專利名稱：電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電池的內部構成，特別涉及鋰聚合物電池等層壓電池的耐熱性的提高技術。
背景技術：
近年來，伴隨著攜帶電話、袖珍PC、便攜式收音機、數字照相機、攜帶信息終端(PDA)等小型電子機器的普及，對薄型、輕量并且高容量的電池的要求迅速提高。特別是，具備了鋰聚合物電解質和層壓外包裝體的層壓電池由于柔軟，非常薄，大容量，同時可以極為薄型并且輕量化，因此被作為所述機器的電源廣泛使用。
層壓電池一般來說是將帶狀的正負極板夾隔隔膜卷繞，在將其壓扁而成的卷繞體中浸漬電解液而形成發(fā)電元件。在所述卷繞體中，在各基板芯體上安裝垂片(集電端子)，使該垂片向外部露出，成為正極端子或負極端子。該狀態(tài)下，具有在使垂片向外部露出的同時，將發(fā)電元件的周圍用層壓外包裝體密封的構成。
層壓外包裝體為了使電極體及電解液不向外部漏出，特別在垂片附近的邊上利用熱壓接處理密封。
在層壓電池中，在其內部，在數個位置上使用由拉伸聚丙烯(OPP)等拉伸聚烯烴制成的帶子材料。
例如，為了防止所述垂片在卷繞體形成時使極板破損或引起短路的情況，在與極板的連接部分的所述垂片的表面，以由所述帶子材料制成的保護帶覆蓋、保護。另外，在垂片中插穿有另外的筒狀的帶子材料，實現(xiàn)熱壓接的密接性的提高。另外，為了進行所述卷繞體的嵌入、保護卷繞體的上下端部，貼附有PP制的嵌入帶子。
特開平11-312514號公報但是，由所述拉伸聚烯烴制成的帶子材料耐熱性比較低，由此就有可能對電池性能造成影響。
例如在層壓電池中，雖然形成通過將層壓外包裝體熱壓接而將電池內部密封的構成，但是在該熱壓接時會受熱，有帶子材料變質(軟化、收縮等)的情況。另外，在電池異常時的產生高溫時，也預計會有由熱造成的影響。
此種變質在將該帶子作為所述保護帶使用時，由于也會成為導致垂片露出而與另一方的極板發(fā)生短路的原因，因此最好能夠防止。
如上所述，現(xiàn)在在層壓電池中，還有應當解決的余地。另外，該問題并不限于層壓電池，對于將所述帶子材料用于內部構成的全部電池都同樣存在。

發(fā)明內容
本發(fā)明是鑒于所述問題而完成的，其目的在于，提供通過防止用于電池內部的帶子材料的變質，可以發(fā)揮良好的電池性能的層壓電池等電池。
為了解決所述問題，本發(fā)明提供在外包裝體中收納有將正極板及負極板以及隔膜重疊而成的電極體，并將該外包裝體進行了內部密封的電池，其采用了在該電池的內部，使用未拉伸聚烯烴材料的構成。
這里，所述電池為層壓電池，所述電極體的正負各極板上分別連接有垂片(tab)，在該各垂片向層壓外包裝體的外部露出的狀態(tài)下，層壓外包裝體周緣被密封，具備與垂片及與之連接的極板區(qū)域對應地被覆蓋的保護帶、和被按照覆蓋所述密封部分的垂片的方式配置的垂片樹脂，也可以將所述保護帶及垂片樹脂的至少任意一方用未拉伸聚烯烴材料構成。
另外，所述電極體是將帶狀的正極板及負極板夾隔隔膜卷繞，將其用防松脫帶固定而成的卷繞體，也可以將所述防松脫帶用未拉伸聚烯烴材料構成。
另外，在所述保護帶及所述防松脫帶的至少任意一方由所述未拉伸聚烯烴材料構成的情況下，也可以在該保護帶或防松脫帶的與所述極板區(qū)域相面對的面上，在避開與所述密封部分接近的區(qū)域的同時，涂布糊材。
另外，在所述垂片樹脂由未拉伸聚烯烴材料構成的情況下，也可以將未拉伸聚烯烴材料用與和其相面對的層壓外包裝體的表面相同的組成構成。
