DE60127106T2

DE60127106T2 - Batterieseparator, batteriestromerzeugungselement und batterie

Info

Publication number: DE60127106T2
Application number: DE60127106T
Authority: DE
Inventors: Hiroe Takatsuki-shi NAKAGAWA; Syuichi Takatsuki-shi IZUCHI; Takaaki Takatsuki-shi KISHI
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: AU2001241201A1; EP1271673B1; EP1271673A4; US20030064282A1; DE60127106D1; WO2001075991A1; EP1271673A1; JP4632015B2

Description

<Technisches Gebiet>
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieseparator, ein Stromerzeugungselement für eine Batterie und eine Batterie und im Besonderen einen Batterieseparator, ein Stromerzeugungselement für eine Batterie und eine Batterie, die sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweisen.
<Stand der Technik>
Eine Lithium-Sekundärbatterie hat in jüngster Zeit als Stromversorgung für tragbare Vorrichtungen, wie ein tragbares Telefon, PHS (Personal Handyphone System – einfaches tragbares Telefon) und kleine Personal Computer, Stromspeicher-Stromversorgung und Stromversorgung für ein Elektroauto, Beachtung gefunden. Im Besonderen gab es mit der Verringerung der Größe und des Gewichts der vorgenannten tragbaren Vorrichtungen einen wachsenden Bedarf für die Verringerung der Größe und des Gewichts einer Lithium-Sekundärbatterie.
Im Allgemeinen ist das Außenmaterial einer Lithium-Sekundärbatterie, die von einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Separator gebildet wird, ein dickes Metall. Somit wird durch Ausstatten des Außenmaterials mit einer hohen Festigkeit Leckage des Flüssigelektrolyten aus dem Außenmaterial, d. h. Flüssigelektrolyt-Leckage, verhindert. Es entsteht jedoch ein Problem, dass, wenn die Dicke und das Gewicht des Außenmaterials verringert werden, um die vorgenannten Anforderungen zu erfüllen, leicht Flüssigelektrolyt-Leckage auftreten kann.
Als ein Verfahren zum Hemmen von Flüssigelektrolyt-Leckage ist ein Verfahren bekannt, das Einlagern eines quervernetzbaren Monomers in einen Flüssigelektrolyten, Unterziehen des Flüssigelektrolyten einer Quervernetzungsreaktion zum Erzeugen eines gallertfömigen verfestigten Gelelektrolyten und dann Verwenden des Festelektrolyten, der einen verfestigten Flüssigelektrolyten umfasst, einzeln oder in Kombination mit einem Substrat als einen Separator umfasst.
Jedoch bewegen sich bei einem solchen Gelelektrolyten gegenüber dem Flüssigelektrolyten Ionen mit einer sehr geringen Rate durch das Gel, wobei dies leicht eine Erhöhung des spezifischen Innenwiderstands einer Batterie und eine Abnahme der Stoßentladungskapazität verursacht. Die resultierende Batterie zeigt unzureichende Batterieeigenschaften.
Es ist außerdem insofern unvorteilhaft, als der Gelelektrolyt eine so geringe Festigkeit aufweist, dass Kurzschließen leicht auftreten kann, wenn er einzeln als ein Separator verwendet wird.
Als ein anderes Verfahren zum Hemmen von Flüssigelektrolyt-Leckage ist ein Versuch bekannt, der die Verwendung eines mikroporösen Films aus einem Polymer, der mit einem Flüssigelektrolyten, wie Polyvinylidenfluorid (hierin im Folgenden als „PVdF" abgekürzt), quillt, oder eines Films, der ein Substrat mit dem darauf bereitgestellten vorgenannten mikroporösen Film als einen Separator umfasst, beinhaltet. Jedoch kann ein quellendes Polymer, wie PVdF, leicht in einem Flüssigelektrolyten gelöst werden, bemerkenswerterweise im Besonderen bei einer Temperatur, die so hoch ist, dass sie nicht unter 80 °C liegt. Somit entsteht ein Problem, dass Kurzschließen bei hoher Temperatur leicht über die Elektroden hinweg auftreten kann.
Da ein Polymer, das mit einem Flüssigelektrolyten quillt, den Flüssigelektrolyten absorbiert, nimmt des Weiteren die erforderliche Menge an Flüssigelektrolyt zu, wobei sich eine Tendenz ergibt, dass die Flüssigelektrolyt-Leckage unter Druck eher zunimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Aufgabe ausgearbeitet. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dann, einen Batterieseparator und ein Stromerzeugungselement für eine Batterie, aus denen eine Batterie, die sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweist, hergestellt werden kann, und eine Batterie, die sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweist, bereitzustellen.
<Offenlegung der Erfindung>
Um die vorgenannte Aufgabe zu erfüllen, haben die Erfinder umfangreiche Untersuchungen durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Verwendung eines Batterieseparators mit einer bestimmten Struktur ermöglicht, eine Batterie, die sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweist, zu erzielen. Daher wurde die vorliegende Erfindung ausgearbeitet. Mit anderen Worten lauten die technische Struktur und der Vorteil der vorliegenden Erfindung wie folgt. Jedoch beinhaltet der später beschriebene Wirkungsmechanismus Annahme und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, ob der Wirkungsmechanismus korrekt ist oder nicht.
Mit anderen Worten ist der Batterieseparator nach Anspruch 1 ein Batterieseparator, der eine quervernetzte Materialschicht umfasst, die aus einem porösen Material gebildet ist und Gasdurchlässigkeit besitzt.
Nach dieser Anordnung wird eine quervernetzte Materialschicht so aus dem porösen Material bereitgestellt, dass der Batterieseparator mit wenigstens einer Gasdurchlässigkeit ausgestattet werden kann. Somit kann die resultierende Batterie nicht nur mit dem Durchfluss von Ionen in dem Flüssigelektrolyten durch die Mikroporen in dem Separator hindurch geladen und entladen werden, sondern ermöglicht außerdem dem Separator, eine hohe Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten zu zeigen, wodurch es dem Flüssigelektrolyten einfach gemacht wird, von dem Separator absorbiert zu werden. Entsprechend ermöglicht die Verwendung des Batterieseparators nach Anspruch 1 das Herstellen einer Batterie, die eine verringerte Menge von Flüssigelektrolyt umfassen kann und somit gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage zeigt. Des Weiteren kann, da der Flüssigelektrolyt durch den Separator in die Mikroporen davon absorbiert werden kann, ein Ionenweg bereitgestellt werden, wobei das Herstellen einer Batterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften ermöglicht wird.
Der Batterieseparator nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass er in einer derartigen Anordnung gebildet ist, dass wenigstens ein Teil der vorgenannten quervernetzten Materialschicht in Poren, die in der Oberfläche des vorgenannten porösen Materials ausgebildet sind, eintritt und das Eindringen eines Gases in das Innere des porösen Materials durch die vorgenannten Poren ermöglicht wird.
Nach dieser Anordnung werden, wenn eine Batterie hergestellt wird, Poren, die eine hohe Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten aufweisen und das Eindringen des Flüssigelektrolyten ermöglichen, wenigstens in der Umgebung der Oberfläche des Separators ausgebildet. Somit kann ein Separator erzielt werden, der den Flüssigelektrolyten durch die Kapillarwirkung der vorgenannten Poren extrem leicht absorbieren kann.
Mit anderen Worten nutzt der Separator mit der vorgenannten Anordnung eine quervernetzte Materialschicht als eine Benetzungsschicht. Wenn das quervernetzte Material einmal den Flüssigelektrolyten absorbiert, weist der Separator eine starke Benetzbarkeit durch den so absorbierten Flüssigelektrolyten statt die Benetzbarkeit des vorgenannten quervernetzten Materials selbst auf. (Es wird davon ausgegangen, dass die starke Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten dem Umstand zuzuschreiben ist, dass die Innenfläche der vorgenannten Mikroporen im Wesentlichen dieselbe Oberflächenspannung aufweist wie diejenige des Flüssigelektrolyten.) Entsprechend ermöglicht die Verwendung des Batterieseparators nach Anspruch 1 das Herstellen einer Batterie, die eine verringerte Menge von Flüssigelektrolyt umfassen kann und somit gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage zeigt. Des Weiteren kann, da der Flüssigelektrolyt durch den Separator in die Mikroporen davon absorbiert werden kann, ein Ionenweg sicher bereitgestellt werden, wobei das Herstellen einer Batterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften ermöglicht wird.
Der Batterieseparator nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem vorgenannten porösen Material von 0,01 μm bis 5 μm ist.
Somit kann, wenn der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem porösen Material nicht kleiner als 0,01 μm ist, die resultierende Batterie mit einem verringerten spezifischen elektrischen Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg ausgestattet werden und kann somit sicher mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften ausgestattet werden.
Des Weiteren kann, wenn der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem porösen Material nicht größer als 5 μm ist, die resultierende Batterie die positive Elektrode und die negative Elektrode schwerlich veranlassen, miteinander in Kontakt zu kommen, wodurch sichergestellt wird, dass Kurzschließen über die zwei Elektroden hinweg verhindert werden kann.
Der Batterieseparator nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannte quervernetzte Materialschicht durch ein quervernetzbares Monomer mit einem Molekulargewicht von 170 bis 50 000 gebildet wird.
Somit stellt, da die quervernetzte Materialschicht durch ein quervernetzbares Monomer mit einem Molekulargewicht von nicht weniger als 170 gebildet wird und die Quervernetzungsdichte des quervernetzten Materials nicht zu hoch ist, die resultierende Batterie sicher, dass der Flüssigelektrolyt durch die quervernetzte Materialschicht absorbiert werden kann. Entsprechend kann die Benetzbarkeit des Separators durch den Flüssigelektrolyten verbessert werden.
Des Weiteren wird, da die quervernetzte Materialschicht durch ein quervernetzbares Monomer mit einem Molekulargewicht von nicht mehr als 50 000 gebildet wird und die Viskosität des quervernetzbaren Monomers nicht zu hoch ist, sichergestellt, dass das quervernetzbare Monomer in das Innere des porösen Materials eindringen kann, um Quervernetzungsreaktion zu verursachen. Entsprechend wird sichergestellt, dass eine quervernetzte Materialschicht sicher in dem Inneren des porösen Materials gebildet werden kann, wodurch das Erzielen eines Separators, der den Flüssigelektrolyten durch das Innere davon sicher absorbieren kann, ermöglicht wird.
Somit stellt der Batterieseparator nach Anspruch 1 sicher, dass die Batterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften und guten Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage ausgestattet werden kann.
Die vorgenannte quervernetzte Materialschicht besitzt ein Polymerskelett, das durch die Polymerisierung des vorgenannten quervernetzbaren Monomers quervernetzt wurde, und zeigt somit eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen hohe Temperatur und Wiederholung von Temperaturänderung und kann ihre Struktur über einen ausgedehnten Zeitraum beibehalten.
Des Weiteren haben die Erfinder festgestellt, dass die vorgenannte Aufgabe außerdem erfüllt werden kann, indem eine quervernetzte Schicht aus wenigstens einem von Monomer, das ungesättigte Bindung besitzt, Monomer, das die Epoxygruppe besitzt, und Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, als das vorgenannte quervernetzbare Monomer durch ein bekanntes Quervernetzungsverfahren gebildet wird. Entsprechend ist der Batterieseparator nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte quervernetzbare Monomer wenigstens eines von Monomer, das ungesättigte Bindung besitzt, Monomer, das die Epoxygruppe besitzt, und Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, ist.
