專利名稱：薄型二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及薄型二次電池。更具體地，本發(fā)明涉及使薄型攜帶式設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間使用成為可能的薄型二次電池。
另外，攜帶式設(shè)備的厚度減小的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，新的目標(biāo)已經(jīng)設(shè)定在0.1mm的水平。由于使用時(shí)間短是攜帶式設(shè)備的致命弱點(diǎn)，因此不能僅僅采用尺寸小的電池。另外，對(duì)于電池的罐型，由于外部罐制作上的限制，這種電池具有厚度4mm左右的下限，并且即使能夠制作更薄類型的電池，外部罐自身的厚度相對(duì)于電池整體的厚度而言也是過厚，這使得更難以得到高能量密度。在這樣的情況下，現(xiàn)狀是在使用電池作為電源的場(chǎng)合中電池限制了設(shè)備最小厚度的情況非常多，因此強(qiáng)烈要求開發(fā)同時(shí)滿足厚度小和容量密度高兩方面的電池。
因此，為解決上面的問題，開發(fā)了一種電池，它使用聚合物作為電解液，使用不需要硬質(zhì)外部罐的層壓制件(ラミネ一ト)作為封裝材料(outer covering)。
層壓制件一般具有由用于密封電池元件的粘結(jié)層、用于防止水分侵入的金屬箔、以及需要時(shí)的用于提高表面針刺密度的保護(hù)層構(gòu)成的層結(jié)構(gòu)。層壓制件的總厚度為100～200μm左右，與罐型的電池相比足夠薄。另外，由于電池可以密封在袋狀層壓制件中，因此對(duì)電池厚度沒有限制，從而使得可以得到薄型電池。因此，非常期待使用層壓制件的電池可以作為攜帶式設(shè)備的電池。
由于這種電池對(duì)抗內(nèi)壓的能力弱，因此當(dāng)電池的內(nèi)壓增加時(shí)，電池膨脹，殘留有內(nèi)容物向不特定方向噴出的可能性。這種電池安裝在攜帶式設(shè)備中時(shí)，為可作為電池組單獨(dú)折卸，需要電池能夠承受外力。因此，除電池的層壓制件封裝體外，另外還需要一個(gè)硬的封裝體。因此，使用層壓制件型的電池可能實(shí)際上不能對(duì)設(shè)備厚度減小有所貢獻(xiàn)。
為把薄型電池有效地合并入設(shè)備中，提出了種種方法。例如，在特開平8(1996)-17179號(hào)公報(bào)中，提出了為使電池容易安裝在設(shè)備中，將薄膜電池嵌入襯底中的技術(shù)。另外，在特開平10(1998)-13512號(hào)公報(bào)中，提出了將薄型電池嵌入可以拆卸薄型電池的殼體內(nèi)部的技術(shù)。
但是，由于這些技術(shù)實(shí)際上是裝入了甚至具有由層壓制件構(gòu)成的封裝體的薄膜電池，故它們還不能說對(duì)設(shè)備的厚度減小提供足夠的貢獻(xiàn)。盡管已公開了將電池與電路板一體化的技術(shù)，但是僅僅與構(gòu)成電路板的樹脂層的一體化不能完全阻止水分侵入電池；因此，該技術(shù)存在長(zhǎng)期使用出現(xiàn)問題的情況。
此外，厚金屬層為內(nèi)凹形，并且電池元件設(shè)置在內(nèi)凹形狀的內(nèi)側(cè)，從而可使內(nèi)容物的噴出方向更為特定。
再者，通過使用選自鋁合金和鎂合金的金屬作為厚金屬層材料，可以得到更薄、更輕的電池。
另外，為使這些材料成形，可以使用將金屬澆注于鑄型中進(jìn)行制作的鑄造法、及將軋制板加壓成型的方法中的任何一種方法。更具體地，通過對(duì)板材加壓得到的金屬層可以更薄，并且不必?fù)?dān)心通過加壓制作更薄的板時(shí)會(huì)產(chǎn)生針孔等，從而使電池的可靠性增加。
