專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰離子電池及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池。詳細(xì)地說(shuō)，涉及可以做成薄形等的任意形態(tài)的高性能能的二次電池及其形成方法。
背景技術(shù)：
人們對(duì)便攜式電子機(jī)器小型輕重量化的期待非常之大。其實(shí)現(xiàn)大大依賴(lài)于電池的性能提高。為應(yīng)付這一局面的多種多樣的電池的開(kāi)發(fā)和改良一直在不斷地進(jìn)行著。對(duì)電池要求的特性，有高電壓、高能量密度、安全性、和形狀的任意性等等。鋰離子電池在迄今為止的電池中，是被人們期待著最能實(shí)現(xiàn)高電壓且高能量密度的二次電池，現(xiàn)在人們也在積極地進(jìn)行著對(duì)其改良。
現(xiàn)在實(shí)用的鋰離子電池中，在正極中，使用把由鋰鈷氧化物等的粉末構(gòu)成的活性物質(zhì)涂敷到集電體上作成板狀的電極，在負(fù)極中，使用同樣地把由碳系材料的粉末構(gòu)成的活性物質(zhì)涂敷到集電體上作成板狀的電極。為了使這些電極作為鋰離子電池發(fā)揮作用，在電極間就必須存在有鋰離子可以移動(dòng)且沒(méi)有電子導(dǎo)電性的離子傳導(dǎo)層。一般地說(shuō)，該離子傳導(dǎo)層可以使用將非水系電解液充滿(mǎn)聚乙烯等的多孔質(zhì)薄膜的隔離物的傳導(dǎo)層。
此外，如圖7所示，用金屬等制作的剛性的殼體1用來(lái)保持正極3、負(fù)極5和含有電解液等的隔離物4。如果沒(méi)有殼體1，則難以維持電極3、5和隔離物4之間的接合，電池特性將因接合部分剝離而劣化。由于有該殼體1，電池的重量變重，此外，還難于形成任意的形狀。為了實(shí)現(xiàn)輕重量化、薄形化，現(xiàn)在，人們正在研究不需要?dú)んw1的電池。不需要?dú)んw1的電池的開(kāi)發(fā)的課題之一，是如何使正極3、負(fù)極5和夾在這些電極之間的隔離物4接合，即便是不從外部加外力仍然能夠維持其狀態(tài)。
作為涉及該接合的方法，在美國(guó)專(zhuān)利5460904號(hào)中公開(kāi)了一種形成被正極和負(fù)極夾在中間的離子傳導(dǎo)層的方法采用在混合有可塑劑的聚合物中用電解液置換至少一部分可塑劑的辦法。
如果使用在該美國(guó)專(zhuān)利5460904號(hào)中公開(kāi)的方法，為了形成離子傳導(dǎo)層，就必須進(jìn)行用有機(jī)溶劑進(jìn)行的處理，就需要用來(lái)除去該有機(jī)溶劑的工序。此外，由于需要有機(jī)溶劑處理設(shè)備，故作為生產(chǎn)方法是不令人滿(mǎn)意的。
此外，要想實(shí)現(xiàn)實(shí)用性的薄形鋰離子電池，就需要在將正極和負(fù)極接合方面生產(chǎn)性高、且可以充分地得到作為電池的構(gòu)造強(qiáng)度、安全性的電池及其形成方法的開(kāi)發(fā)。
發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明的第1種鋰離子電池的形成方法，在在構(gòu)成要素中含有形成了正極活性物質(zhì)層的正極、形成了負(fù)極活性物質(zhì)層的負(fù)極和隔離物，且在該構(gòu)成要素中浸漬有電解液的鋰離子電池的形成方法中，具備下述工序在正極與隔離物及負(fù)極與隔離物之間，使至少在一部分中含有可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂部分地存在于其間進(jìn)行重合的工序；使上述粘接性樹(shù)脂變形的工序。
本發(fā)明的第2種鋰離子電池的形成方法，在上述第1種鋰離子電池的形成方法中，采用施加至少使可塑性樹(shù)脂得以塑性變形的壓力的辦法，進(jìn)行上述粘接性樹(shù)脂的變形。
倘采用上述第1和第2種形成方法，由于粘接性樹(shù)脂至少是在一部分中含有可塑性樹(shù)脂，故不需要對(duì)每一次正極、負(fù)極和隔離物的重合都進(jìn)行干燥，或者不需要用來(lái)維持重合狀態(tài)的保持工具，并可以一攬子地進(jìn)行使粘接性樹(shù)脂變形的工序而無(wú)須逐次性地進(jìn)行，由于制造設(shè)備的簡(jiǎn)化生產(chǎn)性將變得非常好，同時(shí)借助于使粘接性樹(shù)脂變形的工序，還可以增大粘接性樹(shù)脂與正極和負(fù)極以及隔離物之間的接觸面積，增強(qiáng)粘接力，使完成后的電池強(qiáng)度變得足夠地大，使得可以承受實(shí)用的考驗(yàn)。
本發(fā)明的第3種鋰離子電池的形成方法，在上述第1種鋰離子電池的形成方法中，上述可塑性樹(shù)脂為熱可塑性樹(shù)脂。倘采用該形成方法，則粘接性樹(shù)脂至少在一部分中含有熱可塑性樹(shù)脂，故借助于加溫，使熱可塑性樹(shù)脂變形，可以增大熱可塑性樹(shù)脂與正極和負(fù)極以及隔離物之間的接觸面積，使粘接力增強(qiáng)，使完成后的電池強(qiáng)度變得足夠地大，使得可以承受實(shí)用的考驗(yàn)。
本發(fā)明的第4種鋰離子電池的形成方法，在上述第3種鋰離子電池的形成方法中，采用把熱可塑性樹(shù)脂加熱到其流動(dòng)的溫度以上的溫度的辦法，使上述粘接性樹(shù)脂變形。倘采用該形成方法，由于借助于熱可塑性樹(shù)脂的流動(dòng)發(fā)生粘接力，故不僅可以增大樹(shù)脂與隔離物或正極及負(fù)極表面之間的接觸面積，還可以同時(shí)得到因樹(shù)脂向表面的微細(xì)孔內(nèi)的貫入而產(chǎn)生的錨固效果，因而可以得到粘接強(qiáng)度高的實(shí)用性的鋰離子電池。
