專利名稱：層疊式電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及層疊式電池及其制造方法，尤其涉及使用了將方形的正負(fù)極板及間隔件層疊而成的層疊電極體的層疊式電池及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，電池不僅用于攜帶式電話機(jī)、個人計算機(jī)、PDA等移動信息終端的電源，而且在機(jī)器人、電動機(jī)動車、備用電源等中使用，從而被要求更進(jìn)一步的高容量化。對于這樣的要求，尤其在二次電池領(lǐng)域中，以具有高能量密度的高容量的鋰離子電池為代表的非水系二次電池作為上述這樣的驅(qū)動電源得到了廣泛應(yīng)用。作為這樣的鋰離子電池的電池形態(tài)，大致具有將旋渦狀的電極體封入外裝體而成的旋渦式鋰離子電池、將層疊多個方形電極而成的層疊電極體封入通過熔敷外裝罐或復(fù)合膜而制造出的復(fù)合外裝體中形成的層疊式鋰離子電池(層疊型的方型鋰離子電池)。在所述鋰離子電池中，層疊式電池的層疊電極體的具體結(jié)構(gòu)為如下方式，S卩，將延伸出正極集電引板的板狀的正極板和延伸出負(fù)極集電引板的板狀的負(fù)極板隔著由聚乙烯、聚丙烯等構(gòu)成的間隔件層疊成所需數(shù)量。以往，在上述層疊式電池中，將兩張間隔件在周緣部接合而構(gòu)成袋狀，在該袋狀間隔件中收容正極板及負(fù)極板中的任意一方，并將收容有該正極板或負(fù)極板的袋狀間隔件和未收容在袋狀間隔件中的負(fù)極板或正極板交替層疊而構(gòu)成層疊電極體。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于以正極板及負(fù)極板中的任一方收容在袋狀間隔件中的狀態(tài)進(jìn)行保持，所以能夠有效地防止正極板與負(fù)極板因偏移等而接觸造成短路。此外，在以鋰離子電池為代表的非水系二次電池中，為了在充電時使從正極活性物質(zhì)放出的鋰離子可靠且順利地被負(fù)極活性物質(zhì)吸收并保有，負(fù)極板的負(fù)極合劑涂敷部需要形成為面積比正極板的正極合劑涂敷部大。因此，在正極板的端緣部，在未涂敷正極合劑的情況下使作為集電體的鋁箔等金屬片在露出的狀態(tài)下延伸而形成正極集電引板的正極引板部，該金屬片的露出部經(jīng)由間隔件與負(fù)極板的負(fù)極合劑涂敷部對置的結(jié)構(gòu)是通用結(jié)構(gòu)例。如此，對于一方電極的金屬集電體的露出部分經(jīng)由間隔件與另一方電極對置的結(jié)構(gòu)而言，如果因落下或振動等導(dǎo)致碰撞等某種原因而使得一方電極的金屬集電體的露出部分乃至另一方電極貫通間隔件而引起它們接觸短路，則存在大電流流過而產(chǎn)生發(fā)劇熱等危險性。尤其是，即使在利用前述的袋狀間隔件的情況下，由于正極引板在正極引板部延伸出而無法將間隔件熔敷，因此間隔件容易偏移，發(fā)生短路的可能性也相應(yīng)地變大。進(jìn)而，在需要大電流的用途中，由于形成寬幅的引板部形成導(dǎo)致該傾向明顯。此外，在電極體的制造工序中，在將負(fù)極板及正極板切出時，切斷端部可能產(chǎn)生毛刺，由該毛刺刺破間隔件，從而負(fù)極板與正極板經(jīng)由該毛刺而發(fā)生短路。此外，在層疊式電池中，將從層疊電極體延伸出的多張正極引板以成束的狀態(tài)與正極集電端子接合而進(jìn)行集電，因此在正極引板部與間隔件之間產(chǎn)生間隙，從而成為未與正極引板的基端部(根部)熔敷的間隔件容易偏移或翻卷的結(jié)構(gòu)。而且，在這樣的情況下， 正極引板的層疊張數(shù)越多，間隔件越容易翻卷。因此，如專利文獻(xiàn)I中公開的那樣，提出在引板部的基端部(根部)形成由絕緣性樹脂構(gòu)成的短路防止層，由此防止發(fā)生引板部的短路。
另一方面，在專利文獻(xiàn)2中公開了在極板的引板部利用粘接劑密封間隔件，由此防止混入異物而導(dǎo)致發(fā)生的短路。此外，在專利文獻(xiàn)3中公開了以下結(jié)構(gòu)，即，在極板的外周部的未涂敷活性物質(zhì)的集電體面上，通過形成由粘接劑、兩面粘接帶等構(gòu)成的絕緣層，由此防止極板相互橫向偏移而導(dǎo)致的短路的發(fā)生。根據(jù)所述專利文獻(xiàn)I 3中公開的結(jié)構(gòu)，由于均為在引板部與間隔件之間形成有絕緣層的結(jié)構(gòu)，因此可以想到的是它們在防止引板部的短路的發(fā)生方面有一定的效果。然而，在此，即使在例如前述那樣產(chǎn)生毛刺而刺破間隔件的情況下，只要不發(fā)生短路就能夠充放電。因此，如果以該狀態(tài)長期使用電池，則間隔件以損傷的部分為起點(diǎn)發(fā)生膜破裂而引發(fā)大規(guī)模的短路，由此產(chǎn)生電池異常發(fā)熱的問題。換言之，即使利用絕緣層能夠暫時遏制短路的發(fā)生，但在從該狀態(tài)進(jìn)一步發(fā)展而導(dǎo)致間隔件膜破裂的情況下等，依然會發(fā)生大規(guī)模的短路而導(dǎo)致產(chǎn)生異常發(fā)熱的問題。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2001-93583號公報專利文獻(xiàn)2日本特開2002-324571號公報專利文獻(xiàn)3日本特開2006-236994號公報因此，本申請申請人考慮，如果代替上述的絕緣層而使用電子傳導(dǎo)性比集電體低但非絕緣性的材料形成保護(hù)層，則在如上述那樣毛刺等刺破間隔件而未發(fā)生短路的狀態(tài)下，與維持絕緣性相比不如說能夠發(fā)生穩(wěn)定的放電，由此，能夠在避開異常發(fā)熱的同時通過電池電壓的下降而在設(shè)備側(cè)檢測電池的異常，此外，由于這樣逐漸放電而最終電池完全放電，因此在后來正極板與負(fù)極板之間產(chǎn)生直接短路的情況下也不會有大電流流通，由此能夠有效地確保電池的安全性，對于該結(jié)構(gòu)在先進(jìn)行了專利申請(日本特開2007-95656號公報；以下，也稱為“在先申請”)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明進(jìn)一步改善上述在先申請的結(jié)構(gòu)，其目的在于提供一種能夠更有效地確保電池安全性的層疊式電池。