电化学装置以及电化学装置的制造方法
专利名称：电化学装置以及电化学装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及电化学装置以及电化学装置的制造方法。
背景技术：
目前已知有卷绕型的电化学装置，其中层叠体朝着中心被卷绕成漩涡状，层叠体具有从外侧起按顺序为第一电极/第一隔离物/第二电极/第二隔离物这样的构造。在很多情况下，层叠体的卷绕方向外侧部通常是由粘结胶带等来进行固定的。另外，目前已知有卷绕型的电化学装置的制造方法，其中，使电极和隔离物绕着互相相对并在旋转轴方向上延伸的卷芯的周围卷绕。现有技术文献 专利文献专利文献I :日本特开平8-339817号公报专利文献2 :日本特开2002-216853号公报专利文献3 :日本特开2002-343411号公报专利文献4 日本特开2002-343420号公报专利文献5 :日本特开2003-123829号公报专利文献6 :日本特开2005-116186号公报专利文献7 :日本特开2006-260904号公报专利文献8 :日本特开2007-123009号公报专利文献9 :日本特开2007-134149号公报专利文献10 :日本特开2007-194130号公报专利文献11 :日本特开2009-163926号公报专利文献12 日本特开平10-64577号公报专利文献13 :日本特开平11-86877号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题(第I发明)关于如此的卷绕型电化学装置，经多次使用后其容量会发生降低，或者会有阻抗变高的倾向，因而产生问题。第I发明就是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种容量和阻抗不容易发生劣化的电化学装置。(第2发明)在制作薄型的卷绕型电化学装置的情况下，有必要减薄卷芯的厚度，通常较多的情况是使用具有一对相对的板的卷芯。于是，本发明人等发现在将电极以及隔离物相对于具有一对相对的板的卷芯进行卷绕之后，在从卷绕体中抽出卷芯时，往往由于卷芯卡在了卷绕体中而产生不良品。本发明人等经过进一步研究之后发现在卷绕体中，如果卷芯的板的两面被隔离物夹持，则卷芯会被卷绕体中的隔尚物卡住而特别各易广生不良品。例如，如图8 (a)所示，只相对于卷芯210的一块板212挂接隔离物208，如图8(b)所示，围绕旋转轴a使卷芯210转半圈，如图8 (c)所示，在另一块板214与隔离物208之间插入一个电极204，并且在隔离物208之间插入另一个电极206，如图8 (d)所示，在卷绕卷芯210时一块板212只被隔离物208包围，所以判断板212在这部分容易被隔离物208卡住。第2发明就是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种能够容易地抽出卷芯的卷绕型电化学装置的制造方法。解决技术问题的手段 (第I发明)本发明人等经研究之后发现关于如此的卷绕型电化学装置，在反复使用的情况下容量和阻抗发生劣化的一个原因是在于使用时产生并蓄积于电化学装置内的气体。具体为，例如，如图4所示，判明在层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe处，如果在最外周的第一电极6与内周侧的第一电极6i之间存在大的间隙V，则在电化学装置内所产生的气体作为气泡蓄积于该间隙V中，从而会顶起第一电极6并使粘结胶带33剥离，又会使电极4，6与隔离物8，9之间产生间隙和错位，由此就会引起容量和阻抗发生劣化。第I发明所涉及的电化学装置具有被卷绕的层叠体，所述层叠体包括卷绕体、电解液以及容纳卷绕体和电解液的外部包装体，卷绕体具有从外侧起按顺序为第一电极/第一隔离物/第二电极/第二隔离物这样的构造。并且，在层叠体的卷绕方向外侧端部，完全满足以下的(a) (C)。(a)第一隔离物以及第二隔离物与第二电极相比，更加向卷绕方向外侧突出。