专利名称：锂离子二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及把保持电解质的隔离物夹在中间使正极和负极相向地构成的锂离子二次电池，详细地说，涉及对正极和负极和隔离物之间的电连进行改善，不需要牢固的金属制的壳体，可以做成薄型等的任意的形状的电池构造。
背景技术：
对便携式电子机器的小型化轻重量化的要求非常强烈，其实现则大大地依赖于电池的性能的改善。人们正在进行着为解决这一问题的多种多样的电池的开发和改良。在对电池所期待的特性的改善中，有高电压化、高能量密度化、耐高负荷化、形状的任意性和安全性的确保等。其中，锂离子电池在现有的电池中也是最可以实现高的电压、高能量密度、高的耐负荷性的二次电池，现在人们也正在积极地对其进行着改良。
该锂离子二次电池，作为其主要的构成，具有正极、负极和夹在两电极间的离子传导层。在现在已经实用化的锂离子二次电池中，正极使用的是使锂-钴复合氧化物等的活性物质粉末与电子电导体粉末和粘接树脂进行混合后涂到铝集电体上作成为板状的正极，负极使用的是使碳素系的活性物质粉末与粘接树脂混合，并涂到铜集电体上作成为板状的负极。此外，离子导电层使用的是使聚乙烯或聚丙烯等的多孔质薄膜充满含锂离子的非水系的溶剂的导电层。
例如，图5的剖面模式图示出了日本特开平8-83608号公报中公开的现有的圆筒型锂离子二次电池的构造。在图5中，1是兼做负极端子的不锈钢制的外装罐，2是收纳于该外装罐内的电极体，电极体2的构造是螺旋状地卷绕在正极3和负极5间配置了隔离物4的电极叠层体。为了维持正极3、隔离物4和负极5的各面间的电连接，必须把来自外部的压力加到该电极体2上。为此，采用把电极体2放进牢固的外装罐1内，并进行加压的办法，保持上述各面间的接触。此外，在方形电池中，采用把长方形的电极叠层体捆起来放进方形的金属罐内的办法，从外部加力挤压。
如上所述，在现在市售的锂离子二次电池中，作为使正极和负极紧密接触的方法，采用使用金属等制成的牢固的壳体的方法。若没有壳体则电极体面之间将会剥离，变得难于维持电连接，电池特性将会恶化。另一方面，由于这种壳体在电池整体中所占的重量和体积大，这不仅使电池本身的能量密度降低，还因为壳体本身刚直，电池形状受限制，难于制成任意的形状。
在这样的背景下，目标指向轻重量化和薄型化，人们正在开发不要牢固的壳体的锂离子二次电池。开发上述不要壳体的电池的难点是不从外部加力而如何维持正极和负极以及夹在它们之间的离子传导层(隔离物)之间的电连接。
作为这样的不要外力的接合手段，在美国专利5460904中公开了一种用液体粘接混合物(凝胶状电解质)接合正极和负极(电极)的构造，在美国专利5437692中，公开了一种用电子传导性的聚合物粘接活性物质形成正极和负极，再用高分子电解质把正极和负极接合起来的构造。
现有的锂离子二次电池如上述那样地构成，为了确保正极和负极与隔离物间的贴紧性和电连接，在使用牢固的壳体的电池中，存在着发电部分之外的壳体所占的体积和重量的比例大，对于制作能量密度高的电池不利这样的问题。
另一方面，在用液体混合物接合电极的构造中，有着制作工序复杂，另外还难于得到足够的粘接力，难于改善作为电池的强度的问题。此外，在用高分子电解质接合电极间的构造中，由于必须确保安全性，即必须防止电极间的短路，必须加厚高分子电解质层，故存在着作为电池不能制作得充分地薄，另外由于使用固体电解质，电解质层和电极活性物质间的接合是困难的，充放电效率等的电池特性的改善是困难的问题和工序上复杂且价格上昂贵等的问题。
此外，决定电池的充放电效率的重要因素是与活性物质的充放电伴生的锂离子的掺杂(dope)和脱杂的效率，但在通常的构造的电池中，由于锂离子的移动的容易性在电解液中是相等的，故锂离子的掺杂和脱杂集中在接近隔离物的电极表面近旁产生，存在着不能有效地利用电极内部的活性物质，得不到理想的充放电特性的问题。
于是，要想实现可以实际使用的薄型锂离子电池，开发可以容易地确保安全性和作为电池的强度，可以得到充放电特性等的良好的电池特性的电池构造是必要的。就是说，为了确保安全性，在电极间有隔离物，该隔离物和电极有足够的强度，而且可以进行接合使得能够得到良好的电池特性的构造是必要的。
