JP2003500823A - 積層ポリマー蓄電池セルの製造方法 - Google Patents
積層ポリマー蓄電池セルの製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
一体のリチウムイオン内位添加電池セル(10)の充電中の短絡及びリチウム金属めっきの危険を、セル(10)周囲を横方向スライス切断器によってセル(10)の平らな主表面の垂直方向から所定角度でトリミングすることによってなくす。セルの結果的に得られた角度をなした周縁部(26)は、電極層(13、17)間の縁部離間を最大にし、陰極電極(17)の縁部表面(28)にリチウムイオンの金属メッキ蓄積が生じることを少なくする。
Description
【0001】
本発明は、ポリマー電極及びセパレータエレメントの一体の積層体を含む充電
式電解質電池セルの製造方法に関する。詳細には、本発明は、このような電池セ
ルの形状及び大きさを、夫々のセルエレメント間の配向及び大きさの関係を正し
くしつつ、従来の多数回の作業に代えて一回の作業で定めるための経済的な方法
に関する。
式電解質電池セルの製造方法に関する。詳細には、本発明は、このような電池セ
ルの形状及び大きさを、夫々のセルエレメント間の配向及び大きさの関係を正し
くしつつ、従来の多数回の作業に代えて一回の作業で定めるための経済的な方法
に関する。
【0002】
現在、リチウムイオン内位添加セル等の汎用性蓄電池セルは、電池の充電サイ
クル/放電サイクル中にリチウムイオンを可逆的に内位添加できる微粉砕した粒
子状材料を分散させたポリマー化合物の可撓性シートを含む電極エレメントから
製造されている。このような材料には、陽極構成要素として、リチウム金属酸化
物内位添加化合物、例えばLiCoO2 、LiNiO2 、及びLiMn2 O4 が
含まれ、陰極構成要素として、石油コークス、グラファイト等の炭素材料が含ま
れる。
クル/放電サイクル中にリチウムイオンを可逆的に内位添加できる微粉砕した粒
子状材料を分散させたポリマー化合物の可撓性シートを含む電極エレメントから
製造されている。このような材料には、陽極構成要素として、リチウム金属酸化
物内位添加化合物、例えばLiCoO2 、LiNiO2 、及びLiMn2 O4 が
含まれ、陰極構成要素として、石油コークス、グラファイト等の炭素材料が含ま
れる。
【0003】
セル構造には、可撓性電極を間に挟んだセパレータ層エレメントが含まれる。
これらのセパレータ層エレメントは、本質的に電極エレメントで使用されている
のと同じ種類のポリマーを含み、かくしてエレメント層を熱積層して最終的に電
極複合体を形成するのを容易にする。金属箔集電器等の追加のセルエレメントを
更に、積層作業で電池構造に組み込む。
これらのセパレータ層エレメントは、本質的に電極エレメントで使用されている
のと同じ種類のポリマーを含み、かくしてエレメント層を熱積層して最終的に電
極複合体を形成するのを容易にする。金属箔集電器等の追加のセルエレメントを
更に、積層作業で電池構造に組み込む。
【0004】
本構造を代表する積層電池セルを本願の図1に示す。電池セルの製造の一般的
なプロセスは、米国特許第5,460,904号及びその関連した特許明細書に
詳細に記載されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示
されている内容は本明細書中に組入れたものとする。これらには、複合リチウム
イオンセルを配合し積層するための代表的な化合物及び方法が記載されている。
なプロセスは、米国特許第5,460,904号及びその関連した特許明細書に
詳細に記載されている。これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示
されている内容は本明細書中に組入れたものとする。これらには、複合リチウム
イオンセルを配合し積層するための代表的な化合物及び方法が記載されている。
【0005】
積層ポリマー電池の商業的開発中、これらのセルの一体性及び作動条件を維持
するための必要条件が明らかになった。例えば、単セル積層電池の商業的大量生
産には、所望の大きさ及び形状の電池を得るため、大きなマスター積層体本体の
製造及びこれに続いて例えば一般的なギロチンで又は同様の「パンチ」装置で行
われるマスター本体の簡単な垂直方向切断が含まれると考えられているけれども
、この考えられている方法は、多くの理由により満足のいくものではないという
ことがわかっている。
するための必要条件が明らかになった。例えば、単セル積層電池の商業的大量生
産には、所望の大きさ及び形状の電池を得るため、大きなマスター積層体本体の
製造及びこれに続いて例えば一般的なギロチンで又は同様の「パンチ」装置で行
われるマスター本体の簡単な垂直方向切断が含まれると考えられているけれども
、この考えられている方法は、多くの理由により満足のいくものではないという
ことがわかっている。
【0006】
第1に、集電器層エレメントが脆性であるため、これらのエレメントの導電性
エレメントを積層体ポリマー電極及びセパレータ層に押し込むと、セルの短絡が
結果的に生じる。更に、電極層化合物自体に同様の作用を及ぼすと、これらのエ
レメントの縁部分が接近し、短絡の発生が不可避になる。
エレメントを積層体ポリマー電極及びセパレータ層に押し込むと、セルの短絡が
結果的に生じる。更に、電極層化合物自体に同様の作用を及ぼすと、これらのエ
レメントの縁部分が接近し、短絡の発生が不可避になる。
【0007】
更に別の欠点は、セパレータ層の結果的な圧縮が観察されるということである
