专利名称：具备薄膜状外装体的电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为电池盒而使用了层压(laminate)薄膜等薄膜状外装体的电池。
背景技术：
伴随着对便携式电话或PDA等移动型电子设备的小型化要求，对其电源使用的电池也要求进一步的薄型化以及轻量化。
为了满足该要求，在专利文献1中提出了一种将使用叠层了铝等金属箔和树脂的层压薄膜而成的薄膜状外装体作为电池盒，并在该盒内收纳了扁平形状的电极体的轻量薄型电池。
专利文献1日本特开平11-224652号公报如图5所示，该层压薄膜是叠层了金属层和树脂层的结构，如图9所示，具有电极收容凹部的层压薄膜和平板状的层压薄膜，通过热压接等而密封着四方侧端(4a·4b·4c·4d)。
根据上述技术，通过预先形成收容电极体的电极收容凹部，而构成为在电极收容凹部和电极体之间不存在浪费的空间，因此，能够实现更加紧凑的电池。
近年来，电池的进一步小型化的要求的呼声很高，通过减小在电池外装体内收容的扁平电极体和密封部的距离，而减少死空间(dead space)。但是，根据该方法，当在将扁平电极体插入外装体内时等扁平电极体倾斜了的情况下，如图8所示，侧密封部(4b·4c)在咬入了扁平电极体1的状态下被按压。因此，在该方法中，在电极体1的最外周配置的电极板和层压薄膜的金属层100短路(图8中用○包围的部分)，金属层100带有极性，由此存在金属层100腐蚀，密封性能下降的问题。
发明内容
本发明解决上述课题，其目的在于提供一种具有良好的密封性能、且使用了可防止咬入电极体的薄膜状外装体的电池。
本发明者们在探讨之后，判断出扁平电极体的咬入大多发生在扁平电极体的侧边R部的上端或下端(电极体的四角)。并且，了解到通过采用防止电极体的该部分的咬入的机构就能够解决该问题。本发明基于这样的见解而完成。
用于解决上述课题的本发明提供一种具备薄膜状外装体的电池，其在由叠层了金属层和树脂层的薄膜构成的外装体内收纳有通过隔着隔板(separator)对置的第一电极和第二电极卷绕为具有两个扁平侧面R部的扁平形而成的扁平电极体，其特征在于，所述第一电极卷绕于所述扁平电极体的最外周，在位于所述扁平电极体的最外周的所述第一电极的至少一方的扁平侧边R部的上端以及/或者下端，所述第一电极的一部分被切口，从而形成有在其一周内侧卷绕的隔板露出了的隔板露出部。
根据上述结构，如图4(a)的由圆圈包围的部分所示，在最容易引起电极体的咬入的部分即作为扁平电极体1的四角的侧边R部的上端以及/或者下端，切口有在最外周配置的第一电极9的一部分，从而形成有隔板11露出了的隔板露出部11a。因此，即使咬入该部分而被热熔敷，也不是第一电极而是隔板露出部11a被咬入，熔敷并密封隔板11和内面树脂层102。因此，第一电极9和外装体的金属层100不接触。
在上述结构中，所述隔板露出部可以形成在两个扁平侧面R部的上端以及下端整体上。
即使隔板露出部11形成在电极体的两个扁平侧面R部的上端以及下端的任一个上，也能够某种程度地防止扁平电极体1的第一电极的咬入，不过如果如图4(a)所示隔板露出部11a形成在扁平电极体1的两个扁平侧面R部的上端以及下端的整个附近，则能够更加可靠地防止第一电极9向侧密封部4a·4b的咬入。
另外，在上述结构中，可以构成为所述隔板露出部的宽度a为1.0mm以上且所述电极体厚度L1的100％以下，所述隔板露出部的高度b为1.0mm以上且所述第一电极宽度L2的20％以下。
如图4(b)所示，如果隔板露出部11a的宽度a不足1.0mm，则存在不能充分地防止第一电极9的咬入之患。另一方面，如果大于电极体1的厚度L1的100％，则存在第一电极9的活性物质量减少而使得电池容量下降，并且第一电极9的强度下降，第一电极9截断之患。
