TW475297B - Nonaqueous electrolyte battery - Google Patents

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TW475297B
TW475297B TW089124654A TW89124654A TW475297B TW 475297 B TW475297 B TW 475297B TW 089124654 A TW089124654 A TW 089124654A TW 89124654 A TW89124654 A TW 89124654A TW 475297 B TW475297 B TW 475297B
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absorbable
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laminated film
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Tsuyonobu Hatazawa
Tomitaro Hara
Takahiro Endo
Kazuhito Hatta
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Sony Corp
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Description

五、發明說明（i 發明背.景 本發明有關-種非水性電解 含在由層_組成之外覆蓋丨中-種電池元件包 攜=等子整合相機之VTR'蜂巢式電話與可 烈需求’作爲體:;重量之強 或可求二:行:底― 電解電池(所謂鋰電池)。 |特別的疋，非水性 的 級 電Γί極二=質作爲上述可招疊型電池之 凝膠-解π ? 由包含增塑劑之固態電解質組成 取二“貝’Μ-種包括鋰鹽溶解於高級聚合物中之高 聚合物固態電解質已成爲注意焦點。 “ 二；Γ稀ί 了達成減少電池體積與重量’“進行研 九以發展一種電池，其包括一個抖 Μ厭r、、不 。括個封裝於-種塑料膜或所謂 塑 曰壓膜内以池元件，該膜係將一層金屬膜層壓 料膜所製得。 習 之 若 正 之 壓 然而，所謂層S膜具有某些問題。就使用金屬容器之 用電池而言，即使該電池中之壓力升高，具有高度剛性 金屬容器稍微變形《反之，就使用層壓膜之電池而言， 因控制電路致使該電池不正確充電或放電，或者置於不 常高溫環境下，因爲該電池構成材料不正常反應所產生 氣體之故，致使電池内之壓力提高，該具有低剛性之層 膜可能會潤脹。 曰 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) A7 、發明說明（2 發，總結 池本發明目的之一係提出一種非水性電解電池，即使該電 内 < 電池元件中產生氣體，其仍可避免由層壓膜组成之 外覆蓋構件潤脹。 兩寫了達成上述目的，根據本發明，提出一種非水性電解 :池^其包括包含在一種由層壓膜組成之外覆蓋構件中的 :j 7L件，並藉由熱密封密封於其中，以及一種插入該外 设f構件最外層與該電池元件間之可吸收氣體材料。 藉由此種構造，因爲孩可吸收氣體材料置入於該外覆蓋 ^件最外層與孩電池元件之間，即使該電池遭遇不正常環 二兄改夂（例如不正常溫度上升）時·該電池元件内產生氣體， 成氣體會吸附在該可吸收氣體材料中，因而避免該外覆蓋 構件被氣體潤脹。 ^ 圖式簡述 一圖1係根據本發明非水性電解電池之放大透視圖，其顯 示電池元件裝配於外覆蓋前之狀態； +圖2係圖i所示非水性電解電池之透視略圖，其顯示該 電池元件裝配於外覆蓋後之狀態； 圖3係顯示以一種可吸收氣體材料覆蓋該電池元件整體 表面狀態之透視略圖； 圖4係顯示圖3所示狀態體積損失部分之前視圖、俯視 圖側視圖，該狀態中以一種可吸收氣體材料覆蓋該電池元 件整體表面； 圖5係顯示將事先經模製之可吸收氣體材料裝配於該電 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 的裝--------訂--- 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 ) 池元件之狀態的透視略圖； 圖6係顯示藉由將一種包含可吸收氣體材 ㈣，於外覆蓋構件與該電池元件之^於該空 吸收氣體材料之狀態透視略圖； 圖7係顯示具有一層可吸收氣體層之層壓膜橫剖面圖. 圖8係顯示具有可吸收氣體層之其他層壓膜橫剖面圖； 圖9係顯示實施例i、2與3中製造之繞组型電池元件尺 寸透視略圖；以及 圖1 〇係顯示實施例4、5與6中製i止夕伞to 丨丨+ 寸透視略圖。 巾“〈千坦型電池元件尺 較佳具體實例詳述 · 下又，炫參考圖式描述本發明非水性電解電池之具體實 以-種具有圖！