專利名稱：固態(tài)鋰二次電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)型鋰二次電池以及該固態(tài)型鋰二次電池的制造方法。
技術(shù)背景鋰二次電池具有高的能量密度且能夠輸出高電壓，因此被預(yù)期作為電 動車、混合動力車等的電池的電源，或者作為諸如筆記本個人計算機(jī)、便 攜式電話等的便攜式電器的電源。在鋰二次電池之中，最近已提出了采用 固態(tài)電解質(zhì)而不采用液態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰二次電池。固態(tài)鋰二次電池^皮i人 為在安全性和產(chǎn)量方面優(yōu)良，并且^皮預(yù)期作為將來的二次電池。固態(tài)鋰二 次電池具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中正電極層、固態(tài)電解質(zhì)層和負(fù)電極層以此順 序?qū)盈B，并且集電板附接到層疊單元的兩側(cè)。通常，通過粉末模制方法形 成固態(tài)鋰二次電池。具體地，在模具中放置正電極材料、電解質(zhì)材料和負(fù)電極材料，然后對其施壓，以形成芯塊(pellet)，在該芯塊中電極層和電 解質(zhì)層形成層疊結(jié)構(gòu)(以下有時稱為"電解質(zhì)-電極層疊組件")。從模具 中取出該芯塊之后，對其附接集電板，從而制成電池。在固態(tài)鋰二次電池以上述方式制成的情況下，當(dāng)^M莫具中取出芯塊時， 芯塊的側(cè)表面摩擦模具的內(nèi)表面，從而電極材料附著到電解質(zhì)層的側(cè)表面 上，引起電池內(nèi)部短路的問題。為了克服該問題，已提出了這樣的固態(tài)鋰 二次電池，其中采用電絕緣的框架部件，并且在該框架部件中整體地形成 電極層和電解質(zhì)層(參見日本專利申請公開No. 9-35724 (JP-A-9-35724))。 根據(jù)該固態(tài)鋰二次電池，不發(fā)生芯塊的側(cè)表面的摩擦，因此可以防止電池 的內(nèi)部短路。另外，為了制造電池，有必要將集電板附接到如上所述由正 電極層、電解質(zhì)層和負(fù)電極層制成的層疊組件。如果集電板與電解質(zhì)-電極層疊組件分開，或者集電板與電極層之間的接著面積減小，則可出現(xiàn)生產(chǎn) 率下降、接觸電阻增大等問題。因此，需要想辦法使電解質(zhì)-電極層疊組件 和集電板固定。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種固態(tài)鋰二次電池，其采用電絕緣的框架部件且能夠抑 制集電部件從電解質(zhì)-電極層疊組件脫落或者集電部件與電極層的接觸面 積的減小(以下稱為"脫落等")，并且還提供一種固態(tài)鋰二次電池的制 造方法。本發(fā)明的第一方面是一種固態(tài)鋰二次電池，其包括電絕緣的管狀絕 緣框架；固態(tài)電解質(zhì)層，其形成在所述絕緣框架內(nèi)；電極層，其層疊在所 述固態(tài)電解質(zhì)層的至少一個表面上，并且形成在所述絕緣框架內(nèi)；以及集 電部件，其層疊在所述電極層上，并且由所述絕緣框架保持。在本發(fā)明的第一方面中，所述電極層包括正電極層，其層疊在所述 絕緣框架內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì)層的一側(cè)上，并且通過壓縮粉末而形成；以 及負(fù)電極層，其層疊在所述絕緣框架內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì)層的另一側(cè)上， 并且通過壓縮粉末而形成，并且所述集電部件可以包括正電極集電部件， 其層疊在所述正電極層上，并且由所述絕緣框架保持；以及負(fù)電極集電部 件，其層疊在所述負(fù)電極層上，并且由所述絕緣框架保持。此外，所述集電部件,皮設(shè)置為使得所述集電部件的至少一部分在所述 絕緣框架內(nèi)，并且，接觸所述集電部件的所述電極層的材料的粉末可以填 充所述絕緣框架與所述集電部件的外周側(cè)表面之間的空間。此外，所述集電部件的外徑可以比所述絕緣框架的內(nèi)徑小200微米至 1200微米的長度。