電化學裝置和用於電化學裝置的分離器的製作方法

2023-09-15 04:26:10

專利名稱：電化學裝置和用於電化學裝置的分離器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於電化學裝置的存儲元件的分離器，所述電化學裝置具有其中可充放電存儲元件和電解溶液被密封在容器中的結構並且電化學裝置包括使用分離器的存儲元件。
背景技術：
通常，雖然目前電化學裝置的類型有表面安裝(方形)型電化學裝置、硬幣形電化學裝置、薄電化學裝置和圓筒形電化學裝置，但所有這些裝置通常具有其中可充放電存儲元件和電解溶液被密封在容器中的結構，並且存儲元件具有其中分離器置於正電極和負電極之間的結構。分離器由離子滲透多孔板構成並具有避免正電極和負電極短路(短路)以及通過保持的電解溶液傳送正電極和負電極之間的離子的功能。
在分離器利用保持的電解溶液傳送正電極和負電極之間的離子，並且電化學裝置被反覆充電和放電以長時間使用時，會出現在分離器中保持的電解溶液由於電解溶液的分解等而減少的現象。
在分離器由具有大致均勻的孔隙度的纖維板構成，並且保持在分離器中的電解溶液減少時，通過粘附到纖維表面的電解溶液勉強確保用於離子的傳送路徑。然而，由於形成分離器的纖維不是整體地平行於分離器的厚度方向設置，因此用於離子的傳送路徑與保持必需且足夠量的電解溶液的情況相比較被拉長，存儲元件的電阻值由於拉長的傳送路徑而被增加，並且電化學裝置的內部電阻值由於電阻值的增加而被增加，從而使輸出電壓下降。
即使分離器的「大致均勻的孔隙度」改變，也難以避免存儲元件電阻值的增加。即，在「大致均勻的孔隙度」高時，用於分離器中的離子的傳送路徑可以被容易地切斷。同時，在「大致均勻的孔隙度」低時，電解溶液的可保持量會減少，使得分離器中無法保持必需且足夠量的電解溶液。
以下專利文獻I說明了其中低孔隙度的高密度層和高孔隙度的低密度層在分離器的厚度方向上彼此重疊的分離器。各個高密度層和低密度層不與正電極和負電極相接觸，因此在保持在分離器中的電解溶液的量減少時，用於離子的傳送路徑如上所述被拉長，從而增加存儲元件的電阻值。
另外，以下專利文獻2說明了其中從正電極和負電極向外突出的部分的孔隙度比置於正電極和負電極之間的部分的孔隙度低的結構。置於正電極和負電極之間的部分的孔隙度大致均勻，因此在保持在分離器中的電解溶液減少時，用於離子的傳送路徑如上所述被拉長，從而增加存儲元件的電阻值。
引用列表
專利文獻
PTLl:日本未經審查的專利申請公開出版物:第2008-085017號。
PTL2:日本未經審查的專利申請公開出版物第2000-285896號。

發明內容
本發明提供一種用於電化學裝置的分離器，所述分離器能夠限制存儲元件的電阻值的增加，並且還提供了 一種電化學裝置。為了獲得該目的，本發明(用於電化學裝置的分離器)是可在電化學裝置中使用的分離器，所述電化學裝置具有可充放電存儲元件和電解溶液被密封在容器中的結構，所述可充放電存儲元件具有分離器置於正電極和負電極之間的結構。所述分離器包括:多個高孔隙度部分，所述多個高孔隙度部分從所述分離器的厚度方向的一個側面到另一側面；和多個低孔隙度部分，所述多個低孔隙度部分從分離器的厚度方向的所述一個側面到所述另一側面，高孔隙度部分和低孔隙度部分被布置在位於正電極和負電極之間的區域中。此外，本發明(電化學裝置)是一種電化學裝置，所述電化學裝置具有可充放電存儲元件以及電解溶液被密封在容器中的結構，所述可充放電存儲元件具有分離器置於正電極和負電極之間的結構。所述分離器包括:多個高孔隙度部分，所述多個高孔隙度部分從分離器的厚度方向的一個側面到另一側面；和多個低孔隙度部分，所述多個低孔隙度部分從所述厚度方向的所述一個側面到所述另一側面，高孔隙度部分和低孔隙度部分被布置在位於正電極和負電極之間的區域中。根據本發明(用於電化學裝置的分離器和電化學裝置)，所述分離器包括從分離器的厚度方向的上表面到下表面的多個高孔隙度部分和從分離器的厚度方向的上表面到下表面的多個低孔隙度部分，該高孔隙度部分和低孔隙度部分被布置在位於正電極和負電極之間的區域中。因此，即使在保持在分離器中的電解溶液的量減少的情況下，由於每一個低孔隙度部分的溶液吸收比每一個高孔隙度部分的溶液吸收高，因此每一個高孔隙度部分中的電解溶液聚集在每一個低孔隙度部分中，並且通過聚集在每一個低孔隙度部分中的電解溶液在正電極和負電極之間確保用於離子傳送的液體路徑。換句話說，即使在保持在所述分離器中的電解溶液的量減少的情況下，與現有技術不同，由於用於離子傳送的液體路徑沒有被拉長並且可以確保用於離子傳送的最短液體路徑，因此存儲元件的電阻值的增加受到限制，並且內部電阻值的增加和電化學裝置的輸出電壓的減少可以通過限制電阻值而受到限制。本發明的所述目的、其它目的、結構特徵和效果將從以下說明和附圖中被清楚呈現。


