JP2013206605A - セパレータ及び蓄電素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の層を有するセパレータにおいて、層の剥がれを抑制することができるセパレータを提供する。
【解決手段】正極板と負極板との間に配置され、正極板及び負極板とともに複数層積層される第一セパレータ４３０であって、第一層４３１と、第一層４３１上に配置される、第一層４３１と材質が異なる第二層４３２とを備え、第一層４３１と第二層４３２との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高い。
【選択図】図３Ｂ
【解決手段】正極板と負極板との間に配置され、正極板及び負極板とともに複数層積層される第一セパレータ４３０であって、第一層４３１と、第一層４３１上に配置される、第一層４３１と材質が異なる第二層４３２とを備え、第一層４３１と第二層４３２との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高い。
【選択図】図３Ｂ
Description
本発明は、正極と負極との間に配置され、当該正極及び負極とともに複数層積層されるセパレータ及び当該セパレータを備える蓄電素子に関する。
世界的な環境問題への取り組みとして、ガソリン自動車から電気自動車への転換が重要になってきている。このため、リチウムイオン二次電池などの蓄電素子を動力源に用いた電気自動車の開発が進められている。
ここで、従来、当該蓄電素子に用いるセパレータに関して、耐熱フィラーを塗工したセパレータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このセパレータを用いた蓄電素子においては、耐熱フィラーを塗工することでセパレータに耐熱塗工層が形成され、使用時に内部短絡を防止するなど安全性の向上を図ることができる。
しかしながら、上記従来のセパレータのように複数の層を有するセパレータでは、蓄電素子の組み立て時または使用時に、セパレータに形成された層が剥がれる場合があるという問題がある。
例えば、蓄電素子の組み立て時にセパレータにかかる応力や、蓄電素子の使用時における振動、エレメントの膨張収縮、セパレータへの電解液の衝突などにより、セパレータから層が剥がれる。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、複数の層を有するセパレータにおいて、層の剥がれを抑制することができるセパレータ及び当該セパレータを備える蓄電素子を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るセパレータは、正極と負極との間に配置され、前記正極及び前記負極とともに複数層積層されるセパレータであって、第一層と、前記第一層上に配置される、前記第一層と材質が異なる第二層とを備え、前記第一層と前記第二層との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高い。
これによれば、セパレータの第一層と第二層との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高い。ここで、複数の層を有するセパレータにおいて、層の剥がれが懸念されるのは、セパレータの端部である。つまり、当該端部は、正極と負極とセパレータとを積層した際に、正極または負極と接触しないことにより巻き締めによる支持応力がかからない。その上、当該端部は、断面が露出しているため、蓄電素子の組み立て時における応力、蓄電素子の使用時における振動、エレメントの膨張収縮、電解液の衝突などによる影響を受けやすい。このため、当該端部は剥がれが起こりやすく、当該端部が起点となって、層の剥がれが開始する。これらのことから、セパレータの端部の剥離強度を高くすることで、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記第一層と前記第二層とは、熱可塑性樹脂を含む。
これによれば、セパレータの第一層と第二層とは、熱可塑性樹脂を含む。このため、熱可塑性樹脂によって第一層と第二層とを溶着することで、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記第一層または前記第二層は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多い。
これによれば、セパレータの第一層または第二層は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多い。これにより、熱可塑性樹脂によって第一層と第二層とを溶着する際に、当該端部での剥離強度を高くすることができるため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記第一層または前記第二層は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含む。
これによれば、セパレータの第一層または第二層は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含む。これにより、熱可塑性樹脂によって第一層と第二層とを溶着する際に、当該端部での剥離強度を高くすることができるため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記第一層または前記第二層は、端部の方が中央部よりも厚みが薄い。
