專利名稱：電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池。具體地說涉及電池的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以使電池輕質(zhì)并薄型化，在高電流密度時放電電流大，并且再利用特性優(yōu)良。
電池一直以來都作為各種裝置的主要電源和備用電池使用，特別是近年來，隨著便攜式電話和便攜式個人電腦等便攜式電子設(shè)備的發(fā)展，其需求增長。電池根據(jù)用途可使用一次電池、二次電池，特別是極為方便的二次電池是鋰離子二次電池、鎳氫電池等高性能電池備受關(guān)注。下面，以用于便攜式電子設(shè)備的需求急劇增加的鋰離子二次電池為例對本發(fā)明進行說明。
現(xiàn)有的鋰離子二次電池在正極和負極之間配置具有絕緣和保持電解質(zhì)作用的隔離層，將其卷成圓筒狀，或者將長方形的組件順序?qū)訅褐瞥傻膶訅后w放置在金屬制容器中，通過該容器產(chǎn)生的壓力將正極、隔離層和負極貼緊，保持電極和隔離層之間的接觸。
但是，通過將電極體放置在金屬制容器中可保證電接觸，但是由于容器是金屬制的，存在電池自重增加的困難。而且，在生產(chǎn)金屬制容器時，存在難以生產(chǎn)薄型容器這樣的問題。因此，基于在小型便攜式機器等上搭載的目的，不能薄型化已不能滿足對電池的要求，已經(jīng)成為重要的課題。
對于這個問題，離子傳導(dǎo)層采用鋰離子傳導(dǎo)性聚合物，采用含有鋰化合物的粘接層，在上述離子傳導(dǎo)層上粘合正極和負極的電池公開在US5437692。本發(fā)明者等在特愿平8-338240號中提出通過采用粘接性樹脂預(yù)先將正極和負極與隔離層貼合，不需要金屬制剛性容器的電池構(gòu)造和其制造方法。
通過采用粘接性樹脂將正極和負極與隔離層貼合，不施加外壓，就可以保持正極、隔離層和負極的電連接。但是，由于粘接性樹脂本身有絕緣性，如果它存在于正極、隔離層和負極的界面上，就有阻斷電流，即離子傳導(dǎo)的傾向。
在用粘接性樹脂將正極和負極與隔離層貼合時，有在各自界面上粘接性樹脂的量越多粘接強度越強的傾向。但是，粘接性樹脂的量越多，電池特性有變差傾向，有粘接強度和電池特性相反的情況。隨著粘接性樹脂量的增加，由于界面被粘接性樹脂不呈點狀的膜狀覆蓋，粘接面有增加的傾向。為此粘接強度增加，但由于絕緣膜覆蓋在電極之間，考慮到通過電極之間的離子傳導(dǎo)通道減少，造成電池特性惡化。而且，為了提高電池特性，在降低溶液型粘接劑的粘接性樹脂成分濃度進行貼合時，由于粘接性樹脂溶液的粘度下降，粘接性樹脂溶液被吸入多孔質(zhì)電極側(cè)，不僅粘接強度降低，還出現(xiàn)粘接不上的情況。因此，保持粘接強度，提高電池特性是重要課題。
而且，通過壓制可使電極表面平滑。但是，存在數(shù)微米左右的凹凸，并在局部存在隔離層和電極的界面游離的部分。該部分由于電解質(zhì)的浸漬量、電池的使用狀態(tài)，導(dǎo)致本來應(yīng)該浸漬的電解質(zhì)枯竭，與電池內(nèi)部的電阻增大及電池的特性降低有關(guān)。
本發(fā)明為了解決上述問題而進行的，目的是制備輕質(zhì)薄型的電池，該電池可以保持粘接強度并提高電池特性。
本發(fā)明涉及的第1種電池備有電池體，該電池體帶有具有電極活性物質(zhì)的正極和負極、保持電解質(zhì)的隔離層、將上述正極和負極貼合在該隔離層上的粘接性樹脂層，上述粘接性樹脂層至少由一層構(gòu)成并含有填充物。
據(jù)此，通過加入填充物可以使粘接性樹脂層保持多孔性，由于在該細孔中保持了電解質(zhì)和粘接性樹脂溶液，可保持粘接強度，獲得良好的電池特性。
本發(fā)明的第2種電池是在上述第1種電池中，電解質(zhì)是含有鋰離子的有機電解質(zhì)。
據(jù)此，對于需要輕質(zhì)化、薄型化的鋰離子二次電池，可以獲得高性能并且緊湊的電池。
本發(fā)明涉及的第3種電池是在上述第1種電池中，填充物的平均粒徑在正極和負極所具有的電極活性物質(zhì)的顆粒直徑以下。
據(jù)此，粘接性樹脂溶液被保持在粘接性樹脂層中，可獲得所需要的粘接強度。
本發(fā)明涉及的第4種電池是在上述第1種電池中，填充物的平均直徑在1微米以下的范圍內(nèi)。
據(jù)此，由于使粘接性樹脂溶液具有適當增加粘度的效果，即粘接性樹脂層可以多孔質(zhì)化，因此保持粘接強度，獲得良好的電池特性。
本發(fā)明涉及的第5種電池是在上述第1種電池中，每單位體積的粘接性樹脂層的粘接性樹脂的體積比和填充物的體積比的和小于1。
