(57)【要約】      （修正有）【課題】電池に組み込まれたときに電池内におけるセパレータの位置を比較的に容易に決めることが出来る方法、及び低コストで比較的容易に製造できる電池セパレータ、及び該セパレータを用いたリチウム２次電池を提供する。【解決手段】分散されたＸ線検知可能な成分１４を有する微細多孔質膜から構成される、２次リチウム電池のためのＸ線感知可能な電池セパレータ１０であって、前記Ｘ線検出可能成分は、微細多孔質膜１２の０．１重量％以下の含有量であるＸ線感知可能な電池セパレータに関する。電池内のセパレータの位置を検出する方法は、（１）Ｘ線関知可能セパレータを含む電池を用意する工程、（２）前記電池にＸ線を照射する工程、（３）これによって、前記電池内の前記セパレータの位置を検出する工程を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム２次電池内の電極に対するセパレータの相対的な位置を検出する方法であって、
正電極、負電極、前記電極間に位置するＸ線感知可能セパレータ、及び前記２つの電極及びセパレータを収容する缶を含むリチウム２次電池を供給する工程であって、前記Ｘ線感知可能なセパレータは分散されたＸ線検出可能な成分を有する微細多孔質膜から構成され、前記Ｘ線検出可能成分は、前記微細多孔質膜の０．１重量％以下の含有量であるリチウム２次電池を供給する工程、
前記リチウム２次電池にＸ線を照射する工程、
前記電極に対する前記セパレータの相対的な位置を検出する工程、
前記電極に対する前記セパレータの相対的な位置に基づいて、前記リチウム２次電池を許容又は拒絶する工程
を含むリチウム２次電池内の電極に対するセパレータの相対的な位置を検出する方法。
【請求項２】
前記Ｘ線検出可能成分の含有量は、微細多孔質膜の０．０１〜０．１重量である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記Ｘ線検出可能成分の含有量は、金属、金属酸化物、金属燐酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料又はこれらの混合物からなる群より選択され、前記金属は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項３に記載の方法。
【請求項５】
分散されたＸ線検知可能な成分を有する微細多孔質膜から構成される、リチウム２次電池のためのＸ線感知可能な電池セパレータであって、前記Ｘ線検出可能成分の含有量は、微細多孔質膜の０．１重量％以下であるＸ線感知可能な電池セパレータ。
【請求項６】
前記Ｘ線検出可能成分の含有量は、微細多孔質膜の０．０１〜０．１重量である請求項５に記載のＸ線感知可能な電池セパレータ。
【請求項７】
前記Ｘ線検出可能成分は、金属、金属酸化物、金属燐酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料又はこれらの混合物からなる群より選択され、前記金属は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項５に記載のＸ線感知可能な電池セパレータ。
【請求項８】
前記金属は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項７に記載のＸ線感知可能な電池セパレータ。
【請求項９】
Ｘ線検出のためのリチウム２次電池であって、正電極、負電極、前記電極間に位置するＸ線感知可能セパレータ、及び前記２つの電極及びセパレータを収容する缶を含み、前記Ｘ線感知可能なセパレータは分散されたＸ線検知可能な成分を有する微細多孔質膜から構成され、前記Ｘ線検出可能成分の含有量は、微細多孔質膜の０．１重量％以下であるリチウム２次電池。
【請求項１０】
前記Ｘ線検出可能成分の含有量は、微細多孔質膜の０．０１〜０．１重量である請求項９に記載のリチウム２次電池。
【請求項１１】
前記Ｘ線検出可能成分は、金属、金属酸化物、金属燐酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料又はこれらの混合物からなる群より選択され、前記金属は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項９に記載のリチウム２次電池。
【請求項１２】
前記金属は、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ及びこれらの混合物からなる群より選択される請求項１１に記載のリチウム２次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線感知電池セパレータ及び電池内のセパレータの位置を検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電池セパレータは、電池、例えば、リチウム２次電池の正電極と負電極を隔離するために使用される。電池セパレータは最小の提供でイオンの移動を可能にするための通常微細多孔質である。
【０００３】