これによれば、セパレータの第一層または第二層は、端部の方が中央部よりも厚みが薄い。当該端部をプレス処理すると当該端部の厚みが薄くなる際に、第二層に含まれる耐熱粒子やバインダーが第一層の細孔内に入り込むことにより、当該端部での剥離強度を高くすることができる。このため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記端部は、前記セパレータが前記正極または前記負極と接触する領域の外側に配置されている。
これによれば、セパレータの端部は、セパレータが正極または負極と接触する領域の外側の部分である。つまり、正極または負極と接触しないことにより巻き締めによる支持応力がかからない部分から層の剥がれが起こるため、当該部分を端部として剥離強度を高くすることで、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記第一層と前記第二層との端部は、熱溶着されている。
これによれば、セパレータの第一層と第二層との端部は、熱溶着されている。これにより、例えば熱プレス処理によって端部を熱溶着することで、当該端部での剥離強度を高くすることができるため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、好ましくは、前記第一層は、基材層であり、前記第二層は、耐熱塗工層である。
これによれば、セパレータは、基材層上に耐熱塗工層が配置された構成であり、基材層から耐熱塗工層が剥離するのを抑制することができる。
また、好ましくは、前記正極は、正極活物質層を備え、前記負極は、前記セパレータを挟んで前記正極活物質層に対向する負極活物質層を備え、前記端部は、前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている。
これによれば、第一層と第二層との端部は、正極の正極活物質層と負極の負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている。ここで、セパレータの端部は、熱プレス処理等により剥離強度を高くした結果、第一層または第二層の細孔が減少する場合がある。第一層または第二層の細孔が減少すると、イオン透過性が減少し、蓄電素子の性能を劣化させる可能性がある。しかし、当該端部は、正極活物質層と負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されているため、イオン透過性が減少する影響をほとんど受けず、蓄電素子の性能の劣化を抑制することができる。
なお、本発明は、このようなセパレータとして実現することができるだけでなく、当該セパレータを備える蓄電素子として実現することもできる。
本発明によると、複数の層を有するセパレータにおいて、層の剥がれを抑制することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係るセパレータ及び当該セパレータを備える蓄電素子について説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。
まず、蓄電素子１０の構成について、説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る蓄電素子１０の外観斜視図である。なお、同図は、容器内部を透視した図となっている。
蓄電素子１０は、電気を充電し、また、電気を放電することのできる二次電池であり、より具体的には、リチウムイオン二次電池などの非水電解質電池である。
同図に示すように、蓄電素子１０は、容器１００と、正極端子２００と、負極端子３００とを備え、容器１００は、上壁であるふた板１１０を備えている。また、容器１００内方には、電極体４００と、正極集電体１２０と、負極集電体１３０とが配置されている。
なお、蓄電素子１０の容器１００の内部には電解液などの液体が封入されているが、当該液体の図示は省略する。また、蓄電素子１０は、非水電解質電池には限定されず、非水電解質電池以外の二次電池であってもよいし、キャパシタであってもよい。
容器１００は、金属からなる矩形筒状で底を備える筐体本体と、当該筐体本体の開口を閉塞する金属製のふた板１１０とで構成されている。また、容器１００は、電極体４００等を内部に収容後、ふた板１１０と筐体本体とが溶接等されることにより、内部を密封することができるものとなっている。
電極体４００は、正極と負極とセパレータとを備え、電気を蓄えることができる部材である。具体的には、電極体４００は、負極と正極との間にセパレータが挟み込まれるように層状に配置されたものを全体が長円形状となるように捲回されて形成されている。なお、同図では、電極体４００の形状としては長円形状を示したが、円形状または楕円形状でもよい。また、電極体４００の形状は捲回型に限らず、平板状極板を積層した形状でもよい。電極体４００の詳細な構成については、後述する。
正極端子２００は、電極体４００の正極に電気的に接続された電極端子であり、負極端子３００は、電極体４００の負極に電気的に接続された電極端子である。つまり、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００に蓄えられている電気を蓄電素子１０の外部空間に導出し、また、電極体４００に電気を蓄えるために蓄電素子１０の内部空間に電気を導入するための金属製の電極端子である。また、正極端子２００及び負極端子３００は、電極体４００の上方に配置されたふた板１１０に取り付けられている。
正極集電体１２０は、電極体４００の正極と容器１００の側壁との間に配置され、正極端子２００と電極体４００の正極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、正極集電体１２０は、電極体４００の正極と同様、アルミニウムで形成されている。