。この状態は、上述の電極層間の短絡に幾分貢献するけれども、更に重要なこと
には、電極間に配置されたセパレータの短絡した縁部厚さを横切るリチウムイオ
ンの過剰流を発生させ、実際には、これによりイオンが前記縁部のところで前記
セパレータエレメントをバイパスし、その結果、セルの充電中に陰極エレメント
の縁部のところに金属リチウムの危険なめっきを生じる。イオン内部転移性が大
きい材料を問題の場所に設けることによってこのようなめっき状態が起こらない
ようにする努力では、通常は延長電極層の形態の過剰の陰極電極化合物が構造に
含まれる。これは、めっきの問題点を或る程度解消するけれども、セル全体とし
て非生産的電極材料が過剰になり、かくしてセルの重量を増大し、比容量(sp
ecific capacity)を劣化する。
。この状態は、上述の電極層間の短絡に幾分貢献するけれども、更に重要なこと
には、電極間に配置されたセパレータの短絡した縁部厚さを横切るリチウムイオ
ンの過剰流を発生させ、実際には、これによりイオンが前記縁部のところで前記
セパレータエレメントをバイパスし、その結果、セルの充電中に陰極エレメント
の縁部のところに金属リチウムの危険なめっきを生じる。イオン内部転移性が大
きい材料を問題の場所に設けることによってこのようなめっき状態が起こらない
ようにする努力では、通常は延長電極層の形態の過剰の陰極電極化合物が構造に
含まれる。これは、めっきの問題点を或る程度解消するけれども、セル全体とし
て非生産的電極材料が過剰になり、かくしてセルの重量を増大し、比容量(sp
ecific capacity)を劣化する。
【0008】
この場合、積層前にセル層エレメントを適当な大きさにするために更に直接的
な更に非経済的な方法が行われる。これには、イオンバイパス及び危険なめっき
が生じないようにするためにセパレータ層を過大にし、電極間縁部距離を十分に
する工程が含まれる。この方法では、従来の切断の問題点が完全になくなるけれ
ども、個々のセルエレメントの切断及び取り付けを多数回行うという欠点が製造
プロセスに直接導入され、並びに所望の結果を得るためにエレメントを適正に位
置合わせされた状態に配置し且つ維持するという大きな問題点がある。
な更に非経済的な方法が行われる。これには、イオンバイパス及び危険なめっき
が生じないようにするためにセパレータ層を過大にし、電極間縁部距離を十分に
する工程が含まれる。この方法では、従来の切断の問題点が完全になくなるけれ
ども、個々のセルエレメントの切断及び取り付けを多数回行うという欠点が製造
プロセスに直接導入され、並びに所望の結果を得るためにエレメントを適正に位
置合わせされた状態に配置し且つ維持するという大きな問題点がある。
【0009】
他方、本発明のセル製造方法は、パンチ切断によるセルエレメントの損傷及び
変形の最初の問題点をなくすための手段を提供するという点で、マスター積層体
を経済的に使用でき、更に、セル充電サイクル中にイオンバイパス及び金属リチ
ウムめっきが起こらないようにするのに十分な電極間セパレータ縁部材料を直接
形成できる。その結果、本発明は、時間及び材料の大幅な節約、並びに積層ポリ
マーセル電池の使用で最初に考えられていたセル効率及び容量の増大を実現でき
る。
変形の最初の問題点をなくすための手段を提供するという点で、マスター積層体
を経済的に使用でき、更に、セル充電サイクル中にイオンバイパス及び金属リチ
ウムめっきが起こらないようにするのに十分な電極間セパレータ縁部材料を直接
形成できる。その結果、本発明は、時間及び材料の大幅な節約、並びに積層ポリ
マーセル電池の使用で最初に考えられていたセル効率及び容量の増大を実現でき
る。
【0010】
本発明のプロセスでは、電池セルエレメントの形成及び積層は、上掲の明細書
に記載されている方法で、加熱した圧力ローラーを使用して行われ、これにより
一体の大きな面積又は連続シートマスターセル積層体が形成され、ここから個々
の単セル電池を切断できる。しかしながら、本発明は、従来行われてきたパンチ
切断又は垂直方向チョッピング作業とは異なり、横方向スライス作業を使用する
。この横方向スライス作業では、積層体層の平面に対して垂直方向から所定角度
に設定された平面内で積層体を通して切断ブレードを引っ張る。
に記載されている方法で、加熱した圧力ローラーを使用して行われ、これにより
一体の大きな面積又は連続シートマスターセル積層体が形成され、ここから個々
の単セル電池を切断できる。しかしながら、本発明は、従来行われてきたパンチ
切断又は垂直方向チョッピング作業とは異なり、横方向スライス作業を使用する
。この横方向スライス作業では、積層体層の平面に対して垂直方向から所定角度
に設定された平面内で積層体を通して切断ブレードを引っ張る。
【0011】
この切断作業により、任意の形状又は大きさを持ち、エレメント層の縁部が隣
接した層材料を汚染することが実質的にないばかりでなく、断面寸法が夫々の層
自体の厚さよりも十分大きい個々のセルが得られる。この方法では、セパレータ
層による電極間縁部間隔を大きくすることによって、リチウムイオンバイパス及
び金属めっきを生じる傾向をなくす。
接した層材料を汚染することが実質的にないばかりでなく、断面寸法が夫々の層
自体の厚さよりも十分大きい個々のセルが得られる。この方法では、セパレータ
層による電極間縁部間隔を大きくすることによって、リチウムイオンバイパス及
び金属めっきを生じる傾向をなくす。
【0012】
本発明を添付図面を参照して説明する。
【0013】
上文中で言及することにより本明細書中に組み込んだ特許に記載された技術上
