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专利名称：X射线敏感性电池隔板以及检测隔板在电池中位置的方法
技术领域：
本申请涉及X射线敏感性电池隔板和检测隔板在电池中的位置的方法。
背景技术：
电池隔板用于分隔电池的正电极和负电极，例如分隔二次锂电池 的正电极和负电极。电池隔板通常是微孔性的，从而以最小可能的阻 力容许离子电流的通过。
一般而言，电池隔板夹在二次锂电池的正电极和负电极之间。使 电池隔板保持其正确位置是很重要的，因为即使微小的位移也可能会 导致电池中的短路。目前尚没有普遍应用的技术来确定隔板在电池中 的位置，从而防止将那些在制造过程中电池隔板发生位移的缺陷电池
流入消费市场。
美国专利No. 3,861,963披露了 一种用无机材料涂布或浸渍的多孔 隔板。该无机涂层可以为不溶性金属氧化物和不溶性水合金属氧化 物，例如Zr、 Ti、 Sb、 W、 Si、 Sc、 Bi、 V、 Al和Ce的氧化物及水 合氧化物。然而，该涂层占隔板重量的约15-32%。
美国专利No. 5,154,988披露了包含三层的电池隔板，该三层包括 基底织物、玻璃衬垫和天然橡胶。基底织物包括诸如二氧化硅的填料 和少量的明矾及其它助留剂，如阳离子性或阴离子性共聚物，包括阳 离子或阴离子改性的高分子量聚丙烯酰胺。
美国专利No. 5，336，573披露了一种包含微孔膜板的隔板，所述隔 板由基本上均勻的聚合物混合物和以约1:2.5至约1:30的重量比存在 的填料，其中封装有纤维薄板。
美国专利No. 5,654,115披露了一种用于电池的吸氢合金，能够满 足高电极容量和长寿命的主要特征。使用X射线微量分析仪来确定吸 氢粒子的重量百分比。
美国专利No. 6,348,286披露了一种包含纤维板的碱性电池隔板， 所述纤维板在纤维板的外表面上含有键能峰位于503.5至531.5 eV的 物质。键能峰通过X射线光电子能谱仪测量。
美国专利No. 6，420，070披露了一种由石墨材料制成的电极，所述 石墨材料能够嵌入和脱出锂离子。利用CuK cx为X射线源来确定电极 的广角X射线衍射。
美国专利No. 6，423，445披露了一种包含透气板的电池隔板，所述 透气板包含亲水性部分，所述亲水性部分在亲水性部分的表面的至少 一部分上携带结晶度为25%或更高的甲基丙烯酸/乙烯共聚物组分。利 用荧光X射线法测量X射线强度，从而确定每单位面积上硫原子的 量。
美国专利No. 6,432,586披露了 一种用于高能可充电锂电池的隔 板。该隔板包括陶瓷复合层和聚合物微孔层。陶资复合层包含具有无 机粒子借此分散的基体材料。无机粒子可选自于Si02、 A1203、 CaC03、 Ti02、 SiS2、 SiP04等或它们的混合物。无机粒子形成大约 20-95重量％的陶资复合层。
美国专利No. 6,713,217披露了一种混合隔板。
尽管在电池隔板的开发当中存在着这些探索努力，但仍然需要这 样的电池隔板，当将其嵌入电池中时容易通过检测确定其在电池内的 位置，而且也能相对容易地以低成本制造。此外，还需要有检测隔板 在电池中位置的方法，该方法相对容易且划算。
发明概述
本申请涉及用于二次锂电池的X射线敏感性电池隔板以及检测隔 板在二次锂电池中位置的方法。该X射线敏感性电池隔板包括具有X 射线可检测的组分的微孔膜。X射线可检测的组分占微孔膜重量的不
到0.1%。检测隔板在电池中位置的方法包括以下步骤(1)提供包括 X射线敏感性电池隔板的电池；(2)使电池经受X射线辐射；以及(3)由 此检测所述隔板在所述电池中的位置。


为了例示本发明，在附图中显示了目前优选的一种形式；但应理 解的是，本发明不限于所示的确切配置和措施。
图1为根据本发明的X射线敏感性电池隔板的第一实施方案； 图2为根据本发明的X射线敏感性电池隔板的第二实施方案；和 图3为包括图1的X射线敏感性电池隔板的电池的分解图。
发明详述
参考附图，其中同样的附图标记代表同样的元件，图1所示为X 射线敏感性电池隔板10的第一实施方案。X射线敏感性电池隔板包括 微孔膜12 ，其包含借此分散的X射线可检测的组分14。
微孔膜12可以为任何常规的微孔膜。微孔膜通常是本领域中已知 的。微孔膜12可以由任何材料制成，例如由聚合物制成。聚合物例如 可以为任何合成聚合物、纤维素、或人工改性的纤维素。优选的合成 聚合物为聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯、超高分 子量聚乙烯、它们的共聚物和它们的混合物。微孔膜12可以具有任意 的孔隙度；例如，微孔膜12的孔隙度范围可以是约20%至约80%。 微孔膜12可以具有任意的平均孔径；例如，微孔膜12的平均孔径范 围可以是约O.l微米至约5微米。微孔膜12可以具有任意的厚度；例 如，微孔膜12的厚度范围可以是约10微米至约75微米。
