專利名稱：設(shè)有多孔性封筒的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括有多孔性封筒的電池，更詳細(xì)地說，涉及將注入有高分子溶液的熱固化性高分子多孔性封筒設(shè)置在電解槽內(nèi)部的單位電池的最外殼來提高電極和分隔板的擠壓特性并由此提高電池性能的電池。其中，所述高分子溶液是在溶劑中溶解具有能夠溶解于電解液且不能透過封筒(薄膜)外部的特性的高分子而形成的。
背景技術(shù)：
眾所周知，電池內(nèi)的電極和分隔板的擠壓特性越好，就越能夠提高電池性能(Journal of Power Source 95(2001)電源95期刊(2001)，第85-96頁)，盡管如此，因?yàn)榇嬖谥圃焐系碾y度，所以不能制造到一定壓力以上。
這是因?yàn)樵诟邏毫Φ臓顟B(tài)下很難將制造成疊層狀或者螺旋狀的電池插入到電解槽中，所以施加于電極和分隔板的壓力取決于所使用的機(jī)器的特性。
特別是，上述特性在使用例如吸收玻璃纖維板之類的分隔板的鉛蓄電池的情況下更明顯，具體地說，因?yàn)榉指舭寰哂须S著吸收玻璃纖維板吸收電解液而體積變小的特性，所以即使以高的壓力對電極和分隔板擠壓，在注入電解液之后，因?yàn)榉指舭宓捏w積的減小，兩者間的壓力也會降低，由此會使電池性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是以通過適當(dāng)?shù)膲毫D壓電極和分隔板來提高電池性能為目的而開發(fā)出來的，為此，在制造成疊層狀或螺旋狀的由電極和分隔板構(gòu)成的單位電池的最外殼的一個(gè)面或者全部面上設(shè)置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是在溶劑中溶解具有不能透過由熱固化性高分子組成的多孔性封筒的分子量的高分子而形成的。結(jié)果知道在將單位電池插入在電解槽后注入電解液時(shí)，由于存在于多孔性封筒內(nèi)部的分子，形成滲透壓，所以可以按照下述方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，為了使所形成的滲透壓達(dá)到最小，電解液會發(fā)生移動，在一定的壓力范圍內(nèi)使多孔性封筒的體積增大，由此以適當(dāng)?shù)膲毫D壓電極和分隔板，由此完成了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種電池，通過使電極和分隔板以適當(dāng)?shù)膲毫D壓，由此提高電池性能。
為達(dá)到上述目的的本發(fā)明的電池，在電解槽內(nèi)部包括由正極、分隔板和負(fù)極構(gòu)成的至少一個(gè)單位電池以及電解液，在單位電池的最外殼的一個(gè)面或者全部面上設(shè)置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是將具有不能透過由熱固化性高分子組成的多孔性封筒的分子量的高分子溶解在溶劑中而形成的。


圖1為包括在本發(fā)明電池中的多孔性封筒的作用機(jī)理的示意圖；圖2為包括本發(fā)明的多孔性封筒的鉛蓄電池結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的示意圖；圖3為包括本發(fā)明的多孔性封筒的鉛蓄電池(改進(jìn)后)和普通鉛蓄電池(改進(jìn)前)的壽命性能比較圖。
具體實(shí)施例方式
下面，對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
在本發(fā)明的電池中，在單位電池的最外殼的一個(gè)面上或者全部面上設(shè)置有高分子多孔性封筒，其中，在高分子多孔性封筒的內(nèi)部注入有可溶解于電解液且具有不能透過多孔性封筒外的分子量的高分子。
參照圖1對多孔性封筒暴露于電解液時(shí)發(fā)生的作用機(jī)理進(jìn)行說明。
