TW529190B - Polymer electrolyte battery and method of producing the same - Google Patents

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Takahiro Endo
Koichiro Kezuka
Kazuhito Hatta
Takayuki Kondo
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Description

A7 B7 529190 五、發明説明（1 ) 【發明之所屬技術領域】 本發明係關於一種具備正極與負極乃介由聚合物電解質 而捲繞形成之電池元件的聚合物電解質電池及其製造方 法，尤其係關於電池元件之形狀的改變。 【習知技術】 近年，隨著攜帶型電子機器的小型化、輕量化，即使對 於一對此等電子機器供給電力之電池，不依所謂驅動用或 支援用等之使用用途，而小型化或輕量化、薄型化等之要 求乃升高。 可滿足如此要求之電池，已開發出非氫電解質電池所謂 鋰系電池，並已實用化，其係具備一具有可逆性地脫插入 鋰離子之活物質的正極及負極、與非氫電解質，並具有高 輸出、高能量密度等之優點。 尤其，含有聚合物電解質作為非氫電解質之鋰系電池， 具有耐漏液性優、安全性高之特徵。又，含有聚合物電解 質之鋰系電池，因輕量且可薄型化，可符合各種電子機器 之形狀或大小而設計其電池形狀，即具有習知電池所無之 特徵。 例如，以薄型製造平板狀之聚合物電解質地電池時，在 薄的薄片狀正極與薄的薄片狀負極之間介入聚合物電解質 而形成電池元件，只要以鋁箔作為芯材之積層膜外裝此電 池元件即可。 【發明欲解決之課題】 近年，為謀求各種電子機器之更小型化，必須有效地使 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（2 ) 用電子機器之内部空間，尤其，利用一具有曲面之内部空 間作為一成為電子機器的電源之電池收藏空間。 然而，例如圖1 7所示，在行動電話或P D A等手提型電 子機器101中，當在具有曲面之内部空間組入平板狀聚合 物電解質電池102時，在電子機器101之框體與平板狀聚 合物電解質電池1 0 2之間會產生浪費的間源1 0 3，無法有 效地使用電子機器1 0 1的内部空間。 因此，有效使用此等間隙1 0 3的方法，想出一可符合電 子機器10 1具有之内部空間形狀，而使平板狀之聚合物電 解質電池1 0 2彎曲。 但，平板狀聚合物電解質電池1 0 2因具有一於薄片狀正 極與薄片狀負極之間介入聚合物電解質之平板狀電池元 件，即使使平板狀聚合物電解質電池1 0 2彎曲，亦無法長 時間保持特定的彎曲形狀。又，依使平板狀電池元件彎曲 時之外力，電池活物質層會龜裂，進一步有時會從集電體 剝離。因此，使平板狀聚合物電解質電池1 0 2彎曲時，電 池特性明顯降低》 因此，例如在特開平第11-307130號公報中，係揭示一 種使正極與負極介由聚合物電解質而積層形成的電池元件 (以下，只稱為平板狀電池元件）以2個異徑熱壓接，俾使 平板狀電池元件寶曲的方法。若依此方法，雖可保持電池 元件之彎曲形狀，但因異徑輥之剪斷應力施加於活物質層 與集電體之間，電池阻抗等會增大，在芯部電極端部易產 生短路，不能得到安定之電池性能。又，不只要得到的目 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（3 ) 的之彎曲形狀之曲率乃極困難，電池厚度限制亦很大。 本發明係有鑑於如此習知之實情而提出者，目的在於提 供一種為適應各種電子機器具有之内部空間的形狀，例如 即使形成具有彎曲形狀或略半圓形狀之曲面的電池，電極 端部短路之可能性低，電池特性良好之聚合物電解質電池 及其製造方法。 【為解決課題之手段】 為達成上述目的，本發明之聚合物電解質電池其特徵在 於：具備一正極與負極介由聚合物電解質而捲繞形成之電 池元件，並垂直於此電池元件之捲繞軸的斷面具有彎曲形 狀。 如此所構成之本發明聚合物電解質電池，係具有正極與 負極介由聚合物電解質而捲繞，且垂直於捲繞軸之斷面為 彎曲形狀的電池元件，故，與一使平板狀電池元件彎曲之 聚合物電解質電池比較，電極端部短路之可能性非常低， 具有良好的電池特性。又，在本發明之聚合物電解質電池 中，亦可使上述彎曲形狀形成至少一部分具有平坦部的形 狀。 又，本發明之聚合物電解質電池，其特徵在於：具備一 正極與負極介由聚合物電解質而捲繞形成之電池元件，且 垂直於此電池元件之捲繞軸的斷面具有略半圓形狀。 如以上所構成之本發明聚合物電解質電池，具有一電池 元件，其係正極與負極介由聚合物電解質而捲繞成，且垂 直於捲繞軸的斷面為略半圓形狀，故，與使平板狀電池電 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（4 ) 極彎曲之聚合物電解質電池比較，電極端部短路之可能性 非常低，具有良好之電池特性。又，在本發明之聚合物電 解質電池中，亦可使上述略半圓形狀之略圓弧狀部分形成 至少一部分具有平坦部的形狀。