本發(fā)明的第5種鋰離子電池的形成方法，在上述第3種鋰離子電池的形成方法中，使上述熱可塑性樹(shù)脂浸透于活性物質(zhì)層中。
本發(fā)明的第6種鋰離子電池的形成方法，在上述第3種鋰離子電池的形成方法中，采用加溫的辦法，使上述熱可塑性樹(shù)脂浸透于活性物質(zhì)層中。
倘采用該第5和第6種形成方法，在因短路等的異常而發(fā)熱的情況下，由于因熱可塑性樹(shù)脂熔化而切斷電流，故可以得到安全性高的電池。
本發(fā)明的第7種鋰離子電池的形成方法，在上述第3種鋰離子電池的形成方法中，邊加壓邊照射超聲波，使上述粘接性樹(shù)脂變形。倘采用該形成方法，借助于超聲波，可以使樹(shù)脂以良好的效率進(jìn)行變形，即便是在壓力低或加熱溫度低的狀態(tài)下，也可以進(jìn)行粘接。此外，由于借助于超聲波僅僅選擇性地加熱熱可塑性樹(shù)脂的表面部分，故可以效率良好地進(jìn)行粘接。
本發(fā)明的第1種鋰離子電池，具備電極疊層體，該電極疊層體具有把正極活性物質(zhì)層接合到正極集電體上構(gòu)成的正極；把負(fù)極活性物質(zhì)層接合到負(fù)極集電體上構(gòu)成的負(fù)極；配置在上述正極活性物質(zhì)層與上述負(fù)極活性物質(zhì)層之間的隔離物；配置在上述各個(gè)活性物質(zhì)層與上述隔離物之間以形成連通上述各個(gè)活性物質(zhì)層與上述隔離物之間的空隙的、具有至少在一部分中含有可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂。倘采用該鋰離子電池，由于粘接性樹(shù)脂至少在一部分中含有可塑性樹(shù)脂，故由于制造設(shè)備的簡(jiǎn)化等，使生產(chǎn)性變得非常好的同時(shí)，借助于使樹(shù)脂變形的工序，還可以增大樹(shù)脂與正極和負(fù)極以及隔離物之間的接觸面積，使粘接力增強(qiáng)，使完成后的電池強(qiáng)度變得足夠地大，使得可以承受實(shí)用的考驗(yàn)。
本發(fā)明的第2種鋰離子電池，在上述第1種鋰離子電池中，上述可塑性樹(shù)脂是熱可塑性樹(shù)脂。倘采用該鋰離子電池，由于借助于熱可塑性樹(shù)脂的流動(dòng)發(fā)生粘接力，故不僅可以增大樹(shù)脂與隔離物或正極及負(fù)極表面之間的接觸面積，還可以同時(shí)得到因樹(shù)脂向表面的微細(xì)孔內(nèi)的貫入而產(chǎn)生的錨固效果，因而可以得到粘接強(qiáng)度高的實(shí)用性的鋰離子電池。
本發(fā)明的第3種鋰離子電池，在上述第2種鋰離子電池中，熱可塑性樹(shù)脂浸透于活性物質(zhì)層中。倘采用該鋰離子電池，則在因短路等的異常而發(fā)熱的情況下，由于因熱可塑性樹(shù)脂熔化而切斷電流，故可以得到安全性高的電池。
本發(fā)明的第4種鋰離子電池，在上述第1種鋰離子電池中，空隙部分的面積為各個(gè)活性物質(zhì)層與隔離物對(duì)置的各個(gè)對(duì)置面的全部面積的30％到90％。倘采用該鋰離子電池，在正極和負(fù)極與隔離物之間形成的空隙部分內(nèi)保持有電解液的情況下的正極和負(fù)極與隔離物之間的離子傳導(dǎo)電阻足夠地小，可以在高負(fù)荷率下使用的同時(shí)，還可以得到可承受實(shí)用考驗(yàn)的電池強(qiáng)度。
本發(fā)明的第5種鋰離子電池，在上述第1種鋰離子電池中，各個(gè)活性物質(zhì)層與隔離物之間的距離為30微米以下。倘采用該鋰離子電池，在正極和負(fù)極與隔離物之間形成的空隙部分內(nèi)保持有電解液的情況下的正極和負(fù)極與隔離物之間的離子傳導(dǎo)電阻足夠地小，可以在高負(fù)荷率下使用。
本發(fā)明的第6種鋰離子電池，在上述第1種鋰離子電池中，具備多個(gè)電極疊層體。倘采用該鋰離子電池，則可以得到小型緊湊、穩(wěn)定且大電池容量的鋰離子電池。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明

圖1是剖面示意圖，示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池的電池構(gòu)造。圖2的示意圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用涂敷器法進(jìn)行的粘接性樹(shù)脂的涂敷方法。圖3的示意圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池。圖4、圖5和圖6的剖面示意圖示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例的鋰離子電池的電池構(gòu)造。圖7的剖面示意圖示出了現(xiàn)有的鋰離子電池。
優(yōu)選實(shí)施例本發(fā)明適用于具有正極和負(fù)極以及把離子傳導(dǎo)層配置在這些電極之間的構(gòu)造的電池。以下的實(shí)施例主要是對(duì)于由正極、離子傳導(dǎo)層和負(fù)極的單一的電極疊層體構(gòu)成的單層電極式電池進(jìn)行說(shuō)明。但是，也可以適用于把單一的電極疊層體層疊起來(lái)的疊層電極式電池。
