專利名稱：蓄電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能夠有效用于蓄電裝置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
作為搭載在電動(dòng)車及混合動(dòng)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(xiàn)l)。在鋰離子二 次電池的正極中，作為正極活性物質(zhì)而含有鈷酸鋰等。在鋰離子二次 電池的負(fù)極中，作為負(fù)極活性物質(zhì)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(zhì)而含有活性碳。在鋰離子電容器的 負(fù)極中，作為負(fù)極活性物質(zhì)而含有PAS等。在使上述蓄電裝置進(jìn)行 充放電時(shí)，鋰離子在對(duì)置的電極間進(jìn)行移動(dòng)。
專利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2006 — 286919號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)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(dòng)路徑的電解液中。因此，在進(jìn)行充放電時(shí)，鋰離子在與 隔板接觸的電極表面之間進(jìn)行移動(dòng)。但是，根據(jù)充放電電流的大小， 有時(shí)會(huì)出現(xiàn)鋰離子到達(dá)電極端面的情況。
在這里，如專利文獻(xiàn)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(dá)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(shí)，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(dǎo)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(dá)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(fù)極，其具有比正極表面大的負(fù)極表面；以及隔板，其配置在相對(duì)的所述正極和所述負(fù)極之間，所 述正極中含有的正極活性物質(zhì)可以使離子可逆地進(jìn)行嵌入及脫嵌，所 述負(fù)極中含有的負(fù)極活性物質(zhì)可以使離子可逆地進(jìn)行嵌入及脫嵌，通 過(guò)將所述正極配置為不相對(duì)于所述負(fù)極向外探出，在所述隔板上形 成離子通過(guò)部，其與所述正極表面和所述負(fù)極表面接觸，容許離子 在所述表面之間的移動(dòng)；以及離子限制部，其位于所述離子通過(guò)部的 外周部，限制離子從所述正極表面向負(fù)極端面的移動(dòng)。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述正極外緣和所述負(fù)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(fù)極表面小，所述隔板外緣配置在所述正極外緣的外 側(cè)、所述負(fù)極外緣的內(nèi)側(cè)。
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(nèi)。
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(fù)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(nèi)進(jìn)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(shù) 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(gòu)成 時(shí)，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(fù)極中的至少任意一個(gè)連接，向所述正極和所述負(fù)極中的至 少任意一個(gè)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(fù)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(fù)極短路 時(shí)的正極電位小于或等于2.0V (相對(duì)于Li/Li+)。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述負(fù)極中含有的負(fù)極活性物質(zhì)與所述正極中含有的正極活性物質(zhì)相比，負(fù)極活性物質(zhì)的每單位重 量的靜電容量大于或等于正極活性物質(zhì)的3倍，并且正極活性物質(zhì)重 量比負(fù)極活性物質(zhì)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(zhì)是活性碳、 含鋰的過(guò)渡金屬氧化物、過(guò)渡金屬氧化物、過(guò)渡金屬硫化物、導(dǎo)電性 高分子、或多并苯類物質(zhì)。
本發(fā)明的蓄電裝置的特征在于，所述負(fù)極活性物質(zhì)是包含石墨、 難石墨化碳、多并苯類物質(zhì)在內(nèi)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(guò)部，其與正極表面和負(fù)極 表面接觸，容許離子在表面之間的移動(dòng)。并且，在隔板上形成離子限 制部，其位于離子通過(guò)部的外側(cè)，限制離子從正極表面向負(fù)極端面的 移動(dòng)。由此，可以限制離子從正極表面向負(fù)極端面的移動(dòng)，可以防止 在負(fù)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(gè)實(shí)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(nèi)部構(gòu)造的剖 面圖。
