专利名称：电化学装置和用于电化学装置的分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电化学装置的存储元件的分离器，所述电化学装置具有其中可充放电存储元件和电解溶液被密封在容器中的结构并且电化学装置包括使用分离器的存储元件。
背景技术：
通常，虽然目前电化学装置的类型有表面安装(方形)型电化学装置、硬币形电化学装置、薄电化学装置和圆筒形电化学装置，但所有这些装置通常具有其中可充放电存储元件和电解溶液被密封在容器中的结构，并且存储元件具有其中分离器置于正电极和负电极之间的结构。分离器由离子渗透多孔板构成并具有避免正电极和负电极短路(短路)以及通过保持的电解溶液传送正电极和负电极之间的离子的功能。
在分离器利用保持的电解溶液传送正电极和负电极之间的离子，并且电化学装置被反复充电和放电以长时间使用时，会出现在分离器中保持的电解溶液由于电解溶液的分解等而减少的现象。
在分离器由具有大致均匀的孔隙度的纤维板构成，并且保持在分离器中的电解溶液减少时，通过粘附到纤维表面的电解溶液勉强确保用于离子的传送路径。然而，由于形成分离器的纤维不是整体地平行于分离器的厚度方向设置，因此用于离子的传送路径与保持必需且足够量的电解溶液的情况相比较被拉长，存储元件的电阻值由于拉长的传送路径而被增加，并且电化学装置的内部电阻值由于电阻值的增加而被增加，从而使输出电压下降。
即使分离器的“大致均匀的孔隙度”改变，也难以避免存储元件电阻值的增加。即，在“大致均匀的孔隙度”高时，用于分离器中的离子的传送路径可以被容易地切断。同时，在“大致均匀的孔隙度”低时，电解溶液的可保持量会减少，使得分离器中无法保持必需且足够量的电解溶液。
以下专利文献I说明了其中低孔隙度的高密度层和高孔隙度的低密度层在分离器的厚度方向上彼此重叠的分离器。各个高密度层和低密度层不与正电极和负电极相接触，因此在保持在分离器中的电解溶液的量减少时，用于离子的传送路径如上所述被拉长，从而增加存储元件的电阻值。
另外，以下专利文献2说明了其中从正电极和负电极向外突出的部分的孔隙度比置于正电极和负电极之间的部分的孔隙度低的结构。置于正电极和负电极之间的部分的孔隙度大致均匀，因此在保持在分离器中的电解溶液减少时，用于离子的传送路径如上所述被拉长，从而增加存储元件的电阻值。
引用列表
专利文献
PTLl:日本未经审查的专利申请公开出版物:第2008-085017号。
PTL2:日本未经审查的专利申请公开出版物第2000-285896号。
发明内容
本发明提供一种用于电化学装置的分离器，所述分离器能够限制存储元件的电阻值的增加，并且还提供了 一种电化学装置。为了获得该目的，本发明(用于电化学装置的分离器)是可在电化学装置中使用的分离器，所述电化学装置具有可充放电存储元件和电解溶液被密封在容器中的结构，所述可充放电存储元件具有分离器置于正电极和负电极之间的结构。所述分离器包括:多个高孔隙度部分，所述多个高孔隙度部分从所述分离器的厚度方向的一个侧面到另一侧面；和多个低孔隙度部分，所述多个低孔隙度部分从分离器的厚度方向的所述一个侧面到所述另一侧面，高孔隙度部分和低孔隙度部分被布置在位于正电极和负电极之间的区域中。此外，本发明(电化学装置)是一种电化学装置，所述电化学装置具有可充放电存储元件以及电解溶液被密封在容器中的结构，所述可充放电存储元件具有分离器置于正电极和负电极之间的结构。所述分离器包括:多个高孔隙度部分，所述多个高孔隙度部分从分离器的厚度方向的一个侧面到另一侧面；和多个低孔隙度部分，所述多个低孔隙度部分从所述厚度方向的所述一个侧面到所述另一侧面，高孔隙度部分和低孔隙度部分被布置在位于正电极和负电极之间的区域中。根据本发明(用于电化学装置的分离器和电化学装置)，所述分离器包括从分离器的厚度方向的上表面到下表面的多个高孔隙度部分和从分离器的厚度方向的上表面到下表面的多个低孔隙度部分，该高孔隙度部分和低孔隙度部分被布置在位于正电极和负电极之间的区域中。因此，即使在保持在分离器中的电解溶液的量减少的情况下，由于每一个低孔隙度部分的溶液吸收比每一个高孔隙度部分的溶液吸收高，因此每一个高孔隙度部分中的电解溶液聚集在每一个低孔隙度部分中，并且通过聚集在每一个低孔隙度部分中的电解溶液在正电极和负电极之间确保用于离子传送的液体路径。换句话说，即使在保持在所述分离器中的电解溶液的量减少的情况下，与现有技术不同，由于用于离子传送的液体路径没有被拉长并且可以确保用于离子传送的最短液体路径，因此存储元件的电阻值的增加受到限制，并且内部电阻值的增加和电化学装置的输出电压的减少可以通过限制电阻值而受到限制。本发明的所述目的、其它目的、结构特征和效果将从以下说明和附图中被清楚呈现。