圖1是本發明所應用的表面安裝(方形)型電化學裝置的縱向剖面圖；圖2是圖1中顯示的分離器的第一實例的俯視圖；圖3是圖1中顯示的分離器的第二實例的俯視圖；圖4是圖1中顯示的分離器的第三實例的俯視圖；圖5(A)到5(D)是圖2中顯示的分離器的第一製造實例的示例圖；圖6 (A)到6 (C)是圖2中顯示的分離器的第二製造實例的示例圖；圖7 (A)到7⑶是圖3和4中顯示的分離器的第一製造實例的示例圖；圖8⑷到8⑶是圖3和4中顯示的分離器的第二製造實例的示例圖9是顯示其中分離器的高孔隙度部分的優選孔隙度範圍的確認結果的圖表；
圖10是顯示其中分離器的低孔隙度部分的優選孔隙度範圍的確認結果的圖表；以及
圖11是顯示分離器的高孔隙度部分和低孔隙度部分的優選體積比範圍的確認結果的圖表。
具體實施方式
電化學裝置的示例結構>>
將參照圖1說明本發明所應用的表面安裝(方形)型電化學裝置。如圖1所示，電化學裝置10具有其中可充放電存儲元件16和電解溶液(未示出)被密封在容器11中的結構，該可充放電存儲兀件16具有其中分離器16c置於正電極16a和負電極16b之間的結構。
容器11包括絕緣部件I la、焊接環Ilb和金屬部件11c，絕緣部件Ila形成為大致長方體形狀並具有凹部IIal，焊接環Ilb形成為大致矩形框架形狀並被預先焊接到絕緣部件Ila的上表面以包圍凹部Ilal的開口，金屬部件Ilc形成為大致矩形板形狀並被焊接和電連接到環11b，從而阻擋凹部Ilal的開口。縫焊、雷射束焊接或類似方式可以用於將金屬部件Ilc焊接到環lib。
絕緣部件Ila由諸如氧化鋁的絕緣材料製成，並且焊接輔助膜(例如，在絕緣部件Ila由氧化鋁製成和環Ilb由科瓦鐵鎳鈷合金製成的情況下，由鎢膜和鎳膜形成的多層膜；未示出)形成在滾焊區域中。另外，隨後說明的正極端子12、負極端子13、正極引線14和負極引線15被設置在絕緣部件Ila中。
環Ilb由諸如科瓦鐵鎳鈷合金(鐵鎳鈷合金)或42合金(鐵鎳合金)的金屬材料製成，並且通過焊接材料(例如在環Iib由科瓦鐵鎳鈷合金製成的情況下為銀銅合金；未示出)被焊接到絕緣部件Ila的焊接輔助膜。由於圖1中顯示的環Ilb的內孔Ilbl的輪廓大致匹配凹部Ilal的開口的輪廓，因此內孔Ilbl用作凹部Ilal的開口側端部(以下稱為包括環Ilb的內孔Ilbl的凹部Ilal)。此外，對電解溶液的抗腐蝕膜(例如，在環Ilb由科瓦鐵鎳鈷合金製成的情況下為由鎳膜、金膜或鎳膜和金膜形成的多層膜；未示出)至少形成在環Ilb的暴露表面的內圓周面上。
金屬部件Ilc由諸如科瓦鐵鎳鈷合金(Fe-N1-Co合金)或42合金(Fe-Ni合金)的金屬材料製成，優選在科瓦鐵鎳鈷合金基底材料的上表面和下表面上具有鎳膜的包覆材料、在科瓦鐵鎳鈷合金基底材料的下表面上具有鎳膜的包覆材料或者其中鎳膜變成諸如鉬、銀、金和鈀的金屬膜的包覆材料。金屬部件Ilc的下表面的輪廓大致匹配環Ilb的上表面的輪廓。
正極端子12由諸如金的金屬材料製成，並且形成為具有從絕緣部件Ila的左側面的下部延伸到該絕緣部件的下表面的字母「L」形橫截面且具有預定寬度。負極端子13由諸如金的金屬材料製成，並被形成為具有從絕緣部件Ila的右側面的下部延伸到該絕緣部件的下表面的字母「L」形橫截面且具有與正極端子12大致相同的寬度。在端子12和13由於絕緣部件Ila的材料都沒有獲得足夠的粘附力時，粘合輔助層(例如在絕緣部件Ila由氧化鋁製成和兩個端子12和13由金製成的情況下為由鎢膜和鎳膜形成的多層膜；未示出)可以形成在絕緣部件Ila的端子形成區域中。正極引線14具有從正極端子12的上端延伸到絕緣部件Ila的內部右側的帶形部14a、從帶形部14a的右端延伸到絕緣部件Ila的內部上側的柱形部14b、形成在凹部Ilal的內部底部上以與柱形部14b的上端連通的矩形部14c。帶形部14被電連接到正極端子
12。帶形部14a和柱形部14b由諸如鎢的金屬材料製成，而矩形部14c由對於電解溶液具有足夠抗腐蝕性的諸如鋁的金屬材料製成。在柱形部14b和矩形部14c由於其材料而沒有獲得足夠的導電性時，導電輔助層(例如在柱形部14b由鎢製成而矩形部14c由鋁製成的情況下為由鎳膜和金膜形成的多層膜；未示出)可以形成在柱形部14b的上表面上。負極引線15具有從負極端子13的上端延伸到絕緣部件Ila的側面的上側的帶形部15a和從帶形部15a的上端延伸到絕緣部件Ila的上表面上的左側的帶形部15b,並且帶形部15a被電連接到負極端子13,帶形部15b被電連接到環lib。在兩個帶形部15a和15b由諸如鎢的金屬材料製成時，作為由鎳膜和金膜形成的保護層的多層膜可以形成在帶形部15a和15b的表面上。存儲元件16的正電極16a和負電極16b具有矩形輪廓和預定厚度，並且分離器16c具有比正電極16a和負電極16b的矩形輪廓略大的矩形輪廓並具有預定厚度。