JP7403680B2 - バッテリーセパレータ、バッテリーセパレータのための準備方法、バッテリー、および端末 - Google Patents

バッテリーセパレータ、バッテリーセパレータのための準備方法、バッテリー、および端末 Download PDF

Info

Publication number
JP7403680B2
JP7403680B2 JP2022552702A JP2022552702A JP7403680B2 JP 7403680 B2 JP7403680 B2 JP 7403680B2 JP 2022552702 A JP2022552702 A JP 2022552702A JP 2022552702 A JP2022552702 A JP 2022552702A JP 7403680 B2 JP7403680 B2 JP 7403680B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
separator
crystallinity
battery
polyolefin
coating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022552702A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023516348A (ja
Inventor
新枝 ▲張▼
耀明 ▲ドン▼
云雷 高
▲東▼方 ▲陽▼
凡 徐
封超 ▲謝▼
政杰 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Publication of JP2023516348A publication Critical patent/JP2023516348A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7403680B2 publication Critical patent/JP7403680B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H01M50/406—Moulding; Embossing; Cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/417—Polyolefins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/247—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for portable devices, e.g. mobile phones, computers, hand tools or pacemakers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/451—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising layers of only organic material and layers containing inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/494—Tensile strength
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

本出願は、リチウムイオンバッテリー技術の分野に関し、特に、バッテリーセパレータ、バッテリーセパレータのための準備方法、バッテリー、および端末に関する。
本出願は、２０２０年３月４日に中国国家知的財産権局に出願され、「ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＥＰＡＲＡＴＯＲ，ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＢＡＴＴＥＲＹ ＳＥＰＡＲＡＴＯＲ，ＢＡＴＴＥＲＹ，ＡＮＤ ＴＥＲＭＩＮＡＬ」と題された中国特許出願第２０２０１０１４６３１２９号の優先権を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
現在、リチウムイオンバッテリーは、市販されており、広く使用されている二次電源である。リチウムイオンバッテリーにおいて、セパレータは、正極と負極との間にある多孔質で電気化学的に不活性な媒体であり、セパレータは、電気化学反応には関与しないが、バッテリーセルの安全性にとって重要である。現在、一般に使用されているポリオレフィンセパレータは、不十分な延性を有しており、結果的に、バッテリーセルが機械的に酷使される場合、セパレータは簡単にパンクチャされ、セパレータが壊れている位置において正極と負極との間に短絡点が形成される。結果的に、バッテリーセルは、熱暴走が理由で故障し、潜在的な安全性の危険をもたらす。
本出願の実施形態は、バッテリーセパレータを開示する。バッテリーセパレータは、高い伸び率を特徴としており、その結果、バッテリーセルが機械的に酷使される場合に、セパレータ破損のリスクが低減されることが可能である。また、セパレータは、孔を閉鎖する温度が低く、その結果、バッテリーセルが熱濫用されている場合、セパレータ孔は前もって閉鎖されて、バッテリーセルの安全性を改善することができる。
本出願の実施形態の第１の態様は、ポリオレフィン系多孔質セパレータを含むバッテリーセパレータを開示する。ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ポリエチレン樹脂を含む。ＭＤ方向（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、機械方向、すなわち、長手方向または長さ方向）におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１２０％よりも大きく、ＴＤ方向（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、機械方向に対して垂直、すなわち、横断方向または幅方向）における伸び率は、１２０％よりも大きい。ポリオレフィン系多孔質セパレータの場合、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、６５％未満であり、２回目の温度上昇時の結晶化度は、５５％未満である。
本出願のこの実装において、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１８％未満である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの孔を閉鎖する温度は、１４０℃以下である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータのセパレータを破損する温度は、１５０℃以上である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータを準備するためのポリエチレン樹脂原料は、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレン樹脂を含む。低い結晶化度を有するポリエチレン原料の選択は、伸び率をさらに改善し、孔を閉鎖する温度を低下させ得る。この実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの孔を閉鎖する温度は、１３８℃以下であり得る。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、耐熱樹脂をさらに含み、耐熱樹脂の融点は、ポリエチレン樹脂の融点よりも高い。耐熱樹脂の導入は、セパレータを破損する温度を効果的に上昇させ得る。この実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータのセパレータを破損する温度は、１６０℃以上であり得る。
本出願のこの実装において、耐熱樹脂は、ポリプロピレン、ポリ１－ブテン、ポリ１－ペンテン、ポリ１－ヘキセン、ポリ４－メチル－１－ペンテン、ポリ１－オクテン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、およびポリテトラフルオロエチレンのうちの１つまたは複数を含む。
本出願のこの実装において、示差走査熱量計を使用することによって、初回の温度上昇時の結晶化度および２回目の温度上昇時の結晶化度を測定するための試験方法は、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、初回については毎分１０℃の速度でポリエチレンの融点を超えて加熱され、保温が３分間行われて、ポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度が取得される。次いで、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、毎分１０℃の速度で４０℃以下の温度に冷却され、保温が３分間行われる。ポリオレフィン系多孔質セパレータは、２回目については毎分１０℃の速度でポリエチレンの融点を超えて再び加熱されて、ポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度が取得される。ポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、標準的なポリエチレン溶融エンタルピーによって初回の温度上昇の処理において測定されるポリエチレン溶融エンタルピーを分割することによって取得される。ポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度は、標準的なポリエチレン溶融エンタルピーによって２回目の温度上昇の処理において測定されるポリエチレン溶融エンタルピーを分割することによって取得される。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータにおいて、ポリエチレン樹脂の質量割合は７０％以上である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、単層構造または多層構造である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの厚さは、１μｍから１４μｍである。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの空隙率は、２０％から６０％である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの通気性値は、５０秒／１００ｃｃ以上である。
本出願のこの実装において、バッテリーセパレータは、ポリオレフィン系多孔質セパレータの片側または両側の表面上に配設されるセパレータコーティング層をさらに含む。
本出願のこの実装において、セパレータコーティング層は、有機コーティング層、無機コーティング層、および／または有機－無機複合コーティング層を含む。
本出願のこの実装において、無機コーティング層は、セラミックコーティング層を含み、セラミックコーティング層の材料は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化カルシウム、酸化トリウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、ボエーマイト、アパタイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素、グラファイト、グラフェン、ならびにメソポーラスモレキュラーシーブ（例えば、ＭＣＭ－４１およびＳＢＡ－１５）のうちの１つまたは複数から選択される。
本出願のこの実装において、有機コーティング層は、油性ポリフッ化ビニリデンコーティング層、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体コーティング層、ポリスチレンコーティング層、アラミドコーティング層、ポリアクリレートコーティング層またはポリアクリレート変性コーティング層、ポリエステルコーティング層、ポリアリルエステルコーティング層、ポリアクリロニトリルコーティング層、芳香族ポリアミドコーティング層、ポリイミドコーティング層、ポリエーテルスルホンコーティング層、ポリスルホンコーティング層、ポリエーテルエーテルケトンコーティング層、ポリエーテルイミドコーティング層、およびポリベンゾイミダゾールコーティング層のうちの１つまたは複数から選択される。