裝 又，本發明之聚合物電解質電池之製造方法，其特徵在 於具備如下步騾：電池元件形成步騾，其係形成一正極與 負極介由聚合物電解質而捲繞成之電池元件；熱壓接成形 步騾，其係在具有彎曲凹面之凹型加熱塊與具有彎曲凸面 之凸型加熱塊之間，熱壓接上述電池元件，以使垂直於此 電池元件之捲繞軸的斷面形成彎曲形狀。 t 如以上所構成之本發明聚合物電解質電池之製造方法 中，其係使正極與負極介由聚合物電解質而捲繞成之電池 元件，在凹型加熱塊與凸型加熱塊之間，進行熱壓接，而 形成彎曲形狀。因此，若依本發明聚合物電解質電池之製 造方法，可製造一種聚合物電解質電池，其係製造程序很 簡單，並且電極界面接合性良好，同時並可長期保持彎曲 形狀，電極端部短路之可能性降低，維持良好之電池特 性。 又，在本發明之聚合物電解質電池之製造方法中，在上 述彎曲部内之至少一部分具有平面部的凹型加熱塊、與、 在上述彎曲部内之至少一部分具有平面部的凸型加熱塊之 間，熱壓接上述電池元件，垂直於此電池元件之捲繞軸的 斷面，形成至少一部分具有平坦部的彎曲形狀。 本發明之聚合物電解質電池之製造方法，其特徵在於具 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（5 ) 備如下步騾：熱壓接成形步騾，其係在具有彎曲凹面之凹 型加熱塊與具有平面之平面型加熱塊之間，熱壓接上述電 池元件，以使垂直於此電池元件之捲繞軸的斷面形成略半 圓形狀。 又，如以上所構成之本發明聚合物電解質電池之製造方 法中，其係使正極與負極介由聚合物電解質而捲繞成之電 池元件，在凹型加熱塊與平面型加熱塊之間，進行熱壓 接，而形成略半圓形狀。因此，若依本發明聚合物電解質 電池之製造方法，可製造一種聚合物電解質電池，其係製 造程序很簡單，並且電極界面接合性良好，同時並可長期 保持略半圓形狀，電極端部短路之可能性降低，維持良好 之電池特性。 在本發明之聚合物電解質電池之製造方法，在上述彎曲 部内之至少一部分具有平面部的凹型加熱塊與具有平面的 平面型加熱塊之間，熱壓接上述電池元件，使垂直於此電 池元件之捲繞軸的斷面為略半圓形狀，且略圓弧部分之至 少一部分具有平坦部的形狀。 【發明之實施形態】 以下，參照圖面詳細說明本發明之聚合物電解質電池。 適用本發明之聚合物電解質電池1，如_圖1所示般，垂 直於捲繞軸之斷面具有彎曲形狀的電池元件2a，乃以由 絕緣材料等所構成之積層膜3之外裝而減壓封住。 電池元件2a係正極與負極介由聚合物電解質層而朝縱方 向捲繞而成，使圖2所示之扁平狀電池元件2b依後述之成 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
裝 訂 f A7 B7 529190 五、發明説明（6 ) 形方法，形成垂直於捲繞軸之斷面為彎曲形狀。
裝 電池元件2b具體上如圖3所示，係具備：於正極集電體 4之兩主面上分別形成正極活性物質層5之正極6、及、於 負極集電體7之兩主面上分別形成負極活物質層8之負極 9;進一步具備於正極活物質層5上之聚合物電解質層 10、及、形成於負極活物質層8上之聚合物電解質層11。 而且，具備聚合物電解質層10之正極6、及、具備聚合物 電解質層11之負極9乃介由分離膜12而積層後，朝縱方向 捲繞，以形成電池元件2 b。又，電池元件2 b如圖2所示， 在正極集電體4之一端形成使用鋁等之正極端子13、及、 在負極集電體7之一端形成使用銅或鎳等之負極端子14。 電池元件2 b係如圖1所示，形成垂直於捲繞軸之斷面具 有彎曲形狀的電池元件2 a後，將正極端子1 3及負極端子 14導出外部，並收藏於上述積層膜3之内部。 t 正極集電體4乃使用鋁、鈦或其等之合金等。又，正極 集電體4之形狀可為箔狀、條狀、集束金屬狀、網狀等。 又，正極集電體4之厚度宜為20 μιη以下。 、正極活物質層5係使含正極活物質、導電材及黏結劑之 正極合劑分散溶劑中的正極合劑漿液，塗布於正極集電體 4之兩主面上而形成者。 _ 正極活物質在此種聚合物電解質電池中習知公知之正極 活物質材料之任一者均可使用，例如可使用鋰與過渡金屬 之複合氧化物等。具體上可使用只含有1種過渡金屬元素 之 LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiA102等、或、含有 2 種以 -9 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（7 ) 上述過渡金屬元素之LiNiQ.6CoG.602、1^奶().6(：〇〇.203等。 導電材料可使用如碳材料等。