圖3是局部示出蓄電裝置的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。 圖4是表示構(gòu)成蓄電裝置的正極、負(fù)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(guò)部和離子限制部的說(shuō)明圖。 圖6是局部示出本發(fā)明的其他實(shí)施方式的蓄電裝置的內(nèi)部構(gòu)造 的剖面圖。
圖7是表示構(gòu)成本發(fā)明的其他實(shí)施方式的蓄電裝置的正極、負(fù) 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(shí)施方式的蓄電裝置的內(nèi)部構(gòu)造 的剖面圖。圖9是局部示出本發(fā)明的其他實(shí)施方式的蓄電裝置的內(nèi)部構(gòu)造 的剖面圖。
圖IO是表示構(gòu)成本發(fā)明的其他實(shí)施方式的蓄電裝置的正極、負(fù) 極及隔板的分解斜視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(nèi)部構(gòu)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(gòu)成封裝容器。 在層壓薄膜11內(nèi)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(fù)極14構(gòu)成。在正極13和負(fù)極14之間設(shè)置隔板 15。另外，在電極層疊單元12的最外部，鋰電極16與負(fù)極14相對(duì) 地配置。在負(fù)極14和鋰電極16之間設(shè)置隔板15。由上述電極層疊 單元12和鋰電極16構(gòu)成三極層疊單元17。此外，在層壓薄膜11內(nèi) 注入電解液，將隔板15浸透。該電解液由含鋰鹽的非質(zhì)子性有機(jī)溶 劑構(gòu)成。
圖3是局部示出蓄電裝置10的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。如圖3所示， 正極13具有設(shè)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(fù)合層21。另一方面， 負(fù)極14具有設(shè)有大量通孔22a的負(fù)極集電體(集電體)22。另外， 負(fù)極14具有涂敷在負(fù)極集電體22上的負(fù)極復(fù)合層23。此外，形成 在正極端面13a及負(fù)極端面14a上露出正極集電體20及負(fù)極集電體 22的狀態(tài)。這是由于，在制造電極時(shí)，在長(zhǎng)條狀的集電體材料上涂 敷復(fù)合層之后，將該集電體材料切斷為規(guī)定形狀。
多個(gè)正極集電體20相互連接，同時(shí)，與正極端子24連接。多 個(gè)負(fù)極集電體22相互連接，同時(shí)，與負(fù)極端子25連接。正極端子 24和負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)合層21中，作為正極活性物質(zhì)而含有活性
碳。該活性碳可以使鋰離子及陰離子可逆地進(jìn)行摻雜 脫附。另外，
在負(fù)極14的負(fù)極復(fù)合層23中，作為負(fù)極活性物質(zhì)而含有多并苯類有 機(jī)半導(dǎo)體(PAS)。該P(yáng)AS可以使鋰離子可逆地進(jìn)行摻雜 脫附。 并且，負(fù)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(fù)極14摻雜鋰離子。由此，可以使負(fù)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(fù)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(dòng)。由此，可以向 所有負(fù)極14順利地?fù)诫s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(jìn)入正極活 性物質(zhì)及負(fù)極活性物質(zhì)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(kāi)正極活性物質(zhì)及負(fù)極活性物質(zhì)的狀態(tài)。
另外，從實(shí)現(xiàn)蓄電裝置10的高容量化的角度出發(fā)，將負(fù)極14 中的鋰離子的嵌入量設(shè)定為，使正極13和負(fù)極14之間短路后的正極 電位小于或等于2.0V (相對(duì)于Li/Li+)。這樣，通過(guò)設(shè)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(shí)，如果正極電位下降至約3V，則負(fù)極電位會(huì)上升 至約3V。因此，現(xiàn)有的雙電荷層電容器的放電會(huì)在正極電位下降至 約3V的時(shí)刻結(jié)束。與此相對(duì)，在蓄電裝置10中，通過(guò)調(diào)整負(fù)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(shí)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(duì)于對(duì)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(duì)于正極13的嵌 入 脫嵌而變化。
