密閉型電池的製作方法
2023-06-07 16:58:06
專利名稱：密閉型電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種密閉型電池，具體而言，是涉及一種用撓性包裝材料進行封口的角型密閉電池。
用於便攜電話等所謂行動裝置等小型電子設備用的電源的電池可使用與電池容納部一致的角型或與其形狀類似的鋰離子電池或鋰聚合物電池等。
以角型鋰離子電池為例進行說明，將通過隔板卷繞含有鋰遷移金屬複合氧化物的形成正極活性物質層的正極電極和摻雜、去除雜質鋰的含有碳元素物質等的形成負極活性物質層的負極電極的電池要素容納於密閉容器中後封口。在用電池罐作為密閉容器的電池中，因為用鍍鎳低碳鋼和鋁合金構成的金屬制材料作為容器，所以限制了小型化、輕量化，提議使用疊層熱熔融性合成樹脂膜和鋁等金屬膜的層壓薄膜等撓性包裝材料的電池。
圖4是說明現有的使用包裝材料來封口的密閉型電池的圖。圖4(A)表示透視立體圖，圖4(B)表示沿A-A線的剖面圖。
透視電池要素的密閉型電池1用撓性包裝材料2來封口電池要素。電池要素4疊層、卷繞長條形的負極電極、正極電極、兩個隔板，用防退卷帶3來進行固定。將正極導電連接片8和負極導電連接片9分別連接在電池要素上。
其中之一的導電連接片、即圖3中正極導電連接片8位於電池要素4的中心部，另一個負極導電連接片9位於電池要素4的周圍部。
位於中心部的正極導電連接片8和位於周圍部的負極導電連接片9在電極的疊層方向上、即卷繞體的徑向上有距離，所以當任一個導電連接片、圖4(A)中為正極導電連接片8彎曲的同時，由絕緣性部件15進行覆蓋加工。
通過隔板7來卷繞正極電極5和負極電極6，在正極電極5和負極電極6的最外周部的集流體的表面上設置不形成活性物質層的活性物質層非形成部16，在卷繞後由防退卷帶3進行固定，由撓性包裝材料2進行封口。這些組裝操作容易，另外，為了不產生退卷而固定，在最外周部設置長的活性物質非形成部16。
但是，在這種密閉型電池中，對下落等衝擊的特性不充足，在密閉型電池或電池使用設備下落等時，電池內部引起短路。特別是厚度越薄的電池產生問題的情況越多，已知在厚度為4mm以下的電池中非常明顯。
本發明為了解決上述問題，提供一種密閉型電池，用撓性包裝材料來對用隔板卷繞正極電極和負極電極的電池要素進行封口，在密閉型電池或電池使用設備下落時，在電池的內部不產生短路等，封口特性好。
發明概述本發明的一種密閉型電池，用撓性包裝材料來對通過隔板來卷繞帶狀的正極電極和負極電極而製造的電池要素進行封口，其中，用由平面部和曲面部構成的卷繞體來構成電池要素，同時，位於正極電極和負極電極的各自最外周部上的曲面部的至少一側的面形成活性物質層。
另外，在所述密閉型電池中，在使正極導電連接片和負極導電連接片位於電池要素的最外周部的正極電極和負極電極的狀態下進行封口。
一種密閉型電池，在正極導電連接片和負極導電連接片與包裝材料的封口部分上粘貼熱熔融性物質的塗布層或熱熔融性膜。
在所述密閉型電池中，電池要素容納於具有平面部和凹部的撓性包裝材料的凹部中，在使電池要素的正極導電連接片和負極導電連接片位於平面部的狀態下進行封口。
所述密閉型電池是鋰離子電池或鋰聚合物電池。
附圖的簡要描述
圖1是說明本發明密閉型電池的一個實施例的圖，圖1(A)是立體圖，圖1(B)是沿圖1(A)中A-A』線切斷的剖面圖。
圖2是說明本發明密閉型電池的另一實施例的圖，圖2(A)是立體圖，圖2(B)是沿圖2(A)中A-A』線切斷的剖面圖。
圖3是說明正極電極位於最外周部上的密閉型電池的一個實施例的圖，是切斷電池要素的剖面圖。
