CN105164848A - 锂离子二次电池及锂离子二次电池的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锂离子二次电池，其特征在于，具备将具有端子接头的电极板和半固体或固体状的电解质层交替叠层而成的叠层体、和内部收容有该叠层体且使端子接头的一部分突出而密封的片状的外装材料，在所述外装材料上，与所述叠层体的端缘的至少一部分邻接地设有密封所述叠层体的叠层体邻接密封部。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池及锂离子二次电池的制造方法。
本申请基于2013年10月31日在日本申请的特愿2013-227478号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
一般地，锂离子二次电池的结构为，叠层构成正极的电极板和构成负极的电极板，并在它们之间加入固体、半固体或液体的电解质，在使端子接头突出的状态下收容于外装材料内，再将其密封。而且，采用叠层体的外装材料进行的密封是在使端子接头的前端从外装材料突出的状态下进行(例如，专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2013-8691号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在现有锂离子二次电池中，由于形成有叠层体和外装材料的密封部之间的间隙即内部空间，因此，对叠层体和外装材料的密封部之间所形成的间隙所对应的外装材料的内部进行密封的密封部或者叠层体的尺寸相对变得很小。但是，为了可靠地防止电解液从外装材料泄漏，必须不改变叠层体的大小而较大地设定所述外装材料上的密封部的面积率。
在此，本发明鉴于上述技术问题，提供一种较大地设定外装材料上的密封部的面积率的锂离子二次电池及锂离子二次电池的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的锂离子二次电池特征在于，其包括：
叠层体，其通过将具有端子接头的电极板和半固体或固体状的电解质层交替叠层而成、以及
片状的外装材料，其在内部收容有该叠层体且以使端子接头的一部分突出的方式进行密封，
在所述外装材料上，与所述叠层体的端缘的至少一部分相邻地设有密封所述叠层体的叠层体相邻密封部。
根据该结构，能够在所述端缘的至少一部分上有效地增大密封叠层体的密封部的面积。
本发明的特征在于，所述叠层体相邻密封部遍及所述叠层体的端缘的全周并与该端缘相邻设置。
根据该结构，能够遍及所述叠层体的端缘的全周地有效增大密封叠层体的密封部的面积。
本发明的特征在于，所述叠层体相邻密封部遍及所述外装材料的配置有所述叠层体的区域以外的所有区域而设置。
根据该结构，能够最有效地增大密封部的面积。
本发明的锂离子二次电池的制造方法的特征在于，该方法包括：
叠层体形成工序，形成将具有端子接头的电极板和半固体或固体状的电解质层交替叠层而成的叠层体；
密封工序，将所述叠层体夹入外装材料中，使端子接头的一部分从所述外装材料突出，并且遍及所述叠层体的端缘的全周并与该端缘相邻地密封所述叠层体。
根据该方法，只要包含配置有叠层体的区域及密封叠层体所必需的区域在内，将外装材料整体熔化层压即可，因此能够使锂离子二次电池的密封更牢固，由此，提高了质量的稳定性和循环特性。
本发明的特征在于，所述密封工序包括：
第一密封工序，与所述叠层体的端缘的一部分相邻地夹入形成脱气空间的夹层纸，在所述外装材料中，遍及所述叠层体和夹层纸的端缘的全周并与叠层体和夹层纸的端缘相邻地密封所述叠层体和夹层纸；
第二密封工序，在所述第一密封工序之后，取出夹层纸进行最终密封。
根据该方法，能够除掉锂离子二次电池的初始充电时可能产生的气体。
本发明的特征在于，所述第一密封工序使用真空层压机，辊或真空包装机进行。
根据该方法，能够高效地进行上述锂离子二次电池的制造。
