CN110462879A - 分隔件的接合方法、电化学器件的制造方法和电化学器件 - Google Patents

Abstract

根据本发明，提供了一种具有多层结构的分隔件(3)的接合方法，该多层结构包括基板层(3a)和陶瓷层(3b)，陶瓷层(3b)层压在基板层(3a)的至少一个表面上并且具有比基板层(3a)更高的耐热性，所述方法包括如下步骤：将粘合构件(10)接合到陶瓷层(3b)并随后从陶瓷层(3b)去除粘合构件(10)，使得陶瓷层(3b)的一部分随粘合构件(10)一起去除；通过对分隔件(3)的去除了陶瓷层(3b)的部分进行加热以将分隔件(3)热焊接到另一分隔件。

Description

分隔件的接合方法、电化学器件的制造方法和电化学器件

技术领域

本申请基于2017年3月31日提交的日本专利申请No.2017-71409并要求其优先权的权益，其全部公开内容通过引用并入本文。

本发明涉及分隔件的接合方法、电化学器件的制造方法和电化学器件。

背景技术

诸如二次电池之类的电化学器件通常具有其中电极层压体和电解液容纳在外容器中的结构。电极层压体由正极和负极形成。正极和负极交替地彼此层压，分隔件介于它们之间。分隔件防止由正极和负极之间的接触引起的电气短路的发生。分隔件由绝缘树脂(例如，聚丙烯)制成。

近年来，随着电化学器件的高性能化和大容量化，在电化学器件的操作期间产生更高的热量。由诸如聚丙烯之类的树脂制成的分隔件可能不具有足够的耐热性。因此，专利文献1和2公开了具有多层结构的陶瓷分隔件，在该多层结构中绝缘陶瓷层层压在树脂基板层上。陶瓷层比树脂具有更高的耐热性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开No.2013-161633

专利文献2：日本专利申请公开No.2015-72833

发明内容

本发明要解决的技术问题

专利文献1和2中描述的陶瓷分隔件与仅由树脂制成的分隔件相比具有更高的耐热性。即使在电化学器件发热时，陶瓷分隔件也可以确保防止正极和负极之间发生电气短路。

然而，可能难以将这种陶瓷分隔件彼此接合。例如，为了确实防止电气短路的发生并且为了便于电极层压体的精确组装，将分隔件形成为袋状。将一种类型的电极(例如，正极)插入袋状分隔件中。然后，容纳有一种类型的电极的袋状分隔件与另一类型的电极交替堆叠，以形成电极层压体。为了形成这种袋状分隔件，除了外周的一部分之外，需要接合彼此重叠的片状分隔件的外周。树脂分隔件可以通过热焊接容易地彼此接合。然而，具有高耐热性的陶瓷层不适于热焊接。

在专利文献1描述的发明中，仅在树脂层上的一部分中形成陶瓷层。通过在未形成陶瓷层的部分处进行热焊接，可以容易地将树脂层彼此接合。然而，需要根据分隔件的所需尺寸和形状，适当地改变形成陶瓷层的位置(即，涂敷位置)。因此，不可能制造和广泛使用通用陶瓷分隔件片。根据情况，必须定制设计和制造分隔件。结果，分隔件的设计和生产变得复杂，并且制造成本增加。

在专利文献2描述的发明中，向彼此重叠的陶瓷分隔件片施加强的局部压力和热量。迫使陶瓷层从加压部分向周边移动。因此，树脂层彼此直接接触，并且树脂层被热焊接。该方法需要极高的压力和高的热量以使陶瓷层移动。因此，该方法需要一种特殊设备，用于产生比用于热焊接树脂层的设备(例如，手工密封器)产生的压力和热量大得多的压力和热量。结果，该方法会增加制造成本。