圖1的剖面示意圖示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰離子電池的電池構(gòu)造，即示出了電極疊層體的構(gòu)造，在圖中，3是把正極活性物質(zhì)層32接合到正極集電體31上構(gòu)成的正極，5是把負(fù)極活性物質(zhì)層52接合到負(fù)極集電體51上構(gòu)成的負(fù)極，4是配置在正極3和負(fù)極5之間的隔離物，借助于保持有含有鋰離子的非水系電解液起著離子傳導(dǎo)層的作用。6是粘接性樹(shù)脂，該樹(shù)脂點(diǎn)狀、線(xiàn)狀或網(wǎng)格狀地部分地配置在正極活性物質(zhì)層32和負(fù)極活性物質(zhì)層52與隔離物4之間的相向面間，且至少在一部分中含有使各個(gè)活性物質(zhì)層32、52與隔離物進(jìn)行接合的可塑性樹(shù)脂。7是使正極活性物質(zhì)層32和負(fù)極活性物質(zhì)層52與隔離物4之間的間隔連通的空隙部分。在該空隙部分7、隔離物4和活性物質(zhì)層32、52中，保持含有鋰離子的非水系電解液。可塑性樹(shù)脂是一種在常溫下是固體且具有粘接性，而且，借助于加熱或加壓發(fā)生變形的樹(shù)脂。
上述這樣地構(gòu)成的鋰離子電池，可以用例如下述方法形成。
本發(fā)明的電池形成方法，是這樣一種方法在正極3和隔離物4之間，在負(fù)極5與隔離物4之間，局部性地中介有粘接性樹(shù)脂6，再用如下述所示的加壓、加熱等的方法，使粘接性樹(shù)脂6變形，減少電極3、5與隔離物4之間的空隙部分7，使空隙部分7的深度L變成為規(guī)定的值。
在本發(fā)明中所用的粘接性樹(shù)脂6，只要是不溶解于電解液的樹(shù)脂都可以使用。在粘接性樹(shù)脂6中所含的可塑性樹(shù)脂沒(méi)什么特別限定，可以使用聚烯烴類(lèi)、聚乙二醇類(lèi)、硅酮樹(shù)脂類(lèi)等等。在粘接性樹(shù)脂6中也可以含有無(wú)機(jī)或有機(jī)粉末、纖維等。
用局部地配置的粘接性樹(shù)脂6形成的空隙部分7的面積，理想的是作成為活性物質(zhì)層32、52與隔離物4相向的各個(gè)相向面的全部面積的30％到90％，作成為60％是最理想的。如果不足30％，則電極活性物質(zhì)層32、52與隔離物4之間的電接合將變得不充分，電極3、5間的離子傳導(dǎo)電阻將變大，故難于得到充分的電池特性。此外，當(dāng)超過(guò)90％時(shí)，則電極3、5間的貼緊性將變得不充分，因而將產(chǎn)生剝離。
此外，在活性物質(zhì)層32、52與隔離物4之間形成的空隙部分7的深度即活性物質(zhì)層32、52與隔離物4之間的距離L因電解液的離子傳導(dǎo)率而異，但是在通常使用的10-2S/cm左右的情況下，由于只要是30微米以下，活性物質(zhì)層32、52與隔離物4之間的離子傳導(dǎo)電阻就會(huì)變得足夠地小，可以在不比使用外殼的電池差的高負(fù)荷率下使用，故理想的是作成為30微米以下。此外，采用使空隙部分7的深度L變成為10微米以下的辦法，由于反應(yīng)物(reaction species)的擴(kuò)散容易進(jìn)行，離子傳導(dǎo)電阻可以進(jìn)一步降低，故調(diào)整為10微米以下是更為理想的。此外，人們認(rèn)為在產(chǎn)生電極反應(yīng)的活性物質(zhì)層32、52的表面上，存在著數(shù)微米的擴(kuò)散層。采用把空隙部分7的深度L調(diào)整到該擴(kuò)散層以下的辦法，從考慮鋰離子的擴(kuò)散最容易進(jìn)行這一點(diǎn)來(lái)看，使空隙部分7的深度L作成為數(shù)微米以下是最理想的。
使正極3和負(fù)極5之間局部地存在粘接性樹(shù)脂6的方法如下使粉末狀、線(xiàn)狀、網(wǎng)狀、具有導(dǎo)通孔的膜狀的形狀的樹(shù)脂分布為在電池形成時(shí)，不會(huì)把正極3、負(fù)極5、隔離物4的表面之內(nèi)，相向的面的一面或兩方的面完全覆蓋凈盡。具體地說(shuō)，例如可以使用涂敷器法，這種方法使用下述涂敷法如圖2的斜視圖(a)和側(cè)視圖(b)所示，把熔融樹(shù)脂6用具有點(diǎn)狀的凹坑21a的旋轉(zhuǎn)輥?zhàn)尤∠聛?lái)，再把它轉(zhuǎn)移到薄片(例如薄片狀的隔離物6)上。除此之外，還可以使用噴射法、從輥?zhàn)拥奈⒓?xì)孔中注出熔融樹(shù)脂進(jìn)行涂敷的輥?zhàn)臃ǖ鹊?，涂敷方法無(wú)特別限定。采用不把整個(gè)面都覆蓋凈盡地使其分布的辦法，就可以在電極3、5和隔離物4之間形成可以保持電解質(zhì)的空隙部分7。采用把電解質(zhì)保持在該空隙部分7中的辦法，就可以把電極3、5間的離子傳導(dǎo)電阻作成為現(xiàn)有的使用外殼的電池那種程度，此外，由于電極3、5和隔離物4之間已經(jīng)粘接，故可以使電極3、5和隔離物貼緊而無(wú)須外殼。
這里所說(shuō)的粘接，用下述工序進(jìn)行局部地涂敷粘接性樹(shù)脂6，對(duì)于重合后的電極3、隔離物4和負(fù)極5加上可以使粘接性樹(shù)脂6進(jìn)行塑性變形以上的壓力。該加壓力的工序，只要是所有的重合結(jié)束之后任何時(shí)候都可以。該加壓力的工序，具有如下效果增大粘接性樹(shù)脂6和電極3、5及隔離物4之間的接觸面積，增強(qiáng)粘接性樹(shù)脂6的粘接力，增大完成后的電池強(qiáng)度使得可以承受實(shí)用考驗(yàn)。因粘接性樹(shù)脂6向電極3、5或隔離物4表面的微細(xì)孔中貫入而產(chǎn)生的錨固效果的強(qiáng)度大故是理想的，但是即便是因粘接性樹(shù)脂6的粘接性而產(chǎn)生的粒接，只要是粘接性樹(shù)脂6與電極3、5的表面的接觸面積足夠地大，也可以得到形成電池所需要的足夠的強(qiáng)度。此外，該工序?qū)τ诳刂拼嬖谟陔姌O3、5之間的樹(shù)脂6的厚度也是必須的。如果樹(shù)脂6的厚度大，則電池的充電容量變小，是不理想的，只要能維持粘接力越薄越好。