另外，從實(shí)現(xiàn)蓄電裝置IO的高容量化的角度出發(fā)，將負(fù)極活性 物質(zhì)的每單位重量的靜電容量設(shè)定為大于或等于正極活性物質(zhì)的每單位重量的靜電容量的3倍。這樣，因?yàn)閷⒇?fù)極活性物質(zhì)的每單位重 量的靜電容量設(shè)定為比正極活性物質(zhì)大，所以可以抑制在充放電時(shí)的 負(fù)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(fù)極活性物質(zhì)的每單位重量的靜電容量較大，
因此增加正極活性物質(zhì)的填充量，另一方面減少負(fù)極活性物質(zhì)的填充 量，使正極活性物質(zhì)重量大于負(fù)極活性物質(zhì)重量。由此，可以在抑制
蓄電裝置10的大型化的同時(shí)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(zhì)而具有活性碳， 作為負(fù)極活性物質(zhì)而具有PAS。由于該P(yáng)AS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(shí)的電流值，有可能導(dǎo) 致向負(fù)極14的PAS中嵌入的速度超過(guò)容許值。上述超過(guò)容許速度的 鋰離子的急速嵌入，是導(dǎo)致無(wú)法嵌入負(fù)極復(fù)合層23中的鋰離子從正 極表面13b向負(fù)極端面14a移動(dòng)的主要原因。在這里，在負(fù)極端面 14a上露出負(fù)極集電體22。因此，移動(dòng)至負(fù)極端面14a的鋰離子會(huì)在 金屬制的負(fù)極集電體22上進(jìn)行電析。S卩，超過(guò)容許速度的鋰離子的 急速嵌入是導(dǎo)致從負(fù)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(gòu)造。下面， 說(shuō)明本發(fā)明的蓄電裝置IO所具有的電極構(gòu)造。
圖4是表示構(gòu)成蓄電裝置10的正極13、負(fù)極14及隔板15的分 解斜視圖。此外，圖4的點(diǎn)劃線L1示出將正極13疊放在隔板15上 時(shí)的正極外緣13c的位置。另外，圖4的雙點(diǎn)劃線L2示出將負(fù)極14 疊放在隔板15上時(shí)的負(fù)極外緣14c的位置。另外，在圖4中省略了 從正極13及負(fù)極14延伸出的集電體的焊接部而進(jìn)行圖示。如圖4 所示，負(fù)極表面14b形成為比正極表面13b大。因此，在將正極13 和負(fù)極14疊放時(shí)，負(fù)極外緣14c位于正極外緣13c的外側(cè)。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(fù)極外緣14c之間 的間隔S1、 S2設(shè)定為大于或等于2mm。另外，如果間隔S1、 S2過(guò) 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(fù)極外緣14c之間的間隔Sl、 S2設(shè)定為小于或等于15mm。另外，隔板15設(shè)定為比正極大，以不會(huì)由于熱 收縮而使蓄電裝置內(nèi)部短路。
這樣，將負(fù)極表面14b形成為比正極表面13b大，使正極外緣 13c與負(fù)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(fù)極端面14a移動(dòng)(離子移動(dòng))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(guò)部15a和離子限制部15b的說(shuō)明 圖。此外，與圖4相同地，圖5的點(diǎn)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(diǎn)劃線L2 表示疊放在隔板15上的負(fù)極外緣14c的位置。
如圖5中以空白部所示，在隔板15上，在點(diǎn)劃線L1的內(nèi)側(cè)劃 分出離子通過(guò)部15a。該離子通過(guò)部15a是與正極表面13b和負(fù)極表 面14b這兩者接觸的部位。并且，在充放電時(shí)鋰離子通過(guò)在厚度方向 上穿過(guò)離子通過(guò)部15a，從而使鋰離子在正極表面13b和負(fù)極表面14b 之間進(jìn)行移動(dòng)。另外，如圖5中以陰影所示，在隔板15上，在點(diǎn)劃 線Ll的外側(cè)設(shè)置離子限制部15b。該離子限制部15b位于離子通過(guò) 部15a的外側(cè)。另外，離子限制部15b配置在正極表面13b和負(fù)極端 面14a之間。并且，在充電時(shí)，利用離子限制部15b限制鋰離子從正 極表面13b向負(fù)極端面14a的移動(dòng)。
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(dá)負(fù)極端面14a，必須通過(guò)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(dòng)路徑的阻力相比，在離子限制部15b中， 鋰離子的移動(dòng)路徑的阻力大幅提高。因此，即使在蓄電裝置10以大 電流進(jìn)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(fù)極端面14a的移動(dòng)。由此，可以防止在負(fù)極端面14a的負(fù)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(zhì)。此 外，在圖3及圖5中示出的箭頭A的"x"標(biāo)記是指在該"x"標(biāo)記 所在的離子限制部15b處鋰離子的移動(dòng)被阻斷。
另外，在上述說(shuō)明中，負(fù)極表面14b形成為比正極表面13b大，使正極外緣13c與負(fù)極外緣14c相距大于或等于2mm。這樣，利用 該結(jié)構(gòu)而限制鋰離子從正極表面13b向負(fù)極端面14a的移動(dòng)。但是， 并不限定于所述結(jié)構(gòu)，利用其它構(gòu)造也可以限制鋰離子從正極表面 13b向負(fù)極端面14a的移動(dòng)。下面，說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方式。
