專利名稱：卷繞型蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及卷繞型蓄電池，其具有電極卷繞單元，該電極卷繞單元通過使正極和負(fù)極隔著隔板層疊并卷繞而構(gòu)成。
背景技術(shù)：
近年來，開發(fā)出了具有由石墨等碳材料構(gòu)成的負(fù)極和由LiCoO2等含鋰金屬氧化物構(gòu)成的正極的電池。該電池是所謂搖椅型電池，在組裝后對電池進(jìn)行充電，由此，從構(gòu)成正極的含鋰金屬氧化物向負(fù)極供給鋰離子，進(jìn)而在放電時，鋰離子從負(fù)極返回到正極，由于負(fù)極不使用金屬鋰而只有鋰離子參與充放電，所以被稱作鋰離子二次電池，與使用鋰金屬的鋰電池相區(qū)別。該鋰離子二次電池的特點是，高電壓且高容量，并且具有高安全性。并且，圍繞環(huán)境問題研究的過程中，積極開發(fā)利用太陽光發(fā)電或風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的清潔能源的貯藏系統(tǒng)和代替汽油車的電動車或混合動力電動車中使用的電源。另外，最近， 電動操作窗或IT關(guān)聯(lián)設(shè)備等車載裝置和設(shè)備高性能化、高功能化，隨之，謀求開發(fā)具有高能量密度和高輸出密度的新的電源。而且，作為與需要高能量密度和高輸出特性的用途對應(yīng)的蓄電池，近年來，被稱為混合電容器的蓄電池備受關(guān)注，其組合了鋰離子二次電池和電雙層電容器的蓄電原理。作為該混合電容器，提出了如下的有機(jī)電解質(zhì)電容器預(yù)先利用化學(xué)方法或電化學(xué)方法，使鋰離子吸藏、擔(dān)載(以下也稱為摻雜)于能夠使鋰離子吸藏和脫離的碳材料，以降低負(fù)極的電位，由此，具有得到高能量密度的由碳材料構(gòu)成的負(fù)極(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在這種有機(jī)電解質(zhì)電容器中，期待高性能，但是，具有如下問題預(yù)先使鋰離子摻雜于負(fù)極中時需要極長的時間、需要使鋰離子均勻地?fù)?dān)載于負(fù)極整體，特別是作為卷繞有電極的圓筒形電池或?qū)盈B多片電極的方型電池那樣大型的高容量電芯，難以實用化。為了解決這種問題，提出了如下的卷繞型蓄電池該卷繞型蓄電池通過筒狀電極卷繞單元和鋰離子供給源構(gòu)成，所述電極卷繞單元具備分別具有集電體的正極和負(fù)極，所述集電體形成有貫通表面和背面的孔，負(fù)極由能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)成，正極和負(fù)極在隔著隔板層疊的狀態(tài)下卷繞而形成所述電極卷繞單元，所述鋰離子供給源設(shè)置于該電極卷繞單元的外周面和內(nèi)周面中的任一方，通過負(fù)極與鋰金屬的電化學(xué)接觸，鋰離子摻雜于負(fù)極中(例如參照專利文獻(xiàn)2)。在該卷繞型蓄電池中，在集電體設(shè)有貫通表面和背面的孔，因此，即便鋰離子供給源配置于電極卷繞單元的外周面和內(nèi)周面中的任一方，鋰離子也不會被集電體隔斷，而是通過該集電體的孔在電極間移動，由此，不僅是鋰離子供給源附近的負(fù)極部分，也能夠通過電化學(xué)的方式使鋰離子摻雜于遠(yuǎn)離鋰離子供給源的負(fù)極部分。進(jìn)而，如上所述，預(yù)先使鋰離子摻雜于能夠吸藏和脫離鋰離子的碳材料等的負(fù)極與電雙層電容器中使用的活性炭相比電位低，因此，與正極活性炭組合得到的電芯的耐電壓提高，并且，由于負(fù)極的容量比活性炭大得多，所以根據(jù)具備該負(fù)極的卷繞型蓄電池，能夠得到高的能量密度。
然而，在這種卷繞型蓄電池中，鋰金屬僅設(shè)置于電極元件的外周面和內(nèi)周面中的任一方，因此，存在如下問題使鋰離子均勻地?fù)诫s于負(fù)極整體需要很長時間。并且，當(dāng)僅在電極卷繞單元的外周面設(shè)置鋰離子供給源時，雖然得到高電壓和高容量，但摻雜的鋰離子量變多，所以需要使用厚度大的鋰離子供給源，因此，存在如下問題電極的填充量降低，難以得到充分高的能量密度。為了解決這種問題，提出了如下的卷繞型蓄電池該卷繞型蓄電池具有筒狀的電極卷繞單元，所述電極卷繞單元是通過使正極和負(fù)極在隔著隔板層疊的狀態(tài)下卷繞而形成的，所述正極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有電極層，該電極層含有能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子和/或負(fù)離子的正極活性物質(zhì)，所述負(fù)極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有電極層，該電極層含有能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)，在該電極卷繞單元的內(nèi)周面和外周面雙方配置有鋰離子供給源來構(gòu)成，通過負(fù)極和/ 或正極與鋰離子供給源的電化學(xué)接觸，鋰離子被摻雜于該負(fù)極和/或該正極中(例如參照專利文獻(xiàn)3。)