电气部件及其封装体和封装方法

专利名称：电气部件及其封装体和封装方法
技术领域：
本发明涉及电池和电气双层电容器等的电气部件。
背景技术：
以往，对于二次电池、电容等的电解质，主要使用水、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、四氢呋喃等在室温的附近以上温度是液体的低分子物质。特别是对于锂系的电池，大多使用容易蒸发、着火、燃烧的低分子有机系液体电解质，为了确保长时间的稳定性，有必要在电池外壳上使用金属罐，来提高容器的气密性。
因此，使用低分子有机系液体电解质的电气元件及电子元件，存在其重量变大，同时，且制造工序复杂的缺点。
另一方面，作为电解质使用高分子时，可得到挥发性极小，难以蒸发的电解质，而且分子量充分大的高分子电解质即使在室温以上的温度也不显示流动性，也能够作为所谓固体电解质使用，所以有起着溶解离子导电性盐的溶剂的作用和将电解质固体化作用的优点。
使用高分子固体电解质的电池不会担心由于漏液等原因对设备带来损坏，另外，电解质兼作隔膜的电池设计也是可能的，具有使电池容易小型化的特点。最近，正在开发将液体电解质和高分子固体电解质复合了的高分子凝胶电解质，且已经实用化。高分子凝胶电解质是在高分子的网孔结构内保持液体电解质成为凝胶状的，与以往的固体电解质比，与活性物质的接触性好，另外，由于含有液体电解质，所以有离子导电性优良的优点。
对于使用这些高分子固体电解质的电池和电气双层电容器，由于可减少液漏，所以如图12(A)～图12(C)所示，有加工铝叠层塑料薄膜a后的袋型封装体d、盒型封装体f和枕套型封装体g。可是，在袋型封装体d时，如图12(A)所示，将薄膜a用热压b折成一半，两侧部用热压b封合，形成具有一个开口部的袋，从其开口部装入电气部件结构体，将电极端子部件c伸出到外面，封合开口部。另外，在盒型封装体f时，如图12(B)所示，将一张薄膜a压制成凹状的拉伸型e，在其上配置薄膜，用热压b将四角封合。另外，在枕套型封装体g时，如图12(C)所示，将一张薄膜a卷成圆形用热压b封合其侧部，将筒的两端用热压b封合。这样在上述的三种类型的封装体中，都使用了铝叠层塑料，并且在三处以上，即三边以上形成封合部。

发明内容
本发明要解决的课题在于(1)得到安全性高的电气部件。
(2)提高电气部件的封装体的安全性。
(3)得到封合部位少的封装体。
本发明在于提供电气部件，至少具备电气部件结构体、电极端子部件、金属制的封装体，在封装体内封入电气部件结构体，将电极端子部件露出到封装体的外部，封装体的封合部是两处以下，或电气部件，在上述电气部件中，封装体是在将电极端子部件的顶端部从封合部露出的状态下包入电气部件结构体的同时，与电极端子部件的露出侧的相对侧被封合，或电气部件，在上述电气部件中，封装体是用铝金属的挤压成形法制作的，或电气部件，在上述电气部件中，电气部件结构体是至少在一对电极结构体间叠层高分子电解质构成的电池或电气双层电容器，或电气部件，在上述电气部件中，电气部件结构体是将用离子导电性聚合物被覆的粉状电极活性物质或粉状高表面积材料的电极物质形成在集电材料上，从集电材料将电极端子部件连接的电池或电气双层电容器，或电气部件的封装体，在电气部件的封装体中，用金属形成，电气部件结构体配置在内部，封合部是两处以下，或电气部件的封装体，在上述电气部件的封装体中，使用用铝金属挤压成形法制作的管，或电气部件的封装体，在上述电气部件的封装体中，电极端子的至少一个与封装体的金属封合，封装体本身具有成为电极端子的结构，或电气部件的封装方法，在电气部件的封装方法中，用挤压成形方法制作金属制的管，封上管的一端的开口部形成封合部，在管内插入电气部件结构体，将电气部件的电极端子部件从管的另一端的开口部露出，封住另一端的开口部形成封合部，或电气部件的封装方法，在上述电气部件的封装方法中，封合部是用脉冲封合、热封封合、超声波封合或激光熔焊封合形成的，或电池，至少具备正电极结构体、电解质和负电极结构体叠层构成的电极结构体、电极端子部件及金属制的封装体，在封装体内部封入电池结构体，将电极端子部件露出到封装体的外部，封装体的封合部是两处以下，或电气双层电容器，至少具备一对电极结构体、在其间叠层电解质构成的电气双层电容器结构体、电极端子部件及金属制的封装体，在封装体内部封入电气双层电容器结构体，将电极端子部件露出到封装体的外部，封装体的封合部是两处以下。
本发明可以得到以下的效果(1)本发明可以得到安全性高的电气部件。
(2)另外，本发明可以提高电气部件封装体的安全性。
(3)本发明可以得到封合处所少的封装体。


图1(A)～图1(F)表示具有电极物质的多种的电极结构体的图；图2表示具有电极物质的电极结构体的制作图；图3(A)和图3(B)表示二次电池的电极结构体的说明图；图4表示电气部件结构体的说明图；图5(A)～图5(C)表示电气部件结构体的制作说明图；图6(A)～图6(F)表示封装体制作工序的说明图；图7表示封装用管的说明图；图8表示形成多条长型的电极结构体的图；图9(A)～图9(C)表示涂敷在电极物质层的离子导电性聚合物层的形成图；图10(A)～图10(C)表示从电极结构体切出电极的图形的说明图；图11(A)～图11(D)表示挤压滑动混练装置的说明图；图12(A)～图12(C)表示以往的电极结构物的加压的说明图。