另外，本發(fā)明的目的還在于提供一種能夠有效確保電池安全性且能夠容易地制造電池的層疊式電池的制造方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的層疊式電池具備在由金屬片構(gòu)成的集電體的至少單面上形成有活性物質(zhì)合劑層的一方電極，該一方電極具有局部露出金屬的部分，所述一方電極與所述金屬露出的部分一起隔著間隔件與另一方電極對置，所述層疊式電池的特征在于，在所述一方電極中的金屬露出的部分與所述間隔件之間形成有保護(hù)層，該保護(hù)層由電子傳導(dǎo)性比所述金屬的電子傳導(dǎo)性低且為非絕緣性的材料構(gòu)成，通過所述保護(hù)層使所述金屬露出的部分與所述間隔件接合。在本發(fā)明中，在“電極中的金屬露出的部分”包括形成有集電引板的部分(以下，也稱“集電引板部”)，另外，不言而喻的是，在集電引板部以外形成有金屬露出的部分的情況下，當(dāng)然也包含該部分。此外，作為集電引板部也可以是在金屬露出的部分一體地形成集電引板的結(jié)構(gòu)或者在金屬露出的部分接合其他金屬構(gòu)件而形成集電引板的結(jié)構(gòu)。根據(jù)上述本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，由于與前述的在先申請的情況同樣也在金屬露出的部分與間隔件之間形成有保護(hù)層，因此在毛刺等刺破間隔件但未成為短路的狀態(tài)下，通過保護(hù)層進(jìn)行穩(wěn)定的放電。由此，能夠通過電池電壓的下降能夠進(jìn)行異常的檢測，并在即使此后產(chǎn)生直接短路的情況下也不會有大電流流通。由此，能夠有效地確保電池的安全性。而且，在本發(fā)明中進(jìn)一步通過保護(hù)層將金屬露出的部分與間隔件接合。以往，在金屬露出的部分與間隔件對置的部分容易產(chǎn)生偏移或翻卷，相應(yīng)地也成為容易發(fā)生短路的結(jié)構(gòu)。然而，根據(jù)本發(fā)明，由于該部分通過保護(hù)層接合，因此能夠防止偏移或翻卷的發(fā)生。由此，能夠進(jìn)一步有效地確保電池的安全性。換言之，通過利用保護(hù)層進(jìn)行接合而防止金屬露出的部分與間隔件之間的偏移或翻卷的發(fā)生，從而難以發(fā)生短路，利用這種方式配合基于上述那樣通過保護(hù)層進(jìn)行的穩(wěn)定放電的作用，由此能夠進(jìn)一步可靠地確保電池的安全性的提高。此外，通過利用保護(hù)層將一方電極的金屬露出的部分與間隔件接合，從而能夠?qū)⒃撘环诫姌O相對于間隔件進(jìn)行定位并固定。此時，可以想到的是，為了進(jìn)行金屬露出的部分與間隔件的接合即定位(固定)而使用粘接帶等。然而，這樣的話，不僅厚度增大，而且構(gòu)件的個數(shù)增加且費(fèi)時費(fèi)力而使制造變得復(fù)雜。相對于此，通過使保護(hù)層具有定位(固定)功能，能夠有效地避免上述的問題。優(yōu)選，所述一方電極及另一方電極由正極集電引板延伸出的多張正極板和負(fù)極集電引板延伸出的多張負(fù)極板構(gòu)成，所述層疊式電池具備所述正極板與負(fù)極板隔著所述間隔件交替層疊而成的層疊電極體。
在使多張正極板和多張負(fù)極板隔著所述間隔件交替層疊而形成層疊電極體的情況下，存在金屬露出的部分與間隔件相對置的部分更容易產(chǎn)生偏移或翻卷的傾向，因此尤其能夠發(fā)揮通過保護(hù)層接合該部分這樣的發(fā)明效果。優(yōu)選，所述一方電極為正極板，所述保護(hù)層也在所述正極板的所述活性物質(zhì)合劑層與所述金屬露出的部分的交界附近的所述活性物質(zhì)合劑層上形成。在正極板中的活性物質(zhì)合劑層端部的附近區(qū)域、即在正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)層與金屬露出的部分的交界的附近，正極活性物質(zhì)層的厚度容易變得比其他區(qū)域的正極活性物質(zhì)層的厚度厚。若正極活性物質(zhì)層的厚度變厚，則每單位面積的正極活性物質(zhì)量變多，因此隨著充放電的進(jìn)行，在與該區(qū)域?qū)χ玫呢?fù)極板上容易析出鋰金屬。并且，該析出的鋰金屬可能損壞間隔件而導(dǎo)致正負(fù)極短路。通過在正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)層與金屬露出的部分的交界附近形成保護(hù)層，從而能夠抑制該區(qū)域的電池反應(yīng)，防止鋰金屬的析出。由此，能夠得到安全性更高的電池。此外，在所述金屬露出的部分構(gòu)成集電引板的情況下，在正極活性物質(zhì)層中的構(gòu)成集電引板的金屬露出的部分與正極活性物質(zhì)層的交界的附近區(qū)域，由于電流比較集中所以比其他區(qū)域更容易產(chǎn)生充放電反應(yīng)，與該區(qū)域?qū)χ玫呢?fù)極板上容易析出更多的金屬鋰。 由此，在該區(qū)域設(shè)置保護(hù)層更加有效。優(yōu)選通過在正極活性物質(zhì)層上形成的保護(hù)層將正極活性物質(zhì)層與間隔件粘接。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠更有效地防止間隔件的偏移或翻卷的發(fā)生，并且能夠更可靠地進(jìn)行間隔件的接合即定位(固定)。優(yōu)選在所述正極活性物質(zhì)層上形成的保護(hù)層的厚度比所述金屬露出的部分的所述保護(hù)層的厚度小。
