隔膜、電池、電池組、電子設(shè)備、電動(dòng)車(chē)輛、電力存儲(chǔ)設(shè)備和電力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種隔膜,其包括多孔物質(zhì)的第一層以及設(shè)置在第一層的至少一個(gè)面上并包括樹(shù)脂材料和顆粒的第二層。第二層具有顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】隔膜、電池、電池組、電子設(shè)備、電動(dòng)車(chē)輛、電力存儲(chǔ)設(shè)備和電力系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)涉及隔膜(separator)、電池、電池組、電子設(shè)備、電動(dòng)車(chē)輛、電力存儲(chǔ)設(shè)備和電力系統(tǒng)。更具體地,本技術(shù)涉及其中第二層設(shè)置在第一層的至少一個(gè)面上的隔膜。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去,聚烯烴微孔聚合物膜(諸如聚丙烯和聚乙烯或其多層膜)已經(jīng)被廣泛用作隔膜。然而,這些隔膜面臨的問(wèn)題是由于電池的內(nèi)部短路或過(guò)度充電生成的熱而發(fā)生的氣孔堵塞和收縮(contract1n)。當(dāng)隔膜由于電池的內(nèi)部熱而收縮時(shí),正極和負(fù)極在收縮部分處變成直接接觸,并且該接觸會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)各種問(wèn)題。
[0003]因此,近來(lái),為了解決隔膜的這些問(wèn)題,已經(jīng)進(jìn)行了與其中在表面上設(shè)置包括陶瓷顆粒和粘結(jié)劑的多孔膜的隔膜有關(guān)的研究。在具有這種配置的隔膜中,賦予聚烯烴材料耐熱性,從而可抑制聚烯烴材料在120°C或以上的高溫環(huán)境下的熔化和收縮。
[0004]在這種隔膜中,不但賦予聚烯烴材料耐熱性,而且還可賦予抗氧化性、機(jī)械強(qiáng)度等。由于隨著陶瓷顆粒的含量越高,這些效果增加,因此在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)中,據(jù)說(shuō)80%或以上的范圍對(duì)陶瓷顆粒的含量來(lái)說(shuō)是優(yōu)選的。
[0005]然而,對(duì)于近年來(lái)一直備受關(guān)注的車(chē)載電池來(lái)說(shuō),這些電池需要實(shí)現(xiàn)高功率密度。為了滿足該要求,已經(jīng)進(jìn)行了關(guān)于相應(yīng)電池部分的各種研究。需要一種增加隔膜中的孔徑和孔隙率的技術(shù)。
[0006]為了滿足該要求,專利文獻(xiàn)I提出了一種通過(guò)適當(dāng)?shù)匾种迫芤?溶劑置換和溶劑擴(kuò)散(通過(guò)在將聚合物溶液浸入較差溶劑浴(solventbath)中之前,吸收水分以在表面上形成多孔薄膜)來(lái)增加孔徑和孔隙率的技術(shù)。
[0007]此外,為了滿足日益更高的電池容量需求,正在研究具有作為新型負(fù)極材料的硅
(Si)或錫(Sn)的基于合金的負(fù)極。由于這種基于合金的負(fù)極在充電期間往往會(huì)體積膨脹(expans1n),因此需要一種可通過(guò)起皺(crumple)吸收電極的體積膨脹的隔膜。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)I JP 4159O9OB
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]技術(shù)問(wèn)題
[0012]然而,專利文獻(xiàn)I中描述的技術(shù)增加了只包括樹(shù)脂材料的多孔膜的孔徑和孔隙率。專利文獻(xiàn)I未描述增加包括樹(shù)脂材料和陶瓷顆粒的多孔膜的孔徑和孔隙率的技術(shù)。此夕卜,在專利文獻(xiàn)I中,沒(méi)有關(guān)于吸收包括樹(shù)脂材料和陶瓷顆粒的多孔膜的電極的體積膨脹的技術(shù)的描述。
[0013]因此,本技術(shù)的目的是提供一種具有大孔徑和高孔隙率并且能夠吸收電極膨脹的隔膜、包括這種隔膜的電池以及包括該電池的電池組、電子設(shè)備、電動(dòng)車(chē)輛、電力存儲(chǔ)設(shè)備和電力系統(tǒng)。
[0014]解決問(wèn)題的方法
[0015]為了解決上述問(wèn)題,根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式,提供了一種隔膜,其包括第一層多孔物質(zhì)以及設(shè)置在第一層的至少一個(gè)面上并包括樹(shù)脂材料和顆粒的第二層。第二層具有顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0016]根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施方式,提供了一種電池,其包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜。隔膜包括第一層多孔物質(zhì)以及設(shè)置在第一層的至少一個(gè)面上并包括樹(shù)脂材料和顆粒的第二層。第二層具有顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
[0017]根據(jù)本技術(shù)的電池組、電子設(shè)備、電動(dòng)車(chē)輛、電力存儲(chǔ)設(shè)備和電力系統(tǒng)的特征在于包括具有根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式的隔膜的電池或根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施方式的電池。
[0018]在本技術(shù)中,由于第二層具有顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此可獲得大孔徑和高孔隙率。此外,由于顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是通過(guò)施加壓力來(lái)起皺的結(jié)構(gòu),因此當(dāng)在電池中包括具有設(shè)置在第一層的至少一個(gè)面上的第二層的隔膜時(shí),電極膨脹可通過(guò)使電池的第二層隨電極膨脹而起皺來(lái)吸收。
[0019]本發(fā)明的有益效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明,可實(shí)現(xiàn)一種具有大孔徑和高孔隙率并且能夠吸收電極膨脹的隔膜。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是示出了根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式的隔膜的配置實(shí)例的截面圖。
[0022]圖2A至圖2D是示出用于制造根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式的隔膜的方法的實(shí)例的流程圖。
[0023]圖3是示出根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池的配置實(shí)例的截面圖。
[0024]圖4是圖3中所示的卷繞電極體的一部分的放大截面圖。
[0025]圖5是示出根據(jù)本技術(shù)的第三實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池的配置實(shí)例的分解透視圖。
[0026]圖6是沿著圖5中所示的卷繞電極體的V1-VI線的截面圖。
[0027]圖7是示出根據(jù)本技術(shù)的第三實(shí)施方式的電池組的配置實(shí)例的框圖。
[0028]圖8是示出根據(jù)本技術(shù)的非水電解質(zhì)二次電池應(yīng)用于家用電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)例的示意圖。
[0029]圖9是示出采用應(yīng)用本技術(shù)的串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合動(dòng)力車(chē)輛的配置實(shí)例的示意圖。
[0030]圖1OA至圖1OC是示出實(shí)例1-3的表面層的表面SEM圖像的示圖。
