蓄电装置的制作方法

专利名称：蓄电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够有效用于蓄电装置的技术。
背景技术：
作为搭载在电动车及混合动力车辆上的蓄电装置，存在锂离子 二次电池及锂离子电容器等(例如，参照专利文献l)。在锂离子二 次电池的正极中，作为正极活性物质而含有钴酸锂等。在锂离子二次 电池的负极中，作为负极活性物质而含有石墨等。另外，在锂离子电 容器的正极中，作为正极活性物质而含有活性碳。在锂离子电容器的 负极中，作为负极活性物质而含有PAS等。在使上述蓄电装置进行 充放电时，锂离子在对置的电极间进行移动。
专利文献l:特开2006 — 286919号公报

发明内容
但是，在蓄电装置的电极之间夹持有隔板。该隔板浸渍在作为 锂离子的移动路径的电解液中。因此，在进行充放电时，锂离子在与 隔板接触的电极表面之间进行移动。但是，根据充放电电流的大小， 有时会出现锂离子到达电极端面的情况。
在这里，如专利文献1所示，蓄电装置的电极端面露出金属制 的集电体。因此，在锂离子到达电极端面的情况下，锂离子吸附在电 极端面的集电体上。此时，由于集电体不吸收锂离子，因此金属锂有 可能从集电体的露出表面析出。该金属锂的析出成为导致电极间短路 而使蓄电装置的安全性降低的主要原因。特别在谋求高输出化的锂离 子电容器等中，防止锂离子到达电极端面尤为重要。
本发明的目的在于提高蓄电装置的安全性。
本发明的蓄电装置具有正极；负极，其具有比正极表面大的负极表面；以及隔板，其配置在相对的所述正极和所述负极之间，所 述正极中含有的正极活性物质可以使离子可逆地进行嵌入及脱嵌，所 述负极中含有的负极活性物质可以使离子可逆地进行嵌入及脱嵌，通 过将所述正极配置为不相对于所述负极向外探出，在所述隔板上形 成离子通过部，其与所述正极表面和所述负极表面接触，容许离子 在所述表面之间的移动；以及离子限制部，其位于所述离子通过部的 外周部，限制离子从所述正极表面向负极端面的移动。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述正极外缘和所述负极外缘
相距大于或等于2mm而小于或等于15mm。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述隔板形成为比所述正极表 面大、且比所述负极表面小，所述隔板外缘配置在所述正极外缘的外 侧、所述负极外缘的内侧。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述隔板形成为袋状，所述正 极收容在所述隔板内。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述隔板形成为比所述负极表 面大。
本发明的蓄电装置的特征在于，在所述隔板的外周部，在不超 出所述离子限制部的范围内进行填隙加工。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述填隙加工的方法为涂敷树 脂材料。
本发明的蓄电装置的特征在于，在所述隔板由热塑性材料构成 时，所述填隙加工的方法为热处理。
本发明的蓄电装置的特征在于，具有离子供给源，其与所述正 极和所述负极中的至少任意一个连接，向所述正极和所述负极中的至 少任意一个嵌入离子。
本发明的蓄电装置的特征在于，在所述正极和所述负极的集电 体上形成通孔。
本发明的蓄电装置的特征在于，在使所述正极和所述负极短路 时的正极电位小于或等于2.0V (相对于Li/Li+)。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述负极中含有的负极活性物质与所述正极中含有的正极活性物质相比，负极活性物质的每单位重 量的静电容量大于或等于正极活性物质的3倍，并且正极活性物质重 量比负极活性物质重量大。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述正极活性物质是活性碳、 含锂的过渡金属氧化物、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、导电性 高分子、或多并苯类物质。
