专利名称：设有多孔性封筒的电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括有多孔性封筒的电池，更详细地说，涉及将注入有高分子溶液的热固化性高分子多孔性封筒设置在电解槽内部的单位电池的最外壳来提高电极和分隔板的挤压特性并由此提高电池性能的电池。其中，所述高分子溶液是在溶剂中溶解具有能够溶解于电解液且不能透过封筒(薄膜)外部的特性的高分子而形成的。
背景技术：
众所周知，电池内的电极和分隔板的挤压特性越好，就越能够提高电池性能(Journal of Power Source 95(2001)电源95期刊(2001)，第85-96页)，尽管如此，因为存在制造上的难度，所以不能制造到一定压力以上。
这是因为在高压力的状态下很难将制造成叠层状或者螺旋状的电池插入到电解槽中，所以施加于电极和分隔板的压力取决于所使用的机器的特性。
特别是，上述特性在使用例如吸收玻璃纤维板之类的分隔板的铅蓄电池的情况下更明显，具体地说，因为分隔板具有随着吸收玻璃纤维板吸收电解液而体积变小的特性，所以即使以高的压力对电极和分隔板挤压，在注入电解液之后，因为分隔板的体积的减小，两者间的压力也会降低，由此会使电池性能降低。
发明内容
因此，本发明是以通过适当的压力挤压电极和分隔板来提高电池性能为目的而开发出来的，为此，在制造成叠层状或螺旋状的由电极和分隔板构成的单位电池的最外壳的一个面或者全部面上设置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是在溶剂中溶解具有不能透过由热固化性高分子组成的多孔性封筒的分子量的高分子而形成的。结果知道在将单位电池插入在电解槽后注入电解液时，由于存在于多孔性封筒内部的分子，形成渗透压，所以可以按照下述方式进行调节，为了使所形成的渗透压达到最小，电解液会发生移动，在一定的压力范围内使多孔性封筒的体积增大，由此以适当的压力挤压电极和分隔板，由此完成了本发明。
因此，本发明的目的在于提供一种电池，通过使电极和分隔板以适当的压力挤压，由此提高电池性能。
为达到上述目的的本发明的电池，在电解槽内部包括由正极、分隔板和负极构成的至少一个单位电池以及电解液，在单位电池的最外壳的一个面或者全部面上设置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是将具有不能透过由热固化性高分子组成的多孔性封筒的分子量的高分子溶解在溶剂中而形成的。
图1为包括在本发明电池中的多孔性封筒的作用机理的示意图；图2为包括本发明的多孔性封筒的铅蓄电池结构的一个例子的示意图；图3为包括本发明的多孔性封筒的铅蓄电池(改进后)和普通铅蓄电池(改进前)的寿命性能比较图。
具体实施例方式
下面，对本发明进行更详细的说明。
在本发明的电池中，在单位电池的最外壳的一个面上或者全部面上设置有高分子多孔性封筒，其中，在高分子多孔性封筒的内部注入有可溶解于电解液且具有不能透过多孔性封筒外的分子量的高分子。
参照图1对多孔性封筒暴露于电解液时发生的作用机理进行说明。
包含在多孔性封筒(薄膜)内部的高分子具有被电解液溶解的特性。在电解液注入之前，由电极和分隔板构成的单位电池因体积非常小，所以将其制造成叠层状或螺旋状后插入电解槽的过程容易，但是，在注入电解液时，由于存在于多孔性封筒内部的分子，形成渗透压，所以可以按照下述方式进行调节。即，为了使所形成的渗透压达到最小，电解液会发生移动，在一定的压力范围内使多孔性封筒的体积增大，由此以适当的压力挤压电极和分隔板。如果以适当的压力挤压电极和分隔板，则最终能够提高电池性能。
对于本发明中包含在多孔性封筒内部的高分子没有特别的限制，任何的高分子，只要是可以溶解在各种电池所使用的各种电解液中、且具有不透过高分子多孔性封筒外部程度的分子量的高分子都可以。在这里，电解液可以是例如硫酸水溶液等的水溶液，可以是如锂电池中所使用的如乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯等的有机液体，很显然，根据电解液的不同，可以使用不同的高分子材料。
另一方面，多孔性封筒可以由与电解液的相溶性好的热固化性高分子制造的薄膜。多孔性封筒同样可以根据各种电池所使用的电解液的不同而不同，并不是特别限定的。
通过将具有上述特性的高分子溶解在溶剂中后得到的高分子溶液注入并密封在由热固化性高分子制造的薄膜制的封筒中，来制造多孔性封筒。