Der Batterieseparator nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte poröse Material als Hauptbestandteil Polyolefine umfasst. Ein Polyolefin zeigt eine hohe Festigkeit gegenüber dem Lösungsmittel für den Elektrolyten und kann somit die Batterie im Besonderen mit Beständigkeit ausstatten. Des Weiteren können die Poren in einem porösen Material, das als Hauptbestandteil Polyolefine umfasst, bei hohen Temperaturen leicht schrumpfen. Wenn sich die Batterie bei hohen Temperaturen befindet, können die Poren in dem porösen Material sicher eine Wirkung des Unterbrechens von elektrischem Strom ausüben, wodurch im Besonderen das Verbessern der Sicherheit der Batterie ermöglicht wird.
Der Batterieseparator nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass die quervernetzte Materialschicht porös ist. Wenn ein solcher Batterieseparator mit dem Flüssigelektrolyten imprägniert wird, besteht der Flüssigelektrolyt in dem vorgenannten Separator in der Form von mikroskopischem Gemisch aus Flüssigelektrolyt, der von dem gelartigen Polymer gefangen wird, wenn das quervernetzte Material in der vorgenannten quervernetzten Materialschicht quillt, und freiem Flüssigelektrolyten, der in den Mikroporen des porösen Materials und der vorgenannten quervernetzten Materialschicht vorhanden ist. Entsprechend wird, wenn zum Beispiel eine Lithium-Sekundärbatterie aus diesem Batterieseparator hergestellt wird, die tatsächliche Mobilität von Lithiumion während des Ladens und Entladens durch Lithiumion in dem freien Flüssigelektrolyten geregelt. Somit kann gleichmäßige Bewegung von Lithiumion verwirklicht werden, wodurch das Ausstatten der Batterie mit extrem ausgezeichneten Batterieeigenschaften ermöglicht wird.
Des Weiteren verursacht im Allgemeinen die Differenz bei der Mobilität zwischen Kation und Anion die Erzeugung von Konzentrationsgradient beim Laden und Entladen. Entsprechend verursacht, wenn zum Beispiel ein einheitlicher gelartiger Polymerelektrolyt frei von Mikroporen auf eine Lithium-Sekundärbatterie angewendet wird, der vorgenannte Konzentrationsgradient permeativen Strom in dem vorgenannten Polymerelektrolyten. Die resultierende ungleichmäßige Verteilung von Flüssigelektrolyt verursacht Verschlechterung der Zyklenfestigkeitsleistung einer Lithium-Sekundärbatterie. Bei dem Batterieseparator nach Anspruch 1 weisen jedoch sowohl das poröse Material als auch die vorgenannte quervernetzte Materialschicht, die den vorgenannten Separator bildet, Mikroporen (poröse Struktur) auf. Somit kann der in den Mikroporen vorhandene freie Flüssigelektrolyt nicht von dem quervernetzten Material gefangen werden, wodurch ermöglicht wird, ungleichmäßig verteilten Flüssigelektrolyten gleichmäßig zu entspannen und somit verlängerte Lebensdauer und stabile Batterieeigenschaften zu erzielen.
Der Batterieseparator nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit des vorgenannten Batterieseparators nicht größer als das 1,7fache des vorgenannten porösen Materials ist. Nach dieser Anordnung wird die vorgenannte quervernetzte Materialschicht gebildet, wobei die Poren in der Oberfläche des porösen Materials ungefüllt bleiben. Alternativ weist die quervernetzte Materialschicht eine sehr hohe Gasdurchlässigkeit auf. Entsprechend ermöglicht die Verwendung eines solchen Batterieseparators das Ausstatten der Batterie mit extrem ausgezeichneten Batterieeigenschaften, da der größte Teil des Flüssigelektrolyten ungefangen durch die vorgenannte quervernetzte Materialschicht besteht, wodurch gleichmäßiger Durchgang von Ionen durch den Separator verwirklicht wird und somit der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und negative Elektrode hinweg niedrig gehalten wird.
Das Stromerzeugungselement für eine Batterie nach Anspruch 6 umfasst wenigstens einen Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung, eine positive Elektrode und eine negative Elektrode.
Da der Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ein Separator ist, der die vorgenannte Wirkung ausübt, ermöglicht das Einspritzen eines Flüssigelektrolyten in das Stromerzeugungselement für eine Batterie mit einer solchen Anordnung das Herstellen einer Batterie, die sowohl gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage als auch ausgezeichnete Batterieeigenschaften aufweist.
Die Batterie nach Anspruch 7 umfasst wenigstens einen Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung, eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Flüssigelektrolyten, der ein Elektrolytsalz enthält. Da der Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ein Separator ist, der die vorgenannte Wirkung ausübt, kann eine Batterie, die sowohl gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage als auch ausgezeichnete Batterieeigenschaften aufweist, erzielt werden.
Die Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Metall-Harz-Verbundmaterial als ein Außenmaterial verwendet wird. Da das Metall-Harz-Verbundmaterial leichter als Metall ist und leicht zu einem dünnen Produkt ausgebildet werden kann, können die Größe und das Gewicht der Batterie verringert werden.
Die Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass das vorgenannte Elektolytsalz LiBF₄ ist. LiBF₄ weist eine geringere Reaktivität gegenüber dem in dem Flüssigelektrolyten vorhandenen Wassergehalt auf und verursacht somit geringere Erzeugung von Korrosion der Elektrode und des Außenmaterials verursachender Fluorwasserstoffsäure als andere fluorhaltige Lithiumsalze. Entsprechend kann eine Batterie, die im Besonderen ausgezeichnete Beständigkeit aufweist, erzielt werden.
Die Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass der vorgenannte Flüssigelektrolyt γ-Butyrolacton als ein Lösungsmittel umfasst und der Gehalt des vorgenannten γ-Butyrolactons in dem vorgenannten Lösungsmittel nicht geringer als 30 Gew.-% ist. Im Besonderen ermöglicht in dem Fall, bei dem LiBF₄ als der Elektrolyt verwendet wird, die Bereitstellung eines Flüssigelektrolyten aus einem Lösungsmittel mit einem γ-Butyrolacton-Gehalt von nicht weniger als 30 Gew.-% das Erzielen einer Batterie mit einer ausgezeichneten Stoßentladungskapazität.
Die Batterie ist dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des vorgenannten Elektrolytsalzes in dem vorgenannten Flüssigelektrolyten von 1 mol/l bis 5 mol/l ist.
Da die Konzentration des Elektrolytsalzes in dem vorgenannten Flüssigelektrolyten nicht geringer als 1 mol/l ist und eine Ionenquelle mit einer solchen Menge vorhanden ist, dass eine hohe Ionenleitfähigkeit sichergestellt werden kann, kann somit eine Batterie, die im Besonderen bei Batterieeigenschaften ausgezeichnet ist, erzielt werden.
Da die Konzentration des Elektrolytsalzes in dem vorgenannten Flüssigelektrolyten nicht höher als 5 mol/l ist und sich Elektrolytsalze selbst bei niedrigen Temperaturen schwerlich abscheiden können, kann des Weiteren eine Batterie, die im Besonderen bei Niedertemperatureigenschaften ausgezeichnet ist, erzielt werden.
<Kurze Beschreibung der Zeichnung>
1 ist eine schematische Schnittansicht der Lithium-Sekundärbatterie von Beispiel 1.
In der Zeichnung zeigen die Bezugszeichen 3, 4, 7, 8, 10, 20 und 100 eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, ein Außenmaterial, einen Flüssigelektrolyten, einen Separator für eine Lithium-Sekundärbatterie (Batterieseparator), ein Stromerzeugungselement für eine Lithium-Sekundärbatterie (Stromerzeugungselement für eine Batterie) bzw. eine Lithium-Sekundärbatterie (Batterie) an.
<Beste Art der Ausführung der Erfindung>
Ausführungen der Implementierung der vorliegenden Erfindung werden hier im Folgenden mit beispielhafter Bezugnahme auf eine Lithium-Sekundärbatterie beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungen der Implementierung der vorliegenden Erfindung beschränkt.
Der Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine quervernetzte Materialschicht, die aus einem porösen Material gebildet ist und Gasdurchlässigkeit besitzt. Wenn das quervernetzte Material aus dem porösen Material gebildet ist, werden das Material, die Dicke, die Menge usw. des porösen Materials und des quervernetzten Materials so vorgegeben, dass der Separator wenigstens eine Gasdurchlässigkeit besitzt, das heißt, dass die resultierende Batterie mit dem Durchgang von Ionen in dem Flüssigelektrolyten durch den Separator geladen und entladen werden kann.
Der Batterieseparator ist vorzugsweise in einer derartigen Anordnung gebildet, dass wenigstens ein Teil der quervernetzten Materialschicht in Poren eintritt, die in der Oberfläche des vorgenannten porösen Materials ausgebildet sind, und das Eindringen eines Gases in das Innere des porösen Materials durch die vorgenannten Poren ermöglicht ist. Mit anderen Worten sind bei dieser Anordnung, wenn eine Lithium-Sekundärbatterie hergestellt wird, Mikroporen, die eine hohe Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten aufweisen und das Eindringen des Flüssigelektrolyten ermöglichen, wenigstens in der Umgebung der Oberfläche des Separators ausgebildet. Die Kapillarwirkung der Mikroporen können es dem Flüssigelektrolyten erleichtem, durch das Innere des Separators absorbiert zu werden.
Entsprechend kann der Batterieseparator mit der vorgenannten Anordnung verwendet werden, um eine Lithium-Sekundärbatterie herzustellen, die eine verringerte Menge von Flüssigelektrolyt umfassen kann und somit gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage zeigt. Des Weiteren kann, da der Flüssigelektrolyt durch den Separator in das Innere davon absorbiert werden kann, ein Ionenweg sicher bereitgestellt werden, wodurch das Herstellen einer Lithium-Sekundärbatterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften ermöglicht wird.
Da es zu bevorzugen ist, dass die quervernetzte Materialschicht durch den Flüssigelektrolyten hochbenetzbar ist und die Poren in dem porösen Material ungefüllt hält, ist die Menge der quervernetzten Materialschicht vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-% auf Basis des Gewichts des porösen Materials. Wenn die Menge des quervernetzten Materials 10 Gew.-% überschreitet, kann die quervernetzte Materialschicht leicht das Füllen der Poren in dem porösen Material verursachen, wobei sich eine Tendenz ergibt, dass der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg steigt und die Batterieeigenschaften verschlechtert. Wenn die Menge des quervernetzten Materials unter 1 Gew.-% fällt, tritt unzureichende Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten auf, wodurch es für den Flüssigelektrolyten schwierig wird, von dem quervernetzten Material absorbiert zu werden. Somit ist es unvermeidbar, das Beschränken der Menge des Flüssigelektrolyten für den Zweck des Sicherstellens ausgezeichneter Batterieeigenschaften zu unterlassen. Daher wird das Verbessern der Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage der Lithium-Sekundärbatterie erschwert. Entsprechend ist zum Erzielen einer Lithium-Batterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften und guten Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage die Menge der quervernetzten Materialschicht vorzugsweise von 1 bis 10 Gew.-%, wobei 2 bis 7 Gew.-% stärker zu bevorzugen ist und 3 bis 5 Gew.-% auf Basis des Gewichts des porösen Materials noch stärker zu bevorzugen ist.
Das quervernetzte Material wird vorzugsweise durch die Quervernetzungsreaktion eines quervernetzbaren Monomers gebildet. Da das quervernetzte Material vorzugsweise eine ausreichend hohe Quellung aufweist, um den Flüssigelektrolyten sicher zu absorbieren und sicher in das Innere des porösen Materials eindringen kann, ohne das poröse Material zu blockieren, ist das Molekulargewicht des quervernetzbaren Monomers von 170 bis 50 000, wobei 200 bis 30 000 stärker zu bevorzugen ist und 200 bis 20 000 noch stärker zu bevorzugen ist.
