專利名稱：電池的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池的制造方法，包括一個將電解質(zhì)涂覆到電極上從而形成電解質(zhì)層的步驟。
近來已開發(fā)出便攜式的電子裝置，因此，作為這種便攜式電子裝置電源的電池具有重要的作用。便攜式電子裝置要求小而輕，相應(yīng)于這種要求，也要求電池體積小以適應(yīng)于便攜式電子裝置內(nèi)部的相應(yīng)空間，以及輕的重量以便盡可能不增加便攜式電子裝置的重量。
作為相應(yīng)于這種要求的電池，以取代用于二次電池主流的鉛基酸式電池和鎳-鎘電池，迫切需要一種其能量密度和輸出密度比這些電池高的鋰二次電池和鋰離子二次電池。
傳統(tǒng)上，在鋰二次電池或鋰離子二次電池中，使用可將鋰離子溶于非水性溶劑的液體型電解質(zhì)，作為輔助離子傳導的物質(zhì)(因此，稱作電解質(zhì)液體)。由于這個原因，必須有一個由金屬殼制成的殼體，以防止泄漏并嚴格保持電池內(nèi)部的密閉性。然而，使用金屬殼作為殼體，很難制造出薄而大例如平板狀的電池，薄而小例如卡片狀的電池，以及在形狀上靈活自由的電池。
為取代電解質(zhì)液體，建議在二次電池中使用例如凝膠型電解質(zhì)，其高分子化合物具有包括鋰鹽、固體型電解質(zhì)的電解質(zhì)液體，鋰鹽在其中分散在具有離子傳導性的高分子化合物間，或者使用含有鋰鹽的固體型無機導體電解質(zhì)。這些電池不會泄漏，因而不需要作為殼體的金屬殼。這樣便可以通過使用作為外殼材料的疊層膜等，從而獲得小型的、重量和厚度減小的電池。
在使用凝膠型電解質(zhì)的情況下，例如通過后面描述的方法，電解質(zhì)層形成于電極混合物層上，混合物層在電極集電器上形成。首先，如

圖1A和1B所示，在一個帶狀電極集電器125a上斷續(xù)地形成一系列電極混合物層126，從而形成帶狀電極121a，將帶狀電極121a浸入到裝有電解液的容器中(圖中未表示)。然后，將帶狀電極121a從容器中抽出，將粘附在電極兩個面上的電解液刮除，該電解液以預定的厚度在帶狀電極121a的兩個面上形成電解質(zhì)層123。接下來，電解質(zhì)層123上的電解液得到干燥，用一張隔離紙將其上形成電解質(zhì)層的帶狀電極121a卷壓。之后，卷壓的電極121a在電極混合物層126之間被切割開，由此形成多個電極。與此相關(guān)的是，由于帶狀電極121a是用隔離紙卷壓的，因此可以防止電解液中的溶劑蒸發(fā)，或防止電解質(zhì)層123吸水。圖1B是與圖1A中ⅠB-ⅠB線對應(yīng)的截面視圖。
在上面提到的方法中，由于電解質(zhì)層123是通過將帶狀電極121a浸入到容器中而形成的，電解質(zhì)直接附著到帶狀電極集電器125a上，甚至還附著到?jīng)]有形成電極混合物層126的區(qū)域。然而，一個將電極集電器連接到外部端子的電極端子，需要附著在該區(qū)域，由于這個原因，如圖2A和2B所示，必須將電極端子所附著區(qū)域內(nèi)粘結(jié)的電解質(zhì)剝離掉。
剝離電解質(zhì)時，必須將隔離紙暫時剝離，其中，電解質(zhì)中的溶劑被蒸發(fā)掉。這會引起電池的電壓和電容衰退。
另外，在電極混合物層126在帶狀電極集電器125a兩個面上形成的情況下，如果在電極混合物層126形成的區(qū)域，帶狀電極集電器的正面和背面不同，帶狀電極121a的厚度則將隨區(qū)域而變化。由于這個原因，使用勺子進行刮除的方法很難得到平滑的電解質(zhì)層123。
本發(fā)明正是考慮到上述問題而實現(xiàn)的，目的是提供一種電池的制造方法，該方法能夠提高生產(chǎn)率并防止電池性能劣化。
根據(jù)本發(fā)明的電池的制造方法是一種制造具有正電極、負電極和電解質(zhì)層的電池的方法，包括將一個端子附著到正電極或負電極的至少一個面上，以及在不包括將端子附著到正電極或負電極的至少一個面上的區(qū)域的其他區(qū)域上形成電解質(zhì)層的步聚。
根據(jù)本發(fā)明的一種電池的制造方法，將一個端子附著到正電極或負電極的至少一個面上，電解質(zhì)層在附著端子的正電極或負電極的一個面上形成，這樣可以減少電解質(zhì)形成后的制造步驟，這可以防止電解質(zhì)中的溶劑蒸發(fā)以及電解質(zhì)層吸收水分。因此，可以提高電池生產(chǎn)率。另外，還可以得到放電容量優(yōu)良以及電壓穩(wěn)定的電池。
本發(fā)明的其他目的、特點和優(yōu)點可以從以下說明中更加全面地得到顯示。
從下面的優(yōu)選實施例并結(jié)合附圖，可以更為清楚地說明本發(fā)明的上述目的及其他目的和特點。
