TW496005B - Solid electrolyte battery and production method thereof - Google Patents

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496005 A7 B7_ 五、發明說明（1 ) 發明背景 本案有關一種薄型固態電解電池及其製造方法。 近年來隨著電子技術的進步，已具有針對電子裝置之高 性能、微型化及攜帶性的強烈需求。爲了滿足這些需求， 這些電子裝置所用的電池係需有高的能量密度，由此觀點 ，已經積極研究發展非液態的電解電池。特別已對於各種 可攜式電子裝置（譬如攝錄影機、可攜式電話、筆記型個人 電腦）採用譬如3或4伏特具有優良性能（譬如比習知電池更 高的電動力）之鋰電池或鋰離子電池。 上述鋰離子二次電池中，已經積極研究採用一種固態電 解質且譬如具有可變薄及自由摺疊性質等優點之一種固態 電解電池。固態電解質的範例可包括：一種凝膠狀電解質 ，其中包含一種含有一塑化劑之固態電解質；以及一種高 分子固態電解質，其中包含一種溶解有一 4里鹽之高分子聚 合物。 爲了有效利用這些非液態電解電池之可變薄及減重等特 徵之優點，譬如，日本先行公開的專利Sho 57-115820號已 .揭露一種非液態電解電池，其係爲利用一個作爲容器的所 謂疊膜來包圍一電池元件之類型，係將金屬箔或一金屬層（ 譬如金屬汽相沉積層）容納在樹脂層之間而形成疊膜。此種 電池中，——個構成容器最内層之熱密封層（亦即疊膜）係由 一種樹脂（譬如丙晞酸變性聚乙晞或丙晞酸變性聚丙晞離子 聚合物）所製成，該樹脂在一般溫度可呈現較好的氣密性。 然而，安裝在近來電子裝置（如個人電腦）上的電池卻需要 -4- 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:填寫本頁) 裝 I · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496005 A7 B7 五、發明說明（2 具有8 5 °C的抗熱性。在此種高溫環境中，上述非液態電解 電池將可能產生熱密封層的構成樹脂剝離金屬層之問題， 而破壞了電池的氣密性。 爲了解決上述問題，日本先行公開的專利Hei 9-288996號 已揭露一種非液態電解電池，其係爲在一熱密封層與一容 器的一金屬層之間設有一絕緣層之類型。其中絕緣層係由 一種對於一電解質溶液具有優良阻障性能之材料（譬如聚對 苯二甲酸乙二酯）所製成，而該熱密封層則構成最内層。此 種電池中，藉由將容器予以熱密封（容器中在熱密封層與金 屬層之間設有絕緣層），可抑制電解質溶液滲入金屬層與熱 密封層之間而防止熱密封層剝離金屬層，因此即使在高溫 環境仍可確實具有較高的氣密性。 然而，在對於薄型片狀固態電解電池使用具有上述熱密 封層之容器的情形中，容器將由於出現熱密封層而變厚， 故增加固態電解電池的總厚度。亦即，由於容器含有熱密 封層，所以不能有效利用固態電解電池可變薄及減重特徵 之優點。並且，因爲並未幫助電池反應之構成元件相對於 整個電池之比例變大，故使得每單位重量的能量密度以及 每單位容積的能量密度不利地降低。 採用含有熱密封層的容器之固態電解電池亦具有另一項 問題：因爲熱密封層的構成樹脂係從容器的外周圍邊緣部 的一側表面露出，熱密封層的内側將曝露於電解質溶液而 外側則曝露於外部空氣，隨著時間經過將造成微量濕氣經 由曝露的熱密封層滲入電池内部，故破壞了電池的週期特 -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 再， 填 1 ί裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496005 A7 B7 五、發明說明（3 ) 徵。 使用具有熱密封層的容器之固態電 在於：容器外周圍邊緣部設置之所謂 延長，而將容器予以理想地熱密封。 電池反應之黏著邊界的面積變大，而 差。 發明概論 解電池的另一項問題 黏著邊界的寬度必須 結果，由於並未幫助 使電池的能量密度變 本發明之目的係提供一種可進一步變薄及減重之固態電 解電池，以改良每單位重量的能量密度以及每單位容積的 能量密度，並加強氣密性；並提供該固態電解電池之一種 製造方法。 爲了達成上述目的，根據本發明的 固態電解電池，此固態電解電池包括 第一型態，提供一種 一第一電極，其包 括一第一集極、以及形成於第一集極的一表面上之一第一 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事^項I 填二f裝 頁 吕丁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 活性材料層，其中該第一集極之一外周圍邊緣部係保留作 爲一集極曝露邵；一第二電極，其包括一第二集極、以及 形成於第二集極的兩表面上之第二活性材料層；及一固態 電解質，其位於第一電極與第二電極之間；其中該第二電 極係固持在第一電極中，使得第一活性材料層經由固態電 解質與各個第二活性材料層相對、並藉由將第一電極的集 極曝露部互相接合而密封在第一電極中。 此種構造中，因爲以第一集極作爲容器，故不再需要提 供將第一集極連接至外部之端子、且不需要提供容器。