具体实施例方式
以下，用图说明本发明的实施方案。
(1)电气部件电气部件是具有电池、电容器等电气功能，一般，是装入到封装体(即容器、外装材料、壳体等)的。本发明中作为电气部件的例子，特别涉及离子在电极间移动的电气部件。此电气部件是在构成电极的电极结构体间配置离子导电性物质，在离子导电性物质内离子移动在电极间产生流动电流的，例如有电池、电气双层电容器等。
电池是在正电极的电极结构体101和负电极的电极结构体102的两种类的电极结构体1之间配置离子导电性物质，离子(包括质子(氢的阳离子))是从一方的电极结构体1移动到另一方的电极结构体1蓄积的。另外，电气双层电容器是在一对电极结构体1、1之间配置离子导电性物质，在电极结构体中的高表面积材料和离子导电性物质的电解质之间形成电气双层的。
(2)电极结构体电极结构体1是用于电气部件的电极上的，可在与离子之间接受传递电荷的，或者吸附离子。为此，电极结构体1如图1(A)～图1(F)所示，在铝或铜类的导电材料在与离子之间形成可接受传递电荷或电荷吸引力的电极物质13的层(电极物质层12)的，图1(A)中，电极物质13使用由粉状电极活性物质的LiCoO2的结合粒构成的粒子状的物质，作为电池的正电极结构体101使用，图1(B)中，电极物质13是使用由粉状电极活性物质的石墨或硬碳等构成的粒子状的物质，作为电池的负电极结构体102使用，图1(C)中，电极物质13使用由作为表面积大的粉状高表面积材料的活性碳构成的粒子状的物质，作为电气双层电容器的电极结构体1使用。另外，图1(A)～图1(F)是在集电材料11的单面上形成电极物质层12，但也可在两面上形成电极物质层12。
另外，图1(D)是用离子导电性聚合物被覆图1(A)的粉状电极物质13的，作为电池的正电极结构体使用，图1(E)是用离子导电性聚合物16被覆图1(B)的粉状电极物质13的，作为电池的负电极结构体使用，图1(F)是用离子导电性聚合物被覆图1(C)的粉状电极物质13的，可作为电气双层电容器的电极结构体1使用。
在图2中，粉状电极物质13具有如LiCoO2那样的由结合粒构成的粒子状，用离子导电性聚合物16被覆，附着在集电材料11上，表示了图1(D)的电极结构体1的制作过程。图1(E)～图1(F)的电极结构体1也可同样地进行制作。另外，在电极结构体内配置的导电物质14是在电极物质13和集电材料11之间可提高电气传导性，改善集电效率的。
在此，所说的被覆是指，在离子导电性聚合物16和粉状的电极物质全表面之间可使离子充分移动的连接的状态，离子导电性聚合物16被覆在粉状电极物质13的表面上，用离子导电性聚合物16被覆。粉状电极物质13的粒子越细活性越强，但用离子导电性聚合物16被覆可抑制活性，达到稳定。
若被覆的离子导电性聚合物16层厚，由于导电率变小，集电率变差，所以最好形成薄层。
另外，所说的粉状电极物质13和粉状导电物质14等的粉状是指，细的粒状的物质。根据情况，是指细的粒状的物质大量集合了的状态。
在此，表示在电极结构体1的说明中使用的用语的关系。首先，电极结构体1是在集电材料11形成电极物质层12而得到的。电极物质层12是具有电极物质13的，是根据需要具有导电物质14和粘合剂15的。电极物质13表示作为电池等的电极使用的电极活性物质或作为电气双层电容器等的电极使用的高表面积材料。电极活性物质表示作为正电极使用的LiCoO2等的正电极用粉状电极活性物质或作为负电极使用的碳材料等的负电极用粉状电极活性物质。
(3)具有离子导电性聚合物层的电极结构体将离子导电性聚合物层形成在电极物质层面上，可得到电极结构体。通过将离子溶解在离子导电性聚合物层中，离子可在一对电极结构体之间容易地移动。
(4)二次电池二次电池是在两种类的电极结构体1之间配置离子导电性物质的。二次电池，例如图3(A)，在正电极的电极结构体101和负电极的电极结构体102之间加入电解液14等的液体，在其间配置隔板15而形成。另外，如图3(B)，在正电极的电极结构体101和负电极的电极结构体102之间配置离子导电性聚合物16等的固体状的电解物质而形成。
(5)电气双层电容器电气双层电容器是将用粉状高表面积材料形成的电极结构体1作为一对电极，在它们之间配置电解物质而构成的。
(6)电气部件结构体电气部件结构体3至少具备一对电极结构体1、1和电解质。在电气部件为电池的电池结构体时，例如图4所示，具有叠有正电极结构体(正电极材料)101、电解质、负电极结构体(负电极材料)102的构造。在电解质为液体时，在正负电极之间必须放置液体，另外，为了防止正负电极之间的接触，需要多孔质结构的隔板18。在电解质为由离子导电性聚合物构成的固体电解质时，只要高分子电解质具有防止正电极和负电极接触的强度，不一定需要隔板。在电气部件为电气双层电容器时，在一对分极性电极之间配置隔板或者高分子电解质，具有叠层的结构。
电气部件结构体3，例如图6(A)～图6(F)所示，放入到封装体4中，成为电气部件。电池情况时，正电极和负电极的端子是，集中正电极的电极端子部件(引线)1111而连接，也集中负电极的电极端子部件(引线)1112进行连接而形成的。