與2所示構造之固態電解電池或凝膠電 解電池代表本發明之非水性電解電池。參考此等圖式，電 池疋件1包含在通常爲層壓膜之外覆蓋構件2内，電池元 件1包括-種置於陽極活性物質與陰極活性物質間之固能 電解質或凝膠電解質，並藉由熱密封黏合外覆蓋構件 圍並密封於其中。 電池元件1具有與電池元件i之陰極電連接的陰極終端 引線3 ’以及與電池元们之陽極電連接之陽極終端引線 4。將陰極與陽極終端引線3與4引至外覆蓋構件之外。 在本具⑯貝例（非水性電解電池中，將可吸收氣體構件 5與6插入作爲外覆蓋構件2之層壓膜最外層與電池 五、發明說明（4 ) 至少一或多個平面之間。在圖1與2所示之實施例中，電 池元件1係繞組型，而上述電池元件1之至少_或多個平 面係由電池元件1兩個繞組末端平面説明。藉由插入此等 可吸收氣體構件5與6，若因爲諸如不正常溫度升高之不 正常環境改變或過度充電致使電池元件i中產生氣體，該 氣體會吸附在可吸收氣體構件5與6内，從而避免該電池 因外覆蓋構件2潤脹而變形。可吸收氣體構件5與6各由一 種可吸收氣體材料與一種樹脂材料製成。 该可吸收氣體材料係以一種孔狀金屬化合物或孔狀碳材 料爲代表。該孔狀金屬化合物之實例包括沸石、氧化鋁、 分子篩、氧化鈦、矽膠與氧化锆.。該孔狀碳材料之實例包 括活性碳與碳分子篩。 除了上述孔狀金屬化合物或孔狀碳材料以外，可以使用 選自硫酸鎂、氯化鈣與五氧化磷之金屬化合物，或是選自
Ni'Pt'Pd'Ca'Sr'Ba'Ti'Zr'Hf'V'Nb、
Ta、Cr、Mo、W與Fe之金屬作爲該可吸收氣體材料。 上述可吸收氣體材料可平獨使用或合併使用。 因爲電池元件1之組件與氣體產生量視作爲凝膠電解質 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剩农 層之電解質鹽與電解質溶劑種類與數量而定，所以欲插入 t可吸收氣體材料種類與數量受該電解質構型與其反應量 影響很大。 、以下列實驗方式解釋可吸收氣體材料之種類與數量選擇 視電解質種類與其反應量而定。 使用uc〇〇2作爲陽極活性物質與石墨作爲陰極活性物 475297 A7 . --------B7 ___ 五、發明說明（5 ) 質，並使用1.5公斤電解質溶液，製造一種5〇〇毫安培等 級之樣本電池。此實驗中，將作爲電解質鹽之LiPF6溶解 於一種作爲電解質溶劑之碳酸伸丙酯中，製備該電解質溶 液，其於1.0莫耳/公斤濃度下顯示與石墨高度反應性。以 4.35伏過渡充電該樣本電池後，於i〇(rc下放置1 〇〇小 時’使用GC-MS (氣體層析分光光度計）分析該樣本電池 所產生之氣體。結果，發現反應之碳酸伸丙酯約爲插入導 量之10% ’該氣體主要包含二氧化碳、丙烷、丙烯與蒸發 未反應碳酸伸丙§旨。 將該樣本電池冷卻至原有溫度之後，亦分析留在該樣本 電池中之氣體。結果，發現存在·略少於丨.5克碳酸伸丙酯 電解質溶液1 〇%由反應產生之二氧化碳、丙烷與丙烯作爲 該氣體，组份。此實驗中，證實由約10%電解質溶液反應 (或分解）產生之上述氣體組份幾乎可以完全吸附在〇 〇7克 吸附表面積約3000平方米/克之5 A碳分子篩。此意指，在 使用0.7克5 A碳分子篩作爲可吸收氣體材料之情況下，即 使該碳酸伸丙酯電解質溶液幾乎1 〇〇〇/。分解，由此種分解 作用產生之氣體組份可以吸附在該可吸收氣體材料中。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 上述實驗中，結合對彼此具有高度反應性之材料製造該 樣本電池；然而，實際上，電池係結合對彼此反應性低之 材料所製造。因此，就實際電池而言，可吸收氣體材料之 插入數量少於作爲可吸收氣體材料之5 A碳分子篩上述實 驗測定量。 該可吸收氣體材料之最佳種類與數量受電池之構成材料 __— 二8 —__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 475297 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（6 ) 組合影響相當大，其必須自實際觀 m點針對各種電池來選 用。 作爲爲可吸收氣體構件5與6之樹脂材料可爲選自聚乙 缔、聚丙晞、聚對苯二甲酸伸乙酉旨、聚酿亞胺、聚酿㈣ 亞胺、聚醯胺、聚伸苯基硫醚、⑸氟乙烯·過氟烷基乙烯 基醚共聚物、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙晞、氟化乙晞-聚 丙烯共？r物、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚氟乙烯、環氧樹 脂、丙晞酸樹脂與甲基丙晞酸樹脂中至少一或多種。 、 作爲可吸收氣體構件5與6之樹脂材料亦可爲一或多種 父聯樹脂。