。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平8-107048號公報專利文獻(xiàn)2 日本特許第3485935號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2007-67105號公報但是，在這種卷繞型蓄電池中可以清楚了解到電解液的浸透需要很長時間，而且，為了使鋰離子均勻地?fù)诫s于負(fù)極整體中需要很長時間，無法獲得高的生產(chǎn)率。這可以理解為，由于電極卷繞單元的表面被鋰離子供給源覆蓋，所以電解液難以擴(kuò)散至電極卷繞單元的內(nèi)部。特別是在制造大型的卷繞型鋰離子電池的情況下，由于增加卷繞數(shù)，從而該摻雜所需時間增大至例如大約30天，因此，其生產(chǎn)率顯著降低。并且，在專利文獻(xiàn)3所述的卷繞型蓄電池中，在組裝電極卷繞單元后，由于在其內(nèi)周面和外周面配置鋰離子供給源，所以制造工序復(fù)雜，由此，還存在無法獲得高的生產(chǎn)率的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是基于上述情況而完成的，其目的在于提供一種卷繞型蓄電池，能夠?qū)崿F(xiàn)鋰離子供給源的配置的簡化，并且，能夠縮短注入非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液的時間、 以及預(yù)先使鋰離子摻雜于負(fù)極和/或正極(以下將該行為稱為預(yù)摻雜)的時間，因此，能夠以短時間完成組裝，獲得高的生產(chǎn)率。并且，本發(fā)明的另一目的在于提供一種卷繞型蓄電池，在短時間內(nèi)使電解液浸透到電極卷繞單元的內(nèi)部，以短時間使鋰離子均勻地?fù)诫s于電極中，獲得高的生產(chǎn)率。本發(fā)明的卷繞型蓄電池具備筒狀的電極卷繞單元和由鋰鹽的非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液構(gòu)成的電解液，所述電極卷繞單元是將電極層疊體從其一端卷繞而構(gòu)成的，該電極層疊體具有正極和負(fù)極，該正極和該負(fù)極隔著隔板層疊形成所述電極層疊體，所述正極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子和/ 或負(fù)離子的正極活性物質(zhì)的電極層，所述負(fù)極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的電極層，通過所述負(fù)極和/或所述正極與鋰離子供給源的電化學(xué)接觸，鋰離子和/或負(fù)離子摻雜于該負(fù)極和/或該正極中，上述鋰離子供給源設(shè)置成，上述正極和上述負(fù)極由于上述隔板而不接觸。在這種卷繞型蓄電池中優(yōu)選在上述正極形成有正極間隙部，在上述正極間隙部或負(fù)極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態(tài)設(shè)有至少一個鋰離子供給源。并且，在這種卷繞型蓄電池中優(yōu)選上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內(nèi)周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源。另外，可以在卷繞有設(shè)于上述電極卷繞單元的最內(nèi)周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源的卷繞體由負(fù)極覆蓋后，插入正極并進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成電極卷繞單元。并且，優(yōu)選上述正極具有多個正極片，各正極片相互隔著上述正極間隙部配置。并且，優(yōu)選上述正極形成有切口，通過該切口構(gòu)成上述正極間隙部。并且，優(yōu)選上述負(fù)極與上述正極的至少一部分重疊。并且，優(yōu)選設(shè)于上述正極間隙部或上述負(fù)極中與該正極間隙部對應(yīng)的位置的鋰離子供給源在該鋰離子供給源應(yīng)覆蓋的卷繞體由負(fù)極最外周部覆蓋后被插入并進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成電極卷繞單元。并且，在本發(fā)明的卷繞型蓄電池中優(yōu)選上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內(nèi)周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源，設(shè)有上述鋰離子供給源的上述電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的外周面中未被該鋰離子供給源覆蓋的區(qū)域的比例分別為10% 70%。