の発展により、有用な積層型リチウム−イオンセル電池が安価に入手できるよう
になっている。このようなセル10の代表的な構造を図1に示す。これは、本質
的には、陽極層エレメント13及び陰極層エレメント17を含み、電子絶縁性で
イオン透過性のセパレータエレメント15がこれらのエレメント間に配置されて
いる。セパレータエレメントは、例えば微孔質ポリマー母材でできている。この
母材は、好ましくは、リチウム塩電解質溶液を容易に吸収するポリ弗化ビニリデ
ンコポリマーでできている。これらの電極エレメントは、夫々、リチウム化した
内位添加化合物、例えばLix Mn2 O4 及びリチウムイオンを可逆的に内位添
加できる相補的材料、例えば石油コークス又はグラファイトの形態の炭素を含み
、これらは、例えば上掲のコポリマーでできたポリマー母材に微粒子として各々
分散される。好ましくは夫々アルミニウム製及び銅製の導電性集電器11、19
を熱積層法によって電極エレメント13、17の夫々に結合し、電極部材を形成
し、これらの電極部材を同様の方法でセパレータエレメント15に結合し、一体
の電池セルを形成する。これに続いてリチウム塩溶液電解質の組み込み中等で行
われるセルの加工を容易にするため、集電器エレメント11、19は、好ましく
は流体に対して透過性であり、網状エキスパンドメタルグリッドの形態をなして
いる。
の発展により、有用な積層型リチウム−イオンセル電池が安価に入手できるよう
になっている。このようなセル10の代表的な構造を図1に示す。これは、本質
的には、陽極層エレメント13及び陰極層エレメント17を含み、電子絶縁性で
イオン透過性のセパレータエレメント15がこれらのエレメント間に配置されて
いる。セパレータエレメントは、例えば微孔質ポリマー母材でできている。この
母材は、好ましくは、リチウム塩電解質溶液を容易に吸収するポリ弗化ビニリデ
ンコポリマーでできている。これらの電極エレメントは、夫々、リチウム化した
内位添加化合物、例えばLix Mn2 O4 及びリチウムイオンを可逆的に内位添
加できる相補的材料、例えば石油コークス又はグラファイトの形態の炭素を含み
、これらは、例えば上掲のコポリマーでできたポリマー母材に微粒子として各々
分散される。好ましくは夫々アルミニウム製及び銅製の導電性集電器11、19
を熱積層法によって電極エレメント13、17の夫々に結合し、電極部材を形成
し、これらの電極部材を同様の方法でセパレータエレメント15に結合し、一体
の電池セルを形成する。これに続いてリチウム塩溶液電解質の組み込み中等で行
われるセルの加工を容易にするため、集電器エレメント11、19は、好ましく
は流体に対して透過性であり、網状エキスパンドメタルグリッドの形態をなして
いる。
【0014】
代表的な従来技術のセル構造の製造方法を図2に示す。この図では、予め積層
させた陽極複合電極部材及び陰極複合電極部材は、集電器グリッド及び電極エレ
メント21、23、及び27、29を夫々含む。電極エレメント23、27より
も大きな周囲寸法を持つように切断したポリマー製セパレータ層エレメント25
を、その縁部が電極エレメント23、27の縁部を越えて延びるように、これら
のエレメント間で位置合わせし、注意深く整合させる。次いで、熱及び圧力を矢
印の方向に加えた状態でこの組立体を積層させ、一体の電池セルを形成する。セ
パレータ層エレメントの外方に延びる縁部26の目的は、夫々の電極層材料の不
要ビット(extraneous bits)間の短絡接触の機会を最少にする
こと、並びに充電中にセパレータ縁部周囲でリチウムイオンバイパスが生じない
ようにし、及びかくして金属リチウムが陰極エレメント27のイオンで飽和した
縁部28のところにメッキ状部分を形成することがないようにするため、露呈さ
れたセパレータ縁部表面26での電極エレメント23、27間に過剰に長い経路
を形成することである。このようにオーバーサイズのセパレータエレメントを使
用することに加え、陽極電極23の厚さと化学量論的に均衡した以上の電極エレ
メントの厚さ28の形態の余分な陰極電極材料を提供することは一般的に行われ
てこなかった。このようなセパレータ25及び陰極電極エレメント27の材料の
量の増大は、阻止を行うための手段として役立つに過ぎず、電池の機能に直接的
に寄与することはなく、電池セルの比容量を減少させる。
させた陽極複合電極部材及び陰極複合電極部材は、集電器グリッド及び電極エレ
メント21、23、及び27、29を夫々含む。電極エレメント23、27より
も大きな周囲寸法を持つように切断したポリマー製セパレータ層エレメント25
を、その縁部が電極エレメント23、27の縁部を越えて延びるように、これら
のエレメント間で位置合わせし、注意深く整合させる。次いで、熱及び圧力を矢
印の方向に加えた状態でこの組立体を積層させ、一体の電池セルを形成する。セ
パレータ層エレメントの外方に延びる縁部26の目的は、夫々の電極層材料の不
要ビット(extraneous bits)間の短絡接触の機会を最少にする
こと、並びに充電中にセパレータ縁部周囲でリチウムイオンバイパスが生じない
ようにし、及びかくして金属リチウムが陰極エレメント27のイオンで飽和した
縁部28のところにメッキ状部分を形成することがないようにするため、露呈さ
れたセパレータ縁部表面26での電極エレメント23、27間に過剰に長い経路
を形成することである。このようにオーバーサイズのセパレータエレメントを使
用することに加え、陽極電極23の厚さと化学量論的に均衡した以上の電極エレ
メントの厚さ28の形態の余分な陰極電極材料を提供することは一般的に行われ
てこなかった。このようなセパレータ25及び陰極電極エレメント27の材料の