本发明的蓄电装置的特征在于，所述负极活性物质是包含石墨、 难石墨化碳、多并苯类物质在内的各种碳材料、锡的氧化物、或硅的 氧化物。
发明的效果
在本发明中，在隔板上形成离子通过部，其与正极表面和负极 表面接触，容许离子在表面之间的移动。并且，在隔板上形成离子限 制部，其位于离子通过部的外侧，限制离子从正极表面向负极端面的 移动。由此，可以限制离子从正极表面向负极端面的移动，可以防止 在负极端面析出金属。因此，可以提高蓄电装置的安全性。


图1是表示本发明的一个实施方式的蓄电装置的斜视图。
图2是沿图1的A — A线概略地表示蓄电装置的内部构造的剖 面图。
图3是局部示出蓄电装置的内部构造的剖面图。 图4是表示构成蓄电装置的正极、负极及隔板的分解斜视图。 图5是表示在隔板上形成的离子通过部和离子限制部的说明图。 图6是局部示出本发明的其他实施方式的蓄电装置的内部构造 的剖面图。
图7是表示构成本发明的其他实施方式的蓄电装置的正极、负 极及隔板的分解斜视图。
图8是局部示出本发明的其他实施方式的蓄电装置的内部构造 的剖面图。图9是局部示出本发明的其他实施方式的蓄电装置的内部构造 的剖面图。
图IO是表示构成本发明的其他实施方式的蓄电装置的正极、负 极及隔板的分解斜视图。
具体实施例方式
图1是表示本发明的一个实施方式的蓄电装置IO的斜视图。图 2是沿图1的A — A线概略地表示蓄电装置IO的内部构造的剖面图。 如图1及图2所示，蓄电装置IO所具有的层压薄膜11构成封装容器。 在层压薄膜11内收容电极层叠单元12。该电极层叠单元12由交替 层叠的正极13和负极14构成。在正极13和负极14之间设置隔板 15。另外，在电极层叠单元12的最外部，锂电极16与负极14相对 地配置。在负极14和锂电极16之间设置隔板15。由上述电极层叠 单元12和锂电极16构成三极层叠单元17。此外，在层压薄膜11内 注入电解液，将隔板15浸透。该电解液由含锂盐的非质子性有机溶 剂构成。
图3是局部示出蓄电装置10的内部构造的剖面图。如图3所示， 正极13具有设有大量通孔20a的正极集电体(集电体)20。另外， 正极13具有涂敷在正极集电体20上的正极复合层21。另一方面， 负极14具有设有大量通孔22a的负极集电体(集电体)22。另外， 负极14具有涂敷在负极集电体22上的负极复合层23。此外，形成 在正极端面13a及负极端面14a上露出正极集电体20及负极集电体 22的状态。这是由于，在制造电极时，在长条状的集电体材料上涂 敷复合层之后，将该集电体材料切断为规定形状。
多个正极集电体20相互连接，同时，与正极端子24连接。多 个负极集电体22相互连接，同时，与负极端子25连接。正极端子 24和负极端子25成为从层压薄膜11向外部突出的状态。另外，锂 电极16具有与负极集电体22连接的锂电极集电体26。锂电极16具 有压接在锂电极集电体26上的锂离子供给源27。该锂离子供给源27 作为向负极14及正极13供给离子的离子供给源起作用。此外，作为锂离子供给源27，使用将金属锂较薄地延展后形成的金属锂箔。
在正极13的正极复合层21中，作为正极活性物质而含有活性
碳。该活性碳可以使锂离子及阴离子可逆地进行掺杂 脱附。另外，
在负极14的负极复合层23中，作为负极活性物质而含有多并苯类有 机半导体(PAS)。该PAS可以使锂离子可逆地进行掺杂 脱附。 并且，负极14与锂电极16电气连接。由此，伴随电解液的注入，从 锂电极16向负极14掺杂锂离子。由此，可以使负极电位降低，可以 增大蓄电装置10的电池电压。因此，可以提高蓄电装置10的能量密 度。
另外，经由正极集电体20及负极集电体22的通孔20a、 22a， 可以使锂离子在垂直于集电体20、 22的方向上移动。由此，可以向 所有负极14顺利地掺杂锂离子。此外，在本发明中，掺杂(嵌入) 是指吸收、承载、吸附、插入等。g卩，嵌入是指锂离子等进入正极活 性物质及负极活性物质的状态。另外，脱附(脱嵌)是指放出、脱离 等。S卩，脱嵌是指锂离子等离开正极活性物质及负极活性物质的状态。