作爲該矽烷樹脂之單體實例可包括（甲基）丙埽 酸2-羥基乙酯、（甲基）丙晞酸2-羥基丙酯、（甲基）丙埽酸 甘油S旨、2 -丙晞酸酸胺-2 -甲基丙燒橫酸、績酸納-(甲基） 丙烯酸乙酯、（甲基）丙晞醯胺、（甲基）丙烯酸N，N-二甲基 胺基乙酯、（甲基）丙烯酸Ν，Ν·二乙基胺基乙酯、N -異丙 基丙烯醯胺、Ν，Ν-二甲基胺基丙基丙烯醯胺、（甲基）丙埽 酸、（甲基）丙烯酸鈉、2-(甲基）丙烯醯氧乙基琥珀酸、笨 二甲酸2-(甲基）丙烯醯氧乙酯、六氫苯二甲酸（甲基）丙埽 醯氧乙酯、ω _羧基-聚己内酯一丙烯酸酯、Ε 0改良磷酸 (甲基）丙晞酸、聚（甲基）丙晞酸乙二醇酯、丙晞醯嗎啉、 對苯乙烯磺酸、乙烯基磺酸、晞丙基磺酸、（甲基）丙缔酸 乙磺酸、（聚）二（甲基）丙烯酸乙二醇酯（例如Shin· Nakamura Chemical Co.，Ltd.所製，商標爲 NK Ester 八_
200、A-400、A-600、A-1000、4G、9G、14G 與 23G 者；以及由Kyoueisha Chemical Co·，Ltd.所裝’商標爲 -9 - ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） --------------------訂---------^__w— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 475297 A7 _____B7__ 五、發明說明（7 )
Light Ester 4 E G、9 E G、1 4 E G、9 E G - A 與 1 4 E G _ A 者）、（水）一（曱基）丙缔故乙·一醇酉旨（例如Shin-Nakamura
Chemical Co.，Ltd·所製，商標爲 NK Ester AMP-10G、AMP-20G、AMP-60 與 AMP-90G 者；以及由 Kyoueisha Chemical Co” Ltd·所製，商標爲 Light Ester MC、130MA 與 041MA 者）’與乙氧基化聚^一甲基丙締丙二旨（Shin-Nakamura
Chemical Co·，Ltd.所製，商標爲 NK Ester 1206PE)。可藉 由熱、紫外線、可見光、電子射線或輻射照射此等材料使 之硬化。 在採用照射紫外線作爲硬化方法情況下，可使用一種以 紫外線活化之材料作爲起始劑。此等起始劑之實例包括一 種硫化，諸如硫化甲基二硫代胺基甲酸鈉、一硫化四甲基 秋蘭姆、一硫化聯苯、一硫化或二硫化二苯並噻唑；塞噸 酮與其衍生物，諸如乙基塞噸酮、2-氯塞噸酮、二乙基塞 嘴酮或一異丙基塞嘲酮；一種重氮化合物，諸如膽、偶氮 異丁腈或重氮苯；芳族羰基化合物，諸如二苯乙醇酮、二 苯乙醇酮甲醚、二苯乙醇酮乙醚、二苯乙醇酮異丙醚、二 苯甲酮、二曱基胺基二苯甲酮、米榭爾氏酮、聯苯醯蒽 酉此、第二丁基蒽@昆、2-甲基蒽g昆、2-乙基蒽圈晃、2-胺基蒽 酉此、2-氣蒽酉昆、聯苯醯二甲基縮酮或二羥醋酸甲基苯酯； 一種苯乙酮衍生物，諸如1 _羥基環己基苯基酮、入羥基-2-甲基-1 -苯基丙-1-酮、4气2_羥基乙氧基）苯基羥基-2-丙基）酮、2,2-二乙氧基苯乙酮或2,2-甲氧基苯乙酮；二烷 基胺基苯酸酯，諸如苯酸4_二甲基胺基甲酯、苯酸4_二 -10 - 本紙張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297公爱） -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝 tr---------#· 475297 A7 五、發明說明（8 ) 曱基胺基乙酯、苯酸4 -二甲基胺基丁酯或苯酸4_二甲基 胺基異丙醋；一種過氧化物，諸如benzoil peroxide、過氧 化第一 丁基、過氧化一枯基或氫過氧化枯晞；一種0丫淀衍 生物’逢如9 -苯基p丫淀、9 -對甲氧基苯基u丫淀、9 -乙酿 基胺基4淀或苯並吖啶；_種吩嗪衍生物，諸如9，10_二 甲基苯吩嗅、9 -甲基苯吩嗪或ι〇_甲氧基苯吩喚；一種奎 口惡林衍生物，諸如4,4，，4\三甲氧基·2,3_二苯基喹噁啉； 2,4,5-三苯基咪唑二聚物；卣化酮；與一種醯化磷化物， 諸如氧化醯基膦或醯基膦酸酯。 在採用照射可見光作爲硬化方法的情況下，可使用一種 以可見光活化之材料作爲起始劑·。此等起始劑之實例包栝 2-硝基芴、2,4,6-三（三氣甲基）_1，3,5_三嗪、3-3，_羰基雙香 豆素以及硫代米榭爾氏酮。 .上述起始劑可單獨使用或併用。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印剔农 琢起始劑之添加量可在〇 · 〇 1至2 〇重量份數範圍内，在 〇 · 1至5重量份數範圍内爲佳。若該起始劑之添加數量少 於〇 · 0 1重量份數，該起始劑無法充分顯示促進交聯反應 之效果，結果交聯點降低，因此使所製造之交聯樹脂可能 變軟。同時，若該起始劑之添加量多於2 〇重量份數，該 起始劑增度促進交聯反應，結果使所製造之交聯容易變 脆，而且顏色改變。 在以照射紫外線作爲活化射線的情況下，可以使用一種 超高壓水銀燈、高壓水銀燈、一種金屬自化物燈、氣燈或 低壓殺菌燈作爲照射源。紫外線之照射量可設定在1 〇其 -11 -
