用于电池的分隔器、层压分隔器、锂离子二次电池和电池组的制作方法

本发明的背景

1.发明领域

本发明涉及用于电池的分隔器，层压分隔器，锂离子二次电池，以及电池组。

2.现有技术的描述

日本专利申请no.2006-236991(jp2006-236991a)公开了一种用于电池的分隔器，其包括：超细纤维，其具有3μm或更小的纤维直径；和准超细改性横截面纤维，其具有3-5μm的纤维直径和具有非圆形的横截面。

在许多情况下，用于车辆的锂离子二次电池是以电池组的形式使用，其中多个单电池连接并被约束元件约束。在电池组中，每个单电池被约束元件在预定压力(在下文中称为“约束压力”)下压制。经验上已经知道在这种受约束环境中使用的电池中，与按照非约束状态使用的电池(例如供消费者使用的小型电池)相比，易于出现输入和输出特性变差或者微型短路。

jp2006-236991a描述了分隔器是由多个具有基本相同纤维直径的超细纤维组成的；结果，分隔器具有均匀的孔尺寸和均匀的内部空间，因此离子渗透性得到改进。由于在准超细改性横截面纤维之间的粘合，在电极之间的距离不容易由于在电池生产等期间施加的压力作用而变窄，也就是说，能够保持分隔器的厚度。

但是，在上述电池组中，在jp2006-236991a中假定的并不是暂时压力，而是向单电池施加连续的约束压力。同样，也向分隔器施加连续压力。另外，当电极板由于重复的充电和放电而膨胀时，分隔器进一步受到压制。在这种情况下，即使分隔器初始具有均匀的孔径和均匀的内部空间，分隔器的一些部分也会垮塌，并且形成之字形的孔路径。结果，锂离子(li⁺)的渗透受到抑制，并且输入和输出特性变差。另外，在分隔器的垮塌部分中，电阻局部地增加。所以，电流被集中到分隔器中的除垮塌部分之外的部分上，由此会增加微型短路等的风险。

发明概述

本发明提供具有优异输入和输出特性和安全性的用于电池的分隔器；以及其中使用所述分隔器的层压分隔器、锂离子二次电池和电池组。

[1]根据本发明的第一个实施方案，提供用于电池的分隔器，其包含：第一个主表面；第二个主表面，其位于第一个主表面的对侧上；和多个树脂纤维，其用于连接第一个主表面和第二个主表面。当其中任意直线与树脂纤维相交所得的线段的总长度与沿着厚度方向在用于电池的分隔器的横截面上的直线的总长度之间的比率是由s(％)表示时，和当用于电池的分隔器的厚度是由d(μm)表示时，满足0<s≤100，3≤d≤50，并且300≤d×s≤1500，所述直线是平行于第一个主表面的并且横跨所述横截面。在此横截面中，当将在平行于第一个主表面且横跨横截面的那些直线中的位于第一个主表面内侧的距离为厚度的10％处的直线设定为第一个参照线时，当将在平行于第一个主表面且横跨横截面的那些直线中的位于第二个主表面内侧的距离为厚度的10％处的直线设定为第二个参照线时，当将其中每个树脂纤维与第一个参照线相交所得的线段设定为第一个线段时，和当将其中从第一个线段沿着厚度方向延伸的条形区域与第二个参照线相交所得的线段设定为第二个线段时，每个树脂纤维与第二个线段相交所得的第三个线段是占第二个线段的80％或更高。

在现有技术的用于电池的分隔器中(在下文中也简称为“分隔器”)，避免其中孔路径为直线的结构。当其中孔路径为直线的分隔器垮塌时，微型短路的风险增加。但是在上述本发明结构中，特意使得孔路径是直线性的。也就是说，参见图3，在上述用于电池的分隔器中，每个树脂纤维4在横截面上沿着厚度方向td与第一个参照线l1相交以形成第一个线段s1，而且也与其中从第一个线段s1延伸的条形区域r沿着厚度方向与第二个参照线l2相交所得的第二个线段s2相交。此时，每个树脂纤维4与第二个线段s2相交所得的第三个线段s3占第二个线段s2的80％或更多。

在这里，第一个参照线l1是位于第一个主表面40a内侧的距离为分隔器厚度的10％处(也就是说，接近第一个主表面40a)。第二个参照线l2是位于第二个主表面40b内侧的距离为分隔器厚度的10％处(也就是说，接近第二个主表面40b)。第一个线段s1和第二个线段s2都包含在沿着厚度方向td方向直线延伸的单个条形区域r中。因此，第三个线段s3与第二个线段s2之间的比率可以视为指示树脂纤维4的直线性的指数。在下文中，在本说明书中，此比率称为“直线性指数”。如下所述，直线性指数优选是从多个树脂纤维计算的。

参见图3，在其中树脂纤维4为直线性的分隔器中，与树脂纤维4相邻的孔2也是直线性延伸的。根据本发明人的研究，当直线性指数是80％或更高时，形成大量的直线性孔路径，并且离子渗透性得到显著改进。结果，可以改进电池的输入和输出特性。