Wenn das Molekulargewicht des quervernetzbaren Monomers unter 170 fällt, ist die Quervernetzungsdichte des quervernetzten Materials zu hoch, wobei sich unzureichende Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten ergibt und es somit dem Flüssigelektrolyten erschwert wird, durch das quervernetzte Material absorbiert zu werden. Somit ist es unvermeidbar, das Beschränken der Menge des Flüssigelektrolyten für den Zweck des Sicherstellens ausgezeichneter Batterieeigenschaften zu unterlassen. Daher wird das Verbessern der Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage der Lithium-Sekundärbatterie erschwert.
Wenn das Molekulargewicht des quervernetzbaren Monomers 50 000 überschreitet, ist die Viskosität des quervernetzbaren Monomers zu hoch, wobei erschwert wird, sicherzustellen, dass das quervernetzbare Monomer in das Innere des porösen Materials eindringen kann, um Quervernetzungsreaktion zu veranlassen, durch die eine quervernetzte Materialschicht in dem Inneren des porösen Materials gebildet werden kann. Somit kann der Flüssigelektrolyt schwerlich durch das Innere des Separators absorbiert werden, wobei das Ausstatten der Lithium-Sekundärbatterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften und guten Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage erschwert wird. Des Weiteren kann das quervernetzte Material leicht zu einem Film ausgebildet werden, der die Mikroporen blockieren kann, wobei der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg erhöht wird. Auch dies erschwert das Erzielen einer Lithium-Sekundärbatterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften.
Entsprechend ist, um die Filmbildung des quervernetzten Materials sicher zu verhindern und somit ausgezeichnete Batterieeigenschaften zu erzielen, stärker zu bevorzugen, dass das Molekulargewicht des quervernetzbaren Monomers nicht größer als 30 000 ist. Um die Viskosität des quervernetzbaren Monomers zu unterdrücken und somit ausgezeichnete Batterieeigenschaften und gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage sicher zu erzielen, ist noch stärker zu bevorzugen, dass das Molekulargewicht des quervernetzten Materials nicht größer als 2 000 ist.
Zu Beispielen für ein solches quervernetzbares Monomer gehört Monomer, das ungesättigte Bindung besitzt, Monomer, das die Epoxygruppe besitzt, Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, usw.
Als das Monomer, das ungesättigte Bindung besitzt, wird vorzugsweise ein bifunktionelles oder höher ungesättigtes Monomer verwendet. Zu spezifischen Beispielen für ein solches Monomer gehören bifunktionelle (Meth)acrylate {Ethylenglykoldi(meth)acrylat, Propylenglykoldi(meth)acrylat, Polyethylenglykoldi(meth)acrylat mit einem Polymerisationsgrad von 2 oder mehr, Polypropylenglykoldi(meth)acrylat mit einem Polymerisationsgrad von 2 oder mehr, Di(meth)acrylat von Polyoxyethylen/Polyoxypropylen-Copolymer, Butan-diol-di(meth)acrylat, Hexamethylenglykoldi(meth)acrylat, usw.}, trifunktionelle (Meth)acrylate {Trimethylolpropantri(meth)acrylat, Glycerintri(meth)acrylat, Tri(meth)acrylat von Ethylenoxid-Addukt von Glycerin, Tri(meth)acrylat von Propylenoxid-Addukt von Glycerin, Ethylenoxid von Glycerin, Tri(meth)acrylat von Propylenoxid-Addukt usw.}, tetrafunktionelle oder höher polyfunktionelle (Meth)acrylate {Pentaerythritoltetra(meth)acrylat, Diglycerinhexa(meth)acrylat usw.}, wobei die Monomere durch die folgenden chemischen Formeln (1) bis (5) usw. dargestellt werden. Diese Monomere können einzeln oder in Kombination verwendet werden.
(Chem. 1)
Chemische Formel (1)

CH₂=CH-COO-CH₂C(CH₃)₂CH₂-OOC(CH₂)₄COO-CH₂C(CH₂)₂CH₂-OOC-CH=CH₂ Chemische Formel (2)
Chemische Formel (3)
Chemische Formel (4)
- (wobei n1, n2, n3, m1, m2, m3, k1, k2 und k3 jeweils eine ganze Zahl von 0 oder mehr darstellen)

Chemische Formel (5)

(wobei m eine ganze Zahl von 1 oder mehr darstellt; und die Summe von a und b 6 ist)

Das bifunktionelle oder höher ungesättigte Monomer, das oben beispielhaft dargestellt wurde, kann ein monofunktionelles Monomer umfassen, das für den Zweck des Anpassens der physikalischen Eigenschaften davon oder gleiche Zwecke darin eingelagert ist. Zu Beispielen für das monofunktionelle Monomer, das angelagert werden kann, gehören ungesättigte Carbonsäuren {Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Zimtsäure, Vinylbenzoesäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Methylenmalonsäure, Aconitsäure usw.}, ungesättigte Sulfonsäuren {Styrensulfonsäure, Acrylamid-2-methylpropansulfonsäure usw.}, Salze davon (Li-Salz, Na-Salz, K-Salz, Ammoniumsalz, Tetraalkylammoniumsalz usw.), Verbindungen, die durch unvollständige Veresterung dieser ungesättigten Carbonsäuren mit einem C₁-C₁₈-aliphatischen oder alicyclischen Alkohol, Alkylen-(C₂-C₄)-Glykol, Polyalkylen-(C₂-C₄)-Glykol oder Ähnlichem erzielt wurden (Methylmalat, Monohydroxyethylmalat usw.), Ammoniak, Verbindungen, die durch Teilamidierung dieser ungesättigten Carbonsäuren mit einem primären oder sekundären Amin erzielt wurden (Maleinsäuremonoamid, N-Methylmaleinsäuremonoamid, N,N-Diethylmaleinsäuremonoamid usw.), (Meth)acrylsäureester [Ester von C₁-C₁₈-aliphatischem (Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Butyl-, 2-Ethylhexyl-, Stearyl- usw.) Alkohol mit (Meth)acrylsäure und Ester von Alkylen-(C₂-C₄)-Glykol (Ethylenglykol, Propylenglykol, Butan-1,4-diol usw.) und Polyalkylen-(C₂-C₄)-Glykol (Polyethylenglykol, Polypropylenglykol) mit (Meth)acrylsäure], (Meth)acrylamid, N-substituiertes (Meth)acrylamid [(Meth)arylamid, N-Methyl(meth)acrylamid, N-Methylol(meth)acrylamid usw.], Vinylester, Allylester [Vinylacetat, Allylacetat usw.], Vinylether, Allylether [Butylvinylether, Dodecylallylether usw.], ungesättigte Nitrilverbindungen [(Meth)acrylnitril, Crotonnitril usw.], ungesättigte Alkohole [(Meth)allylalkohol usw.], ungesättigte Amine [(Meth)allylamin, Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, Diethylaminoethyl(meth)acrylat usw.], Heterocyclen enthaltende Monomere [N-Vinylpyrrolidon, Vinylpyridin usw.], olefinbasierte aliphatische Kohlenwasserstoffe [Ethylen, Propylen, Butylen, Isobutyren, Penten, (C₆-C₅₀)-α-Olefin usw.], olefinische alicyclische Kohlenwasserstoffe [Cyclopenten, Cyclohexen, Cyclohepten, Norbornen usw.], olefinische aromatische Kohlenwasserstoffe [Styren, α-Methylstyren, Stilben usw.], ungesättigte Imide [Maleimid usw.], halogenhaltige Monomere [Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Vinylidenfluorid, Hexafluoropropylen usw.] usw.
Zu Beispielen für das vorgenannte quervernetzbare Monomer, das die Epoxygruppe besitzt, gehören Glycidylether {Bisphenol-A-Diglycidylether, Bisphenol-F-Diglycidylether, bromierter Bisphenol-A-Diglycidylether, Phenolnovolakglycidylether, Cresolnovolakglycidylether usw.}, Glycidylester {Hexahydrophtalsäureglycidylester, Dimersäureglycidylester usw.}, Glycidylamine {Triglycidylisocyanurat, Tetraglycidyldiaminophenylmethan usw.}, lineare aliphatische Epoxide [epoxidiertes Polybutadien, epoxidiertes Sojabohnenöl usw.], alicyclische Epoxide {3,4-Epoxy-6-methylcyclohexylmethylcarboxylat, 3,4-Epoxycyclohexylmethylcarboxylat usw.}usw. Diese Epoxidharze können einzeln verwendet werden oder können einen darin eingelagerten Härter umfassen, so dass es vor der Verwendung gehärtet wird.
Zu Beispielen für den Härter, der bei dem Härten des vorgenannten Epoxidharzes zu verwenden ist, gehören aliphatische Polyamine {Diethylentriamin, Triethylentetramin, 3,9-(3-Aminopropyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan usw.}, aromatische Polyamine {Methaxylendiamin, Diaminophenylmethan usw.}, Polyamide {Dimersäurepolyamid usw.}, Säureanhydride {Phtalsäureanhydrid, Tetrahydroxymethylphtalsäureanhydrid, Hexahydrophtalsäureanhydrid, Trimellithsäureanhydrid, Methylnadicanhydrid}, Phenole {Phenolnovolak usw.}, Polymercaptane {Polysulfid usw.}, tertiäre Amine {Tris(dimethylaminomethyl)-phenol, 2-Ethyl-4-methylimidazol usw.}, Lewis-Säure-Komplexe {Bortrifluoridethylamin-Komplex usw.}, usw.
Zu Beispielen für das vorgenannte quervernetzbare Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, gehören Toluendiisocyanat, Diphenylmethandiisocyanat, 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 2,2,4(2,2,4)-Trimethylhexamethylendiisocyanat, p-Phenylendiisocyanat, 4,4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, 3,3'-Dimethyldiphenyl-4,4'-diisocyanat, Dianisidindiisocyanat, m-Xylendiisocyanat, Trimethylxylendiisocyanat, Isophorondiisocyanat, 1,5-Naphtalendiisocyanat, trans-1,4-Cyclohexyldiisocyanat, Lysindiisocyanat usw.
Zu Beispielen für die vorgenannte Verbindung mit aktivem Wasserstoff, der das Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, quervernetzt, gehören Polyole und Polyamine [bifunktionelle Verbindung {Wasser, Ethylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol usw.}, trifunktionelle Verbindungen {Glycerin, Trimethylolpropan, 1,2,6-Hexantriol, Triethanolamin usw.}, tetrafunktionelle Verbindungen {Pentaerythritol, Ethylendiamin, Tolylendiamin, Diphenylmethandiamin, Tetramethylolcyclohexan, Methylglucosid usw.}, pentafunktionelle Verbindungen {2,2,6,6-Tetrakis-(hydroxymethyl)-cyclohexanol, Diethylentriamin usw.}, hexafunktionelle Verbindungen {Sorbitol, Mannitol, Dulcitol usw.}, octafunktionelle Verbindungen {Saccharose usw.}], Polyetherpolyole {Propylenoxid- und/oder Ethylenoxid-Addukt des vorgenannten Polyols oder Polyamins}, Polyesterpolyole [Kondensat des vorgenannten Polyols mit mehrbasiger Säure {Adipinsäure, Isophtalsäure, Phtalsäure, Terephtalsäure, Bernsteinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Licinolsäure}, Polycaprolactonpolyol {Poly-ε-caprolacton usw.}, Polykondensat von Hydroxycarbonsäure usw.] usw.