在這種卷繞型蓄電池中優(yōu)選電極層疊體依次層疊有第一隔板、負(fù)極、第二隔板以及正極，在該第一隔板的一端側(cè)部分，在與配置有負(fù)極的面相反的面，配置有設(shè)于電極卷繞單元的最內(nèi)周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源，電極層疊體從其一端被卷繞，由此，構(gòu)成電極卷繞單元。在本發(fā)明的卷繞型蓄電池中優(yōu)選，上述鋰離子供給源壓接或?qū)盈B于鋰極集電體。并且，優(yōu)選壓接或?qū)盈B有上述鋰離子供給源的鋰極集電體由多孔箔構(gòu)成。并且，優(yōu)選電極卷繞單元中，正極的最外周部分隔著隔板由負(fù)極的最外周部分覆蓋，進(jìn)而，該負(fù)極的最外周部分由隔板的最外周部分覆蓋，在該隔板的最外周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源。并且，本發(fā)明的卷繞型蓄電池適于用作鋰離子電容器或鋰離子二次電池。發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明的卷繞型蓄電池，得到如下效果。 根據(jù)在形成于正極的正極間隙部、或負(fù)極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態(tài)設(shè)有至少一個鋰離子供給源的結(jié)構(gòu)，由于電極卷繞單元在正極間隙部或負(fù)極間隙部配置鋰離子供給源而構(gòu)成電極層疊體并卷繞該電極層疊體而得到，因此，能夠簡單地組裝該電極卷繞單元，因此，能夠以短時間完成組裝，并且，由于在正極間隙部或負(fù)極間隙部配置有鋰離子供給源，所以能夠縮短預(yù)摻雜時間，其結(jié)果，得到高生產(chǎn)率。另外，在對置配置的正極和負(fù)極之間配置有鋰離子供給源的情況下，雖然實現(xiàn)了預(yù)摻雜的迅速化，但在正極-負(fù)極間的距離部分上與其他不同、或在正極-負(fù)極間殘留有鋰金屬、或?qū)囯x子供給源層疊于鋰極集電體上進(jìn)行使用的情況下，有時會產(chǎn)生在該鋰離子極集電體上析出鋰金屬等問題。進(jìn)而，根據(jù)這樣制造的卷繞型蓄電池，即便由于實現(xiàn)了預(yù)摻雜的迅速化以及均勻化，而以短時間完成組裝，也能夠使內(nèi)部電阻降低，得到高的性能，而且，得到高的耐久性。并且，電極卷繞單元的最外周部分和/或最內(nèi)周部分為隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源，設(shè)有該鋰離子供給源的電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的外周面中未被該鋰離子供給源覆蓋的區(qū)域的比例分別為10% 70%，根據(jù)該結(jié)構(gòu)，電解液以短時間浸透電極卷繞單元的內(nèi)部，而且，鋰離子以短時間均勻地?fù)诫s于電極整體，因此得到高的生產(chǎn)率。并且，以預(yù)先在隔板配置有鋰離子供給源的狀態(tài)卷繞電極層疊體，由此，能夠在同一工序中進(jìn)行電極卷繞單元的制作和鋰離子供給源的配置，因此，得到更高的生產(chǎn)率。


圖1是示意性地示出本發(fā)明的第一實施方式的卷繞型鋰離子電容器的構(gòu)成的說明用剖視圖。圖2是示意性地示出圖1的卷繞型鋰離子電容器的解除了電極卷繞單元的卷繞狀態(tài)的電極層疊體的剖面的狀態(tài)的說明用剖視圖。圖3是示意性地示出正極的構(gòu)成的一例的說明用平面圖。圖4是示出圖1所示的卷繞型鋰離子電容器的電極卷繞單元的說明用立體圖。圖5是示出圖1所示的卷繞型鋰離子電容器的電極卷繞單元的說明用主視圖。圖6是示出外周面的鋰離子供給源的插入方法的一個例子的說明圖。圖7是示出外周面的鋰極集電體的插入方法的一個例子的說明圖。圖8是示出外周面的鋰極集電體的插入方法的另一個例子的說明圖。圖9是示出內(nèi)周面的鋰離子供給源的插入方法的一個例子的說明圖。圖10是示出內(nèi)周面的鋰極集電體的插入方法的一個例子的說明圖。圖11是電極卷繞單元的展開電極的狀態(tài)下示出的說明用平面圖。圖12是放大示出圖11所示的電極的A-A剖面的說明圖。圖13是示意性地示出正極的構(gòu)成的另一個例子的說明用平面圖。圖14是示意性地示出第一實施方式中電極層疊體的變形例的說明用剖視圖。圖15是示意性地示出從圖14的電極層疊體獲得電極卷繞單元的方法的說明用剖視圖。圖16是示意性地示出本發(fā)明的第二實施方式的卷繞型鋰離子電容器的結(jié)構(gòu)的說明用剖視圖。圖17是示意性地示出圖16的卷繞型LIC的解除了電極卷繞單元的卷繞狀態(tài)的電極層疊體的剖面的狀態(tài)的說明用剖視圖。圖18是示意性地示出得到圖16的卷繞型LIC的電極卷繞單元的方法的說明用剖視圖。圖19是示意性地示出得到另一結(jié)構(gòu)的卷繞型鋰離子電容器的方法的說明用剖視圖。圖20是示意性地示出本發(fā)明的第三實施方式的卷繞型LIC的結(jié)構(gòu)的說明用剖視圖。