專利名稱：蓄電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠有效用于蓄電裝置的技術。
背景技術：
作為搭載在電動車及混合動力車輛上的蓄電裝置，存在鋰離子 二次電池及鋰離子電容器等(例如，參照專利文獻l)。在鋰離子二 次電池的正極中，作為正極活性物質而含有鈷酸鋰等。在鋰離子二次 電池的負極中，作為負極活性物質而含有石墨等。另外，在鋰離子電 容器的正極中，作為正極活性物質而含有活性碳。在鋰離子電容器的 負極中，作為負極活性物質而含有PAS等。在使上述蓄電裝置進行 充放電時，鋰離子在對置的電極間進行移動。
專利文獻l:特開2006 — 286919號公報

發(fā)明內容
但是，在蓄電裝置的電極之間夾持有隔板。該隔板浸漬在作為 鋰離子的移動路徑的電解液中。因此，在進行充放電時，鋰離子在與 隔板接觸的電極表面之間進行移動。但是，根據(jù)充放電電流的大小， 有時會出現(xiàn)鋰離子到達電極端面的情況。
在這里，如專利文獻1所示，蓄電裝置的電極端面露出金屬制 的集電體。因此，在鋰離子到達電極端面的情況下，鋰離子吸附在電 極端面的集電體上。此時，由于集電體不吸收鋰離子，因此金屬鋰有 可能從集電體的露出表面析出。該金屬鋰的析出成為導致電極間短路 而使蓄電裝置的安全性降低的主要原因。特別在謀求高輸出化的鋰離 子電容器等中，防止鋰離子到達電極端面尤為重要。
本發(fā)明的目的在于提高蓄電裝置的安全性。
本發(fā)明的蓄電裝置具有正極；負極，其具有比正極表面大的負極表面；以及隔板，其配置在相對的所述正極和所述負極之間，所 述正極中含有的正極活性物質可以使離子可逆地進行嵌入及脫嵌，所 述負極中含有的負極活性物質可以使離子可逆地進行嵌入及脫嵌，通 過將所述正極配置為不相對于所述負極向外探出，在所述隔板上形 成離子通過部，其與所述正極表面和所述負極表面接觸，容許離子 在所述表面之間的移動；以及離子限制部，其位于所述離子通過部的 外周部，限制離子從所述正極表面向負極端面的移動。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述正極外緣和所述負極外緣
相距大于或等于2mm而小于或等于15mm。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述隔板形成為比所述正極表 面大、且比所述負極表面小，所述隔板外緣配置在所述正極外緣的外 側、所述負極外緣的內側。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述隔板形成為袋狀，所述正 極收容在所述隔板內。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述隔板形成為比所述負極表 面大。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，在所述隔板的外周部，在不超 出所述離子限制部的范圍內進行填隙加工。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述填隙加工的方法為涂敷樹 脂材料。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，在所述隔板由熱塑性材料構成 時，所述填隙加工的方法為熱處理。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，具有離子供給源，其與所述正 極和所述負極中的至少任意一個連接，向所述正極和所述負極中的至 少任意一個嵌入離子。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，在所述正極和所述負極的集電 體上形成通孔。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，在使所述正極和所述負極短路 時的正極電位小于或等于2.0V (相對于Li/Li+)。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述負極中含有的負極活性物質與所述正極中含有的正極活性物質相比，負極活性物質的每單位重 量的靜電容量大于或等于正極活性物質的3倍，并且正極活性物質重 量比負極活性物質重量大。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述正極活性物質是活性碳、 含鋰的過渡金屬氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、導電性 高分子、或多并苯類物質。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述負極活性物質是包含石墨、 難石墨化碳、多并苯類物質在內的各種碳材料、錫的氧化物、或硅的 氧化物。