本發(fā)明的第二方面是一種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，所述固態(tài)鋰二 次電池包括電絕緣的管狀絕緣框架；固態(tài)電解質(zhì)層，其形成在所述絕緣 框架內(nèi)；電極層，其層疊在所述固態(tài)電解質(zhì)層的至少一個表面上，并且通 過對所述電極層的材料的粉末施壓而形成在所述絕緣框架內(nèi)；以及集電部7件，其層疊在所述電極層上，所述集電部件的至少一部分被設(shè)置在所述絕緣框架內(nèi)，所述制造方法包括以下步驟通過對所述集電部件施加力，對 所述電極層的材料施壓。在該步驟中，當(dāng)對所述材料施壓時，執(zhí)行施壓以 使得所述集電部件相對于所述絕緣框架移動。本發(fā)明的第三方面是一種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，所述制造方法 包括以下步驟通過在電絕緣的管狀絕緣框架中放置電極層的材料的粉末解質(zhì)層的材料的粉末初步施壓，形成電解質(zhì)-電極層疊組件，所迷電解質(zhì)-電極層疊組件具有包括所述電極層和所述固態(tài)電解質(zhì)層的層疊結(jié)構(gòu)；在所 述電解質(zhì)-電極層疊組件上層疊集電部件，以使得所述集電部件的至少一部 分補(bǔ):設(shè)置在所述絕緣框架內(nèi)；以及對其上已層疊了所述集電部件的所述電 解質(zhì)-電極層疊組件最后施壓，以使得所述集電部件相對于所述絕緣框架移 動。在本發(fā)明的第二和第三方面中，所述集電部件相對于所述絕緣框架移 動的距離大于或等于所述集電部件的厚度的五分之一，且小于或等于所述 集電部件的厚度。本發(fā)明的第四方面是一種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，所述固態(tài)鋰二 次電池包括電絕緣的管狀絕緣框架；固態(tài)電解質(zhì)層，其形成在所述絕緣 框架內(nèi)；電極層，其層疊在所述固態(tài)電解質(zhì)層的至少一個表面上，并且通 過對所述電極層的材料的粉末施壓而形成在所述絕緣框架內(nèi)；以及集電部 件，其層疊在所述電極層上，所述集電部件的至少一部分被設(shè)置在所述絕 緣框架內(nèi)。所述制造方法包括以下步驟通過對所述集電部件施加力，對 所述電極層的材料施壓。在該步驟中，當(dāng)對所述材料施壓時，執(zhí)行施壓以 使得隨著所述電極層的材料的粉末的層塑性形變，所述電極層的材料^ 所述絕緣框架與所述集電部件的外周之間。本發(fā)明的第五方面是一種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，其包括以下步 驟通過在電絕緣的管狀絕^匡架中放置電極層的材料的粉末和固態(tài)電解料的粉末初步施壓，形成電解質(zhì)-電極層疊組件，所述電解質(zhì)-電極層疊組件具有包括所述電極層和所述固態(tài)電解質(zhì)層的層疊結(jié)構(gòu)；在所述電解質(zhì)-電極層疊組件上層疊集電部件，以使得所述集電部件的至少一部分被設(shè)置 在所述絕緣框架內(nèi)；以及對其上已層疊了所述集電部件的所述電解質(zhì)-電極 層疊組件最后施壓，以使得隨著所述電極層塑性形變，所述電極層的材料 進(jìn)入所述絕緣框架與所述集電部件的外周之間。在上述第二至第五方面中的任何一方面中，所述電極層可以包括正 電極層，其形成在所述絕緣框架內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì)層的一側(cè)上；以及負(fù) 電極層，其形成在所述絕緣框架內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì)層的另一側(cè)上，并且 所述集電部件可以包括正電極集電部件，其層疊在所述正電極層上，并 且由所述絕緣框架保持；以及負(fù)電極集電部件，其層疊在所述負(fù)電極層上， 并且由所述絕緣框架保持。此外，在本發(fā)明的第二至第五方面中的任何一方面中，所述集電部件 的外徑比所述絕緣框架的內(nèi)徑小200微米至1200微米的長度。本發(fā)明的第一方面的一種解釋可以說是全固態(tài)鋰電池，其包括固態(tài)電解質(zhì)層、電極層、集電部件、以及覆蓋所述固態(tài)電解質(zhì)層和所述電極層的側(cè)表面的絕緣框架，其特征在于，所述集電部件由所述絕緣框架保持。