JP2000133312A - Liイオンポリマ―電極の室温積層 - Google Patents
Liイオンポリマ―電極の室温積層Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 電解セルを製造する方法に関連する複雑さを
低減する方法を提供すること。 【解決手段】 ポリ二フッ化ビニリデンホモポリマーと
アセトンなどの溶媒を混合して溶液を形成する。その溶
液を多孔質電極上に被覆する。その被覆電極を変性エタ
ノールなどの槽中に浸漬して、電極上に多孔質膜を形成
する。次に、膜被覆電極を乾燥する。乾燥後に、膜被覆
電極を他の多孔質電極と対向して配置し、膜をほぼ第1
の電極と第2の電極の間に配置する。膜を電極間で圧縮
し、膜を他方の電極と乾式結合し、それによって良好な
物理的な結合を形成する。もしくは、膜を両方の電極に
形成してもよく、次に、膜を電極間で圧縮し、第1の電
極と第2の電極を共に乾式結合する。さらに他の実施形
態では、膜を別個に形成し、次に電極の間で圧縮し、そ
れによって膜を2つの電極と乾式結合する。
低減する方法を提供すること。 【解決手段】 ポリ二フッ化ビニリデンホモポリマーと
アセトンなどの溶媒を混合して溶液を形成する。その溶
液を多孔質電極上に被覆する。その被覆電極を変性エタ
ノールなどの槽中に浸漬して、電極上に多孔質膜を形成
する。次に、膜被覆電極を乾燥する。乾燥後に、膜被覆
電極を他の多孔質電極と対向して配置し、膜をほぼ第1
の電極と第2の電極の間に配置する。膜を電極間で圧縮
し、膜を他方の電極と乾式結合し、それによって良好な
物理的な結合を形成する。もしくは、膜を両方の電極に
形成してもよく、次に、膜を電極間で圧縮し、第1の電
極と第2の電極を共に乾式結合する。さらに他の実施形
態では、膜を別個に形成し、次に電極の間で圧縮し、そ
れによって膜を2つの電極と乾式結合する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般にアノードと
カソードの間に配置されたポリマーセパレータを含む電
解セルに関し、特に、電解セル用リチウムイオンポリマ
ー電極の室温積層に関する。
カソードの間に配置されたポリマーセパレータを含む電
解セルに関し、特に、電解セル用リチウムイオンポリマ
ー電極の室温積層に関する。
【0002】
【従来の技術】Liイオン電池用の電解セルなどの電解
セルの製造には様々な方法が使用されている。Liイオ
ン電池は、再充電可能な電池の用途に一般的に使用され
ており、携帯電話などの多くの携帯可能な電子装置に用
いられている。自由な液体電解質を有する従来のリチウ
ムイオンセルでは、電極/セパレータ/電極の構造は、
その構造を円筒体に巻くことによって保たれている。
セルの製造には様々な方法が使用されている。Liイオ
ン電池は、再充電可能な電池の用途に一般的に使用され
ており、携帯電話などの多くの携帯可能な電子装置に用
いられている。自由な液体電解質を有する従来のリチウ
ムイオンセルでは、電極/セパレータ/電極の構造は、
その構造を円筒体に巻くことによって保たれている。
【0003】他のリチウムイオンポリマーセルでは、電
極/セパレータ/電極の構造は、それぞれ電極およびセ
パレータのポリマー構成要素と隔離板の間の化学結合か
水素結合かいずれかによって従来の方法で実現されてい
る。そのようなセルは、また、電極と電解質薄膜セル要
素を積層して組み立てられる。セパレータまたは膜は正
電極と負電極の間に配置される。アノード、膜、および
カソードが次に積層される。しかし、適当な結合がアノ
ード、膜およびカソードの間に設けられなければならな
い。さもないと、使用中に電極がはやく壊れ、電池の寿
命および性能を減少させる。
極/セパレータ/電極の構造は、それぞれ電極およびセ
パレータのポリマー構成要素と隔離板の間の化学結合か
水素結合かいずれかによって従来の方法で実現されてい
る。そのようなセルは、また、電極と電解質薄膜セル要
素を積層して組み立てられる。セパレータまたは膜は正
電極と負電極の間に配置される。アノード、膜、および
カソードが次に積層される。しかし、適当な結合がアノ
ード、膜およびカソードの間に設けられなければならな
い。さもないと、使用中に電極がはやく壊れ、電池の寿
命および性能を減少させる。
【0004】上述のように、様々な結合方法が電池セル
および電極を形成するために使用される。そのような方
法の1つによれば、電極の要素を結合するために膜と共
に接着剤が使用される。しかし、この方法には、工業的
な製造の場では制御するのが困難な監視しなければなら
ない多くのパラメータがあり、そのような方法の実施を
費用のかかるものにする。さらに、接着剤は膜を溶解し
て壊し、つぶれさせることがある。これによって、セル
のインピーダンスが高くなり、電力性能が悪くなり、さ
らにセルの容量が小さくなる。
および電極を形成するために使用される。そのような方
法の1つによれば、電極の要素を結合するために膜と共
に接着剤が使用される。しかし、この方法には、工業的
な製造の場では制御するのが困難な監視しなければなら
ない多くのパラメータがあり、そのような方法の実施を
費用のかかるものにする。さらに、接着剤は膜を溶解し
て壊し、つぶれさせることがある。これによって、セル
のインピーダンスが高くなり、電力性能が悪くなり、さ
らにセルの容量が小さくなる。
【0005】使用される他の方法は、例えば、米国特許
第5720780号に開示されている。この方法によれ
ば、ポリ二フッ化ビニリデン(PVdF)ホモポリマー
などの適当なポリマーの結合剤がシリカまたはアルミニ
ウムなどの充填剤と一緒に使用される。適当な可塑剤が
結合剤材料および充填剤材料に混合され、それによって
生じた構造物が独立したシートにホットプレス成形され