但是如上所述，当孔路径是直线时，应当考虑微型短路的风险等等。所以，在上述用于电池的分隔器中，限制了树脂纤维的占有率和分隔器厚度以满足特定的关系。也就是说，在上述用于电池的分隔器中，树脂占有率s(％)和分隔器的厚度d(μm)满足关系：0<s≤100，3≤d≤50，并且300≤d×s≤1500。

根据本发明人的研究，当“d×s”低于300时(通常当树脂纤维的纤维直径小并且分隔器薄时)，分隔器易于垮塌，并且不能充分抑制在受约束状态的分隔器中的微型短路风险等等。另一方面，当“d×s”高于1500时(通常当树脂纤维的纤维直径大并且分隔器厚时)，分隔器不易于垮塌；但是，离子渗透性低，并且不能得到所需的输入和输出特性。所以，在上述用于电池的分隔器中，“d×s”被限制为300-1500。结果，即使当以受约束状态使用时，分隔器的垮塌也受到抑制，安全性得到保证，并且可以由于直线性孔路径而实现高的输入和输出特性。

[2]分隔器可以还满足20≤s≤80。通过将树脂占有率s限制在上述范围内，可以改进输入和输出特性与安全性之间的平衡。

[3]树脂纤维的纤维直径可以是0.05-2μm。在上述范围内，可以容易地得到不易于垮塌的直线性树脂纤维。

[4]分隔器可以还包括多孔层，其是在第一个主表面和第二个主表面中的至少一个上提供的，其中多孔层包含无机填料和粘合剂。由于分隔器还包括多孔层，安全性得到进一步改进。

[5]根据本发明的一个实施方案，提供一种层压分隔器，其包括根据[1]-[4]中任一项的分隔器。因为层压分隔器包括上述分隔器，所以输入和输出特性和安全性是优异的。在层压分隔器中，所有层可以是上述分隔器，或一部分层可以是上述分隔器。也就是说，仅仅需要至少一层是上述分隔器。

在这里，在层压分隔器的情况下，检测每层的树脂占有率s，并且必要的是满足0<s≤100，3≤d≤50，和300≤d×s≤1500，并且仅仅在具有最高树脂占有率s的层中的直线性指数是80％或更高。在具有最高树脂占有率s的层中检测li⁺的移动速率，并且整个层压分隔器的安全性取决于此层。

[6]根据本发明的一个实施方案，提供一种锂离子二次电池，其包括根据[1]-[4]中任一项的分隔器或根据[5]的层压分隔器。基于上述分隔器的特性，锂离子二次电池显示优异的输入和输出特性和安全性。

[7]当上述分隔器具有延长的带状形状时，根据[6]的锂离子二次电池可以具有以下结构。也就是说，锂离子二次电池还包括：扁平形电极体，其中延长的带状正极和延长的带状负极与位于正极和负极之间的分隔器一起卷绕；和正方形外壳，其用于容纳扁平形电极体。扁平形电极体包括扁平形部分，其中层压了包含分隔器、正极和负极的平板部分。正方形外壳包括面对扁平形部分的一对主表面壁。

在这种正方形电池中，扁平形电极体的扁平形部分直接或间接地与正方形外壳的主表面壁接触，因此从主表面壁向扁平形部分施加压力。结果，现有技术的分隔器可能垮塌，输入和输出特性和安全性可以变差。但是，通过使用上述本发明分隔器，可以抑制输入和输出特性和安全性的劣化。

[8]根据本发明的一个实施方案，提供一种电池组，其包括多个单电池，其中每个单电池是根据[7]的锂离子二次电池。这种电池组还包括约束元件，其用于约束单电池的外侧。在这种电池组中，向在每个单电池中包括的扁平形电极体的扁平形部分施加0.05kn/cm²至0.5kn/cm²的压力。

当向扁平形电极体的扁平形部分施加0.05kn/cm²至0.5kn/cm²的约束压力时，与上述相同的压力可以沿着层压方向施加给在扁平形电极体中包括的分隔器。当现有技术的分隔器在这种受约束的环境中使用时，输入和输出特性和安全性可以变差。但是，在上述本发明分隔器中，即使在这种受约束的环境中，输入和输出特性和安全性的劣化也是小的。

根据本发明的实施方案，可以提供用于电池的分隔器，其具有优异的输入和输出特性和安全性；和其中使用所述分隔器的层压分隔器、锂离子二次电池和电池组。

附图简述

下面将参考附图描述本发明示例性实施方案的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的数字表示相同的元件，和其中：