並 且，因爲第一電極的集極曝露部並非經由一種熱密封用的 6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 496005 A7 B7 五、發明說明（4 樹脂而互相直接接合，故可能獲得極有利的氣密性，並大 幅減少作爲接合邊界之第一電極的集極曝露部面積。 爲了達成上述目的，根據本發明的第二型態，提供一種 固態電解電池的製造方法，其包括以下步驟··在一第一集 極之一表面上形成一第一活性材料層，其中以第一集極的 一外周圍邊緣部保留作爲一集極曝露部，以產生一第一電 極；·在一第二集極的兩表面上形成第二活性材料層，以產 生一第二電極；將第二電極固持在第一電極中，使得第一 活性材料層經由一固態電解質而與各個第二活性材料層相 對；並將第一電極的集極曝露部互相接合，其中已在固持 步骤中固持住第二電極，以將第二電極密封在第一電極中。 此種構造中，因爲作爲接合邊界之第一電極的集極曝露 部並非藉由一種熱密封用樹脂而互相直接接合，故可能產 生一種薄型輕重量且氣密性的固態電解電池。 圖式簡單説明 圖1顯示本發明的一種固態電解電池的一項實施例的立體 圖； 圖2爲沿著圖1的線A-B所取之剖視圖，其中顯示圖1所示 之固態電解電池； 圖3爲沿著圖1的線C - D所取之剖視圖，其中顯示圖1所示 乏固態電解電池； 圖4顯示將一負電極固持在一對正電極之間的狀態之立體 圖； 圖5顯示經由分隔件將負電極固持在一對正電極之間的狀 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 之 注 意 事 項I 填 1 I裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 態之立體圖； 圖6顯示本發明的一種固態電解 體圖； ，也的另—項實施例之立 圖7爲沿著圖6的線E-F所取之剖祯 之固態電解電池； 園’其中顯示圖6所示 圖8爲沿著圖6的線G-Η所取之剖 示之固態電解電池； Θ ’其中顯示圖6所 圖9顯示本發明的一種固態 體圖； 的另一項實施例之立 圖10爲沿著圖9的線w所取之剖视丄 示之固態電解電池；及 ” ，/、中顯示圖9所 -圖U爲沿著圖9的線K_L所取之 訂 π I固態電解電池。 ，、中顯不圖9所 細描述 下文中，參照圖式描述本發明之— 項較佳實施例。 口心兒解电池的一 广顯示本發明之一種固態電解電池的— 馬沿著圖1的線A_B所取之剖视圖；Λ、凡二' -負咖，其作爲密封在正= ^ ^ -負電㈣子4 ’其以實體及電性方式連接 电極3 密封構件5，其位於負電極端子績正電極2之間 ，及一對固態電解質層6。 正電極2具有一正集極2a、以及形成於正集極h的一表 •8- 本紙張尺度删巾關家鮮（CNS)A4規格（2iG X公爱）— 496005 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制π 五、發明說明（6 ) =:=2b。正活性材料層2b並非形成於正 I β馬正集極曝露部2c。 面H3、具有-負集極3a、以及形成於負集極3a的兩表 ^舌性材料層3b。在形成於正電極2的外周園邊 位置處之一端子接取埠上，負電極端子$係 :皿有始、封構件5而與正電極2呈現絕緣 解 電池1外部。 J Μ心兒~ 3二圖二:;斤：’在負集極兩表面上具有負活性材料層 %極3係固持在該對正電極2之間，使得負活 、曰… 集極曝露部2C予以接合而將負電極3連同 :“固悲電解質層6密封在正電極2中，其中該正集極曝露 寻广係形成於正電極2的外周圍邊緣部上並相互人 邊界之用。 ϋ 一在具有上述構造之固態電解質電池丨中，該對正電極2係 楮由將正集極曝露部以與往外引導的正集極以互相接合而 密封住負電極3及固態電解質層6。亦即，正集極。不：可 作爲正電極2的集極、並可作爲固態電解電池i内部與外部 空氣密封之容器。因此，可能不再需要提供原先需用來容 納-電池元件之容器，該電池元件係由正電極2、备電極3 及固態電解質層6所構成。 特別是，由於不需要提供薄型片狀固態電解電池工用之容 器，故可能降低固態電解電池丨的厚度，因此使電池丨進一 •9- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？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制衣 496005 A7 B7_ 五、發明說明（7 ) 步變薄。結果，可能充分利用到採用一凝膠狀電解質或一 高分子固態電解質之固態電解電池1可變薄及減重等特徵之 優點。並且由於不再需要提供容器，所以可能改良電池的 能量密度。 習知電池中，因爲以一絕緣容器密封住一電池元件，所 以正電極2及負電極3各必須經由一電極端子導往外部；然 而，根據此實施例的固態電解電池1，由於以正電極2作爲 容器，電池1除了負電極端子4以外的所有部份均可作爲正 電極端子。因此，雖然僅有密封在電池中的負電極3需要具 有一負電極端子，可能不必對於正電極提供新的正電極端 子，故使得固態電解電池1具有更輕重量並更加節省空間。 因爲在設計裝有固態電解電池1之電子裝置時可能並未限制 正電極端子的位置，所以可能使電子裝置具有輕重量並節 省空間。 根據此種固態電解電池1，位於正電極2的外周圍邊錶部 上之正集極曝露部2 c係作爲接合邊界之用、並且不需使用 熱密封樹脂即可直接互相接合，而密封住負電極3及固態電 .解質層6。