據(jù)此，可保持所形成的粘接性樹脂層的多孔性。
本發(fā)明涉及的第6種電池是在上述第1種電池中，每單位體積的粘接性樹脂層的粘接性樹脂的體積比和填充物的體積比的和在0.2以上，0.8以下。
據(jù)此，多孔質(zhì)粘接性樹脂的空孔被電解質(zhì)充滿，可獲得足夠的離子傳導(dǎo)性。
本發(fā)明涉及的第7種電池是在上述第1種電池中，填充物的材質(zhì)包括非導(dǎo)體或者半導(dǎo)體中的至少一種。
據(jù)此，可以使粘接性樹脂層保持多孔性，保持粘接強度，獲得良好的電池特性。
本發(fā)明涉及的第8種電池是在上述第1種電池中，粘接性樹脂層具有含有導(dǎo)電性填充物的層和含有非導(dǎo)體或者半導(dǎo)體的至少一種的層。
據(jù)此，含有導(dǎo)電性填充物的層可降低電池內(nèi)部的阻抗。
本發(fā)明涉及的第9種電池的構(gòu)成是上述第1種電池是將粘接性樹脂層填入由正極、負極和隔離層的凹凸在上述各電極和上述隔離層的相對面上形成的空間而構(gòu)成的。
據(jù)此，在粘接強度增加的同時，具有由電解質(zhì)的欠缺防止電池特性降低的效果。
本發(fā)明涉及的第10種電池是在上述第1種電池中，電池體是將由均為單層的正極、隔離層和負極構(gòu)成的電池體多層層壓制成的層壓體。
本發(fā)明涉及的第11種電池是在上述第10種電池中，層壓體是通過將正極和負極交替配置在多個隔離層之間形成的。
本發(fā)明涉及的第12種電池是在上述第10種電池中，層壓體是通過將正極和負極交替配置在卷起的隔離層之間形成的。
本發(fā)明涉及的第13種電池是在上述第10種電池中，層壓體是通過將正極和負極交替配置在折疊的隔離層之間形成的。
根據(jù)這些第10～13種電池，具有可獲得高性能并且電池容量大的層壓電極型電池的效果。
圖1是表示本發(fā)明電池的粘接性樹脂層的體積比例的說明圖，圖2是表示在本發(fā)明電池的電極和隔離層的界面上形成的空間的橫截面結(jié)構(gòu)圖，圖3是表示在向PVDF樹脂中加入氧化鋁填充物之前和之后的放電容量變化的圖，圖4是表示在向PVA樹脂中加入氧化鋁填充物之前和之后的放電容量變化的圖，圖5是表示所添加的氧化鋁填充物的平均粒徑改變時剝離強度和放電容量的關(guān)系的圖，圖6是表示相對于粘接性樹脂層的空間體積％的剝離強度和放電容量的關(guān)系的圖，圖7是表示相對于粘接性樹脂層厚度的剝離強度和放電容量的關(guān)系的圖。
下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方案進行說明。
在為了將正極和負極與隔離層貼合而采用粘接性樹脂時，為了提高粘接強度，粘接性樹脂的量越多，就越阻礙離子的導(dǎo)電性，電池特性變差。這是由于粘接性樹脂層形成膜狀并阻塞離子移動路徑而造成的。因此，如果該粘接性樹脂層不成膜狀并存在多孔質(zhì)，問題就會得到解決。本發(fā)明通過向粘接性樹脂中添加填充物(填充材料)，使粘接性樹脂層保持多孔性。
即，如果將不含有填充物的粘接性樹脂溶液涂敷在電極或者隔離層上進行貼合，尤其是由于電極是多孔質(zhì)的，則粘接性樹脂溶液被吸收。如果往粘接性樹脂溶液中混合填充物，由填充物造成粘接性樹脂本身保持多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，在該細孔中保持粘接性樹脂溶液，防止粘接性樹脂溶液被電極吸收，因此可以在粘接界面上保持粘接性樹脂溶液。由于這個效果，粘接性樹脂溶液的粘度也升高，粘接劑的保持性進一步提高。
所加入填充物的平均粒徑在電極活性物質(zhì)的粒徑以下，優(yōu)選在1微米以下。如果平均粒徑在1微米以上，這樣大小的填充物形成的細孔孔徑與電極的細孔孔徑大致相近，所以保持電解質(zhì)溶液的能力下降。由于電極活性物質(zhì)在此粒徑以上沒有電解質(zhì)保持能力，電池特性降低，添加填充物沒有效果。而且，由于平均粒徑越大，填充物的沉降速度越快，粘接性樹脂溶液的操作性特別差。如果在1微米以下的范圍，可賦予粘接性樹脂溶液適當?shù)脑稣承Ч铱梢允拐辰有詷渲瑢佣嗫踪|(zhì)化，并可將粘接性樹脂溶液和電解質(zhì)溶液保持在電極和隔離層界面上。
上述填充物的粒徑是針對構(gòu)成填充物大部分顆粒而言，即使含有該范圍之外的顆粒，也沒有問題。
對于溶劑型粘接性樹脂來說粘接性樹脂溶液是由填充物、粘接性樹脂、溶劑構(gòu)成。由于溶劑可通過干燥除去，粘接性樹脂層就是由干燥填充物、粘接性樹脂和溶劑生成的空孔構(gòu)成。其形式如圖1所示。