[0031]圖1lA至圖1lC是示出比較實(shí)例1-2的表面層的表面SEM圖像的示圖。
[0032]圖12是示出實(shí)例2和比較實(shí)例2-1至2_9的隔膜的樹(shù)脂比與孔隙率之間的關(guān)系的圖表。
[0033]圖13是示出實(shí)例3和比較實(shí)例3的隔膜的微壓縮(micro-compress1n)試驗(yàn)的結(jié)果的圖表。7'式的隔膜的配置實(shí)例的截面圖。隔膜1包-面上的表面層(第二層〉3。注意,盡管在I 3的實(shí)例,但是表面層3也可設(shè)置在襯底
抑制由于兩個(gè)電極之間的接觸而引起的電應(yīng)用于由于充電或放電而導(dǎo)致的電極膨脹-個(gè)面上,則優(yōu)選地將表面層3設(shè)置在與經(jīng)1的面上。
〔而導(dǎo)致的負(fù)極的大幅膨脹的電池,則在負(fù)父負(fù)極膨脹。因此,可減小因負(fù)極的膨脹而的損壞或破裂。此外,針對(duì)與負(fù)極一起處于以地抑制負(fù)極的損壞或破裂。
的基于金屬的材料或作為負(fù)極活性材料的。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)在這種電池使用可呈現(xiàn)顯丨材料或作為負(fù)極活性材料的基于金屬合金比,通過(guò)隔膜1抑制負(fù)極損壞或破裂的效果4111的范圍內(nèi)。
隙率優(yōu)選地為25%至70%。然而,如果將%。在電池實(shí)際應(yīng)用中,盡管電流值取決于(率為25%以上,則提高在電解質(zhì)溶液的充6但提高了負(fù)載特性,而且在大電流放電期另一方面,如果孔隙率為70%以下,則這往
!以便獲得隔膜1的離子滲透功能和電解質(zhì)作斗作為主要組分。無(wú)機(jī)顆粒在表面層3中集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在此,術(shù)語(yǔ)凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指叉連接來(lái)相互連接并且勺多孔結(jié)構(gòu)。凝集體通過(guò)具有細(xì)長(zhǎng)形狀(如?例如通過(guò)無(wú)機(jī)顆粒凝集和生長(zhǎng)等來(lái)形成。5力可使其起皺的結(jié)構(gòu)。因此,當(dāng)在電池中發(fā)生的隔膜1的表面層3的起皺來(lái)吸收。另一方面,如果平均孔徑不大于無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑的20倍,則在表面層3的壓縮之后,通過(guò)凝集形成的孔通過(guò)周?chē)臒o(wú)機(jī)顆粒來(lái)填充。這往往能夠使無(wú)機(jī)顆粒均勻地固定(fix)在襯底2上,因此賦予更有益的效果,諸如抗氧化性和機(jī)械強(qiáng)度。
[0059]表面層3的孔隙率優(yōu)選地在74%至90%的范圍內(nèi)。如果孔隙率為74%以上,則往往會(huì)提高包括隔膜I的電池的功率密度。另一方面,如果孔隙率為90%以下,則往往能夠保持電極之間的距離,而無(wú)需表面層3起皺,即使在電池制造期間施加應(yīng)力。
[0060]優(yōu)選地使用具有電絕緣特性的無(wú)機(jī)顆粒作為無(wú)機(jī)顆粒。作為具有這種特性的無(wú)機(jī)顆粒,可使用具有陶瓷材料作為主要組分的陶瓷顆粒??墒褂玫奶沾刹牧系膶?shí)例包括金屬氧化物,金屬氮化物,金屬碳化物或金屬硫化物??墒褂玫慕饘傺趸锏膶?shí)例包括鋁氧化物(氧化鋁,Al2O3)、水合氧化鋁(一水軟鋁石)、氫氧化鋁、鎂氧化物(氧化鎂,MgO)、鈦氧化物(二氧化鈦,T12),鋯氧化物(氧化鋯,ZrO2)、硅氧化物(二氧化硅,S12)、釔氧化物(氧化釔,Y2O3)等??墒褂玫慕饘俚锏膶?shí)例包括氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、氮化鈦(TiN)等??墒褂玫慕饘偬蓟锏膶?shí)例包括碳化硅(SiC)和碳化硼(B4C)等??墒褂玫慕饘倭蚧锏膶?shí)例包括硫酸鋇(BaSO4)等。另外,還可以使用礦物,諸如多孔鋁硅酸鹽,如沸石(M2/n0.Al2O3.XS12.yH20,其中,M表示金屬元素,x≥2, y≥O)等,層狀娃酸鹽,鈦酸鋇(BaT13)或鈦酸鍶(SrT13)。在這些中,優(yōu)選地使用氧化鋁、氧化鈦(特別地,具有金紅石結(jié)構(gòu)的氧化鈦)、二氧化硅或氧化鎂,并且更優(yōu)選地使用氧化鋁。
[0061]這些陶瓷材料可單獨(dú)使用或者可以這些陶瓷材料的兩種或更多種的混合物來(lái)使用。另外,無(wú)機(jī)顆粒也可單獨(dú)使用或者可以這些無(wú)機(jī)顆粒的兩種或更多種的混合物來(lái)使用。優(yōu)選地?zé)o機(jī)顆粒具有抗氧化性。特別地,設(shè)置在與正極相對(duì)的面上的表面層3包括具有抗氧化性的無(wú)機(jī)顆粒。這使得能夠獲得一種在充電期間對(duì)正極附近的氧化環(huán)境具有較強(qiáng)的抗耐性的隔膜I。
[0062]無(wú)機(jī)顆粒的形狀的實(shí)例包括但不限于球狀、橢圓狀、針狀、板狀、鱗狀、管狀、線狀、棒狀(棒形)、無(wú)規(guī)則形狀等。可組合使用具有上述形狀的兩種或更多種顆粒。在此,術(shù)語(yǔ)球狀不局限于完美的球體,該術(shù)語(yǔ)包括從完美球體略微變平或變形的形狀、在完美球體的表面上形成不均勻部分的形狀、作為這些的組合的形狀等。術(shù)語(yǔ)橢圓狀并不局限于嚴(yán)格的數(shù)學(xué)意義上的橢圓體,該術(shù)語(yǔ)包括從真正的橢圓體略微變平或變形的形狀、在真正的橢圓體的表面上形成不均勻部分的形狀、作為這些的組合的形狀等。
[0063]從隔膜的強(qiáng)度和可涂布性的角度來(lái)看,無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑優(yōu)選地不大于幾μ m。具體地,無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑優(yōu)選地在1.0 μ m以下的范圍內(nèi),并且更優(yōu)選地在0.3 μ m至
0.8 μ m的范圍內(nèi)。如果無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑為0.3 μ m以上,則這往往會(huì)允許適當(dāng)?shù)乇3滞苛系恼承圆@得可涂布性。另一方面,如果無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑為Ι.Ομπι以下,則這往往能夠獲得表面層3的平坦度和擠壓量。
[0064]樹(shù)脂材料是將凝集的無(wú)機(jī)顆粒粘結(jié)在一起并將無(wú)機(jī)顆粒粘結(jié)并固定到襯底2上的粘結(jié)劑。優(yōu)選地使用含氟的樹(shù)脂材料作為樹(shù)脂材料??墒褂玫暮臉?shù)脂材料的實(shí)例包括橡膠,諸如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯/四氟乙烯共聚物、乙烯/四氟乙烯共聚物等。也可使用非/不含氟的樹(shù)脂材料作為樹(shù)脂材料。其實(shí)例包括橡膠,諸如苯乙烯/ 丁二烯共聚物或其氫化物、丙烯腈/ 丁二烯共聚物或其氫化物、丙烯腈/ 丁二烯/苯乙烯共聚物或其氫化物、甲基丙烯酸酯/丙烯酸酯共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物、丙烯腈/丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯橡膠、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯、諸如乙基纖維素、甲基纖維素、羥乙基纖維素和羧甲基纖維素的纖維素衍生物、聚苯醚、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚酰亞胺、聚酰亞胺、諸如全芳族聚酰胺(芳族聚酰胺)、聚酰胺酰亞胺的聚酰亞胺、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯醚、聚醚、丙烯酸樹(shù)脂或聚酯,這些樹(shù)脂材料可單獨(dú)使用或者以其兩種或更多種的混合物來(lái)使用。
[0065]隔膜制造方法
[0066]圖2A至圖2D是示出用于制造根據(jù)本技術(shù)的第一實(shí)施方式的隔膜的方法的實(shí)例的流程圖。