A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 五、發明說明（9 ) 焦耳/平方厘米至10焦耳/平方厘米，此視單體種類與光 化學聚合起始劑之添加量而定。此情況中，爲了避免氧之 負面影響’可在一種惰性氣氛中，或是在使用玻璃或透明 薄膜阻斷該環境氣氛之狀態下進行紫外線之照射作用。 混合上述可吸收氣體材料之粉末與上述樹脂材料，並將 咸混合物硬化成適當形狀（例如板形），製得可吸收氣體構 件5與6。若選擇一種熱塑性樹脂作爲該樹脂材料，可將 琢可吸收氣體材料之樹脂材料捏合、擠出模製或射出模製 成所需形狀。 以孩樹脂材料重量爲基準，該可吸收氣體材料之含量可 設疋在約0.1重量％至95重量％範圍内。若該可吸收氣體 材料含里少於〇· 1重量％，該可吸收氣體材料之可吸收氣 體功能變得不足，若多於9 5重量％，變得難以藉由模製 作用形成該可吸收氣體構件。 1際上’如上述，因爲該電池元件中產生之氣體種類與 數！受1¾電池構成材料之組合影響極大，所以必須適當選 擇性各種實際電池用之可吸收氣體材料數量。/、田 个假設將電池之最短方向界^爲該電池之厚度方向，使該 電池厚度儘可愈薄同時保有固定電容極爲重要。然而，若 以厚度方向將該可吸收氣體構件插入電池元件… ，件之間，該電池厚度增加。就厚度爲3毫米^電池: :，右池厚度增加丨⑽微米，電池體積能量反應降低 :，目7度爲〇·5毫米之電池而言，電池厚度増加⑽微 ’心池降低20%。必須注意的是，介於電池厚度增加 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝----- 訂----- -12- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 475297 A7 B7
五、發明說明（1〇 ) 與其體積能量效率損失間之關係實際上視該電池形狀而 定。現在，假設一個電池具有名片相同形狀，而且厚度爲 3毫米以上，將該板形可吸收氣體構件5與6插入電池元件 1與作爲外覆蓋構件2之層壓膜之間，如圖1所示，可以 使可吸收氣體材料之數量足以吸收氣體，並且儘可能抑士 體積能量反應。 在使用板形可吸收氣體構件情況下，其厚度可在5 〇微 米至1.0¾米範圍内，在100微米至500微米範圍内爲佳。 若該厚度大於1.0毫米，而且體積能量密度變大，若該厚 度小於5 0微米，雖然可吸收氣體材料數量變充分，但是 變得難以藉由模製作用形成該可吸收氣體構件。 以此種方式，在本發明具有一個陽極與陰極，並包在作 爲外覆蓋構件層壓膜内之非水性電解電池中，該可吸收氣 體構件可插入該電池元件特定部分與該層壓膜最外層之 間。 至於該可吸收氣體構件之裝配，若如圖3所示，電池元 件1整體表面均覆蓋可吸收氣體構件8，容易達到電池元 件1中產生氣體之目的；然而，此情況下，如圖4所示， 體積損失部分變大，結果具有有限體積之電池元件外殼 中，電池元件1以外部分所佔之部分比率變高，因此該電 池之體積能量效率變差。 因此，根據本發明包含可吸收氣體材料之可吸收氣體構 件可配置在特定位置。 爹考圖5至8，更詳細地描述該可吸收氣體構件之配 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21Q χ 297公爱）
A7 ~----_— —__ 五、發明說明（11 ) 置。 如圖5所不，藉由模製而事先形成之薄板形可吸收氣體 構件5與6裝配於電池元件丨，並以該層壓膜封裝裝配有構 件5與6之電池元件1。或者，以一種包含該可吸收氣體材 料之硬化樹脂塗覆電池元件丨，然後硬化該樹脂混合物， 並以該層壓膜封裝塗覆有可吸收氣體材料之電池元件i。 在使用該層壓膜，使一電池在該膜特定位置上包含凹陷 之情況下，採用一種一種配置方法，其係將該電池元件包 含在該層壓膜凹陷處，在該凹陷壁與該電池元件間之空間 填充一種包含該可吸收氣體材料之硬化材料，硬化該樹脂 聚合物，並以該層壓膜封裝該電·池元件。此實例中，如圖 6所示，在該電池元件1周圍形成可吸收氣體構件7。 該可吸收氣體材料可包含在構成該層壓膜之薄膜層其中 之一層内，位於該電池附近。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 圖7顯示具有一層可吸收氣體層之層壓膜1〇。