图1是本发明所应用的表面安装(方形)型电化学装置的纵向剖面图；图2是图1中显示的分离器的第一实例的俯视图；图3是图1中显示的分离器的第二实例的俯视图；图4是图1中显示的分离器的第三实例的俯视图；图5(A)到5(D)是图2中显示的分离器的第一制造实例的示例图；图6 (A)到6 (C)是图2中显示的分离器的第二制造实例的示例图；图7 (A)到7⑶是图3和4中显示的分离器的第一制造实例的示例图；图8⑷到8⑶是图3和4中显示的分离器的第二制造实例的示例图9是显示其中分离器的高孔隙度部分的优选孔隙度范围的确认结果的图表；
图10是显示其中分离器的低孔隙度部分的优选孔隙度范围的确认结果的图表；以及
图11是显示分离器的高孔隙度部分和低孔隙度部分的优选体积比范围的确认结果的图表。
具体实施方式
电化学装置的示例结构>>
将参照图1说明本发明所应用的表面安装(方形)型电化学装置。如图1所示，电化学装置10具有其中可充放电存储元件16和电解溶液(未示出)被密封在容器11中的结构，该可充放电存储兀件16具有其中分离器16c置于正电极16a和负电极16b之间的结构。
容器11包括绝缘部件I la、焊接环Ilb和金属部件11c，绝缘部件Ila形成为大致长方体形状并具有凹部IIal，焊接环Ilb形成为大致矩形框架形状并被预先焊接到绝缘部件Ila的上表面以包围凹部Ilal的开口，金属部件Ilc形成为大致矩形板形状并被焊接和电连接到环11b，从而阻挡凹部Ilal的开口。缝焊、激光束焊接或类似方式可以用于将金属部件Ilc焊接到环lib。
绝缘部件Ila由诸如氧化铝的绝缘材料制成，并且焊接辅助膜(例如，在绝缘部件Ila由氧化铝制成和环Ilb由科瓦铁镍钴合金制成的情况下，由钨膜和镍膜形成的多层膜；未示出)形成在滚焊区域中。另外，随后说明的正极端子12、负极端子13、正极引线14和负极引线15被设置在绝缘部件Ila中。
环Ilb由诸如科瓦铁镍钴合金(铁镍钴合金)或42合金(铁镍合金)的金属材料制成，并且通过焊接材料(例如在环Iib由科瓦铁镍钴合金制成的情况下为银铜合金；未示出)被焊接到绝缘部件Ila的焊接辅助膜。由于图1中显示的环Ilb的内孔Ilbl的轮廓大致匹配凹部Ilal的开口的轮廓，因此内孔Ilbl用作凹部Ilal的开口侧端部(以下称为包括环Ilb的内孔Ilbl的凹部Ilal)。此外，对电解溶液的抗腐蚀膜(例如，在环Ilb由科瓦铁镍钴合金制成的情况下为由镍膜、金膜或镍膜和金膜形成的多层膜；未示出)至少形成在环Ilb的暴露表面的内圆周面上。
金属部件Ilc由诸如科瓦铁镍钴合金(Fe-N1-Co合金)或42合金(Fe-Ni合金)的金属材料制成，优选在科瓦铁镍钴合金基底材料的上表面和下表面上具有镍膜的包覆材料、在科瓦铁镍钴合金基底材料的下表面上具有镍膜的包覆材料或者其中镍膜变成诸如钼、银、金和钯的金属膜的包覆材料。金属部件Ilc的下表面的轮廓大致匹配环Ilb的上表面的轮廓。
正极端子12由诸如金的金属材料制成，并且形成为具有从绝缘部件Ila的左侧面的下部延伸到该绝缘部件的下表面的字母“L”形横截面且具有预定宽度。负极端子13由诸如金的金属材料制成，并被形成为具有从绝缘部件Ila的右侧面的下部延伸到该绝缘部件的下表面的字母“L”形横截面且具有与正极端子12大致相同的宽度。在端子12和13由于绝缘部件Ila的材料都没有获得足够的粘附力时，粘合辅助层(例如在绝缘部件Ila由氧化铝制成和两个端子12和13由金制成的情况下为由钨膜和镍膜形成的多层膜；未示出)可以形成在绝缘部件Ila的端子形成区域中。正极引线14具有从正极端子12的上端延伸到绝缘部件Ila的内部右侧的带形部14a、从带形部14a的右端延伸到绝缘部件Ila的内部上侧的柱形部14b、形成在凹部Ilal的内部底部上以与柱形部14b的上端连通的矩形部14c。带形部14被电连接到正极端子
12。带形部14a和柱形部14b由诸如钨的金属材料制成，而矩形部14c由对于电解溶液具有足够抗腐蚀性的诸如铝的金属材料制成。在柱形部14b和矩形部14c由于其材料而没有获得足够的导电性时，导电辅助层(例如在柱形部14b由钨制成而矩形部14c由铝制成的情况下为由镍膜和金膜形成的多层膜；未示出)可以形成在柱形部14b的上表面上。负极引线15具有从负极端子13的上端延伸到绝缘部件Ila的侧面的上侧的带形部15a和从带形部15a的上端延伸到绝缘部件Ila的上表面上的左侧的带形部15b,并且带形部15a被电连接到负极端子13,带形部15b被电连接到环lib。在两个带形部15a和15b由诸如钨的金属材料制成时，作为由镍膜和金膜形成的保护层的多层膜可以形成在带形部15a和15b的表面上。存储元件16的正电极16a和负电极16b具有矩形轮廓和预定厚度，并且分离器16c具有比正电极16a和负电极16b的矩形轮廓略大的矩形轮廓并具有预定厚度。