[0067]首先,如圖2A所示,通過(guò)以預(yù)定的混合比混合樹(shù)脂材料和無(wú)機(jī)顆粒4a,添加到分散介質(zhì)4b中,并使其分散來(lái)制備樹(shù)脂溶液4。應(yīng)注意,在圖2A中,省略了樹(shù)脂材料的圖示。作為分散介質(zhì),可使用任何種類,只要其可溶解樹(shù)脂材料即可。分散介質(zhì)的實(shí)例包括可單獨(dú)使用或者以其兩種或更多種的混合物來(lái)使用的N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、甲苯、乙腈等。從溶解性和高分散性的角度看,優(yōu)選地使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。
[0068]接著,通過(guò)將所制備的樹(shù)脂溶液4涂布在襯底2的至少一個(gè)面上來(lái)形成涂布膜。隨后,通過(guò)將形成涂布膜的襯底2浸潰在相分離溶劑(凝固液)中,在襯底2的至少一個(gè)面上形成表面層3。接著,烘干所形成的表面層3。優(yōu)選地使用醇或其混合溶劑作為相分離溶液。醇的實(shí)例包括可單獨(dú)使用或者以其兩種或更多種的混合物來(lái)使用的甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、異丙醇(IPA)等。優(yōu)選地使用有機(jī)溶劑作為與醇混合的溶劑。有機(jī)溶劑的實(shí)例包括可單獨(dú)使用或者以其兩種或更多種的混合物來(lái)使用的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、丙酮等。
[0069]在上述浸潰過(guò)程期間,表面層具體地如下形成。首先,如圖2B所示,通過(guò)在涂布膜3a中的無(wú)機(jī)顆粒4a凝集來(lái)形成凝集體。接著,如圖2C所示,無(wú)機(jī)顆粒4a的凝集體生長(zhǎng),同時(shí)無(wú)機(jī)顆粒4a通過(guò)彼此交叉連接而形成網(wǎng)狀,從而形成凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。隨后,如圖2D所示,在保持該凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的同時(shí),無(wú)機(jī)顆粒4a被固定到襯底2上,應(yīng)注意,在圖2B-圖2D中,省略了樹(shù)脂材料的圖示。
[0070]以這種方式,獲得所期望的隔膜I。
[0071]效果
[0072]根據(jù)第一實(shí)施方式,隔膜I包括作為第一層的襯底2,以及設(shè)置在襯底2的至少一個(gè)面上的作為第二層的表面層3。另外,表面層3具有無(wú)機(jī)顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此,可獲得大孔徑和高孔隙率。當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)的隔膜I應(yīng)用于電池時(shí),可改善電池的負(fù)載特性。
[0073]由于孔是由無(wú)機(jī)顆粒的凝集網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的,因此表面層3具有允許其通過(guò)施加壓力來(lái)起皺的配置。因此,當(dāng)具有這種配置的隔膜I包括在電池中時(shí),電極膨脹可被隔膜I吸收,這是由于隔膜I的表面層3被制成由于電極膨脹而起皺的結(jié)果。另外,由于表面層3的孔很大,因此即使在表面層3起皺之后,隔膜I仍然可用作隔膜,離子(諸如鋰離子)可穿過(guò)該隔膜。另外,如上所述,由于表面層3具有大孔徑和高孔隙率,因此可確保擠壓量。SP,表面層3具有優(yōu)異的可壓縮性。
[0074]如果基于合金的負(fù)極被用于負(fù)極,則基于合金的負(fù)極的膨脹被隔膜I的表面層3吸收,這允許抑制負(fù)極的損壞或破裂。另外,還可提高電池性能,諸如循環(huán)(cycling)特性和功率特性。
[0075]由于隔膜I的表面層3包括無(wú)機(jī)顆粒,因此可提高隔膜I的耐熱性和抗氧化性。另夕卜,由于表面層3具有多孔結(jié)構(gòu),因此可提高電解質(zhì)溶液的注入(infus1n)性能和保持性能,并且在電極膨脹期間表面層3可用作電解質(zhì)溶液的供應(yīng)源。
[0076]通過(guò)在相分離期間使無(wú)機(jī)顆粒形成凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),即使當(dāng)無(wú)機(jī)顆粒的含量在80%以上的范圍內(nèi)時(shí),也可形成具有高孔隙率和大孔徑的表面層3。注意,在過(guò)去難以形成具有高孔隙率和大孔徑的表面層3。例如,當(dāng)本發(fā)明人在實(shí)驗(yàn)中嘗試在專利文獻(xiàn)I中描述的方法(其中無(wú)機(jī)顆粒含量在超過(guò)80%的范圍內(nèi))時(shí),無(wú)法證實(shí)無(wú)機(jī)顆粒的凝集和孔徑的增大。
[0077]盡管關(guān)于在本技術(shù)中為什么能夠獲得具有高孔隙率和大孔徑的表面層3的原因的詳情不清楚,但是原因可能如下。即,認(rèn)為當(dāng)相分離利用醇執(zhí)行時(shí),由于無(wú)機(jī)顆粒之間的吸引力或與涂布在無(wú)機(jī)顆粒上的樹(shù)脂材料的相互作用而導(dǎo)致無(wú)機(jī)顆粒的凝集,并且凝集的無(wú)機(jī)顆粒形成網(wǎng)絡(luò)。相反,先前的用于形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))的方法的特征在于使用樹(shù)脂材料的粘彈性相分離來(lái)形成樹(shù)脂材料的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。因此,根據(jù)本技術(shù)的用于形成凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的方法從根本上不同于先前的用于形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu))的方法。
[0078]〈2、第二實(shí)施方式>
[0079]電池配置
[0080]圖3是示出根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池的配置實(shí)例的截面圖。該非水電解質(zhì)二次電池是所謂的鋰離子二次電池,其負(fù)極容量通過(guò)基于作為電極反應(yīng)物質(zhì)的鋰(Li)的存儲(chǔ)和釋放的容量成分來(lái)表示。該非水電解質(zhì)二次電池(被稱為所謂的圓柱形)在整體為空的圓筒形電池殼11中具有卷繞電極體20,其中帶狀正極21和帶狀負(fù)極22對(duì)利用介于其間的隔膜23層壓并卷繞。電池殼11由鍍鎳(Ni)的鐵(Fe)形成。電池殼11的一端封閉而另一端打開(kāi)。填充到電池殼11中的電解質(zhì)溶液被浸在隔膜23中。另外,一對(duì)絕緣板12和13分別垂直于卷繞外圍(windingperiphery)布置以便將卷繞電極體20夾在中間。
[0081]電池蓋14以及設(shè)置在該電池蓋14內(nèi)側(cè)上的安全閥機(jī)構(gòu)15和正溫度系數(shù)元件(PTC元件)16通過(guò)經(jīng)由密封墊圈17壓緊(caulk)來(lái)附接在電池殼11的開(kāi)口端部。電池殼11的內(nèi)部可由此密閉地密封。例如,電池蓋14由與電池殼11相同的材料形成。與電池蓋14電連接的安全閥機(jī)構(gòu)15被配置為使得當(dāng)由于內(nèi)部短路或外部加熱而使電池的內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定的級(jí)別或更高時(shí)而導(dǎo)致盤(pán)狀板(disk plate) 15A反轉(zhuǎn)時(shí)切斷電池蓋14與卷繞電極體20之間的電連接。密封墊圈17由例如絕緣材料形成,并且具有涂敷在其表面的浙青。
[0082]中心插栓24例如被插入在卷繞電極體20的中心。由鋁(Al)等形成的正極引線25連接至卷繞電極體20的正極21,并且由鎳等形成的負(fù)極引線26連接至負(fù)極22。正極引線25通過(guò)被焊接至安全閥機(jī)構(gòu)15來(lái)與電池蓋14電連接。負(fù)極引線26通過(guò)被焊接至電池殼11來(lái)電連接。
[0083]圖4是圖3中所示的卷繞電極體20的一部分的放大截面圖?,F(xiàn)在將參照?qǐng)D4依次描述形成二次電池的正極21、負(fù)極22、隔膜23和電解質(zhì)溶液。
[0084](正極)
