专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及包括电池单元的电池，该电池单元包括正极、负极和电解质，并且该电池单元被装在膜状封装部件内。
背景技术：
近年来，例如笔记本个人电脑和蜂窝电话的无线和便携式电子设备发展迅速，所以随之已相继开发出小型、紧凑和轻质电子设备。而且，最近电子设备的多样化导致功率消耗增加，所以人们已愈加需要更高容量的电池作为这些电子设备的电源，特别是更高容量的二次电池。
传统使用的二次电池包括铅-酸电池、镍-镉电池等，并且作为新型二次电池的镍-氢电池和锂离子电池也已投入使用。然而，这些二次电池使用液体作为电解质，所以会发生液体从电池中泄漏的问题。
因此，为了克服该问题，已开发出一种使用凝胶电解质的聚合物锂离子二次电池，通过利用电解液而使高分子量化合物膨胀或将电解液保持在高分子量化合物中，从而形成该凝胶电解质。有这么一种聚合物锂离子二次电池，其中电池单元插在作为封装部件的层状薄膜内，该封装部件的边缘部分被热熔结在一起，以密封该电池单元(例如，参考日本专利申请特开平3-62447)。对于这种二次电池，已经能够进一步减少其尺寸、重量和外形结构，并且能够提高其能量密度。
然而，相对于金属容器(电池壳体)，水容易渗入该层状薄膜，所以由于水的分解这种电池中会发生锂离子消耗或产生分解气体、氢氟酸或类似物质，由此电池容量的衰竭加快。
为了减少水的渗入，保证具有一定深度(密封宽度)的热熔结部分是有效的。例如，在大小相当于可装在蜂窝电话中电池大小的电池中，密封宽度一般大约为5mm。然而，在这种条件下，难以提高电池的能量密度。因此，已有一项例如折叠该热熔结部分的发明；然而，将这一发明应用在热熔结部分中的引出正极末端或负极末端的部分却较困难。
发明内容
鉴于前述情况，本发明的目的就是提供一种即使减小密封宽度仍能够防止水渗入的电池。
根据本发明的第一电池包括电池单元，该电池单元包括正极、负极和电解质，并且该电池单元装在膜状封装部件内，其中该封装部件包括金属层和介由粘合剂层设置在该金属层的电池单元一侧上的树脂层，并且该粘合剂层的水分透过率在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下不超过800g/m2·day，并且其厚度为不超过10μm。
根据本发明的第二电池包括电池单元，该电池单元包括正极、负极和电解质，并且该电池单元装在膜状封装部件内，该封装部件包括金属层和设置在该金属层的电池单元的一侧上的厚度不超过50μm的热塑层。
在根据本发明的第一和第二电池中，即使减小密封宽度，仍能防止水渗入电池内。
从下面的描述中可更全面地看到本发明的其他目的，特征和优点。
图1是根据本发明第一实施例的二次电池的部件分解透视图；图2是图1中所示封装部件的截面图；图3是沿着图1中线III-III的电池单元的截面图；和图4是根据本发明第二实施例的封装部件的截面图。
具体实施例方式
以下将参照附图，更详细地描述本发明的优选实施例。
图1表示根据本发明第一实施例的二次电池的部件分解图。这种二次电池包括装在被折叠为两部分的膜状封装部件20中的电池单元10。在设置于封装部件20边缘部分内的密封部20A处将封装部件20密封。密封部20A的密封宽度W优选为在1-5mm的范围(包括1mm和5mm)内，更优选为从1mm到小于3mm的范围内。如果密封宽度W太窄，难以完全密封封装部件20，但如果密封宽度W太宽，电池的体积和重量都会增加，由此电池的能量密度会下降。
图2表示图1中所示封装部件20的截面图。封装部件20由层状薄膜组成，包括金属层21、设置在该金属层21靠近电池单元10的一侧上的树脂层23、夹在金属层21和树脂层23之间的粘合剂层22、以及设置在该金属层21的与树脂层23所在侧相对的另一侧上的树脂层25、夹在树脂层25与金属层21之间的粘合剂层24。金属层21例如由铝制成。
粘合剂层22用来将金属层21和树脂层23结合在一起，其含有粘合剂。粘合剂表示一种涂布之后通过蒸发水或溶剂而固化的物质。对于粘合剂，丙烯酸粘合剂是优选的，这是因为其水分透过率较低。