る。この方法では、後で可塑剤を取り除くという方法ス
テップに加えて、製造方法の多数の変動要素および条件
を注意深く制御することを必要とする追加の加熱のステ
ップが必要になる。
第5720780号に開示されている。この方法によれ
ば、ポリ二フッ化ビニリデン(PVdF)ホモポリマー
などの適当なポリマーの結合剤がシリカまたはアルミニ
ウムなどの充填剤と一緒に使用される。適当な可塑剤が
結合剤材料および充填剤材料に混合され、それによって
生じた構造物が独立したシートにホットプレス成形され
る。この方法では、後で可塑剤を取り除くという方法ス
テップに加えて、製造方法の多数の変動要素および条件
を注意深く制御することを必要とする追加の加熱のステ
ップが必要になる。
【0006】多孔質電極構造に固体電解質を積層した電
池セルを製造する他の方法が、米国特許第570030
0号に開示されている。その特許は3ステップの電解質
付着の方法を開示している。比較的低粘度の過剰な電解
質プリウェット材料が、乾燥した多孔質電極の上に層状
に積み重ねられる。過剰なプリウェット材料が電極の表
面から機械的に取り除かれる。プリウェット溶液が多孔
質電極に吸収可能にされ、その表面が高粘度電解質前駆
物質で被覆される。標準的な方法で硬化またはさらなる
処理が行われる。電流コレクタ/カソード/電解質の積
層物の電解質表面に電流コレクタ/アノード板を積層し
て電池が形成される。
池セルを製造する他の方法が、米国特許第570030
0号に開示されている。その特許は3ステップの電解質
付着の方法を開示している。比較的低粘度の過剰な電解
質プリウェット材料が、乾燥した多孔質電極の上に層状
に積み重ねられる。過剰なプリウェット材料が電極の表
面から機械的に取り除かれる。プリウェット溶液が多孔
質電極に吸収可能にされ、その表面が高粘度電解質前駆
物質で被覆される。標準的な方法で硬化またはさらなる
処理が行われる。電流コレクタ/カソード/電解質の積
層物の電解質表面に電流コレクタ/アノード板を積層し
て電池が形成される。
【0007】米国特許第5593462号は、金属被覆
された支持薄膜にカソードを押出し成形し、続いて電解
質をアセンブリに押出し成形する方法を開示している。
次に、リチウムアノードが支持薄膜の上に押出し成形さ
れ、次に、その2つの複合体がカレンダーにかけられ
る。
された支持薄膜にカソードを押出し成形し、続いて電解
質をアセンブリに押出し成形する方法を開示している。
次に、リチウムアノードが支持薄膜の上に押出し成形さ
れ、次に、その2つの複合体がカレンダーにかけられ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】これら2つの方法は加
熱のステップまたは接着剤の使用を必要としないが、こ
れらは湿った電解質を使用する。そのために、2つの方
法とも、物理的な結合を形成する代わりに、積層構造を
保つために水素結合などの弱い結合を有している。弱い
結合が使用されるので、使用中に積層構造のひび割れま
たは剥がれが起き、これらの方法で製造した電池の寿命
および動作効率を減少させることがある。さらに、これ
らの方法では部屋の湿度などの製造条件を注意深く監視
し、制御しなければならず、この方法を使用する製造の
コストを高くしている。
熱のステップまたは接着剤の使用を必要としないが、こ
れらは湿った電解質を使用する。そのために、2つの方
法とも、物理的な結合を形成する代わりに、積層構造を
保つために水素結合などの弱い結合を有している。弱い
結合が使用されるので、使用中に積層構造のひび割れま
たは剥がれが起き、これらの方法で製造した電池の寿命
および動作効率を減少させることがある。さらに、これ
らの方法では部屋の湿度などの製造条件を注意深く監視
し、制御しなければならず、この方法を使用する製造の
コストを高くしている。
【0009】したがって本発明の目的は、電解セルを製
造する方法に関連する複雑さを低減することである。
造する方法に関連する複雑さを低減することである。
【0010】本発明の他の目的は、追加の接着剤を必要
とせずに積層された層間に強い物理的な結合を与える積
層構造を提供することである。
とせずに積層された層間に強い物理的な結合を与える積
層構造を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の例示的な実施形
態によれば、上記その他の目的は、室温積層方法を実施
することによって達成される。
態によれば、上記その他の目的は、室温積層方法を実施
することによって達成される。
【0012】本方法の第1の実施形態によれば、ポリ二
フッ化ビニリデンホモポリマーと溶媒を混合して溶液を
形成する。その溶液を電極上に被覆する。電極を槽中に
浸漬して電極上に多孔質膜を形成する。次に、膜被覆電
極を乾燥する。乾燥後、膜被覆電極を他の電極と対向し
て配置して、それぞれの膜をほぼ前記第1の電極と第2
の電極の間に配置する。膜を電極間で圧縮し、膜を他方
の電極と乾式結合して良好な物理的結合を形成する。
フッ化ビニリデンホモポリマーと溶媒を混合して溶液を
形成する。その溶液を電極上に被覆する。電極を槽中に
浸漬して電極上に多孔質膜を形成する。次に、膜被覆電
極を乾燥する。乾燥後、膜被覆電極を他の電極と対向し
て配置して、それぞれの膜をほぼ前記第1の電極と第2
の電極の間に配置する。膜を電極間で圧縮し、膜を他方
の電極と乾式結合して良好な物理的結合を形成する。
【0013】本発明の他の実施形態によれば、ポリ二フ
ッ化ビニリデンホモポリマーを溶媒と混合して溶液を形
成する。溶液を第1の電極と第2の電極上に被覆する。
第1の電極と第2の被覆電極を槽中に浸漬して電極上に
多孔質膜を形成する。電極を乾燥する。第1の電極を第
