活性材料、活性材料的制造方法、电极及二次电池的制作方法_5

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和负极引线32例如可以在相同方向上从外部封装构件40的内部引 出至外部。正极引线31例如可以由导电材料比如铝制成,且负极引线32例如可以由导电 材料比如铜、镍和不锈钢制成。这些导电材料可以为例如薄板状或网状。
[0195] 外部封装构件40例如可以是依次层压熔融粘合层、金属层和表面保护层的层压 膜。在这样的外部封装构件40中,两个层压膜相互重叠,使得熔融粘合层和螺旋卷绕电极 体30彼此相对,之后,各个熔融粘合层的外部边缘相互熔融粘合。然而,两个层压膜可以通 过粘接剂等彼此粘合。熔融粘合层的实例可包括由聚乙烯、聚丙烯等制成的膜。金属层的 实例可包括铝箔。表面保护层的实例可包括由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等制成的膜。
[0196] 特别地,外部封装构件40优选可以是其中依次层压了聚乙烯膜、铝箔和尼龙膜的 铝层压膜。然而,外部封装构件40可以是具有其他层压结构的层压膜、聚合物膜(如聚丙 烯)、或金属膜。
[0197] 例如,紧密附接膜41可以插入在外部封装构件40和正极引线31之间和外部封装 构件40和负极引线32之间以便防止外部空气进入。紧密附接膜41由对于正极引线31和 负极引线32具有紧密附接特性的材料制成。具有紧密附接特性的材料的实例可包括聚烯 烃树脂。其更具体的实例可以包括聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯和改性聚丙烯。
[0198] 如图13和图15所示,正极33在正极集电体33A的一个表面或两个表面上可以具 有正极活性材料层33B,负极34在负极集电体34A的一个表面或两个表面上具有负极活性 材料层34B。正极集电体33A、正极活性材料层33B、负极集电体34A和负极活性材料层34B 的配置例如可以分别与正极集电体21A、正极活性材料层21B、负极集电体22A和负极活性 材料层22B的配置类似。同样,隔膜35的配置可以与隔膜23的配置类似。
[0199] 电解质层36包括高分子化合物和通过高分子化合物来支持的电解液。电解质层 36是所谓的凝胶电解质,因为由此实现了高离子传导性(例如,在室温下为lmS/cm以上) 且防止了电解液的液体泄漏。电解质层36根据需要可包括其他材料比如添加剂。
[0200] 高分子化合物例如可以是聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚 环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯 酸甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯、偏二氟乙烯和 六氟丙烯的共聚物等中的任意一种或多种。特别地,聚偏二氟乙烯和偏二氟乙烯和六氟丙 烯的共聚物可以是优选的,且聚偏二氟乙烯可以是更优选的,因为这样的高分子化合物是 电化学稳定的。
[0201] 例如,电解液的组成可以与圆柱型二次电池的电解液的组成类似。应注意,在作为 凝胶电解质的电解质层36中,电解液的术语"溶剂"指的是不但包括液体溶剂而且还包括 能够离解电解质盐的具有离子传导性的材料的广泛概念。因此,在使用具有离子传导性的 高分子化合物的情况下,溶剂也包括高分子化合物。
[0202] 应注意,可以原样使用电解液来代替凝胶电解质层36。在这种情况下,利用电解液 对隔膜35进行浸渍。
[0203][二次电池的操作]
[0204] 例如,二次电池可以如下地操作。在充电时,从正极33提取的锂离子可以通过电 解质层36插入在负极34中。另一方面,在放电时,从负极34提取的锂离子可以通过电解 质层36插入在正极33中。
[0205][二次电池的制造方法]
[0206] 包括凝胶电解质层36的二次电池例如可通过如下三种过程来制造。
[0207] 在第一过程中,通过与正极21和负极22类似的制造过程来制造正极33和负极 34。具体地,通过在正极集电体33A的两个表面上形成正极活性材料层33B来制造正极33, 并通过在负极集电体34A的两个表面上形成负极活性材料层34B来制造负极34。随后,制 备包括电解液、高分子化合物、溶剂(如有机溶剂)的前体溶液。之后,将前体溶液涂布在 正极33和负极34上,从而形成凝胶电解质层36。随后,通过焊接方法和/或类似方法将正 极引线31附接至正极集电体33A,并通过焊接方法和/或类似方法将负极引线32附接至 负极集电体34A。随后,将正极33和负极34与它们之间的隔膜35进行层压并将其螺旋卷 绕,以制造螺旋卷绕电极体30。然后,将保护带37粘附至其最外周部。随后,在将螺旋卷绕 电极体30夹在两片膜状外部封装构件40之间之后,通过热熔融粘合法和/或类似方法将 所述外部封装构件40的外边缘粘合从而将螺旋卷绕电极体30封装在外部封装构件40内。 在这种情况下,将紧密附接膜41插入到正极引线31与外部封装构件40之间和负极引线32 与外部封装构件40之间。
