JP4490632B2 - リチウムイオンポリマー電池用の結合層の構造およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオンポリマー電池およびその製造方法に関する。異なるポリマー物質の2つの層が、電池の隣接した陽極および陰極(電極)を分離および結合するために、非シート形で、提供される。この層は、層の多孔率を増大するために、粒状物質を含む。異なるポリマー物質は、以下に説明される特定の溶解度の要件を有する。
本発明の電池は、空間的に関連した少なくとも1つの陽極と1つの陰極(電極)、ならびにイオンがその陽極と陰極との間を自由に通過することができるように、それらの電極間の空間に配置される液状の電解質を有する蓄電池である。実用的に有益になるためには、角柱型(prismatic form)電池は、それぞれの空間を占有する液状の電解質とともに、空間的に関連した複数個の陽極および陰極からなる。リチウムイオン電池についての可能な2つの構造は、1)交互配置に積層された実質的に平らな陽極および陰極を有する電池(「角柱」電池という)および2)単一の伸長された陽極および単一の伸長された陰極が積層され、ついで、コイル方法(通常は、コアについて)で捲回されている電池(一般的に「円柱」電池という)。
1)1つの電極(たとえば、陽極)の一面を第1の分離帯/結合帯層34で被覆する工程、
2)第1の層34を乾燥する工程、
3)対立する電極(たとえば、陰極)の一面を第2の分離帯/結合帯層36で被覆する工程、
4)第2の層36が少なくとも粘着性であるあいだに、その電極を積層する工程、
5)選択された数の電極のために、同様の方法でさらなる陽極および陰極を追加する工程、
6)完全に積層された電極を乾燥する工程、
7)その電極に所望の電気的接続を提供する工程、
8)電極の積層の2つの分離帯/結合帯層の孔に電解質を浸透させる工程、
9)積層された電極を、適切なコンテナに配置し、そしてそのコンテナを密封する工程、
を含む。
1)電極(たとえば、陽極)の両側面を、第1の分離帯/結合帯層34で被覆する工程、
2)第1の層34を乾燥する工程、
3)被覆された電極を、被覆されていない電極(たとえば、陰極)と交互になるようにゆるく積層する工程、
4)そのゆるく積層された電極を、第2の分離帯/結合帯36とともに浸透させる工程、
5)電極の積層を乾燥する工程、
6)所望の電気的接触を電極に提供する工程、
7)電極の積層の2つの層の孔に電解質を浸透させる工程、
8)積層された電極を、適切なコンテナ中に配置し密封する工程、
を含む。
1)電極(たとえば、陽極)の両側面を第1の分離帯/結合帯34で被覆する工程、
2)異なる電極(たとえば、陰極)の両側面を第2の分離帯/結合帯36で被覆する工程、
3)複数個の陽極30および陰極32のために工程1および2を繰り返す工程、
4)複数個の被覆した電極を積層する工程、
5)ポリマーP2の溶媒S2を浸透させる工程、
6)電極の積層を乾燥する工程、
7)所望の電気的接触を電極に提供する工程、
8)積層された電極の2つの層の孔に電解質を浸透させる工程、
9)積層された電極を、適切なコンテナ中に配置し、密閉させる工程、
を含む。
1)多くの種々のポリマーが、それらの機械的性質を考慮することなく、層を分離および結合するために使用され得る。ポリマーの連続的な形成されたフィルムを使用して製造した電池において、特定の機械的性質を有する特定のポリマーのみが使用され得る。
2)連続的なポリマーのフィルムにおける「ピンホール(pin holes)」に関するこれまでの関心事は、本発明の方法にとって関心事ではない。たとえ「ピンホール」が層の1つに存在したとしても、第2の層が、陽極および陰極の物理的な接触を防ぎ得る。
3)本発明の電池は、電極を所定の位置に保持するための外部構造を必要としない。ポリマー物質の層は、電極を結合する。その結果として、得られる電池の厚さおよび重量を増加させる鋼製ケースは必要でない。
4)分離帯/結合帯層は、機械的強度およびピンホール問題が関心事ではないので、非常に薄くなり得、したがって、非常に薄い電池が組み立てられ得る。
5)製造のほとんどが乾燥室の外で行われ得る。先行技術の電池の製造のためのポリマーフィルムは、フィルムが水分を吸収するのを防ぐために、たいてい乾燥室で取り扱われる。そして、先行技術の電池は、製造後の移動が困難である。本発明においては、最後の工程のみが乾燥室で行われる。
6)フィルムとそれぞれの電極との間を結合するために提供されるそれぞれの面上にポリマー層があるシート形状のポリマーフィルムを有する電池と比較して、本発明の電池は、ポリマー物質層間の境界面が1つ少ない。不十分な境界面は、電気抵抗の増大を生じ得る。
7)分離帯/結合帯層は電極間の全部の空間を実質的に満たすので、液状の電解質が、スポンジと同じ様態で吸収され、そして実質的に収容され、その結果、余分な液状の電解質が必要とされない。
8)本発明の方法は、いかなる公知の電極物質に対しても使用され得る。
9)2つの分離帯/結合帯層が、密に電極表面に結合されるので、電極表面の優れた湿性が達成される。
10)この電池は、陽極と陰極との中間に実質的に空洞のない、頑丈に結合した構造である。
11)この結合効果は、従来のシート分離フィルムの表面上で行われる結合と比較して、2つの分離帯/結合帯層が優れる。