2の電極と対向して配置して、それぞれの膜をほぼ電極
間に配置する。次に、膜を第1の電極と第2の電極間で
圧縮して、前記第1の電極と第2の電極を共に乾式結合
する。
ッ化ビニリデンホモポリマーを溶媒と混合して溶液を形
成する。溶液を第1の電極と第2の電極上に被覆する。
第1の電極と第2の被覆電極を槽中に浸漬して電極上に
多孔質膜を形成する。電極を乾燥する。第1の電極を第
2の電極と対向して配置して、それぞれの膜をほぼ電極
間に配置する。次に、膜を第1の電極と第2の電極間で
圧縮して、前記第1の電極と第2の電極を共に乾式結合
する。
【0014】本発明のさらに他の実施形態によれば、ポ
リ二フッ化ビニリデンホモポリマーと溶媒を共に混合し
て溶液を形成する。前記溶液を槽に浸すことによって膜
を形成する。膜を乾燥し、次にほぼ2つの電極の間に配
置する。次に、膜を電極間で圧縮して、膜を前記2つの
電極と乾式結合する。
リ二フッ化ビニリデンホモポリマーと溶媒を共に混合し
て溶液を形成する。前記溶液を槽に浸すことによって膜
を形成する。膜を乾燥し、次にほぼ2つの電極の間に配
置する。次に、膜を電極間で圧縮して、膜を前記2つの
電極と乾式結合する。
【0015】本発明の上記その他の特徴、目的および利
点は、図面と共に下記の説明を読めばよりよく理解でき
よう。
点は、図面と共に下記の説明を読めばよりよく理解でき
よう。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の様々な特徴について図を
参照しながら説明する。図では、同じ部分は同じ参照記
号で示されている。
参照しながら説明する。図では、同じ部分は同じ参照記
号で示されている。
【0017】本発明の電気化学セルまたは電池は、負電
極と正電極を有している。膜が2つの電極の間に形成さ
れる。イオン伝導電解質によって、一方の電極から他方
の電極にイオンの移動が可能になる。例えば、リチウム
イオン電池の一実施形態によれば、ソース電極からのリ
チウムイオンがセル電極間で移動し、それによって電池
を充電または放電する。本発明の好ましい一実施形態に
よれば、負電極は約120μmの厚さであり、18μm
の厚さの銅箔で支持されている。正電極は約90μmの
厚さで、20μmの厚さのアルミニウム箔で支持されて
いる。
極と正電極を有している。膜が2つの電極の間に形成さ
れる。イオン伝導電解質によって、一方の電極から他方
の電極にイオンの移動が可能になる。例えば、リチウム
イオン電池の一実施形態によれば、ソース電極からのリ
チウムイオンがセル電極間で移動し、それによって電池
を充電または放電する。本発明の好ましい一実施形態に
よれば、負電極は約120μmの厚さであり、18μm
の厚さの銅箔で支持されている。正電極は約90μmの
厚さで、20μmの厚さのアルミニウム箔で支持されて
いる。
【0018】本発明の実施形態によれば、ポリ二フッ化
ビニリデン(PVdF)ホモポリマーが多孔質膜を形成
するために使用される。PVdFは室温で固体である。
しかし、PVdFをアセトンなどの溶媒と混合すること
によって液体の溶液が形成される。また、テトラヒドロ
フラン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、
ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ジメチルス
ルホキシド、リン酸トリエチル、リン酸トリメチル、N
−メチルピロリジンなどの他の溶媒が使用できることを
当業者なら理解できよう。
ビニリデン(PVdF)ホモポリマーが多孔質膜を形成
するために使用される。PVdFは室温で固体である。
しかし、PVdFをアセトンなどの溶媒と混合すること
によって液体の溶液が形成される。また、テトラヒドロ
フラン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、
ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ジメチルス
ルホキシド、リン酸トリエチル、リン酸トリメチル、N
−メチルピロリジンなどの他の溶媒が使用できることを
当業者なら理解できよう。
【0019】本発明の実施形態によれば、多孔質膜は次
のように形成することができる。気密封止された容器
で、19重量%のPVdFホモポリマー、例えばKyn
ar301 F(Elf Atochem、King
of Prussia、Pennsylvania か
ら市販されている)がHPLC等級の81重量%のアセ
トン(Aldrich、Milwaukee、Wisc
onsinから市販されている)に溶解される。次に、
溶液は60℃で攪拌される。最終製品の形態を制御する
ようにPVdFを溶解するために、様々な溶媒の混合物
も使用できることを当業者なら理解できよう。
のように形成することができる。気密封止された容器
で、19重量%のPVdFホモポリマー、例えばKyn
ar301 F(Elf Atochem、King
of Prussia、Pennsylvania か
ら市販されている)がHPLC等級の81重量%のアセ
トン(Aldrich、Milwaukee、Wisc
onsinから市販されている)に溶解される。次に、
溶液は60℃で攪拌される。最終製品の形態を制御する
ようにPVdFを溶解するために、様々な溶媒の混合物
も使用できることを当業者なら理解できよう。
【0020】本発明の例示的な実施形態によれば、PV
dF/アセトン溶液が、コンポジットグラファイトの負
電極上に被覆される。負電極はほぼ25%から40%ま
での多孔率(porosity)を有しなければならな
い。PVdF/アセトン溶液は多くの知られている方法
のどれで塗布してもよい。一実施形態によれば、ナイフ