又，黏結劑可使用如聚氟 化亞乙烯等。又，溶劑可使用如N -甲基吡咯酮等。 負極集電體7可使用如銅等。又，負極集電體7之形狀 可使用箔狀、條狀、集束金屬狀、網狀等。 負極活物質層8係使含有負極活物質及黏結劑之負極合 劑分散於溶劑中的負極合劑漿液，塗布於負極集電體7之 兩主面上而形成的。 負極活性物質係於此種聚合物電解質電池中以往公知之 負極活物質材料任一者均可使用，例如，可使用經金屬、 鋰合金、鋰混雜/去混雜之材料等。 鋰混雜/去混雜之材料可使用如石墨、難石墨化碳、易 石墨化碳等之碳材料，具體上可使用熱分解碳類、焦碳 (瀝青焦碳、硝化焦碳、石油焦碳）、石墨類、玻璃狀碳 類、有機高分子化合物燒成體（酚樹脂、呋喃樹脂等以適 當溫度燒成、經碳化者）、碳纖維、活性碳等。進一步， 鋰混雜/去混雜之材料可使用聚乙炔、聚吡咯等之高分 子、Sn02等之氧化物等。 在此負極合劑中依需要亦可加入導電材。導電材可使用 如碳材料等。又，黏結劑可使用如聚氟化亞乙婦等。又， 溶劑可使用如N -曱基吡咯酮等。 構成聚合物電解質層10、11之聚合物電解質，在此種 非氫電解質電池中只要為所使用之聚合物電解質，任一者 均可使用，但，宜使用具有熱融接性或熱硬化性、電化學 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂 A7 B7 529190 五、發明説明（8 ) 安定性高分子固體電解質、或在此高分子固體電解質中添 加可塑劑之凝膠狀電解質。 上述凝膠狀電解質係含有非氫溶劑、電解質鹽、及基質 聚合物。 非氫溶劑可使用：碳酸乙烯酯、碳酸丙晞酯、r -己内 酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙基甲酯、碳酸二丙 酯、碳酸乙基丙酯、碳酸亞乙烯酯等之碳酸酯類、或、此 等碳酸酯類之氫取代成崮素之溶劑等。此等非氫溶劑可單 獨使用，亦混合2種類以上使用。 電解質鹽可使用如 LiPF6、LiC104、LiCF3S03、LiAsF4、 LiBF4、LiN(CF3S03)2、C4F9S03Li 等。此等電解質鹽可 1種 類單獨使用，亦可混合2種類以上使用。 基質聚合物係使用一種將電解質鹽溶解於非氫溶劑而成 之非氫電解液適當地保持而可凝膠化者。具體之基質聚合 物係可使用一含有聚氟化亞乙烯或聚環氧乙烷、聚環氧丙 烷、聚丙烯腈、聚甲基丙腈等重覆單元之高分子聚合體， 但不限於此等。如此之熱可塑性基質聚合物可一種單獨使 用，亦可混合2種類以上使用之。 又，基質聚合物亦可使用一種於分子内具有1個以上反 應性不飽和基的單體於非氫電解液中交聯者。具有反應性 不飽和基之單體可使用如··丙晞酸或丙烯酸甲酯、乙氧基 乙基丙烯酸酯、甲氧基乙基丙烯酸酯、聚乙二醇單丙烯酸 酯、乙氧基乙基甲基丙烯酸酯、甲氧基乙基甲基丙婦酸 酉旨、縮水甘油基丙婦酸酯、丙缔基丙婦酸醋、丙烯腈、二 -11- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 裝 訂 A7 B7 529190 五、發明説明（9 ) 乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇三丙 烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯等，就反應性或極性等 較佳者可單獨或組合使用，但不限於此等。聚合此等單體 之方法可採用如熱、紫外線或電子束等之方法，但，最有 效係以電極/凝膠電解質層一體成形很容易之熱所引起的 聚合。 分離膜1 2可使用多孔質聚烯烴或不織布等。尤其，聚 合物電解質10、11之隔膜性低時，宜適當插入分離膜 12° 如此所構成之聚合物電解質電池1具備電池元件2 a，其 係正極6及負極9介由聚合物電解質層1 0、1 1而捲繞成， 且垂直於捲繞軸之斷面為彎曲形狀，故與使平板狀電池元 件彎曲而成之習知聚合物電解質電池比較，電極端部短路 之可能性非常低，具有良好的電池特性。 因此，若依適用本發明之聚合物電解質電池1，如圖4 所示，可極容易地使聚合物電解質電池1之形狀適應於具 有電子機器20之曲面的内部空間形狀，故，可提高聚合 物電解質電池1之收藏空間效率。其結果，可以發電要素 滿足在電子機器框體與平板聚合物電解質電池之間所產生 的浪費間隙，可貢獻於電子機器2 0之外形多樣化或小型 化。 又，上述聚合物電解質電池1係說明有關垂直於電池元 件2 b之捲繞軸的斷面為彎曲形狀時，但，本發明不限於 此。如圖5所示，垂直於電池元件2 c之捲繞軸的斷面亦可 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）
