非水電解質電池的製作方法

2023-04-26 14:18:41 4

專利名稱：非水電解質電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於電子設備電源的非水電解質電池。
隨著電子設備的小型化、輕量化，對作為其電源用的電池小型化或輕量化的要求也日益強烈。為滿足對電池的這種要求，正在進行研究各種電池。
例如，特開昭61-240564公報中公開了一種密閉型鉛蓄電池。該蓄電池，在由耐酸性的熱塑性樹脂所構成的袋體中插入多個電極極板組，用由薄膜、薄片或管子所形成的外裝體包裝。
然而，特開昭61-240564公報的電池中，其金屬導線的周圍部分和外裝體是直接接觸而封裝的，所以密閉性差。
又，在特開昭56-71278公報中公開了片狀電池。在該電池中，使用了減少熱熔粘合部分的比例，同時預先以樹脂包覆導線，因此，改善了熱熔粘合的可靠性。
然而，在特開昭56-71278公報的電池中，將電池系統封入由單一的耐碘性氟樹脂所形成的袋體，因此，當電解液是揮發性的或是有機溶劑時由袋體滲透而漏出；或者從外部滲入的水分傾向大，因此，密封性差。
而且，在特開平3-62247和特開昭57-115820公報中公開的電池將電極和電解質等封入由丙烯酸改性聚乙烯或丙烯酸改性聚丙烯離聚物所構成的塑料層和金屬層粘貼在一起而構成的袋體中。
然而，在特開平3-62447公報和特開昭57-115820公報的電池中，袋體的丙烯酸改性聚乙烯或丙烯酸改性聚丙烯離聚物的塑料層在高溫時分離，因此，電池的密封性很不好。
這樣就對於非水電解液的阻斷性不充分，目前尚未製得具有充分密閉性的電池。
因此，本發明目的是提供一種對非水電解液具有高阻斷性並有高密封性的非水電解質電池。
本發明是由非水電解液、與非水電解液接觸的陽極和陰極、在陽極與陰極之間所配置的隔膜、一端與陽極連接而且另一端延伸到外部的第一導線、一端與陰極連接而且另一端延伸到外部的第二導線以及用於將陽極、陰極、非水電解液、隔膜、部分第一導線和第二導線封入的袋體所組成的非水電解質電池，袋體具有熱熔粘合性樹脂層、設於熱熔粘合性樹脂層外面的金屬層，設於熱熔粘合性樹脂層和金屬層之間的電解液阻擋性的絕緣層。
電解液阻擋性絕緣層對非水電解液有非常低的相溶性，因此，袋體對非水電解液的阻斷性高，從而提高袋體的密封性。又，電解液阻擋層具有電絕緣性，因此，在密閉性高的袋體內的電池反應即可不受金屬層的阻礙而高效率地進行。
合適的電解液阻擋性絕緣體的特徵可以選自聚醯胺樹脂及乙烯·乙烯醇共聚物中的至少一種所構成。
聚醯胺樹脂或乙烯·乙烯醇共聚物對非水電解液有非常低的相溶性，因此，提高了袋體密封性的可靠性。
又，熱熔粘合性樹脂最好選自丙烯酸改性的聚烯烴、甲基丙烯酸改性聚烯烴和馬來酸改性聚烯烴中的至少一種所構成。
當使用這種熱熔粘合性樹脂層時，和電解液阻擋性絕緣層的粘合性以及熱熔粘合性都是優良的。
附

圖1是本發明非水電解質電池的一個實施方案的簡略斜視圖。
附圖2是沿附圖1的A-A線和B-B線的截面圖。
附圖3是本發明非水電解質電池的另一個實施方案的簡略截面圖。
為了更詳細地說明本發明。按照附圖加以說明。另外，在附圖中對相同或相當部分以同一標號表示。