多孔性封筒可以使用在市场中以透析等为目的销售的，例如可以使用Fisher Science No.08-670-262(Vendor No131240)热固化性薄膜的一种，在不想使用市场上销售的产品而想制造新薄膜的情况下，可以将与想要制造的高分子相适合的种类的单体、并且在为了通过与单体进行反应制造热固化性分子而进行加成聚合反应的情况下将包括有至少两个双键的固化剂用单体、在缩聚反应的情况下将包括有至少三个官能团的固化剂用单体适当地混合而制造，以获得想要的多孔度。
其中，作为注入多孔性封筒内的高分子溶液制造的溶剂，可以是可溶解于电解液且可溶解具有不透过由热固化性高分子组成的多孔性封筒程度的分子量的高分子的溶剂，或者是与电解液相同的溶剂，但是优选的是与电解液相同的溶剂。
这样制造出的多孔性封筒在注入电解液时，由于存在于其内部的分子，形成渗透压，所以为了使所形成的渗透压达到最小，电解液会发生移动，在一定的压力范围内使其体积增大。通过这种方法膨胀增加的封筒的体积使存在于限定空间的电极和分隔板所能够存在的空间变小，使电极和分隔板紧密接触，由此提高电池的性能。
图2表示的是将上述的多孔性封筒使用于铅蓄电池的一个例子，虽然图2表示的是叠层状铅蓄电池，但是很显然，螺旋状的情况下也同样可以使用。在该图中，在按照正极13/分离板12/负极11/分离板12/正极13/分离板12/负极11的顺序叠层的单位电池的最外壳的全部面上各设置一个以透析为目的制造的交联的纤维素薄膜的多孔性封筒100。以叠层状铅蓄电池为例说明将多孔性封筒设置在电解槽内部的方法。在制造单位电池时，现有的铅蓄电池采取先将几片部件按照正极/分离板/负极/分离板等顺序水平叠层，然后将它们垂直放置，以使上端的接线片向下配置。然后，将该单位电池放置在按照该形态制造的模具和有熔融铅的装置中，以使上端接线片与电极结合体14和电极柱15连接，之后对其进行冷却，由此制造叠层状铅蓄电池。在设置本发明的多孔性封筒的情况下，可以在上述叠层工序开始之前或者最后设置多孔性封筒，然后可以以相同的方式进行接下来的工序，由此可以完成将多孔性封筒设置在电解槽内部的工序。
其中，纤维素薄膜是按照形成分子量具有8,000以上的具有不透过特性的物质的方式制造的，其与作为铅蓄电池的电解液所使用的硫酸水溶液具有相溶性。在多孔性封筒100注入具有溶解于作为铅蓄电池的电解液所使用的硫酸水溶液、并且具有分子量为100,000以上且不能透过纤维素薄膜外部的特性的作为水溶性高分子的聚丙烯酰胺时，其分子量为100,000以上的聚丙烯酰胺被硫酸水溶液溶解而获得的聚丙烯酰胺溶液就是被注入纤维素薄膜制的多孔性封筒的物质。在纤维素薄膜中按照保持想要获得的渗透压的方式注入适量的聚丙烯酰胺溶液后，可以通过热粘结薄膜的两侧。其中，想要获得的渗透压假设为10kPa，则在假设纤维素薄膜的体积为3,000mm3、温度为27C、高分子的数均分子量为100,000的情况下，通过渗透压的公式(HV＝nRT)，可放入2.4g以50％溶解的聚丙烯酰胺溶液。
上述的多孔性封筒和高分子的使用并不仅限于铅蓄电池，可以适用于像铅蓄电池那样将水溶液作为电解液来使用的大部分的电池，显现的效果也相同或类似。
这样制造出的铅蓄电池通过多孔性封筒所获得的渗透压，使电极和分隔板的挤压特性改善，由此可以提高高效率充/放电的特性和寿命特性。
为了确认该效果，对于未设有多孔性封筒的普通铅蓄电池和设置有上述多孔性封筒的如图2所示的铅蓄电池，进行了寿命性能的比较，其结果以图表的方式表示在图3中。具体地说，在图中按照放电次数表示有，采用按照符合制造出的电池设计容量可放电5个小时来设定的电流放电至单位电池的电压达到1.75V的瞬间的容量(安培和时间的乘积)，从图3的结果可知，采用本发明方法的电池与现有的电池相比，其随放电次数的增加，容量降低得更少。这表示采用本发明的电池比现有的电池可提高寿命性能，电池的使用期限可变长。
另外，这样设置多孔性封筒的电池，可以解决随着铅蓄电池的使用期限变长而发生的电解液枯竭的问题。具体地说，在铅蓄电池的情况下，正极基板随着时间的流逝发生腐蚀，使正极基板Pb变为PbO2，由此正极基板膨胀，在正极基板膨胀时，会挤压设置在单位电池的最外壳的多孔性封筒，这样会形成反向渗透压，在该反向渗透压增加时，使在多孔性封筒内部因渗透现象包含的电解液排出，所以即使长时间使用也可避免电池的电解液枯竭的问题。另外，因正极基板的腐蚀发生的电解槽的膨胀现象也可通过多孔性封筒的吸收进行抑制。
下面具体说明将本发明采用以有机液体为电解液的、具体地说以乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯为电解液使用的代表性的锂电池的情况。