此外，本發(fā)明的第一方面的至少一種解釋可以說是全固態(tài)鋰電池，其特征在于包括固態(tài)電解質(zhì)層；通過壓縮粉末而形成的電極層；層疊在所述電極層上的集電部件；以及電絕緣的框架部件，其覆蓋所述集電部件的外周的至少一部分、所述固態(tài)電解質(zhì)層的外周，并且保持所述集電部件。此外，本發(fā)明的第一方面的至少一種解釋可以說是全固態(tài)鋰電池，其包括固態(tài)電解質(zhì)層；負(fù)電極層，其通過壓縮粉末而形成在所述固態(tài)電解質(zhì)層的一側(cè)上；正電極層，其通過壓縮粉末而形成在所述固態(tài)電解質(zhì)層的另一側(cè)上；集電部件，其層疊在每一個所述電極層的與接觸所述固態(tài)電解質(zhì)層的一側(cè)相反的一側(cè)上；以及電絕緣的框架部件，其覆蓋所述固態(tài)電解質(zhì)層的外周和每一個集電部件的外周的至少一部分，并且保持所述集電部件中的至少 一+根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由于集電部件由框架部件保持，因此可以抑 制集電部件的脫落等。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，框架部件與集電部件之間的空間被電 極層的材料的粉末所填充。因此，通過粉末的彈性力，集電部件被固定到 絕緣框架。因此，可以有效防止集電部件的脫落等。也就是，在該發(fā)明中， 通過電極材料的粉末由絕緣框架間接保持集電部件。此外，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，電極材料的粉末移動到其中的間隙形 成在框架部件與集電部件之間，并且通過填充該間隙的粉末的彈性力保持 集電部件。根據(jù)本發(fā)明的第二至第四方面，當(dāng)執(zhí)行初步施壓時，電極材料的粉末 進(jìn)入集電部件與框架部件之間。因此，可以制成這樣的固態(tài)鋰二次電池， 其中通過粉末的彈性力由框架部件保持集電部件。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，由于電極材料的粉末移動到其中的間隙形成 在框架部件與集電部件之間，因此更確定地迫使電極材料的粉末進(jìn)入框架 部件與集電部件之間。


通過參考附圖給出的對示例性實施例的以下說明，本發(fā)明的上述和其 他特征和優(yōu)點將變得顯而易見，在附圖中，相同的標(biāo)號用于表示相同的部件，其中圖l是本發(fā)明的實施例1的固態(tài)電池的透視圖；圖2是實施例1的固態(tài)電池的截面圖；圖3是實施例1的固態(tài)電池的截面圖和局部放大圖；圖4是用于說明實施例1的固態(tài)電池的制造方法的圖；圖5是用于說明實施例1的固態(tài)電池的制造方法的圖；圖6是用于說明實施例1的固態(tài)電池的制造方法的圖；圖7是用于說明實施例1的固態(tài)電池的制造方法的圖；以及圖8是實施例1的固態(tài)電池的修改例的透視圖。
具體實施方式
以下將參考

本發(fā)明的實施例。圖1是本發(fā)明的實施例1的固態(tài)鋰二次電池的透視圖。如圖1所示，根據(jù)該實施例的固態(tài)鋰二次電池10具有電絕緣的框架部件12 (以下稱為 絕錄^醫(yī)架12)。該絕緣框架12被設(shè)置為完全覆蓋固態(tài)鋰二次電池10的電 解質(zhì)層、正電極層和負(fù)電極層的側(cè)表面，并且部分覆蓋固態(tài)鋰二次電池IO 的負(fù)電極集電板14的側(cè)表面和正電極集電板16的側(cè)表面。圖2是實施例1的固態(tài)鋰二次電池IO的截面圖。如圖2所示，鋰二次 電池10具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中集電板14和16附接到由電解質(zhì)層20、負(fù) 電極層22和正電極層24 (以下有時合稱為電極層)構(gòu)成的層疊組件(電 解質(zhì)-電極層疊組件)。絕緣框架12被設(shè)置為完全覆蓋電解質(zhì)層20以及電 極層22和24的側(cè)表面，并且部分覆蓋集電板14和16的側(cè)表面。