蓄電元件和蓄電元件的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具備形成有含正極活性物質(zhì)的正極合劑層的正極、形成有含負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極合劑層的負(fù)極、和隔開正極與負(fù)極的間隔件的蓄電元件，以及該蓄電元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為代表性的蓄電元件的鋰離子電池，具備在帶狀的基材上涂布正極合劑或負(fù)極合劑而形成正極和負(fù)極，并用間隔件隔開該正極和負(fù)極而層疊的層疊體。這里，在鋰離子電池的制造工序中，有用卷繞裝置卷起由正極、間隔件和負(fù)極構(gòu)成的層疊體而形成發(fā)電元件的工序。這時，由卷繞作業(yè)帶來的拉力會作用于間隔件。因此，要求間隔件有能夠耐受卷繞作業(yè)的一定以上的強(qiáng)度。
[0003]蓄電元件的間隔件存在使用將樹脂材料進(jìn)行單軸拉伸的間隔件的情況。因此，間隔件通常為樹脂沿著作為拉伸方向的縱長方向取向。因此，間隔件在作為拉伸方向的MD方向，具有較高的強(qiáng)度。另一方面，在與拉伸方向正交的TD方向(寬度方向)上，因為樹脂沒有取向，所以若與MD方向相比，則強(qiáng)度有降低的傾向。在進(jìn)行層疊體的卷繞作業(yè)時，例如，基于卷繞裝置進(jìn)行卷繞時，TD兩端部的張力平衡略微被打破時，作用于層疊體中的間隔件的拉力在左右失去平衡，不僅在MD方向，在TD方向也有拉力(應(yīng)力)發(fā)生。這種情況下，單軸拉伸間隔件在TD方向張力作用下，有可能在MD方向平行地發(fā)生斷裂。
[0004]在制造蓄電元件時，為了防止間隔件的變形和斷裂，需要提高間隔件的強(qiáng)度。作為其手段之一，例如，考慮使間隔件多層化。作為現(xiàn)有的鋰離子電池所使用的間隔件，例如，是在成為基材的多孔樹脂層之上設(shè)置含有填料和纖維狀物的第二多孔質(zhì)層(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1，其說明的是，在第二多孔質(zhì)層中，因為與填料一起添加有纖維狀物，所以可確保間隔件的形狀穩(wěn)定性和柔軟性。
[0005]另外，在具有雙層結(jié)構(gòu)的間隔件中，以多孔樹脂構(gòu)成第一層，作為第二層則形成含有粒子和纖絲的多孔膜(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)專利文獻(xiàn)2，其說明的是，第二層所含的纖絲因為具有相互連續(xù)相連的三維的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以能夠?qū)﹂g隔件賦予柔軟性等。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本特開2011-146365號公報
[0009]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-205719號公報
[0010]發(fā)明要解決課題
[0011]然而，專利文獻(xiàn)1所述的第二多孔質(zhì)層，是想要抑制鋰離子電池在充放電時的間隔件的熱收縮，從而防止短路，使鋰離子電池的穩(wěn)定性提高。另外，專利文獻(xiàn)2所述的第二層是為了提高鋰離子電池的安全性而設(shè)的，即，其是用于在充放電時，即使由于污染物和枝晶的發(fā)生導(dǎo)致間隔件破斷時，仍使間隔件具有柔軟性，從而使間隔件附和污染物和枝狀晶的形狀，以確保絕緣性。如此，現(xiàn)有的技術(shù)主要是在鋰離子電池的使用時，以追求間隔件的穩(wěn)定性的提高為出發(fā)點而開發(fā)的，并未看到著眼于在鋰離子電池的制造階段間隔件會發(fā)生的不良情況，并使其耐久性和可靠性提高這樣的想法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明鑒于上述問題點而形成，其目的特別是消除在鋰離子電池等的蓄電元件的制造時，會在間隔件上發(fā)生的變形和斷裂等不良情況，提供耐久性和可靠性優(yōu)異的蓄電元件。另外，其目的在于，提供這樣的耐久性和可靠性優(yōu)異的蓄電元件的制造方法。
[0013]用于解決課題的手段
[0014]用于解決上述課題的本發(fā)明的蓄電元件的特征結(jié)構(gòu)在于，是具備
[0015]形成有含正極活性物質(zhì)的正極合劑層的正極、
[0016]形成有含負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極合劑層的負(fù)極、
[0017]隔開所述正極與所述負(fù)極的間隔件的蓄電元件，其中，
[0018]所述間隔件具備經(jīng)單軸拉伸的片狀的基材、和被覆所述基材的至少一側(cè)的面的被覆層，
[0019]所述被覆層具有沿著與所述基材的拉伸方向不同的方向進(jìn)行取向的各向異性結(jié)構(gòu)。
[0020]如前所述，間隔件的變形和斷裂與基材的拉伸方向相關(guān)。在單軸拉伸的片狀的基材中，對于作為拉伸方向的MD方向，雖然能夠維持一定的強(qiáng)度，但對于與拉伸方向正交的TD方向，則有不能維持充分的強(qiáng)度的情況。因此，本發(fā)明人等潛心研究的結(jié)果是，籌劃設(shè)于基材之上的被覆層的結(jié)構(gòu)，在使間隔件整體的強(qiáng)度提高上取得成功，從而完成了本發(fā)明。
[0021]S卩，根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，在構(gòu)成間隔件的基材的至少一側(cè)的面具備具有沿著與該基材的拉伸方向不同的方向進(jìn)行取向的各向異性結(jié)構(gòu)的被覆層。這時，被覆層對于MD方向以外的方向，以增強(qiáng)基材的方式發(fā)揮功能，因此，即使有應(yīng)力沿MD方向以外的方向作用于間隔件，被覆層的各向異性結(jié)構(gòu)也能夠承載該應(yīng)力，抑制間隔件的變形和斷裂。其結(jié)果是，可以提供耐久性和可靠性優(yōu)異的蓄電元件。