[0208] 在第二过程中,将正极引线31附接至正极33,并将负极引线32附接至负极34。 随后,将正极33和负极34与它们之间的隔膜35进行层压,并将其螺旋卷绕以制造作为螺 旋卷绕电极体30的前体的螺旋卷绕体。然后,将保护带37粘附至其最外周部。随后,在将 螺旋卷绕体布置到两片膜状外部封装构件40之间之后,通过热熔融粘合法等将除了一边 之外的最外周粘合,并将螺旋卷绕体容纳在袋状外部封装构件40中。随后,将电解液、作为 用于高分子化合物的原料的单体、聚合引发剂以及其他材料如聚合抑制剂(如果需要)混 合以制备用于电解质的组合物。随后,将用于电解质的组合物注入到袋状外部封装构件40 中。之后,通过热熔融粘合法等将外部封装构件40气密地密封。随后,将单体热聚合,由此 形成高分子化合物。由此利用电解液浸渍高分子化合物,并使高分子化合物凝胶化。由此 形成电解质层36。
[0209] 在第三过程中,以与上述第二过程类似的方式制造螺旋卷绕体并将其容纳在袋状 外部封装构件40中,不同之处在于,使用两面涂布有高分子化合物的隔膜35。涂布隔膜35 的高分子化合物的实例可包括包含偏二氟乙烯作为成分的聚合物(均聚物、共聚物、多元 共聚物等)。具体地,均聚物可以是聚偏二氟乙烯。共聚物可以是含偏二氟乙烯和六氟丙 烯作为成分的二元共聚物。多元共聚物可以是包含偏二氟乙烯、六氟丙烯和氯三氟乙烯作 为成分的三元共聚物。应注意,除了包含偏二氟乙烯作为成分的聚合物之外,还可以使用其 他一种或多种高分子化合物。随后,制备了电解液并将其注入到外部封装构件40内部。然 后,通过热熔融粘合法等将外部封装构件40的开口气密性地密封。随后,在对外部封装构 件40施加重量的同时对所得物进行加热,并利用其间的高分子化合物将隔膜35紧密地附 接至正极33和负极34。由此,利用电解液对高分子化合物进行浸渍,并因此使高分子化合 物凝胶化以形成电解质层36。
[0210] 在第三过程中,与第一过程相比更加抑制了二次电池的膨胀。另外,在第三过程 中,与第二过程相比,作为高分子化合物的原料的单体、溶剂等不易残留在电解质层36中。 由此,有利地控制了高分子化合物的形成步骤。因此,正极33、负极34以及隔膜35充分紧 密地附接至电解质层36。
[0211] [二次电池的功能和效果]
[0212] 根据层压膜型二次电池,负极34的配置类似于本技术的电极的而配置。因此,出 于与圆柱型二次电池的原因类似的原因,可实现优异的电池特性。除上述之外的功能和效 果类似于圆柱型的功能和效果。
[0213] [3、二次电池的应用]
[0214] 接下来,将对上述二次电池的应用例给出描述。
[0215] 二次电池的应用不受特别限制,只要二次电池适用于被允许使用所述二次电池作 为驱动电源、用于电力储存的电力储存源等的机器、设备、仪器、装置、系统(多个设备等的 集合实体等)即可。应注意,被用作电源的二次电池可以是主电源(优先使用的电源),或 可以是辅助电源(代替主电源使用的电源,或者通过从主电源切换而使用的电源)。在二次 电池被用作辅助电源的情况下,主电源类型不限于二次电池。
[0216] 二次电池的应用的实例可以如下。其实例包括电子设备(包括便携式电子设备) 比如摄像机、数码相机、移动电话、笔记本个人计算机、无绳电话、立体声耳机、便携式收音 机、便携式电视和个人信息终端。其进一步实例可以包括移动生活电器比如电动剃须刀;储 存设备比如备用电源和记忆卡;电动工具比如电钻和电锯;用于笔记本个人计算机等作为 可连接和可拆卸电源的电池组;医用电子装置比如起搏器和助听器;电动车辆比如电动汽 车(包括混合动力汽车);以及电力储存系统比如用于储存应急用电的家用电池系统等。不 用说,可以采用除了上述应用以外的其他应用。
[0217] 特别地,二次电池可有效地用于电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具和电 子装置等。这样的一个原因在于,由于需要优异的电池特性,所以通过使用本技术的二次电 池可以有效地提高性能。应注意,电池组是使用二次电池的电源,并且是所谓的组装电池 等。电动车辆是使用二次电池作为驱动电源来工作(运转)的车辆。如上所述,电动车辆 可以是包括除了二次电池以外的其他驱动源的汽车(比如混合动力汽车)。电力储存系统 是使用二次电池作为电力储存源的系统。例如,在家用电力储存系统中,由于在作为电力储 存源的二次电池中储存电力,因此根据需要使用储存的电力,由此,家用电子产品等变得可 用。电动工具是通过使用二次电池作为驱动电源来移动可动部(例如钻头)的工具。电子 设备是通过使用二次电池作为驱动电源(电力供应源)而执行各种功能的设备。
[0218] 这里,将具体给出二次电池的一些应用例的描述。应注意,下面描述的各应用例的 配置仅为实例且可以适当改变。
[0219] [3-1、电池组]