量の増大は、阻止を行うための手段として役立つに過ぎず、電池の機能に直接的
に寄与することはなく、電池セルの比容量を減少させる。
【0015】
積層型電池セルの代表的なポリマー化合物及び本発明で有用なエレメント層は
、上文中で言及した明細書に記載されているものと同様であり、以下の例におけ
るように提供できる。
、上文中で言及した明細書に記載されているものと同様であり、以下の例におけ
るように提供できる。
【0016】
例1
セパレータエレメントコーティング溶液は、88:12の弗化ビニリデン(V
dF):約380×103 MWのヘキサフルオロプロピレン(HFP)コポリマ
ー(カイナールフレックス(Kynar FLEX)、アトケム社)の30重量
部、及び20部のシラン化したヒュームドシリカを約200部のアセトンに懸濁
し、この混合物に約40部分のジブチルフタレン(DBP)可塑剤を加えること
によって準備される。完成した混合物を約40℃まで加熱し、コポリマーの溶解
を促し、実験室用ボールミル内で約6時間に亘って均質化する。結果的に得られ
たスラリーの一部をガラス板にここから約0.5mm離したドクターブレード装
置でコーティングする。アセトンコーティングビヒクルを乾燥空気が中程度で流
れた室温のコーティング閉鎖容器内で約10分間に亘って蒸発させ、ガラス板か
ら引き剥がされる丈夫で可撓性の可塑化フィルムを形成する。厚さが約0.1m
mのフィルムを矩形のセパレータエレメントに切断する。
dF):約380×103 MWのヘキサフルオロプロピレン(HFP)コポリマ
ー(カイナールフレックス(Kynar FLEX)、アトケム社)の30重量
部、及び20部のシラン化したヒュームドシリカを約200部のアセトンに懸濁
し、この混合物に約40部分のジブチルフタレン(DBP)可塑剤を加えること
によって準備される。完成した混合物を約40℃まで加熱し、コポリマーの溶解
を促し、実験室用ボールミル内で約6時間に亘って均質化する。結果的に得られ
たスラリーの一部をガラス板にここから約0.5mm離したドクターブレード装
置でコーティングする。アセトンコーティングビヒクルを乾燥空気が中程度で流
れた室温のコーティング閉鎖容器内で約10分間に亘って蒸発させ、ガラス板か
ら引き剥がされる丈夫で可撓性の可塑化フィルムを形成する。厚さが約0.1m
mのフィルムを矩形のセパレータエレメントに切断する。
【0017】
例2
陽極化合物は、53μmの篩をかけた65重量部のLix Mn2 O4 (ここで
1<x≦2、例えば米国特許第5,266,299号に記載された方法で調製し
たLi1.05Mn2 O4 )、10重量部の例1のVdF:HFPコポリマー(フレ
ックス2801)、18.5部のジブチルフタレート、6.5部の導電性炭素(
スーパーPブラック(Super−P Black)ベルギーのMMMカーボン
社)、及び約100部のアセトンを含む混合物を、蓋でカバーしたステンレス鋼
製の配合器内で2500rpmで約10分間に亘って均質化することによって調
製される。混合容器に減圧を短時間に亘って加えることによって、結果的に得ら
れたスラリーを脱泡し、次いで一部をガラス板にここから約0.4mm離したド
クターブレードで塗布する。塗布層を乾燥空気が中程度で流れた室温のコーティ
ング閉鎖容器内で約10分間に亘って乾燥させ、ガラス板から引き剥がされる丈
夫で可撓性の可塑化フィルムを形成する。粒子状活性内位添加材料を約65重量
%含むフィルムは厚さが約0.12mmであり、矩形の電極エレメントに容易に
切断される。
1<x≦2、例えば米国特許第5,266,299号に記載された方法で調製し
たLi1.05Mn2 O4 )、10重量部の例1のVdF:HFPコポリマー(フレ
ックス2801)、18.5部のジブチルフタレート、6.5部の導電性炭素(
スーパーPブラック(Super−P Black)ベルギーのMMMカーボン
社)、及び約100部のアセトンを含む混合物を、蓋でカバーしたステンレス鋼
製の配合器内で2500rpmで約10分間に亘って均質化することによって調
製される。混合容器に減圧を短時間に亘って加えることによって、結果的に得ら
れたスラリーを脱泡し、次いで一部をガラス板にここから約0.4mm離したド
クターブレードで塗布する。塗布層を乾燥空気が中程度で流れた室温のコーティ
ング閉鎖容器内で約10分間に亘って乾燥させ、ガラス板から引き剥がされる丈
夫で可撓性の可塑化フィルムを形成する。粒子状活性内位添加材料を約65重量
%含むフィルムは厚さが約0.12mmであり、矩形の電極エレメントに容易に
切断される。
【0018】
例3
陰極化合物は、65重量部の商業的石油コークス(MCMB 25−10、大
阪ガス)、10重量部の例1のVdF:HFPコポリマー(フレックス2801
)、21.75部のジブチルフタレート、3.25部のスーパーP導電性炭素、
及び約100部のアセトンを含む混合物を、蓋でカバーしたステンレス鋼製の配
合器内で2500rpmで約10分間に亘って均質化することによって調製され
る。結果的に得られたスラリーを脱泡し、次いで一部をガラス板にここから約0
.5mm離したドクターブレードで塗布する。塗布層を乾燥空気が中程度で流れ
た室温のコーティング閉鎖容器内で約10分間に亘って乾燥させ、ガラス板から
容易に引き剥がされる丈夫で可撓性の可塑化フィルムを形成する。粒子状活性内
位添加材料を約65重量%含むフィルムは厚さが約0.15mmであり、矩形の
電極エレメントに容易に切断される。
阪ガス)、10重量部の例1のVdF:HFPコポリマー(フレックス2801
)、21.75部のジブチルフタレート、3.25部のスーパーP導電性炭素、