本出願のこの実装において、セパレータコーティング層の厚さは、０．５μｍから１０μｍである。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、湿式法を使用することによって製造される。
本出願の実施形態の第２の態様は、バッテリーセパレータのための準備方法であって、
ポリオレフィン樹脂原料と溶媒とを混合して混合液を取得するステップであって、ポリオレフィン樹脂原料は、ポリエチレン樹脂原料を含み、ポリエチレン樹脂原料が共に混合された後に測定される結晶化度は、５５％未満である、ステップと、
混合液を押し出し、混合液を冷却し、シートへと成型するステップと、
シートの初回の延伸、抽出、および乾燥の後に多孔質膜を形成するステップと、
多孔質膜の２回目の延伸および熱固定の後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータを取得し、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、ポリオレフィン樹脂原料を使用することによって準備される処理手順において、ポリオレフィン樹脂原料から完成したベースセパレータへの結晶化度における増加が１２％未満になるように、取得されたポリオレフィン系多孔質セパレータに対して示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度が６５％未満になるように、かつ、取得されたポリオレフィン系多孔質セパレータに対して示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度が５５％未満になるように制御するステップと
を含む、バッテリーセパレータのための準備方法を提供する。
本出願のこの実装において、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１８％未満である。
本出願のこの実装において、ポリエチレン樹脂原料において、ポリエチレン樹脂原料は、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレン樹脂を含む。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン樹脂原料は、耐熱樹脂をさらに含み、耐熱樹脂の融点は、ポリエチレン樹脂の融点よりも高い。
本出願のこの実装において、初回の延伸は、２つの方向、すなわち、ＭＤおよびＴＤにおける延伸を含み、ＭＤ×ＴＤの総延伸倍率は、３６以下である。
本出願のこの実装において、ＭＤにおける一方向の延伸倍率は６以下であり、ＴＤにおける一方向の延伸倍率は６以下である。
本出願のこの実装において、初回の延伸の延伸温度は、１０５℃から１３５℃であり、ＭＤまたはＴＤにおける一方向の延伸速度は、毎秒２％から７０％である。
本出願のこの実装において、２回目の延伸は、２つの延伸方向、すなわち、ＭＤおよびＴＤを含み、ＭＤにおける一方向の延伸倍率は、１から２であり、ＴＤにおける一方向の延伸倍率は、１から２である。
本出願のこの実装において、混合液を押し出し、混合液を冷却し、シートへと成型する動作において、冷却速度は、毎分６０℃よりも大きい。
本出願の実施形態の第３の態様は、正極と、負極と、正極と負極との間に位置するセパレータおよび電解質とを含むバッテリーを提供する。セパレータは、本出願の実施形態の第１の態様において説明されているバッテリーセパレータを含む。
本出願のこの実装において、バッテリーは、リチウムイオンバッテリーを含む。
本出願の一実施形態は、ハウジングと、ハウジング内に収容される表示モジュールと、電子部品モジュールと、バッテリーとを含む端末をさらに提供する。バッテリーは、表示モジュールおよび電子部品モジュールに電力を供給し、バッテリーは、本出願の実施形態の第３の態様において説明されているバッテリーを含む。
本出願の実施形態において提供されるバッテリーセパレータは、高い伸び率を有し、その結果、バッテリーセルが機械的に酷使される場合、セパレータがパンクチャされるリスクが低減されることが可能であり、正極および負極が短絡する確率が低減されることが可能であり、バッテリーセルの安全性が改善されることが可能である。また、セパレータの結晶化度は、比較的低くなるように制御され、その結果、セパレータは、孔を閉鎖する温度も比較的低く、バッテリーセルが熱濫用されている場合、イオンチャネルは、適時遮断されることが可能であり、それによって、バッテリーセルの安全性をさらに改善する。また、耐熱樹脂がさらに追加されており、その結果、セパレータの耐熱性が改善されることが可能であり、セパレータを破損する温度は上昇されることが可能であり、熱濫用の際のセパレータ破損のリスクが低減されることが可能である。また、ポリエチレン樹脂、または別の耐熱樹脂がドープされたポリエチレン樹脂が、セパレータに対して使用される。高い伸び率の特性は、セパレータ製造の従来の湿式処理を使用することによって達成されることが可能である。伸び率を改善するためにベースセパレータに対して２回目の処置が行われる必要はなく、面倒な処理は導入されない。したがって、コスト制御が容易になる。
本出願の一実施形態によるリチウムイオン二次バッテリーの構造の概略図である。 一般的な伸び率を有する既存のベースセパレータについての釘刺し実験の概略図である。 本出願の一実施形態によるポリオレフィン系多孔質セパレータについての釘刺し実験の概略図である。 本出願の一実施形態によるバッテリーセパレータを準備するための技術的な処理の概略図である。 本出願の一実施形態による端末の構造の概略図である。
以下は、本出願の実施形態における添付の図面を参照しつつ、本出願の実施形態を説明する。
図１に示されるように、リチウムイオン二次バッテリーのコア構成要素は、正極材料１０１、負極材料１０２、電解質１０３、セパレータ１０４、および対応する接続アクセサリおよび回路を含む。正極材料１０１および負極材料１０２は、エネルギーを蓄積および解放するために、リチウムイオンから分離され得る。電解質１０３は、正極と負極との間でリチウムイオンを伝達するための担体である。セパレータ１０４は、リチウム鉄に対して透過性があるが、電気を通さず、それによって、正極を負極から分離して短絡を防止する。セパレータの基本的な特性は、空隙率（これはイオンを伝達するためにチャネルを提供し得る）および電気的絶縁（これは漏電を防止する）である。セパレータのマルチ機能化は、セパレータを２つの部分、すなわち、ベースセパレータとセパレータコーティング層とに分割する。ベースセパレータは、セパレータの最も基本的な部分であり、バッテリーセルにおいて単独で使用されてよく、空隙率および電気的絶縁を主に提供する。セパレータコーティング層は、ベースセパレータに取り付けられ、付加的に追加される部分であり、耐熱性および高い接着性などの新たな機能を主に提供する。
本出願の一実施形態において提供されるバッテリーセパレータは、リチウムイオン二次バッテリーに適用され得、ポリオレフィン系多孔質セパレータを含む。ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ポリオレフィン樹脂を含み、ポリオレフィン樹脂は、ポリエチレン樹脂を含む。ＭＤ方向におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１２０％よりも大きく、ＴＤ方向におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１２０％よりも大きい。ポリオレフィン系多孔質セパレータの場合、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、６５％未満であり、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度は、５５％未満である。
本出願のこの実装において、示差走査熱量計を使用することによって初回の温度上昇時の結晶化度および２回目の温度上昇時の結晶化度を測定するための試験方法は、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、初回については毎分１０℃の速度でポリエチレンの融点を超えて加熱され、保温が３分間行われて、ポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度が取得される。次いで、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、毎分１０℃の速度で４０℃以下の温度に冷却され、保温が３分間行われる。ポリオレフィン系多孔質セパレータは、２回目については毎分１０℃の速度でポリエチレンの融点を超えて再び加熱されて、ポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度が取得される。ポリエチレンの融点を超えた温度は、２００℃であってよい。具体的には、ポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、標準的なポリエチレン溶融エンタルピーによって初回の温度上昇の処理において測定されるポリエチレン溶融エンタルピーを分割することによって取得される。ポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度は、標準的なポリエチレン溶融エンタルピーによって２回目の温度上昇の処理において測定されるポリエチレン溶融エンタルピーを分割することによって取得される。標準的なポリエチレン溶融エンタルピーは、１グラム当たり２９３Ｊで計算される。ポリオレフィン樹脂が、ポリエチレンの融点よりも高い融点を有する別の樹脂をさらに含む場合に、結晶化度が計算されるとき、ポリエチレンの結晶化度のみが計算されることが留意されるべきである。
本出願のこの実装において、ポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、ポリオレフィン系多孔質セパレータ上で初回の温度上昇および溶融を行うことによって測定され、ベースセパレータの結晶化度を表す結晶化度である。ポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度は、冷却後の２回目の温度上昇および溶融を通じて測定され、セパレータ原料におけるポリエチレン樹脂の結晶化度を表す結晶化度である。ベースセパレータが、複数のポリエチレン樹脂原料で作製されている場合、２回目の温度上昇時の結晶化度は、混合されている複数のポリエチレン樹脂原料についての試験値である。初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、ポリエチレン樹脂原料から完成したポリオレフィン系多孔質セパレータへの結晶化度における増加である。本出願の発明者は、ポリエチレン樹脂原料から完成したベースセパレータへの結晶化度における増加が１８％未満となるように制御され、すなわち、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は１８％未満となるように制御され、その結果、セパレータの伸び率が著しく改善され得ることを、実験を通じて発見している。結晶化度におけるより低い増加は、伸び率を改善する際により明らかな効果を示す。本出願のいくつかの実装形態において、結晶化度における増加は、１７％以下となるように制御され、すなわち、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１７％以下となるように制御される。いくつかの他の実装において、結晶化度における増加は、代替として、１６％以下となるように制御されてよく、または、結晶化度における増加は、代替として、１５％以下となるように制御されてよい。本出願のいくつかの実装形態において、結晶化度における増加は、１１％以下となるように制御され、すなわち、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１１％以下となるように制御される。本出願のいくつかの他の実装において、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１０％以下である。具体的には、例えば、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、または１％となるように制御される。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの場合、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、６０％未満であってよく、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度は、５０％未満である。具体的には、いくつかの実装例において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの場合、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、２０％から６０％であってよく、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度は、１０％から５０％である。より低い結晶化度は、より高い伸び率、および孔を閉鎖するより低い温度を取得するのに役立つ。
