蓄電元件和蓄電池模塊的制作方法

蓄電元件和蓄電池模塊的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種抑制壓壞時的蓄電元件的溫度上升的蓄電元件。在正極板(18)和間隔件(21)收納于殼體(11)內的狀態下，在間隔件(21)的第一方向的拉伸伸長作為分子、在正極基材(22)的第一方向的拉伸伸長作為分母時的比值為4～68，在正極板(18)和間隔件(21)收納于殼體(11)內的狀態下，在間隔件(21)的第二方向的拉伸伸長作為分子、在正極基材(22)的第二方向的拉伸伸長作為分母時的比值為4～68，耐熱層(31)的厚度作為分子、正極基材(22)厚度作為分母時的比值為0.25～0.70，在耐熱層(31)中包含的耐熱粒子的質量相對于耐熱層(31)的質量的比例為30％～99％。
【專利說明】蓄電元件和蓄電池模塊

【技術領域】
[0001] 本發明涉及抑制蓄電元件壓壞時的溫度上升的技術。

【背景技術】
[0002] -直以來，已知將正極板隔著間隔件重疊負極板而成的蓄電要素收納于殼體內而 成的蓄電元件（參照例如專利文獻1)。
[0003] 在該現有技術中，通過規定正極板的拉伸伸長率，使得在蓄電元件的壓壞方面的 安全性提高。
[0004] 現有技術文獻
[0005] 專利文獻
[0006] 專利文獻1 :日本特開2010-171017號公報


【發明內容】

[0007] 但是，如僅簡單規定正極板的拉伸伸長率，在蓄電池被壓壞時有可能不能充分地 抑制正極板和負極板的短路。因此，根據現有技術，在蓄電元件被壓壞時，難以充分地抑制 蓄電元件的溫度上升。
[0008] 在本說明書中提供抑制蓄電元件壓壞時的溫度上升的技術。
[0009] 本說明書中公開的蓄電元件具備：正極板、負極板、間隔件和殼體，所述正極板在 正極基材上形成有包含正極合劑的正極合劑層，所述負極板在負極基材上形成有包含負極 合劑的負極合劑層，所述間隔件夾隔于所述正極板和所述負極板之間，并且在基材上形成 有包含耐熱粒子的耐熱層，所述殼體將所述正極板、所述負極板和所述間隔件收納于內部， 并且實際上呈長方體形狀并具有一對長側面和一對短側面，將沿構成所述長側面的邊緣的 一邊的方向作為第一方向，將沿垂直于所述一邊的另一邊的方向作為第二方向，在所述正 極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方向上的拉伸伸 長作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的拉伸伸長作為分母時的比值為4?68,在 所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第二方向上的 拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的拉伸伸長作為分母時的比值為4? 68,將所述耐熱層的厚度作為分子、所述正極基材厚度作為分母時的比值為0. 25?0. 70， 在所述耐熱層中包含的所述耐熱粒子的質量相對于所述耐熱層的質量的比例為30%? 99%。
[0010] 根據本說明書中公開的技術，能夠抑制蓄電元件壓壞時的溫度上升。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1是表示實施方式的蓄電元件的立體圖。
[0012] 圖2是將蓄電元件在垂直于長側面的平面切斷的截面圖。
[0013] 圖3是表不層疊有正極板、間隔件和負極板的狀態的部分放大截面圖。
[0014] 圖4是表示在第一方向的圓棒壓壞試驗的狀態的示意圖。
[0015] 圖5是表示在第二方向的圓棒壓壞試驗的狀態的示意圖。

【具體實施方式】
[0016](實施方式的概要）
[0017] 首先，對本實施方式的蓄電元件的概要進行說明。
[0018] 根據本說明書公開的蓄電元件是如下的蓄電元件，其具備：正極板、負極板、間隔 件和殼體，所述正極板在正極基材上形成有包含正極合劑的正極合劑層，所述負極板在負 極基材上形成有包含負極合劑的負極合劑層，所述間隔件夾隔于所述正極板和所述負極板 之間，并且在基材上形成有包含耐熱粒子的耐熱層，所述殼體將所述正極板、所述負極板和 所述間隔件收納于內部，并且實際上呈長方體形狀并具有一對長側面和一對短側面，將沿 構成所述長側面的邊緣的一邊的方向作為第一方向，將沿垂直于所述一邊的另一邊的方向 作為第二方向，在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在 所述第一方向上的拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的拉伸伸長作為分 母時的比值為4?68,在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間 隔件在所述第二方向上的拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的拉伸伸長 作為分母時的比值為4?68,將所述耐熱層的厚度作為分子、所述正極基材厚度作為分母 時的比值為〇. 25?0. 70,在所述耐熱層中包含的所述耐熱粒子的質量相對于所述耐熱層 的質量的比例為30 %?99%。
