β≤0.85，0.05≤γ≤0.15，0.10≤δ≤0.20)。更具体地说，例如可以优选地使用LiNi0.8Co0.05Mn0.15O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.8Co0.1Al0.1O2等。
从热稳定性的观点来看，同样优选的是镍含量不超过0.5，即，在式(II)中，x优选为0.5或更高。还优选的是特定过渡金属的数量不超过一半。此类化合物包括LiαNiβCoγMnδO2(0<α≤1.2，优选地1≤α≤1.2，β+γ+δ＝1，0.2≤β≤0.5，0.1≤γ≤0.4，0.1≤δ≤0.4)。更具体地说，LiNi0.4Co0.3Mn0.3O2(缩写为NCM433)、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(缩写为NCM523)、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2(缩写为NCM532)等(然而，这些化合物包括其中每种过渡金属的含量变化约10％的那些化合物)。
此外，由式(II)表示的两种或多种化合物可以用作混合物。例如，还优选的是使用其中NCM532或NCM523和NCM433以9:1至1:9(通常为2:1)的范围混合的混合物。另外，在式(II)中，混合具有高镍含量(x为0.4或更低)的材料和具有不超过0.5(x为0.5或更高，例如NCM433)的镍含量的材料。结果，可以形成具有高容量和高热稳定性的电池。
除了上述材料之外的正极电极活性材料的示例包括具有层状结构或尖晶石结构的锰酸锂，诸如LiMnO2、LixMn2O＝(0<x<2)、Li2MnO3、LixMn1.5Ni0.5O4(0<x<2)、LiCoO2或通过用其它金属替代这些过渡金属中的一部分而获得的那些；Li超过了化学计量组成的那些锂过渡金属氧化物；和具有橄榄石结构的材料，诸如LiFePO4。另外，也可以使用其中这些金属氧化物被Al、Fe、P、Ti、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La等部分取代的材料。上述这些正极电极活性材料可以单独使用，也可以它们的两种或多种组合使用。
正极电极可以通过在正极电极集流体上形成包括有正极电极活性材料和用于正极电极的结合剂的正极电极活性材料层来生产。用于形成正极电极活性材料层的方法的示例包括刮刀法、模涂法、CVD法和溅射法。在预先形成正极电极活性材料层之后，可以通过诸如气相沉积或溅射的方法形成铝、镍或其合金的薄膜，以形成正极电极集流体。
(负极电极)
负极电极活性材料没有特别限制，只要它是能够在充电和放电的情况下可逆地接收和释放锂离子的材料即可。具体地，可以提及金属、金属氧化物、碳等。
金属的示例包括Li、Al、Si、Pb、Sn、In、Bi、Ag、Ba、Ca、Hg、Pd、Pt、Te、Zn、La或它们中的两种或多种的合金。而且，这些金属或合金可以用于它们中的两种或更多种的混合物。此外，这些金属或合金可以包含一种或多种非金属元素。
金属氧化物的示例包括氧化硅、氧化铝、氧化锡、氧化铟、氧化锌、氧化锂及它们的组合物。在这个实施例中，优选的是包含有氧化锡或氧化硅，并且更优选的是包含氧化硅作为金属氧化物的负极电极活性材料。这是因为氧化硅相对稳定，并且几乎不会引起与其它化合物的反应。作为氧化硅，优选的是由组成式SiOx(其中0<x≤2)表示的那些。此外，可以将选自氮、硼和硫的一种或多种元素添加到金属氧化物中，例如，按质量计0.1％至5％。通过这种配置，可以提高金属氧化物的导电性。