圖6是局部示出本發(fā)明的其他實(shí)施方式的蓄電裝置30的內(nèi)部構(gòu) 造的剖面圖。圖7是表示構(gòu)成蓄電裝置30的正極13、負(fù)極14及隔 板31的分解斜視圖。此外，針對(duì)與圖3及圖4所示的部件相同的部 件，標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)而省略其說(shuō)明。與圖4相同地，圖7的點(diǎn)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(diǎn)劃線L2表示疊放在隔板31上的負(fù)極外緣14c的位置。 另外，在圖7中省略了從正極13及負(fù)極14延伸出的集電體的焊接部 而進(jìn)行圖示。
如圖6及圖7所示，負(fù)極表面14b形成為比正極表面13b大。 因此，在將正極13和負(fù)極14疊放時(shí)，負(fù)極外緣14c位于正極外緣 13c的外側(cè)。另外，在正極13和負(fù)極14之間設(shè)置隔板31。隔板表面 31a形成為比正極表面13b大、且比負(fù)極表面14b小。即，隔板外緣 31b配置在正極外緣13c的外側(cè)、負(fù)極外緣14c的內(nèi)側(cè)。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(diǎn) 劃線Ll圍成的部分作為離子通過(guò)部31c起作用。
這樣，隔板外緣31b配置在正極外緣13c的外側(cè)、負(fù)極外緣14c 的內(nèi)側(cè)。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(méi)有到達(dá)負(fù)極端面14a的構(gòu) 造。由此，在負(fù)極端面14a的附近并不會(huì)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(fù)極端面14a之間的鋰離子的 移動(dòng)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(jìn)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(dòng)。通過(guò)該對(duì)離子移動(dòng)的限制，可以防止在負(fù) 極端面14a的負(fù)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(zhì)。此外，圖6所示箭頭B的"x"標(biāo)記是指在 該"x"標(biāo)記所在的隔板外緣31b處鋰離子的移動(dòng)被阻斷。另外，隔板31比負(fù)極14小，但離子限制部作為隔板熱收縮時(shí)的安全余量
(margin)起作用。只要可以確保防止正極與負(fù)極內(nèi)部短路所需的安 全余量，并不必須使隔板比負(fù)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(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方式。圖8是局部示出本發(fā)明的 其他實(shí)施方式的蓄電裝置40的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。此外，針對(duì)與圖 6所示的部件相同的部件，標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)而省略其說(shuō)明。如圖8所示， 負(fù)極表面14b形成為比正極表面13b大。因此，在將正極13和負(fù)極 14疊放時(shí)，負(fù)極外緣14c位于正極外緣13c的外側(cè)。另外，在正極 13和負(fù)極14之間設(shè)置隔板41。該隔板41形成一邊開(kāi)口的袋狀，在 隔板41內(nèi)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(kāi)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(guò)將疊放的隔板材料的三個(gè)邊進(jìn)行鎖邊而制作出來(lái)的。另 外，也可以將一片隔板材料對(duì)折之后，通過(guò)將對(duì)折后的隔板材料的兩 個(gè)邊進(jìn)行鎖邊而制作袋狀的隔板41。另外，還可以使用預(yù)先成型為 袋狀的隔板材料來(lái)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(fù)極表面 14b小。即，隔板外緣41b配置在正極外緣13c的外側(cè)、負(fù)極外緣14c 的內(nèi)側(cè)。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(fù)極表面14b這兩者接觸的部位 作為離子通過(guò)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(cè)、負(fù)極外 緣14c的內(nèi)側(cè)。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(méi)有到達(dá)負(fù)極端 面14a的構(gòu)造，因此在負(fù)極端面14a的附近并不會(huì)充滿電解液。因此， 如圖8中箭頭C所示，正極表面13b和負(fù)極端面14a之間的鋰離子 的移動(dòng)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(jìn)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(dòng)。通過(guò)該對(duì)離子移動(dòng)的限制，可以防止在負(fù) 極端面14a的負(fù)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(zhì)。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(fù)極表面14b小，也可以可靠地防 止正極13和負(fù)極14之間的短路。此外，圖8示出的箭頭C的"x" 標(biāo)記是指在該"x"標(biāo)記所在的隔板外緣41b處鋰離子的移動(dòng)被阻斷。