而且，所述層壓電池主要適用于鋰聚合物電池。
如上所述，本發(fā)明的電池中，通過將在外包裝體內部耐熱性優(yōu)良的未拉伸聚烯烴材料用于電池內部，與使用以往的拉伸聚烯烴材料的構成相比，電池性能被提高。
由此，例如即使電池產生異常溫度，陷于過熱狀態(tài)中，該未拉伸聚烯烴材料也不會產生熱收縮等變形。這樣，例如當將未拉伸聚烯烴材料用作帶子材料時，由于可以避免貼附了該帶子材料的發(fā)電元件、垂片和極板的連接部分等因帶子的熱收縮而露出的情況，有效地防止短路的發(fā)生，因此就能夠發(fā)揮穩(wěn)定的電池性能。
另外，在將本發(fā)明用于層壓電池的情況下，除了所述效果以外，對于密封層壓外包裝體的加熱處理(層壓處理)中的熱的影響也可以發(fā)揮效果。例如，雖然在該熱處理中，與密封部接近的垂片周圍容易被暴露在比較高的溫度下，但是本發(fā)明中通過將所述未拉伸聚烯烴材料用于所述垂片周圍，就可以進行良好的密封工序。


圖1是本發(fā)明的實施方式1的鋰聚合物電池(層壓電池)的外觀圖。
圖2是表示正負各極板周邊的構成的圖。圖2(a)表示正極板周邊的各構成，圖2(b)表示負極板周邊的各構成。
圖3是表示層壓電池的密封工序的示意圖。
具體實施例方式
1-1.聚合物電池的構成圖1是本發(fā)明的電池的一個適用例，是表示本實施方式1的方形鋰聚合物電池1(以下稱作「層壓電池1」。)的構成的圖。另外，圖2是表示層壓電池的正負極板周邊的構造的圖。其中的圖2(a)是表示正極板周邊的構造的圖，圖2(b)是表示負極板周邊的構造的局部的放大圖。
另外，圖3是表示電池1的密封工序的示意圖。
圖1所示的層壓電池1具有在被制成薄型的長方體的層壓外包裝體10的內部收納有電極體20，從層壓外包裝體10內部的電極體20向外部延伸出正負一對垂片11、12的構成。在層壓外包裝體10的周圍，與各邊對齊地分別形成有頂密封部102、側密封部10a、10b、底部10c，外包裝體內部被保持為密閉構造。電池尺寸例如可以設為縱6cm×橫3.5cm×厚3.6cm。
電極體20如圖1中虛線所示，由如下形成的卷繞體構成，即，夾隔隔膜21，將帶狀的正極板22、負極板23卷繞而形成螺旋狀，將其壓扁而形成薄型長方體形狀的卷繞體。
而且，這里所說的電極體的「長方體形狀」雖然由于在實際上電極體20的側面形成曲面而并非嚴格的長方體，但是本發(fā)明中將此種形狀也稱作「長方體」。
另外，卷繞體20除此以外，也可以通過將長方形的正極板、負極板夾隔隔膜而層疊來構成。
隔膜21可以由厚0.03mm的多孔聚乙烯構成。
正極板22作為一個例子，是在由帶狀的鋁箔形成的芯體上涂布作為活性物質的鈷酸鋰LiCoO2而成。
負極板23作為一個例子，是在由帶狀的銅箔形成的芯體上涂布作為活性物質231的石墨(graphite)粉末而成。
而且，電極體20中，在尺寸上，以正極板22、負極板23、隔膜21的順序，被按照使各寬度變寬的方式設定。這是因為，通過確保負極板23的面積比正極板22更大，在充電時，就可以使來自正極板22的Li離子充分地吸收在負極板23上，從而抑制了枝狀晶體的產生。電極體20中，貼附有用于固定位于最外周的隔膜21的防松脫帶105。
負極板23和正極板22的周邊構成如下所示，大致相同。