層壓膜1〇 具有厚度約1 0微米之樹脂層1 1，其係由耐論或聚對苯一 甲酸伸乙酯等形成；一層厚度爲20微米至40微米之銘層 12，其係由鋁製得；以及一層厚度爲3〇微米至5〇微米之 可吸收氣體層1 3 ’其係由一種樹脂製得，該樹脂通常係 其中有可吸收氣體材料擴散之經改良鑄造聚丙晞（cpp )。 圖7中，以此順序自外側堆疊此等層1 1、i 2與1 3。圖8顯 示層壓膜10之變化。此變化中，可吸收氣體層13包括一 對由一種樹脂（通續爲經改良鑄造聚丙烯）製得之樹脂層 13a，並將可吸收氣體材料13b置於樹脂層i3a之間。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) 一 ' A7 ---~___BL___ 五、發明說明（12 ) 在提供可吸收氣體層作爲構成該層壓膜層之一的情況 下，其厚度可在1微米至500微米範圍内，在5微米至100 微米範圍内爲佳。若該厚度大於500微米，體積能量密度 之損失變大，若該厚度小於1微米，則難以確保充分數量 之可吸收氣體材料。 其次，下文將描述電池元件1之構造。 就固態電解電池或凝膠電解電池而言，使用一種高級聚 合物材料作爲高級聚合物固態電解質。該高級聚合物材料 之實例可包括矽膠、丙烯酸凝膠、丙烯腈凝膠、聚膦嗪改 良聚合物、聚氧化乙晞、聚氧化丙缔與混合聚合物、交聯 聚合物與其經改良聚合物；以及·氟爲底質聚合物，諸如聚 偏二氟乙晞、一種二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、二氟乙烯- 四氟乙晞共聚物與二氟^乙晞-三氟乙晞共聚物與其混合 物0 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 以一種包含高級聚合物化合物、電解質鹽與溶劑（另 外，一種凝膠電解質用之增塑劑）浸潰該陽極活性物質層 或陰極活性物質層，並去除該溶劑以固化該高級聚合物化 合物與電解質鹽，製得一種堆疊在陽極活性物質層或陰極 活性物質層上之固態電解質或凝膠電解質。因此，該陽極 活性物質層或陰極活性物質層上之固態電解質或凝膠電解 質部分浸在該陽極活性物質層或陰極活性物質層中。在使 用交聯高級聚合物化合物之實例中，去除該溶劑之後，以 光或熱交聯該高級聚合物化合物。 該凝膠電解質係由一種包含鐘鹽之增塑劑與一種數量爲 -15- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 發明說明（13 ) 2重量％至。30重量％之基質高級聚合物所組成。此實例 =、，可以單獨使用或併用一種醋、一種鍵與—種碳酸醋作 爲該增塑劑之組份。 、製備該凝膠電解質時，可使用通常作爲常用凝膠電解質 '^任何高級聚合物，作爲膠凝此種碳酸酯之基質高級聚合 $ c特別是，自氧化/還原作用之安定性觀點來看，使用 一種氟爲底質高級聚合物，諸如聚偏二氟乙烯或二氟乙晞 、六氟丙烯共聚物作爲該基質高級聚合物爲佳。 該高級聚合物固態電解質係由一種鋰鹽與一種溶解該鋰 鹽用之高級聚合物化合物組成。該高級聚合物化合物可能 ^括一種醚爲底質高級聚合物，諸如聚氧化乙晞或其交聯 高級聚合物、一種聚甲基丙晞酸酯爲底質高級聚合物、一 種丙烯酸酯爲底質高級聚合物與一種氟爲底質高級聚合 物二諸如聚偏二氟乙烯或伸乙烯基_六氟丙烯共聚物。此 等高級聚合物可單獨使用或併用。特別是，自氧化/還原 作用之安疋性觀點來看，使用諸如聚偏二氟乙烯或伸乙晞 基-六氟丙烯共聚物之氟爲底質高級聚合物爲佳。 可使用通^作爲常用電池電解質之任何一種麵鹽，作爲 包含在該凝膠電解質或高級聚合物固態電解質中之鋰鹽。 特別疋可使用裡化合物（鹽），諸如氣化鐘、溴化經、破化 鋰、氯酸鋰、過氯酸鋰、溴酸鋰、碘酸鋰、硝酸鋰、四氟 硼酸鋰、六氟磷酸鋰、醋酸鋰、雙（三氟曱烷磺醯）醯亞胺
LiAsF6、LiCF3S03、LiC(S02CF3)3、LiAlCl4 與 LiSiF6。此等 麵化合物可單獨使用或併用。 16- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請先閱讀背面之注音？事項^填寫本頁) ----------------· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ A7 B7 五、發明說明（14 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一自氧化作用之安定性觀點來看，此等鋰化合物中 六氟磷酸鋰（LiPF0)與四氟硼酸鋰（UBF4)爲佳。:曲至於該凝膠電解質，可將該麵鹽溶解於該增塑劑中，並 滬度爲0.1至3.0莫耳/升，以〇5至2〇莫耳/升爲佳。" 除了上述包含碳酸酯之凝膠電解質或該固態電解質之 外，本發明之電池組份可與常用麵離子電池之組份相同。 例如，本發明電池之陰極可由常作爲錢離子電池之陰梯 材料製得，其通常爲一種可於其中摻雜或去摻雜鋰之碳材 料，諸如防石墨化碳材料或一種石墨爲底質材料。