[0019] 根據本說明書中公開的技術的蓄電元件，能夠抑制壓壞時的溫度上升。這被推測 為是如下的機理引起的。在本說明書中公開的技術的蓄電元件被壓壞時，首先認為正極基 材先于間隔件斷裂。由此，蓄電元件的內部在間隔件保持形狀的狀態下成為正極板被切斷 為多個的狀態。其結果是首先能夠抑制正極板和負極板直接接觸。由此，能夠抑制在正極 板和負極板之間流過短路電流。
[0020] 間隔件可以通過濕法或干法等已知的方法來制造。作為濕法例如可以使用以下的 方法。首先，將聚合物和流動的石蠟等被提取物混合并加熱熔融。此時還可以混合粉體。隨 后，邊冷卻熔融物邊進行片材化，使聚合物和被提取物進行相分離。隨后，使用相對于被提 取物的良溶劑提取被提取物。混合有粉體的情況也提取粉體。由此能夠在片材形成多孔結 構。片材也可以在提取被提取物而形成多孔結構后，將片材拉伸成為薄膜狀。另外，片材也 可以在進行拉伸工序而成為薄膜狀后，通過提取被提取物、粉體而形成多孔結構。
[0021] 另外，作為干法例如可以使用以下的方法。首先，使聚合物加熱熔融。隨后，邊冷 卻熔融物邊進行片材化。此時，通過以規定的條件進行退火，控制在片材內形成的結晶的片 層結構。通過拉伸該片材，在片層界面發生開裂，能夠形成多孔性薄膜。
[0022] 另外，假設即使發生由于間隔件斷裂而發生正極板和負極板直接接觸的情況，由 于成為正極板先于間隔件被切斷為多個的狀態，因此能夠減少正極板和負極板直接接觸而 短路的面積。由此，即使在蓄電元件被壓壞時，也能夠抑制短路電流。推測能夠抑制短路電 流的結果是能夠抑制溫度上升。
[0023] 按照這樣，根據本申請說明書中公開的技術，能夠抑制蓄電元件壓壞時的溫度上 升。
[0024] 在上述的蓄電元件中也可以是如下的構成，S卩，在所述正極板和所述間隔件收納 于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚 度之積作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之 積作為分母時的比值為〇. 40?1. 12,在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀 態下，將所述間隔件在所述第二方向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、 所述正極基材在所述第二方向上的拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的 比值為0.40?L 12。
[0025] 根據該蓄電元件，能夠進一步抑制蓄電元件壓壞時的溫度上升。其原因被推測為： 在被壓壞時成為正極基材先于間隔件斷裂的方式。
[0026] 在上述的蓄電元件中，所述負極合劑層還可以是包含苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR) 的構成。
[0027] 根據該蓄電元件，能夠進一步抑制壓壞時的溫度上升。其原因被推測為：在蓄電元 件的溫度上升時，在負極側產生的分解反應被抑制，其結果是伴隨該分解反應的發熱被抑 制。
[0028] 〈實施方式1>
[0029] 下面參照圖1至圖5,對實施方式1進行說明。實施方式1的蓄電元件10被搭載 于例如于電動汽車、混合動力汽車等車輛（未圖示），作為動力源使用。實施方式1的蓄電 元件10是鋰離子電池，在殼體11內收納正極板18、負極板19、間隔件21和電解液26而成。 需要說明的是，作為蓄電元件10不限定于鋰離子電池，可以根據需要選擇任意的蓄電池。
[0030] (殼體 11)
[0031] 如圖1所不，殼體11為金屬制，呈扁平的長方體形狀。殼體11具有一對長側面12 和一對短側面13。作為構成殼體11的金屬可以選擇鐵、鐵合金、鋁、鋁合金等，根據需要可 以選擇任意的金屬。
[0032] 殼體11具備在上方開口的殼體本體14和安裝于該殼體本體14的封閉開口的蓋 15。在蓋15的上面，向上方凸出設置有正極端子16和負極端子17。正極端子16在殼體 11內通過公知的方法與正極板18電連接。另外，負極端子17在殼體11內通過公知的方法 與負極板19電連接。本實施方式的殼體的尺寸為10cmX8cmX 1. 5cm。