即，正極板22例如如圖2(a)所示，在其卷繞方向下游側的一個端部形成有芯體露出而成的導線部222。在該導線部222中，由帶狀的鋁、鎳、銅等制成的作為集電端子的垂片11，被按照以一定的長度向外部延伸出來的方式，以電阻焊接等方法連接在連接部110上。另外，在垂片11和將其連接的導線部222的區(qū)域上，為了不產生所述垂片11的邊緣穿破隔膜21而與負極側發(fā)生短路的問題，利用形成于其表面的糊材配設區(qū)域151貼附有用于將它們覆蓋而保護的保護帶150。該保護帶150的尺寸·形狀雖然可以任意設定，但是需要按照至少可以良好地覆蓋與極板的連接區(qū)域的方式設定。圖2(a)的保護帶150的例子中，按照與極板的寬度方向相比，使尺寸略大地伸出的方式設定。這是為了更為可靠地防止正負各芯體的短路。
另一方面，在負極板23中，也如圖2(b)所示，在其卷繞方向下游側的一個端部形成有芯體露出而成的導線部232。在該導線部232中，與11相同的垂片12被按照以一定的長度向外部延伸出來的方式，利用電阻焊接等方法連接在連接部120上。另外，在垂片12和將其連接的導線部232的區(qū)域上，為了不產生所述垂片12的邊緣穿破隔膜21而與正極側發(fā)生短路的問題，利用形成于其表面的糊材配設區(qū)域161貼附有用于將它們覆蓋而保護的保護帶160。該保護帶160的尺寸和形狀雖然可以任意設定，但是需要按照至少可以良好地覆蓋與極板的連接區(qū)域的方式設定。
關于圖2(b)的保護帶160，為了更為可靠地防止正負各芯體的短路，也按照與極板的寬度方向相比，使尺寸略大地伸出的方式設定。
這里，在保護帶150、160的垂片配設側端部上設有未配設糊材的帶子露出部152、153、162、163。它們是為了在萬一保護帶150、160的貼附位置從給定位置向外側伸出(例如圖2(b)中的A所示的區(qū)域)的情況下，防止該保護帶150、160的糊材在電極體20的內部與其他的構件接觸的情況而設置的。特別是153、163是為了防止該部分向外部伸出而咬入外包裝體10的頂密封部102，在熱熔接時因糊材熔融而導致密封性降低的情況。
另外，在垂片11、12中，與成為層壓外包裝體10的頂密封部102的區(qū)域對應地，分別覆蓋有垂片樹脂(也稱作「熱熔接性薄膜」或「集電端子薄膜」。)103、104。該垂片樹脂103、104可以將原來寬1cm左右的帶狀薄膜連接為環(huán)狀，將其從側面壓扁為矩形，插穿垂片11、12而配設。垂片樹脂103、104理想的情況是被與所述保護帶150、160的端部接近地設置。
而且，在電極體20的上下方向端部，為了形態(tài)維持等目的，也可以再另外設置保護帶。
另外，圖1所示的構成中，為了提高識認性及防止極性誤認，而改變了垂片11、12的寬度(垂片11寬3mm，垂片12寬5mm)，但是當然也可以用相同的寬度制作。
該電極體20中，作為非水電解液浸漬有凝膠狀的聚合物電解質。
作為該聚合物電解質，可以使用例如將聚乙二醇二丙烯酸酯和EC/DEC混合物(質量比為30∶70)以1∶10的比例混合，在其中添加LiPF6，并使之達到1mol/l，加熱聚合、凝膠化的材料。
層壓外包裝體10作為一個例子，由聚丙烯/鋁/尼龍的3層構造的層壓薄膜(厚度約為100μm)構成，被制成使用了它的3向密封性構造(杯式層壓)。
作為層壓外包裝體的密封方法，可以舉出以下的例子。
即，如密封工序的示意圖(圖3)所示，首先，將層壓薄膜材料200切為帶狀體，并且形成凸部201。