圖21是示出電極層疊體的結(jié)構(gòu)的說明用剖視圖。圖22是示出本發(fā)明的第三實施方式的卷繞型LIC中的電極卷繞單元的說明圖。圖23是示出鋰離子供給源壓接于第一隔板的一端側(cè)部分的另一面的狀態(tài)的說明圖。圖M是示出鋰離子集電體壓接于與第一隔板壓接的鋰離子供給源的狀態(tài)的說明圖。圖25是示出鋰離子供給源壓接于第二隔板的剩余部分的表面的狀態(tài)的說明圖。圖沈是示出鋰離子集電體壓接于與第二隔板壓接的鋰離子供給源的狀態(tài)的說明圖。圖27是示出本發(fā)明的第四實施方式的卷繞型LIC的另一例子的電極卷繞單元的結(jié)構(gòu)的說明用剖視圖。標(biāo)號說明10電極卷繞單元IOA電極層疊體11 正極111、112 正極片IlS正極間隙部Ila正極集電體lib電極層Ilc襯底層12 負(fù)極12S負(fù)極間隙部121、122 負(fù)極片121 α剩余部分12a負(fù)極集電體12b電極層
12c襯底層13AU3B 隔板14A 第一隔板14a最內(nèi)周部分14B 第二隔板14b最外周部分15AU5B鋰離子供給源15a、15b鋰極集電體
16A 16C鋰離子供給源17正極端子18負(fù)極端子19 芯棒20封裝容器25 帶^a ^c鋰極集電體30A電極層疊體31 正極31T 切口36C鋰離子供給源41 正極411,412 正極片41S正極間隙部41Q 第二帶材42 負(fù)極43A、43B 隔板42Q 第一帶材50電極卷繞單元50A電極層疊體51 正極511,512 正極片5IS正極間隙部5IQ 第二帶材52 負(fù)極521,522 負(fù)極片52S負(fù)極間隙部52Q 第一帶材53A、53B 隔板60A電極層疊體61 正極611,612 正極片6IS正極間隙部6IQ 第二帶材62 負(fù)極62Q 第一帶材63A、63B 隔板P 孔R非占有區(qū)域
S間歇部Z卷繞體
具體實施例方式以下，對將本發(fā)明的卷繞型蓄電池作為卷繞型鋰離子電容器(以下也稱為“卷繞型LIC”)實施的情況進(jìn)行說明?！吹谝粚嵤┓绞健祱D1是示意性地示出本發(fā)明的第一實施方式的卷繞型LIC的構(gòu)成的說明用剖視圖。圖2是示意性地示出圖1的卷繞型LIC的解除了電極卷繞單元的卷繞狀態(tài)的電極層疊體的剖面的狀態(tài)的說明用剖視圖。 該例的卷繞型LIC具有筒狀的電極卷繞單元10，該筒狀的電極卷繞單元10如下構(gòu)成具有正極間隙部IlS的帶狀的正極11和具有負(fù)極間隙部12S的帶狀的負(fù)極12隔著隔板層疊、具體而言是在隔板13B上依次層疊負(fù)極12、隔板13A和正極11而構(gòu)成電極層疊體 10A，通過將該電極層疊體IOA從其一端卷繞而構(gòu)成筒狀的電極卷繞單元10，該電極卷繞單元10收納在筒狀的封裝容器20內(nèi)并在內(nèi)部填充由鋰鹽的非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液構(gòu)成的電解液從而構(gòu)成卷繞型LIC。進(jìn)而，該電極卷繞單元10的最外周部分和最內(nèi)周部分是隔板(在圖1中省略圖示)，在該最外周部分的內(nèi)周面和最內(nèi)周部分的內(nèi)周面分別設(shè)有鋰離子供給源16A、16B，并且，在正極11的正極間隙部IlS以不與該正極11接觸的狀態(tài)設(shè)有鋰離子供給源16C。該鋰離子供給源16A 16C優(yōu)選隔著隔板13A、13B而不與負(fù)極12接觸的狀態(tài)配置。在這種卷繞型LIC中，負(fù)極12和鋰離子供給源16A 16C被短路，通過負(fù)極12和 /或正極11與鋰離子供給源16A 16C的電化學(xué)接觸，鋰離子和/或負(fù)離子摻雜于該負(fù)極 12和/或正極11中。另外，在本發(fā)明中，“正極”是指在放電時流出電流、充電時流入電流的一側(cè)的極， “負(fù)極”是指在放電時流入電流、充電時流出電流的一側(cè)的極。正極11的具體結(jié)構(gòu)也如圖3所示，具有多個正極片(圖1 圖3中為兩個)111、 112，各正極片111、112彼此隔著上述正極間隙部IlS配置。并且，負(fù)極12的具體結(jié)構(gòu)與正極11同樣，具有多個負(fù)極片(圖1、圖2中為兩個)121、122，各負(fù)極片121、122彼此隔著上述負(fù)極間隙部12S配置。將這種正極11、負(fù)極12、鋰離子供給源16A 16C層疊于隔板13A、1!3B上后卷繞而形成電極卷繞單元10，在該電極卷繞單元10中，優(yōu)選正極11在整個長度上與負(fù)極12重疊。在本發(fā)明中，負(fù)極與正極重疊的狀態(tài)是指，在該負(fù)極和正極之間未夾著隔板以外的部件而層疊的狀態(tài)。具體而言，電極卷繞單元10優(yōu)選如下結(jié)構(gòu)卷繞了設(shè)于隔板的最內(nèi)周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源16A而得到的卷繞體在由負(fù)極片121覆蓋后，插入正極片111進(jìn)行卷繞。 