負極集電体１３０は、電極体４００の負極と容器１００の側壁との間に配置され、負極端子３００と電極体４００の負極とに電気的に接続される導電性と剛性とを備えた部材である。なお、負極集電体１３０は、電極体４００の負極と同様、銅で形成されている。
次に、電極体４００の詳細な構成について、説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る電極体４００の構成を説明するための図である。具体的には、同図は、図１で示されたように捲回される前の電極体４００ａを示す図である。
同図に示すように、電極体４００ａは、正極板４１０、負極板４２０、第一セパレータ４３０及び第二セパレータ４４０を備えている。
正極板４１０は、アルミニウムからなる長尺帯状の正極集電体シートの表面に、正極活物質層が形成されたものである。なお、本発明に係る蓄電素子１０に用いられる正極板４１０は、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、通常用いられているものが使用できる。
例えば、正極活物質としては、ＬｉＭＰＯ４、ＬｉＭＳｉＯ４、ＬｉＭＢＯ３（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種又は２種以上の遷移金属元素）等のポリアニオン化合物、チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム等のスピネル化合物、ＬｉＭＯ２（ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ等から選択される１種又は２種以上の遷移金属元素）等のリチウム遷移金属酸化物等を用いることができる。
負極板４２０は、銅からなる長尺帯状の負極集電体シートの表面に、負極活物質層が形成されたものである。負極活物質層は、セパレータを挟んで正極の正極活物質層に対向する位置に配置されている。なお、本発明に係る蓄電素子１０に用いられる負極板４２０は、特に従来用いられてきたものと異なるところはなく、通常用いられているものが使用できる。
例えば、負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質であれば、適宜公知の材料を使用できる。例えば、リチウム金属、リチウム合金（リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−錫、リチウム−アルミニウム−錫、リチウム−ガリウム、及びウッド合金等のリチウム金属含有合金）の他、リチウムを吸蔵・放出可能な合金、炭素材料（例えば黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温焼成炭素、非晶質カーボン等）、金属酸化物、リチウム金属酸化物（Ｌｉ４Ｔｉ６Ｏ１２等）、ポリリン酸化合物などが挙げられる。
第一セパレータ４３０は、正極板４１０と負極板４２０との間に配置される長尺帯状のセパレータであり、第一層４３１と第二層４３２とを備えている。
第一層４３１は、第一セパレータ４３０の基材層であり、熱可塑性樹脂を含んだ微多孔性のシートである。
具体的には、第一層４３１としては、ポリマー、天然繊維、炭化水素繊維、ガラス繊維またはセラミック繊維の織物または不織繊維を有する樹脂多孔膜が用いられる。また、当該樹脂多孔膜は、好ましくは、織物または不織ポリマー繊維を有する。特に、当該樹脂多孔膜は、ポリマー織物またはフリースを有するかまたはこのような織物またはフリースであるのが好ましい。ポリマー繊維としては、好ましくは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）及び／またはポリオレフィン（ＰＯ）、例えばポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）またはこのようなポリオレフィンの混合物から選択したポリマーの非電導性繊維を有する。また、当該樹脂多孔膜は、ポリオレフィン微多孔膜、不織布、紙等であってもよく、好ましくはポリオレフィン微多孔膜である。多孔質ポリオレフィン層としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはこれらの複合膜などを利用することができる。なお、電池特性への影響を考慮すると、第一層４３１の厚みは５〜３０μｍ程度であるのが好ましい。
第二層４３２は、第一層４３１上に配置される、第一層４３１とは材質が異なる層である。本実施の形態では、第二層４３２は、第一層４３１上に塗工された耐熱塗工層である。ここで、耐熱塗工層とは、例えば、無機粒子からなる無機フィラーまたは耐熱性樹脂などの耐熱粒子を含んだ層である。
具体的には、上記の無機粒子は、下記のうちの一つ以上の無機物の単独もしくは混合体もしくは複合化合物からなる。例えば、酸化鉄、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ２、ＺｒＯ、アルミナ−シリカ複合酸化物などの酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物微粒子、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、硫酸バリウムなどの難溶性のイオン結晶微粒子、シリコン、ダイヤモンドなどの共有結合性結晶微粒子、タルク、モンモリロナイトなどの粘土微粒子、ベーマイト、ゼオライト、アパタイト、カオリン、ムライト、スピネル、オリビン、セリサイト、ベントナイト、マイカなどの鉱物資源由来物質あるいはそれらの人造物などが上記の無機物として挙げられる。また、上記の無機物は、ＳｎＯ２、スズ−インジウム酸化物（ＩＴＯ）などの酸化物微粒子、カーボンブラック、グラファイトなどの炭素質微粒子などの導電性微粒子の表面を、電気絶縁性を有する材料（例えば、上記の電気絶縁性の無機粒子を構成する材料）で表面処理することで、電気絶縁性を持たせた微粒子であってもよい。