(b)第一电极与第一隔离物以及第二隔离物相比，更加向卷绕方向外侧突出。(C)第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物的上表面相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触；或者，第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与内周侧的第一电极相接触。根据本发明，在最外周的第一电极的端部与内侧周的第一电极之间所会产生的间隙正好被第一隔离物以及第二隔离物占领，所以能够减少间隙的体积。由此，就能够抑制由于产生于该间隙的气泡而引起的电极被顶起和在电极与隔离物之间形成间隙等不良情况的发生。在此，优选在(C)中为前者，即，第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向中心侧倾斜，并与第二隔离物的上表面相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触。
据此，因为第一电极接触于第一隔离物和第二隔离物这两者，所以不容易发生在卷绕时和使用时的在第一电极与两个隔离物之间的位置偏移，特别是容易减小间隙。具体为，已知在电化学装置中，特别是锂离子二次电池等中，在充放电时会发生电极的膨胀和收缩。在这样的情况下，如果要想将卷绕端部的间隙大小保持在一定，则优选在端部对电极以及隔离物作充分固定。在如本发明那样在比较微小的区域需要进行固定的情况下，最好将隔离物的切断端面作为与电极固定的地方。因为隔离物的切断端面有在切断加工时机械硬度变高的倾向，通过使切断端面与电极相接触能够牢固地将电极和隔离物固定。并且，在(C)中的前者的构造的情况下，第一隔离物以及第二隔离物的切断端部都被直接压接在了最外层的第一电极上。因此，就会有能够将第一隔离物以及第二隔离物与第一电极更加牢固地固定的倾向。其结果为，即使经由充放电时的电极膨胀和收缩，间隙的扩大也将会变小，并且本发明的效果将会得到更大的发挥。 (第2发明)第2发明所涉及的电化学装置的制造方法具备以下所述工序第一工序，获得以下所述的状态相对于具有互相相对并在旋转轴方向上延伸的一对板的卷芯，隔离物以只包围一块所述板的方式被挂接，并且，一个电极以所述一个电极的端部位于所述一块板与所述隔离物之间的方式，被配置在所述被挂接的隔离物之间；第二工序，在所述第一工序之后，通过围绕着所述旋转轴旋转所述卷芯，从而将所述一个电极以及从两侧夹持所述一个电极的所述隔离物挂接于另一块所述板上；第三工序，在所述第二工序之后，沿着所述隔离物中的接近于所述另一块板的一侧并且在离开所述卷芯的方向上延伸的部分，配置另一个电极，并且将所述另一个电极的端部配置于所述另一块板与所述隔离物之间；第四工序，在所述第三工序之后，围绕所述旋转轴进一步旋转所述卷芯，从而获得由所述隔离物、所述一个电极以及所述另一个电极构成的卷绕体；抽出工序，从所述卷绕体中抽出所述一对板。根据本发明，在第四工序后的卷绕体中，卷芯的任一块板都是单面与电极相对，哪一块板都不是双面被隔离物所夹持。由此，在抽出工序中，分别能够容易地从卷绕体中抽出一对板，并能够提高生产性。在此，优选在第一工序中，在以只包围卷芯的一块板的方式挂接隔离物之后，以使一个电极的端部位于一块板与隔离物之间的方式，将一个电极配置于被挂接的隔离物之间。据此，一个电极的配置将变得容易。另外，优选在第一工序中，将一个电极的端部配置于，一块板与隔离物之间的部分中的远离另一块板的一侧的部分。据此，一个电极的配置将变得容易。另外，优选在第三工序中，将另一个电极的端部配置于，另一块板与隔离物之间的部分中的远离一块板的一侧的部分。据此，另一个电极的配置将变得容易。另外，隔离物优选为树脂多孔膜。树脂多孔膜特别是在从卷绕体进行抽出的时候容易卡在板上，所以当本发明中隔离物为树脂多孔膜时特别能体现本发明的效果。另外，隔离物的树脂优选为聚丙烯腈。聚丙烯腈特别是光滑性差且容易卡住，所以当本发明中隔离物的树脂为聚丙烯腈时特别能体现本发明的效果。发明效果根据第I发明，能够提供一种容量和阻抗的维持率高的电化学装置。根据第2发明，能够提供一种能够容易地抽出卷芯的卷绕型电化学装置的制造方法。