在电极为每一枚电极中设置隔板的卡片型的电极时，如图4那样，可重叠而积层。另外，也可如图5(A)～图5(C)那样，在形成长带形状的电极间叠层形成长带形状的隔板18(图5(A))，也可将整个卷曲(图5(A)、图5(B))形成叠层结构。无论什么方法，在为电池的情况时，只要叠层正电极、电解质、负电极就可以，另外，在为电气双层电容器的情况时，只要以在一对电极间配置电解质的形式叠层就可以。
在将这些结构体装入到封装体4中，在封装体4中根据需要装入液体电解质或者离子导电性物质、离子导电性盐等，做成离子在电极间容易移动，而制造电气部件。
(7)电气部件的封装体电气部件的封装体4是通过挤压成形法将金属，特别是将铝金属形成管41而制作的。其封装方法，例如图6(A)～图6(F)的那样，通过挤压成形法，将金属，特别是铝金属成形圆筒状的管41(图6(A))，将管41切成规定的长度，制作切断管42(图6(B))，变形成可收装电气部件结构体形状，例如，椭圆、方形等，制作管43(图6(C))。接着，将变形管43的一端的开口部结合，制作封合部44(图6(D))，从另外的开口部将电气结构体3插入到封装体4(图6(E))内，以电极端子部件111的一端伸出到外面的方式封合开口部(图6(F))，制作电气部件。此外，通过挤压成形法，也可以制作断面如图7那样的除圆形或椭圆形以外的多角形等的管41。所说的挤压成形法，是使延展性固体或半固体强制地通过有适当形状的模出口，制作连续的管、薄膜带状物的方法。
管41的两开口部的封合方法，可以用脉冲封合、热封合、超声波焊接封合、激光熔焊封合等进行。脉冲封合、热封合时，是将用热熔融的物质，例如塑料膜配置在管开口部熔融后，封合开口部。因此，铝等的管由于不熔融，所以用脉冲封合、热接时，适用于需要电气绝缘的电极端子部件的取出口的封合。另外，超声波熔焊封合、激光熔焊封合时，因为将铝等的管41的开口部熔融封合，所以不适用于电气的绝缘，适用于电极端子部件的取出口的以外的开口部的封合。
挤压成型法，可以制作以往的拉伸法不能制作的超薄型管41。即挤压成型法可以制作现在的拉伸法不能制作的管径(管厚度)为3.8mm以下的管。例如，可以制作如图7所示的内径500μm～3mm、壁厚100μm左右、长度为数米的细管。
用挤压铝金属成型法制作的管41得到的封装体4，由于是铝金属，所以强度高、耐热性和刚性高，另外，由于是管状，封合部仅用两处就可以完成，没有漏液，可以提高安全性。进而，由于聚合物的后固化，也具有应付填充后固化的特性。这样的封装体4具有可容易对应尺寸的变化枕套型的优点和铝罐的优点。
端子部出来侧的封装罐，由于电极端子部件111和封装体4的金属接触时就会引起短路，有必要使用绝缘性的热熔融等密封。通过使用本发明的封装体4，可以减少封合部44，可以防止从外部进入水分。另外，封装体4是金属制，所以电极端子部件111的任何一方都可以连接在封装体4上，并将封装体的整体作为端子。
挤压成型法可以做成现在铝金属的拉伸法不能制作的3.8mm以下的方型铝电池等电气部件的外包装。通过挤压成型法制作金属铝制的极薄方型管41，在其中插入卷绕的电池等的电池部件结构体3，用超声波法焊接前后的方法，制作枕套型的电池等的电气部件。比以往的铝叠层膜封装体的耐热性和刚性高，不仅可以提高安全性，也可应付因聚合物的后固化的填充后固化。具有可容易对应尺寸的变化的枕套型的优点和铝罐的优点。
以下，说明电气部件结构体的构成要素。
(1)电极活性物质电极活性物质可使用离子可插入脱离的材料或π共轭导电性高分子材料等。例如，对于作为非水电解液电池的正电极使用的电极活性物质没有特别限制，但为可充电的二次电池时，可使用可插入脱离锂离子的硫属化合物或者含有锂的复合硫属化合物。
作为上述硫属化合物，可举出FeS2、TiS2、MoS2、V2O5、V6O13、MnO2等。作为含有上述锂的复合硫属化合物，可举出用LiCoO2、LiXNiYM1-yO2(其中，M表示从过渡金属或者Al选出的至少一种以上的金属元素，优选的是表示从Co、Mn、Ti、Cr、V、Al选出的至少一种以上的金属元素，0.05≤X≤1.10、0.5≤Y≤1.0。)表示的锂复合氧化物、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4等。这些是将锂、钴、镍、锰的氧化物、盐类或者氢氧化物作为初始原料，将这些初始原料按照组成进行混合，在氧氛围下在600℃～1000℃的温度下烧结而得到的。
另外，对于作为非水电解液电池的负电极使用的电极活性物质没有特别限制，但只要使用可插入脱离锂离子的材料就可以，也可以使用锂金属、锂合金(锂和铝、铅、铟等的合金)、碳质材料等。
另外，作为π共轭导电性高分子材料，可以举出聚乙炔类、聚苯胺类、聚吡咯类、聚噻吩类、聚-对-亚苯基类、聚咔唑类、多并苯、硫聚合物类等。
特别是，在非水电解液一次电池中，使用锂金属作为负电极时可以得到大容量的电池。锂金属不是粉状也可以利用。
另外，在非水电解液二次电池中，使用可插入离脱锂的碳材料时，可以得到优良的周期寿命。作为碳材料没有特别的限制，可以举出热分解碳类、焦炭类(沥青焦炭、针型焦炭、石油焦炭等)、石墨类、玻璃状碳类、有机高分子化合物烧结体(在适当的温度下，烧结苯酚树脂、呋喃树脂等的碳化物)、碳纤维、活性炭等。