圖4是說明現有的使用撓性包裝材料來進行封口的密閉型電池的圖。
最佳實施例的描述根據本發明的電池，已知在由撓性包裝材料來對電池要素進行封口的密閉型電池中，由電池下落等衝擊引起的內部短路是配置在正極電極和負極電極之間的隔板受到損害並在正極電極和負極電極之間產生短路的原因，特別是在作為由平面部和曲面部構成的卷線形電池要素的曲面部或角部，在正極電極的集流體上不形成活性物質層的部分中損壞隔板，產生內部短路。
因此，對於成為短路原因的隔板的損害，已知通過在正極電極的外周部的集流體中使用設置了去除平面部的活性物質層的正極電極來解決。
對於鋰離子電池等而言，在摻雜、去除雜質鋰等金屬的電池中，在充電時，在負極電極表面上產生電流集中部位，未摻雜的金屬在負極電極上析出。在負極表面上析出的金屬長大為樹枝形結晶時，由於貫通隔板，而可能與正極電極形成短路，所以通過將負極電極配置成比正極電極長，使負極電極超過正極電極的端部，來防止負極電極的端部中形成電流集中的部位。
已知在這種密閉型電池中，對於一般用作正極電極的集流體的鋁，在其表面上不形成正極活性物質層的角部或曲面部具有大的硬度，同時，在下落等時用作突出部，對隔板造成損害。
但是，在鋁等正極集流體的表面上形成正極活性物質層的情況下，由正極活性物質層使集流體的彎曲部變為鈍角或曲面的同時，形成的正極活性物質層用作緩衝材料，所以在電池下落等時，可緩和隔板受到的衝擊。
圖1是說明本發明密閉型電池的一個實施例的圖，圖1(A)是立體圖，圖1(B)是沿圖1(A)中A-A』線切斷的剖面圖。
本發明的密閉型電池1用撓性包裝材料2對防退卷帶3固定的電池要素4進行封口。電池要素4配置正極電極5、隔板6、負極電極7。電池要素不是圓筒形，而是形成為由平面部和曲面部構成的卷線形的卷繞體。在本發明中，平面部不是嚴格意義上的平面，其剖面不限於直線，也包含平緩的曲線，廣義表示角型電池用的電池要素。
另外，在電池要素的正極電極5的最內周部上設置正極導電連接片8，在負極電極6的最外周部分別設置負極導電連接片9。
彎曲加工正極導電連接片8，之後，用絕緣性部件15覆蓋後，在與負極導電連接片9配置在同一平面內的狀態下用撓性包裝材料進行封口。
在比相對的正極電極的正極活性物質層11寬的區域上形成負極電極的負極活性物質層10，同時，電池要素的最外周部的正極活性物質非塗布層12不存在於卷繞成卷線形的電池要素的曲面部13中，曲面部形成整個正極活性物質層11。
雖然負極電極6的負極活性物質層10一定存在於與正極活性物質存在的區域相對的區域中，但負極電極的最外周部也可僅形成在與正極電極相對的面上，所以負極電極的最外周部的活性物質層也可以是僅塗布在單面上的單面塗布部14。
在上述電池中，由於正極導電連接片8位於電池要素4的中央部，所以在電池要素中由於正極導電連接片而產生卷繞變形。特別是在薄型電池中，由於正極導電連接片佔電池要素的比例大，所以在薄型電池中，因中心部的正極導電連接片8產生的卷繞變形的影響大。在產生卷繞變形的部分中，電流分布不均勻，在電流集中的部位產生發熱等，還會產生局部電流惡化快速推進等現象。因此，最好電池在電池要素的中央部沒有導電連接片。
圖2是說明本發明密閉型電池的另一實施例的圖，圖2(A)是立體圖，圖2(B)是沿圖2(A)中A-A』線切斷的剖面圖。
本發明的密閉型電池1用撓性包裝材料2對防退卷帶3固定的電池要素4進行封口。電池要素4的正極電極5、負極電極6通過隔板7來配置。
另外，在電池要素的正極電極5和負極電極6的最外周部上分別設置正極導電連接片8和負極導電連接片9。