分離器16c由諸如玻璃纖維板、纖維素纖維板或塑料纖維板的離子滲透多孔板製成，並且該分離器的厚度優選地在50-300 μ m的範圍內。正電極16a的下表面電連接到在正極引線14的矩形部14c的上表面上粘合到導電粘合膜17的矩形部14c。另外，負電極16b的上表面電連接到金屬部件11c，所述金屬部件在金屬部件Ilc的下表面上粘合到導電粘合膜18。導電粘合膜17和18都由導電性固化材料形成，而包含導電粒子的熱固性粘合劑(例如包含碳粒子(炭黑)或石墨粒子的環氧粘合劑)用於所述導電粘合劑。在其中相同材料用於正電極16a和負電極16b的例如PAS電容器或活性碳電容器的電化學裝置的情況下，正電極16a和負電極16b由諸如活性碳和石墨的碳基材料、諸如聚並苯有機半導體(PAS)的導電聚合物或者諸如氧化釕的金屬氧化物製成。另外，碳酸亞丙酯、碳酸亞丙酯+環丁碸(混合溶劑)、碳酸亞丙酯+乙基異丙基碸(混合溶劑)、碳酸亞丙酯+環丁碸+丙酸甲酯(混合溶劑)和環丁碸+乙基甲基碸(混合溶劑)可以在這種情況下優選地用於電解溶液的溶劑(其中電解質溶解在溶劑中)，並且5-氮鎗螺[4，4]壬烷.BF4、TEMA.BF 4、TEA.BF4、1_ 乙基 _2，3-二甲基咪唑鎗.BF4 和 1-乙基 _3_ 二甲基咪唑鎗.BF4可以被優選地用於電解質。在不同材料用於正電極16a和負電極16b的例如為鋰離子電容器的電化學裝置10的情況下，在碳基材料之中，正電極16a由例如活性碳製成，而負電極16b由其中鋰離子可以被吸收或分開的例如為非石墨化碳(硬碳)或石墨製成。另外，碳酸亞丙酯、碳酸乙烯酯和環丁碸在這種情況下可以優選地用於電解溶液的溶劑(其中電解液在溶劑中溶解)，而諸如LiPF6、LiBF4和LiC104的鋰鹽可以優選地用於電解液。〈〈分離器的實例》將參照圖2到4說明圖1顯示的分離器16c的第一到第三實例。如圖2到4所示，分離器16c被形成為使得分離器厚度方向上的從上表面到下表面的多個高孔隙度部分16cl和分離器厚度方向上的從上表面到下表面的多個低孔隙度部分16c2被布置在位於正電極16a和負電極16b之間的區域中。此外，如圖1所示，高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2中的每一個在位於分離器16c的正電極16a和負電極16b之間的區域中的上表面都與負電極16b的下表面接觸，而高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的每一個的下表面都與正電極16a的上表面接觸。
詳細說明每個分離器16c的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2。如圖2的俯視圖所示，圖2中的分離器16c的高孔隙度部分16cl形成有多個矩形部分(在圖2中總共七十七個部分)，低孔隙度部分16c2圍繞每一個高孔隙度部分16cl形成並形成有連續形成為網格形狀的多個帶形部分，並且高孔隙度部分16cl被定位在分離器16c的外圓周部分(從正電極16a和負電極16b向外突出的部分)中。另外，每一個高孔隙度部分16cl的上表面的形狀可以是不同於矩形形狀的任何形狀(例如，圓形形狀、橢圓形形狀、半圓形形狀、三角形形狀或具有五個或更多個邊的多邊形形狀)。
另外，如圖3的俯視圖所示，圖3中的分離器16c的高孔隙度部分16cl形成有多個垂直帶形部分(在圖3中總共為十一個部分)，低孔隙度部分16c2在高孔隙度部分16cl之間形成有多個垂直帶形部分(在圖3中總共為十個部分)，並且高孔隙度部分16cl被定位在分離器16c的外圓周部分(從正電極16a和負電極16b向外突出的部分)中。
此外，如圖4的俯視圖所示，圖4中的分離器16c的高孔隙度部分16cl形成有多個橫向帶形部分(在圖4中總共為七個部分)，低孔隙度部分16c2在高孔隙度部分16cl之間形成有多個橫向帶形部分(在圖4中總共為六個部分)，並且高孔隙度部分16cl被定位在分離器16c的外圓周部分(從正電極16a和負電極16b向外突出的部分)中。
圖2到4中顯示的每一個分離器16c的高孔隙度部分16cl的孔隙度優選地在90-95%的範圍內。在高孔隙度部分16cl的孔隙度高於95%時，由於電解溶液流出所使用的力比將電解溶液保持在分離器16c中的力更大，因此電解溶液會從分離器16c漏出。此夕卜，在高孔隙度部分16cl的孔隙度低於90%時，隨後說明的低孔隙度部分16c2的孔隙度的優選上限的溶液吸收度難以具有顯著的不同。另一方面，每一個分離器16c的低孔隙度部分16c2的孔隙度優選地在60-80%的範圍內。在低孔隙度部分c2的孔隙度高於80%時，上述高孔隙度部分16cl的孔隙度的優選下限的溶液吸收度難以具有顯著的不同。另外，在低孔隙度部分16c2的孔隙度低於60%時,被保持在分離器16c中的電解溶液的量減少。