一般的に、電池セパレータは、正電極と負電極の間に挟まれている。電池セパレータは、少しでも位置がずれると電池内の短絡を発生させるので、適切な位置に留まることが重要である。現在、欠陥のある電池の導入、すなわち、製造過程で電池セパレータがずれた電池を市場に流れるのを防ぐための電池内のセパレータの位置を決める有利な技術が存在しない。
【０００４】
米国特許第３，８６１，９６３号明細書は、無機材料で被覆又は充填された多孔質セパレータを開示している。無機被覆は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｗ、Ｓｉ、Ｓｃ、Ｂｉ、Ｖ、Ａｌ及びＣｅの酸化物及び水酸化物のような不溶性の金属酸化物及び不溶性の金属水酸化物であり得る。しかしながら、被覆は、セパレータの１５〜３２重量％を構成する。
【０００５】
米国特許第５，１５４，９８８号明細書は、ウェブ基板、ガラスマット及び天然ゴムを含む３層から構成される電池セパレータを開示している。ウェブ基板はシリカ及び少量のみょうばんのような充填剤、及び、カチオン又はアニオン変性高分子ポリアクリルアミドを含むカチオン又はアニオンコポリマーのような他の保存剤を含む。
【０００６】
米国特許第５，３３６，５７３号明細書は、ポリマーと充填剤が重量比で約１：２．５〜１：３０ほぼ均一に混合されてなり、繊維シートでカプセル化された微細多孔質膜シートから構成されるセパレータを開示する。
【０００７】
米国特許第５，６５４，１１５号明細書は、高い電極容量の卓越した特性及び長い寿命を満たすことができる電池用水素吸蔵合金を開示する。水素吸蔵粒子の重量％を決めるために、Ｘ線マイクロアナライザーが導入される。
【０００８】
米国特許第６，３４８，２８６号明細書は、繊維シートの外側表面において５０３．５〜５３１．５ｅＶのピークの結合エネルギーを有する物質を含む繊維シートから構成されるアルカリ電池セパレータを開示する。結合エネルギーのピークは、Ｘ線光電子スペクトロメータによって測定される。
【０００９】
米国特許第６，４２０，０７０号明細書は、リチウムイオンを内位添加又は脱内位添加することができるグラファイト材料からなる電極を開示する。Ｘ線源としてＣｕＫαが電極の幅広い角度のＸ線回折を決めるために使用される。
【００１０】
米国特許第６，４２３，４４５号明細書は、疎水性部表面の少なくとも一部上に２５％以上の結晶度を有するメタクリル／エチレンコポリナーを有する親水性部を含む気体透過性シートから構成される電池セパレータを開示する。蛍光性Ｘ線法がＸ線強度を測定するために利用され、これによって単位面積当たりの硫黄原子の量を決める。
【００１１】
米国特許第６，４３２，５８６号明細書は、高エネルギー充電可能リチウム電池のセパレータを開示する。このセパレータはセラミック複合材料及びポリマー微細多孔質層から構成される。セラミック複合材料は、無機粒子が分散したマトリックス材料から構成される。無機粒子は、ＳｉＯ2、ＣａＣＯ3、ＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＳｉＰＯ4等、又はこれらの混合物から選択される。無機粒子はセラミック複合材料の約２０〜９５重量％を構成する。
【００１２】
米国特許第６，７１３，２１７号明細書はハイブリッドセパレータを開示する。
【特許文献１】米国特許第３，８６１，９６３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，１５４，９８８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
電池セパレータの開発の努力にもかかわらず、電池に組み込まれたときに電池内におけるセパレータの位置を比較的に容易に決めることが出来、かつ低コストで比較的容易に製造できる電池セパレータの必要性が存在する。さらに、比較的容易でコスト性がある電池内の位置を検出する方法の必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本出願は、リチウム２次電池のためのＸ感知可能な電池セパレータ及びリチウム２次電池内のセパレータの位置を検出する方法に関するものである。Ｘ線感知可能電池セパレータは、Ｘ線検出可能成分を有する微細多孔質膜を含む。Ｘ線検出可能成分は、微細多孔質膜の０．１重量％未満を構成する。電池内のセパレータの位置を検出する方法は、次の工程を含む。すなわち、（１）Ｘ線関知可能セパレータを含む電池を用意する工程、（２）前記電池にＸ線を照射する工程、（３）これによって、前記電池内の前記セパレータの位置を検出する工程である。
【００１５】
同じ番号は同じ要素を示す図面を参照すると、図１には、Ｘ線感知可能な電池セパレータ１０の第一の実施態様が示されている。Ｘ線感知可能な電池セパレータ１０は、Ｘ線検出可能成分を分散して含む微細多孔質膜１２を含む。
【００１６】