そして、本実施の形態では、第二層４３２は、少なくとも端部に熱可塑性樹脂を含んでいる。詳細については後述する。
なお、第一層４３１と第二層４３２とは、互いに材質が異なるものであればよく、上記の材質等には限定されない。
第二セパレータ４４０は、負極板４２０上に配置されるセパレータであり、第一層４４１と第二層４４２とを備えている。ここで、第二セパレータ４４０は、第一セパレータ４３０と同様の構成を有する。つまり、第一層４４１は、第一層４３１と同様の材質等を有し、第二層４４２は、第二層４３２と同様の材質等を有する。
そして、正極板４１０、第一セパレータ４３０、負極板４２０及び第二セパレータ４４０が、ともに長手方向（同図に示すＸ軸方向）に捲回され複数層積層されることで、図１に示す電極体４００が形成される。これにより、第二セパレータ４４０についても、正極板４１０と負極板４２０との間に配置されることになる。
次に、第一セパレータ４３０の詳細な構成について、説明する。なお、第二セパレータ４４０についても第一セパレータ４３０と同様の構成を有するため、第二セパレータ４４０の詳細な構成についての説明は省略する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施の形態に係る第一セパレータ４３０の構成を説明するための図である。具体的には、図３Ａは、図２に示された電極体４００ａのうち第一セパレータ４３０のみを示した図である。また、図３Ｂは、図３ＡにおけるＡ−Ａ断面で第一セパレータ４３０を切断した場合の第一セパレータ４３０の断面を示す図である。
まず、これらの図に示すように、第一層４３１は、両端に第一層端部４３１ａ及び４３１ｂを有し、中央に第一層中央部４３１ｃを有している。また、第二層４３２は、両端に第二層端部４３２ａ及び４３２ｂを有し、中央に第二層中央部４３２ｃを有している。
そして、第一層４３１の一方の端部である第一層端部４３１ａと、第二層４３２の一方の端部である第二層端部４３２ａとは、接合され、第一セパレータ４３０の一方の端部であるセパレータ端部４３０ａを形成している。
また、第一層４３１の他方の端部である第一層端部４３１ｂと、第二層４３２の他方の端部である第二層端部４３２ｂとは、接合され、第一セパレータ４３０の他方の端部であるセパレータ端部４３０ｂを形成している。
具体的には、第一層４３１と第二層４３２との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高くなっている。つまり、第一層端部４３１ａと第二層端部４３２ａとの剥離強度は、第一層中央部４３１ｃと第二層中央部４３２ｃとの剥離強度よりも高くなっている。また、第一層端部４３１ｂと第二層端部４３２ｂとの剥離強度は、第一層中央部４３１ｃと第二層中央部４３２ｃとの剥離強度よりも高くなっている。
また、第一層４３１と第二層４３２との端部は、正極の正極活物質層と負極の負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている。つまり、第一層端部４３１ａと第二層端部４３２ａとは、当該正極活物質層と当該負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている。また、第一層端部４３１ｂと第二層端部４３２ｂとは、当該正極活物質層と当該負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている。
ここで、第一層４３１と第二層４３２との端部の接合方法について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る第一層４３１と第二層４３２との端部の接合方法を説明するための図である。
同図に示すように、第一層４３１と第二層４３２との両端部は、熱プレス処理により熱溶着され、第一セパレータ４３０の両端部が形成される。
具体的には、保持用ロール５１０の上に第一層４３１と第二層４３２とが配置され、第一層４３１と第二層４３２とがともに同図に示すＸ軸方向に流れながら、熱プレスロール５２１及び５２２によって第一層４３１と第二層４３２との両端部が熱プレスされる。
ここで、第一層４３１及び第二層４３２は、少なくとも両端部である第一層端部４３１ａ、４３１ｂ及び第二層端部４３２ａ、４３２ｂに熱可塑性樹脂を含んでいる。
具体的には、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっている。つまり、第一層端部４３１ａまたは４３１ｂは、第一層中央部４３１ｃよりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっており、第二層端部４３２ａまたは４３２ｂは、第二層中央部４３２ｃよりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっている。
そして、第一層端部４３１ａと第二層端部４３２ａとが保持用ロール５１０と熱プレスロール５２１とに挟まれることで熱溶着されるとともに、第一層端部４３１ｂと第二層端部４３２ｂとが保持用ロール５１０と熱プレスロール５２２とに挟まれることで熱溶着される。
これにより、図３Ｂに示すように、第一層４３１及び第二層４３２は、端部の方が中央部よりも厚みが薄くなる。つまり、第一層端部４３１ａ及び４３１ｂは、第一層中央部４３１ｃよりも厚みが薄い。また、第二層端部４３２ａ及び４３２ｂは、第二層中央部４３２ｃよりも厚みが薄い。