(2)表面积大的电极物质表面积大的电极物质是可以把更多的离子吸引到表面的粉状高表面积材料。作为粉状高表面积材料，可以适当地使用比表面积为500m2/g以上，优选的是1000m2/g以上，更优选的是1500m2/g～3000m2/g的碳材料，而且平均粒径是30μm以下，优选的是5～30μm以下的碳材料。比表面积及平均粒径超出上述范围时，静电容量变大，而且，得到低电阻的电气双层的电容器比较困难。
作为这样的粉状高表面积材料，合适的是通过将碳材料用水蒸气赋活处理法、熔融KOH赋活处理法等赋活后的活性碳。活性炭可以使用，例如椰壳系活性炭、苯酚系活性炭、石油焦炭系活性炭、多并苯系活性炭等，这些的一种或两种可以组合使用。其中，从实现大的静电容量上看，优选的是使用苯酚系活性炭、石油焦炭系活性炭、多并苯系活性炭。
(3)导电物质作为导电物质，只要是可以提高电极结构体1的电导率就没有什么限制，例如，可举出碳黑、炉烟黑、乙炔黑、碳黑晶须、天然石墨、人造石墨、金属纤维、氧化钛、氧化铷等的金属粉末，可以使用这些的一种或两种可以组合使用。其中的作为碳黑的一种的炉烟黑、乙炔黑是优选的。此外，粉状的导电物质的平均粒径是10～100nm，优选的是20～40nm。
(4)电解液作为电解液可举出二丁基醚、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-乙氧基甲氧基乙烷、甲基二甘醇二甲醚、甲基三甘醇二甲醚、甲基四甘醇二甲醚、乙基甘醇二甲醚、乙基二甘醇二甲醚、丁基二甘醇二甲醚等、乙二醇醚类(乙基溶纤剂、乙基卡必醇、丁基溶纤剂、丁基卡必醇等)等的链状醚类、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧戊环、4，4-二甲基-1，3-二噁烷等的杂环式醚、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、3-甲基-1，3-噁唑烷-2-酮、3-乙基-1，3-噁唑烷-2-酮等的丁内酯类、其他普遍使用于作为电气化学元件的溶剂的酰胺溶剂(N-甲基甲酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮等)、碳酸酯溶剂(二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯、丙烯碳酸酯、乙烯碳酸酯、苯乙烯碳酸酯等)、咪唑酮溶剂(1，3-二甲基-2-咪唑酮等)等，可以使用这些溶剂的一种或两种可以混合使用。
(5)离子导电性聚合物离子导电性聚合物，是以下举出的至少将锂盐等的离子导电性盐溶解成0.1M(摩尔/升)以上的浓度，而且，溶解了0.1M(摩尔/升)以上的浓度锂盐等的离子导电性盐的聚合物在室温下具有10-8S(西门子)/cm以上的导电性聚合物。特别优选的离子导电性聚合物是，至少将锂盐等的离子导电性盐溶解成0.8M～1.5M(摩尔/升)以上的浓度，室温下具有10-3S/cm～10-5S/cm以上的导电性聚合物。
作为锂盐使用将CIO4-、CF3SO3-、BF4-、PF6-、AsF6-、SbF6-、CF3CO2-、(CF3SO2)2N-等作为阴离子的锂盐中的任何一种以上。
这里表示离子导电性聚合物用语的相互关系。离子导电性形成材料是做成形成电极结构体1的离子导电性聚合物层2或为了被覆粉状电极物质的离子导电性聚合物的材料，表示离子导电性聚合物本身、离子导电性聚合物原料或含有这些两种。另外，形成离子导电性聚合物层的涂敷材料22是，为了形成离子导电性层的涂敷材料，是指形成离子导电性聚合物的材料本身或混合了离子导电性盐和溶剂的材料。
(6)离子导电性聚合物原料离子导电性聚合物原料是从外部供给能量，通过聚合、交联而成为导电性聚合物。所供给的能量是热、紫外线、光、电子线等。离子导电性聚合物原料，从形状保持性等的物理强度考虑而添加的。
离子导电性聚合物本身和离子导电性聚合物原料在共存的状态下，从外部供给能量，使离子导电性聚合物原料反应，形成三维网孔。此时，离子导电性聚合物本身成为缠绕在三维网孔上的结构(entanglement)。该结构被称为半相互侵入网孔结构(semi-enterpenetrating network system)，显示了优良的物理特性。具有这样结构的离子导电性聚合物，本发明的发明者们已经申请了日本第225626/1996号发明专利公开公报上的专利。这样得到的离子导电性聚合物，具有强度大、能很好吸收溶剂、粘结力大的特性。此外，由离子导电性聚合物本身和离子导电性聚合物原料得到的离子导电性聚合物，溶解0.1M(摩尔/升)以上的浓度锂盐的聚合物，在室温下具有10-8S(西门子)/cm以上，优选的是10-5S/cm以上，更优选的是10-3S/cm以上的导电性。另外，纤维素系的半相互侵入网孔结构(IPN)表示在日本第225626/1996号发明专利公开公报上、PVA系的半相互侵入网孔结构表示在日本第78087/1999号发明专利申请公开公报(PCT/JP00/01734)上、聚缩水甘油系半相互侵入网孔结构表示在日本第358825/1998号发明专利申请公开公报(PCT/JP99/07039)上、聚氨酯系半相互侵入网孔结构表示在日本第78085/1999号发明专利申请公开公报(PCT/JP00/01731)上。