發(fā)明的效果
在本發(fā)明中，在隔板上形成離子通過部，其與正極表面和負極 表面接觸，容許離子在表面之間的移動。并且，在隔板上形成離子限 制部，其位于離子通過部的外側，限制離子從正極表面向負極端面的 移動。由此，可以限制離子從正極表面向負極端面的移動，可以防止 在負極端面析出金屬。因此，可以提高蓄電裝置的安全性。


圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的蓄電裝置的斜視圖。
圖2是沿圖1的A — A線概略地表示蓄電裝置的內部構造的剖 面圖。
圖3是局部示出蓄電裝置的內部構造的剖面圖。 圖4是表示構成蓄電裝置的正極、負極及隔板的分解斜視圖。 圖5是表示在隔板上形成的離子通過部和離子限制部的說明圖。 圖6是局部示出本發(fā)明的其他實施方式的蓄電裝置的內部構造 的剖面圖。
圖7是表示構成本發(fā)明的其他實施方式的蓄電裝置的正極、負 極及隔板的分解斜視圖。
圖8是局部示出本發(fā)明的其他實施方式的蓄電裝置的內部構造 的剖面圖。圖9是局部示出本發(fā)明的其他實施方式的蓄電裝置的內部構造 的剖面圖。
圖IO是表示構成本發(fā)明的其他實施方式的蓄電裝置的正極、負 極及隔板的分解斜視圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的蓄電裝置IO的斜視圖。圖 2是沿圖1的A — A線概略地表示蓄電裝置IO的內部構造的剖面圖。 如圖1及圖2所示，蓄電裝置IO所具有的層壓薄膜11構成封裝容器。 在層壓薄膜11內收容電極層疊單元12。該電極層疊單元12由交替 層疊的正極13和負極14構成。在正極13和負極14之間設置隔板 15。另外，在電極層疊單元12的最外部，鋰電極16與負極14相對 地配置。在負極14和鋰電極16之間設置隔板15。由上述電極層疊 單元12和鋰電極16構成三極層疊單元17。此外，在層壓薄膜11內 注入電解液，將隔板15浸透。該電解液由含鋰鹽的非質子性有機溶 劑構成。
圖3是局部示出蓄電裝置10的內部構造的剖面圖。如圖3所示， 正極13具有設有大量通孔20a的正極集電體(集電體)20。另外， 正極13具有涂敷在正極集電體20上的正極復合層21。另一方面， 負極14具有設有大量通孔22a的負極集電體(集電體)22。另外， 負極14具有涂敷在負極集電體22上的負極復合層23。此外，形成 在正極端面13a及負極端面14a上露出正極集電體20及負極集電體 22的狀態(tài)。這是由于，在制造電極時，在長條狀的集電體材料上涂 敷復合層之后，將該集電體材料切斷為規(guī)定形狀。
多個正極集電體20相互連接，同時，與正極端子24連接。多 個負極集電體22相互連接，同時，與負極端子25連接。正極端子 24和負極端子25成為從層壓薄膜11向外部突出的狀態(tài)。另外，鋰 電極16具有與負極集電體22連接的鋰電極集電體26。鋰電極16具 有壓接在鋰電極集電體26上的鋰離子供給源27。該鋰離子供給源27 作為向負極14及正極13供給離子的離子供給源起作用。此外，作為鋰離子供給源27，使用將金屬鋰較薄地延展后形成的金屬鋰箔。
在正極13的正極復合層21中，作為正極活性物質而含有活性
碳。該活性碳可以使鋰離子及陰離子可逆地進行摻雜 脫附。另外，
在負極14的負極復合層23中，作為負極活性物質而含有多并苯類有 機半導體(PAS)。該PAS可以使鋰離子可逆地進行摻雜 脫附。 并且，負極14與鋰電極16電氣連接。由此，伴隨電解液的注入，從 鋰電極16向負極14摻雜鋰離子。由此，可以使負極電位降低，可以 增大蓄電裝置10的電池電壓。因此，可以提高蓄電裝置10的能量密 度。