電解質(zhì) 層和電極層都是由固態(tài)物質(zhì)制成，并且通過對原材料粉末施壓而形成。在該實施例中，電解質(zhì)層的材料是70Li2S-30P2Ss，正電極層的材料是 作為電解質(zhì)層材料的70Li;jS-30P2Ss和作為正電極活性材料的LiCo02的混 合物，負(fù)電極層的材料是作為電解質(zhì)層材料的70LhS-30P2S5和作為負(fù)電極 活性材料的石墨的混合物。在該實施例中，所使用的70Li2S-30P2Ss為具有 20微米的平均粒徑的粉末的形式，所使用的LiCo02為具有IO微米的平均 粒徑的粉末的形式，所使用的石墨為具有10微米的平均粒徑的粉末的形 式。此外，絕緣框架由電絕緣的樹脂構(gòu)成。此外，集電板是由不銹鋼制成 且具有300微米的厚度的薄板。圖3是該實施例的固態(tài)鋰二次電池10的截面圖和局部放大圖。如圖3 所示，用構(gòu)成正電極層24的材料(即，正電極活性材料或電解質(zhì)層的材料) 填充該實施例的固態(tài)鋰二次電池10中的絕緣框架12與正電極集電板16 之間的間隙30。同樣地，用構(gòu)成負(fù)電極層22的材料(即，負(fù)電極活性材 料或電解質(zhì)層的材料)填充絕緣框架12與負(fù)電極集電板14之間的間隙。在該實施例中，設(shè)定間隙30，使得其寬度，即，間隙尺寸，為150微米。具體地，確定絕緣框架12和正電極集電板16的尺寸，使得絕緣框架 12的內(nèi)徑與正電極集電板16的外徑之間的差異為300微米。同樣地，確 定負(fù)電極集電板14的尺寸，使得絕^^匡架12的內(nèi)徑與負(fù)電極集電板14 的外徑之間的差異為300微米。如上所述，分別用電極層22和24的材料 填充以該方式形成的絕緣4匡架12與集電才反14和16之間的間隙30。在該 實施例的固態(tài)鋰二次電池10中，通過填充絕緣框架12與集電板14和16 之間的間隙的電極材料的彈性力來保持集電板14和16，并且將集電板14 和16固定到絕緣框架12。從另一觀點，這意味著絕緣框架通過電極材料 來支撐集電板14和16。此外，還可以認(rèn)為，通過電極材料的彈性力，使 得集電板固定到絕緣框架。將參考圖4至圖7來說明該實施例的固態(tài)鋰二次電池的制造方法的實 例。如圖4所示，首先在用于電池制造的壓力裝置41中放置絕緣框架50。接下來，如圖5所示，在絕緣框架50中放置作為電解質(zhì)材料的 70Li2S-30P2Ss,并且執(zhí)行初步施壓，從而形成電解質(zhì)層52。然后，如圖6 所示，在電解質(zhì)層52的兩側(cè)中的一側(cè)上，層疊作為正電極活性材料的 LiCo02和作為電解質(zhì)材料的70Li2S-30P2S5的混合物，并且在電解質(zhì)層52 的另一側(cè)上，層疊作為負(fù)電極活性材料的石墨和作為電解質(zhì)材料的 70Li;jS-30P2S5的混合物，然后執(zhí)行初步施壓。通過以該方式初步施壓，在 絕緣框架50中形成正電極層、電解質(zhì)層和負(fù)電極層的層疊組件(電解質(zhì)-電極層疊組件)。此時，設(shè)定初步施壓的壓力，使得通過(稍后描述的) 最后施壓使得每個電極層都被壓縮約100微米。接下來，如圖7所示，將集電板附接到電解質(zhì)-電極層疊組件的兩側(cè)。 在集電板附接到電解質(zhì)-電極層疊組件的兩側(cè)的狀態(tài)下，通過在兩側(cè)對集電 板施加力，執(zhí)行施壓(最后施壓)。通過從層疊組件的兩側(cè)施加每平方厘 米5噸的力，執(zhí)行施壓。執(zhí)行這里的施壓以使得集電板60和62相對于絕 緣框架50移動。具體地，執(zhí)行施壓以使得集電板60和62中的每一個都在 絕緣框架50內(nèi)朝向電解質(zhì)層52移動。當(dāng)如上所述執(zhí)行施壓以使集電板相對于絕緣框架移動時，電極層塑性12形變，從而電極層的材料i4^絕緣框架50與集電板60和62之間的間隙。 換句話說，隨著當(dāng)壓縮電極層時集電板位移而沉入電極層中，電極層的材 料被迫使填充絕緣框架50與集電板60和62之間的間隙。于是，通過電極 層的材料的彈性力保持集電板。在該實施例中，執(zhí)行最后施壓，以使得具 有300微米厚度的集電板中的每一個都移動IOO微米的距離。以該方式， 迫使電極層的材料進(jìn)入絕緣框架與集電板的側(cè)表面之間。