粘合剂层22的水分透过率在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下优选为不超过800g/m2·day，并且其厚度优选为不超过10μm。水会渗入电池内主要是因为从封装部件20的边缘部分渗入的水在粘合剂层22中扩散，并且水的渗入量取决于粘合剂层22暴露在空气中的截面面积和密封宽度W，所以如果水分透过率和厚度都在所述范围内，则能够防止水渗入电池内。而且，25μm厚度时的水分透过率在40℃的温度和90％的相对湿度下更优选为不超过500g/m2·day。而且，厚度更优选为不少于1μm。这是因为如果厚度小于1μm，金属层21和树脂层23之间的粘结作用会下降。根据JIS Z 0208中规定的用于确定防水包装材料的水分透过率的检测方法获得其水分透过率。
树脂层23将封装部件20的边缘部分连结在一起以密封封装部件20，其含有例如具有热熔结性能的材料。具有热熔结性能的材料实例包括聚烯烃树脂，例如聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯和改性聚丙烯。其中，优选使用改性聚烯烃树脂，例如改性聚乙烯或改性聚丙烯，这是因为此时后面描述的树脂片30就不是必需的了。而且，改性聚乙烯的一个实例是具有羰基官能团的改性聚乙烯，例如马来酐改性聚乙烯，而改性聚丙烯的一个实例是具有羰基官能团的改性聚丙烯，例如马来酐改性聚丙烯。作为具有热熔结性能的材料，可以使用一种或两种或多种选自它们的物质。树脂层23的厚度优选为不超过50μm，并且更优选为不少于3μm。这是因为如果厚度大于50μm，大量的水就会渗入电池内，而如果厚度小于3μm，则热熔结性能下降。
粘合剂层24将金属层21和树脂层25结合在一起，跟粘合剂层22一样，它含有粘合剂。粘合剂层24的粘合剂实例包括丙烯酸粘合剂、聚酯粘合剂和聚氨酯粘合剂，并且可以使用这些物质中的一种，或两种或多种这些物质的混合物。
图3表示沿着图1中线III-III的电池单元10的截面图。电池单元10包括螺旋卷绕的叠层，其包括正极11和负极12，夹于其间的隔离物13和电解质层14，并且电池单元10的最外侧部分由保护带15保护。例如由铝组成的正极末端16与正极11连接，并且例如由镍组成的负极末端17与负极12连接。正极末端16和负极末端17从封装部件20的内部向外引出，二者可以从同一方向导出(参照图1)。
例如，正极11包括正极集电体11A和设置在该正极集电体11A的某一侧或两侧的正极混合层11B。正极集电体11A例如由铝、镍或不锈钢制成。正极混合层11B包括能够嵌入和释放锂的正极材料作为正极活性材料，如必要还包括例如碳材料的导电剂和例如聚偏二氟乙烯的粘结剂。
作为能够嵌入和释放锂的正极材料，例如金属氧化物、金属硫化物、特殊高分子量材料等是优选的，并且根据电池的应用，可以从中选择一种或两种或多种。
金属氧化物实例包括锂和过渡金属的复合氧化物(表示为LixMO2)和V2O5。特别地，由于能够提高电压和能量密度，这种复合氧化物是优选的。在上述组成结构式中，M优选包括一种或多种过渡金属，更具体地，包括选自由钴(Co)、镍(Ni)和锰(Mn)组成的组中的至少一种。x的值取决于电池的充电-放电状态，并且一般在0.05≤x≤1.10的范围内。锂复合氧化物实例包括具有尖晶石结构的LiCoO2、LiNiO2、LiNiyCo1-yO2(其中0＜y＜1)、LiMn2O4和类似物质。
金属硫化物实例包括TiS2、MoS2和类似物质，高分子量材料实例包括聚乙炔、聚吡咯和类似物质。而且，除此以外，作为能够嵌入和释放锂的正极材料，可以使用NbSe2或类似物质。
如正极11的情况，负极12例如包括负极集电体12A和设置在该负极集电体12A的某一侧或两侧的负极混合层12B。负极集电体12A例如由铜、镍或不锈钢制成。
例如，负极混合层12B包括一种或多种能够嵌入和释放锂的负极材料作为负极活性材料，如必要还可以包括例如偏二氟乙烯的粘结剂。
能够嵌入和释放锂的负极材料实例包括碳材料、金属氧化物和高分子量材料。这种碳材料实例包括各种热解碳、各种焦炭、各种石墨、各种玻璃状的碳、高分子量有机化合物烧结体、碳纤维、球形碳、活性碳和类似物质。其中，各种焦炭包括沥青焦炭、针状焦炭、石油焦炭和类似物质，高分子量有机化合物烧结体是在合适温度下煅烧例如苯酚树脂或呋喃树脂而碳化的高分子量物质。而且，金属氧化物实例包括铁氧化物、钌氧化物、钼氧化物和类似物质，而高分子量材料实例包括聚乙炔、聚吡咯和类似物质。