另外，从实现蓄电装置10的高容量化的角度出发，将负极14 中的锂离子的嵌入量设定为，使正极13和负极14之间短路后的正极 电位小于或等于2.0V (相对于Li/Li+)。这样，通过设定锂离子的嵌 入量，可以利用正极电位小于或等于3V的区域。S卩，在现有的双电 荷层电容器放电时，如果正极电位下降至约3V，则负极电位会上升 至约3V。因此，现有的双电荷层电容器的放电会在正极电位下降至 约3V的时刻结束。与此相对，在蓄电装置10中，通过调整负极14 中的锂离子的嵌入量，可以使放电持续至正极电位小于或等于2V的 区域。这样，可以利用正极电位小于或等于3V的区域，可以实现蓄 电装置10的高容量化。此外，在正极电位高于3V的区域中，电位 随着阴离子相对于对正极13的嵌入 脱嵌而变化。另外，在正极电 位小于或等于3V的区域中，电位随着锂离子相对于正极13的嵌 入 脱嵌而变化。
另外，从实现蓄电装置IO的高容量化的角度出发，将负极活性 物质的每单位重量的静电容量设定为大于或等于正极活性物质的每单位重量的静电容量的3倍。这样，因为将负极活性物质的每单位重 量的静电容量设定为比正极活性物质大，所以可以抑制在充放电时的 负极电位的变化量，因此可以使正极13的电位变化量增大。并且，
由于在蓄电装置10中，负极活性物质的每单位重量的静电容量较大，
因此增加正极活性物质的填充量，另一方面减少负极活性物质的填充 量，使正极活性物质重量大于负极活性物质重量。由此，可以在抑制
蓄电装置10的大型化的同时使蓄电装置10的静电容量及电池容量增 加。
如上述所示，蓄电装置10中作为正极活性物质而具有活性碳， 作为负极活性物质而具有PAS。由于该PAS的电阻高于活性碳，因 此嵌入的容许速度低于活性碳，从而根据充电时的电流值，有可能导 致向负极14的PAS中嵌入的速度超过容许值。上述超过容许速度的 锂离子的急速嵌入，是导致无法嵌入负极复合层23中的锂离子从正 极表面13b向负极端面14a移动的主要原因。在这里，在负极端面 14a上露出负极集电体22。因此，移动至负极端面14a的锂离子会在 金属制的负极集电体22上进行电析。S卩，超过容许速度的锂离子的 急速嵌入是导致从负极集电体22上析出金属锂的主要原因。因此， 本发明的蓄电装置10采用了用于防止金属锂析出的电极构造。下面， 说明本发明的蓄电装置IO所具有的电极构造。
图4是表示构成蓄电装置10的正极13、负极14及隔板15的分 解斜视图。此外，图4的点划线L1示出将正极13叠放在隔板15上 时的正极外缘13c的位置。另外，图4的双点划线L2示出将负极14 叠放在隔板15上时的负极外缘14c的位置。另外，在图4中省略了 从正极13及负极14延伸出的集电体的焊接部而进行图示。如图4 所示，负极表面14b形成为比正极表面13b大。因此，在将正极13 和负极14叠放时，负极外缘14c位于正极外缘13c的外侧。在这里， 从防止金属锂析出的角度出发，将正极外缘13c与负极外缘14c之间 的间隔S1、 S2设定为大于或等于2mm。另外，如果间隔S1、 S2过 大，则能量密度降低，因此从抑制蓄电装置IO的能量密度降低的角 度出发，将正极外缘13c与负极外缘14c之间的间隔Sl、 S2设定为小于或等于15mm。另外，隔板15设定为比正极大，以不会由于热 收縮而使蓄电装置内部短路。
这样，将负极表面14b形成为比正极表面13b大，使正极外缘 13c与负极外缘14c相距大于或等于2mm。由此，在隔板15上形成 离子限制部15b。并且，离子限制部15b以限制锂离子从正极表面13b 向负极端面14a移动(离子移动)的方式而起作用。在这里，图5 是表示在隔板15上形成的离子通过部15a和离子限制部15b的说明 图。此外，与图4相同地，图5的点划线Ll表示叠放在隔板15上 的正极外缘13c的位置。另外，与图4相同地，图5的双点划线L2 表示叠放在隔板15上的负极外缘14c的位置。