根據(jù)該實施例的固態(tài)鋰二次電池，由于由絕緣框架保持集電板，抑制 了集電板的脫落等。制造期間的集電板脫落降低生產(chǎn)率，而制造之后的集 電板脫落使得充放電困難。然而，根據(jù)該實施例的固態(tài)鋰二次電池，由于 可以抑制集電板的脫落，因此可以抑制這些問題。此外，雖然不發(fā)生集電 板的脫落，如果電極層與集電板之間的接觸壓力或接觸面積降低，則接觸 電阻增大。根據(jù)本發(fā)明的全固態(tài)鋰二次電池，由于可以抑制集電板相對于 絕緣框架的移動，因此也可以抑制電極層與集電板之間的接觸的減弱。此外，根據(jù)該實施例的固態(tài)鋰二次電池，確定絕緣框架與集電板的尺 寸，使得絕緣框架的內(nèi)徑與集電板的外徑之間的差異為300微米。如上所 述，如果間隙的尺寸為約150微米，由于在該實施例中使用的電極的材料 的平均粒徑為10至20微米，可以迫使用于保持集電板的足量的電極材料 進(jìn)入絕緣框架與集電板的側(cè)表面之間的間隙中。因此，通過被迫使填充絕 緣框架與集電板之間的間隙的電極材料的彈性力，保持集電板。此外，由于電極材料填充絕緣框架與集電板之間的間隙，存在于電極 層中的電極材料不與外部空氣接觸。通常，電極層具有高的反應(yīng)性，因此 當(dāng)與外部空氣接觸時很可能劣化。然而，根據(jù)該實施例，由于電極層不接 觸外部空氣，因此電極層不經(jīng)歷劣化。另外，可以想到使用密封材料等以 確保氣密性。然而，由于如上所述電極層具有高的反應(yīng)性，電極層與一種 不同于電極材料的樹脂等的接觸會帶來預(yù)料不到的反應(yīng)的風(fēng)險。然而，在 該實施例中，由于通過使用電極層的材料來替代在種類上不同于電極層材 料的密封材料而確保氣密性，因此不會發(fā)生預(yù)料不到的反應(yīng)。此外，可以想到使用粘合劑來作為固定絕緣框架和集電板的方法。然如果不同于電極材料的樹脂等接觸電極層，則有引起預(yù)料 不到的反應(yīng)的風(fēng)險。在該實施例中，由于集電板被固定到絕緣框架而不使 用種類上不同于電極材料的粘合劑，因此可以在抑制預(yù)料不到的反應(yīng)的發(fā) 生的同時獲得絕緣框架與集電板之間的固定。此外，如圖1所示，每個集電板的一部分被插入絕緣框架中，并且其 一部分從絕緣框架凸出。因此，可以容易地附接從電池提取輸出的機(jī)構(gòu)， 因此提高生產(chǎn)率。此外，由于用電極材料填充兩側(cè)上絕緣框架與集電板之 間的空間，該結(jié)構(gòu)抑制了任一集電板的脫落。此外，執(zhí)行施壓的步驟和迫使電極層的材料進(jìn)入絕緣框架與集電板之 間的步驟可以同時執(zhí)行，因此易于制造。此外，由于可以以受壓狀態(tài)保持 絕緣框架，可以在對其施加合適壓力的條件下固定絕緣框架和集電板。因 此，可以制成具有減小的接觸電阻的固態(tài)鋰二次電池。雖然在實施例1中，確定絕緣框架和集電板的尺寸以使得絕緣框架的內(nèi)徑與集電板的外徑之間的差異為300微米，但這不是限定性的。合適的 是，將絕緣框架和集電板的尺寸設(shè)置為使得電極層的材料可進(jìn)入絕緣框架 與集電板之間并且可以通過電極層的材料的彈性力來保持集電板。具體地， 集電板與絕緣框架之間的間隙的尺寸在50微米至600微米的范圍內(nèi)，并且 特別地，在IOO微米至600微米的范圍內(nèi)。也就是，集電板的外徑比絕緣 框架的內(nèi)徑小100微米至1200微米的長度，特別地，小200微米至1200 微米的長度。順便提及，電極層材料進(jìn)入絕緣框架與集電板之間的空間中的容易度 取決于材料的粒徑。因此，基于電極層的材料的粒徑來確定絕緣框架的內(nèi) 徑與集電板的外徑之間的差異。具體地，絕緣框架與集電板的側(cè)表面之間 的間隙的尺寸是電極層材料的平均粒徑的約2倍至30倍(絕緣框架與集電 板的側(cè)表面之間的直徑差是該平均粒徑的約4倍至60倍)。根據(jù)電極層材 料的制造方法，在材料中還可能存在其直徑大于平均粒徑的顆粒。在這種 情況下，基于電極層的材料物質(zhì)的最大粒徑來設(shè)定間隙的尺寸。具體地， 絕緣框架與集電板的側(cè)表面之間的間隙的尺寸可以是最大粒徑的約1倍至10倍(其間的直徑差是該最大粒徑的約2倍至20倍)。雖然在實施例1中，通過電極層的材料物質(zhì)的彈性力來保持集電板， 但這不是限定性的。