本发明是本发明人等为了解决这样的课题，对于隔离物、正极和负极之间的理想的接合方法进行锐意的研究所得到的结果，目的是提供一种即便不使用牢固的壳体，也可以使正极和负极与隔离物之间牢固地紧密贴紧，可以实现高能量密度化、薄型化、任意的形态的多层化，充放电特性优良而且电池容量大、紧凑而稳定的锂离子二次电池。
发明的公开本发明的锂离子二次电池的第1构成，具备多层电极叠层体，该电极叠层体由用粘接树脂把正极活性物质粒子接合到正极集电体上构成的正极、用粘接树脂把负极活性物质粒子接合到负极集电体上构成的负极、和配置在上述正极和负极之间并把正极和负极接合起来的隔离物构成，并在正极和负极与隔离物具有的空隙中，保持含有锂离子的电解液，上述隔离物与正极和负极活性物质层之间的接合强度，分别是与正极集电体和正极活性物质层、负极集电体和负极活性物质层的接合强度同等以上的接合强度。
若采用这种构造，则不再需要牢固的壳体，电池的轻重量化和薄型化是可能的，且在可以得到任意的形状的同时，还具有充放电效率变好，可以得到充放电特性优良的、安全性高的锂离子二次电池。
可以得到可以实现高能量密度化和薄型化且可以制成任意的形态的充放电特性优良的锂离子二次电池。此外，借助于电极叠层体的多层化，还可以得到重量轻体积小且电池容量大的稳定的电池。
本发明的锂离子二次电池的第2构成，是在第1构成中用分别把正极和负极活性物质粒子接合到正极和负极集电体上的粘接树脂，把正极和负极活性物质层与隔离物接合起来。
据此，可以提高可靠性。
本发明的锂离子二次电池的第3构成，是在第1构成中，位于隔离物一侧的活性物质粒子的由粘接树脂实现的覆盖率比位于集电体一侧的活性物质粒子多。
用这种办法，由于可以缓和在正极和负极活性物质层的隔离物一侧和在内部活性物质处的锂离子的掺杂、脱杂的速度的差异，故可以有效地利用电极内部的活性物质，改善充放电的效率。
本发明的锂离子二次电池的第4构成，是在第1构成中，电极叠层体的多个层是采用使正极和负极交互地配置于切割开来的多个隔离物之间的办法形成的。
本发明的锂离子二次电池的第5构成，是在第1构成中，电极叠层体的多个层是采用使正极和负极交互地配置于卷绕起来的隔离物之间的办法形成的。
本发明的锂离子二次电池的第6构成，是在第1构成中，电极叠层体的多个层是采用使正极和负极交互地配置于折叠起来的隔离物之间的办法形成的。
倘采用第4到第6的构成，则可以简便地得到充放电性能优良、重量轻、体积小而且电池容量大的稳定的多层构造的电池。
附图的简单说明
图1、图2和图3是分别示出了本发明的锂离子二次电池的一个实施例的电池构造的剖面横式图。图4示出了构成本发明一个实施例的电池叠层体的剖面模式图。图5是示出现有的锂离子二次电池之一例的剖面横式图。
实施发明的最佳形式根据附图来说明本发明的实施形式。
图1、图2和图3的剖面模式图分别示出了本发明的锂离子二次电池的一个实施例的电池构造。图1示出的是具有依次使正极3、隔离物4、负极5反复叠层形成的多层的电极叠层体的平板状叠层构造电池体。图2示出的是使已把带状的正极3接合到带状的隔离物4之间的物体卷起来的同时，把多个负极夹在中间粘贴起来形成了多层的电极体的平板状卷型叠层构造电池体。图3示出的是把带状的正极3配置在带状的隔离物4之间，在其一侧，配置带状的负极5后卷绕成长圆状，形成了多层的电极叠层体的平板状卷型叠层构造电池体。图4的剖面模式图示出了构成本发明的上述电池的电极叠层体2的一个实施例。在图中，3是用粘接树脂11把正极活性物质粒子7a接合到正极电极体6上构成的正极，7是用粘接树脂11使正极活性物质粒子7a彼此间粘接起来构成的正极活性物质层，5是用粘接树脂11把负极活性物质粒子9a接合到负极电极体10上构成的负极，9是用粘接树脂11使负极活性物质粒子9a彼此间粘接起来构成的负极活性物质层，4是配置在正极3和负极5之间，用粘接树脂11使正极和负极活性物质层7和9接合起来的隔离物，12是在正极和负极活性物质层7和9与隔离物4中形成的空隙，可以保持含有锂离子的电解液。
如上述那样地构成的锂离子二次电池，例如可以像下述这样地制造。