コータが電極を被覆するために使用される。もしくは、
電極をほぼ一様な厚さに被覆するために、例えばドクタ
ーブレード、Meyer rod、またはスロットダイ
を使用して、PVdF/アセトン溶液を押出し成形して
もよい。
dF/アセトン溶液が、コンポジットグラファイトの負
電極上に被覆される。負電極はほぼ25%から40%ま
での多孔率(porosity)を有しなければならな
い。PVdF/アセトン溶液は多くの知られている方法
のどれで塗布してもよい。一実施形態によれば、ナイフ
コータが電極を被覆するために使用される。もしくは、
電極をほぼ一様な厚さに被覆するために、例えばドクタ
ーブレード、Meyer rod、またはスロットダイ
を使用して、PVdF/アセトン溶液を押出し成形して
もよい。
【0021】PVdF/アセトン溶液で被覆された負電
極は、次に、浸漬槽に入れられる。好ましい一実施形態
によれば、変性エタノール(Ashland Chem
icals、Charlotte、North Car
olinaから市販されている)がその槽に含まれてい
る。この方法で使用することができる他の浸漬液には、
網羅的ではないが、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、ト
ルエン、メタノール、エタノール、四塩化炭素、o−ジ
クロロベンゼン、トリクロロエチレン、および水があ
る。さらに、その槽の全体的な組成が非溶媒であれば、
これらの液体と上記の溶媒の様々な混合物を使用しても
よい。このようにして、膜を形成するのに必要な時間を
調節するために槽の非溶媒の量を使用することができ、
また、それによって膜の最終的な形態が制御される。こ
の実施形態では、被覆電極が少なくとも30秒間エタノ
ール槽中に浸漬される。この方法によれば、被覆電極を
槽に入れると、エタノールがPVdF溶液のアセトンに
取って代わる。アセトンを取り除くことによって、PV
dFを液体状態に維持するものが何もなくなるので、P
VdFの高多孔質構造を有する膜が溶液から析出され
る。その結果、電極がPVdFの多孔質膜で被覆された
ままになる。
極は、次に、浸漬槽に入れられる。好ましい一実施形態
によれば、変性エタノール(Ashland Chem
icals、Charlotte、North Car
olinaから市販されている)がその槽に含まれてい
る。この方法で使用することができる他の浸漬液には、
網羅的ではないが、ヘキサン、ペンタン、ベンゼン、ト
ルエン、メタノール、エタノール、四塩化炭素、o−ジ
クロロベンゼン、トリクロロエチレン、および水があ
る。さらに、その槽の全体的な組成が非溶媒であれば、
これらの液体と上記の溶媒の様々な混合物を使用しても
よい。このようにして、膜を形成するのに必要な時間を
調節するために槽の非溶媒の量を使用することができ、
また、それによって膜の最終的な形態が制御される。こ
の実施形態では、被覆電極が少なくとも30秒間エタノ
ール槽中に浸漬される。この方法によれば、被覆電極を
槽に入れると、エタノールがPVdF溶液のアセトンに
取って代わる。アセトンを取り除くことによって、PV
dFを液体状態に維持するものが何もなくなるので、P
VdFの高多孔質構造を有する膜が溶液から析出され
る。その結果、電極がPVdFの多孔質膜で被覆された
ままになる。
【0022】次に、負電極およびPVdF膜が槽から取
り出され、乾燥可能にされる。乾燥は大気または加熱、
またはその組合せを用いて行うことができる。好ましい
一実施形態によれば、雰囲気温度を100℃に設定され
た対流オーブンで電極を乾燥することができる。乾燥さ
れた膜の多孔率は、60%から80%まででなければな
らず、40μmから110μmの厚さである。好ましい
一実施形態によれば、厚さは60μmから90μmの間
でなければならない。
り出され、乾燥可能にされる。乾燥は大気または加熱、
またはその組合せを用いて行うことができる。好ましい
一実施形態によれば、雰囲気温度を100℃に設定され
た対流オーブンで電極を乾燥することができる。乾燥さ
れた膜の多孔率は、60%から80%まででなければな
らず、40μmから110μmの厚さである。好ましい
一実施形態によれば、厚さは60μmから90μmの間
でなければならない。
【0023】乾燥された負電極−膜の構造は、次に、長
さ約83mmで幅約43mmの長方形に切断される。ほ
ぼ25%から40%までの多孔率を有するLiCo
O2、LiNiO2、LiMn2O4、それらの合金、
またはリチウム挿入化合物に基づいた複合正電極が、長
さ81mmで幅41mmの長方形に切断される。特定の
用途で決定される他の寸法が使用することができ、また
は電極と膜の両方を連続したウェブとして積層すること
ができることを当業者なら理解できよう。
さ約83mmで幅約43mmの長方形に切断される。ほ
ぼ25%から40%までの多孔率を有するLiCo
O2、LiNiO2、LiMn2O4、それらの合金、
またはリチウム挿入化合物に基づいた複合正電極が、長
さ81mmで幅41mmの長方形に切断される。特定の
用途で決定される他の寸法が使用することができ、また
は電極と膜の両方を連続したウェブとして積層すること
ができることを当業者なら理解できよう。
【0024】図1Aおよび図1Bについて、正電極板1
は負電極3−膜2の構造の一番上に配置され、膜2は電
極1と電極3の間に配置される。図1Bに示すように長
方形構造の周辺部全周にわたって正電極1の縁部と負電
極3の間に1mmの離間距離Aが設けられる。実際の製
造方法の要件によって他の離間距離が使用できることを
当業者なら理解できよう。
は負電極3−膜2の構造の一番上に配置され、膜2は電
極1と電極3の間に配置される。図1Bに示すように長
方形構造の周辺部全周にわたって正電極1の縁部と負電