发明效果
根据本发明，其效果是，能够提供一种可以有效地增大外装材料的密封部的面积的锂离子二次电池及锂离子二次电池的制造方法。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所示的锂离子二次电池的平面图；
图2是示出本发明的第一实施方式所示的锂离子二次电池的正极板的平面图；
图3是示出本发明的第一实施方式所示的锂离子二次电池的负极板的平面图；
图4是示意性地示出沿Y1-Y2线观察图1的锂离子二次电池的状态的剖面图；
图5是示出本发明第一实施方式所示的锂离子二次电池的叠层体的平面图；
图6是示出本发明第一实施方式所示的锂离子二次电池的制造工序的一部分的平面图；
图7是示出本发明的第一实施方式所示的锂离子二次电池的平面图。
标记说明
1锂离子二次电池
2正极板(电极板)
3负极板(电极板)
13固体或凝胶状的电解质层
15叠层体
15a端缘
16外装材料
17夹层纸
P密封部
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的锂离子二次电池及锂离子二次电池的制造方法进行说明。
图1是示出通过本发明的一个实施方式的制造方法制造的锂离子二次电池1的大致结构的平面图。
如图1所示，本发明的一个实施方式的制造方法的对象锂离子二次电池1如下形成：将涂敷了电解液而形成了固体或凝胶状的电解质层(在本图中未图示)的正极板(电极板)2和涂敷了电解液而形成了固体或凝胶状的电解质层(在本图中未图示)的负极板(电极板)3进行交替叠层，使端子接头4从正极板2的端部7突出出来，并且，使端子接头5从负极板3的端部11突出出来。
此外，也可以是如下形成：固体或凝胶状的电解质层形成在正极板2或负极板3的任意之一的两面，并将正极板2、电解质层、负极板3进行交替叠层。
如图2所示，正极板2使用集电体6，并在该集电体6上保留端部7而在两面形成正极活性物质层8，所述集电体6在大致长方形的一端形成有用于与端子接头4进行接合的区域即端部7，并由铝箔构成。
正极活性物质层8例如是在集电体上涂敷将正极活性物质、导电助剂、作为粘合剂的粘结剂分散于溶剂中而成的正极用浆料，并进行干燥后而得到。
作为正极活性物质，可以使用例如用通式LiMxOy(其中，M为金属，x及y为金属M和氧O的组成比)表示的金属酸锂化合物。具体地说，金属酸锂化合物可以使用钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。
导电助剂可以使用乙炔黑等，粘结剂可以使用聚偏氟乙烯等。
正极板2的端子接头4设置为与端部7接合并向外方突出，例如可以由铝等形成。
另外，如图3所示，负极板3可以使用例如在大致长方形的一端形成有用于与端子接头5进行接合的区域即端部11且由铜(Cu)构成的集电体10，在该集电体10上保留端部11并在两面形成有负极活性物质层12。
负极活性物质层12例如是在集电体上涂敷将负极活性物质、作为粘合剂的粘结剂、根据需要添加的导电助剂分散于溶剂中而成的负极用浆料，并进行干燥后而得到。
负极活性物质可以使用例如由碳粉末或石墨粉末等构成的碳材料或钛酸锂等金属氧化物。
粘结剂可以使用例如聚偏氟乙烯等，导电助剂可以使用乙炔黑等。
负极板3的端子接头5设置为与端部11接合并向外方突出，例如可以由镍等形成。
图4所示的电解质层13是涂敷在正极板2及负极板3这两个极板的面上的液态电解质发生凝胶化或固体化而成。该电解质层13也可以涂敷在正极板2及负极板3的各一面上，但更优选设置于两面上。
此外，也可以是如下形成：固体或凝胶状的电解质层形成在正极板2或负极板3的任意之一的两面上，并将正极板2、电解质层、负极板3交替叠层。