因此，可防止濕氣經由熱密封樹脂滲入固態電解 電池1内部，故可使電池内部確實保持氣密性，藉以防止充 電/放電週期由於濕氣渗入而劣化。 因爲位於正電極2的外周圍邊緣部上之正集極曝露部2c並 非經由熱密封樹脂而直接互相接合，各個正集極曝露部2 c 的寬度可比相關技藝熱密封之黏著邊界寬度更窄。結果， 可能使得正集極曝露部2 c對於電池反應未有幫助之面積減 -10- 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Η消費合作社印製 ------~___ 五、發明說明（8 ) 少，故進一步改良電池的能量密度。 一可由銅、鎳、或不銹鋼製之金制來構成負集極3 a。在:封於固態電解電池！中的情形中，負集心不但可形成 ,1狀亦可形成絲網、穿孔金屬、或網絡形狀。考量到固 態電解電池1變薄的情形，負集極3a的厚度較佳係爲30微 米或更小的範圍。 、在本發明的固態電解電池丄應用於麵處附電池或鐘二次電 池的Μ形中（其中將-種負活性材料容納在負活性材料層3 ^ 中），車又佳柘用鋰、一種鋰合金、或一種可摻有或釋出鋰的 材料。對於該種可摻有或釋出鋰的材料，可採用一種碳材 料（譬如一種難以石墨化的碳基材料、或一種石墨基的材料 )，這些碳材料的特定範例可包括：熱解碳、焦炭、石墨、 玻化碳纖維、燒結有機高分子化合物、碳纖維及活性碳。 上述焦炭的特定範例可包括··瀝青焦炭、針狀焦炭、及石 油焦厌。燒結有機高分子化合物可由酚醛樹脂或呋喃樹脂 以適當溫度燒結使樹脂碳化而成。 除了上述的碳材料以外，可利用一種高分子聚合物（如聚 乙炔或聚吡咯）或一種氧化物（如Sn〇2)作爲可摻有或釋出鋰 的材料。並可對於上述鋰合金採用一種鋰-鋁合金。 對於正集極2 a ’可採用鋁、鎳或不銹鋼製造之金屬箔。 對於密封在固態電解電池1中之情形，正集極2&不但可形 成箔狀、亦可形成絲網、穿孔金屬或網絡形狀。考量到固 悲電解電池1變薄的情形，正集極2 a的厚度較佳爲3 〇微米 或更小的範圍。 -11 - 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 -lu°J·· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496005 A7 B7_ 五、發明說明（9 ) 對於包含在正活性材料層2b中之一種正活性材料，可依 據所使用電池的種類而採用一種金屬氧化物、金屬硫化物 、或特定高分子聚合物。 譬如，在本發明的固態電解電池1應用於麵廠附電池的情 形中，可使用TiS2、Μη02、石墨或FeS2作爲正活性材料。 在本發明的固態電解電池應用於鋰二次電池的情形中，可 使用譬如TiS2、MoS2或NbSe2等金屬硫化物、或譬如V205等 金屬氧化物作爲正活性材料。並且，可採用一種具有化學 式LiMx02( Μ爲一或多種過渡金屬，X爲取決於電池的充電/ 放電狀態之數値且通常設爲0.05至1.10的範圍）之含鋰的過 渡金屬氧化物作爲正活性材料。含鋰的過渡金屬氧化物中 所含的過渡金屬Μ譬如係爲C 〇、Ni、Μη。含鋰的過渡金 屬氧化物的特定範例可包括LiCo02、LiNi02、LiNyCo^yC^ (0<y<l)及LiMn204。此種含鐘的過渡金屬氧化物因爲可產 生高電壓並確保高能量密度所以成爲一種優良的正活性材 料。由於可確實具有大的容量，較佳採用具有尖晶石型結 晶結構之一種鎂氧化物或一種複合的鋰與鎂氧化物作爲正 .活性材料。可對於正活性材料2 b單獨或合併使用上述的正 活性材料。 固態電解質層6可由一種具有隔膜性質及黏附性質之高分 子固態電解質、或藉由將一塑化劑添加至高分子固態電解 質而形成之一種凝膠狀電解質所製成。 、 譬如，高分子固態電解質係由一種電解質鹽在一基質聚 合物中擴散所構成。 -12- 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) 丨裝 · 496005

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（1〇 ) 電解質鹽的特定範例包括：LiPF6、LiC1〇4、LiCF3S〇3、

LlAsF6、卿4、LiN(CF3S〇3)2、C4F9s〇3u。可單獨或合併 使用這些鹽’由離子傳導性觀點來看，特別理想。 ▲只要基質聚合物本身或使用基質聚合物之凝膠狀；解質 月匕夠在主’皿呈現1 mS/公分或以上的離子傳導性，則不需特 別限制基質聚合物的化學結構。基質聚合物的特定範例可 包括：聚偏氟乙烯、聚丙晞腈、聚環氧乙烷、一種聚矽氧 烷基化口物、一種聚磷腈基化合物、聚環氧丙烷、聚甲基 丙烯酸甲@曰、12 -甲基丙烯腈及一種聚醚基化合物。上述 高分子聚合物可與另一種高分子聚合物進行共聚化作用。 由化學女疋性及離子傳導性觀點來看，較佳採用由聚偏氟 乙烯與聚六氟丙烯以小於8重量％的共聚比値進行共聚化作 用而成之一種材料。 凝膠狀電解質含有電解質鹽、基質聚合物、及一種作爲 塑化劑之膨漲劑。 對於以高分子固態電解質構成凝膠狀電解質之塑化劑， 可採用非液態溶劑譬如乙烯碳酸酯、聚乙烯碳酸酯、r _丁 内酯、乙腈、乙醚、碳酸二乙酯、碳酸二曱酯、l52_二甲 氧基乙燒、甲硫醚、1，3-二氧戊環、續酸甲酯、2 -甲基四 氫呋喃、四氫呋喃、環丁颯、2,4_二氟苯曱醚、及碳酸亞 乙烯酯。可單獨或合併使用這些非液態溶劑。 