圖1A是制造常規(guī)電池的方法的透視圖1B是沿圖1中ⅠB-ⅠB線的截面圖；圖2A是圖1所示下一步制造方法的透視圖；圖2B是沿圖2A中ⅡB-ⅡB線的截面圖；圖3是使用與本發(fā)明一個實施方案有關(guān)的電池制造方法而制造出的電池的透視圖；圖4表示圖3中所示電池的每一部件的透視圖；圖5是沿圖4所示卷壓電池的Ⅲ-Ⅲ線方向的截面圖；圖6表示與本發(fā)明的一個實施方案有關(guān)的電池制造方法的透視圖；圖7是沿圖6中Ⅴ-Ⅴ方向的截面視圖；圖8A和圖8B是表示與本發(fā)明的一個實施方案有關(guān)的電池制造方法的平面圖；圖8A表示帶狀正電極的一部分放大的平面視圖；圖8B是帶狀負電板的一部分放大的平面視圖；圖9是與本發(fā)明的實施方案有關(guān)的電池制造方法所用的涂覆機結(jié)構(gòu)的部分截面視圖。
下面將參考附圖詳細說明本發(fā)明的實施方案。
首先對根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的電池制造方法所制造的二次電池的結(jié)構(gòu)進行說明。
圖3是根據(jù)與本發(fā)明的一個實施方案有關(guān)的電池制造方法制造的二次電池的外部結(jié)構(gòu)透視圖。圖4是圖3中所示二次電池每一部件的單個視圖。該二次電池具有的結(jié)構(gòu)為卷壓電極20與正電極端子11和負電極端子12相接觸，并全部包容到殼體元件30內(nèi)。
圖5表示圖4中卷壓電極20沿Ⅲ-Ⅲ線的截面結(jié)構(gòu)。卷壓電極20的結(jié)構(gòu)為正電極21和負電極22疊在一起，其間夾入凝膠型的電解質(zhì)層23，電極被卷壓多次。正電極21和負電極22之間，隨電解質(zhì)層23插入一個隔膜24。為簡化圖面，圖5所示的卷壓電極20僅卷壓一次。
正電極21具有一個正電極集電器層25，以及配置于正電極集電器層25兩個表面的正電極混合物層26。正電極集電器層25的一端沿軸向暴露在外面。負電極22具有一個負電極集電器層27，以及配置于負電極集電器層27兩面的負電極混合物層28。負電極集電器層27的一端沿軸向暴露在外面。
正電極端子11和負電極端子12從殼體元件30的內(nèi)部引到外面，例如，以相同的方向。正電極端子11的一部分與殼體元件30內(nèi)的正電極集電器層25的暴露部分相連接。另一方面，負電極端子12的一部分與殼體元件3內(nèi)的負電極集電器層27的暴露部分相連接。如圖3和4所示，殼體元件30包括一對矩形薄膜30a和30b。正電極端子11和負電極端子12用薄膜31附著到薄膜30a和30b上面，用于加強其間的粘合以防止進入空氣。
然后，參考圖6-9，對二次電池的制造方法進行說明。在此還將解釋制造多個二次電池的情況。圖7表示沿圖6中Ⅴ-Ⅴ線的截面視圖。
如圖6和7所示，例如，制造了作為電極的帶狀正電極21a，多個正電極混合物層26依次在帶狀正電極集電器25a上以預定的間隔形成。通過單個地分離使帶狀正電極21a成為上述正電極21(參見圖5)。帶狀正電極21a的生產(chǎn)按以下方法進行。首先，將正電極混合物(包括正電極活性物質(zhì)、導電劑如碳黑或石墨以及粘接劑如聚偏氟乙烯等)，分散到溶劑如二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮中，由此形成正電極混合物漿料。然后，將正電極混合物漿料斷續(xù)地涂覆到帶狀正電極集電器25a的正面和背面，例如，以50μm的厚度，然后，將帶狀正電極集電器25a進行干燥，并進行模壓成型。帶狀正電極集電器25a用金屬薄膜如鋁(Al)箔，鎳(Ni)箔或不銹鋼箔制成，其厚度，例如為15μm。
此時，作為正電極活性物質(zhì)材料，優(yōu)選使用金屬氧化物、金屬硫化物，或者一種或兩種以上特殊的高分子物質(zhì)。正電極活性物質(zhì)可以根據(jù)其使用目的選擇，但是，如果需要高的能量密度，最好選用主要包括LixMO2的鋰(Li)混合氧化物。X的值根據(jù)電池的充電-放電狀態(tài)而變化，通常，滿意值為0.05≤x≤1.12。在該組成分子式中，M最好為一種以上的過渡金屬，優(yōu)選為，至少為鈷(Co)、鎳和錳(Mn)中的一種材料。這種鋰的混合氧化物的一個特別的例子可以為LiNiyCo1-yO2(0≤y≤1)或LiMn2O4。
生產(chǎn)出帶狀正電極21a之后，如圖8A所示，由厚度為70μm的金屬材料如鋁、鎳或不銹鋼制成的正電極端子11，借助于粘結(jié)材料(如密封膠)41(如圖7)粘結(jié)到帶狀正電極集電器25a表面暴露的區(qū)域。接下來，用由絕緣材料制成的粘結(jié)帶42粘結(jié)其上將粘結(jié)材料41覆蓋(參見圖7)。這種粘結(jié)帶42用來保護正電極端子11，防止在正電極端子11和負電極22或者正電極端子11和負電極端子12之間短路，以保持電絕緣。在圖6和8中，為簡化圖面，省略了粘結(jié)材料41和粘結(jié)帶42。