[0033] 在本實施方式中，構成長側面12的邊緣的邊之中，沿上下方向拉伸的短邊32的方 向為第一方向（圖4和5中用箭頭A表示的方向），構成長側面12的邊緣的邊之中，沿垂直 于短邊32的長邊33的方向為第二方向（圖4和圖5中用箭頭B表示的方向）。
[0034] (蓄電要素20)
[0035] 如圖2所示，在殼體11內收納有蓄電要素20,該蓄電要素20按順序層疊正極板 18、間隔件21、負極板19、間隔件21并將它們整體卷繞而成。另外，在殼體11內注入有電 解液26。對于本實施方式的蓄電要素20而言，在殼體11內以蓄電要素20的卷繞軸朝向第 二方向（沿長側面的長邊的方向）的姿態收納。
[0036] 如圖3所不，對于正極板18而言，在正極基材22的一面或兩面形成正極合劑層23 而成。另外，對于負極板19而言，在負極基材24的一面或兩面形成負極合劑層25而成。正 極合劑層23和負極合劑層25隔著間隔件21而被重疊。
[0037] (正極板 18)
[0038] 正極基材22為金屬制的箔狀。本實施方式的正極基材22由鋁或鋁合金形成。優 選正極基材22的厚度為5 μ m?20 μ m。本實施方式的正極基材22的厚度為15 μ m。
[0039] 正極基材22可以通過使其塑性變形調整拉伸伸長和斷裂強度。因此，可以通過調 整制作正極板18時的壓制壓力、壓制率，調整拉伸伸長和斷裂強度。
[0040] 在正極基材22的一面或兩面形成包含正極合劑的正極合劑層23。在本實施方式 中，在正極基材22的兩面形成正極合劑層23。正極合劑包含正極活性物質、導電助劑和粘 結劑。
[0041] 作為正極活性物質，只要是能夠吸貯放出鋰離子的正極活性物質，可以適當使用 公知的材料。例如，作為正極活性物質，可以使用LiMP0 4、LiMSi04、LiMB03(M為選自Fe、Ni、 Mn、Co等之中的一種或兩種以上的過渡金屬元素）等聚陰離子化合物、鈦酸鋰、錳酸鋰等尖 晶石化合物、1^1?)2(1為選自？6、附、111、(：〇等之中的一種或兩種以上的過渡金屬元素）等 鋰過渡金屬氧化物等。
[0042] 導電助劑的種類沒有特別的限制，可以是金屬也可以是非金屬。作為金屬的導電 助劑，可以使用由Cu、Ni等金屬元素構成的材料。另外，作為非金屬的導電助劑，可以使用 石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑等碳材料。
[0043] 對于粘結劑而言，只要是對于在電極制造時使用的溶劑、電解液26穩定且對充放 電時的氧化還原反應穩定的材料，其種類沒有特別的限制。可以將例如聚四氟乙烯（PTFE)、 聚偏氟乙烯（PVDF)、聚乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂，乙烯-丙烯-二烯烴聚合物（EPDM)、磺 化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR)、氟橡膠等具有橡膠彈性的聚合物單獨或作為兩種以上 的混合物來使用。
[0044] 另外根據需要，在正極合劑中還可以含有粘度調整劑等。作為粘度調整劑，根據需 要可以適當選擇羧甲基纖維素（CMC)、N-甲基吡咯烷酮（NMP)等任意的化合物。
[0045] (負極板 19)
[0046] 負極基材24為金屬制的箔狀。本實施方式的負極基材24由銅或銅合金形成。優 選負極基材24的厚度為5 μ m?20 μ m。本實施方式的負極基材24的厚度為10 μ m。
[0047] 在負極基材24的一面或兩面形成有包含負極合劑的負極合劑層25。在本實施方 式中，在負極基材4的兩面形成有負極合劑層25。負極合劑包含負極活性物質、導電助劑和 粘結劑。
[0048] 負極板19中使用的導電助劑、粘結劑、粘度調整劑等可以適當選擇使用與正極板 18中使用的相同的材料，因此省略說明。
[0049] 作為負極活性物質，可以列舉碳材料，其它能夠與鋰合金化的元素、合金、金屬氧 化物、金屬硫化物、金屬氮化物等。作為碳材料的例子可以列舉硬碳、軟碳、石墨等。作為能 夠與鋰合金化的元素的例子可以列舉例如Al、Si、Zn、Ge、Cd、Sn和Pb等。這些可以包含 一種，也可以包含兩種以上。另外，作為合金的例子可以列舉Ni-Si合金和Ti-Si合金等包 含過渡金屬元素的合金等。作為金屬氧化物的例子可以列舉SnBuP^Ou等非晶錫氧化物、 SnSi03等錫硅氧化物、SiO等氧化硅、Li4+xTi50 12等尖晶石結構的鈦酸鋰等。作為金屬硫化 物的例子可以列舉TiS2等硫化鋰、MoS2等硫化鑰、FeS、FeS2、Li xFeS2等硫化鐵。這些之中 特別是硬碳，其中優選D50小于8 μ m的小粒徑硬碳。需要說明的是，在此的D50表示如下 的粒徑，即，測定用激光衍射散射法測定的粒子的體積分布，特定的粒徑以下的粒子數量相 當于（累積分布）50%的體積時的粒徑。