电解质层可以使用公知的电解质。例如，可以使用由高分子基质及非水电解质液(即，非水溶剂及电解质盐)构成并且凝胶化后在表面产生粘着性的材料来形成，或者，使用由高分子基质及非水溶剂构成的固体电解质材料形成。另外，电解质层可以具有在多孔体上担载电解质的结构。不管是哪种电解质层，均优选电解质被涂敷在正极板2或负极板3上时具有粘着性。另外，优选电解质层形成不会从正极板2或负极板3的板面分离的自立膜。
作为高分子基质，可以使用聚偏氟乙烯(PVDF)、六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚丙烯腈、聚亚烷基醚(聚氧化乙烯或聚环氧丙烷等)，还可以使用聚酯、多胺、聚磷腈、聚硅氧烷等。
非水溶剂可以如下制备：对于γ-丁内酯等内酯类化合物；碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等碳酸酯化合物；甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸乙酯等羧酸酯类化合物；四氢呋喃、二甲醚等醚类化合物；乙腈等腈类化合物；环丁砜等砜类化合物、二甲基甲酰胺等酰胺类化合物等，将它们单独使用或将两种以上混合进行制备。
另外，在电解液采用固体电解质的情况下，可以将乙腈等腈类化合物；四氢呋喃等醚类化合物：二甲基甲酰胺等的酰胺类化合物，单独使用或将两种以上混合来制备。
电解质盐没有特别限定，可使用六氟磷酸锂、过氯酸锂、四氟化硼酸锂等锂盐等。
在以上的技术方案下，依次叠层负极板3、固体或半固体的电解质层13、正极板2，如图5所示，使端子接头4、5突出形成叠层体15。
作为图4所示的外装材料16，适合使用具有柔性的层压薄膜(铝箔和树脂薄膜的复合材料即铝层压薄膜等)、SUS片材、水蒸气阻隔膜等。
如图1及图4所示，外装材料16形成为能够内包并密封叠层体15的大小。而且，外装材料16包含沿着叠层体15的端缘15a、15a…且与叠层体15的端缘15a之间尽可能不形成间隙地邻接的区域，且将配置有叠层体15的区域以外的大致全部区域(即，对向配置的片状的外装材料16、16可以互相直接抵接的区域)作为密封部P。
在此所谓尽可能不形成间隙地邻接的区域，是指在加热加压至叠层体15的端缘15a时，隔着可能物理地产生的间隙而环绕叠层体15的端缘15a的区域。具体地说，本实施方式中所说的“可能物理地产生的间隙”，是指在通过例如真空层压机、辊或真空包装机进行加热及加压时，在叠层体15的端缘15a周围2mm以内、优选1.3mm以内、更优选0.8mm以内形成的间隙。
此外，优选夹装有隔板(未图示)。隔板使用非织造布。
接着，用图4～图7对本发明的一个实施方式的锂离子二次电池1的制造方法进行说明。该锂离子二次电池1的制造方法具备以下的工序。
(1)叠层体形成工序，将具有端子接头4、5的电极板(正极板2、负极板3)和半固体或固体状的电解质层13交替叠层，形成叠层体15；
(2)第一密封工序，将叠层体15和形成脱气空间的夹层纸17插入外装材料16，在该外装材料16上，遍及叠层体15的端缘15a和夹层纸17的端缘的全周(叠层体15和夹层纸17的邻接部除外)并与该端缘相邻地进行密封，并使使端子接头4、5的一部分从该外装材料16突出出来；以及
(3)第二密封工序，在密封工序之后，抽出夹层纸17进行最终密封。
＜叠层体15形成工序＞
如图4所示，在叠层体形成工序中，将半固体或固体的电解质层13夹在负极板3和正极板2之间，并进行叠层，制成叠层体15。此时，从各正极板2及各负极板3突出出来的端子接头4、5分别捆扎并焊接，方向没有特别限定，在本实施方式中，以均朝向相同方向的方式突出。此外，位于叠层体15的最上层和最下层的电极板优选设定为负极板3。
＜第一密封工序＞
如图6所示，第一密封工序中，将叠层体15和形成脱气空间的夹层纸17邻接地插入外装材料16、16，在使端子接头4、5从外装材料16突出出来的状态下，遍及叠层体15的端缘15a的全周并与该端缘15a邻接地对外装材料16进行密封。在此所谓“脱气空间”，是指为了抽出后述的初始充电时产生的气体而设置的空间。此外，叠层体15和夹层纸17之间也可以形成少许间隙，只要不使它们之间被密封即可。另外，虽然不是必须的，但优选端子接头4、5分别利用例如由聚丙烯形成的密封膜20、20固定于外装材料16上。