此后，將被卷繞后被固定(S1)的電極體20放置在層壓薄膜材料200上，在按照收納電極體20的方式使之對齊所述凸部201的同時，從該薄膜材料200的長邊方向的中央202對折(S2)。
然后，對200的寬度方向兩個端部A進行熱壓接處理，形成密封部10a、10b，并且最終按照將垂片11、12橫切的方式，將層壓外包裝體10的周緣熱壓接，形成密封部102。
此時，電極體20是在將垂片11、12的頭端向外部延伸出大約1.6cm的長度的狀態(tài)下被收納在層壓外包裝體10中。
而且，除了該密封方法以外，還可以舉出以下的方法，即，在先制作了杯式層壓的外包裝體10后，將電極體20收納、熱壓接，而形成頂密封部102。
通過夾隔設置了此種垂片樹脂103、104的垂片11、12，按照橫切垂片樹脂103、104的部分的方式將層壓外包裝體10進行熱壓接處理，形成頂密封部102。利用該熱壓接處理，垂片樹脂103、104和垂片11、12的兩面，與之對應地，對與之相面對的層壓外包裝體10內面的雙方，呈現(xiàn)熱熔接性，起到維持密封部102的密封性的作用。
在這里，本發(fā)明的層壓電池1中，其特征在于，所述垂片樹脂103、104、防松脫帶105及保護帶150、160分別由與以往材料的拉伸聚丙烯(OPP)相比耐熱性更為優(yōu)良的未拉伸帶子構成，具體來說是由未拉伸聚丙烯(CPP)等未拉伸聚烯烴材料構成的。
層壓電池1中，通過使用此種材料，即使在制造時，在將層壓外包裝體10熱壓接時，熱量波及所述防松脫帶105及保護帶150、160，也可以避免該材料發(fā)生熱收縮等變質的情況，從而可以使電池性能保持良好。
下面，將對該效果的詳細情況進行說明。
1-2.實施方式1的效果本實施方式1的層壓電池1中，用具有耐熱性的未拉伸聚烯烴材料構成該電池內所使用的帶子材料，具體來說，構成所述垂片樹脂103、104、防松脫帶105及保護帶150、160，與在該帶子材料中使用了拉伸聚丙烯等的以往構成相比，耐熱性被大幅度地提高。
此種未拉伸聚烯烴材料的耐熱性如下表現(xiàn)，即，即使在高溫時，也難以熱收縮。其結果是，在一定程度以上的熱波及該電池1的條件下，例如即使在制造時的層壓熱壓接工序中，或驅動時產生某種故障而使電池溫度異常上升的情況下，由于可以抑制所述帶子材料的不必要的收縮，因此就可以防止被該帶子材料覆蓋的電池的構成元件的露出，從而發(fā)揮穩(wěn)定的電池性能。這里如果使用所述CPP，則直至120℃左右都可以發(fā)揮耐熱性。
例如，如果用未拉伸聚烯烴材料構成保護帶150、160，則由于可以防止該保護帶150、160所覆蓋的垂片11、12的表面在電極體20中因所述帶子的熱收縮而被露出的情況，因此就可以有效地防止該垂片11、12與和其相面對的隔膜21、正極22、負極23等接觸而引起短路的情況，另外，通過保護垂片11、12的邊緣，還可以維持防止隔膜21受到破損的效果。
另外，在該熱處理中，雖然與密封部接近的垂片周圍容易被暴露在比較高的溫度下，但是通過用未拉伸聚烯烴材料構成垂片樹脂103、104，就可以進行該樹脂向頂密封部102中的良好的填充，可以期待可靠的密封。這樣，就不會損害頂密封部102的密封可靠性，而實現(xiàn)良好的電池性能。而且，為了使垂片樹脂103、104在頂密封部102中可以良好地熔融，最好選擇未拉伸聚烯烴材料。
這里，作為未拉伸聚烯烴材料，除了聚丙烯、改性聚丙烯以外，還可以列舉出聚乙烯、改性聚乙烯、聚甲基戊烯或它們的共聚體等。