1)電池を充電し、ついで第1のサイクルについて、0.15Aの電流で放電した。ついで、10サイクルで充電され、そして放電される。充電条件は、4.2Vまで0.3Aの一定充電であり、ついで電流が0.15A未満になるまで、4.2Vの一定電圧充電であった。放電条件は、電圧が2.8Vになるまで0.3Aの一定放電であった。0.3Aの電流は、約2時間行われると、完全充電または完全放電となる。このような充電/放電速度は、C/2のC速度(C-rate)といわれる。図13において、第1の充電/放電サイクルは示されていない。電流(アンペア)は、線Cによって示され、そして、電圧(ボルト)は、線Vによって示される。横軸は、秒表示の試験時間を示す。放電容量試験の結果は、図14に示される。横軸はサイクル数を示し、そして縦軸は、mAh表示の放電容量を示す。約550mAhの放電容量は、サイクルのそれぞれについての結果であった。
Claims (7)
- 少なくとも1つの陽極と、それぞれの陽極に対して空間的に対立する関係にある少なくとも1つの陰極と、前記空間的に対立する関係を維持するために、互いに対向する陽極と陰極との中間に存在し、多孔性を有する2つの分離帯/結合帯層と、
それぞれの分離帯/結合帯層の孔を満たす非水溶性の電解質と
を有する蓄電池の製造方法であって、該製造方法が、
製造が完了したときに、前記第1の分離帯/結合帯の単一層が、前記電池内のそれぞれの陽極と陰極との間に存在するように、溶媒S1に溶解したポリマーP1とともに、ポリマーP1を含む前記第1の分離帯/結合帯の層を用いて、前記陽極および/または陰極のそれぞれの少なくとも1つの表面を被覆する工程と、
前記第1の分離帯/結合帯の層のそれぞれを乾燥させる工程と、
ついで、製造が完了したときに、前記第2の分離帯/結合帯の単一層が、前記電池内のそれぞれの陽極と陰極との間に存在するように、溶媒S2に少なくとも部分的に溶解したポリマーP2とともに、ポリマーP2を含む第2の分離帯/結合帯の層を、それぞれの陽極および/または陰極の、被膜されたかまたは被膜されていない少なくとも1つの表面に提供する工程と、
ついで、それぞれの陽極を、それぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に取り付ける工程と、
それぞれの前記陽極を、それぞれの前記陰極に結合させるために、前記第2の分離帯/結合帯のそれぞれの層を乾燥する工程と
からなり、
前記第1の分離帯/結合帯が、ポリマーP1および粒状物質M1からなり、該第2の分離帯/結合帯が、ポリマーP2および粒状物質M2からなり、
ポリマーP1が、溶媒S1に溶解性であり、ポリマーP2が、溶媒S2に溶解性であり、ポリマーP1が、溶媒S2に不溶性であり、ポリマーP2が、溶媒S1に不溶性であり、粒状物質M1が、溶媒S1に不溶性であり、粒状物質M2が、溶媒S2に不溶性であり、
それぞれの陽極が前記第1の分離帯/結合帯に結合し、前記第1の分離帯/結合帯が前記第2の分離帯/結合帯に結合し、前記第2の分離帯/結合帯がそれぞれの陰極に結合することにより、それぞれの陽極とそれぞれの陰極との前記空間的に対立する関係が維持される
蓄電池の製造方法。 - 請求項1記載の蓄電池の製造方法であって、さらに、
ポリマーP1を溶媒S1に溶解させ、粒状物質M1を溶液に添加し、ついで、混合物が均質になるまで、得られる混合物を撹拌することによって第1の分離帯/結合帯を調製する工程、および
ポリマーP2を溶媒S2に溶解させ、粒状物質M2を溶液に添加し、ついで、混合物が均質になるまで、得られる混合物を撹拌することによって第2の分離帯/結合帯を調製する工程、
を含む蓄電池の製造方法。 - 少なくともそれぞれの第1の分離帯/結合帯層が、棒被膜方法によって塗布される請求項1記載の蓄電池の製造方法。
- 溶媒S2に溶解したポリマーP2を有する前記第2の分離帯/結合帯層のそれぞれが、それぞれの陽極を、それぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に設置する前に、提供される請求項1記載の蓄電池の製造方法。
- それぞれの陽極が、第2の分離帯/結合帯の層を提供する前に、それぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に設置され、そして、ポリマーP2が溶媒S2に完全に溶解される請求項1記載の蓄電池の製造方法。
- 溶媒S2に溶解したポリマーP2を有する前記第2の分離帯/結合帯の層のそれぞれが、それぞれの陽極をそれぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に設置する前に提供され、そして、さらに、
最初に、それぞれの陽極をそれぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に設置する前に、該第2の分離帯/結合帯のそれぞれの層を乾燥させる工程、および
それぞれの陽極を、それぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に設置する工程の後であって、かつ該陽極を該陰極に結合させるために、該第2の分離帯/結合帯のそれぞれの層を乾燥させる工程の前に、溶媒S2で第2の分離帯/結合帯のポリマーP2を少なくとも部分的に溶解させる工程、
を含む請求項1記載の蓄電池の製造方法。 - さらに、それぞれの陽極をそれぞれの陰極に対して空間的に対立する関係に設置する前に、第2の分離帯/結合帯が、粘着性となるまで、該第2の分離帯/結合帯を部分的に乾燥する工程を含む請求項4記載の蓄電池の製造方法。
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