裝 訂 f 529190 A7 B7 五、 發明説明（1〇 ) 形 成於 至少一部分具有平坦部5 0之彎曲形狀。 其次 ，說明有關製造上述聚合物電解質電池1 之製 造 方 法 。當 製造此聚合物電解質電池1時，首先， 進行形 成扁 平 狀電 池元件2 b之電池元件形成步騾。其次 熱壓 接 電 池 元件 2b而成形，以形成一垂直於捲繞軸之 斷 面具 有 彎 曲 形狀 之電池元件2 a，即進行熱壓接成形步 騾 〇再 者 y 以 積層 膜外裝電池元件2 a，再減壓封住，即 進行封 住 步 騾 〇 電池 元件形成步騾係正極6與負極9介由聚 合 物電 解 質 1 C 卜1 1而捲繞，形成扁平狀的電池元件2 b。 當製作正極6時，首先，均一地混合正極活 物 質、 導 電 材 及黏 結劑而成之正極合劑，再使其分散於溶 劑 中， 調 製 正 極合 劑漿液。然後，此正極合劑漿液藉例如 刮 刀法均 一 地 塗布 於正極集電體4之兩侧上。繼而，以南 溫 乾燥 濕 潤 狀 態之 塗膜而飛散溶劑，形成正極活物質層5 〇 其次 ，於正極集電體4之一端藉點焊接或超音 波焊接 以 連 接正 極端子13。正極端子13宜與負極端子] ί 4同 一 方 向 ，但 不引起短路等，而只要不對電池性能造 成 問題 任 — 方 向均 可。又，正極端子13之連接處只要為 可 獲得 電 氣 接 觸， 安裝處、安裝方法均不限。 _ 當製作負極9時，首先，均一混合負極活物 質 及黏 結 劑 而 成之 負極合劑，再使其分散於溶劑中，調整 負 極合 劑 漿 液 〇於 此負極合劑中依需要亦可加入導電材。 夕欠 後， 將 此 負 極合 劑漿液藉例如刮刀法等均一塗布於負極集電體7 的 -13- 訂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 t 529190 五 、發明說明（ 11 =二。繼而’以高溫乾燥濕潤狀態之塗膜而飛散溶劑，
形成負極活物質層8。 W 連二負極集電體7之—端藉點烊接或超音波烊接以 -响子14。負極端子14宜與正極端子13同一方 二但，不造成烴路，而只要不對電池性能產生問題，任 接:向均可。又’負極端子14之連接處只要可獲得電氣 接:二不限定安裝之處、安裝的方法。 人' °有例如碳酸一甲酯等之溶劑、可塑劑及基質聚 <永合物電解質溶液，塗布於正極活物質層5及負極 取貝層8上| ’使碳酸二甲酯而除去，以形成凝膠狀之 來合物電解質層1 〇、u。 然後，使形成聚合物電解質層10之帶狀正極6、及、形 成聚合物電解質層11之帶狀負極9介由分離膜12而朝縱方 向捲繞，以得到扁平狀之電池元件2 b。 ,在熱壓接成形步驟中，係在具有彎曲凹面之凹型加熱塊 與具有彎曲凸面之凸型加熱塊之間，熱壓接電池元件 b以形成垂直於此電池元件2 b之捲繞軸的斷面呈彎曲 形狀。 熱壓接電池元件2b時，首先，如圖6所示，在凹型加熱 塊2 1與凸型加熱塊22之間，插入扁平狀之電池元件2b。 /繼而，如圖7所示，使凹型加熱塊21與凸型加熱塊22閉 模’再適當調節此等加熱塊21、22之溫度及壓力而鼽壓 接。 再者，如圖8所示，使凹型加熱塊2 1與凸型加熱塊2 2開 -14 529190 A7 B7 五、 發明説明（12 ) 模 以 垂直於捲繞軸之斷面為彎曲形狀的方式成形之 電 池 元 件 2a 進行離膜。 如 此 ，使用凹型加熱塊2 1及凸型加熱塊2 2而熱壓 接扁 平 狀 之 電池元件2 b而成形，俾得到垂直於捲繞軸之 斷 面 為 彎 曲 形狀的電池元件2 a。 在 此 熱壓接成形步騾中，使用凹型加熱塊2 1及凸 型 加 熱 塊 2： ί而熱壓接電池元件2b的全體，形成垂直於捲 繞 轴 之 斷 面 為彎曲形狀，故，具有優異之電極界面接合性 J 就 聚 合 物 電解質電池1而言，可形成良好的電極/電解 質 界 面 J 且 長期保持彎曲形狀之電池元件2 a。 封住 步騾，係垂直於捲繞軸之斷面具有彎曲形狀的 電 池 元 件 2 a l以積層膜3挾住，使此積層膜3之外周緣部在 減 壓 下 熱 觸 接。 藉 此 ，得到在積層膜3中封入電池元件2a之聚合物 電 解 質 電 池 1 0 右 依 據具備以上步騾之聚合物電解質電池1的製 造 方 法 正 極6與負極9介由聚合物電解質1 0、1 1而捲繞 成 之 扁 平 狀 電池元件2 b，使用凹型加熱塊2 1與凸型加熱塊: 22 而 散 '，'、 壓 接，形成垂直於此電池元件2 b之捲繞轴的斷 面 為 曲 形 狀。 因 此 ，若依據聚合物電解質電池1之製造方法，可 製 造 — 種 聚 合物電解質電池，與製造一使平板狀電池元件 彎 曲 之 習 知 聚合物電解質電池時比較，其係製造程序很簡 單 y 並 且 電極界面接合性良好，同時並在垂直於捲繞軸的 斷 面 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 529190 五、發明説明（η 下可長期保持彎曲形狀^、 維”好之電池特性〜端邵短路之可能性降低’並 有：以電解質電池1之製造方法中，係說明 池元件2 面為彎曲形狀之方式所形成的電 而件2&，以積層膜3外裝之情％，但本發明不限於此， 力=以積層膜3外裝封住扁平電池元㈣後，插入凹型 :二鬼21與凸型加熱塊22之間，以相同於上述之方法進 仃熱壓接而成形。 