另外，如果用未拉伸聚烯烴材料構成防松脫帶105，則由于即使在高溫時也可以避免電極體20表面的熱收縮，維持良好的防松脫效果，因此就可以防止在層壓電池1內部電極體20的固定被解開，該卷繞構造被破壞的情況。
而且，所述未拉伸聚烯烴材料不需要用于所述垂片樹脂103、104、防松脫帶105及保護帶150、160的全部中，即使用于其中的任意一方，也可以期望相應的效果。但是，在電池溫度異常上升時，由于一般來說電池整體容易陷于過熱狀態(tài)，因此當考慮熱收縮的可能時，還是最好用未拉伸聚烯烴材料構成它們。
這里，實際制作本發(fā)明的層壓電池，對進行了其性能比較實驗的結果進行說明。
<實施例及比較例的制作>
(實施例1)作為正極活性物質，使用了將以LiMn2O4為代表的尖晶石型錳酸鋰及以LiCoO2為代表的鈷酸鋰以一定比率混合的材料。
而且，雖然在本實施例中沒有表示，但是作為用于正極中的活性物質，也可以同樣地利用在錳酸鋰或鈷酸鋰中添加了異種元素的材料。
在向該混合正極活性物質中，又分別混合了給定量的碳導電劑、石墨后，與氟樹脂類粘結劑以一定的比例混合，形成了正極合劑。將其涂布在作為電極芯體的鋁箔的兩面，干燥后，壓延而制作了正極板。
另一方面，將負極碳材料和氟樹脂類粘結劑以一定的比例混合，涂布在作為電極芯體的銅箔的兩面，干燥后，壓延而制作了負極板。
另外，以如下的順序制作了聚合物電解質。即，通過將碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)以達到體積比30∶70的比例混合，另外作為電解質鹽將六氟磷酸鋰(LiPF6)以達到1.0mol/L的比例溶解，制作了非水電解液。
然后，向所述非水電解質15質量份中，混合聚丙二醇二丙烯酸酯(化學式1)或聚丙二醇二甲基丙烯酸酯(化學式2)等聚合化合物1質量份。其后，添加混合碳酸亞乙烯酯，繼而作為聚合引發(fā)劑添加5000ppm的叔丁基過氧化新戊酸酯，形成了聚合物電解質前驅體。
CH2＝CHCO-O-(CH(CH3)CH2-O)-COCH＝CH2[化學式2]CH2＝C(CH3)CO-O-(CH(CH3)-CH2-O)n-COC(CH3)＝CH2(其中n為3以上的整數)而且，作為聚合物電解質，除了LiPF6以外，可以使用LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2，以及將它們的任意一種以上混合使用。
然后，在所述制作的正極板及負極板上安裝垂片。此時，在該垂片和極板區(qū)域上，作為未拉伸聚烯烴材料的一個例子，貼附了由未拉伸聚丙烯(CPP)材料制成的保護帶。
此后，將正極板及負極板夾隔由聚乙烯制多孔膜制成的隔膜卷繞成螺旋狀，其后壓為扁平，形成了電極體。
將該電極體收納在預先加工為信封狀的層壓外包裝體中，并且在外包裝體內部注入了所述聚合物電解質前驅體。
此后，將垂片突出的該外包裝體的頂密封部熱熔接，將外包裝體內部密封。然后，通過在60℃烘箱中靜置3小時而使聚合物硬化。
其后，經過排氣及充電工序進行最終密封，完成了實施例電池的制作。
比較例電池中，除了將所述保護帶用以往的延伸聚丙烯(OPP)構成以外，與實施例電池相同地制作。
<測定實驗>
將實施例電池及比較例電池分別放入加熱槽，進行了從室溫加熱至180℃的實驗。在該溫度處理中，確認了電池的內部短路的有無。
其結果是，雖然實施例電池直至最終都未發(fā)生短路，但是比較例電池在169℃下發(fā)生了短路。