碳的示例包括石墨、无定形碳、石墨烯、类金刚石碳、碳纳米管以及它们的组合物。这里，具有高结晶度的石墨具有高导电性，并且在具有由诸如铜的金属制成的负极电极集流体的情况在粘附性和电压平坦度方面是优异的。另一方面，因为具有低结晶度的无定形碳具有相对小的体积膨胀，所以它在缓和整个负极电极的体积膨胀方面效果显著，并且几乎不会发生由于诸如晶粒边界和缺陷的不均匀性导致的劣化。
负极电极可以通过在负极电极集流体上形成包括负极电极活性材料、导电材料和负极电极结合剂的负极电极混合物层来制造。用于形成负极电极混合物层的方法的示例包括刮刀法、模涂法、CVD法和溅射法。在预先形成负极电极混合物层之后，可以通过诸如气相沉积或溅射的方法形成铝、镍或它们的合金的薄膜，以形成负极电极集流体。
(电解液)
电解液没有特别限制，但是优选的是包含非水溶剂和在电池的工作电势下稳定的载体盐的非水电解液。
非水溶剂的示例包括环状碳酸酯，诸如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)和碳酸丁烯酯(BC)；线性碳酸酯，诸如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二丙酯(DPC)；碳酸丙烯酯衍生物、脂肪族羧酸酯，诸如甲酸甲酯、乙酸甲酯和丙酸乙酯；醚，诸如乙醚和乙基丙基醚；磷酸三甲酯；非质子有机溶剂，诸如磷酸酯(诸如磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三辛酯和磷酸三苯基酯)，以及氟化非质子有机溶剂，其中这些化合物的氢原子中的至少一部分被氟原子取代。
其中，优选的是包括环状或直链碳酸酯，诸如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二丙酯(DPC)。
非水溶剂可以单独使用，也可以以它们中的两种或多种的组合使用。
载体盐(supporting salt)的示例包括锂盐，诸如LiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9SO3、LiC(CF3SO2)3、和LiN(CF3SO2)2。载体盐可以单独使用，也可以以它们中的两种或多种的组合使用。
从降低成本的角度来看，LiPF6是优选的。
(膜外包装件等)
膜外包装件的材料可以是任何材料，只要它对电解液稳定并且具有足够的水蒸气阻隔性能。例如，在堆叠的层叠型二次电池的情况下，优选的是例如使用铝和树脂的层叠膜作为外包装件。外包装件可以由单个构件构成，或者可以由组合的若干构件构成。在本实施例中，如图1中所示，膜外包装件11包括第一膜护套材料12-1和第二膜护套材料12-2，该第二膜护套材料12-2被设置为面向第一膜护套材料12-1。如图中所示，可以采用以下构造，在该构造中用于容纳电极堆叠体10的杯状部分形成在一个膜护套材料12-1中，而杯状部分不形成在另一膜护套材料12-2中。此外，可以采用其中在膜护套材料12-1和12-2两者中形成杯状部分的构造(未示出)。
(用于制造二次电池的方法)
根据本实施例的二次电池可以根据传统方法制造。将参照图1和图2描述用于制造堆叠的层叠型二次电池的方法的示例。首先，在干燥空气气氛或惰性气体气氛中，负极电极板21与容纳在袋状隔板26中的正极电极板25被堆叠以产生电极堆叠体10。在电极堆叠体10中，正极电极片14连接到正极电极板的延伸部分24，并且负极电极片13连接到负极电极板的延伸部分23，并且被容纳在膜外包装件11中。在没有水分的气氛中，例如在干燥空气气氛或惰性气体气氛中，电解液注入到包含有电极堆叠体10的膜外包装件11中，以用电解液浸渍电极堆叠体10。此后，膜外包装件11的开口在减压气氛下密封，以获得二次电池。
<组装电池>
根据本实施例的多个二次电池可以被组合以形成组装电池。例如，组装电池可以具有这样的构造，在该构造中使用根据本实施例的两个或更多个二次电池，并且串联连接、并联连接或以两种形式连接。电容和电压可以通过串联和/或并联连接来自由调节。组装电池包含的二次电池的数目可以根据电池容量或输出适当地设定。