万成進 明 凸 池 明 部 係 具 古又’在上述聚合物電解質電池1之製造方法中，係說 有關一在具有彎曲凹面之刑 " 凹j加熱塊與具有彎曲凸面之 裝 :加錢之間，錢接電池元#2b，以 ^2b之捲繞轴的斷面形成彎曲形狀的情形，二； f :於此：例如，如圖9所示，亦可在彎曲部内之至少： :二有：面：51的凹邵加熱塊5 2、與、在彎曲部内之 …/刀具有平面部53的凸型加熱塊54之間，数壓接 ==件。如此所得到之電池元件，如圖”斤示妾 垂直於電池元件2 c之捲繞軸的齡品 有平坦部5〇的弯曲形狀的斷面’形成至少—部份 酮 又，凹型加熱塊52與凸型加熱塊54之至少 凹型加熱塊5 2 )，與電池元件2 c相對向 — 橡膠片Μ。配置此矽酮橡膠片55 "且己矽 地施加熱及壓力。 了對电池兀件k均 其次’說明有關適用本發明之其他聚合物咖池。 適用本發明之其他實施形態的聚合物電解私質電池31 A7 B7 529190 五、發明説明（14 ) 如圖10所示，具有垂直於捲繞軸的斷面為略半圓形狀之 電池元件3 2 a，及以由絕緣材料等所構成之積層膜3外裝 而減壓封住。 又，聚合物電解質電池3 1係除了具有垂直於捲繞軸的 斷面為略半圓形狀之電池元件32a以外，其餘具有與上述 聚合物電解質電池1相同之構成。因此，對於與上述聚合 物電解質電池1相同之構件係賦予同符號，故省略說明。 如上述所構成之聚合物電解質電池31具備一電池元件 32a，其係正極6與負極9介由聚合物電解質10、11而捲 繞，並垂直於捲繞軸的斷面具有略半圓形狀，故，與使平 板狀電池元件彎曲之習知聚合物電解質電池比較，電極端 部短路之可能性非常低，具有良好之電池特性。 因此，若依適用本發明之聚合物電解質電池31，如圖 11所示，可極易使聚合物電解質電池31之形狀適合各種 電子機器40具有之内部空間的形狀，可提高聚合物電解 質電池3 1之收藏空間效率。其結果，以往，可以發電素 滿足在電子機器之框體與平板狀聚合物電解質電池之間所 產生的浪費空間，可貢獻於電子機器4 0之外型多樣化或 小型化。 又，在上述聚合物電解質電池31中，係說明有關一垂 直於電池元件32a之捲繞的斷面為半圓形狀的情形，但本 發明不限於此。例如，如圖1 2所示，垂直於電池元件3 2 c 之捲繞軸的斷面亦可略半圓形狀，在略圓弧狀部分之至少 一部分具有平坦部60之形狀。 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 529190 A7 B7 五、發明説明（15 ) 其次，說明有關製造上述聚合物電解質電池31之製造 方法。當製造此聚合物電解質電池3 1時，首先，進行形 成扁平狀之電池元件3 2 b的電池元件形成步驟。其次，熱 壓接電池元件32b而成形，形成一垂直於捲繞軸之斷面具 有略半圓形狀之電池元件3 2 a，即進行熱壓接成形步騾。 其次，以積層膜3外裝電池元件3 2 a，再減壓封住，即進 行封住步騾。 又，有關聚合物電解質電池31之製造方法中的電池元 件形成步騾，因係與上述聚合物電池1之製造方法中的電 池元件形成步騾相同，故省略說明。 熱壓接成形步騾係在具有彎曲凹面之凹型加熱塊與具有 平面之平面型加熱塊之間，熱壓接電池元件3 2 b，以形成 一垂直於此電池元件32b之捲繞軸的斷面為略半圓形狀。 當熱壓接電池元件32b時，首先，如圖13所示，在凹型 加熱塊4 1與平面型加熱塊4 2之間，插入扁平狀之電池元 件 3 2 b。 繼而，如圖1 4所示，使凹型加熱塊4 1與平面型加熱塊 4 2閉模，適當調整此等加熱塊4 1、4 2之溫度及壓力而熱 壓接。 再者，如圖1 5所示，使凹型加熱塊4 1與平面型加熱塊 42開模，以垂直於捲繞軸之斷面為略半圓形狀的方式所 形成之電池元件32a進行模。 如此，使用凹型加熱塊4 1及平面型加熱塊4 2而熱壓接 扁平狀之電池元件3 2 b以進行成形，俾得到一垂直於捲繞 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（16 ) 軸之斷面為略半圓形狀的電池元件32a。 在此熱壓接成形步騾中，係使用凹型加熱塊4 1及平面 型加熱塊4 2而熱壓接電池元件3 2 b的全體，以形成垂直於 捲繞軸之斷面為略半圓形狀，故具有優異之電極界面接合 性，就聚合物電解質電池3 1而言，可得到一形成良好的 電極/電解質界面且長期保持略半圓形狀之電池元件 3 2 a 0 在封住步騾中，係以積層膜3挾住一垂直於捲繞軸之斷 面具有略半圓形狀的電池元件2 a，並在減壓下熱觸接此 積層膜3之外周緣部。 藉此，可得到在積層膜3中封入電池元件2 a之聚合物電 解質電池1。 