如图5中以空白部所示，在隔板15上，在点划线L1的内侧划 分出离子通过部15a。该离子通过部15a是与正极表面13b和负极表 面14b这两者接触的部位。并且，在充放电时锂离子通过在厚度方向 上穿过离子通过部15a，从而使锂离子在正极表面13b和负极表面14b 之间进行移动。另外，如图5中以阴影所示，在隔板15上，在点划 线Ll的外侧设置离子限制部15b。该离子限制部15b位于离子通过 部15a的外侧。另外，离子限制部15b配置在正极表面13b和负极端 面14a之间。并且，在充电时，利用离子限制部15b限制锂离子从正 极表面13b向负极端面14a的移动。
艮口，如图3的放大部分中以箭头A所示，锂离子从正极表面13b 到达负极端面14a，必须通过离子限制部15b。但是，离子限制部15b 形成为宽度大于或等于2mm。其与隔板15的厚度相比非常大。因此， 与锂离子的厚度方向的移动路径的阻力相比，在离子限制部15b中， 锂离子的移动路径的阻力大幅提高。因此，即使在蓄电装置10以大 电流进行充电的情况下，也可以利用离子限制部15b限制锂离子朝向 负极端面14a的移动。由此，可以防止在负极端面14a的负极集电体 22上析出金属锂。从而，可以提高蓄电装置10的安全性及品质。此 外，在图3及图5中示出的箭头A的"x"标记是指在该"x"标记 所在的离子限制部15b处锂离子的移动被阻断。
另外，在上述说明中，负极表面14b形成为比正极表面13b大，使正极外缘13c与负极外缘14c相距大于或等于2mm。这样，利用 该结构而限制锂离子从正极表面13b向负极端面14a的移动。但是， 并不限定于所述结构，利用其它构造也可以限制锂离子从正极表面 13b向负极端面14a的移动。下面，说明本发明的其它实施方式。
图6是局部示出本发明的其他实施方式的蓄电装置30的内部构 造的剖面图。图7是表示构成蓄电装置30的正极13、负极14及隔 板31的分解斜视图。此外，针对与图3及图4所示的部件相同的部 件，标注相同标号而省略其说明。与图4相同地，图7的点划线L1 表示叠放在隔板31上的正极外缘13c的位置。另外，与图4相同地， 图7的双点划线L2表示叠放在隔板31上的负极外缘14c的位置。 另外，在图7中省略了从正极13及负极14延伸出的集电体的焊接部 而进行图示。
如图6及图7所示，负极表面14b形成为比正极表面13b大。 因此，在将正极13和负极14叠放时，负极外缘14c位于正极外缘 13c的外侧。另外，在正极13和负极14之间设置隔板31。隔板表面 31a形成为比正极表面13b大、且比负极表面14b小。即，隔板外缘 31b配置在正极外缘13c的外侧、负极外缘14c的内侧。此外，与所 述蓄电装置10的隔板15相同地，在蓄电装置30的隔板31中，由点 划线Ll围成的部分作为离子通过部31c起作用。
这样，隔板外缘31b配置在正极外缘13c的外侧、负极外缘14c 的内侧。由此，可以使隔板外缘31b作为离子限制部起作用。S口，如 图6的放大部分所示，成为隔板外缘31b没有到达负极端面14a的构 造。由此，在负极端面14a的附近并不会充满电解液。因此，如图6 中以箭头B所示，在正极表面13b和负极端面14a之间的锂离子的 移动路径被隔板外缘31b阻断。由此，即使在蓄电装置30以大电流 进行充电的情况下，也可以利用作为离子限制部起作用的隔板外缘 31b而限制锂离子的移动。通过该对离子移动的限制，可以防止在负 极端面14a的负极集电体22上析出金属锂。从而，可以提高蓄电装 置30的安全性及品质。此外，图6所示箭头B的"x"标记是指在 该"x"标记所在的隔板外缘31b处锂离子的移动被阻断。另外，隔板31比负极14小，但离子限制部作为隔板热收縮时的安全余量
(margin)起作用。只要可以确保防止正极与负极内部短路所需的安 全余量，并不必须使隔板比负极大。并且，只要是可以确保安全性的 尺寸，则从防止电池密度降低的角度出发，优选隔板尽可能小。
