TWI391653B - Ｘ－射線敏感性電池分隔件以及用以偵測電池中一分隔件之位置的方法 - Google Patents

Ｘ－射線敏感性電池分隔件以及用以偵測電池中一分隔件之位置的方法 Download PDF

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Description

X-射線敏感性電池分隔件以及用以偵測電池中一分隔件之位置的方法 發明領域
本案係有關一種X射線敏感性電池分隔件及一種偵測於一電池中之一分隔件位置之方法。
 發明背景
一電池分隔件係用以分隔一電池例如二次鋰電池之正電極與負電極。電池分隔件典型為微孔性來允許以最小可能電阻獲得離子電流。
大致上，電池分隔件係夾置於二次鋰電池之正電極與負電極間。要緊地，電池分隔件須維持於其適當位置，原因在於即使微小的異位也可能造成電池的短路。目前並無普及技術來判定分隔件於電池之位置俾防止瑕疵電池，亦即於製造過程中電池分隔件異位之該等電池流入消費者市場。
美國專利案第3,861,963號揭示一種有孔分隔件，該分隔件係塗覆以或浸漬以無機材料。無機塗覆層可為不溶性金屬氧化物及不溶性水合金屬氧化物諸如Zr、Ti、Sb、W、Si、Sc、Bi、V、Al、及Ce之氧化物及水合氧化物。但塗覆層係組成該分隔件之約15-32重量百分比。
美國專利案第5,154,988號揭示一種包含三層亦即包括基底料片、玻璃蓆、及天然橡膠之電池分隔件。該基底料片包括填充劑諸如二氧化矽及小量氧化鋁及其它滯留助劑 諸如陽離子性共聚物或陰離子性共聚物，包括經陽離子性或經陰離子性改性之高分子量聚丙烯醯胺。
美國專利案第5,336,573號揭示一種分隔件包含由實質上均勻之聚合物與填充劑以約1:2.5至約1:30之重量比存在之混合物所組成之微孔膜，其具有含纖維薄片囊封於其中。
美國專利案第5,654,115號揭示一種可滿足高電池電容之領先特性於使用壽命長之氫吸收性合金或電池。可採用X光微分析儀來測定氫吸收性粒子之重量百分比。
美國專利案第6,348,286號揭示一種鹼性電池分隔件包含一纖維薄片，於該纖維薄片之外表面上包含一種具有於503.5電子伏特至5.31.5電子伏特之鍵結能峰之物質。鍵結能峰係透過X光光電子光譜儀測定。
美國專利案第6,420,070號揭示一種由可中間插入或解除中間插入鋰離子之石墨材料所製成之電極。作為X來源之CuK α用來測定電極之廣角X光繞射。
美國專利第6,423,445號揭示一種電池分隔件，包含一可透氣薄片其含有攜帶具有25%或以上之結晶度之甲基丙烯酸/乙烯共聚物組分之一親水部於斥水部表面之一部分上。利用螢光X光方法來測定X光強度，藉此判定每單位面積之硫原子數量。
美國專利第6,432,586號揭示一種用於高能可再充電式鋰電池之分隔件。該分隔件包含一陶瓷複合層及一聚合微孔層。該陶瓷複合層包含具有無機粒子分散於其中之一基體材料。該等無機粒子可選自SiO2 、Al2 O3 、CaCO3 、TiO2 、 SiS2 、SiPO4 等或其混合物。該等無機粒子組成該陶瓷混合層之約20-95%重量比。
美國專利第6,713,217號揭示一種混成分隔件。
儘管致力於研究發展電池分隔件，但仍然需要有一種電池分隔件，其當埋設於電池中時方便偵測來決定其於電池內部之位置，且相當容易以低成本製造。此外，仍然需要有一種相當容易且成本有效之用以偵測於一電池中之一分隔件位置之方法。
 發明概要
本案係有關一種用於二次鋰電池之X射線敏感性電池分隔件及一種用以偵測於二次鋰電池中之一分隔件位置之方法。該X射線敏感性電池分隔件包括具有X射線可偵測元件之一微孔膜。該X射線可偵測元件係組成該微孔膜之低於0.1%重量比。該用以偵測於一電池中之一分隔件位置之方法包括下列步驟：(1)提供一包括一X射線敏感性電池分隔件之電池；(2)讓該電池接受X射線照射；以及(3)藉此偵測該分隔件於該電池中之位置。
圖式簡單說明
為了舉例說明本發明，於圖式中顯示目前為較佳之形式；但須了解本發明並非限於所示精確配置及儀器。