因此，本发明的目的是提供分隔件的接合方法、电化学器件的制造方法和电化学器件，使得具有高耐热性的分隔件能够以低成本容易地彼此接合。

用于解决问题的手段

本发明的特征在于：一种具有多层结构的分隔件的接合方法，多层结构包括基板层和陶瓷层，陶瓷层层压在基板层的至少一个表面上并且具有比基板层更高的耐热性，

所述方法包括以下步骤：

将粘合构件粘贴到所述陶瓷层上，然后剥离所述粘合构件以随所述粘合构件一起去除所述陶瓷层的一部分；以及

对所述分隔件的去除了所述陶瓷层的部分进行加热以将所述分隔件热焊接到另一分隔件。

本发明的效果

根据本发明，可以以低成本容易地将具有高耐热性的分隔件彼此接合。

附图说明

图1A是作为本发明使用的包括分隔件在内的电化学器件的示例的二次电池的示意性俯视图。

图1B是沿图1A的线A-A截得的截面图。

图2是示出了图1A和图1B中所示的二次电池的袋状分隔件的透视图。

图3A是示出了本发明示例性实施例的分隔件的接合方法中的步骤的示意性截面图。

图3B是示出了本发明示例性实施例的分隔件的接合方法中图3A所示步骤之后的步骤的示意性截面图。

图3C是示出了本发明示例性实施例的分隔件的接合方法中图3B所示步骤之后的步骤的示意性截面图。

图3D是示出了本发明示例性实施例的分隔件的接合方法中图3C所示步骤之后的步骤的示意性截面图。

图4是示出了图3A至图3D中所示的分隔件的接合方法的变形的步骤的示意性截面图。

图5A是示出了本发明另一示例性实施例中的在接合分隔件之前的状态的示意性透视图。

图5B是示出了本发明另一示例性实施例的分隔件的接合方法中的步骤的示意性透视图。

图5C是示出了本发明另一示例性实施例的分隔件的接合方法中图5B所示步骤之后的步骤的示意性透视图。

图5D是示出了本发明另一示例性实施例的分隔件的接合方法中图5C所示步骤之后的步骤的示意性透视图和示意性正视图。

图6A是示出了图5A至图5B中所示的分隔件的接合方法的变形的示意性透视图。

图6B是示出了图5A至图5B中所示的分隔件的接合方法中图6A所示步骤之后的步骤的示意性透视图。

图6C是示出了图5A至图5B中所示的分隔件的接合方法中图6B所示步骤之后的步骤的示意性透视图和示意性正视图。

具体实施方式

将参考附图描述本发明的示例性实施例。

首先将描述本发明中使用的包括分隔件的电化学器件。图1A是从主平坦表面上方垂直观察时的二次电池100的示意性俯视图。二次电池100是包括有分隔件的电化学器件的示例。图1B是沿图1A的线A-A截得的截面图。二次电池100设置有电极层压体4作为存储元件。在电极层压体4中，正极1和负极2这两种类型的电极彼此交替堆叠，分隔件3介于它们之间。电极层压体4与电解液5一起容纳在由柔性层压膜形成的外容器6内。

正极端子7的一个端部连接到电极层压体4的正极1。负极端子8的一个端部连接到负极2。正极端子7的另一端部和负极端子8的另一端部从由柔性膜制成的外容器6延伸到外部。在图1B中，在图中省略了构成电极层压体4的一部分层以示出电解液5。省略的部分位于沿厚度方向的中间位置。

在本示例性实施例中，分隔件3位于上方和下方，从而将一种类型的电极(例如，正极1)夹在中间。这些分隔件3彼此接合以形成袋状。换句话说，如图2所示，一对片状分隔件3的外周彼此重叠。除了一个部分之外，片状分隔件的重叠外周彼此接合。结果，从两个片状分隔件3形成具有开口9a和接合部分9b的袋状分隔件3。电极(例如，正极1)从开口9a插入并保持在袋状分隔件3中。其它电极(例如，负极2)位于袋状分隔件3的外部。电极(例如，正极1)不与其它电极(例如，负极2)接触。因此，防止电短路发生。

本示例性实施例的图3A中所示的分隔件3是具有片状多层结构的陶瓷分隔件。片状分隔件3包括基板层3a和陶瓷层3b。基板层3a是树脂层(例如，聚丙烯层)。为了提高分隔件3的耐热性，在树脂层3a的至少一个表面上层压了具有比树脂层3a更高的耐热性的陶瓷层3b。