下面，说明本发明的其它实施方式。图8是局部示出本发明的 其他实施方式的蓄电装置40的内部构造的剖面图。此外，针对与图 6所示的部件相同的部件，标注相同标号而省略其说明。如图8所示， 负极表面14b形成为比正极表面13b大。因此，在将正极13和负极 14叠放时，负极外缘14c位于正极外缘13c的外侧。另外，在正极 13和负极14之间设置隔板41。该隔板41形成一边开口的袋状，在 隔板41内收容正极13。收容在隔板41中的正极13的端子部分，从 隔板41的开口部突出。此外，袋状的隔板41是在将两张隔板材料叠 放之后，通过将叠放的隔板材料的三个边进行锁边而制作出来的。另 外，也可以将一片隔板材料对折之后，通过将对折后的隔板材料的两 个边进行锁边而制作袋状的隔板41。另外，还可以使用预先成型为 袋状的隔板材料来制作袋状的隔板41 。
另外，隔板表面41a形成为比正极表面13b大、且比负极表面 14b小。即，隔板外缘41b配置在正极外缘13c的外侧、负极外缘14c 的内侧。此外，与所述蓄电装置10的隔板15相同地，在蓄电装置 40的隔板41中，与正极表面13b和负极表面14b这两者接触的部位 作为离子通过部41c起作用。
如上所述，隔板外缘41b配置在正极外缘13c的外侧、负极外 缘14c的内侧。由此，可以使隔板外缘41b作为离子限制部起作用。 即，如图8的放大部分所示，由于成为隔板外缘41b没有到达负极端 面14a的构造，因此在负极端面14a的附近并不会充满电解液。因此， 如图8中箭头C所示，正极表面13b和负极端面14a之间的锂离子 的移动路径被隔板外缘41b阻断。由此，即使在蓄电装置40以大电 流进行充电的情况下，也可以利用作为离子限制部起作用的隔板外缘 41b而限制锂离子的移动。通过该对离子移动的限制，可以防止在负 极端面14a的负极集电体22上析出金属锂。从而，可以提高蓄电装置40的安全性及品质。并且，蓄电装置40具有袋状的隔板41。因 此，即使将隔板表面41a形成为比负极表面14b小，也可以可靠地防 止正极13和负极14之间的短路。此外，图8示出的箭头C的"x" 标记是指在该"x"标记所在的隔板外缘41b处锂离子的移动被阻断。
下面，说明本发明的其它实施方式。图9是局部示出本发明的 其他实施方式的蓄电装置50的内部构造的剖面图。图IO是表示构成 蓄电装置50的正极13、负极14及隔板51的分解斜视图。此外，对 于与图3及图4所示的部件相同的部件，标注相同标号而省略其说明。 与图4相同地，图10的点划线Ll表示叠放在隔板51上的正极外缘 13c的位置。另外，与图4相同地，图10的双点划线L2表示叠放在 隔板51上的负极外缘14c的位置。另外，在图10中省略了从正极 13及负极14延伸出的集电体的焊接部而进行图示。
如图9及图IO所示，在正极13和负极14之间设置隔板51。隔 板表面51a形成为比正极表面13b大。另外，如图IO中以阴影所示， 在隔板外周部51b上进行填隙加工。该填隙加工是用于通过堵塞隔板 51的通孔及空隙等而提高锂离子的移动阻力的加工。例如，在隔板 51的材料使用纸(纤维素)或玻璃纤维等的情况下，可以通过在隔 板外周部51b上涂覆树脂材料而进行填隙加工。此外，作为在隔板外 周部51b上涂覆树脂材料的方法，也可以使用凹版印刷。另外，在隔 板51的材料使用聚乙烯或聚丙烯等树脂的情况下，可以通过对隔板 外周部51b进行热处理而进行填隙加工。通过实施上述填隙加工，与 隔板51的其它部位的透气度相比，隔板外周部51b的透气度变差。 此外，与所述蓄电装置IO的隔板15相同地，在蓄电装置50的隔板 51中，由点划线Ll所围成的部分作为离子通过部51c起作用。
如图9所示，进行了填隙加工的隔板外周部51b配置在正极表 面13b和负极端面14a之间。由此，可以使隔板外周部51b作为离子 限制部起作用。即，如图9中以箭头D所示，锂离子从正极表面13b 到达负极端面14a，必须穿过隔板外周部51b。但是，隔板外周部51b 进行了填隙加工。因此，在正极表面13b和负极端面14a之间的锂离 子的移动路径被隔板外周部51b阻断。由此，即使在蓄电装置50以大电流进行充电的情况下，也可以利用隔板外周部51b而限制锂离子
的移动。通过该对离子移动的限制，可以防止在负极端面14a的负极 集电体22上析出金属锂。从而，可以提高蓄电装置50的安全性及品 质。此外，图9示出的箭头D的"x"标记是指在该"x"标记所在 的隔板外周部51b处锂离子的移动被阻断。