第1圖為根據本發明之X射線敏感性電池分隔件之第一實施例；第2圖為根據本發明之X射線敏感性電池分隔件之第二 實施例；及第3圖為包括第1圖之X射線敏感性電池分隔件之一電池之分解視圖。
 較佳實施例之詳細說明
參照附圖，其中類似的元件符號指示類似的元件，於第1圖中顯示X射線敏感性電池分隔件10之一第一實施例。X射線敏感性電池分隔件10包括一微孔膜12，其含有分散遍布其中之X光可偵測元件14。
微孔膜12可為任一種習知微孔膜。微孔膜為技藝界一般已知。微孔膜12可由任一種材料例如聚合物製造。聚合物例如可為任一種合成聚合物、纖維素、或合成改性纖維素。較佳合成聚合物為聚烯烴類，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯、超高分子量聚乙烯、其共聚物、及其混合物。微孔膜12可具有任一種孔隙度例如微孔膜12具有約20%至約80%之範圍之孔隙度。微孔膜12可具有任何平均孔徑大小；例如微孔膜12可具有約0.1微米至約5微米之範圍之平均孔徑大小。微孔膜12可具有任何厚度；例如微孔膜12可具有約10微米至約75微米之範圍之厚度。
X光可偵測元件14可為任一種X光可偵測材料。例如X光可偵測材料可為選自於由金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬碳酸鹽、X光螢光材料及其組合所組成之組群之一種材料。所列舉之X光可偵測材料並非限制性。金屬氧化物之實例包括但非限於含有選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、 Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Ni及Fe所組成之組群之金屬氧化物。所列舉之金屬氧化物並非限制性。金屬磷酸鹽之實例包括但非限於含有選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Ni及Fe所組成之組群之金屬之磷酸鹽氧化物。所列舉之金屬磷酸鹽並非限制性。金屬碳酸鹽之實例包括但非限於含有選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Ni及Fe所組成之組群之金屬之碳酸鹽氧化物。所列舉之金屬碳酸鹽並非限制性。X光螢光材料之實例包括但非限於有機材料、無機材料、及其組合。如此處使用，螢光材料係指具有電子其可藉X射線輻射激發因而提供檢測信號之材料。所列舉之X光螢光材料並非限制性。X光可偵測元件14可組成微孔膜12之任何重量百分比。例如，X光可偵測元件可組成微孔膜12之0.01至0.1重量百分比之範圍。
另外，參照第2圖，X射線敏感性電池分隔件10'可為多層電池分隔件。如此處使用，多層係指兩層或更多層。X射線敏感性電池分隔件10'較佳包括微孔膜12'，其含有一X光可偵測元件14'及至少另一層16。較佳X射線敏感性電池分隔件10'包括多層16。此外，至少一層可為斷路層，亦即於一內部情況或外部情況造成熱崩潰或內部短路之情況下適合切斷電極間之離子流之一層。
微孔膜12'可為任一種習知微孔膜。微孔膜為技藝界一 般已知。微孔膜12'可由任一種材料例如聚合物製造。聚合物例如可為任一種合成聚合物、纖維素、或合成改性纖維素。較佳合成聚合物為聚烯烴類，例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯、超高分子量聚乙烯、其共聚物、及其混合物。微孔膜12'可具有任一種孔隙度例如微孔膜12'具有約20%至約80%之範圍之孔隙度。微孔膜12'可具有任何平均孔徑大小；例如微孔膜12'可具有約0.1微米至約5微米之範圍之平均孔徑大小。微孔膜12'可具有任何厚度；例如微孔膜12'可具有約10微米至約75微米之範圍之厚度。