正極導電連接片8和負極導電連接片9實質上配置在同一平面內。
因此，正極導電連接片8和負極導電連接片9不進行任何彎曲加工，可在同一平面內用包裝材料進行封口。
在比相對的正極電極的正極活性物質層11寬的區域上形成負極電極的負極活性物質層10，同時，電池要素的最外周部的正極活性物質非塗布層12不存在於卷繞成卷線形的電池要素的曲面部13中，曲面部用整個正極活性物質層11覆蓋。
雖然負極電極6的負極活性物質層10一定存在於與正極活性物質存在的區域相對的區域中，但負極電極的最外周部也可僅形成在與正極電極相對的面上，所以負極電極的最外周部的活性物質層也可以是僅塗布在單面上的單面塗布部14。
在上面說明中說明了在外側配置負極電極的密閉型電池，下面說明在外側配置正極電極的密閉型電池。
圖3是說明正極電極位於最外周部上的密閉型電池的一個實施例的圖，是切斷電池要素的剖面圖。
通過隔板7來配置正極電極5和負極電極6。正極電極5配置在外側，正極電極位於電池要素的最外周部。在最外周部的正極電極的外側的面上不設置作為正極活性物質非塗布部12的正極活性物質層11，而僅在內側面上形成正極活性物質層11。
之後，用正極活性物質層來覆蓋最外周部的正極電極內側面的曲面部13。
另一方面，為了負極電極6在充電時不在負極表面上析出金屬鋰，由於負極活性物質層的區域比相對的正極電極的正極活性物質層寬，所以在比形成正極電極最外周部的曲面部的內側面的正極活性物質層的面寬的面中形成負極活性物質層。通過這種結果，可緩和下落時對隔板產生的衝擊。
本發明的密閉型電池可用於各種鋰電池、聚合物鋰電池等各種密閉型電池中。
舉例說明鋰電池時，正極電極在帶形鋁箔中分散混合燒結作為LixMO2(其中M表示至少一種遷移金屬)的複合氧化物，例如LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4、LixMnO3、LixNiyCo(1-y)O2等、碳塊等導電性物質、聚偏二氟乙烯(PVDF)等粘接劑和N-甲基2吡咯烷酮(NMP)等溶劑，用本發明的塗布裝置塗布經調製的正極塗料。結束單面塗布，在乾燥後同樣塗布相反面，塗布雙面。
另外，負極電極在帶形銅箔等表面中可分散混合燒結摻雜鋰以及去除雜質的熱分解碳素類、瀝青焦、腈焦、石油焦等焦炭類、石墨類、玻璃狀碳素類、酚醛樹脂、呋喃樹脂等的有機高分子化合物燒結體、碳素纖維、活性碳等碳元素材料、聚乙炔、聚吡咯等導電性高分子材料、碳黑等導電性物質、聚偏二氟乙烯(PVDF)等粘接劑和N-甲基2吡咯烷酮(NMP)等溶劑，用本發明的塗布裝置塗布經調製的正極塗料。結束單面塗布，在乾燥後同樣塗布相反面，塗布雙面。
在負極電極中，在卷繞製作電池要素時，單面處於不與正極活性物質層相對的部分，也可在單面上形成負極活性物質層。
接著，用超聲波熔接、電陽熔接等方法將負極導電連接片和正極導電連接片連接在負極電極和正極電極上後，在用卷繞裝置進行卷繞、由防卷帶固定電池要素後，加壓來成型製造為由平面部和曲面部構成的規定形狀。
作為可用於本發明密閉型電池中的撓性包裝材料，在位於鋁箔電池內面的面上通過粘接劑層或不使用粘接劑層來粘貼聚乙烯、聚丙烯、離聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚樹脂、乙烯-(甲基)丙烯酸酯聚合樹脂等熱可塑性樹脂層，在相反側疊層聚乙烯對苯二甲酯(テレフレ-ト)等聚酯樹脂或尼龍樹脂等。
另外，當從內面的聚乙烯、聚丙烯等連接面向電池容器內浸入水時，用作電解質的LiPF6等分解，生成氫氟酸，因為還產生對電池活性物質或包裝材料的鋁的腐蝕等問題，所以長期維持封口面的性能極為重要。