并且，由對置的正極部分(111)和負(fù)極部分(121)構(gòu)成的一組電極對部分(例如在圖1中用點劃線Z包圍的部分)的外周面由上述電極對部分的負(fù)極部分(121)的剩余部分(121α) 覆蓋而構(gòu)成卷繞體，該卷繞體的外周面成為由正極間隙部IlS所涉及的鋰離子供給源16C 覆蓋的狀態(tài)，進(jìn)而該鋰離子供給源16C的外周面由其它電極對部分覆蓋。另外，優(yōu)選設(shè)于隔板的最外周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源16B在其應(yīng)覆蓋的卷繞體由負(fù)極最外周部覆蓋后插入并進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成電極卷繞單元。通過這種結(jié)構(gòu)，卷繞型LIC得到高的耐久性。另外，在鋰離子供給源與正極之間未隔著負(fù)極而對置的情況下，預(yù)摻雜不充分導(dǎo)致鋰離子金屬殘留，或者，在使鋰離子供給源層疊于鋰極集電體上使用的情況下根據(jù)充放電條件而在該鋰極集電體上析出被稱為樹枝狀結(jié)晶的樹狀的鋰金屬，有時成為短路的原因。在圖1中，示出了通過兩組電極對部分在該電極對部分之間配置一個鋰離子供給源16C的結(jié)構(gòu)，但電極對部分不限于兩組，也可以通過三組以上的電極對部分構(gòu)成。這種情況下，構(gòu)成為在各電極對部分之間至少一個中配置有鋰離子供給源。在設(shè)于電極卷繞單元10的最內(nèi)周部分的內(nèi)周面和最外周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源16A、16B、以及插入于在基于電極對部分的卷繞體的外周面上形成的間隙部中的鋰離子供給源16C，優(yōu)選分別形成有沒有鋰離子供給源16A 16C的間歇部S(參照圖4)，鋰離子供給源16A 16C中的間歇部S的比例(以下稱為“鋰極非占有率”)分別優(yōu)選為10% 70%，更優(yōu)選為15% 50%，特別優(yōu)選為20% 30%。鋰離子供給源16A 16C均是板狀體的鋰離子供給源片隔著間歇部S并排設(shè)置而構(gòu)成的。鋰離子供給源16A 16C中的鋰極非占有率小于各圓周面的10%的情況下，浸透非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液需要時間，無法實現(xiàn)注液時間的縮短。另一方面，鋰離子供給源16A 16C中的鋰極非占有率超過各圓周面的70%的情況下，與正極和/或負(fù)極對置并向它們供給鋰離子和/或負(fù)離子的鋰離子供給源的面積小，因此，完成預(yù)摻雜需要時間，無法實現(xiàn)預(yù)摻雜時間的縮短。鋰離子供給源16A 16C中的鋰極非占有率為各圓周面的20% 30%的情況下， 能夠?qū)崿F(xiàn)非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液的浸透時間的縮短以及預(yù)摻雜時間的縮短這兩者。并且，間隙部優(yōu)選遍及所有區(qū)域均勻地分布形成。例如，不是使用面積大的一張鋰離子供給源，而是優(yōu)選分離配置多張小面積的鋰離子供給源，并形成預(yù)定的間隙部。由此， 能夠確保非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液的流通路徑較寬。并且，使用通過沖壓而多孔化的面積大的一張鋰離子供給源的話，因為能夠通過一張鋰離子供給源得到預(yù)定的間隙部，因此是更加優(yōu)選的。如圖5所示，對于這種電極卷繞單元10，從提高卷繞型LIC的組裝作業(yè)性的觀點出發(fā)，優(yōu)選將卷繞電極層疊體IOA而構(gòu)成的卷繞體以從外側(cè)用帶25固定的狀態(tài)收納于封裝容器20中。另外，在圖5中，17是與正極電連接的正極端子，18是與負(fù)極電連接的負(fù)極端子。 在圖5中，正極端子和負(fù)極端子相對于電極卷繞單元10向相反的方向伸長，但也可以向相同的方向伸長。[電極層疊體的卷繞方法]在如上的電極卷繞單元10的組裝工序中在插入設(shè)于最外周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源16B過程中，如圖6所示，從縮短組裝時間的觀點出發(fā)，優(yōu)選將該鋰離子供給源16B 以預(yù)先壓接于隔板13A的狀態(tài)卷繞。并且，如圖7和圖8所示，以與壓接于隔板13A的鋰離子供給源16B緊密接觸的方式，將鋰極集電體26aQ6b)壓接于該鋰離子供給源16B上進(jìn)行卷繞，由此，鋰離子供給源16B與負(fù)極12電連接，能夠使兩者短路。