[0022]在本發(fā)明的蓄電元件中，
[0023]所述被覆層中，作為所述各向異性結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有沿著垂直于所述基材的拉伸方向的方向進(jìn)行取向的垂直取向結(jié)構(gòu)。
[0024]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，因為被覆層具有沿著與基材的拉伸方向垂直的方向進(jìn)行取向的垂直取向結(jié)構(gòu)，所以有拉力作用于間隔件的TD方向時，被覆層的垂直取向結(jié)構(gòu)能夠確實地承載該拉力，防止間隔件的變形和斷裂。
[0025]在本發(fā)明的蓄電元件中，
[0026]所述被覆層中，作為所述各向異性結(jié)構(gòu)，優(yōu)選具有從所述基材的拉伸方向觀看時呈軸對稱的對稱取向結(jié)構(gòu)。
[0027]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，因為被覆層具有從基材的拉伸方向觀看時呈軸對稱的對稱取向結(jié)構(gòu)，所以在應(yīng)力作用于間隔件的MD方向以外的方向時，被覆層的對稱取向結(jié)構(gòu)能夠使該應(yīng)力分散到間隔件的兩側(cè)，均衡地進(jìn)行承載。其結(jié)果是，能夠防止間隔件的變形和斷
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[0028]在本發(fā)明的蓄電元件中，
[0029]所述間隔件，優(yōu)選垂直于所述基材的拉伸方向的方向上的抗拉強(qiáng)度STD與所述基材的拉伸方向的抗拉強(qiáng)度SMD之比(STD/SMD)被調(diào)整至0.3以上。
[0030]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，通過將抗拉強(qiáng)度STD/抗拉強(qiáng)度SMD調(diào)整到0.3以上，從而使抗拉強(qiáng)度STD被維持在一定以上，因此，僅靠基材難以維持強(qiáng)度的間隔件的TD方向因被覆層而得到均衡地增強(qiáng)，能夠防止間隔件的變形和斷裂。
[0031]在本發(fā)明的蓄電元件中，
[0032]優(yōu)選所述間隔件的垂直于所述基材的拉伸方向的方向上的抗拉強(qiáng)度STD被調(diào)整至40N/mm2 以上。
[0033]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，通過將抗拉強(qiáng)度STD調(diào)整到40N/mm2以上，僅靠基材難以維持強(qiáng)度的間隔件的TD方向因被覆層而得到確實地增強(qiáng)，能夠防止間隔件的變形和斷裂。
[0034]在本發(fā)明的蓄電元件中，
[0035]優(yōu)選所述被覆層由包含具有取向性的纖維、填料和粘合劑的復(fù)合材料構(gòu)成。
[0036]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，由于將被覆層的構(gòu)成材料設(shè)定為包含具有取向性的纖維、填料和粘合劑的復(fù)合材料，因此基材被有效地增強(qiáng)，能夠使間隔件整體的強(qiáng)度提高。特別是通過配合具有取向性的纖維，能夠在被覆層中使各向異性結(jié)構(gòu)確實地顯現(xiàn)。
[0037]在本發(fā)明的蓄電元件中，
[0038]優(yōu)選所述負(fù)極活性物質(zhì)是粒徑(d50)為2?8 μπι的硬碳。
[0039]根據(jù)本結(jié)構(gòu)的蓄電元件，作為負(fù)極的負(fù)極合劑層所含的負(fù)極活性物質(zhì)，通過使用粒徑(d50)為2?8 μπι的硬碳，負(fù)極將難以發(fā)生體積膨脹，因此不僅在制造時，即使在使用時也能夠維持電極表面的平坦性。因此，即使將間隔件與負(fù)極進(jìn)行層疊而成為被覆層和負(fù)極合劑層面對的狀態(tài)，也不會有不當(dāng)?shù)膽?yīng)力從負(fù)極作用于間隔件。其結(jié)果是，與被覆層的各向異性結(jié)構(gòu)對基材的增強(qiáng)相互協(xié)同，可以確實地防止間隔件的變形和斷裂。
[0040]用于解決上述課題的本發(fā)明的蓄電元件的制造方法的特征構(gòu)成，
[0041]是用間隔件將形成有含正極活性物質(zhì)的正極合劑層的正極、和形成有含負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極合劑層的負(fù)極隔開，并進(jìn)行層疊的蓄電元件的制造方法，其中，
[0042]所述間隔件由如下工序形成:將多孔材料進(jìn)行單軸拉伸而形成片狀的基材的基材形成工序；在所述基材的至少一側(cè)的面涂布含有樹脂的材料而形成被覆層的被覆層形成工序，
[0043]在所述被覆層形成工序中，所述含有樹脂的材料在與所述基材的拉伸方向不同的方向上被涂布。
[0044]根據(jù)本構(gòu)成的蓄電元件的制造方法，在被覆層形成工序中，因為含有樹脂的材料在與基材的拉伸方向不同的方向上被涂布，所以被覆層沿著與基材的拉伸方向不同的方向進(jìn)行取向，其結(jié)果是，在MD方向以外的方向上其以增強(qiáng)基材的方式發(fā)揮功能。因此，即使有應(yīng)力沿MD方向以外的方向作用于間隔件，經(jīng)過取向的被覆層也承載該應(yīng)力，能夠抑制間隔件的變形和斷裂。其結(jié)果是，可以提供耐久性和可靠性優(yōu)異的