本出願のこの実施形態におけるバッテリーセパレータにおいて、結晶化度は、比較的低いレベルになるように制御され、セパレータの初回の温度上昇時の結晶化度とセパレータの２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差が１８％未満であること、すなわち、ポリエチレン樹脂原料に対して、完成したセパレータの結晶化度はわずかに増加することが確実にされる。結晶化度は、ポリマーにおける結晶化領域の割合を表す。低い結晶化度は、ベースセパレータに非晶領域が多いことを示す。これらの非晶領域は、外部応力の作用下で、より良好な延性を有し、すなわち、ベースセパレータの特性において、より高い伸び率を有する。セパレータの高い伸び率の特性は、バッテリーセルが機械的に酷使される場合に、セパレータ破損のリスクを低減し、バッテリーセルの安全性を改善することができる。また、ポリエチレン樹脂原料の結晶化度は比較的低く。したがって、ベースセパレータは、孔を閉鎖する比較的低い温度を取得することができ、その結果、バッテリーセルが熱濫用されている場合、セパレータ孔は、前もって閉鎖されて、バッテリーセルの安全性を改善することができる。
具体的には、セパレータの高い伸び率は、釘刺しおよび衝撃などの機械的な酷使試験において、バッテリーセルの合格率を改善し得る。例えば、一般的な伸び率を有するベースセパレータ１１に対して、図２Ａに示されるように、釘刺し試験が行われる場合、ベースセパレータ１１は、不十分な延性を有しており、結果的に、釘は、セパレータを非常に簡単に貫通し、セパレータが破損した位置において正極と負極との間に短絡点が形成される。結果的に、バッテリーセルは、熱暴走が理由で故障する。図２Ｂに示されるように、本出願のこの実施形態における、高い伸び率を有するベースセパレータ２１の場合、ベースセパレータ２１は、良好な延性を有しており、釘刺し試験が行われる場合、セパレータは、ある程度まで釘を包んで、セパレータ破損の確率および程度を低減し、正極と負極との間の短絡を防止し、釘刺し試験に合格し得る。
本出願のこの実装において、伸び率は、破損時の伸び率とも称され、破損時の伸び率は、特定の条件下で特定のサイズを有するセパレータに対して引張試験が行われ、セパレータがちょうど破損するまで引っ張られた場合の増加した長さが、セパレータの最初の長さによって除算されることを意味する。具体的には、伸び率は、セパレータが最初の長さに対して破損するまで引っ張られた場合の長さにおける増加の割合である。より高い伸び率は、セパレータを引っ張って破損させることがより困難であることを示し、より良好な延性を示す。本出願のいくつかの実装形態において、ＭＤ方向におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１５０％以上であり、ＴＤ方向におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１５０％以上であり得る。本出願のいくつかの特定の実装において、ＭＤ方向におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１６０％から３００％であってよく、ＴＤ方向におけるポリオレフィン系多孔質セパレータの伸び率は、１６０％から３００％であってよい。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの孔を閉鎖する温度は、１４０℃以下である。本出願のいくつかの実装形態において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの孔を閉鎖する温度は、１３８℃以下である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータのセパレータを破損する温度は、１５０℃以上である。本出願のいくつかの実装形態において、ポリオレフィン系多孔質セパレータのセパレータを破損する温度は、１６０℃以上であってよい。
本出願のこの実装においては、比較的低い結晶化度を有するポリエチレン樹脂原料が選択され、その結果、ベースセパレータの伸び率がさらに改善され得、セパレータの孔を閉鎖する温度が低減され得る。本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータを準備するためのポリエチレン樹脂原料は、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレン樹脂を含む。本出願の特定の実装において、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレンの質量含有率は、５％よりも大きくてよい。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータにおいて、ポリエチレンの質量割合は７０％以上である。比較的高いポリエチレン含有量は、ポリエチレンをセパレータの主要材料にし、その結果、ポリエチレンは、高い伸びの特性、および孔を閉鎖する低い温度を達成し、機械加工性を改善するために、より良好に使用されることが可能である。本出願のいくつかの特定の実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータにおいて、ポリエチレンの質量割合は、７０％、８０％、８５％、９０％、９５％等であってよい。
本出願の一実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ポリエチレンのみを含み、すなわち、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ポリエチレン樹脂によって形成される。ポリエチレン樹脂のタイプは限定されず、ポリエチレン樹脂は、超高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、および直鎖状低密度ポリエチレンのうちの少なくとも１つまたは複数であってよい。ポリエチレン樹脂の分子量は、特に限定されない。本出願のいくつかの実装形態において、ポリエチレン樹脂の分子量は、５万から５００万であってよい。本出願のいくつかの他の実装において、ポリエチレン樹脂の分子量は、１０万から２００万であってよい。この実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、単層構造または多層構造であってよく、多層構造は、具体的には、２つの層、３つの層等であってよい。ポリオレフィン系多孔質セパレータが多層構造である場合、異なる層の樹脂組成は、同じであり、または異なり得る。
本出願の別の実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、耐熱樹脂をさらに含み、すなわち、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ポリエチレン樹脂と耐熱樹脂とによって共同で形成される。耐熱樹脂の融点は、ポリエチレンの融点よりも高く、耐熱樹脂の関与は、セパレータの耐熱性を改善し、セパレータを破損する温度を増加させ得る。本出願のこの実装において、耐熱樹脂は、ポリプロピレン、ポリ１－ブテン、ポリ１－ペンテン、ポリ１－ヘキセン、ポリ４－メチル－１－ペンテン、ポリ１－オクテン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、およびポリテトラフルオロエチレンのうちの１つまたは複数であってよい。この実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、単層構造または多層構造であってよく、多層構造は、具体的には、２つの層、３つの層等であってよい。ポリオレフィン系多孔質セパレータが単層構造である場合、単層構造は、ポリエチレン樹脂と前述の１つまたは複数のタイプの耐熱樹脂とによって共同で形成される。ポリエチレン樹脂および耐熱樹脂は、ポリオレフィン系多孔質セパレータにおいて一様に分散される。ポリオレフィン系多孔質セパレータが多層構造である場合、異なる層の樹脂組成は、同じであり、または異なり得る。各膜の樹脂組成は、実際の製品要件に基づいて調整され得る。耐熱樹脂およびポリエチレン樹脂は、同じ層または異なる層に存在してよい。言いかえれば、耐熱樹脂は、ポリエチレン樹脂と混ぜ合わされて、単一の膜層を形成してよく、または、耐熱樹脂は、単一の膜層を単独で形成してよく、次いで、ポリエチレン樹脂の膜層に積層される。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの厚さは、１μｍから１４μｍである。本出願のいくつかの実装形態において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの厚さは、１μｍから１０μｍであってよい。本出願のいくつかの他の実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの厚さは、９μｍ、８μｍ、７μｍ、６μｍ、５μｍ、４μｍ、３μｍ、２μｍ、または１μｍであってよい。具体的には、ポリオレフィン系多孔質セパレータの厚さは、実際の要件に基づいて設定され得る。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの空隙率は、２０％から６０％である。適切な空隙率は、イオン透過のための効果的なチャネルを提供し得る。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの通気性値は、５０秒／１００ｃｃ以上である。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン系多孔質セパレータの多孔質孔のサイズは、２００ｎｍ未満であり得る。
本出願のこの実装において、バッテリーセパレータがより良好な機能特性を有することを可能にするために、バッテリーセパレータは、ポリオレフィン系多孔質セパレータの片側または両側の表面上に配設されるセパレータコーティング層をさらに含み得る。セパレータコーティング層は、有機コーティング層、無機コーティング層、および／または有機－無機複合コーティング層を含み得る。無機コーティング層は、セラミックコーティング層を含んでよく、セラミックコーティング層の材料は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化カルシウム、酸化トリウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、ボエーマイト、アパタイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素、グラファイト、グラフェン、ならびにメソポーラスモレキュラーシーブ（ＭＣＭ－４１およびＳＢＡ－１５）のうちの１つまたは複数から選択され得る。有機コーティング層は、油性ポリフッ化ビニリデンコーティング層、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体コーティング層、ポリスチレンコーティング層、アラミドコーティング層、ポリアクリレートコーティング層またはポリアクリレート変性コーティング層、ポリエステルコーティング層、ポリアリルエステルコーティング層、ポリアクリロニトリルコーティング層、芳香族ポリアミドコーティング層、ポリイミドコーティング層、ポリエーテルスルホンコーティング層、ポリスルホンコーティング層、ポリエーテルエーテルケトンコーティング層、ポリエーテルイミドコーティング層、およびポリベンゾイミダゾールコーティング層のうちの１つまたは複数であってよい。有機－無機複合コーティング層は、無機コーティング層材料と有機コーティング層材料とを混合することによって準備される。特定のコーティング層の選択は、実際の要件に基づいて設定され得る。本出願の特定の実装において、セパレータコーティング層は、セラミックコーティング層と、セラミックコーティング層上に配設される油性ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）コーティング層とを含む。セラミックは、高温耐性があり、セパレータの耐熱性を改善し得る。ポリフッ化ビニリデンは、特定の接着性能を有し、したがって、セパレータと正極膜および負極膜との間の接着力を改善し、バッテリーセルの強度を改善し、釘刺し試験におけるバッテリーセルの合格率をさらに改善し得る。もちろん、本出願のいくつかの他の実装において、油性ポリフッ化ビニリデンコーティング層は、代替として、ベースセパレータの表面に対して直接適用されてよい。本出願のこの実装において、セパレータコーティング層の厚さは、０．５μｍから１０μｍであってよい。
