专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池的内部构成，特别涉及锂聚合物电池等层压电池的耐热性的提高技术。
背景技术：
近年来，伴随着携带电话、袖珍PC、便携式收音机、数字照相机、携带信息终端(PDA)等小型电子机器的普及，对薄型、轻量并且高容量的电池的要求迅速提高。特别是，具备了锂聚合物电解质和层压外包装体的层压电池由于柔软，非常薄，大容量，同时可以极为薄型并且轻量化，因此被作为所述机器的电源广泛使用。
层压电池一般来说是将带状的正负极板夹隔隔膜卷绕，在将其压扁而成的卷绕体中浸渍电解液而形成发电元件。在所述卷绕体中，在各基板芯体上安装垂片(集电端子)，使该垂片向外部露出，成为正极端子或负极端子。该状态下，具有在使垂片向外部露出的同时，将发电元件的周围用层压外包装体密封的构成。
层压外包装体为了使电极体及电解液不向外部漏出，特别在垂片附近的边上利用热压接处理密封。
在层压电池中，在其内部，在数个位置上使用由拉伸聚丙烯(OPP)等拉伸聚烯烃制成的带子材料。
例如，为了防止所述垂片在卷绕体形成时使极板破损或引起短路的情况，在与极板的连接部分的所述垂片的表面，以由所述带子材料制成的保护带覆盖、保护。另外，在垂片中插穿有另外的筒状的带子材料，实现热压接的密接性的提高。另外，为了进行所述卷绕体的嵌入、保护卷绕体的上下端部，贴附有PP制的嵌入带子。
特开平11-312514号公报但是，由所述拉伸聚烯烃制成的带子材料耐热性比较低，由此就有可能对电池性能造成影响。
例如在层压电池中，虽然形成通过将层压外包装体热压接而将电池内部密封的构成，但是在该热压接时会受热，有带子材料变质(软化、收缩等)的情况。另外，在电池异常时的产生高温时，也预计会有由热造成的影响。
此种变质在将该带子作为所述保护带使用时，由于也会成为导致垂片露出而与另一方的极板发生短路的原因，因此最好能够防止。
如上所述，现在在层压电池中，还有应当解决的余地。另外，该问题并不限于层压电池，对于将所述带子材料用于内部构成的全部电池都同样存在。
发明内容
本发明是鉴于所述问题而完成的，其目的在于，提供通过防止用于电池内部的带子材料的变质，可以发挥良好的电池性能的层压电池等电池。
为了解决所述问题，本发明提供在外包装体中收纳有将正极板及负极板以及隔膜重叠而成的电极体，并将该外包装体进行了内部密封的电池，其采用了在该电池的内部，使用未拉伸聚烯烃材料的构成。
这里，所述电池为层压电池，所述电极体的正负各极板上分别连接有垂片(tab)，在该各垂片向层压外包装体的外部露出的状态下，层压外包装体周缘被密封，具备与垂片及与之连接的极板区域对应地被覆盖的保护带、和被按照覆盖所述密封部分的垂片的方式配置的垂片树脂，也可以将所述保护带及垂片树脂的至少任意一方用未拉伸聚烯烃材料构成。
另外，所述电极体是将带状的正极板及负极板夹隔隔膜卷绕，将其用防松脱带固定而成的卷绕体，也可以将所述防松脱带用未拉伸聚烯烃材料构成。
另外，在所述保护带及所述防松脱带的至少任意一方由所述未拉伸聚烯烃材料构成的情况下，也可以在该保护带或防松脱带的与所述极板区域相面对的面上，在避开与所述密封部分接近的区域的同时，涂布糊材。
另外，在所述垂片树脂由未拉伸聚烯烃材料构成的情况下，也可以将未拉伸聚烯烃材料用与和其相面对的层压外包装体的表面相同的组成构成。
而且，所述层压电池主要适用于锂聚合物电池。
如上所述，本发明的电池中，通过将在外包装体内部耐热性优良的未拉伸聚烯烃材料用于电池内部，与使用以往的拉伸聚烯烃材料的构成相比，电池性能被提高。
由此，例如即使电池产生异常温度，陷于过热状态中，该未拉伸聚烯烃材料也不会产生热收缩等变形。这样，例如当将未拉伸聚烯烃材料用作带子材料时，由于可以避免贴附了该带子材料的发电元件、垂片和极板的连接部分等因带子的热收缩而露出的情况，有效地防止短路的发生，因此就能够发挥稳定的电池性能。
