TW484242B - Lithium secondary battery comprising individual cells connected with one another, as well as watches, computers and communication equipment provided with such a battery - Google Patents

Lithium secondary battery comprising individual cells connected with one another, as well as watches, computers and communication equipment provided with such a battery Download PDF

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Description

484242 五、發明說明（1) 本發明係關於包含彼此互遠夕袖如留-^ 又連之個別早兀的鋰二次電池， 該等單元包含 -一包括負極材料及一負電流集電器的負電極， -一包括正極材料及一正電流集電器的正電極， 夾在。玄J極14正極之間形成三明治構造的隔離器， -一位在該負極與正極之間的非水電解溶液。 在個別的電流集電器上以分段方式裝配該負極及該 材料，以利於增加電池的可變性。 本發明進一步與此一電池白 ,+ % t ; 吧的特疋應用有關，該等應用特 !2 *可變性，例如手錶、通訊設備、可攜 式包細、個人數位助理及行動電話等應用。 從美國專利說明書4,092,464可得知此一 之個別單元的鋰二次電池。松日β兮# & & & / 反迓 知：a 4文件所發表的電池，電 流集電-上可以分段方式裝配活性電極（active ^eci^ode)材料，以利於増加電池的可變性，這表示彎曲 日寸所產生的應力會集中在該雷、、古隹 ^ pe ^ ^ Λ ^々丨匕集電态上面各個活性分段 _ . _θ ^種单兀係以鋰陽極包在一鉻酸銀陰極外面 ，“1^極和陰極之間以尺寸超過該陰極材料的多孔聚 加以隔离卜由於該作為隔離器之聚丙烧為一熱 ί =搞二微孔（miCrOPOrOUS)材料，此材料受熱時能夠把 二^ I 起來，只露出一連接元件。在鐘陽極的外圍有 二層聚丙烷，此層伸展於該鋰陽極的外圍，且利用加 …、使匕匕住3亥鐘陽極和含有鉻酸銀陰極的封包，只露出陽 極和陰極的連接點。陽極端子係利用一以點焊方式接在該
484242 五、發明說明（2) 展開之電流集·電器上的金屬片做成。一類似的陰極外部 接亦利用以點焊將一金屬片接在該陰極集電器上做成。最 ，[在該陽極和陰極的金屬片上作一塗層使相對於最外層 單7L的包封能形成一耐久的密封。若要得到更大的電流^ 可以並聯該等單元，把外部的連線接點彼此相連。從 實際的經驗發現，該等連接點不利於一包含彼此互連之^ 別單元的鋰一次電池的财用性。此外，電阻會增加， 電池的效率亦有不利的影響。 、、 美，專利說明書5, 872, 744也有發表一包含彼此互連之 :ϋ t兀的鐘二次電池。然而’此—美國專利並未在個別 的笔=集電器上以分段方式裝配該負極及該正極材料，以 利於增加電池的可變性。 本务月的項目的係知1供一包含彼此互連之個別單元的 鋰二次電池，該電池按照最新技術排除了前述的缺點。 的^ ^! ϋ另—項目的係提供一包含彼此互連之個別單元 j電:，該電池具有以分段方式分佈在個別的電流 集f 的電極材料，使做成的電池具有二維的可變性。 鋰」Πΐ 一i目地係提供一包含彼此互連之個別單元的 現電池不會發生負#、正極和隔離器脫層的 本發明更進一步目的係提供一鋰二次電池，令 2既薄又容易彎曲，且其中以特別的方式 == 質之間的接觸。 