此等碳 材料實例可包括焦性碳、焦碳，諸如歷青焦碳、針狀焦碳 或石油焦碳、石墨、玻璃狀碳、一種有機高級聚合物化 物I烘烤體（於適當溫度下烘烤酚醛樹脂或夫喃樹脂， ^碳化）、碳纖維與活性chacoal。亦可使用聚乙炔、一 高級聚合物，諸如聚吡咯或一種氧化物，諸如Sn〇2作爲 摻雜或去摻雜鋰之材料。使用上述材料形成該陰極時， 於其中添加一種習知黏合劑。 可使用一種作爲常用鋰離子電池之陽極活性物質構成 發明電池之陽極，根據該電池種類，該材料通常爲一種 自金屬氧化物、金屬硫化物或特定高級聚合物之材料。 陽極活性物質之實例可包括一種不包含鋰之金屬硫化物 諸如TiS2、MoS2或NbSh，一種不包含鋰之金屬氧化物 諸如VA5，與一種包含鋰之複合金屬氧化物，其由化學 構式LixM〇2表示（M係一或多種過渡金屬，而χ視該電池 電/放電狀態而改變，通常設定在〇 〇5至11〇範圍内）。 使用 靖走 閱 讀 背 面 之 ιι
I 合 使 種 可 可 本 選 該 結 充 在 I I I訂 -17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 475297 A7 五、發明說明（15 ) 該複合金屬氧化物LixM〇2中，該過渡金屬可選自c〇、Ni 與Μη。该複合金屬氧化物LixM〇2之實例可包括Lic〇〇2、 LiN02與 LiNiyC〇1-y〇2 ( ocyd )。該複合金屬氧化物 LixM〇2 可形成可以產生高電壓並加強能量密度之陽極活性物質。 可以結合數種此等陽極活性物質形成該陽極。使用上述陽 極活性物質形成孩陽極時，可使用習知導電劑與習知黏合 劑。 將電極終端（陰極終端引線3與陽極終端引線4 )分別連接 於陰極與陽極之收集板。該陽極可由一種於高電勢下不會 溶融之金屬製得，諸如銘、鈇或其合金，該陰極可由銅: 鎳或其合金製得。 在電池元件丨之繞組終端表面處，以與電池元件〗主要 表面相同水平之方式摺疊此等電極終端，以改善體積效 率，並容易地引出電池元件1。自避免短路觀點來看，可 :及j體構件5與6或可吸收氣體構件7亦可有效率地作爲 吸展咨·。 … 該非水性電解電池可作爲原電池或蓄電池；然而，其作 爲使用_電解質或凝膠謂質之㈣子蓄電池爲佳。、 •主:^評估該樣本電池特性之下列實施例方式，可以 /月疋地暸~本發明之效果。 〈實施例1 > 製造樣本 首先，如下製造一種陰極： 混合90重量份數之石墨碾碎粉未與1G重量份數二氣乙 -18 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 裝 ----訂-------- % 笨紙張尺度適用中國國家標準（CNSW規格⑵〇 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印則衣 A7 -----------B7 _ 五、發明說明（16 ) '~" 稀-六氟丙晞共聚物，製備一種陰極去極化混合物。然後 將孩陰極去極化混合物擴散在N·甲基.2-㈣坑酮中，形 成於漿。將該於聚塗覆於—條狀銅箱表面，作爲陰極收集 板’其厚度爲10微米’乾燥之，並以一輥壓時壓縮 造一陰極。 衣 如下製造一陽極： 首先，以0.5 · 1之莫耳比混合碳酸鋰與碳酸鈷，製得一 種陽極活性物質㈣吨），於9贼烘烤所形成混合物5小 時。奶合9 1重量份數該陽極活性物質（Lic〇〇d、6重量份 數作爲導電劑之石墨與10重量份數作爲黏合劑之伸乙晞 基-六氟丙烯共聚物。然後，將該陽極去極化混合物擴散 ☆ N_甲基-2-吡咯烷酮中，形成淤漿。將該淤衆塗覆於條 狀鋁箔一面，作爲陽極收集板，其厚度爲2〇微米，乾燥 之，並以輥壓機壓縮，製成一陽極。 將陽極終端引線與陰極終端引線分別纏繞在該陽極（鋁 4 )與陰極（銅箔）未形成活性物質部分。 如下製得一種凝膠電解質： 首先’混合42.5重量份數碳酸伸乙酯（ec)、42.5重量份 數碳酸伸丙酯（PC)與15重量份數LiPF6，製備一種增塑 劑。藉由混合與將3 0重量份數增塑劑與1 〇重量份數二氣 乙烯-六氟丙烯共聚物重量平均分子量Mw爲600,000溶解 在6 0重量份數之碳酸二乙酯。將該電解質溶液塗覆於陰 極與陽極上’浸於其中，並保持原有溫度8小時，以蒸發 該碳酸二乙酯，如此製得一種凝膠電解質。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------裝--------訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁-) 475297 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（17 ) 將塗覆該凝膠電解質之陰極與陽極側彼此層壓，壓製並 纏繞，製造一種繞組型凝膠電解質電池元件丨（電容·· 5 5 0毫安培），其大小爲3.3厘米><5.2厘米><3.3厘米，如 圖9所示。 