只要由絕緣框架保持或固定集電板就足夠了。例如， 由絕緣框架直接保持集電板。具體地，集電板的外徑可以基本等于絕緣框 架的內(nèi)徑。因此，可以由絕^匡架直接保持集電板，并且可以確保電極層 的氣密性。也就是，從抑制集電板的脫落等的觀點，由絕緣框架直接或間 接保持集電板是合適的。雖然在實施例l中，使用具有圓形截面的管狀絕緣框架，但這不是限 定性的。也就是，足夠的是，絕緣框架由電絕緣部件構(gòu)成，并且其形狀允 許在其內(nèi)部形成電解質(zhì)-電極層疊組件、以及使得可以直接或間接保持集電 板。例如，絕緣框架可以為具有矩形截面的中空管(方管)的形狀、或者 具有多角或橢圓形截面的管狀。也就是說，在本申請中，術(shù)語"管狀"不 限于圓形管狀。雖然在實施例1中，每個集電板的一部分都在絕緣框架內(nèi)而其另一部 分在絕緣框架外，但這不是限定性的。例如，如圖8所示的其中集電板設(shè) 置在絕緣框架72內(nèi)的結(jié)構(gòu)也是允許的。在該結(jié)構(gòu)中，即使在對電池施加橫 向力的情況下，也可以抑制集電板的脫落等。此外，雖然在實施例l中， 負(fù)電極和正電極的集電板都由絕緣框架保持，但這不是限定性的。其中絕 緣框架保持集電板的上述結(jié)構(gòu)應(yīng)用于兩個集電板的至少一個是合適的。因 此，例如，在具有其中負(fù)電極的電極層也用作負(fù)電極的集電板的結(jié)構(gòu)的固 態(tài)電池中，對正電極側(cè)應(yīng)用本發(fā)明是合適的。實施例l使用LiCo02作為正電極活性材料，使用70LhS-30P2S5作為 電解質(zhì)材料，使用石墨作為負(fù)電極活性材料，并且使用不銹鋼作為集電板。 然而，這不是限定性的。集電板由這樣的導(dǎo)電物質(zhì)制成是合適的，該導(dǎo)電 物質(zhì)提供可由絕緣框架直接或間接保持集電板的強(qiáng)度。例如，可使用鋁、 鎳、銅等。電極活性材料和電解質(zhì)材料只要允許構(gòu)成固態(tài)鋰二次電池就足夠了 。 在此使用的正電極活性材料可以是例如TiS2、 LiNiOz等。此外，在此使用的負(fù)電極活性材料可以是例如Li金屬、Li-Al合金、Li-In合金等。此夕卜， 在此使用的電解質(zhì)材料還可以是除了 70Li2S-30P2Ss之外的固態(tài)電解質(zhì)，例 如Li3P04-Li2S-SiS2基玻璃、包含Li20 、 Li2S04和Li2C03的硫?qū)?(chalcogenite)基鋰離子導(dǎo)體、包含鋰卣化物的材料、以及其他氧化物基 鋰離子導(dǎo)體等。此外，電極活性材料和電解質(zhì)材料的粒徑不限于以上結(jié)合實施例1所 提到的粒徑，從產(chǎn)率的觀點合適地選擇所選擇的粒徑是合適的。雖然在實施例1的制造方法中，執(zhí)行最后施壓，使得每個集電板移動 100微米，但這不是限定性的。合適的是，確定集電板的移動量，使得迫板。順便提及，從通過電極層的材料的彈性力保持集電板的觀點，使得每 個集電板相對于絕緣框架移動的距離等于或大于集電板厚度的五分之一且 小于或等于集電板厚度也是合適的。具體地，合適的是，確定初步施壓壓 力和最后施壓壓力，使得每個集電板相對于絕^醫(yī)架移動的距離等于或大 于每個集電板的厚度的五分之一且小于或等于每個集電板的厚度。此外，雖然在實施例1的制造方法中，執(zhí)行初步施壓壓力，但這不是 限定性的。具體地，該制造方法的特征在于，迫使構(gòu)成電極層的材料i^v 絕緣框架與集電板的外周之間，因此只要該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)上述操作和 效果就足夠了。也就是，可以省略初步施壓。順便提及，由于初步施壓以 一定程度固定電極層的材料，從產(chǎn)率的觀點，也可以執(zhí)行初步施壓。雖然參考示例性實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所述 的實施例或解釋。相反地，本發(fā)明旨在包括各種變型例和等效設(shè)置。