首先，用辊筒涂敷法把使正极活性物质粒子7a和粘接树脂11分散到溶剂中调制的活性物质膏涂到正极电极体6上并使之干燥，制作正极3。用同样的方法制作负极5。其次，作为粘接剂把粘接树脂11涂到隔离物4上，像上述那样地分别把正极3或负极5粘贴到隔离物4上，进行叠层或卷绕等，制作具有上述图1～图3所示的多个电极叠层体的多层构造的电池体。在用浸泡法把多层构造的电池体全体浸渍于电解液中后，用铝层压膜进行封装，使之热融粘接进行封口处理后，得到多层构造的锂离子二次电池。
另外，隔离物4与正极和负极活性物质层7、9各自的接合强度形成为与正极集电体6和正极活性物质层7、负极集电体10和负极活性物质层9的接合强度同等以上，位于隔离物4一侧的活性物质粒子7a、9a的由粘接树脂11实现的覆盖率比位于正极和负极集电体6、10一侧的活性物质粒子还多。
在本实施例中，电极(正极3和负极5)与以往一样，活性物质和集电体之间用粘接树脂11进行粘接，并维持该构造。此外，由于正极3和负极5(即正极和负极活性物质层7、9)与隔离物4也用相同的粘接树脂进行同样的粘接，故即便是不加外力也可以维持活性物质层7、9与隔离物4之间的电连接。因此，不再需要用于维持电池构造的牢固的壳体，可以实现电池的轻重量化薄型化，可以得到任意的形态。而且，正极和负极活性物质层7、9与隔离物4之间的粘接强度，被粘接得成为与在电极内部粘接活性物质和集电体并使之一体化的强度，即正极集电体6和正极活性物质层7、负极集电体10和负极活性物质层9之间的粘接强度同等以上的强度，故比起正极和负极活性物质层7、9与隔离物4之间的剥离来，将优先地发生电极构造的破坏。例如在作用有使所形成的电池变形的外力或者内部的热应力的情况下，受到破坏的是电极构造而不是隔离物，故具有可以维持安全性的效果。
另外，为了使电极和隔离物之间的粘接变得更为牢靠，使上述效果更为显著，理想的是特别是在电极和隔离物之间形成薄膜的粘接树脂层。
再者，在本实施例中，由于粘接剂的粘接树脂大多存在于正极和负极活性物质层7、9的隔离物4一侧(表面部分)，即由于位于隔离物4一侧的正极和负极活性物质粒子7a、9a比位于正极和负极集电体6、10一侧的正极和负极活性物质粒子7a、9a被粘接树脂11覆盖起来的多，故虽然通常情况下锂离子的掺杂、脱杂集中在正极和负极活性物质层7、9的隔离物4一侧部分处发生，但此例可以缓和正极和负极活性物质层7、9的隔离物4一侧和内部活性物质中的锂离子的掺杂、脱杂速度的差异，可以有效地利用电极内部的活性物质、改善充放电效率。发挥可以改善作为电池的充放电特性的这种优良的效果。
除此之外，在本实施例中，采用先把平板叠层构造电池体浸泡于电解液中，再使上述电解液减压的办法，可以置换在正极和负极活性物质层7、9和隔离物4中形成的空隙12内的气体和上述电解液，电解液的注入可以简便地实现。另外在注入后。理想的是对上述平板叠层构造电池体进行加热，使之干燥。
此外，还可以在用铝层压薄膜等的可挠性的外装体进行覆盖，使外装体内部减压，使平板状叠层构造电池的外侧面贴紧到上述外装体上之后，从外装体的开口部分向外装体内注入电解液，至少向空隙内注入电解液，最后密封外装体的开口部分。倘采用这样的方法，由于在供给电解液之际电池体背面和外装体已经贴紧，故消除了电解液向电池体的背面浸入，可以消除对电解作用没有贡献的不需要的电解液，可以减小作为电池整体的重量。
作为在本发明中提供的活性物质，在正极中，例如可以使用锂和钴、镍、锰等的过渡金属之间的复合氧化物，含锂的硫族化合物、或它们的复合化合物、此外还可以用在上述复合氧化物、含锂的硫族化合物、或它们的复合化合物中具有各种的添加元素的复合化合物。在负极中，理想的是使用易石墨化的碳、难石墨化的碳、聚并苯、聚乙炔等的碳素系化合物、芘、二萘嵌苯等的含并苯(-acene)构造的芳香族碳化氢化合物，但是，只要是可以吸存、放出成为电池动作的主体的锂离子的物质都可以使用。此外，这些活性物质使用的是粒子状的，作为粒径，可以使用0.3～20微米的粒子，特别理想的是1～5微米的粒子。在粒径过小的情况下，因粘接时的粘接剂所产生的活性物质表面的覆盖面积将变得过大，使得锂离子的掺杂、脱杂不能以良好的效率进行，将降低电池特性。在粒径过大的情况下，则薄型化不容易进行，此外不仅使填充密度降低，还会使形成后的电极板表面的凹凸变大，使得与隔离物之间的粘接不能良好地进行。所以是不能令人满意的。