如圖所示，由填充物形成的空孔體積是由粘接性樹脂體積和干燥溶劑產(chǎn)生的空孔體積構(gòu)成。但是，如果由填充物形成的空孔體積全部被粘接性樹脂埋住，就不能保持粘接性樹脂層的多孔度，粘接性樹脂層就變成了絕緣層。因此，單位體積的粘接性樹脂層的粘接性樹脂體積比和填充物體積比的總和必須在1以下。
為了保持粘接性樹脂層的多孔性，相對于單位體積上述粘接性樹脂層的粘接性樹脂體積比和填充物體積比的和小于1的條件是必須的，但是為了使多孔質(zhì)粘接性樹脂的空孔被電解液充滿，具有足夠的離子傳導(dǎo)性，希望具有與使用粘接性樹脂層的隔離層相同程度的空孔體積，因此相對于單位體積粘接性樹脂層的粘接性樹脂體積比和填充物體積比的總和必須在0.2以上、0.8以下(換句話說，相對于粘接性樹脂層的空孔體積百分率為20％～80％)。
填充物的材質(zhì)如果可能是上述平均粒徑的材質(zhì)，對其沒有特別的限定，即使是Al2O3、SiO2、ZrO2、LiAlO2等氧化物，SiC、B4C、ZrC等碳化物，和SiN、BN、TiN等氮化物等所代表的無機物在電解質(zhì)中也是穩(wěn)定的，即使含有填充物的粘接性樹脂以連接電極之間的狀態(tài)存在，由于導(dǎo)電性低也不會引起短路。
由于聚烯烴系樹脂等聚合物的導(dǎo)電性低，而且比重小，與無機填充物和金屬填充物相比，可以減小重量增加。
即使對于LiPF6、LiClO4等無機鹽，不溶于電解液，或者溶解殘留物可以作為填充物形成微細孔，即使在溶解到電解液中的情況下，由于溶解之后的粘接性樹脂層中存在細孔，可以增大粘接性樹脂層的孔隙度。
采用碳、金屬等導(dǎo)電性填充物，可以使粘接性樹脂層具有導(dǎo)電性。因此，即使粘接性樹脂進入電極的空隙，由于粘接性樹脂層具有導(dǎo)電性，也不會防礙電子傳導(dǎo)。但是，如果采用碳等導(dǎo)電性材料，需要想辦法防止短路。例如，通過將含有導(dǎo)電性材料的粘接性樹脂層和含有無機物的粘接性樹脂層分別作為設(shè)置在電極側(cè)、隔離層側(cè)的2層粘接性樹脂層，貼合電極和隔離層，可以防止短路。
通過將電極表面和隔離層界面上存在的空間用含有填充物的粘接性樹脂埋住，在增加粘接強度的同時可防止由電解質(zhì)缺乏引起的電池特性的降低。如圖2所示，由于電極上沒有很多數(shù)微米左右的凹凸，所以希望存在含有填充物的粘接性樹脂以埋住該間隙。如果由粘接性樹脂層的阻抗引起的放電容量的降低允許達到50％，則希望粘接性樹脂層的厚度在50微米以下。優(yōu)選為了盡量減小放電容量的降低，希望粘接性樹脂層的厚度在10微米以下。
對向粘接性樹脂中加入的填充物的形狀沒有特別限定，可列舉球形、橢圓形、纖維狀、鱗片狀等。如果是球形的，由于填充密度提高，可以使粘接性樹脂層變薄。如果是橢圓狀、纖維狀、鱗片狀的，由于比表面積增大，可以使粘接性樹脂層的空孔體積增多。
對粘接性樹脂的種類沒有特別限定，即使存在于電池材料中，也希望是不能浸漬到電解質(zhì)和構(gòu)成電極的材料中并可保持粘接性的材料。特別是對于溶劑型粘接性樹脂，由于粘接性樹脂層容易多孔質(zhì)化，容易獲得更好的效果。特別是對于鋰離子二次電池，由于是有機電解質(zhì)，希望是聚偏氟乙烯(PVDF)代表的氟系樹脂和以聚乙烯醇為代表的分子構(gòu)造內(nèi)含有聚乙烯醇的高分子等。
對粘接性樹脂的涂覆方法沒有特別限定，希望與所需厚度、涂覆狀態(tài)相應(yīng)的方法。涂覆方法可列舉絲網(wǎng)印刷法、輥涂法、膠輥印刷法、凹版印刷法、刮刀法等。
本發(fā)明對電池構(gòu)造沒有特別限定，適用于配備有具有正極和負極、隔離層、該隔離層上貼合上述正極和負極的粘接性樹脂層的電池體的電池。因此，作為電池體，可以由分別是單層的正極、隔離層和負極構(gòu)成的電極體構(gòu)成，將上述電極體多層層壓制成的層壓體構(gòu)成的電池體也是適用的。如果適用于備有由這類層壓體構(gòu)成的電池體的電池，可獲得高能量并且電池容量大的電池。
為了形成上述層壓體，也可以將切開的多個正極、隔離層、負極層壓，也可以將連續(xù)的1組或者多組正極、隔離層、負極卷起或者折疊。
本發(fā)明特別是對鋰二次電池效果好，但是沒有特別限定，例如可以是鋰一次電池、錳-鋅電池、銀-鋅電池這類一次電池，鎳-鎘電池、鎳-鋅電池、鎳-氫電池、聚合物電池、碳二次電池這類二次電池。
下面通過實施例說明本發(fā)明的詳細內(nèi)容，當然不是對本發(fā)明的限定。