能够嵌入和释放锂的负极材料实例包括能够与锂形成合金的金属元素和类金属元素，它们的合金，以及化合物。合金实例包括含有两种或多种金属元素的合金以及含有一种或多种金属元素和一种或多种类金属元素的合金。其组合物包括固溶体、共晶体(共熔混合物)、金属间化合物或两种或多种选自这些物质的共生体。
这种能够与锂形成合金的金属元素和类金属元素的实例包括镁(Mg)、硼(B)、砷(As)、铝、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌(Zn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钇(Y)、钯(Pd)和铂(Pt)。这些元素的合金和化合物实例包括可以用化学式MasMbtLiu和化学式MapMcqMdr表示的物质。在这些化学式中，Ma代表至少一种能够与锂形成合金的金属元素或类金属元素，Mb代表至少一种除了锂和Ma之外的金属元素或类金属元素，Mc代表至少一种选自非金属元素的元素，而Md代表至少一种除了Ma之外的金属元素或类金属元素。而且，s、t、u、p、q和r的值分别满足s＞0，t≥0，u≥0，p＞0、q＞0和r≥0。
其中，选自短周期元素周期表中的第4B族的金属元素或类金属元素、或它们的合金或其化合物是优选的，更优选硅或锡，或者它们的合金或化合物。这些物质可以是晶体结构或无定形结构。
这种合金或化合物的实例包括LiAl、AlSb、CuMgSb、SiB4、SiB6、Mg2Si、Mg2Sn、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0＜v≤2)、SnOw(0＜w≤2)、SnSiO3、LiSiO、LiSnO和类似物质。
隔离物13将正极11和负极12隔开以防止由于接触而造成电流短路，并且其间通过锂离子。例如，隔离物13由例如聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯的合成树脂多孔膜，或例如陶瓷非织造布的无机材料多孔膜组成，并且隔离物23的结构可以是两种或多种多孔膜层叠而成。
电解质层14包括凝胶电解质或固态电解质。凝胶电解质是保持电解液的高分子量化合物，其中该电解液中，作为电解质盐的锂盐溶解在溶剂中。高分子量化合物实例包括例如聚环氧乙烷或含有聚环氧乙烷的交联聚合物的基于醚的高分子量化合物，例如聚甲基丙烯酸酯的基于酯的高分子量化合物，基于丙烯酸酯的高分子量化合物和例如聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物的基于氟的高分子量化合物，并且可以使用这些物质中的一种，或两种或多种这些物质的混合物。具体地，考虑到氧化还原稳定性，优选使用基于氟的高分子量化合物。
除此以外，作为高分子量化合物，例如可以使用聚丙烯腈和聚丙烯腈的共聚物，并且作为这种共聚物单体的乙烯基单体实例包括醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、衣康酸、氢化丙烯酸甲酯、氢化丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、氯乙烯、偏二氟乙烯、偏二氯乙烯和类似物质。此外，可以使用丙烯腈丁二烯橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂、丙烯腈-氯化聚乙烯-丙烯-二烯-苯乙烯树脂、丙烯腈-氯化乙烯基树脂、丙烯腈甲基丙烯酸酯树脂或丙烯腈丙烯酸酯树脂。
溶剂的实例包括碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、γ-丁内酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1，3-二氧戊烷、4-甲基-1，3-二氧戊烷、二乙醚、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈、苯甲醚、乙酸酯、丙酸酯和类似物质，并且可以使用这些物质中的一种，或两种或多种选自这些物质的混合物。