将这些离子导电性聚合物和离子导电性聚合物原料和离子导电性盐溶解在液体的电解质的高分子凝胶电解质组合物，由于是以液体状态存在的，所以将这些液体注入到配置在封装体内的电池结构体中，使其浸透电池间隔板的空隙、或者使其浸透配置于电极间的离子导电性聚合物层的内部，而后封罐，通过加热，使离子导电性聚合物原料反应，得到具有良好性能的电池和电气双层电容器。
(7)离子导电性盐作为离子导电性盐，只要使用通常电气化学部件所使用的就没有特殊的限制，但是优选的是使用通式R1R2R3R4N+或R1R2R3R4P+(式中R1～R4表示相同或不同的碳原子数为1～10的烷基)等表示的季翁阳离子和、BF4+、N(CF3SO2)2-、PF6-、CIO4-等阴离子组合的盐。
具体地，电容器所使用的离子导电性盐，可以举出(C2H5)4PBF4、(C3H7)4PBF4、(C4H9)4PBF4、(C6H13)4PBF4、(C4H9)3CH3PBF4、(C2H5)3(Ph-CH2)PBF4(Ph表示苯基)、(C2H5)4PPF6、(C2H6)PCF3SO2、(C2H5)4NBF4、(C4H9)4NBF4、CH3(C2H5)3NBF4、(C6H13)4NBF4、(C2H6)6NPF6、LiBF4、LiCF3SO3等，可以单独使用一种或两种以上组合使用。
另外，作为锂离子电池等的非水电解液二次电池所使用的离子导电性盐，只要使用通常电气化学部件所使用的就没有特殊的限制，可以举出例如，LiCIO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiSbF6、LiCF8SO3、LiCF3COO、NaClO4、NaBF4、NaSCN、KBF4、Mg(ClO4)2、Mg(BF4)2、(C4H9)4NBF4、(C2H5)4NBF4、(C4H9)4NClO4、LiN(CF3SO2)2、Et4NPF6(Et乙基)等，可将这些单独一种或两种以上组合使用。
(8)集电材料集电材料11，只要是容易通电的物质就可以，根据电气部件选择形状或材料，作为一个例子，将铝或铜等的导电材料形成板状、箔或孔状而制作。可在表面进行化学的、电气的或物理的或将这些组合处理形成凹凸，粗面化，做成连接良好的集电材料。在为板状体或箔的集电材料11时，根据电气部件的结构可单面或两面使用，在单面或两面上附着电解物质。集电材料由于是电极用原板，所以使用宽的。
以下，说明电极结构体的制造方法。
(1)电极结构体的形状为了做成将正电极和负电极重合的电极结构，例如图4所示的，重合数个电极的叠层型的电极结构，一个电极具备成为形成所规定的形状的集电材料的电极物质层和电气部件的端子的电极端子部件111。在图4中，将正电极的电极结构体101和负电极的电极结构体102用隔板18相互地叠层配置。在正电极的电极结构体101上连接正电极的电极端子部件1111，另外，在负电极的电极结构体102上连接负电极的电极端子部件1112。
为了得到此电极的形状，可以是此电极的形状的电极结构体1或沿着长型的集电材料形成长型的电极物质层的、例如图8所示的长型宽度的电极结构体1。长型的电极结构体1，例如有长度约1000m～2000m，宽度约500mm～1000mm的。长型的电极结构体1，为了得到一个或多个电极，也可以多个离开而形成。从此长型的电极结构体得到电极时，切断成以符合叠层电极物质层12的电极的形状。此时，可切出以使集电材料11的一部分作为电极的电极端子部件111利用。切出的电极，例如可做成长方形，长度约600mm宽度50mm。负电极比正电极长和宽都小，例如小约1mm左右。由此，可防止由于树枝状晶体的短路。
(2)电极物质层的形成电极物质层12的形成，首先，将溶剂添加到电极物质中液体化作成膏状，薄薄地涂敷在集电材料11的表面。涂敷后，溶剂蒸发、干燥，得到在宽幅的集电材料上形成电极物质层12的电极结构体1。向集电材料11实施涂敷的涂敷装置有刮刀器21等。
(3)集电材料和电极物质层的加压为了提高电气部件的电气特性，例如提高离子的移动性，并提高集电材料11和电极物质层12的电流，对集电材料11和在其上形成的电极物质层12进行加压。
(4)电极物质层上的离子导电性聚合物层的形成离子导电性聚合物层2的膏状的离子导电性聚合物层形成用涂敷剂22是，例如图9(A)～图9(C)所示的，在用刮刀器21等薄薄地涂敷在电极物质层12上(图9(A))，在电极结构体1上形成离子导电性聚合物层2(图9(B))。离子导电性聚合物层形成用涂敷剂22是指涂敷后可以形成导电性聚合物层的材料，是指离子导电性聚合物层形成材料本身，或在其上混合锂盐等的离子导电性盐和溶剂等。在离子导电性聚合物形成材料上，用混合了有机溶剂的离子导电性聚合物层用涂敷剂22涂敷后，干燥，从离子导电性聚合物层2蒸发出溶剂(图9(C))。另外，在离子导电性聚合物形成材料上涂敷混合了锂盐等的离子导电性盐的离子导电性聚合物层形成用涂敷剂22时，在离子导电性聚合物层2上锂离子等的离子溶解。