采用該方法進(jìn)行粘接有以下好處，不需要對(duì)電極3、5與隔離物4的每一次重合進(jìn)行干燥，或?yàn)榫S持重合狀態(tài)所需要的保持工具；施加使樹(shù)脂可以進(jìn)行塑性變形以上的壓力的工序一攬子地進(jìn)行而無(wú)須逐次進(jìn)行；此外也可以減少溶液的使用，故由于制造設(shè)備的簡(jiǎn)化等，生產(chǎn)性將變得非常好。
在加壓粘接后，用點(diǎn)焊焊接等把集電接頭33、53連接到經(jīng)干燥形成的電極疊層體8上，然后插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜22中，注入電解液，對(duì)鋁疊層薄膜22進(jìn)行封口處理，形成具有單一的電池疊層體的鋰離子電池(參看圖3)。
作為在用作離子傳導(dǎo)體的電解液中使用的液體電解質(zhì)，可以使用在現(xiàn)有的電池中使用的含有鋰離子的非水系電解質(zhì)。具體地說(shuō)，作為液體電解質(zhì)的溶劑，可以使用碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等的酯系溶劑或二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、二乙醚、二甲醚等的醚系溶劑的單獨(dú)液，和由上述的同一系統(tǒng)的溶劑或異種系統(tǒng)的溶劑構(gòu)成的2種以上的混合液。此外，在液體電解質(zhì)中使用的電解質(zhì)鹽，可以使用LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3、LiN(C2F5SO2)2等。
為要形成活性物質(zhì)層32、52，分別使正極和負(fù)極活性物質(zhì)粉末與粘合劑樹(shù)脂混合形成膏狀，再把該膏分別涂敷到正極和負(fù)極集電體31、51上，并進(jìn)行干燥。
作為用來(lái)使活性物質(zhì)電極化所使用的粘接劑樹(shù)脂，只要是不溶解于電解液，且在電極內(nèi)部不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的樹(shù)脂都可以使用。具體地說(shuō)，可以使用偏氟乙烯、氟化乙烯、丙烯腈、環(huán)氧乙烷等的均聚物或共聚物，和乙烯丙烯二胺橡膠等。
作為活性物質(zhì)，在正極3中，例如可以使用鋰與鈷、鎳、錳等的過(guò)渡金屬之間的復(fù)合氧化物、含鋰的鹵族化合物或它們的復(fù)合氧化物，以及微量地向上述的復(fù)合氧化物、含鋰的鹵族化合物或它們的復(fù)合氧化物中，添加種種的元素的物質(zhì)等，和作為電子傳導(dǎo)體向這些物質(zhì)中加入了石墨的物質(zhì)。此外，在負(fù)極中，雖然理想的是使用石墨、易石墨化碳、難石墨化碳、多并苯、多炔等的碳化合物、含有芘、二萘嵌苯等的并苯構(gòu)造的芳香碳?xì)浠衔?，但并不限定于此，只要是可以吸入保持、放出電池?dòng)作所需要的鋰離子的物質(zhì)，也可以使用別的物質(zhì)。此外，這些物質(zhì)可以使用粒子狀的物質(zhì)，作為粒徑可以使用0.3微米到20微米的粒子，特別理想的是0.3微米到5微米的粒子。此外，作為負(fù)極活性物質(zhì)52，也可以使用碳纖維。在粒徑過(guò)小的情況下，由粘接時(shí)的粘接劑形成的活性物質(zhì)表面的覆蓋面積將變得過(guò)大，使電池特性降低。在粒徑過(guò)大的情況下，難于進(jìn)行薄膜化，而且，填充密度降低，故是不希望的。
此外，集電體31、51只要是在電池內(nèi)部不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的金屬都可以使用，但正極理想的是使用鋁，負(fù)極理想的是使用銅。作為集電體31、51的形狀，雖然箔狀、網(wǎng)狀、多孔金屬網(wǎng)等都可以使用，但為了能得到電極的平滑性理想的是使用箔狀的形狀。
隔離物4只要是絕緣性的多孔膜、網(wǎng)、無(wú)紡布等且具有足夠的強(qiáng)度，不論什么樣的隔離物都能使用，沒(méi)什么特別限定，但從確保粘接性、安全性的觀點(diǎn)來(lái)看理想的是使用由聚丙烯、聚乙烯等構(gòu)成的多孔質(zhì)膜。為確保離子傳導(dǎo)性，必須具有貫通孔，但貫通孔對(duì)全部面積的比率，至少要是10％以上，理想的是30％以上。
在上述方法中，采用使粘接性樹(shù)脂塑性變形的辦法進(jìn)行粘接，但也可以用含有熱可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂6，用加熱到該熱可塑性樹(shù)脂容易變形的溫度以上的工序進(jìn)行粘接。這時(shí)的加熱不選擇熱板、烘箱、紅外線(xiàn)加熱器等手法。
也可以加熱到熱可塑性樹(shù)脂進(jìn)行流動(dòng)的溫度為止。這時(shí)，不僅樹(shù)脂和隔離物4或電極3、5的表面之間的接觸面積增大，同時(shí)還可以得到因樹(shù)脂向表面的微細(xì)孔內(nèi)貫入而產(chǎn)生的錨固效果。
在熱可塑性樹(shù)脂的黏度高的情況下，有時(shí)候在加熱時(shí)加壓是理想的，但不是必須的。