[0050] (間隔件 21)
[0051] 間隔件21具備基材30和形成于基材30的一面或兩面并且耐熱性比基材30優異 的耐熱層31。作為基材30,可以使用聚烯烴微多孔膜、合成樹脂制的織物或無紡布、天然纖 維、玻璃纖維或陶瓷纖維的織物或無紡布、紙等。作為聚烯烴微多孔膜可以利用聚乙烯、聚 丙烯或它們的復合膜。作為合成樹脂纖維，可以從聚丙烯腈（PAN)、聚酰胺（PA)、聚酯、聚對 苯二甲酸乙二醇酯（PET)、聚丙烯（PP)或聚乙烯（PE)等聚烯烴或它們的混合物中選擇。優 選間隔件21的厚度為5?35 μ m。
[0052] 作為基材30的制造方法，可以使用公知的方法。在以下示出基材30的制造方法 的一例。需要說明的是，基材30的制造方法不限定于下述。
[0053] 將一種或兩種以上的聚合物（例如聚乙烯、聚丙烯等）和規定的添加劑進行混合。 將得到的聚合物混合物和流動石蠟等被提取物進行混合并加熱熔融。此時，可以利用間歇 式將聚合物混合物和被提取物進行混合，另外，也可以使用擠出機連續地進行混合。熔融物 從T模頭噴出，被澆鑄于控制為規定溫度的冷卻輥上。由此形成聚合物和流動石蠟發生相 分離的片材。隨后，將片材設定于雙軸拉幅拉伸機，通過利用規定的拉伸率將片材雙軸拉伸 而形成薄膜狀。雙軸拉伸可以同時實施，另外也可以依次實施。薄膜被導入充填有相對于 被提取物的良溶劑（例如甲基乙基酮等）的溶劑層，提取除去被提取物。隨后干燥除去用 于提取的溶劑。進而將薄膜導入TD拉幅熱定型機，用規定的溫度進行熱定型。由此能夠得 到基材30。
[0054] 對于間隔件21的拉伸伸長而言，通過改變連續制造基材30時的生產線速度、雙軸 拉伸時的拉伸倍率、聚丙烯的含量，可以適當地調整。另外，間隔件21的斷裂強度也可以通 過同樣的方法進行調整。還有，作為改變間隔件21的斷裂強度的方法，可以列舉調整后述 的耐熱層31的厚度、耐熱粒子的含量的方法。
[0055] 形成于基材30的耐熱層31包含耐熱粒子和粘結劑。優選耐熱層31以與正極合 劑層23相對的方式配置。期望耐熱粒子是在大氣下且在500°C的重量減少在5%以下的材 料。尤其期望是在800°C的重量減少在5%以下的材料。作為這樣的材料可以列舉無機化合 物。無機化合物由下述之中的一種以上的無機物單獨或混合體或復合化合物構成。可以列 舉：氧化鐵、Si0 2、A1203、Ti02、BaTi02、ZrO、氧化鋁-二氧化硅復合氧化物等氧化物微粒；氮 化鋁、氮化硅等氮化物微粒；氟化鈣、氟化鋇、硫酸鋇等難溶性的離子結晶微粒；硅、金剛石 等共價鍵性結晶微粒；滑石、蒙脫石等粘土微粒；勃姆石、沸石、磷灰石、高嶺土、莫來石、尖 晶石、橄欖石、絹云母、膨潤土、云母等礦物資源來源物質或它們的人造物；等。另外，也可以 是用具有電絕緣性的材料（例如，構成上述的電絕緣性無機粒子的材料）將導電性微粒的 表面進行表面處理，使其保持電絕緣性的微粒，所述導電性微粒包括金屬微粒；Sn0 2、錫-銦 氧化物（ΙΤ0)等氧化物微粒；炭黑、石墨等碳質微粒；等。特別優選Si02、Al 203、氧化鋁-二 氧化硅復合氧化物。
[0056] 用于耐熱層31的粘結劑只要是對于電解液26穩定的材料，其種類沒有特別的限 制。作為粘結劑，可以列舉聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、聚四氟 乙烯、聚六氟丙烯、聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、 聚丙烯酸甲基、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、苯乙烯-丁二烯橡膠、丁腈橡 膠、聚苯乙烯或聚碳酸酯。從電化學穩定性的觀點出發，更優選聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚六 氟丙烯或聚環氧乙烷。特別優選聚偏氟乙烯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、苯乙烯-丁二烯橡 膠。
[0057] 耐熱層31也可以是包含增稠劑，表面活性劑等公知化合物的構成。也可以通過微 調整粘結劑、增稠劑、表面活性劑的比率和固體成分比率，使涂層劑的組成發生變化，另外 也可以將耐熱層的表面進行改質處理。另外，作為耐熱粒子不限定于無機化合物，也可以使 用有機化合物。