狩私極與電解 本务明進一步目的係提供一適用於會受到彎曲及打皺之 484242 五、發明說明（3) ' ----— 應用的電池，·而且不服以〜 u 个限制各納該電池的幾何形狀。 按照本發明’前述相_ 一 / 一丄 ^ οσ 疋鐘一次電池之特徵在於，該等個別單 70係措由所#早元共用a t流集t器互連。 由於所有電池使用_ ^ 口口 - π +热π丄，用一共同的電流集電器，因此該等個別 早兀不需要經由外部& ^ A ^ 丨連接點互連。此外，該共用電流集電 态使該鋰二次電池I亡士 m ^ ^ ^ ^ ^有充份的柔軟度，因此，此一電池適 用於品要可變性和可綠：卜 齡卜沾、s 1姑# 了 Y性的應用中，特別是手錶和戴在手 腕上的通訊裝備。 在鐘一次電池的—jg 4 士 « 電流集電器最好是作具體實施例中，該負極及正極 使用該負極及正單元共用的電流集電器。 電流集電器可提供具木電器兩者作為所有單元共同的 的耐久性。 大笔力的電池’因此保證長時間 在另一較佳具體實施例中 ^ ^ 元之間互相的連線亦藉由—该=二次電池中該等個別單 在此一本發明之特定具 單兀的共同隔離器達成。 同的该等兩個隔離器及其中只知例中’所有單元皆使用相 器。因此，在該相關鋰^ 個或所有兩個該等電流集電 該包含互連之個別單元的一特別具體實施例中， 電流集電器、一丘同 、-人電池能夠包含刍 —_ 侍到—維的可變性，
中f該電池得到須要的可變性電為及—共同的隔離器。 上延i ΐ流集電器上以分段方λ、举在—項特別具體實施例 ί::個相關電流集電器的ί;配的電極材料最好大體 事…按照此-具體實施；度； 484242 發明說明（4) 所需的可變性·位於沒有活性電極材料的位置上。 哭：而最：ΐ: Γ池具有二維的可變,〖生，在相關電流集電 似棋盤格的結構在電流集電器上放置以 刀奴方式裝配的電極材料。 1 Λ
本說明書中使用的術語「祺 疮炎工L 料所構成的結構，使嗜每個、、舌構」應、為/舌性電極材 另-個活性電極材料分細妾 何二刀:=界个與 材料分佈於電流集電器i，進;:：：不連、，的活性電極 在按照本發明之鋰二次電二「維？：變性。 電極材料。 人電池中，取好以碳或石墨作為負 用於該電池之正電極材料最好
transU.on metal oxHes) ^ , V Μ〇〇2Μ1Ν1〇2)或含有導電粒子（例如石山(= = n 0 也可能為接合材料（binder materU ，哕的材枓， 視為一添加鋰的化合物。該導 以電極材料可 重量。 材枓的含量為G.1到15%的 為了製造出既薄且柔的鋰二次電田 式來維護該等電極與電解液接取以-特定方 負雷極；斗土 —《τ $ ί要觸 具體而言，尤# 洞，該等孔洞中填滿聚合物之類二中取好有排列的孔 極及隔離器固定在一起。、、；外把该負電極、正電 此一構造在國際專利申請w〇 99/ 專利係由本發明創作者提出申过 中有所描述，該 閱，本文中以提及方式併入該文件。在電開i、大小審 五、發明說明（5) 孔洞為直徑大約1 mm之肉眼可 ^ ^ ,5, ^ ?1 .π 眼了見的孔洞。按照一特別的具 ^ ^ 7成—矩形的二維方式排列，孔洞 曰’距為5 -二”洞尺寸及排列之選擇最好能使電 極之活性面積至少有9 〇 %，田& , _ 口為該等孔洞中填滿聚合物之 類的材料會降低電極的性能，a 洁、史ΛΑ , A力女、 ％ 造成此結果的原因是該等被 填滿的孔洞中〉又有活性電極材料 人：：述i f：極材料為-添加鋰的化合物，該化合物 分散在一高分子接合基材φ ， λ ^ 。由於作為該接合基材的聚合 物為熱塑性3κ合物所製成，治 及具備橡膠之彈性的聚合物1夕醣類（polysaccharide) ΐ=τ=纖維素、聚四貌乙烯、聚乙烯及苯乙 丁 一稀橡膠。该專聚合物可翌彳 該高分子接合材料用於將活性：：J與：相：合使用。 縫形成並將該等粉狀材料固定於電:起來以防止裂 子接合材料佔2到30%的重量。、電/爪木電益的表面。高分 該電流集電器可由任何導電 池中引起化學反應。可用作：ώ隹：成’只要不會在電 括不錄鋼、銘和鎳。▼用作負;：=器（陰極）的材料包 括不銹鋼、銅和鎳。該集電哭；m益（陽極）的材料包 式，可為多孔狀、打孔或網薄膜ί薄板的形 般為1到500//ΙΠ。 °亥集電為的厚度一 裝在該正及和負極之間的隔離器為— 的離子穿透性且具備足夠的機械.強度。該隔離哭防f =高 極與正極之間發生短路並保護電解液。一常用二隔離=