分离器16c由诸如玻璃纤维板、纤维素纤维板或塑料纤维板的离子渗透多孔板制成，并且该分离器的厚度优选地在50-300 μ m的范围内。正电极16a的下表面电连接到在正极引线14的矩形部14c的上表面上粘合到导电粘合膜17的矩形部14c。另外，负电极16b的上表面电连接到金属部件11c，所述金属部件在金属部件Ilc的下表面上粘合到导电粘合膜18。导电粘合膜17和18都由导电性固化材料形成，而包含导电粒子的热固性粘合剂(例如包含碳粒子(炭黑)或石墨粒子的环氧粘合剂)用于所述导电粘合剂。在其中相同材料用于正电极16a和负电极16b的例如PAS电容器或活性碳电容器的电化学装置的情况下，正电极16a和负电极16b由诸如活性碳和石墨的碳基材料、诸如聚并苯有机半导体(PAS)的导电聚合物或者诸如氧化钌的金属氧化物制成。另外，碳酸亚丙酯、碳酸亚丙酯+环丁砜(混合溶剂)、碳酸亚丙酯+乙基异丙基砜(混合溶剂)、碳酸亚丙酯+环丁砜+丙酸甲酯(混合溶剂)和环丁砜+乙基甲基砜(混合溶剂)可以在这种情况下优选地用于电解溶液的溶剂(其中电解质溶解在溶剂中)，并且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可以被优选地用于电解质。在不同材料用于正电极16a和负电极16b的例如为锂离子电容器的电化学装置10的情况下，在碳基材料之中，正电极16a由例如活性碳制成，而负电极16b由其中锂离子可以被吸收或分开的例如为非石墨化碳(硬碳)或石墨制成。另外，碳酸亚丙酯、碳酸乙烯酯和环丁砜在这种情况下可以优选地用于电解溶液的溶剂(其中电解液在溶剂中溶解)，而诸如LiPF6、LiBF4和LiC104的锂盐可以优选地用于电解液。〈〈分离器的实例》将参照图2到4说明图1显示的分离器16c的第一到第三实例。如图2到4所示，分离器16c被形成为使得分离器厚度方向上的从上表面到下表面的多个高孔隙度部分16cl和分离器厚度方向上的从上表面到下表面的多个低孔隙度部分16c2被布置在位于正电极16a和负电极16b之间的区域中。此外，如图1所示，高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2中的每一个在位于分离器16c的正电极16a和负电极16b之间的区域中的上表面都与负电极16b的下表面接触，而高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的每一个的下表面都与正电极16a的上表面接触。
详细说明每个分离器16c的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2。如图2的俯视图所示，图2中的分离器16c的高孔隙度部分16cl形成有多个矩形部分(在图2中总共七十七个部分)，低孔隙度部分16c2围绕每一个高孔隙度部分16cl形成并形成有连续形成为网格形状的多个带形部分，并且高孔隙度部分16cl被定位在分离器16c的外圆周部分(从正电极16a和负电极16b向外突出的部分)中。另外，每一个高孔隙度部分16cl的上表面的形状可以是不同于矩形形状的任何形状(例如，圆形形状、椭圆形形状、半圆形形状、三角形形状或具有五个或更多个边的多边形形状)。
另外，如图3的俯视图所示，图3中的分离器16c的高孔隙度部分16cl形成有多个垂直带形部分(在图3中总共为十一个部分)，低孔隙度部分16c2在高孔隙度部分16cl之间形成有多个垂直带形部分(在图3中总共为十个部分)，并且高孔隙度部分16cl被定位在分离器16c的外圆周部分(从正电极16a和负电极16b向外突出的部分)中。
此外，如图4的俯视图所示，图4中的分离器16c的高孔隙度部分16cl形成有多个横向带形部分(在图4中总共为七个部分)，低孔隙度部分16c2在高孔隙度部分16cl之间形成有多个横向带形部分(在图4中总共为六个部分)，并且高孔隙度部分16cl被定位在分离器16c的外圆周部分(从正电极16a和负电极16b向外突出的部分)中。
图2到4中显示的每一个分离器16c的高孔隙度部分16cl的孔隙度优选地在90-95%的范围内。在高孔隙度部分16cl的孔隙度高于95%时，由于电解溶液流出所使用的力比将电解溶液保持在分离器16c中的力更大，因此电解溶液会从分离器16c漏出。此夕卜，在高孔隙度部分16cl的孔隙度低于90%时，随后说明的低孔隙度部分16c2的孔隙度的优选上限的溶液吸收度难以具有显著的不同。另一方面，每一个分离器16c的低孔隙度部分16c2的孔隙度优选地在60-80%的范围内。在低孔隙度部分c2的孔隙度高于80%时，上述高孔隙度部分16cl的孔隙度的优选下限的溶液吸收度难以具有显著的不同。另外，在低孔隙度部分16c2的孔隙度低于60%时,被保持在分离器16c中的电解溶液的量减少。