本出願のこの実施形態が実装され、その結果、バッテリーセルが機械的に酷使される場合に、セパレータがパンクチャされるリスクが低減されることが可能であり、正極および負極が短絡する確率が低減されることが可能であり、バッテリーセルの安全性が改善されることが可能である。また、セパレータの結晶化度は、比較的低くなるように制御され、その結果、セパレータは、孔を閉鎖する温度も比較的低く、バッテリーセルが熱濫用されている場合、イオンチャネルは、適時遮断されることが可能であり、それによって、バッテリーセルの安全性をさらに改善する。耐熱樹脂が追加されており、その結果、セパレータの耐熱性が改善されることが可能であり、セパレータを破損する温度は上昇されることが可能であり、熱濫用の際のセパレータ破損のリスクが低減されることが可能である。また、ポリエチレン樹脂、または別の耐熱樹脂がドープされたポリエチレン樹脂が、セパレータに対して使用される。高い伸び率の特性は、セパレータ製造の従来の湿式処理を使用することによって達成されることが可能である。伸び率を改善するためにベースセパレータに対して２回目の処置が行われる必要はなく、面倒な処理は導入されない。したがって、コスト制御が容易になる。
本出願において、熱濫用とは、熱（または高温）に関するバッテリーセルの濫用試験、例えば、（バッテリーセルが１３０℃以上の高温では焼成される）加熱試験を指す。機械的な酷使とは、外部の機械的応力に関するバッテリーセルの酷使試験、例えば、釘刺し試験および衝撃試験を指す。
図３に示されるように、本出願の一実施形態は、下記のステップを含む、前述のバッテリーセパレータのための準備方法をさらに提供する。
Ｓ１０１。ポリオレフィン樹脂原料と溶媒とを混合して混合液を取得し、ポリオレフィン樹脂原料は、ポリエチレン樹脂原料を含み、ポリエチレン樹脂原料が共に混合された後に測定された結晶化度は、５５％未満である。
Ｓ１０２。混合液を押し出し、混合液を冷却し、シートへと成型する。
Ｓ１０３。シートの初回の延伸、抽出、および乾燥の後に多孔質膜を形成する。
Ｓ１０４。多孔質膜の２回目の延伸および熱固定の後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータを取得し、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、ポリオレフィン樹脂原料を使用することによって準備される処理手順において、ポリオレフィン樹脂原料から完成したベースセパレータへの結晶化度における増加が１２％未満になるように、取得されたポリオレフィン系多孔質セパレータに対して示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度が６５％未満になるように、かつ、取得されたポリオレフィン系多孔質セパレータに対して示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度が５５％未満になるように制御する。
本出願のこの実装において、ベースセパレータが、ポリオレフィン樹脂原料を使用することによって準備される処理手順において、ポリオレフィンの結晶化度は変化する。処理手順において原料の結晶化度における増加は制御され、その結果、完成したセパレータの最終的な結晶化度は、比較的低いレベルになるように制御され得る。具体的には、ポリエチレン樹脂原料から完成したベースセパレータへの結晶化度における増加は、１８％未満となるように制御され、すなわち、初回の温度上昇時の結晶化度と２回目の温度上昇時の結晶化度との間の差は、１８％未満となるように制御され、その結果、セパレータの伸び率は著しく改善され得る。結晶化度におけるより低い増加は、伸び率を改善する際により明らかな効果を示す。本出願のいくつかの実装形態において、結晶化度における増加は、１１％以下となるように制御される。本出願のいくつかの他の実装において、結晶化度における増加は、１０％以下となるように制御される。具体的には、例えば、結晶化度における増加は、１７％、１６％、１５％、１４％、１３％、１２％、１１％、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、または１％となるように制御される。
本出願における準備方法において、前述の従来の湿式処理は、ポリオレフィン系セパレータを製造するために使用される。セパレータ原料の結晶化度は、選択を通じて制御され、完成したベースセパレータの結晶化度は、処理を通じて制御され、ポリエチレン樹脂のセパレータ原料から完成したベースセパレータへの結晶化度における増加は、１８％未満となるように制御され、したがって、高い伸び率を有し、孔を閉鎖する温度が低いベースセパレータが取得される。高い伸び率の特性は、バッテリーセルが機械的に酷使される場合に、ベースセパレータが良好な延性を有することを可能にし、バッテリーセルの短絡を抑制する効果を有し、それによって、バッテリーセルの安全性を改善する。孔を閉鎖する低い温度の特性は、バッテリーセルが熱濫用されている場合に、イオンチャネルが適時遮断されることを可能にし、それによって、バッテリーセルの安全性を改善する。
本出願のこの実装において、ステップＳ１０１において、ポリエチレン樹脂原料が最適化される場合、例えば、比較的低い結晶化度を有するポリエチレン樹脂原料が使用される場合、ベースセパレータの伸び率はさらに改善され得、セパレータの孔を閉鎖する温度が低減され得る。本出願のこの実装において、ポリエチレン樹脂原料は、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレン樹脂を含有する。具体的には、ポリエチレン樹脂原料は、１つまたは複数のポリエチレン樹脂を含み得る。複数のポリエチレン樹脂が含まれる場合、５０％未満の結晶化度を有する１つまたは複数のポリエチレン樹脂が含まれ得る。本出願のこの実装において、ポリエチレン樹脂原料において、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレンの質量含有率は、５％を超え得る。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン樹脂原料は、耐熱樹脂をさらに含んでよく、耐熱樹脂の融点は、ポリエチレンの融点よりも高い。耐熱樹脂は、ポリプロピレン、ポリ１－ブテン、ポリ１－ペンテン、ポリ１－ヘキセン、ポリ４－メチル－１－ペンテン、ポリ１－オクテン、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン、およびポリテトラフルオロエチレンのうちの１つまたは複数であってよい。
本出願のこの実装において、ポリオレフィン樹脂原料と溶媒とを混合して、混合液を取得する特定の動作は、ポリオレフィン樹脂原料と、高い沸点を有する溶媒と、高温の添加剤とを二軸押し出し機において溶融および混合して、均一な液相を形成することであり得る。高い沸点を有する溶媒は、ノナン、デカン、ナフタレン、パラキシレン、ウンデカン、ドデカン、もしくは流動パラフィンなどの脂肪族炭化水素もしくは環状炭化水素であってよく、または前述の溶媒に対応する沸点を有する鉱油留分であってよい。混合のための温度は、ポリオレフィンの融点よりも高い必要があり、具体的には、１８０℃から２３０℃であり得る。添加剤は、酸化防止剤、ナノ無機フィラー、および核剤のうちの１つまたは複数であってよい。別の実装において、別の添加剤が、代替として、実際の製品要件に基づいて追加されてよい。
本出願のこの実装において、ステップＳ１０２において、混合液を押し出し、混合液を冷却し、シートへと成型する特定の動作は、スリットダイヘッドを通じて混合溶融物を均一に押し出し、押し出された溶融物を冷却ロール上で冷却および成型して、ゲル状のシートを形成することであってよく、シートは、液相溶媒が固相ポリオレフィンの固液相から分離されている状態にある。スリットの間隔は、通常、０．１ｍｍから５ｍｍである。溶融物が押し出される場合、溶融温度は、１６０℃から２３０℃であり、押し出し速度は、毎分０．２ｍから１５ｍであり得る。本出願のこの実装において、混合液を押し出し、混合液を冷却し、シートへと成型する動作において、冷却速度は、毎分６０℃よりも大きい。冷却速度は、このステップにおいて、固相ポリオレフィンの結晶化度を制御することにとって非常に重要である。冷却速度が過度に低い場合、準ユニットセルが増加し、結晶化度が増加する。冷却速度が増加される場合、小さく密なセルユニットが形成され、固相ポリオレフィン全体の結晶化度の制御に役立つ。
本出願のこの実装において、多層構造を有するポリオレフィン系多孔質セパレータが準備される場合、ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ステップＳ１０２において、複数のダイヘッドを使用することによって同時押し出しを行う既存の手法で取得され得る。
本出願のこの実装において、加熱された後、ゲル状のシートは、初回の延伸を通じて多孔質構造へと形成され得、機械的強度が改善される。ステップＳ１０３において、初回の延伸は、２つの方向、すなわち、ＭＤ（長手方向）およびＴＤ（横断方向）における延伸を含み、延伸手法は、双方向同時延伸、双方向非同時延伸、または双方向組み合わせ延伸（同期と非同期との組み合わせ）のうちのいずれか１つから選択されてよい。初回の延伸処理において、ＭＤ×ＴＤの総延伸倍率は、３６以下である。具体的には、ＭＤにおける一方向の延伸倍率は６以下であり、ＴＤにおける一方向の延伸倍率は６以下である。さらに、初回の延伸処理において、ＭＤ×ＴＤの総延伸倍率は２５以下である。具体的には、ＭＤにおける一方向の延伸倍率は５以下であり、ＴＤにおける一方向の延伸倍率は５以下である。本出願において、初回の延伸処理における延伸倍率は、比較的小さい値となるように制御され、高い伸び率を有するベースセパレータを取得するのに役立つ。本出願のいくつかの実装形態において、初回の延伸期間中に、ＭＤ×ＴＤの総延伸倍率は、１２．２５から２３．０４であってよく、ＭＤまたはＴＤにおける一方向の延伸倍率は、３．５から４．８である。延伸のための温度は、結晶分散温度と融点との間であってよく、具体的には、１０５℃から１３５℃の間であってよい。ＭＤおよびＴＤにおける一方向の延伸速度は、毎秒２％から７０％であってよい。
本出願のこの実装において、前述の延伸されたゲル状のシートは、抽出剤を使用することによって抽出され、シート内の溶媒が除去されて、多孔質構造を有する膜が取得される。ジクロロメタン、四塩化炭素、エーテル、ペンタン、またはヘキサンなどの揮発性溶媒が、抽出剤として使用されてよい。
本出願のこの実装において、ステップＳ１０４において、２回目の延伸が、抽出および乾燥後に取得される多孔質膜に対してさらに行われる必要があり、２回目の延伸は、２つの方向、すなわち、ＭＤおよびＴＤにおける延伸を含む。ＭＤもしくはＴＤにおける一方向延伸のみが行われてよく、または、両方向における延伸が行われてよい。ＭＤにおける一方向の延伸倍率は、１から２であり、ＴＤにおける一方向の延伸倍率は、１から２である。２回目の延伸のための温度は、結晶分散温度と融点との間にあり、１０５℃から１３０℃であってよい。
本出願のこの実装において、２回目の延伸後の熱固定処置は、ベースセパレータのいくつかの物理特性パラメータ、例えば、熱収縮率および通気性値を、ある程度まで調整するために行われ得る。