下面，說(shuō)明本發(fā)明的其它實(shí)施方式。圖9是局部示出本發(fā)明的 其他實(shí)施方式的蓄電裝置50的內(nèi)部構(gòu)造的剖面圖。圖IO是表示構(gòu)成 蓄電裝置50的正極13、負(fù)極14及隔板51的分解斜視圖。此外，對(duì) 于與圖3及圖4所示的部件相同的部件，標(biāo)注相同標(biāo)號(hào)而省略其說(shuō)明。 與圖4相同地，圖10的點(diǎn)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(diǎn)劃線L2表示疊放在 隔板51上的負(fù)極外緣14c的位置。另外，在圖10中省略了從正極 13及負(fù)極14延伸出的集電體的焊接部而進(jìn)行圖示。
如圖9及圖IO所示，在正極13和負(fù)極14之間設(shè)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(jìn)行填隙加工。該填隙加工是用于通過(guò)堵塞隔板 51的通孔及空隙等而提高鋰離子的移動(dòng)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(guò)在隔 板外周部51b上涂覆樹(shù)脂材料而進(jìn)行填隙加工。此外，作為在隔板外 周部51b上涂覆樹(shù)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(shù)脂的情況下，可以通過(guò)對(duì)隔板 外周部51b進(jìn)行熱處理而進(jìn)行填隙加工。通過(guò)實(shí)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(diǎn)劃線Ll所圍成的部分作為離子通過(guò)部51c起作用。
如圖9所示，進(jìn)行了填隙加工的隔板外周部51b配置在正極表 面13b和負(fù)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(dá)負(fù)極端面14a，必須穿過(guò)隔板外周部51b。但是，隔板外周部51b 進(jìn)行了填隙加工。因此，在正極表面13b和負(fù)極端面14a之間的鋰離 子的移動(dòng)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(jìn)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(dòng)。通過(guò)該對(duì)離子移動(dòng)的限制，可以防止在負(fù)極端面14a的負(fù)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(zhì)。此外，圖9示出的箭頭D的"x"標(biāo)記是指在該"x"標(biāo)記所在 的隔板外周部51b處鋰離子的移動(dòng)被阻斷。
以下，對(duì)所述蓄電裝置的構(gòu)成要素按如下順序進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 [A]正極、[B]負(fù)極、[C]正極集電體及負(fù)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(fù)合層。作為正極復(fù)合 層中含有的正極活性物質(zhì)，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(guò)渡金屬氧化物、導(dǎo)電性高分子、 多并苯類物質(zhì)等。
例如，活性碳優(yōu)選由經(jīng)過(guò)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(shù)脂、 石油瀝青、石油焦炭、椰炭、煤炭類焦炭等。酚醛樹(shù)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(guò)將碳化物和活 性劑混合后，在惰性氣體的氣流中加熱而進(jìn)行活化的方法。另外，舉 出通過(guò)使活性碳原材料預(yù)先承載活性劑后加熱而進(jìn)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(jìn)行表面處理的方法。將經(jīng)過(guò)這樣的堿性活化 處理后的活性碳，使用球磨機(jī)等已知的粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎。作為活性碳 粒度，可以使用通常使用的較寬范圍內(nèi)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(xì)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(shí)現(xiàn)正極復(fù)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(zhì)。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(guò)渡金屬 的氧化物或者鈷、錳、釩、鈦、鎳等過(guò)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(duì)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(fù)合氧化物。