[0058] 需要說明的是，通過在間隔件21上配置耐熱層31，能夠抑制伴隨正極板18和負極 板19的短路發熱帶來的間隔件21的收縮。另外，即使在基材30由于發熱而熔融時，由于 在正極板18和負極板19之間形成有耐熱層31，因此能夠抑制短路電流的擴大。
[0059] (電解液 26)
[0060] 作為電解液26,可以使用在非水溶劑中溶解電解質鹽的非水電解液。電解液26在 殼體11內，浸滲于正極合劑層23、負極合劑層25和間隔件21。需要說明的是，對于在電解 液26中未浸滲于正極合劑層23、負極合劑層25和間隔件21而積存于殼體11內的部分省 略圖示。電解液26并不限定于此，可以使用通常用于鋰離子電池等而提出的電解液。作為 非水溶劑，可以列舉碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、氯代碳酸亞乙酯、碳酸亞乙烯酯 等環狀碳酸酯類；丁內酯、戊內酯等環狀酯類；碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙 酯等鏈狀碳酸酯類；甲酸甲酯、乙酸甲酯、丁酸甲酯等鏈狀酯類；四氫呋喃或其衍生物；1， 3-二氧雜環己烷、1，4-二氧雜環己烷、1，2-二甲氧基乙烷、1，4-二丁氧基乙烷、甲基二甘醇 二甲醚等醚類；乙腈、苯甲腈等腈類；二氧戊環或其衍生物；環硫乙烷、環丁砜、磺酸內酯或 其衍生物等的一種或它們兩種以上的混合物等，但并不限定于此。需要說明的是，也可以在 電解液26中加入公知的添加劑。
[0061] 作為電解質鹽，可以列舉例如 LiC104、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiSCN、LiBr、Lil、 Li2S04、Li2B10Cl10、NaC10 4、Nal、NaSCN、Nafc、KC104、KSCN 等包含鋰（Li)、鈉（Na)或鉀 ⑷的一種的無機離子鹽；LiCF3S03、LiN(CF 3S02)2、LiN(C2F5S0 2)2、LiN(CF3S02) (C4F9S02)、 LiC(CF3S02)3、LiC(C2F 5S02)3、（CH3)4NBF 4、（CH3)4NBr、（C2H5) 4NC104、（C2H5)4NI、（C 3H7)4NBr、 (n-C4H9) 4NC104、（n-C4H9)4NI、（C 2H5)4N-馬來酸鹽、（C2H5) 4N-苯甲酸鹽、（C2H5)4N-鄰苯二甲酸 鹽、十八烷基磺酸鋰、辛烷磺酸鋰、十二烷基苯磺酸鋰等有機離子鹽等，這些離子性化合物 可以單獨使用或兩種類以上混合使用。
[0062] 還有，通過將LiBF4和LiN (C2F5S02) 2這樣的具有全氟烷基的鋰鹽混合并使用，能夠 進一步降低電解質的粘度，因此能夠進一步提高低溫特性，另外能夠抑制自放電，因而更優 選。
[0063] 另外，作為電解液26也可以使用常溫熔融鹽、離子液體。
[0064] 下面，依據實驗例對本發明進行詳細說明。需要說明的是，本發明并不受下述實驗 例的任何限定。
[0065] 在實驗例1?28中，在上方開口的殼體本體14的內部收納蓄電要素20,在將正極 板18與正極端子16連接、負極板19與負極端子17連接后注入電解液26,通過在殼體本體 14上焊接蓋15,由此制作蓄電元件10。
[0066] 〈實驗例1>
[0067] 正極板按照如下來制作。將作為正極活性物質的用組成式LiNiMnC〇0 2表示的鋰 復合氧化物90質量份、作為粘結劑的聚偏氟乙烯5質量份和作為導電助劑的乙炔黑5質量 份進行混合，由此制備正極合劑。將該正極合劑涂布于由厚度15 μ m的鋁箔構成的正極基 材的兩面。將其干燥后用輥壓機加壓，由此制作正極板。
[0068] 負極板按照如下來制作。將作為負極活性物質的硬碳95質量份和作為粘結劑的 聚偏氟乙烯5質量份進行混合。向其中適當加入N-甲基吡咯烷酮并制備為糊狀，由此制作 負極合劑。將該負極合劑涂布于由厚度10 μ m的銅箔構成的負極基材的兩面。將其干燥后 用輥壓機加壓，由此制作負極板。
[0069] 間隔件按照如下來制作。使用透氣度130、厚度15 μ m的聚烯烴微多孔膜作為基 材。另外，將氧化鋁、丙烯酸類膠乳、增稠劑、表面活性劑進行混合而制成涂層劑。將該涂層 劑利用凹版印刷法涂敷于基材一面。涂敷后進行80°C、12小時的干燥。由此制作具有厚度 為7. 5 μ m的耐熱層的間隔件。
[0070] 依次重疊按照上述得到的正極板、間隔件、負極板和間隔件并卷繞為渦卷狀，由此 制作卷繞型的蓄電要素。