<交通工具>
根据本实施例的二次电池或组装电池可以用于交通工具。根据这个实施例的交通工具包括混合动力交通工具、燃料电池交通工具和电动交通工具(都包括四轮交通工具(客车、卡车、公共汽车和其它商用交通工具、轻型交通工具等))、自行车(摩托车)和三轮车。注意，根据本实施例的交通工具不限于汽车，并且可以用作其它交通工具的各种动力源，例如，诸如火车的移动体。
根据上述实施例，在隔板的与加热端头接触的区域内，隔板的温度从不低于隔板中所包含的聚合物材料的熔点或热软化温度分布到低于熔点或热软化温度。因此，适于热结合的温度条件的位置可以在隔板的接触区域中进行。通过给出温度分布，可以扩展加热端头温度的可允许范围。此外，由于温度在热结合点和隔板的周边之间的边界处连续变化，因此能够防止结构在热结合点和隔板的周边之间的边界处变得不连续并且容易断裂。因此，能够降低热结合高耐热性隔板时对温度进行精细控制的难度，并提高热结合点的强度。结果，可以提供一种袋状隔板，其中热结合点不容易因组装电池时施加的力或因电池异常时引起的变形而破裂。
示例
下文中，将通过示例具体描述本实施例，但是本发明不限于此。
<示例1>
非织造料片用作隔板，该非织造料片使用PET纤维，并且具有15μm的厚度和60％的孔隙率。本实施例中使用的PET的熔点为260℃。
如图8中所示，在加热端头80中，具有2mm的直径的铜圆棒81的端头被加工成圆锥形，以覆盖有聚酰亚胺(PI)82，并且端头被刮削，以形成与隔板相接触的表面(接触表面)84。在接触表面84的中央处，铜以具有0.8mm的直径的圆形露出，并且铜的周边被PI包围。包括PI的接触表面84的直径为2mm。加热端头80被组装到铜加热块42，并从加热块42突出3mm。在其上放置有隔板的支撑台是基于铝板，并且具有1mm的厚度的聚酰亚胺片被固定在铝板上，以便抑制热发散。将加热块42加热，使得加热端头80的接触表面84上的铜81的区域的中央为270℃。此时，接触表面84的PI区域82的最外侧为250℃。
由PET非织造料片制成的两片隔板已经在支撑台上彼此叠置，并且其中隔板与加热端头80和加热块42不干涉的位置被压下以不被移位。以2牛顿(N)的载荷在每个结合部分处按压加热端头80并持续0.5秒。结合部分之间的间隔在竖直方向和水平方向两者上是3mm。在这个示例中，在移动一个加热端头80的情况下，以3×3的布置以2秒的间隔结合总共九个位置。
在如图8中所示的加热端头的情况下，当树脂熔融时，每个结合端头的施加载荷优选地为0.5N，并且当树脂软化时，施加载荷为约1N或更大以便推动树脂。如果载荷大于这些值，则载荷对结合强度的影响就不那么大了。
图9是通过用光学显微镜观察示例1的热结合区域获得的图像。将隔板放在黑色支架上，来观察隔板。在热结合区域中，隔板熔融并且是半透明的。半透明区域具有大约1.2mm的直径，并且小于加热端头80的接触区域。透明度朝向半透明区域的外部降低，并最终变成白色，如PET非织造料片的情况那样。隔板的熔融区域和外部区域之间的边界连续连接，并且隔板未破裂。
图10示出了在热结合的部分处，通过利用扫描电子显微镜(SEM)观察半透明区域和外部白色区域之间的边界附近的截面而获得的图像。在图10中，加热端头从SEM图像的上侧与隔板形成接触。在SEM图像中，左侧是半透明区域，并且右侧是白色区域。在半透明区域(图10中的左侧)中，由叠置的PET非织造料片制成的隔板101的纤维被熔融，并且两个隔板被整合。当前进到结合部分的外侧时(在图10中的右侧上)，两个隔板通过其中PET纤维部分地熔融的区域彼此分离。