附圖1是本發明非水電解質電池的一個實施方案的簡略斜視圖。該非水電解質電池10是將含有將電解質(例如鋰化合物)溶解於非水溶劑(例如有機溶劑)中的非水電解液的單一的電化學電池封入其周圍部分被熱熔粘合的熱封部分12所形成的封裝袋(袋體)14中而構成的，從封裝袋14的上部，有在周圍部分由絕緣體16所包覆的第一導線18a的一端向上延伸，還有在周圍部分，由絕緣體16b所包覆的第二導線18b的一端向上延伸，以使第一導線18a和第二導線18b能與外部電連接。
附圖2是沿附圖1的非水電解質電池10的A-A線或B-B線的截面圖。如附圖所示，該封裝袋14從非水電解質電池10的小型化，輕量化的觀點出發，是通過將薄膜的周圍部分熱熔粘合而形成的，該薄膜在內部具有金屬層22(金屬箔)並有多層。在該多層薄膜的最內側其周圍部分被熱熔粘合的熱熔粘合性樹脂層24與非水電解液20接觸，因此，它必須是不溶解於非水電解液的。
然而，這種熱熔粘合性樹脂層24基本上是由熱塑性樹脂所構成的，因此，在高溫失去其強度，非水電解液就有漏出的危險。漏出的非水電解液20引起多層薄膜各層的剝離。因此，只有熱熔粘合性樹脂層24是難以確保封裝袋14對非水電解液20洩漏的密封性。又，在這種情況下，不僅發生洩漏，而且由於非水電解液與金屬層22接觸，不能通過電極進行所要求電池反應。
因此，在本實施方案中，為了在高溫時也能防止非水電解液20的洩漏並確保電絕緣，在熱熔粘合性樹脂層24和金屬層22之間設有電解液阻擋性及絕緣性優良的電解液阻擋性絕緣層26。這裡，所謂電解液阻擋性是使封入袋內的電解液不向外部洩漏而保持在袋內部。所謂絕緣性是使電流不向外洩漏並阻隔從外部來的電。
對電解液的阻擋性及絕緣性優良的材料合適的有尼龍6和尼龍6，6那樣的聚醯胺樹脂或者乙烯·乙烯醇共聚物。這種材料即使在高溫時，與上述非水電解液20也有低的相溶性；與熱熔粘合性樹脂層24和金屬層20有高的粘合性。
又，電解液阻擋性絕緣層26的厚度最好在10μm到200μm範圍之內。如果比10μm薄，則在熱封部分12等處可能發生小孔，有失去電解液阻擋性的可能；如厚於200μm，則在熱封時由於樹脂流動量過多，而使金屬層22過度地變形，在最壞的情況下有可能成為封裝袋14破損的原因。
熱熔粘合性樹脂層24，其適宜的是由丙烯酸改性聚烯烴、甲基丙烯酸改性的聚烯烴或馬來酸改性聚烯烴所構成的。在使用這種熱熔粘合樹脂層24時，和電解液阻擋性絕緣層26的粘合性優良，熱封性也優良。
又，熱熔粘合樹脂層24的厚度最好在10μm到200μm範圍內。如小於10μm，則熱封性有惡化傾向；而超過200μm，則在熱封時，由於樹脂流動量過多，使金屬層22過度變形，在最壞的情況下有可能成為封裝袋14破損的原因。
再者，多層薄膜並不限於只用上述材料構成，在金屬層22和熱熔粘合性樹脂層24之間所設置的也不限於電解液阻擋性絕緣層26。如附圖2所示，也可在金屬層22和電解液阻擋絕緣層26之間設置有較低熔點的中間樹脂層28。當在金屬層22和電解液阻擋性絕緣層26之間設有這種中間樹脂層28時，中間樹脂層28能將雙方粘合住。此時中間樹脂層28的材料例如可以是酸改性的聚烯烴。
而且，在金屬層22的外面為確保封裝袋的機械強度優選可設置層32。此時，層32最好由雙軸拉伸的聚對苯二甲酸乙二醇酯和雙軸拉伸的尼龍薄膜所構成。用這種層32的情況下，具有優良的耐磨耗性等機械強度。而且，這時，作為用於粘合金屬層22和層32的粘合劑層優選可設置層30。