本出願のこの実装において、バッテリーセパレータのための前述の準備方法は、ポリオレフィン系多孔質セパレータ上にセパレータコーティング層の処置を行うことをさらに含み得る。セパレータコーティング層は、有機コーティング層、無機コーティング層、および／または有機－無機複合コーティング層を含み得る。無機コーティング層は、セラミックコーティング層を含んでよく、セラミックコーティング層の材料は、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、酸化マグネシウム、酸化ベリリウム、酸化カルシウム、酸化トリウム、窒化アルミニウム、窒化チタン、ボエーマイト、アパタイト、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、立方晶窒化ホウ素、六方晶窒化ホウ素、グラファイト、グラフェン、ならびにメソポーラスモレキュラーシーブ（ＭＣＭ－４１およびＳＢＡ－１５）のうちの１つまたは複数から選択され得る。有機コーティング層は、油性ポリフッ化ビニリデンコーティング層、フッ化ビニリデン－ヘキサフルオロプロピレン共重合体コーティング層、ポリスチレンコーティング層、アラミドコーティング層、ポリアクリレートコーティング層またはポリアクリレート変性コーティング層、ポリエステルコーティング層、ポリアリルエステルコーティング層、ポリアクリロニトリルコーティング層、芳香族ポリアミドコーティング層、ポリイミドコーティング層、ポリエーテルスルホンコーティング層、ポリスルホンコーティング層、ポリエーテルエーテルケトンコーティング層、ポリエーテルイミドコーティング層、およびポリベンゾイミダゾールコーティング層のうちの１つまたは複数であってよい。有機－無機複合コーティング層は、無機コーティング層材料と有機コーティング層材料とを混合することによって準備される。特定のコーティング層の選択は、実際の要件に基づいて設定され得る。本出願の特定の実装においては、両面セラミックコーティング層の処置が、最初に行われ、次いで、両面油性ポリフッ化ビニリデンコーティング層の処置が、セラミックコーティング層の表面に対して行われる。セラミックは、高温耐性があり、セパレータの耐熱性を改善し得る。ポリフッ化ビニリデンは、特定の接着性能を有し、したがって、セパレータと正極膜および負極膜との間の接着力を改善し、バッテリーセルの強度を改善し、釘刺し試験におけるバッテリーセルの合格率をさらに改善し得る。もちろん、本出願のいくつかの他の実装において、油性ポリフッ化ビニリデンコーティング層は、代替として、ベースセパレータの表面に対して直接適用されてよい。本出願のこの実装において、セパレータコーティング層の厚さは、０．５μｍから１０μｍであってよい。
本出願の一実施形態は、正極と、負極と、正極と負極との間に位置するセパレータおよび電解質とを含むバッテリーをさらに提供する。セパレータは、本出願の前述の実施形態において提供されるバッテリーセパレータを含む。本出願のこの実装において、バッテリーは、リチウムイオンバッテリーであってよい。本発明のこの実施形態において提供されるバッテリーは、携帯電話、タブレットコンピュータ、モバイル電源、ポータブルコンピュータ、ノート型コンピュータ、および別のウェアラブル電子デバイスまたは取り外し可能な電子デバイスなどの端末消費者製品において使用されて、製品の安全性および信頼性を改善し得る。
本出願のこの実装において、正極は、アノード集電体と、アノード集電体上に配設されるアノード活物質層とを含んでよく、アノード活物質層は、アノード活物質を含む。アノード活物質は、リチウムの複合金属酸化物（例えば、リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物）、ポリアニオン性リチウム化合物ＬｉＭx（ＰＯ4）y（Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｔｉ、およびＶであり、０≦ｘ≦５、０≦ｙ≦５）等であってよいが、これらに限定されない。負極は、カソード集電体と、カソード集電体上に配設されるカソード活物質層とを含んでよく、カソード活物質層は、カソード活物質を含む。カソード活物質は、金属リチウム、リチウム合金、チタン酸リチウム、天然黒鉛、人造黒鉛、ＭＣＭＢ、非晶質カーボン、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラフェン、酸化グラフェン、シリコン、シリコン炭素化合物、シリコン酸化物化合物、およびシリコン金属化合物のうちの１つまたは複数を含むが、これらに限定されない。本出願のこの実装において、リチウムイオンバッテリーは、既存の技術に基づいて準備され得る。
図４に示されるように、本出願の一実施形態は、端末をさらに提供する。端末２００は、携帯電話であってよく、または、ハウジング２０１、ならびにハウジング２０１内に収容される表示モジュール、電子部品モジュール、およびバッテリー（図には図示せず）を含む、タブレットコンピュータ、モバイル電源、ノート型コンピュータ、ポータブルコンピュータ、またはインテリジェントウェアラブル製品などの電子製品であってよい。バッテリーは、表示モジュールおよび電子部品モジュールに電力を供給し、バッテリーは、本発明の前述の実施形態において提供されるバッテリーである。ハウジング２０１は、端末の前面側に組付けられる前面カバーと、後面側に組付けられる後面シェルとを含んでよく、バッテリーは、後面シェルの内側に固定され得る。
本発明の実施形態は、特定の実施形態を使用することによって、以下でさらに説明される。
実施形態１
１．バッテリーセパレータ準備
６０万の質量平均分子量Ｍｗおよび５４％の結晶化度を有する単一のポリエチレン樹脂が、樹脂原料として使用され、樹脂およびパラフィン油は、二軸押し出し機において２００℃の温度で２５：７５の質量比で溶融および混合され、０．３％の酸化防止剤が、混合期間中に追加される。均一に混合された溶融物は、スリットダイヘッドを通じて押し出され、シートへと成型される。ダイヘッドを通じた溶融物の押し出し速度は、毎分５ｍであり、成型シートの冷却速度は、毎分８０℃である。非同期（不同期）の初回の双方向延伸は、ゲルシートに対して１１６℃で行われ、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸倍率は、４．５であり、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸速度は、毎秒３０％である。初回の延伸後に取得される膜は、ジクロロメタンを使用することによって抽出されて、パラフィン油成分が除去される。２回目の延伸は、抽出された膜に対して１２５℃で行われ、２回目の延伸は、ＴＤ方向においてのみ行われ、延伸倍率は、１．１である。最後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、熱固定後に作製される。
両面Ａｌ2Ｏ3セラミックコーティング層処置および両面油性ＰＶＤＦコーティング層処置が、５μｍの厚さを有するポリオレフィン系多孔質セパレータに対して行われて、バッテリーセパレータが取得される。単一のセラミックコーティング層（耐熱層）の厚さは１μｍであり、単一の油性ＰＶＤＦコーティング層（接着剤層）の厚さは１μｍである。
２．バッテリー準備
正極膜の準備：アノード活物質のリチウムコバルタイト、導電剤ＳＰ、および接着剤ＰＶＤＦが、９７：１．５：１．５の比率でＮＭＰ溶媒において均一に撹拌および混合されて、アノードスラリーが形成される。アノードスラリーは、コーティングデバイスを使用することによってアルミホイルの両側に均一にコーティングされ、炉を使用することによって乾燥されて、ＮＭＰ溶媒が除去される。コーティングされた電極膜は、冷却圧縮、ストライピング、およびタブ溶接の処理を通じて正極膜へと作製される。
負極膜の準備：カソード活物質の人造黒鉛、増粘剤ＣＭＣ、および接着剤ＳＢＲが、９７：１．３：１．７の重量比で脱イオン水において均一に撹拌および混合されて、カソードスラリーが形成される。カソードスラリーは、コーティングデバイスを使用することによって銅箔の両側に均一にコーティングされる。炉を使用することによって乾燥させられる電極膜は、冷却圧縮、ストライピング、およびタブ溶接の処理を通じて負極膜へと作成される。
実施形態１における正極膜、負極膜、およびバッテリーセパレータは、共に巻回されて、むき出しのバッテリーセルが形成される。バッテリーセルの容量は、４．５Ａｈであり、バッテリーセルの動作電圧範囲は、３．０Ｖから４．４５Ｖである。バッテリーセルは、パッケージング、焼成、液体注入、および化学変換などの処理を通じて、リチウムイオンバッテリーへと作製される。
実施形態２
６０万の質量平均分子量Ｍｗおよび５４％の結晶化度を有する単一のポリエチレン樹脂が、樹脂原料として使用され、樹脂およびパラフィン油は、二軸押し出し機において２００℃の温度で２５：７５の質量比で溶融および混合され、０．３％の酸化防止剤が、混合期間中に追加される。均一に混合された溶融物は、スリットダイヘッドを通じて押し出され、シートへと成型される。ダイヘッドを通じた溶融物の押し出し速度は、毎分５．５ｍであり、成型シートの冷却速度は、毎分８０℃である。非同期の初回の双方向延伸は、ゲルシートに対して１１８℃で行われ、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸倍率は、４であり、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸速度は、毎秒３３％である。初回の延伸後に取得される膜は、ジクロロメタンを使用することによって抽出されて、パラフィン油成分が除去される。２回目の延伸は、抽出された膜に対して１２６℃で行われ、２回目の延伸は、ＴＤ方向においてのみ行われ、延伸倍率は、１．１である。最後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、熱固定後に作製される。
バッテリー準備は、実施形態１におけるバッテリー準備と同じである。
実施形態３
６０万の質量平均分子量（Ｍｗ）および６０％の結晶化度を有する、５０質量％のポリエチレン樹脂Ａと、２０万のＭｗおよび４０％の結晶化度を有する、５０質量％のポリエチレン樹脂Ｂとが、樹脂原料として使用される。ポリエチレン樹脂組成物およびパラフィン油は、二軸押し出し機において２００℃の温度で２８：７２の質量比で溶融および混合され、０．３％の酸化防止剤が、混合期間中に追加される。均一に混合された溶融物は、スリットダイヘッドを通じて押し出され、シートへと成型される。ダイヘッドを通じた溶融物の押し出し速度は、毎分５ｍであり、成型シートの冷却速度は、毎分８０℃である。非同期の初回の双方向延伸は、ゲルシートに対して１１６℃で行われ、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸倍率は、４であり、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸速度は、毎秒３０％である。初回の延伸後に取得される膜は、ジクロロメタンを使用することによって抽出されて、パラフィン油成分が除去される。２回目の延伸は、抽出された膜に対して１２５℃で行われ、２回目の延伸は、ＴＤ方向においてのみ行われ、延伸倍率は、１．１である。最後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、熱固定後に作製される。
バッテリー準備は、実施形態１におけるバッテリー準備と同じである。
実施形態４
６０万の質量平均分子量（Ｍｗ）および５４％の結晶化度を有する、５０質量％のポリエチレン樹脂Ａと、２０万のＭｗおよび４０％の結晶化度を有する、４０質量％のポリエチレン樹脂Ｂと、１０質量％のポリプロピレン（ＰＰ）耐熱樹脂Ｃとが、樹脂原料として使用される。樹脂組成物およびパラフィン油は、二軸押し出し機において２００℃の温度で３０：７０の質量比で溶融および混合され、０．３％の酸化防止剤が、混合期間中に追加される。均一に混合された溶融物は、スリットダイヘッドを通じて押し出され、シートへと成型される。ダイヘッドを通じた溶融物の押し出し速度は、毎分５ｍであり、成型シートの冷却速度は、毎分８０℃である。非同期の初回の双方向延伸は、ゲルシートに対して１１６℃で行われ、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における延伸倍率は、４であり、延伸速度は、毎秒３０％である。初回の延伸後に取得される膜は、ジクロロメタンを使用することによって抽出されて、パラフィン油成分が除去される。２回目の延伸は、抽出された膜に対して１２５℃で行われ、２回目の延伸は、ＴＤ方向においてのみ行われ、延伸倍率は、１．１である。最後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータが、熱固定後に作製される。
バッテリー準備は、実施形態１におけるバッテリー準備と同じである。
実施形態５
バッテリーセパレータ準備：ベースセパレータ準備は、実施形態４におけるベースセパレータ準備と同じである。ベースセパレータが準備された後、両面油性ＰＶＤＦ＋Ａｌ2Ｏ3混合コーティング層処置が、５μｍの厚さを有するベースセパレータに対して行われて、バッテリーセパレータが取得され、単一のコーティング層の厚さは１．５μｍである。