图1是示意图，显示根据本发明一个实施方案的用于电池的分隔器的结构实例；

图2是示意图，显示根据本发明实施方案的用于电池的分隔器的主要组分的结构实例；

图3是示意图，显示根据本发明实施方案的用于电池的分隔器沿着其厚度方向的横截面sem图像的实例；

图4是示意性剖视图，显示根据本发明实施方案的用于电池的分隔器的结构实例；

图5是示意性剖视图，显示根据本发明实施方案的层压分隔器的结构实例；

图6是示意图，显示根据本发明实施方案的锂离子二次电池的结构实例；

图7是沿着图6的线vii-vii获取的示意性剖视图；

图8是沿着图6的线viii-viii获取的示意性剖视图；

图9是示意图，显示根据本发明实施方案的扁平形电极体的结构实例；

图10是示意图，显示根据本发明实施方案的正极的结构实例；

图11是示意图，显示根据本发明实施方案的负极的结构实例；

图12是示意图，显示根据本发明实施方案的电池组的结构实例；

图13是侧视图，显示图12的电池组；

图14是显示根据本发明实施方案的样品a1-a20检测结果的表格；

图15是显示根据对比例的样品b1-b4检测结果的表格；和

图16是显示根据本发明实施方案的样品a21-a25和根据对比例的样品b5的检测结果的表格。

实施方案的详细描述

在下文中，将详细描述本发明的实施方案(在下文中称为“实施方案”)。但是，实施方案不限于以下描述。

[第一个实施方案：用于电池的分隔器]

第一个实施方案涉及一种用于电池的分隔器。图1是显示用于电池的分隔器40的结构的示意图。参见图1，用于电池的分隔器40通常是长带状片材元件，并包括第一个主表面40a和作为分隔器背面的第二个主表面40b。

图2是示意图，显示用于电池的分隔器40的主要组分的结构实例。参见图2，用于电池的分隔器40包括：多个树脂纤维4，其用于连接第一个主表面40a和第二个主表面40b；以及孔2，其与树脂纤维4相邻。在此实施方案中，树脂占有率s、分隔器厚度d和直线性指数满足特定条件。结果，显示了高的输入和输出特性和安全性。

[横截面分析]

树脂占有率s等可以通过得到用于电池的分隔器40沿着其厚度方向切割的横截面的图像、并使用扫描电子显微镜(sem)分析横截面的图像获得。用于分析的样品的收集位置是任意的。在长带状分隔器的情况下(参见图1)，可以从沿着纵向分开分隔器的三个区域的每个区域的中心收集样品。优选的是，从各样品得到树脂占有率s等的算术平均值。

从分隔器切割的样品的尺寸(平面视图)例如是约5mm×5mm。样品的横截面可以通过使用横截面磨光器(cp)、聚焦离子束(fib)设备等处理样品得到。此时，优选调节条件以降低对样品的热损伤。当使用cp时，优选的处理条件例如如下所示。

(cp处理条件)

加速电压：约3-6kv

离子电流：约100-500μa

处理时间：约3-12分钟

处理方法：横截面处理是在冷却的同时进行的(所谓的冷冻处理)

当使用fib时，优选的处理条件例如如下所示。

(fib处理条件)

加速电压：约10-50kv

束电流：约0.05-5na

束直径：约0.02-0.3μm

处理时间：约0.1-10小时

处理方法：横截面处理在冷却的同时进行或在不冷却的情况下进行

接着，在横截面处理之后，样品进行导电处理。例如，使用可商购的离子溅射装置，作为观察表面的横截面可以被导电材料(例如锇(os)涂覆。此时，优选的处理条件例如如下所示。

(导电处理条件)

真空度：约7pa

放电电流：低于约40ma

处理时间：数秒

使用sem观察由上述方法得到的横截面样品以得到横截面sem图像。此时，观察放大率例如是约10,000-30,000倍，并合适地根据分隔器厚度、树脂纤维的纤维直径等来调节。例如，可以调节观察放大率以使图像包含约15个树脂纤维。在观察期间的加速电压例如是约3kv。

(检测树脂占有率s)

图3是显示用于电池的分隔器的横截面sem图像实例的示意图。树脂占有率s是使用横截面如下检测的。首先，设定直线la，其平行于第一个主表面40a并且横跨横截面sem图像。接着，检测其中直线la与树脂纤维4相交所得的线段sa的总长度。用所得的线段sa的总长度除以直线la的总长度以计算树脂占有率s(％)。直线la沿着厚度方向td的位置是任意的。优选的是，直线la的总长度可以通过在大约三个位置处检测并得到其平均值来测定，这些位置包括沿着厚度方向td的中心。树脂占有率s必须是大于0％并且是100％或更小，优选是20-80％，更优选30-70％。在上述范围内，可以改进在输入和输出特性与安全性之间的平衡。

(检测用于电池的分隔器的厚度d)

用于电池的分隔器40的厚度d可以使用常规膜厚度计检测。膜厚度计可以是接触型或非接触型(例如红外型)的。当然，可以使用横截面sem图像检测厚度d。优选的是，厚度d是通过检测三次并得到其平均值来测定。厚度d必须是3-50μm。当厚度d小于3μm时，不能保证足够的安全性；而当厚度d大于50μm时，不能获得理想的输入和输出特性。厚度d优选是10-40μm，更优选10-30μm，再更优选15-25μm。在上述范围内，可以改进在输入和输出特性与安全性之间的平衡。

在此实施方案中，满足关系：300≤d×s≤1500。结果，分隔器不易于垮塌，并且即使当孔路径是直线时也能保证安全性。“d×s”优选是400-1400，更优选500-1300，再更优选600-1200。在上述范围内，可以改进在输入和输出特性与安全性之间的平衡。