当一对片状分隔件3彼此层压并接合时，由于陶瓷层3b具有高耐热性，因此难以通过热焊接将陶瓷层3b彼此接合。在本示例性实施例中，部分地去除片状分隔件3的陶瓷层3b以露出树脂层3a。露出的树脂层3a彼此接触并通过热焊接彼此接合。结果，分隔件3可以容易且牢固地连接在一起。在成为接合部分9b的部分中，预先去除了陶瓷层3b。

如专利文献1中那样，在制造分隔件3时，陶瓷层3b可以不形成在成为接合部分9b的位置处。然而，在这种情况下，不能制备用于具有不同尺寸和不同形状的各种电化学器件的通用分隔件。必要时，必须针对每个电化学器件设计和制造专用的分隔件。换句话说，当制造具有不同尺寸和形状的电化学器件时，需要重新设计和制造分隔件。

在本示例性实施例中，为了防止麻烦和低效，首先形成具有大面积的通用片状分隔件。在树脂层3a的整个表面上形成该大面积分隔件的陶瓷层3b。然后将该大面积分隔件切割成图3A中所示的每个片状分隔件3的大小。然后，如图3B所示，将粘合构件(例如，粘合带10)粘贴到陶瓷层3b的要成为接合部分9b的部分上。当随后剥离粘合带10时，陶瓷层3b与粘合带10一起被部分地去除，以露出树脂层3a，如图3C所示。因此，陶瓷层3b不存在于要成为接合部分9b的位置处。获得了片状分隔件3，其中在要成为接合部分9b的位置处露出树脂层3a。如图3D所示，一对分隔件3被布置为使得露出的树脂层3a彼此直接接触。然后，加热该对片状分隔件3以进行热焊接。结果，从两个片状分隔件3形成袋状分隔件。

根据该方法，由于在要成为接合部分9b的位置处去除了陶瓷层3b并露出树脂层3a，因此容易进行热焊接。因此，热焊接所需的压力和热不必很高。仅通过粘贴然后剥离粘合带10的简单且容易的操作，耐热的陶瓷分隔件3就可以容易且牢固地彼此接合。粘合带10的粘贴和剥离可以手动进行，但也可以自动化。

作为上述方法的变形，尽管未在图中示出，但是可以将粘合构件(例如，粘合带10)粘贴在切割之前的长的分隔件3的陶瓷层3b上。然后，可以剥离所粘贴的粘合带10，以部分地去除陶瓷层3b。在这种情况下，在部分地去除陶瓷层3b之后，切割长的分隔件以获得具有确定大小的片状分隔件3。然后，如在上述方法中那样，分隔件3被布置为使得露出的树脂层3a彼此直接接触，然后被加热以热焊接分隔件3。结果，一对分隔件3可以构成袋状分隔件。以这种方式，通过使用粘合带10从长的分隔件3部分地去除陶瓷层3b，然后将分隔件3切割成所需的大小，从而获得与上述方法相同的效果。

备选地，在图3D所示的示例中，一对分隔件3被布置为使得陶瓷层3b彼此面对，并且露出的树脂层3a彼此直接接触。然后，通过对片状分隔件进行热焊接来形成袋状分隔件。然而，本发明不限于该方法。

例如，如图4所示，树脂层3a在分隔件3的上表面上露出，在所述上表面处已经通过粘合带10部分地去除陶瓷层3b。分隔件3的上表面上的露出的树脂层3a可以面对另一分隔件3的树脂层3a的下表面。在另一分隔件3中，树脂层3a的下表面位于陶瓷层3b的相对侧。分隔件3的上表面上的露出的树脂层3a与另一分隔件3的树脂层3a的下表面接触。然后，通过对分隔件3和另一分隔件3的树脂层3a进行热焊接来形成袋状分隔件。根据该方法，可以将多个分隔件3以陶瓷层3b位于上侧的这样的相同取向对齐，并且进行接合操作。因为不需要去除分隔件之一(在上面的描述中被称为另一分隔件3)的陶瓷层3b，因此易于操作。

当然，图4中的上侧的分隔件3和下侧的分隔件3可以相互替换并翻转。换句话说，尽管未在图中示出，但分隔件3在分隔件3的陶瓷层3b位于下侧的状态下彼此重叠。仅部分地去除上分隔件3的陶瓷层3b。下分隔件3(称为另一分隔件3)的陶瓷层3b未被去除。在这种状态下，在上分隔件3的下表面上露出的树脂层3a可以与下分隔件3的树脂层3a的上表面直接接触。下分隔件3的树脂层3a的上表面位于陶瓷层3b的相对侧。这些树脂层3a可以彼此热焊接，使得片状分隔件3构成袋状分隔件3。