以上のようにして、第一層４３１と第二層４３２との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高くなる。
ここで、第一層端部４３１ａ、第一層端部４３１ｂ、第二層端部４３２ａ、第二層端部４３２ｂは、同図に示すＹ軸方向の長さが、２ｍｍ以上であるのが好ましい。当該長さが２ｍｍ以上であれば、仮に端部の一部に亀裂等が生じた場合であっても、層の剥離を確実に抑制することができる。
また、当該端部の厚みは、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ）加工による断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより測定できる。また、当該端部の剥離強度が高いことは、ＪＩＳ−Ｋ６８５４−２に定められている１８０°ピール試験を用いたピール強度を測定することで判断することができる。
ピール強度を測定する際は、幅１５ｍｍのメンディングテープを用い、１０ｃｍ／ｍｉｎの剥離速度で０．１ｓ刻みにてデータを取得する。中央部の剥離強度を測定する際は、中央部にメンディングテープを貼り、３０ｓ以上連続して剥離試験を行う。剥離開始後１５ｓ目から３０ｓ目の剥離強度の平均値を算出することで、当該中央部の剥離強度を測定することができる。１０ｃｍ／ｍｉｎの剥離速度で３０ｓ以上の剥離試験を行うことを考慮して、６ｃｍ以上の連続した試料を用いるのが好ましい。端部の剥離強度を測定する際は、予め試料（第一セパレータ４３０または第二セパレータ４４０）の外側に離型剤を用意してピール強度の観測値が小さくなるようにする。そして、試料の端部以外の部分から当該端部に向かってピール剥離試験を行う。剥離開始後、当該端部に相当する範囲（例えば、端部が２ｍｍで剥離速度が１０ｃｍ／ｍｉｎの場合、その間の測定時間は１．２ｓである。）のうち、測定開始点と測定終了点を除いた測定値を平均することで、当該端部の剥離強度を測定することができる。
なお、第一層４３１及び第二層４３２の両方とも端部の厚みが薄くなる構成には限定されず、第一層４３１または第二層４３２のいずれか一方のみの端部の厚みが薄くなる構成でもかまわない。
次に、正極板４１０と負極板４２０と第一セパレータ４３０との位置関係について、説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係る正極板４１０と負極板４２０と第一セパレータ４３０との位置関係を示す図である。
同図に示すように、第一セパレータ４３０の端部は、第一セパレータ４３０が正極または負極と接触する領域の外側に配置されている。
具体的には、第一層４３１は正極板４１０の上方に配置され、第一層端部４３１ａ及び第一層端部４３１ｂは、第一層４３１が正極板４１０と接触する領域の外側（同図に示すＹ軸方向の外側）に配置されている。
また、第二層４３２は負極板４２０の下方に配置され、第二層端部４３２ａ及び第二層端部４３２ｂは、第二層４３２が負極板４２０と接触する領域の外側（同図に示すＹ軸方向の外側）に配置されている。
以上のように、本発明の実施の形態に係る第一セパレータ４３０によれば、第一層４３１と第二層４３２との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高い。ここで、複数の層を有する第一セパレータ４３０において、層の剥がれが懸念されるのは、第一セパレータ４３０の端部である。つまり、当該端部は、正極板４１０と負極板４２０と第一セパレータ４３０とを積層した際に、正極板４１０または負極板４２０と接触しないことにより巻き締めによる支持応力がかからない。その上、当該端部は、断面が露出しているため、蓄電素子１０の組み立て時における応力、蓄電素子１０の使用時における振動、電極体４００の膨張収縮、電解液の衝突などによる影響を受けやすい。このため、当該端部は剥がれが起こりやすく、当該端部が起点となって、層の剥がれが開始する。これらのことから、第一セパレータ４３０の端部の剥離強度を高くすることで、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、第一層端部４３１ａ及び第一層端部４３１ｂ、第二層端部４３２ａ及び第二層端部４３２ｂは、正極板４１０または負極板４２０と接触しないことにより、正極活物質層と負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている。当該端部は、熱プレス処理等により剥離強度を高くした結果、第一層４３１または第二層４３２の細孔が減少する場合がある。第一層４３１または第二層４３２の細孔が減少すると、イオン透過性が減少し、蓄電素子１０の性能を劣化させる可能性がある。しかし、当該端部は、正極活物質層と負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されているため、イオン透過性が減少する影響をほとんど受けず、蓄電素子１０の性能の劣化を抑制することができる。
また、第一セパレータ４３０の第一層４３１と第二層４３２とは、熱可塑性樹脂を含む。このため、熱可塑性樹脂によって第一層４３１と第二層４３２とを溶着することで、層の剥がれを抑制することができる。