锂盐的实例包括氯化锂(LiCl)、溴化锂(LiBr)、碘化锂(LiI)、氯酸锂(LiClO3)、高氯酸锂(LiClO4)、溴酸锂(LiBrO3)、碘酸锂(LiIO3)、硝酸锂(LiNO3)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、醋酸锂(CH3COOLi)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂((CF3SO2)2NLi)、双(五氟乙基磺酰)亚胺锂((C2F5SO2)2NLi)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)、三(三氟甲基磺酰)甲基锂(LiC(SO2CF3)3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸锂(LiSiF6)，并且可以使用这些物质中的一种，或两种或多种选自这些物质的混合物。其中，就氧化稳定性而言，优选使用LiPF6或LiBF4。
电解液中凝胶电解质中锂盐含量优选在0.1mol/l-3.0mol/l范围内，更优选在0.5mol/l-2.0mol/l范围内。
对于固态电解质，例如，可以使用其中电解质盐分散在具有离子导电性的高分子量化合物中的固态高分子量电解质，或者由离子导电玻璃或离子晶体组成的无机固态电解质。如果使用固态电解质，则可以不加入隔离物13。这种固态高分子量电解质的高分子量化合物实例包括硅胶、丙烯酸凝胶、丙烯腈凝胶、改性聚磷腈聚合物、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、或其复合聚合物、其交联聚合物及其改性聚合物。而且，除此以外，可以使用聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物或类似物质。
在这种二次电池中，如图1所示，将树脂片30分别插在电池单元10的封装部件20和正极末端16之间以及电池单元10的封装部件20和负极末端17之间以防止外面空气的侵入。树脂片30防止由于正极末端16和负极末端17的毛边或类似情况而造成短路，并加强了正极末端16和封装部件20之间以及负极末端17和封装部件20之间的粘合力。例如，树脂片30由例如聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯或改性聚丙烯的聚烯烃树脂组成。
这种结构的二次电池例如可以通过以下步骤来制得。
首先，将树脂层25连结到金属层21的一侧，并且树脂层25和金属层21之间夹设粘合剂层24，然后将树脂层23连结到金属层21的另一侧，并且树脂层23和金属层21之间夹设粘合剂层22，由此形成长方形封装部件20。
然后，例如，把正极活性材料、导电剂和粘结剂混合在一起，并且将例如N-甲基-2-吡咯烷酮的分散介质加入该混合物中，以生成正极混合物浆。将正极混合物浆涂抹到正极集电体11A的某一侧或两侧，干燥之后，通过压制成型而形成正极混合层11B以形成正极11。
并且，将负极活性材料和粘结剂混合在一起，并且将例如N-甲基-2-吡咯烷酮的分散介质加入该混合物中，以生成负极混合物浆。将负极混合物浆涂抹到负极集电体12A的某一侧或两侧，干燥之后，通过压制成型而形成负极混合层12B以形成负极12。
接着，例如，分别在正极11和负极12上形成电解质层14。随后，通过焊接将正极末端16装到正极集电体11A上，并且通过焊接将负极末端17装到负极集电体12A上。
然后，将其上具有电解质层14的正极11和其上具有电解质层14的负极12以及其间的隔离物13层叠，并将该叠层螺旋卷绕，保护带15连结在该螺旋卷绕的叠层的最外侧部分以形成电池单元10。
最后，例如，将封装部件20折叠为两部分，电池单元10置于封装部件20内。然后，通过热熔结将封装部件20的边缘部分连结在一起以密封封装部件20。此时，将树脂片30分别插在正极末端16和封装部件20之间以及负极末端17和封装部件20之间。由此，图1中所示二次电池就制备好了。
因而，在本实施例中，粘合剂层22的水分透过率在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下不超过800g/m2·day，其厚度不超过10μm，所以即使密封宽度W不超过5mm，更具体地说，低于3mm，仍能防止水渗入电池内。因此，可以提高每单位体积的能量密度，防止水分解，从而防止了由于锂离子的消耗而引起的容量下降和产生分解气体。