备选地，片状分隔件3也可以通过以下步骤构成袋状分隔件3。分隔件3的陶瓷层3b被部分地去除。分隔件3被取向为使得部分移除后的剩余的陶瓷层3b朝外定位。一对分隔件3的树脂层3a彼此面对并且彼此直接接触。然后，树脂层3a的外周部分彼此热焊接。

将一种类型的电极(例如，正极1)插入以这种方式制造的袋状分隔件3中。将插入有正极1的袋状分隔件3和另一个电极(即，负极2)交替地堆叠在彼此上，以构成电极层压体4。正极端子7和负极端子8分别连接到正极1和负极2。将该电极层压体4和电解液5插入由柔性膜制成的外容器6中。电极端子7和8的端部从外容器6向外延伸。外容器6的外周被密封。由此，完成了作为电化学器件的示例的二次电池100，如图1A和图1B所示。

如上所述，袋状分隔件3可以通过将一对重叠的片状分隔件3彼此接合而形成。然而，袋状分隔件3也可以通过折叠长的片状分隔件3来形成。在这种情况下，袋状分隔件3的一边是折叠部分。袋状分隔件3的其他边是通过将折叠的长的片状分隔件3的外周的重叠部分(除了要成为开口9a的一部分之外)彼此接合而制成的。以这种方式，在对长的片状分隔件3进行折叠之后，折叠的长的片状分隔件3的两个部分彼此重叠。两个重叠部分的外周彼此接合。为方便起见，其外周彼此接合的两个重叠部分被视为“一个分隔件”和“另一分隔件”。

接下来在图5A至图5D中示出用于接合本发明的分隔件的方法的另一示例性实施例。在本示例性实施例中，制备卷绕成卷状的长的片状分隔件3，以连续地制造或层压多个分隔件。将该长的分隔件3连续供给到处理设备(例如，层压设备的搬运机构或切割设备)，以进行连续处理。附图中未示出处理设备。如果将当前处理的分隔件卷的末端部分和下一个分隔件卷的开始部分拼接在一起，则即使在完成一卷分隔件3的处理之后也可以继续处理分隔件，因此可以连续地处理多个分隔件卷。在将当前处理的分隔件卷的末端部分和下一分隔件卷的开始部分拼接在一起时，如前所述，难以通过热焊接将陶瓷层3b彼此接合。

在本示例性实施例中，如图5B所示，将诸如粘合带10之类的粘合构件粘贴到如图5A中所示的当前处理的分隔件卷3的末端部分的陶瓷层3b。然后，如图5C所示，通过剥离粘合带10来去除陶瓷层3b的一部分，从而露出树脂层3a。如图5D所示，露出的树脂层3a与在尚未供给到处理设备的下一分隔件卷3的开始部分处的树脂层3a接触。彼此接触的树脂层3被热焊接。以这种方式，可以容易地将多个分隔件卷拼接在一起，并且可以连续地处理多个分隔件卷。

作为本示例性实施例的变形，可以部分地去除下一分隔件卷3的开始部分处的陶瓷层3b，并且可以不去除当前处理的分隔件卷3的末端部分的陶瓷层3b。换句话说，如图6A所示，向在下一分隔件卷3的开始部分处的陶瓷层3b粘贴诸如粘合带10之类的粘合构件。然后，如图6B所示，剥离粘合带10以部分地去除陶瓷层3b并露出树脂层3a。然后，如图6C所示，露出的树脂层3a与当前处理的分隔件3卷的末端部分的树脂层3a接触。彼此接触的树脂层3被热焊接。以这种方式，也可以容易地将多个分隔件卷拼接在一起，并且可以连续地处理多个分隔件卷。