バッテリー準備は、実施形態１におけるバッテリー準備と同じである。
実施形態６
バッテリーセパレータ準備：ベースセパレータ準備は、実施形態４におけるベースセパレータ準備と同じである。ベースセパレータが準備された後、片面Ａｌ2Ｏ3セラミックコーティング層処置および両面油性ＰＶＤＦコーティング層処置が、５μｍの厚さを有するベースセパレータに対して行われる。単一のセラミックコーティング層の厚さは１μｍであり、単一の油性ＰＶＤＦコーティング層の厚さは１μｍである。
バッテリー準備は、実施形態１におけるバッテリー準備と同じである。
比較実施形態
バッテリーセパレータ準備：６０万のＭｗおよび６０％の結晶化度を有するポリエチレン樹脂Ａのみが、樹脂原料として使用される。ベースセパレータ製造技術において、ポリエチレン溶液濃度は２５％であり、成型シートの冷却速度は毎分７０℃であり、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々における初回の延伸の倍率は７であり、ＴＤ方向における２回目の延伸の倍率は１．４である。別の製造パラメータは、実施形態１における製造パラメータと同じである。
バッテリー準備は、実施形態１におけるバッテリー準備と同じである。
以下の試験が、本発明の比較実施形態および実施形態１において準備されるベースセパレータおよびバッテリーに対して行われる。
１．ベースセパレータについての伸び率試験：ベースセパレータは、ＭＤ方向およびＴＤ方向の各々において遮断されて、１５ｍｍの幅および５０ｍｍよりも大きい長さ（例えば、１００ｍｍ）を有する小片が取得される。ＭＤ方向における伸び率が試験される場合、１５ｍｍの幅は、ベースセパレータのＴＤ方向を指し、１００ｍｍの長さは、ベースセパレータのＭＤ方向を指す。ＴＤ方向における伸び率が試験される場合、１５ｍｍの幅は、ベースセパレータのＭＤ方向を指し、１００ｍｍの長さは、ベースセパレータのＴＤ方向を指す。引張試験は、多機能引張試験機を使用することによって小片に対して行われ、試験条件は、サンプルの幅が１５ｍｍ、試験前の上部取付け具と下部取付け具との間のベースセパレータの長さが５０ｍｍに固定され、Ｌ０として記録される（カットサンプルの長さは、取付け具がセパレータサンプルをクランプするのに役立つように、５０ｍｍよりも大きい）というものである。引張試験機の延伸速度は、毎分１００ｍｍに設定される。サンプルは、サンプルがちょうど破損するまで延伸され始める。この場合において、取付け具間の距離は、Ｌ１として記録され、伸び率は、（Ｌ１－Ｌ０）／Ｌ０に等しい。
２．ベースセパレータについての厚さ試験：１万分の１単位の厚さ計が、ベースセパレータのＴＤ方向において少なくとも１０箇所の厚さを試験するために使用され、少なくとも１０箇所の厚さの平均値が、ベースセパレータの厚さとして使用される。
３．セパレータ結晶化度試験：ベースセパレータサンプルは、窒素雰囲気において毎分１０℃の速度で示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用することによって２００℃に加熱される（この処理において、ベースセパレータは、溶融され、熱を吸収し、測定された溶融吸熱は、標準溶融吸熱によって除算されて、初回の温度上昇における結晶化度が取得される）。保温は、サンプルに対して２００℃で３分間行われる（この場合において、ベースセパレータは、ポリエチレン樹脂原料へと完全に溶融され、ポリエチレン樹脂がベースセパレータへと処理される場合に生み出される応力は、完全に除去される）。次いで、サンプルは、毎分１０℃の速度で４０℃に冷却され、保温は、３分間行われる（この処理において、ポリエチレン樹脂原料は、外的応力の作用なしに結晶化される）。次いで、サンプルは、毎分１０℃の速度で２００℃に加熱される（この処理において、ベースセパレータサンプルは、２回目に溶融されて、２回目の温度上昇における結晶化度が取得され、この結晶化度は、ポリエチレン樹脂原料の結晶化度を実際に表す）。したがって、ベースセパレータの２回の最初に連続する温度上昇間の結晶化度における差は、ポリエチレン樹脂原料がベースセパレータへと処理される処理において、外部温度および外部応力によって引き起こされる結晶化度における増加を表す。
４．孔を閉鎖する温度の試験：試験は、温度上昇内部抵抗法を使用することによって行われる。セパレータは、ステンレス鋼取付け具または別の同様の取付け具に配置され、適当な量の電解質が、取付け具内へ注入される。取付け具は、炉内に配置され、特定の速度で加熱される。取付け具の耐性および温度は、同時に監視され、耐性が急激に（５０倍）増加する温度が、セパレータの孔を閉鎖する温度である。
５．セパレータを破損する温度の試験：試験時間は、孔を閉鎖する温度の試験に基づいて延長され、耐性が急激に低下する温度が、セパレータを破損する温度である。
６．バッテリー安全性試験
６．１ 釘刺し試験：バッテリーが標準充電モードにおいて完全に充電された後、試験は２４時間内に行われる。バッテリーセルは、平面上に配置され、毎秒１５０ｍｍの速度で、３ｍｍの直径を有するスチール釘を使用することによって垂直に突き通される。スチール釘がバッテリーセルを突き通した後、この状況は５分間維持され、または温度が５０℃に低下したことをバッテリーセルが示す場合、試験が停止される。バッテリーセルが発火または爆発しない場合、バッテリーセルは試験に合格する。
６．２ 衝撃試験：バッテリーが標準充電モードにおいて完全に充電された後、試験は２４時間内に行われる。バッテリーセルは、平面上に配置され、１５．８ｍｍ±０．１ｍｍの直径を有するスチール柱が、バッテリーの中心に配置され、スチール柱の長手方向軸は、平面と平行である。スチール柱は、左側と右側との両方において取付け具を使用することによって固定され得るが、スポンジなどの緩衝機能を有する物体が、固定のためにスチール柱の下に使用されることは許容されない。９．１ｋｇ±０．４６ｋｇの重量が、試験対象のバッテリーセル上方の６１０ｍｍ±２５ｍｍの高さからバッテリーセルへ自由落下する。落下高さは、サンプルの表面に対する衝撃のための重量の底面からの距離である。バッテリーセルが発火または爆発しない場合、バッテリーセルは試験に合格する。
６．３ 加熱試験：バッテリーが標準充電モードにおいて完全に充電された後、試験は１２時間から２４時間以内に行われる。対流手法またはサイクル熱風炉が、初期温度２５℃±３℃で加熱するために使用される。毎分５℃±２℃の温度変化率により、温度は１４０℃±２℃に上昇し、これは３０分間維持され、次いで、試験が終了される。バッテリーセルが発火または爆発しない場合、バッテリーセルは試験に合格する。
６．４ 過充電試験：バッテリーは、試験され、放電し、次いで、防爆ボックス内に入れられる。熱電対が良好に接続され（熱電対の接点は、バッテリーセルの表面の中心部分に固定される）、電源が充電のために接続される。バッテリーは、電圧が最大値に到達するまで、３Ｃの安定した電流で４．６Ｖに充電される。以下の条件のうちのいずれか１つが満たされる場合、試験は停止される：（ａ）連続充電時間が７時間に到達する。（ｂ）バッテリーセルの温度が、ピーク値よりも２０％低い値に低下する。バッテリーセルが発火または爆発しない場合、バッテリーセルは試験に合格する。
前述の試験結果は、表１に列挙されている。
Figure 0007403680000001
Figure 0007403680000002
Figure 0007403680000003
Figure 0007403680000004
実施形態１においては、５４％の結晶化度を有する単一のポリエチレン樹脂原料が使用され、結晶化度における増加は、ある技術を使用することによって８％のレベルになるように制御され、最終的に、完成したセパレータの初回の結晶化度は６２％であることが、前述の試験結果から分かる。比較実施形態においては、６０％の結晶化度を有するポリエチレン樹脂原料が使用され、処理手順における結晶化度における増加は１５％であり、完成したセパレータの初回の結晶化度は７５％である。実施形態１におけるベースセパレータの伸び率は、ＭＤ方向において２１０％、およびＴＤ方向において１９０％であり、これらはそれぞれ、比較実施形態における１００％および８０％よりも著しく高い。したがって、釘刺し試験および衝撃試験などの機械的な酷使試験において、実施形態１では、それぞれの合格率が８０％である有意な利点があるのに対して、比較実施形態におけるそれぞれの合格率は、４０％および３０％にすぎない。
実施形態２において、初回の結晶化度および２回目の結晶化度の増加レベルは、実施形態１に基づいてさらに低減され、６％に到達し、したがって、ベースセパレータの伸び率がさらに改善され、釘刺し試験および衝撃試験の合格率が９０％に増加する。また、ベースセパレータの孔を閉鎖する温度は、１３９℃に低減され、したがって、加熱試験および過充電試験などの熱濫用試験が、ある程度まで改善され、それぞれの合格率は３０％および４０％に到達する。
実施形態３において、結晶化度は、原料の観点から制御され、比較的低い結晶化度（４０％）を有するポリエチレン樹脂原料Ｂの一部が使用される。ベースセパレータの２回目の温度上昇時の結晶化度、すなわち、原料の結晶化度から、実施形態３における原料の結晶化度（組み合わせ）が５０％であり、これは比較実施形態における６０％よりも低いことが分かる。また、実施形態３においては、比較的低い延伸倍率が、技術の観点から使用される。ＭＤおよびＴＤの各々における初回の延伸倍率は４であり、ＴＤにおける２回目の延伸倍率は１．１であり、これらはそれぞれ、比較実施形態における７および１．４より小さい。このようにして、ポリエチレン樹脂の結晶化度における増加が、処理手順において制御され、すなわち、実施形態３における結晶化度における差は、８％となるように制御されるのに対して、比較実施形態における結晶化度における差は１５％である。実施形態３において、結晶化度は、原料と技術との２つの側面から制御され、その結果、ベースセパレータの結晶化度が比較的低いレベルになる。実施形態３において、ベースセパレータの初回の温度上昇時の結晶化度は、５８％であり、これは、比較実施形態における７５％よりも著しく低い。低い結晶化度は、ベースセパレータがより良好な延性を有することを可能にする。具体的には、実施形態３において、ＭＤ方向およびＴＤ方向における伸び率はそれぞれ、２２０％および２００％であり、これらは、比較実施形態における１００％および８０％よりも著しく高い。ベースセパレータの高い伸び率の特性は、バッテリーセルが機械的に酷使される場合に、バッテリーセルがより高い合格率を有することを可能にする。したがって、実施形態３において、釘刺し試験および衝撃試験における合格率は両方とも９０％に到達するのに対して、比較実施形態における合格率はそれぞれ、４０％および３０％にすぎない。また、５０％未満の結晶化度を有する原料Ｂが使用されるので、ベースセパレータの孔を閉鎖する温度は、１３３℃に低減され、これは、比較実施形態における１４３℃よりも著しく低い。したがって、ベースセパレータを使用することによって準備されるバッテリーセルは、加熱試験および過充電試験などの熱濫用試験において著しく改善される。
実施形態４において、ポリプロピレン（ＰＰ）の耐熱樹脂素材が、実施形態３に基づいて追加され、取得されたベースセパレータは、高い伸び率（ＭＤにおいて伸び率２２０％およびＴＤにおいて伸び率２００％）、孔を閉鎖する低い温度（１３６℃）、ならびにセパレータを破損する高い温度（１６０℃）を有する。したがって、セパレータを使用することによって準備されるバッテリーセルの合格率は、釘刺し試験、衝撃試験、加熱試験、および過充電試験などの酷使試験の各々において、１００％に到達し、それによって、バッテリーセルの安全性を包括的に改善する。
実施形態５において、セパレータコーティング層は、実施形態４に基づいて、両面油性ＰＶＤＦ＋Ａｌ2Ｏ3混合コーティング層と置換される。耐熱セラミック層は除去され、その結果、セパレータの耐熱性は低減され、バッテリーセル酷使試験におけるセパレータの合格率は低減されるが、これらは、比較実施形態におけるそれらよりも依然として著しく良好である。
実施形態６において、片面耐熱セラミックコーティング層のみが、実施形態４に基づいて使用される。セパレータの耐熱性は低減され、バッテリーセル酷使試験におけるセパレータの合格率は低減されるが、これらは、比較実施形態におけるそれらよりも依然として著しく良好である。
本出願の実施形態においては、セパレータを製造するための原料および技術が最適化され、その結果、ベースセパレータの結晶化度は、セパレータの高い伸び率の目的を達成するように制御される。追加の処理またはデバイスは必要とされず、商用セパレータのための既存の生産ラインが十分に使用され得る。したがって、生産性および実用性がある。