這樣，通過將厚金屬層兼用作殼體(case)，并將薄金屬層設(shè)置成面對(duì)著攜帶式設(shè)備的內(nèi)側(cè)，即使電池中發(fā)生漏液，也不會(huì)向用戶一側(cè)直接噴出液體，因此確保了發(fā)生異常時(shí)的安全性。另外，由于厚金屬層兼用作殼體，因此不再需要以往必須的一個(gè)層壓制件，這可對(duì)設(shè)備的厚度減小有貢獻(xiàn)?；蛘撸んw與電池的總厚度與現(xiàn)有技術(shù)相同時(shí)，可以相當(dāng)大地提高電池容量。
以下將更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
厚金屬層兼用作殼體時(shí)，由于強(qiáng)度是必須的，因此其厚度優(yōu)選為0.4mm～1.5mm左右。如果厚度比下限小，則不能充分保證作為殼體的強(qiáng)度，另外如果厚度高于上限，則這樣的電池難以滿足對(duì)于設(shè)備厚度減小及重量輕的要求。注意在本發(fā)明的情況下，可以列舉各種攜帶式設(shè)備的例子，如筆記本個(gè)人電腦、攝像機(jī)、照相機(jī)、攜帶式電話等。
在不需要厚金屬層兼用作殼體的情況下，厚金屬層的厚度優(yōu)選在約0.05-200mm范圍內(nèi)。
注意，不論厚金屬層兼用作或不兼用作殼體，作為金屬層，可列舉在鋁中添加鎂的鋁合金、或在鎂中添加鋁和鋅的鎂合金等。
薄金屬層的厚度只要能夠防止水分侵入電池，則沒有特別的限定，但通常優(yōu)選限定在10-300μm范圍內(nèi)。另外，從對(duì)于突起物等的針刺強(qiáng)度的角度考慮，包括電池在內(nèi)的總厚度優(yōu)選在約30-200μm范圍內(nèi)。在薄金屬層一側(cè)進(jìn)一步設(shè)置保護(hù)層時(shí)，不需要金屬層的強(qiáng)度大，但是僅需要設(shè)計(jì)金屬層時(shí)把重點(diǎn)放在防止水分侵入上。例如，最近由于壓延技術(shù)的進(jìn)步甚至有了無針孔的15μm左右的鋁箔，因此也可以使用15-25μm范圍內(nèi)的鋁箔。注意，就防止水分侵入而言，無針孔比厚度更為重要。一面的層壓制件的金屬層薄時(shí)，可以保證下面的特征即使相對(duì)側(cè)的金屬層的熱容量大，通過從薄金屬層一側(cè)加熱等手段，可以更可靠地實(shí)現(xiàn)密封。
薄金屬層優(yōu)選由諸如鋁、不銹鋼、鎳、銅等的金屬箔構(gòu)成。
在上面的情況下，通過改變金屬層厚度，可以將內(nèi)容物的噴出方向特定化，但是，即使厚度差不多，通過使用強(qiáng)度不同的材料也可以使內(nèi)容物的噴出方向特定化。本發(fā)明的強(qiáng)度通過比較構(gòu)成金屬層的金屬的拉伸強(qiáng)度等來定義。優(yōu)選拉伸強(qiáng)度的差基本上是使強(qiáng)度高的金屬/強(qiáng)度低的金屬的比(高強(qiáng)度/低強(qiáng)度)大于1。更優(yōu)選2倍或更高，特別優(yōu)選5倍或更高。通過使用滿足該范圍比的金屬，在發(fā)生異常時(shí)，也可以確定地使內(nèi)容物的噴出方向特定化。
在金屬層上層壓粘合層；從而完成了層壓制件。
作為粘合層，例舉熱焊接性樹脂膜。更具體地，進(jìn)一步例舉由諸如聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚丙烯、離聚物樹脂、熱焊接性聚酰亞胺或聚甲基丙烯酸甲酯等樹脂制成的膜。粘合層的厚度優(yōu)選大約20～250μm。從熱焊接性、膜強(qiáng)度和膜物性的角度考慮，更優(yōu)選該厚度在80-200μm范圍內(nèi)，但其也隨材料而不同。如果粘合層過薄，不能充分防止水分侵入，而如果過厚，在熱焊接時(shí)，熱不能充分傳遞到樹脂膜，這會(huì)降低氣密可靠性或降低電池的能量密度，因而不優(yōu)選。