此外，作为用来使活性物质电极板化的粘接树脂，只要在电解液中不溶解，在电极叠层体内部不发生电化学反应的树脂都可以使用。例如，可以使用氟系树脂或以氟系树脂为主要成分的混合物、聚乙烯醇或以聚乙烯醇为主要成分的混合物。具体地说，可以使用与偏氟乙烯、4-氟化乙烯等的在分子构造内有氟原子的聚合物或共聚物、在分子骨架中有乙烯醇的聚合物或共聚物、或者和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯等混合的混合物。特别是氟系树脂的聚偏氟乙烯是合适的。
此外，集电体只要是在电池内稳定的金属都可以使用，但在正极中理想的是使用铝，在负极中理想的是使用铜。作为集电体的形状，可以使用箔状、网状、和金属网等，但是网状或金属网等的空隙大的形状，因为易于进行粘接后的电解液的保持，从这一点来看是理想的。
此外，隔离物只要是电子绝缘性的多孔质膜、网、无纺布等具有足够的强度的膜，不论什么样的膜都可以使用。在使用氟系树脂的膜等的情况下，有时候必须用等离子体等进行表面处理以确保粘接强度。材质虽然没有特别地限定，但是从粘接性和安全性的观点考虑，理想的是聚乙烯、聚丙烯。
此外，向作为离子传导体使用的电解液中供给的溶剂，作为电解质盐，可以使用以往在电池中使用的非水系的溶剂和含锂的电解质盐。具体地说，可以使用二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、二乙醚、二甲醚等的醚系溶剂、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯等的酯系溶剂的单独溶液，和上述的同一溶剂间或由异种溶剂组成的2种的混合液。此外，向电解液中供给的电解质盐可以使用LiPF6、LiAsF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiC(CF3SO2)3等。
此外，在集电体与电极的粘接中使用的粘接性树脂和在电极与隔离物的粘接中使用的粘接性树脂，都可以使用在电解液中不溶解、在电池内部不发生电化学反应的树脂，更为理想的是使用多孔质的膜，例如氟系树脂或以氟系树脂为主要成分的混合物，聚乙烯醇或以聚乙烯醇为主要成分的混合物。具体地说，可以使用与偏氟乙烯、4-氟化乙烯等的在分子构造内有氟原子的聚合物或共聚物、在分子骨架中有乙烯醇的聚合物或共聚物、或者和聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚氧化乙烯等混合的混合物。特别是氟系树脂的聚偏氟乙烯是合适的。
以下，给出实施例具体地说明本发明，但不言而喻，本发明不受这些的限制。
实施例1把采用使87重量份LiCoO2，8重量份石墨粉(KS-6，ロンザ生产)，作为粘接树脂5重量份的聚偏氟乙烯分散到N-甲基吡咯烷酮(缩写为NMP)中的办法调制成的正极活性物质膏，用刮刀刀片(doctor Blade)法在成为正极集电体的厚度为20微米的铝箔上边边调整边涂敷为厚度约100微米，形成正极。
把90重量份メソフェ-ズマイケロビ-ズカ-ボン(商品名，大阪瓦斯生产)、作为粘接树脂把5重量份的聚偏氟乙烯分散到N甲基吡咯烷酮中调制成的负极活性物质膏，用刮刀刀片(doctor Blade)法在成为负极集电体的厚度为12微米的铜箔上边边调整边涂敷为厚度约100微米，形成负极。