所述活性碳等正極活性物質(zhì)形成為粉末狀、顆粒狀、短纖維狀 等。將該正極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑混合后形成漿料。接下來(lái)，通過(guò)將含 有正極活性物質(zhì)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(fù)合層。此外，作為與正極活性物質(zhì)混合的粘結(jié)劑，可 以使用例如SBR等橡膠類粘結(jié)劑，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟 類樹(shù)脂，聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等熱塑性樹(shù)脂。另外，正極復(fù) 合層中還可以適當(dāng)添加乙炔黑、石墨、金屬粉末等導(dǎo)電性材料。負(fù)極
負(fù)極具有負(fù)極集電體和與其一體的負(fù)極復(fù)合層。作為負(fù)極復(fù)合 層中含有的負(fù)極活性物質(zhì)，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(zhì)在內(nèi)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(shí)現(xiàn)高容量化，所以優(yōu)選作 為負(fù)極活性物質(zhì)。另外，由于作為芳香族縮聚物的熱處理物的多并苯 類有機(jī)半導(dǎo)體(PAS)可以實(shí)現(xiàn)高容量化，所以優(yōu)選作為負(fù)極活性物 質(zhì)。該P(yáng)AS具有多并苯類骨骼構(gòu)造。優(yōu)選該P(yáng)AS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(nèi)。 由于在PAS的H/C大于0.50的情況下，芳香族類多環(huán)構(gòu)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(huì)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(dǎo)致蓄電 裝置的容量降低。
所述PAS等負(fù)極活性物質(zhì)形成為粉末狀、粒狀、短纖維狀等。 將該負(fù)極活性物質(zhì)與粘結(jié)劑混合后形成漿料。然后，通過(guò)將含有負(fù)極活性物質(zhì)的漿料涂敷在負(fù)極集電體上并干燥，從而在負(fù)極集電體上形 成負(fù)極復(fù)合層。此外，作為與負(fù)極活性物質(zhì)混合的粘結(jié)劑，可以使用 例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟類樹(shù)脂，聚丙烯、聚乙烯、聚丙
烯酸酯等熱塑性樹(shù)脂，以及丁苯橡膠(SBR)等橡膠類粘結(jié)劑。其中
優(yōu)選使用氟類粘結(jié)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(fù)極復(fù)合層中還可以適當(dāng)添加乙炔黑、石墨、 金屬粉末等導(dǎo)電性材料。 正極集電體及負(fù)極集電體
作為正極集電體及負(fù)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(duì)于通孔的形狀及個(gè)數(shù)等，不特別限定。只要不阻礙陰離子及 鋰離子的移動(dòng)，就可以適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。另外，作為正極集電體及負(fù) 極集電體的材料，可以使用通常針對(duì)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(fù)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。可以使用金屬鋰或鋰一鋁合金等。 隔板
作為隔板，可以使用相對(duì)于電解液、正極活性物質(zhì)、負(fù)極活性 物質(zhì)等具有耐久性，并具有連通氣孔而無(wú)導(dǎo)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(wú)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(qiáng)度 等進(jìn)行適當(dāng)設(shè)定。此外，優(yōu)選隔板的厚度較薄，以減小蓄電裝置的內(nèi) 部電阻。[F] 電解液
作為電解液，從即使在高電壓下也不會(huì)引起電解這一點(diǎn)、鋰離子 能夠穩(wěn)定存在這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，優(yōu)選使用含有鋰鹽的非質(zhì)子性有機(jī)溶劑。 作為非質(zhì)子性有機(jī)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(nèi)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(dú)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(nèi)部電阻，優(yōu)選電解液中的 電解質(zhì)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(nèi)。
另外，也可以使用離子性液體代替有機(jī)溶劑。對(duì)于離子性液體， 提出了各種陽(yáng)離子種和陰離子種的組合。作為陽(yáng)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(zhì)。也可 以使用例如鐵或鋁等金屬材料。另外，也可以使用樹(shù)脂等薄膜材料。 另外，對(duì)于封裝容器的形狀也不特別限定?？梢愿鶕?jù)用途適當(dāng)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(cè)具有尼龍薄膜，中心具有鋁箔，內(nèi)側(cè)具有改性聚丙烯等粘結(jié)層。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，可以在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn) 行各種變更。例如，也可以通過(guò)將鋰電極和正極進(jìn)行連接，而向正極 嵌入鋰離子。另外，也可以通過(guò)為正極和負(fù)極分別設(shè)置鋰電極，或在 嵌入過(guò)程中使正極和負(fù)極之間短路，從而向正極和負(fù)極這兩者嵌入鋰 離子。并且，本發(fā)明不僅應(yīng)用于層疊型蓄電裝置，也可以應(yīng)用于巻繞 型蓄電裝置。