图I是第I发明的第一实施方式所涉及的电化学装置的斜视图。 图2是图I的II-II截面图。图3是第I发明的第二实施方式所涉及的电化学装置的卷绕方向外侧端部的截面图。图4是第I发明的参考方式所涉及的电化学装置的卷绕方向外侧端部的截面图。图5是由第2发明的实施方式制造的电化学装置的一个例子的锂离子二次电池的截面图。图6的(a)是在第2发明的实施方式中所使用的电极卷绕装置50的概略斜视图，图6的(b)、(c)是从Y方向看图6的电极卷绕装置50的板12，14的时候的各种各样形态。图7的(a) Ce)是按顺序说明第2发明的实施方式所涉及的电化学装置的制造方法的概略截面图。图8的(a) Cd)是按顺序说明第2发明的电化学装置制造方法的参考例的概略截面图。
具体实施例方式以下参照附图并就本发明的优选实施方式进行详细的说明。还有，在图面中将相同符号标注于相同或者相当部分，并省略重复的说明。另外，关于上下左右等的位置关系，只要没有特别的声明，以图面所表示的位置关系为准。再有，图面的尺寸比例并不限定于图示的比例。(第I发明)(第一实施方式)首先，参照图I以及图2，就作为第I发明的实施方式所涉及的卷绕型电化学装置的一个例子的卷绕型锂离子二次电池110，作如下说明。如图I所示，卷绕型锂离子二次电池110包括具有卷绕成漩涡状的层叠体10的卷绕体100，层叠体10具有从外侧起按顺序为正极(第一电极)6/第一隔离物8/负极4 (第二电极)/第二隔离物9的构造。卷绕体100与电解液一起被封入到外部包装体5内。导线22分别被连接于正极6以及负极4，并突出至外部包装体5外。如图2所示，正极6具有带状的正极用集电体6a、覆盖正极用集电体6a双面的正极用活性物质层6b。负极4具有带状的负极用集电体4a、覆盖负极用集电体4a双面的负极用活性物质层4b。
正极用集电体6a的两个面上的正极用活性物质层6b的覆盖率、以及、负极用集电体4a的两个面上的负极用活性物质层4b的覆盖率并没有特别的限定。各个覆盖率越高则越具有锂离子二次电池110的容量变大的倾向。在本实施方式中，除了分别与正极6以及负极4相连接的导线22被设置的部分之外，正极用活性物质层6b覆盖正极用集电体6a的两个面的整体,负极用活性物质层4b覆盖负极用集电体4a的两个面的整体。S卩，如图2所示，正极6与负极4都是，在层叠体10的卷绕方向外侧端部10e，在集电体6a，4a的两个主面上没有集电体的露出部。像这样的构造的卷绕体可以通过切断长尺寸的层叠体而容易地进行制造，所以其制造是容易的。还有，2个电极中位于最外周侧的电极的位于最外周的部分对电化学动作没有贡献，所以也可以是不用活性物质层(正极用活性物质层6b或者负极用活性物质层4b)覆盖其电极的最外周的面的构造。作为正极用集电体6a以及负极用集电体4a，可以使用被用于公知的电化学装置中的集电体，例如可以使用将铜、铝以及镍等成形成为带状的集电体。正极用活性物质层6b是包含正极活性物质(阴极活性物质)、导电助剂以及粘结剂等的层。阴极活性物质只要能够可逆地进行锂离子的吸留以及放出、锂离子的脱离以及嵌 入(intercalation)、或者锂离子与该锂离子的平衡离子(例如PF6 ―)的掺杂以及脱掺杂，则没有特别的限定，可以使用公知的电极活性物质。例如，可以列举钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNi02)、锂猛尖晶石(LiMn204)、以及以通式式 LiNixCoyMnzMaO2 (x+y+z+a=l, O ^ x ^ I,O彡y彡1，0彡z彡1，0彡a彡1，M是选自Al、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn以及Cr的一种以上的元素)所表示的复合金属氧化物、锂钒化合物(LiV205)、橄榄石型LiMPO4 (但是M表示选自Co、Ni、Mn或者Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zr的一种以上的元素或者V0)、钛酸锂(Li4Ti5O12)等复合金属氧化物。