另外，在将本发明用于层压电池的情况下，除了所述效果以外，对于密封层压外包装体的加热处理(层压处理)中的热的影响也可以发挥效果。例如，虽然在该热处理中，与密封部接近的垂片周围容易被暴露在比较高的温度下，但是本发明中通过将所述未拉伸聚烯烃材料用于所述垂片周围，就可以进行良好的密封工序。
图1是本发明的实施方式1的锂聚合物电池(层压电池)的外观图。
图2是表示正负各极板周边的构成的图。图2(a)表示正极板周边的各构成，图2(b)表示负极板周边的各构成。
图3是表示层压电池的密封工序的示意图。
具体实施例方式
1-1.聚合物电池的构成图1是本发明的电池的一个适用例，是表示本实施方式1的方形锂聚合物电池1(以下称作「层压电池1」。)的构成的图。另外，图2是表示层压电池的正负极板周边的构造的图。其中的图2(a)是表示正极板周边的构造的图，图2(b)是表示负极板周边的构造的局部的放大图。
另外，图3是表示电池1的密封工序的示意图。
图1所示的层压电池1具有在被制成薄型的长方体的层压外包装体10的内部收纳有电极体20，从层压外包装体10内部的电极体20向外部延伸出正负一对垂片11、12的构成。在层压外包装体10的周围，与各边对齐地分别形成有顶密封部102、侧密封部10a、10b、底部10c，外包装体内部被保持为密闭构造。电池尺寸例如可以设为纵6cm×横3.5cm×厚3.6cm。
电极体20如图1中虚线所示，由如下形成的卷绕体构成，即，夹隔隔膜21，将带状的正极板22、负极板23卷绕而形成螺旋状，将其压扁而形成薄型长方体形状的卷绕体。
而且，这里所说的电极体的「长方体形状」虽然由于在实际上电极体20的侧面形成曲面而并非严格的长方体，但是本发明中将此种形状也称作「长方体」。
另外，卷绕体20除此以外，也可以通过将长方形的正极板、负极板夹隔隔膜而层叠来构成。
隔膜21可以由厚0.03mm的多孔聚乙烯构成。
正极板22作为一个例子，是在由带状的铝箔形成的芯体上涂布作为活性物质的钴酸锂LiCoO2而成。
负极板23作为一个例子，是在由带状的铜箔形成的芯体上涂布作为活性物质231的石墨(graphite)粉末而成。
而且，电极体20中，在尺寸上，以正极板22、负极板23、隔膜21的顺序，被按照使各宽度变宽的方式设定。这是因为，通过确保负极板23的面积比正极板22更大，在充电时，就可以使来自正极板22的Li离子充分地吸收在负极板23上，从而抑制了枝状晶体的产生。电极体20中，贴附有用于固定位于最外周的隔膜21的防松脱带105。
负极板23和正极板22的周边构成如下所示，大致相同。
即，正极板22例如如图2(a)所示，在其卷绕方向下游侧的一个端部形成有芯体露出而成的导线部222。在该导线部222中，由带状的铝、镍、铜等制成的作为集电端子的垂片11，被按照以一定的长度向外部延伸出来的方式，以电阻焊接等方法连接在连接部110上。另外，在垂片11和将其连接的导线部222的区域上，为了不产生所述垂片11的边缘穿破隔膜21而与负极侧发生短路的问题，利用形成于其表面的糊材配设区域151贴附有用于将它们覆盖而保护的保护带150。该保护带150的尺寸·形状虽然可以任意设定，但是需要按照至少可以良好地覆盖与极板的连接区域的方式设定。图2(a)的保护带150的例子中，按照与极板的宽度方向相比，使尺寸略大地伸出的方式设定。这是为了更为可靠地防止正负各芯体的短路。
另一方面，在负极板23中，也如图2(b)所示，在其卷绕方向下游侧的一个端部形成有芯体露出而成的导线部232。在该导线部232中，与11相同的垂片12被按照以一定的长度向外部延伸出来的方式，利用电阻焊接等方法连接在连接部120上。另外，在垂片12和将其连接的导线部232的区域上，为了不产生所述垂片12的边缘穿破隔膜21而与正极侧发生短路的问题，利用形成于其表面的糊材配设区域161贴附有用于将它们覆盖而保护的保护带160。该保护带160的尺寸和形状虽然可以任意设定，但是需要按照至少可以良好地覆盖与极板的连接区域的方式设定。
关于图2(b)的保护带160，为了更为可靠地防止正负各芯体的短路，也按照与极板的宽度方向相比，使尺寸略大地伸出的方式设定。