在另一变形中，可以去除当前处理的分隔件卷3的末端部分的陶瓷层3b和下一分隔件卷的开始部分处的陶瓷层3b，以露出树脂层3a。在这种情况下，在去除了当前处理的分隔件卷3的末端部分处的陶瓷层3b之后露出树脂层3a。此外，在去除了下一分隔件卷3的开始部分处的陶瓷层3b之后露出树脂层3a。在当前处理的分隔件卷3的末端部分处露出的树脂层3a和在下一分隔件卷3的开始部分处露出的树脂层3a彼此热焊接。因此，两卷分隔件拼接在一起。

在第一示例性实施例中，为了形成袋状分隔件3，将片状分隔件3彼此接合。在第二示例性实施例中，为了将多卷的分隔件3连续地供给到处理设备等，将分隔件3彼此接合。难以将陶瓷层3b彼此热焊接。因此，部分地去除陶瓷层3b以露出树脂层3a。树脂层3a通过热焊接容易且牢固地彼此接合。

在专利文献1描述的发明中，在制造分隔件3的工艺中，陶瓷层3b不形成在要成为接合部分9b的位置处。然而，从普遍适用性的观点来看，这样的工艺是有问题的。因此，优选的是，在通用分隔件3的树脂层3a的整个表面上形成陶瓷层3b，然后去除陶瓷层3b的一部分以露出树脂层3a。然而，尚未确立去除陶瓷层3b的一部分的简单方法。例如，根据专利文献2描述的发明，通过施加高压和高热迫使陶瓷层3b的一部分移动。从制造成本和操作复杂性的观点来看，这种物理地去除陶瓷层3a的一部分的方法是有问题的。例如，在这种方法中，需要更大规模的装置而不是简单的热焊接设备(例如，手工密封器等)。

相反，在本发明中，通过使用极其容易和简单的操作(首先粘附粘合带10之类的粘合构件然后剥离)，可以实现低成本地将分隔件牢固地接合在一起。因此，本发明解决了上述问题。现有技术文献根本没有用于通过这种容易和简单的操作来提高分隔件3的接合可靠性的意图。此外，现有技术没有认识到使用粘合构件10的极高效率。借助于本发明，首次实现了通过极其简单和低成本的方法来实现高耐热性分隔件3的良好接合的特殊效果。此外，根据本发明，由于在分隔件的接合部分9b处不存在陶瓷层，因此不必担心在分隔件的接合作业期间从陶瓷层3b剥落的陶瓷粉末污染周围环境。这是本发明的附加优点。

作为分隔件3的基板层的树脂层3a主要由树脂多孔膜、织物、无纺布等构成。作为树脂组分的示例，可以使用聚烯烃树脂(例如，聚丙烯或聚乙烯)、聚酯树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、尼龙树脂、芳纶树脂(芳族聚酰胺树脂)、聚酰亚胺树脂等。微孔聚烯烃膜是特别优选的，因为它具有高离子渗透性，并且具有高隔离特性以使正极和负极彼此物理隔离。陶瓷层3b由包含氧化铝、二氧化硅等在内的绝缘陶瓷形成。陶瓷层3b可以涂敷到树脂层3a上，或者可以经由粘合剂(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF))粘附到树脂层3a上。

在本发明中，当粘附到分隔件3的陶瓷层3b上的粘合带10随后被剥离时，陶瓷层3b的一部分可能保留在树脂层3a上而不会完全剥离。即使在这种情况下，也没有问题。如果可以仅在陶瓷层3b随粘合带10一起被剥离后的部分树脂层3a中实现热焊接，则可以实现良好的接合。此外，当陶瓷层3b经由粘合剂粘附到树脂层3a上时，粘合剂可能在陶瓷层3b随粘合带10一起被剥离之后保留下来。即使在这种情况下，也没有问题。通常，诸如PVDF之类的粘合剂具有低熔点，在某些情况下，其熔点甚至低于树脂层3a的熔点。因此，保留下来的粘合剂不会妨碍接合。

在图3A至图6C所示的结构中，陶瓷层3b仅形成在分隔件3的树脂层3a的一个表面上。然而，陶瓷层3b可以形成在分隔件3的树脂层3a的两个表面上。在这种情况下，应该仅部分地去除要与另一分隔件3接合的表面上的陶瓷层3b。然而，也可以部分地去除两个表面上的陶瓷层3b。