并且，在電極卷繞單元10的組裝工序中在插入設(shè)于最內(nèi)周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源16A過程中，如圖9所示，與插入設(shè)于最外周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源16B同樣地，優(yōu)選將鋰離子供給源16A以預(yù)先壓接于隔板13A的狀態(tài)卷繞，并且，如圖10所示，以與壓接于隔板13A的鋰離子供給源16A緊密接觸的方式，將鋰極集電體26c壓接于該鋰離子供給源16A上進(jìn)行卷繞，由此，鋰離子供給源16A與負(fù)極12電連接，能夠使兩者短路。另外，在電極卷繞單元10的組裝工序中在插入配置于正極間隙部IlS的鋰離子供給源16C過程中，與插入設(shè)于最內(nèi)周部分的內(nèi)周面和最外周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源 16A、16B同樣地，優(yōu)選將鋰離子供給源16C以預(yù)先壓接于隔板13A的狀態(tài)卷繞，并且，以與壓接于隔板13A的鋰離子供給源16C緊密接觸的方式，將鋰極集電體壓接于該鋰離子供給源 16C上進(jìn)行卷繞，由此，鋰離子供給源16C與負(fù)極12電連接，能夠使兩者短路。對于這種電極卷繞單元10，具體而言，首先，制作第一帶材和第二帶材，所述第一帶材在隔板13B上，從一端朝向另一端依次形成有負(fù)極間隙部11S、負(fù)極片121、負(fù)極間隙部 IlS和負(fù)極片122，所述第二帶材在隔板13A上，從一端朝向另一端依次形成有成為電極卷繞單元10的最內(nèi)周面的鋰離子供給源16A、正極片111、鋰離子供給源16C、正極片112以及成為電極卷繞單元10的最外周面的鋰離子供給源16B。在該第一帶材和第二帶材中，正極11和負(fù)極12的間隙部以及電極片的長度和配置位置根據(jù)各構(gòu)成部件的厚度設(shè)定，以便成為如下狀態(tài)在卷繞時，正極片僅隔著隔板而與負(fù)極片對置，并且，鋰離子供給源也僅隔著隔板而與負(fù)極片對置，內(nèi)周面和外周面通過鋰離子供給源構(gòu)成。進(jìn)而，通過層疊該第一帶材和第二帶材，并將該電極層疊體IOA從其一端(鋰離子供給源16A的一端)卷繞于芯棒，由此得到電極卷繞單元10。將這樣構(gòu)成的電極卷繞單元10與非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液一起收納于封裝容器20內(nèi)，并在該狀態(tài)下放置預(yù)定時間(例如10天)，由此，鋰離子供給源16A 16C與負(fù)極12短路，因此，預(yù)先將鋰離子摻雜于負(fù)極12中。[電極]正極11和負(fù)極12 (以下將兩者一并稱為“電極”)分別在帶狀的集電體的至少一面形成電極層，兩者實質(zhì)上是相同的結(jié)構(gòu)，因此，以下使用同一附圖進(jìn)行說明。圖11是電極卷繞單元的展開電極的狀態(tài)下示出的說明用平面圖，圖12是放大示出圖11所示的電極的A-A剖面的說明圖。該例子的負(fù)極12(正極11)在帶狀的負(fù)極集電體12a(正極集電體Ila)的一面 (在圖12中為上表面)，隔著襯底層12c (Ilc)形成有含有負(fù)極活性物質(zhì)或正極活性物質(zhì)的電極層12b(llb)，在負(fù)極集電體12a(正極集電體Ila)的另一面，例如通過縫合滾壓或冷壓焊固定連接負(fù)極端子18 (正極端子17)。作為電極，使用在負(fù)極集電體1 或正極集電體Ila的兩面形成有電極層12b或電極層lib而構(gòu)成的電極的情況下，從負(fù)極集電體12a或正極集電體Ila將電極層12b或電極層lib局部剝離，從而能夠?qū)⒇?fù)極端子18或正極端子17連接于該電極層12b或該電極層lib。這里，負(fù)極端子18和正極端子17可以從電極卷繞單元10的兩端分別引出，也可以從一個端部引出。并且，負(fù)極端子18和正極端子17分別設(shè)有一個即可，但分別設(shè)置多個能夠降低內(nèi)部電阻，因此是優(yōu)選的。
正極集電體Ila和負(fù)極集電體12a(以下將兩者一并稱為“電極集電體”)由具有貫通表面和背面的孔P的多孔材料構(gòu)成，作為所述多孔材料的形態(tài)，可以列舉擴(kuò)展金屬、沖壓合金、金屬網(wǎng)、發(fā)泡體或通過蝕刻形成有貫通孔的多孔質(zhì)箔等。電極集電體的孔P的形狀可以設(shè)定為圓形、矩形或其它適當(dāng)?shù)男螤?。并且，從?qiáng)度和輕量化的觀點出發(fā)，電極集電體的厚度優(yōu)選為20 μ m 50 μ m。電極集電體的氣孔率通常為10% 79%，優(yōu)選為20% 60%。這里，氣孔率通過 [1-(電極集電體的質(zhì)量/電極集電體的真實比重)/(電極集電體的表觀體積)]X100算