Claims (15)

  1. バッテリーセパレータであって、ポリオレフィン系多孔質セパレータを備え、前記ポリオレフィン系多孔質セパレータは、ポリエチレン樹脂を含み、前記ポリオレフィン系多孔質セパレータのＭＤ方向（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、機械方向）における伸び率は、１２０％よりも大きく、ＴＤ方向（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ、横断方向）における伸び率は、１２０％よりも大きく、前記ポリオレフィン系多孔質セパレータについて、示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度は、６５％未満であり、２回目の温度上昇時の結晶化度は、５５％未満である、バッテリーセパレータ。
  2. 前記初回の温度上昇時の前記結晶化度と前記２回目の温度上昇時の前記結晶化度との間の差は、１２％未満である請求項１に記載のバッテリーセパレータ。
  3. 前記初回の温度上昇時の前記結晶化度と前記２回目の温度上昇時の前記結晶化度との間の差は、１２％以上１８％未満である請求項１に記載のバッテリーセパレータ。
  4. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータの孔を閉鎖する温度は、１４０℃以下である請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  5. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータを準備するためのポリエチレン樹脂原料は、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレン樹脂を含む請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  6. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータにおいて、前記ポリエチレン樹脂の質量割合は、７０％以上である請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  7. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータは、単層構造または多層構造である請求項１乃至６のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  8. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータの厚さは、１μｍから１４μｍである請求項１乃至７のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  9. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータの通気性値は、５０秒／１００ｃｃ以上である請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  10. 前記バッテリーセパレータは、前記ポリオレフィン系多孔質セパレータの片側または両側の表面上に配設されるセパレータコーティング層をさらに備える請求項１乃至９のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータ。
  11. バッテリーセパレータのための準備方法であって、
    ポリオレフィン樹脂原料と溶媒とを混合して混合液を取得するステップであって、前記ポリオレフィン樹脂原料は、ポリエチレン樹脂原料を含み、前記ポリエチレン樹脂原料が共に混合された後に測定される結晶化度は、５５％未満である、ステップと、
    前記混合液を押し出し、前記混合液を冷却し、シートへと成型するステップと、
    前記シートの初回の延伸、抽出、および乾燥の後に多孔質膜を形成するステップと、
    前記多孔質膜の２回目の延伸および熱固定の後に、ポリオレフィン系多孔質セパレータを取得するステップであって、取得された前記ポリオレフィン系多孔質セパレータに対して示差走査熱量計を使用することによって測定されるポリエチレンの初回の温度上昇時の結晶化度が６５％未満であり、取得された前記ポリオレフィン系多孔質セパレータに対して前記示差走査熱量計を使用することによって測定される前記ポリエチレンの２回目の温度上昇時の結晶化度が５５％未満である、ステップと
    を含む、バッテリーセパレータのための準備方法。
  12. 前記ポリオレフィン系多孔質セパレータが、前記ポリオレフィン樹脂原料を使用することによって準備される処理手順において、前記ポリオレフィン樹脂原料から完成したベースセパレータへの結晶化度における増加が１２％未満になるように制御される請求項１１に記載のバッテリーセパレータのための準備方法。
  13. 前記ポリエチレン樹脂原料において、前記ポリエチレン樹脂原料は、５０％未満の結晶化度を有するポリエチレン樹脂を含む請求項１１または１２に記載のバッテリーセパレータのための準備方法。
  14. バッテリーであって、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に位置するセパレータおよび電解質とを備え、前記セパレータは、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のバッテリーセパレータを含む、バッテリー。
  15. 端末であって、ハウジングと、前記ハウジング内に収容される表示モジュールと、電子部品モジュールと、バッテリーとを備え、前記バッテリーは、前記表示モジュールおよび前記電子部品モジュールに電力を供給し、前記バッテリーは、請求項１４に記載のバッテリーを含む、端末。
JP2022552702A 2020-03-04 2021-03-04 バッテリーセパレータ、バッテリーセパレータのための準備方法、バッテリー、および端末 Active JP7403680B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010146312.9A CN111416086B (zh) 2020-03-04 2020-03-04 电池隔膜及其制备方法、电池和终端
CN202010146312.9 2020-03-04
PCT/CN2021/078988 WO2021175277A1 (zh) 2020-03-04 2021-03-04 电池隔膜及其制备方法、电池和终端