また、第一セパレータ４３０の第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多い。これにより、熱可塑性樹脂によって第一層４３１と第二層４３２とを溶着する際に、当該端部での剥離強度を高くすることができるため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、第一セパレータ４３０の第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも厚みが薄い。当該端部をプレス処理すると当該端部の厚みが薄くなる際に、第二層４３２に含まれる耐熱粒子やバインダーが第一層４３１の細孔内に入り込むことにより、当該端部での剥離強度を高くすることができる。このため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、第一セパレータ４３０の端部は、第一セパレータ４３０が正極板４１０または負極板４２０と接触する領域の外側の部分である。つまり、正極板４１０または負極板４２０と接触しないことにより巻き締めによる支持応力がかからない部分から層の剥がれが起こるため、当該部分を端部として剥離強度を高くすることで、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、第一セパレータ４３０の第一層４３１と第二層４３２との端部は、熱プレス処理により熱溶着されている。これにより、熱プレス処理によって端部を熱溶着することで、当該端部での剥離強度を高くすることができるため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
また、第一セパレータ４３０は、基材層上に耐熱塗工層が配置された構成であり、基材層から耐熱塗工層が剥離するのを抑制することができる。
（変形例１）
次に、本実施の形態の変形例１について説明する。上記実施の形態では、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多いこととした。しかし、本変形例１では、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでいる。
次に、本実施の形態の変形例１について説明する。上記実施の形態では、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多いこととした。しかし、本変形例１では、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでいる。
具体的には、第一層端部４３１ａまたは４３１ｂは、第一層中央部４３１ｃよりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでおり、第二層端部４３２ａまたは４３２ｂは、第二層中央部４３２ｃよりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでいる。
ここで、熱溶着性が高い熱可塑性樹脂とは、熱を加えて溶着させた場合に剥離強度が高くなる熱可塑性樹脂である。例えば、中央部にポリプロピレンを含んでいる場合に、端部にポリプロピレンよりも低融点のポリエチレンなどを含ませることで、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高くなる。
なお、その他の構成については、上記実施の形態における構成と同様であるため、説明は省略する。
以上のように、本発明の実施の形態の変形例１に係る第一セパレータ４３０によれば、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含む。これにより、熱可塑性樹脂によって第一層４３１と第二層４３２とを溶着する際に、当該端部での剥離強度を高くすることができるため、当該端部での剥がれを起きにくくし、層の剥がれを抑制することができる。
（変形例２）
次に、本実施の形態の変形例２について説明する。上記実施の形態では、第一層４３１と第二層４３２との両端部の剥離強度が、中央部の剥離強度よりも高いこととした。しかし、本変形例２では、第一層４３１と第二層４３２とのいずれか一方の端部の剥離強度のみが中央部の剥離強度よりも高い。
次に、本実施の形態の変形例２について説明する。上記実施の形態では、第一層４３１と第二層４３２との両端部の剥離強度が、中央部の剥離強度よりも高いこととした。しかし、本変形例２では、第一層４３１と第二層４３２とのいずれか一方の端部の剥離強度のみが中央部の剥離強度よりも高い。
図６は、本発明の実施の形態の変形例２に係る第一セパレータ４５０の構成を説明するための図である。
同図に示すように、第一セパレータ４５０は、上記実施の形態の第一セパレータ４３０と同様に、第一層４５１及び第二層４５２を備えている。そして、第一層４５１と第二層４５２とのいずれか一方の端部（同図では、第一層端部４５１ａ、第二層端部４５２ａ）の剥離強度のみが中央部の剥離強度よりも高い。
つまり、上記実施の形態では、第一層４３１または第二層４３２は、両端部が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多いこととしたが、本変形例２では、第一層４５１または第二層４５２は、いずれか一方の端部のみが中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多い。
また、上記実施の形態では、第一層４３１または第二層４３２は、両端部が中央部よりも厚みが薄いこととしたが、本変形例２では、第一層４５１または第二層４５２は、いずれか一方の端部のみが中央部よりも厚みが薄い。
また、上記実施の形態では、第一層４３１と第二層４３２との両端部は、熱プレス処理により溶着されていることとしたが、本変形例２では、第一層４５１と第二層４５２とのいずれか一方の端部のみが、熱プレス処理により溶着されている。
また、本変形例２では、第一層端部４５１ａ及び第二層端部４５２ａは、セパレータ４５０が正極板４１０または負極板４２０と接触する領域の外側に配置されている。