(5)从电极结构体的切出从加压了的电极结构体切出电极。或者在加压后，将在电极物质层上形成离子导电性聚合物层2后得到的电极结构体1切出。这样切出的图形是各种各样，例如可以切出图10(A)～图10(C)那样的形状。图10(A)是从一根电极物质层取出1方向，即从与长型的长度方向相垂直的方向切断的方法所切出的电极，图10(B)是从一根电极物质层重合取得，即沿着长度方向切断长型的电极物质层，制作两根的电极条，再分别取1方向切出的，图10(C)，是从多个电极物质层取出多个，即对每个多条电极物质层按照1方向切出。这些的电极结构体的切断顺序是任意的。
以下，说明制造用离子导电性聚合物被覆电极物质的方法。
(1)电极结构体的制造方法电极结构体的制造方法，首先，在电极物质的表面被覆极薄的离子导电性聚合物或离子导电性聚合物原料或它们的混合物，即离子导电性聚合物形成材料。接着，添加溶剂做成液状化的膏状，将其涂敷干燥在集电材料上，蒸发出溶剂。或也可以从开始添加溶剂在被覆离子导电性聚合物形成材料的同时，做成膏状。
此时，将离子导电性聚合物形成材料做成微量，用离子导电性聚合物被覆粉状的电极物质的粒子的表面，做成没有空隙，粉状物质相互的间隙小。
将离子导电性聚合物形成材料被覆在粉状的电极物质上时，使离子导电性聚合物形成材料和粉状的电极物质相互挤压滑动，由此获得挤压滑动物。
(2)挤压滑动所说的挤压滑动，是指将离子导电性聚合物形成材料和粉状的电极物质的混合物一边相互挤压一边滑动(错位)的动作。对混合物赋给外力，使混合物间紧密接触，粒子转动，反复操作这些后，就可以得到挤压滑动物。
(3)挤压滑动混练装置挤压滑动混练装置5如图11(A)～图11(D)所示。将离子导电性聚合物形成材料和粉状的电极物质13的混合物50、或其混合物和溶剂等的混合物50加入到混练装置的容器51内，旋转主叶片52。混练装置的容器51的底511和主叶片52的底面间有间隙，通过主叶片52的旋转，混合物50的一部分进入容器51的底511和主叶片52间，被挤压滑动，进行混练。这样反复操作后，离子导电性聚合物形成材料被覆在粉状的电极物质13上。
挤压滑动混练装置5，在混练装置的容器51内具有分散叶片53，高速旋转分散叶片53可使挤压滑动了的混合物50分散。
(4)混练装置的容器混练装置的容器51是为了挤压滑动混合物50，搅拌混合物50的装置。容器51的底面具有一部分低的低部5111，从低部5111向着圆周面升高的斜度。例如，具有中央部低向着周边上升的斜率。例如形成滑面碗状的底511，其底部5111的角度是120℃。混练装置51的底面511具有耐摩损性，例如使用SUS，用钨和碳化钙熔射而形成的。另外，在底面也可以形成多个这样的低部5111。
(5)主叶片主叶片52是与混练装置的容器51的底面连动，挤压滑动混合物、搅拌用的。主叶片52，例如图11(B)所示的，在对应于混练装置的容器51的低部5111的位置安装轴，从低部5111沿着容器的底部向上弯曲。主叶片52的刃数，如图11(B)所示的，从中央部可安装2个，也可以比它多的，也可是10个以上，根据混合物量和种类决定。
驱动主叶片52的主轴521的主电动机522的转速度，在挤压滑动时，是低速，例如控制120RPM以下。
混练装置的容器51的底面和主叶片52的底面的间隙，狭窄到可进行混合物的挤压滑动的程度，其间隙，例如做成15mm以下。此间隙距离依赖于挤压滑动混练装置5的容量或主叶片的形状。
主叶片52的行进方向(挤压滑动方向)的面，相对于混练装置的容器51的底面的挤压角θ是锐角。例如图11(C)所示的，在主叶片52的断面是倒梯形时，挤压角做成3度～70度。另外，主叶片52的断面，如图11(D)所示的，也可以是圆形、圆角等。主叶片的材质具有耐磨损性，例如使用SUS，用钨或碳化钙溶射形成。
与主叶片52的行进方向(挤压滑动方向)相反的方向的面，对于底面大致垂直或形成钝角。由此，若将主轴521反向运转，可将混合物50集中到主轴521的周围。
另外，若在底面有多个低部5111，主叶片52的中心部也配置在对应其个数的低部的位置上。
(6)分散叶片分散叶片53是分散用主叶片52挤压滑动的混合物50的。分散叶片53是配置在可分散混合物50的位置，以高速旋转达1000～4000次/分钟。通过以高速旋转，可将被覆在粉状的电极物质16的粒子表面的离子导电性聚合物16或其原料均匀分散在整个粉状物质中。
以下，说明锂离子二次电池的电极结构体的制作方法。
(1)正电极的电极结构体的制作例1将作为粉状电极活性物质的平均粒径3μm的LiCoO2的9.1重量份和作为粉状导电物质的炉烟黑0.6重量份加入到挤压滑动混练装置中，挤压滑动20分钟。接着，添加离子导电性聚合物原料(A1)0.546重量份和乙腈3.5重量份。离子导电性聚合物原料(A1)是混合物，其组成和混合比表示在表1中。
表1离子导电性聚合物原料(A1)

添加了离子导电性聚合物原料(A1)的挤压滑动物，在挤压滑动混练装置内挤压滑动5小时。挤压滑动物呈膏状。在挤压滑动物中加入坡利每科MDI、MR-200(NPU社制)0.254重量份，在挤压滑动混练装置内搅拌5分钟。取出挤压滑动物，移到厚度20μm的铝箔上用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷。室温下放置15分钟，继续用80℃加热1小时。翻转得到的单面涂敷电极，固定在平面上，同样，用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷。室温下放置15分钟，继续用80℃加热1小时。得到的电极，在20μm厚度的铝集电体两面涂敷了电极层，其厚度是170μm。