以下，对所述蓄电装置的构成要素按如下顺序进行详细说明。 [A]正极、[B]负极、[C]正极集电体及负极集电体、[D]锂电极、 [E]隔板、[F]电解液、[G]封装容器。正极
正极具有正极集电体和与其一体的正极复合层。作为正极复合 层中含有的正极活性物质，只要可以使离子可逆地嵌入 脱嵌即可， 不特别限定。例如可以使用活性碳、过渡金属氧化物、导电性高分子、 多并苯类物质等。
例如，活性碳优选由经过碱性活化处理、且比表面积大于或等 于600mVg的活性碳颗粒形成。作为活性碳的原料，使用酚醛树脂、 石油沥青、石油焦炭、椰炭、煤炭类焦炭等。酚醛树脂及煤炭类焦炭 可以提高比表面积，因而优选。在上述活性碳的碱性活化处理中使用 的碱性活化剂，优选锂、钠、钾等金属离子的盐类或氢氧化物。其中， 优选氢氧化钾。碱性活化的方法可以举出，例如，通过将碳化物和活 性剂混合后，在惰性气体的气流中加热而进行活化的方法。另外，举 出通过使活性碳原材料预先承载活性剂后加热而进行碳化以及活化 工序的方法。另外，还可以举出将碳化物用水蒸气等的气体活化法活 化后，利用碱性活化剂进行表面处理的方法。将经过这样的碱性活化 处理后的活性碳，使用球磨机等已知的粉碎机进行粉碎。作为活性碳 粒度，可以使用通常使用的较宽范围内的粒度。例如，D50大于或等 于2|im，优选2 50|im,特别优选2 20|im。另外，优选平均细孔 直径小于或等于10nm，比表面积为600 3000m2/g的活性碳。其中， 优选大于或等于800m2/g，特别优选1300 2500m2/g。
此外，为了实现正极复合层的高容量化，可以使用五氧化二钒 (V205)或钴酸锂(LiCo02)作为正极活性物质。此外，还可以使200910005150.0
用LixCo02、 LixNi02、 LixMn02、 LixFe02等以LixMyOz (x、 y、 z为
正数，M为金属，也可以是大于或等于2种金属)这一通式表示的 含锂的金属氧化物，或者也可以使用钴、锰、钒、钛、镍等过渡金属 的氧化物或者钴、锰、钒、钛、镍等过渡金属的硫化物。特别地，在 需要高电压的情况下，优选使用相对于金属锂的电位大于或等于4V 的含锂的金属氧化物。特别优选例如含锂的钴氧化物、含锂的镍氧化 物、或者含锂的钴一镍复合氧化物。
所述活性碳等正极活性物质形成为粉末状、颗粒状、短纤维状 等。将该正极活性物质与粘结剂混合后形成浆料。接下来，通过将含 有正极活性物质的浆料涂敷在正极集电体上并干燥，从而在正极集电 体上形成正极复合层。此外，作为与正极活性物质混合的粘结剂，可 以使用例如SBR等橡胶类粘结剂，聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟 类树脂，聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等热塑性树脂。另外，正极复 合层中还可以适当添加乙炔黑、石墨、金属粉末等导电性材料。负极
负极具有负极集电体和与其一体的负极复合层。作为负极复合 层中含有的负极活性物质，只要可以使离子可逆地嵌入 脱嵌即可， 不特别限定。例如可以使用包含石墨(graphite)、难石墨化碳 (hardcarbon)、多并苯类物质在内的各种碳材料、锡的氧化物、硅 的氧化物等。由于石墨及难石墨化碳可以实现高容量化，所以优选作 为负极活性物质。另外，由于作为芳香族縮聚物的热处理物的多并苯 类有机半导体(PAS)可以实现高容量化，所以优选作为负极活性物 质。该PAS具有多并苯类骨骼构造。优选该PAS的氢原子/碳原子的 原子数比(H/C)落入大于或等于0.05而小于或等于0.50的范围内。 由于在PAS的H/C大于0.50的情况下，芳香族类多环构造不能充分 形成，所以不能使锂离子顺利地嵌入*脱嵌，有可能会使蓄电装置的 充放电效率降低。在PAS的H/C小于0.05的情况下，可能导致蓄电 装置的容量降低。