(检测直线性指数)

再次参见图3，直线性指数是如下所述检测的。首先，将平行于第一个主表面40a且横跨横截面sem图像的第一个参照线l1设定为位于第一个主表面40a内侧的距离为厚度d的10％的位置处(在图3中由“0.1×d”表示)。将平行于第一个主表面40a且横跨横截面sem图像的第二个参照线l2设定为位于第二个主表面40b内侧的距离为厚度d的10％的位置处。接着，对于一个树脂纤维4，将此树脂纤维4与第一个参照线l1相交所得的线段规定为第一个线段s1。设定条形区域r，其从第一个线段s1沿着厚度方向td直线性延伸到第二个参照线l2。将条形区域r与第二个参照线l2相交所得的线段规定为第二个线段s2，并检测其长度。同样，检测树脂纤维4与第二个线段s2相交所得的线段(第三个线段s3)的长度。在横截面sem图像上重复进行此操作，并用第三个线段s3的总长度除以第二个线段s2的总长度。由此可以计算直线性指数(％)。直线性指数是从优选约15个树脂纤维、更优选30个树脂纤维计算的。

随着直线性指数的增加，沿着厚度方向td直线性延伸的树脂纤维的数目增加，可以预期高的输入和输出特性。因此，直线性指数越高就越好，直线性指数理想地是100％。直线性指数优选是82％或更高，更优选85％或更高，再更优选90％或更高。

在此实施方案中所述的沿着厚度方向td的横截面优选基本上垂直于第一个主表面40a(或第二个主表面40b)，但是可以不完全与之垂直。例如，沿着厚度方向td的横截面可以相对于第一个主表面40a倾斜±3°。同样，平行于第一个主表面40a的直线可以不完全与之平行。例如，此直线可以相对于第一个主表面40a倾斜±3°。

[树脂纤维]

树脂纤维优选由例如聚烯烃树脂形成。例如，树脂纤维可以由聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)形成。当使用pe时，其重均分子量例如是约20,000-1,000,000，其结晶度例如是约20-70％。当使用pp时，其重均分子量例如是约40,000-900,000，其结晶度例如是约20-70％。在这里，“重均分子量”可以通过凝胶渗透色谱法(gpc)检测。另外，“结晶度”可以从根据“jis-k7121”检测的熔融热δh与由完美晶体形成的树脂的熔融热(理论值)之间的比率计算。

树脂纤维的纤维直径优选是0.05-2μm，更优选0.05-1μm，再更优选0.1-0.8μm。在上述范围内，可以容易地获得不易于垮塌的直线性树脂纤维。在这里，“纤维直径”在图3中作为在横截面sem图像上的树脂纤维4的宽度4a显示。

[第二个实施方案：层压分隔器]

第二个实施方案涉及一种层压分隔器，其包括用于电池的分隔器40。图5是示意性剖视图，显示层压分隔器45的结构实例。参见图5，层压分隔器45具有这样的结构：其中第一层41、第二层42和第三层43按照此顺序层压。在此实例中，层压的层数目是3。但是，对于层压的层数目没有特别的限制，只要其是2或更大即可。但是，考虑到生产率，层压的层数目优选是5或更大，当考虑到形状稳定性等时最优选是3或更大。

在层压分隔器45中，第一层41、第二层42和第三层43中的至少一层是用于电池的分隔器40。在这种情况下，检测每层的树脂占有率s，并且必须满足：0<s≤100，3≤d≤50，并且300≤d×s≤1500，而且仅仅在具有最高树脂占有率s的层中的直线性指数是80％或更高。在具有最高树脂占有率s的层中检测li⁺的移动速率，并且整个层压分隔器的安全性取决于此层。更优选的是，在所有层中都满足上述关系。

当层压分隔器具有3层结构时，优选的是，第一层41和作为外层的第三层43是pp层；位于第一层41和第三层43之间的第二层42是pe层。pe层具有优异的关断功能，但具有差的抗氧化性。通过采用pe层位于具有优异抗氧化性的pp层之间的结构，可以同时实现优异的关断功能和高的抗氧化性。

层压分隔器45的厚度例如是10-50μm，优选15-40μm，更优选20-30μm。构成层压分隔器的每个层的厚度例如是3-20μm，优选3-15μm，更优选5-10μm。

[生产用于电池的分隔器和层压分隔器的方法]

上述用于电池的分隔器和层压分隔器可以例如如下所述生产。用于电池的分隔器可以使用湿法或干法生产。但是，优选的是，使用干法生产用于电池的分隔器。例如，使用挤出机将树脂原料熔融并从t型模头的尖端挤出成片状。由此，得到初始片材，其是分隔器的前体。接着，初始片材进行拉伸和退火。由此可以制得用于电池的分隔器。

在这里，拉伸可以是单轴拉伸或双轴拉伸，但是优选双轴拉伸。在双轴拉伸的情况下，拉伸可以在相应的轴方向上同时或依次进行。拉伸比率和退火温度合适地根据树脂原料的种类、分子量等而变化。当树脂原料是pe或pp时，拉伸比率例如是约1.5-3.0倍，优选约1.8-2.4倍。退火温度例如是约80-120℃，优选约90-110℃。退火时间例如是约0.1-1小时。初始片材的厚度合适地根据分隔器的所需厚度来调节。在层压分隔器的情况下，各自形成的初始片材可以互相粘合。或者，这些初始片材可以通过所谓的共挤出方法制备。