图11示意性示出了示例1的热结合区域。图11(a)中的实线是与加热端头80接触的区域111，该区域是热结合区域。半透明区域112形成在热结合区域(接触区域)111的内部。观看图11(b)中的热结合结构，从热结合区域111的中央朝向周边，其中PET非织造料片的纤维被熔融的区域113、其中纤维被部分熔融的区域114和其中纤维未熔融的区域115，结构(纤维的熔融率)连续变化。由于纤维状态在区域之间连续变化，因此区域之间的边界是不明确的。热结合区域的厚度从区域113朝向区域115连续增加。
通过竖直拉伸测试来测量两个热结合隔板的结合强度，在该测试中，垂直于隔板表面施加力。用双面胶带将由PE树脂制成的圆板固定在两个结合隔板的前侧和后侧上，以便覆盖两个隔板结合的九个热结合部分。用双面胶带将固定在隔板背侧上的由PE树脂制成的板固定到测试机的样品台。用双面胶带将圆棒固定到被固定到隔板前侧的PE树脂圆板的与隔板相反的表面，以覆盖九个热结合部分。将圆棒相对于样品台竖直拉起，并且当所有九个热结合部分被剥离时，测量拉伸力。测量结果与示例1至5和比较例1至4的结果一起显示在表1中。
<示例2>
通过将加热块加热，来热结合与示例1中相同的PET非织造料片隔板，使得加热端头的与隔板接触的接触表面上的铜区为280℃。此时，接触表面上的PI区域的最外侧为260℃。除了加热端头的温度之外，执行热结合的方式与示例1中的相同。
图12是通过用光学显微镜观察示例2的热结合部分获得的图像。在其中PET已经熔融的半透明区域的中央附近有孔。半透明区域的直径约为1.5mm，这大于示例1，但小于加热端头的接触表面。半透明区域和外部白色区域之间的边界是连续连接的，并且隔板未破裂。以与示例1相同的方式测量示例2中热结合的隔板，以便获得结合强度。
<示例3>
非织造料片用作隔板，该非织造料片使用芳族聚酰胺纤维，并且具有25μm的厚度和60％的孔隙率。本示例中使用的芳族聚酰胺没有明确的熔点，但在约280℃处由于玻璃化转变而软化。
通将直径为2mm的铜圆棒的端头倒角，来使用加热端头。加热端头被组装在铜加热块中。在其上放置有隔板的支撑台由作为基材的铝制成，并且在面对加热端头的中央的位置处形成具有1.5mm的直径的孔，并且氧化铝棒被嵌入该孔中，使得在支撑台的表面上没有台阶。支撑台的结构示意性地示出在图7中。
由芳族聚酰胺非织造料片制成的两片隔板已经在支撑台上彼此叠置，并且其中隔板与加热端头或加热块不干涉的位置被压下，以便在结合操作期间不移位。将加热块加热，使得加热端头与隔板接触的接触表面的中央处的温度为320℃。此时，加热端头的外边缘部分的温度约为315℃。
以5N的载荷在每个接合部分处按压加热端头并持续1秒，以执行热接合。结合部分之间的间隔在竖直方向和水平方向两者上是3mm。在本示例中，在移动一个加热端头的情况下，以3×3的布置以2秒的间隔结合总共九个位置。
当用光学显微镜观察热结合部分时，与加热端头接触的区域的中央的附近是半透明的，但是没有形成孔。半透明区域小于接触区域，并且直径约为1.5mm。透明度朝向半透明区域的外部降低，并且白色与未受到热结合处理影响的部分中的隔板的白色相同。因此，尽管在被嵌入支撑台中的氧化铝部分中，隔板以高于软化点的温度被加热，可以说热朝向加热端头的周边部分散发，并且温度在周边部分处被降低到软化点以下的温度。在本示例中，以与示例1相同的方式测量被热结合的隔板，以便获得结合强度。
<示例4>
芳族聚酰胺多孔膜用作隔板，该芳族聚酰胺多孔膜具有20μm的厚度和70％的孔隙率。本示例中使用的芳族聚酰胺没有熔点，但是在约280℃处发生玻璃化转变。除了隔板之外，以与示例3相同的方式执行热结合。
当用光学显微镜观察热结合部分时，与加热端头接触的区域的中央附近是半透明的，但是没有形成孔。半透明区域小于接触区域，并且直径约为1.5mm。透明度朝向半透明区域的外部降低，并且白色与未受到热结合处理影响的部分中的隔板的白色相同。在本示例中，以与示例1相同的方式测量被热结合的隔板，以便获得结合强度。
<示例5>