圖2到4中顯示的每個分離器16c的高孔隙度部分16cl與低孔隙度部分16c2的體積比，具體地為位於正電極16a和負電極16b之間的區域中的高孔隙度部分16cl與低孔隙度部分16c2的體積比，優選地在8: 2到2: 8的範圍內，並且更優選地在大約1:1的範圍內。在高孔隙度部分16cl的體積百分比高於80%時，從高孔隙度部分16cl供應到低孔隙率部分16c2的電解溶液的量沒有大量增加，不容易保證用於通過低孔隙度部分16c2傳送離子的路徑，並且基本上與分離器16c僅由高孔隙度部分16cl形成的情況沒有不同。另一方面，在高孔隙度部分161的體積百分比低於20%時，由於高孔隙度部分16cl中可保持的電解溶液的量減少，因此基本上與分離器16c僅由低孔隙度部分16c2形成的情況沒有不同。即，為了避免在高孔隙度部分16cl的體積百分比高於80%時所導致的缺點和在高孔隙度部分16cl的體積百分比低於20%時所導致的缺點，為8: 2到2: 8的介質體積比的I:I的體積比和接近1:1的體積比是優選的。
〈〈圖2中顯示的分離器的製造實例>>
〈第一製造實例〉在第一製造實例中，如圖5(A)和⑶中所示，首先，製備具有與分離器16c的尺寸相對應的尺寸的第一板基材Sll和以諸如衝壓的方法通過形成凹口 NO和通孔SH而獲得的第二板基材S12。接下來,如圖5(C)所不,在第一板基材Sll上使一個第二板基材S12順序重疊一個第一板基材Sll的操作被執行至少一次，並且重疊的基材被粘結劑溶液浸潰且此後該重疊的基材整體在預定溫度和壓力下受熱和被擠壓。如圖5(D)所示，依此方式製造的分離器16c具有第二板基材S12的凹口 NO和通孔SH作為其中的中空部AH，並且包括中空部AH的厚度部分變成高孔隙度部分16cl，而不包括中空部AH的厚度部分變成低孔隙度部分16c2。分離器16c的厚度116c可以利用加熱和擠壓過程而被控制。在第二製造實例中，如圖6(A)中顯示，首先，製備具有與分離器16c的尺寸相對應的尺寸的板基材S21。接下來，如圖6(B)中顯示，由諸如氧化鋁顆粒的多孔微小顆粒形成的填充材料FM以網格形狀被印刷在板基材S21的上表面上，而板基材S21的內部被填充材料FM填充。在兩個或更多個板基材S21在被填充材料FM填充之後彼此重疊時，重疊的基材被粘結劑溶液浸潰，並且此後其整體在預定溫度和壓力下受熱和被擠壓。如圖6(C)中顯示，不填充有填充材料FM的厚度部分成為依此方式製造的分離器16c中的高孔隙度部分16cl，填充有填充材料FM的厚度部分成為分離器16c中的低孔隙度部分16c2。在兩個或更多個板基材S21在被填充有填充材料FM之後彼此重疊時，可以利用加熱和擠壓過程控制分離器16c的厚度tl6c。〈〈圖3和4中顯示的分離器的製造實例>>如圖7(A)中顯示，首先，在這種製造實例中製備具有小於分離器16c的尺寸的尺寸的板基材S31。接下來，如圖7(B)和(C)中顯示，多個板基材S31被布置在臺TA上，從而彼此部分重疊(參照符號0L)，並且重疊的基材被粘結劑溶液浸潰，從而在預定溫度和壓力下利用壓板PP加熱和擠壓重疊的基材整體。如圖7(D)中顯示，包括其中重疊部分OL被壓碎的部分的厚度部分成為依此方式製造的分離器16c中的高孔隙度部分Cl，而不包括其中重疊部分OL被壓碎的部分的厚度部分成為依此方式製造的分離器16c中的低孔隙度部分16c2。分離器16c的厚度tl6c可以利用加熱和擠壓過程被控制。雖然圖7顯示與圖3中顯示的分離器16c相對應的製造實例，但如果板基材S31的尺寸和重疊方法改變，則圖4中顯示的分離器也可以以同樣方式被製造。如圖8(A)中顯示，首先，製備具有大於分離器16c的尺寸的尺寸的板基材S41，並且多個皺褶CR形成在這種製造實例中的板基材S41中。接下來，如圖8(B)和(C)所示，具有皺褶CR的板基材S41被設置在臺TA上並且板基材S41被粘結劑溶液浸潰，從而利用壓板PP在預定溫度和壓力下加熱和擠壓板基材整體。如圖8(D)顯示，包括其中皺褶CR被壓碎的部分的厚度部分成為依此方式製造的分離器16c中的高孔隙度部分16cl，而不包括其中皺褶CR被壓碎的部分的厚度部分成為依此方式製造的分離器16c中的低孔隙度部分16c2。分離器16c的厚度tl6c可以利用加熱和擠壓過程而被控制。雖然圖8顯示與圖3中所示的分離器16c相對應的製造實例，但如果板基材S41的皺褶的尺寸和方向改變，則也可以以同樣方式製造圖4中顯示的分離器。在第三製造實例中，首先製備具有與分離器16c的尺寸相對應的尺寸的板基材。接下來，由諸如氧化鋁顆粒的多孔微小顆粒形成的填充材料FM以一定間隔的帶形狀被印刷在板基材的上表面上，從而利用填充材料FM填充板基材的內部。在兩個或更多個板基材S21在被填充材料FM填充之後彼此重疊時，重疊的基材被粘結劑溶液浸潰，並且之後其整體以預定溫度和壓力被加熱和擠壓。