另外，如图4(a)、(b)所示，如果隔板露出部11的高度b不够1.0mm，则存在不能充分地防止第一电极9的咬入之患，如果大于第一电极9的高度L2的20％，则存在第一电极9的活性物质量减少而使得电池容量下降，并且第一电极9的强度下降，第一电极9截断之患。因此，优选限制在上述范围内。
(发明效果)根据本发明的结构，能够可靠地防止扁平电极体的扁平侧边R部向第一电极的密封部的咬入，从而可以提供体积能量密度高、具备充分的密封性能的电池。
图1是本发明的具备薄膜状外装体的电池的主视透视图；图2是图1所示的电池的A-A剖面图；图3是本发明所使用的扁平电极体的立体图；图4是表示本发明所使用的扁平电极体的图，图4(a)是主视图，图4(b)是侧视图；图5是本发明所使用的层压薄膜的剖面图；图6是表示在本发明中的侧密封部4b·4c的密封工序的概略图；图7是表示比较例1所使用的扁平电极体的图，图7(a)是主视图，图7(b)是侧视图；图8是表示电极体咬入密封部的局部放大剖面图；图9是具备专利文献1的薄膜状外装体的电池的主视透视图。
图中1-电极体；2-收纳空间；3-薄膜状外装体；4a、4b、4c、4d-密封部；5-正极薄片(tab)薄膜；6-负极薄片薄膜；7-正极集电薄片；8-负极集电薄片；9-正极(第一电极)；10-负极(第二电极)；11-隔板；11a-隔板露出部；100-金属层；101-尼龙层；102-聚丙烯层；103-干式层压胶粘剂层；104-羧酸改性聚丙烯层。
具体实施例方式
(实施方式)以下，参照附图对将本发明电池适用于锂离子二次电池的情况进行说明。
如图1所示，本发明的锂离子二次电池具有铝层压外装体3，该铝层压外装体3使用了作为薄膜状外装体的一个例子的铝层压材。如图1所示，该铝层压外装体3是具有折叠薄膜而成的底部；在电极薄片突出了的状态下密封开口部的薄片突出密封部4a；以及侧密封部4b·4c的结构。而且，在由所述底部和三方的密封部4a·4b·4c包围了的主体部分的内侧形成有收纳空间2(参考图2)，在该收纳空间2内收纳有扁平形电极体1和非水电解液。
另外，如图3所示，扁平电极体1在扁平电极体的最外周卷绕有第一电极(正极)9，并具有两个扁平侧边R部。另外，如图4所示，在两个扁平侧边R部的上下端部对正极9的一部分进行了切口，位于正极的一周内周侧的隔板11具有露出了的隔板露出部11a。
接着，对作为外装体3的构成材的铝层压材进行说明。如图5的剖面图所示，铝层压材的结构是在由铝构成的厚度35μm的金属层100的一方的面上配置有厚度15μm的尼龙层101(存在于电池外方的层)，且在该金属层100的另一方的面上配置有厚度25μm的聚丙烯层102(存在于电池内方的层)。而且，金属层100和尼龙层101由厚度5μm的干式层压胶粘剂层103粘接的，另一方面，金属层100和聚丙烯层102由在聚丙烯中附加了羧基的厚度5μm的羧酸改性聚丙烯层104粘接。
此外，本发明的适用并不限定于使用了该结构的铝层压材的外装体。
对上述结构的锂离子二次电池的制作方法进行说明。
<正极的制作>
以质量比90∶5∶5的比例，称取由钴酸锂(LiCoO2)构成的正极活性物质、乙炔黑或石墨等碳系导电剂、和聚偏氟乙烯(PVDF)构成的粘结剂，并使它们溶解于由N-甲基-2-吡咯烷酮构成的有机溶剂等中，然后进行混合，调制正极活性物质浆料。
接着，使用金属型涂料机或刮板等，在宽度(芯体的宽度方向的长度)为28.5mm、长度(芯体的长度方向的长度)为725mm的由铝箔构成的正极芯体的两面，以均匀的厚度涂敷该正极活性物质浆料。
使该极板在干燥机内通过而除去上述有机溶剂，制作涂敷质量为450g/m2的干燥极板。使用辊压机轧制该干燥极板使得其厚度为0.16mm。
作为在本实施方式的锂离子二次电池中使用的正极活性物质，除了上述钴酸锂以外，例如也可以单独或混合二种以上地使用镍酸锂(LiNiO2)、锰酸锂(LiMn2O4)、铁酸锂(LiFeO2)、或用其他元素置换了包含于这些氧化物中的过渡性金属的一部分而得到的氧化物等含锂过渡性金属复合氧化物。