將正電極端子11粘結(jié)以后，例如，在干燥氣氛中用下述方法，將電解質(zhì)層23分別形成在帶狀正電極集電器25表面(即，正電極端子11附著的表面)的每一個正電極混合物層26暴露的面上。另外，在帶狀正電極集電器25a的背面上，電解質(zhì)層23形成于每個正電極混合物層26暴露的表面，例如，電解質(zhì)層23每次分別在一個面上形成。
圖9是此處所用的涂覆機的結(jié)構(gòu)視圖。提供的涂覆機包括一個用于輸送電解質(zhì)E的電解質(zhì)輸送機50，一個用于傳送帶狀電極(此處為帶狀正電極21a)的傳送輥61和一個卷繞機62。
電解質(zhì)輸送機50具有一個噴嘴51和一個上下運動機構(gòu)58，上下運動機構(gòu)58帶動噴嘴51沿上下方向運動。上下運動機構(gòu)58包括一個馬達58a、連接到馬達58a一端的螺釘58b和固定在螺釘58b上的上下主動機構(gòu)58c。噴嘴51與上下主動機構(gòu)58c相連接。用于充填電解質(zhì)E的充填元件51a安裝在噴嘴51內(nèi)。供料管52的一端與充填元件51a相連，另一端與裝有電解質(zhì)E的容器53連接。在供料管52的中部安裝有一個作為加壓裝置的供料泵。在噴嘴51中的電解質(zhì)E流經(jīng)的通道51b的中部，安裝有一個可以將通道51b打開或關(guān)閉的開關(guān)55。通過未示出的驅(qū)動裝置，開關(guān)55在關(guān)閉通道51b的位置或者在打開通道51b的位置上運動。這里，供料泵54安裝在噴嘴51的外部，噴嘴51可以是一個作為加壓機構(gòu)的內(nèi)置式傳動泵。
電解質(zhì)輸送機構(gòu)50包括一個傳感器56，傳感器56安裝在傳送輥61的附近，而不靠近噴嘴組件51附近的噴嘴51處。傳感器56用于檢測帶狀電極傳輸時的預定位置，并將檢測信號發(fā)送到控制器57。根據(jù)檢測到的信號，控制器57對噴嘴51、供料泵54和開關(guān)55進行控制，如稍后所述。
在涂覆機內(nèi)，帶狀電極21a從傳送輥61沿水平方向承載，按圖9中箭頭A所示的方向以固定速度傳送，這樣，電解質(zhì)E便被涂覆到正電極混合物層26上，由卷繞機62進行卷壓。
在該實施方案中，當在帶狀電極上形成電解質(zhì)層23時，電解質(zhì)E事先裝到上述電解質(zhì)輸送機50的容器53中。對于電解質(zhì)E，其所用材料包括作為電解質(zhì)鹽的鋰鹽、溶解鋰鹽的非水性溶劑和高分子化合物。對于鋰鹽，LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N或LiC4F9SO3是合適的，可以使用一種材料或?qū)⑵渲袃煞N以上材料混合使用。
對于非水性溶劑，例如，碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯、γ-丁丙酯、γ-戊內(nèi)酯、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、2-甲基-四氫呋喃、1,3-二氧戊環(huán)、乙酸甲酯、甲基丙酸、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙基甲酯、2,4-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚或者4-溴鄰二甲氧基苯是合適的，可以使用一種材料或?qū)⑵渲袃煞N以上的材料混合使用。在使用如后面所述的疊層薄膜作為殼體元件30的情況下，優(yōu)先選用沸點高于150℃的材料如碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、γ-丁丙酯、2,4-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚或者4-溴鄰二甲氧基苯。由于這個原因，易揮發(fā)會引起殼體元件30出現(xiàn)凸起，而導致殼體變形。