與如圖6 (C)中顯示的結構類似，不填充有填充材料FM的厚度部分成為依此方式製造的分離器16c中的高孔隙度部分16cl，填充有填充材料FM的厚度部分成為分離器16c中的低孔隙度部分16c2。在兩個或更多個板基材S21在被填充有填充材料FM之後彼此重疊時，可以利用加熱和擠壓過程控制分離器16c的厚度tl6c。 依賴分離器所獲得的效果>>當分離器16c用於在正電極16a和負電極16b之間通過保持的電解溶液傳送離子的同時，在電化學裝置10通過重複執行其充電和放電而被長期使用時，其中保持在分離器16c中的電解溶液的量減少的現象由於電解溶液的溶解等等而出現。在現有技術中，在分離器由具有大致均勻的孔隙度的纖維板構成的情況下，當保持在分離器中的電解溶液減少時，通過粘附到纖維表面的電解溶液勉強確保用於離子的傳送路徑。然而，與保持必需且足夠量的電解溶`液時的情況相比較，由於形成分離器的纖維不是整體地平行於分離器的厚度方向設置，因此用於離子的傳送路徑被拉長，存儲元件的電阻值由於拉長的傳送路徑而被增加，並且電化學裝置的內部電阻值由於電阻值的增加而被增加，致使輸出電壓下降。相反，分離器16c形成為使得分離器的厚度方向上的從上表面到下表面的多個高孔隙度部分16cl和分離器的厚度方向上的從上表面到下表面的多個低孔隙度部分16c2被布置在位於正電極16a和負電極16b之間的區域中(參照圖2到4)。另外，在位於分離器16c的正電極16a和負電極16b之間的區域中的高孔隙度部分16cl和低孔隙率部分16c2中的每一個的上表面與負電極16b的下表面接觸，而高孔隙度部分16cl和低孔隙率部分16c2中的每一個的下表面與正電極16a的上表面接觸(參照圖1)。因此，即使保持在分離器16c中的電解溶液減少，由於每一個低孔隙度部分16c2的溶液吸收高於每一個高孔隙度部分16cl的溶液吸收，因此每一個高孔隙度部分16cl中的電解溶液被聚集在每一個低孔隙度部分16c2中，並且通過在每一個低孔隙度部分16c2中聚集的電解溶液在正電極16a和負電極16b之間確保用於離子傳送的液體路徑。換句話說，即使保持在分離器16c中的電解溶液減少，由於與現有技術不同，用於離子的傳送路徑沒有被拉長並且可以確保用於離子的最短傳送路徑，因此限制了存儲元件16的電阻值的增加，且由於對存儲元件的電阻值的限制而限制電化學裝置10的輸出電壓的減少。 分離器的高孔隙度部分的孔隙度和低孔隙度部分的孔隙度的確認>>
為了確認在〈〈分離器的實例 >> 中說明的分離器16c的高孔隙度部分16cl的孔隙度的優選範圍(90-95% )，與圖2中顯示的分離器16c相對應的四種分離器SEll到SE14基於〈〈圖2中顯示的分離器的製造實例 >> 中的〈第一製造實例 > 來製造。
具體地，製備四種具有不同孔隙度的第一板基材Sll(95wt%的玻璃纖維，5被％的甲基纖維素粘結劑)和四種具有相同孔徑比((凹口 NO的總面積+通孔SH的總面積)/(凹口 NO和通孔SH形成之前的第二板基材S12的總面積))和不同孔隙度的第二板基材S12(95wt%的玻璃纖維，5wt%的甲基纖維素粘結劑)。將一個第二板基材S12和一個第一板基材Sll在第一板基材Sll上的順序重疊操作被執行一次，重疊的基材被甲基纖維素粘結劑溶液浸潰，並且然後其整體在150°C的溫度下和IOOOkPa的最大壓力下被加熱和擠壓，從而製造四種分離器SEll到SE14。
四種製造的分離器SEll到SE14具有相同的厚度(200 μ m)、高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比(I: I)和低孔隙度部分16c2的孔隙度(70%)，分離器SEll到SE14僅在高孔隙度部分16cl的孔隙度方面不同。分離器SEll的高孔隙度部分16cl的孔隙度為85%，分離器SE12的高孔隙度部分16cl的孔隙度為90%，分離器SE13的高孔隙度部分16cl的孔隙度為95%，而分離器SE14的高孔隙度部分16cl的孔隙度為97%。
然後，具有與圖1中顯示的電化學裝置10的那些結構相同結構的四種PAS電容器(最大使用電壓3V)利用相應的四種分離器SEll到SE14來製造。在PAS電容器中的存儲元件16的正電極16a和負電極16b由聚並苯有機半導體(PAS)構成，並且使用電解溶液，5-氮鎗螺[4，4]壬烷.BF4在該電解溶液中溶於碳酸亞丙酯。
然後，執行其中2.5V的電壓在70°C的大氣環境下被連續施加到所述四種製造的PAS電容器的浮充測試，並且橫跨存儲元件16的端子12和13的電阻值(單位是Ω)由測試器(由Hioki E.E.CORPORATION製造，在IkHz的測試頻率下)在電壓應用的每天被測量。