[多孔层]

参见图4和5，用于电池的分隔器40或层压分隔器45可以还包括在其表面上的多孔层46。由此，可以进一步改进安全性。在图4中，多孔层46是在用于电池的分隔器40的第一个主表面40a(一个表面)上提供的。但是，可以在用于电池的分隔器40的两个主表面上都提供多孔层46。

多孔层46的厚度例如是2-10μm，优选3-9μm，更优选5-7μm。在上述范围内，可以改进安全性，且不会过度增加在电极之间的距离。

多孔层46含有无机填料(无机化合物粒子)和粘合剂。多孔层46可以还含有其它组分，只要其含有上述组分即可。其它组分的例子包括增稠剂和分散剂。优选的是，无机填料显示耐热性和化学稳定性，因为这可以向多孔层46赋予耐热性等等。作为无机填料，例如可以使用氧化铝(al2o3)、勃姆石(alo(oh))、氧化钛(tio2)、氧化锆(zro2)或氧化镁(mgo)。在这些无机填料中，可以使用单种，或者可以组合使用两种或更多种。

考虑到颗粒形状等，氧化铝和勃姆石特别优选用作无机填料。氧化铝的d50优选是约0.2-1.2μm，并且其比表面积优选是约1.3-100m²/g。勃姆石的d50优选是约0.2-1.8μm，并且其比表面积优选是约2.8-100m²/g。在这里，“d50”表示与在使用激光衍射散射方法检测的粒径分布中的50％累积值对应的粒径。“比表面积”表示使用bet方法检测的值。

作为粘合剂，例如可以使用丙烯酸树脂，苯乙烯-丁二烯橡胶(sbr)，聚烯烃树脂(例如pe)，聚四氟乙烯(ptfe)，聚偏二氟乙烯(pvdf)，聚酰胺树脂(例如聚-n-甲基-n-乙烯基乙酰胺)，或芳族聚酰胺树脂。在多孔层46中的粘合剂含量例如是约1.0-4.5质量％。但是,当使用芳族聚酰胺树脂时，在多孔层46中的芳族聚酰胺树脂的含量优选是约30-70质量％。

多孔层46可以例如如下形成。首先，无机填料、增稠剂和粘合剂在溶剂中互相捏合以得到用于形成多孔层46的糊料。对于捏合，例如可以使用超声波分散机，例如clearmix(由mtechniqueco.,ltd.生产)。当使用含水溶剂作为用于糊料的溶剂时，例如可以使用羧基甲基纤维素(cmc)或甲基纤维素(mc)作为增稠剂。当使用有机溶剂(例如nmp)时，例如，粘合剂、例如丙烯酸树脂也用作增稠剂。

接着，将糊料施用到用于电池的分隔器40的第一个主表面40a上，并干燥。由此形成多孔层46。施用方法优选是凹版涂覆法。

[第三个实施方案：锂离子二次电池]

第三个实施方案涉及锂离子二次电池。锂离子二次电池包括根据第一个实施方案的用于电池的分隔器或根据第二个实施方案的层压分隔器。基于上述用于电池的分隔器的特性等，锂离子二次电池显示优异的输入和输出特性和安全性。在下文中，锂离子二次电池也简称为“单电池”。

图6是显示根据此实施方案的锂离子二次电池的结构实例的示意图。参见图6，单电池100是密封的电池，其包括正方形外壳50。正方形外壳50包括：外壳52，其包括一对主表面壁50a；和盖子54。在此实施方案中，在构成正方形外壳50的所有侧壁中，主表面壁50a表示侧壁，其面对下述扁平形电极体80的扁平形部分80a。

正方形外壳50例如是由铝(al)合金制成的。外壳52和盖子54彼此连接，例如通过激光焊接连接。在盖子54上提供正极端子70和负极端子72。当正方形外壳50的内部压力达到预定压力时，将安全阀55调节成打开状态。

接着将描述单电池100的内部结构。图7是沿着图6的线vii-vii获取的单电池100的示意性剖视图。参见图7，单电池100包括扁平形电极体80和电解质溶液(未显示)。扁平形电极体80包括暴露部分ep，其中暴露出正极集电箔11或负极集电箔21，它们处于其宽度方向的相对末端上。在正极10那侧上的暴露部分ep经由正极集电板74电连接到正极端子70。同样，在负极20那侧上的暴露部分ep经由负极集电板76电连接到负极端子72。以此方式，形成从相应端子到扁平形电极体80的导电路径。

[扁平形电极体]

图9是显示扁平形电极体80的结构实例的示意图。参见图9，扁平形电极体80包括用于电池的分隔器40、正极10和负极20。用于电池的分隔器40、正极10和负极20是延长的带状片材元件。扁平形电极体80是通过将正极10和负极20与沿着纵向方向位于正极和负极之间的用于电池的分隔器40一起卷绕、并将卷绕体形成扁平形状得到的。在卷绕期间，施加到用于电池的分隔器40的卷绕张力(按单位横截面积计的张力)例如是约0.35n/mm²至4.3n/mm²。