[0071] 作為電解液，使用LiPF6為溶質，使用碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混 合溶劑為溶劑。混合溶劑以各成分的體積比為碳酸亞丙酯：碳酸二甲酯：碳酸甲乙酯= 3 : 2 : 5的方式來制備。在該混合溶劑中溶解LiPF6，以LiPF6W濃度為lmol/L的方式制 備。
[0072] 使用上述的構成要素，制作實驗例1的蓄電元件。
[0073] 〈實驗例2?8>
[0074] 除使用具有與實驗例1中使用的間隔件不同的拉伸伸長和斷裂強度的基材的間 隔件以外，使用與實驗例1相同的方法制作實驗例2?8的蓄電元件。
[0075] 〈從蓄電元件取出正極板和間隔件〉
[0076] 將蓄電元件在放電狀態（2V)下進行解體，取出正極板和間隔件，利用碳酸二甲酯 充分地進行清洗。隨后，在25°C將正極板和間隔件進行真空干燥。
[0077]〈正極基材的分離（正極合劑的剝離）>
[0078] 將正極板浸漬于能夠溶解粘結劑的有機溶劑中，在65°C靜置2天。需要說明的是， 在此使用N-甲基吡咯烷酮作為有機溶劑。在靜置中正極合劑層從正極基材剝離。從有機 溶劑中取出正極基材，用N-甲基吡咯烷酮清洗后，在25°C進行真空干燥。
[0079]〈間隔件厚度、基材厚度和耐熱層厚度〉
[0080] 對于按照上述那樣從蓄電元件取出的間隔件，對該截面進行CP(橫截面拋光機） 加工后，進行SEM觀察。對于1個間隔件片，在5處測定間隔件厚度、基材厚度和耐熱層厚 度，將其平均值作為間隔件厚度、基材厚度和耐熱層厚度。
[0081] 將按照上述測定的耐熱層厚度作為分子、基材厚度作為分母時的比值作為耐熱層 厚度與基材厚度的比率。在本實施方式中，耐熱層厚度與基材厚度的比率為〇. 5。
[0082] 另外，將按照上述測定的耐熱層厚度作為分子、正極基材厚度作為分母時的比值 作為耐熱層厚度與正極基材厚度的比率，總結于表1中。
[0083] 〈耐熱粒子的比率〉
[0084] 將按照上述從蓄電元件取出的間隔件裁切為4cmX4cm的尺寸，測定質量W1。隨后 浸漬于水：乙醇=1 : 1(體積率）的混合溶劑中，利用超聲波清洗裝置剝離耐熱層。測定 按照這樣剝離了耐熱層的間隔件的質量W2。
[0085] 另外，對于將按照上述從蓄電元件取出的間隔件裁切為4cmX4cm的尺寸的樣品， 且與測定質量W1和W2時的樣品不同的樣品，利用熱重量分析（TG)裝置，以10°C /min的升 溫速度升溫至800°C，測定保持30分鐘時的重量W3。由按照這樣測定的值，通過下述式子 計算在耐熱層中包含的耐熱粒子的質量相對于耐熱層的質量的比例R(% )。將按照這樣計 算的比例R作為"耐熱粒子比率"總結于表1中。
[0086] R = {(W3/(ffl-W2)} X100
[0087] 〈間隔件拉伸試驗〉
[0088] 以間隔件收納于殼體內的狀態的第一方向作為長軸方向，將按照上述從蓄電兀件 取出的間隔件裁切為2cmX 10cm的尺寸作為試驗片。對該試驗片依據JISK7161進行拉伸 試驗，測定拉伸斷裂強度和拉伸伸長。
[0089] 另外，以間隔件收納于殼體內的狀態的第二方向作為長軸方向，將從蓄電元件取 出的間隔件裁切為2cmX 10cm的尺寸作為試驗片。對該試驗片依據JISK7161進行拉伸試 驗，測定拉伸斷裂強度和拉伸伸長。
[0090] 〈正極基材拉伸試驗〉
[0091] 以正極基材收納于殼體內的狀態的第一方向為長軸方向，將按照上述從蓄電兀件 取出的正極基材裁切為2cmX 10cm的尺寸作為試驗片。對該試驗片依據JISZ2241進行拉 伸試驗，測定拉伸斷裂強度和拉伸伸長。
[0092] 另外，以正極基材收納于殼體內的狀態的第二方向為長軸方向，將從蓄電元件取 出的正極基材裁切為2cmX 10cm的尺寸作為試驗片。對該試驗片依據JISZ2241進行拉伸 試驗，測定拉伸斷裂強度和拉伸伸長。
[0093] 〈第一方向伸長比率〉
[0094] 計算將間隔件在第一方向上的拉伸伸長作為分子、正極基材在第一方向上的拉伸 伸長作為分母時的比值，作為第一方向伸長比率，總結于表1中。
[0095] 〈第二方向伸長比率〉
[0096] 計算將間隔件在第二方向上的拉伸伸長作為分子、正極基材在第二方向上的拉伸 伸長作為分母時的比值，作為第二方向伸長比率，總結于表1中。
[0097] 〈第一方向強度比率〉
[0098] 計算將間隔件在第一方向上的拉伸斷裂強度與間隔件厚度之積作為分子、正極基 材在第一方向上的拉伸斷裂強度與正極基材厚度之積作為分母時的比值，作為第一方向強 度比率，總結于表1中。
[0099]〈第二方向強度比率〉
[0100] 計算將間隔件在第二方向上的拉伸斷裂強度與間隔件厚度之積作為分子、正極基 材在第二方向上的拉伸斷裂強度與正極基材厚度之積作為分母時的比值，作為第二方向強 度比率，總結于表1中。