[0085]正極21具有其中正極活性材料層21B設(shè)置在正極集電體21A的兩個(gè)面上的結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意,盡管未示出,正極活性材料層21B也可設(shè)置在正極集電體21A的僅一個(gè)面上。正極集電體21A由諸如鋁箔的金屬箔形成。正極活性材料層21B包括例如一種或者兩種或更多種能夠嵌入和脫嵌鋰的正極材料作為正極活性材料。正極活性材料層21B可選地還可包括導(dǎo)電劑(諸如石墨)和粘結(jié)劑(諸如聚偏二氟乙烯)。
[0086]能夠嵌入和脫嵌鋰的合適的正極材料的實(shí)例包括含鋰化合物,諸如氧化鋰,鋰磷氧化物,硫化鋰和含鋰層間化合物,可混合并使用這些的兩種或更多種。為了增強(qiáng)能量密度,包括鋰和過(guò)渡金屬元素和氧(O)的含鋰化合物是優(yōu)選的。這種含鋰化合物的實(shí)例包括由下列化學(xué)式(A)表示的具有層狀巖鹽結(jié)構(gòu)的鋰復(fù)合氧化物和由下列化學(xué)式(B)表示的具有橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰復(fù)合磷酸鹽。更優(yōu)選地,含鋰化合物是包括選自由鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)和鐵(Fe)組成的組中的至少一種作為過(guò)渡金屬元素的化合物。這種含鋰化合物的實(shí)例包括由化學(xué)式(C)、(D)或(E)表示的具有層狀巖鹽結(jié)構(gòu)的鋰復(fù)合氧化物、由化學(xué)式(F)表示的具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰復(fù)合氧化物和由化學(xué)式(G)表示的具有橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰復(fù)合磷酸鹽。具體實(shí)例包括 LiNi0.50Co0.20Mn0.3002> LiaCoO2 (a ~I)、LibN12 (b ~I)、LiclNic2Ccvc2O2 (C1 ^ 1,0〈c2〈l)、LidMn2O4 (d ^ I)、LieFePO4 (e ^ I)等。
[0087]LipNi(1_q_r)MnqMlr0(2_y)Xz- (A)
[0088](然而,在化學(xué)式㈧中,Ml表示選自除鎳(Ni)和錳(Mn)以外的第2族至第15族元素中的至少一種;x表示選自除氧(O)以外的第16族和第17族元素中的至少一種;p、q、y和z是在以下范圍內(nèi)的值:0≤P≤1.5,0≤q≤1.0,0≤r≤1.0,-0.10 ^ y ^ 0.20和O≤z≤0.2。)
[0089]LiaM2bP(V..(B)
[0090](然而,在化學(xué)式(B)中,M2表示選自第2族至第15族元素中的至少一種;a和b是在以下范圍內(nèi)的值:0≤a≤2.0,和0.5≤b≤2.0。)
[0091]LifMn(1_g_h)NigM3h0(2_j)Fk…(C)
[0092](然而,在化學(xué)式(C)中,M3表示選自由鈷(Co)、鎂(Mg)、鋁(Al)、硼(B)、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)J^ (Zr)、.(Mo)、錫(Sn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)和鎢(W)組成的組中的至少一種;f、g、h、j和k是在以下范圍內(nèi)的值:0.8≤f≤1.2,0〈g〈0.5,O≤h≤0.5,g+h〈l,-0.1≤j≤0.2和O≤k≤0.1。應(yīng)注意,鋰的組成根據(jù)充電/放電狀態(tài)而變化,并且f的值表示在完全放電狀態(tài)下的值。)
[0093]LimNi (卜具。^…(D)
[0094](然而,在化學(xué)式⑶中,M4表示選自由鈷(Co)、錳(Mn)、鎂(Mg)、鋁(Al)、硼⑶、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鑰(Mo)、錫(Sn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)和鶴(W)組成的組中的至少一種;m、η、P和q是在以下范圍內(nèi)的值:0.8 < m < 1.2,
0.005≤η≤0.5,-0.1≤P≤0.2和O≤q≤0.1。應(yīng)注意,鋰的組成根據(jù)充電/放電狀態(tài)而變化,并且m的值表示在完全放電狀態(tài)下的值。)
[0095]LirCo(卜s)M5s0(2_t)Fu...(E)
[0096](然而,在化學(xué)式(E)中,M5表示選自由鎳(Ni)、錳(Mn)、鎂(Mg)、鋁(Al)、硼⑶、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鑰(Mo)、錫(Sn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)和鶴(W)組成的組中的至少一種;r、s、t和u是在以下范圍內(nèi)的值:0.8 < r < 1.2,
O( s〈0.5,-0.1≤t≤0.2和O≤u≤0.1。應(yīng)注意,鋰的組成根據(jù)充電/放電狀態(tài)而變化,并且r的值表示在完全放電狀態(tài)下的值。)
[0097]LivMn2_wM6w0xFy …(F)
[0098](然而,在化學(xué)式(F)中,M6表示選自由鈷(Co)、鎳(Ni)、鎂(Mg)、鋁(Al)、硼⑶、鈦(Ti)、釩(V)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、.(Mo)、錫(Sn)、鈣(Ca)、鍶(Sr)和鎢(W)組成的組中的至少一種;v、w、x和y是在以下范圍內(nèi)的值:0.9 Sv < 1.l,0^w^0.6,
3.7 < X < 4.1和O < y < 0.1。應(yīng)注意,鋰的組成根據(jù)充電/放電狀態(tài)而變化,并且v的值表示在完全放電狀態(tài)下的值。)
[0099]LizM7P(V..(G)
[0100](然而,在化學(xué)式(G)中,M7表示選自由鈷(Co)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鎂(Mg)、鋁(Al)、硼(B)、鈦(Ti)、?凡(V)、銀(Nb)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鑰(Mo)、?丐(Ca)、銀(Sr)、鶴(W)和鋯(Zr)組成的組中的至少一種;z是在0.9 < z^l.l范圍內(nèi)的值。應(yīng)注意,鋰的組成根據(jù)充電/放電狀態(tài)而變化,并且ζ的值表示在完全放電狀態(tài)下的值。)
[0101]除這些之外,能夠嵌入和脫嵌鋰的正極材料的其他實(shí)例包括不包括鋰的無(wú)機(jī)化合物,諸如 MnO2, V205、V6O13' NiS, MoS 等。
[0102]能夠嵌入和脫嵌鋰的正極材料可以是除上述那些之外的材料。另外,上面示例的正極材料的兩種或更多種可以任意的組合來(lái)混合。
[0103](負(fù)極)
[0104]負(fù)極22具有其中負(fù)極活性材料層22B設(shè)置在負(fù)極集電體22k的兩個(gè)面上的結(jié)構(gòu)。應(yīng)注意,盡管未示出,負(fù)極活性材料層22B也可設(shè)置在負(fù)極集電體22A的僅一個(gè)面上。負(fù)極集電體22A由例如金屬箔(諸如銅箔)形成。
[0105]負(fù)極活性材料層22B包括一種或者兩種或更多種能夠嵌入和脫嵌鋰的負(fù)極材料作為負(fù)極活性材料??蛇x地還可形成包括與正極21B相同的粘結(jié)劑的負(fù)極活性材料層22B。
[0106]應(yīng)注意,在該二次電池中,能夠嵌入和脫嵌鋰的負(fù)極材料的電化學(xué)當(dāng)量高于正極21的電化學(xué)當(dāng)量,從而在充電期間不會(huì)在負(fù)極22上析出鋰金屬。
[0107]能夠嵌入和脫嵌鋰的負(fù)極材料的實(shí)例包括碳材料,諸如非石墨化碳,石墨化碳、石墨、高溫碳、焦炭、玻璃碳、有機(jī)高分子化合物焙燒體、碳纖維和活性炭。其中,焦炭的實(shí)例包括浙青焦炭、針狀焦炭、石油焦炭等。有機(jī)高分子化合物焙燒體是通過(guò)在合適的溫度下焙燒高分子材料(諸如酚醛樹(shù)脂和呋喃樹(shù)脂)而獲得的碳化產(chǎn)物。這種碳化產(chǎn)物的某些被分類為非石墨化碳或石墨化碳。另外,高分子材料的實(shí)例包括聚乙炔或聚吡咯。這些碳材料是優(yōu)選的,因?yàn)樗鼈冊(cè)诔潆姾头烹娖溟g其晶體結(jié)構(gòu)的變化非常小,可獲得高充電/放電容量,并可獲得優(yōu)異的循環(huán)特性。特別地,石墨是優(yōu)選的,因?yàn)槠渚哂懈叩碾娀瘜W(xué)當(dāng)量,并且可獲得高能量密度。另外,非石墨化碳是優(yōu)選的,因?yàn)榭色@得優(yōu)異的特性。此外,優(yōu)選地使用具有低充電/放電電位(即接近鋰金屬的充電/放電電位的充電/放電電位)的碳材料,因?yàn)榭扇菀诪殡姵貙?shí)現(xiàn)更高的能量密度。
