專利名稱：具備薄膜狀外裝體的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及作為電池盒而使用了層壓(laminate)薄膜等薄膜狀外裝體的電池。
背景技術(shù)：
伴隨著對便攜式電話或PDA等移動型電子設(shè)備的小型化要求，對其電源使用的電池也要求進一步的薄型化以及輕量化。
為了滿足該要求，在專利文獻1中提出了一種將使用疊層了鋁等金屬箔和樹脂的層壓薄膜而成的薄膜狀外裝體作為電池盒，并在該盒內(nèi)收納了扁平形狀的電極體的輕量薄型電池。
專利文獻1日本特開平11-224652號公報如圖5所示，該層壓薄膜是疊層了金屬層和樹脂層的結(jié)構(gòu)，如圖9所示，具有電極收容凹部的層壓薄膜和平板狀的層壓薄膜，通過熱壓接等而密封著四方側(cè)端(4a·4b·4c·4d)。
根據(jù)上述技術(shù)，通過預(yù)先形成收容電極體的電極收容凹部，而構(gòu)成為在電極收容凹部和電極體之間不存在浪費的空間，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)更加緊湊的電池。
近年來，電池的進一步小型化的要求的呼聲很高，通過減小在電池外裝體內(nèi)收容的扁平電極體和密封部的距離，而減少死空間(dead space)。但是，根據(jù)該方法，當(dāng)在將扁平電極體插入外裝體內(nèi)時等扁平電極體傾斜了的情況下，如圖8所示，側(cè)密封部(4b·4c)在咬入了扁平電極體1的狀態(tài)下被按壓。因此，在該方法中，在電極體1的最外周配置的電極板和層壓薄膜的金屬層100短路(圖8中用○包圍的部分)，金屬層100帶有極性，由此存在金屬層100腐蝕，密封性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決上述課題，其目的在于提供一種具有良好的密封性能、且使用了可防止咬入電極體的薄膜狀外裝體的電池。
本發(fā)明者們在探討之后，判斷出扁平電極體的咬入大多發(fā)生在扁平電極體的側(cè)邊R部的上端或下端(電極體的四角)。并且，了解到通過采用防止電極體的該部分的咬入的機構(gòu)就能夠解決該問題。本發(fā)明基于這樣的見解而完成。
用于解決上述課題的本發(fā)明提供一種具備薄膜狀外裝體的電池，其在由疊層了金屬層和樹脂層的薄膜構(gòu)成的外裝體內(nèi)收納有通過隔著隔板(separator)對置的第一電極和第二電極卷繞為具有兩個扁平側(cè)面R部的扁平形而成的扁平電極體，其特征在于，所述第一電極卷繞于所述扁平電極體的最外周，在位于所述扁平電極體的最外周的所述第一電極的至少一方的扁平側(cè)邊R部的上端以及/或者下端，所述第一電極的一部分被切口，從而形成有在其一周內(nèi)側(cè)卷繞的隔板露出了的隔板露出部。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，如圖4(a)的由圓圈包圍的部分所示，在最容易引起電極體的咬入的部分即作為扁平電極體1的四角的側(cè)邊R部的上端以及/或者下端，切口有在最外周配置的第一電極9的一部分，從而形成有隔板11露出了的隔板露出部11a。因此，即使咬入該部分而被熱熔敷，也不是第一電極而是隔板露出部11a被咬入，熔敷并密封隔板11和內(nèi)面樹脂層102。因此，第一電極9和外裝體的金屬層100不接觸。
在上述結(jié)構(gòu)中，所述隔板露出部可以形成在兩個扁平側(cè)面R部的上端以及下端整體上。
即使隔板露出部11形成在電極體的兩個扁平側(cè)面R部的上端以及下端的任一個上，也能夠某種程度地防止扁平電極體1的第一電極的咬入，不過如果如圖4(a)所示隔板露出部11a形成在扁平電極體1的兩個扁平側(cè)面R部的上端以及下端的整個附近，則能夠更加可靠地防止第一電極9向側(cè)密封部4a·4b的咬入。
另外，在上述結(jié)構(gòu)中，可以構(gòu)成為所述隔板露出部的寬度a為1.0mm以上且所述電極體厚度L1的100％以下，所述隔板露出部的高度b為1.0mm以上且所述第一電極寬度L2的20％以下。
如圖4(b)所示，如果隔板露出部11a的寬度a不足1.0mm，則存在不能充分地防止第一電極9的咬入之患。另一方面，如果大于電極體1的厚度L1的100％，則存在第一電極9的活性物質(zhì)量減少而使得電池容量下降，并且第一電極9的強度下降，第一電極9截斷之患。