[0101] 〈在第一方向的圓棒壓壞試驗〉
[0102] 在圓棒壓壞試驗之前，通過在25°C、4A下，在上限4. IV、下限2. 4V內使蓄電元件放 電的電流容量來規定1C(A)，從放電狀態在25°C、0. 5C(A)下，對蓄電元件充電1.6小時，由 此制備SOC(殘存容量：State Of Charge)為80%的蓄電元件。如圖4所示，對于該蓄電元 件，從上方向下方對蓄電元件的長側面按壓直徑16_的鋼鐵制圓棒34,由此使蓄電元件壓 壞。使得圓棒34在第二方向上的長側面的中央部的位置，以圓棒34的長軸方向沿第一方 向的姿態按壓蓄電元件。圓棒34的長度尺寸設定為長于第一方向的殼體的長度尺寸。對 于圓棒34按壓于蓄電元件的深度而言，設定為在垂直于蓄電元件的長側面的方向，達到殼 體的厚度尺寸的三分之二的深度。隨后測量蓄電元件的溫度變化。在表1中，對于壓壞后 的蓄電元件的最高溫度，將實驗例3的蓄電元件的最高溫度作為100時的各實驗例的蓄電 元件的最高溫度的比作為第一方向壓壞時最高溫度與實驗例3比值來總結。
[0103] 〈在第二方向的圓棒壓壞試驗〉
[0104] 在圓棒壓壞試驗之前，通過在25°C、4A下，在上限4. IV、下限2. 4V內使蓄電元件放 電的電流容量來規定1C(A)，從放電狀態在25°C、0. 5C(A)下，對蓄電元件充電1.6小時，由 此制備S0C(殘存容量：State Of Charge)為80%的蓄電元件。如圖5所示，對于該蓄電元 件，從上方向下方對蓄電元件的長側面按壓直徑16_的鋼鐵制圓棒34,由此使蓄電元件壓 壞。使得圓棒34在第一方向的長側面的中央部的位置，以圓棒34的長軸方向沿第二方向 的姿態按壓蓄電元件。圓棒34的長度尺寸設定為長于第二方向的殼體的長度尺寸。對于 圓棒34按壓于蓄電元件的深度而言，設定為在垂直于蓄電元件的長側面的方向，達到殼體 的厚度尺寸的三分之二的深度。隨后測量蓄電元件的溫度變化。在表1中，對于壓壞后的 蓄電元件的最高溫度，將實驗例3的蓄電元件的最高溫度作為100時的各實驗例的蓄電元 件的最高溫度的比作為第二方向壓壞時最高溫度與實驗例3比值來總結。
[0105]

【權利要求】
1. 一種蓄電元件，其具備：正極板、負極板、間隔件和殼體， 所述正極板在正極基材上形成有包含正極合劑的正極合劑層， 所述負極板在負極基材上形成有包含負極合劑的負極合劑層， 所述間隔件夾隔于所述正極板和所述負極板之間，并且在基材上形成有包含耐熱粒子 的耐熱層， 所述殼體將所述正極板、所述負極板和所述間隔件收納于內部，并且實質上呈長方體 形狀而具有一對長側面和一對短側面， 將沿構成所述長側面的邊緣的一邊的方向作為第一方向，將沿垂直于所述一邊的另一 邊的方向作為第二方向， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方 向上的拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的拉伸伸長作為分母時的比值 為4?68， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第二方 向上的拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的拉伸伸長作為分母時的比值 為4?68， 將所述耐熱層的厚度作為分子、所述正極基材厚度作為分母的比值為〇. 25?0. 70， 在所述耐熱層中包含的所述耐熱粒子的質量相對于所述耐熱層的質量的比例為 30%?99%。
2. 根據權利要求1所述的蓄電元件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方 向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的 拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的比值為0. 40?1. 12， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第二方 向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的 拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的比值為0. 40?1. 12。
3. 根據權利要求1或2所述的蓄電元件，其中， 所述負極合劑層包含苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR)。