X光可偵測元件14'可為任一種X光可偵測材料。例如X光可偵測材料14'可為選自於由金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬碳酸鹽、X光螢光材料及其組合所組成之組群之一種材料。所列舉之X光可偵測材料並非限制性。金屬氧化物之實例包括但非限於含有選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Ni及Fe所組成之組群之金屬氧化物。所列舉之金屬氧化物並非限制性。金屬磷酸鹽之實例包括但非限於含有選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Ni及Fe所組成之組群之金屬之磷酸鹽氧化物。所列舉之金屬磷酸鹽並非限制性。金屬碳酸鹽之實例包括但非限於含有選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Ni及Fe所組成之組群之金屬之碳酸鹽氧化物。所列舉之金屬碳酸鹽並非限制性。X光螢光材料之實例包括 但非限於有機材料、無機材料、及其組合。如此處使用，螢光材料係指具有電子其可藉X射線輻射激發因而提供檢測信號之材料。所列舉之X光螢光材料並非限制性。X光可偵測元件14可組成微孔膜12之任何重量百分比。例如，X光可偵測元件可組成微孔膜12之0.01至0.1重量百分比之範圍。
層16可為任一種習知微孔膜。微孔膜通常為技藝界已知。層16可由任何材料所製成，例如由聚合物所製成，聚合物例如可為任一種合成聚合物、纖維素、或合成改性纖維素。較佳合成聚合物為聚烯烴例如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯、超高分子量聚乙烯、其共聚物、及其混合物。層16可具有任一種孔隙度；例如層16可具有於約20%至約80%之範圍之孔隙度。層16可具有任一種平均孔徑大小，例如層16可具有於約0.1微米至約5微米之範圍之平均孔徑大小。層16可具有任一種厚度例如層16可具有於約10微米至約40微米之範圍之厚度。
參照第3圖，於製造中，該X射線敏感性電池分隔件10係夾置於正電極18與負電極20間，隨後可捲成夾心捲15形式(稜柱構造亦屬可能)。夾心捲15進一步包括負耳片24及正耳片22。正電極18包括一金屬薄片例如鋁箔，亦即集流器，於該正電極18上以習知方式展開正電極材料或電極活性混合物(圖中未顯示但為習知)。負電極20包括一金屬薄片例如銅箔，亦即集流器，於該負電極20上以習知方式展開負電極材料或電極活性混合物(圖中未顯示但為習知)。隨後夾心 捲15插入罐子26內，罐子內填裝電解質(圖中未顯示)以及然後罐子26使用蓋子28密封。罐子26可為金屬(例如鋼、不鏽鋼、鋁)製成之筒形罐、塑膠盒或金屬箔(例如金屬化箔)包。電解質可為任一種適合提供離子傳導性之材料。電解質例如可為液體電解質、固體電解質或凝膠電解質。液體電解質通常包括電解鹽溶解於溶劑，亦即無機溶劑或有機溶劑。凝膠電解質通常包括電解鹽溶解於非水性溶劑且與聚合物基體膠凝。
於操作中，含有X射線敏感性電池分隔件10之電池接受X射線輻射因而協助偵測該X射線敏感性電池分隔件10於電池內部之位置。例如分隔件通常比電極更寬，因此分隔件延伸超出電極側緣。分隔件延伸超出電極側緣來防止電極之實體接觸，因而造成短路的可能。可能於捲繞過程中或於電池總成內部，延伸超出電極側緣之分隔件部分移動或回推或以其它方式錯位因而允許電極之實體接觸的可能。組裝後之電池進行X光檢驗允許檢查判定整個製造期間分隔件是否維持定位。透過X光檢驗觀察X光可見的分隔件來確保其維持應有的位置(亦即延伸超出電極側緣)。此外，透過電腦檢驗過程可變成自動化來增高檢驗速度。
未悖離本發明之精髓及主要屬性可以其它方式實施本發明，如此本發明之範圍須參照隨附之申請專利範圍而非前文說明書。
10, 10'‧‧‧X射線敏感性電池分隔件
18‧‧‧正電極
20‧‧‧負電極
12, 12'‧‧‧微孔膜
22‧‧‧正耳片
14, 14'‧‧‧X射線可偵測元件
24‧‧‧負耳片
15‧‧‧夾心捲
26‧‧‧罐
16‧‧‧層
28‧‧‧蓋
第1圖為根據本發明之X射線敏感性電池分隔件之第一 實施例；第2圖為根據本發明之X射線敏感性電池分隔件之第二實施例；及第3圖為包括第1圖之X射線敏感性電池分隔件之一電池之分解視圖。