X射线可检测的组分14可以为任何X射线可检测的材料。例如， X射线材料可以为选自于金属氧化物、金属磷酸盐、金属碳酸盐、X 射线荧光材料、及其组合的材料。所列举的X射线材料是非限制性 的。典型的金属氧化物包括但不限于选自于含金属Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、
Sb、 Cu、 M和Fe的金属氧化物。所列举的金属氧化物是非限制性 的。典型的金属磷酸盐包括但不限于选自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Ni和Fe的金属的磷酸盐。所列举的金属磷酸盐是非限制性的。典型 的金属碳酸盐包括但不限于选自于含金属Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 M、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Ni和Fe的金属碳酸盐。所列举的金属碳酸盐是非限制性的。典型的 X射线荧光材料包括但不限于有机材料、无机材料、以及它们的组 合。本文中的荧光材料指的是具有能够通过X射线辐射受激的电子的 材料，由此提供检测信号。所列举的X射线荧光材料是非限制性的。 X射线可检测的组分14可占膜12重量的任意百分比。例如，X射线 可检测的组分可占膜12重量的0.01至0.1 % 。
或者，参考图2， X射线敏感性电池隔板10，可以为多层电池隔 板。本文中的多层是指两个或两个以上的层。X射线电池隔板10，优选 包括含X射线可检测的组分14，的微孔膜12，和至少一个其它层16。 优选的是，X射线电池隔板IO，包括多个层16。另外，至少一个层可 以为封闭层，即当由于内部或外部的情况造成发生热失控或内部短路 时适合于封闭电极之间的离子流的层。
微孔膜12，可以为任何常规的微孔膜。微孔膜通常是本领域中已 知的。微孔膜12，可以由任何材料制成，例如由聚合物制成。聚合物 例如可以为任何合成聚合物、纤维素、或人工改性的纤维素。优选的 合成聚合物为聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯、超 高分子量聚乙烯、它们的共聚物和它们的混合物。微孔膜12，可以具 有任意的孔隙度；例如，微孔膜12，的孔隙度范围可以是约20%至约 80%。微孔膜12，可以具有任意的平均孔径；例如，微孔膜12，的平 均孔径范围可以是约O.l微米至约5微米。微孔膜12，可以具有任意的 厚度；例如，微孔膜12，的厚度范围可以是约IO微米至约75微米。
X射线可检测的组分14，可以为任何X射线可检测的材料。例 如，X射线材料14，可以为选自于金属氧化物、金属磷酸盐、金属碳
酸盐、和x射线荧光材料的材料。所列举的x射线材料是非限制性
的。典型的金属氧化物包括但不限于选自于含金属Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Ni和Fe的金属氧化物。所列举的金属氧化物是非限制性 的。典型的金属磷酸盐包括但不限于选自于含金属Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Ni和Fe的磷酸盐。所列举的金属磷酸盐是非限制性的。典 型的金属碳酸盐包括但不限于选自于含金属Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Ni和Fe的金属碳酸盐。所列举的金属碳酸盐是非限制性的。典型的 X射线荧光材料包括但不限于有机材料、无机材料、以及它们的组 合。本文中的荧光材料指的是具有能够通过X射线辐射受激的电子的 材料，由此提供检测信号。所列举的X射线荧光材料是非限制性的。 X射线可检测的组分14，可占膜12'重量的任意百分比。例如，X射线 可检测的组分可占膜12，重量的0.01至0.1%。
层16可以为任何常规的微孔膜。微孔膜通常是本领域中已知的。 层16可以由任何材料制成，例如由聚合物制成。聚合物例如可以为任 何合成聚合物、纤维素、或人工改性的纤维素。优选的合成聚合物为 聚烯烃，如聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戊烯、聚丁烯、超高分子量聚乙 烯、它们的共聚物和它们的混合物。层16可以具有任意的孔隙度；例 如，层16的孔隙度范围可以是约20%至约80%。层16可以具有任意 的平均孔径；例如，层16的平均孔径范围可以是约O.l微米至约5微 米。层16可以具有任意的厚度；例如，层16的厚度范围可以是约10 微米至约40微米。
参考图3，在制造时将X射线敏感性电池隔板10夹在正电极18 和负电极20之间，并且可以随后巻成果冻巻15(棱柱形构造也是可以 的)。该果冻巻15可以进一步包括负极引片24和正极引片22。正电极 18可以包括金属片，例如铝箔，即集电体，正电极材料或电极活性混 合料(未显示，但属常规)按常规的方式涂在其上面。负电极20可以包
括金属片，例如铜箔，即集电体，负电极材料或电极活性混合料(未显