此时，以使外装材料16的除了配置有叠层体15及夹层纸17以外的全部区域被熔接而成为密封部P的方式，使用真空层压机、辊或真空包装机，几乎同时地对作为密封部P的区域进行加热及加压将其熔接。此时，优选在构成叠层体15的电解质层被软化的状态下，一边对外装部16、16之间进行加压，一边进行密封。由此，在电解质层在其与电极之间的界面部分上产生的凹凸更加平坦化，因此，能够减少叠层体和外装材料的间隙。通过像这样制造，可以进行均匀的放电。还可以提高循环特性。对外装部16、16之间进行加压时，更优选对叠层体15的全面进行均匀的加压，更优选使用平滑平板进行加压的方法。为了使电解质层软化而进行加热的方法没有特别限定，可举出事先将叠层体15加热，或对真空层压机的层压板或辊进行加热等方法。
具体地说，在使用真空层压机的情况下，例如将面积比载置的外装材料16的面积更大且可以自由膨胀及收缩的两片橡胶板对向配置，在这些橡胶板间插入配置有叠层体15的外装材料16、16。并且，对一个橡胶板送入压缩空气使其膨胀，同时将橡胶板加热至例如100℃～200℃，对夹在橡胶板间的外装材料16、16进行加热及加压，将外装材料16、16之间脱气形成真空，同时进行加热。保持该状态数十秒，对外装材料16、16的配置有叠层体15以外彼此抵接的全部区域进行密封，形成密封部P，从而完成密封。
另外，在使用辊的情况下，例如将规定直径(例如3cm)的多个辊隔开规定间隔在上下方向上平行配置并进行加热。所述规定间隔设定为与作为锂离子二次电池1所要求的厚度相同的尺寸。
使夹持有叠层体15的外装材料16、16在这些辊间通过，利用辊将外装材料16、16间的空气挤出而进行脱气，同时，进行加热及加压，对外装材料16、16的配置有叠层体15的部位以外彼此抵接的全部区域进行密封，形成密封部P，从而完成了密封。
在第二密封工序中，以已经在第一密封工序中密封了外装材料16的状态下进行初始充电，抽出在初始充电时产生的气体。抽气如下进行：在初始充电结束后，在真空环境下将外装材料16的密封局部切断，使外装材料16开口，抽出夹层纸17，使配置有夹层纸17的区域再次层压熔敷，进行最终密封。
这时，优选在构成叠层体15的电解质层被软化的状态下，一边对外装部16、16之间进行加压，一边进行密封。由此，电解质层在其与电极之间的界面部分产生的凹凸更加平坦化，因此能够减小叠层体和外装材料的间隙。通过这样制造，可以进行均匀的充放电。还可以提高循环特性。在对外装部16、16之间进行加压时，优选对叠层体15的整个面进行均匀的加压，更优选使用平滑平板进行加压。使电解质层软化的加热方法没有特别限定，例如可采用事先将叠层体15加热、或将真空层压机的层压板或辊加热等方法。
此外，在电解质层软化的状态下，对外装部16、16之间进行加压的工序可以在第一、第二密封工序的任意之一中或二者中进行。优选该加压工序只在第二密封工序中进行。在第一密封工序中，不使电解质层在其与电极之间的界面部分产生的凹凸平坦化，由此可期待在第2密封工序的初始充电时发生的气体不易滞留在叠层体间的效果。
通过以上的工序，完成图1或图7所示的锂离子二次电池1。
根据本发明的锂离子二次电池，沿着叠层体15的端缘15a通过外装材料16进行密封，并使得与该端缘15a之间实质上不形成间隙。因此，可最大限度地确保外装材料16收容叠层体15的空间，且能够更大地形成外装材料16的密封部P。即，尽可能大地形成密封部P而不会相对减小封入外装材料16内的叠层体15的表面积。由此，获得的效果是，能够制造在气密性方面可靠性高的锂离子二次电池1。
另外，由于是根据叠层体15的形状最大限度地确保外装材料16的密封部P的结构，因此获得的效果是，能够抑制叠层体15的叠层状态在外装材料16的内部产生位置偏离等。