在形成於正集極曝露部2 c互相對接位置處之端子接取蜂 上’密封構件5係位於一個使負電極端子4與正集極曝露部 2 c相接觸之部份上。具體而言，負電極端子4係覆蓋有密 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -裝 496005 五、發明說明（11 ) 封構件5且固持在正集極曝露 , 路# 2c <間，以防止自電極诖 子4與正電極2由於形成於 八私肛缅 山 於私極2上的毛邊之類而短路， 並改艮端子接取埠的氣密性。贫 各 於電極端子表現出黏附性質 竹、要把夠對 、 貝P禾特別加以限制，但並麵杜 逐自：聚晞烴樹脂譬如聚乙嫌 | /、 ㈣工匕 烯聚丙烯、變性聚乙烯、變 性聚丙烯、及其共聚物。 V 欠 如上述，孩對正電極2係藉由將正集極曝露部2績正集極 2a直接往外互相接合而密封住負電極3及固態電解質層：。 因此’因爲以正電極2作爲容器，故不需對於作爲容器之正 電極2提供新的容器及提供新的端子。結果，固態電解電池 1可能進-步€薄，Μ進一步減低其重量並進 量密度。 了文艮其把 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^^ 一該對正電極2密封住負電極3及固態電解質層“寺，並非 藉由一種熱始、封用樹脂將位於正電極2的外周圍邊緣部上之 正集極曝露部2c互相直接接合。因爲並未使用任何可供濕 氣滲透通過之熱密封用樹脂，故可能防止充電/放電週期因 濕氣滲入而劣化。並且，作爲接合邊界之各個正集極曝露 .部2 c的寬度可比相關技藝的黏著邊界寬度更窄，而可能使 付未奪助黾池反應之正集極曝露邵2 c的面積變小，藉以進 一步改良固態電解電池1的能量密度。 以下列方式製成具有上述構造之固態電解電池1 : 將一正活性材料層2b形成於一正集極2a之一表面上，而 製成*--正電極2。 知麦成正集極2 a之金屬搭（如铭落）的一表面均勾地塗有 -14- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 五、發明說明（12 一種正混合物，並♦ 6 八 L s 一種正活性材料及一蛀人％ 情形中，正集極2a的外周圖'…㈣及、、.°合劑。此 广一種正集極曝露部2c。隨後將正混合：並 成正活性材科層2b，而製成正電極2。可對形 結合：使用：種習知的結合劑。並可將習知的添：：物的 層2b。 錢結以料正活性材料 可藉由將正活性材料層几形成於正集極2a 並移除在正電極2的外周、# 表面上、 U的-部份、或由^ 上形成之正活性材料層 材料層2b形成於正式以預定形狀將正活性 部），來構成身爲正集極2 面上（排除了外周圍邊緣 性材料層以之正集極曝露仏。利用未=有正活 例，並未特別限制構成正集極曝露部2〇时法，根據此只施 製材料層3b形成於-一 ^ 將變成負集極3a之全屬 然 負 劑 -種負混合物…C! 治)的兩表面均勾地塗有 後將"人物\。一種負活性材料及-結合劑， ^ 5物加以乾燥形成負活性材料層3b，藉以構成 ’I3可。於負混合物的結合劑，可使用-種習知的結合即 ❹，士、添加物加入負混合物，亦可利用鑄造塗佈 或k、、.口万式構成負活性材料層3 b。 如 成 並未特別限制製造各個正電極2與負電極3之順序。參 ’可措由將活性材料層形成於集極上，然後將集極切剥 -15- 496005 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 、-固態電解質層6係形成於在負電極3的兩表面上之各負 =!·生材料層3bi 〇譬如’在使用—凝膠狀電解質作爲固態 電解質層6的情形中，首先將一種電解質鹽溶於—非液熊‘ 劑中以製備-種塑化劑。然後將—種基質聚合物加入並揽 動溶化於塑化劑中，以獲得一種落膠狀電解性溶液。負活 =料層3b係覆蓋有某特定量的電解溶液且保持室溫直到 J貝聚合：成爲凝膠爲止。利用此方式，以凝膠狀電解質 製成的固悲電解電池6係形成於負活性材料層3 ^上。同樣地，一種固態電解電池6係形成於在：電極2的一表 面上之正活性材料層2b上。 -個負電極端子4係連接至負電極3之部份的負集心， 由-種絕緣材料製成的一種密封構件5係先行黏在一部份 ，而與負電極端子4的正集極23的曝露部相接觸。 如圖4所示，負電極3係固持在該對正電極2之間 吏侍正活性材料層2b經由固態電解:::對。具體而言，在-表面上具有固態電解V層 %極2、在兩表面上具有固態電解質層6之自電極3 以=-表面上具有固態電解質層6之正電極2係互相堆登 吏侍固悲電解質層6互相接觸。在此同時，位於正 :外周園邊緣部上之正集極曝露部2。係互相對準並二 連接至負電極3之負電極端子4係經由密封構件5固持：正 上 6 疊 -16