極3の間に1mmの離間距離Aが設けられる。実際の製
造方法の要件によって他の離間距離が使用できることを
当業者なら理解できよう。
【0025】図2に示すように、次に、積み重ねられた
正電極(1)−膜(2)−負電極(3)が、KRHNR
olls、Inc.、Orange、Massachu
settsで製造されたAccunipなどの実験用カ
レンダー10に設置される。この例示的な実施形態によ
れば、カレンダー10のギャップは膜がその元の厚さの
ほぼ15から75パーセントに、好ましい一実施形態に
よれば25から70パーセントに圧縮されるように調整
されなければならない。それによって、乾式結合が多孔
質膜3と正電極1の間に形成されるようになる。この実
施形態によれば、70パーセントの圧縮比で達成できる
最高結合値を有する20から38N/cm2の結合力を
持つ乾式結合が得られる。
正電極(1)−膜(2)−負電極(3)が、KRHNR
olls、Inc.、Orange、Massachu
settsで製造されたAccunipなどの実験用カ
レンダー10に設置される。この例示的な実施形態によ
れば、カレンダー10のギャップは膜がその元の厚さの
ほぼ15から75パーセントに、好ましい一実施形態に
よれば25から70パーセントに圧縮されるように調整
されなければならない。それによって、乾式結合が多孔
質膜3と正電極1の間に形成されるようになる。この実
施形態によれば、70パーセントの圧縮比で達成できる
最高結合値を有する20から38N/cm2の結合力を
持つ乾式結合が得られる。
【0026】乾式結合は電極と膜構造の物理的な結合で
ある。膜の多孔率と電極の多孔率によって膜と電極の相
互浸透が可能になり、その相互浸透が、カレンダーにか
けることによって引き起こされる変形と組み合わさっ
て、2つの構造を物理的に橋かけ連結する。この結果、
12〜40N/cm2の結合力が得られる。さらに、そ
の結合はどのような化学的な反応または原子的結合も必
要としない乾式なものである。このために、他の従来技
術の積層方法に関連したひび割れおよび剥がれが起こり
にくい強い物理的な結合が形成される。さらに、結合が
乾式なので、積層方法中に部屋条件を注意深く監視し制
御する必要がなく、さらに可塑剤または揮発性化合物を
取り除く必要もない。
ある。膜の多孔率と電極の多孔率によって膜と電極の相
互浸透が可能になり、その相互浸透が、カレンダーにか
けることによって引き起こされる変形と組み合わさっ
て、2つの構造を物理的に橋かけ連結する。この結果、
12〜40N/cm2の結合力が得られる。さらに、そ
の結合はどのような化学的な反応または原子的結合も必
要としない乾式なものである。このために、他の従来技
術の積層方法に関連したひび割れおよび剥がれが起こり
にくい強い物理的な結合が形成される。さらに、結合が
乾式なので、積層方法中に部屋条件を注意深く監視し制
御する必要がなく、さらに可塑剤または揮発性化合物を
取り除く必要もない。
【0027】本発明の他の実施形態によれば、負電極の
代わりに、正電極が上記のように被覆されてもよい。そ
のとき、正電極−膜−電極の構造を上記のようにカレン
ダーにかけることができる。
代わりに、正電極が上記のように被覆されてもよい。そ
のとき、正電極−膜−電極の構造を上記のようにカレン
ダーにかけることができる。
【0028】本発明の別の実施形態によれば、負電極に
ついて上に述べた方法と同様にして、膜が正電極と負電
極の両方に被覆される。この実施形態では、膜は25μ
mから75μmまでの厚さで60パーセントから80パ
ーセントまでの多孔率を有する。次に、正電極−膜が長
さ81mmで幅41mmの長方形に切断され、負電極−
膜が長さ83mmで幅43mmの長方形に切断される。
特定の用途で決定される他の寸法が使用できることを当
業者なら理解できよう。
ついて上に述べた方法と同様にして、膜が正電極と負電
極の両方に被覆される。この実施形態では、膜は25μ
mから75μmまでの厚さで60パーセントから80パ
ーセントまでの多孔率を有する。次に、正電極−膜が長
さ81mmで幅41mmの長方形に切断され、負電極−
膜が長さ83mmで幅43mmの長方形に切断される。
特定の用途で決定される他の寸法が使用できることを当
業者なら理解できよう。
【0029】次に、互いに膜被覆を対向して、膜被覆正
電極を膜被覆負電極上に配置する。次に、正電極−膜−
膜−負電極の構造をカレンダーにかける。この実施形態
によるカレンダーのギャップは、膜がその元の厚さの2
5〜70パーセントに、好ましい一実施形態によれば3
5〜50パーセントに圧縮されるように調節されなけれ
ばならない。これによって、膜が物理的に結合して、1
2〜33N/cm2の範囲の結合力を有する乾式結合を
形成する。この実施形態では、約40パーセントの圧縮
比で最高の値を達成することができる。
電極を膜被覆負電極上に配置する。次に、正電極−膜−
膜−負電極の構造をカレンダーにかける。この実施形態
によるカレンダーのギャップは、膜がその元の厚さの2
5〜70パーセントに、好ましい一実施形態によれば3
5〜50パーセントに圧縮されるように調節されなけれ
ばならない。これによって、膜が物理的に結合して、1
2〜33N/cm2の範囲の結合力を有する乾式結合を
形成する。この実施形態では、約40パーセントの圧縮
比で最高の値を達成することができる。
【0030】本発明のさらに他の実施形態によれば、独
立した膜を前に述べた浸漬槽法を使用して別個に形成す
ることができる。この方法によれば、例えば不織ウェ
ブ、ポリプロピレンシート、またはマイラー薄膜に膜を
形成することができる。膜の多孔率は60パーセントか
ら80パーセントまででなければならない。25〜40
の多孔率を有する正電極が、長さ81mmで幅41mm