例如，当具有pe单层结构的用于电池的分隔器40包括在其单个主表面上形成的多孔层46时，优选的是，多孔层46的位置是面对正极10，从而防止pe的氧化。在具有pp层/pe层/pp层的三层结构的层压分隔器的情况下，多孔层46的位置可以面对正极10或负极20。

扁平形电极体80包括扁平形部分80a。图8是沿着图6的线viii-viii获取的示意性剖视图。参见图8，在扁平形部分80a中，层压了包含用于电池的分隔器、正极和负极的平板部分。在扁平形部分80a中的用于电池的分隔器40中，层压的层数目例如是约100-150。扁平形部分80a直接或间接地与正方形外壳50的主表面壁50a接触。在这里，“间接地与…接触”表示例如这样的结构：其中扁平形部分80a被容纳在正方形外壳50中，其处于扁平形电极体80被由pe形成的填充材料涂覆的状态。

由于扁平形部分80a与主表面壁50a接触，所以压力从主表面壁50a施加给扁平形电极体80。由于这种压力，用于电池的分隔器40可能垮塌，并且在现有技术中在常规条件下的输入和输出特性和安全性变差。但是，本发明的用于电池的分隔器40满足上述特定条件，因此不易于垮塌。即使当用于电池的分隔器40垮塌时，也能显示高的输入和输出特性和安全性。在下文中，将描述构成单电池100的各种组分。

[正极]

图10是显示正极10的结构实例的示意图。参见图10，正极10包括长带状正极集电箔11，以及在正极集电箔11的相对主表面上形成的正极混合物层12。正极集电箔11例如是铝箔，其厚度为约15μm。

正极10可以使用本领域公知的方法生产。例如，使用模具式涂布机，将通过在预定溶剂(例如nmp)中分散正极混合物所得的正极混合物糊料施涂到正极集电箔11的相对主表面上并干燥。由此可以制得正极10。正极混合物层12的涂布重量(按照单位面积计施涂的质量)例如是9.8mg/cm²至15.2mg/cm²。

进一步，干燥的正极混合物层12可以用轧制机等压制，从而调节厚度及其混合物密度。正极混合物层12的混合物密度例如是1.8-2.4g/cm³。此时，正极10的厚度(正极集电箔11和正极混合物层12的总厚度)例如是约40-100μm。

正极混合物层12是通过将含有正极活性材料、导电材料和粘合剂的正极混合物施涂到正极集电箔11的主表面上形成的。对于正极活性材料没有没有特别的限制，可以使用可用作锂离子二次电池的正极活性材料的任何材料。例如，可以使用licoo2，linio2，liniacobo2(其中a+b＝1，0<a<1，和0<b<1)，limno2，limn2o4，liniacobmnco2(其中a+b+c＝1，0<a<1，0<b<1，和0<c<1)，或lifepo4。正极活性材料的质量与正极混合物的质量之间的比率例如是约80-98质量％。

作为导电材料，可以使用例如乙炔黑(ab)或石墨。导电材料的质量与正极混合物的质量之间的比率例如是约1-10质量％。作为粘合剂，可以使用例如pvdf或ptfe。粘合剂的质量与正极混合物的质量之间的比率例如是约1-10质量％。

[负极]

图11是显示负极20的结构实例的示意图。参见图11，负极20包括长带状负极集电箔21，和在负极集电箔21的相对主表面上形成的长带状负极混合物层22。负极集电箔21例如是厚度为约10μm的铜(cu)箔。

负极20可以使用本领域公知的方法生产。例如，使用模具式涂布机，将通过在预定溶剂(例如水)中分散负极混合物所得的负极混合物糊料施涂到负极集电箔21的相对主表面上并干燥。由此可以制得负极20。负极混合物层22的涂布重量例如是4.8mg/cm²至10.2mg/cm²。

进一步，干燥的负极混合物层22可以用轧制机等压制，从而调节厚度及其混合物密度。负极混合物层22的混合物密度例如是0.8-1.4g/cm³。此时，负极20的厚度(负极集电箔21和负极混合物层22的总厚度)例如是约50-150μm。

负极混合物层22是通过将含有负极活性材料、增稠剂和粘合剂的负极混合物施涂到负极集电箔21的主表面上形成的。对于负极活性材料没有没有特别的限制，可以使用可用作锂离子二次电池的负极活性材料的任何材料。例如，可以使用基于碳的负极活性材料，例如石墨，无定形涂层石墨，或焦炭；或基于合金的负极活性材料，例如硅(si)或锡(sn)。负极活性材料的质量与负极混合物的质量之间的比率例如是90-99质量％。

对于增稠剂和粘合剂没有特别的限制。作为增稠剂，可以使用例如cmc或mc。作为粘合剂，可以使用例如sbr或ptfe。增稠剂和粘合剂的质量与负极混合物的质量之间的比率例如是1-10质量％。