圖9是標繪每一個測量結果的視圖，並且在圖9中，由SEll表示的曲線顯示隨著使用分離器SE11(高孔隙度部分16cl的孔隙度是85% )的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE12表示的曲線顯示隨著使用分離器SE12(高孔隙度部分16cl的孔隙度是90% )的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE13表示的曲線顯示隨著使用分離器SE13(高孔隙度部分16cl的孔隙度是95% )的PAS電容器的時間的電阻值變化，和由SE14表示的曲線顯示隨著使用分離器SE14(高孔隙度部分16cl的孔隙度為97% )的PAS電容器的時間的電阻值變化。
如圖9所示，與使用分離器SEll (高孔隙度部分16cl的孔隙度是80% )的PAS電容器和使用分離器SE14(高孔隙度部分16cl的孔隙度是97% )的PAS電容器相比，電阻值隨電壓應用的天數的增加在使用分離器SE12(高孔隙度部分16cl的孔隙度是90% )的PAS電容器中和在使用分離器SE13(高孔隙度部分16cl的孔隙度是95% )的PAS電容器中明顯受到限制。因此，可以理解優選的分離器16c的高孔隙度部分16cl的孔隙度範圍是90-95%。
另一方面，為了確認在〈〈分離器的實例 >> 中說明的分離器16c的低孔隙度部分16c2的孔隙度的優選範圍(60-80% )，與圖2中顯示的分離器16c相對應的四種分離器SE21到SE24根據〈〈圖2中顯示的分離器的製造實例 >> 中的〈第一製造實例 > 來製造。四種分離器SE21到SE24的具體製造方法與四種分離器SEll到SE14的製造方法相似。
所述四種製造的分離器SE21到SE24具有相同的厚度(200 μ m)、高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比(I: I)和高孔隙度部分16cl的孔隙度(90% )，並且僅在低孔隙度部分16c2的孔隙度方面不同。分離器SE21的低孔隙度部分16c2的孔隙度是55%，分離器SE22的低孔隙度部分16c2的孔隙度是60%，分離器SE23的低孔隙度部分16c2的孔隙度是80%，而分離器SE24的低孔隙度部分16cl的孔隙度是85%。
然後，具有與圖1中顯示的電化學裝置10的結構相同的結構的四種PAS電容器(最大使用電壓3V)利用相應的四種分離器SE21到SE24來製造。在PAS電容器中的存儲元件16的正電極16a和負電極16b由聚並苯有機半導體(PAS)構成，並且使用電解溶液，5-氮鎗螺[4，4]壬烷.BF4在該電解溶液中溶於碳酸亞丙酯。
然後，執行其中2.5V的電壓在70°C的大氣環境下被連續施加到四種製造的PAS電容器的浮充測試，並且橫跨存儲元件16的端子12和13的電阻值(單位是Ω)由測試器(由Hioki E.E.CORPORATION製造，在IkHz的測試頻率下)在電壓應用的每天被測量。
圖10是標繪每一個測量結果的視圖，並且在圖10中，由SE21表示的曲線顯示隨著使用分離器SE21 (低孔隙度部分16c2的孔隙度是55% )的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE22表示的曲線顯示使用分離器SE22(低孔隙度部分16c2的孔隙度是60% )的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE23表示的曲線顯示隨著使用分離器SE23(低孔隙度部分16c2的孔隙度是80% )的PAS電容器的時間的電阻值變化，而由SE24表示的曲線顯示使用分離器SE24(低孔隙度部分16cl的孔隙度是85% )的PAS電容器的時間的電阻值變化。
如圖10所示，與使 用分離器SE21 (低孔隙度部分16c2的孔隙度是55% )的PAS電容器和使用分離器SE24(低孔隙度部分16c2的孔隙度是85% )的PAS電容器相比，電阻值隨電壓應用的天數的增加在使用分離器SE22(低孔隙度部分16c2的孔隙度是60% )的PAS電容器和使用分離器SE23(低孔隙度部分16c2的孔隙度是80% )的PAS電容器中明顯受到限制。因此，可以理解分離器16c的低孔隙度部分16c2的優選孔隙度範圍是60-80%。
確認分離器的高孔隙度部分和低孔隙度部分的體積比>>
為了確認〈〈分離器的實例 >> 中說明的分離器16c的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比的優選範圍(8: 2到2: 8)，與圖2中顯示的分離器16c相對應的五種分離器SE31到SE35根據〈〈圖2中顯示的分離器的製造實例 >> 中的〈第一製造實例 > 來製造。