通過將形成在正極活性物質(zhì)層上的保護(hù)層的厚度形成得薄，能夠局部地增加電極體的厚度。優(yōu)選，所述間隔件成形為袋狀，在該袋狀的間隔件中收容有所述一方電極。若在間隔件重合的狀態(tài)下將周緣部通過熔敷等接合而形成為袋狀并在其中收容一方電極，則能夠有效地防止該被收容的一方電極與另一方電極接觸。另外，能夠以一方電極收容在袋狀間隔件內(nèi)而進(jìn)行保持的狀態(tài)進(jìn)行定位及固定，因此能夠容易地進(jìn)行定位及固定。然而，對于該袋狀間隔件而言，由于集電引板在集電引板部延伸出因此無法接合間隔件。因此容易產(chǎn)生間隔件的偏移或翻卷。因此，通過保護(hù)層將電極的集電引板部與間隔件接合，從而即使在集電引板部也難以產(chǎn)生間隔件的偏移或翻卷。換言之，袋狀間隔件雖然是有效防止短路的結(jié)構(gòu)，但以往存在在集電引板部難以防止間隔件偏移或翻卷的問題，因此本發(fā)明尤其能夠發(fā)揮通過保護(hù)層接合金屬露出的部分與間隔件的效果。優(yōu)選，在所述袋狀的間隔件中收容正極板。如上所述，由于需要將負(fù)極合劑涂敷部形成為面積比正極合劑涂敷部大，因此負(fù)極板通常被調(diào)制成比正極板大的尺寸。因此，從省空間的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選在袋狀間隔件中收納正極板的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選，所述袋狀的間隔件通過在間隔件重合的狀態(tài)下將周緣部間斷地結(jié)合而構(gòu)成。若在間隔件重合的狀態(tài)下將周緣部間斷地、即以留下未接合部的方式接合，則能夠形成為電解液通過該未接合部而容易浸透袋狀間隔件內(nèi)的電極的結(jié)構(gòu)。此時，優(yōu)選在周緣部接合的區(qū)域的長度相對于間隔件的周緣部的長度的比例(接合區(qū)域的比例)為30 70%左右。如果接合區(qū)域的比例小于30%，則容易導(dǎo)致間隔件的接合強(qiáng)度變得不充分，另一方面，如果超過70%，則電解液的浸透性容易變得不充分。優(yōu)選，所述層疊電極體中的正極板的層疊張數(shù)為15以上。如果層疊電極體中的正極板的層疊張數(shù)為15以上，則特別容易產(chǎn)生間隔件的偏移或翻卷，因此尤其能夠發(fā)揮通過保護(hù)層接合金屬露出的部分與間隔件這樣的本發(fā)明的效果。優(yōu)選，在所述一方電極上形成有寬度30mm以上的集電引板。如果集電引板的寬度為30mm以上，則特別容易產(chǎn)生間隔件的偏移或翻卷，因此尤其能夠發(fā)揮通過保護(hù)層接合金屬露出的部分與間隔件這樣的本發(fā)明的效果。優(yōu)選，所述保護(hù)層形成為從所述金屬露出的部分與所述間隔件之間突出到外部。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使在例如另一方電極(例如負(fù)極板)偏移而伸出比間隔件靠到外側(cè)的位置的情況下，也能夠通過保護(hù)層的突出部防止一方電極(例如正極板)中的金屬露出的部分與另一方電極直接接觸。此時，與上所述那樣毛刺等刺破間隔件但未發(fā)生短路的狀態(tài)同樣，在該保護(hù)層的突出部也進(jìn)行穩(wěn)定的放電，能夠通過電池電壓的降低而進(jìn)行異常檢測，并且能夠在發(fā)生直接短路時防止大電流流通，從而能夠有效地確保電池的安全性。并且通過形成該保護(hù)層的突出部，不需要準(zhǔn)備另一方電極(例如負(fù)極板)偏移時的間隔件的額外變大的尺寸上述保護(hù)層的突出部根據(jù)電池尺寸等的不同而不同，但優(yōu)選比間隔件向外側(cè)突出
2 6mm左右。優(yōu)選，所述保護(hù)層是在絕緣性高分子物質(zhì)中分散從由電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物構(gòu)成的組中選擇的至少一種材料的粉末而得到的。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于是在絕緣性高分子物質(zhì)中使電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物等無機(jī)材料的粉末分散而構(gòu)成的，因此能夠容易地形成由電子傳導(dǎo)性比構(gòu)成集電體的金屬的電子傳導(dǎo)性低的非絕緣性材料即半導(dǎo)電性材料構(gòu)成的保護(hù)層。優(yōu)選，所述絕緣性高分子物質(zhì)是從由聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯構(gòu)成的組中選擇的至少一種。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，尤其能夠容易地形成由半導(dǎo)電性的材料構(gòu)成的保護(hù)層。作為在上述絕緣性高分子物質(zhì)中分散的導(dǎo)電性的材料，進(jìn)一步具體而言可以例示出以下的材料。碳素材料天然石墨、人造石墨等石墨材料、焦炭、碳纖維、中間相碳微球、作為合成樹脂的炭化物的難石墨化材料等半導(dǎo)體材料硅、鍺、砷化鎵等導(dǎo)電性氧化物Sn02、TiO2、ZnO等所述保護(hù)層優(yōu)選通過在絕緣性高分子物質(zhì)中分散從由電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一種材料和充填劑而得到。