本紙張尺度刺中國國家標準（CNS)A4娜（21〇τ"297公爱） (請先閱讀背面之注意事:填寫本頁) I· 丨裝 • I n ϋ ----訂ί· 五、發明說明（14) 集極曝露部2 c之間、γ i#人 卢“ 導向固態電解電池1外部。 在使用一種具有很低的隔膜 質層6的情形中，如圖5所示1 ^質作冑固態電解 極2之間的實際接觸，可將—個分;極3與各正電 正電極2之間。分隔件7可由—種孔：配么於負電極3與 布料製成。 I、希烴树脂或非織造 二負接電接== 所示= 該對正電一如圖"、3 妖々八卸正集極曝露邵2c互相接合。 接:i:在將負電極端子4導向固態電解電'也1外部之端子 二集極曝露部2c並未藉由上述方法互相直：： 口 疋，1由欲封構件5以熱密封方式密封。 枉=人述，Γ據本發明的製造方法，將作爲容器用之正電 極2的全邵外周圍邊緣部(排除了放在正電 的端子接取淳）不用熱密封樹脂即可互相直接接合。^工可3 .能防止濕氣滲入固態電解電池i，故確實保持電池 十生〇 ^ 濟 部 智 並且，因爲並未幫助電池反應之作爲接合邊界的正集極 曝露邵^面積可降低，故可改良電池1的能量密度。 上述實施例中，使用正電極作爲身爲容器用之第一電極 ’並使用負電極作爲密封在第一電極中之第二電極·但是 ’並未限制本發明，但可使用負電極作爲第一電極且可使 -17_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 496005 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（15) 用正電極作爲第二電極。 、圖顯示本發明的一種固態電解電池的另一項實施例的 之上把圖’圖7爲沿著圖6的線E _ F所取之剖視圖；圖8爲沿 著圖6的線G-H所取之剖視圖。固態電解電池丨丨具有：一 、士 -黾极12，其作爲第一電極；一正電極I]，其作爲密封 在負電極12中的一第二電極；一正電極端子14，其以實體 生方式連接至正電極; 一密封構件15，其配置於正 電極=子14與負電極12之間；以及一對固態電解質層Μ。 負電極1 2具有一負集極12a、以及形成於負集極12a的一 表面上之一負活性材料層12b。負活性材料層12b並未形成 於負术極12a的一外周圍邊緣部的一表面上，將此曝露的外 周圍邊緣邵視爲一負集極曝露部12c。 正私極13具有一正集極13、以及形成於正集極丨3&的兩表 面之正活〖生材料層13b。在位於負電極12的外周圍邊緣部 互相對接位置之一端子接取埠上，正電極端子14係覆蓋有 邊封構件1 5而與負電極j 2絕緣、並導向固態電解電池i工外 部。 如圖7與8所示，在正集極13a兩表面上具有正活性材料層 Ub之正電極1 3係固持在該對負電極1 2之間，使得正活性 材料層1 3 b與負活性材料層12b相對且其間具有該對固態電 解質層16 ,並藉由將位於負電極12的外周圍邊緣部上且作 爲接合邊界之負集極曝露部12c互相接合，而將正電極13連 同該對固態電解質層1 6密封在負電極1 2中。 如上述，藉由將作爲接合邊界之負集極曝露部與往外 -18- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 訂--------- #· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 五、發明說明（16 ) 引導的負术極12a互相接合，而將該對負電極！ 2密封住正 極=固態電解質層16。利用此方式，因爲以負電極㈣ 局:為，並不需要對於作爲容器之負電極12提供新的容器 二提供新的端子。因此，可能進—步使固態電解電池“變 薄’以進一步降低其重量並進一步改良其能量密度。 該對負電極12並非經由一種熱密封用樹脂將位於負電極 12的外周圍邊緣部上之負集極曝露部…互相直接接合而密 封住正電極13及固態電解質層16。因爲並未使用任何可讓 氣滲過之熱密封用樹脂，故可能防止充電/放電週期因濕 氣> 而劣化並且，因爲作爲接合邊界之各個負集極曝 露部12c的寬度可比相關技藝的熱密封用的黏著邊界寬度更 ^ ，可此降低並未幫助電池反應之負集極曝露部12c的面 積，藉以進一步改良固態電解電池n的能量密度。 此外，圖6、7、8所示的固態電解電池1 1具有與圖！所示 的固態電解電池1相同的基本構造，固態電解電池"中採 用負電極作爲第一電極並採用正電極作爲第二電極，差異 在於：電池1之正電極及負電極分別由電池"的負電 .正電極加以取代。因此省略了電池η中與電池1相對應之 各個組件的描述。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印射衣 根據上述實施例的各個電池丨及丨丨構造可使得：藉由固 態電解質層與往外引導的第一電極的集極互相接合，而將 作A容器I該對第一電極密封住第二電極及固態電解質層 ;但是本發明並不限於此。譬如，本發明可適用於以作爲 容器t 一第一電極取代各電池1與丨i所描述之該對第一電 19 496005 五、發明說明（17 ) 極之構造。此構造中，第一電極係 電極，藉以密封住第二電極及固態電白解成^邵份以容納第二 顯二本::月的一種固態電解電池的另，施例之立 -圖。、中僅使用一個作爲容器之第—電 圖9的線I-J所取之剖視圖；# 口馬/口考 .M ^ 口 11 A沿耆圖9的線K-L所取 心剖視圖。固態電解電池21包括：―正電極22，並作爲： -電極；-負電極23，其作爲密封在正電極22中之第二· 極;-負一電極端子24,，其以實體及電性方式連接至負電： ―密封構件25，其位於負電極端子“與正電極 間；以及固態電解質層2 6。 正電極22具有形成於正集極22a的—表面上之一正活性 料層22b，正活性材料層22b並未形成於正集極22a的外周圍 邊緣邵的一表面上。此曝露的外周圍邊緣部係視爲—種正 集極曝露部22P因爲正電極22摺成兩部份而密封住备電枉 23，故將正電極22尺寸概括設定成爲負電極23尺寸的兩倍 ，使得正電極22的一個摺疊部份變成接近等於負電極^ 尺寸。 