另外，經(jīng)由正極集電體20及負極集電體22的通孔20a、 22a， 可以使鋰離子在垂直于集電體20、 22的方向上移動。由此，可以向 所有負極14順利地摻雜鋰離子。此外，在本發(fā)明中，摻雜(嵌入) 是指吸收、承載、吸附、插入等。g卩，嵌入是指鋰離子等進入正極活 性物質及負極活性物質的狀態(tài)。另外，脫附(脫嵌)是指放出、脫離 等。S卩，脫嵌是指鋰離子等離開正極活性物質及負極活性物質的狀態(tài)。
另外，從實現(xiàn)蓄電裝置10的高容量化的角度出發(fā)，將負極14 中的鋰離子的嵌入量設定為，使正極13和負極14之間短路后的正極 電位小于或等于2.0V (相對于Li/Li+)。這樣，通過設定鋰離子的嵌 入量，可以利用正極電位小于或等于3V的區(qū)域。S卩，在現(xiàn)有的雙電 荷層電容器放電時，如果正極電位下降至約3V，則負極電位會上升 至約3V。因此，現(xiàn)有的雙電荷層電容器的放電會在正極電位下降至 約3V的時刻結束。與此相對，在蓄電裝置10中，通過調整負極14 中的鋰離子的嵌入量，可以使放電持續(xù)至正極電位小于或等于2V的 區(qū)域。這樣，可以利用正極電位小于或等于3V的區(qū)域，可以實現(xiàn)蓄 電裝置10的高容量化。此外，在正極電位高于3V的區(qū)域中，電位 隨著陰離子相對于對正極13的嵌入 脫嵌而變化。另外，在正極電 位小于或等于3V的區(qū)域中，電位隨著鋰離子相對于正極13的嵌 入 脫嵌而變化。
另外，從實現(xiàn)蓄電裝置IO的高容量化的角度出發(fā)，將負極活性 物質的每單位重量的靜電容量設定為大于或等于正極活性物質的每單位重量的靜電容量的3倍。這樣，因為將負極活性物質的每單位重 量的靜電容量設定為比正極活性物質大，所以可以抑制在充放電時的 負極電位的變化量，因此可以使正極13的電位變化量增大。并且，
由于在蓄電裝置10中，負極活性物質的每單位重量的靜電容量較大，
因此增加正極活性物質的填充量，另一方面減少負極活性物質的填充 量，使正極活性物質重量大于負極活性物質重量。由此，可以在抑制
蓄電裝置10的大型化的同時使蓄電裝置10的靜電容量及電池容量增 加。
如上述所示，蓄電裝置10中作為正極活性物質而具有活性碳， 作為負極活性物質而具有PAS。由于該PAS的電阻高于活性碳，因 此嵌入的容許速度低于活性碳，從而根據(jù)充電時的電流值，有可能導 致向負極14的PAS中嵌入的速度超過容許值。上述超過容許速度的 鋰離子的急速嵌入，是導致無法嵌入負極復合層23中的鋰離子從正 極表面13b向負極端面14a移動的主要原因。在這里，在負極端面 14a上露出負極集電體22。因此，移動至負極端面14a的鋰離子會在 金屬制的負極集電體22上進行電析。S卩，超過容許速度的鋰離子的 急速嵌入是導致從負極集電體22上析出金屬鋰的主要原因。因此， 本發(fā)明的蓄電裝置10采用了用于防止金屬鋰析出的電極構造。下面， 說明本發(fā)明的蓄電裝置IO所具有的電極構造。
圖4是表示構成蓄電裝置10的正極13、負極14及隔板15的分 解斜視圖。此外，圖4的點劃線L1示出將正極13疊放在隔板15上 時的正極外緣13c的位置。另外，圖4的雙點劃線L2示出將負極14 疊放在隔板15上時的負極外緣14c的位置。另外，在圖4中省略了 從正極13及負極14延伸出的集電體的焊接部而進行圖示。如圖4 所示，負極表面14b形成為比正極表面13b大。因此，在將正極13 和負極14疊放時，負極外緣14c位于正極外緣13c的外側。在這里， 從防止金屬鋰析出的角度出發(fā)，將正極外緣13c與負極外緣14c之間 的間隔S1、 S2設定為大于或等于2mm。另外，如果間隔S1、 S2過 大，則能量密度降低，因此從抑制蓄電裝置IO的能量密度降低的角 度出發(fā)，將正極外緣13c與負極外緣14c之間的間隔Sl、 S2設定為小于或等于15mm。另外，隔板15設定為比正極大，以不會由于熱 收縮而使蓄電裝置內部短路。
這樣，將負極表面14b形成為比正極表面13b大，使正極外緣 13c與負極外緣14c相距大于或等于2mm。由此，在隔板15上形成 離子限制部15b。并且，離子限制部15b以限制鋰離子從正極表面13b 向負極端面14a移動(離子移動)的方式而起作用。在這里，圖5 是表示在隔板15上形成的離子通過部15a和離子限制部15b的說明 圖。此外，與圖4相同地，圖5的點劃線Ll表示疊放在隔板15上 的正極外緣13c的位置。另外，與圖4相同地，圖5的雙點劃線L2 表示疊放在隔板15上的負極外緣14c的位置。
