CN103943878A

CN103943878A - 层叠型电池及其制造方法

Info

Publication number: CN103943878A
Application number: CN201410027746.1A
Authority: CN
Inventors: 坂口真一郎
Original assignee: Automotive Energy Supply Corp
Current assignee: Envision AESC Japan Ltd
Priority date: 2013-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2034-01-21
Also published as: US20140205886A1; JP6045921B2; CN103943878B; US10135052B2; JP2014139885A

Abstract

本发明提供一种层叠型电池，其是两种电极（1、2）隔着分隔件（3）交替层叠而成的结构，其中，分隔件（3）包括：接合部分（7），该接合部分（7）是使分隔件（3）彼此在一方的电极（1）的侧方相互局部接合而成的；非接合部分（8），该非接合部分（8）至少从与另一方的电极（2）的端面相接触的位置开始弯曲并延伸至另一方的电极（2）的侧方。

Description

层叠型电池及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种两种电极（正极与负极）隔着分隔件交替层叠而成的结构的层叠型电池及其制造方法。

背景技术

两种电极（正极与负极）隔着分隔件交替层叠而成的结构的层叠型电池若产生各个电极的位置偏移，则作为电池的特性会降低。因此，通过预先将分隔件构成为一端开口的袋状，向该袋状的分隔件的内部插入一方的电极（正极），从而能够抑制该电极的位置偏移。但是，在该结构中，另一方的电极（负极）配置在袋状的分隔件的外侧，存在产生位置偏移的可能性。

针对于此，在专利文献1所记载的层叠型电池的一例中，通过将一个长尺寸的分隔件形成为蜿蜒状，从而使其处于形成有许多向一个方向开口的部分和向另一个方向开口的部分的状态。而且，在向一个方向开口的部分插入一方的电极，在向另一个方向开口的部分插入另一方的电极。据此，各个电极的端面分别抵接于蜿蜒状的分隔件的折痕（日语：折り目）处，电极在其插入方向上被定位。

另外，在专利文献1所记载的层叠型电池的另一个例子中，准备多个进行了对折并在其间插入了一方的电极的分隔件，在隔着另一方的电极相互层叠了这些分隔件之后，使多个分隔件彼此熔接，另一方的电极也被夹入分隔件而定位。

专利文献1：日本特开2009－218105号公报

发明内容

发明要解决的问题

要限制两个电极的位置的以往的方法是在任意一方的电极或两方的电极中仅在多个边中的一个边上设置了限制部件，或者是工序复杂。例如，在利用分隔件的折痕限制两电极的移动的方法中，存在以下的问题，即，仅利用分隔件的折痕无法限制电极向与折痕相反的方向的移动。另外，在电极的侧方使各个分隔件的外周部相互熔接的方法中，若要限制两个电极的位置，则即使与分隔件的折痕一起使用，也如专利文献1所例示的那样，制造工序明显变复杂，制造时间变长。

因此，本发明的目的在于提供一种能够容易地防止或抑制电极的位置偏移、特别是两种电极双方的位置偏移的层叠型电池及其制造方法。

用于解决问题的方案

本发明的技术方案为一种层叠型电池，其是两种电极隔着分隔件交替层叠而成的结构，其中，分隔件包括：接合部分，该接合部分是使分隔件彼此在一方的电极的侧方相互局部接合而成的；非接合部分，该非接合部分至少从与另一方的电极的端面相接触的位置开始弯曲并延伸至另一方的电极的侧方。

本发明的另一技术方案为一种层叠型电池的制造方法，该层叠型电池是两种电极隔着分隔件交替层叠而成的结构，其中，分隔件是热收缩层与低热收缩层层叠而成的多层构造，以一方的电极被夹在分隔件的低热收缩层之间、另一方的电极被夹在分隔件的热收缩层之间的方式层叠电极与分隔件，使分隔件的低热收缩层彼此在一方的电极的侧方相互局部接合，对分隔件的非接合部分的热收缩层进行加热，从而利用热收缩使其至少从与另一方的电极的端面相接触的位置弯曲至另一方的电极的侧方。