作为粘结剂的材质，例如可以列举聚偏氟化乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯一氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟化乙烯(PVF)等氣树脂。另外，除了上述的粘结剂之外，作为粘结剂，例如还可以使用偏氟乙烯-六氟丙烯类氟橡胶(VDF-HFP类氟橡胶)、偏氟乙烯_六氟丙烯_四氟乙烯类氟橡胶(VDF-HFP-TFE类氟橡胶)、偏氟乙烯-五氟丙烯类氟橡胶(VDF-PFP类氟橡胶)、偏氟乙烯-五氟丙烯-四氟乙烯类氟橡胶(VDF-PFP-TFE类氟橡胶)、偏氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚_四氟乙烯类氟橡胶(VDF-PFMVE-TFE类氟橡胶)、偏氟乙烯-一氯三氟乙烯类氟橡胶(VDF-CTFE类氟橡胶)等偏氟乙烯类氟橡胶。再有，除了以上所述，作为粘结剂，例如也可以使用聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、芳香族聚酰胺、纤维素、苯乙烯· 丁二烯橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、乙烯·丙烯橡胶等。另外，也可以使用苯乙烯· 丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物、其氢化物、苯乙烯·乙烯· 丁二烯·苯乙烯共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物、其氢化物等热塑性弹性体状高分子。再有，也可以使用间规1，2_聚丁二烯、乙烯·醋酸乙烯酯共聚物、丙烯· α-烯烃(碳原子数疒12)共聚物等。另外，作为粘结剂，也可以使用电子传导性的导电性高分子或者离子传导性的导电性高分子。作为电子传导性的导电性高分子，例如可以列举聚乙炔等。在此情况下，因为粘结剂还能够发挥导电助剂颗粒的功能，所以也可以不添加导电助剂。作为离子传导性的导电性高分子，例如可以使用具有锂离子等离子的传导性的物质，例如可以列举使高分子化合物(聚氧化乙烯、聚氧化丙烯等聚醚类高分子化合物、聚醚化合物的交联体高分子、聚环氧氯丙烧(polyepichlorohydrine)、聚磷腈(polyphosphazene)、聚娃氧烧、聚乙烯基卩比咯烧酮、聚碳酸亚乙烯酯(polyvinylidenecarbonate) > 聚丙烯腈等)的单体、与、LiC104、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl、LiBr>Li (CF3SO2)2NJiN(C2F5SO2)2锂盐或者将锂作为主体的碱金属盐复合而得到的物质等。作为使用于复合化中的聚合引发剂，例如可以列举适合于上述单体的光聚合引发剂或者热聚合引发剂。粘结剂的含有率优选为将活性物质层的质量作为基准的0. 5飞质量％。如果粘结剂的含量变成小于0. 5质量％，则粘结剂的量过少而变得不能够形成坚固的活性物质层的倾向将变大。另外，如果粘结剂的含有率超过了 6质量％，则对于电容量不作贡献的粘结剂的量变多，且变得难以获得充分的体积能量密度的倾向将变大。另外，在此情况下，特别是如果粘结剂的电子传导性低，则活性物质层的电阻会上升，且变得不能够获得充分的电容 量的倾向将变大。作为导电助剂，例如可列举炭黑类、碳材料、铜、镍、不锈钢、铁等金属微粉末、碳材料和金属微粉末的混合物、ITO等导电性氧化物。导电助剂的含量优选为将活性物质层的质量作为基准的0. 