包含在多孔性封筒(薄膜)內(nèi)部的高分子具有被電解液溶解的特性。在電解液注入之前，由電極和分隔板構(gòu)成的單位電池因體積非常小，所以將其制造成疊層狀或螺旋狀后插入電解槽的過程容易，但是，在注入電解液時(shí)，由于存在于多孔性封筒內(nèi)部的分子，形成滲透壓，所以可以按照下述方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。即，為了使所形成的滲透壓達(dá)到最小，電解液會發(fā)生移動，在一定的壓力范圍內(nèi)使多孔性封筒的體積增大，由此以適當(dāng)?shù)膲毫D壓電極和分隔板。如果以適當(dāng)?shù)膲毫D壓電極和分隔板，則最終能夠提高電池性能。
對于本發(fā)明中包含在多孔性封筒內(nèi)部的高分子沒有特別的限制，任何的高分子，只要是可以溶解在各種電池所使用的各種電解液中、且具有不透過高分子多孔性封筒外部程度的分子量的高分子都可以。在這里，電解液可以是例如硫酸水溶液等的水溶液，可以是如鋰電池中所使用的如乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯等的有機(jī)液體，很顯然，根據(jù)電解液的不同，可以使用不同的高分子材料。
另一方面，多孔性封筒可以由與電解液的相溶性好的熱固化性高分子制造的薄膜。多孔性封筒同樣可以根據(jù)各種電池所使用的電解液的不同而不同，并不是特別限定的。
通過將具有上述特性的高分子溶解在溶劑中后得到的高分子溶液注入并密封在由熱固化性高分子制造的薄膜制的封筒中，來制造多孔性封筒。
多孔性封筒可以使用在市場中以透析等為目的銷售的，例如可以使用Fisher Science No.08-670-262(Vendor No131240)熱固化性薄膜的一種，在不想使用市場上銷售的產(chǎn)品而想制造新薄膜的情況下，可以將與想要制造的高分子相適合的種類的單體、并且在為了通過與單體進(jìn)行反應(yīng)制造熱固化性分子而進(jìn)行加成聚合反應(yīng)的情況下將包括有至少兩個(gè)雙鍵的固化劑用單體、在縮聚反應(yīng)的情況下將包括有至少三個(gè)官能團(tuán)的固化劑用單體適當(dāng)?shù)鼗旌隙圃?，以獲得想要的多孔度。
其中，作為注入多孔性封筒內(nèi)的高分子溶液制造的溶劑，可以是可溶解于電解液且可溶解具有不透過由熱固化性高分子組成的多孔性封筒程度的分子量的高分子的溶劑，或者是與電解液相同的溶劑，但是優(yōu)選的是與電解液相同的溶劑。
這樣制造出的多孔性封筒在注入電解液時(shí)，由于存在于其內(nèi)部的分子，形成滲透壓，所以為了使所形成的滲透壓達(dá)到最小，電解液會發(fā)生移動，在一定的壓力范圍內(nèi)使其體積增大。通過這種方法膨脹增加的封筒的體積使存在于限定空間的電極和分隔板所能夠存在的空間變小，使電極和分隔板緊密接觸，由此提高電池的性能。
圖2表示的是將上述的多孔性封筒使用于鉛蓄電池的一個(gè)例子，雖然圖2表示的是疊層狀鉛蓄電池，但是很顯然，螺旋狀的情況下也同樣可以使用。在該圖中，在按照正極13/分離板12/負(fù)極11/分離板12/正極13/分離板12/負(fù)極11的順序疊層的單位電池的最外殼的全部面上各設(shè)置一個(gè)以透析為目的制造的交聯(lián)的纖維素薄膜的多孔性封筒100。以疊層狀鉛蓄電池為例說明將多孔性封筒設(shè)置在電解槽內(nèi)部的方法。在制造單位電池時(shí)，現(xiàn)有的鉛蓄電池采取先將幾片部件按照正極/分離板/負(fù)極/分離板等順序水平疊層，然后將它們垂直放置，以使上端的接線片向下配置。然后，將該單位電池放置在按照該形態(tài)制造的模具和有熔融鉛的裝置中，以使上端接線片與電極結(jié)合體14和電極柱15連接，之后對其進(jìn)行冷卻，由此制造疊層狀鉛蓄電池。在設(shè)置本發(fā)明的多孔性封筒的情況下，可以在上述疊層工序開始之前或者最后設(shè)置多孔性封筒，然后可以以相同的方式進(jìn)行接下來的工序，由此可以完成將多孔性封筒設(shè)置在電解槽內(nèi)部的工序。