发明的效果

采用本发明，能够容易地防止或抑制电极的位置偏移。另外，在防止或抑制两种电极双方的位置偏移时，分隔件彼此之间的接合仅在一方的电极的侧方进行，不在另一方的电极的侧方进行，因此使分隔件彼此接合的次数较少，工序变容易，并且制造成本被抑制得较低。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的层叠型电池的俯视图。

图2是沿着图1的A－A线的主要部分剖面图。

图3是沿着图1的B－B线的主要部分剖视图。

图4是沿着图1的C－C线的主要部分剖面图。

图5是沿着图1的D－D线的主要部分剖面图。

图6是本发明的第1实施方式的层叠型电池的变形例的剖面图。

图7是本发明的第2实施方式的层叠型电池的俯视图。

图8是沿着图7的E－E线的主要部分剖视图。

图9是沿着图7的F－F线的主要部分剖视图。

图10是沿着图7的G－G线的主要部分剖面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

在图1中示出了本发明的第1实施方式的层叠型电池，图2是表示层叠型电池的中央部分的A－A线剖面图，图3是表示经过接合部分与非接合部分的主要部分的B－B线剖视图，图4是表示经过接合部分的主要部分的C－C线剖面图，图5是表示经过非接合部分的主要部分的D－D线剖面图。在该层叠型电池中，两种电极、即正极（一方的电极）1和负极（另一方的电极）2隔着分隔件3交替层叠而形成层叠体，利用层压膜4（在图2～图5、图8～图10中省略图示）自该层叠体的表背两面覆盖该层叠体。而且，在注入电解液之后密封层压膜4而完成层叠型电池。另外，与正极1相连接的连接电极5和与负极2相连接的连接电极6经过层压膜4的接合部而暴露于外部。分隔件3例如是由热收缩层3a和低热收缩层3b层叠而成的多层构造，该热收缩层3a由作为一般的分隔件的材料的聚烯烃类树脂（聚丙烯、聚乙烯等）的延伸薄膜构成，该低热收缩层3b由陶瓷等无机材料类多孔质层构成。而且，以正极1被夹在分隔件3的低热收缩层3b之间、负极2被夹在分隔件3的热收缩层3a之间的方式交替改变分隔件3的上下朝向地层叠多张分隔件3。

在本实施方式中，介于正极1与负极2之间的分隔件3在各个电极1、2的侧方的位置具有接合部分7与非接合部分8。在图1所示的结构中，沿着左右的侧面均具有一个接合部分7和位于该接合部分7两侧的非接合部分8。而且，如图3、图4中放大所示，接合部分7是分隔件3的低热收缩层3b与夹着正极1相对的另一个分隔件3的低热收缩层3b相互接合的部分。另一方面，如图3、图5中放大所示，在非接合部分8，分隔件3的热收缩层3a因热收缩而至少从与负极2的端面相接触的位置弯曲至负极2的侧方。在该结构中，由于负极2配置为被夹在分隔件3的热收缩层3a之间，因此位于负极2的下层的分隔件3和位于负极2的上层的分隔件3均朝向负极2的侧方弯曲，因此产生了使负极2的端面卡于上下的分隔件3的作用。因而，正极1的移动被分隔件3的位于正极1侧方的接合部分7限制，防止正极1的位置偏移，并且负极2通过卡于分隔件3的位于负极2侧方的非接合部分8（弯曲后的部分）因而其位置偏移被抑制。进一步详细地说，防止了正极1与分隔件3之间的位置偏移并且抑制了负极2与分隔件3之间的位置偏移，因此结果是抑制了正极1与负极2之间的位置偏移。这样，一个分隔件3能够同时发挥抑制与其两面相邻的正极1和负极2的位置偏移的效果。

这样，采用本实施方式，防止或抑制了正极1和负极2在宽度方向的位置偏移。而且，利用分隔件3彼此之间的热熔接或超声波熔接等进行的接合仅在正极1的侧方进行，不在负极2的侧方进行，因此接合部位较少，制造工序变得容易且制造成本被抑制得较低。

作为能够应用于本发明中的分隔件3的热收缩层3a和低热收缩层3b的材料，可列举以下材料。

作为构成热收缩层3a的材料，例如能够列举聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烃。这些材料既可以单独使用一种，也能够混合或聚合两种以上，并进一步层叠使用。为了使热收缩层3a具有热收缩性，优选的是进行了单轴拉伸或双轴拉伸。另外，若考虑到对电池特性的影响，则优选的是厚度为5μm～30μm，孔隙率为30%～70%。