[0108]能夠嵌入和脫嵌鋰的負(fù)極材料的實(shí)例進(jìn)一步包括能夠嵌入和脫嵌鋰并包括選自金屬元素和半金屬元素中的至少一種作為組成元素的材料。在此,包括這種負(fù)極材料的負(fù)極22將被稱為基于合金的負(fù)極。這是因?yàn)槔眠@種材料使得可獲得高能量密度。特別優(yōu)選地,將這種材料與碳材料一起使用,因?yàn)檫@使得能夠獲得高能量密度以及優(yōu)異的循環(huán)特性。該負(fù)極材料可以是金屬元素或半金屬元素的單質(zhì)、合金或化合物,或可至少部分地包括金屬元素或半金屬元素的單質(zhì)、合金或化合物的一種或多種的相(phase)。應(yīng)注意,在本技術(shù)中,除了由兩種或更多種金屬元素形成的材料,術(shù)語(yǔ)合金還包括包含一種或多種金屬元素以及一種或多種半金屬元素的材料。另外,合金可包括非金屬元素。組成結(jié)構(gòu)的實(shí)例包括固溶體、共熔體(共熔混合物)和金屬間化合物或者其兩種或更多種共存的材料。
[0109]在該負(fù)極材料中包括的金屬或半金屬元素的實(shí)例包括鎂(Mg)、硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)、硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、秘(Bi)、鎘(Cd)、銀(Ag)、鋅(Zn)、鉿(Hf)、錯(cuò)(Zr)、.乙(Y) (Pd)和鉬(Pt) ο這些材料可以是結(jié)晶的或無(wú)定形(amorphous)的。
[0110]優(yōu)選地使用包括在短周期表中的第4B族的金屬元素或半金屬元素作為組成元素的材料作為負(fù)極材料。更優(yōu)選地使用包括硅(Si)和錫(Sn)中的至少一種作為組成元素的材料。這是因?yàn)楣?Si)和錫(Sn)都具有高的嵌入和脫嵌鋰的能力,從而可獲得高能量密度。
[0111]錫(Sn)的合金的實(shí)例包括包含選自由硅(Si)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銦(In)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鍺(Ge)、鉍(Bi)、銻(Sb)和鉻(Cr)組成的組中的至少一種作為除錫(Sn)以外的第二組成元素的合金。硅(Si)的合金的實(shí)例包括包含選自由錫(Sn)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鐵(Fe)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銦(In)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鍺(Ge)、鉍(Bi)、銻(Sb)和鉻(Cr)組成的組中的至少一種作為除硅(Si)以外的第二組成元素的合金。
[0112]錫(Sn)化合物或硅(Si)化合物的實(shí)例包括包含氧(O)或碳(C)的化合物,其可包括除錫(Sn)或硅(Si)以外的上述第二組成元素的任意一種。
[0113]能夠嵌入和脫嵌鋰的負(fù)極材料的其他實(shí)例包括其他金屬化合物或高分子材料。其他金屬化合物的實(shí)例包括氧化物(諸如Mn02、V205和V6O13)、硫化物(諸如NiS和MoS)或氮化鋰(諸如LiN3)。高分子材料的實(shí)例包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等。
[0114](隔膜)
[0115]隔膜23將正極21與負(fù)極22隔開(kāi),并且允許鋰離子通過(guò),同時(shí)防止由兩個(gè)電極之間的接觸而引起的電流短路。作為隔膜23,可使用根據(jù)上述第一實(shí)施方式的隔膜I。
[0116](電解質(zhì)溶液)
[0117]電解質(zhì)溶液(其是液體電解質(zhì))被浸在隔膜23中。該電解質(zhì)溶液包括溶劑和溶解在該溶劑中的電解質(zhì)鹽。
[0118]作為溶劑,可以使用環(huán)狀碳酸酯,諸如碳酸乙烯酯或碳酸丙烯酯。優(yōu)選地使用碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯之一,并且特別優(yōu)選地使用這兩者的混合物。這是因?yàn)榭梢愿纳蒲h(huán)特性。
[0119]另外,作為溶劑,除了這些環(huán)狀碳酸酯之外,優(yōu)選地使用線型碳酸酯(諸如碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯或碳酸甲丙酯)的混合物。這是因?yàn)榭色@得高的離子導(dǎo)電性。
[0120]甚至另外地,作為溶劑,優(yōu)選地包括2,4- 二氟苯甲醚或碳酸亞乙烯酯。這是因?yàn)?,4-二氟苯甲醚可提高放電容量,并且碳酸亞乙烯酯可改善循環(huán)特性。因此,如果使用了這些的混合物,則可以提高放電容量和循環(huán)特性。
[0121]除了這些,溶劑的實(shí)例包括碳酸亞丁酯、Y -丁內(nèi)酯、Y -戍內(nèi)酯、1,2- 二甲氧基乙烷、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1,3- 二氧戊環(huán)、4-甲基-1,3- 二氧戊環(huán)、乙酸甲酯、丙酸甲酯、乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈、N, N-二甲基甲酸胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基惡唑烷、N,N-二甲基咪唑啉酮、硝基甲烷、硝基乙烷、環(huán)丁砜、二甲亞砜或磷酸三甲酯等。
[0122]應(yīng)注意,由于其中這些非水溶劑中的至少部分氫已經(jīng)被氟取代的化合物可根據(jù)組合電極的類型改善電極反應(yīng)可逆性,因此這種化合物在某些情況下是優(yōu)選的。
[0123]電解質(zhì)鹽的實(shí)例包括鋰鹽,其可單獨(dú)使用或以其兩種或更多種的混合物來(lái)使用。鋰鹽的實(shí)例包括 LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiC104、LiB (C6H5) 4、LiCH3SO3' LiCF3SO3^LiN(SO2CF3) 2、LiC(SO2CF3)、LiAlCl4, LiSiF6' LiCl、二氟[草酰-O, O,]硼酸鋰、鋰二草酸鹽硼酸鹽、LiBr等。其中,LiPF6是優(yōu)選,因?yàn)榭色@得高的離子導(dǎo)電性,并且可改善循環(huán)特性。
[0124]電池制造方法
[0125]接著,將描述用于制造根據(jù)本技術(shù)的第二實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池的方法的實(shí)例。
[0126]首先,例如,通過(guò)將正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑混合來(lái)制備正極混合物。將正極混合物分散在溶劑(諸如N-甲基-2-吡咯烷酮)中以制備糊劑狀正極混合物漿料。接著,通過(guò)將正極混合物衆(zhòng)料涂布在正極集電體21A上、烘干并利用棍壓機(jī)(roll press)等進(jìn)行壓縮成型以形成正極活性材料層21B來(lái)形成正極21。
[0127]另外,例如,通過(guò)將負(fù)極活性材料和粘結(jié)劑混合來(lái)制備負(fù)極混合物。將負(fù)極混合物分散在溶劑(諸如N-甲基-2-吡咯烷酮)中以制備糊劑狀負(fù)極混合物漿料。接著,將負(fù)極混合物漿料涂布在負(fù)極集電體22A上、烘干并利用輥壓機(jī)等進(jìn)行壓縮成型以形成負(fù)極活性材料層22B來(lái)形成負(fù)極22。
[0128]接著,通過(guò)焊接等將正極引線25附接至正極集電體21A,并通過(guò)焊接等將負(fù)極引線26附接至負(fù)極集電體22A。隨后,正極21和負(fù)極22利用介于其間的隔膜23來(lái)卷繞。接著,將正極引線25的頂端焊接至電池殼11中,并且卷繞的正極21和負(fù)極22被一對(duì)絕緣板12和13夾在中間并容納在電池殼11的內(nèi)部。然后,在正極21和負(fù)極22容納在電池殼11內(nèi)部之后,將含磷化合物的電解質(zhì)溶液注入電池殼11中并浸入隔膜23中。接著,電池蓋