出O作為電極集電體的材質(zhì)，一般可以使用在有機(jī)電解質(zhì)電池等用途中使用的各種材質(zhì)。作為負(fù)極集電體12a的材質(zhì)的具體例子，可以列舉不銹鋼、銅、鎳等，作為正極集電體 Ila的材質(zhì)，可以列舉鋁、不銹鋼等。通過將這種多孔材用作電極集電體，從而即便鋰離子供給源16A 16C配置于電極卷繞單元10的內(nèi)周面和外周面以及正極間隙部11S，由于鋰離子從鋰離子供給源16A 16C通過電極集電體的孔P自由在各電極間移動，所以能夠?qū)囯x子摻雜于負(fù)極12和/或正極11中。并且，在本發(fā)明中，使用難以脫落的導(dǎo)電性材料封閉電極集電體中的至少一部分的孔P，在該狀態(tài)下，優(yōu)選在電極集電體的一面形成電極層llb、12b，由此，能夠提高電極的生產(chǎn)率，并且，能夠防止或抑制由于電極層llb、12b從電極集電體脫落而產(chǎn)生的蓄電池的可靠性的降低。并且，通過減小電極的厚度(電極集電體和電極層的合計厚度)，能夠得到更高的輸出密度。并且，電極集電體中的孔P的形態(tài)和數(shù)量等可以適當(dāng)設(shè)定，以使后述的電解液中的鋰離子不會被集電體隔斷而能夠在電極的表面和背面之間移動，并且不易由導(dǎo)電性材料封閉。負(fù)極12的電極層12b含有負(fù)極活性物質(zhì)，該負(fù)極活性物質(zhì)能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子。作為構(gòu)成電極層12b的負(fù)極活性物質(zhì)，例如能夠適于使用石墨、難石墨化的炭或者聚并苯系有機(jī)半導(dǎo)體(以下稱為“PAS”)等，該聚并苯系有機(jī)半導(dǎo)體是芳香族系縮聚物的熱處理物，具有氫原子/碳原子的原子數(shù)比(以下記為“H/C”)為0. 50 0.05的聚并苯系基本結(jié)構(gòu)，其中，PAS在得到高容量方面是優(yōu)選的。例如使H/C為0. 2左右的PAS擔(dān)載(充電)400mAh/g的鋰離子后放電時，得到650F/g以上的靜電容量，并且，擔(dān)載(充電)500mAh/ g以上的鋰離子時，得到750F/g以上的靜電容量。因此，可以理解為，PAS具有非常大的靜電容量。在本發(fā)明中，作為負(fù)極活性物質(zhì)使用PAS等非結(jié)晶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)的情況下，越是增加擔(dān)載的鋰離子量，電位越低，因此，得到的蓄電池的耐電壓(充電電壓)越高，并且，放電的電壓的上升速度(放電曲線的傾斜度)降低，因此，優(yōu)選根據(jù)要求的蓄電池的使用電壓， 在活性物質(zhì)的鋰離子吸藏能力的范圍內(nèi)適當(dāng)設(shè)定鋰離子量。并且，由于PAS具有非結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此，鋰離子的插入和脫離不會產(chǎn)生膨潤、收縮等構(gòu)造變化，因此，循環(huán)特性優(yōu)異，并且，由于鋰離子的插入和脫離是各向同性的分子結(jié)構(gòu)(高級結(jié)構(gòu))，因此，在快速充電、快速放電也具有優(yōu)異的特性，因此，適于作為負(fù)極活性物質(zhì)。PAS的前驅(qū)體即芳香族系縮聚物是芳香族碳?xì)浠衔锱c醛類的縮合物。作為芳香族碳?xì)浠衔?，例如能夠適于使用苯酚、甲酚、二甲苯酚等酚類。例如可以列舉下述式子表示的亞甲基雙酚類、羥基聯(lián)苯類、羥基萘類等。其中，實用的是酚類，特別優(yōu)選的是苯酚。[化學(xué)式1]
權(quán)利要求
1.一種卷繞型蓄電池，其特征在于該卷繞型蓄電池具備筒狀的電極卷繞單元和由鋰鹽的非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液構(gòu)成的電解液，所述電極卷繞單元是將電極層疊體從其一端卷繞而構(gòu)成的，該電極層疊體具有正極和負(fù)極，該正極和該負(fù)極隔著隔板層疊形成所述電極層疊體，所述正極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子和/或負(fù)離子的正極活性物質(zhì)的電極層，所述負(fù)極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地?fù)?dān)載鋰離子的負(fù)極活性物質(zhì)的電極層，通過所述負(fù)極和/或所述正極與鋰離子供給源的電化學(xué)接觸，鋰離子和/或負(fù)離子摻雜于該負(fù)極和/或該正極中，上述鋰離子供給源設(shè)置成，上述正極和上述負(fù)極由于上述隔板而不接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，在上述正極形成有正極間隙部，在上述正極間隙部或負(fù)極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態(tài)設(shè)有至少一個鋰離子供給源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內(nèi)周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，在卷繞有設(shè)于上述電極卷繞單元的最內(nèi)周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源的卷繞體由負(fù)極覆蓋后，插入正極并進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成電極卷繞單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述正極具有多個正極片，各正極片相互隔著上述正極間隙部配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2 4中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述正極形成有切口，通過該切口構(gòu)成上述正極間隙部。