Zu Beispielen für den Katalysator für die Reaktion des vorgenannten Monomers, das die Isocyanatgruppe besitzt, mit der Verbindung mit aktivem Wasserstoff gehören organische Zinnverbindungen, Trialkylphosphine, Amine [Monoamine {N,N-Dimethylcyclohexylamin, Triethylamin usw.}, cyclische Monoamine {Pyridin, N-Methylmorpholin usw.}, Diamine {N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N'-Tetramethyl-1,3-butandiamin}, Triamine {N,N,N',N'-Pentamethyldiethylentriamin usw.}, Hexamine {N,N,N',N'-Tetra-(3-dimethylaminopropyl)-methandiamin usw.}, cyclische Polyamine {Diazabicyclooctan (DABCO), N,N'-Dimethylpiperazin, 1,2-Dimethylimidazol, 1,8-Diazabicyclo(5,4,0)undecen-7 (DBU) usw.}, Salze davon usw.
Wie oben erwähnt, besitzt die quervernetzte Materialschicht ein Polymerskelett, das durch die Polymerisation des vorgenannten quervernetzbaren Monomers quervernetzt ist, und zeigt somit eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und Wiederholung von Temperaturänderung und kann seine Struktur über einen ausgedehnten Zeitraum stabil beibehalten.
Des Weiteren kann das quervernetzte Material aus einem quervernetzbaren Monomer hergestellt sein, das ein darin eingelagertes Modifikationsmittel physikalischer Eigenschaften in einer solchen Menge umfasst, dass die Bildung des quervernetzten Materials nicht für den Zweck des Steuerns der Festigkeit oder physikalischer Eigenschaften davon gehemmt werden kann. Zu Beispielen für die Modifikationsmittel physikalischer Eigenschaften gehören anorganische Füllstoffe {Metalloxid wie Silikonoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Zirkoniumoxid, Zinkoxid und Eisenoxid sowie Metallcarbonat wie Kalziumcarbonat und Magnesiumcarbonat} und Polymere {Polyvinylidenfluorid, Vinylidenfluorid/Hexafluoropropylen-Copolymer, Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat}. Die Menge dieser hinzuzufügenden Modifikationsmittel physikalischer Eigenschaften ist normalerweise nicht größer als 50 Gew.-%, vorzugsweise nicht größer als 20 Gew.-%.
Auch wenn die quervernetzte Materialschicht somit beschrieben wurde, kann die quervernetzte Materialschicht porös sein. Bei dieser Anordnung weisen sowohl das poröse Material als auch die vorgenannte quervernetzte Materialschicht, die den Separator für eine Lithium-Sekundärbatterie bildet, Mikroporen (poröse Struktur) auf. Somit wird die tatsächliche Beweglichkeit von Lithiumion während der Ladung und Entladung durch Lithiumion in dem freien Flüssigelektrolyten, der in den vorgenannten Mikroporen vorhanden ist, geregelt. Daher kann gleichmäßige Bewegung von Lithiumion verwirklicht werden, wodurch das Ausstatten der Lithium-Sekundärbatterie mit extrem ausgezeichneten Batterieeigenschaften ermöglicht wird.
Des Weiteren kann, da sowohl das poröse Material als auch die vorgenannte quervernetzte Materialschicht Mikroporen (poröse Struktur) aufweisen, ungleichmäßig verteilter Flüssigelektrolyt, der während des Ladens und Entladens erzeugt wird, gleichmäßig entspannt werden. Entsprechend kann die resultierende Lithium-Sekundärbatterie mit einer weniger verschlechterten Zyklenfestigkeitsleistung, einer verlängerten Lebensdauer und stabilen Batterieeigenschaften ausgestattet werden.
Andererseits ist die nichtporöse quervernetzte Materialschicht im Vergleich zu der porösen quervernetzten Materialschicht mit demselben Gewicht kaum voluminös. Entsprechend kann die Porosität des gesamten Separators für eine Lithium-Sekundärbatterie durch Verwendung der nichtporösen quervernetzten Materialschicht erhöht werden und der innere spezifische Widerstand der Batterie kann so eingestellt werden, dass er verringert wird.
Wenn die quervernetzte Materialschicht nicht porös ist, kann die quervernetzte Materialschicht dicht in dem porösen Material bereitgestellt werden und zeigt eine hohe Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten im Vergleich zu der porösen quervernetzten Materialschicht. Entsprechend wird bevorzugt, dass eine quervernetzte Materialschicht frei von Mikroporen (poröse Struktur) verwendet wird, wenn ein poröses Material, das schwerlich eine hohe Benetzbarkeit zeigen kann, und ein Flüssigelektrolyt in Kombination verwendet werden.
Ob die quervernetzte Materialschicht dicht bereitgestellt wird oder porös gemacht wird, kann somit in Abhängigkeit von der Kombination des Flüssigelektrolyten und des porösen Materials, die bei der Batterie zu verwenden sind, korrekt vorgegeben werden.
Das poröse Material wird hierin im Folgenden weiter beschrieben.
Der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem porösen Material ist vorzugsweise klein genug, um Kurzschließen über die Elektroden hinweg zu verhindern, und groß genug, so dass der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg nicht zu hoch wird und somit vorzugsweise von 0,01 μm bis 5 μm ist. Wenn der mittlere Porendurchmesser 5 μm überschreitet, kann der Kontakt des feinpartikulären positiven aktiven Materials mit dem feinpartikulären negativen aktiven Material leicht geringes Kurzschließen verursachen. Wenn der mittlere Porendurchmesser unter 0,01 μm fällt, steigt der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg, wobei sich eine Tendenz ergibt, dass sich die Batterieeigenschaften verschlechtern. Somit ist, um geringes Kurzschließen zu vermeiden, der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem porösen Material vorzugsweise von 0,01 μm bis 5 μm, wobei von 0,01 μm bis 1 μm stärker zu bevorzugen ist und von 0,05 μm bis 0,1 μm noch stärker zu bevorzugen ist.
Als das poröse Material wird vorzugsweise ein folienartiges poröses Material mit einer Dicke von nicht mehr als 30 μm verwendet. Die Gasdurchlässigkeit des folienartigen porösen Materials von der Oberfläche davon bis zu der hinteren Fläche davon beträgt normalerweise von 20 Sekunden/100 ml bis 500 Sekunden/100 ml, wobei von 40 Sekunden/100 ml bis 200 Sekunden/100 ml stärker zu bevorzugen ist und von 50 Sekunden/100 ml bis 150 Sekunden/100 ml noch stärker zu bevorzugen ist. Wenn die Gasdurchlässigkeit unter 20 Sekunden/100 ml fällt, kann der Kontakt des feinpartikulären positiven aktiven Materials mit dem feinpartikulären negativen aktiven Material leicht geringes Kurzschließen verursachen. Wenn die Gasdurchlässigkeit 500 Sekunden/100 ml überschreitet, steigt der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg, wobei sich eine Tendenz ergibt, dass sich die Batterieeigenschaften verschlechtern.
Zu Beispielen für das Material des porösen Materials gehören Polyolefine (Polyethylen, Polypropylen usw.), Polyester (Polyethylenterephtalat, Polybutylenterephtalat usw.), Zellulosen usw. Unter diesen Materialien werden Polyolefine bevorzugt, die die Festigkeit gegenüber dem Lösungsmittel für den Elektrolyten verbessern können und somit die Lithium-Sekundärbatterie mit Beständigkeit ausstatten. Des Weiteren können die Poren in einem porösen Material, das Polyolefine als Hauptkomponente umfasst, bei hohen Temperaturen leicht schrumpfen. Wenn sich die Lithium-Sekundärbatterie bei hohen Temperaturen befindet, können die Poren in dem porösen Material sicherlich eine Wirkung des Unterbrechens von elektrischem Strom ausüben, wodurch das Verbessern der Sicherheit der Lithium-Sekundärbatterie ermöglicht wird. Auch in dieser Hinsicht wird bevorzugt, dass Polyolefine als Material des porösen Materials verwendet werden.
Der Separator für eine Lithium-Sekundärbatterie nach der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden, indem das oben beispielhaft genannte poröse Material mit einer Monomerlösung, die das oben beispielhaft genannte quervernetzbare Monomer umfasst und wahlweise mit einem Lösungsmittel und einem Härter gemischt wird, imprägniert oder beschichtet wird oder die Monomerlösung auf das poröse Material gegossen wird, das poröse Material ermärmt oder mit ultravioletten Strahlen oder Elektronenstrahlen bestrahlt wird, so dass das Monomer quervernetzt wird, um eine quervernetzte Materialschicht zu bilden, und das Lösungsmittel dann optisch getrocknet wird.
Als das in der Monomerlösung zu verwendende Lösungsmittel kann ein Lösungsmittel verwendet werden, dass das quervernetzbare Monomer dann ohne Beschränkung auflösen kann. Zu Beispielen für ein solches Lösungsmittel gehören üblicherweise verwendete chemisch stabile Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton, Toluen, Acetonitril und Hexan. Alternativ kann in Abhängigkeit von dem quervernetzbaren Monomer Wasser verwendet werden.
Des Weiteren kann dieselbe Art von Lösungsmitteln verwendet werden wie diejenigen, die den später beschriebenen Flüssigelektrolyten bilden. Zu Beispielen für dieselbe Art von Lösungsmitteln wie diejenigen, die den später beschriebenen Flüssigelektrolyten bilden, gehören chemisch stabile Lösungsmittel, die üblicherweise als Lösungsmittel, das den Flüssigelektrolyten für eine Lithium-Sekundärbatterie bildet, verwendet werden können. Zu Beispielen für diese Lösungsmittel gehören Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat, Methylethylcarbonat, γ-Butyrolacton, Propiolacton, Valerolacton, Tetrahydrofuran, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Methoxyethoxyethan usw. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Lösungsmittel beschränkt. Diese Lösungsmittel können einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr davon verwendet werden.
Indem die Monomerlösung so vorgegeben wird, dass sie ein Monomer und ein Lösungsmittel als Kombination umfassen, die nach Polymerisierung (Quervernetzung) in einer einheitlichen gelartigen Form auftritt, kann eine quervernetzte Materialschicht frei von Mikroporen (poröse Struktur) gut hergestellt werden.
Wenn die quervernetzte Materialschicht porös gemacht wird, kann als das in der vorgenannten Monomerlösung zu verwendende Lösungsmittel ein Lösungsmittel ausgewählt werden, das das vorgenannte quervernetzbare Monomer darin auflösen kann und auf dem Weg zu quervernetztem Material während des Polymerisierungsvorgangs (Quervernetzungsvorgangs) eine herabgesetzte Löslichkeit des Makromers gegenüber dem Lösungsmittel zeigt. Ein solches Lösungsmittel kann in Abhängigkeit von der Art des quervernetzbaren Monomers usw. korrekt ausgewählt werden. Zu bevorzugten Beispielen für das Lösungsmittel gehören organische Lösungsmittel, wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Aceton, Toluen, Acetonitril und Hexan sowie gereinigtes Wasser, einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr davon, Gemisch von Ethanol und Dimethylcarbonat, Gemisch von Toluen und Ethanol, Gemisch von Hexan und Aceton usw.
Wenn die Kombination des quervernetzbaren Monomers und des vorgenannten Lösungsmittels oder des vorgenannten Gemischs von Lösungsmitteln verwendet wird, kann der mittlere Durchmesser der Poren in der quervernetzten Materialschicht durch Anpassen des Mischungsverhältnisses der Lösungsmittel auf den gewünschten Wert angepasst werden.