图2到4中显示的每个分离器16c的高孔隙度部分16cl与低孔隙度部分16c2的体积比，具体地为位于正电极16a和负电极16b之间的区域中的高孔隙度部分16cl与低孔隙度部分16c2的体积比，优选地在8: 2到2: 8的范围内，并且更优选地在大约1:1的范围内。在高孔隙度部分16cl的体积百分比高于80%时，从高孔隙度部分16cl供应到低孔隙率部分16c2的电解溶液的量没有大量增加，不容易保证用于通过低孔隙度部分16c2传送离子的路径，并且基本上与分离器16c仅由高孔隙度部分16cl形成的情况没有不同。另一方面，在高孔隙度部分161的体积百分比低于20%时，由于高孔隙度部分16cl中可保持的电解溶液的量减少，因此基本上与分离器16c仅由低孔隙度部分16c2形成的情况没有不同。即，为了避免在高孔隙度部分16cl的体积百分比高于80%时所导致的缺点和在高孔隙度部分16cl的体积百分比低于20%时所导致的缺点，为8: 2到2: 8的介质体积比的I:I的体积比和接近1:1的体积比是优选的。
〈〈图2中显示的分离器的制造实例>>
〈第一制造实例〉在第一制造实例中，如图5(A)和⑶中所示，首先，制备具有与分离器16c的尺寸相对应的尺寸的第一板基材Sll和以诸如冲压的方法通过形成凹口 NO和通孔SH而获得的第二板基材S12。接下来,如图5(C)所不,在第一板基材Sll上使一个第二板基材S12顺序重叠一个第一板基材Sll的操作被执行至少一次，并且重叠的基材被粘结剂溶液浸溃且此后该重叠的基材整体在预定温度和压力下受热和被挤压。如图5(D)所示，依此方式制造的分离器16c具有第二板基材S12的凹口 NO和通孔SH作为其中的中空部AH，并且包括中空部AH的厚度部分变成高孔隙度部分16cl，而不包括中空部AH的厚度部分变成低孔隙度部分16c2。分离器16c的厚度116c可以利用加热和挤压过程而被控制。<第二制造实例>在第二制造实例中，如图6(A)中显示，首先，制备具有与分离器16c的尺寸相对应的尺寸的板基材S21。接下来，如图6(B)中显示，由诸如氧化铝颗粒的多孔微小颗粒形成的填充材料FM以网格形状被印刷在板基材S21的上表面上，而板基材S21的内部被填充材料FM填充。在两个或更多个板基材S21在被填充材料FM填充之后彼此重叠时，重叠的基材被粘结剂溶液浸溃，并且此后其整体在预定温度和压力下受热和被挤压。如图6(C)中显示，不填充有填充材料FM的厚度部分成为依此方式制造的分离器16c中的高孔隙度部分16cl，填充有填充材料FM的厚度部分成为分离器16c中的低孔隙度部分16c2。在两个或更多个板基材S21在被填充有填充材料FM之后彼此重叠时，可以利用加热和挤压过程控制分离器16c的厚度tl6c。〈〈图3和4中显示的分离器的制造实例>><第一制造实例>如图7(A)中显示，首先，在这种制造实例中制备具有小于分离器16c的尺寸的尺寸的板基材S31。接下来，如图7(B)和(C)中显示，多个板基材S31被布置在台TA上，从而彼此部分重叠(参照符号0L)，并且重叠的基材被粘结剂溶液浸溃，从而在预定温度和压力下利用压板PP加热和挤压重叠的基材整体。如图7(D)中显示，包括其中重叠部分OL被压碎的部分的厚度部分成为依此方式制造的分离器16c中的高孔隙度部分Cl，而不包括其中重叠部分OL被压碎的部分的厚度部分成为依此方式制造的分离器16c中的低孔隙度部分16c2。分离器16c的厚度tl6c可以利用加热和挤压过程被控制。虽然图7显示与图3中显示的分离器16c相对应的制造实例，但如果板基材S31的尺寸和重叠方法改变，则图4中显示的分离器也可以以同样方式被制造。<第二制造实例>如图8(A)中显示，首先，制备具有大于分离器16c的尺寸的尺寸的板基材S41，并且多个皱褶CR形成在这种制造实例中的板基材S41中。接下来，如图8(B)和(C)所示，具有皱褶CR的板基材S41被设置在台TA上并且板基材S41被粘结剂溶液浸溃，从而利用压板PP在预定温度和压力下加热和挤压板基材整体。如图8(D)显示，包括其中皱褶CR被压碎的部分的厚度部分成为依此方式制造的分离器16c中的高孔隙度部分16cl，而不包括其中皱褶CR被压碎的部分的厚度部分成为依此方式制造的分离器16c中的低孔隙度部分16c2。分离器16c的厚度tl6c可以利用加热和挤压过程而被控制。虽然图8显示与图3中所示的分离器16c相对应的制造实例，但如果板基材S41的皱褶的尺寸和方向改变，则也可以以同样方式制造图4中显示的分离器。<第三制造实例(未示出)>在第三制造实例中，首先制备具有与分离器16c的尺寸相对应的尺寸的板基材。接下来，由诸如氧化铝颗粒的多孔微小颗粒形成的填充材料FM以一定间隔的带形状被印刷在板基材的上表面上，从而利用填充材料FM填充板基材的内部。