の長方形に切断され、30〜40パーセントの間の多孔
率を有する負電極が長さ83mmで幅43mmの長方形
に切断される。また、膜が長さ83mmで幅43mmの
長方形に切断される。膜が負電極の上に置かれ、正電極
が膜の上に置かれる。次に、正電極−膜−負電極の構造
が一緒にカレンダーにかけられる。この実施形態による
カレンダーのギャップは、膜がその元の厚さの15〜7
0パーセントに、好ましい一実施形態によれば40〜7
0パーセントに圧縮されるように調節されなければなら
ない。これによって、膜が正電極と負電極に物理的に結
合するようになる。
立した膜を前に述べた浸漬槽法を使用して別個に形成す
ることができる。この方法によれば、例えば不織ウェ
ブ、ポリプロピレンシート、またはマイラー薄膜に膜を
形成することができる。膜の多孔率は60パーセントか
ら80パーセントまででなければならない。25〜40
の多孔率を有する正電極が、長さ81mmで幅41mm
の長方形に切断され、30〜40パーセントの間の多孔
率を有する負電極が長さ83mmで幅43mmの長方形
に切断される。また、膜が長さ83mmで幅43mmの
長方形に切断される。膜が負電極の上に置かれ、正電極
が膜の上に置かれる。次に、正電極−膜−負電極の構造
が一緒にカレンダーにかけられる。この実施形態による
カレンダーのギャップは、膜がその元の厚さの15〜7
0パーセントに、好ましい一実施形態によれば40〜7
0パーセントに圧縮されるように調節されなければなら
ない。これによって、膜が正電極と負電極に物理的に結
合するようになる。
【0031】本発明のさらに他の実施形態では、上記の
方法によって、図3Aおよび図3Bに示される他のセル
構造を実現することができる。例えば、正電極/膜/負
電極/膜/正電極(図3A)、または負電極/膜/正電
極/膜/負電極(図3B)の構造を実現することができ
る。この実施形態によれば、2つの負電極または2つの
正電極を多孔質膜で被覆する。次に、正電極または負電
極をそれぞれほぼ被覆負電極または被覆正電極の間に配
置する。膜はその配置した正電極または負電極と対向し
ている。次に、正電極/膜/負電極/膜/正電極、また
は負電極/膜/正電極/膜/負電極が、上記のように共
にカレンダーにかけられる。
方法によって、図3Aおよび図3Bに示される他のセル
構造を実現することができる。例えば、正電極/膜/負
電極/膜/正電極(図3A)、または負電極/膜/正電
極/膜/負電極(図3B)の構造を実現することができ
る。この実施形態によれば、2つの負電極または2つの
正電極を多孔質膜で被覆する。次に、正電極または負電
極をそれぞれほぼ被覆負電極または被覆正電極の間に配
置する。膜はその配置した正電極または負電極と対向し
ている。次に、正電極/膜/負電極/膜/正電極、また
は負電極/膜/正電極/膜/負電極が、上記のように共
にカレンダーにかけられる。
【0032】もしくは、正電極、膜、負電極、膜および
正電極、または、負電極、膜、正電極、膜および負電極
を対応する構造に個々に積み重ね、次に上記のように一
緒にカレンダーにかけてもよい。同様に、この他の実施
形態によれば、2つの負電極または2つの正電極が多孔
質膜で被覆される。また、正電極または負電極が被覆さ
れ、次に、電極の膜が互いに対向している状態で、それ
ぞれ被覆負電極間または被覆正電極間にほぼ配置され
る。次に、その構造体が一緒にカレンダーにかけられ
る。また、膜を負電極の両側に被覆し、2つの正電極の
間にほぼ配置することができる。次に、その構造がカレ
ンダーにかけられる。さらに、膜を正電極の両側に被覆
し、2つの負電極の間にほぼ配置することができる。次
に、そのようにしてできた構造が一緒にカレンダーにか
けられる。
正電極、または、負電極、膜、正電極、膜および負電極
を対応する構造に個々に積み重ね、次に上記のように一
緒にカレンダーにかけてもよい。同様に、この他の実施
形態によれば、2つの負電極または2つの正電極が多孔
質膜で被覆される。また、正電極または負電極が被覆さ
れ、次に、電極の膜が互いに対向している状態で、それ
ぞれ被覆負電極間または被覆正電極間にほぼ配置され
る。次に、その構造体が一緒にカレンダーにかけられ
る。また、膜を負電極の両側に被覆し、2つの正電極の
間にほぼ配置することができる。次に、その構造がカレ
ンダーにかけられる。さらに、膜を正電極の両側に被覆
し、2つの負電極の間にほぼ配置することができる。次
に、そのようにしてできた構造が一緒にカレンダーにか
けられる。
【0033】電極膜構造をカレンダーにかけるものとし
て室温積層の方法について上記で説明したが、前に述べ
た実施形態による膜を圧縮する他の積層方法も使用でき
ることを当業者なら理解できよう。例えば、その間に膜
を有する2つの電極を静的プレス成形機に設置し、次に
一緒に押し固めることができる。
て室温積層の方法について上記で説明したが、前に述べ
た実施形態による膜を圧縮する他の積層方法も使用でき
ることを当業者なら理解できよう。例えば、その間に膜
を有する2つの電極を静的プレス成形機に設置し、次に
一緒に押し固めることができる。
【0034】本発明の様々な実施形態によれば、加熱、
接着剤、または、従来技術で必要とされた注意深く調整
された部屋条件を必要とせずに、室温で、乾式積層を得
ることができる。これによって、より手っ取り早いより
経済的なセル作成方法が得られる。さらに、膜と電極の
間の物理的な接着が得られ、ひび割れまたは剥がれが起
こりにくくなり、さらにどのようなセルの寿命も長くな
る。さらに、セル容量を維持することができる。
接着剤、または、従来技術で必要とされた注意深く調整
された部屋条件を必要とせずに、室温で、乾式積層を得
ることができる。これによって、より手っ取り早いより
経済的なセル作成方法が得られる。さらに、膜と電極の