為了改善封口面的熱熔融特性，在內面的膜中最好使用熔融特性好的未延伸聚乙烯膜，或至少在封口面中形成馬來酸變烯烴樹脂層。
另外，在包裝材料與正極導電連接片和負極導電連接片接觸的部分中，事先塗布馬來酸烯烴等進行表面處理，也可由馬來酸烯烴膜等覆蓋來提高與包裝材料的連接強度。
下面表示實施例，說明本發明。
實施例1在長度為205mm、寬度為20mm、厚度為0.02mm的鋁箔表面上，從鋁箔的長度方向的端部保留19mm塗布由錳酸鋰、碳塊、聚氟化聚偏氯乙烯纖維、N-甲基吡咯烷酮構成的正極活性物質，將正極導電連接片連接於正極活性物質的非塗布部上。
另一方面，在長度為212mm、寬度為21.4mm、厚度為0.01mm的鋁箔表面上，從鋁箔的長度方向的端部保留18mm塗布由石墨、碳塊、聚氟化聚偏氯乙烯纖維、N-甲基吡咯烷酮構成的負極活性物質，將負極導電連接片連接於沒有塗布負極活性物質的部分上。
在正極電極和負極電極之間且在負極電極的外側配置厚度為25μm的聚乙烯制隔板，加壓成型，使負極電極成為外側，在卷繞後使兩個表基本平行。另外，用活性物質層來覆蓋電池要素的正極電極和負極電極的最外周部的曲面部。
將得到的一個電池容納在與質量為70g的便攜型設備一樣的長方形容器中，對200個電池進行從高度75cm、1m每一個下落15次的試驗後，測定電池電壓，沒產生內部短路。
比較例在正極電極和負極電極的正極活性物質非塗布部從長度方向端部起為23mm的同時，將負極活性物質非塗布部從長度方向的端部卷繞成22mm的正極電極的曲面部中，除卷繞外，其它與實施例1相同，製作密閉型電池，存在沒形成正極活性物質層的部分，進行與實施例1相同的評估，在75cm下，0.5％的電池或在1m下2.5％的電池中發生內部短路異常。
本發明的密閉型電池在電池要素的最外周部的電極曲面部具有活性物質層，即使落下電池等，也不會因衝擊而對隔板造成損害，可得到可靠性大的密閉型電池。
權利要求
1.一種密閉型電池，用撓性包裝材料來對通過隔板來卷繞帶狀的正極電極和負極電極製造的電池要素進行封口，其中，用由平面部和曲面部構成的卷繞體來構成電池要素，同時，位於正極電極和負極電極的各自最外周部上的曲面部的至少一側的面形成活性物質層。
2.如權利要求1所述的密閉型電池，其中，在使正極導電連接片和負極導電連接片位於電池要素的最外周部的正極電極和負極電極的狀態下進行封口。
3.如權利要求2所述的密閉型電池，其中，在正極導電連接片和負極導電連接片與包裝材料的封口部分上粘貼熱熔融性物質的塗布層或熱熔融性膜。
4.如權利要求2所述的密閉型電池，其中，電池要素容納於具有平面部和凹部的撓性包裝材料的凹部中，在使電池要素的正極導電連接片和負極導電連接片位於平面部的狀態下進行封口。
5.如權利要求3所述的密閉型電池，其中，電池要素容納於具有平面部和凹部的撓性包裝材料的凹部中，在使電池要素的正極導電連接片和負極導電連接片位於平面部的狀態下進行封口。
6.如權利要求1所述的密閉型電池，其中，所述密閉型電池是鋰離子電池或鋰聚合物電池。
全文摘要
一種密閉型電池,用撓性包裝材料來對通過隔板來卷繞帶狀的正極電極和負極電極製造的電池要素進行封口,其中,用由平面部和曲面部構成的卷繞體來構成電池要素,同時,位於正極電極和負極電極的各自最外周部上的曲面部的至少一側的面形成活性物質層。
文檔編號H01M4/02GK1357937SQ0113383
公開日2002年7月10日 申請日期2001年12月8日 優先權日2000年12月8日
發明者大山宣英 申請人:日本電氣移動能株式會社