图4示出了根据本发明第二实施例的二次电池封装部件的截面图。除了用封装部件40代替封装部件20之外，根据该实施例的二次电池与根据第一实施例的电池相同。因此，相同组件用与第一实施例相同的标号表示，并不再作进一步描述了。
除了用热塑层42代替粘合剂层22之外，封装部件40与封装部件20相同。如粘合剂层22那样，热塑层42将金属层21和树脂层23连结在一起，其由热塑性树脂组成。对于热塑性树脂，可以使用改性聚烯烃树脂。作为改性聚烯烃树脂，例如马来酐改性聚乙烯的含有羰基官能团的改性聚乙烯以及例如马来酐改性聚丙烯的含有羰基官能团的改性聚丙烯是优选的。这是因为含有羰基官能团的改性聚烯烃通过加热工艺与金属层21和树脂层23和25热熔结，由此该改性聚烯烃起的作用与粘合剂层22相同。可以使用一种或两种或多种选自这些热塑性树脂的物质。而且，该热塑层42可以包括单层或多层。
热塑层42的厚度优选不超过50μm，因为这样可以防止水渗入电池内。而且，该厚度更优选不少于3μm，这是因为如果该厚度小于3μm，金属层21和树脂层23之间的粘合力下降。
热塑层42可以和树脂层23作为一个单元通过共挤出而形成，或者可以在金属层21和树脂层23连结在一起的情况下，将熔融的热塑性树脂浇注在金属层21和树脂层23之间，然后冷却该树脂，从而形成热塑层42。
在本实施例中，可以不包括树脂层23。这种情况下，热塑层42起的作用与树脂层23相同，即将封装部件40的边缘部分连结在一起以密封封装部件40。
因而，在本实施例中，包括厚度不超过50μm的热塑层42，因此可以获得与第一实施例相同的效果。
接着，以下将详细描述本发明的具体实例。
(实例1-1至1-12)形成第一实施例中所描述的二次电池。首先，通过下面步骤形成用于实例1-1至1-12中每一实例的尺寸为70mm×70mm的封装部件20。首先，利用聚氨酯粘合剂将尼龙连结到厚40μm的铝箔的一侧之后，将厚1μm的丙烯酸粘合剂涂抹到该铝箔的另一侧，以使能够被热熔结并且厚30μm的聚丙烯膜与该铝箔连结。换句话说，形成封装部件20，其包括由铝制成的金属层21、设置在金属层21上的由聚丙烯制成的树脂层23、夹于其间的由丙烯酸粘合剂组成的粘合剂层22和设置在金属层21的与树脂层23所在侧相对的另一侧上的由尼龙制成的树脂层25、以及夹在该树脂层25和金属层21之间的粘合剂层24。此时，在实例1-1至1-12中，粘合剂层22在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下的水分透过率及粘合剂层22的厚度如表1中所示的变化。随后，通过深冲压形成封装部件20，以使封装部件20的树脂层25侧上具有突出部分，由此尺寸为34mm×56mm的电池单元10能够被装在封装部件20内。
而且，通过下面步骤形成正极11。首先，以0.5∶1的摩尔比混合碳酸锂(Li2CO3)和碳酸钴(CoCO3)，将该混合物在900℃下在空气中煅烧5个小时以获得锂钴氧化物(LiCoO2)作为正极活性材料。接着，将按质量计91份的锂钴氧化物，6份作为导电剂的石墨和10份作为粘结剂的偏二氟乙烯相混合以制备正极混合物之后，将该正极混合物分散在作为分散介质的N-甲基-2-吡咯烷酮中以制得正极混合物浆。该正极混合物浆被均匀地涂抹在由厚20μm的条形铝箔制成的正极集电体11A的一侧，干燥之后，通过辊压机的压制成型而形成正极混合层11B。随后，将包括正极集电体11A和正极混合层11B的叠层分割成50mm×300mm的条。
而且，通过下面步骤形成负极12。首先，将按质量计90份作为粉碎的负极活性材料的石墨粉末，和10份作为粘结剂的偏二氟乙烯相混合以制备负极混合物之后，将该负极混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制得负极混合物浆。接着，将该负极混合物浆均匀地涂抹在由厚10μm的条形铜箔组成的负极集电体12A的一侧，干燥之后，通过辊压机的压制成型而形成负极混合层12B。随后，将包括负极集电体12A和负极混合层12B的叠层分割成52mm×320mm的条。