其中，纖維素薄膜是按照形成分子量具有8,000以上的具有不透過特性的物質(zhì)的方式制造的，其與作為鉛蓄電池的電解液所使用的硫酸水溶液具有相溶性。在多孔性封筒100注入具有溶解于作為鉛蓄電池的電解液所使用的硫酸水溶液、并且具有分子量為100,000以上且不能透過纖維素薄膜外部的特性的作為水溶性高分子的聚丙烯酰胺時(shí)，其分子量為100,000以上的聚丙烯酰胺被硫酸水溶液溶解而獲得的聚丙烯酰胺溶液就是被注入纖維素薄膜制的多孔性封筒的物質(zhì)。在纖維素薄膜中按照保持想要獲得的滲透壓的方式注入適量的聚丙烯酰胺溶液后，可以通過熱粘結(jié)薄膜的兩側(cè)。其中，想要獲得的滲透壓假設(shè)為10kPa，則在假設(shè)纖維素薄膜的體積為3,000mm3、溫度為27C、高分子的數(shù)均分子量為100,000的情況下，通過滲透壓的公式(HV＝nRT)，可放入2.4g以50％溶解的聚丙烯酰胺溶液。
上述的多孔性封筒和高分子的使用并不僅限于鉛蓄電池，可以適用于像鉛蓄電池那樣將水溶液作為電解液來使用的大部分的電池，顯現(xiàn)的效果也相同或類似。
這樣制造出的鉛蓄電池通過多孔性封筒所獲得的滲透壓，使電極和分隔板的擠壓特性改善，由此可以提高高效率充/放電的特性和壽命特性。
為了確認(rèn)該效果，對于未設(shè)有多孔性封筒的普通鉛蓄電池和設(shè)置有上述多孔性封筒的如圖2所示的鉛蓄電池，進(jìn)行了壽命性能的比較，其結(jié)果以圖表的方式表示在圖3中。具體地說，在圖中按照放電次數(shù)表示有，采用按照符合制造出的電池設(shè)計(jì)容量可放電5個(gè)小時(shí)來設(shè)定的電流放電至單位電池的電壓達(dá)到1.75V的瞬間的容量(安培和時(shí)間的乘積)，從圖3的結(jié)果可知，采用本發(fā)明方法的電池與現(xiàn)有的電池相比，其隨放電次數(shù)的增加，容量降低得更少。這表示采用本發(fā)明的電池比現(xiàn)有的電池可提高壽命性能，電池的使用期限可變長。
另外，這樣設(shè)置多孔性封筒的電池，可以解決隨著鉛蓄電池的使用期限變長而發(fā)生的電解液枯竭的問題。具體地說，在鉛蓄電池的情況下，正極基板隨著時(shí)間的流逝發(fā)生腐蝕，使正極基板Pb變?yōu)镻bO2，由此正極基板膨脹，在正極基板膨脹時(shí)，會擠壓設(shè)置在單位電池的最外殼的多孔性封筒，這樣會形成反向滲透壓，在該反向滲透壓增加時(shí)，使在多孔性封筒內(nèi)部因滲透現(xiàn)象包含的電解液排出，所以即使長時(shí)間使用也可避免電池的電解液枯竭的問題。另外，因正極基板的腐蝕發(fā)生的電解槽的膨脹現(xiàn)象也可通過多孔性封筒的吸收進(jìn)行抑制。
下面具體說明將本發(fā)明采用以有機(jī)液體為電解液的、具體地說以乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯為電解液使用的代表性的鋰電池的情況。
電池的結(jié)構(gòu)并不特別限定，在以正極/分離板/負(fù)極/分離板/正極/分離板/負(fù)極的順序疊層的單位電池的最外殼的一個(gè)面或者全部面上各設(shè)置一個(gè)交聯(lián)密度設(shè)定得不讓分子量為5,000以上的高分子移動的聚偏二氟乙烯薄膜。聚偏二氟乙烯薄膜與作為電解液使用的乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯具有相溶性的熱固化性高分子。在該聚偏二氟乙烯制的封筒內(nèi)部注入分子量為100,000以上的聚偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物溶液，該電池的制造與上述鉛蓄電池的多孔性封筒的制造沒有特別的不同。聚偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物可溶解于作為鋰電池的電解液使用的乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯，在制造該溶液時(shí)，可使用上述電解液作為溶劑。
在對通過上述過程制造的單位電池進(jìn)行疊層后注入電解液時(shí)，為了降低聚偏二氟乙烯封筒的高滲透壓，電解液朝向聚偏二氟乙烯封筒移動，其結(jié)果會使電池內(nèi)部的電極和分隔板以非常大的壓力被擠壓。這樣制造的鋰電池與現(xiàn)有的電池相比，可提高高效率充/放電的特性和壽命特性。