在两个或更多个板基材S21在被填充材料FM填充之后彼此重叠时，重叠的基材被粘结剂溶液浸溃，并且之后其整体以预定温度和压力被加热和挤压。与如图6 (C)中显示的结构类似，不填充有填充材料FM的厚度部分成为依此方式制造的分离器16c中的高孔隙度部分16cl，填充有填充材料FM的厚度部分成为分离器16c中的低孔隙度部分16c2。在两个或更多个板基材S21在被填充有填充材料FM之后彼此重叠时，可以利用加热和挤压过程控制分离器16c的厚度tl6c。 依赖分离器所获得的效果>>当分离器16c用于在正电极16a和负电极16b之间通过保持的电解溶液传送离子的同时，在电化学装置10通过重复执行其充电和放电而被长期使用时，其中保持在分离器16c中的电解溶液的量减少的现象由于电解溶液的溶解等等而出现。在现有技术中，在分离器由具有大致均匀的孔隙度的纤维板构成的情况下，当保持在分离器中的电解溶液减少时，通过粘附到纤维表面的电解溶液勉强确保用于离子的传送路径。然而，与保持必需且足够量的电解溶`液时的情况相比较，由于形成分离器的纤维不是整体地平行于分离器的厚度方向设置，因此用于离子的传送路径被拉长，存储元件的电阻值由于拉长的传送路径而被增加，并且电化学装置的内部电阻值由于电阻值的增加而被增加，致使输出电压下降。相反，分离器16c形成为使得分离器的厚度方向上的从上表面到下表面的多个高孔隙度部分16cl和分离器的厚度方向上的从上表面到下表面的多个低孔隙度部分16c2被布置在位于正电极16a和负电极16b之间的区域中(参照图2到4)。另外，在位于分离器16c的正电极16a和负电极16b之间的区域中的高孔隙度部分16cl和低孔隙率部分16c2中的每一个的上表面与负电极16b的下表面接触，而高孔隙度部分16cl和低孔隙率部分16c2中的每一个的下表面与正电极16a的上表面接触(参照图1)。因此，即使保持在分离器16c中的电解溶液减少，由于每一个低孔隙度部分16c2的溶液吸收高于每一个高孔隙度部分16cl的溶液吸收，因此每一个高孔隙度部分16cl中的电解溶液被聚集在每一个低孔隙度部分16c2中，并且通过在每一个低孔隙度部分16c2中聚集的电解溶液在正电极16a和负电极16b之间确保用于离子传送的液体路径。换句话说，即使保持在分离器16c中的电解溶液减少，由于与现有技术不同，用于离子的传送路径没有被拉长并且可以确保用于离子的最短传送路径，因此限制了存储元件16的电阻值的增加，且由于对存储元件的电阻值的限制而限制电化学装置10的输出电压的减少。 分离器的高孔隙度部分的孔隙度和低孔隙度部分的孔隙度的确认>>
为了确认在〈〈分离器的实例 >> 中说明的分离器16c的高孔隙度部分16cl的孔隙度的优选范围(90-95% )，与图2中显示的分离器16c相对应的四种分离器SEll到SE14基于〈〈图2中显示的分离器的制造实例 >> 中的〈第一制造实例 > 来制造。
具体地，制备四种具有不同孔隙度的第一板基材Sll(95wt%的玻璃纤维，5被％的甲基纤维素粘结剂)和四种具有相同孔径比((凹口 NO的总面积+通孔SH的总面积)/(凹口 NO和通孔SH形成之前的第二板基材S12的总面积))和不同孔隙度的第二板基材S12(95wt%的玻璃纤维，5wt%的甲基纤维素粘结剂)。将一个第二板基材S12和一个第一板基材Sll在第一板基材Sll上的顺序重叠操作被执行一次，重叠的基材被甲基纤维素粘结剂溶液浸溃，并且然后其整体在150°C的温度下和IOOOkPa的最大压力下被加热和挤压，从而制造四种分离器SEll到SE14。
四种制造的分离器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的体积比(I: I)和低孔隙度部分16c2的孔隙度(70%)，分离器SEll到SE14仅在高孔隙度部分16cl的孔隙度方面不同。分离器SEll的高孔隙度部分16cl的孔隙度为85%，分离器SE12的高孔隙度部分16cl的孔隙度为90%，分离器SE13的高孔隙度部分16cl的孔隙度为95%，而分离器SE14的高孔隙度部分16cl的孔隙度为97%。
然后，具有与图1中显示的电化学装置10的那些结构相同结构的四种PAS电容器(最大使用电压3V)利用相应的四种分离器SEll到SE14来制造。在PAS电容器中的存储元件16的正电极16a和负电极16b由聚并苯有机半导体(PAS)构成，并且使用电解溶液，5-氮鎗螺[4，4]壬烷.BF4在该电解溶液中溶于碳酸亚丙酯。
然后，执行其中2.5V的电压在70°C的大气环境下被连续施加到所述四种制造的PAS电容器的浮充测试，并且横跨存储元件16的端子12和13的电阻值(单位是Ω)由测试器(由Hioki E.E.CORPORATION制造，在IkHz的测试频率下)在电压应用的每天被测量。