作為高分子化合物，聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁腈橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、丙烯腈-聚乙烯-氯丙烯-二烯苯乙烯樹脂、丙烯腈-氯乙烯樹脂、丙烯腈-甲基丙烯酸酯樹脂、丙烯腈-丙烯酸酯樹脂、聚環(huán)氧乙烷或者聚醚變性硅氧烷是合適的，可以使用一種或?qū)⑵渲械膬煞N以上材料混合使用。也可以使用由聚偏氟乙烯與六氟丙烯或四氟丙烯相結(jié)合而制成的共聚物。另外，還可以使用由聚丙烯腈結(jié)合乙烯基單體如乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、丁基丙烯酸、亞丁基丁二酸、甲基丙烯酸氫氧化物、丙烯酸乙酯氫氧化物、丙烯酰胺、氯乙烯、1,1-亞乙烯氟或者1,1-二氯乙烯制成的共聚物。另外，還可以使用由環(huán)氧乙烷結(jié)合聚環(huán)氧乙烷、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、或者丁基丙烯酸制成的共聚物。除此之外，也可以采用1,1-亞乙烯氟共聚物或者醚變性硅氧烷共聚物。
將電解質(zhì)E裝到容器53中之后，電解質(zhì)層23在帶狀正電極21a的正電極混合物層26暴露的面上形成。在此，例如，當傳感器56在檢測定時的基礎(chǔ)上，在檢測出從帶狀正電極21a的正電極集電器暴露區(qū)域B(參見圖6和7)到電極21a的正電極混合物層暴露區(qū)C(參見圖6和7)的界線之后，在控制器57的控制下，將在此時之前將噴嘴51的流經(jīng)通道51b關(guān)閉的開關(guān)55拉開，以打開流經(jīng)通道51b，而在此之前處于停止狀態(tài)的供料泵54，也在0.01Mpa到0.3Mpa的壓力范圍內(nèi)被啟動。因此，壓力被施加到充填元件51a中的電解質(zhì)E上，然后，電解質(zhì)E由噴嘴51的送料口被涂覆到正電極混合物層26的表面，以形成電解質(zhì)層23。
接下來，當傳感器56在檢測定時的基礎(chǔ)上檢測出從正電極混合物層暴露區(qū)C到正電極集電器的暴露區(qū)B的界線之后，將在此之前將流經(jīng)通道51b打開的開關(guān)55，向前推進到流經(jīng)通道51b內(nèi)部，以關(guān)閉流經(jīng)通道51b，供料泵54停止驅(qū)動。因此容器53停止輸送電解質(zhì)。
另外，例如，當傳感器56在檢測定時的基礎(chǔ)上檢測出從集電器暴露區(qū)B到端子暴露區(qū)D之間的界線之后，在控制器57的控制下起動馬達58a以便將噴嘴51從帶狀電極的對面處抽回。因此，在帶狀集電器25a和正電極混合物層26的總厚度大于帶狀集電器25a和正電極端子11的總厚度時，帶狀電極連續(xù)傳送，而噴嘴51和正電極端子11之間互不接觸。隨后，當傳感器56在檢測定時的基礎(chǔ)上檢測出從端子暴露區(qū)D到集電器暴露區(qū)B之間的界線之后，噴嘴51返回前面的位置。接下來，當傳感器56檢測出從集電器暴露區(qū)B到正電極混合物層暴露區(qū)C之間的界線之后，電解質(zhì)層23以與前面所述相同的方式形成于正電極混合物層26上。重復相同的步驟以制成電解質(zhì)層23。
當電解質(zhì)E從噴嘴51中涂覆時，如果其粘度，例如，在0.001Pa·s-0.05Pa·s的范圍之間，電解質(zhì)E會平滑地通過流經(jīng)通道51b。另外，如下所述，電解質(zhì)E的粘度可以調(diào)整。首先，在充填元件51a的附近提供一個未在圖中表示的油槽，加熱并循環(huán)在油槽內(nèi)的油，用以加熱電解質(zhì)E。另一種方式，也可以通過添加沸點低的非水性溶劑來調(diào)整電解質(zhì)E的粘度。
與此有關(guān)的是，在涂覆機的卷繞輥62的附近，安裝一個未在圖中表示的干燥機用以干燥涂覆的電解質(zhì)。形成的電解質(zhì)層23被傳送到干燥機的相應(yīng)位置，以干燥涂覆的電解質(zhì)。之后，電解質(zhì)23和帶狀正電極21a一起被覆蓋一層由丙烯制成的塑料薄膜(未示出)，并由卷繞機62卷繞。將其用塑料膜覆蓋的原因，如前所述，是為防止電解質(zhì)層23中的非水性溶劑揮發(fā)或電解質(zhì)層23吸收水分。
另一方面，在一種如前所述的類似方法中，如圖8B所示，負電極端子12附著到作為電極的帶狀負電極22a的作為帶狀負電極集電器27a(即負電極混合物層28置于帶狀負電極集電器27a上)的暴露部位。然后，電解質(zhì)層23斷續(xù)地形成于負電極混合物層28的整個暴露的表面。帶狀負電極22a的制備通過下述方法進行。首先，將鋰金屬、鋰合金如鋰和鋁的合金、或者能夠吸留和釋放鋰的負電極材料與粘接劑如聚亞乙烯基均勻混合，然后，分散到溶劑如二甲基甲醛或N-甲基吡略烷酮中以制成負電極混合物漿料。之后，負電極混合物漿料斷續(xù)地涂覆到由金屬箔如銅(Cu)箔等制成的帶狀負電極集電器27a上，再將帶狀負電極集電器27干燥并模壓成型。