Der Mechanismus, bei dem die vorgenannte quervernetzte Materialschicht eine poröse Struktur durch Auswählen dieser Lösungsmittel bilden kann, ist nicht unbedingt bekannt. Es wird jedoch angenommen, dass der Zustand der Monomerlösung, in der das quervernetzbare Monomer gelöst ist, während des Polymerisierungsprozesses von Einheitlichkeit zu Phasentrennung wechselt, wobei die poröse Struktur gebildet wird. Mit anderen Worten wird davon ausgegangen, dass in der quervernetzten Materialschicht, die eine poröse Struktur aufweist, gleichzeitig mit der porösen Struktur eine quervernetzte Struktur gebildet wird.
Des Weiteren kann bei der vorliegenden Erfindung, da das poröse Material eine darauf bereitgestellte quervernetzte Materialschicht umfasst, die poröse Struktur der quervernetzten Materialschicht leicht durch das vorgenannte Verfahren gebildet werden. Mit anderen Worten beschleunigt im Allgemeinen, wenn die Monomerlösung zu einem Film ausgebildet wird, die Anwesenheit von Fremdstoffen, wie Substrat, die Bildung von Poren in dem vorgenannten Film. Dies kommt daher, weil, wenn das vorgenannte Substrat ein poröses Material ist, die Bildung von Poren in dem vorgenannten Film weiter beschleunigt werden kann.
Die Konzentration des Monomers in der vorgenannten Monomerlösung ist vorzugsweise nicht höher als 10 Gew.-%, wobei stärker zu bevorzugen ist, dass sie nicht höher als 5 Gew.-% ist, und noch stärker zu bevorzugen ist, dass sie nicht höher als 3 Gew.-% ist. Wenn die Konzentration des Monomers 10 Gew.-% überschreitet, können die Poren in dem porösen Material leicht von der quervernetzten Materialschicht blockiert werden, wobei der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg erhöht wird und sich eine Tendenz ergibt, dass sich die Batterieeigenschaften verschlechtern. Um sicherzustellen, dass das Blockieren der Poren in dem porösen Material gehemmt werden kann, um das Steigen spezifischen elektrischen Widerstands zu verhindern, ist stärker zu bevorzugen, dass die Konzentration des Monomers in der Monomerlösung nicht größer als 5 Gew.-% ist. Um sicherzustellen, dass die Poren in dem porösen Material etwas blockiert werden können und mit einer Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten ausgestattet werden können, ist noch stärker zu bevorzugen, dass die Konzentration des Monomers in der Monomerlösung nicht größer als 3 Gew.-% ist.
Bei dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ist die Gasdurchlässigkeit des vorgenannten Batterieseparators vorzugsweise nicht größer als das 1,7fache des vorgenannten porösen Materials, wobei stärker zu bevorzugen ist, dass sie nicht größer als das 1,5fache ist, und noch stärker zu bevorzugen ist, dass sie nicht größer als das 1,3fache ist. In der Praxis ist die Gasdurchlässigkeit des Batterieseparators nicht kleiner als das 1,0fache des porösen Materials.
Wenn die Gasdurchlässigkeit des Batterieseparators das 1,7fache des porösen Materials überschreitet, werden die Poren in dem porösen Material im Wesentlichen durch die quervernetzte Materialschicht blockiert, oder das poröse quervernetzte Material, das die quervernetzte Materialschicht bildet, weist selbst eine sehr niedrige Gasdurchlässigkeit auf, wobei ein Anstieg des spezifischen elektrischen Widerstands über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg verursacht wird und sich somit eine Tendenz ergibt, dass sich die Batterieeigenschaften der Batterie verschlechtern.
Wenn jedoch die Gasdurchlässigkeit des Batterieseparators nicht größer als das 1,7fache des porösen Materials ist, besteht der größte Teil des Flüssigelektrolyten ungefangen durch die vorgenannte quervernetzte Materialschicht, wobei ein gleichmäßiger Durchgang von Ionen durch den Separator verwirklicht wird und somit der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg niedrig gehalten wird. Somit kann die Lithium-Sekundärbatterie mit extrem ausgezeichneten Batterieeigenschaften ausgestattet werden.
Ein solcher Batterieseparator kann gut hergestellt werden, wie z. B. durch Vorgeben der Art des quervernetzbaren Monomers oder Anpassen der Konzentration des Monomers in der Monomerlösung oder, wenn die quervernetzte Materialschicht porös ist, des mittleren Durchmessers der Poren in dem quervernetzten Material.
Die positive Elektrode, die bei dem Stromerzeugungselement für eine Batterie nach der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, und die Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfassen als einen Hauptbestandteil ein positives aktives Material. Zu bevorzugten Beispielen für das positive aktive Material gehören Oxide, die Lithiumion interkalieren/deinterkalieren können. Die vorgenannten Oxide sind vorzugsweise Verbundoxide, die Lithium enthalten, wie LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiNiO₂ und LiV₂O₅. Diese Oxide sind vorzugsweise in der Form von Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von ungefähr 1 bis 40 μm.
Die negative Elektrode, die bei dem Stromerzeugungselement für eine Batterie nach der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, und die Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfassen als einen Hauptbestandteil ein negatives aktives Material. Zu Beispielen für das negative aktive Material gehören kohlenstoffbasiertes Material (Mesophasen-Kohlenstoffmikrokömchen, natürlicher oder künstlicher Graphit, harzkalziniertes Kohlenstoffmaterial, Kohleschwarz, Kohlenstofffaser usw.), metallisches Lithium, Lithiumlegierung usw.
Das positive aktive Material und das negative aktive Material wurden hierin oben ausführlicher beschrieben. Die positive Elektrode und die negative Elektrode werden vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Material und einem Binder als Bestandteile neben den vorgenannten aktiven Materialien als Hauptbestandteil hergestellt.
Das elektrisch leitende Material ist insofern nicht beschränkt, als es ein elektrisch leitendes Material ist, das keine nachteiligen Wirkungen auf die Batterieeigenschaften hat. In der Praxis kann das elektrisch leitende Material jedoch elektrisch leitende Materialien, wie natürlichen Graphit (Flockengraphit, Schuppengraphit, Erdgraphit usw.), künstlichen Graphit, Kohleschwarz, Acetylenschwarz, Ketjen-Schwarz, Kohlenstoff-Whisker, Kohlenstofffaser, Metall (Kupfer, Nickel, Aluminium, Silber, Gold usw.), Metallfaser und elektrisch leitendes Keramikmaterial, das darin eingelagert ist, einzeln oder in Beimengung, umfassen.
Unter diesen elektrisch leitenden Materialien wird Acetylen-Schwarz im Hinblick auf elektrische Leitfähigkeit und Beschichtbarkeit bevorzugt. Die Menge des einzulagernden elektrisch leitenden Materials ist vorzugsweise von 1 bis 50 Gew.-%, im Besonderen von 2 bis 30 Gew.-% auf Basis des Gesamtgewichts der positiven Elektrode oder negativen Elektrode. Das Verfahren zum Mischen dieser Komponenten beinhaltet physikalisches Mischen, idealerweise einheitliches Mischen. Zu diesem Zweck kann Mischen in einem trockenen oder feuchten Prozess unter Verwendung eines Pulvermischers, wie einem V-förmigen Mischer, einem S-förmigen Mischer, einem Brecher, einer Kugelmühle und einer Planetenkugelmühle, erfolgen.
Als der Binder kann normalerweise ein thermoplastisches Harz, wie Polytetrafluorethylen, Polyvinylidenfluorid, Polyethylen und Polypropylen, Polymer mit Gummielastizität, wie Ethylenpropylendienterpolymer (EPDM), sulfoniertes EPDM, Styren-Butadien-Kautschuk (SBR) und Fluorkautschuk und Polysaccharid, wie Carboxymethylcellulose, einzeln oder in Beimengung von zwei oder mehr davon, verwendet werden. Ein Binder mit einer funktionellen Gruppe, die mit Lithium reagiert, wie Polysaccharid, wurde Methylierung oder Ähnlichem zum Deaktivieren der funktionellen Gruppe unterzogen. Die Menge des einzulagernden Binders ist vorzugsweise 1 bis 50 Gew.-%, im Besonderen von 2 bis 30 Gew.-%, auf Basis des Gesamtgewichts der positiven Elektrode oder der negativen Elektrode.
Die positive Elektrode und die negative Elektrode können gut hergestellt werden, indem das positive aktive Material oder negative aktive Material, das elektrisch leitende Material und der Binder in der Anwesenheit eines organischen Lösungsmittels, wie Toluen, geknetet werden, das Gemisch zu einer Elektrodenform gebildet wird bzw. dann das gebildete Produkt getrocknet wird.
Das Stromerzeugungselement für eine Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Batterieseparator, eine positive Elektrode und eine negative Elektrode. Als eine Ausführung der Implementierung des Stromerzeugungselements kann beispielhaft eine Anordnung dargestellt werden, die die vorgenannte beispielhafte positive Elektrode und negative Elektrode umfasst, die in engem Kontakt miteinander angeordnet sind, wobei der Batterieseparator, der oben ausführlich beschrieben wird, dazwischen eingefügt ist. Selbst wenn die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator unabhängig in den jeweiligen Aufnahmeabschnitten eines Batteriepacks aufgenommen werden, der einen Aufnahmeabschnitt für positive Elektrode, einen Aufnahmeabschnitt für negative Elektrode und einen Separator-Aufnahmeabschnitt wie bei der Herstellung einer münzförmigen Batterie aufweist, ist eine Zusammensetzung, die eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator umfasst, eine Ausführung der Implementierung des Stromerzeugungselements für eine Batterie nach der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Stromerzeugungselement für eine Batterie erfolgt die Anordnung vorzugsweise so, dass die positive Elektrode in engen Kontakt mit dem positiven Kollektor kommt und die negative Elektrode in engen Kontakt mit dem negativen Kollektor kommt. Zum Beispiel kann als der positive Kollektor Aluminium, Kupfer oder Ähnliches unter Behandlung mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber oder Ähnlichem auf der Oberfläche davon neben Aluminium, Titan, rostfreiem Stahl, Nickel, kalziniertem Kohlenstoff, elektrisch leitendem Polymer, elektrisch leitendem Glas usw. für den Zweck der Verbesserung von Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit verwendet werden. Als der negative Kollektor kann Kupfer oder Ähnliches unter Behandlung mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber oder Ähnlichem auf der Oberfläche davon neben Kupfer, Nickel, Eisen, rostfreiem Stahl, Titan, Aluminium, kalziniertem Kohlenstoff, elektrisch leitendem Polymer, elektrisch leitendem Glas, Al-Cd-Legierung usw. für den Zweck der Verbesserung von Adhäsion, elektrischer Leitfähigkeit und Oxidationsbeständigkeit verwendet werden. Diese Materialien können außerdem der Oxidation an der Oberfläche davon ausgesetzt werden.
Der Kollektor kann neben Belagform in der Form von Film, Folie, Netz, gelochtem oder expandiertem Produkt, Schaum, porösem Material, geschäumtem Produkt und ausgebildetem Faserprodukt sein. Die Dicke des Kollektors ist nicht spezifisch beschränkt, sondern kann von 1 μm bis 500 μm sein. Für den positiven Kollektor unter diesen Kollektoren wird Aluminiumfolie bevorzugt, die eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit aufweist. Für den negativen Kollektor unter diesen Kollektoren werden Kupferfolie, Nickelfolie, Eisenfolie und Folie aus Legierung einiger dieser Metalle bevorzugt, die in einer reduzierenden Atmosphäre stabil sind, eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit aufweisen und kostengünstig sind. Stärker wird bevorzugt, dass der Kollektor eine Folie mit einer Oberflächenrauheit von nicht weniger als 0,2 μmRa ist. Diese Anordnung stellt eine ausgezeichnete Adhäsion zwischen der positiven und der negativen Elektrode und dem Kollektor bereit. Es wird vorzugsweise eine elektrolytische Folie verwendet, da sie eine angeraute Oberfläche aufweist. Im Besonderen ist eine elektrolytische Folie, die „HaNa"-Oberflächenbehandlung unterzogen wurde, am stärksten zu bevorzugen.