權(quán)利要求
1. 一種蓄電裝置，其具有正極；負(fù)極，其具有比正極表面大的負(fù)極表面；以及隔板，其配置在相對(duì)的所述正極和所述負(fù)極之間，所述正極中含有的正極活性物質(zhì)可以使離子可逆地進(jìn)行嵌入及脫嵌，所述負(fù)極中含有的負(fù)極活性物質(zhì)可以使離子可逆地進(jìn)行嵌入及脫嵌，所述正極配置為不相對(duì)于所述負(fù)極向外探出，在所述隔板上形成離子通過(guò)部，其與所述正極表面和所述負(fù)極表面接觸，容許離子在所述表面之間的移動(dòng)；以及離子限制部，其位于所述離子通過(guò)部的外周部，限制離子從所述正極表面向負(fù)極端面的移動(dòng)。
2. 根據(jù)權(quán)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(fù)極的外緣相距大于或等于2mm而小于或等于15mm。
3. 根據(jù)權(quán)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(fù)極表面小， 所述隔板的外緣配置在所述正極的外緣的外側(cè)、所述負(fù)極的外緣的內(nèi)側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)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(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)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(fù)極表面大。
6. 根據(jù)權(quán)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(nèi)進(jìn)行 填隙加工。
7. 根據(jù)權(quán)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(shù)脂材料。
8. 根據(jù)權(quán)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(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)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(fù)極中的至 少任意一個(gè)連接，向所述正極和所述負(fù)極中的至少任意一個(gè)嵌入離 子。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的蓄電裝置，其特征在于，在所述正極和所述負(fù)極的集電體上形成通孔。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的蓄電裝置，其特征在于，在使所述正極和所述負(fù)極之間短路時(shí)的正極電位小于或等于 2.0V，該正極電位是相對(duì)于Li/Li+的電位。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的蓄電裝置，其特征在于，所述負(fù)極中含有的負(fù)極活性物質(zhì)與所述正極中含有的正極活性 物質(zhì)相比，負(fù)極活性物質(zhì)的每單位重量的靜電容量大于或等于正極活 性物質(zhì)的3倍，并且正極活性物質(zhì)重量比負(fù)極活性物質(zhì)重量大。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的蓄電裝置，其特征在于，所述正極活性物質(zhì)是活性碳、含鋰的過(guò)渡金屬氧化物、過(guò)渡金 屬氧化物、過(guò)渡金屬硫化物、導(dǎo)電性高分子、或多并苯類物質(zhì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1 8中任意一項(xiàng)所述的蓄電裝置，其特征在于，所述負(fù)極活性物質(zhì)是包含石墨、難石墨化碳、多并苯類物質(zhì)在 內(nèi)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(duì)的負(fù)極(14)。在正極和負(fù)極之間設(shè)置隔板(15)。另外，負(fù)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(duì)于負(fù)極表面(14b)向外探出，使正極外緣(13c)與負(fù)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(dá)負(fù)極端面，必須穿過(guò)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(dòng)路徑的阻力設(shè)定得較高。因此，在大電流充電時(shí)，可以限制鋰離子朝向負(fù)極端面(14a)的移動(dòng)，可以防止在負(fù)極端面析出金屬鋰。
文檔編號(hào)H01G9/155GK101504991SQ200910005150
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年2月4日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:富士重工業(yè)株式會(huì)社