對于能夠吸留和釋放鋰的負電極材料，可使用碳材料、硅或硅的化合物、金屬氧化物或高分子材料中，可以使用其中的一種或兩種以上的化合物。對于碳材料，可以使用熱解炭、焦炭如瀝青焦炭、針狀焦炭或石油焦炭、石墨、玻璃焦炭、有機高分子化合物如纖維素、酚醛樹脂、或在適當溫度下焙燒的呋喃樹脂、炭纖維或活性炭。對于硅化合物，可以使用Mg2Si。對于金屬氧化物，可以使用SnO2。對于高分子化合物，可以使用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、或二硫化物聚合物。
當多個電解質(zhì)層23分別間隔地在附著正電極端子11的帶狀正電極21a上和附著負電極端子12的帶狀負電極上形成之后，帶狀正電極21a和帶狀負電極22a分別從卷繞機62中抽出，剝離掉覆蓋在帶狀正電極21a和帶狀負電極22a上的塑料薄膜。
用一個剪切器將帶狀正電極集電器25a從電解質(zhì)層23和正電極端子11之間(圖6和7中的Ⅹ-Ⅹ線)切割開，并單個分開。由此形成多個疊層體。該多個疊層體包括正電極端子11，通過將正電極混合物層26和電解質(zhì)層23依次疊放到正電極集電器25上形成。用上述相似的方式，將帶狀負電極集電器27a從電解質(zhì)層23和負電極端子12之間切開，并單個分開。由此形成多個疊層體。該多個疊層體包括負電極端子12，通過將負電極混合物層28和電解質(zhì)層23依次疊放到負電極集電器27上形成。接下來，如圖4和5所示，將每個疊層體與隔膜24一起疊層，方式為每個層均面對其電解質(zhì)層23，并且卷壓以形成卷壓的電極20。隔膜24由多孔膜制成，多孔膜主要以聚烯烴材料如聚丙烯或聚乙烯為基?？梢允褂糜蓛煞N以上的多孔膜疊加的材料。
形成卷壓電極20之后，例如，制備一對組成殼體元件30的薄膜30a和30b。卷壓電極夾層到薄膜30a和30b之間。在引出正電極端子11和負電極端子12的薄膜30a和30b的末端，薄膜31的放置方式使得正電極端子11和負電極端子12夾入其間。然后，正電極端子11和負電極端子12分別被夾入到殼體元件30之間，薄膜31夾在中間。
對于薄膜30a和30b，例如，該壓層膜依次由尼龍膜、鋁箔和聚乙烯膜疊壓而成，聚乙烯膜的位置使其與卷壓電極20相對。薄膜之一的薄膜30a的形狀成圓形，外形與其內(nèi)部卷壓電極20相適應(yīng)。
將卷壓電極20夾入到薄膜30a和30b間之后，在較低的壓力氣氛下，殼體元件30受壓而與卷壓電極20相銜接，薄膜30a和30b外部的每一部分以熱封等方式緊密粘結(jié)。由此制成圖3所示的二次電池。
在上述制造的二次電池中，當充電時，鋰從正電極混合物層26以離子形式釋放，經(jīng)由電解質(zhì)層23和隔膜24被負電極混合物層28吸留。另一方面，放電時，鋰從負電極混合物層28以離子形式釋放，經(jīng)由電解質(zhì)層23和隔膜24在正電極化合物層26上吸留。
根據(jù)上述實施方案中電池的制造方法，在正電極端子11(負電極端子12)附著到帶狀正電極21a(帶狀負電極22a)上之后，形成電解質(zhì)層23，電解質(zhì)層23形成之后的制造步驟可以減少，這可以防止電解質(zhì)中的溶劑揮發(fā)，以及電解質(zhì)層23吸收水分。由此可以提高電池的產(chǎn)率。而且可以得到放電性能優(yōu)良及電壓穩(wěn)定的電池。
進而，在帶狀正電極集電器25a(帶狀負電極集電器27a)上斷續(xù)地形成多個正電極混合物層26(負電極混合物層28)并進一步在其上形成電解質(zhì)層23之后，帶狀正電極集電器25a(帶狀負電極集電器27a)被切割，這可以防止電解質(zhì)粘結(jié)到正電極端子11(負電極端子12)附著的區(qū)域。因此常規(guī)的電解質(zhì)剝離步驟便沒有必要，這可以使得產(chǎn)率提高。而且，電解質(zhì)沒有被涂覆到不必要的部位，可以降低生產(chǎn)成本。
進而，使用供料泵54，將壓力均等地施加到電解質(zhì)E，以便將電解質(zhì)E從噴嘴51壓出，這可以以需要的量輸送電解質(zhì)。因此，電解質(zhì)23甚至可以在寬度和長度方向上形成薄層，由此可以實現(xiàn)在每個電池中具有相同的電解質(zhì)含量。當電極傳送時發(fā)生任何意外，供料泵54都可以停止輸送電解質(zhì)，這樣，可以防止涂層失敗，并在電解質(zhì)層形成過程中極易進行控制。
顯然，對于本發(fā)明的許多改變和變化都包括在上述教導的范圍內(nèi)。因此，可以理解的是在附加的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本發(fā)明都可以實施，而不局限于描述過的具體實施例。