正极电容和负极电容是通过选择活性材料和调节涂布重量来调节的。考虑到充电-放电循环寿命，负极与正极之间的电容比率(负极电容/正极电容)例如是约1.7-2.0。

[电解质溶液]

电解质溶液是通过将li盐溶解在非质子溶剂中得到的。可使用的非质子溶剂的例子包括环状碳酸酯，例如碳酸亚乙基酯(ec)，碳酸亚丙基酯(pc)，碳酸亚丁基酯(bc)，和γ-丁内酯(γbl)；和链式碳酸酯，例如碳酸二甲基酯(dmc)，碳酸乙基甲基酯(emc)，和碳酸二乙基酯(dec)。在这些非质子溶剂中，从电导率和电化学稳定性的角度考虑，优选使用两种或更多种溶剂的组合。特别是，优选使用环状碳酸酯和链式碳酸酯的混合物。此时，环状碳酸酯与链式碳酸酯之间的体积比率优选是1:9至5:5。

作为li盐，例如可以使用六氟磷酸锂(lipf6)，四氟硼酸锂(libf4)，高氯酸锂(liclo4)，六氟砷酸锂(liasf6)，或三氟甲磺酸锂(licf3so3)。在这些li盐中，可以使用两种或更多种li盐的组合。对于在电解质溶液中的li盐浓度没有特别的限制，从改进输入和输出特性和安全性的角度考虑优选是0.7mol/l至1.5mol/l。

电解质溶液可以含有添加剂以在负极活性材料的表面上形成高品质的固体电解质界面(sei)。添加剂的例子包括含有草酸根合络合物作为阴离子的li盐，例如二(草酸根合)硼酸锂(lib(c2o4)2)，二氟(草酸根合)硼酸锂(libf2(c2o4))，和二氟二(草酸根合)磷酸锂(lipf2(c2o4)2)；和其它添加剂，例如二氟磷酸锂(lipo2f2)，碳酸亚乙烯基酯(vc)，碳酸乙烯基乙基酯(vec)，碳酸氟亚乙基酯(fec)，亚硫酸亚乙基酯(es)，丙烷磺内酯(ps)，和二(三氟甲烷磺酰基)亚氨基化锂(li(cf3so2)2n)。

[第四个实施方案：电池组]

第四个实施方案涉及电池组，其包括多个单电池，每个单电池是根据第三个实施方案的锂离子二次电池。

图12是显示根据此实施方案的电池组的结构实例示意图。参见图12，电池组200包括两个或更多个单电池100。在电池组200中包括的单电池100的数目合适地变化，从而能得到所需的电压。

多个单电池100朝着每个第二个单电池的方向逆转，使得正极端子70和负极端子72交替排列，并且沿着其中主表面壁50a(参见图13)彼此面对的方向(层压方向)排列。在两个相邻的单电池100中，连接元件140(汇流条)将一个单电池100的正极端子70连接到另一个单电池的负极端子72。用于改进散热的冷却板110位于相邻的单电池100之间。冷却板110在其表面上具有梳形的凸起和凹陷部分。

电池组200包括约束元件。约束元件包括约束板120，约束带130，和螺钉155。约束板120分别布置在单电池100阵列的相对末端上。连接约束带130以桥接两个约束板120。通过将约束带130的末端部分经由螺钉155固定，每个单电池100的外侧被约束，并且沿着单电池100的排列方向ad施加约束压力(参见图13)。此时，基本上相同的约束压力被施加到在电池组200中包括的相应单电池100。

在此实施方案中，每个单电池100受到约束，使得向在每个单电池100中包括的扁平形电极体80的扁平形部分80a施加0.05-0.5kn/cm²的压力。在此实施方案中，每个单电池100包括用于电池的分隔器40或层压分隔器45。所以，可以在这种受约束的环境中确保高的输入和输出特性和安全性。

在这里，“约束压力值”表示通过用从约束元件施加到主表面壁50a的压制力除以扁平形部分80a的面积所得到的值。当约束压力低于0.05kn/cm²时，可能不能充分抑制单电池100的变形。当约束压力高于0.5kn/cm²时，用于电池的分隔器40等被过度压制，因此输入和输出特性等可能变差。约束压力更优选是0.1-0.4kn/cm²，再更优选是0.2-0.4kn/cm²。

如上所述，使用正方形电池作为实例描述了本发明的实施方案。但是，本发明实施方案并不限于正方形电池，也可以用于圆柱形电池或层压电池。扁平形电极体不限于卷绕电极体，也可以用于层压电极体(也称为“堆叠电极体”)。

[实施例]

在下文中，通过实施例更详细地描述实施方案。但是，这些实施方案不限于以下实施例。

[生产用于电池的分隔器：样品a1-a20和b1-b4]

由pe形成的初始片材是通过挤出得到的。将此初始片材在图14的表1和图15的表2所示的条件下拉伸和退火。以此方式，制得用于电池的分隔器，其具有pe单层结构(样品a1-a20和b1-b4)。在这里，样品a1-a20对应于实施例，样品b1-b4对应于对比例。