?〇 4842^ 索號i 89120600 _η 修正 及以上的混合 鹽類及L e w i s 它們的混合鹽 /升。 包封中，可為 。此類材料的 可利用黏著劑 五、發明說明（6) 玻璃纖維所製成，或為以烯烴 布纖維的多孔板形式。該等孔 V m。該隔離器的厚度一般為5 按照本發明之電池結構，可 干組成加以觸發。所用溶劑可 四氟化物、二甲基硫磺氧化物 解物質的例子包括鋰離子（L i + ) PF6- 、AsF6- 、C104- 、CF3S〇3一）及 的濃度一般而言為0 . 5到2莫耳、 本發明所述之電池係包在一 封，或金屬或樹脂做成的包封 鋼和例如聚丙稀之塑膠。密封 達成。扁平的柔性電池可密封 做的防空氣及水份侵入的包封 到，且邊緣可以密封。 按照本發明，該包含互連之 相疊之若干個含有一負極、一 元。 本發明進一步關於一前述電 該電池將要用在對於可變性、 高度要求的應用中。具體而言 是手錶，將電池結合到錶帶中 電話和可攜式電腦。 圖式簡單 參考下文中說明的具體實施 之類的聚合物所製造之不織 隙的直徑一般為0. 0 1到10 到 3 0 0 // m。 利用作為液態電解溶液的若 由一酯類化合物製成，例如 物。溶解之電 酸離子（P F4—、 類。該等鹽類 合成的人造包 例子包括不銹 或焊接或烙鐵 在一以塗覆聚合物之鋁箔所 中。該I呂箔可以在市面上買 單元的鋰二次電池最好包含 正極及一非水電解溶液的單 池之特殊應用，具體而言， 耐久性及電流效率寺方面有 ，較適合的應用包括，特別 ;還有通訊設備，例如行動 說明 例，將可明白1本發明的這
O:\66\66734.ptc 第10頁 484242 發明說明（7) 些及其他觀點·。 圖1所示為一兩側均為分段之電極1， 裝上活性電極材料3的電流集電器2 與下側皆 等活性電極材料3分佈於該流敕;：：電器之該 ==電極材料3係分段地裝在該2電^二 2脫層。…極1而不會造成活性電極材料3和電;集電· 圖2所不為一兩側均為分段之電極$， ^ ^ ^ ^ ^ ^ t ^ # t 12 ^ ^ ^ ^電極4能夠以二維的方式彎曲，/做成 分散小島的方式存在於電流電器2上為活&電極材料3係以 匿I 3 Ρίτ ~ 電流集二7—Γ個個別分段或單元所構成的-電池5， -單元;8和隔離器6皆做成讓所有單元共用，且每 器6、活^ 電電器8 '活性電極材料、一隔離 處沒有、、舌吐雷極材料9及一電流集1器7組成。在位置1 1之 位置f曲 極材料9、U，因此電池5可以报容易的在此 可ίί24Λ示為圖3之電池5在-曲下的情況，從圖上 ，彎曲到，由於活性材料9、10的分段配置，因 所舉的例 的腕帶上的 電極、〜分 子為製造一 電池，該電 段裝在雨側 結合在一外 池由分段.裝 @正電極及 觀類似手錶 在一側之兩 分段裝在兩 之通訊裝置 個相疊的正 側的兩個負
4842聲日修正/更正/補充 _案號 89120600 年//月/ 曰 修正 修正 補充 五、發明說明（8) 電極所構成，該等電極由若干隔器加以隔離。正電極所用 的活性電極材料為L i C 〇 02，而負電極之活性電極材料為 MCMB (直徑10 //m 的 Meso Carbon Micro Beads)。該隔離 器係以多微孔聚乙烯製成。該電池的寬度為1 cm，長度為 10 cm，整體厚度大約1 mm，由10個分段的單元組成，因 此具有充份的可變性。該電池的容量約為1 〇 〇 mAh。 圖式元件符號說明 1 5 7 電 極 2 電 流 集 電 器 活 性 電 極 材 料 4 電 極 電 池 6 隔 離 器 電 流 集 電 器 8 電 流 集 電 器 活 性 電 極 材 料 10 活 性 電 極 材料