采用使含有熱可塑性樹(shù)脂的的粘接性樹(shù)脂6浸漬于整個(gè)活性物質(zhì)層32、52內(nèi)的辦法，在因電池的短路等的異常使溫度上升的情況下樹(shù)脂熔融，可以賦予切斷電流的效果。另外，要想使含有熱可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂6浸漬于整個(gè)活性物質(zhì)層32、52中，加壓加熱都行。
在這里使用的熱可塑性樹(shù)脂，是熔點(diǎn)在200℃以下的樹(shù)脂，只要是不溶解于電解液的樹(shù)脂不論什么樹(shù)脂都可以使用。只要不抑制加熱時(shí)的流動(dòng)性，即便是混入了高熔點(diǎn)成分，無(wú)機(jī)物等也可以使用。
一般所使用的那樣的、由聚丙烯、聚乙烯構(gòu)成的隔離物，由于在加熱的情況下隔離物溶解會(huì)產(chǎn)生堵住貫通孔的現(xiàn)象，故要注意不要在隔離物自身上加過(guò)剩的熱。在使用這樣的隔離物的情況下，理想的是選擇發(fā)生熱可塑性樹(shù)脂的流動(dòng)性的溫度低的物質(zhì)，或者把熱可塑性樹(shù)脂涂敷到電極上，在僅僅加熱電極后進(jìn)行貼合的方法。
此外，在使用含有熱可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂的情況下，也可以邊加壓力邊照射超聲波進(jìn)行粘接。借助于超聲波，可以以良好的效率進(jìn)行樹(shù)脂的變形，即便是在壓力或粘接時(shí)的溫度低的狀態(tài)下，也可以粘接。在照射超聲波的情況下，具有選擇性地加熱熱可塑性樹(shù)脂的與電極表面接連的部分的效果。因此，得以以非常好的效率進(jìn)行粘接。
加熱時(shí)期，只要是所有的重合都結(jié)束之后，不論什么時(shí)候都行。該工序具有充分地增大完成后的電池的耐熱性的效果。
在上述實(shí)施例中，雖然說(shuō)明的是由單一的電極疊層體構(gòu)成的電池，但是，也可以適用于具有多個(gè)電極疊層體的疊層電極式電池，采用作成疊層電極式電池的辦法，可以得到小型緊湊、穩(wěn)定且具有大的電池容量大的鋰離子電池。例如，除了圖4所示的那樣的、具有把正極3和負(fù)極5交互地配置在多個(gè)切斷開(kāi)來(lái)的隔離物4間的、多個(gè)電極疊層體的構(gòu)造，和如圖5和圖6所示的那樣的、具有把正極3和負(fù)極5交互地配置在卷繞起來(lái)的帶狀的隔離物4間的、多個(gè)疊層電極體的構(gòu)造之外，還可以用未圖示的具有把正極3和負(fù)極5交互地配置在折疊起來(lái)的帶狀的隔離物4間的、多個(gè)電極疊層體的構(gòu)造，得到疊層電極式電池。關(guān)于圖4、圖5和圖6所示的疊層電極式電池的制造方法，將在下述實(shí)施例中詳細(xì)說(shuō)明。
以下給出實(shí)施例，進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，但是不言而喻本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1將LiCoO287重量％，石墨8重量％，作為這些的粘合劑樹(shù)脂，聚偏氟乙烯5重量％配制并進(jìn)行混合后的正極活性物質(zhì)膏，用刮片法在由厚度20微米的鋁箔構(gòu)成的正極集電體上邊涂敷厚度約100微米形成正極。
把中間相微顆粒碳(大阪瓦斯(株)生產(chǎn))95重量％，作為粘合劑樹(shù)脂，偏氟乙烯5重量％配制并進(jìn)行混合后的負(fù)極活性物質(zhì)膏，用刮片法在由厚度12微米的銅箔構(gòu)成的負(fù)極集電體上邊涂敷厚度約100微米形成負(fù)極。
把正極和負(fù)極切斷成5cm×4cm的長(zhǎng)方形，在切斷后的每一個(gè)正極和負(fù)極上都安裝上集電用的端子(接頭)。用噴射法把SIS型的熱金屬粘接劑(AK-1，Kanebo·NSC(株)生產(chǎn)，軟化點(diǎn)約100℃)涂敷到該正極和負(fù)極上，由此局部性地涂敷熱金屬粘接劑。這時(shí)的粘接劑的涂敷量是每1m2約8g。把隔離物(Hoechst Celanese公司生產(chǎn)，Cell Guard#2400)夾在已涂敷上該粘接劑的正極和負(fù)極之間使之重合。借助于熱熔粘接劑的粘接性，正極、隔離物、負(fù)極被粘接起來(lái)。采用使正極和隔離物之間、負(fù)極和隔離物之間存在有熱熔粘接劑的辦法，形成了厚度約50微米的空間。用真空干燥使其充分干燥。
在干燥后，在室溫下，施加每1cm25g的壓力，把粘接劑層壓潰，使正極和隔離物之間的空間、負(fù)極和隔離物之間的空間減小。
在干燥后，插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后，對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
這樣地制成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，在電流值為1C時(shí)得到了70Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了200次的充放電之后，充電容量仍可維持初始時(shí)的約90％的高值。
實(shí)施例2用涂敷器(MELTEX社生產(chǎn)，CP3000)把聚丁烯-聚丙烯共聚物(新田Gelatin生產(chǎn)，軟化點(diǎn)84℃)涂敷到與實(shí)施例1同樣地制作的帶集電端子的正極和負(fù)極上。共聚物被涂敷成點(diǎn)狀，涂敷量為每1m2約9g。之后，使隔離物重合到正極和負(fù)極之間，在80℃下用5g/cm2的壓力按壓1分鐘進(jìn)行貼合。