間の物理的な接着が得られ、ひび割れまたは剥がれが起
こりにくくなり、さらにどのようなセルの寿命も長くな
る。さらに、セル容量を維持することができる。
【0035】最後に、上記の実施形態による良好な乾式
結合を形成するために、加熱は必要でないが、本発明の
様々な実施形態では、開示の方法と組み合わせて加熱を
使用することが含まれる。例えば、膜と膜の接着の場合
に、高温での高い圧縮比を使用することによって、結合
力を26N/cm2から33N/cm2に増加すること
ができる。さらに、本発明の様々な実施形態と共に高温
での硬化を使用してもよく、より良好な結合力が得られ
る場合もある。
結合を形成するために、加熱は必要でないが、本発明の
様々な実施形態では、開示の方法と組み合わせて加熱を
使用することが含まれる。例えば、膜と膜の接着の場合
に、高温での高い圧縮比を使用することによって、結合
力を26N/cm2から33N/cm2に増加すること
ができる。さらに、本発明の様々な実施形態と共に高温
での硬化を使用してもよく、より良好な結合力が得られ
る場合もある。
【0036】以上、本発明について例として説明した
が、本発明の精神から逸脱することなく例示的な実施形
態の変更および変形を当業者なら思い付くであろう。好
ましい実施形態は単に例示的なものにすぎず、限定的な
ものと考えるべきではない。本発明の範囲は、上記の説
明ではなく、首記の特許請求の範囲によって判断すべき
であり、特許請求の範囲内に入る全ての変形および同等
物はその中に含まれるものとする。
が、本発明の精神から逸脱することなく例示的な実施形
態の変更および変形を当業者なら思い付くであろう。好
ましい実施形態は単に例示的なものにすぎず、限定的な
ものと考えるべきではない。本発明の範囲は、上記の説
明ではなく、首記の特許請求の範囲によって判断すべき
であり、特許請求の範囲内に入る全ての変形および同等
物はその中に含まれるものとする。
【図1A】例示的な電極−膜−電極の構造を示す図であ
る。
る。
【図1B】例示的な電極−膜−電極の構造を示す図であ
る。
る。
【図2】本発明の一実施形態による電極−膜−電極の構
造の例示的な室温積層を示す図である。
造の例示的な室温積層を示す図である。
【図3A】例示的な電極−膜−電極−膜−電極の構造を
示す図である。
示す図である。
【図3B】例示的な電極−膜−電極−膜−電極の構造を
示す図である。
示す図である。
1 正電極 2 膜 3 負電極 10 カレンダー
Claims (34)
- 【請求項1】 第1の電極と第2の電極との間に多孔質
膜を配置するステップと、 前記電極間の前記膜を圧縮して前記膜を前記電極に乾式
結合するステップとを含む電解セルを製造する方法。 - 【請求項2】 前記圧縮するステップが、前記膜と第1
の電極とを前記第2の電極と共にカレンダーにかけるス
テップをさらに含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記第1の電極がほぼ25%から40%
までの多孔率を有し、前記第2の電極がほぼ25%から
40%までの多孔率を有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記圧縮するステップが前記膜を少なく
とも20%圧縮するステップをさらに含む請求項1に記
載の方法。 - 【請求項5】 前記膜が最初に少なくとも50%の多孔
率を有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記膜がポリ二フッ化ビニリデンホモポ
リマーで形成される請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記乾式結合が10N/cm2より大き
な結合力を有する請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 ポリ二フッ化ビニリデンホモポリマーと
溶媒を混合して溶液を形成するステップと、 前記溶液を前記第1の電極上に被覆するステップと、 前記溶液を前記第2の電極上に被覆するステップと、 前記第1および第2の被覆電極を液体で満たされた槽中
に浸漬して前記第1および第2の電極上に多孔質膜を形
成するステップと、 前記第1および第2の被覆電極を乾燥するステップと、 前記第1の電極を前記第2の電極と対向して、それぞれ
の膜が実質的に前記第1の電極と前記第2の電極の間に
配置された状態で配置するステップと、 前記第1の電極と前記第2の電極の間の膜を圧縮して前
記第1の電極と前記第2の電極を共に乾式結合するステ
ップとをさらに含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 前記圧縮するステップが、前記膜を少な
くとも25%圧縮するステップをさらに含む請求項8に
記載の方法。 - 【請求項10】 前記第1の電極と前記第2の電極上に
前記多孔質膜を形成する前記ステップが、少なくとも6
0%の多孔率を有する前記膜を形成するステップをさら
に含む請求項8に記載の方法。 - 【請求項11】 前記第1の電極と前記第2の電極上に
前記多孔質膜を形成する前記ステップが、前記第1の電
極上に50μmから120μmまでの厚さを有する前記
膜を形成するステップ、および前記第2の電極上に25
μmから100μmまでの厚さを有する前記膜を形成す
るステップをさらに含む請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 請求項11に記載の方法によって製造
した電解セル。 - 【請求項13】 多孔質膜で被覆された第1の電極を設
けるステップと、 前記膜および第1の電極を第2の電極と対向して、前記
膜がほぼ前記第1の電極と第2の電極の間に配置された