在2块隔离物(ヘキストセラニ-ズ生产セルガ-ド#2400)的各自的一个面上，均匀地涂上用来把活性物质粒子粘接到集电体上去的粘接树脂的聚偏氟乙烯的5重量％NMP溶液。在使聚偏氟乙烯的NMP溶液干燥之前，负极5夹在2块隔离物4的聚偏氟乙烯NMP溶液涂敷面之间并紧密地贴好后，放入60℃的温风干燥机中2个小时使NMP蒸发，使负极5接合到2块的隔离物之间。把将负极5夹在中间接合起来的2块隔离物4冲压成规定的大小，在该冲压后的隔离物的一方的面上，均匀地涂敷聚偏氟乙烯的NMP溶液，粘贴已经冲压成规定的大小的正极3，形成依次接合隔离物4、负极5和正极3的叠层体。另外，在已经冲压成规定的大小的另外的、把负极夹在中间接合起来的隔离物的一个面上涂敷聚偏氟乙烯的NMP溶液，把该另外的隔离物的涂敷面粘贴到先前已经粘贴好的上述叠层体的正极的面上。反复进行该工序，形成具有多层正极、负极把隔离物夹在中间相对置的电极叠层体的电池体，边加压边使该电池体干燥，作成图1所示的那种平板状叠层构造电池体。其次，把已经分别连接到该平板状叠层构造电池体的各自的端部上的集电接头，采用对正极彼此间、负极彼此间进行点焊的办法，使上述平板状叠层构造电池体并联地电连接。接着，向该平板状叠层构造电池体中注入以碳酸亚乙酯和1，2-二甲氧基乙烷为溶剂，以六氟化磷酸锂为电解质的电解液，之后，用铝层压膜进行封装，使之热熔粘接进行封口处理，完成锂离子二次电池。
制作好的电池无须从外部加压力，稳定且原封不动地维持原状，并可以维持电极间的电连接。在电池形成后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。人们认为这是因为粘接剂的粘接树脂在正极和负极活性物质层的隔离物一侧这一方，比集电体一侧多的缘故。由于比起正极和负极活性物质层和隔离物间的剥离来，优先地发生电极的破坏，故得以维持安全性。
此外，对该电池特性进行了评价，由于有效地利用了电极内部的活性物质，故重量能量密度约为100Wh/kg。此外，即便是在用电流值C/2进行了200次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的75％这样的高值。人们认为，这是因为粘接树脂在隔离物一侧存在得多，即位于隔离物一侧的活性物质粒子这一方被粘接树脂覆盖起来的比率比位于集电体一侧的活性物质粒子的相应比率大，故正极和负极活性物质层在隔离物一侧与内部的活性物质中的锂离子的掺杂、脱杂的速度的差异得以缓和，电极内部的活性物质得以有效地利用的缘故。
如上所述，由于不再需要牢固的壳体电池的轻重量化、薄型化是可能的且可以采用任意的形态，同时，充放电效率得到改善，故可以得到充放电特性优良的、安全性高的、大容量化可能的锂离子二次电池。
在本实施例中，还可以反复进行用与上述同样的方法把正极3粘贴到2块隔离物4之间，在把正极3夹在中间的隔离物4的一个面上涂敷粘接性树脂液，使负极粘贴到涂敷面上，再将已经把正极粘贴到2块隔离物间的另外的隔离物粘贴到该负极5的上边。
实施例2用与上述实施例1同样的条件，把正极、负极的活性物质的厚度作成为约200微米制成多层构造的电池。其结果是与上述实施例1一样，所得到的电池稳定且可以维持其原来的形状、电极间的电连接而无须从外部加压力。此外，在电极形成之后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。电池特性在重量能量密度方面约为113Wh/kg。此外，即便是在用电流值C/2进行了200次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的60％这样的高值。此外，与上述实施例1一样，可以得到薄型化且可以采用任意的形态的、充放电特性优良的、大容量的锂离子二次电池。
实施例3与上述实施例1一样地制作正极和负极。在隔离物与电极的粘贴中使用的是聚偏氟乙烯的12重量％NMP溶液。这样制作的电池，与上述实施例1的情况一样，稳定且可以维持其原来的形状、电极间的电连接而无须从外部加压力。在电极形成之后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。由于采用使用高浓度的聚偏氟乙烯溶液的办法，在隔离物与电极之间形成薄的聚偏氟乙烯层，故粘接强度变得进一步牢固，得以稳定后维持电连接。电池特性在重量能量密度方面约为100Wh/kg，即便是在用电流值C/2进行了200次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的60％这样的高值。
与上述实施例1一样，可以得到薄型化且可以采用任意的形态的、充放电特性优良的锂离子二次电池。