(2)正电极的电极结构体的制作例2将作为粉状电极活性物质的平均粒径3μm的LiCoO2的9.1重量份和、作为粉状导电物质的炉烟黑0.6重量份加入到挤压滑动混练装置内，挤压滑动20分钟。接着，作为离子导电性聚合物原料(A2)添加下述合成例1的聚氨酯树脂溶液0.546重量份和N-甲基2-吡咯烷酮1重量份。
作为离子导电性聚合物原料(A2)，添加的合成例1的聚氨酯树脂溶液的挤压滑动物，在挤压滑动混练装置内，挤压滑动5小时。挤压滑动物呈膏状。取出挤压滑动物，移到厚度20μm的铝箔上用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷。室温下放置15分钟，继续用80℃加热2小时。翻转得到的单面涂敷电极，固定在平面上，同样用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷，室温下放置15分钟，继续用80℃加热2小时。得到的电极是在20μm厚度的铝集电体两面涂敷了电极层，其厚度是170μm。
(3)合成例1在带有搅拌机、温度计及冷却管的反应器上加入预先加热脱水的聚己内酯二醇(普拉克赛尔220N，大赛尔化学工业(株)制)64.34重量份和、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯28.57重量份，氮气流下，120℃下搅拌、混合2小时后，加入1，4-丁二醇7.09重量份，同样，氮气流下，120℃下使之反应。反应进行而当反应物呈橡胶状时停止反应。而后，从反应器取出反应物，在100℃下加热12小时，当用红外线吸收光谱确认异氰酸酯的吸收峰消失时，停止加热，得到固体状的聚氨酯树脂。
得到的聚氨酯树脂的重均分子量(Mw)是1.71×105。将此聚氨酯树脂8重量份溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮92重量份中，可以得到合成例1的聚氨酯树脂溶液。
(4)负电极的电极结构体的制作例1将作为粉状电极活性物质的平均粒径5μm的石墨粉末9.1重量份和、离子导电性聚合物原料(A1)0.341重量份和乙腈3.0重量份加入到滑动挤压装置(容积300毫升)，滑动挤压7小时，挤压滑动物呈膏状。接着，加入坡利每科MDI、MR-200(NPU社制)0.159重量份，在挤压滑动混练装置内搅拌5分钟。取出挤压滑动物，移到厚度20μm的铝箔上用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷。室温下放置15分钟，继续用80℃加热1小时。翻转得到的单面涂敷电极，固定在平面上，同样用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷，室温下放置15分钟，继续用80℃加热1小时。得到的电极，在20μm厚度的铜集电体两面涂敷了电极层，全体厚度是170μm。
(5)负电极的电极结构体的制作例2将作为粉状电极活性物质的平均粒径5μm的石墨粉末9.2重量份和、聚偏氟乙烯10重量份溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮90重量份的溶液8.0重量份和N-甲基-2-吡咯烷酮4.0重量份进行搅拌混合后，得到膏状体。将该负电极用组合物移到厚度20μm的铝箔上用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷。室温下放置15分钟，继续用80℃加热2小时。翻转得到的单面涂敷电极，固定在平面上，同样用100μm间隙的刮刀器流淌涂敷，室温下放置15分钟，继续用80℃加热1小时。得到的电极，在20μm厚度的铝集电体两面涂敷了电极层，全体厚度是170μm。
以下表示实施例。
(1)二次电池制作例1(实施例1)将离子导电性聚合物原料(A1)10重量份和六氟化磷酸锂1.22重量份溶解在四氢呋喃中。减压下放置该溶液，使四氢呋喃蒸发。接着，加入坡利每科MDI、MR-200(NPU社制)0.254重量份，而后，分别补足各成分使得每1Kg的合并量中六氟化磷酸锂为1摩尔。得到的复合体是粘性溶液。将得到的聚合物电解质和六氟化磷酸锂复合体的离子导电性聚合物层形成用涂敷剂22用刮刀器涂敷在上述的“正电极的电极结构体的制作例1”所制作的正电极结构体上，铸型(涂敷)，80℃下，放置0.5小时，制作半固体态的离子导电性固体高分子电解质膜。在与正电极结构体的膜层的相对面，重合上述“负电极的电极结构体的制作例1”所制作的负电极结构体的电极物质侧，80℃下放置1小时，制作元件。
将介在正负极间的离子导电性固体高分子电解质膜层元件加入到铝封装体中，注入有机电解溶液，该溶液是以1∶1混合乙烯碳酸酯(EC)和二乙基碳酸酯(DEC)，溶解作为离子导电性盐六氟化磷酸锂(LiPF6)使其浓度达到1M而配置的。封罐在铝封装体内，得到二次电池。