具體地，製備具有預定孔隙度的四種第一板基材Sll (95wt%的玻璃纖維，5wt%的甲基纖維素粘結劑)和具有與第一板基材Sll相同的孔隙度但是具有不同孔徑比((凹口NO的總面積+通孔SH的總面積)/(凹口 NO和通孔SH形成之前的第二板基材S12的總面積))的五種第二板基材S12 (95wt%的玻璃纖維,5wt%的甲基纖維素粘合劑)。將一個第二板基材S12和一個第一板基材Sll順序重疊的操作在第一板基材Sll上被執行一次，重疊的基材被甲基纖維素粘結劑溶液浸潰，並且然後其整體在150°C的溫度下被加熱並在IOOOkPa的最大壓力下被擠壓，從而製造五種分離器SE31到SE35。
製造的五種分離器SE31到SE35具有相同的厚度(200 μ m)、高孔隙度部分16cl的孔隙度(90% )和低孔隙度部分16c2的孔隙度(75% )，並且僅在高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比方面不同。分離器SE31的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是9: 1，分離器SE32的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是8: 2，分離器SE33的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是5: 5，分離器SE34的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是2: 9，分離器SE35的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是1: 9。然後，具有與圖1中顯示的電化學裝置10的結構相同的結構的五種PAS電容器(最大使用電壓3V)利用相應的五種分離器SE31到SE35來製造。在PAS電容器中的存儲元件16的正電極16a和負電極16b由聚並苯有機半導體(PAS)構成，並且使用電解溶液，5-氮鎗螺[4，4]壬烷*BF4在該電解溶液中溶於碳酸亞丙酯。僅供參考，製備高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是10: O的分離器SE36和高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是O: 10的分離器SE37，並且如上所述的兩種PAS電容器使用分離器SE36和SE37被另外製造。然後，執行其中2.5V的電壓在70°C的大氣環境下被連續施加到五+兩種製造的PAS電容器的浮充測試，並且橫跨存儲元件16的端子12和13的電阻值(單位是Ω)由測試器(由Hioki E.E.CORPORATION製造，在IkHz的測試頻率下)在電壓應用的每天被測量。圖11是標繪每一個測量結果的視圖，並且在圖11中，由SE31表示的曲線顯示隨著使用分離器SE31 (高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是9:1)的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE32表示的曲線顯示隨著使用分離器SE32(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是8: 2)的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE33表示的曲線顯示隨著使用分離器SE33(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是5: 5)的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE34表示的曲線顯示隨著使用分離器SE34(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是2: 8)的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE35表示的曲線顯示隨著使用分離器SE35(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是1: 9)的PAS電容器的時間的電阻值變化，由SE36表示的曲線顯示隨著使用分離器SE36(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是10: O)的PAS電容器的時間的電阻值變化，和由SE37表示的曲線顯示隨著使用分離器SE37(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是O: 10)的PAS電容器的時間的電阻值變化。