また、上記実施の形態の変形例１では、第一層４３１または第二層４３２は、両端部が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含むこととしたが、本変形例２では、第一層４５１または第二層４５２が、いずれか一方の端部のみが中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含むことにしてもよい。
（変形例３）
次に、本実施の形態の変形例３について説明する。上記実施の形態では、第一層４３１と第二層４３２との端部とは、図３Ａに示す第一セパレータ４３０の長手方向（同図のＸ軸方向）の端部であるセパレータ端部４３０ａ、４３０ｂであることとした。しかし、本変形例３では、第一セパレータの短手方向の端部を、第一層と第二層との端部であることにする。
次に、本実施の形態の変形例３について説明する。上記実施の形態では、第一層４３１と第二層４３２との端部とは、図３Ａに示す第一セパレータ４３０の長手方向（同図のＸ軸方向）の端部であるセパレータ端部４３０ａ、４３０ｂであることとした。しかし、本変形例３では、第一セパレータの短手方向の端部を、第一層と第二層との端部であることにする。
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の実施の形態の変形例３に係る第一セパレータ４６０の構成を説明するための図である。具体的には、図７Ａは、第一セパレータ４６０を示す図であり、図７Ｂは、図７ＡにおけるＢ−Ｂ断面で第一セパレータ４６０を切断した場合の第一セパレータ４６０の断面を示す図である。
これらの図に示すように、第一セパレータ４６０は、短手方向（同図のＸ軸方向）の端部であるセパレータ端部４６０ａ、４６０ｂを有している。つまり、セパレータ端部４６０ａ、４６０ｂは、第一セパレータ４６０を捲回する際の巻き始めまたは巻き終わり部分である。
また、上記実施の形態と同様に、第一セパレータ４６０は、第一層４６１と第二層４６２とを備えている。そして、セパレータ端部４６０ａは、第一層４６１の第一層端部４６１ａと第二層４６２の第二層端部４６２ａとから形成され、セパレータ端部４６０ｂは、第一層４６１の第一層端部４６１ｂと第二層４６２の第二層端部４６２ｂとから形成されている。
そして、上記実施の形態と同様に、第一層４６１と第二層４６２との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高くなっている。つまり、第一層端部４６１ａと第二層端部４６２ａとの剥離強度は、第一層４６１の第一層中央部４６１ｃと第二層４６２の第二層中央部４６２ｃとの剥離強度よりも高くなっている。また、第一層端部４６１ｂと第二層端部４６２ｂとの剥離強度は、第一層中央部４６１ｃと第二層中央部４６２ｃとの剥離強度よりも高くなっている。
また、第一層４６１または第二層４６２は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっている。つまり、第一層端部４６１ａまたは４６１ｂは、第一層中央部４６１ｃよりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっており、第二層端部４６２ａまたは４６２ｂは、第二層中央部４６２ｃよりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっている。
また、第一層４６１及び第二層４６２は、端部の方が中央部よりも厚みが薄くなる。つまり、第一層端部４６１ａ及び４６１ｂは、第一層中央部４６１ｃよりも厚みが薄い。また、第二層端部４６２ａ及び４６２ｂは、第二層中央部４６２ｃよりも厚みが薄い。
また、第一セパレータ４６０の端部は、第一セパレータ４６０が正極または負極と接触する領域の外側に配置されている。つまり、第一層端部４６１ａ及び第一層端部４６１ｂは、第一層４６１が正極板４１０と接触する領域の外側（同図に示すＸ軸方向の外側）に配置され、第二層端部４６２ａ及び第二層端部４６２ｂは、第二層４６２が負極板４２０と接触する領域の外側（同図に示すＸ軸方向の外側）に配置されている。
また、第一層４６１と第二層４６２との両端部は、熱プレス処理により溶着され、第一セパレータ４６０の両端部が形成される。
なお、上記実施の形態の変形例１と同様に、第一層４６１または第二層４６２は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでいることにしてもよい。つまり、第一層端部４６１ａまたは４６１ｂは、第一層中央部４６１ｃよりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでおり、第二層端部４６２ａまたは４６２ｂは、第二層中央部４６２ｃよりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含んでいることにしてもよい。
また、上記実施の形態の変形例２と同様に、第一層４６１と第二層４６２との両端部が上記構成を有するのではなく、いずれか一方の端部のみが上記構成を有していることにしてもよい。
以上、本発明の実施の形態及びその変形例に係る第一セパレータについて説明したが、本発明は、この実施の形態及びその変形例に限定されるものではない。
つまり、今回開示された実施の形態及びその変形例は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施の形態及びその変形例では、第一層４３１及び第二層４３２は熱可塑性樹脂を含んでいることとしたが、第一層４３１及び第二層４３２は、熱可塑性樹脂を含んでいなくともよい。この場合、熱溶着ではなく圧着や接着剤で接着するなどによって、第一層４３１と第二層４３２との端部が中央部の剥離強度よりも高くなるように接合を行うことで、本発明を実現することができる。また、第二層４３２が耐熱塗工層の場合、第一層４３１に耐熱粒子を塗工する際に用いる接合剤を、端部が中央部よりも多くなるように調整することで、端部の剥離強度を中央部の剥離強度よりも高くすることができる。