其次，插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。
在注入了電解液之后，對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
這樣地制成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，在電流值為1C時(shí)得到了70Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了200次的充放電之后，充電容量仍可確保初始時(shí)的約80％。
實(shí)施例3用涂敷器(MELTEX社生產(chǎn)，CP3000)把聚丁烯-聚丙烯共聚物(新田Gelatin生產(chǎn)，軟化點(diǎn)84℃)涂敷到與實(shí)施例1同樣地制作的帶集電端子的正極和負(fù)極上。共聚物被涂敷成點(diǎn)狀，涂敷量為每1m2約15g。之后，使隔離物(Hoechst Celanese公司生產(chǎn)，CellGuard#2400)重合到已涂敷上該粘接劑的正極和負(fù)極之間，采用邊保持其形狀，邊在90℃下加熱3分鐘，進(jìn)行冷卻的辦法進(jìn)行貼合。
之后，把粘接后的電極插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后。對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
這樣地制成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，在電流值為1C時(shí)得到了65Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了200次的充放電之后，充電容量仍可確保初始時(shí)的約80％。
實(shí)施例4用涂敷器(MELTEX社生產(chǎn)，CP3000)把乙烯-甲基丙烯酸甲酯-馬來(lái)酸酐共聚物(住友化學(xué)工業(yè)(株)生產(chǎn)，Bondyne，軟化點(diǎn)100℃)涂敷到與實(shí)施例1同樣地制作的帶集電端子的正極和負(fù)極上。共聚物被涂敷成點(diǎn)狀，涂敷量為每1m2約8g。之后，使隔離物(Hoechst Celanese公司生產(chǎn)，Cell Guard#2400)重合到已涂敷上該粘接劑的正極和負(fù)極之間，在80℃下用20g/cm2的壓力按壓1分鐘進(jìn)行貼合。
插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。
在注入了電解液之后，在加熱到70℃的烘箱中加熱約1個(gè)小時(shí)。借助于加熱，使正極與隔離物之間的空間、負(fù)極與隔離物之間的空間變窄，各個(gè)空間的厚度變成為約10微米。對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
這樣地制成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，在電流值為1C時(shí)得到了78Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了200次的充放電之后，充電容量仍可確保初始時(shí)的約80％。
實(shí)施例5用涂敷器(MELTEX社生產(chǎn)，CP3000)把乙烯-異丁烯酸甲酯-無(wú)水馬來(lái)酸共聚物(住友化學(xué)工業(yè)(株)生產(chǎn)，Bondyne，軟化點(diǎn)100℃)涂敷到與實(shí)施例1同樣地制作的帶集電端子的正極和負(fù)極上。共聚物被涂敷成點(diǎn)狀，涂敷量為每1m2約8g。之后，在110℃的烘箱中加熱兩電極1分鐘。采用使隔離物(Hoechst Celanese公司生產(chǎn)，Cell Guard#2400)重合到這些粘接劑的正極和負(fù)極之間的辦法進(jìn)行粘接。
之后，把粘接后的電極插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后。對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
這樣地制成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，在電流值為1C時(shí)得到了76Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了200次的充放電之后，充電容量仍可確保初始時(shí)的約80％。
實(shí)施例6使用與實(shí)施例1同樣地制作的帶集電端子的5cm×4cm的長(zhǎng)方形的電極。在正極上邊，均勻地撒上聚乙烯粉末使得變成為每1m2約10g左右。在其上邊，重合隔離物(Hoechst Celanese公司生產(chǎn)，Cell Guard#2400)，再均勻地撒上聚乙烯粉末，使得變成為每1m2約10g左右。然后，把負(fù)極重合到上邊，用超聲波焊接機(jī)貼合成一個(gè)整體。應(yīng)注意使超聲波的每單位面積的功率盡可能地小以便不破壞電極。
插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后。對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
這樣地制成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，在電流值為1C時(shí)得到了62Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了100次的充放電之后，充電容量仍可確保初始時(shí)的約80％。