如圖5中以空白部所示，在隔板15上，在點劃線L1的內側劃 分出離子通過部15a。該離子通過部15a是與正極表面13b和負極表 面14b這兩者接觸的部位。并且，在充放電時鋰離子通過在厚度方向 上穿過離子通過部15a，從而使鋰離子在正極表面13b和負極表面14b 之間進行移動。另外，如圖5中以陰影所示，在隔板15上，在點劃 線Ll的外側設置離子限制部15b。該離子限制部15b位于離子通過 部15a的外側。另外，離子限制部15b配置在正極表面13b和負極端 面14a之間。并且，在充電時，利用離子限制部15b限制鋰離子從正 極表面13b向負極端面14a的移動。
艮口，如圖3的放大部分中以箭頭A所示，鋰離子從正極表面13b 到達負極端面14a，必須通過離子限制部15b。但是，離子限制部15b 形成為寬度大于或等于2mm。其與隔板15的厚度相比非常大。因此， 與鋰離子的厚度方向的移動路徑的阻力相比，在離子限制部15b中， 鋰離子的移動路徑的阻力大幅提高。因此，即使在蓄電裝置10以大 電流進行充電的情況下，也可以利用離子限制部15b限制鋰離子朝向 負極端面14a的移動。由此，可以防止在負極端面14a的負極集電體 22上析出金屬鋰。從而，可以提高蓄電裝置10的安全性及品質。此 外，在圖3及圖5中示出的箭頭A的"x"標記是指在該"x"標記 所在的離子限制部15b處鋰離子的移動被阻斷。
另外，在上述說明中，負極表面14b形成為比正極表面13b大，使正極外緣13c與負極外緣14c相距大于或等于2mm。這樣，利用 該結構而限制鋰離子從正極表面13b向負極端面14a的移動。但是， 并不限定于所述結構，利用其它構造也可以限制鋰離子從正極表面 13b向負極端面14a的移動。下面，說明本發(fā)明的其它實施方式。
圖6是局部示出本發(fā)明的其他實施方式的蓄電裝置30的內部構 造的剖面圖。圖7是表示構成蓄電裝置30的正極13、負極14及隔 板31的分解斜視圖。此外，針對與圖3及圖4所示的部件相同的部 件，標注相同標號而省略其說明。與圖4相同地，圖7的點劃線L1 表示疊放在隔板31上的正極外緣13c的位置。另外，與圖4相同地， 圖7的雙點劃線L2表示疊放在隔板31上的負極外緣14c的位置。 另外，在圖7中省略了從正極13及負極14延伸出的集電體的焊接部 而進行圖示。
如圖6及圖7所示，負極表面14b形成為比正極表面13b大。 因此，在將正極13和負極14疊放時，負極外緣14c位于正極外緣 13c的外側。另外，在正極13和負極14之間設置隔板31。隔板表面 31a形成為比正極表面13b大、且比負極表面14b小。即，隔板外緣 31b配置在正極外緣13c的外側、負極外緣14c的內側。此外，與所 述蓄電裝置10的隔板15相同地，在蓄電裝置30的隔板31中，由點 劃線Ll圍成的部分作為離子通過部31c起作用。
這樣，隔板外緣31b配置在正極外緣13c的外側、負極外緣14c 的內側。由此，可以使隔板外緣31b作為離子限制部起作用。S口，如 圖6的放大部分所示，成為隔板外緣31b沒有到達負極端面14a的構 造。由此，在負極端面14a的附近并不會充滿電解液。因此，如圖6 中以箭頭B所示，在正極表面13b和負極端面14a之間的鋰離子的 移動路徑被隔板外緣31b阻斷。由此，即使在蓄電裝置30以大電流 進行充電的情況下，也可以利用作為離子限制部起作用的隔板外緣 31b而限制鋰離子的移動。通過該對離子移動的限制，可以防止在負 極端面14a的負極集電體22上析出金屬鋰。從而，可以提高蓄電裝 置30的安全性及品質。此外，圖6所示箭頭B的"x"標記是指在 該"x"標記所在的隔板外緣31b處鋰離子的移動被阻斷。另外，隔板31比負極14小，但離子限制部作為隔板熱收縮時的安全余量
(margin)起作用。只要可以確保防止正極與負極內部短路所需的安 全余量，并不必須使隔板比負極大。并且，只要是可以確保安全性的 尺寸，則從防止電池密度降低的角度出發(fā)，優(yōu)選隔板盡可能小。