また、上記実施の形態及びその変形例では、第一層４３１または第二層４３２は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多くなっていることとしたが、第一層４３１と第二層４３２との端部が中央部の剥離強度よりも高くなるのであれば、当該端部の熱可塑性樹脂の含有量は限定されない。
また、上記実施の形態及びその変形例では、第一層４３１及び第二層４３２は、端部の方が中央部よりも厚みが薄いこととしたが、第一層４３１と第二層４３２との端部が中央部の剥離強度よりも高くなるのであれば、当該端部の厚みは限定されない。つまり、図４に示したような第一セパレータ４３０の端部への熱プレスではなく、第一セパレータ４３０を全体的に熱プレスする構成などでもかまわない。
また、本発明は、このような第一セパレータ４３０として実現することができるだけでなく、第一セパレータ４３０を備える蓄電素子１０として実現することもできる。
本発明は、複数の層を有するセパレータにおいて、層の剥がれを抑制することができるセパレータ等に適用できる。
１０ 蓄電素子
１００ 容器
１１０ ふた板
１２０ 正極集電体
１３０ 負極集電体
２００ 正極端子
３００ 負極端子
４００、４００ａ 電極体
４１０ 正極板
４２０ 負極板
４３０、４５０、４６０ 第一セパレータ
４３０ａ、４３０ｂ、４６０ａ、４６０ｂ セパレータ端部
４３１、４５１、４６１ 第一層
４３１ａ、４３１ｂ、４５１ａ、４６１ａ、４６１ｂ 第一層端部
４３１ｃ、４６１ｃ 第一層中央部
４３２、４５２、４６２ 第二層
４３２ａ、４３２ｂ、４５２ａ、４６２ａ、４６２ｂ 第二層端部
４３２ｃ、４６２ｃ 第二層中央部
４４０ 第二セパレータ
４４１ 第一層
４４２ 第二層
５１０ 保持用ロール
５２１、５２２ 熱プレスロール
１００ 容器
１１０ ふた板
１２０ 正極集電体
１３０ 負極集電体
２００ 正極端子
３００ 負極端子
４００、４００ａ 電極体
４１０ 正極板
４２０ 負極板
４３０、４５０、４６０ 第一セパレータ
４３０ａ、４３０ｂ、４６０ａ、４６０ｂ セパレータ端部
４３１、４５１、４６１ 第一層
４３１ａ、４３１ｂ、４５１ａ、４６１ａ、４６１ｂ 第一層端部
４３１ｃ、４６１ｃ 第一層中央部
４３２、４５２、４６２ 第二層
４３２ａ、４３２ｂ、４５２ａ、４６２ａ、４６２ｂ 第二層端部
４３２ｃ、４６２ｃ 第二層中央部
４４０ 第二セパレータ
４４１ 第一層
４４２ 第二層
５１０ 保持用ロール
５２１、５２２ 熱プレスロール
Claims (10)
- 正極と負極との間に配置され、前記正極及び前記負極とともに複数層積層されるセパレータであって、
第一層と、
前記第一層上に配置される、前記第一層と材質が異なる第二層とを備え、
前記第一層と前記第二層との端部の剥離強度は、中央部の剥離強度よりも高い
セパレータ。 - 前記第一層と前記第二層とは、熱可塑性樹脂を含む
請求項１に記載のセパレータ。 - 前記第一層または前記第二層は、端部の方が中央部よりも熱可塑性樹脂の含有量が多い
請求項２に記載のセパレータ。 - 前記第一層または前記第二層は、端部の方が中央部よりも熱溶着性が高い熱可塑性樹脂を含む
請求項２に記載のセパレータ。 - 前記第一層または前記第二層は、端部の方が中央部よりも厚みが薄い
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセパレータ。 - 前記端部は、前記セパレータが前記正極または前記負極と接触する領域の外側に配置されている
請求項１〜５のいずれか１項に記載のセパレータ。 - 前記第一層と前記第二層との端部は、熱溶着されている
請求項１〜６のいずれか１項に記載のセパレータ。 - 前記第一層は、基材層であり、
前記第二層は、耐熱塗工層である
請求項１〜７のいずれか１項に記載のセパレータ。 - 前記正極は、正極活物質層を備え、
前記負極は、前記セパレータを挟んで前記正極活物質層に対向する負極活物質層を備え、
前記端部は、前記正極活物質層と前記負極活物質層とが対向する領域の外側に配置されている
請求項１〜８のいずれか１項に記載のセパレータ。 - 請求項１〜９のいずれか１項に記載のセパレータを備える蓄電素子。
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| JP2012072036A JP5962122B2 (ja) | 2012-03-27 | 2012-03-27 | セパレータ及び蓄電素子 |
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2012
- 2012-03-27 JP JP2012072036A patent/JP5962122B2/ja active Active
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| JP7402197B2 (ja) | 2021-05-18 | 2023-12-20 | プライムアースＥｖエナジー株式会社 | 二次電池の製造方法及び二次電池 |
Also Published As
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|---|---|
| JP5962122B2 (ja) | 2016-08-03 |
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