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于保護(hù)層使用了絕緣性高分子物質(zhì)、和從由賦予絕緣性高分子物質(zhì)導(dǎo)電性的電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物構(gòu)成的組中選出的至少一種材料和充填劑，因此在干燥后的保護(hù)層、活性物質(zhì)合劑層及集電體之間產(chǎn)生顏色的差異，能夠通過光學(xué)傳感器明確地檢測出活性物質(zhì)合劑層與集電體間及保護(hù)層與活性物質(zhì)合劑間的交界，例如在制造電池時產(chǎn)生極板組中層疊偏移或回卷偏移等情況下，由于能夠利用光學(xué)傳感器及圖像處理裝置自動地檢測到該層疊偏移或回卷偏移等，因此能夠提高電池的制造效率。優(yōu)選所述充填劑優(yōu)選為從由聚酰亞胺粉末、氧化鋁粉末構(gòu)成的組中選出的至少一種。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能夠有效地對保護(hù)層進(jìn)行著色，因此能夠更明確地檢測活性物質(zhì)合劑層與集電體之間及保護(hù)層與活性物質(zhì)合劑之間的交界。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及一種層疊式電池的制造方法，該層疊式電池具備在由金屬片構(gòu)成的集電體的至少單面上形成有活性物質(zhì)合劑層的一方電極，該一方電極局部具有金屬露出的部分，所述一方電極與所述金屬露出的部分一起隔著間隔件與另一方電極對置，所述層疊式電池的制造方法的特征在于，具有在所述一方電極上的金屬露出的部分與所述間隔件的至少一方上形成由電子傳導(dǎo)性比所述金屬的電子傳導(dǎo)性低且為非絕緣性的材料構(gòu)成的保護(hù)層的工序；通過所述保護(hù)層將所述金 屬露出的部分與所述間隔件接合的工序。根據(jù)上述方法，由于在所述金屬露出的部分和所述間隔件的至少一方上形成保護(hù)層，因此能夠通過保護(hù)層有效地確保電池安全性，并且由于通過保護(hù)層接合金屬露出的部分與間隔件，因此能夠防止偏移或翻卷的發(fā)生，由此，能夠進(jìn)一步有效地確保電池安全性。 此外，通過利用保護(hù)層接合金屬露出的部分與間隔件，從而能夠是保護(hù)層具有定位功能，能夠方便且容易地制造安全性高的層疊式電池。在形成所述保護(hù)層的工序中，優(yōu)選向絕緣性高分子物質(zhì)中分散從由電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物構(gòu)成的組中選擇的至少一種材料的粉末而調(diào)制料漿，將該料漿向所述金屬露出的部分與間隔件的至少一方涂敷而形成所述保護(hù)層，在將所述金屬露出的部分與所述間隔件接合的工序中，優(yōu)選在使所述料漿干燥前將所述金屬露出的部分和所述間隔件粘合，在該狀態(tài)下使所述料漿干燥，由此將所述金屬露出的部分與所述間隔件接合。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于是通過向絕緣性高分子物質(zhì)中分散電子傳導(dǎo)性的碳系材料、 半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物等無機(jī)材料的粉末得到，因此能夠容易地形成由電子傳導(dǎo)性比構(gòu)成集電體的金屬的電子傳導(dǎo)性低且為非絕緣性的材料即半導(dǎo)電性的材料構(gòu)成的保護(hù)層。另外，此時，如果作為保護(hù)層使用例如粘接帶等，則厚度增大，構(gòu)件的個數(shù)增加且費(fèi)時費(fèi)力而使制造變得復(fù)雜，對此，通過上述結(jié)構(gòu)能夠有效地避免這樣的問題。即，通過使構(gòu)成保護(hù)層的料漿干燥并將該干燥前的料漿作為粘接層來粘接間隔件，從而能夠抑制厚度的增大，且無需另行準(zhǔn)備定位(固定)用的構(gòu)件。進(jìn)而，能夠同時地進(jìn)行保護(hù)層的干燥工序與間隔件的定位工序，從而相應(yīng)地使制造變得簡單且容易，工序也能夠得以簡化。在形成所述保護(hù)層的工序中，優(yōu)選將所述保護(hù)層形成為從所述金屬露出的部分與所述間隔件之間突出到外部。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使在例如另一方電極(例如負(fù)極板)偏移而伸出比間隔件靠到外側(cè)的外部的情況下，也能夠通過保護(hù)層的突出部防止一方電極(例如正極板)中的金屬露出的部分與另一方電極直接接觸。此時，與上述那樣毛刺等刺破間隔件但未發(fā)生短路的狀態(tài)同樣，在該保護(hù)層的突出部，也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的放電，從而能夠通過電池電壓的降低進(jìn)行異常檢測，能夠在發(fā)生短路時防止大電流流通，從而能夠有效地確保電池的安全性。優(yōu)選，所述一方電極板為正極板，在形成所述保護(hù)層的工序中，以如下方式形成所述保護(hù)層，即，在所述正極板的所述活性物質(zhì)合劑層與所述金屬露出的部分的交界附近的所述活性物質(zhì)合劑層與間隔件之間形成所述保護(hù)層。由此，能夠更有效地確保電池的安全性。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在層疊式電池中，能夠有效地確保電池的安全性，并且其制造也容易進(jìn)行。