低热收缩层3b是能够重叠形成于热收缩层3a上的材料，只要是热收缩性比构成上述热收缩层3a的微多孔树脂膜的热收缩性小的材料，就不特别限定。另外，若考虑到对电池特性、耐热性的影响，则优选的是厚度为1μm～20μm，孔隙率为30%～70%。

作为构成低热收缩层3b的材料，例如优选使用含有陶瓷的多孔质层、耐热性树脂的多孔质层、由陶瓷和耐热性树脂的复合体构成的耐热性多孔质层等。

作为陶瓷，例如能够列举氧化铝（Al₂O₃）、二氧化硅（SiO₂）、氧化镁（MgO）、二氧化钛（TiO₂）、氧化锆（ZrO₂）等。这些材料既可以单独使用一种，也能够混合乃至烧结两种以上进行使用。其粉末的粒径优选为0.1μm～10μm。另外，在形成含有这些材料的耐热性多孔质层时，如果能够确保耐热性与多孔性，则例如也可以使用粘合剂。作为这样的粘合剂，能够使用例如聚偏氟乙烯（PVdF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚丙烯腈（PAN）、丁苯橡胶（SBR）、羧甲基纤维素（CMC）等。这些材料既可以单独使用，也可以混合或聚合使用。另外，优选的是，粘合剂量是与一般的粘合剂量相同的程度，具体地说，在耐热性多孔质层中，为0.5质量%～15质量%，更优选为1质量%～10质量%。例如，通过以下的方式等，能够形成耐热性多孔质层，即，将使上述陶瓷与上述粘合剂分散于N－甲基－2－吡咯烷酮（NMP）等溶剂中而得到的浆料（耐热性多孔质层形成用材料）涂敷于微多孔树脂膜，并使其干燥。

作为耐热性树脂，能够列举出如聚酰亚胺、芳香族聚酰胺（aramid）、聚酰胺酰亚胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚苯醚等。调制出使这些耐热性树脂溶解于良溶剂中而得到的溶液，在将该溶液涂敷于微多孔树脂膜之后，通过使其接触不良溶剂而析出耐热性树脂，进行脱溶剂处理，能够获得耐热性树脂的多孔质层。作为良溶剂，可列举N－甲基－2－吡咯烷酮（NMP）、N，N－二甲基乙酰胺（DMA）、二甲基亚砜（DMSO）、甲苯、二甲苯等，作为不良溶剂，可列举水、乙醇、甲醇等。

另外，调制出将陶瓷粉末混合于上述耐热性树脂的涂敷用溶液中并使其分散而得到的浆料（耐热性多孔质层形成用材料），将其涂敷于微多孔树脂膜，通过进行与上述相同的处理，能够获得由陶瓷和耐热性树脂的复合体构成的多孔质层。浆料既可以涂敷于整个面，也可以避开应成为后述的接合部分7的位置及其附近而进行局部涂敷。

接着，说明本发明的层叠型电池的制造方法。首先，按照负极2、分隔件3、正极1、分隔件3、负极2…这样的顺序依次层叠正极1、负极2以及分隔件3。此时，以正极1被夹在分隔件3的低热收缩层3b之间、负极2被夹在分隔件3的热收缩层3a之间的方式，交替改变分隔件3的上下朝向地层叠多张分隔件3。

在层叠工序中，在各个正极1的侧方，将位于该正极1的下层的分隔件3和位于该正极1的上层的分隔件3重叠，局部形成接合部分7。在此，作为形成接合部分7的方法，可列举以下的方法，即，使用热压型粘接剂、溶液涂敷型粘接剂、热固化型粘接剂、紫外线固化型粘接剂等粘接剂来将低热收缩层3b彼此之间粘接的方法；一边利用模具进行冲压一边施加超声波，从而一边去除低热收缩层3b一边通过树脂的熔融一体化使上下的热收缩层3a彼此接合的方法；或者在预先进行了低热收缩性层3b的局部去除之后利用超声波或热压来使热收缩层3a彼此接合的方法。