本實施方案的非水電解質電池10非常適用於個人計算機那樣的發生大量熱的電子設備。在這種電子設備運轉時，在配置電池處的溫度達到約85℃，但由於設有上述電解液阻擋性絕緣層，在高溫時也可保持粘合性，因此，非水電解質電池10能穩定地運轉。
在封裝袋14中，封入有浸於非水電解液20中的陽極板34和陰極板36。這些陽極板34和陰極板36是由被稱之為集電體的金屬箔或網狀金屬的金屬基材(圖中未示)和在金屬基材上所形成的活性物質層(圖中未示)所構成。又，在陽極板34和陰極板36之間配置有為防止非水電解液20擴散的隔膜38。而且在陽極板34和陰極板36的金屬基材上分別通過例如點焊、超聲波焊等將第一導線18a的一端和導線40連接，又，其另外一端則如上述延伸到封裝袋14的外部。同樣，通過例如點焊、超聲波焊等將第二導線18b的一端和導線42連接，又，其另外一端則如上述延伸到封裝袋14的外部。
用於包覆第一導線18a、第二導線18b周圍部分而所設的絕緣體16a、16b與封裝袋14的熱熔粘合性樹脂24熱熔粘合，以確保第一導線18a、第二導線18b和封裝袋14之間的氣密性。在這種情況下，第一導線18a、第二導線18b周圍部分的絕緣層16a、16b和多層薄膜熱熔粘合，而形成的熱封部分12在高溫下有與上述同樣的高氣密性。
再參照附圖1，第一導線18a、第二導線18b的形狀成帶狀(截面形狀是矩形)。在這種形狀的情況下，即使電池容量增加，也能抑制絕緣體16a、16b外周的增加，而增大第一導線18a、第二導線18b的截面積。這樣，在絕緣體16a、16b的外面和封裝袋14的熱熔粘合性樹脂層24之間抑制了以熱熔粘合所形成的熱封部分12中產生間隙的傾向。因此，提高熱封部分12上氣密的可靠性。
與此相反，當第一導線或第二導線的截面形狀是圓形的情況下，在電池容量增大時，隨著導線的截面的直徑增加，絕緣體的外周加長。因此，在上述熱封部分中易於產生間隙，有降低熱封部分氣密可靠性的傾向。
又，具有截面形狀為矩形的第一導線18a、第二導線18b有大的接觸面積。為此，通過點焊和超聲波焊不僅可容易地與例如用FPC(軟體印刷基板)的外部電路相連接並和陽極和陰極相連接，而使可靠性高的連接成為可能。
而且，連接於陽極板上的第一導線適宜的是由放電時不溶解的例如鋁或鈦，或它們的合金所製成。又，連接於陰極板上的第二導線最好是由在過充電時難以生成析出物或在電位差大的過放電時難以形成合金並且易於溶解的例如鎳或銅、或它們的合金所構成。這樣，由於在陰極板的第二導線上使用這種材料就可抑制例如過充電時的鋰析出和過放電時鋰合金的形成等。
以下就非水電解質電池的製造方法(未圖示)加以說明，首先說明陽極板的製備方法。
首先，將陽極的活性物質溶解於適當溶劑，使成漿後，塗布在除連接導線處以外的鋁箔那樣的金屬基材上，隨後，將活性物質乾燥並進行輥壓，即可製得陽極板。另外，陰極板的製造方法除將陰極的活性物質塗布在銅箔那樣的金屬基材上以外，基本上和陽極板的製備方法相同。
隨後，說明封裝袋的製備方法。
首先，準備多張在表面上形成塑料層和內部設有的金屬層之間設有尼龍或乙烯·乙烯醇共聚物所構成的中間絕緣層的多層薄膜，將其切成適當尺寸的矩形，隨後使塑料層相對，將多層薄膜疊加。在這種情況下，使用熱封機將矩形周圍三邊在預定加熱條件下按照所要求的熱封寬度進行熱封，即可製得袋狀的封裝袋。