、 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 負電極23具有一負集極23a、以及形成於負集極23玨兩表 面上之負活性材料層23be在正電極22的外周圍邊緣部的— 位置處所形成t 一端子接取埠上，負電極端子24係覆蓋有 密封構件25而與正電極22呈絕緣、並導向固態電解電:21 外部。 如圖10及11所示，藉由將正電極22摺成兩部份，而讓在 負集極23a兩表面上具有負活性材料層231)之負電極23容納 20- 496005 A7 五、發明說明（18 部 智 慧 員 工 消 費 在已摺叠的正電極22中，使得負活性材料層23b經由固態電 解質層26與正活性材料層22b相對。在此⑽，藉由在正電 極22的三側S1、S2、S3各者上將正電極。的外周圍邊緣 邵上所形成之正集極曝露部22c互相接合，而將負電極以連 同固悲電解質層26密封在正電極22中。 如上述，藉由將正電極22摺成兩部份、然後將正集極曝 露部22c(其中正集極22a係向外引導）、然後將正集極曝露 邵22c互相接合，而讓正電極22密封住正活性材料層22匕、 負電極23及固態電解質層26。湘此方式，目爲以曰正電極 2—2作爲容器，故不需要對於作爲容器之正電極u提供新 容器並提供新的端子。結果可能使固態電解電池21進一 變薄，並進-步降低其重量且進一步改良其能量密度。 並非經由一種熱密封用樹脂將位於正電極22的外周圍逭 2邵上之正集極曝露部22c互相直接接合，而讓正電極U 密負電極23及固態電解質層26。因爲並未採用任何 ，濕氣滲入之熱密封用樹脂，故可能防止充電/放電週期 濕氣滲入而劣化。並且，因爲作爲接合邊界之正集極曝 .邵22c的寬度可比相關技藝的黏著邊界寬度更有，故^ 低並未幫助電池反應之正集極曝露部22c的面積，而進一 改良固態電解電池2 1的能量密度。 此外’圖9、1〇、"所示的固態電解電池”具有與圖卜 示的固態電解電池i相同的基本構造，差異在於·電池2 中’將-個作爲第-電極之正電極摺成兩部份以容納負 極及固態電解質層。因此省略對於電池21中與電叫目 之 注 的 步 邊 可 因 露 步 所 對 印 制 -21 - 本紙張尺度適用中國國G準（CNS)A4規格⑵G χ 297公爱1— 496005 A7 B7 五、發明說明（19 ) 應之各組件的重覆描述。 請 先 閱 讀 背 之 注 如上述，第一電極可構成負電極或是正電極，且第二電 極則構成負電極與正電極中的另一者；但是，作爲容器之 第一電極較佳係構成負電極。由於採用作爲第一電極而能 確保大面積之負電極，故可在電池充電時有效抑制鋰的沉 澱。 訂 在各個上述的固態電解電池中，較佳係爲2公厘或以下、 較佳爲1公厘或以下的厚度。一般在薄型電池中因爲容器具 有特定厚度及特定重量，所以相較於較厚的電池，容器對 於整體電池的容積與重量將具有更大的影響，造成單位容 積的能量密度以及單位重量的能量密度由於容器的出現而 具有更明顯的損失。但根據本發明，因爲不需額外提供容 器，本發明可適用於一種薄型片狀固態電解電池。結果可 能完全達成本發明的效果，亦即使電池變薄、具有輕重量 及較高的能量密度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述實施例中，將構成集極的金屬箔視爲電池的最外層 並作爲容器用；但本發明並不限於此。譬如，不具有活性 材料層之集極的另一個表面係可以耐綸或類似物塗佈集極 的另一表面而具有一個作爲電池最外層之覆蓋層。由於提 供覆蓋層而可將強度有效賦予金屬箔形成的集極，因此使 集極的厚度降低，而使電池進一步變薄而降低其重量，並 進一步改良其能量密度。 本發明固態電解電池的形狀並不限於上述正方形、而是 可爲任何形狀。並且，本發明適用於廠附電池及二次電池。 -22 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 496005 A7 B7 五、發明說明（20 可由下列範例更清楚瞭解本發 明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 [新穎範例] 以下列方式製成一種負電極。 藉由9 0份重量作爲負活性材料里 ， I石Ί砰粉與1 〇份重晋作 爲結合劑之聚(偏氣乙烯，_六氟丙烯)相混合，以一 種負混合物。負混合物係散佈在N•甲基_2_吡 體狀。將具有10微米厚作爲备隹打、Μ 子作馬負集極<銅箔的兩表面均 塗覆有該負混合物聚體，並將負混合物加以乾燥壓 機壓縮在負集極上，藉以將負活性材料層形成在負集極 兩表面上，因此製成負電極。 以下列方式製成一種正電極。 爲了獲得一種正活性材料（Lico〇2)，碳酸麵與碳酸鉛 0.5莫耳：1莫耳的混合比値進行混合，並以9⑽。在空氣 燒結5小時。藉由將90份重量作爲所製成的正活性材料 LiCo〇2、6份重量作爲傳導劑之石墨、及4份重量作爲結 劑之聚（偏氯乙晞-co-六氟丙烯）相混合，而製備一種正混 合物。正混合物係散佈在N_甲基_2_吡咯酮中呈漿體狀: 將作爲正集極40微米厚之㈣的—表面（排除了外周圍邊緣 部）以圖案塗佈方式均勻地塗覆有該正混合物漿體，並將正 混合物加以乾燥並由壓軋機壓縮在正集極上，藉以將一正 活性材料層形成在正集極的一表面上（排除了外周圍邊緣部 )，因此製成正電極。 以下列方式製成一種凝膠狀電解質層。 