实施例4使87重量份LiCoO2，8重量份石墨粉(KS-6，ロンザ生产)，作为粘接树脂，5重量份聚苯乙烯进行混合，适量地添加甲苯和2-丙醇调制正极活性物质膏，用刮刀刀片(doctor Blade)法在成为正极集电体的厚度为20微米的铝箔上边边调整边涂敷为厚度约100微米，形成正极。
把95重量份メソフェ-ズマイケロビ-ズカ-ボン(商品名，大阪瓦斯生产)、作为粘接树脂5重量份聚苯乙烯进行混合，适量地添加甲苯和2-丙醇，调制负极活性物质膏，用刮刀刀片(doctor Blade)法在成为负极集电体的厚度为12微米的铜箔上边边调整边涂敷为厚度约100微米，形成正极。
作为隔离物使用硝化纤维素多孔质膜(孔径0.8微米)，作为粘接正极和负极(即正极和负极活性物质层)与隔离物的粘接剂，使用作为粘接树脂的聚苯乙烯的5wt％甲苯溶液，经与上述实施例一样的处理，制成图1那样的平板状叠层构造电池体。其次，把已经分别连接到该平板状叠层构造电池体的各自的端部上的集电接头，采用对正极彼此间、负极彼此间进行焊接的办法，使上述平板状叠层构造电池体并联地电连接。接着，向该平板状叠层构造电池体中注入以碳酸亚乙酯和1，2-二甲氧基乙烷为溶剂，以六氟化磷酸锂为电解质的电解液，之后，用铝层压膜进行封装，使之热熔粘接并进行封口处理，完成锂离子二次电池。
制作好的电池无须从外部加压力，稳定且原封不动地维持原状，并可以维持电极间的电连接。在电池形成后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。对该电池特性进行评价，得知得到了在重量能量密度方面约为90Wh/kg。即便是在用电流值C/10进行了100次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的60％。
与上述实施例1一样，可以得到薄型化且可以采用任意的形态的、充放电特性优良的锂离子二次电池。
实施例5与上述实施例1一样地制作正极和负极。在隔离物与电极的粘接中，使用用来把活性物质粒子粘接到集电体上的粘接树脂的聚偏氟乙烯和聚甲基丙烯酸的重量比为1对2的10重量％的甲苯溶液，与上述实施例的情况同样地制作平板状叠层构造的电池。在这种情况下的粘贴后的干燥，在加热到80℃的同时在真空中进行。这样地制作好的电池，与上述实施例1一样，稳定且原封不动地维持原状而无须从外部加压力。在电池形成后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。电池特性，在重量能量密度方面约为95Wh/kg。即便是在用电流值C/2进行了100次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的80％。
与上述实施例1一样，可以得到薄型化且可以采用任意的形态的、充放电特性优良的锂离子二次电池。
实施例6与上述实施例1一样地进行负极5和正极3的制造。在带状的2块隔离物(ヘキストセラニ-ズ生产セルガ-ド#2400)的各自的一个面上，均匀地涂上用来把活性物质粒子粘接到集电体上去的粘接树脂的聚偏氟乙烯的5重量％NMP溶液。把带状的正极夹在该涂敷后的面之间并紧密地贴好后，放入60℃的温风干燥机中2个小时使树脂溶液的NMP蒸发，使正极接合到2块隔离物之间。在将正极夹在中间接合起来的带状的2块隔离物的一方的面上，均匀地涂上聚偏氟乙烯的5重量％NMP溶液，使该一方的面处于中间，使上述隔离物的一端折弯规定的量，在折缝处切断成规定的大小。把这样切断后的负极5夹在中间重合起来通入层压机中。接着，在上述带状的隔离物的另一方的面上均匀地涂上聚偏氟乙烯的5重量％NMP溶液，粘贴在与先前夹在折缝处的负极5相对置的位置处切断成规定的大小的另外的负极，把上述带状的隔离物长圆状地卷绕半个圆周使得把它夹在中间，然后反复进行边粘贴别的负极边卷绕上述隔离物的工序，形成具有多层的电池叠层体的电池体，边对该电池体加压边进行干燥，制作成图2那样的平板状叠层构造电池体。