電池元件通常具有供外部連接用的金屬接頭(tab)，并且為提高金屬接頭的引出部的密封性，在引出部設(shè)置另一個(gè)由熱焊接性樹脂構(gòu)成的粘合層也是可能的。
為提高針刺強(qiáng)度，也可以在與粘合層(電池內(nèi)側(cè))相對(duì)的金屬層的一側(cè)(電池表面?zhèn)?上設(shè)置保護(hù)膜。作為這里使用的保護(hù)膜，可以例舉由尼龍、聚酯、PET等制成的膜。注意，當(dāng)薄金屬層設(shè)置在設(shè)備的內(nèi)側(cè)時(shí)，特別是由于外來力沒有機(jī)會(huì)在它上面產(chǎn)生效果，所以在薄的一側(cè)上可以省略這樣的保護(hù)膜。
通過用上述厚度不同的層壓制件將層疊正極層、電解質(zhì)層及負(fù)極層而成的電池元件密封，就完成了電池。作為密封電池的層壓制件的形狀，可以例舉一個(gè)層壓制件或兩個(gè)層壓制件具有深度完全與電池厚度相等的凹處的形狀。在這種情況下，凹處在薄側(cè)(強(qiáng)度小的一側(cè))更簡(jiǎn)單地形成。當(dāng)一個(gè)層壓制件兼用作殼體時(shí)，當(dāng)殼體自身通過加壓成形而形成時(shí)，同時(shí)制作凹處也是可能的。注意當(dāng)電池元件非常薄時(shí)，任一個(gè)層壓制件都可以采用平板的形狀。
作為密封粘合層的手段，一般采用的是通過使用加熱器等加熱予以粘合的方法。另外，粘合層可以通過用超聲波照射而相互熱焊接。當(dāng)層壓制件兼用作殼體時(shí)，如果殼體的厚度過大，則熱容量大；因此，這時(shí)前者的方法不能獲得足夠的可靠性，但此時(shí)后者的方法有效。
包括電池元件在內(nèi)的電池總厚度優(yōu)選為3mm或更低，更優(yōu)選2mm或更低。這里，在普通的電池中，層壓制件的總厚度大約為300μm，這相當(dāng)于電池總厚度為3mm時(shí)的約10％。與此相反，在本發(fā)明中，由于通常的電池所必需的一對(duì)層壓制件的一側(cè)可以省略，因此省略的一側(cè)可以為電池元件提供空間。特別是電池總厚度為2mm或更低時(shí)，其容量可以提高至少10％或更多。而且，用層壓制件密封的電池是電池組形式時(shí)，必須使用強(qiáng)度高的封裝材料，但本發(fā)明的電池也可以省略這一部分。
電池元件由正極層、電解質(zhì)層和負(fù)極層的層疊體構(gòu)成，根據(jù)設(shè)計(jì)容量，該層疊體可作為基本單元進(jìn)一步層疊。
這里，正極層一般可通過下面的程序制作將正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、及溶解或分散在溶劑中的粘合劑混合，制成漿料，然后將漿料涂布或填充在集電器的一側(cè)或兩側(cè)。在制作正極層時(shí)，為增加粘接性，在粘合劑的熔點(diǎn)左右并且高于溶劑沸點(diǎn)的溫度下對(duì)帶有漿料的集電器進(jìn)行熱處理是優(yōu)選的。
作為集電器，使用金屬元素本身或合金等。更具體地，例舉鈦、鋁或不銹鋼等制成的集電器。而且，可以使用由在表面上形成了由鈦或銀構(gòu)成的膜的銅、鋁或不銹鋼構(gòu)成的集電器。