图9是标绘每一个测量结果的视图，并且在图9中，由SEll表示的曲线显示随着使用分离器SE11(高孔隙度部分16cl的孔隙度是85% )的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE12表示的曲线显示随着使用分离器SE12(高孔隙度部分16cl的孔隙度是90% )的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE13表示的曲线显示随着使用分离器SE13(高孔隙度部分16cl的孔隙度是95% )的PAS电容器的时间的电阻值变化，和由SE14表示的曲线显示随着使用分离器SE14(高孔隙度部分16cl的孔隙度为97% )的PAS电容器的时间的电阻值变化。
如图9所示，与使用分离器SEll (高孔隙度部分16cl的孔隙度是80% )的PAS电容器和使用分离器SE14(高孔隙度部分16cl的孔隙度是97% )的PAS电容器相比，电阻值随电压应用的天数的增加在使用分离器SE12(高孔隙度部分16cl的孔隙度是90% )的PAS电容器中和在使用分离器SE13(高孔隙度部分16cl的孔隙度是95% )的PAS电容器中明显受到限制。因此，可以理解优选的分离器16c的高孔隙度部分16cl的孔隙度范围是90-95%。
另一方面，为了确认在〈〈分离器的实例 >> 中说明的分离器16c的低孔隙度部分16c2的孔隙度的优选范围(60-80% )，与图2中显示的分离器16c相对应的四种分离器SE21到SE24根据〈〈图2中显示的分离器的制造实例 >> 中的〈第一制造实例 > 来制造。四种分离器SE21到SE24的具体制造方法与四种分离器SEll到SE14的制造方法相似。
所述四种制造的分离器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的体积比(I: I)和高孔隙度部分16cl的孔隙度(90% )，并且仅在低孔隙度部分16c2的孔隙度方面不同。分离器SE21的低孔隙度部分16c2的孔隙度是55%，分离器SE22的低孔隙度部分16c2的孔隙度是60%，分离器SE23的低孔隙度部分16c2的孔隙度是80%，而分离器SE24的低孔隙度部分16cl的孔隙度是85%。
然后，具有与图1中显示的电化学装置10的结构相同的结构的四种PAS电容器(最大使用电压3V)利用相应的四种分离器SE21到SE24来制造。在PAS电容器中的存储元件16的正电极16a和负电极16b由聚并苯有机半导体(PAS)构成，并且使用电解溶液，5-氮鎗螺[4，4]壬烷.BF4在该电解溶液中溶于碳酸亚丙酯。
然后，执行其中2.5V的电压在70°C的大气环境下被连续施加到四种制造的PAS电容器的浮充测试，并且横跨存储元件16的端子12和13的电阻值(单位是Ω)由测试器(由Hioki E.E.CORPORATION制造，在IkHz的测试频率下)在电压应用的每天被测量。
图10是标绘每一个测量结果的视图，并且在图10中，由SE21表示的曲线显示随着使用分离器SE21 (低孔隙度部分16c2的孔隙度是55% )的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE22表示的曲线显示使用分离器SE22(低孔隙度部分16c2的孔隙度是60% )的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE23表示的曲线显示随着使用分离器SE23(低孔隙度部分16c2的孔隙度是80% )的PAS电容器的时间的电阻值变化，而由SE24表示的曲线显示使用分离器SE24(低孔隙度部分16cl的孔隙度是85% )的PAS电容器的时间的电阻值变化。
如图10所示，与使 用分离器SE21 (低孔隙度部分16c2的孔隙度是55% )的PAS电容器和使用分离器SE24(低孔隙度部分16c2的孔隙度是85% )的PAS电容器相比，电阻值随电压应用的天数的增加在使用分离器SE22(低孔隙度部分16c2的孔隙度是60% )的PAS电容器和使用分离器SE23(低孔隙度部分16c2的孔隙度是80% )的PAS电容器中明显受到限制。因此，可以理解分离器16c的低孔隙度部分16c2的优选孔隙度范围是60-80%。
确认分离器的高孔隙度部分和低孔隙度部分的体积比>>
为了确认〈〈分离器的实例 >> 中说明的分离器16c的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比的优选范围(8: 2到2: 8)，与图2中显示的分离器16c相对应的五种分离器SE31到SE35根据〈〈图2中显示的分离器的制造实例 >> 中的〈第一制造实例 > 来制造。