及び約100部のアセトンを含む混合物を、蓋でカバーしたステンレス鋼製の配
合器内で2500rpmで約10分間に亘って均質化することによって調製され
る。結果的に得られたスラリーを脱泡し、次いで一部をガラス板にここから約0
.5mm離したドクターブレードで塗布する。塗布層を乾燥空気が中程度で流れ
た室温のコーティング閉鎖容器内で約10分間に亘って乾燥させ、ガラス板から
容易に引き剥がされる丈夫で可撓性の可塑化フィルムを形成する。粒子状活性内
位添加材料を約65重量%含むフィルムは厚さが約0.15mmであり、矩形の
電極エレメントに容易に切断される。
【0019】
例4
上述のエレメントを含む単セル電池は、従来技術に従って図2に示す方法で以
下のように製造される。アルミ箔21でできた開放メッシュグリッド形態の厚さ
が約30μmの陽極集電器21(例えば、マイクログリッド・精密イクスパンド
ホイル、デルカー社)を約80mm×40mmに裁断する。関連した電極エレメ
ント層への付着性を高めるため、及び接触抵抗を改善するため、グリッド21は
、苛性洗浄等によって表面から酸素が除去してあり、MMMスーパーP等の商業
的電池等級の導電性カーボン黒を、商業的に入手できる、アクリル酸を含むポリ
エチレンのコポリマーの水性懸濁液、例えばモートン・インターナショナル・ア
ドコートプライマー50C12に分散させた導電性下塗り化合物で浸漬コーティ
ングしてある。流体化合物は、グリッドの網状の性質を保持するために十分に薄
く、グリッド構造上で空気乾燥され、約1μm乃至5μmの厚さのコーティング
を形成する。
下のように製造される。アルミ箔21でできた開放メッシュグリッド形態の厚さ
が約30μmの陽極集電器21(例えば、マイクログリッド・精密イクスパンド
ホイル、デルカー社)を約80mm×40mmに裁断する。関連した電極エレメ
ント層への付着性を高めるため、及び接触抵抗を改善するため、グリッド21は
、苛性洗浄等によって表面から酸素が除去してあり、MMMスーパーP等の商業
的電池等級の導電性カーボン黒を、商業的に入手できる、アクリル酸を含むポリ
エチレンのコポリマーの水性懸濁液、例えばモートン・インターナショナル・ア
ドコートプライマー50C12に分散させた導電性下塗り化合物で浸漬コーティ
ングしてある。流体化合物は、グリッドの網状の性質を保持するために十分に薄
く、グリッド構造上で空気乾燥され、約1μm乃至5μmの厚さのコーティング
を形成する。
【0020】
約80mm×40mmの切片を切り出して陽極エレメント23を形成し、次い
でこれをグリッド21と位置合わせして組み立て、組立体を、約120℃乃至2
50℃の商業的熱−圧力ローラーカード積層装置で積層し、複合陽極部材21、
23を形成する。例3のフィルム及びマイクログリッド(MicroGrid)
エキスパンド銅箔シートから陰極エレメント27及び集電器エレメント29を夫
々80mm×40mmに切断し、これらを同様に積層して複合陰極部材27、2
9を形成する。例1のフィルムの切片を約85mm×45mmに切断してセパレ
ータエレメント25を形成し、これを予め形成した複合電極部材間の中央に図2
に示すように位置合わせし、組立体を約100℃乃至120℃で積層し、一体の
電池セル構造を形成する。この一体の電池セル構造では、セパレータ25が縁部
26のところで電極部材の周囲を越えて約2.5mm延長してある。その後、可
塑剤から取り出し、電解質溶液で膨潤し、上掲の文献に記載された方法で気密封
止する。
でこれをグリッド21と位置合わせして組み立て、組立体を、約120℃乃至2
50℃の商業的熱−圧力ローラーカード積層装置で積層し、複合陽極部材21、
23を形成する。例3のフィルム及びマイクログリッド(MicroGrid)
エキスパンド銅箔シートから陰極エレメント27及び集電器エレメント29を夫
々80mm×40mmに切断し、これらを同様に積層して複合陰極部材27、2
9を形成する。例1のフィルムの切片を約85mm×45mmに切断してセパレ
ータエレメント25を形成し、これを予め形成した複合電極部材間の中央に図2
に示すように位置合わせし、組立体を約100℃乃至120℃で積層し、一体の
電池セル構造を形成する。この一体の電池セル構造では、セパレータ25が縁部
26のところで電極部材の周囲を越えて約2.5mm延長してある。その後、可
塑剤から取り出し、電解質溶液で膨潤し、上掲の文献に記載された方法で気密封
止する。
【0021】
上掲の例に記載の多数回の作業及び繰り返し取り扱い、及び加工工程は、代表
的には、当該産業で従来行われてきた電池セル製造方法に含まれる非効率的方法
である。セルの容量及び長期に亘る使用性に及ぼされる上文中に説明した欠点と
ともに、これらの非効率を解消するためには、所望のポリマー積層電池を経済的
に製造しなければならない。
的には、当該産業で従来行われてきた電池セル製造方法に含まれる非効率的方法
である。セルの容量及び長期に亘る使用性に及ぼされる上文中に説明した欠点と
ともに、これらの非効率を解消するためには、所望のポリマー積層電池を経済的
に製造しなければならない。
【0022】
これまで行われてきたのとは対照的に、本発明で具体化した方法は、以下の例
に示す迅速で効率的で経済的なポリマー電池セル製造を提供する。 例5 第1乃至4の例のセパレータ、電極、及び集電器エレメントのシートの切片を
同じ大きさに切出し、積層し、図1に示す一体のマスターセルシート10を形成
する。予め位置合わせを行う例4の製造方法に関して上文中に必要とされたよう
なこれらのエレメントの相対的な大きさについての制限がないため、マスターシ