其形狀除箔外還可以例舉，膜、板(sheet)、網(wǎng)、穿孔件、板條體、多孔體、發(fā)泡體、纖維的成形體等。集電器的厚度沒有特別的限定，但從強(qiáng)度、導(dǎo)電性、制作電池時(shí)的能量密度等角度考慮，優(yōu)選在1μm至1mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1-100μm范圍內(nèi)。
作為正極活性材料，可以例舉含鋰的氧化物，如以LiCoO2和LiNiO2為代表的LixM1yM21-yO2(式中M1表示Fe、Co和Ni中的任一種，M2表示選自過渡金屬、4B族金屬或5B族金屬的金屬，x＝0～1，y＝0～1)、以LiMn2O4為代表的LiMn2-xM2xO4(式中M2表示選自過渡金屬、4B族金屬或5B族金屬的金屬，x＝0-2)等。而且，也可以使用不含鋰的氧化物，如MnO2、MoO3、V2O5、V6O13等。其中，考慮到制作過程的安全性優(yōu)選含鋰的過渡金屬硫族化物，因?yàn)榭梢栽诜烹姞顟B(tài)下完成電池。注意，不含鋰的氧化物需要預(yù)先在負(fù)極層或正極層中摻入鋰。
而且，為賦予導(dǎo)電性、粘合性，在上述正極活性物質(zhì)中混合導(dǎo)電材料和粘合劑，形成正極層。此時(shí)的混合比可以在相對(duì)于100重量份活性材料，導(dǎo)電材料為1-50重量份，粘合劑為1-30重量份的范圍內(nèi)。導(dǎo)電材料的混合比更優(yōu)選在2-20重量份范圍內(nèi)，進(jìn)一步更優(yōu)選在2-10重量份范圍內(nèi)。電解質(zhì)及凝膠電解質(zhì)的前體的粘度高時(shí)，為改善電解質(zhì)溶液的滲入，使用更少量的導(dǎo)電材料以保證空隙率的手段是有效的。使用的導(dǎo)電材料少時(shí)，提高電極中活性物質(zhì)的密度是可能的，此時(shí)，電極中活性物質(zhì)的密度優(yōu)選為2.8g/cc或更高，更優(yōu)選在3.0-3.4g/cc范圍內(nèi)。
作為導(dǎo)電材料，可以使用諸如碳黑(包括乙炔碳黑、熱裂法碳黑、槽法碳黑等)的碳、石墨粉末、金屬粉末等，但對(duì)此沒有特別的限制。作為粘合劑，可以使用含氟聚合物如聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯、聚烯烴聚合物如聚乙烯或聚丙烯、合成橡膠等，但對(duì)此沒有特別的限制。
如果導(dǎo)電材料的量低于1重量份或粘合劑的量高于30重量份，電池的內(nèi)阻或極化等增大，這降低了電極的放電容量，因此制作實(shí)用的鋰二次電池變得困難。如果導(dǎo)電材料的量高于50重量份，電極中活性物質(zhì)的質(zhì)量相對(duì)減少，因此作為正極的放電容量變低。除非粘合劑的量等于或大于1重量份，活性物質(zhì)將失去粘合性，從而引起活性物質(zhì)脫落或機(jī)械強(qiáng)度降低，這使得制作電池變得困難，而如果粘合劑的量高于30重量份，與導(dǎo)電材料的情況一樣，電極中活性物質(zhì)的質(zhì)量相對(duì)減少，而且引起電極的內(nèi)阻或極化等增大，降低放電容量，這是不實(shí)用的。
作為負(fù)極層中使用的負(fù)極材料，可以使用鋰金屬、鋰合金(例如，鋰和鋁的合金)、或可以吸藏/放出鋰的碳材料和金屬氧化物等。碳材料因安全性和循環(huán)特性而有希望。作為碳材料，可以使用以往使用的公知材料，例如可以列舉石墨材料(天然或人工等)、石油焦、甲酚樹脂燒成的碳、呋喃樹脂燒成的碳、聚丙烯腈燒成的碳、氣相生長(zhǎng)的碳、中間相瀝青燒成的碳、在結(jié)晶性高的石墨表面上形成有非晶碳層的石墨材料等。在這些碳材料中，結(jié)晶性高的石墨材料可使電池電壓變平坦，可以提高能量密度，因此是優(yōu)選的。另外，在這些碳材料中，在各石墨粒子表面上形成有非晶碳層的石墨材料與電解液的副反應(yīng)少，因此石墨材料特別優(yōu)選用于象通過層壓制件密封的電池那樣對(duì)內(nèi)壓而言弱的電池。