非织造料片用作隔板，该非织造料片使用PET纤维，并且具有15μm的厚度和60％的孔隙率。本实施例中使用的PET的熔点为260℃。将加热块加热，使得加热端头的与隔板接触的接触表面的中央处的温度为280℃。此时，加热端头的外边缘部分的温度约为275℃。通过以2N的载荷接触在其上堆叠有加热端头的隔板并持续0.5秒，来执行热结合。其它条件与示例3中相同。
当用光学显微镜观察热结合部分时，与加热端头接触的区域的中央附近变得半透明，并且在中央形成孔。半透明区域具有1.3mm至1.5mm的外部形状，并且与嵌入支撑台中的氧化铝的直径是几乎相同大小。透明度从半透明区域朝向外部逐渐降低，并且获得与PET非织造料片的白色相同的白色。在本示例中，以与示例1相同的方式测量被热结合的隔板，以便获得结合强度。
<比较例1>
如在示例1中那样，非织造料片用作隔板，该非织造料片使用PET纤维，并且具有15μm的厚度和60％的孔隙率。作为加热端头，使用具有2mm的直径的铜圆棒的端头，其中其边缘被倒角。加热端头被组装在铜加热块中。如在示例1中那样，在其上放置有隔板的支撑台由作为基材的铝制成，并且具有1mm的厚度的聚酰亚胺片被固定在铝板上以防止热发散。将加热块加热，使得加热端头的接触表面上的铜区为280℃。此时，接触表面的最外侧约为275℃。
如示例1中那样，通过以下方式执行热结合：将两个PET非织造料片隔板叠置在支撑台上；并按压其中隔板与加热端头或加热块不干涉的位置，以便在结合期间不移位。在每个结合部分处，以2N的载荷按压加热端头并持续0.5秒。结合部分之间的间隔在竖直水平和水平方向两者上是3mm。在该比较例中，在移动一个加热端头的情况下，以3×3的布置以2秒的间隔结合总共九个位置。
图13是通过利用光学显微镜观察比较例1中被热结合的部分而获得的图像。整个加热部分中的隔板熔融并具有孔。以与示例1中相同的方式测量结合强度。
<比较例2>
除了加热端头的温度被设定为270℃之外，以与比较例1中相同的方式热结合由PET非织造料片制成的两片隔板。此时，接触表面的最外侧约为265℃。
图14是通过利用光学显微镜观察比较例2中被热结合的部分而获得的图像。其中加热端头所接触的部分是凹入的，并且隔板的厚度在凹部的边缘处不连续地变化。以与示例1中相同的方式测量结合强度。
<比较例3>
如在示例3中那样，非织造料片用作隔板，该非织造料片使用芳族聚酰胺纤维，并且具有25μm的厚度和60％的孔隙率。使用与比较例1相同的加热端头和支撑台执行热结合。如在示例3中那样，将加热块加热，使得加热端头的与隔板接触的接触表面的中央处的温度为320℃。此时，加热端头的外边缘部分的温度为约315℃。热结合时，加热端头的负载被设定为5N。对于热结合，其它条件与比较例1中相同。以与示例1中相同的方式测量结合强度。
<比较例4>
如在示例4中那样，芳族聚酰胺多孔膜用作隔板，该芳族聚酰胺多孔膜具有20μm的厚度和70％的孔隙率。使用与比较例1相同的加热端头和支撑件执行热结合。如在示例3中那样，将加热块加热，使得加热端头的与隔板接触的接触表面的中央处的温度为320℃。此时，加热端头的外边缘部分的温度为约315℃。热结合时，加热端头的负载被设定为5N。对于热结合，其它条件与比较例1中相同。以与示例1中相同的方式测量结合强度。
表1示出了示例1至5和比较例1至4的结合强度。表1中示出的结合强度是通过一起测量九个结合部分而获得的值。在隔板材料是具有熔点的PET的情况下，以及在隔板材料是没有熔点但具有软化点(玻璃化转变温度)的芳族聚酰胺情况下，本发明的实施例是比较例的情况的结合强度的至少三倍。由于施加到根据本示例的隔板上的温度不会从结合部分的中央急剧变化到外部，所以推测隔板几乎不会断裂，并且获得了高结合强度。在比较例1中，形成PET熔体和孔，并且结合区域较小，因此结合强度低。在比较例2至3中，没有通过熔融形成孔，但是隔板在结合区域和周边区域之间的边界处破裂。