示，但属常规)按常规的方式涂在其上面。随后，将果冻巻15插入到 罐26中，充入电解质(未显示)，然后用帽盖28密封罐26。罐26可以 为金属(例如钢、不锈钢、铝)圆筒形罐、塑料盒、或箔(例如镀金属箔) 袋。电解质可以为能够提供离子导电性的任何物质。例如电解质可以 为液体电解质、固体电解质、或凝胶电解质。液体电解质通常包括溶 于溶剂中的电解质盐，所述溶剂即无机溶剂或有机溶剂。凝胶电解质 通常包括溶于非水溶剂中的电解质盐，并用聚合物基质凝胶化。
在操作中，使包含X射线敏感性电池隔板10的电池经受X射线 辐射，以便于检测X射线敏感性电池隔板IO在电池内的位置。例 如，隔板通常比电极要宽，因此隔板的延伸超出电极的侧边。隔板延 伸超出电极的侧边，从而防止电极发生物理接触并由此产生短路的可 能性。在巻绕或电池组装时延伸超出电极侧边的隔板部分有可能移动 或被推回或以另外的方式发生错位，从而产生使电极发生物理接触的 可能性。对组装电池的X射线检查容许通过检验确定在整个制造过程 中隔板都保持在适当的位置上。可以通过X射线检查来观察X射线可 视的隔板，从而确保它保持在其位置上(即， 一部分延伸超出电极的側 边)。此外，检查过程可以通过计算机实现自动化，从而提高检查的速 度。
在不偏离其实质和基本属性的情况下，本发明可以其它形式的方 案实施，因此，应当参考所附的权利要求书而不是前述的说明书来确 定本发明的保护范围。
权利要求
1. 检测二次锂电池中隔板相对于电极的位置的方法，包括步骤提供包括正电极、负电极、位于电极之间的X射线敏感性隔板、以及容纳电极和隔板的壳体的二次锂电池，该X射线敏感性隔板包括具有X射线可检测的组分分散其中的微孔膜，该X射线可检测的组分不超过膜的0.1重量％；使二次锂电池经受X射线辐射；确定隔板相对于电极的位置；和基于隔板相对于电极的位置决定二次锂电池是否合格。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，该X射线可检测的组分占膜 的0.01-0.1重量％。
3. 如权利要求1所述的方法，其中，该X射线可检测的组分选自 于金属、金属氧化物、金属磷酸盐、金属碳酸盐、X射线荧光材料、 或它们的混合物，任何前述的金属选自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Fe、以及它们的'混合物。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，任何前述的金属选自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、以及它们的混合物。
5. 用于二次锂电池的X射线敏感性电池隔板，包括具有X射线可检测的组分分散其中的微孔膜，所述X射线可检测 的组分不超过膜的0.1重量％ 。
6. 如权利要求5所述的X射线敏感性电池隔板，其中，所述X射 线可检测的组分占膜的0.01-0.1重量％。
7. 如权利要求5所述的X射线敏感性电池隔板，其中，该X射线 可检测的组分选自于金属、金属氧化物、金属磷酸盐、金属碳酸盐、 X射线荧光材料、或它们的混合物，任何前述的金属选自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Fe、以及它们的混合物。
8. 如权利要求7所述的X射线敏感性电池隔板，其中，任何前述 的金属选自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、以及它们的混合物。
9. 可用X射线检查的二次锂电池，包括正电极、负电极、位于电极之间的X射线敏感性隔板、以及容纳 电极和隔板的壳体，该X射线敏感性隔板包括具有X射线可检测的组 分分散其中的微孔膜，该X射线可检测的组分不超过膜的0.1重量％。
10. 如权利要求9所述的二次锂电池，其中，所述X射线可检测 的组分占膜的0.01-0.1重量％。
11. 如权利要求9所述的二次锂电池，其中，该X射线可检测的 组分选自于金属、金属氧化物、金属磷酸盐、金属碳酸盐、X射线荧 光材料、或它们的混合物，任何前述的金属选自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、 W、 Hg、 Si、 Cs、 Sr、 Ca、 Rb、 Ta、 Zr、 Al、 Pb、 Sn、 Sb、 Cu、 Fe、以及它们的混合物。
12. 如权利要求11所述的二次锂电池，其中，任何前述的金属选 自于Zn、 Ti、 Mn、 Ba、 Ni、以及它们的混合物。
全文摘要
本申请涉及用于二次锂电池的X射线敏感性电池隔板以及检测隔板在二次锂电池中位置的方法。X射线敏感性电池隔板包括具有X射线可检测的组分的微孔膜。X射线可检测的组分占微孔膜的不到0.1重量％。检测隔板在电池中位置的方法包括以下步骤(1)提供包括X射线敏感性电池隔板的电池；(2)使电池经受X射线辐射；和(3)从而检测所述隔板在所述电池中的位置。
文档编号G01B15/00GK101393018SQ200810211200
公开日2009年3月25日 申请日期2008年9月17日 优先权日2007年9月20日
发明者张正铭 申请人:赛尔格有限责任公司