另夕卜， 雖然以不同組合和配置示出了示例性實施例的各種要素，但包括更多、更 少或僅僅單個要素的其他組合和配置也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)鋰二次電池，其特征在于包括電絕緣的管狀絕緣框架(12)；固態(tài)電解質(zhì)層(20)，其形成在所述絕緣框架(12)內(nèi)；電極層(22，24)，其層疊在所述固態(tài)電解質(zhì)層(20)的至少一個表面上，并且形成在所述絕緣框架(12)內(nèi)；以及集電部件(14，16)，其層疊在所述電極層(22，24)上，并且由所述絕緣框架(12)保持。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的固態(tài)鋰二次電池，其中 所述電極層包括正電極層(24)，其層疊在所述絕緣框架(12)內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì) 層(20)的一側(cè)上，并且通過壓縮粉末而形成；以及負(fù)電極層(22),其層疊在所述絕緣框架(12)內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì) 層(20)的另一側(cè)上，并且通過壓縮粉末而形成，并且其中所述集電部件包括正電極集電部件(16),其層疊在所述正電極層(24)上，并且由所 述絕緣框架(12)保持；以及負(fù)電極集電部件(14),其層疊在所述負(fù)電極層(22)上，并且由所 述絕緣框架(12 )保持。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的固態(tài)鋰二次電池，其中 所述集電部件(14， 16)被設(shè)置為使得所述集電部件的至少一部分在所述絕緣框架(12 )內(nèi)；并且接觸所述集電部件(14， 16)的電極層(22， 24)的材料的粉末填充 所述絕緣框架(12)與所述集電部件(14， 16)的外周側(cè)表面之間的空間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)鋰二次電池，其中所述集電部件(14， 16) 的外徑比所述絕緣框架(12)的內(nèi)徑小200微米至1200微米的長度。
5. —種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，所述固態(tài)鋰二次電池包括電絕緣的管狀絕緣框架(12);固態(tài)電解質(zhì)層(20)，其形成在所述絕^彖^f匡架(12)內(nèi)； 電極層(22， 24)，其層疊在所述固態(tài)電解質(zhì)層(20)的至少一個表 面上，并且通過對所述電極層的材料的粉末施壓而形成在所述絕緣框架 (12)內(nèi)；以及集電部件(14， 16)，其層疊在所述電極層(22， 24)上，所述集電 部件(14， 16)的至少一部分被設(shè)置在所述絕緣框架(12)內(nèi)， 所述制造方法的特征在于包括以下步驟通過對所述集電部件(14， 16)施加力，對所述電極層(22, 24)的 材料施壓，其中當(dāng)對所述材料施壓時，執(zhí)行施壓以使得所述集電部件(14, 16)相對 于所述絕緣框架(12)移動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的制造方法，其中所述集電部件(14， 16)相對于所述絕緣框架(12)移動的距離大于 或等于所述集電部件(14， 16)的厚度的五分之一，且小于或等于所述集 電部件(14， 16)的厚度。
7. —種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，其特征在于包括以下步驟 通過在電絕緣的管狀絕緣框架(12)中放置電極層(22， 24)的材料的粉末和固態(tài)電解質(zhì)層(20)的材料的粉末且對所述電極層的材料的粉末 和所述固態(tài)電解質(zhì)層的材料的粉末初步施壓，形成電解質(zhì)-電極層疊組件， 所述電解質(zhì)-電極層疊組件具有包括所述電極層(22， 24)和所述固態(tài)電解 質(zhì)層(20)的層疊結(jié)構(gòu)；在所述電解質(zhì)-電極層疊組件上層疊集電部件(l4， 16)，以使得所述 集電部件(14, 16)的至少一部分^皮設(shè)置在所述絕緣框架(12)內(nèi)；以及對其上已層疊了所述集電部件(14， 16)的所述電解質(zhì)-電極層疊組件 最后施壓，以使得所述集電部件(14， 16)相對于所述絕緣框架(12)移 動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的制造方法，其中所述集電部件(14， 16)相對于所述絕緣框架(12)移動的距離大于 或等于所述集電部件(14， 16)的厚度的五分之一，且小于或等于所述集 電部件(14， 16)的厚度。