这里，在保护带150、160的垂片配设侧端部上设有未配设糊材的带子露出部152、153、162、163。它们是为了在万一保护带150、160的贴附位置从给定位置向外侧伸出(例如图2(b)中的A所示的区域)的情况下，防止该保护带150、160的糊材在电极体20的内部与其他的构件接触的情况而设置的。特别是153、163是为了防止该部分向外部伸出而咬入外包装体10的顶密封部102，在热熔接时因糊材熔融而导致密封性降低的情况。
另外，在垂片11、12中，与成为层压外包装体10的顶密封部102的区域对应地，分别覆盖有垂片树脂(也称作「热熔接性薄膜」或「集电端子薄膜」。)103、104。该垂片树脂103、104可以将原来宽1cm左右的带状薄膜连接为环状，将其从侧面压扁为矩形，插穿垂片11、12而配设。垂片树脂103、104理想的情况是被与所述保护带150、160的端部接近地设置。
而且，在电极体20的上下方向端部，为了形态维持等目的，也可以再另外设置保护带。
另外，图1所示的构成中，为了提高识认性及防止极性误认，而改变了垂片11、12的宽度(垂片11宽3mm，垂片12宽5mm)，但是当然也可以用相同的宽度制作。
该电极体20中，作为非水电解液浸渍有凝胶状的聚合物电解质。
作为该聚合物电解质，可以使用例如将聚乙二醇二丙烯酸酯和EC/DEC混合物(质量比为30∶70)以1∶10的比例混合，在其中添加LiPF6，并使之达到1mol/l，加热聚合、凝胶化的材料。
层压外包装体10作为一个例子，由聚丙烯/铝/尼龙的3层构造的层压薄膜(厚度约为100μm)构成，被制成使用了它的3向密封性构造(杯式层压)。
作为层压外包装体的密封方法，可以举出以下的例子。
即，如密封工序的示意图(图3)所示，首先，将层压薄膜材料200切为带状体，并且形成凸部201。
此后，将被卷绕后被固定(S1)的电极体20放置在层压薄膜材料200上，在按照收纳电极体20的方式使之对齐所述凸部201的同时，从该薄膜材料200的长边方向的中央202对折(S2)。
然后，对200的宽度方向两个端部A进行热压接处理，形成密封部10a、10b，并且最终按照将垂片11、12横切的方式，将层压外包装体10的周缘热压接，形成密封部102。
此时，电极体20是在将垂片11、12的头端向外部延伸出大约1.6cm的长度的状态下被收纳在层压外包装体10中。
而且，除了该密封方法以外，还可以举出以下的方法，即，在先制作了杯式层压的外包装体10后，将电极体20收纳、热压接，而形成顶密封部102。
通过夹隔设置了此种垂片树脂103、104的垂片11、12，按照横切垂片树脂103、104的部分的方式将层压外包装体10进行热压接处理，形成顶密封部102。利用该热压接处理，垂片树脂103、104和垂片11、12的两面，与之对应地，对与之相面对的层压外包装体10内面的双方，呈现热熔接性，起到维持密封部102的密封性的作用。
在这里，本发明的层压电池1中，其特征在于，所述垂片树脂103、104、防松脱带105及保护带150、160分别由与以往材料的拉伸聚丙烯(OPP)相比耐热性更为优良的未拉伸带子构成，具体来说是由未拉伸聚丙烯(CPP)等未拉伸聚烯烃材料构成的。
层压电池1中，通过使用此种材料，即使在制造时，在将层压外包装体10热压接时，热量波及所述防松脱带105及保护带150、160，也可以避免该材料发生热收缩等变质的情况，从而可以使电池性能保持良好。
下面，将对该效果的详细情况进行说明。
1-2.实施方式1的效果本实施方式1的层压电池1中，用具有耐热性的未拉伸聚烯烃材料构成该电池内所使用的带子材料，具体来说，构成所述垂片树脂103、104、防松脱带105及保护带150、160，与在该带子材料中使用了拉伸聚丙烯等的以往构成相比，耐热性被大幅度地提高。
此种未拉伸聚烯烃材料的耐热性如下表现，即，即使在高温时，也难以热收缩。其结果是，在一定程度以上的热波及该电池1的条件下，例如即使在制造时的层压热压接工序中，或驱动时产生某种故障而使电池温度异常上升的情况下，由于可以抑制所述带子材料的不必要的收缩，因此就可以防止被该带子材料覆盖的电池的构成元件的露出，从而发挥稳定的电池性能。这里如果使用所述CPP，则直至120℃左右都可以发挥耐热性。