采用使已经分别连接到该平板状叠层构造电池体的各自的端部上的集电接头点焊连接的办法使上述平板状叠层构造电池体并联地电连接。再与上述实施例1一样地使平板状叠层构造电池体浸渍于电解液内，进行封口处理后得到二次电池。
在该平板状卷型叠层构造电池体中，也与上述实施例1一样，稳定且维持其原来的形状而无须从外部加压力。在电池形成之后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。电池特性，在重量能量密度方面约为90Wh/kg。即便是在用电流值C/2进行了100次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的80％。
与上述实施例1一样，可以得到薄型化且可以采用任意的形态的、充放电特性优良的锂离子二次电池。
在本实施例中，虽然示出的是一边卷绕已把带状的正极3接合到带状的隔离物4之间的物体，一边把规定大小的多个负极5夹在其间进行粘贴的例子，但是也可以反过来，采用一边卷绕已把带状的负极5接合到带状的隔离物4之间的物体，一边把规定大小的多个正极3夹在其间进行粘贴的方法。
此外，在本实施例中，虽然示出的是卷绕隔离物4的方法，但是也可以是一边折叠已经把带状的负极5或正极3接合到带状的隔离物4之间的物体，一边把规定大小的正极3或负极5夹在中间进行粘贴的方法。
实施例7与上述实施例1一样地进行负极5和正极3的制造。在带状的2块隔离物(ヘキストセラニ-ズ生产セルガ-ド#2400)4之间配置带状的正极3，并把带状的负极5使之突出一定量地配置在一方的隔离物的外侧。在各个隔离物4的内侧的面和配置负极5隔离物4的外侧面上，预先均匀地涂上用来把活性物质粒子粘接到集电体上去的粘接树脂的聚偏氟乙烯的5重量％NMP溶液。使负极5的一端先行一定量地通入到层压机中，接着一边使负极5、隔离物4、正极3、隔离物4重合一边通入层压机，形成带状的叠层物。在带状的叠层物的另一方的隔离物的外侧的面上，均匀地涂敷聚偏氟乙烯的5重量％NMP溶液，使突出出来的负极5折弯后粘贴到该涂敷面上，使层压后的叠层物长圆状地进行卷绕，使得将该折弯后的负极5包进内侧，形成图3那样的具有多层的电极叠层体的电池体，边加热边干燥该电池体，使负极和隔离物和正极同时进行接合，制成平板状卷型叠层构造电池体。与上述实施例1同样地向该平板状卷型叠层构造电池体中注入电解液，进行封口处理，得到电池。
在该平板状卷型叠层构造电池体中，也与上述实施例1的情况一样，稳定且维持其原来的形状而无须从外部加压力。在电池形成之后，去掉铝层压膜，剥下隔离物和电极时，得知在活性物质层已经附着到隔离物上的状态下进行剥下，在电极内部，电极表面附近的活性物质层与隔离物间的粘接强度，与把活性物质层、集电体粘接起来的强度比要大。电池特性，在重量能量密度方面约为80Wh/kg。即便是在用电流值C/2进行了100次的充放电之后，充电容量仍可以维持初期的80％这样高的值。
与上述实施例1一样，可以得到薄型化且可以采用任意的形态的、充放电特性优良的锂离子二次电池。
在本实施例中，虽然示出的是把带状的正极3配置到带状的隔离物4之间，把负极5配置在一方的隔离物4的外侧进行卷绕的例子，但是也可以反过来，是把带状的负极5配置到带状的隔离物4之间，把个正极3配置在一方的隔离物4的外侧进行卷绕的方法。
在上述实施例中，使叠层数进行种种变化，与叠层数成比例地电池容量增加。
比较例把采用使87重量份LiCoO2，8重量份石墨粉(KS-6，ロンザ生产)，作为粘接树脂5重量份的聚偏氟乙烯分散到N-甲基吡咯烷酮(缩写为NMP)中的办法调制成的正极活性物质膏，用刮刀刀片(doctor Blade)法边调整边涂敷到成为正极集电体的厚度为20微米的铝箔上边，厚度约100微米。
把95重量份メソフェ-ズマイケロビ-ズカ-ボン(商品名，大阪瓦斯生产)、作为粘接树脂把5重量份的聚偏氟乙烯分散到N甲基吡咯烷酮中调制成的负极活性物质膏，用刮刀刀片(doctor Blade)法边调整边涂敷到成为负极集电体的厚度为12微米的铜箔上边，厚度约100微米。