10‧‧‧X射線敏感性電池分隔件
12‧‧‧微孔膜
14‧‧‧X射線可偵測元件

Claims (12)

  1. 一種用以偵測於二次鋰電池中一分隔件相對於電極之位置之方法，包含下列步驟：提供二次鋰電池，該電池包括一正電極、一負電極、位於該等電極間之一X射線敏感性分隔件，及罩住該等電極及分隔件之一罐，該X射線敏感性分隔件包含具有X射線可偵測元件分散於其中之一微孔膜，該X射線可偵測元件係組成該膜之不大於0.1重量百分比；讓該二次鋰電池接受X射線輻射照射；測定該分隔件相對於該等電極之位置；以及基於該分隔件相對於該等電極之位置，核可或剔除該二次鋰電池。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該X射線可偵測元件係組成該膜之0.01-0.1重量百分比。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該X射線可偵測元件係選自於由金屬、金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬碳酸鹽、X射線螢光材料、或其混合物所組成之組群，以及前述金屬中之任一者選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Fe及其混合物所組成之組群。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中前述金屬中之任一者係選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、及其混合物所組成之組群。
  5. 一種用於二次鋰電池之X射線敏感性電池分隔件，包含： 具有一X射線可偵測元件分散於其中之一微孔膜，該X射線可偵測元件係組成該膜之不多於0.1重量百分比。
  6. 如申請專利範圍第5項之X射線敏感性電池分隔件，其中該X射線可偵測元件係組成該膜之0.01-0.1重量百分比。
  7. 如申請專利範圍第5項之X射線敏感性電池分隔件，其中該X射線可偵測元件係選自於由金屬、金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金屬碳酸鹽、X射線螢光材料、或其混合物所組成之組群，以及前述金屬中之任一者選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Fe及其混合物所組成之組群。
  8. 如申請專利範圍第7項之X射線敏感性電池分隔件，其中前述金屬中之任一者係選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、及其混合物所組成之組群。
  9. 一種用於X射線偵測之二次鋰電池，包含：一正電極、一負電極、位於該等電極間之一X射線敏感性分隔件，及罩住該等電極及分隔件之一罐，該X射線敏感性分隔件包含具有X射線可偵測元件分散於其中之一微孔膜，該X射線可偵測元件係組成該膜之不大於0.1重量百分比。
  10. 如申請專利範圍第9項之二次鋰電池，其中該X射線可偵測元件係組成該膜之0.01-0.1重量百分比。
  11. 如申請專利範圍第9項之二次鋰電池，其中該X射線可偵測元件係選自於由金屬、金屬氧化物、金屬磷酸鹽、金 屬碳酸鹽、X射線螢光材料、或其混合物所組成之組群，以及前述金屬中之任一者選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、W、Hg、Si、Cs、Sr、Ca、Rb、Ta、Zr、Al、Pb、Sn、Sb、Cu、Fe及其混合物所組成之組群。
  12. 如申請專利範圍第11項之二次鋰電池，其中前述金屬中之任一者係選自於由Zn、Ti、Mn、Ba、Ni、及其混合物所組成之組群。
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