状態で配置するステップと、 前記電極の間の膜を圧縮して前記膜を前記第2の電極と
乾式結合するステップとを含む電解セルを製造する方
法。 - 【請求項14】 ポリ二フッ化ビニリデンホモポリマー
と溶媒を混合して溶液を形成するステップと、 前記溶液を前記第1の電極上に被覆するステップと、 前記第1の電極を液体で満たされた槽中に浸漬して前記
第1の電極上に前記多孔質膜を形成するステップと、 前記膜および前記第1の電極を前記第2の電極と共に圧
縮する前に前記膜と前記第1の電極を乾燥するステップ
とをさらに含む請求項13に記載の方法。 - 【請求項15】 前記第1の電極が負電極であり、前記
第2の電極が正電極である請求項13に記載の方法。 - 【請求項16】 前記第1の電極が正電極であり、前記
第2の電極が負電極である請求項13に記載の方法。 - 【請求項17】 前記第1の電極が少なくとも30%の
多孔率を有し、前記第2の電極が少なくとも25%の多
孔率を有する請求項13に記載の方法。 - 【請求項18】 前記圧縮するステップが、前記膜と前
記第1の電極を前記第2の電極と共にカレンダーにかけ
るステップをさらに含む請求項13に記載の方法。 - 【請求項19】 前記圧縮するステップが、前記膜を少
なくとも20%圧縮するステップをさらに含む請求項1
5に記載の方法。 - 【請求項20】 前記膜を形成するステップが、ほぼ少
なくとも50%の多孔率を最初に有する膜を形成するス
テップをさらに含む請求項13に記載の方法。 - 【請求項21】 前記膜を形成するステップが、少なく
とも50μmの厚さを有する膜を形成するステップをさ
らに含む請求項20に記載の方法。 - 【請求項22】 前記乾式結合が10N/cm2より大
きな結合力を有する請求項13に記載の方法。 - 【請求項23】 請求項13に記載の方法によって製造
した電解セル。 - 【請求項24】 第1の多孔質膜を第1の電極と第2の
電極の間に配置するステップと、 第2の多孔質膜を前記第2の電極と第3の電極の間に配
置するステップと、 前記第1の電極と前記第2の電極の間の前記第1の膜、
および前記第2の電極と前記第3の電極の間の前記第2
の膜を圧縮して、前記第1の膜を前記第1の電極と前記
第2の電極に、前記第2の膜を前記第2の電極と前記第
3の電極にそれぞれ乾式結合するステップとを含む電解
セルを製造する方法。 - 【請求項25】 前記第1および前記第3の電極が正で
あり、前記第2の電極が負である請求項24に記載の方
法。 - 【請求項26】 前記第1および前記第3の電極が負で
あり、前記第2の電極が正である請求項24に記載の方
法。 - 【請求項27】 前記乾式結合が10N/cm2より大
きな結合力を有する請求項24に記載の方法。 - 【請求項28】 請求項24に記載の方法によって製造
した電解セル。 - 【請求項29】 微孔性ポリ二フッ化ビニリデンホモポ
リマー(PVdF)膜を含むリチウム2次セルを製造す
る方法であって、 リチウムをベースにした電極を設けるステップと、 前記電極上にPVdF膜を配置するステップと、 前記電極と前記膜を圧縮するステップとを含み、前記電
極と前記PVdF膜が少なくとも10N/cm2の結合
力で乾式結合される方法。 - 【請求項30】 前記圧縮するステップが、前記膜をそ
の元の厚さの少なくとも70パーセントまで圧縮する請
求項29に記載の方法。 - 【請求項31】 請求項29に記載の方法によって製造
したリチウムイオンセル。 - 【請求項32】 微孔性ポリ二フッ化ビニリデンホモポ
リマー(PVdF)膜を含むリチウム2次セルを製造す
る方法であって、 リチウムをベースにした電極を設けるステップと、 前記電極を第1のPVdF膜で被覆するステップと、 第1のPVdF膜に第2のPVdF膜を配置するステッ
プと、 前記電極被覆PVdF膜および前記第2のPVdF膜を
圧縮するステップとを含み、前記電極被覆PVdF膜と
前記第2のPVdF膜が少なくとも10N/cm2の結
合力で乾式結合される方法。 - 【請求項33】 前記圧縮するステップが、前記第1お
よび第2の膜をその元の厚さの少なくとも70%まで圧
縮する請求項32に記載の方法。 - 【請求項34】 請求項32に記載の方法によって製造
したリチウムイオンセル。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/179,414 US6235065B1 (en) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | Room temperature lamination of Li-ion polymer electrodes |
US179414 | 1998-10-27 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000133312A true JP2000133312A (ja) | 2000-05-12 |
Family
ID=22656500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11291933A Pending JP2000133312A (ja) | 1998-10-27 | 1999-10-14 | Liイオンポリマ―電極の室温積層 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US6235065B1 (ja) |
EP (1) | EP0997961A3 (ja) |
JP (1) | JP2000133312A (ja) |
Cited By (5)
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