上述的碳材料用于鋰離子二次電池的負(fù)極層中時(shí)，可以使用碳材料(優(yōu)選粒狀材料)與粘合劑的混合物形成負(fù)極層。此時(shí)，為增強(qiáng)導(dǎo)電性，也可以在混合物中混入導(dǎo)電材料。作為這里使用的粘合劑，可以使用含氟聚合物如聚偏氟乙烯或聚四氟乙烯、聚烯烴聚合物如聚乙烯和聚丙烯、合成橡膠等，但對(duì)此沒有特別的限制。
碳材料與粘合劑的混合比可以在99∶1至70∶30(重量比)范圍內(nèi)。如果粘合劑的重量比超過70∶30，電極內(nèi)阻或極化等增大，造成放電容量下降，這使得難以制作實(shí)用的鋰二次電池。另一方面，如果粘合劑的重量比低于99∶1，碳材料本身的粘合性或碳材料與集電器間的粘合性變得不充分，造成活性材料脫落及機(jī)械強(qiáng)度降低，這造成電池制作中的困難。
負(fù)極層一般通過下面的程序制作將上述活性材料、溶解或分散在溶劑中的粘合劑、以及需要時(shí)的導(dǎo)電材料混合，形成漿料，然后把漿料涂布或填充在集電器上。此時(shí)，為增強(qiáng)粘合性及除去粘合劑的溶劑，優(yōu)選在溶劑沸點(diǎn)以上并且在粘合劑熔點(diǎn)附近的溫度下，在真空中、惰性氣氛下或空氣中對(duì)負(fù)極層進(jìn)行熱處理。
作為集電器，可以使用由銅、鎳等制成的集電器。使用的形狀除箔外，還有膜、板、網(wǎng)和穿孔件、板條體、多孔體、發(fā)泡體及纖維的成形體等。集電器的厚度沒有特別的限制，但從強(qiáng)度、導(dǎo)電性及制作電池時(shí)的能量密度考慮，優(yōu)選在1μm至1mm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1-100μm范圍內(nèi)。對(duì)導(dǎo)電材料沒有特別的限制，但可以使用諸如碳黑(包括乙炔碳黑、熱裂法碳黑、槽法碳黑等)的碳、金屬粉末等。
電解質(zhì)沒有特別的限制，但可以使用例如，有機(jī)電解液(由電解質(zhì)鹽和有機(jī)溶劑組成)、聚合物固體電解質(zhì)、無機(jī)固體電解質(zhì)、熔融鹽等，其中可以優(yōu)選使用聚合物固體電解質(zhì)。作為聚合物固體電解質(zhì)，可以使用由電解質(zhì)與離解電解質(zhì)的聚合物構(gòu)成的物質(zhì)、具有可離子化的基團(tuán)的聚合物等。作為離解電解質(zhì)的聚合物，可以使用例如，聚氧化乙烯衍生物或含有該衍生物的聚合物、聚氧化丙烯衍生物或含有該衍生物的聚合物、磷酸酯聚合物等。另外，在該聚合物固體電解質(zhì)中，除上述的電解質(zhì)外，也包括下述的凝膠電解質(zhì)。
凝膠電解質(zhì)是指在聚合物中加入電解質(zhì)鹽和有機(jī)溶劑得到的凝膠狀的固體電解質(zhì)。凝膠電解質(zhì)具有不必?fù)?dān)心液漏的固體電解質(zhì)的特征，及與液體接近的離子傳導(dǎo)性，所以非常有希望。
用于形成凝膠電解質(zhì)骨架的有機(jī)化合物只要是與電解質(zhì)的溶劑溶液具有親合性、并具有可聚合的官能團(tuán)的化合物，則沒有特別的限制?？梢岳e具有聚醚結(jié)構(gòu)和不飽和雙鍵基團(tuán)的化合物；低聚丙烯酸酯、聚酯、聚亞胺(ポリイミン)、聚硫醚、聚硫烷等，它們可單獨(dú)使用或兩種或兩種以上結(jié)合使用。注意，從與溶劑的親合性方面考慮，優(yōu)選使用具有聚醚結(jié)構(gòu)及不飽和雙鍵基團(tuán)的化合物。