本发明不仅可以有效地应用于二次电池(例如，锂离子二次电池)，也可以有效地应用于除电池之外的电化学器件(例如，电容或电容器)。

尽管参考本发明的示例实施例具体示出和描述了本发明，但是本发明不限于这些示例性实施例。本领域普通技术人员应当理解，在不脱离由权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行形式和细节上的各种变化。

附图标记的说明

100 二次电池(电化学器件)，

1 正极，

2 负极，

3 分隔件，

3a 树脂层(基板层)，

3b 陶瓷层，

4 电极层压体，

5 电解液，

6 外容器，

7 正极端子，

8 负极端子，

9a 开口，

9b 接合部分，

10 粘合带(粘合构件)。

Claims (9)

1.一种具有多层结构的分隔件的接合方法，所述多层结构包括基板层和陶瓷层，所述陶瓷层层压在所述基板层的至少一个表面上并且具有比所述基板层更高的耐热性，

所述方法包括以下步骤：

将粘合构件粘贴到所述陶瓷层上，然后剥离所述粘合构件以随所述粘合构件一起去除所述陶瓷层的一部分；以及

对所述分隔件的去除了所述陶瓷层的部分进行加热以将所述分隔件热焊接到另一分隔件。

2.根据权利要求1所述的分隔件的接合方法，其中，在所述分隔件的去除了所述陶瓷层的部分中露出所述基板层。

3.根据权利要求1所述的分隔件的接合方法，其中，所述陶瓷层通过粘合剂粘附到所述基板层，并且在所述分隔件的去除了所述陶瓷层的部分中露出所述基板层或所述粘合剂。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的分隔件的接合方法，其中：

在所述分隔件的外周中，除了一部分外周之外，去除所述陶瓷层；

将所述分隔件与所述另一分隔件重叠；以及

将所述分隔件的外周的去除了所述陶瓷层的部分热焊接到所述另一分隔件的外周，以形成袋状分隔件。

5.根据权利要求4所述的分隔件的接合方法，其中：

在所述另一分隔件的外周处，除了一部分外周之外，将粘合构件粘附到所述陶瓷层，然后通过剥离所述粘合构件而随所述粘合构件一起去除所述陶瓷层的一部分；以及

将所述分隔件的外周的去除了所述陶瓷层的部分与所述另一分隔件的外周的去除了所述陶瓷层的部分重叠，然后彼此进行热焊接，以形成袋状分隔件。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的分隔件的接合方法，其中：

去除所述分隔件的开始部分处的所述陶瓷层；以及

将所述分隔件的开始部分处的去除了所述陶瓷层的部分与所述另一分隔件的末端部分的所述基板层重叠并彼此进行热焊接，以将所述分隔件与所述另一分隔件拼接。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的分隔件的接合方法，其中：

去除所述分隔件的末端部分处的所述陶瓷层；以及

将所述分隔件的末端部分处的去除了所述陶瓷层的部分与所述另一分隔件的开始部分处的所述基板层重叠并彼此进行热焊接，以将所述分隔件与所述另一分隔件拼接。

8.一种电化学器件的制造方法，所述电化学器件具有电极层压体和外容器，在所述电极层压体中，两种类型的电极交替地彼此堆叠，分隔件介于这两种类型的电极之间，所述外容器容纳所述电极层压体以及电解液；

所述方法包括以下步骤：

将一种类型的电极插入袋状分隔件中，所述袋状分隔件是用根据权利要求4或5所述的分隔件的接合方法形成的；以及

将另一类型的电极与各自容纳所述一种类型的电极的袋状分隔件交替层压，以形成所述电极层压体。

9.一种电化学器件，所述电化学器件包括电极层压体和外容器，在所述电极层压体中，两种类型的电极彼此堆叠，分隔件介于这两种类型的电极之间，所述外容器容纳所述电极层压体以及电解液；其中：

所述分隔件具有多层结构，所述多层结构包括基板层和陶瓷层，所述陶瓷层层压在所述基板层的至少一个表面上并且具有比所述基板层更高的耐热性；

在所述分隔件的外周中，除了一部分外周之外，去除了所述陶瓷层；

所述分隔件的外周在所述电极的外侧处彼此重叠，

所述分隔件的去除了所述陶瓷层的部分热焊接在一起，以形成袋状分隔件，以及

一种类型的电极容纳在所述袋状分隔件中。