[表1]
隔板材料 结合强度(N)
示例1 PET 4.5
示例2 PET 5.5
示例3 芳族聚酰胺 3.0
示例4 芳族聚酰胺 2.7
示例5 PET 5.5
比较例1 PET 1.0
比较例2 PET 0.8
比较例3 芳族聚酰胺 0.5
比较例4 芳族聚酰胺 0.8
如上所述，根据本实施例的热结合方法和热结合装置可以提高由受热熔融或软化的聚合物材料制成的隔板的结合强度，使得可以生产耐用的袋状隔板。
<示例6>
作为本发明的实施例，生产了被容纳在袋状隔板中的正极电极板。
通过以92:4:4的重量比在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中分散LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、碳导电剂和作为结合剂的聚偏二氟乙烯来制备浆料。正极电极活性材料层通过将浆料涂布到由铝制成的集电箔上并干燥而形成。在以相同的方式在由铝制成的集电器箔的背面上形成另一正极电极活性材料层之后，将所得物轧制以获得长的正极电极片。接下来，作为除电流提取部分之外的尺寸，将板切割成50mm×100mm。活性材料层不形成在电流提取部分中，并且从涂布有活性材料的区域延伸10mm的宽度和15mm的长度。
通过将示例1中使用的由PET非织造料片制成的两个隔板切割成56mm×106mm来制备它们。将两个隔板叠置为四边对齐，并且在与示例1相同的条件下热结合相邻的一个长边和一个短边。以5毫米的间隔执行结合，使得加热端头的中央被定位成从隔板的边缘向内1mm。接下来，正极电极板被插入两个隔板之间，同时使电流提取部分从隔板的未热结合的短边突出。调整正极电极板的位置，使得正极电极板的除了用于提取电流的延伸部分之外的边缘距隔板的边缘2mm或更远，并且隔板的未热结合的剩余两侧被热结合。以5毫米的间隔执行结合，使得加热端头的中央被定位成从隔板的边缘向内1mm。此时，与从正极电极板延伸的电流提取部分重叠的区域没有被热结合。
被容纳在上述所生产的袋状隔板中的正极电极板可以与负极电极板堆叠，以生产电池元件。
已经参考示例性实施例和示例描述了本发明，但是本发明不限于上述示例性实施例和示例。在本发明的范围内，可以对本发明的构成和细节进行本领域技术人员能够理解的各种变化。
(补充说明)
上述示例性实施例的一部分或全部也可以写成以下补充，但不限于此。
(补充1)
一种袋状隔板，该袋状隔板由叠置的两片隔板材料形成，或由对折且叠置的一片隔板材料形成，
其中，隔板材料包括聚合物材料，该聚合物材料具有熔点或软化点，
其中，一个或多个热结合区域设置在隔板材料的边缘处，并且
其中，热结合区域包括：熔接区域，其中隔板材料在熔融或软化后再次固化；以及其中聚合物材料的熔融率从熔接区域朝向与热结合区域相邻的区域连续降低的区域。
(补充2)
根据补充1的袋状隔板，其中，隔板材料包括聚合物材料的纤维，该聚合物材料具有熔点或软化点。
(补充3)
根据补充1或2的袋状隔板，其中，其中熔融率连续降低的区域的厚度从熔接区域朝向与热结合区域相邻的区域连续增加。
(补充4)
根据补充1或2的袋状隔板，其中，其中熔融率连续降低的区域的孔隙率从熔接区域朝向与热结合区域相邻的区域连续增加。
(补充5)
根据补充1或2的袋状隔板，其中，其中熔融率连续降低的区域的透明度从熔接区域朝向与热结合区域相邻的区域连续降低。
(补充6)
根据补充1至5中任一项的袋状隔板，该袋状隔板在熔接区域中具有开口。
(补充7)
根据补充1至6中任一项的袋状隔板，其中，熔接区域被设置在中央部分中，并且其中熔融率连续降低的区域被设置在熔接区域的周围。
(补充8)
根据补充1至7中任一项的袋状隔板，其中，热结合区域中的一个或多个存在于相对的两个边缘部分中的每一个中，并且具有稳定待容纳的电极板的位置的作用。