Entsprechend wird gemäß der vorgenannten Gestaltung des Stromerzeugungselements für eine Batterie das Stromerzeugungselement für eine Batterie aus dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung hergestellt. Somit kann ein Stromerzeugungselement für eine Batterie bereitgestellt werden, das das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die sowohl gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage als auch ausgezeichnete Batterieeigenschaften aufweist.
Die Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Batterieseparator, eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Flüssigelektrolyten, der ein Elektrolytsalz enthält.
Als solche Elektrolytsalze können Lithiumsalze, die in einem üblicherweise verwendeten breiten Potenzialbereich stabil sind, einzeln oder in Kombination verwendet werden. Zu Beispielen für diese Lithiumsalze gehören LiBF₄, LiPF₆, LiClO₄, LiSO₃CF₃, LiN(SO₂CF₃)₂, LiN(SO₂CF₃)₂ (SO₂C₄F₉) usw. Unter diesen Lithiumsalzen werden LiBF₄ und LiPF₆ bevorzugt, weil sie eine hohe Stabilität aufweisen. Unter diesen Lithiumsalzen ist LiBF₄ noch stärker erwünscht, weil es eine geringere Reaktivität gegenüber Wassergehalt, der in dem Flüssigelektrolyten enthalten ist, aufweist und somit geringere Erzeugung von Korrosion der Elektrode und des Außenmaterials verursachender Fluorwasserstoffsäure als andere fluorhaltige Lithiumsalze verursacht, wobei das Herstellen einer Lithium-Sekundärbatterie mit einer ausgezeichneten Beständigkeit ermöglicht wird.
Zu Beispielen für das Lösungsmittel, das den Flüssigelektrolyten bildet, gehören Lactone {γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton usw.}, cyclische Carbonsäureester {Ethylencarbonat, Propylencarbonat usw.}, kettenartige Carbonsäureester {Diethylcarbonat, Methylethylcarbonat, Dimethylcarbonat, Diphenylcarbonat usw.}, kettenartige Ester {Methylacetat, Methylpropionat, Ethylpropionat usw.}, cyclische Ether {Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, 1,3-Dioxolan usw.}, kettenartige Ether {1,2-Dimethoxyethan, Ethylenglykolmethylethylether, Diethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether, Polyethylenglykoldi-(C₁-C₄)-alkylether mit einem Polymerisationsgrad von 3 oder mehr, Propylenglykoldimethylether, Polypropylenglykoldi-(C₁-C₄)-alkylether mit einem Polymerisationsgrad von 2 oder mehr usw.}, Oxazolidinone {N-Methyloxazolidinon usw.}, Imidazoline {N,N'-Dimethylimidazolin usw.}, Sulfolane {Sulfolan, 2-Methylsulfolan usw.}, Nitrile {Acetonitril usw.}, Sulfoxide {Dimethylsulfoxid usw.}, Amide {N,N-Dimethylformamid usw.}, Pyrrolidone {N-Methylpyrrolidon usw.} usw. Diese organischen Lösungsmittel können je nach Bedarf einzeln oder als Kombination von zwei oder mehr davon verwendet werden. Unter diesen Lösungsmitteln werden γ-Butyrolacton, Propylencarbonat und Ethylencarbonat bevorzugt, weil sie eine hohe Dielektrizitätskonstante, einen niedrigen Dampfdruck und eine niedrige Entflammbarkeit aufweisen. Im Besonderen ermöglicht bei Verwendung von LiBF₄ als ein Elektrolyt die Bereitstellung eines Flüssigelektrolyten, der aus einem Lösungsmittel mit einem γ-Butyrolacton-Gehalt von nicht weniger als 30 Gew.-% hergestellt ist, das Erzielen einer Lithium-Sekundärbatterie mit einer ausgezeichneten Stoßentladungskapazität. Somit wird ein Lösungsmittel mit einem γ-Butyrolacton-Gehalt von nicht weniger als 30 Gew.-% bevorzugt.
Die Konzentration des Elektrolyten in dem Flüssigelektrolyten, der bei der Batterie der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, ist vorzugsweise von 1 mol/l bis 5 mol/l. Somit ist, wenn die Konzentration des Elektrolytsalzes in dem vorgenannten Flüssigelektrolyten nicht geringer als 1 mol/l ist, eine Ionenquelle mit einer solchen Menge vorhanden, dass eine hohe Ionenleififähigkeit sichergestellt werden kann, wobei eine Lithium-Sekundärbatterie im Besonderen mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften erzielt werden kann. Des Weiteren können sich, wenn die Konzentration des Elektrolytsalzes in dem vorgenannten Flüssigelektrolyten nicht höher als 5 mol/l ist, Elektrolytsalze selbst bei niedrigen Temperaturen schwerlich abscheiden, wobei eine Lithium-Sekundärbatterie mit im Besonderen guten Niedertemperatureigenschaften erzielt werden kann. Stärker ist zu bevorzugen, dass die Konzentration von 1 mol/l bis 3 mol/l ist, wobei des Weiteren das Verhindern der Ablagerung von Elektrolytsalzen bei niedrigen Temperaturen sichergestellt werden kann. Noch stärker ist zu bevorzugen, dass die Konzentration des Elektrolyten von 1,5 mol/l bis 2,5 mol/l ist. Wenn die Konzentration des Elektrolyten in diesen Bereich fällt, weist der Flüssigelektrolyt eine hohe Oberflächenspannung auf, wobei des Weiteren sichergestellt werden kann, dass der Flüssigelektrolyt an dem porösen Material zurückgehalten werden kann. Entsprechend kann die Lithium-Sekundärbatterie sicher mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften und guten Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage ausgestattet werden.
Die Batterie nach der vorliegenden Erfindung kann erzielt werden, indem z. B. das Stromerzeugungselement für eine Batterie in einen Batteriepack für eine Batterie, der aus einem Außenmaterial hergestellt ist, eingefügt wird, der Flüssigelektrolyt in den Batteriepack eingespritzt wird und der Batteriepack abschließend dicht verschlossen wird. Alternativ kann sie erzielt werden, indem die positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator unabhängig in die jeweiligen Aufnahmeabschnitte in einem Batteriepack, der einen Aufnahmeabschnitt für positive Elektrode, einen Aufnahmeabschnitt für negative Elektrode und einen Separator-Aufnahmeabschnitt aufweist, aufgenommen werden, der Flüssigelektrolyt in den Batteriepack, der aus einem Außenmaterial hergestellt ist, eingespritzt wird und der Batteriepack dann abschließend, wie zuvor erwähnt, dicht verschlossen wird.
Als das Außenmaterial wird vorzugsweise ein Metall-Harz-Verbundmaterial verwendet, das leichter als Metall ist und leicht zu einem dünnen Produkt ausgebildet werden kann. Zum Beispiel kann ein bekannter Aluminiumlaminatfilm beispielhaft genannt werden. Dies ermöglicht die Verringerung der Größe und des Gewichts der Batterie.
Auch wenn der Batterieseparator, das Stromerzeugungselement für eine Batterie und die Batterie nach der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf einen Separator für eine Lithium-Sekundärbatterie, ein Stromerzeugungselement für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine Lithium-Sekundärbatterie in beispielhafter Form, wie bei den vorgenannten Ausführungen, beschrieben wurden, ist der Separator der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung bei einer Lithium-Sekundärbatterie beschränkt, sondern kann auf andere Arten von Batterien, wie eine Batterie wässrigen Systems, die Wasser als ein Lösungsmittel für Flüssigelektrolyten umfasst, verwendet werden, wie z. B. eine Alkali-Batterie oder eine Bleibatterie.
<Beispiel>
Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen weiter beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Eine Lithium-Sekundärbatterie 100 der Beispiele umfasst ein Stromerzeugungselement 20 für eine Lithium-Sekundärbatterie mit einer positiven Elektrode 3, die in engem Kontakt mit einem positiven Kollektor 5 angeordnet ist, und eine negative Elektrode 4, die in engem Kontakt mit einem negativen Kollektor 6 angeordnet ist, wobei die zwei Elektroden mit einem dazwischen eingefügten Separator 10 für eine Lithium-Sekundärbatterie, einem Flüssigelektrolyten 8 und einem Außenmaterial 7 laminiert sind, wie in 1 gezeigt. Ein Prozess für die Herstellung der Lithium-Sekundärbatterie mit der vorgenannten Gestaltung wird hierin im Folgenden beschrieben.
Der Separator 10 für eine Lithium-Sekundärbatterie, der bei der Lithium-Sekundärbatterie 100 der Beispiele zu verwenden ist, wurde auf die folgende Weise hergestellt. Bei den folgenden Beispielen wurde als Elektronenmikroskop ein von der JEOL Ltd. produziertes T-200 verwendet und Gasdurchlässigkeit wurde gemäß JIS P-8117 gemessen.
„Herstellung des Separators (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie"
Als eine Monomerlösung wurde eine Ethanollösung mit 3 Gew.-% eines darin gelösten bifunktionellen Acrylatmonomers mit einer durch die vorgenannte chemische Formel (1) dargestellten Struktur hergestellt. Die Monomerlösung wurde auf eine mikroporöse Polyethylen-Membran (mittlerer Porendurchmesser: 0,1 μm; Porosität: 50 %; Dicke: 23 μm; Gewicht: 12,52 g/m²; Gasdurchlässigkeit: 89 Sekunden/100 ml) als poröses Material aufgetragen, mit Elektronenstrahlen bestrahlt, so dass das Monomer quervernetzt wurde, um eine quervernetzte Materialschicht auszubilden, und dann bei einer Temperatur von 60 °C 5 Minuten getrocknet, um einen Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie zu erzielen. Der Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie besaß eine Dicke von 24 μm, ein Gewicht von 13,04 g/m², eine Gasdurchlässigkeit von 103 Sekunden/ml, ein Gewicht der quervernetzten Materialschicht von ungefähr 4 Gew.-% auf Basis des Gewichts des porösen Materials und eine Dicke der quervernetzten Materialschicht von ungefähr 1 μm und hielt somit die Poren in dem porösen Material im Wesentlichen ungefüllt. Als ein Ergebnis war die Gasdurchlässigkeit des Separators (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie das 1,16fache der mikroporösen Polyethylen-Membran selbst. Bei Beobachten der quervernetzten Materialschicht unter dem Elektronenmikroskop wurden keine Mikroporen (poröse Struktur) nachgewiesen.
„Herstellung des Separators (B) für eine Lithium-Sekundärbatterie"
Ein Separator (B) für eine Lithium-Sekundärbatterie wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie der vorgenannte „Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie", außer dass als die Monomerlösung ein Gemisch aus 3 Gew.-% des bifunktionellen Acrylatmonomers mit einer durch die vorgenannte chemische Formel (1) dargestellten Struktur, 73 Gew.-% Ethanol und 24 Gew.-% gereinigten Wassers verwendet wurde.