9. 一種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，所述固態(tài)鋰二次電池包括 電絕緣的管狀絕緣框架(12);固態(tài)電解質(zhì)層(20)，其形成在所述絕緣框架(12)內(nèi)； 電極層(22， 24)，其層疊在所述固態(tài)電解質(zhì)層(20)的至少一個表 面上，并且通過對所述電極層的材料的粉末施壓而形成在所述絕緣框架 (12)內(nèi)；以及集電部件(14, 16)，其層疊在所述電極層(22， 24)上，所述集電 部件(14， 16)的至少一部分被設(shè)置在所述絕緣框架(12)內(nèi)， 所述制造方法的特征在于包括以下步驟通過對所述集電部件(14, 16)施加力，對所述電極層(22， 24)的 材料施壓，其中當(dāng)對所述材料施壓時，執(zhí)行施壓以使得，隨著所述電極層的材料的粉 末的層塑性形變，所述電極層(22, 24)的材料進(jìn)入所述絕緣框架(12) 與所述集電部件(14， 16)的外周之間。
10. —種固態(tài)鋰二次電池的制造方法，其特征在于包括以下步驟 通過在電絕緣的管狀絕緣框架(12)中放置電極層(22， 24)的材料的粉末和固態(tài)電解質(zhì)層(20)的材料的粉末且對所述電極層的材料的粉末 和所述固態(tài)電解質(zhì)層的材料的粉末初步施壓，形成電解質(zhì)-電極層疊組件， 所述電解質(zhì)-電極層疊組件具有包括所述電極層(22, 24)和所述固態(tài)電解 質(zhì)層(20)的層疊結(jié)構(gòu)；在所述電解質(zhì)-電極層疊組件上層疊集電部件(l4， 16)，以使得所述 集電部件(14， 16)的至少一部分被設(shè)置在所述絕緣框架(12)內(nèi)；以及對其上已層疊了所述集電部件(14， 16)的所述電解質(zhì)-電極層疊組件 最后施壓，以使得隨著所述電極層(22， 24)塑性形變，所述電極層(22， 24)的材料進(jìn)入所述絕緣框架(12)與所述集電部件(14, 16)的外周之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求5至10中任何一項的制造方法，其中 所述電極層包括正電極層(24),其形成在所述絕緣框架(12)內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì) 層(20)的一側(cè)上；以及負(fù)電極層(22)，其形成在所述絕^f匡架(12)內(nèi)的所述固態(tài)電解質(zhì) 層(20)的另一側(cè)上，并且其中所述集電部件包括正電極集電部件(16)，其層疊在所述正電極層(24)上，并且由所 述絕緣框架(12)保持；以及負(fù)電極集電部件(14)，其層疊在所述負(fù)電極層(22)上，并且由所 述絕緣框架(12 )保持。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5至10中任何一項的制造方法，其中所述集電部件 (14， 16)的外徑比所述絕緣框架(12)的內(nèi)徑小200孩史米至1200 ^L米的長度。
全文摘要
在電絕緣的框架部件(12)內(nèi)形成固態(tài)電解質(zhì)層(20)和電極層(22，24)，并且由電絕緣的框架部件(12)保持集電板(14，16)。由于由框架部件(12)保持集電板(14，16)，可以抑制集電板(14，16)的位移或脫落。為了使得集電板(14，16)由框架部件(12)保持，在框架部件(12)與集電板(14，16)之間填充電極層(22，24)的材料的粉末。
文檔編號H01M10/40GK101567465SQ200910139219
公開日2009年10月28日 申請日期2009年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者土田靖 申請人:豐田自動車株式會社