下面，說明本發(fā)明的其它實施方式。圖8是局部示出本發(fā)明的 其他實施方式的蓄電裝置40的內部構造的剖面圖。此外，針對與圖 6所示的部件相同的部件，標注相同標號而省略其說明。如圖8所示， 負極表面14b形成為比正極表面13b大。因此，在將正極13和負極 14疊放時，負極外緣14c位于正極外緣13c的外側。另外，在正極 13和負極14之間設置隔板41。該隔板41形成一邊開口的袋狀，在 隔板41內收容正極13。收容在隔板41中的正極13的端子部分，從 隔板41的開口部突出。此外，袋狀的隔板41是在將兩張隔板材料疊 放之后，通過將疊放的隔板材料的三個邊進行鎖邊而制作出來的。另 外，也可以將一片隔板材料對折之后，通過將對折后的隔板材料的兩 個邊進行鎖邊而制作袋狀的隔板41。另外，還可以使用預先成型為 袋狀的隔板材料來制作袋狀的隔板41 。
另外，隔板表面41a形成為比正極表面13b大、且比負極表面 14b小。即，隔板外緣41b配置在正極外緣13c的外側、負極外緣14c 的內側。此外，與所述蓄電裝置10的隔板15相同地，在蓄電裝置 40的隔板41中，與正極表面13b和負極表面14b這兩者接觸的部位 作為離子通過部41c起作用。
如上所述，隔板外緣41b配置在正極外緣13c的外側、負極外 緣14c的內側。由此，可以使隔板外緣41b作為離子限制部起作用。 即，如圖8的放大部分所示，由于成為隔板外緣41b沒有到達負極端 面14a的構造，因此在負極端面14a的附近并不會充滿電解液。因此， 如圖8中箭頭C所示，正極表面13b和負極端面14a之間的鋰離子 的移動路徑被隔板外緣41b阻斷。由此，即使在蓄電裝置40以大電 流進行充電的情況下，也可以利用作為離子限制部起作用的隔板外緣 41b而限制鋰離子的移動。通過該對離子移動的限制，可以防止在負 極端面14a的負極集電體22上析出金屬鋰。從而，可以提高蓄電裝置40的安全性及品質。并且，蓄電裝置40具有袋狀的隔板41。因 此，即使將隔板表面41a形成為比負極表面14b小，也可以可靠地防 止正極13和負極14之間的短路。此外，圖8示出的箭頭C的"x" 標記是指在該"x"標記所在的隔板外緣41b處鋰離子的移動被阻斷。
下面，說明本發(fā)明的其它實施方式。圖9是局部示出本發(fā)明的 其他實施方式的蓄電裝置50的內部構造的剖面圖。圖IO是表示構成 蓄電裝置50的正極13、負極14及隔板51的分解斜視圖。此外，對 于與圖3及圖4所示的部件相同的部件，標注相同標號而省略其說明。 與圖4相同地，圖10的點劃線Ll表示疊放在隔板51上的正極外緣 13c的位置。另外，與圖4相同地，圖10的雙點劃線L2表示疊放在 隔板51上的負極外緣14c的位置。另外，在圖10中省略了從正極 13及負極14延伸出的集電體的焊接部而進行圖示。
如圖9及圖IO所示，在正極13和負極14之間設置隔板51。隔 板表面51a形成為比正極表面13b大。另外，如圖IO中以陰影所示， 在隔板外周部51b上進行填隙加工。該填隙加工是用于通過堵塞隔板 51的通孔及空隙等而提高鋰離子的移動阻力的加工。例如，在隔板 51的材料使用紙(纖維素)或玻璃纖維等的情況下，可以通過在隔 板外周部51b上涂覆樹脂材料而進行填隙加工。此外，作為在隔板外 周部51b上涂覆樹脂材料的方法，也可以使用凹版印刷。另外，在隔 板51的材料使用聚乙烯或聚丙烯等樹脂的情況下，可以通過對隔板 外周部51b進行熱處理而進行填隙加工。通過實施上述填隙加工，與 隔板51的其它部位的透氣度相比，隔板外周部51b的透氣度變差。 此外，與所述蓄電裝置IO的隔板15相同地，在蓄電裝置50的隔板 51中，由點劃線Ll所圍成的部分作為離子通過部51c起作用。
如圖9所示，進行了填隙加工的隔板外周部51b配置在正極表 面13b和負極端面14a之間。由此，可以使隔板外周部51b作為離子 限制部起作用。即，如圖9中以箭頭D所示，鋰離子從正極表面13b 到達負極端面14a，必須穿過隔板外周部51b。但是，隔板外周部51b 進行了填隙加工。因此，在正極表面13b和負極端面14a之間的鋰離 子的移動路徑被隔板外周部51b阻斷。由此，即使在蓄電裝置50以大電流進行充電的情況下，也可以利用隔板外周部51b而限制鋰離子
的移動。通過該對離子移動的限制，可以防止在負極端面14a的負極 集電體22上析出金屬鋰。從而，可以提高蓄電裝置50的安全性及品 質。此外，圖9示出的箭頭D的"x"標記是指在該"x"標記所在 的隔板外周部51b處鋰離子的移動被阻斷。
以下，對所述蓄電裝置的構成要素按如下順序進行詳細說明。 [A]正極、[B]負極、[C]正極集電體及負極集電體、[D]鋰電極、 [E]隔板、[F]電解液、[G]封裝容器。正極