例如，如果用未拉伸聚烯烃材料构成保护带150、160，则由于可以防止该保护带150、160所覆盖的垂片11、12的表面在电极体20中因所述带子的热收缩而被露出的情况，因此就可以有效地防止该垂片11、12与和其相面对的隔膜21、正极22、负极23等接触而引起短路的情况，另外，通过保护垂片11、12的边缘，还可以维持防止隔膜21受到破损的效果。
另外，在该热处理中，虽然与密封部接近的垂片周围容易被暴露在比较高的温度下，但是通过用未拉伸聚烯烃材料构成垂片树脂103、104，就可以进行该树脂向顶密封部102中的良好的填充，可以期待可靠的密封。这样，就不会损害顶密封部102的密封可靠性，而实现良好的电池性能。而且，为了使垂片树脂103、104在顶密封部102中可以良好地熔融，最好选择未拉伸聚烯烃材料。
这里，作为未拉伸聚烯烃材料，除了聚丙烯、改性聚丙烯以外，还可以列举出聚乙烯、改性聚乙烯、聚甲基戊烯或它们的共聚体等。
另外，如果用未拉伸聚烯烃材料构成防松脱带105，则由于即使在高温时也可以避免电极体20表面的热收缩，维持良好的防松脱效果，因此就可以防止在层压电池1内部电极体20的固定被解开，该卷绕构造被破坏的情况。
而且，所述未拉伸聚烯烃材料不需要用于所述垂片树脂103、104、防松脱带105及保护带150、160的全部中，即使用于其中的任意一方，也可以期望相应的效果。但是，在电池温度异常上升时，由于一般来说电池整体容易陷于过热状态，因此当考虑热收缩的可能时，还是最好用未拉伸聚烯烃材料构成它们。
这里，实际制作本发明的层压电池，对进行了其性能比较实验的结果进行说明。
<实施例及比较例的制作>
(实施例1)作为正极活性物质，使用了将以LiMn2O4为代表的尖晶石型锰酸锂及以LiCoO2为代表的钴酸锂以一定比率混合的材料。
而且，虽然在本实施例中没有表示，但是作为用于正极中的活性物质，也可以同样地利用在锰酸锂或钴酸锂中添加了异种元素的材料。
在向该混合正极活性物质中，又分别混合了给定量的碳导电剂、石墨后，与氟树脂类粘结剂以一定的比例混合，形成了正极合剂。将其涂布在作为电极芯体的铝箔的两面，干燥后，压延而制作了正极板。
另一方面，将负极碳材料和氟树脂类粘结剂以一定的比例混合，涂布在作为电极芯体的铜箔的两面，干燥后，压延而制作了负极板。
另外，以如下的顺序制作了聚合物电解质。即，通过将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)以达到体积比30∶70的比例混合，另外作为电解质盐将六氟磷酸锂(LiPF6)以达到1.0mol/L的比例溶解，制作了非水电解液。
然后，向所述非水电解质15质量份中，混合聚丙二醇二丙烯酸酯(化学式1)或聚丙二醇二甲基丙烯酸酯(化学式2)等聚合化合物1质量份。其后，添加混合碳酸亚乙烯酯，继而作为聚合引发剂添加5000ppm的叔丁基过氧化新戊酸酯，形成了聚合物电解质前驱体。
CH2＝CHCO-O-(CH(CH3)CH2-O)-COCH＝CH2[化学式2]CH2＝C(CH3)CO-O-(CH(CH3)-CH2-O)n-COC(CH3)＝CH2(其中n为3以上的整数)而且，作为聚合物电解质，除了LiPF6以外，可以使用LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2，以及将它们的任意一种以上混合使用。
然后，在所述制作的正极板及负极板上安装垂片。此时，在该垂片和极板区域上，作为未拉伸聚烯烃材料的一个例子，贴附了由未拉伸聚丙烯(CPP)材料制成的保护带。
此后，将正极板及负极板夹隔由聚乙烯制多孔膜制成的隔膜卷绕成螺旋状，其后压为扁平，形成了电极体。
将该电极体收纳在预先加工为信封状的层压外包装体中，并且在外包装体内部注入了所述聚合物电解质前驱体。