在這樣製得的陽極板和陰極板之間配置例如由聚丙烯所制微多孔隔膜。隨後，準備截面為矩形的例如由鋁所制的陽極板用的第一導線以及截面為矩形的例如由銅所制的陰極板用的第二導線，而且，第一導線和第二導線的周圍包以絕緣層。然後，將未塗布陽極板活性物質的金屬基材以超聲波焊接以與第一導線連接。又將未塗布陰極板活性物質的金屬基材以超聲波焊接以與第二導線連接。
在這種情況下，將陽極板、陰極板、第一導線和第二導線等放入封裝袋中，隨後，注入所要求的非水電解液。然後，將第一導線和第二導線的絕緣體在封裝袋開口處的周圍部分夾住，使用熱封機，在預定加熱條件下，按照所要求的熱封寬度將第一導線和第二導線的絕緣體外層和封裝周圍部分的內側層進行熱熔粘合，即可得到非水電解質電池。
再者，本發明並不限於上述非水電解質電池。圖3表示本發明另一種非水電解質電池的實施方案截面圖。圖3的實施方案除封裝袋14的多層薄膜沒有中間樹脂層外，都與上述實施方案相同，中間樹脂層並不影響電解液阻擋性，因此，沒有中間樹脂層還可使非水電解質電池10輕量化。
以下，按照實施例和比較例對本發明進行詳細說明，當然，本發明並不限於這些實施例和比較例。
實施例1、2和比較例1、2首先，按以下方法製備陽極板。先把LiCoO2粉末(日本化學工業株式會社制)100重量份、石墨10重量份和聚偏氟乙烯10重量份作為陽極的活性物質而進行混合。其次，將LiCoO2、石墨和聚偏氟乙烯的混合物溶解於N-甲基-2-吡咯烷酮後，製成漿料。將該漿狀混合物塗布在除與導線連接處的厚20μm的鋁箔的一面上。隨後將該混合物乾燥並進行輥壓。就製得厚0.1mn、寬50mm和長105mm的陽極板。
隨後，製造陰極板。使用鱗狀天然石墨粉末100重量份和聚偏氟乙烯20重量份作為陰極的活性物質而進行混合。隨後，將其溶解於N-甲基-2-吡咯烷酮中後，製成漿料。然後，將該漿狀混合物塗布在除與導線連接處外的厚20μm的銅箔兩面。隨後，將該混合物乾燥並進行輥壓，即得到厚0.1mm、高50mm和寬105mm的陰極板。
隨後，製作封裝袋。首先準備多張表1所示的依次從聚對苯二甲酸乙酯(PET)層起到馬來酸改性低密度聚乙烯(LDPE)或丙烯酸改性聚乙烯(PE)的層疊成4-6層的多層薄膜，切成高為70mm、寬為135mm的矩形。隨後，使多層薄膜的馬來酸改性低密度聚乙烯層相對，使多層薄膜疊加。在這情況下，使用熱封機，將矩形周圍三邊在200℃下加熱5秒鐘，形成寬度為5mm的熱封部分，即製得袋狀的封裝袋。
表1
在這樣製得的陽極板和陰極板之間，配置由聚丙烯所制的微多孔隔膜，這時，隔膜的厚度為25μm。
隨後，準備用作陽極板第一導線的厚0.1mm，寬4mm截面的矩形狀鋁導體。再準備用作陰極板第二導線的具有厚0.1mm、寬4mm的截面的矩形狀的銅導體。然後，在這第一和第二導線的周圍部分包覆由馬來酸改性聚乙烯構成的絕緣體。然後，將未塗布陽極板活性物質的鋁箔以超聲波焊接而與第一導線連接。又，將未塗布陰極活性物質的銅箔以超聲波焊接而與第二導線連接。
在這種情況下，將陽極板、陰極板和第一導線和第二導線等放入封裝袋中後，注入8cc的非水電解液。再者，作為非水電解液使用了在容積比為1∶1的碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的混合溶劑中溶解有1mol/l濃度的六氟磷酸鋰的溶液。