實施例1(電極體的制備)在鋁箔基材上涂覆由91重量份平均粒徑10微米的LiCoO2(日本化學(xué)工業(yè)制)、6重量份石墨粉末(ロンザ制)和3重量份聚偏氟乙烯(吳羽化學(xué)制)構(gòu)成的正極活性物質(zhì)層，平均膜厚為80微米，制成正極。在銅基材上涂覆由90重量份平均粒徑為8微米的メソカ-ボンマイクロビ-ズ(大阪ガス制)和10重量份的聚偏氟乙烯構(gòu)成的負極活性物質(zhì)層，平均膜厚為80微米，制成負極。將這些電極和聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯三層隔離層(ヘキストセラニ-ズ制)貼合的粘接性樹脂溶劑，是將10重量％聚偏氟乙烯(エルフアトケムジヤバン制)和10重量％平均粒徑0.01微米的氧化鋁粉末(テグサ制)溶解分散在N-甲基吡咯烷酮制成的。將正極切成50毫米×50毫米，負極切成55毫米×55毫米，隔離層切成60毫米×60毫米，在隔離層的兩個面上用300目的絲網(wǎng)印刷機涂覆粘接性樹脂溶劑，將正極和負極貼合在隔離層兩側(cè)。將其在干燥機中在80℃干燥一個小時，制成單層電極體。
(電極體的評價)(1)粘接強度(剝離強度)的測定制成的電極體的負極/隔離層之間的粘接強度采用180度剝離試驗法測定。
(2)電池特性的測定通過點熔接在制成的電極體的正極、負極上同時連接集電端子，將其放入由氧化鋁箔制成的袋中，放入電解液封口，制成電池。將該電池用1C進行充放電，測定這時的放電容量作為電池特性。
比較例1除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯(PVDF)溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例2除了粘接性樹脂溶液使用2重量％的聚乙烯醇和5重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
對比例2除了粘接性樹脂溶液使用2重量％的聚乙烯醇溶解在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例2完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例3除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.1微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例4除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為1微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例5除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.007微米的二氧化硅粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
對比例3除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為10微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例6除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和5重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例7除了粘接性樹脂溶液使用5重量％的聚偏氟乙烯和25重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
比較例4除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和1重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
比較例5
除了粘接性樹脂溶液使用3重量％的聚偏氟乙烯和30重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例8除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物，粘接性樹脂溶液涂覆用絲網(wǎng)的篩目為250目之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例9除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物，粘接性樹脂溶液涂覆用絲網(wǎng)的篩目為200目之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例10除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物，粘接性樹脂溶液涂覆用絲網(wǎng)的篩目為100目之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