如圖11所示，與使用分離器SE31 (高孔隙度部分16cI和低孔隙度部分16c2的體積比是9:1)的PAS電容器、使用分離器SE35(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是1: 9)的PAS電容器、使用分離器SE36(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是10: O)的PAS電容器和使用分離器SE37(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是O: 10)的PAS電容器相比，電阻值隨電壓應用的天數的增加在使用分離器SE32(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是8: 2)的PAS電容器、使用分離器SE33(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是5: 5)的PAS電容器、使用分離器SE34(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的體積比是2: 8)的PAS電容器中被明顯抑制。因此，可以理解分離器16c的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的優選體積比範圍是8: 2到2: 8。工業應用性本發明(用於電化學裝置的分離器和電化學裝置)不局限於上述電化學裝置，而可以廣泛地應用到在其它電化學裝置中使用的分離器和其它電化學裝置，在其它電化學裝置中，可充放電存儲元件具有其中分離器置於正電極和負電極之間和電解溶液被密封在容器中的結構，從而通過應用獲得「技術問題」中說明的目的。附圖標記列表10電化學裝置11 容器16存儲元件16a正電極16b負電極16c分離器16cI高孔隙度部分16c2低孔隙度部分
權利要求
1.一種用於電化學裝置的分離器，所述電化學裝置具有可充放電存儲元件以及電解溶液被密封在容器中的結構，所述可充放電存儲元件具有所述分離器被置於正電極和負電極之間的結構，所述分離器包括: 多個高孔隙度部分，所述多個高孔隙度部分從所述分離器的厚度方向的一個側面到另一側面；和 多個低孔隙度部分，所述多個低孔隙度部分從所述分離器的厚度方向的所述一個側面到所述另一側面， 其中，所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分被布置在位於所述正電極和所述負電極之間的區域中。
2.根據權利要求1所述的用於電化學裝置的分離器，其中，所述高孔隙度部分的孔隙度在90%到95%的範圍內，而所述低孔隙度部分的孔隙度在60%到80%的範圍內。
3.根據權利要求1或2所述的用於電化學裝置的分離器，其中，在位於所述正電極和所述負電極之間的所述區域中的所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分的體積比在8:2到2: 8的範圍內。
4.一種電化學裝置，所述電化學裝置具有可充放電存儲元件以及電解溶液被密封在容器中的結構，所述可充放電存儲元件具有分離器被置於正電極和負電極之間的結構， 其中，所述分離器包括:多個高孔隙度部分，所述多個高孔隙度部分從所述分離器的厚度方向的一個側面到另一側面；和多個低孔隙度部分，所述多個低孔隙度部分從所述厚度方向的所述一個側面到所述另一側面，所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分被布置在位於所述正電極和所述負電極之間的區域中。
5.根據權利要求4所述的電化學裝置，其中，所述高孔隙度部分的孔隙度在90%到95%的範圍內，而所述低孔隙度部分的孔隙度在60%到80%的範圍內。
6.根據權利要求4或5所述的電化學裝置，其中，位於所述正電極和所述負電極之間的所述區域中的所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分的體積比在8: 2到2: 8的範圍內。
全文摘要
[目的]本發明提供一種用於電化學裝置的分離器，該分離器能夠限制存儲元件的電阻值增加。[解決方案]一種用於電化學裝置的分離器(16c)形成為使得從分離器厚度方向的上表面到下表面的多個高孔隙度部分(16c1)和從分離器厚度方向的上表面到下表面的多個低孔隙度部分(16c2)被布置在位於正電極(16a)和負電極(16b)之間的區域中。
文檔編號H01G11/52GK103151181SQ201210524178
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月7日 優先權日2011年12月7日
發明者萩原直人 申請人:太陽誘電株式會社