ートを、例えば米国特許第5,460,904号に記載された効率的な連続ウェ
ブ手順で形成できる。
に示す迅速で効率的で経済的なポリマー電池セル製造を提供する。 例5 第1乃至4の例のセパレータ、電極、及び集電器エレメントのシートの切片を
同じ大きさに切出し、積層し、図1に示す一体のマスターセルシート10を形成
する。予め位置合わせを行う例4の製造方法に関して上文中に必要とされたよう
なこれらのエレメントの相対的な大きさについての制限がないため、マスターシ
ートを、例えば米国特許第5,460,904号に記載された効率的な連続ウェ
ブ手順で形成できる。
【0023】
約80mm×40mmの所望の周囲寸法の一枚の電池セルを、ブレードがマス
ターシートの平らな主面の垂直方向から角度14に設定された直交した横方向ス
ライス切断機によって、仮想案内線12に沿って切断する。次いで、結果的に得
られた電池セル構造を加工し、電解質溶液を組み込み、従来のセルと同様にパッ
ケージし、リサイクル寿命が長く且つエネルギ貯蔵容量が一貫して高い蓄電池を
提供する。
ターシートの平らな主面の垂直方向から角度14に設定された直交した横方向ス
ライス切断機によって、仮想案内線12に沿って切断する。次いで、結果的に得
られた電池セル構造を加工し、電解質溶液を組み込み、従来のセルと同様にパッ
ケージし、リサイクル寿命が長く且つエネルギ貯蔵容量が一貫して高い蓄電池を
提供する。
【0024】
スライス切断を行うこの独特の方法は、従来の電池セルで一般的な困難をもた
らす問題のある層破壊−圧縮力をなくし、重要なことには、角度をなしたセル縁
部表面32(図3参照)を提供する。これは、リチウムイオンのバイパスを阻止
するための細長いセパレータ層縁部36を提供し、稀なバイパスイオンを吸収し
且つ有害な金属めっきが生じないようにするため、陰極エレメント37の細長い
縁部34に内位添加材料の追加メージャー(added measure)を露
呈する。
らす問題のある層破壊−圧縮力をなくし、重要なことには、角度をなしたセル縁
部表面32(図3参照)を提供する。これは、リチウムイオンのバイパスを阻止
するための細長いセパレータ層縁部36を提供し、稀なバイパスイオンを吸収し
且つ有害な金属めっきが生じないようにするため、陰極エレメント37の細長い
縁部34に内位添加材料の追加メージャー(added measure)を露
呈する。
【0025】
セル層縁部の延長の程度は、マスターセル構造を通るスライス切断角度の関数
である。これは、36等のこれらの縁部が、トリミングを施したセル材料で仮想
部38におけるように除去された三角形層区分の斜辺と定義されるためである。
この角度は、約30°乃至60°であるのが好ましいということがわかっている
。この角度は、セル構造を過度に弱くすることなく、縁部を約16%乃至100
%延長する。延長を約22%乃至56%にする約35°乃至50°の角度が特に
好ましいということがわかっている。
である。これは、36等のこれらの縁部が、トリミングを施したセル材料で仮想
部38におけるように除去された三角形層区分の斜辺と定義されるためである。
この角度は、約30°乃至60°であるのが好ましいということがわかっている
。この角度は、セル構造を過度に弱くすることなく、縁部を約16%乃至100
%延長する。延長を約22%乃至56%にする約35°乃至50°の角度が特に
好ましいということがわかっている。
【0026】
電池セルの縁部を本発明に従って角度をなしてトリミングするための器具は、
写真用飾り縁の切断で使用されるような片手で持つ簡単な平ブレード装置から、
カッターが取り付けられたコンピューター制御式X−Yプロッターシステムまで
の様々なレベルの複雑さで商業的に入手できる。比較的精巧な種類のこれらの器
具では、切断エレメントは、可動ブレードの形態であるか或いはプラズマジェッ
トやレーザービーム等のアブレーティブ(ablative)装置の形態である
のがよい。このように、円形から多角形までの考え得る大きさ及び形状の単セル
電池を使用用途の必要条件に合わせて容易に且つ迅速に製造できる。
写真用飾り縁の切断で使用されるような片手で持つ簡単な平ブレード装置から、
カッターが取り付けられたコンピューター制御式X−Yプロッターシステムまで
の様々なレベルの複雑さで商業的に入手できる。比較的精巧な種類のこれらの器
具では、切断エレメントは、可動ブレードの形態であるか或いはプラズマジェッ
トやレーザービーム等のアブレーティブ(ablative)装置の形態である
のがよい。このように、円形から多角形までの考え得る大きさ及び形状の単セル
電池を使用用途の必要条件に合わせて容易に且つ迅速に製造できる。
【0027】
本発明の他の実施例及び変形例は、以上の記載から当業者には容易に理解され
るということは予想されよう。このような実施例及び変形例は、特許請求の範囲
に記載された本発明の範疇に含まれる。
るということは予想されよう。このような実施例及び変形例は、特許請求の範囲
に記載された本発明の範疇に含まれる。
【図1】
本発明を適用する上で有用な代表的な積層リチウムイオン電池セル構造の断面
斜視図である。
斜視図である。
【図2】
従来技術の積層リチウムイオン電池セル構造の形成方法での最終工程を示す断
面図である。
面図である。
【図3】
本発明による積層リチウムイオン電池セル構造を表す断面図である。
10 セル
11 集電器エレメント
13 電極エレメント
15 セパレータエレメント
17 電極エレメント
19 集電器エレメント
【手続補正書】