正極具有正極集電體和與其一體的正極復合層。作為正極復合 層中含有的正極活性物質，只要可以使離子可逆地嵌入 脫嵌即可， 不特別限定。例如可以使用活性碳、過渡金屬氧化物、導電性高分子、 多并苯類物質等。
例如，活性碳優(yōu)選由經(jīng)過堿性活化處理、且比表面積大于或等 于600mVg的活性碳顆粒形成。作為活性碳的原料，使用酚醛樹脂、 石油瀝青、石油焦炭、椰炭、煤炭類焦炭等。酚醛樹脂及煤炭類焦炭 可以提高比表面積，因而優(yōu)選。在上述活性碳的堿性活化處理中使用 的堿性活化劑，優(yōu)選鋰、鈉、鉀等金屬離子的鹽類或氫氧化物。其中， 優(yōu)選氫氧化鉀。堿性活化的方法可以舉出，例如，通過將碳化物和活 性劑混合后，在惰性氣體的氣流中加熱而進行活化的方法。另外，舉 出通過使活性碳原材料預先承載活性劑后加熱而進行碳化以及活化 工序的方法。另外，還可以舉出將碳化物用水蒸氣等的氣體活化法活 化后，利用堿性活化劑進行表面處理的方法。將經(jīng)過這樣的堿性活化 處理后的活性碳，使用球磨機等已知的粉碎機進行粉碎。作為活性碳 粒度，可以使用通常使用的較寬范圍內的粒度。例如，D50大于或等 于2|im，優(yōu)選2 50|im,特別優(yōu)選2 20|im。另外，優(yōu)選平均細孔 直徑小于或等于10nm，比表面積為600 3000m2/g的活性碳。其中， 優(yōu)選大于或等于800m2/g，特別優(yōu)選1300 2500m2/g。
此外，為了實現(xiàn)正極復合層的高容量化，可以使用五氧化二釩 (V205)或鈷酸鋰(LiCo02)作為正極活性物質。此外，還可以使200910005150.0
用LixCo02、 LixNi02、 LixMn02、 LixFe02等以LixMyOz (x、 y、 z為
正數(shù)，M為金屬，也可以是大于或等于2種金屬)這一通式表示的 含鋰的金屬氧化物，或者也可以使用鈷、錳、釩、鈦、鎳等過渡金屬 的氧化物或者鈷、錳、釩、鈦、鎳等過渡金屬的硫化物。特別地，在 需要高電壓的情況下，優(yōu)選使用相對于金屬鋰的電位大于或等于4V 的含鋰的金屬氧化物。特別優(yōu)選例如含鋰的鈷氧化物、含鋰的鎳氧化 物、或者含鋰的鈷一鎳復合氧化物。
所述活性碳等正極活性物質形成為粉末狀、顆粒狀、短纖維狀 等。將該正極活性物質與粘結劑混合后形成漿料。接下來，通過將含 有正極活性物質的漿料涂敷在正極集電體上并干燥，從而在正極集電 體上形成正極復合層。此外，作為與正極活性物質混合的粘結劑，可 以使用例如SBR等橡膠類粘結劑，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟 類樹脂，聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等熱塑性樹脂。另外，正極復 合層中還可以適當添加乙炔黑、石墨、金屬粉末等導電性材料。負極
負極具有負極集電體和與其一體的負極復合層。作為負極復合 層中含有的負極活性物質，只要可以使離子可逆地嵌入 脫嵌即可， 不特別限定。例如可以使用包含石墨(graphite)、難石墨化碳 (hardcarbon)、多并苯類物質在內的各種碳材料、錫的氧化物、硅 的氧化物等。由于石墨及難石墨化碳可以實現(xiàn)高容量化，所以優(yōu)選作 為負極活性物質。另外，由于作為芳香族縮聚物的熱處理物的多并苯 類有機半導體(PAS)可以實現(xiàn)高容量化，所以優(yōu)選作為負極活性物 質。該PAS具有多并苯類骨骼構造。優(yōu)選該PAS的氫原子/碳原子的 原子數(shù)比(H/C)落入大于或等于0.05而小于或等于0.50的范圍內。 由于在PAS的H/C大于0.50的情況下，芳香族類多環(huán)構造不能充分 形成，所以不能使鋰離子順利地嵌入*脫嵌，有可能會使蓄電裝置的 充放電效率降低。在PAS的H/C小于0.05的情況下，可能導致蓄電 裝置的容量降低。
所述PAS等負極活性物質形成為粉末狀、粒狀、短纖維狀等。 將該負極活性物質與粘結劑混合后形成漿料。然后，通過將含有負極活性物質的漿料涂敷在負極集電體上并干燥，從而在負極集電體上形 成負極復合層。此外，作為與負極活性物質混合的粘結劑，可以使用 例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟類樹脂，聚丙烯、聚乙烯、聚丙