若依具備以上步驟之聚合物電解質電池31之製造方 法，正極6與負極9介由聚合物電解質層1 0、1 1而捲繞成 之電池元件3 2 b，利用凹型加熱塊4 1與平面型加熱塊4 2 而熱壓接，以形成一垂直於此電池元件3 2 b之捲繞軸的斷 面為4半圓形狀。 因此，若依據聚合物電解質電池31之製造方法，可製 造一種聚合物電解質電池31，與製造一使平板狀電池元 件彎曲之習知聚合物電解質電池時比較，其係製造程序很 簡單，並且電極界面接合性良好，同時並在垂直於捲繞軸 的斷面下可長期保持略半圓形狀，電極端部短路之可能性 降低，並維持良好之電池特性。 又，在上述聚合物電解質電池3 1之製造方法中，係說 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 529l9〇 五、 發明説明（17 月有關以垂直於捲繞軸的斷面為略半圓形狀之方式所形成 :電池元件32a’以積層膜3外裝之情形，但本發明不:限 接此，而亦可以積層膜3外裝封住扁平狀電池元件32b 插入凹型加熱塊與凸型加熱塊42之間，以相同於 上逑之方法進行熱壓接而成形。 又，在上述聚合物電解質電池3丨之製造方法中，係說 :有關-在具有彎曲凹面之凹型加熱塊舄與具有平面塑加 熟塊之間，熱壓接電池元件3 2 &，以佶玉古％ , · a以使垂直於此電池元件 a又捲繞軸的斷面形成半圓形狀的情形，但本發明不於 此。例如，如圖16所示，亦可在彎曲部内之至一部分 具有平面部61的凹型加熱塊62、盥、. 、e0 ，、在千面型加熱塊63 又間，熱壓接上述電池元件。如.张p u、 ” 卞如此所侍到 < 電池元件 0 2 c，如圖1 2所示，係垂直於雷、、也士从， ^ 於私池兀件32c之捲繞軸的斷 面為略半圓形狀，形成略圓弧狀部分之至少一部分具有平 坦部6 0的形狀。 刀/、 又’凹型加熱塊62與平面型加熱塊63之任—者(此處係 凹型加熱塊62) ’與電池元件32c相對向之間，宜配置梦 酮橡膠片55。配置此矽酮橡膠片64時可對電池元件32c 均一地施加熱及壓力。 【實施例】 以下’實際製作適用本發明之聚合物電解質電池的實施 例，及用以與此等實施例比較而製作之比較例，依據具體 之實驗結果而進行說明。 • 20 - I紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格 529190
、發明説明（π 實施例1 [正極之製作] 首先’正極合劑之各成分乃秤取LiCo02 92重量份作為 正極活物質、粉狀石墨5重量份作為導電材、粉狀聚氟化 乙烯。重量份作為黏結劑。然後，將此等各成分分散於 N -甲基吡咯酮中而調製漿液狀之正極合劑。 將~如此所剩製之正極合劑均一地塗布於一由（厚2〇 备斤構成的正極集電體兩面後，在溫度下進行以 上時心減壓乾燥，以形成正極活物質層。然後，使用輥 姿機而使正極活物質層壓力形成以形成正極片。繼而， 匕正極片’製作縱：50職、橫：300腿之帶狀正極。 、將鋁Vi于接於正極集電體中之正極活物質的未塗布部 分以作為正極導線。 [負極之製作j 、先負極合劑之各成分乃秤取人造石墨91重量份作 2極活物質、粉狀聚氟化亞乙烯9重量份作為黏結劑- 後’再將此等各成分分散於N_甲基吡咯酮中而調製 液狀之負極合劑。 所m:製之負極合劑均一塗布於由(厚15銅落 、、二玉集電體的兩面後，在12(rc之溫度下進行24 犀機《：二乾燥，以形成負極活物質層 '然後，使用輥 "坠力成形負極活物質層，以形成負極片。再者 ,匕“極片’製作縱：52随、橫：320 mm之帶狀 和。又’將錄帶焊接於負極集電體中之負極活物質的未 沖 切 漿 沖 塗 裝 訂 ________ - 21 - 本纸張尺奴财g A7 B7 529190 五、發明説明（19 ) 布部分作為負極導線。 [聚合物電解質之製作] 首先，可塑劑之各成分乃秤取碳酸乙烯酯42.5重量份碳 酸丙烯酯42.5重量份作為非氫溶劑、LiPF6 15重量份作為 電解質鹽。混合此等各成分而調製可塑劑。 然後，聚合物溶液之各成分乃秤取可塑劑3 0重量份、 聚（氟化亞乙烯-co-六氟丙婦）10重量份、及碳酸二甲酉旨 60重量份。再者，混合溶解此等各成分，調製聚合物電 解質溶液。 [聚合物電解質電池之製作] 將如此所調製之聚合物電解質溶液塗布於上述正極之兩 面的正極活物質上及上述負極之兩面的負極活物質上後， 在常溫環境下放置8小時，使碳酸二甲酯氣化而除去，以 形成（厚100 μπι)凝膠狀電解質層。 然後，使形成凝膠狀電解質層之帶狀正極，及形成凝膠 狀電解質層之帶狀負極，介由多孔質聚烯烴所構成之分離 膜而積層後，朝縱方向捲繞，得到扁平狀之電池元件。 繼而，以外裝膜挾住此扁平狀之電池元件，在減壓下熱 觸接此外裝膜之外周緣部。藉此，將扁平狀之電池元件密 封於外裝膜中。又，外裝膜係使用一鋁箔被一對聚烯烴樹 脂膜而成者。 