14、安全閥機(jī)構(gòu)15和正溫度系數(shù)元件16通過(guò)經(jīng)由密封墊圈17壓緊來(lái)固定至電池殼11的開(kāi)口端部。以這種方式,獲得圖3中所示的二次電池。
[0129]效果
[0130]在根據(jù)第二實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池中,由于隔膜23包括在襯底2的至少一個(gè)面上的表面層3,并且表面層3具有凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),因此可獲得高的功率密度。
[0131]由于隔膜23的表面層3具有可被制成通過(guò)施加壓力而起皺的配置,因此可吸收正極21和負(fù)極22的至少一個(gè)的電極膨脹。例如,當(dāng)使用基于合金的負(fù)極作為負(fù)極22時(shí),可吸收基于合金的負(fù)極的膨脹,從而可抑制負(fù)極22損壞或破裂。另外,可改善電池性能,諸如循環(huán)特性和功率特性。
[0132]〈第三實(shí)施方式〉
[0133]電池配置
[0134]圖5是示出根據(jù)本技術(shù)的第三實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池的配置實(shí)例的分解透視圖。該二次電池在膜形封裝構(gòu)件40內(nèi)部容納卷繞電極體30,其中,正極引線31和負(fù)30的71;1線的截面圖。通過(guò)利用介于其和負(fù)極來(lái)形成卷繞電極體30。最外面的
設(shè)置在正極集電體33八的一面或兩面上的置在負(fù)極集電體34八的一面或兩面上的配被布置成彼此相對(duì)。正極集電體33八、正極中層348的配置分別與根據(jù)第二實(shí)施方式的.體22八和負(fù)極活性材料層228相同。隔膜司。
I軍質(zhì)溶液的載體的高分子化合物的電解質(zhì)36是優(yōu)選的,因?yàn)椴粌H能夠獲得高離子傳今(即,溶劑、電解質(zhì)鹽、磷化合物)與根據(jù)丨實(shí)例包括聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、偏二氟丙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚磷腈、聚:甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丁苯橡膠、[七學(xué)穩(wěn)定性的觀點(diǎn)來(lái)看,優(yōu)選地使用聚丙烯次電池的操作和效果與根據(jù)第二實(shí)施方式
爭(zhēng)質(zhì)電池(下文中適當(dāng)?shù)胤Q為“二次電池”)孟池組包括組裝電池301、封裝件、包括充電子304、電流感測(cè)電阻器307、溫度感測(cè)元件:端子322,并且在充電時(shí),正極端子321和1極端子,并進(jìn)行充電。此外,在使用電子設(shè)電子設(shè)備的正極端子和負(fù)極端子,并進(jìn)行放
5'式連接多個(gè)二次電池3103來(lái)形成。二次二次電池。應(yīng)注意,盡管圖7示出了連接6接(2933)的實(shí)例,但是可采用諸如II并聯(lián)從而放電電流不會(huì)流入到組裝電池301的電流路徑中。在放電控制開(kāi)關(guān)303a切斷之后,僅可以經(jīng)由二極管303b進(jìn)行充電。另外,在放電期間流過(guò)大電流時(shí),放電控制開(kāi)關(guān)303a被切斷并由控制器310控制,從而切斷在組裝電池301的電流路徑中流動(dòng)的的放電電流。
[0155]溫度感測(cè)元件308例如是熱敏電阻,并設(shè)置在組裝電池301的附近,測(cè)量組裝電池301的溫度并將所測(cè)量的溫度供應(yīng)至控制器310。電壓感測(cè)部分311測(cè)量組裝電池301和形成組裝電池301的每個(gè)二次電池301a的電壓,A/D轉(zhuǎn)換所測(cè)量的電壓并將電壓供應(yīng)至控制器310。電流測(cè)量部分313利用電流感測(cè)電阻器307來(lái)測(cè)量電流,并將所測(cè)量的電流供應(yīng)至控制器310。
[0156]開(kāi)關(guān)控制器314基于從電壓感測(cè)部分311和電流測(cè)量部分313輸入的電壓和電流來(lái)控制開(kāi)關(guān)部分304的充電控制開(kāi)關(guān)302a和放電控制開(kāi)關(guān)303a。當(dāng)二次電池301a的任一個(gè)的電壓小于等于過(guò)充電檢測(cè)電壓或者小于等于過(guò)放電檢測(cè)電壓時(shí),或者當(dāng)大電流突然流過(guò)時(shí),開(kāi)關(guān)控制器314向開(kāi)關(guān)部分304發(fā)送控制信號(hào),以防止過(guò)充電、過(guò)放電以及過(guò)電流充電/放電。
[0157]在此,例如,如果二次電池301a是鋰離子二次電池,則將過(guò)充電檢測(cè)電壓設(shè)定為例如4.20V±0.05V,并將過(guò)放電檢測(cè)電壓設(shè)定為例如2.4V±0.1V。
[0158]作為充電/放電控制開(kāi)關(guān),例如,可使用諸如MOSFET的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)。在這種情況下,MOSFET的寄生二極管用作二極管302b和303b。在將p溝道FET用作充電/放電控制開(kāi)關(guān)的情況下,開(kāi)關(guān)控制器314分別將控制信號(hào)DO和控制信號(hào)CO供應(yīng)至充電控制開(kāi)關(guān)302a的柵極和放電控制開(kāi)關(guān)303a的柵極。在P溝道型的情況下,以比源極電位低預(yù)定值以上的柵極電位來(lái)接通充電控制開(kāi)關(guān)302a和放電控制開(kāi)關(guān)303a。也就是說(shuō),在正常充電和放電操作期間,通過(guò)將控制信號(hào)CO和DO設(shè)置為低電平來(lái)使充電控制開(kāi)關(guān)302a和放電控制開(kāi)關(guān)303a成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)。
[0159]另外,當(dāng)執(zhí)行過(guò)充電或過(guò)放電時(shí),例如,通過(guò)將控制信號(hào)CO和DO設(shè)置為高電平,使充電控制開(kāi)關(guān)302a和放電控制開(kāi)關(guān)303a成為斷開(kāi)(OFF)狀態(tài)。
[0160]存儲(chǔ)器317由RAM或ROM形成,并且由作為非易失性存儲(chǔ)器的可擦寫(xiě)可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)形成。存儲(chǔ)器317預(yù)先存儲(chǔ)在控制器310中計(jì)算的值、在制造過(guò)程階段測(cè)量的每個(gè)二次電池301a在初始狀態(tài)下的內(nèi)阻值等,這些值可根據(jù)需要重寫(xiě)。另外,通過(guò)存儲(chǔ)二次電池301a的完全充電容量,存儲(chǔ)器317可與控制器310 —起計(jì)算剩余容量。
[0161]溫度感測(cè)部分318利用溫度感測(cè)元件308來(lái)測(cè)量溫度,在異常生熱時(shí)控制充電/放電,并修改剩余容量的計(jì)算。
[0162]〈第五實(shí)施方式〉
[0163]上述非水電解質(zhì)二次電池和使用其的電池組可安裝在諸如電子設(shè)備、電動(dòng)車(chē)輛和電力存儲(chǔ)設(shè)備的設(shè)備上或用于向其供電。
[0164]電子設(shè)備的實(shí)例包括膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA(移動(dòng)信息設(shè)備)、移動(dòng)電話、無(wú)繩分機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)字靜物照相機(jī)、電子書(shū)閱讀器、電子詞典、音樂(lè)播放器、收音機(jī)、頭戴式耳機(jī)、游戲機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、記憶卡、起搏器、助聽(tīng)器、電動(dòng)工具、電動(dòng)剃須刀、電冰箱、空調(diào)、電視機(jī)、立體聲系統(tǒng)、熱水器、微波爐、洗碗機(jī)、洗衣機(jī)、干燥機(jī)、照明設(shè)備、玩具、醫(yī)療設(shè)備、機(jī)器人、負(fù)荷調(diào)節(jié)器(road condit1ner)和紅綠燈等。