作為聚醚結(jié)構(gòu)單元，可以例舉氧化乙烯、氧化丙烯、氧化丁烯、縮水甘油醚等，它們可單獨(dú)使用或兩種或兩種以上結(jié)合使用。另外，兩種或兩種以上結(jié)合使用時(shí)，聚合方式可以適當(dāng)?shù)剡x自嵌段式或無規(guī)式。不飽和雙鍵基團(tuán)可以列舉烯丙基、甲代烯丙基、乙烯基、丙烯?；?アクロイル)、甲基丙烯?；?メタロイル)等。
作為凝膠電解質(zhì)中使用的有機(jī)溶劑，可以例舉并使用環(huán)狀碳酸酯如碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)或碳酸亞丁酯，鏈狀碳酸酯如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸二丙酯，內(nèi)酯如γ-丁內(nèi)酯或γ-戊內(nèi)酯，呋喃如四氫呋喃或2-甲基四氫呋喃，醚如二乙醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷或二氧六環(huán)，二甲亞砜，環(huán)丁砜，甲基環(huán)丁砜，丙烯腈，甲酸甲酯或乙酯甲酯。
作為電解質(zhì)鹽，可以例舉鋰鹽如高氯酸鋰(LiClO4)、氟硼酸鋰(LiBF4)、六氟磷酸鋰(LiPF6)、六氟砷酸鋰(LiAsF6)、六氟銻酸鋰(LiSbF6)、三氟甲磺酸鋰(CF3SO3Li)、三氟乙酸鋰(CF3COOLi)等，以及三氟甲磺酰亞胺鋰(LiN(CF3SO2)2)，它們可以單獨(dú)使用或兩種或兩種以上結(jié)合使用。
凝膠電解質(zhì)通過下述過程而得到將電解質(zhì)鹽溶解于前述選擇的溶劑中調(diào)制電解液，然后將電解液與上述有機(jī)化合物混合，然后使進(jìn)行聚合。
作為聚合方法，可以舉出熱聚合、光聚合、放射聚合等。熱聚合引發(fā)劑和光聚合引發(fā)劑可以是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的引發(fā)劑。另外，聚合引發(fā)劑的量根據(jù)組成等適當(dāng)選擇。
將這樣得到的糊劑涂布在鋁箔制集電器的兩面。將涂層在60℃初步干燥，并在150℃熱處理后進(jìn)行加壓。將集電器穿孔，得到65×65mm尺寸的正極層涂布部，未涂布部變成接頭形狀。然后，將正極層的涂布部與接頭的未涂布部在180℃減壓干燥，以除去水，將干燥的涂布部作為正極層。涂料密度為3.0g/cm3，正極層總厚度為140μm。另外，以同樣方式制作了與兩面涂布電極層同形狀、同尺寸的單面涂布的正極層。
負(fù)極層的制作在乳缽中將粘合劑聚偏氟乙烯溶于溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮中得到溶液。在該溶液中分散人造石墨MCMB(粒徑12μm，d(002)＝0.337nm，R值＝0.4)，從而得到糊劑。將糊劑涂布在銅箔的兩面，在60℃初步干燥涂層，并在150℃進(jìn)行熱處理后，進(jìn)行加壓。將加壓后的銅箔穿孔，得到64×64mm尺寸的負(fù)極層涂布部，未涂布部變成接頭形狀。然后，將負(fù)極的涂布部與接頭的未涂布部在200℃減壓干燥，以除去水分，將干燥的涂布部作為負(fù)極層。涂料密度為1.5g/cm3，負(fù)極層總厚度為130μm。
電池元件的制作在溶解有1MLiPF6的碳酸亞乙酯(以下稱EC)與碳酸二乙酯(以下稱DEC)的1∶1(體積比)混合的溶劑50g中，溶解聚氧化乙烯-聚氧化丙烯與二丙烯酸酯的共聚物(分子量2000)10g，并在溶液中加入0.06g聚合引發(fā)劑。
使該溶液浸入厚度16μm的聚丙烯制無紡布中，并將浸漬的布夾在玻璃板中間，然后用紫外線照射浸漬的布，使布中的溶液發(fā)生凝膠化，得到凝膠電解質(zhì)層。