此后，将垂片突出的该外包装体的顶密封部热熔接，将外包装体内部密封。然后，通过在60℃烘箱中静置3小时而使聚合物硬化。
其后，经过排气及充电工序进行最终密封，完成了实施例电池的制作。
比较例电池中，除了将所述保护带用以往的延伸聚丙烯(OPP)构成以外，与实施例电池相同地制作。
<测定实验>
将实施例电池及比较例电池分别放入加热槽，进行了从室温加热至180℃的实验。在该温度处理中，确认了电池的内部短路的有无。
其结果是，虽然实施例电池直至最终都未发生短路，但是比较例电池在169℃下发生了短路。
从该结果中可以确认，实施例电池中，即使在如上所述的比较严酷的高温条件下，也可以抑制保护带的热收缩，可以期待稳定的电池性能。此种性能特别是在层压电池中，意味着即使在利用层压的热压接工序的密封时，也可以不损害其密封效果，制作良好的电池。
<其他的事项>
本发明的除去保护带以外的层压电池的整体构成当然并不限定于所述实施方式及实施例，可以使用其他的种类的材料构成。例如在实施例中，虽然列举了正极活性物质的具体的材料，但是除此以外，也可以使用钴酸锂或锰酸锂。另外，在电解液中，除了凝胶状以外，也可以使用液状的材料。
所述电池中，虽然表示了使用由聚丙烯/铝/聚丙烯的三层构造形成的层压外包装体的例子，但是当将本发明的CPP带用于垂片树脂时，为了通过使用与所述层压外包装体相同的材料而良好地热压接，最好使用未拉伸聚丙烯材料。
由于相同的理由，在位于所述层压外包装体的内表面的薄膜层由聚丙烯以外的聚烯烃，例如聚乙烯构成的情况下，当在所述CPP带材料中使用对由与之相同的组成构成的聚乙烯的未拉伸薄膜进行了加工的带子时，可以期待更为有效的热压接。
工业上的利用可能性本发明的电池除了例如用于小型电子机器的电源等的锂聚合物电池等层压电池以外，还可以用于具有金属外包装罐的各种电池。
权利要求
1.一种电池，是在外包装体中收纳有将正极板及负极板以及隔膜重叠而成的电极体，并将该外包装体进行了内部密封的电池，其特征是，在该电池的内部，使用未拉伸聚烯烃材料。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征是，所述电池为层压电池，所述电极体的正负各极板上分别连接有垂片，在该各垂片向层压外包装体的外部露出的状态下，层压外包装体周缘被密封，具备与垂片及与之连接的极板区域对应地被覆盖的保护带、和被按照覆盖所述密封部分的垂片的方式配置的垂片树脂，所述保护带及垂片树脂的至少任意一方由未拉伸聚烯烃材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征是，所述电极体是将带状的正极板及负极板夹隔隔膜卷绕，将其用防松脱带固定而成的卷绕体，所述防松脱带由未拉伸聚烯烃材料构成。
4.根据权利要求2或3所述的电池，其特征是，在所述保护带及所述防松脱带的至少任意一方由所述未拉伸聚烯烃材料构成的情况下，在该保护带或防松脱带的与所述极板区域相面对的面上，在避开与所述密封部分接近的区域的同时，涂布糊材。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的电池，其特征是，在所述垂片树脂由未拉伸聚烯烃材料构成的情况下，将未拉伸聚烯烃材料用与和其相面对的层压外包装体的表面相同的组成构成。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的电池，其特征是，所述层压电池为锂聚合物电池。
全文摘要
本发明提供一种电池，用具有耐热性的未拉伸聚烯烃材料构成层压电池(1)内所使用的带子材料，具体来说，构成所述垂片树脂(103、104)、防松脱带(105)及保护带(150、160)。利用本发明，可以提供通过赋予耐热性而能够发挥良好的电池性能的层压电池等电池。
文档编号H01M10/40GK1744346SQ20051009143
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月10日 优先权日2004年8月31日
发明者儿玉康伸 申请人:三洋电机株式会社