微細多孔質膜１２は任意の従来の微細多孔質膜であればよい。微細多孔質膜は一般的に公知である。微細多孔質膜１２は、任意の材料、例えば、ポリマーからなる。ポリマーは、例えば、任意の合成ポリマー、セルロース又は合成により変性されたセルロースであり得る。好ましい合成ポリマーは、ポリオレフィン、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブチレン、超高分子重量ポリエチレン、これらのコポリマー及びこれらの混合物であることができる。微細多孔質膜１２は任意の孔、例えば、微細多孔質膜１２は、約２０％〜約８０％の範囲の空隙率を有することができる。微細多孔質膜１２は、任意の平均孔径を有することができ、例えば、微細多孔質膜１２は、約０．１ミクロン〜約５ミクロンの範囲の平均孔径を有することができる。微細多孔質膜１２は任意の厚さを有することができ、例えば、微細多孔質膜１２は約１０ミクロン〜約７５ミクロンの範囲の厚さを有することができる。
【００１７】
Ｘ線検出可能成分１４は、任意のＸ線検出可能材料であることができる。例えば、Ｘ線材料は、金属酸化物、金属燐酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料及びこれらの組み合わせからなる群より選択されることができる。列挙したＸ線材料に限定されるものではない。金属酸化物の例としては、これに限定されずに、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選択される金属を有する金属酸化物がある。列挙された金属酸化物に限定されない。金属燐酸塩の例としては、これに限定されずに、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選択される金属を有する金属燐酸塩がある。列挙された金属燐酸塩に限定されない。金属炭酸塩の例としては、これに限定されずに、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選択される金属を有する金属炭酸塩がある。列挙された金属炭酸塩に限定されない。Ｘ線蛍光材料としては、これに限定されずに、有機材料、無機材料及びこれらの組合せがある。本明細書で使用する蛍光性材料とは、Ｘ線照射によって励起されることが可能な電子を有し、これによって検出信号を提供する材料を意味する。列挙されたＸ線蛍光材料に限定されない。Ｘ線検出可能な成分１４は膜１２の任意の重量％を構成する。例えば、Ｘ線検出可能な成分は膜１２の０．０１〜０．１重量％を構成することができる。
【００１８】
あるいは、図２を参照すると、Ｘ線感知可能な電池セパレータ１０’は多層電池セパレータであることができる。本明細書で使用される多層とは２層以上を意味する。Ｘ線電池セパレータ１０’は、Ｘ線検知可能な成分１４’を含む微細多孔質膜１２’、及び少なくとも１つの他の層１５を含む。好ましくは、Ｘ線電池セパレータ１０’は、複数の層１６を含む。さらに、少なくとも１つの層はシャットダウン層、すなわち、熱暴走、又は内部若しくは外部要因によって引起された内部短絡の際に電極間のイオンの流れをシャットダウンするために適用される層である。
【００１９】
微細多孔質膜１２’は、任意の微細多孔質膜であることができる。微細多孔質膜は一般的に公知である。微細多孔質膜１２’は任意の材料、例えば、ポリマーからなることができる。ポリマーは、例えば、任意の合成ポリマー、セルロース、又は合成により変性されたセルロースであることができる。好ましい合成ポリマーは、ポリオレフィン、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブチレン、超高分子重量ポリエチレン、これらのコポリマー及びこれらの混合物であることができる。微細多孔質膜１２’は任意の孔、例えば、微細多孔質膜１２’は、約２０％〜約８０％の範囲の空隙率を有することができる。微細多孔質膜１２’は、任意の平均孔径を有することができ、例えば、微細多孔質膜１２’は、約０．１ミクロン〜約５ミクロンの範囲の平均孔径を有することができる。微細多孔質膜１２’は任意の厚さを有することができ、例えば、微細多孔質膜１２’は約１０ミクロン〜約７５ミクロンの範囲の厚さを有することができる。
【００２０】
Ｘ線検出可能成分１４’は、任意のＸ線検出可能材料であることができる。例えば、Ｘ線材料は、金属酸化物、金属燐酸塩、金属炭酸塩、Ｘ線蛍光材料及びこれらの組み合わせからなる群より選択されることができる。列挙したＸ線材料に限定されるものではない。金属酸化物の例としては、これに限定されずに、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選択される金属を有する金属酸化物がある。列挙された金属酸化物に限定されない。金属燐酸塩の例としては、これに限定されずに、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選択される金属を有する金属燐酸塩がある。列挙された金属燐酸塩に限定されない。金属炭酸塩の例としては、これに限定されずに、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｈｇ、Ｓｉ、Ｃｓ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｒｂ，Ｔａ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｎｉ及びＦｅからなる群より選択される金属を有する金属炭酸塩がある。列挙された金属炭酸塩に限定されない。Ｘ線蛍光材料としては、これに限定されずに、有機材料、無機材料及びこれらの組合せがある。本明細書で使用する蛍光性材料とは、Ｘ線照射によって励起されることが可能な電子を有し、これによって検出信号を提供する材料を意味する。列挙されたＸ線蛍光材料に限定されない。Ｘ線検出可能な成分１４’は膜１２’の任意の重量％を構成する。例えば、Ｘ線検出可能な成分は膜１２’の０．０１〜０．１重量％を構成することができる。