使用上述方法，检测每个样品的树脂占有率s、厚度d和直线性指数。此时，sem的观察放大率被设定为30,000倍，并且通过检测三次并得到其算术平均值以获得树脂占有率s。直线性指数是从15个树脂纤维计算的。结果显示在图14的表1和图15的表2中。

[生产层压分隔器：样品a21-a25和b5]

由pe和pp形成的初始片材是通过挤出制得的。将此初始片材在图16的表3所示的条件下拉伸和退火。以此方式，制得层压分隔器(样品a21-a25和b5)，其具有pp层(第一层)/pe层(第二层)/pp层(第三层)的三层结构。在这里，样品a21-a25对应于实施例，样品b5对应于对比例。

使用与样品a1等所述相同的方法，检测在层压分隔器中包含的每层的树脂占有率s和厚度d，并检测具有最高树脂占有率s的层的直线性指数。结果显示在图16的表3中。在表3中，数值“d×s”是在具有最高树脂占有率s的层中检测的值。

[生产锂离子二次电池]

使用相应的上述样品(用于电池的分隔器或层压分隔器)，生产用于评价的锂离子二次电池。用于评价的电池的各元件的规格如下所述。

1.正极(参见图10)

正极活性材料：lini1/3co1/3mn1/3o2

导电材料：乙炔黑

粘合剂：pvdf

涂布重量：11mg/cm²

混合物密度：2.2g/cm³

正极集电箔：厚度为15μm的al箔

正极的厚度：70μm

2.负极(参见图11)

负极活性材料：无定形涂层石墨

增稠剂：cmc

粘合剂：sbr

涂布重量：7.5mg/cm²

混合物密度：1.1g/cm³

负极集电箔：厚度为10μm的cu箔

负极的厚度：80μm

3.多孔层(参见图4和5)

无机填料：氧化铝(d50＝0.7μm,比表面积＝15m²/g)，勃姆石(d50＝1.0μm,比表面积＝10m²/g)

增稠剂：cmc

粘合剂：丙烯酸树脂

多孔层的厚度：显示在图14-16的表1-3中

4.扁平形电极体(参见图7和9)

宽度w：130mm

高度h：50mm

在卷绕期间向分隔器施加的卷绕张力：0.35-4.3n/mm²

5.电解质溶液

li盐：lipf6(1.1mol/l)

溶剂：ec:emc:dmc的混合溶剂＝3:3:4(体积比率)

添加剂：lib(c2o4)2和lipo2f2

6.电容设计

负极与正极之间的电容比率：1.85

额定电容：4ah

[评价]

假定用于电池组中，按照被约束力约束的状态评价电池。向相应电池施加的约束压力显示在图14-16的表1-3中。在以下描述中，用于电流值的单位“c”表示当电池的额定电容在1小时内完全放电时的电流值。

1.评价输入和输出特性

每个电池的输入和输出特性是通过在低温环境中进行高负荷充电-放电循环实验评价的。重复进行4000次的充电-放电循环，其中以下“充电-休息-放电”设定为一次循环。检测在此实验之前和之后的iv电阻以计算电阻的增加。在这里，iv电阻是每个电池在25℃下在电流值为0.5c、1.0c、2.0c或3.0c时在电荷状态(soc)为60％下放电之后从i-v线(使用最小二乘法得到的大约直线)的斜率得到的。结果显示在图14-16的表1-3所示的“iv电阻增加”中。可见，iv电阻增加值越小，输入和输出特性就越好。

(循环条件)

温度环境：-30℃

充电：30c×0.1秒

休息：30秒

放电：0.5c×10秒

2.评价安全性

每个电池的安全性是通过过度充电实验评价的。此实验方法如下所述。将热电偶连接到每个电池的主表面壁。在监控电池电压和电池温度的同时，将电池在10c的恒定电流下充电直到出现关断。检测刚好在关断之后的电池温度t1和在关断之后1分钟时的电池温度t2。用t2除以t1，计算在关断之后的温度升高值。结果显示在图14-16的表1-3中所示的“在sd之后的温度升高”中。可见，在sd之后的温度升高值越小，就能越高地耐受在过度充电期间的电压，也就是说安全性越高。

[结果和讨论]

1.用于电池的分隔器(样品a1-a20和b1-b4)

从图14和15的表1和2可见，在样品a1-a20中，其中满足0<s≤100，3≤d≤50，和300≤d×s≤1500，并且直线性指数是80％或更高，输入和输出特性和安全性是比不满足上述条件的样品b1-b4更优异的。

2.层压分隔器(样品a21-a25和b5)

从图16的表3可见，在样品a21-a25中，其中满足0<s≤100，3≤d≤50，和300≤d×s≤1500，并且具有最高树脂占有率s的层的直线性指数是80％或更高，输入和输出特性和安全性是比不满足上述条件的样品b5更优异的。

如上所述，已经描述了本发明的实施方案和实施例。但是，本文公开的实施方案和实施例仅仅是在所有方面示例性的，并不起特别的限制作用。本发明的范围并不由上述描述限定，而是由权利要求和权利要求的等同形式限定，并且包括在权利要求范围内的各种改进。