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023516348A JP2023516348A (ja) 2023-04-19
JP7403680B2 true JP7403680B2 (ja) 2023-12-22

Family

ID=71492875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022552702A Active JP7403680B2 (ja) 2020-03-04 2021-03-04 バッテリーセパレータ、バッテリーセパレータのための準備方法、バッテリー、および端末

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230006307A1 (ja)
EP (1) EP4109659A1 (ja)
JP (1) JP7403680B2 (ja)
KR (1) KR20220147131A (ja)
CN (2) CN113972440A (ja)
WO (1) WO2021175277A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113972440A (zh) * 2020-03-04 2022-01-25 华为技术有限公司 电池隔膜及其制备方法、电池和终端
CN112688025A (zh) * 2020-12-31 2021-04-20 界首市天鸿新材料股份有限公司 一种耐热动力锂电池隔膜的制备方法及其制备方法
WO2022226974A1 (zh) * 2021-04-30 2022-11-03 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池组、电池包、用电装置以及电池组的制造方法及制造设备
CN113346193A (zh) * 2021-05-31 2021-09-03 湖北舰海新兴材料股份有限公司 一种复合隔离膜及其制备方法
CN113594631A (zh) * 2021-06-30 2021-11-02 华为技术有限公司 隔膜及其制备方法、二次电池和用电设备
CN115636993B (zh) * 2021-07-20 2024-03-26 华为技术有限公司 聚烯烃粉末、挤出成型材料，隔膜，电池、电子设备及移动装置
CN117276805A (zh) * 2021-08-30 2023-12-22 重庆恩捷纽米科技股份有限公司 一种高延伸率聚烯烃微多孔膜及电池
CN113809475A (zh) * 2021-09-15 2021-12-17 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电极组件及其应用
CN113809278B (zh) * 2021-09-15 2023-05-16 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电极组件及其应用
CN113921987A (zh) * 2021-10-20 2022-01-11 湖南农业大学 一种高韧性隔离膜、制备方法、电化学装置、终端
CN117352953A (zh) * 2023-09-15 2024-01-05 江苏北星新材料科技有限公司 聚烯烃薄膜及其制备方法、电池隔膜和电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005343957A (ja) 2004-06-01 2005-12-15 Tonen Chem Corp ポリエチレン微多孔膜の製造方法並びにその微多孔膜及び用途
WO2014126079A1 (ja) 2013-02-13 2014-08-21 東レバッテリーセパレータフィルム株式会社 電池用セパレータ及びその電池用セパレータの製造方法
JP2019143142A (ja) 2018-02-23 2019-08-29 東レ株式会社 多孔性ポリオレフィンフィルム

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0653826B2 (ja) * 1992-05-18 1994-07-20 東燃株式会社 ポリエチレン微多孔膜
JPH0689712A (ja) * 1992-09-09 1994-03-29 Hitachi Maxell Ltd アルカリ蓄電池の製造方法
JPH107832A (ja) * 1996-04-26 1998-01-13 Mitsui Petrochem Ind Ltd 高強度ポリプロピレン多孔フィルム及びその製造方法
CN101233176A (zh) * 2005-08-04 2008-07-30 东燃化学株式会社 聚乙烯微多孔膜及其制造方法以及电池用隔离件
US7981536B2 (en) * 2006-08-31 2011-07-19 Toray Tonen Specialty Separator Godo Kaisha Microporous membrane, battery separator and battery
CN100565975C (zh) * 2006-11-02 2009-12-02 许贵斌 一种锂离子电池用聚烯微多孔隔膜及其制造方法
JP5492777B2 (ja) * 2007-10-12 2014-05-14 東レバッテリーセパレータフィルム株式会社 微小孔性膜及びその製造及び使用
JP5349830B2 (ja) * 2008-04-11 2013-11-20 リケンテクノス株式会社 多孔性フィルム
KR101251437B1 (ko) * 2010-03-23 2013-04-05 데이진 가부시키가이샤 폴리올레핀 미다공막, 비수계 2차 전지용 세퍼레이터, 비수계 2차 전지 및 폴리올레핀 미다공막의 제조 방법
JP5601681B2 (ja) * 2010-05-28 2014-10-08 旭化成イーマテリアルズ株式会社 無機粒子含有ポリオレフィン微多孔膜及び非水電解液電池用セパレータ
CN103493252B (zh) * 2011-04-04 2016-08-10 阿普柔斯公司 改进的电池隔片及其形成方法
CN103178227B (zh) * 2011-12-22 2016-05-11 天津东皋膜技术有限公司 具有热压粘合特性的聚乙烯基复合材料微多孔隔膜
EP3227362A1 (en) * 2014-12-01 2017-10-11 Dow Global Technologies LLC Polymer compositions, shrink films, and methods of making thereof
CN107636860A (zh) * 2015-04-10 2018-01-26 赛尔格有限责任公司 改进的微孔膜、隔板、锂电池及相关方法
CN106299196B (zh) * 2015-06-23 2019-10-29 辽源鸿图锂电隔膜科技股份有限公司 制备三种微孔结构锂离子电池隔膜的冷却辊装置
JP5969683B1 (ja) * 2015-11-30 2016-08-17 住友化学株式会社 非水電解液二次電池用セパレータ、非水電解液二次電池用積層セパレータ、非水電解液二次電池用部材および非水電解液二次電池
WO2018091966A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-24 The Hong Kong University Of Science And Technology Nanoporous ultra-high molecular weight polyethylene membrane
KR102299856B1 (ko) * 2017-03-07 2021-09-07 삼성에스디아이 주식회사 다공성 필름, 이를 포함하는 분리막 및 전기 화학 전지
US10844200B2 (en) * 2017-10-09 2020-11-24 Johns Manville Roofing compositions comprising high density polyethylene
CN110828751B (zh) * 2019-11-06 2022-04-05 江苏厚生新能源科技有限公司 一种多层微孔结构聚乙烯隔膜的制备方法
CN113972440A (zh) * 2020-03-04 2022-01-25 华为技术有限公司 电池隔膜及其制备方法、电池和终端
CN113831436B (zh) * 2020-06-23 2022-10-04 中国科学院上海有机化学研究所 一类特高至超高分子量聚乙烯制造用催化剂

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005343957A (ja) 2004-06-01 2005-12-15 Tonen Chem Corp ポリエチレン微多孔膜の製造方法並びにその微多孔膜及び用途
WO2014126079A1 (ja) 2013-02-13 2014-08-21 東レバッテリーセパレータフィルム株式会社 電池用セパレータ及びその電池用セパレータの製造方法
JP2019143142A (ja) 2018-02-23 2019-08-29 東レ株式会社 多孔性ポリオレフィンフィルム

Also Published As

Publication number Publication date
EP4109659A1 (en) 2022-12-28
CN111416086B (zh) 2021-09-14
US20230006307A1 (en) 2023-01-05
CN111416086A (zh) 2020-07-14
CN113972440A (zh) 2022-01-25
WO2021175277A1 (zh) 2021-09-10
KR20220147131A (ko) 2022-11-02
JP2023516348A (ja) 2023-04-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7403680B2 (ja) バッテリーセパレータ、バッテリーセパレータのための準備方法、バッテリー、および端末
US20110300430A1 (en) Separator for battery, and non-aqueous lithium battery
US9570725B2 (en) Separator for nonaqueous electrolyte battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
CN101331178A (zh) 聚烯烃制微多孔膜
JP4986199B2 (ja) ポリエチレン製微多孔膜及びそれを用いた電池
KR102533841B1 (ko) 폴리올레핀 미세 다공막
EP4354629A1 (en) Separator and preparation method therefor, secondary battery, and electrical device
WO2022002094A1 (zh) 隔膜及其制造方法、电池、电子设备、移动装置
JPWO2018216819A1 (ja) ポリオレフィン微多孔膜、蓄電デバイス用セパレータ、及び蓄電デバイス
JP2012038655A (ja) 微多孔性フィルム及び電池用セパレータ
CN111373569B (zh) 蓄电装置用分隔件及蓄电装置
CN113921987A (zh) 一种高韧性隔离膜、制备方法、电化学装置、终端
US20220123436A1 (en) Separator, process for preparing the same, lithium ion secondary battery, battery module, battery pack and apparatus
JP2012144663A (ja) ポリオレフィン微多孔膜
JP5588722B2 (ja) ポリオレフィン微多孔膜、及びリチウムイオン二次電池
CN103268955A (zh) 一种复合凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用
JP2012072263A (ja) ポリオレフィン製微多孔膜
JP2011081995A (ja) 耐オーブン特性蓄電デバイス用セパレータ
JP2007179758A (ja) セパレータ
KR101803526B1 (ko) 전기화학소자용 분리막 및 이를 포함하는 전기화학소자
JP2012136704A (ja) ポリエチレン製微多孔膜及びそれを用いた電池
JP7293809B2 (ja) 多孔質フィルム用の前駆体フィルム
CN114094284B (zh) 一种新型交联隔膜及其制备方法，电池及电子设备
US20230282938A1 (en) Separator for electric storage device and electric storage device
CN116914374B (zh) 隔离膜、电化学装置以及电子设备

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221012

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221012

TRDD Decision of grant or rejection written
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20231115

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231128

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7403680

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150