對于實施例1-5，用所述方法生產(chǎn)了100組二次電池。
首先，將按質(zhì)量計100份LiCoO2(作為正電極活性材料)，5份碳黑(作為導電劑)，和10份聚偏氟乙烯(作為粘結(jié)劑)分散到作為溶劑的N-甲基吡咯烷酮中，以制成正電極混合物漿料，將正電極混合物漿料以50μm的厚度(干燥后的厚度)斷續(xù)地涂覆到由厚度為15μm的鋁箔制成的帶狀正電極集電器的正面和背面，以形成正電極混合物層，然后，將正電極混合物層進行干燥，并模壓成型為帶狀正電極。這里，100對正電極混合物層在帶狀集電器的正面和背面上形成。接下來，將由厚度為70μm的鋁制成的正電極端子焊接到帶狀正電極集電器表面暴露的區(qū)域，然后，用厚度為100μm的絕緣帶將這些正電極端子覆蓋形成疊層。
下一步，使用與圖9所示的同樣的涂覆機，電解質(zhì)層在每個帶狀正電極集電器兩個表面上的正電極混合物層的暴露區(qū)域上形成。然后，將電解質(zhì)進行干燥，再用聚丙烯膜將帶有電解質(zhì)層的帶狀正電極覆蓋，進行卷壓。接下來，將卷壓的帶狀正電極密封到具有干燥氣氛的殼體內(nèi)部。
此時，對于電解質(zhì)，將由亞乙烯氟與六氟丙烯制成的共聚物溶解于溶劑中，溶劑為碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、γ-丁丙酯的混合物，再將LiPF6溶解其中作為電解質(zhì)鹽。從電解質(zhì)輸送機的送料口到正電極混合物層的距離為80μm。在噴嘴的送料口正對正電極端子的情況下，噴嘴離開帶狀正電極集電器的距離為400μm。
另一方面，將按質(zhì)量計100份的石墨(作為可吸留和釋放出鋰的負電極材料)，和15份作為粘結(jié)劑的聚偏氟乙烯分散到作為溶劑的N-甲基吡咯烷酮中，以制成負電極混合物漿料，將負電極混合物漿料以50μm的厚度(干燥后的厚度)斷續(xù)地涂覆到由厚度為15μm的銅箔制成的帶狀負電極集電器的正面和背面，以形成負電極混合物層，然后，將負電極混合物層進行干燥，并模壓成型為帶狀負電極。這里，100對負電極混合物層在帶狀負電極集電器的正面和背面上形成。接下來，將由厚度為70μm的鋁制成的負電極端子焊接到帶狀負電極集電器表面暴露的區(qū)域，然后，用厚度為100μm的絕緣帶將這些負電極端子覆蓋。
接下來，使用與帶狀正電極相同的方法，電解質(zhì)層在每個帶狀負電極集電器兩個表面上的負電極混合物層的暴露區(qū)域上形成。然后，將電解質(zhì)進行干燥，再用聚丙烯膜將帶有電解質(zhì)層的帶狀負電極覆蓋，進行卷壓。接下來，將卷壓的帶狀負電極密封到具有干燥氣氛的殼體內(nèi)部。
得到在其上形成有正電極端子和電解質(zhì)層的帶狀正電極和在其上形成負電極端子和電解質(zhì)層的帶狀負電極之后，將帶狀正電極和帶狀負電極覆蓋的薄膜剝離。然后，將帶狀正電極集電器于電解質(zhì)層和正電極端子之間切割以分離成為100個正電極。將帶狀負電極集電器于電解質(zhì)層和負電極端子之間切割以形成為100個負電極。
將帶狀正電極和帶狀負電極分割以后，將其上形成有正電極端子和電解質(zhì)層的正電極及其上形成有負電極端子和電解質(zhì)層的負電極，與位于其間的隔膜一起卷壓多次以產(chǎn)生100組卷壓電極。
然后，對于每個卷壓電極，用尼龍膜、鋁箔和聚乙烯膜依次疊層而成，制備兩層薄膜，將卷壓電極夾到該兩疊層膜之間。在正電極端子和負電極端子的引出端，放置一種用于增強粘結(jié)的薄膜，以將每個端子夾在中間。疊層膜受壓而與卷壓電極粘結(jié)，疊層膜的外部加熱密封，從而得到100組二次電池。即，在實施例1-5中，總共5批，每一批包括100組二次電池。經(jīng)測量得到的電池厚度為3.8mm，寬為35mm，高62mm。
作為對應(yīng)實施例1-5的對比例1-5，與實施例1-5一樣，每一批有100組二次電池，共5批，不同的是將帶狀正電極和帶狀負電極浸入到盛有電解質(zhì)的容器中，將其從容器中抽出，然后，用一對醫(yī)用刀片將粘附到電極兩個表面的電解質(zhì)刮涂以形成電解質(zhì)層，再將正電極端子和負電極端子附著的部位上粘結(jié)的電解質(zhì)剝離，以便將端子附著其上。
對于實施例和對比例中按上述方法得到的每組二次電池，通過充電和放電觀察其放電容量。這里，當用250mA的恒定電流密度充電直到電池的電壓達到4.2V后，再用4.2V的恒電壓充電直到總充電時間達到4小時。另一方面，以10mA的恒定電流放電密度，直到電池的電壓達到3.0V。對于每組二次電池，其放電量超過500mA的稱作合格電池，觀察到每個實施例和對比例中的合格電池比率。結(jié)果示于表1。
表1