烯酸酯等熱塑性樹脂，以及丁苯橡膠(SBR)等橡膠類粘結劑。其中
優(yōu)選使用氟類粘結劑。作為該氟類粘合劑，例如可以舉出聚偏氟乙烯、
偏氟乙烯-3氟化乙烯共聚物、乙烯-4氟化乙烯共聚物、丙稀-4氟化 乙烯共聚物等。另外，負極復合層中還可以適當添加乙炔黑、石墨、 金屬粉末等導電性材料。 正極集電體及負極集電體
作為正極集電體及負極集電體，優(yōu)選其具有貫穿集電體正反表 面的通孔。例如，可以舉出膨脹金屬、沖壓金屬、蝕刻箔、網(wǎng)、發(fā)泡 體等。對于通孔的形狀及個數(shù)等，不特別限定。只要不阻礙陰離子及 鋰離子的移動，就可以適當?shù)剡M行設定。另外，作為正極集電體及負 極集電體的材料，可以使用通常針對電池或電容器提出的各種材料。 例如，作為正極集電體的材料，可以使用鋁、不銹鋼等。作為負極集 電體的材料，可以使用不銹鋼、銅、鎳等。 鋰電極
作為鋰電極集電體的材料，可以使用通常作為電池或電容器的 集電體而提出的各種材料。作為上述材料，可以使用不銹鋼、銅、鎳 等。另外，作為鋰電極集電體，還可以使用膨脹金屬、沖壓金屬、蝕 刻箔、網(wǎng)、發(fā)泡體等具有貫穿其正反表面的通孔的材料。另外，作為 粘貼在鋰電極集電體上的鋰離子供給源的材料，只要是可以放出鋰離 子的材料即可?？梢允褂媒饘黉嚮蜾囈讳X合金等。 隔板
作為隔板，可以使用相對于電解液、正極活性物質、負極活性 物質等具有耐久性，并具有連通氣孔而無導電性的多孔體等。通常，
使用由"紙(纖維素)、玻璃纖維、聚乙烯或聚丙烯等"制成的"布、 無紡布或多孔體"。隔板的厚度可以考慮電解液的保持量及隔板強度 等進行適當設定。此外，優(yōu)選隔板的厚度較薄，以減小蓄電裝置的內 部電阻。[F] 電解液
作為電解液，從即使在高電壓下也不會引起電解這一點、鋰離子 能夠穩(wěn)定存在這一點來說，優(yōu)選使用含有鋰鹽的非質子性有機溶劑。 作為非質子性有機溶劑，例如，可以舉出由碳酸乙二酯、碳酸丙烯酯、
碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、"丁內酯、乙腈、二甲氧乙烷、四氫呋喃、 二氧戊環(huán)、二氯甲烷、環(huán)丁砜等單獨或混合而形成的溶劑。另外，作
為鋰鹽可以舉出，例如LiC104、 LiAsF6、 LiBF4、 LiPF6、 LiN(C2F5S02)
2等。另外，為了減少由于電解液造成的內部電阻，優(yōu)選電解液中的 電解質濃度至少大于或等于0.1mol/L。特別優(yōu)選落在0.5~1.5mol/L 范圍內。
另外，也可以使用離子性液體代替有機溶劑。對于離子性液體， 提出了各種陽離子種和陰離子種的組合。作為陽離子種可以舉出，例 如N—甲基—N-丙基哌啶(PP13) 、 l-乙基-3-甲基咪唑(EMI) 、 二甲 基-2-甲氧乙基銨(DEME)等。另外，作為陰離子種可以舉出二 (氟 磺酰)亞胺(FSI) 、 二 (三氟甲基磺酰)亞胺(TFSI) 、 PF6—、 BF4 一等。 封裝容器
作為封裝容器，可以使用通常在電池中使用的各種材質。也可 以使用例如鐵或鋁等金屬材料。另外，也可以使用樹脂等薄膜材料。 另外，對于封裝容器的形狀也不特別限定?？梢愿鶕?jù)用途適當選擇圓 筒型或方型等。從蓄電裝置的小型化及輕量化的角度出發(fā)，優(yōu)選使用 由鋁層壓薄膜制成的薄膜型封裝容器。通常，使用3層層壓薄膜，其 外側具有尼龍薄膜，中心具有鋁箔，內側具有改性聚丙烯等粘結層。
本發(fā)明不限于上述實施方式，可以在不脫離其主旨的范圍內進 行各種變更。例如，也可以通過將鋰電極和正極進行連接，而向正極 嵌入鋰離子。另外，也可以通過為正極和負極分別設置鋰電極，或在 嵌入過程中使正極和負極之間短路，從而向正極和負極這兩者嵌入鋰 離子。并且，本發(fā)明不僅應用于層疊型蓄電裝置，也可以應用于巻繞 型蓄電裝置。
權利要求
1. 一種蓄電裝置，其具有正極；負極，其具有比正極表面大的負極表面；以及隔板，其配置在相對的所述正極和所述負極之間，所述正極中含有的正極活性物質可以使離子可逆地進行嵌入及脫嵌，所述負極中含有的負極活性物質可以使離子可逆地進行嵌入及脫嵌，所述正極配置為不相對于所述負極向外探出，在所述隔板上形成離子通過部，其與所述正極表面和所述負極表面接觸，容許離子在所述表面之間的移動；以及離子限制部，其位于所述離子通過部的外周部，限制離子從所述正極表面向負極端面的移動。