Der Separator (B) für eine Lithium-Sekundärbatterie besaß eine Dicke von 24 μm, ein Gewicht von 13,04 g/m², eine Gasdurchlässigkeit von 115 Sekunden/ml, ein Gewicht der quervernetzten Materialschicht von ungefähr 4 Gew.-% auf Basis des Gewichts des porösen Materials, eine Dicke der quervernetzten Materialschicht von ungefähr 1 μm und einen mittleren Porendurchmesser einer porösen Struktur in der quervernetzten Materialschicht von 0,05 μm und hielt somit die Poren in dem porösen Material im Wesentlichen ungefüllt (wie unter dem Elektronenmikroskop nachgewiesen wurde). Als ein Ergebnis war die Gasdurchlässigkeit des Separators (B) für eine Lithium-Sekundärbatterie das 1,3fache der mikroporösen Polyethylen-Membran selbst.
„Herstellung des Separators (C) für eine Lithium-Sekundärbatterie"
Ein Separator (C) für eine Lithium-Sekundärbatterie wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie der vorgenannte „Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie", außer dass als die Monomerlösung ein Gemisch aus 15 Gew.-% des bifunktionellen Acrylatmonomers mit einer durch die vorgenannte chemische Formel (1) dargestellten Struktur, 65 Gew.-% Ethanol und 20 Gew.-% gereinigten Wassers verwendet wurde.
Der Separator (C) für eine Lithium-Sekundärbatterie besaß eine Dicke von 25 μm, ein Gewicht von 16,50 g/m², eine Gasdurchlässigkeit von 174 Sekunden/ml, ein Gewicht der quervernetzten Materialschicht von ungefähr 4 Gew.-% auf Basis des Gewichts des porösen Materials, eine Dicke der quervernetzten Materialschicht von ungefähr 1,5 μm und einen mittleren Porendurchmesser in der quervernetzten Materialschicht von 0,03 μm und hielt somit die Poren in dem porösen Material im Wesentlichen halbgefüllt (wie unter dem Elektronenmikroskop nachgewiesen wurde). Als ein Ergebnis war die Gasdurchlässigkeit des Separators (C) für eine Lithium-Sekundärbatterie das 1,95fache der mikroporösen Polyethylen-Membran selbst.
Um die Benetzbarkeit der so hergestellten Separatoren (A), (B), (C), (D) und (E) für eine Lithium-Sekundärbatterie durch den Flüssigelektrolyten nachzuweisen, wurden diese Separatoren in einen Flüssigelektrolyten getaucht, bei dem LiBF₄ in einer Konzentration von 2 mol/l in einem 4:3:3-Gemisch (nach Volumen) von Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Propylencarbonat gelöst war.
Da der Flüssigelektrolyt mit der vorgenannten Zusammensetzung aus einem Lösungsmittel mit einer hohen Dielektrizitätskonstanten, einem niedrigen Dampfdruck und einer niedrigen Entflammbarkeit hergestellt ist, kann er nicht nur eine Lithium-Sekundärbatterie mit gewünschten Batterieeigenschaften ausstatten, sondern kann außerdem selbst bei hohen Temperaturen schwerlich Mängel, wie Quellung des Außenmaterials der Lithium-Sekundärbatterie und Leckage des Flüssigelektrolyten, verursachen.
Andererseits wurde eine mikroporöse Polyethylen-Membran mit demselben Material wie der Separator (A) für Lithium-Sekundärbatterie, außer dass keine quervernetzte Materialschicht eingelagert war, in den Flüssigelektrolyten getaucht. Selbst nach Ablauf einer Stunde wurde die mikroporöse Polyethylen-Membran nicht durch den Flüssigelektrolyten benetzt und wurde in einer weißen opaken Form an dem Flüssigelektrolyten suspendiert gehalten.
Entsprechend kann eine Lithium-Sekundärbatterie nicht durch Kombinieren der mikroporösen Polyethylen-Membran frei von quervernetzter Materialschicht mit dem Flüssigelektrolyten mit der vorgenannten Zusammensetzung hergestellt werden.
„Herstellung der positiven Elektrode und der negativen Elektrode"
Die positive Elektrode und die negative Elektrode, die bei der Lithium-Sekundärbatterie 100 der Beispiele zu verwenden sind, wurden auf die folgende Weise hergestellt.
Eine gemischte Lösung aus Lithiumkobaltoxid als ein positives aktives Material, Acetylen-Schwarz als ein elektrisch leitendes Material (90 Gewichtsanteile), einem Polyvinylidenfluorid als Binder (5 Gewichtsanteile) und N-Methyl-2-pyrrolidon (5 Gewichtsanteile) wurde auf eine Aluminiumfolie als positiver Kollektor 5 aufgetragen und getrocknet. Das getrocknete Material wurde dann so gepresst, dass die Dicke des Verbundstoffs 0,1 mm erreichte, um eine positive Elektrode 3 in engem Kontakt mit dem positiven Kollektor 5 in einer Folienform herzustellen. Des Weiteren wurde eine negative Elektrode 4 in engem Kontakt mit dem negativen Kollektor 6 auf dieselbe Weise wie die in engem Kontakt mit dem vorgenannten positiven Kollektor 5 angeordnete positive Elektrode 3 in einer Folienform hergestellt, außer dass als das negative aktive Material Kohlenstoff verwendet wurde und als der negative Kollektor 6 eine Kupferfolie verwendet wurde.
„Herstellung des Stromerzeugungselements für eine Lithium-Sekundärbatterie und der Lithium-Sekundärbatterie"
(Beispiel 1)
Die so hergestellte positive Elektrode 3 in einer Folienform und die so hergestellte negative Elektrode 4 in einer Folienform wurden dann mit dem dazwischen eingefügten Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie 10 in einer solchen Anordnung laminiert, dass die positive Elektrode 3 und die negative Elektrode 4 einander gegenüberlagen, um ein in engem Kontakt mit dem positiven Kollektor 5 und dem negativen Kollektor 6 angeordnetes Stromerzeugungselement 20 für eine Lithium-Sekundärbatterie herzustellen. Das Stromerzeugungselement 20 für eine Lithium-Sekundärbatterie mit einer solchen Anordnung wurde in einen Batteriepaketpack eingefügt, der aus einem an drei Seiten versiegelten Aluminiumlaminatfilm hergestellt war. Nächstfolgend wurden 2,2 g eines Flüssigelektrolyten, in dem LiBF₄ in einem 4:3:3-Gemisch aus Ethylencarbonat, γ-Butyrolacton und Propylencarbonat in einer Konzentration von 2 mol/l gelöst war, in den Batteriepaketpack eingespritzt, der dann vakuumverschlossen wurde, um eine Lithium-Sekundärbatterie 100 von Beispiel 1 herzustellen, die einen Aluminiumlaminatfilm als ein Außenmaterial 7 umfasst. Derselbe Ablauf wurde verfolgt, um Lithium-Sekundärbatterien von Beispiel 1 mit einer Gesamtzahl von 100 herzustellen.
(Beispiel 2)
Lithium-Sekundärbatterien von Beispiel 2 wurden mit einer Gesamtzahl von 100 auf dieselbe Weise hergestellt, wie oben angegeben (Beispiel 1), außer dass der vorgenannte Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie durch den Separator (B) für eine Lithium-Sekundärbatterie ersetzt wurde.
(Vergleichsbeispiel 1)
Eine Lithium-Sekundärbatterie von Vergleichsbeispiel 1 wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie in Beispiel 1, außer dass als der Separator ein Polyethylenterephtalat-Vliesstoff mit einem darauf ausgebildeten PVdF-Film verwendet wurde und die Menge des Flüssigelektrolyten 2,6 g betrug. Derselbe Ablauf wurde verfolgt, um Lithium-Sekundärbatterien von Vergleichsbeispiel 1 mit einer Gesamtzahl von 100 herzustellen.
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein Flüssigelektrolyt, bei dem 2 mol LiBF₄ als ein Elektrolytsalz in 1 l γ-Butyrolacton als Lösungsmittel gelöst war, wurde mit einem bifunktionellen Acrylatmonomer mit einer durch die oben angegebene chemische Formel (4) dargestellten Struktur in einem Verhältnis von 240 g des bifunktionellen Acrylatmonomers pro kg des Flüssigelektrolyten gemischt. Die gemischte Lösung wurde auf eine positive Elektrode aufgetragen und dann mit Elektronenstrahlen so bestrahlt, dass das Monomer polymerisiert wurde, um einen gelartigen Elektrolyten zu erzielen. Ein Stromerzeugungselement, das ein Laminat der positiven Elektrode mit der gelartigen Elektrolytschicht und eine vorab mit dem Flüssigelektrolyten vakuumimprägnierte negative Elektrode umfasste, wurde dann auf dieselbe Weise, wie oben angegeben (Beispiel 1), vakuumverschlossen, um eine Lithium-Sekundärbatterie 100 von Vergleichsbeispiel 2 herzustellen. Derselbe Ablauf wurde verfolgt, um Lithium-Sekundärbatterien von Vergleichsbeispiel 2 mit einer Gesamtzahl von 100 herzustellen.
(Bezugsbeispiel)
Lithium-Sekundärbatterien des Bezugsbeispiels wurden mit einer Gesamtzahl von 100 auf dieselbe Weise hergestellt, wie oben angegeben (Beispiel 1), außer dass der vorgenannte Separator (A) für eine Lithium-Sekundärbatterie durch den Separator (C) für eine Lithium-Sekundärbatterie ersetzt wurde.
Die so hergestellten Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 1 und 2, der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und des Bezugsbeispiels wurden dann nach elektrischen Eigenschaften nach den folgenden Bewertungen A bis F verglichen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 1 dargelegt.

A:: Entladekapazität nach 5-stündiger Entladung bei 25 °C und einer Entladeschlussspannung von 2,7 V;
B:: Entladekapazität nach 0,5-stündiger Entladung bei 25 °C und einer Entladeschlussspannung von 2,7 V;
C:: Entladekapazität nach 0,33-stündiger Entladung bei 25 °C und einer Entladeschlussspannung von 2,7 V;
D:: Entladekapazität nach 0,5-stündiger Entladung bei -20 °C und einer Entladeschlussspannung von 2,7 V;
E:: Prozentsatz der Anzahl der Batterien, die nach Herstellung einer Lithium-Sekundärbatterie kurzschlossen, nach hergestellter Anzahl von Lithium-Sekundärbatterien;
F:: Flüssigelektrolyt-Leckverlustmenge, die mit einem Filterpapier von dem Flüssigelektrolyten aufgefangen wurde und die 15 Minuten nach Pressen einer 4,2V-Ladungs-Batterie austrat, die mit einer Last von 300 kg an einer Seite davon geschnitten wurde, so dass sie Kurzschließen über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg unterzogen wird.

(Tabelle 1)
Wie aus den in Tabelle 1 dargelegten Ergebnissen ersichtlich ist, zeigen die Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 1 und 2 im Vergleich zu denjenigen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 eine große Entladekapazität (siehe Ergebnisse der Bewertungen A bis C), im Besonderen eine große Entladekapazität in einem kurzen Zeitraum (siehe Ergebnisse der Bewertungen B und C). Des Weiteren zeigten die Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 1 und 2 außerdem ausgezeichnete Ergebnisse bei der Entladekapazität bei niedrigen Temperaturen (siehe Ergebnisse der Bewertung D). Im Besonderen zeigte die Lithium-Sekundärbatterie von Beispiel 2 extrem ausgezeichnete Ergebnisse bei der Entladekapazität (siehe Ergebnisse der Bewertungen A bis D). Darüber hinaus zeigte keine der Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 1 und 2 Kurzschließen nach Herstellung (siehe Ergebnisse der Bewertung E). Zusätzlich zeigten die Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 1 und 2 geringe Elektrolyt-Leckage unter Last und zeigten somit trotz der Verwendung von leichtem und dünnem Aluminiumlaminatfilm als Außenmaterial gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage (siehe Ergebnisse der Bewertung F).