如表1所示，對比例1-5的合格電池比率為67-75％，另一方面，實施例1-5中達到79-87％，即，實施例1-5中的合格電池比率(產(chǎn)率)高于對比例1-5。這表明，如果二次電池是通過在正電極和負電極上斷續(xù)地形成電解質(zhì)層并在附著端子之后切割而形成的，則可以得到供電穩(wěn)定、放電量優(yōu)良的電池。
如上所述，盡管本發(fā)明是通過參考實施方案和實施例進行說明的，但本發(fā)明并比局限于這些實施方案和實施例，而可作多種改變。例如，盡管在上述實施例中，具體說明了多個電池可同時生產(chǎn)，本發(fā)明對生產(chǎn)單個電池的情況也同樣適用。
另外，盡管實施方案和實施例中，介紹了使用電解質(zhì)輸送機50形成電解質(zhì)層的情況，如圖7所示，但不必總是使用這種輸送機。也可以使用其他方式形成電解質(zhì)層23。
進而，盡管在上述實施方案種中，當將電極端子附著到帶狀電極集電器上時，使用了粘結(jié)材料41，但也可以使用焊接的方式將電極端子附著其上，如實施例1-5所述。
進而，盡管在上述實施方案和實施例中，形成了凝膠型的電解質(zhì)層23，也可以采用由固體型電解質(zhì)制成的電解質(zhì)層，即將電解質(zhì)鹽分散到具有離子傳導性的高分子化合物中而形成，或者使用由固體型無機電解質(zhì)制成的電解質(zhì)層。這種固體型電解質(zhì)層可以通過在電極混合物層上涂覆流體狀的電解質(zhì)，然后將非水性溶劑完全揮發(fā)而制得。
進而，盡管在上述實施方案中，對電極混合物層形成于帶狀電極集電器的兩個面上的情況進行了說明，電極混合物層也可以在帶狀電極集電器的一個面上形成。另外，盡管在上述上述方案中，對電解質(zhì)層在帶狀電極集電器的一個面上形成的情況進行了說明，電解質(zhì)層也可以在帶狀電極集電器的兩個面上形成，如實施例1-5所述。
進而，盡管在上述的實施方案和實施例中，所述電池的結(jié)構(gòu)為卷壓電極20包覆在疊層膜的內(nèi)部，本發(fā)明也適用于生產(chǎn)其他具有各種形狀的電池，如柱狀電池。
進而，盡管在上述實施方案和實施例中，所述電池的反應(yīng)介質(zhì)為鋰，本發(fā)明也適用于反應(yīng)介質(zhì)為鈉(Na)或鈣(Ca)的其他電池。在此情況下，作為電解質(zhì)鹽，用鈉鹽和鈣鹽代替鋰鹽，以及作為正電極活性物質(zhì)，可以采用適當?shù)慕饘傺趸锘蚪饘倭蚧铩?br> 另外，盡管在上述實施方案中，描述了生產(chǎn)二次電池的情況，本發(fā)明也適用于生產(chǎn)原電池。
盡管本發(fā)明為說明目的，是參考具體的實施方案進行說明的，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然可作多種改變，而并不偏離本發(fā)明的基本思想和范圍。
權(quán)利要求
1.一種包括正電極、負電極和電解質(zhì)層的電池的制造方法，包括如下步驟將端子附著到正電極或負電極的至少一個電極的一個表面上；以及在不包括端子附著到正電極或負電極的一個面上的其他區(qū)域上，形成電解質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池的制造方法，包括在帶狀正電極或帶狀負電極的至少一個電極上的電極集電器上斷續(xù)地形成含有電極活性物質(zhì)的電極混合物層；將端子附著到?jīng)]有形成電極混合物層的電極集電器的暴露區(qū)域；以及在電極混合物層之間將電極集電器切割開，電極混合物層是在電解質(zhì)層形成之后斷續(xù)地形成的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電池的制造方法，包括在將端子附著到電極集電器的暴露區(qū)域之后，用一保護帶將端子的一部分覆蓋。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的電池的制造方法，其中電極混合物層在電極集電器的兩個面上形成，電極混合物層分別在電極集電器的正面和背面的不同部位上形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電池的制造方法，其中電解質(zhì)層用帶有加壓機構(gòu)的電解質(zhì)輸送機將電解質(zhì)擠出而形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電池的制造方法，其中輸送的電解質(zhì)經(jīng)過加熱以調(diào)整粘度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電池的制造方法，其中輸送的電解質(zhì)