另外，如圖4(a)、(b)所示，如果隔板露出部11的高度b不夠1.0mm，則存在不能充分地防止第一電極9的咬入之患，如果大于第一電極9的高度L2的20％，則存在第一電極9的活性物質(zhì)量減少而使得電池容量下降，并且第一電極9的強度下降，第一電極9截斷之患。因此，優(yōu)選限制在上述范圍內(nèi)。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，能夠可靠地防止扁平電極體的扁平側(cè)邊R部向第一電極的密封部的咬入，從而可以提供體積能量密度高、具備充分的密封性能的電池。


圖1是本發(fā)明的具備薄膜狀外裝體的電池的主視透視圖；圖2是圖1所示的電池的A-A剖面圖；圖3是本發(fā)明所使用的扁平電極體的立體圖；圖4是表示本發(fā)明所使用的扁平電極體的圖，圖4(a)是主視圖，圖4(b)是側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明所使用的層壓薄膜的剖面圖；圖6是表示在本發(fā)明中的側(cè)密封部4b·4c的密封工序的概略圖；圖7是表示比較例1所使用的扁平電極體的圖，圖7(a)是主視圖，圖7(b)是側(cè)視圖；圖8是表示電極體咬入密封部的局部放大剖面圖；圖9是具備專利文獻1的薄膜狀外裝體的電池的主視透視圖。
圖中1-電極體；2-收納空間；3-薄膜狀外裝體；4a、4b、4c、4d-密封部；5-正極薄片(tab)薄膜；6-負極薄片薄膜；7-正極集電薄片；8-負極集電薄片；9-正極(第一電極)；10-負極(第二電極)；11-隔板；11a-隔板露出部；100-金屬層；101-尼龍層；102-聚丙烯層；103-干式層壓膠粘劑層；104-羧酸改性聚丙烯層。
具體實施例方式
(實施方式)以下，參照附圖對將本發(fā)明電池適用于鋰離子二次電池的情況進行說明。
如圖1所示，本發(fā)明的鋰離子二次電池具有鋁層壓外裝體3，該鋁層壓外裝體3使用了作為薄膜狀外裝體的一個例子的鋁層壓材。如圖1所示，該鋁層壓外裝體3是具有折疊薄膜而成的底部；在電極薄片突出了的狀態(tài)下密封開口部的薄片突出密封部4a；以及側(cè)密封部4b·4c的結(jié)構(gòu)。而且，在由所述底部和三方的密封部4a·4b·4c包圍了的主體部分的內(nèi)側(cè)形成有收納空間2(參考圖2)，在該收納空間2內(nèi)收納有扁平形電極體1和非水電解液。
另外，如圖3所示，扁平電極體1在扁平電極體的最外周卷繞有第一電極(正極)9，并具有兩個扁平側(cè)邊R部。另外，如圖4所示，在兩個扁平側(cè)邊R部的上下端部對正極9的一部分進行了切口，位于正極的一周內(nèi)周側(cè)的隔板11具有露出了的隔板露出部11a。
接著，對作為外裝體3的構(gòu)成材的鋁層壓材進行說明。如圖5的剖面圖所示，鋁層壓材的結(jié)構(gòu)是在由鋁構(gòu)成的厚度35μm的金屬層100的一方的面上配置有厚度15μm的尼龍層101(存在于電池外方的層)，且在該金屬層100的另一方的面上配置有厚度25μm的聚丙烯層102(存在于電池內(nèi)方的層)。而且，金屬層100和尼龍層101由厚度5μm的干式層壓膠粘劑層103粘接的，另一方面，金屬層100和聚丙烯層102由在聚丙烯中附加了羧基的厚度5μm的羧酸改性聚丙烯層104粘接。
此外，本發(fā)明的適用并不限定于使用了該結(jié)構(gòu)的鋁層壓材的外裝體。
對上述結(jié)構(gòu)的鋰離子二次電池的制作方法進行說明。
<正極的制作>
以質(zhì)量比90∶5∶5的比例，稱取由鈷酸鋰(LiCoO2)構(gòu)成的正極活性物質(zhì)、乙炔黑或石墨等碳系導(dǎo)電劑、和聚偏氟乙烯(PVDF)構(gòu)成的粘結(jié)劑，并使它們?nèi)芙庥谟蒒-甲基-2-吡咯烷酮構(gòu)成的有機溶劑等中，然后進行混合，調(diào)制正極活性物質(zhì)漿料。
接著，使用金屬型涂料機或刮板等，在寬度(芯體的寬度方向的長度)為28.5mm、長度(芯體的長度方向的長度)為725mm的由鋁箔構(gòu)成的正極芯體的兩面，以均勻的厚度涂敷該正極活性物質(zhì)漿料。
使該極板在干燥機內(nèi)通過而除去上述有機溶劑，制作涂敷質(zhì)量為450g/m2的干燥極板。使用輥壓機軋制該干燥極板使得其厚度為0.16mm。