(2)二次电池的制作例2(实施例2)在上述的“正电极的电极结构体的制作例2”所制作的正电极结构体、及上述“负电极的电极结构体的制作例1”所制作的负电极结构体之间夹有隔板基材的元件装入铝封装体内，而后，注入后述的高分子凝胶电解质用组合物，对铝封装体封罐后，为使反应固化，在55℃下加热2小时，得到二次电池。
(3)高分子凝胶电解质用组合物以体积比1∶1混合乙烯碳酸酯(EC)和二乙基碳酸酯(DEC)，作为离子导电性盐，溶解六氟化磷酸锂(LiPF6)使其浓度达到1M而配制有机电解液。
接着，混合聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(亚烃氧基单元数＝9)100重量份和、三羟甲基丙烷三甲基丙酸酯8.41重量份，对于该甲基丙烯酸酯单体混合物100重量份，加入后述的合成例2得到的氰基乙基二羟基丙基PVA0.5重量份做成预凝胶组合物，而后对于有机电解液93重量份，添加预凝胶组合物7重量份。进而加入偶氮二异丁腈0.05重量份，做成高分子凝胶电解质用组合物。
(4)合成例2(聚乙烯醇衍生物的合成)在带有搅拌叶的反应容器中加入聚乙烯醇(平均聚合度500、乙烯醇比例＝98％以上)10重量份和丙酮70重量份，搅拌下，缓慢加入在2.5重量份水中溶解有1.81重量份氢氧化钠水溶液，室温下搅拌1小时。
在3小时内缓慢地向该溶液中加入在丙酮100重量份中溶解糖醇67重量份的溶液，50℃下搅拌8小时，进行反应。反应终了后，当停止反应时，聚合物沉淀下来，收集该沉淀物，溶解在400重量份水中，用醋酸中和后，透析精制，冷冻干燥溶液后，得到二羟基丙基化聚乙烯醇。收量是22.50重量份。
将得到的PVA聚合物3重量份与二噁烷20重量份和丙酰腈14重量份混合。在该混合溶液中加入1重量份水中溶解有0.16重量份氢氧化钠的氢氧化钠水溶液，25℃下搅拌10小时。
接着，使用离子交换树脂(商品名amberliteIRC-76、有机株式会社制)中和。过滤离子交换树脂后，向溶液中加入50重量份的丙酮，过滤出不溶物。将丙酮溶液加入到透析膜管内用流水透析。收集沉淀在透析管内的聚合物，再次溶解在丙酮中过滤，蒸发出丙酮，得到氰基乙基化了的合成例1的PVA聚合物衍生物。
得到的聚合物衍生物，不能确认红外吸收光谱中的羟基吸收，说明羟基完全被氰基乙基封闭着(封闭率100％)。
权利要求
1.电气部件，其特征是至少具备电气部件结构体、电极端子部件、金属制的封装体，在封装体内封入电气部件结构体，将电极端子部件露出到封装体的外部，封装体的封合部是两处以下。
2.如权利要求1所述的电气部件，其特征是在上述电气部件中，封装体是在将电极端子部件的顶端部从封合部露出的状态下包入电气部件结构体的同时，将与电极端子部件的露出侧的相对侧封合。
3.如权利要求1所述的电气部件，其特征是在上述电气部件中，封装体是用铝金属的挤压成形法制作的。
4.如权利要求1所述的电气部件，其特征是，电气部件结构体是至少在一对电极结构体间叠层高分子电解质而构成的电池或电气双层电容器。
5.如权利要求1所述的电气部件，其特征是电气部件结构体是将用离子导电性聚合物被覆的粉状电极活性物质或粉状高表面积材料的电极物质形成在集电材料上，从集电材料连接出电极端子部件的电池或电气双层电容器。
6.电气部件的封装体，其特征是在电气部件的封装体中，用金属形成，电气部件结构体配置在其内部，封合部是两处以下。
7.如权利要求6所述的电气部件封装体，其特征是在上述电气部件的封装体中，使用用铝金属挤压成形法制作的管。
8.如权利要求6～7中任一项所述的电气部件的封装体，其特征是，电极端子的至少一个与封装体的金属封合，封装体本身具有成为电极端子的结构。
9.电气部件的封装方法，其特征是，用挤压成形方法制作金属制的管，封上管的一端的开口部形成封合部，在管内插入电气部件结构体，将电气部件的电极端子部件从管的另一端的开口部露出，封住另一端的开口部形成封合部。
10.如权利要求9所述的电气部件的封装方法，其特征是，封合部是用脉冲封合、热封封合、超声波封合或激光熔焊封合形成的。
11.电池，其特征是至少具备正电极结构体、电解质和负电极结构体叠层构成的电极结构体、电极端子部件及金属制的封装体，在封装体内部封入电池结构体，将电极端子部件露出到封装体的外部，封装体的封合部是两处以下。
12.电气双层电容器，其特征是至少具备一对电极结构体、在其间叠层电解质构成的电气双层电容器结构体、电极端子部件及金属制的封装体，在封装体内部封入电气双层电容器结构体，将电极端子部件露出到封装体的外部，封装体的封合部是两处以下。
全文摘要
本发明涉及一种电气部件及其封装体和封装方法。其课题在于提高电气部件的封装体的安全性。其解决方案在于由金属形成、电气部件结构体(3)配置在其内部、封合部是两处以下的电气部件,以及其封装体(4)和封装方法。
文档编号H01G9/155GK1384554SQ0211880
公开日2002年12月11日 申请日期2002年4月28日 优先权日2001年5月7日
发明者佐藤贵哉, 清水达夫 申请人:日清纺绩株式会社, 伊藤忠商事株式会社