經(jīng)加熱將其粘度調(diào)整到0.001Pa·s-0.05Pa·s范圍之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的電池的制造方法，其中端子所附著的帶狀電板被傳送，電解質(zhì)受到斷續(xù)地擠出以便在帶狀電極上形成電解質(zhì)層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電池的制造方法，其中端子所附著的區(qū)域正對電解質(zhì)輸送機的輸送口，輸送口的位置離開電極的表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的電池的制造方法，其中電解質(zhì)通過打開和關(guān)閉電解質(zhì)輸送機的電解質(zhì)通道上的開關(guān)機構(gòu)斷續(xù)地輸送。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的電池的制造方法，包括在電解質(zhì)輸送和干燥之后，將電極卷壓，然后在其上形成有電解質(zhì)層的電解質(zhì)面上覆蓋一塑料膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電池的制造方法，其中電解質(zhì)包括電解質(zhì)鹽和高分子化合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的電池的制造方法，其中電解質(zhì)進一步包括非水性溶劑。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的電池的制造方法，其中電解質(zhì)鹽包括選自LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N或LiC4F9SO3的一種材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的電池的制造方法，其中高分子化合物包括至少一種選自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、丁腈橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂、丙烯腈-聚乙烯-氯丙烯-二烯苯乙烯樹脂、丙烯腈-氯乙烯樹脂、丙烯腈-甲基丙烯酸酯樹脂、丙烯腈-丙烯酸酯樹脂、聚環(huán)氧乙烷、聚醚變性硅氧烷、聚偏乙烯與其他高分子化合物制成的共聚物、由聚丙烯腈與其他高分子化合物制成的共聚物、由聚環(huán)氧乙烷與其他高分子化合物制成的共聚物的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的電池的制造方法，其中非水性溶劑包括選自碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯、γ-丁內(nèi)酯、γ-戊內(nèi)酯、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、2-甲基-四氫呋喃、1,3-二氧戊環(huán)、乙酸甲酯、甲基丙酸、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙基甲酯、2,4-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚和4-溴鄰二甲氧基苯中的至少一種材料。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的電池的制造方法，其中正電極包括由以下分子式表示的鋰的混合氧化物LixMO2，其中x滿足0.05≤x≤1.12,M為一種以上的過渡金屬；以及負電極包括至少一種能夠吸留和釋放鋰的材料如碳素物、硅、硅化合物、金屬氧化物、高分子材料。
全文摘要
提供一種能夠提高產(chǎn)率并防止電池性能劣化的電池制造方法。將正電極端子附著到帶狀電極上之后形成電解質(zhì)層。這可以減少電解質(zhì)層形成后的電池制造步驟，有效地防止電解質(zhì)中的溶劑揮發(fā)或電解質(zhì)層吸收水分。因此可以提高電池的產(chǎn)率。另外，可以得到放電性能且優(yōu)良電壓穩(wěn)定的電池。
文檔編號H01M10/04GK1316786SQ01119019
公開日2001年10月10日 申請日期2001年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月17日
發(fā)明者吉野孝伸, 杉山毅 申請人:索尼株式會社