然後，將第一和第二導線的絕緣體夾在封裝袋開口處的周圍部分。再用熱封機將第一和第二導線的絕緣體和封裝袋周圍部分的內側層進行熱熔粘合，製得試驗電池。再者，此時熱封寬度為10mm。又，加熱條件是在200℃下5秒鐘。
對這樣得到的試驗電池進行了恆溫·恆溼試驗，研究試驗電池的性能。所謂恆溫·恆溼試驗是將試驗電池放入85℃溫度，相對溼度為95％的恆溫·恆溼槽中720小時後，測定試驗電池的重量變化和非水電解液中水分濃度的變化，從而評價對熱封部分非水電解液的阻斷性。再者，非水電解液中水分的濃度是用卡爾-費歇爾法測定。
結果，在實施例1、2中，720小時後的電解液揮發量分別是試驗電池重量的2.5％、2.4％。又，沒有看到多層薄膜的分離。與此相反，在比較例1、2中，720小時後，封裝袋內的非水電解液幾乎不存在，認為液體有洩漏。又，比較例1在340小時，比較例2在410小時看到多層薄膜分離，因此，認為實施例1、2在高溫時對非水電解液有高的阻斷性。
其次，對在恆溫·恆溫試驗中沒有液體洩漏的實施例1、2進行了充放電循環試驗。也就是，將各試驗電池在電流密度為0.4mA/cm2，充放電電壓為2.75-4.1V的範圍內進行了充放電循環試驗。結果，認為300個循環的實施例1、2的放電容量分別是初期10個循環的放電容量的82％、79％，能維持高水平。因此，從電池的循環試驗結果也能認為對非水電解液有高的阻擋性。
按照本發明，由於在非水電解質電池中設有由聚醯胺或乙烯·乙烯醇共聚物所構成的電解液阻擋性絕緣層，非水電解質電池在高溫時具有對非水電解液的高的阻斷性。因此，作為大量發生熱的電子設備的電源而言使用本發明非水電解質電池時，能以高的可靠性進行運轉。
權利要求
1.非水電解質電池，其特徵在於，具有非水電解液，與所述非水電解液接觸的陽極和陰極，在陽極與陰極之間配置的隔膜，一端與陽極連接而另一端延伸到外部的第一導線，一端與陰極連接而另一端延伸到外部的第二導線以及用於將所述陽極、所述陰極、所述非水電解液、所述隔膜、以及所述第一導線和第二導線的一部分封入的袋體，該袋體具有熱粘合性樹脂層，在該熱熔合性樹脂層外面設有金屬層，在該熱熔性粘合性樹脂層和該金屬之間設有電解液阻擋性絕緣層。
2.按照權利要求1所述非水電解質電池，其特徵在於，所述電解液阻擋性絕緣層是選自聚醯胺樹脂和乙烯·乙烯醇共聚物中至少一種所構成。
3.按照權利要求1所記載的非水電解質電池，其特徵在於，所述熱熔粘合性樹脂層是選自丙烯酸改性聚烯烴、甲基丙烯酸改性聚烯烴和馬來酸改性聚烯烴中至少一種所構成。
全文摘要
本發明是一種非水電解質電池10,它由非水電解液20、和非水電解液接觸的陽極板34和陰極板36,在二極板之間有隔膜38,一端連接陽極板而另一端延伸到外面的第一導線18a,和一端連接陰極板而另一端延伸到外面的第二導線18b,以及用於封入陽極板,陰極板、非水電解液,隔膜和部分第一和第二導線的封裝袋14所構成,該封裝袋有熱熔粘合性樹脂層24、在其外面有金屬層22,並且在樹脂層和金屬層之間有電解液阻擋性絕緣層26。該電解液阻擋絕緣層由尼龍或乙烯·乙烯醇共聚物構成,它對非水電解液的相溶性低,因而熱封部分對非水電解液的阻斷性高,也就提高了封裝袋的密封性。
文檔編號H01M2/30GK1189925SQ97190419
公開日1998年8月5日 申請日期1997年4月23日 優先權日1996年4月23日
發明者福田豐, 花房幸司, 田中啟一 申請人:住友電氣工業株式會社