[发明专利]锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池，具体涉及使用陶瓷隔板的、经济性优异且可靠性高的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池例如具有将蓄电元件、电解液容纳在外壳体内的结构，以如下方法来构成所述蓄电元件：例如通过在片状的集电箔(铝箔或铜箔等)上涂布正极用活性物质(锂复合氧化物)而形成的正极和涂布负极用活性物质(活性炭或碳等)而形成的负极之间，夹入用来防止正负极间因接触而发生短路的隔板层叠。

作为这样的电池，在专利文献1中提出了一种非水电解质电池，其中使用将无机微粒分散在有机高分子内后得到的隔板(以下，也称为“陶瓷隔板层”)，而不是传统使用的聚烯烃拉伸膜等的隔板(以下，称为“聚烯烃类隔板”)，如图4示意所示那样，该陶瓷隔板层111设置在正极101和负极102之间。

在专利文献1中所使用的陶瓷隔板层111即使在高温下也不会变形收缩。因此，即使当陶瓷隔板层111意外地暴露于高温下，也不会因收缩而引起正负极间的短路和发热、冒烟、起火等情况，可以改善安全性。例如，即使在钉刺试验中也不起火的安全性就依赖于这个特征。

然而，在采用表面凹凸较大的电极时仅由陶瓷隔板层无法保持电子绝缘性，因此，实际上并非是仅用陶瓷隔板层111来保持电子绝缘性的结构得到的市场上销售的电池。

此外，如果使用陶瓷隔板层来满足低成本和低电阻要求，则必须减小膜厚，但是在采用表面凹凸较大的电极的情况下，如减小陶瓷隔板层的厚度就不能确保电子绝缘性。另一方面，虽然如果为了确保电子绝缘性而增大陶瓷隔板层的膜厚，可以确保电子绝缘性，但是存在若膜厚增加则会导致成本提高和电阻增大的问题。如此，在图4所示结构的情况下，实际上不可能同时满足低成本、低电阻和电子绝缘性。

另外，如图5示意性地所示，在专利文献2中提出了构成在正极101和负极102之间设有多孔质绝缘层(HRL)(实质上是陶瓷隔板层)111和多孔质绝缘体(普遍使用的聚烯烃类隔板)112的非水电解质电池。

而且，多孔质绝缘层111用绝缘性的无机微粒和由有机高分子构成的粘合剂(binder)的混合物来形成，实质上与陶瓷隔板层相同。

在专利文献2中的结构的情况下，在正极101和负极102之间夹着作为聚烯烃类隔板的多孔质绝缘体112和用绝缘性的无机微粒和由有机高分子构成的粘合剂(binder)的混合物形成的多孔质绝缘层(陶瓷隔板层)111，通过夹着即使在高温下也不会收缩的多孔质绝缘层(陶瓷隔板层)111来抑制、防止正负极间的短路、发热和起火，使安全性得到提高，另一方面，虽然可以通过电子绝缘性优异的聚烯烃类隔板即多孔质绝缘体112来确保正负极之间的电子绝缘性，但是由于与聚烯烃类隔板即多孔质绝缘体112组合使用，存在以下的问题。

(a)聚烯烃类隔板的成本占电池原价中较高的比例高，是导致成本增加的主要原因。

(b)由于聚烯烃类隔板因大电阻而造成功率特性下降，作为对策，可以设法减小膜厚、提高孔隙率，但这些都不易实现，这成为妨碍电池高性能化的重要原因。此外，考虑到为确保功率特性而增加叠层数，但这会增加成本。

(c)聚烯烃类隔板通常具有20～30μm的膜厚，存在使单位体积的能量密度降低的问题，并且，虽然隔板的膜厚越薄则电池的能量密度就可以设计得越高，但是由于加工方面的问题等，要使聚烯烃类隔板的膜厚变薄是非常困难的。

另外，如图6示意性地所示，专利文献3中提出了锂离子二次电池，在正极101和负极102之间设有：(a)第一绝缘层(离子透过性凝胶)113；(b)第二绝缘层(具有锂离子透过性的陶瓷隔板层)111；以及(c)多孔质绝缘体(多孔质聚烯烃类隔板)112。

在专利文献3中的结构的情况下，由于设有陶瓷隔板层(第二绝缘层)111和多孔质聚烯烃类隔板(多孔质绝缘体)112，不仅存在专利文献2中所涉及的上述问题，还增加了一个称为离子透过性凝胶(第一绝缘层)113的构成单元，因此，高成本、高电阻、能量密度降低、功率密度降低等问题变得更为严重。

此外，还提出了如下所述的非水电解质二次电池：在负极活性物质涂布层和正极活性物质涂布层中的任一个的表面上形成了0.1～200μm厚的例如由树脂粘合剂和固体粒子组成的多孔性保护膜的非水电解质二次电池(参见专利文献4)；或者，在负极具有包括含有Si或Sn的活性物质粒子的活性物质层，且在最外表面上形成含有无机氧化物的粒子的非水电解质二次电池；再或者，最外表面的粗糙度为JIS B0601中规定的Ra为0.1～3μm的非水电解质二次电池(参见专利文献5)。