[0165]另外,電動(dòng)車(chē)輛的實(shí)例包括鐵路列車(chē)、高爾夫球車(chē)、電動(dòng)車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)(包括混合動(dòng)力汽車(chē))等。可使用在第二至第五實(shí)施方式的任一個(gè)中描述的每個(gè)電池和電池組100作為驅(qū)動(dòng)這些車(chē)輛的電源或作為輔助電源。
[0166]電力存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)例包括用于諸如住宅的建筑或用于發(fā)電設(shè)備的電力存儲(chǔ)的電源。
[0167]根據(jù)上述應(yīng)用實(shí)例,下面將示出使用應(yīng)用根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池的電力存儲(chǔ)設(shè)備的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的具體實(shí)例。
[0168]電力存儲(chǔ)系統(tǒng)例如可具有以下結(jié)構(gòu)。第一電力存儲(chǔ)系統(tǒng)是其中利用發(fā)電設(shè)備(其通過(guò)可再生能源產(chǎn)生電力)來(lái)對(duì)電力存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行充電的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。第二電力存儲(chǔ)系統(tǒng)是包括電力存儲(chǔ)設(shè)備并將電力供應(yīng)至連接至電力存儲(chǔ)設(shè)備的電子設(shè)備的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。第三電力存儲(chǔ)系統(tǒng)是供應(yīng)有來(lái)自電力存儲(chǔ)設(shè)備的電力的電子設(shè)備。這些電力存儲(chǔ)系統(tǒng)分別實(shí)施為與外部電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)作來(lái)有效地供應(yīng)電力的系統(tǒng)。
[0169]另外,第四電力存儲(chǔ)系統(tǒng)是包括轉(zhuǎn)換設(shè)備和控制設(shè)備的電動(dòng)車(chē)輛,轉(zhuǎn)換設(shè)備將從電力存儲(chǔ)設(shè)備供應(yīng)的電力轉(zhuǎn)換為車(chē)輛的驅(qū)動(dòng)力,控制設(shè)備基于關(guān)于電力存儲(chǔ)設(shè)備的信息執(zhí)行與車(chē)輛控制相關(guān)的信息處理。第五電力存儲(chǔ)系統(tǒng)是包括電力信息發(fā)送/接收部件的電力系統(tǒng),電力信息發(fā)送/接收部件經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)向/從其他設(shè)備發(fā)送信號(hào)/接收信號(hào),并基于由發(fā)送/接收部件接收的信息來(lái)控制電力存儲(chǔ)設(shè)備的充電/放電。第六電力存儲(chǔ)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)來(lái)自電力存儲(chǔ)設(shè)備的電力供應(yīng)以及從發(fā)電設(shè)備或電力網(wǎng)絡(luò)至電力存儲(chǔ)設(shè)備的電力供應(yīng)的系統(tǒng)。下面將示出電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。
[0170]作為應(yīng)用實(shí)例的家用電力存儲(chǔ)系統(tǒng)
[0171]將參照?qǐng)D8描述其中使用根據(jù)本公開(kāi)的非水電解質(zhì)二次電池的電力存儲(chǔ)設(shè)備用于家用電力存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)例。例如,在用于住宅101的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)100中,經(jīng)由電力網(wǎng)絡(luò)109、信息網(wǎng)絡(luò)112、智能電表107、電源集線器(power hub) 108等將電力從集中供電系統(tǒng)102 (包括火力發(fā)電102a、核能發(fā)電102b或水力發(fā)電102c)供應(yīng)至電力存儲(chǔ)設(shè)備103。另夕卜,電力從獨(dú)立電源(諸如家用發(fā)電設(shè)備104)供應(yīng)至電力存儲(chǔ)設(shè)備103。存儲(chǔ)供應(yīng)至電力存儲(chǔ)設(shè)備103的電力,并且利用電力存儲(chǔ)設(shè)備103來(lái)饋入用于住宅101中的電力。相同的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)不但可用于住宅101中,而且還可用于建筑物中。
[0172]住宅101設(shè)置有發(fā)電設(shè)備104、電力消耗設(shè)備105、電力存儲(chǔ)設(shè)備103、控制每個(gè)設(shè)備的控制設(shè)備110、智能電表107和用于獲取各種信息的傳感器111。設(shè)備通過(guò)電力網(wǎng)絡(luò)109和信息網(wǎng)絡(luò)112彼此連接。使用太陽(yáng)能電池、燃料電池等作為發(fā)電設(shè)備104,并將產(chǎn)生的電力供應(yīng)至電力消耗設(shè)備105和/或電力存儲(chǔ)設(shè)備103。電力消耗設(shè)備105的實(shí)例包括電冰箱105a、空調(diào)105b、電視接收器105c和浴缸105d等。電力消耗設(shè)備105的實(shí)例進(jìn)一步包括電動(dòng)車(chē)輛106,諸如電動(dòng)汽車(chē)106a,混合動(dòng)力汽車(chē)106b或電動(dòng)摩托車(chē)106c。
[0173]將根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施方式的非水電解質(zhì)二次電池用于電力存儲(chǔ)設(shè)備103。根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的非水電解質(zhì)二次電池可例如由上述鋰離子二次電池形成。智能電表107的功能包括測(cè)量所使用的商業(yè)電力量并將所測(cè)量的使用的電力量發(fā)送至電力公司。電力網(wǎng)絡(luò)109可以是DC電源、AC點(diǎn)煙和非接觸電源中的任何一種或多種。
[0174]各種傳感器111的實(shí)例包括運(yùn)動(dòng)傳感器、亮度傳感器、目標(biāo)檢測(cè)傳感器、電力消耗傳感器、振動(dòng)傳感器、觸摸傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器等。通過(guò)各種傳感器111獲得的信息被發(fā)送至控制設(shè)備110。利用來(lái)自傳感器111的信息,獲得氣候條件和人體條件等,并示功能的設(shè)備上,諸如電視接收機(jī)、移動(dòng)電
中央處理單元)、狀1(隨機(jī)存取存儲(chǔ)存儲(chǔ)在電力存儲(chǔ)設(shè)備103中??刂圃O(shè)備110電發(fā)電設(shè)備104、電力消耗設(shè)備105、各種傳的商業(yè)電力的量和發(fā)電量的功能。應(yīng)注意,3交易的功能。
12(諸如火力發(fā)電1023、核能發(fā)電1026和水設(shè)備104(太陽(yáng)能發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電)產(chǎn)生的由家用發(fā)電設(shè)備104產(chǎn)生的電力改變時(shí),供斤需的放電。例如,可將通過(guò)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn),上也可將便宜的夜間電力存儲(chǔ)在電力存儲(chǔ)存儲(chǔ)在電力存儲(chǔ)設(shè)備103中的電力。