比較例6除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物，粘接性樹脂溶液涂覆用絲網(wǎng)的篩目為50目，涂覆兩次之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例11除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和10重量％的平均粒徑為0.01微米的二氧化硅粉末(アエロジル社制)溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例12
除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和30重量％的平均粒徑為0.5微米的碳化硅粉末(セイミ制)溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例13除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和30重量％的平均粒徑為0.5微米的碳化硼(セイミ制)溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例14除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和30重量％的平均粒徑為0.5微米的氮化硅粉末(セイミ制)溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例15除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和5重量％的平均粒徑為0.5微米的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例16除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和20重量％的平均粒徑為0.5微米的鐵粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例17除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯和50重量％的平均粒徑為1微米的碳粉(大阪ガス制)溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例18除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、9重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和1重量％平均粒徑為1微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例19除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、5重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和5重量％平均粒徑為0.01微米的二氧化硅粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例20除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、9重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和1重量％平均粒徑為0.5微米的二氧化硅粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例21除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、9重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和1重量％平均粒徑為0.5微米的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例22除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、9重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和1重量％平均粒徑為0.5微米的鐵粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例23除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、9重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和1重量％平均粒徑為1微米的碳粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例24除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、9重量％的平均粒徑為0.01微米的氧化鋁粉末和1重量％平均粒徑為0.5微米的氧化鋁粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例25除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、5重量％的平均粒徑為0.5微米的碳化硅粉末和5重量％平均粒徑為0.5微米的聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例26除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、5重量％的平均粒徑為0.5微米的鐵粉末和5重量％平均粒徑為0.5微米的聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例27除了粘接性樹脂溶液使用10重量％的聚偏氟乙烯、5重量％的平均粒徑為0.5微米的碳粉末和5重量％平均粒徑為0.5微米的聚甲基丙烯酸甲酯溶解分散在N-甲基吡咯烷酮中的生成物之外，與實施例1完全相同裝配電極、電池，進行評價。
實施例28與實施例1同樣制備正極、負極和粘接性樹脂溶劑之后，將正極切成50毫米×50毫米，負極切成55毫米×55毫米，隔離層切成120毫米×60毫米。在該隔離層的單面上用絲網(wǎng)印刷機涂覆粘接性樹脂溶液，將其對半折疊，往其中央夾持負極，通過兩個輥的層壓裝置，制成附帶隔離層的負極。在該附帶隔離層的負極一側(cè)的隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，在其上粘接正極。接著，在新的附帶隔離層的負極一側(cè)的隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，與預(yù)先粘接的正極的另一側(cè)面粘接。將該工序重復(fù)操作6次，制成層壓的電池體之后，對該電池體加壓，同時進行干燥，制成正極和負極與隔離層粘接制成的平板狀多層構(gòu)造的電池。對該電池體與實施例1同樣評價電池特性。
實施例29與實施例1同樣制備正極、負極和粘接性樹脂溶劑之后，將正極切成50毫米×50毫米，負極切成55毫米×55毫米，隔離層切成120毫米×60毫米。在該隔離層的單面上用絲網(wǎng)印刷機涂覆粘接性樹脂溶液，將其對半折疊，往其中央夾持正極，通過兩個輥的層壓裝置，制成附帶隔離層的正極。在該附帶隔離層的正極一側(cè)的隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，在其上粘接負極。接著，在新的附帶隔離層的正極一側(cè)的隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，與預(yù)先粘接的負極的另一側(cè)面粘接。將該工序重復(fù)操作6次，制成層壓的電池體之后，對該電池體加壓，同時進行干燥，制成正極和負極與隔離層粘接的平板狀多層構(gòu)造電池。對該電池體與實施例1同樣評價電池特性。