作為在本實施方式的鋰離子二次電池中使用的正極活性物質(zhì)，除了上述鈷酸鋰以外，例如也可以單獨或混合二種以上地使用鎳酸鋰(LiNiO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鐵酸鋰(LiFeO2)、或用其他元素置換了包含于這些氧化物中的過渡性金屬的一部分而得到的氧化物等含鋰過渡性金屬復(fù)合氧化物。
<負極的制作>
以質(zhì)量比98∶1∶1的比例，稱取由體積平均粒徑20μm的人造石墨構(gòu)成的負極活性物質(zhì)、由苯乙烯丁二烯橡膠構(gòu)成的粘結(jié)劑、和由羧甲基纖維素構(gòu)成的增粘劑，并將它們與適量的水混合，制作負極活性物質(zhì)漿料。
接著，使用金屬型涂料機或刮板等，在寬度(芯體的寬度方向的長度)為30.0mm、長度(芯體的長度方向的長度)為715mm的由銅箔構(gòu)成的負極芯體的兩面，以均勻的厚度涂敷該負極活性物質(zhì)漿料。
使該極板在干燥機內(nèi)通過而除去水分，制作涂敷質(zhì)量為200g/m2的干燥極板。之后，利用輥壓機軋制該干燥極板使得其厚度為0.14mm。
作為在本實施方式的鋰離子二次電池中使用的負極材料，例如可以使用天然石墨、碳黑、焦炭、玻璃狀碳、碳纖維、或它們的燒成體等碳質(zhì)物、或使用所述碳質(zhì)物、和從由鋰、鋰合金、及可以包藏·釋放鋰的金屬氧化物構(gòu)成的組中選擇的一種以上的混合物。
<電極體的制作>
將上述正極9與由鋁構(gòu)成的正極集電薄片7連接，將上述負極10與由鎳構(gòu)成的負極集電薄片8連接。集電薄片7·8的寬度為3.0mm，厚度為0.10mm。另外，在各自的集電薄片7·8和薄片突出密封部4a重疊的部分，設(shè)置有由改性聚丙烯-高熔點樹脂-改性聚丙烯的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的薄片薄膜5·6。該薄片薄膜用于使集電薄片7·8和層壓材可靠地熔敷，另外，用于防止集電薄片7·8和層壓層的金屬層100在層壓薄膜的剖面接觸。利用卷繞機將該正極9、負極10和由烯烴系樹脂構(gòu)成的微多孔膜的隔板11卷繞，并安裝止卷帶12，從而制作如圖3所示的扁平電極體1。之后，如圖4所示，切取在電極體1的最外周卷繞的正極9的兩個扁平側(cè)邊R部的上下端部，形成隔板露出部11a，從而完成扁平電極體1。
在此，隔板露出部11a的寬度a為3.4mm、高度b為5mm。在此，電極體1的厚度L1為3.4mm，正極9的寬度L2為28.5mm。因此，a/L1為1.0(100％)，a/L2為0.175(17.5％)。
此外，薄片薄膜或隔板的材質(zhì)當(dāng)然并不特別限定于上述材質(zhì)。
<電解液的制作>
在以體積比1∶1∶8的比例(換算為1個大氣壓、25℃的情況下的)混合了碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)而得到的非水溶劑中，以1.0M(摩爾/升)的比例溶解作為電解質(zhì)鹽的LiPF6，從而將該溶液作為電解液。
其中，非水溶劑并不限定于上述的組合，例如也可以混合使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內(nèi)酯等鋰鹽的溶解度高的高介電常數(shù)溶劑、和碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯、1，2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃、茴香酰、1，4-二烷、4-甲基-2-戊酮、環(huán)己酮、乙腈、丙腈、二甲基甲酰胺、環(huán)丁砜、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯等低粘性溶劑。進而，也可以將所述高介電常數(shù)溶劑或低粘性溶劑分別制作成為二種以上的混合溶劑。另外，作為電解質(zhì)鹽，除了上述LiPF6以外，也可以單獨或兩種以上地混合使用例如LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiClO4或LiBF4等。
<電池的制作>