【提出日】平成13年12月11日(2001.12.11)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
Claims (7)
- 【請求項1】 陽極層エレメント及び陰極層エレメント、及びこれらのエレ
メント間に配置されたセパレータ層エレメントを含み、これらのエレメントの各
々は可撓性ポリマー母材フィルム化合物を含み、周縁を有し、隣接したエレメン
トに夫々の界面で結合されて一体の多層平面電池セル構造を形成する、蓄電池セ
ルの製造方法において、 a)前記エレメント層の縁部は少なくとも一つの共通の平面内にあり、 b)前記少なくとも一つの平面は、前記構造の平らな主面の垂直方向から所定角
度で前記セル構造を通して平らなスライス切断部を形成することによって形成さ
れる、方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、複数対の前記切断部が交差
し、電池セル周囲を形成する、方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の方法において、前記角度は約30°乃至6
0°の範囲内にある、方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の方法において、前記角度は約35°乃至5
0°の範囲内にある、方法。 - 【請求項5】 請求項1に記載の方法において、前記切断は、固定ブレード
装置又は可動ブレード装置によって行われる、方法。 - 【請求項6】 請求項1に記載の方法において、前記切断は、アブレーティ
ブ装置によって行われる、方法。 - 【請求項7】 陽極層エレメント及び陰極層エレメント、及びこれらのエレ
メント間に配置されたセパレータ層エレメントを含み、これらのエレメントの各
々は可撓性ポリマー母材フィルム化合物を含み、周縁を有し、隣接したエレメン
トに夫々の界面で結合されて一体の多層平面電池セル構造を形成する、蓄電池セ
ルにおいて、 a)前記エレメント層の縁部は少なくとも一つの共通の平面内にあり、 b)前記少なくとも一つの平面は、前記構造の平らな主面の垂直方向から所定角
度に配置されている、蓄電池セル。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/316,120 US6132477A (en) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | Method of making laminated polymeric rechargeable battery cells |
US09/316,120 | 1999-05-20 | ||
PCT/US2000/013449 WO2000072394A1 (en) | 1999-05-20 | 2000-05-17 | Method of making laminated polymeric rechargeable battery cells |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003500823A true JP2003500823A (ja) | 2003-01-07 |
Family
ID=23227555
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000620689A Withdrawn JP2003500823A (ja) | 1999-05-20 | 2000-05-17 | 積層ポリマー蓄電池セルの製造方法 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6132477A (ja) |
EP (1) | EP1200999A1 (ja) |
JP (1) | JP2003500823A (ja) |
KR (1) | KR20020030741A (ja) |
CN (1) | CN1355943A (ja) |
AU (1) | AU5020900A (ja) |
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TW (1) | TW480765B (ja) |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013534699A (ja) * | 2010-06-24 | 2013-09-05 | フルイディック,インク. | 階段状スキャフォールド燃料アノードを備える電気化学セル |
JPWO2020013295A1 (ja) * | 2018-07-13 | 2021-07-15 | 日立造船株式会社 | 全固体二次電池の製造設備 |
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AU7951300A (en) * | 1999-10-22 | 2001-04-30 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Method for producing material for electrode for lithium cell |
DE10219424A1 (de) * | 2002-05-02 | 2003-11-20 | Varta Microbattery Gmbh | Galvanisches Element mit dünnen Elektroden |