其次，混合3 0重量份數NK Ester 1206PE (商標，*Shin· Nakamura Chemical Co.，Ltd·所製）、2 5 重量份數 nk Es如 23G (商標，由 Shin-Nakamura Chemical Co·，Ltd 所製）、 40重里份數平均粒子大小爲3微米之碳分子量篩（於眞空 加熱及120T：乾燥2 4小時後碾碎）以及〇 5重量份數u二 (商標，由Ciba-Geigy股份有限公司所製）作爲硬化劑，並 對所形成混合物眞空去氣。使用一種高壓水銀燈，以能量 爲2 0毫焦耳/平方厘米之紫外線照射該硬化 分鐘，使之固化，製造-種大小爲3.3厘米χ;= 〇·3毫米之板狀可吸收氣體構件。此外，在一個裝滿氬氣 (其置於乾燥室，露點爲_4fC)之手套箱中製造上述可吸 收氣體構件。 將如此製得之電池元件與可吸收氣體構件插入由層壓膜 組成之外覆蓋構件中，並藉由一種熱密封機，以2〇〇χ：沿 著密封寬度5毫米熱密封該可吸收氣體構件周圍i 〇秒，密 封於其中’製造一個樣本電池。 〈實施例2 > 除了使用碳酸二乙酯代替碳酸伸丙酯構成該增塑劑，以 及將平均粒子大小爲3微米之碳分子篩含量自4〇重量份數 改烏3 2重量份數之外，以實施例丨相同方式製造一樣本電 -20- 木紙張尺錢中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱 1 ·1 H ϋ n n n^eJ· n ϋ 1 n n I · (請先M讀背面之注意事填冩本頁) A7
五、發明說明（π ) 池。 <實施例3 > 除了使用85重量份數之碳酸伸丙酯代替42.5重量份數碳 故伸乙|旨與42· 5重量份數碳酸伸丙g旨構成該增塑劑’以及 使用平均粒子大小爲5微米之矽膠碾碎粉末代替平均粒子 大小爲5微米之碳分子量篩之外，以實施例1相同方式製 造一樣本電池。 <實施例4 > 除了製造如圖1〇所示電容爲丨200亳安培，大小爲i 4 〇毫 米X 1 96毫米X 0.46毫米之板狀凝膠電解電池代替該繞組 型滅膠電解電池元件，以及一種具有可吸收氣體層之層壓 膜（如圖8所示，其包含平均粒子大小爲3微米之碳分子篩） 代替該平坦狀可吸收氣體構件之外，以實施例1相同方式 製造一樣本電池。 <實施例5 > 除了使用碳酸二乙酯代替構成該增塑劑一部分之碳酸伸 丙醋之外，以實施例4相同方式製造一樣本電池。 <實施例6 > 除了使用85重量份數之碳酸伸丙g旨代替42.5重量份數後 酸伸乙S旨與42.5重量份數碳酸伸丙酷構成該增塑劑，以及 使用平均粒子大小爲3微米之矽膠碾碎粉末代替平均粒子 大小爲5微米之碳分子量篩之外，以實施例4相同方式製 造一樣本電池。 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項為填寫本頁) 訂---------#· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制农 475297 A7 __________B7______ " · ' '' ---------- 五、發明說明（19 ) <對照實例1> 除了不使用碳分子篩作爲可吸收氣體材料之外，以實施 例1相同方式製造樣本電池。 <對照實例2 > 除了不使用碳分子篩作爲可吸收氣體材料之外，以實施 例2相同方式製造樣本電池。 <對照實例3 > 除了不使用石夕膠予碎粉末作爲可吸收氣體材料之外，以 實施例3相同方式製造樣本電池。 <對照實例4 > 除了不使用碳分子篩作爲可吸收氣體材料之外，以實施 例4相同方式製造樣本電池。 <對照實例5 > 除了不使用碳分子篩作爲可吸收氣體材料之外，以實施 例5相同方式製造樣本電池。 <對照實例6 > 除了不使用矽膠碾碎粉末作爲可吸收氣體材料之外，以 實施例6相同方式製造樣本電池。 以電池反應造成該電池元件中產生之吸收氣體能力評估 實施例1至6以及對照實例1至6各樣本電池。 以理論電容之5小時速率（W5C )初始充電各樣本電池， 並以理論電容之2小時速率（1/2C)過度充電至4.35伏。該 呈過度充電狀態之樣本電池於保持1 〇〇°C之恒溫中放置 1 0 0小時。 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝--------訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印？衣 A7 五、發明說明（2〇 ) π取 J時〈後，自恒溫狀態取出，於該樣本剛自恒 ✓皿取出時以及兮样該層壓膜之潤電池冷卻至原有溫度後，以肉眼觀察 :下設定該層壓膜之潤脹程度評估標準： 件與層壓膜間之黏4 中，保持介於該電池元 〇；-個樣本電池：*持該電池形狀者評估爲符號 ' ’實質上保持電池形狀，但是雷、、也亓 件與該層壓膜分_ ^ 疋包池疋 Λ . 