將正極層和負(fù)極層用上述溶液浸漬，并將浸漬的層夾在玻璃板中間，然后用紫外線照射，使電極層中的溶液發(fā)生凝膠化，得到凝膠電解質(zhì)復(fù)合電極。將兩片負(fù)極層、三片正極層(最外層是單面涂布的正極層)和四片電解質(zhì)層層疊，制作了電池元件。
層壓制件及電池的制作具有厚金屬層的層壓制件通過下面的方式制作將厚度50μm的改性聚丙烯膜作為粘合層粘貼到厚度0.8mm的鋁合金板上，并將板切成70×70mm尺寸。另一方面，具有薄金屬層的層壓制件通過下面的方式制作將厚度40μm的改性聚丙烯膜作為粘合層、及厚度30μm的PET膜作為表面保護(hù)層粘貼到厚度80μm的鋁箔上。將電池元件夾在層壓制件中間，通過在減壓下將層壓制件沿周圍部將其相互熱焊接加以密封，制作了薄型電池。
將得到的電池進(jìn)行CC-CV充電，充電條件為充電終止電壓4.1V，充電電流值60mA。當(dāng)充電電流值降至設(shè)定電流的5％時(shí)，終止充電。放電以低電流60mA進(jìn)行，到放電終止電壓2.75V時(shí)終止。測(cè)定結(jié)果是，設(shè)定電流值的容量為330mAh。制作5個(gè)同樣的電池，在各電池中持續(xù)通入5A電流，進(jìn)行過充電試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，所有電池各自都沿金屬層薄的層壓制件面方向膨脹，并且當(dāng)以同樣值持續(xù)流入電流時(shí)，內(nèi)容物最終沿金屬層薄的層壓制件面方向噴出。比較例1除將實(shí)施例1中的金屬層厚的層壓制件變?yōu)榻饘賹颖〉膶訅褐萍?，按照與實(shí)施例1同樣的方式制作了電池。所得電池的容量為330mAh。制作5個(gè)同樣的電池，在各電池中持續(xù)通入5A電流，進(jìn)行過充電試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，所有電池各自都在前側(cè)和后側(cè)均勻膨脹，并且當(dāng)以同樣值持續(xù)流入電流時(shí)，內(nèi)容物最終要么沿前表面?zhèn)?、要么沿后表面?zhèn)鹊姆较驀姵觯Y(jié)果是前面?zhèn)扰c后面?zhèn)鹊膬?nèi)容物噴出的比例是3∶2。
正如從實(shí)施例和比較例所理解的那樣，在薄型電池中，即使使用與電池罐相比厚度可以減少的層壓制件，層壓制件所占厚度的份額仍然大。另外，電池粘貼到設(shè)備殼體上時(shí)，進(jìn)一步需要壓敏粘合劑兩面涂敷膠帶作為粘合層，并且設(shè)計(jì)時(shí)相應(yīng)的厚度也需要考慮在內(nèi)，因此，與一組電池元件對(duì)應(yīng)的厚度被浪費(fèi)。厚度的浪費(fèi)非常大，這導(dǎo)致實(shí)施例與比較例的電池容量相差約1.5倍。因此，考慮到在設(shè)備中薄型電池的安裝厚度相同這種情況，層疊體數(shù)目有限的薄型電池的容量產(chǎn)生大的下降。
另外，盡管上述實(shí)施例和比較例中以MD尺寸(中等尺寸)的電池進(jìn)行了比較，但是個(gè)人電腦的B5、A4尺寸的電池容量在比較時(shí)顯示相當(dāng)大的差別。
注意，盡管這次設(shè)計(jì)的電池是使所有電池各自的總厚度相同，但不用說，設(shè)計(jì)電池使容量相同時(shí)，所有電池各自的總厚度自然也可以變薄。
在對(duì)設(shè)備的薄型化要求更為嚴(yán)格的趨勢(shì)中，作為薄型設(shè)備的電源，通過以層壓制件的厚度作為電池元件的厚度，大大提高能量密度，并進(jìn)而大幅延長(zhǎng)薄型攜帶式設(shè)備的使用時(shí)間是可能的。另外，相同的電池容量足夠時(shí)，包括電池的設(shè)備的總厚度可以減小。而且，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，由于內(nèi)容物的噴出方向是特定的，因此可以保證對(duì)用戶的安全性。