<负极的制作>
以质量比98∶1∶1的比例，称取由体积平均粒径20μm的人造石墨构成的负极活性物质、由苯乙烯丁二烯橡胶构成的粘结剂、和由羧甲基纤维素构成的增粘剂，并将它们与适量的水混合，制作负极活性物质浆料。
接着，使用金属型涂料机或刮板等，在宽度(芯体的宽度方向的长度)为30.0mm、长度(芯体的长度方向的长度)为715mm的由铜箔构成的负极芯体的两面，以均匀的厚度涂敷该负极活性物质浆料。
使该极板在干燥机内通过而除去水分，制作涂敷质量为200g/m2的干燥极板。之后，利用辊压机轧制该干燥极板使得其厚度为0.14mm。
作为在本实施方式的锂离子二次电池中使用的负极材料，例如可以使用天然石墨、碳黑、焦炭、玻璃状碳、碳纤维、或它们的烧成体等碳质物、或使用所述碳质物、和从由锂、锂合金、及可以包藏·释放锂的金属氧化物构成的组中选择的一种以上的混合物。
<电极体的制作>
将上述正极9与由铝构成的正极集电薄片7连接，将上述负极10与由镍构成的负极集电薄片8连接。集电薄片7·8的宽度为3.0mm，厚度为0.10mm。另外，在各自的集电薄片7·8和薄片突出密封部4a重叠的部分，设置有由改性聚丙烯-高熔点树脂-改性聚丙烯的三层结构构成的薄片薄膜5·6。该薄片薄膜用于使集电薄片7·8和层压材可靠地熔敷，另外，用于防止集电薄片7·8和层压层的金属层100在层压薄膜的剖面接触。利用卷绕机将该正极9、负极10和由烯烃系树脂构成的微多孔膜的隔板11卷绕，并安装止卷带12，从而制作如图3所示的扁平电极体1。之后，如图4所示，切取在电极体1的最外周卷绕的正极9的两个扁平侧边R部的上下端部，形成隔板露出部11a，从而完成扁平电极体1。
在此，隔板露出部11a的宽度a为3.4mm、高度b为5mm。在此，电极体1的厚度L1为3.4mm，正极9的宽度L2为28.5mm。因此，a/L1为1.0(100％)，a/L2为0.175(17.5％)。
此外，薄片薄膜或隔板的材质当然并不特别限定于上述材质。
<电解液的制作>
在以体积比1∶1∶8的比例(换算为1个大气压、25℃的情况下的)混合了碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)而得到的非水溶剂中，以1.0M(摩尔/升)的比例溶解作为电解质盐的LiPF6，从而将该溶液作为电解液。
其中，非水溶剂并不限定于上述的组合，例如也可以混合使用碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁内酯等锂盐的溶解度高的高介电常数溶剂、和碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯、1，2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、茴香酰、1，4-二烷、4-甲基-2-戊酮、环己酮、乙腈、丙腈、二甲基甲酰胺、环丁砜、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸乙酯等低粘性溶剂。进而，也可以将所述高介电常数溶剂或低粘性溶剂分别制作成为二种以上的混合溶剂。另外，作为电解质盐，除了上述LiPF6以外，也可以单独或两种以上地混合使用例如LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiClO4或LiBF4等。
<电池的制作>