4. 根據權利要求1?3中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 所述耐熱粒子在大氣下、且500°C條件下的重量減少在5%以下。
5. 根據權利要求1?4中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 所述間隔件在第一方向上的拉伸伸長和拉伸斷裂強度以及所述間隔件在第二方向上 的拉伸伸長和拉伸斷裂強度是依據JISK7161進行測定的。
6. 根據權利要求1?5中的任意一項所述的蓄電兀件，其中， 所述正極基材在第一方向上的拉伸伸長和拉伸斷裂強度以及所述正極基材在第二方 向上的拉伸伸長和拉伸斷裂強度是依據JISZ2241進行測定的。
7. 根據權利要求1?6中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方 向上的拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的拉伸伸長作為分母時的比值 為15?48。
8. 根據權利要求1?7中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第二方 向上的拉伸伸長作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的拉伸伸長作為分母時的比值 為15?48。
9. 根據權利要求1?8中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 將所述耐熱層的厚度作為分子、所述正極基材厚度作為分母時的比值為〇. 30?0. 60。
10. 利要求1?9中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 將所述耐熱層的厚度作為分子、所述正極基材厚度作為分母時的比值為〇. 40?0. 60。
11. 根據權利要求1?10中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述耐熱層中包含的所述耐熱粒子的質量相對于所述耐熱層的質量的比例為 50%?97%。
12. 根據權利要求1?11中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述耐熱層中包含的所述耐熱粒子的質量相對于所述耐熱層的質量的比例為 81%?95%。
13. 根據權利要求1?12中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方 向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的 拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的比值為0. 48?0. 96。
14. 根據權利要求1?13中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第一方 向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、所述正極基材在所述第一方向上的 拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的比值為0. 64?0. 80。
15. 根據權利要求1?14中的任意一項所述的蓄電元件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第二方 向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的 拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的比值為0. 48?0. 96。
16. 根據權利要求1?15中的任意一項所述的蓄電兀件，其中， 在所述正極板和所述間隔件收納于所述殼體內的狀態下，將所述間隔件在所述第二方 向上的拉伸斷裂強度與所述間隔件厚度之積作為分子、所述正極基材在所述第二方向上的 拉伸斷裂強度與所述正極基材厚度之積作為分母時的比值為0. 64?0. 80。
17. -種蓄電池模塊，其包含權利要求1?16中的任意一項所述的蓄電兀件。
【文檔編號】H01M10/04GK104241674SQ201410270007
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月17日 優先權日:2013年6月19日
【發明者】宮崎明彥, 森澄男, 加古智典, 中井健太 申請人:株式會社杰士湯淺國際