存儲(chǔ)設(shè)備103中的控制設(shè)備110,但是控制立地配置。另外,電力存儲(chǔ)系統(tǒng)100可用于?基于關(guān)于剩余電池容量的信息顯示剩余電
1實(shí)例進(jìn)行了以上描述,串聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)電力或者通過(guò)將電力存儲(chǔ)在電池中獲得的也應(yīng)用于并聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)輛,其使用發(fā)動(dòng)換三種模式:僅利用發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)行駛,僅利用外,本技術(shù)的實(shí)施方式還可有效地應(yīng)用于僅看的電動(dòng)車(chē)輛。
義,但是本技術(shù)并不限于這些實(shí)例。
研究;的匪?的混合物的混合溶劑作為相分離溶;的匪?的混合物的混合溶劑作為相分離溶將其用作隔膜。
實(shí)例1-1相同的方式來(lái)獲得隔膜。
丨乙醇的混合物的混合溶劑作為相分離溶劑
丨乙醇的混合物的混合溶劑作為相分離溶劑卜,以與實(shí)例1-1相同的方式來(lái)獲得隔膜。
切1-1至1-13的隔膜的估計(jì)如下。
分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(商標(biāo)名:010068)公司制造)來(lái)獲取,并基于這些-1至1-7和比較實(shí)例1-1至1-13中,在圖實(shí)例1-3和比較實(shí)例1-2中的表面層的表框指出部分的放大圖。
隔膜切割成開(kāi)口((3111:0111:)尺寸3((31112)來(lái)(0 (⑽))。為了測(cè)量樣本的質(zhì)量,使用電子公司制造),并且為了測(cè)量樣本的厚度,使,由尼康公司制造接著,從樣本的質(zhì)量:面層的質(zhì)量(12(8)1應(yīng)注意,為了測(cè)量襯[0249]表面層的平均孔徑如下確定。首先,使用高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(商標(biāo)名:S-4800,由日立高新技術(shù)公司制造)來(lái)執(zhí)行表面的SEM觀察,并測(cè)量能夠確認(rèn)的5個(gè)最大孔的直徑(尺寸)。接著,對(duì)所測(cè)量的尺寸簡(jiǎn)單地取平均值(算術(shù)平均值)以確定平均直徑(平均尺寸)。在此,術(shù)語(yǔ)直徑(尺寸)指的是沿著孔延伸的最大長(zhǎng)度。
[0250](表面層壓縮率)
[0251]表面層的壓縮率如下確定。首先,以與上述“表面層厚度”的估計(jì)方法相同的方式來(lái)確定在壓縮之前的表面層的厚度。接著,通過(guò)厚紙將一個(gè)隔膜夾在中間,并且以10kg2的壓力使用手壓機(jī)來(lái)壓縮隔膜。然后測(cè)量壓縮隔膜的厚度,并根據(jù)在壓縮前后的表面層厚度的差值來(lái)確定壓縮表面層的厚度。接著,起皺表面層的厚度根據(jù)在壓縮前后的表面層厚度來(lái)計(jì)算。然后,表面層的壓縮率通過(guò)將由此確定的“起皺表面層厚度”和“壓縮之前的表面層厚度”帶入以下等式來(lái)確定。
[0252]表面層的壓縮率(% )=(起皺表面層厚度/壓縮之前的表面層厚度)X 100
[0253](透氣度的測(cè)量)
[0254]透氣度如下確定。10cc空氣穿過(guò)表面積為645mm2的微孔膜(具有28.6mm的直徑的圓圈)所花費(fèi)的時(shí)間(秒)使用Gurley式透氣儀基于JIS P8117來(lái)測(cè)量,采用所獲得的值作為透氣度。
[0255]表I示出了實(shí)例1-1至1-7和比較實(shí)例1-1至1_13的隔膜的組成和在其制造時(shí)使用的相分離溶劑的類型。
[0256]表I
[0257]
【權(quán)利要求】
1.一種隔膜,包括: 多孔物質(zhì)的第一層;以及 設(shè)置在所述第一層的至少一個(gè)面上并包括樹(shù)脂材料和顆粒的第二層, 其中,所述第二層具有所述顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是其中所述顆粒的凝集體通過(guò)所述顆?;ハ噙B接的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述顆粒的基于所述樹(shù)脂材料和所述顆粒的總量的含量為70質(zhì)量%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述顆粒的基于所述樹(shù)脂材料和所述顆粒的總量的含量為80質(zhì)量%以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述第二層具有為所述顆粒的平均粒徑的5.6倍至10.0倍的平均孔徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述第二層具有2.8 μ m至5.0 μ m的平均孔徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述第二層具有74%至90%的孔隙率。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 隔膜,其中,所述樹(shù)脂材料包括氟樹(shù)脂。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的隔膜,其中,所述氟樹(shù)脂是聚偏二氟乙烯。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜,其中,所述顆粒包括氧化鋁。
11.一種電池,包括正極、負(fù)極、電解質(zhì)和隔膜, 其中,所述隔膜包括: 多孔物質(zhì)的第一層;以及 設(shè)置在所述第一層的至少一個(gè)面上并包括樹(shù)脂材料和顆粒的第二層,并且 其中,所述第二層具有所述顆粒的凝集網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池,其中,所述負(fù)極是基于合金的負(fù)極。
13.一種電池組,包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池。
14.一種電子設(shè)備,包括根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池, 其中,所述電子設(shè)備接收來(lái)自所述電池的電力供應(yīng)。
15.—種電動(dòng)車(chē)輛,包括: 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池; 轉(zhuǎn)換設(shè)備,被配置為接收來(lái)自所述電池的電力供應(yīng)并將所接收的電力轉(zhuǎn)換為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)力;以及 控制設(shè)備,被配置為基于關(guān)于所述電池的信息來(lái)執(zhí)行與車(chē)輛控制相關(guān)的信息處理。
16.一種電力存儲(chǔ)設(shè)備,包括: 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池, 其中,所述電力存儲(chǔ)設(shè)備被配置為將電力供應(yīng)至連接至所述電池的電子設(shè)備。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電力存儲(chǔ)設(shè)備,包括: 電力信息控制設(shè)備,被配置為經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)與另一個(gè)設(shè)備交換信號(hào), 其中,所述電力存儲(chǔ)設(shè)備被配置為基于由所述電力信息控制設(shè)備接收的信息來(lái)執(zhí)行所述電池的充電和放電控制。
18.一種電力系統(tǒng),被配置為接收來(lái)自根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池的電力供應(yīng),或?qū)㈦娏陌l(fā)電設(shè)備或電力網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)至所述電池。
【文檔編號(hào)】H01M2/16GK104040757SQ201280066895
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月18日
【發(fā)明者】奧野盛朗 申請(qǐng)人:索尼公司