圖I是表示本發(fā)明的層疊式電池的一部分的圖，該圖(a)是正極板的俯視圖，該圖 (b)是間隔件的俯視圖，該圖(C)是表示在內(nèi)部配置有正極板的袋狀間隔件的俯視圖。
圖2是本發(fā)明的層疊式電池中使用的負(fù)極板的俯視圖。圖3是表示本發(fā)明的層疊式電池中使用的在內(nèi)部配置有正極板的袋狀間隔件的俯視圖。圖4是本 發(fā)明的層疊式電池中使用的層疊電極體的分解立體圖。圖5是本發(fā)明的層疊式電池中使用的層疊電極體的俯視圖。圖6是表示將正負(fù)極集電引板和正負(fù)極集電端子接合后的狀態(tài)的俯視圖。圖7是收容有層疊電極體的復(fù)合外裝體的立體圖。圖8是表示在電極板的制造工序中的切出電極板前的金屬板的一例的局部俯視圖。圖9是表示在電極板的制造工序中的切出電極板前的金屬板的一例的局部俯視圖。圖10是表示在本發(fā)明的層疊式電池中使用的在內(nèi)部配置有正極板的袋狀間隔件的變形例的俯視圖。圖11是圖10中的Z-Z線部分的向視剖視圖。符號說明I :正極板(一方電極)Ia :正極活性物質(zhì)層(活性物質(zhì)合劑層)11 :正極集電引板(金屬露出的部分)13 :保護(hù)層3a:間隔件
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明并非局限于以下的最佳方式，在不變更其主旨的范圍內(nèi)可以實(shí)施適當(dāng)變更。[正極的制造]將90質(zhì)量％的作為正極活性物質(zhì)的LiCo02、5質(zhì)量％的作為導(dǎo)電劑的炭黑、5質(zhì)量％的作為粘結(jié)劑的聚偏氟乙烯(PVdF)、作為溶劑的N-甲基-2-卩比咯烷酮(NMP)溶液混合而調(diào)制成正極用料漿。之后將該正極用料漿涂敷在作為正極集電體的鋁箔(厚度15um)的兩面。然后，通過加熱而干燥并去除溶劑，并通過輥壓縮至厚度為0. 1_，然后，如圖1(a)所示，切斷成寬度LI = 85mm、高度L2 = 85mm，從而制造出在鋁箔的兩面具有正極活性物質(zhì)層Ia的正極板I。此時，使寬度L3 = 30mm、高度L4 = 20mm的未形成有正極活性物質(zhì)層Ia的鋁箔從沿正極板I的寬度LI方向延伸的一邊的一端部(圖I (a)中為左端部)延伸出而形成正極集電引板11。[負(fù)極的制造]將96質(zhì)量％的作為負(fù)極活性物質(zhì)的石墨粉末、2質(zhì)量％的作為粘結(jié)劑的羧甲基纖維素(CMC)、2質(zhì)量％的丁苯橡膠(SBR)、作為溶劑的純水混合而調(diào)制成負(fù)極用料漿。將該負(fù)極用料漿涂敷在作為負(fù)極集電體的銅箔(厚度10um)的兩面。然后，通過干燥而除去溶齊U，通過棍壓縮至厚度為0. 08mm后，如圖2所示，切斷成寬度L7 = 90mm、高度L8 = 90mm,從而制造出在銅箔的兩面具有負(fù)極活性物質(zhì)層2a的負(fù)極板2。此時，使寬度L9 = 30mm、高度LlO = 20mm的未形成有負(fù)極活性物質(zhì)層2a的銅箔在負(fù)極板2的寬度方向延伸的一邊從上述正極板I的正極集電引板11形成側(cè)端部的相反側(cè)的端部(圖2中為右端部)延伸出而形成負(fù)極集電引板12。[保護(hù)層的形成]向含有5質(zhì)量％的作為粘合劑的PVdF的作為溶劑的NMP20g中 混合分散作為絕緣性高分子物質(zhì)的聚酰亞胺粉末Ig及作為導(dǎo)電性材料的比表面積為40m2/g的乙炔黑(碳粉末)0. Ig而調(diào)制出料漿(以下也稱為“半導(dǎo)電性料漿”)。如圖1(a)所示，將該半導(dǎo)電性料漿在正極板I的正極集電引板11的基端部(根部)的兩面、即在正極集電引板11的兩面沿著正極活性物質(zhì)層Ia的形成部與未形成部的交界(圖I (a)中為正極板I的正極集電引板11形成側(cè)端緣即上端緣的延長線)在外側(cè)涂敷成寬度L3 = 30mm、高度Lll = 5mm、單面厚度為40 的狀態(tài)，由此形成保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13。[內(nèi)部配置有正極板的袋狀隔板的制造]如圖1(b)所示，在具有寬度L5 = 90mm及高度L6 = 90mm的兩張方形形狀的聚丙烯(PP)制的間隔件3a(厚度30 pm)之間配置正極板I后，如圖I (c)所示，將間隔件3a的四邊(周緣部；除了正極集電引板11延伸部)通過熱熔敷接合從而形成分別沿著各邊延伸的接合部4，從而制造出在內(nèi)部收納而配置有正極板I的袋狀間隔件3。此時，如圖3所示，間隔件3a的接合部4間斷地(隔開間隔地由多個連成列狀) 形成，該接合部4的接合區(qū)域的比例為50%。另外，此時，利用在正極集電引板11的兩面上涂敷的干燥前的半導(dǎo)電性料漿，將正極集電引板11的兩面與間隔件3a粘接。另外，如圖3所示，保護(hù)層13比間隔件3a向外偵U (圖3中的上方)突出L12 = 2. 5mm，從而形成突出部13E。[層疊電極體的制造]調(diào)制出15張上述在內(nèi)部配置有正極板I的袋狀間隔件3，調(diào)制出16張負(fù)極板2， 如圖4所示，將該袋狀間隔件3與負(fù)極板2交替層疊。此時，使負(fù)極板2位于層疊方向上的兩端面部。另外，此時，使負(fù)極板2位于層疊電極體10的層疊方向上的兩端部。接著，如圖 5所示，通過用于保持形狀的絕緣帶26連接該層疊體的兩端面，從而得到層疊電極體10。[集電端子的焊接]如圖6所示，在正極集電引板11及負(fù)極集電引板12的各自的延伸端部，通過超聲波焊接法利用焊接點(diǎn)14分別接合寬度30mm、厚度0. 4mm的由鋁板構(gòu)成的正極集電端子15 及寬度30_、厚度0. 4mm的由銅板構(gòu)成的負(fù)極集電端子16。需要說明的是，圖6及其它附圖中所示的參照符號31表示如下的樹脂密封件，SP， 為了確保將后述的外裝體18熱密封時的密閉性而在正負(fù)極集電端子15、16上以分別沿著寬度方向固定成帶狀的方式成形的樹脂密封件(糊狀材料)。[向外裝體的封入]如圖7所示，向由成形為能夠預(yù)先收納電極體的復(fù)合膜17構(gòu)成的外裝體18中插入上述層疊電極體10，以使僅正極集電端子15及負(fù)極集電端子16從外裝體18向外部突出的方式將正極集電端子15及負(fù)極集電端子16所在邊以外的三邊中的一邊剩下，而對三邊進(jìn)行熱熔接。[電解液的封入、密封化]