而且，使用一具備凹型加熱塊與凸型加熱塊之熱沖壓 機，使密封於外裝膜中之扁平狀電池元件，在85°C之溫度 環境下以10 kgf/cm2熱壓接5分鐘而成形，俾得到一垂直於 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（2〇 ) 捲繞軸之斷面具有彎曲形狀的聚合物電解質電池。 實施例2 使用一具備凹型加熱塊與平面型加熱塊之熱沖壓機’熱 壓接密封於外裝膜中之扁平狀電池元件，以形成垂直於捲 繞軸之斷面為略半圓形狀，除此以外’其餘與實施例1同 樣地製作聚合物電解質電池。 實施例3 使用一種熱沖壓機，其係具備：在曲面部内之中央具有 平坦的平面部且貼上厚1 mm之矽酮橡膠片的凹型加熱 塊，及於曲面部内之中央具有平坦的平面部之凸型加熱 塊；以熱壓接密封於外裝膜中之扁平狀電池元件，形成垂 直於捲繞軸的斷面為至少一部分具有平坦部之彎曲形狀， 除此以外，其餘與實施例1相同而製作聚合物電解質電 池。 實施例4 使用一種熱沖壓機，其係具備：在曲面部内之中央具有 平坦的平面部，且貼上厚1 mm之矽酮橡膠片的凹型加熱 塊，及全面平坦的平板型加熱塊；以熱壓接密封於外裝膜 中之扁平狀電池元件，形成垂直於捲繞軸之斷面為略圓弧 狀部分之至少一部分具有平坦部的略半圓形狀，除此以 外，其餘與實施例1相同而製作聚合物電解質電池。 比較例1 利用一種具備一對平面型加熱塊之熱沖壓機而熱壓接密 封於外裝膜中之扁平狀電池元件，形成垂直於捲繞軸之斷 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） A7 B7 529190 五、發明説明（21 ) 面為略矩狀，除此以外，其餘與實施例1相同，而製作聚 合物電解質電池。 對如以上所製作之實施例1、實施例2及比較例1的各別 聚合物電解質電池，進行充電放電試驗，評估電池特性。 又，實施例1、實施例2及比較例1之聚合物電解質電池之 理論容量均為600 mA。 <充放電試驗〉 首先，進行1C (600 mA)、4.2 V之定流定電壓充電後， 進行1 C之3 V截止定電流放電，測定初次放電容量。 然後，此充放電循環反覆5 0 0次，測定5 0 0循環後之放 電容量。而且，求取5 0 0循環後之放電容量對初次放電容 量的比率，以此作為放電容量維持率。 以上之測定結果表示於表1中。 【表1】 初次放電容量 容量維持率 (mAh) (%) 實施例1 5 92 8 3 實施例2 5 90 8 1 實施例3 5 93 8 3 實施例4 5 9 1 8 2 比較例1 5 9 1 8 2 從表1明顯可知，實施例1乃至實施例4之聚合物電解質 電池係具有與比較例1之聚合物電解質電池同等高的放電 容量及優異之循環特性。 -24- 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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線 529190 A7 B7 五、發明説明（22 ) 因此，在聚合物電解質電池中，係正極及負極介由聚合 物電解質電池而捲繞成之扁平狀電池元件，乃藉如上述之 熱沖壓機而熱壓接，即使形成一種垂直於捲繞軸的斷面具 有彎曲形狀或略半圓形狀即所謂創新的形狀之電池元件， 亦可良好地維持電池特性。 【發明之效果】 從以上說明明顯可知，本發明之聚合物電解質電池具備 一電池元件，其係正極與負極介由聚合物電解質而捲繞， 垂直於捲繞軸的斷面具有彎曲形狀。故，電極端部短路之 可能性非常低，具有良好之電池特性。因此，若依本發明 之聚合物電解質電池，可極易使聚合物電解質電池之形狀 適合各種子機器具有之内部空間的形狀，可提高聚合物電 解質電池之收藏空間效率。又，亦可為彎曲部分之至少一 部分具有平坦部的形狀。 又，本發明之聚合物電解質電池具備一電池元件，其係 正極與負極介由聚合物電解質電池而捲繞，並垂直於捲繞 軸的斷面具有略半圓形狀，故，電極端部短路之可能性非 常低，具有良好之電池特性。因此，若依本發明之聚合物 電解質電池，可極易使聚合物電解質電池之形狀適合各種 電子機器具有之内部空間的形狀，可提高聚合物電解質電 池之收藏空間效迕。又，亦可為略半圓弧狀部分之至少一 部分具有平坦部的形狀。 又，若依本發明聚合物電解質電池之製造方法，可製造 一種聚合物電解質電池，其係製造程序很簡單，並且極界 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）