TWI223903B (en) | 2002-06-05 | 2004-11-11 | Reveo Inc | Layered electrochemical cell and manufacturing method therefor |
JP4830250B2 (ja) * | 2002-06-12 | 2011-12-07 | 日産自動車株式会社 | 組電池 |
ES2293000T3 (es) * | 2002-08-16 | 2008-03-16 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Peliculas y estructuras compuestas de peliculas provistas de un patron de troquelado, especialmente para la fabricacion de componentes electroquimicos. |
CN102290605A (zh) * | 2006-07-18 | 2011-12-21 | 西姆贝特公司 | 用于固态微电池光刻制造、切单和钝化的方法和设备 |
KR101104315B1 (ko) * | 2009-09-22 | 2012-01-12 | 주식회사 보고스 | 낚시 게임기 |
JP2013211142A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Kojima Press Industry Co Ltd | リチウムイオン二次電池 |
KR101764841B1 (ko) * | 2013-02-13 | 2017-08-04 | 주식회사 엘지화학 | 경사 구조의 전극조립체 및 이를 포함하는 전지셀 |
KR20210010430A (ko) * | 2018-05-14 | 2021-01-27 | 쇼와덴코머티리얼즈가부시끼가이샤 | 이차 전지용 전지 부재의 제조 방법, 및 이차 전지 |
CA3144095A1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-12-24 | The University Of British Columbia | Stretchable electrochemical cell |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4990413A (en) * | 1989-01-18 | 1991-02-05 | Mhb Joint Venture | Composite solid electrolytes and electrochemical devices employing the same |
JP3019421B2 (ja) * | 1990-12-28 | 2000-03-13 | ソニー株式会社 | 非水電解質二次電池 |
US5219680A (en) * | 1991-07-29 | 1993-06-15 | Ultracell Incorporated | Lithium rocking-chair rechargeable battery and electrode therefor |
US5547780A (en) * | 1993-01-18 | 1996-08-20 | Yuasa Corporation | Battery precursor and a battery |
US5460904A (en) * | 1993-08-23 | 1995-10-24 | Bell Communications Research, Inc. | Electrolyte activatable lithium-ion rechargeable battery cell |
-
1999
- 1999-05-20 US US09/316,120 patent/US6132477A/en not_active Expired - Fee Related
-
2000
- 2000-04-08 TW TW089106533A patent/TW480765B/zh not_active IP Right Cessation
- 2000-05-17 EP EP00932493A patent/EP1200999A1/en not_active Withdrawn
- 2000-05-17 KR KR1020017014741A patent/KR20020030741A/ko not_active Application Discontinuation
- 2000-05-17 CN CN00807800A patent/CN1355943A/zh active Pending
- 2000-05-17 JP JP2000620689A patent/JP2003500823A/ja not_active Withdrawn
- 2000-05-17 WO PCT/US2000/013449 patent/WO2000072394A1/en not_active Application Discontinuation
- 2000-05-17 AU AU50209/00A patent/AU5020900A/en not_active Abandoned
- 2000-05-17 CA CA002371488A patent/CA2371488A1/en not_active Abandoned
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---|---|
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