具体地，制备具有预定孔隙度的四种第一板基材Sll (95wt%的玻璃纤维，5wt%的甲基纤维素粘结剂)和具有与第一板基材Sll相同的孔隙度但是具有不同孔径比((凹口NO的总面积+通孔SH的总面积)/(凹口 NO和通孔SH形成之前的第二板基材S12的总面积))的五种第二板基材S12 (95wt%的玻璃纤维,5wt%的甲基纤维素粘合剂)。将一个第二板基材S12和一个第一板基材Sll顺序重叠的操作在第一板基材Sll上被执行一次，重叠的基材被甲基纤维素粘结剂溶液浸溃，并且然后其整体在150°C的温度下被加热并在IOOOkPa的最大压力下被挤压，从而制造五种分离器SE31到SE35。
制造的五种分离器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% )，并且仅在高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比方面不同。分离器SE31的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是9: 1，分离器SE32的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是8: 2，分离器SE33的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是5: 5，分离器SE34的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是2: 9，分离器SE35的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是1: 9。然后，具有与图1中显示的电化学装置10的结构相同的结构的五种PAS电容器(最大使用电压3V)利用相应的五种分离器SE31到SE35来制造。在PAS电容器中的存储元件16的正电极16a和负电极16b由聚并苯有机半导体(PAS)构成，并且使用电解溶液，5-氮鎗螺[4，4]壬烷*BF4在该电解溶液中溶于碳酸亚丙酯。仅供参考，制备高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是10: O的分离器SE36和高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是O: 10的分离器SE37，并且如上所述的两种PAS电容器使用分离器SE36和SE37被另外制造。然后，执行其中2.5V的电压在70°C的大气环境下被连续施加到五+两种制造的PAS电容器的浮充测试，并且横跨存储元件16的端子12和13的电阻值(单位是Ω)由测试器(由Hioki E.E.CORPORATION制造，在IkHz的测试频率下)在电压应用的每天被测量。图11是标绘每一个测量结果的视图，并且在图11中，由SE31表示的曲线显示随着使用分离器SE31 (高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是9:1)的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE32表示的曲线显示随着使用分离器SE32(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是8: 2)的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE33表示的曲线显示随着使用分离器SE33(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是5: 5)的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE34表示的曲线显示随着使用分离器SE34(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是2: 8)的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE35表示的曲线显示随着使用分离器SE35(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是1: 9)的PAS电容器的时间的电阻值变化，由SE36表示的曲线显示随着使用分离器SE36(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是10: O)的PAS电容器的时间的电阻值变化，和由SE37表示的曲线显示随着使用分离器SE37(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是O: 10)的PAS电容器的时间的电阻值变化。