所形成的電池的電池特性，用重量能量密度計(jì)算，得到了76Wh/kg的值。在電流值為C/2時(shí)，即便是在進(jìn)行了200次的充放電之后，充電容量仍可確保初始時(shí)的約60％。
實(shí)施例7本實(shí)施例是具有圖4所示的平板狀疊層構(gòu)造電池體的鋰離子電池的形成方法。
用與實(shí)施例1相同的材料和方法制作正極和負(fù)極之后，作為隔離物取出2張做成輥?zhàn)訝畹膶?2cm，厚度25微米的多孔性的聚丙烯薄片(Hoechst公司生產(chǎn)，商品名Cell Guard#2400)在各自的一面上，作為粘接性樹(shù)脂，用涂敷器法，把商品序號(hào)H-6825(ニツタGelatin(株)生產(chǎn))涂敷成點(diǎn)狀。其次，把多枚的正極(或負(fù)極)夾在2枚的隔離物的涂敷面之間進(jìn)行臨時(shí)固定，把臨時(shí)固定于該隔離物之間的正極(或負(fù)極)沖成規(guī)定的大小，用涂敷器法向隔離物的一面上點(diǎn)狀地涂敷上述粘接性樹(shù)脂，并把負(fù)極(或負(fù)極)重合到該涂敷面上，再對(duì)臨時(shí)固定另外的正極(或負(fù)極)的隔離物的涂敷面進(jìn)行重合，并用涂敷器法向該隔離物的未涂敷面上點(diǎn)狀地涂敷上述粘接性樹(shù)脂，把負(fù)極(或正極)重合到該涂敷面上。反復(fù)進(jìn)行該工序，層狀地形成多個(gè)電極疊層體。對(duì)于該層狀地形成了多個(gè)電極疊層體的電池體，施加每1cm2100g的壓力。
插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯和1，2二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后。對(duì)鋁疊層薄膜封口完成電池。
實(shí)施例8本實(shí)施例是具有圖5所示的平板狀卷繞形構(gòu)造電池體的鋰離子二次電池的形成方法。
與實(shí)施例1一樣地制作正極和負(fù)極，并用點(diǎn)焊焊接法在各自的端部安裝集電端子。用噴射法把AK-1(Kanebo·NSC(株)生產(chǎn)，軟化點(diǎn)約100℃)涂敷到隔離物(Hoechst Celanese公司生產(chǎn)，CellGuard#2400)的一面和相反面的一端上。這時(shí)的粘接劑的涂敷量為每1m2約10g左右。其次，使隔離物的一端彎曲恒定的量，在該彎曲部分內(nèi)夾持1枚的正極(或負(fù)極)，把負(fù)極(或正極)重合到彎曲部分的涂敷面上，用隔離物把該負(fù)極(或正極)卷在里邊。
接著，邊用涂敷器法點(diǎn)狀地向先前已涂敷上樹(shù)脂的隔離物面的相反一側(cè)的面上涂敷樹(shù)脂，邊使之相互相向地重合正極(或負(fù)極)和負(fù)極(或正極)，邊把隔離物卷繞成長(zhǎng)圓狀。
對(duì)卷繞后的長(zhǎng)圓狀的電池體，加上每1cm2約100g的壓力進(jìn)行粘接，得到圖5那樣的平板狀卷繞式疊層構(gòu)造電池體。
采用使連接到該平板狀疊層構(gòu)造電池體的正極和負(fù)極集電體31、51的各自的端部上的集電接頭正極彼此間、負(fù)極彼此間點(diǎn)焊焊接的辦法電并聯(lián)地連接疊層構(gòu)造電池體。
接著，把該疊層構(gòu)造電池體插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后。采用用熱熔敷對(duì)鋁疊層薄膜進(jìn)行封口處理的辦法，完成鋰離子二次電池。
實(shí)施例9在上述實(shí)施例8中，示出的是卷繞隔離物4的例子，但也可以折疊把正極(或負(fù)極)接合在中間的帶狀的隔離物4，在貼合負(fù)極(或正極)的同時(shí)反復(fù)進(jìn)行折疊隔離物的工序制作成平板狀折疊式疊層構(gòu)造電池體。
實(shí)施例10本實(shí)施例是具有圖6所示的平板狀卷繞形構(gòu)造電池體的鋰離子二次電池的形成方法，與上述實(shí)施例11不同，是一個(gè)同時(shí)卷繞各個(gè)電極和隔離物的例子。
用與實(shí)施例8同樣的方法，在制作了正極和負(fù)極后，作為隔離物材料4，取出做成輥?zhàn)訝畹膶?2cm，厚度25微米的多孔性的聚丙烯薄片(Hoechst公司生產(chǎn)，商品名Cell Guard#2400)在各自的一面上，作為粘接性樹(shù)脂，用涂敷器法，把商品序號(hào)H-6825(ニツタGelatin(株)生產(chǎn))涂敷成點(diǎn)狀。樹(shù)脂的涂敷量與實(shí)施例8相同。其次，把1枚正極(或負(fù)極)重合到2枚隔離物的涂敷面之間。在該帶隔離物的正極(或負(fù)極)的兩側(cè)的隔離物面上，也用涂敷器法涂敷粘接性樹(shù)脂。
其次，使帶狀的負(fù)極(或正極)配置為向帶隔離物的正極的一側(cè)突出恒定的量。使突出出來(lái)的負(fù)極(或正極)彎曲并貼合成使得把帶隔離物的正極(或負(fù)極)包在里邊，接著，使帶隔離物的正極(或負(fù)極)彎曲并重合成使得把負(fù)極(或正極)包在里邊，再把帶隔離物的正極(或負(fù)極)卷繞成長(zhǎng)圓狀，使得把彎曲后的負(fù)極(或正極)包在里邊。之后，采用用加熱輥?zhàn)邮谷w熔敷的辦法，得到圖6那樣的卷式疊層構(gòu)造電池體。
采用使連接到該平板狀疊層構(gòu)造電池體的正極和負(fù)極集電體31、51的各自的端部上的集電接頭正極彼此間、負(fù)極彼此間點(diǎn)焊焊接的辦法電并聯(lián)地連接疊層構(gòu)造電池體。