實施例30與實施例1同樣制備正極、負極和粘接性樹脂溶劑之后，將正極切成300毫米×50毫米，負極切成305毫米×55毫米，隔離層切成620毫米×60毫米。在該隔離層的單面上用絲網(wǎng)印刷機涂覆粘接性樹脂溶液，將其對半折疊，往其中央夾持負極，通過兩個輥的層壓裝置，制成附帶帶狀隔離層的負極。在附帶帶狀隔離層的負極的一側(cè)隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，將附帶隔離層的負極的一端折疊一定量，在折痕中夾持正極。連續(xù)將正極和附帶隔離層的負極重疊之后通過層壓裝置。然后，在附帶隔離層的負極的、先前涂覆粘接性樹脂溶液的面的反面上涂覆粘接性樹脂溶液，連續(xù)卷成長圓狀。
對卷成長圓狀的電池體加壓，同時進行干燥，制成正極和負極與隔離層粘接的平板狀多層構(gòu)造電池。與實施例1同樣對該電池體評價電池特性。
實施例31與實施例1同樣制備正極、負極和粘接性樹脂溶劑之后，將正極切成300毫米×50毫米，負極切成305毫米×55毫米，隔離層切成620毫米×60毫米。在該隔離層的單面上用絲網(wǎng)印刷機涂覆粘接性樹脂溶液，將其對半折疊，往其中央夾持正極，通過兩個輥的層壓裝置，制成附帶隔離層的正極。在該附帶隔離層的正極的一側(cè)隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，將附帶隔離層的正極的一端折疊一定量，在折痕中夾持負極。連續(xù)將負極和附帶隔離層的正極重疊之后通過層壓裝置。然后，在附帶隔離層的正極的、先前涂覆粘接性樹脂溶液的面的反面上涂覆粘接性樹脂溶液，連續(xù)卷成長圓狀。
對卷成長圓狀的電池體加壓，同時進行干燥，制成正極和負極與隔離層粘接的平板狀多層構(gòu)造電池。與實施例1同樣對該電池體評價電池特性。
實施例32與實施例1同樣制備正極、負極和粘接性樹脂溶劑之后，將正極切成300毫米×50毫米，負極切成305毫米×55毫米，隔離層切成310毫米×60毫米。將2片帶狀隔離層配置在負極兩側(cè)，在任意一個隔離層的外側(cè)配置正極。在位于負極和正極之間的隔離層上表里均涂覆粘接性樹脂溶液，再在另一個隔離層上只在面向負極的一側(cè)涂覆粘接性樹脂溶液，將正極的一端先行一定量，通過層壓裝置，接著將正極、隔離層和負極重疊通過層壓裝置，制成帶狀層壓物。然后，在帶狀層壓物的隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，折疊伸出的正極，連續(xù)卷成長圓狀。
對卷成長圓狀的電池體加壓，同時進行干燥，制成正極和負極與隔離層粘接的平板狀多層構(gòu)造電池。對該電池體與實施例1同樣評價電池特性。
實施例33與實施例1同樣制備正極、負極和粘接性樹脂溶劑之后，將正極切成300毫米×50毫米，負極切成305毫米×55毫米，隔離層切成310毫米×60毫米。將2片帶狀隔離層配置在正極兩側(cè)，在任意一個隔離層的外側(cè)配置負極。在位于負極和正極之間的隔離層上表里均涂覆粘接性樹脂溶液，再在另一個隔離層只面向正極的一側(cè)涂覆粘接性樹脂溶液，將負極的一端先行通過層壓裝置一定量，接著將正極、隔離層和負極重疊通過層壓裝置，制成帶狀層壓物。然后，在帶狀層壓物的隔離層面上涂覆粘接性樹脂溶液，折疊伸出的負極，連續(xù)卷成長圓狀。
對卷成長圓狀的電池體加壓，同時進行干燥，制成正極和負極與隔離層粘接的平板狀多層構(gòu)造電池。對該電池體與實施例1同樣評價電池特性。
上面制成的電極和電池的粘接強度測定結(jié)果和1C中充放電的放電容量列于表1到表7。圖3到圖4表示改變表1的粘接性樹脂時相對于各個充放電電流的放電容量?？梢姡ㄟ^比較實施例1和2和比較例1和2以及通過將填充物加入粘接性樹脂溶液中，可以提高放電容量，特別是高負荷下的值。
表1
表2表示改變氧化鋁填充物的平均粒徑時的結(jié)果和相對于粒徑小的二氧化硅填充物的結(jié)果。這些結(jié)果示于圖5，表示所添加的氧化鋁填充物的粒徑改變時的剝離強度和放電容量。粒徑在1微米以下時，剝離強度稍有減小，實際使用上沒有問題。相反，如果平均粒徑比1微米更大，由于粘接性樹脂層的空孔體積減小，放電容量有減小的趨勢。
表2
表3表示改變氧化鋁填充物相對于粘接性樹脂的比率時的結(jié)果。該結(jié)果相對于空孔體積比例的剝離強度和電池容量的總結(jié)表示于表6。通過改變填充物相對于樹脂的比例，由于填充物形成的空孔體積中的粘接性樹脂比例發(fā)生變化，粘接性樹脂層的空孔體積發(fā)生變化。如果該空孔體積比例在20％以下，粘接性樹脂層的離子通道減少，因此放電容量明顯降低。相反，粘接強度隨著空孔體積比例的增加有降低的趨勢，如果在80％以上，由于填充物的量太多，粘接性樹脂的量減少，粘接強度急劇下降。
表3