如图6所示，预先将层压薄膜成型为杯状(凹形状)而形成收纳空间2，插入上述扁平形电极体1。之后，折叠薄膜形成底部，如图6所示，利用长方体形状的模具将与底部相交的两侧边的距杯壁面1.1mm的部分进行200℃、3.0秒的热熔敷，形成侧密封部4b·4c。在此，密封部4b·4c的厚度为0.14mm(±0.015mm)。之后，从薄片7·8突出了的开口部注入上述电解液。之后，密封开口部而形成薄片突出密封部4a，完成本实施方式的锂离子二次电池。
此外，在形成薄片突出密封部4a时，为了不使集电薄片7·8和外装体的金属层短路，在熔敷集电薄片和层压薄膜的位置，使用设置有宽度5.5mm、深度0.06mm的凹部的模具，进行200℃、5.0秒的热熔敷。因此，就密封部4a的厚度而言，不存在薄片的部分为0.140mm(±0.015mm)，存在薄片的部分为0.250mm(±0.015mm)，比不存在薄片的部分厚。
(实施例1)本实施例与上述实施方式同样地制作了电池。
(比较例1)如图7所示，在被卷绕于扁平电极体1的最外周的正极的扁平侧边R部未设置切口部(未形成隔板露出部)，除此之外，与上述实施方式1同样地制作了比较例1的电池。
准备100个上述实施例1及比较例1的电池，利用万用表(tester)检验集电薄片和外装体的金属层的导通，将确认了导通的情况作为短路产生来计数。
在上述实施例中，100个样品都没有产生短路。另一方面，在上述比较例中，100个样品中有四个产生了短路。
从该结果可知，若是本发明的具备薄膜状外装体的电池，则由于电极体未被密封部咬入而产生短路，所以能够得到体积能量密度高，密封性能优越的电池。
(其他事项)此外，在上述实施例中，虽然形成了长方形状的隔板露出部11a，但本发明当然并不限定于该形状，可以是半圆形状、半椭圆形状、多边形状等。另外，本发明不仅适用于三方密封结构的电池，也适用于如专利文献1所述的四方密封结构的电池。
另外，在上述实施例中，在卷绕正极·负极·隔板来制作了扁平电极体之后，切取了扁平电极体的扁平侧边R部的上下端部，但也可以使用将该部分预先切口的正极，并卷绕正极·负极·隔板来制作扁平电极体。另外，作为第一电极也可以使用负极。
(产业上的可利用性)如以上说明所述，根据本发明，能够显著防止具备薄膜状外装体的电池的电极体咬入密封部，从而可以提供即使减少死空间也具备足够的密封性能的电池。因此，产业上的意义大。
权利要求
1.一种具备薄膜状外装体的电池，其在由叠层了金属层和树脂层的薄膜构成的外装体内收纳有通过隔着隔板对置的第一电极和第二电极卷绕为具有两个扁平侧面R部的扁平形而成的扁平电极体，其特征在于，所述第一电极卷绕于所述扁平电极体的最外周，在位于所述扁平电极体的最外周的所述第一电极的至少一方的扁平侧边R部的上端以及/或者下端，所述第一电极的一部分被切口，从而形成有在其一周内侧卷绕的隔板露出了的隔板露出部。
2.根据权利要求1所述的具备薄膜状外装体的电池，其特征在于，所述隔板露出部形成在两个扁平侧面R部的上端以及下端整体上。
3.根据权利要求1或2所述的具备薄膜状外装体的电池，其特征在于，所述隔板露出部的宽度a为1.0mm以上且所述电极体厚度L1的100％以下，所述隔板露出部的高度b为1.0mm以上且所述第一电极宽度L2的20％以下。
全文摘要
提供一种体积能量密度高、且具备密封性能良好的薄膜状外装体的电池。一种具备薄膜状外装体的电池，其在由叠层了金属层和树脂层的薄膜构成的外装体内收纳有通过隔着隔板对置的第一电极和第二电极卷绕为具有两个扁平侧面R部的扁平形而成的扁平电极体，其特征在于，所述第一电极卷绕于所述扁平电极体的最外周，在位于所述扁平电极体的最外周的所述第一电极的至少一方的扁平侧边R部的上端以及/或者下端，所述第一电极的一部分被切口，从而形成有在其一周内侧卷绕的隔板露出了的隔板露出部。
文档编号H01M2/14GK1956241SQ20061013745
公开日2007年5月2日 申请日期2006年10月25日 优先权日2005年10月27日
发明者奥田和博 申请人:三洋电机株式会社