如图11所示，与使用分离器SE31 (高孔隙度部分16cI和低孔隙度部分16c2的体积比是9:1)的PAS电容器、使用分离器SE35(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是1: 9)的PAS电容器、使用分离器SE36(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是10: O)的PAS电容器和使用分离器SE37(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是O: 10)的PAS电容器相比，电阻值随电压应用的天数的增加在使用分离器SE32(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是8: 2)的PAS电容器、使用分离器SE33(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是5: 5)的PAS电容器、使用分离器SE34(高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的体积比是2: 8)的PAS电容器中被明显抑制。因此，可以理解分离器16c的高孔隙度部分16cl和低孔隙度部分16c2的优选体积比范围是8: 2到2: 8。工业应用性本发明(用于电化学装置的分离器和电化学装置)不局限于上述电化学装置，而可以广泛地应用到在其它电化学装置中使用的分离器和其它电化学装置，在其它电化学装置中，可充放电存储元件具有其中分离器置于正电极和负电极之间和电解溶液被密封在容器中的结构，从而通过应用获得“技术问题”中说明的目的。附图标记列表10电化学装置11 容器16存储元件16a正电极16b负电极16c分离器16cI高孔隙度部分16c2低孔隙度部分
权利要求
1.一种用于电化学装置的分离器，所述电化学装置具有可充放电存储元件以及电解溶液被密封在容器中的结构，所述可充放电存储元件具有所述分离器被置于正电极和负电极之间的结构，所述分离器包括: 多个高孔隙度部分，所述多个高孔隙度部分从所述分离器的厚度方向的一个侧面到另一侧面；和 多个低孔隙度部分，所述多个低孔隙度部分从所述分离器的厚度方向的所述一个侧面到所述另一侧面， 其中，所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分被布置在位于所述正电极和所述负电极之间的区域中。
2.根据权利要求1所述的用于电化学装置的分离器，其中，所述高孔隙度部分的孔隙度在90%到95%的范围内，而所述低孔隙度部分的孔隙度在60%到80%的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的用于电化学装置的分离器，其中，在位于所述正电极和所述负电极之间的所述区域中的所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分的体积比在8:2到2: 8的范围内。
4.一种电化学装置，所述电化学装置具有可充放电存储元件以及电解溶液被密封在容器中的结构，所述可充放电存储元件具有分离器被置于正电极和负电极之间的结构， 其中，所述分离器包括:多个高孔隙度部分，所述多个高孔隙度部分从所述分离器的厚度方向的一个侧面到另一侧面；和多个低孔隙度部分，所述多个低孔隙度部分从所述厚度方向的所述一个侧面到所述另一侧面，所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分被布置在位于所述正电极和所述负电极之间的区域中。
5.根据权利要求4所述的电化学装置，其中，所述高孔隙度部分的孔隙度在90%到95%的范围内，而所述低孔隙度部分的孔隙度在60%到80%的范围内。
6.根据权利要求4或5所述的电化学装置，其中，位于所述正电极和所述负电极之间的所述区域中的所述高孔隙度部分和所述低孔隙度部分的体积比在8: 2到2: 8的范围内。
全文摘要
[目的]本发明提供一种用于电化学装置的分离器，该分离器能够限制存储元件的电阻值增加。[解决方案]一种用于电化学装置的分离器(16c)形成为使得从分离器厚度方向的上表面到下表面的多个高孔隙度部分(16c1)和从分离器厚度方向的上表面到下表面的多个低孔隙度部分(16c2)被布置在位于正电极(16a)和负电极(16b)之间的区域中。
文档编号H01G11/52GK103151181SQ201210524178
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者萩原直人 申请人:太阳诱电株式会社