表4列出了所形成的粘接性樹脂層的厚度變化時的結(jié)果。相對于該厚度的剝離強度和放電容量的值在圖7表示。涂覆厚度在10微米以下時，由于粘接性樹脂層埋在由電極和隔離層的凹凸形成的間隙中，放電容量增大，但是，如果超過了10微米，由于離子通道變得太長，其變成阻抗，放電容量緩慢降低。粘接性樹脂層的厚度約為50微米時，放電容量降低至約50％。
表4
表5表示填充物材質(zhì)變化時的結(jié)果?？梢娂词共捎酶鞣N材料，也具有同樣的效果。特別是，無機化合物、聚合物的效果好。
表5
表6表示兩種填充物混合情況下的結(jié)果?？梢娂词挂赃@樣組合混合填充物，也可得到同樣的效果。特別是采用不含有導(dǎo)電材料的材料，效果好。
表6<
表7表示各種電池構(gòu)造的電池特性試驗的結(jié)果。顯然，即使改變這樣的電池結(jié)構(gòu)，也可獲得良好的電池特性。特別是通過將多個電極體層壓制成的層壓體作為電池體，可以得到高性能并且電池容量大的電池。
表7
工業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的電池可用于便攜式電子設(shè)備的二次電池等，可以提高電池的性能，并使其小型化和輕質(zhì)化。
權(quán)利要求
1.一種電池，其特征在于備有電池體，該電池體帶有具有電極活性物質(zhì)的正極和負極、保持電解質(zhì)的隔離層、在該隔離層上貼合上述正極和負極的粘接性樹脂層，上述粘接性樹脂層由至少一層構(gòu)成并含有填充物。
2.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于電解質(zhì)是含有鋰離子的有機電解質(zhì)。
3.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于填充物的平均粒徑在構(gòu)成各電極的電極活性物質(zhì)的顆粒直徑以下。
4.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于填充物的平均粒徑在1微米以下的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于單位體積粘接性樹脂層的粘接性樹脂體積比例和填充物體積比例之和小于1。
6.權(quán)利要求5記載的電池，其特征在于單位體積粘接性樹脂層的粘接性樹脂體積比例和填充物體積比例之和在0.2以上，0.8以下。
7.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于填充物材質(zhì)含有非導(dǎo)體或者半導(dǎo)體中的至少一種。
8.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于粘接性樹脂層包括含導(dǎo)電性填充物的層和含有非導(dǎo)體或者半導(dǎo)體中的至少一種的層。
9.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于將粘接性樹脂層填入由正極、負極和隔離層的凹凸在上述各電極和上述隔離層的相對面上形成的空間而構(gòu)成的。
10.權(quán)利要求1記載的電池，其特征在于電池體是將由均為單層的正極、隔離層和負極構(gòu)成的電池體多個壓制制成的層壓體。
11.權(quán)利要求10記載的電池，其特征在于層壓體是通過將正極和負極交替配置在多個隔離層之間形成的。
12.權(quán)利要求10記載的電池，其特征在于層壓體是通過將正極和負極交替配置在多個隔離層之間形成的。
13.權(quán)利要求10記載的電池，其特征在于層壓體是通過將正極和負極交替配置在折疊的隔離層之間形成的。
全文摘要
現(xiàn)有的電池為了保持電極之間的電連接,必須采用堅固的外裝容器,存在不能小型化的問題。而且,在各電極和隔離層通過粘接性樹脂貼合時,存在粘接強度和電池特性相反的情況。為了解決這個問題,本發(fā)明的目的是不采用外裝容器,可以制備薄型、輕質(zhì)并且電池特性和粘接強度均優(yōu)良的電池。通過采用具有至少一層含有填充物的粘接性樹脂層的粘接性樹脂層將正極和負極與隔離層貼合,使粘接性樹脂層具有多孔性,多孔性粘接性樹脂層的空孔被電解液充滿,具有足夠的離子傳導(dǎo)性,提高電池特性并保持粘接強度。
文檔編號H01M10/40GK1251214SQ98803461
公開日2000年4月19日 申請日期1998年1月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月19日
發(fā)明者相原茂, 竹村大吾, 鹽田久, 荒金淳, 漆畑廣明, 吉田育弘, 濱野浩司, 村井道雄, 犬塚隆之 申請人:三菱電機株式會社