從該結果中可以確認，實施例電池中，即使在如上所述的比較嚴酷的高溫條件下，也可以抑制保護帶的熱收縮，可以期待穩(wěn)定的電池性能。此種性能特別是在層壓電池中，意味著即使在利用層壓的熱壓接工序的密封時，也可以不損害其密封效果，制作良好的電池。
<其他的事項>
本發(fā)明的除去保護帶以外的層壓電池的整體構成當然并不限定于所述實施方式及實施例，可以使用其他的種類的材料構成。例如在實施例中，雖然列舉了正極活性物質的具體的材料，但是除此以外，也可以使用鈷酸鋰或錳酸鋰。另外，在電解液中，除了凝膠狀以外，也可以使用液狀的材料。
所述電池中，雖然表示了使用由聚丙烯/鋁/聚丙烯的三層構造形成的層壓外包裝體的例子，但是當將本發(fā)明的CPP帶用于垂片樹脂時，為了通過使用與所述層壓外包裝體相同的材料而良好地熱壓接，最好使用未拉伸聚丙烯材料。
由于相同的理由，在位于所述層壓外包裝體的內表面的薄膜層由聚丙烯以外的聚烯烴，例如聚乙烯構成的情況下，當在所述CPP帶材料中使用對由與之相同的組成構成的聚乙烯的未拉伸薄膜進行了加工的帶子時，可以期待更為有效的熱壓接。
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的電池除了例如用于小型電子機器的電源等的鋰聚合物電池等層壓電池以外，還可以用于具有金屬外包裝罐的各種電池。
權利要求
1.一種電池，是在外包裝體中收納有將正極板及負極板以及隔膜重疊而成的電極體，并將該外包裝體進行了內部密封的電池，其特征是，在該電池的內部，使用未拉伸聚烯烴材料。
2.根據權利要求1所述的電池，其特征是，所述電池為層壓電池，所述電極體的正負各極板上分別連接有垂片，在該各垂片向層壓外包裝體的外部露出的狀態(tài)下，層壓外包裝體周緣被密封，具備與垂片及與之連接的極板區(qū)域對應地被覆蓋的保護帶、和被按照覆蓋所述密封部分的垂片的方式配置的垂片樹脂，所述保護帶及垂片樹脂的至少任意一方由未拉伸聚烯烴材料構成。
3.根據權利要求1或2所述的電池，其特征是，所述電極體是將帶狀的正極板及負極板夾隔隔膜卷繞，將其用防松脫帶固定而成的卷繞體，所述防松脫帶由未拉伸聚烯烴材料構成。
4.根據權利要求2或3所述的電池，其特征是，在所述保護帶及所述防松脫帶的至少任意一方由所述未拉伸聚烯烴材料構成的情況下，在該保護帶或防松脫帶的與所述極板區(qū)域相面對的面上，在避開與所述密封部分接近的區(qū)域的同時，涂布糊材。
5.根據權利要求2至4中任意一項所述的電池，其特征是，在所述垂片樹脂由未拉伸聚烯烴材料構成的情況下，將未拉伸聚烯烴材料用與和其相面對的層壓外包裝體的表面相同的組成構成。
6.根據權利要求2至5中任意一項所述的電池，其特征是，所述層壓電池為鋰聚合物電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池，用具有耐熱性的未拉伸聚烯烴材料構成層壓電池(1)內所使用的帶子材料，具體來說，構成所述垂片樹脂(103、104)、防松脫帶(105)及保護帶(150、160)。利用本發(fā)明，可以提供通過賦予耐熱性而能夠發(fā)揮良好的電池性能的層壓電池等電池。
文檔編號H01M10/40GK1744346SQ20051009143
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月10日 優(yōu)先權日2004年8月31日
發(fā)明者兒玉康伸 申請人:三洋電機株式會社