所述PAS等负极活性物质形成为粉末状、粒状、短纤维状等。 将该负极活性物质与粘结剂混合后形成浆料。然后，通过将含有负极活性物质的浆料涂敷在负极集电体上并干燥，从而在负极集电体上形 成负极复合层。此外，作为与负极活性物质混合的粘结剂，可以使用 例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等含氟类树脂，聚丙烯、聚乙烯、聚丙
烯酸酯等热塑性树脂，以及丁苯橡胶(SBR)等橡胶类粘结剂。其中
优选使用氟类粘结剂。作为该氟类粘合剂，例如可以举出聚偏氟乙烯、
偏氟乙烯-3氟化乙烯共聚物、乙烯-4氟化乙烯共聚物、丙稀-4氟化 乙烯共聚物等。另外，负极复合层中还可以适当添加乙炔黑、石墨、 金属粉末等导电性材料。 正极集电体及负极集电体
作为正极集电体及负极集电体，优选其具有贯穿集电体正反表 面的通孔。例如，可以举出膨胀金属、冲压金属、蚀刻箔、网、发泡 体等。对于通孔的形状及个数等，不特别限定。只要不阻碍阴离子及 锂离子的移动，就可以适当地进行设定。另外，作为正极集电体及负 极集电体的材料，可以使用通常针对电池或电容器提出的各种材料。 例如，作为正极集电体的材料，可以使用铝、不锈钢等。作为负极集 电体的材料，可以使用不锈钢、铜、镍等。 锂电极
作为锂电极集电体的材料，可以使用通常作为电池或电容器的 集电体而提出的各种材料。作为上述材料，可以使用不锈钢、铜、镍 等。另外，作为锂电极集电体，还可以使用膨胀金属、冲压金属、蚀 刻箔、网、发泡体等具有贯穿其正反表面的通孔的材料。另外，作为 粘贴在锂电极集电体上的锂离子供给源的材料，只要是可以放出锂离 子的材料即可。可以使用金属锂或锂一铝合金等。 隔板
作为隔板，可以使用相对于电解液、正极活性物质、负极活性 物质等具有耐久性，并具有连通气孔而无导电性的多孔体等。通常，
使用由"纸(纤维素)、玻璃纤维、聚乙烯或聚丙烯等"制成的"布、 无纺布或多孔体"。隔板的厚度可以考虑电解液的保持量及隔板强度 等进行适当设定。此外，优选隔板的厚度较薄，以减小蓄电装置的内 部电阻。[F] 电解液
作为电解液，从即使在高电压下也不会引起电解这一点、锂离子 能够稳定存在这一点来说，优选使用含有锂盐的非质子性有机溶剂。 作为非质子性有机溶剂，例如，可以举出由碳酸乙二酯、碳酸丙烯酯、
碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、"丁内酯、乙腈、二甲氧乙烷、四氢呋喃、 二氧戊环、二氯甲烷、环丁砜等单独或混合而形成的溶剂。另外，作
为锂盐可以举出，例如LiC104、 LiAsF6、 LiBF4、 LiPF6、 LiN(C2F5S02)
2等。另外，为了减少由于电解液造成的内部电阻，优选电解液中的 电解质浓度至少大于或等于0.1mol/L。特别优选落在0.5~1.5mol/L 范围内。
另外，也可以使用离子性液体代替有机溶剂。对于离子性液体， 提出了各种阳离子种和阴离子种的组合。作为阳离子种可以举出，例 如N—甲基—N-丙基哌啶(PP13) 、 l-乙基-3-甲基咪唑(EMI) 、 二甲 基-2-甲氧乙基铵(DEME)等。另外，作为阴离子种可以举出二 (氟 磺酰)亚胺(FSI) 、 二 (三氟甲基磺酰)亚胺(TFSI) 、 PF6—、 BF4 一等。 封装容器
作为封装容器，可以使用通常在电池中使用的各种材质。也可 以使用例如铁或铝等金属材料。另外，也可以使用树脂等薄膜材料。 另外，对于封装容器的形状也不特别限定。可以根据用途适当选择圆 筒型或方型等。从蓄电装置的小型化及轻量化的角度出发，优选使用 由铝层压薄膜制成的薄膜型封装容器。通常，使用3层层压薄膜，其 外侧具有尼龙薄膜，中心具有铝箔，内侧具有改性聚丙烯等粘结层。
本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进 行各种变更。例如，也可以通过将锂电极和正极进行连接，而向正极 嵌入锂离子。另外，也可以通过为正极和负极分别设置锂电极，或在 嵌入过程中使正极和负极之间短路，从而向正极和负极这两者嵌入锂 离子。并且，本发明不仅应用于层叠型蓄电装置，也可以应用于巻绕 型蓄电装置。