形成正极11和负极12之后，将按质量计10份含有偏二氟乙烯和六氟丙烯的重均分子量为60万的共聚物和60份碳酸二乙酯相混合，并溶解在30份含有按质量计42.5份碳酸乙烯酯、42.5份碳酸丙烯酯和15份LiPF6的电解液中以形成溶胶电解质。接着，将该溶胶电解质均匀涂抹在正极11和负极12上，从而使该溶胶电解质浸入正极11和负极12之后，将它们搁置8个小时以使碳酸二乙酯挥发，由此形成电解质层14。
接着，将正极末端16装到正极11上，负极末端17装到负极12上。随后，将其上具有电解质层14的正极11和其上具有电解质层14的负极12层叠，并且螺旋卷绕以形成容量为2.7Wh的电池单元10。
最后，将电池单元10插入封装部件20内，将封装部件20的密封部分20A在200℃下热熔结5秒以密封封装部件20内的电池单元10，然后切除封装部件20未被热熔结的边缘部分。此时，实例1-1至1-12中密封部分20A的密封宽度W按照表1中所示的变化。而且，树脂片30分别插入正极末端16和封装部件20之间以及负极末端17和封装部件20之间。通过上述步骤即得到二次电池。
确定实例1-1至1-12中所得二次电池的体积能量密度。结果列在表1中。而且，在40℃的温度和55％的湿度下将每个电池保存一年，并且分别确定保存之前和保存之后的放电容量，计算出保存之后放电容量对保存之前放电容量的比例作为容量维持率。而且，还确定渗入电池内的水量，并检查保存后气体的产生情况。结果也在表1中示出。通过Karl Fischer方法，用含有2g碳酸丙烯酯的封装部件20代替电池单元10来确定渗入电池内的水量。
而且，作为与实例1-1至1-12相对应的对比实例1-1至1-5，以类似于实例1-1至1-12中的方式制备二次电池，二者不同之处在于靠近电池单元侧的粘合剂层材料、粘合剂层在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下的水分透过率、粘合剂层的厚度以及密封宽度按表1中所示的变化。如实例1-1至1-12那样，确定对比实例1-1至1-5的二次电池的体积能量密度。而且，在40℃的温度和55％的湿度下将电池保存一年，并且确定保存之后的水量和容量维持率，以及检查保存后气体的产生情况。结果也在表1中示出。
很明显，在表1中如果减少粘合剂层22的水分透过率和厚度，则渗入电池内的水量也下降，由此容量维持率也相应地趋于降低，并且在实例1-1至1-12中，其中粘合剂层22的水分透过率不超过800g/m2·day，厚度不超过10μm，即使密封宽度W小于10mm，渗入电池内的水量仍小于500μg，而容量维持率能达到95％或更高。而且，没有观察到气体产生。另一方面，在对比实例1-1至1-5中，其中粘合剂层22的水分透过率大于800g/m2·day，或厚度超过10μm，这样如果密封宽度W小于10mm，则渗入电池内的水量会高达500μg或更高，而容量维持率低于70％或更低，而且观察到了气体产生。
换句话说，我们发现在粘合剂层22的水分透过率不超过800g/m2·day，厚度不超过10μm的情况下，即使减少密封宽度W，仍能防止水分渗入，提高体积能量密度，并防止容量下降和气体产生。
(实例2-1至2-20)按实例2-1至2-20和对比实例2-1和2-2形成第二实施例中所述的二次电池。此时，如实例1-1那样形成二次电池，不同之处在于形成由马来酐改性聚丙烯或马来酐改性聚乙烯组成的热塑层42而代替粘合剂层22，并且热塑层42在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下的水分透过率，热塑层42的厚度以及密封宽度W按表2中所示的变化。如实例1-1那样，确定实例2-1至2-20和对比实例2-1至2-2的二次电池的体积能量密度，并且在40℃的温度和55％的湿度下将电池保存一年之后，确定保存之后的水量和容量维持率，以及检查保存后气体的产生情况。结果也在表2中示出。
很明显，在表2中，实例2-1至2-20中的热塑层42的厚度不超过50μm，即使密封宽度W小于10mm，渗入电池内的水量仍小于500μg，而容量维持率能达到95％或更高。而且，没有观察到气体产生。另一方面，对比实例2-1和2-2中的热塑层42的厚度超过50μm，这样如果密封宽度W为1mm，则渗入水量会高达500μg或更多，而容量维持率低于75％或更低。而且，观察到了气体产生。
换句话说，我们发现如果热塑层42的厚度不超过50μm，即使减小密封宽度W，仍能防止水分渗入，提高体积能量密度，并防止容量下降和气体产生。