之后，对重叠了所有的正极1、负极2以及分隔件3而成的层叠体统一进行加热。通过该加热，进行层叠体整体的干燥，并且使分隔件3外周的非接合部分8的热收缩层3a热收缩。由于分隔件是热收缩层3a与低热收缩层3b层叠而成的结构，因此若被加热，则仅热收缩层3a收缩而低热收缩层3b基本不收缩，因此在热收缩层3a侧产生成为凹状的弯曲。由于负极2被夹在分隔件3的热收缩层3a之间，因此位于负极2的下层的分隔件3和位于负极2的上层的分隔件3均朝向负极2的侧方弯曲。其结果，产生了使负极2的端面卡于分隔件3的作用。

使位于正极1的下层的分隔件3和位于正极1的上层的分隔件3重叠并利用热量或超声波使其相互熔接而形成接合部分7的时刻并不特别限定。既可以在将分隔件3层叠于正极1上之后形成接合部分7，也可以预先局部熔接一对分隔件3并预先形成接合部分7，之后向该一对分隔件3之间插入正极1。另外，在层叠型电池的长度方向端部（图1的上端部和下端部），分隔件3彼此之间既可以相互接合，也可以不接合。在该部分处分隔件3彼此之间相互接合的情况下，既可以作为与上述的位于侧面的接合部分7的形成工序不同的工序来进行该接合，也可以在形成上述的位于侧面的接合部分7的同时进行该接合并形成为袋状。另外，也可以使长尺寸的多层薄膜弯折并使其折痕位于与侧面正交的面上，通过朝向该折痕处插入电极1、2来形成层叠体。

另外，作为本发明的层叠型电池的制造方法的其他例子，也可以是，在依次层叠正极1、负极2以及分隔件3时，在每次将分隔件3层叠于正极1之上时都形成接合部分7，并且在将负极2层叠于分隔件3之上时以及将分隔件3层叠于负极2之上时，每次都对分隔件3进行加热而使热收缩层3a热收缩，使其弯曲至负极2的侧方。根据该方法，针对非接合部分8的处理，首先，在将负极2层叠于分隔件3之上之后的时刻进行加热，使分隔件3的非接合部分8朝向负极2的侧方弯曲。接下来，在将分隔件3层叠于该负极2之上之后的时刻再次进行加热，使分隔件3的非接合部分8朝向负极2的侧方弯曲。此时，由于负极2的端面已经被位于下层的分隔件的非接合部分8（弯曲后的部分）覆盖，因此如图6所示，处于利用位于上层的分隔件的非接合部分8（弯曲后的部分）自位于下层的分隔件3的非接合部分8（弯曲后的部分）的外侧对负极2进一步进行覆盖的状态。通过如此设置，使防止负极2的位置偏移的可靠性进一步提高。

在图7中示出了本发明的第2实施方式的层叠型电池。本实施方式的层叠型电池的基本结构与第1实施方式相同，但是接合部分7与非接合部分8的配置不同于第1实施方式。

在本实施方式中，如图7所示，在接近正极1的位置沿着正极1的侧面跨越全长设有接合部分7，并且其外周侧成为非接合部分8，该非接合部分8弯曲至负极2的侧方。即，在第1实施方式中，接合部分7与非接合部分（弯曲后的部分）8沿着与正极1的侧面平行的方向混在一起，但是在本实施方式中，图8所示的接合部分7与图9所示的非接合部分（弯曲后的部分）8沿着正极1的宽度方向（与侧面正交的方向）混在一起。根据本实施方式，用于防止正极1的位置偏移的接合部分7和用于防止负极2的位置偏移的非接合部分8都存在于正极1以及负极2的侧面全长上，因此防止位置偏移的可靠性较高。

另外，分隔件3的低热收缩层3b也可以在整个面上形成为相同的厚度，但是也可以具有局部未形成有低热收缩层3b的部分。例如，也可以是，低热收缩层3b的端缘位于从正极1的端部到接合部分7之间的区域，其外侧成为未形成低热收缩层3b的部分。如果分隔件3朝向负极2的侧方弯曲，则低热收缩层3b的端缘也可以位于负极2的端部的内侧。但是，在该情况下，优选的是从负极2的端部到低热收缩层3b的端缘的距离为1mm以下，进一步优选为0.5mm以下。