姿腠刀離，因而未保持黏合性者，評估 μ而一個樣本電池中，該層壓膜潤脹而且未保捂一付、 狀者’評估爲符號X。 持电池形 :广例1至一6與對照實例1至6中之樣本電池蝴 力评估結果示於表1。 之氣植 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 %! 填，ϊ裝 ! 能 表1 I I I 1 1 訂 實施例 實施例2 實施例3 實施例4 實施例5 〇 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實施例ό 對照實例 對照_n 對照實例3 對照實例4 對照實1 對照實例6 〇
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X -23 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐 A7 B7 五、發明說明（21 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 觀察結果（1):剛 ，：果(2::於該樣本電池冷；I:;:;觀察 1月頭看出，在實施例2與5各樣本電池中，該樣本 黾池剛自保持10CTC之拎❿ ，皿取出後，該層壓膜變鬆；然 而’在貝施例1至6久；(：装士 + ,匕 > 、、 各铋本電池中，於該樣本電池冷卻至 原有溫度後之狀賤下，ϋ旺 _ “ μ 壓膜未變鬆’保持介於該電池. 凡㈣層壓膜間之黏合性，並保持該電池形狀。 ,β反之，在對照實例1至6各樣本電池中，於保持刚》C恒 7m剛取出該樣木雷、、咖+ α 私池<後，播法保持該層壓膜與該電池形 狀，而且該樣本電池冷卻至原有溫度之後，該層壓膜仍然 潤脹。 - 結果，根據非水性電解電池，因爲該可吸收氣體材料係 插入孩電池元件與層壓膜之間，或包含在該層壓膜内，即 使及％池制不正常環境改變，諸如過度充電或不正常溫 度上升’該電池s件中所產生之氣體被吸收在該可吸收氣 體材料内’結果可以抑制該層壓膜潤脹所致之電池形狀改 變〇 雖然已使用特定術語描述本發明較佳具體實例，但是此 種描述僅供説明用，而且必須明自，在不達背本發明下列 申请專利範圍精神或範圍之下，可以製得改變與變化。 溫取出該樣本電池後觀察 (請先Μ讀背面之注意事\{^^填寫本頁) ^---------------- # -24
、申請專利範 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 .一種非水性電解電池，其包括： :個電池元件，其包含在由層壓膜組成之外覆蓋構件 並藉由熱金封密封在其中；以及 4、種可吸收氣體材料，其插入該外覆蓋構件最外層與 邊電池元件之間。 ’、 2·:艮據申請專利範圍第1項之非水性電解電池，其中該可 =收乳體材料係種孔狀金屬氧化物或_種孔狀碳材 °·根據申請專利範圍第2項之非水性電解電池，其中該孔 狀金屬氧化物係選自包括沸石、氧化鋁、分子篩、氧化 欽、矽膠與氧化锆之一種。 4·根據申請專利範圍第2項之非水性電解電池，其中該孔 狀唆材料係活性碳或碳分子篩。 \根據申請專利範圍第丨項之非水性電解電池，其中該可 吸收氣體材料與一種樹脂材料混合，並模製該混合物， 形成一種可吸收氣體構件，將該可吸收氣體構件=入該 外覆盖構件最外層與該電池元件至少一個以上平面之 間。 6·根據申請專利範圍第1項之非水性電解電池，其中該可 吸收氣體材料係包含在該層壓膜内。 7. 根據申請專利範圍第1項之非水性電解電池，其中構成 孩電池元件一部分之電解質係一種凝膠電解質或固態電 解質’其包含一種基質高級聚合物與一種鋰鹽。 8. 根據申請專利範圍第1項之非水性電解電池，其中構成 —j------------------^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)' · 25- 4/5297
元件一部分之陰極包含一種可以掺雜或去掺㈣ 9·根據申請專利範圍第8項之非水性電解電池，其中該可 捧雜或去摻雜鋰之材料係一種碳材料。 10.根據申請專利範圍第i項之非水性電解電池，其中構成 該電池元件一部分之陽極包含一種鋰與過渡金屬之複名 氧化物。 n n.根據申請專利範圍第1項之非水性電解電池，其中該售 池係一種蓄電池。 ------------衣--------訂---------線111^" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)' . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）
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