权利要求
1. 一种蓄电装置，其具有正极；负极，其具有比正极表面大的负极表面；以及隔板，其配置在相对的所述正极和所述负极之间，所述正极中含有的正极活性物质可以使离子可逆地进行嵌入及脱嵌，所述负极中含有的负极活性物质可以使离子可逆地进行嵌入及脱嵌，所述正极配置为不相对于所述负极向外探出，在所述隔板上形成离子通过部，其与所述正极表面和所述负极表面接触，容许离子在所述表面之间的移动；以及离子限制部，其位于所述离子通过部的外周部，限制离子从所述正极表面向负极端面的移动。
2. 根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于， 所述正极的外缘和所述负极的外缘相距大于或等于2mm而小于或等于15mm。
3. 根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于， 所述隔板形成为比所述正极表面大、且比所述负极表面小， 所述隔板的外缘配置在所述正极的外缘的外侧、所述负极的外缘的内侧。
4. 根据权利要求3所述的蓄电装置，其特征在于， 所述隔板形成为袋状，所述正极收容在所述隔板内。
5. 根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于， 所述隔板形成为比所述负极表面大。
6. 根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于，在所述隔板的外周部，在不超出所述离子限制部的范围内进行 填隙加工。
7. 根据权利要求6所述的蓄电装置，其特征在于， 所述填隙加工的方法为涂敷树脂材料。
8. 根据权利要求6所述的蓄电装置，其特征在于，所述隔板是热塑性材料，所述填隙加工的方法为热处理。
9. 根据权利要求1 8中任意一项所述的蓄电装置，其特征在于，该蓄电装置具有离子供给源，其与所述正极和所述负极中的至 少任意一个连接，向所述正极和所述负极中的至少任意一个嵌入离 子。
10. 根据权利要求1 8中任意一项所述的蓄电装置，其特征在于，在所述正极和所述负极的集电体上形成通孔。
11. 根据权利要求1 8中任意一项所述的蓄电装置，其特征在于，在使所述正极和所述负极之间短路时的正极电位小于或等于 2.0V，该正极电位是相对于Li/Li+的电位。
12. 根据权利要求1 8中任意一项所述的蓄电装置，其特征在于，所述负极中含有的负极活性物质与所述正极中含有的正极活性 物质相比，负极活性物质的每单位重量的静电容量大于或等于正极活 性物质的3倍，并且正极活性物质重量比负极活性物质重量大。
13. 根据权利要求1 8中任意一项所述的蓄电装置，其特征在于，所述正极活性物质是活性碳、含锂的过渡金属氧化物、过渡金 属氧化物、过渡金属硫化物、导电性高分子、或多并苯类物质。
14. 根据权利要求1 8中任意一项所述的蓄电装置，其特征在于，所述负极活性物质是包含石墨、难石墨化碳、多并苯类物质在 内的各种碳材料、锡的氧化物、或硅的氧化物。
全文摘要
本发明提供一种可以提高安全性的蓄电装置。该蓄电装置(10)具有正极(13)和与其相对的负极(14)。在正极和负极之间设置隔板(15)。另外，负极表面(14b)形成为比正极表面(13b)大，将正极表面(13b)配置为不相对于负极表面(14b)向外探出，使正极外缘(13c)与负极外缘(14c)相距大于或等于2mm。由此，在隔板的外周部形成离子限制部(15b)。如箭头A所示，锂离子从正极表面到达负极端面，必须穿过离子限制部(15b)。但是，利用较宽的离子限制部而将锂离子的移动路径的阻力设定得较高。因此，在大电流充电时，可以限制锂离子朝向负极端面(14a)的移动，可以防止在负极端面析出金属锂。
文档编号H01G9/155GK101504991SQ200910005150
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月4日 优先权日2008年2月4日
发明者中里邦雄, 宇都宫隆, 安东信雄, 永井满 申请人:富士重工业株式会社