(实例3-1和3-2)对于实例3-1和3-2，如实例2-9和2-19那样形成二次电池，不同之处在于这里不形成树脂层23。如实例1-1的情况，确定实例3-1至3-2的二次电池的体积能量密度，并且在40℃的温度和55％的湿度下将电池保存一年之后，确定保存之后的水量和容量维持率，以及检查保存后气体的产生情况。结果也在表3中示出。
很明显，在表3中，实例3-1和3-2中不包括树脂层23，这样即使密封宽度W为2mm，渗入电池内的水量仍小于500μg，而容量维持率能达到95％或更高。换句话说，我们发现在电池不包括树脂层23而包括厚度不超过50μm的热塑层42的情况下，即使减小密封宽度W，仍能防止水分渗入，提高体积能量密度，并防止容量下降和气体产生。
这里参照实施例和实例描述了本发明，但本发明并不限于这些实施例和实例，并且可以作各种改进。例如，在以上实施例和以上实例中，封装部件20是通过折叠一薄膜而形成的，但可以将两个封装部件连结在一起以形成封装部件20。
而且，在以上实施例和以上实例中，描述了用锂作为电解质反应物质的情况；然而，本发明可适用于使用例如钠(Na)或钾(K)的任意其他碱金属，例如镁或钙(Ca)的碱土金属，例如铝、锂的任意其他轻金属，或它们的合金的情况，由此可获得相同的效果。在这种情况下，除了根据轻金属来选择正极活性材料、负极活性材料和电解质盐之外，可以按实施例那样形成电池。
而且，在以上实施例和以上实例中，描述了本发明适用于二次电池的情况；然而，本发明也可适用于一次电池。
如上所述，根据本发明的电池包括在金属层的电池单元侧的水分透过率在25μm的厚度、40℃的温度和90％的相对湿度下不超过800g/m2·day，厚度不超过10μm的粘合剂层，或厚度不超过50μm的热塑层，所以即使密封宽度例如不超过5mm，更具体地是小于3mm，仍能防止水渗入电池内。因此，可提高单位体积的能量密度，防止水分解，因此能防止锂离子消耗或产生分解气体。
明显地，根据以上教导可以对本发明进行许多改进和变化。因此应该理解，在所附权利要求的范围内，可以不按本说明书所具体描述方式的来实施本发明。
权利要求
1.一种电池，其在膜状封装部件内装有包括正极、负极和电解质的电池单元，其特征在于所述封装部件包括金属层和厚度不超过50μm、设置在该金属层的所述电池单元一侧上的热塑层。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述热塑层包括改性聚烯烃类树脂。
3.如权利要求2所述的电池，其特征在于，所述热塑层包括由具有羰基官能团的改性聚丙烯和具有羰基官能团的改性聚乙烯组成的组中的至少一种。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解质包括凝胶电解质或固态电解质。
5.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极包括能够嵌入和释放锂的负极材料。
6.如权利要求5所述的电池，其特征在于，所述负极包括碳材料。
7.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极包括能够嵌入和释放锂的正极材料。
8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述正极包括锂和过渡金属的复合氧化物。
全文摘要
本发明提供了一种即使减少密封宽度仍能防止水渗入的电池。包括正极和负极的电池单元装在膜状封装部件(20)中。该封装部件包括金属层(21)、设置在金属层(21)靠近所述电池单元的一侧上的树脂层(23)、夹在金属层(21)和该树脂层(23)之间的粘合剂层(22)、以及设置在该金属层(21)的与上述树脂层(23)所在侧相对的另一侧上的树脂层(25)，夹在这个树脂层(25)与金属层(21)之间的粘合剂层。所述粘合剂层(22)在25μm的厚度时的水分透过率在40℃的温度和90％的相对湿度下不超过800g/m
文档编号H01M2/32GK1983672SQ20071000361
公开日2007年6月20日 申请日期2004年3月17日 优先权日2003年3月17日
发明者八田一人, 远藤贵弘, 畠沢刚信, 福岛弦 申请人:索尼株式会社