把隔离物(ヘキストセラニ-ズ生产セルガ-ド#2400)夹在中间，在已涂敷上上述的正极活性物质层的铝箔和已涂敷上负极活性物质层的铜箔未干燥的时间内，交互地依次进行叠层，从两面挤压，使之干燥，制作图1所示的具有多层的电极叠层体的平板状叠层构造电池体，采用把正极彼此间和负极彼此间点焊焊接的办法并联地进行电连接。接着，向该平板状叠层构造电池体中注入以碳酸亚乙酯和1，2-二甲氧基乙烷为溶剂，以六氟化磷酸锂为电解质的电解液，之后，用铝层压膜进行封装，使之热熔粘接并进行封口处理，完成锂离子二次电池。
制作成的电池稳定且维持原来的形状。电池形成后，去掉铝层压膜，剥离隔离物和电极，得知在剥离之后，只有活性物质稀稀疏疏地附着在隔离物上，电极表面附近的活性物质层和隔离物之间的粘接强度，与电极内部粘接活性物质层和集电体的强度比较极其之低，几乎没有粘接。此外，对电池特性进行了评价，在重量能量密度方面约为70Wh/kg。在用电流值C/2进行了200次的充放电之后，充电容量为初期的40％这样低的值。
事实证明，与上述实施例相比，电池特性恶化了很多，采用用粘接剂使正极和负极和隔离物进行粘贴的办法，可以提高电池特性。换句话说，得知粘接剂、粘接树脂的分布在电池特性的提高方面起着很大的作用。
此外，作为粘接剂，并不是一定要使用与在活性物质层的粘接中使用的粘接剂一样的粘接剂，也可以使用不同的粘接剂。
工业上利用的可能性可以用作便携式个人计算机、手持电话等的便携式电子机器的二次电池，在改善电池的性能的同时，还可以实现小型化、轻重量化和任意形状化。
权利要求
1.一种锂离子二次电池，其特征是具备多层电极叠层体，该电极叠层体由用粘接树脂把正极活性物质粒子接合到正极集电体上构成的正极、用粘接树脂把负极活性物质粒子接合到负极集电体上构成的负极、和配置在上述正极和负极之间并与正极和负极活性物质层接合起来的隔离物构成，并在正极和负极与隔离物具有的空隙中，保持含有锂离子的电解液，上述隔离物与正极和负极活性物质层之间的接合强度，分别是与正极集电体和正极活性物质层以及负极集电体和负极活性物质层的接合强度同等以上的接合强度。
2.权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征是由分别把正极和负极活性物质粒子接合到正极和负极集电体上的粘接树脂，把正极和负极活性物质层与隔离物接合起来。
3.权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征是位于隔离物一侧的活性物质粒子的由粘接树脂实现的覆盖率比位于集电体一侧的活性物质粒子多。
4.权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征是电极叠层体的多个层，是采用使正极和负极交互地配置于切割开来的多个隔离物之间的办法形成的。
5.权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征是电极叠层体的多个层，是采用使正极和负极交互地配置于卷起来的隔离物之间的办法形成的。
6.权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征是电极叠层体的多个层，是采用使正极和负极交互地配置于折叠起来的隔离物之间的办法形成的。
全文摘要
目的是提供一种不使用牢固的壳体,可以维持活性物质层与隔离物之间的电连接,可以实现高能量密度化、薄型化等的任意的形状化,可以得到充放电特性优良而且电池容量大的锂离子二次电池。分别用粘接树脂把正极和负极活性物质粒子接合到正极和负极集电体上,形成正极和负极。用粘接树脂使正极和负极活性物质层与隔离物进行接合,使得隔离物与正极和负极活性物质层之间的接合强度成为与正极集电体和正极活性物质层、负极集电体和负极活性物质层之间的接合强度同等以上,制成具备多层电极叠层体的平板状叠层构造电池体。在正极和负极活性物质层与隔离物具有的空隙内保持含锂离子的电解液,形成电极间的电连接。
文档编号H01M4/02GK1245591SQ97181621
公开日2000年2月23日 申请日期1997年12月15日 优先权日1997年12月15日
发明者吉田育弘, 滨野浩司, 盐田久, 相原茂, 犬冢隆之, 村井道雄, 白神昭 申请人:三菱电机株式会社