從上述外裝體18的未進(jìn)行熱熔敷的一邊注入電解液，最后對未進(jìn)行熱熔敷的一邊進(jìn)行熱熔敷，由此制成電池，所述電解液通過將LiPF6以IM(摩爾/升)的比例在碳酸乙烯酯(EC)與碳酸甲乙酯(MEC)以體積比30 70的比例混合的混合溶劑中溶解得到。[變形例]
接下來，作為本發(fā)明的變形例，對在正極板上的正極活性物質(zhì)層和由鋁箔構(gòu)成的集電體所露出的部分的交界附近的正極活性物質(zhì)層上也形成保護(hù)層的形態(tài)進(jìn)行說明。除了保護(hù)層的形成方法以外，可以采用與上述的制造方法相同的方法，因此僅對保護(hù)層的形成方法進(jìn)行說明。在利用上述的方法制造的正極板上，如圖10所示，將由上述的方法制造出的半導(dǎo)電性料漿在正極板I的正極集電引板11的基端部(根部)的兩面、即正極集電引板11的兩面上形成保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13，該保護(hù)層13形成在位于正極活性物質(zhì)層Ia的形成部與未形成部的交界及正極活性物質(zhì)層Ia的形成部與未形成部的交界附近的正極活性物質(zhì)層 Ia上。圖11是圖10中的Z-Z線部分的向視剖視圖，其共同表示相鄰的負(fù)極板2。如此，通過在位于正極活性物質(zhì)層Ia的形成部與未形成部的交界附近的正極活性物質(zhì)層Ia上形成保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13F，從而能夠抑制與位于正極活性物質(zhì)層Ia的端部、即正極活性物質(zhì)層Ia的形成部與未形成部的交界附近的正極活性物質(zhì)層Ia相對置的負(fù)極板上的鋰析出，因此能夠得到安全性更高的電池。在上述正極活性物質(zhì)層Ia上形成的保護(hù)層(半導(dǎo)電層；以下，也稱為“進(jìn)入部”)13F例如可以通過以下方式形成，S卩，在切出正極板I前的金屬板(鋁箔)的兩面上間隔性地涂敷正極合劑，在干燥、壓縮而形成正極活性物質(zhì)層Ia后，切出成具有正極集電引板11的形狀，然后，在正極集電引板11上的基端部(根部分)的兩面上從突出部13E到進(jìn)入部13F連續(xù)地形成、即以從比間隔件3a向外側(cè)(上方)突出的區(qū)域至到達(dá)正極活性物質(zhì)層Ia的端部(上端部)上(進(jìn)入)的區(qū)域的方式涂敷半導(dǎo)電性料漿而形成。然后，利用涂敷在包括進(jìn)入部13F的區(qū)域內(nèi)的干燥前的半導(dǎo)電性料漿，將正極集電引板11的兩面與間隔件3a粘接。根據(jù)上述工序，如圖10所示，包括從突出部13E到進(jìn)入部13F的保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13形成為與正極集電引板11的寬度L3相等的長度。在此，突出部13E雖然不是必設(shè)的結(jié)構(gòu)，但更優(yōu)選設(shè)置突出部13E。[其它事項(xiàng)](I)在上述實(shí)施方式中，制造了將方形狀的正負(fù)極板1、2及間隔件3a層疊構(gòu)成的層疊電極體10封入復(fù)合外裝體18中而成為方形外形結(jié)構(gòu)的方型的層疊式電池，但作為外裝體，也可以使用電池箱等。(2)在上述實(shí)施方式中，在正極集電體的金屬(鋁箔)露出的部分即正極集電引板11的兩面上涂敷半導(dǎo)電性料漿，利用干燥前的半導(dǎo)電性料漿將間隔件3a分別與正極集電引板11的兩面粘接，但例如也可以取代上述操作或與上述操作并行地在間隔件上的與集電體的金屬露出的部分對置的區(qū)域上涂敷半導(dǎo)電性料漿。其中，當(dāng)保護(hù)層形成到在金屬露出的部分中比與間隔件對置的區(qū)域靠外側(cè)的區(qū)域時，至少需要在集電體的金屬露出的部分這一方涂敷半導(dǎo)電性料漿。此外，也可以構(gòu)成為如下方式，即，作為保護(hù)層，例如將半導(dǎo)電性的粘接層形成在導(dǎo)電性基材的兩面上而調(diào)制出半導(dǎo)電性的雙面帶，利用該雙面帶將集電體的金屬露出的部分與間隔件接合。但是，從形成的保護(hù)層的厚度和制造的工時等觀點(diǎn)考慮，如上述實(shí)施方式中那樣在集電體的金屬露出的部分上涂敷半導(dǎo)電性料漿的方法較為有利。(3)在上述實(shí)施方式中，通過熱熔敷形成袋狀間隔件3的接合部4，但作為接合部的接合方法除了熱熔敷以外，還可以使用例如超聲波熔敷、基于粘接劑的接合等。(4)在上述實(shí)施方式中，構(gòu)成為在袋狀間隔件3中收納有正極板1，但也可以在袋狀間隔件中收納負(fù)極板。對于這樣的結(jié)構(gòu)而言，保護(hù)層形成在負(fù)極集電體的金屬露出的部分與袋狀間隔件之間。但是，因?yàn)橥ǔＸ?fù)極板被調(diào)制成比正極板大的尺寸，因此從節(jié)省空間的觀點(diǎn)考慮優(yōu)選在袋狀間隔件中收納正 極板。(5)作為保護(hù)層，只要是非絕緣性且具有電子傳導(dǎo)性比集電體的金屬低的半導(dǎo)電性即可，但在例如具有5 100Q左右、更優(yōu)選30 40 Q左右的電阻的情況下，能夠通過產(chǎn)生穩(wěn)定的放電而有效地確保電池安全性，因此在這方面特別優(yōu)選。