2. 根據(jù)權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于， 所述正極的外緣和所述負極的外緣相距大于或等于2mm而小于或等于15mm。
3. 根據(jù)權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于， 所述隔板形成為比所述正極表面大、且比所述負極表面小， 所述隔板的外緣配置在所述正極的外緣的外側、所述負極的外緣的內側。
4. 根據(jù)權利要求3所述的蓄電裝置，其特征在于， 所述隔板形成為袋狀，所述正極收容在所述隔板內。
5. 根據(jù)權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于， 所述隔板形成為比所述負極表面大。
6. 根據(jù)權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，在所述隔板的外周部，在不超出所述離子限制部的范圍內進行 填隙加工。
7. 根據(jù)權利要求6所述的蓄電裝置，其特征在于， 所述填隙加工的方法為涂敷樹脂材料。
8. 根據(jù)權利要求6所述的蓄電裝置，其特征在于，所述隔板是熱塑性材料，所述填隙加工的方法為熱處理。
9. 根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的蓄電裝置，其特征在于，該蓄電裝置具有離子供給源，其與所述正極和所述負極中的至 少任意一個連接，向所述正極和所述負極中的至少任意一個嵌入離 子。
10. 根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的蓄電裝置，其特征在于，在所述正極和所述負極的集電體上形成通孔。
11. 根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的蓄電裝置，其特征在于，在使所述正極和所述負極之間短路時的正極電位小于或等于 2.0V，該正極電位是相對于Li/Li+的電位。
12. 根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的蓄電裝置，其特征在于，所述負極中含有的負極活性物質與所述正極中含有的正極活性 物質相比，負極活性物質的每單位重量的靜電容量大于或等于正極活 性物質的3倍，并且正極活性物質重量比負極活性物質重量大。
13. 根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的蓄電裝置，其特征在于，所述正極活性物質是活性碳、含鋰的過渡金屬氧化物、過渡金 屬氧化物、過渡金屬硫化物、導電性高分子、或多并苯類物質。
14. 根據(jù)權利要求1 8中任意一項所述的蓄電裝置，其特征在于，所述負極活性物質是包含石墨、難石墨化碳、多并苯類物質在 內的各種碳材料、錫的氧化物、或硅的氧化物。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以提高安全性的蓄電裝置。該蓄電裝置(10)具有正極(13)和與其相對的負極(14)。在正極和負極之間設置隔板(15)。另外，負極表面(14b)形成為比正極表面(13b)大，將正極表面(13b)配置為不相對于負極表面(14b)向外探出，使正極外緣(13c)與負極外緣(14c)相距大于或等于2mm。由此，在隔板的外周部形成離子限制部(15b)。如箭頭A所示，鋰離子從正極表面到達負極端面，必須穿過離子限制部(15b)。但是，利用較寬的離子限制部而將鋰離子的移動路徑的阻力設定得較高。因此，在大電流充電時，可以限制鋰離子朝向負極端面(14a)的移動，可以防止在負極端面析出金屬鋰。
文檔編號H01G9/155GK101504991SQ200910005150
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月4日 優(yōu)先權日2008年2月4日
發(fā)明者中里邦雄, 宇都宮隆, 安東信雄, 永井滿 申請人:富士重工業(yè)株式會社