如圖6所示，預(yù)先將層壓薄膜成型為杯狀(凹形狀)而形成收納空間2，插入上述扁平形電極體1。之后，折疊薄膜形成底部，如圖6所示，利用長方體形狀的模具將與底部相交的兩側(cè)邊的距杯壁面1.1mm的部分進行200℃、3.0秒的熱熔敷，形成側(cè)密封部4b·4c。在此，密封部4b·4c的厚度為0.14mm(±0.015mm)。之后，從薄片7·8突出了的開口部注入上述電解液。之后，密封開口部而形成薄片突出密封部4a，完成本實施方式的鋰離子二次電池。
此外，在形成薄片突出密封部4a時，為了不使集電薄片7·8和外裝體的金屬層短路，在熔敷集電薄片和層壓薄膜的位置，使用設(shè)置有寬度5.5mm、深度0.06mm的凹部的模具，進行200℃、5.0秒的熱熔敷。因此，就密封部4a的厚度而言，不存在薄片的部分為0.140mm(±0.015mm)，存在薄片的部分為0.250mm(±0.015mm)，比不存在薄片的部分厚。
(實施例1)本實施例與上述實施方式同樣地制作了電池。
(比較例1)如圖7所示，在被卷繞于扁平電極體1的最外周的正極的扁平側(cè)邊R部未設(shè)置切口部(未形成隔板露出部)，除此之外，與上述實施方式1同樣地制作了比較例1的電池。
準(zhǔn)備100個上述實施例1及比較例1的電池，利用萬用表(tester)檢驗集電薄片和外裝體的金屬層的導(dǎo)通，將確認了導(dǎo)通的情況作為短路產(chǎn)生來計數(shù)。
在上述實施例中，100個樣品都沒有產(chǎn)生短路。另一方面，在上述比較例中，100個樣品中有四個產(chǎn)生了短路。
從該結(jié)果可知，若是本發(fā)明的具備薄膜狀外裝體的電池，則由于電極體未被密封部咬入而產(chǎn)生短路，所以能夠得到體積能量密度高，密封性能優(yōu)越的電池。
(其他事項)此外，在上述實施例中，雖然形成了長方形狀的隔板露出部11a，但本發(fā)明當(dāng)然并不限定于該形狀，可以是半圓形狀、半橢圓形狀、多邊形狀等。另外，本發(fā)明不僅適用于三方密封結(jié)構(gòu)的電池，也適用于如專利文獻1所述的四方密封結(jié)構(gòu)的電池。
另外，在上述實施例中，在卷繞正極·負極·隔板來制作了扁平電極體之后，切取了扁平電極體的扁平側(cè)邊R部的上下端部，但也可以使用將該部分預(yù)先切口的正極，并卷繞正極·負極·隔板來制作扁平電極體。另外，作為第一電極也可以使用負極。
(產(chǎn)業(yè)上的可利用性)如以上說明所述，根據(jù)本發(fā)明，能夠顯著防止具備薄膜狀外裝體的電池的電極體咬入密封部，從而可以提供即使減少死空間也具備足夠的密封性能的電池。因此，產(chǎn)業(yè)上的意義大。
權(quán)利要求
1.一種具備薄膜狀外裝體的電池，其在由疊層了金屬層和樹脂層的薄膜構(gòu)成的外裝體內(nèi)收納有通過隔著隔板對置的第一電極和第二電極卷繞為具有兩個扁平側(cè)面R部的扁平形而成的扁平電極體，其特征在于，所述第一電極卷繞于所述扁平電極體的最外周，在位于所述扁平電極體的最外周的所述第一電極的至少一方的扁平側(cè)邊R部的上端以及/或者下端，所述第一電極的一部分被切口，從而形成有在其一周內(nèi)側(cè)卷繞的隔板露出了的隔板露出部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具備薄膜狀外裝體的電池，其特征在于，所述隔板露出部形成在兩個扁平側(cè)面R部的上端以及下端整體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具備薄膜狀外裝體的電池，其特征在于，所述隔板露出部的寬度a為1.0mm以上且所述電極體厚度L1的100％以下，所述隔板露出部的高度b為1.0mm以上且所述第一電極寬度L2的20％以下。
全文摘要
提供一種體積能量密度高、且具備密封性能良好的薄膜狀外裝體的電池。一種具備薄膜狀外裝體的電池，其在由疊層了金屬層和樹脂層的薄膜構(gòu)成的外裝體內(nèi)收納有通過隔著隔板對置的第一電極和第二電極卷繞為具有兩個扁平側(cè)面R部的扁平形而成的扁平電極體，其特征在于，所述第一電極卷繞于所述扁平電極體的最外周，在位于所述扁平電極體的最外周的所述第一電極的至少一方的扁平側(cè)邊R部的上端以及/或者下端，所述第一電極的一部分被切口，從而形成有在其一周內(nèi)側(cè)卷繞的隔板露出了的隔板露出部。
文檔編號H01M2/14GK1956241SQ20061013745
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月27日
發(fā)明者奧田和博 申請人:三洋電機株式會社