[0220] 图16示出了电池组的块配置。例如,电池组在壳体60中可以包括控制部61、电源 62、开关部63、电流测量部64、温度检测部65、电压检测部66、开关控制部67、存储器68、温 度检测装置69、电流检测电阻70、正极端子71和负极端子72。壳体60可以由塑料材料和 /或类似物制成。
[0221] 控制部61控制整个电池组的操作(包括电源62的使用状态)并可以包括例如中 央处理单元(CPU)和/或类似物。电源62包括一个或多个二次电池(未示出)。电源62 可以是例如包括两个以上二次电池的组装电池。二次电池的连接类型可以是串联连接型, 可以是并联连接型,或者可以是其混合类型。作为实例,电源62可以包括以两个并联和三 个串联的方式连接的六个二次电池。
[0222] 开关部63根据控制部61的指令切换电源62的操作(无论电源62是否可连接至 外部设备)。开关部63可包括例如充电控制开关、放电控制开关、充电二极管、放电二极管 等(未示出全部)。充电控制开关和放电控制开关可以为例如半导体开关比如使用金属氧 化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)。
[0223] 电流测量部64使用电流检测电阻70来测量电流并将测量结果输出至控制部61。 温度检测部65使用温度检测装置69来测量温度并将测量结果输出至控制部61。温度测量 结果可以用于例如其中控制部61在异常生热时控制充放电的情况或者其中在计算残余容 量时控制部61进行校正处理的情况。电压检测部66测量电源62中的二次电池的电压,对 测量的电压进行模拟到数字转换,并将结果供应至控制部61。
[0224] 开关控制部67根据从电流测量部64和电压检测部66输入的信号控制开关部63 的操作。
[0225] 在例如电池电压达到过充电检测电压的情况下,开关控制部67执行控制,使得通 过断开开关部63(充电控制开关)来防止充电电流在电源62的电流通路中流动。由此,在 电源62中,仅允许通过放电二极管执行放电。应注意,例如,在充电时流过大电流的情况 下,开关控制部67阻挡了充电电流。
[0226] 进一步地,在例如电池电压达到过放电检测电压时,开关控制部67可以执行控 制,使得通过断开开关部63 (放电控制开关)来防止放电电流在电源62的电流通路中流 动。由此,在电源62中,仅允许通过充电二极管执行充电。应注意,例如,在放电时流过大 电流的情况下,开关控制部67阻挡了放电电流。
[0227] 应注意,在二次电池中,例如,过充电检测电压可以为4. 20V±0. 05V且过放电检 测电压可以为2. 4V±0.1 V。
[0228] 存储器68可以是例如作为非易失性存储器的EEPROM等。存储器68可储存例如由 控制部61计算的数值和在制造步骤中测得的二次电池的信息(比如初始状态下的内阻)。 应注意,在存储器68储存二次电池的全部充电容量的情况下,允许控制部10掌握比如残余 容量的信息。
[0229] 温度检测装置69测量电源62的温度并将测量结果输出至控制部61。温度检测装 置69可以是例如热敏电阻等。
[0230] 正极端子71和负极端子72是连接至使用电池组驱动的外部设备(例如,笔记本 个人计算机)的端子,或者连接至用于对电池组进行充电的外部设备(例如,电池充电器) 的端子。通过正极端子71和负极端子72对电源62进行充放电。
[0231] [3-2、电动车辆]
[0232] 图17示出了作为电动车辆的实例的混合动力汽车的块配置。例如,电动车辆可以 在由金属制成的壳体73内部包括控制部74、发动机75、电源76、驱动电动机77、差速器78、 发电机79、变速器80、离合器81、逆变器82和83以及各种传感器84。除此以外,电动车辆 可包括例如连接至差速器78和变速器80的前轮驱动轴85和前轮86,并且可以包括后轮驱 动轴87和后轮88。
[0233] 允许电动车辆使用发动机75和电动机77之一作为驱动源来运转。发动机75是 主要动力源,且可以是例如汽油发动机。在将发动机75用作动力源的情况下,可以通过作 为驱动部的差速器78、变速器80和离合器81将发动机75的驱动电力(扭矩)例如传输 至前轮86或后轮88。应注意,还可以将发动机75的扭矩传输至发电机79。利用扭矩,发 电机79产生交流电力。此外,通过逆变器83将产生的交流电力转换为直流电力,将由此转 换的电力储存在电源76中。另一方面,在将作为转换部的电动机77用作动力源的情况下, 通过逆变器82将从电源76供应的电力(直流电力)转化为交流电力。利用交流电力来驱 动电动机77。可以通过作为驱动部的差速器78、变速器80和离合器81将通过利用电动机 77转换电力获得的驱动力(扭矩)例如传输至前轮86或后轮88。
[0234] 应注意,当通过未示出的制动机构来降低电动车辆的速度时,将速度降低时的阻 力作为扭矩传输至电动机77,并且所述电动机77利用扭矩而产生交流电力。可
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