电池的结构并不特别限定，在以正极/分离板/负极/分离板/正极/分离板/负极的顺序叠层的单位电池的最外壳的一个面或者全部面上各设置一个交联密度设定得不让分子量为5,000以上的高分子移动的聚偏二氟乙烯薄膜。聚偏二氟乙烯薄膜与作为电解液使用的乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯具有相溶性的热固化性高分子。在该聚偏二氟乙烯制的封筒内部注入分子量为100,000以上的聚偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物溶液，该电池的制造与上述铅蓄电池的多孔性封筒的制造没有特别的不同。聚偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物可溶解于作为锂电池的电解液使用的乙烯碳酸酯和丙烯碳酸酯，在制造该溶液时，可使用上述电解液作为溶剂。
在对通过上述过程制造的单位电池进行叠层后注入电解液时，为了降低聚偏二氟乙烯封筒的高渗透压，电解液朝向聚偏二氟乙烯封筒移动，其结果会使电池内部的电极和分隔板以非常大的压力被挤压。这样制造的锂电池与现有的电池相比，可提高高效率充/放电的特性和寿命特性。
上述的聚偏二氟乙烯多孔性封筒、还有聚偏二氟乙烯和六氟丙烯共聚物等同样适用于像锂电池那样以有机液体为电解液来使用的其它电池，其效果也没有什么不同。
虽然作为具体例子对铅蓄电池和锂电池进行了描述，但是本发明的实际的技术构思的适用范围可包括，例如包括镍/镉电池、镍/氢电池的二次电池，和包括碱电池、锰电池、氧化银电池、镁电池、锌/空气电池的一次电池等，另外，很显然，由此带来的效果也属于相同的范畴。
如上所述，使用下述结构的电池，即，在单位电池的最外壳的一个面或者全部面上设置有注入有高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是在溶剂中对可溶解于电解液且具有不能透过高分子多孔性封筒外部的分子量的高分子进行溶解而形成的，由于注入电解液后可增大多孔性封筒的渗透压，由此电解液可吸入到多孔性封筒的内部，使多孔性封筒膨胀，使电极和分隔板的挤压特性提高，最终可提高电池的高效率充/放电特性和寿命特性，进一步可抑制因长时间使用铅蓄电池引起的电解液的枯竭现象和因正极基板的腐蚀引起的电解槽的膨胀现象等。
权利要求
1.一种设有多孔性封筒的电池，在电解槽内部包括由正极、分隔板和负极构成的至少一个单位电池以及电解液，其特征在于，在所述单位电池的最外壳的一个面或者全部面上设置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是在溶剂中溶解具有不能透过由热固化性高分子组成的所述多孔性封筒的分子量的高分子而形成的。
2.根据权利要求1所述的设有多孔性封筒的电池，其特征在于，所述电解液为水溶液或者有机液体。
3.根据权利要求1所述的设有多孔性封筒的电池，其特征在于，所述溶剂为可溶解具有不能透过由热固化性高分子组成的所述多孔性封筒的分子量且可溶解于所述电解液的高分子的溶剂，或者，所述溶剂为与所述电解液相同的物质。
4.根据权利要求1所述的设有多孔性封筒的电池，其特征在于，所述多孔性封筒由与所述电解液具有相溶性的高分子薄膜构成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设有多孔性封筒的电池，其特征在于，所述电池选自包括锂电池、镍/镉电池、镍/氢电池、铅蓄电池的二次电池，和包括碱电池、锰电池、氧化银电池、镁电池、锌/空气电池的全部的一次电池。
全文摘要
本发明提供设有多孔性封筒的电池，在电解槽内部包括由正极、分隔板和负极构成的至少一个单位电池以及电解液，在单位电池的最外壳的一个面或者全部面上设置有注入高分子溶液的多孔性封筒，其中，所述高分子溶液是将分子量达到不能透过由热固化性高分子组成的多孔性封筒的程度的高分子溶解在溶剂中而形成的。在将这种电池放入到电解液时，可增大多孔性封筒的渗透压，由此电解液可吸入到多孔性封筒的内部，使多孔性封筒膨胀，使电极和分隔板的挤压特性提高，最终可提高电池的高效率充/放电特性和寿命特性，进一步可抑制因长时间使用铅蓄电池引起的电解液的枯竭现象和因正极基板的腐蚀引起的电解槽的膨胀现象等。
文档编号H01M10/00GK1848480SQ20061006581
公开日2006年10月18日 申请日期2006年3月23日 优先权日2005年3月25日
发明者韩昌权 申请人:韩国轮胎株式会社