接著，把該疊層構(gòu)造電池體插入加工成圓筒形的鋁疊層薄膜中，在充分地干燥之后，注入電解液。在電解液中，作為溶劑，使用碳酸乙烯酯和1，2-二甲氧基乙烷，作為電解質(zhì)，使用六氟化磷酸鋰。在注入了電解液之后。采用用熱熔敷對(duì)鋁疊層薄膜進(jìn)行封口處理的辦法，完成鋰離子二次電池。
另外，在上述各實(shí)施例中，雖然說(shuō)明的是把粘接性樹(shù)脂涂敷到隔離物或活性物質(zhì)層32、52的情況，但也可以涂敷到隔離物和活性物質(zhì)層雙方上。
工業(yè)上利用的可能性可以在便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式電話(huà)等的便攜用電子機(jī)器中使用，可小型輕重量化且可任意形狀化，可以簡(jiǎn)化構(gòu)造強(qiáng)度高且可確保安全性的高性能的二次電池的形成，因而將提高生產(chǎn)性。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池的形成方法，所述鋰離子電池在構(gòu)成要素中含有形成了正極活性物質(zhì)層的正極、形成了負(fù)極活性物質(zhì)層的負(fù)極和隔離物，且在該構(gòu)成要素中浸漬有電解液，其特征是具備下述工序在正極與隔離物及負(fù)極與隔離物之間，使至少在一部分中含有可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂部分地存在于其間進(jìn)行重合的工序；使上述粘接性樹(shù)脂變形的工序。
2.權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的形成方法，其特征是采用施加至少使可塑性樹(shù)脂得以塑性變形的壓力的辦法，進(jìn)行上述粘接性樹(shù)脂的變形。
3.權(quán)利要求1所述的鋰離子電池的形成方法，其特征是上述可塑性樹(shù)脂是熱可塑性樹(shù)脂。
4.權(quán)利要求3所述的鋰離子電池的形成方法，其特征是采用把熱可塑性樹(shù)脂加熱到其流動(dòng)的溫度以上的溫度的辦法，使上述粘接性樹(shù)脂變形。
5.權(quán)利要求3所述的鋰離子電池的形成方法，其特征是使上述熱可塑性樹(shù)脂浸透于活性物質(zhì)層中。
6.權(quán)利要求3所述的鋰離子電池的形成方法，其特征是采用加溫的辦法，使上述熱可塑性樹(shù)脂浸透于活性物質(zhì)層中。
7.權(quán)利要求3所述的鋰離子電池的形成方法，其特征是邊加壓邊照射超聲波，使上述粘接性樹(shù)脂變形。
8.一種鋰離子電池，其特征是具備電極疊層體，該電極疊層體具有把正極活性物質(zhì)層接合到正極集電體上構(gòu)成的正極；把負(fù)極活性物質(zhì)層接合到負(fù)極集電體上構(gòu)成的負(fù)極；配置在上述正極活性物質(zhì)層與上述負(fù)極活性物質(zhì)層之間的隔離物；配置在上述各個(gè)活性物質(zhì)層與上述隔離物之間以形成連通上述各個(gè)活性物質(zhì)層與上述隔離物之間的空隙的、具有至少在一部分中含有可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂。
9.權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征是上述可塑性樹(shù)脂是熱可塑性樹(shù)脂。
10.權(quán)利要求9所述的鋰離子電池，其特征是上述熱可塑性樹(shù)脂浸透于活性物質(zhì)層中。
11.權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征是空隙部分的面積為各個(gè)活性物質(zhì)層與隔離物對(duì)置的各個(gè)對(duì)置面的全部面積的30％到90％。
12.權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征是各個(gè)活性物質(zhì)層與隔離物之間的距離為30微米以下。
13.權(quán)利要求8所述的鋰離子電池，其特征是具備多個(gè)電極疊層體。
全文摘要
目的是不使用外殼,使得可以簡(jiǎn)化可小型輕重量化且可任意形狀化的,構(gòu)造強(qiáng)度高且可確保安全性的高性能的二次電池的形成,因而將提高生產(chǎn)性。本發(fā)明的鋰離子二次電池的形成方法,具有下述工序:在把正極活性物質(zhì)層(32)接合到正極集電體(31)上構(gòu)成的正極(3),及把負(fù)極活性物質(zhì)層(52)接合到負(fù)極集電體(51)上構(gòu)成的負(fù)極(5)與隔離物(4)之間,使至少在一部分中含有可塑性樹(shù)脂的粘接性樹(shù)脂(6)部分地存在于其間進(jìn)行重合的工序;使上述粘接性樹(shù)脂(6)變形的工序,由此可以簡(jiǎn)化鋰離子二次電池的形成,提高生產(chǎn)性。
文檔編號(hào)H01M6/10GK1256801SQ98805189
公開(kāi)日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1998年3月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月17日
發(fā)明者吉田育弘, 村井道雄, 犬冢隆之, 浜野浩司, 鹽田久, 相原茂, 竹村大吾, 荒金淳, 漆畑廣明 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社