Dagegen wurde bei der Lithium-Sekundärbatterie von Vergleichsbeispiel 1 nachgewiesen, dass sie einen Entladekapazitätsabfall zeigte, der wahrscheinlich dem Blockieren der Mikroporen in dem Separator durch Quellung von PVDF zuzuschreiben war (siehe Ergebnisse der Bewertungen A bis D). Einige der Lithium-Sekundärbatterien von Vergleichsbeispiel 1 zeigten Kurzschließen während der Herstellung (siehe Ergebnisse der Bewertung E). Des Weiteren zeigte die Lithium-Sekundärbatterie von Vergleichsbeispiel 1 Flüssigelektrolyt-Leckage unter Last, die fünf Mal so groß war wie diejenige der Lithium-Sekundärbatterie von Beispiel 1 (siehe Ergebnisse der Bewertung F).
Des Weiteren zeigte die Lithium-Sekundärbatterie von Vergleichsbeispiel 2 eine geringe Entladekapazität (siehe Ergebnisse der Bewertungen A bis D). Einige der Lithium-Sekundärbatterien von Vergleichsbeispiel 2 zeigten Kurzschließen (siehe Ergebnisse der Bewertung E). Die Lithium-Sekundärbatterie von Vergleichsbeispiel 2 zeigte außerdem Flüssigelektrolyt-Leckage unter Last, die um ein Mehrfaches größer war als diejenige der Lithium-Sekundärbatterie von Beispiel 1 (siehe Ergebnisse der Bewertung F).
Darüber hinaus zeigte die Lithium-Sekundärbatterie des Bezugsbeispiels, die aus dem Separator (C) für eine Lithium-Sekundärbatterie hergestellt wurde, der eine Gasdurchlässigkeit des 1,95fachen (größer als das 1,7fache) der mikroporösen Polyethylen-Membran selbst aufwies, ausgezeichnete Ergebnisse bei den Bewertungen E und F, aber zeigte unzureichende Ergebnisse bei der Entladekapazität (Bewertungen A bis D).
Anhand der vorgenannten Ergebnisse wurde nachgewiesen, dass die Lithium-Sekundärbatterien der Beispiele 1 und 2 der vorliegenden Erfindung Lithium-Sekundärbatterien sind, die sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweisen und bei denen Kurzschließen sicher verhindert werden kann.
<Gewerbliche Verwendbarkeit>
Der Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung umfasst eine quervernetzte Materialschicht, die aus einem porösen Material gebildet ist und Gasdurchlässigkeit besitzt, wie in Anspruch 1 beschrieben. Somit kann die resultierende Batterie nicht nur mit dem Durchfluss von Ionen in dem Flüssigelektrolyten durch den Separator hindurch geladen und entladen werden, sondern ermöglicht außerdem dem Separator, eine hohe Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten zu zeigen, wodurch es dem Flüssigelektrolyten einfach gemacht wird, von dem Separator absorbiert zu werden. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die eine verringerte Menge von Flüssigelektrolyt umfassen kann und somit gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage zeigt. Des Weiteren kann, da der Flüssigelektrolyt, wie oben erwähnt, durch den Separator in das Innere davon absorbiert werden kann, ein Ionenweg sicher bereitgestellt werden. Entsprechend kann der Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie mit ausgezeichneten Batterieeigenschaften ermöglicht.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung werden bei Herstellen einer Batterie Mikroporen, die eine hohe Benetzbarkeit durch den Flüssigelektrolyten aufweisen und das Eindringen des Flüssigelektrolyten ermöglichen, wenigstens in der Umgebung der Oberfläche des Separators ausgebildet, wie in Anspruch 1 beschrieben. Somit kann ein Separator erzielt werden, der den Flüssigelektrolyten durch die Kapillarwirkung der vorgenannten Mikroporen extrem leicht absorbieren kann. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, aus dem eine Batterie, die im Besonderen bei den Batterieeigenschaften ausgezeichnet ist, hergestellt werden kann.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ist der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem porösen Material von 0,01 μm bis 5 μm, wie in Anspruch 3 beschrieben. Somit ist bei Herstellen einer Batterie der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg nicht zu hoch und die positive Elektrode und die negative Elektrode können schwerlich miteinander in Kontakt kommen. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die im Besonderen bei elektrischen Eigenschaften ausgezeichnet ist und die ein eigenes Erfahren von Kurzschließen über die Elektroden hinweg sicher verhindern kann.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung wird die quervernetzte Materialschicht durch ein quervernetzbares Monomer mit einem Molekulargewicht von 170 bis 50 000 gebildet, wie in Anspruch 1 beschrieben. Somit kann bei Herstellen einer Batterie der Flüssigelektrolyt sicher durch die quervernetzte Materialschicht absorbiert werden und die quervernetzte Materialschicht kann sicher in dem Inneren des porösen Materials ausgebildet werden, wobei sichergestellt wird, dass der Flüssigelektrolyt durch das Innere des Separators absorbiert werden kann. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweist.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ist das quervernetzbare Monomer wenigstens eines von Monomer, das ungesättigte Bindung besitzt, Monomer, das die Epoxygruppe besitzt, und Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, wie in Anspruch 5 beschrieben, wobei das Bereitstellen eines Batterieseparators ermöglicht wird, der leicht durch ein bekanntes Quervernetzungsverfahren hergestellt werden kann.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung umfasst das poröse Material Polyolefine als Hauptkomponente, wie in Anspruch 4 beschrieben. Wenn eine Batterie hergestellt wird, zeigt das Polyolefin eine hohe Festigkeit gegenüber dem Lösungsmittel für den Elektrolyten und übt sicher eine Wirkung des Unterbrechens von elektrischem Strom bei hohen Temperaturen aus. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die im Besonderen bei Beständigkeit und Sicherheit ausgezeichnet ist.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ist die quervernetzte Materialschicht porös, wie in Anspruch 1 beschrieben. Im Besonderen wird bei einer Lithium-Sekundärbatterie die tatsächliche Mobilität von Lithiumion während des Ladens und Entladens durch Lithiumion in dem freien Flüssigelektrolyten, der in den vorgenannten Mikroporen vorhanden ist, geregelt. Somit kann gleichmäßige Bewegung von Lithiumion verwirklicht werden, wodurch das Bereitstellen der extrem ausgezeichneten Batterieeigenschaften für die Lithium-Sekundärbatterie ermöglicht wird. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die im Besonderen bei Batterieeigenschaften ausgezeichnet ist.
Des Weiteren kann der in den Mikroporen vorhandene freie Flüssigelektrolyt nicht von dem quervernetzten Material gefangen werden, wodurch ermöglicht wird, ungleichmäßig verteilten Flüssigelektrolyten gleichmäßig zu entspannen und somit einen Batterieseparator bereitzustellen, aus dem eine Batterie mit verlängerter Lebensdauer und stabilen Batterieeigenschaften hergestellt werden kann.
Gemäß dem Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung ist die Gasdurchlässigkeit des vorgenannten Batterieseparators nicht größer als das 1,7fache des vorgenannten porösen Materials, wie in Anspruch 2 beschrieben. Wenn eine Batterie aus einem solchen Batterieseparator hergestellt wird, besteht der größte Teil des Flüssigelektrolyten ungefangen durch die vorgenannte quervernetzte Materialschicht, wodurch gleichmäßiger Durchgang von Ionen durch den Separator verwirklicht wird und somit der spezifische elektrische Widerstand über die positive Elektrode und die negative Elektrode hinweg niedrig gehalten wird. Somit kann die Batterie mit extrem ausgezeichneten Batterieeigenschaften ausgestattet werden. Entsprechend kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die im Besonderen bei Batterieeigenschaften ausgezeichnet ist.
Das Stromerzeugungselement für eine Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung, eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, wie in Anspruch 9 beschrieben. Somit kann ein Stromerzeugungselement für eine Batterie bereitgestellt werden, das das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die sowohl gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage als auch ausgezeichnete Batterieeigenschaften aufweist.
Die Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen Batterieseparator nach der vorliegenden Erfindung, eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Flüssigelektrolyten, der ein Elektrolytsalz enthält, wie in Anspruch 7 beschrieben. Somit kann eine Batterie, die sowohl gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage als auch ausgezeichnete Batterieeigenschaften aufweist, bereitgestellt werden.
Die Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfasst als ein Außenmaterial ein Metall-Harz-Verbundmaterial, das leicht zu einer dünnen Form ausgebildet werden kann. Somit kann ein Batterieseparator bereitgestellt werden, der das Herstellen einer Batterie ermöglicht, die verringerte Größe und verringertes Gewicht aufweist und sowohl ausgezeichnete Batterieeigenschaften als auch gute Eigenschaften zur Verhinderung von Flüssigelektrolyt-Leckage aufweist.
Gemäß der Batterie nach der vorliegenden Erfindung ist das Elektolytsalz LiBF₄, das geringere Erzeugung von Korrosion der Elektrode und des Außenmaterials verursachender Fluorwasserstoffsäure verursacht. Entsprechend kann eine Batterie, die im Besonderen ausgezeichnete Beständigkeit aufweist, erzielt werden.
Gemäß der Batterie nach der vorliegenden Erfindung umfasst der Flüssigelektrolyt γ-Butyrolacton als ein Lösungsmittel und der Gehalt des γ-Butyrolactons in dem Lösungsmittel ist nicht geringer als 30 Gew.-%. Entsprechend kann eine Batterie bereitgestellt werden, die im Besonderen bei der Stoßentladungskapazität ausgezeichnet ist.
Gemäß der Batterie nach der vorliegenden Erfindung ist die Konzentration des Elektrolytsalzes in dem vorgenannten Flüssigelektrolyten von 1 mol/l bis 5 mol/l. Somit ist eine Ionenquelle mit einer solchen Menge vorhanden, dass eine Leitfähigkeit sichergestellt werden kann und sich Elektrolytsalze schwerlich abscheiden können. Entsprechend kann eine Batterie bereitgestellt werden, die im Besonderen bei Batterieeigenschaften und Niedertemperatureigenschaften ausgezeichnet ist.

Claims

Batterieseparator, umfassend eine quervernetzte Materialschicht, die aus einem porösen Material gebildet ist und Gasdurchlässigkeit besitzt und die in einer derartigen Anordnung gebildet ist, dass wenigstens ein Teil des quervernetzten Materials in Poren eintritt, die in der Oberfläche des porösen Materials ausgebildet sind, und dass das Eindringen eines Gases in das Innere des porösen Materials durch die Poren ermöglicht ist, wobei die quervernetzte Materialschicht durch ein quervernetzbares Monomer mit einem Molekulargewicht von 170 bis 50 000 gebildet wird und wobei die quervernetzte Materialschicht porös ist.
Batterieseparator nach Anspruch 1, wobei die Gasdurchlässigkeit des Batterieseparators nicht größer als das 1,7fache des porösen Materials ist.
Batterieseparator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mittlere Porendurchmesser der Poren in dem porösen Material von 0,01 μm bis 5 μm ist.
Batterieseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das poröse Material als Hauptbestandteil Polyolefine umfasst.
Batterieseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das quervernetzbare Monomer wenigstens eines von Monomer, das ungesättigte Bindung besitzt, Monomer, das die Epoxygruppe besitzt, und Monomer, das die Isocyanatgruppe besitzt, ist.
Stromerzeugungselement für eine Batterie, das wenigstens einen Batterieseparator, wie in einem der Ansprüche 1 bis 5 beansprucht, eine positive Elektrode und eine negative Elektrode umfasst.
Batterie, die wenigstens einen Batteneseparator, wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht, eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Flüssigelektrolyten, der ein Elektrolytsalz enthält, umfasst.