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線 A7 B7 529190 五、發明説明（23 ) 面接合性良好，同時在垂直於捲繞軸的斷面可長期保持彎 曲形狀，電極端部短路之可能性降低，維持良好之電池特 性。又，亦可為彎曲部分之至少一部分具有平坦部的形 狀。 又，若依本發明聚合物電解質電池之製造方法，可製造 一種聚合物電解質電池，其係製造程序很簡單，並且電極 界面接合性良好，同時在垂直於捲繞軸的斷面可長期保持 略半圓形狀，電極端部短路之可能性降低，維持良好之電 池特性。又，亦可為略半圓弧狀部分之至少一部分具有平 坦的形狀。 【圖面之簡單說明】 圖1係表示一種具備垂直於捲繞軸的斷面具有彎曲形狀 之電池元件的聚合物電解質電池之斜視圖。 圖2係表示扁平板之電池元件的模型圖。 圖3係表示扁平狀之電池元件的重要部分斷面圖。 圖4係表示一種具備垂直於捲繞軸的斷面具有彎曲形狀 之電池元件的聚合物電解質電池，而將此聚合物電解質電 池裝入之電子機器的概略面圖。 圖5係表示一種垂直於捲繞軸的斷面具有至少一部分具 有平坦之彎曲形狀的電池元件之斜視圖。 圖6係表示在凹型加熱塊與凸型加熱塊之間插入扁平狀 電池元件的狀態之模型圖。_ 圖7係表示在凹型加熱塊與凸型加熱塊之間閉模狀態的 模型圖。 -26- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 529190 bs C8 D8 六、+請專利範圍 1. 一種聚合物電解質電池，其特徵在於：具備一正極與負 極介由聚合物電解質捲繞成之電池元件，且垂直於此電 池元件之捲繞軸的斷面具有彎曲形狀。 2. 根據申請專利範圍第1項之聚合物電解質電池，其中上 述彎曲形狀之至少一部分具有平坦部。 3. 根據申請專利範圍第1項之聚合物電解質電池，其中上 述聚合物電解質為凝膠狀電解質。 4. 根據申請專利範圍第1項之聚合物電解質電池，其中電 池元件係以積層膜外裝。 5. —種聚合物電解質電池，其特徵在於：具備一正極與負 極介由聚合物電解質捲繞成之電池元件，且垂直於此電 池元件之捲繞軸的斷面具有半圓形狀。 6. 根據申請專利範圍第5項之聚合物電解質電池，其中上 述半圓形狀之略圓弧狀部分的至少一部分具有平坦部。 7. 根據申請專利範圍第5項之聚合物電解質電池，其中上 述聚合物電解質為凝膠狀電解質。 8. 根據申請專利範圍第5項之聚合物電解質電池，其中電 池元件係以積層膜外裝。 9. 一種聚合物電解質電池之製造方法，其特徵在於具備如 下步騾： 電池元件形成步驟，其係形成一正極與負極介由聚合 物電解質而捲繞成之電池元件；及 熱壓接成形步驟，其係在具有彎曲凹面之凹型加熱塊 與具有彎曲凸面之凸型加熱塊之間，熱壓接上述電池元 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
    裝 A B c D 529190 六、申請專利範圍 件，使垂直於此電池元件之捲繞軸的斷面成形成彎曲形 狀。 10. 根據申請專利範圍第9項之聚合物電解質電池之製造方 法，其中上述熱壓接成形步騾中，在上述彎曲部内之至 少一部分具有平面部的凹型加熱塊與上述彎曲部内之至 少一部分具有平面部的凸型加熱塊之間，熱壓接上述電 池元件，使垂直於此電池元件之捲繞軸的斷面成形成至 少一部分具有平坦部的彎曲形狀。 11. 根據申請專利範圍第9項之聚合物電解質電池之製造方 法，其中上述凹型加熱塊與凸型加熱塊之至少一者之與 上述電池元件相對向之面，貼附有矽酮橡膠膜。 12. 根據申請專利範圍第9項之聚合物電解質電池之製造方 法，其中使用凝膠狀電解質作為上述聚合物電解質。 13. 根據申請專利範圍第9項之聚合物電解質電池之製造方 法，其中以積層膜外裝上述電池元件。 14. 一種聚合物電解質電池之製造方法，其特徵在於具備如 下步驟： 電池元件形成步騾，其係形成一正極與負極介由聚合 物電解質而捲繞成之電池元件； 熱壓接成形步驟，其係在具有彎曲凹面之凹型加熱塊 與具有平面之平面加熱塊之間，熱壓接上述電池元件， 使垂直於此電池元件之捲.繞軸的斷面成形成略半圓形 狀。 15. 根據申請專利範圍第1 4項之聚合物電解質電池之製造 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 529190 A8 B8 C8 D8 「、申請專利範圍 方法，其中在上述熱壓接成形步騾中，在上述彎曲部内 之至少一部分具有平面部的凹型加熱塊與具有平面的平 面型加熱塊之間，熱壓接上述電池元件，使其成形成垂 直於此電池元件之捲繞軸的斷面為略半圓形狀，且略圓 弧狀部分之至少一部分具有平坦部的形狀。 16. 根據申請專利範圍第1 4項之聚合物電解質電池之製造 方法，其中上述凹型加熱塊與凸型加熱塊之至少一者之 與上述電池元件相對向之面，貼附有矽酮橡膠膜。 17. 根據申請專利範圍第1 4項之聚合物電解質電池之製造 方法，其中使用凝膠狀電解質作為上述聚合物電解質。 18. 根據申請專利範圍第9項之聚合物電解質電池之製造方 法，其中以積層膜外裝上述電池元件。 -30- 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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