(补充9)
根据补充1至8中任一项的袋状隔板，其中，其中熔融率连续降低的区域中的熔融率在等于或大于结合之前的被叠置的隔板的厚度的距离上从100％变化到0％。
(补充10)
一种被叠置的隔板材料的热结合方法，该隔板材料包括聚合物材料，该聚合物材料具有熔点或软化点，该方法包括：
在热结合期间，在叠置的隔板材料被热结合的区域中，形成以高于熔点或软化点的第一温度加热的高温区域，
在待热结合的区域的周边部分处，形成以低于第一温度且不高于熔点或软化点的温度加热的低温区域，以及
形成温度从高温区域朝向低温区域变化的中间区域。
(补充11)
根据补充10的热结合方法，其中，该方法包括：
加热步骤：将加热端头的加热表面的第一区域加热到高于聚合物材料的熔点或软化点的第一温度，并将加热端头的加热表面的第二区域加热到低于第一温度的第二温度，以及
邻接步骤：将加热端头的加热表面邻接在隔板材料的热结合区域上。
(补充12)
根据补充11的热结合方法，其中，加热步骤中的第二温度等于或低于聚合物材料的熔点或软化点。
(补充13)
根据补充11或12的热结合方法，其中，邻接步骤在加热步骤之前执行。
(补充14)
一种用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，该加热端头邻接第一隔板材料，并加热第一隔板材料，以及
支撑台，该支撑台接触第二隔板材料，以支撑叠置的隔板材料，
其中，加热端头包括由具有相对高的导热率的材料制成的芯部，和由具有相对低的导热率的材料制成的覆盖部，该覆盖部覆盖芯部的至少一部分，并且
其中，加热端头的与第一隔板材料的表面接触的加热表面包括芯部和覆盖部中的两者。
(补充15)
一种用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，该加热端头邻接第一隔板材料，并加热第一隔板材料，以及
支撑台，该支撑台接触第二隔板材料，以支撑叠置的隔板材料，
其中，加热端头的加热表面的面积大于热连接构件的平行于加热表面的截面面积，其中热连接构件连接到用于向加热表面供热的热源。
(补充16)
一种用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，该加热端头邻接第一隔板材料，并加热第一隔板材料，以及
支撑台，该支撑台接触第二隔板材料，以支撑叠置的隔板材料，
其中，支撑台的与第二隔板材料接触的表面上的与加热端头相对的区域包括：具有相对低的导热率的区域；和具有相对高的导热率的区域，并且具有相对低的导热率的区域设置在具有高的导热率的区域的内部。
(补充17)
根据补充16的热结合装置，其中，具有相对低的导热率的区域是凹形部分或通孔。
(补充18)
一种蓄电装置，该蓄电装置包括电极堆叠体，容纳有电极板的根据补充1至9中任一项的袋状隔板和另一电极板被堆叠在该电极堆叠体中，该另一电极板的极性不同于容纳在袋状隔板中的电极板的极性。
工业适用性
本发明可以广泛用于需要电源的工业领域中的蓄电装置。例如，用作移动设备(诸如移动电话和笔记本电脑)的电源的蓄电装置、用作电动交通工具(诸如电动汽车、混合动力车、电动自行车和电动助力自行车)的电源的蓄电装置、用作运输媒介(诸如火车、卫星和潜水艇)的电源的蓄电装置，以及用作存储电力的蓄电系统的蓄电装置。
本申请要求基于2017年7月14日提交的日本专利申请第2017-138018号的优先权，其公开内容在整体上并入本文。
符号描述
1 锂离子二次电池
10 电极堆叠体
11 膜外包装件
12-1 膜护套材料
12-2 膜护套材料
13 负极电极片
14 正极电极片
21 负极电极板
22、30 热结合区域
23 负极电极板的延伸部分
24 正极电极板的延伸部分
25 正极电极板
26 袋状隔板
27 边缘部分