(6)在調(diào)制具有保護(hù)層的電極板的情況下，可以考慮如下的方法，即，例如如圖8所示，在切出電極板21前的細(xì)長地延伸的金屬板22上，以沿金屬板22的寬度方向向外側(cè)延伸出的方式分別形成各電極板21的集電引板23，沿著圖8中的箭頭Al所示的金屬板22的移送方向(長度方向)向集電引板23的基端部(根部)涂敷半導(dǎo)電性料漿而形成保護(hù)層24。根據(jù)該方法，由于集電引板23的寬度方向與金屬板22的移送方向Al為同一方向，因此能夠容易地形成沿著集電引板23的寬度方向延伸的保護(hù)層24，此外，能夠在送出金屬板22的同時在與活性物質(zhì)層25的形成為同一工序的工序內(nèi)形成保護(hù)層24，存在難以確保半導(dǎo)電性料漿的涂敷精度的難點(diǎn)。另一方面，例如如圖9所示，也可以想到如下方法，S卩，形成為集電引板27沿著圖中的箭頭A2所示的金屬板26的移送方向(長度方向)延伸的這種電極板28的配置方式，沿著金屬板26的寬度方向，將半導(dǎo)電性料漿涂敷在集電引板27的基端部(根部)而形成保護(hù)層29。根據(jù)該方法，不需要將各電極板28的集電引板27以沿著金屬板26的寬度方向延伸的方式分別形成，由于集電引板27的寬度方向相對于金屬板26的移送方向A2垂直，因此存在難以形成沿著集電引板27的寬度方向延伸的保護(hù)層29的難點(diǎn)。因此，考慮在切出電極板28后的層疊工序中涂敷半導(dǎo)電性料漿，此時，無需在送出金屬板26的同時在與活性物質(zhì)層30的形成為同一工序的工序內(nèi)形成保護(hù)層29，因此此后切出電極板28后進(jìn)行形成保護(hù)層29的形成工序，因此制造工序也相應(yīng)地過度延展而造成效率降低。在此，根據(jù)本發(fā)明，由于將金屬露出的部分(在此所示的例子中為集電引板27)與間隔件通過干燥前的半導(dǎo)電性料漿粘接而進(jìn)行間隔件的定位(固定)，因此可以不需要半導(dǎo)電性料漿的干燥工序。(7)在上述實(shí)施方式中，袋狀間隔件3通過將兩張間隔件3a的4邊(周緣部)接合而構(gòu)成為袋狀，但也可以例如代替這樣的結(jié)構(gòu)而將一張間隔件折彎，并將折彎部以外的3邊(周緣部)接合而構(gòu)成為袋狀。(8)在上述變形例中，包括從突出部13E到進(jìn)入部13F的保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13形成為與正極集電引板11的寬度L3相等的長度，但也可以例如形成為，將保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13中的進(jìn)入部13F進(jìn)一步延長而遍及正極板I的寬度(整個寬度)LI地形成。此時，保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13的形成工序(順序)與上述變形例的情況同樣即可。形成該結(jié)構(gòu)的目的在于，通過由保護(hù)層(半導(dǎo)電層)13進(jìn)入部13F整體覆蓋正極活性物質(zhì)層Ia的端部(圖 10中為上端部)，由此能夠進(jìn)一步有效地抑制與正極活性物質(zhì)層Ia對置的負(fù)極板上的鋰析出。(9)作為正極活性物質(zhì)，不局限于上述鈷酸鋰，也可以使用鈷-鎳-錳、鋁-鎳-錳、 鋁-鎳-鈷等含有鈷、鎳或錳的鋰復(fù)合氧化物或尖晶石型錳酸鋰等。(10)作為負(fù)極活性物質(zhì)，除了天然石墨、人造石墨等石墨以外，也可以為炭精 (graphite) 焦炭 氧化錫 金屬鋰 娃 及它們的混合物等能夠插入或脫離鋰離子的物質(zhì)。(11)作為電解液，也不特別局限于本實(shí)施例中所示的物質(zhì)，作為支持電解質(zhì) (supporting electrolyte),例如可以列舉出 LiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、 LiPF6_x( CnF2n+1)x[其中，I < X < 6，n = I或2]等，也可以將它們中的一種或兩種以上混合使用。支持電解質(zhì)的濃度沒有特別的局限，但優(yōu)選每I升電解液中含有0.8 1.8摩爾。此夕卜，作為溶劑種類，除了上述EC、MEC以外，優(yōu)選碳酸丙烯酯(PC)、Y-丁內(nèi)酯(GBL)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)等碳酸酯系溶劑，更優(yōu)選環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的組合。工業(yè)上的可利用性本發(fā)明能夠適當(dāng)?shù)剡m用于搭載在例如機(jī)器人、電動機(jī)動車等上的動力、備用電源等高輸出用途的電源。
權(quán)利要求
1.一種層疊式電池，其具備在由金屬片構(gòu)成的集電體的至少單面上形成有活性物質(zhì)合劑層的一方電極，該一方電極具有局部露出金屬的部分，所述一方電極與所述金屬露出的部分一起隔著間隔件與另一方電極對置，所述層疊式電池的特征在于， 在所述一方電極中的金屬露出的部分與所述間隔件之間形成有保護(hù)層，該保護(hù)層由電子傳導(dǎo)性比所述金屬的電子傳導(dǎo)性低的非絕緣性材料構(gòu)成， 通過所述保護(hù)層使所述金屬露出的部分與所述間隔件接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的層疊式電池，其特征在于， 所述一方電極及另一方電極由正極集電弓I板延伸出的多張正極板和負(fù)極集電弓I板延伸出的多張負(fù)極板構(gòu)成，所述層疊式電池具備所述正極板與所述負(fù)極板隔著所述間隔件交替層疊而成的層疊電極體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的層疊式電池，其特征在于， 