另外，也可以是如下结构，分隔件3的中央部分是低热收缩层3b形成于热收缩层3a的两面的区域（双面区域），在分隔件3的中央部分的外侧存在仅在热收缩层3a的单面形成有低热收缩层3b的区域（单面区域）。在该情况下，双面区域呈非弯曲性，单面区域呈弯曲性，因此正极1与负极2重叠的区域呈非弯曲性，其外侧呈弯曲性，在良好地保持着正极1与负极2重叠的区域的密合性的状态下，能够仅在外侧区域产生用于达到本发明的目的（抑制正极1与负极2的位置偏移）的分隔件3的弯曲。

在上述例子中，层叠体内的所有的分隔件3成为仅在热收缩层3a的单面形成有低热收缩层3b的结构（弯曲性分隔件），但是也可以是仅由低热收缩层3b或仅由热收缩层3a构成的分隔件3、低热收缩层3b形成于热收缩层3a的两面的分隔件3、即所谓的非弯曲性的分隔件3混在一起。在该情况下，有时向直至负极2的侧方的方向弯曲的分隔件3不是在负极2的两面侧均存在，而是仅有位于负极2的单面侧的一个分隔件3向直至负极2的侧方的方向弯曲。即使在该情况下，由于用一个分隔件3也能发挥使负极2的端面卡于分隔件3的作用，因此能够抑制负极2的偏移。

Claims

1.一种层叠型电池，其是两种电极隔着分隔件交替层叠而成的结构，其中，

上述分隔件包括：接合部分，该接合部分是使该分隔件彼此在一方的电极的侧方相互局部接合而成的；非接合部分，该非接合部分至少从与另一方的电极的端面相接触的位置开始弯曲并延伸至该另一方的电极的侧方。

2.根据权利要求1所述的层叠型电池，其中，

上述分隔件是热收缩层与低热收缩层层叠而成的多层构造，上述一方的电极被夹在上述分隔件的上述低热收缩层之间，上述低热收缩层彼此在上述一方的电极的侧方相互局部接合，上述另一方的电极被夹在上述分隔件的上述热收缩层之间，因上述热收缩层的热收缩而弯曲的上述非接合部分延伸至上述另一方的电极的侧方。

3.根据权利要求1或2所述的层叠型电池，其中，

上述分隔件沿着与上述层叠型电池的侧面平行的方向存在有上述接合部分与上述非接合部分。

4.根据权利要求1或2所述的层叠型电池，其中，

上述分隔件沿着与上述层叠型电池的侧面正交的方向在上述接合部分的外侧存在有上述非接合部分。

5.根据权利要求1或2所述的层叠型电池，其中，

上述一方的电极是正极，上述另一方的电极是负极。

6.根据权利要求3所述的层叠型电池，其中，

上述一方的电极是正极，上述另一方的电极是负极。

7.根据权利要求4所述的层叠型电池，其中，

上述一方的电极是正极，上述另一方的电极是负极。

8.一种层叠型电池的制造方法，该层叠型电池是两种电极隔着分隔件交替层叠而成的结构，其中，

上述分隔件是热收缩层与低热收缩层层叠而成的多层构造，

以一方的电极被夹在上述分隔件的上述低热收缩层之间、另一方的电极被夹在上述分隔件的上述热收缩层之间的方式层叠上述电极与上述分隔件，

使上述分隔件的上述低热收缩层彼此在上述一方的电极的侧方相互局部接合，

对上述分隔件的非接合部分的上述热收缩层进行加热，从而利用热收缩使其至少从与另一方的电极的端面相接触的位置弯曲至该另一方的电极的侧方。

9.根据权利要求8所述的层叠型电池的制造方法，其中，

通过在层叠了所有的上述电极与所有的上述分隔件的状态下统一进行加热来进行对上述分隔件的非接合部分的上述热收缩层进行加热而使其弯曲的工序。

10.根据权利要求8所述的层叠型电池的制造方法，其中，

在将上述另一方的电极层叠于位于上述一方的电极上的上述分隔件之上之后的时刻和将上述分隔件层叠于上述另一方的电极之上之后的时刻分别进行对上述分隔件的非接合部分的上述热收缩层进行加热而使其弯曲的工序。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的层叠型电池的制造方法，其中，

上述一方的电极是正极，上述另一方的电极是负极。