7.根據(jù)權(quán)利要求2 6中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述負(fù)極與上述正極的至少一部分重疊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，設(shè)于上述正極間隙部或上述負(fù)極中與該正極間隙部對應(yīng)的位置的鋰離子供給源在該鋰離子供給源應(yīng)覆蓋的卷繞體由負(fù)極最外周部覆蓋后被插入并進(jìn)行卷繞，由此構(gòu)成電極卷繞單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內(nèi)周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源，設(shè)有上述鋰離子供給源的上述電極卷繞單元的最外周部分的內(nèi)周面和/或最內(nèi)周部分的外周面中未被該鋰離子供給源覆蓋的區(qū)域的比例分別為10% 70%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，電極層疊體依次層疊有第一隔板、負(fù)極、第二隔板以及正極，在該第一隔板的一端側(cè)部分，在與配置有負(fù)極的面相反的面，配置有設(shè)于電極卷繞單元的最內(nèi)周部分的內(nèi)周面的鋰離子供給源，電極層疊體從其一端被卷繞，由此，構(gòu)成電極卷繞單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求2 10中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述鋰離子供給源壓接或?qū)盈B于鋰極集電體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的卷繞型蓄電池，其特征在于， 壓接或?qū)盈B有上述鋰離子供給源的鋰極集電體由多孔箔構(gòu)成。
13.根據(jù)權(quán)利要求2 12中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，電極卷繞單元中，正極的最外周部分隔著隔板由負(fù)極的最外周部分覆蓋，進(jìn)而，該負(fù)極的最外周部分由隔板的最外周部分覆蓋，在該隔板的最外周部分的內(nèi)周面設(shè)有鋰離子供給源。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 13中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于， 該卷繞型蓄電池是鋰離子電容器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1 13中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于， 該卷繞型蓄電池是鋰離子二次電池。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供如下的卷繞型蓄電池實現(xiàn)鋰離子供給源的配置的簡化、非質(zhì)子性有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液的注液時間以及預(yù)摻雜時間的縮短，從而能夠以短時間完成組裝，得到高的生產(chǎn)率。本發(fā)明的卷繞型蓄電池具備筒狀的電極卷繞單元和電解液，電極卷繞單元是將電極層疊體從其一端卷繞而構(gòu)成的，該電極層疊體具有帶狀的正極和負(fù)極，是正極和負(fù)極隔著隔板層疊而形成的，通過負(fù)極和/或正極與鋰離子供給源的電化學(xué)接觸，鋰離子和/或負(fù)離子摻雜于負(fù)極和/或正極中，在正極形成有正極間隙部，在上述正極間隙部或負(fù)極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態(tài)設(shè)有至少一個鋰離子供給源。
文檔編號H01G9/155GK102301439SQ20098015555
公開日2011年12月28日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者丸茂千鄉(xiāng), 安東信雄, 安田直史, 渡邊裕, 田口真 申請人:Jm能源股份有限公司