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Claims (1)

  1. 484242 1! 修 案號 89120600 修正 六、申請專利範圍 種包含彼此互連之個別單元的鋰二次電池，該等單 元包含 -一含有一負極電極材料及一負電流集電器的負電極， - 一含有一正極材料及一正電流集電器的正電極， -一裝在該負極與該正極之間的隔離器， - 一位在該負極與正極之間的非水電解溶液，其中 該負極及該正極材料係在個別的電流集電器上以分段方 式裝配，以利於增加電池的可變性，其特徵在於，該等個 別單元藉由一所有單元共用的電流集電器彼此互連。 2. 如申請專利範圍第1項之包含彼此互連之個別單元的 鋰二次電池，其特徵在於，該正電流集電器及負電流集電 器兩者都是作為所有單元共同的電流集電器。 3. 如申請專利範圍第1或2項之包含彼此互連之個別單元 的鋰二次電池，其特徵在於，該等個別單元之間還藉由一 所有單元共用的隔離器來達成彼此互連。 4. 如申請專利範圍第1或2項之包含彼此互連之個別單元 的鋰二次電池，其特徵在於，該以分段方式裝配在該電流 集電器上的電極材料係分佈於該電流集電器的整個寬度 上。 5 ·如申請專利範圍第1或2項之包含彼此互連之個別單元 的鋰二次電池，其特徵在於，該以分段方式裝配在該電流 集電器上的電極材料係按照棋盤格的排列方式配置。 6.如申請專利範圍第1項之包含彼此互連之個別單元的 鋰二次電池，其特徵在於，以碳或石墨作為該負電極材
    O:\66\66734.ptc 第14頁 484242 _案號 89120600 六、申請專利範圍 On 年//月
    修正 料。 7 .如申請專利範圍第1項之包含彼此互連之個別單元的 鋰二次電池，其特徵在於，正電極材料最好是使用鋰轉化 金屬氧化物（lithium transition metal oxides)(例如 LiMn2 04、LiCo02 *LiNi02)，該材料包含導電粒子（例如碳 ， 或石墨），也可能是接合材料（binder material)。 一 8 ·如申請專利範圍第1或2項之包含彼此互連之個別單元 的鋰二次電池，其特徵在於，該負電極材料、該正電極材 料及該隔離器具備孔洞結構，該等孔洞中填滿聚合物之類 的材料，將該負極、正極和該隔離器固定在一起。 9.如申請專利範圍第8項之包含彼此互連之個別單元的 & 鋰二次電池，其特徵在於，該聚合物之類的材料為一接合 劑。 - 1 0.如申請專利範圍第8項之包含彼此互連之個別單元的 鋰二次電池，其特徵在於，該聚合物之類的材料為聚乙 稀。 - · 1 1.如申請專利範圍第1或2項之包含彼此互連之個別單 元的鋰二次電池，其特徵在於，該等個別的單元包封於一 薄層中，該包封是密封的。 1 2 .如申請專利範圍第1或2項之包含彼此互連之個別單 元的鋰二次電池，其特徵在於，該單元係由一以一負極、 一正極、一隔離器及一非水電解液所疊成的單元構成。 1 3. —種裝配一電池的手錶，其特徵在於，應用如申請 專利範圍第1或2項之電池。
    O:\66\66734.ptc 第15頁 484242 案號 89120600 9〇 年V月 曰 修正 六、申請專利範圍 1 4 · 一種裝配一電池的通訊裝置，其特徵在於，應用如 申請專利範圍第1或2項之電池。 1 5. —種裝配一電池的電腦，其特徵在於，應用如申請 專利範圍第1或2項之電池。 «
    O:\66\66734.ptc 第16頁
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