形成於負集極的兩表面上之負活性材料層以及形成於正 23 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 漿 地軋 的 以中 之合 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事^ 填 II裝 頁 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496005 ----- B7______ 五、發明說明（21 ) 集極的一表面上之正活性材料層係各均勻地塗覆有一種溶 液，孩溶液係由30份重量的塑化劑（包含42.5份重量的碳酸 乙醋、42·5份重量的碳酸丙酯、1 5份重量的LiPF6)、1 0份 重里的聚（偏氯乙烯-c〇-六氟丙晞）、及6〇份重量的碳酸二 甲酯相混合及溶化而製成，其中以浸泡方式在室溫留置8小 時並利用瘵發方式移除碳酸二甲酯，因此製成凝膠狀的電 解質層。 在兩表面上具有固態電解質層之負電極如圖5所示係固持 及壓抵在該對正電極之間，該對正電極各在其一表面上具 有固態電解質層。 最後，形成於正電極的外周圍邊緣部上（排除了一負端子 接取埠）之正電極曝露部係經由電子束熔接而互相直接接合 ’故產生具有A5片狀（140公厘χΐ 96公厘）及5 60微米厚的鋰 離子二次電池。此外，在負端子接取埠上，將一種8公厘寬 及40微米厚之酸變性CPP膜先行黏在負端子上，利用一熱 名封為以減低堡力及180C來密封住負接取璋。 [比較性範例] .以與新穎範例相同的方式製備一種正混合物，將2〇微米 厚之銘箔的一表面均勻地塗覆有正混合物，將正混合物加 以乾燥並利用壓軋機壓縮在鋁箔上，而在鋁箔的一表面上 形成一種正活性材料層，藉以製成一種正電極。隨後以與 新顆範例相同的方式製成一種負電極。 如同新穎範例，一凝膠狀電解質層係形成於負集極兩表 面上之負活性材料層、以及正集極的一表面上之正活性材 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I 111 I I I I · I I I I I I I ^ 0 I---I I I I * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 —.—— __ ._B7 五、發明說明（22 ) 料層中的各者上。 具有凝膠狀電解質層之正電極、具有凝膠狀電解質層之 負電解質、及具有凝膠狀電解質層之正電極係與彼此相對 的凝膠狀電解質層互相重疊並互相呈壓力接觸，而製成— 種電池元件。 將此方式製成的電池元件插入一種含有一鸽造聚丙晞層 (3 0微米）、鋁箔（4〇微米）及耐綸層（丨5微米）之鋁疊膜中， 且利用熱密封器以180eC及降低壓力來密封住鋁疊膜的外周 圍邊緣部，以產生一種具有140公厘X 200公厘尺寸及69〇微 米厚度之片狀鍾離子二次電池。 對於新穎範例及比較性範例中的電池，測量出充電/放電 週期開始時的能量密度、以及500週期之後的放電容量保持 比値，結果顯示於表1中。 表1 — I.--------«-裝--------訂 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 單位重量之能量 密度（Wh/公斤） 單位容積之能 量密度（Wh/ 升） 放電容量保持 比値（％ ) 新穎範例 148 310 81 比較性範例 131 290 39 表1中顯TF ’新頭範例的電池在单位重量之能量密度、單 位容積之能量密度、放電容量保持比値等方面係優於比較 性範例的電池。結果發現：以正電極作爲容器的構造係可 有效改良電池的能量密度，且將正集極曝露部互相直接接 合的構造係可有效確保氣密性，以免充電/放電週期因爲濕 % 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制衣 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 496005 A7 B7_ 五、發明說明（23 ) 氣渗入而劣化。 如上述，根據本發明的固態電解電池，因爲以第一電極 作爲容器，所以不需對於第一電極提供新端子及提供新容 器，以使電池進一步變薄並進一步降低其重量。因爲電池 可安裝在一電子裝置上而不需對於第一電極的端子位置具 有任何限制，所以可使電子裝置變薄並降低其重量。並且 ，因爲並非經由一種熱密封用樹脂將第一電極的外周圍邊 緣部上之集極曝露部互相直接接合，而將固態電解電池加 以密封，故可確保相當理想的氣密性，並明顯降低第一電 極之集極曝露部的面積。因此，可使得固態電解電池變薄 、具有輕重量、較高能量密度，並加強其充電/放電週期特 徵。 根據一種本發明固態電解電池之製造方法，因爲並非經 由一熱密封樹脂將第一電極的集極曝露部互相直接接合， 而將電池加以密封，故可能使電池變薄及具有輕重量，並 確保了很理想的氣密性。因此可能提供一種薄型輕重量且 具有較高能量密度及優良充電/放電週期特徵之固態電解電 .池。 雖已用特定名稱來描述本發明的較佳實施例，此描述僅 爲示範性質，已知可作改變及變更而不背離申請專利範圍 之:精神與範圍。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐1 ~ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂---------#.