【００２１】
層１６は、任意の微細多孔質膜であることができる。微細多孔質膜は一般的に公知である。層１６は任意の材料、例えば、ポリマーからなることができる。ポリマーは、例えば、任意の合成ポリマー、セルロース、又は合成により変性されたセルロースであることができる。好ましい合成ポリマーは、ポリオレフィン、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリブチレン、超高分子重量ポリエチレン、これらのコポリマー及びこれらの混合物であることができる。層１６は任意の空隙率、例えば、層１６は、約２０％〜約８０％の範囲の空隙率を有することができる。層１６は、任意の平均孔径を有することができ、例えば、層１６は、約０．１ミクロン〜約５ミクロンの範囲の平均孔径を有することができる。層１６は任意の厚さを有することができ、例えば、層１６は約１０ミクロン〜約４０ミクロンの範囲の厚さを有することができる。
【００２２】
製造において、図３を参照すると、Ｘ線感知可能な電池セパレータ１０は、正電極１８と負電極２０の間に挟まれ、次いで、ゼリーロール１５（プラスチックの構成も可能である）に巻き付ける。ゼリーロール１５はさらに負のタブ２４及び正のタブ２２を有する。正電極１８は金属シート、例えば、銅ホイル、すなわち、その上に正電極材料又は電極活性配合物（図示しないが従来のもの）が従来の態様で広げられる電流収集器である。次いで、ゼリーロール１５が電解質（図示しない）で満たされた缶２６に挿入され、缶２６はキャップ２８で封止される。缶２６は、金属（例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム）柱状缶、プラスチックの箱、ホイル（例えば、金属化された）ポーチであることができる。電解質はイオン導伝性のある任意の物質であることができる。電解質は、例えば、液体電解質、固体電解質、又はゲル状電解質であることができる。液体電解質は、一般的に、溶媒に溶解した電解質塩、例えば、無機溶媒又は有機溶媒を含む。ゲル状電解質は、一般的に、非水溶性溶媒に溶解し、ポリマーマトリックスでゲル化された電解質塩を含む。
【００２３】
操作手順においては、Ｘ線感知可能な電池セパレータ１０を含む電池がＸ線に照射され、これによって、電池内のＸ線感知可能電池セパレータ１０の位置の検出を容易にする。例えば、セパレータは、電極の横端部を超えて延びるように電極より通常幅が広い。セパレータは、電極が物理的に接触してこれにより短絡する潜在的なリスクを防ぐために、電極の横端部を超えて延びている。巻き付けの過程で又は電池アセンブリーにおいて、電極の横端部を超えて延びているセパレータ部が除去されたり、折り曲げられたり、又はずれたりして、電極の物理的接触の可能性を起こすことがあり得る。アセンブルされた電池のＸ線検出によって、製造過程においてセパレータがきちんとした位置に留まっていることを確認することができる。Ｘ線検査によって、Ｘ線感知可能なセパレータが観側されることにより、その位置（電極の横端部を超えて延びている位置）を維持していることを確証することができる。さらに、検出速度を高めるために、検出プロセスはコンピュータによって自動化することができる。
【００２４】
本発明は、本発明の精神及び本質から離れない限り他の態様で実施することができる。したがって、本発明の範囲については、明細書ではなく特許請求の範囲を参照してなされるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＸ線感知可能な電池セパレータの第１の実施態様を示す。
【図２】本発明のＸ線感知可能な電池セパレータの第２の実施態様を示す。
【図３】図１のＸ線感知可能な電池セパレータを含む電池の分解図を示す。
【符号の説明】
【００２６】
１０    Ｘ線感知可能電池セパレータ
１０’  Ｘ線感知可能電池セパレータ
１２    微細多孔質膜
１２’  微細多孔質膜
１４    Ｘ線検出可能成分
１４’  Ｘ線検出可能成分
１５    ゼリーロール
１６    層
１８    正電極
２０    負電極
２２  正のタブ
２４  負のタブ
２６  缶
２８  キャップ
【図１】
2009110937.tif 000003
【図２】
2009110937.tif 000004
【図３】
2009110937.tif 000005
【外国語明細書】
2009110937000001.pdf