所述一方電極為正極板，所述保護(hù)層也形成在所述正極板上的所述活性物質(zhì)合劑層與所述金屬露出的部分的交界附近的所述活性物質(zhì)合劑層上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的層疊式電池，其特征在于， 所述金屬露出的部分為集電引板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的層疊式電池，其特征在于， 所述間隔件成形為袋狀，在該袋狀的間隔件中收容有所述一方電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的層疊式電池，其特征在于， 在所述袋狀的間隔件中收容有正極板。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的層疊式電池，其特征在于， 所述袋狀的間隔件通過在間隔件重合的狀態(tài)下將周緣部間斷地接合而構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的層疊式電池，其特征在于， 所述層疊電極體中的正極板的層疊張數(shù)為15以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的層疊式電池，其特征在于， 在所述一方電極上形成有寬度30mm以上的集電引板。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的層疊式電池，其特征在于， 所述保護(hù)層形成為從所述金屬露出的部分與所述間隔件之間突出到外部。
11.根據(jù)權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的層疊式電池，其特征在于， 所述保護(hù)層是在絕緣性高分子物質(zhì)中分散從由電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物構(gòu)成的組中選擇的至少一種材料的粉末而得到的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的層疊式電池，其特征在于， 所述絕緣性高分子物質(zhì)是從由聚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺、聚偏氟乙烯構(gòu)成的組中選擇的至少一種。
13.一種層疊式電池的制造方法，該層疊式電池具備在由金屬片構(gòu)成的集電體的至少單面上形成有活性物質(zhì)合劑層的一方電極，該一方電極具有局部露出金屬的部分，所述一方電極與所述金屬露出的部分一起隔著間隔件與另一方電極對置，所述層疊式電池的制造方法的特征在于，具有 在所述一方電極的金屬露出的部分與所述間隔件的至少一方上形成由電子傳導(dǎo)性比所述金屬的電子傳導(dǎo)性低的非絕緣性材料構(gòu)成的保護(hù)層的工序；通過所述保護(hù)層使所述金屬露出的部分與所述間隔件接合的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的層疊式電池的制造方法，其特征在于， 在形成所述保護(hù)層的工序中，向絕緣性高分子物質(zhì)中分散從電子傳導(dǎo)性的碳系材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電性氧化物所構(gòu)成的組中選擇的至少一種材料的粉末而調(diào)制料漿，將該料漿向所述金屬露出的部分與間隔件的至少一方涂敷而形成所述保護(hù)層， 在將所述金屬露出的部分與所述間隔件接合的工序中，在使所述料漿干燥前將所述金屬露出的部分和所述間隔件粘合，在該狀態(tài)下使所述料漿干燥，由此使所述金屬露出的部分與所述間隔件接合。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的層疊式電池的制造方法，其特征在于， 在形成所述保護(hù)層的工序中，將所述保護(hù)層形成為從所述金屬露出的部分與所述間隔件之間突出到外部。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的層疊式電池的制造方法，其特征在于， 所述一方電極板為正極板，在形成所述保護(hù)層的工序中，以如下方式形成所述保護(hù)層，即，在所述正極板的所述活性物質(zhì)合劑層與所述金屬露出的部分的交界附近的所述活性物質(zhì)合劑層與間隔件之間形成所述保護(hù)層。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠有效地確保電池安全性的層疊式電池。層疊式電池具備在由金屬板構(gòu)成的集電體的至少單面上形成正極活性物質(zhì)層(活性物質(zhì)合劑層)(1a)的正極板(1)(一方電極)，該正極板(1)在局部具有正極集電引板(11)(金屬露出的部分)，正極板(1)與正極集電引板(11)一起隔著間隔件(3a)與負(fù)極板(另一方電極)對置，在所述層疊式電池中，在正極板(1)中的正極集電引板(11)與間隔件(3a)之間形成有由電池傳導(dǎo)性比集電體的金屬低的為非絕緣性材料構(gòu)成的保護(hù)層(13)，通過保護(hù)層(13)使正極集電引板(11)與間隔件(3a)接合。
文檔編號H01M10/04GK102623740SQ20121001769
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者前田仁史, 堂上和范, 新屋敷昌孝, 藤原雅之 申請人:三洋電機(jī)株式會社