另外，由于是在使叠层体15进入外装材料16内部的状态下进行密封，因此，获得的效果是，能够防止电解质的无效使用，抑制材料成本。
另外，目前，为了防止电解液的渗漏，采用了将外装材料的三边熔接形成袋状，再向其中放入叠层体15，然后注入电解液进行最终密封的方法，因此锂离子二次电池的制造耗费时间及成本。但是，根据本发明的锂离子二次电池的制造方法，可获得如下效果，即，能够利用真空层压机、辊或真空包装机等同时将环绕夹装有固体状或凝胶状的电解质层的叠层体15的密封部P密封，因此能够极其高效地进行第一密封工序。
此外，上述实施方式中，采用了配置有叠层体15的区域以外的全部区域作为密封部P的结构，然而，在本发明中，也可以不将配置有叠层体15的区域以外的一部分作为密封部P，只要密封部P尽可能地接近叠层体15的端缘15a并以充分的宽度尺寸(密封尺寸)设置即可。
另外，在上述实施方式中，举例说明了具备：配置夹层纸17将叠层体15密封的第一密封工序、和在放出气体后，抽出夹层纸17进行最终密封的第二密封工序的制造方法，但本发明也可以设定为不配置夹层纸17就将叠层体15最终密封的密封工序。
另外，在上述实施方式中，也可以在配设电极的部分设置加热及加压时不易被加热的罩，或改变加热器的形状等以使其只对密封部进行加热。
另外，在上述实施方式中，采用了将正极板2及负极板3形成为大致矩形，叠层体15以俯视观察形成为矩形的结构，但本发明的叠层体15的形状不限定于矩形，可以自由地设定为圆形或多边形其它所要求的形状。
本发明的锂离子二次电池的制造方法具有如下有利的作用，即，即使是将叠层体15的外形设定为圆形、多边形其它复杂的形状的情况，通过使用真空层压机等将外装材料16、16的表面整体几乎同时进行加热及加压，也能够以与叠层体15的端缘15a邻接的方式形成密封部P。而且，能够发挥和上述实施方式同样的效果。
Claims (6)
1.一种锂离子二次电池，其包括：
叠层体，其通过将具有端子接头的电极板和半固体或固体状的电解质层交替叠层而成、以及
片状的外装材料，其在内部收容有该叠层体且以使端子接头的一部分突出的方式进行密封，
在所述外装材料上，与所述叠层体的端缘的至少一部分相邻地设有密封所述叠层体的叠层体相邻密封部。
2.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，
所述叠层体相邻密封部遍及所述叠层体的端缘的全周并与该端缘相邻设置。
3.如权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其中，
所述叠层体相邻密封部遍及所述外装材料的配置有所述叠层体的区域以外的所有区域而设置。
4.一种锂离子二次电池的制造方法，该方法包括：
叠层体形成工序，形成将具有端子接头的电极板和半固体或固体状的电解质层交替叠层而成的叠层体；
密封工序，将所述叠层体夹入外装材料中，使端子接头的一部分从所述外装材料突出，并且遍及所述叠层体的端缘的全周并与该端缘相邻地密封所述叠层体。
5.如权利要求4所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，所述密封工序包括：
第一密封工序，与所述叠层体的端缘的一部分相邻地夹入形成脱气空间的夹层纸，在所述外装材料中，遍及所述叠层体和夹层纸的端缘的全周并与叠层体和夹层纸的端缘相邻地密封所述叠层体和夹层纸；
第二密封工序，在所述第一密封工序之后，取出夹层纸进行最终密封。
6.如权利要求4或5所述的锂离子二次电池的制造方法，其中，
所述第一密封工序使用真空层压机、辊或真空包装机进行。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20180202 Termination date: 20211030 |
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