31 高温区域(熔接区域)
32 中间区域
33 外边缘部分(周缘部分)(低温区域)
34 邻近热结合区域(在外边缘部分的外部)
40 热结合装置
41、51、61、71、80 加热端头
42 加热块
43、72 支撑台
44a 第一隔板(材料)
44b 第二隔板(材料)
52、73 高导热材料
53、74 低导热材料
54、62、84 与隔板接触的接触表面(加热表面)
63 圆柱形部分
64 圆形圆盘部分
81 铜
82 聚酰亚胺
111 接触区域
112 半透明区域
113 其中纤维熔融的区域(熔接区域)
114 其中纤维部分熔融的区域(中间区域)
115 其中纤维未熔融的区域。

Claims (10)

1.一种袋状隔板，所述袋状隔板由叠置的两片隔板材料形成，或由对折且叠置的一片隔板材料形成，
其中，所述隔板材料包括聚合物材料，所述聚合物材料具有熔点或软化点，
其中，一个或多个热结合区域被设置在所述隔板材料的边缘处，并且
其中，所述热结合区域包括：熔接区域，在所述熔接区域中，所述隔板材料在熔融或软化后再次固化；以及其中所述聚合物材料的熔融率从所述熔接区域朝向与所述热结合区域相邻的区域连续降低的区域。
2.根据权利要求1的所述袋状隔板，其中，所述隔板材料包括聚合物材料的纤维，所述聚合物材料具有熔点或软化点。
3.根据权利要求1或2所述的袋状隔板，其中，所述熔融率连续降低的区域的厚度从所述熔接区域朝向与所述热结合区域相邻的区域连续增加。
4.根据权利要求1或2所述的袋状隔板，其中，所述熔融率连续降低的区域的孔隙率从所述熔接区域朝向与所述热结合区域相邻的区域连续增加。
5.根据权利要求1或2所述的袋状隔板，所述袋状隔板在所述熔接区域中具有开口。
6.根据权利要求1或2所述的袋状隔板，其中，所述熔融率连续降低的区域中的熔融率在等于或大于结合之前的所述叠置的隔板的厚度的距离上从100％变化到0％。
7.一种叠置的隔板材料的热结合方法，所述隔板材料包括聚合物材料，所述聚合物材料具有熔点或软化点，所述方法包括：
在所述热结合期间，在其中所述叠置的隔板材料被热结合的区域中，形成以比所述熔点或软化点高的第一温度加热的高温区域，
在待被热结合的所述区域的周边部分处，形成以低于所述第一温度且不高于所述熔点或软化点的温度加热的低温区域，以及
形成其中温度从所述高温区域朝向所述低温区域变化的中间区域。
8.一种用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，所述加热端头邻接所述第一隔板材料，并加热所述第一隔板材料，以及
支撑台，所述支撑台接触所述第二隔板材料，以支撑被叠置的隔板材料，
其中，所述加热端头为棒状，包括由具有相对高的导热率的材料制成的芯部，和由具有相对低的导热率的材料制成的覆盖部，所述覆盖部覆盖所述芯部的至少一部分，并且
其中，所述加热端头的与所述第一隔板材料的表面接触的加热表面包括所述芯部的端头和所述覆盖部的端头两者，所述覆盖部的端头与所述芯部的端头位于同一水平面上，并且所述芯部的端头被所述覆盖部的端头包围。
9.一种用于结合被叠置的第一隔板材料和第二隔板材料的热结合装置，包括：
加热端头，所述加热端头邻接所述第一隔板材料，并加热所述第一隔板材料，以及
支撑台，所述支撑台接触所述第二隔板材料，以支撑被叠置的隔板材料，
其中，所述加热端头的加热表面的面积大于热连接构件的平行于所述加热表面的截面面积，其中所述热连接构件连接到用于向所述加热表面供热的热源。
10.一种蓄电装置，所述蓄电装置包括电极堆叠体，容纳有电极板的根据权利要求1或2所述的袋状隔板和另一电极板被堆叠在所述电极堆叠体中，所述另一电极板的极性不同于容纳在所述袋状隔板中的所述电极板的极性。
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