權(quán)利要求
1.薄型二次電池，包括電池元件，通過將正極層、電解質(zhì)層和負(fù)極層層疊而得到；和層壓制件，密封電池元件的前表面和后表面，其中層壓制件各自由層疊體構(gòu)成，層疊體的結(jié)構(gòu)是從電池元件一側(cè)順序具有至少一個(gè)粘合層和一個(gè)金屬層，并且電池元件的前表面一側(cè)的金屬層與其后表面一側(cè)的金屬層的強(qiáng)度或厚度不同，或兩方面均不同。
2.權(quán)利要求1所述的薄型二次電池，其中厚金屬層具有內(nèi)凹形狀，電池元件設(shè)置在內(nèi)凹狀的厚金屬層的內(nèi)側(cè)。
3.權(quán)利要求1或2所述的薄型二次電池，其中厚金屬層由選自鋁合金和鎂合金的金屬構(gòu)成。
4.權(quán)利要求1-3的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中厚金屬層通過將壓延板材加壓成形而得到。
5.權(quán)利要求1-4的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中厚金屬層兼用作電子設(shè)備的殼體。
6.權(quán)利要求1-5的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中厚金屬層的厚度為0.05-200mm。
7.權(quán)利要求1-6的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中薄金屬層由選自鋁、不銹鋼、鎳和銅的金屬箔構(gòu)成。
8.權(quán)利要求1-7的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中薄金屬層的厚度為10-300μm。
9.權(quán)利要求1-8的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中強(qiáng)度高的金屬層與強(qiáng)度低的金屬層的強(qiáng)度比為2或更高。
10.權(quán)利要求1-9的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中電解質(zhì)層由固體電解質(zhì)構(gòu)成。
11.權(quán)利要求1-10的任一項(xiàng)所述的薄型二次電池，其中電池元件的總厚度為2mm或更小。
全文摘要
通過具有下列特征的薄型二次電池可以提供薄型二次電池，該特征為包括電池元件，它通過將正極層、電解質(zhì)層和負(fù)極層層疊而得到；和層壓制件，它密封電池元件的前表面和后表面，其中層壓制件各自由層疊體構(gòu)成，層疊體的結(jié)構(gòu)是從電池元件一側(cè)順序具有至少一個(gè)粘合層和一個(gè)金屬層，并且電池元件的前表面一側(cè)的金屬層與其后表面一側(cè)的金屬層的強(qiáng)度或厚度不同，或兩方面均不同。
文檔編號(hào)H01M2/02GK1476643SQ01819264
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月21日
發(fā)明者西鳥主明, 山田和夫, 見立武仁, 松村浩至, 鈴江秀雄, 淺井重美, 仁, 夫, 美, 至, 雄 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社