Claims (1)

1. 496005 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 1. 一種固態電解電池，包含： 一第一電極，包括一第一集極、以及形成於該第一集 極的一表面上之一第一活性材料層，其中該第一集極之 一外周圍邊緣部係保留作爲一集極曝露部； 一第二電極，其包括一第二集極、以及形成於該第二 集極的兩表面上之第二活性材料層；及 一固態電解質，其位於該第一電極與該第二電極之間； 其中該第二電極係固持在該第一電極中，使得該第一 活性材料層經由固態電解質而與各個該等第二活性材料 層相對、並藉由將該第一電極的集極曝露部互相接合而 密封在該第一電極中。 2. 如申請專利範圍第1項之固態電解電池，其中該第一電 極構成一對第一電極，而該第二電極則固持在該等第一 電極之間。 3. 如申請專利範圍第1項之固態電解電池，進一步包含一 個連接至該第二電極之電極端子，其中該電極端子係導 向外部並固持在該第一電極的集極曝露部的接合部份中。 4. 如申請專利範圍第3項之固態電解電池，進一步包含一 個具有電絕緣體的密封構件，該密封構件係配置於該電 極端子與該第一電極之間。 5. 如申請專利範圍第1項之固態電解電池，其中利用一種 塑化劑將該固態電解質製成凝膠。 6. 如申請專利範圍第1項之固態電解電池，其中該電池係 形成具有2公厘或更小厚度之一片。 -27- 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) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4^6005 C8 ~~---~~--^_____ 六、申請專利範圍 〜 7·如申請專利範圍第1項之固態電解電池，進一步包含— 個位於孩第一電極與該第二電極之間的分隔件。 8·如申請專利範園第i項之固態電解電池，其中該第—電 極爲負電極，而該第二電極爲正電極。 思 9·如中請專利範圍第8項之固態電解電池，其中該負電極 含有鋰、一種鋰合金、或一種可摻有或釋出鋰的材料。 1 〇 ·如申请專利範圍第8項之固態電解電池，其中該正電極 係含有鋰及一過渡金屬之一種複合氧化物。 11. 如申請專利範圍第i項之固態電解電池，其中該第一電 極爲正電極，而該第二電極爲負電極。 12. 如申請專利範圍第u項之固態電解電池，其中該負電極 係含有鋰、一種鋰合金、或一種可摻有或釋出鋰的材料。 13·如申請專利範圍第u項之固態電解電池，其中該正電極 係含有麵及一過渡金屬之一種複合氧化物。 14. 種固悲電解電池的製造方法，包含以下步驟： 在一第一集極的一表面上形成一第一活性材料層，其 中以孩第一集極的一外周圍邊緣部保留作爲一集極曝露 邵’以產生一第一電極； 在一第二集極的兩表面上形成第二活性材料層，以產 生一第二電極； 和居第一電極固持在該第一電極中，使得該第一活性 材料層經由一固態電解質而與各個該等第二活性材料層 相對；及 將該第一電極的集極曝露部互相接合，其中已在該固 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） AWI --------訂--------1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 持步驟中固持住該第-雨 第一電極中。弟--極’以將該第二電極密封在該 15·如中利範圍第"嚷之固態電解電池的製造方法，立 中在孩密封步驟中，藉由電子束熔接、雷㈣接、超^ 波熔接、阻抗熔接及壓力 曝露部互相接合。力料万式將该弟—電極的集極 16.如申請^利範圍第14項之固態電解電池的製造方法，其 中Ϊ：—電極製造步驟中製成的該第-電極係構成- ’·士第屯極且在忒固持步驟中將該第二電極固持在該 對第一電極之間。 1 7 .如申=專利|巳圍第！ 4項之固態電解電池的製造方法，其 中在琢固持步驟中，將_電極端子連接至該第二電極， 並將咸電極端子導向外部並固持在該第一電極的集極曝 露邵的接合部份中。 18.如申請專利範圍第17項之固態電解電池的製造方法，其 中在該密封步驟中，將一個具有電絕緣體的密封構件配 置於電極端子與該電極之間，並藉由該密封構件以熱密 封方式4第％極的集極曝露部之—個設有該密封構 件的部份互相接合。 如申請專利範圍第14項之固態電解電池的製造方法，其 中利用一種塑化劑將該固態電解質製成凝膠。 20·如申請專利範圍第14項之固態電解電池的製造方法，其 中S黾池係形成具有2公厘或更小厚度之一片。 21.如申請專利範圍第14項之固態電解電池的製造方法，其 -29 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） -----------_•裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨--丨訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 19 496005 電極 、申清專利乾圍 進-步包含將一分隔件配置於該第 之間的步驟。 -一点罘 2 2 ·如申凊專利範圍第1 M u也見解電池的製造方朱 中琢弟一電極爲負電極，而該第 '，其 山、土杰 不一包極局正電極。 .如一申化專利範圍第22項之固態電解電池的製 中该負電極含有鋰、一種鋰合金、 ^ '，其 鐘的材料。 種可摻有或釋出 24. 如申請專利範圍第22項之固態電解電池的製造方法， 中孩正電極係含有鐘及一過渡金屬之—種複合氧化物其 25. 如申請專利範圍第14項之固態電解電池的製造方法，。龙 中該第-電極爲正電極，而該第二電極爲負電極。〜 26. 如申請專利範圍第25項之固態電解電池的製造方法，其 中該負電極係含有鋰、一種鋰合金、或一種可摻有或釋 出鋰的材料。 宇 27. 如申請專利範圍第25項之固態電解電池的製造方法，其 中孩正電極係含有鋰及一過渡金屬之一種複合氧化物。 裝 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) —訂--------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）