上述的聚偏二氟乙烯多孔性封筒、還有聚偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物等同樣適用于像鋰電池那樣以有機(jī)液體為電解液來使用的其它電池，其效果也沒有什么不同。
雖然作為具體例子對鉛蓄電池和鋰電池進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明的實(shí)際的技術(shù)構(gòu)思的適用范圍可包括，例如包括鎳/鎘電池、鎳/氫電池的二次電池，和包括堿電池、錳電池、氧化銀電池、鎂電池、鋅/空氣電池的一次電池等，另外，很顯然，由此帶來的效果也屬于相同的范疇。
如上所述，使用下述結(jié)構(gòu)的電池，即，在單位電池的最外殼的一個(gè)面或者全部面上設(shè)置有注入有高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是在溶劑中對可溶解于電解液且具有不能透過高分子多孔性封筒外部的分子量的高分子進(jìn)行溶解而形成的，由于注入電解液后可增大多孔性封筒的滲透壓，由此電解液可吸入到多孔性封筒的內(nèi)部，使多孔性封筒膨脹，使電極和分隔板的擠壓特性提高，最終可提高電池的高效率充/放電特性和壽命特性，進(jìn)一步可抑制因長時(shí)間使用鉛蓄電池引起的電解液的枯竭現(xiàn)象和因正極基板的腐蝕引起的電解槽的膨脹現(xiàn)象等。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)有多孔性封筒的電池，在電解槽內(nèi)部包括由正極、分隔板和負(fù)極構(gòu)成的至少一個(gè)單位電池以及電解液，其特征在于，在所述單位電池的最外殼的一個(gè)面或者全部面上設(shè)置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是在溶劑中溶解具有不能透過由熱固化性高分子組成的所述多孔性封筒的分子量的高分子而形成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有多孔性封筒的電池，其特征在于，所述電解液為水溶液或者有機(jī)液體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有多孔性封筒的電池，其特征在于，所述溶劑為可溶解具有不能透過由熱固化性高分子組成的所述多孔性封筒的分子量且可溶解于所述電解液的高分子的溶劑，或者，所述溶劑為與所述電解液相同的物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有多孔性封筒的電池，其特征在于，所述多孔性封筒由與所述電解液具有相溶性的高分子薄膜構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)有多孔性封筒的電池，其特征在于，所述電池選自包括鋰電池、鎳/鎘電池、鎳/氫電池、鉛蓄電池的二次電池，和包括堿電池、錳電池、氧化銀電池、鎂電池、鋅/空氣電池的全部的一次電池。
全文摘要
本發(fā)明提供設(shè)有多孔性封筒的電池，在電解槽內(nèi)部包括由正極、分隔板和負(fù)極構(gòu)成的至少一個(gè)單位電池以及電解液，在單位電池的最外殼的一個(gè)面或者全部面上設(shè)置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是將分子量達(dá)到不能透過由熱固化性高分子組成的多孔性封筒的程度的高分子溶解在溶劑中而形成的。在將這種電池放入到電解液時(shí)，可增大多孔性封筒的滲透壓，由此電解液可吸入到多孔性封筒的內(nèi)部，使多孔性封筒膨脹，使電極和分隔板的擠壓特性提高，最終可提高電池的高效率充/放電特性和壽命特性，進(jìn)一步可抑制因長時(shí)間使用鉛蓄電池引起的電解液的枯竭現(xiàn)象和因正極基板的腐蝕引起的電解槽的膨脹現(xiàn)象等。
文檔編號H01M10/00GK1848480SQ20061006581
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者韓昌權(quán) 申請人:韓國輪胎株式會社