5飞质量％。负极用活性物质层4b是包含负极活性物质(阳极活性物质)、导电助剂以及粘结剂等的层。阳极活性物质只要能够可逆地进行锂离子的吸留以及放出、锂离子的脱离以及嵌入(intercalation)、或者锂离子与该锂离子的平衡离子(例如PF6—)的掺杂以及脱掺杂，则没有特别的限定，可以使用公知的阳极活性物质。作为像这样的活性物质，例如可以列举天然石墨、人造石墨、难石墨化碳(Non-graphitizable carbon)、易石墨化碳(Graphitizablecarbon)、低温度烧成炭等碳材料、Al、Si、Sn、Si等能够与锂进行化合的金属、将SiO、Si0x、SiO2, SnO2等氧化物作为主体的非晶化合物、钛酸锂(Li4Ti5012)、Ti02。其中优选碳材料，更加优选层间距离cU为0. 335 0. 338nm而且晶格的大小Lctltl2为3(Tl20nm的碳材料。作为满足如此条件的碳材料，可以列举人造石墨、MCF (中孔碳纤维)、MCMB (中间相炭微球)等。还有，上述层间距离Clcitl2以及晶格的大小Lctltl2可以由X射线衍射法求得。粘结剂和导电助剂与正极同样。作为隔离物8，9，例如可以使用由电绝缘性的多孔材料形成的隔离物。作为电绝缘性的材料，例如可以列举聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚酯以及聚丙烯腈(PAN)等耐热性树脂等的树脂材料。这些树脂材料既可以是单层体也可以是各种树脂的层叠体。由树脂制成多孔体的制法也没有特别的限定，例如可以列举延伸法以及相转换法等。另外，也可以不是多孔膜，而是这些树脂制纤维的织布或无纺布等。另外，可以使用纤维素等纤维材料。正极6和负极4的厚度并没有特别的限定。例如，正极用集电体6a或者负极用集电体4a的厚度可以是6 25 μ m的程度。正极用活性物质层6b或者负极用活性物质4b的厚度可以是2(Γ200 μ m的程度。隔离物8，9的厚度可以是1(Γ 00 μ m的程度。带状的正极6以及负极4的卷绕方向的长度并没有特别的限定，可以根据卷绕数和容量进行设定，例如可以将卷绕前的全长设置为5(Tl50mm。在卷绕层叠体时的中心部的成为芯的部分的长度例如可以为l(Tl5mm的程度。正极6、负极4以及隔离物8，9的短边方向的长度(宽度)也没有特别的限定，例如可以为IflSmm的程度。卷绕数也没有特别的限定，例如可以为4圈、圈，更为具体的是可以为6圈。电解液L被封入在外部包装体5内。该电解液主要含浸在层叠体10的卷绕体100中，也充满于卷绕体100与外部包装体5之间的间隙中。通常在制造时在真空中施以密封等，以使外部包装体5内不含气体。作为电解液并没有特别的限定，例如在本实施方式中可以使用含有锂盐的电解液(电解质水溶液、使用有机溶剂的电解液)。但是，电解质水溶液由于电化学分解电压较低因而充电时的耐用电压被限制得较低，所以优选为使用有机溶剂的电解液(非水电解液)。作为电解液，适宜使用将锂盐溶解于非水溶剂(有机溶剂)中得到的电解液。作为锂盐，例如可以使用 LiPF6、LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiCF3S03、LiCF3、CF2S03、LiC (CF3SO2) 3、LiN(CF3SO2) 2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2) (C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB 等盐。还有，这些盐既可以单独使用I种也可以合并使用2种以上。 另外，作为有机溶剂，例如优选列举碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等。这些有机溶剂可以单独使用，也可以以任意的比例混合2种以上进行使用。还有，在本实施方式中，电解液除了液状之外，也可以是通过添加凝胶化剂而获得的凝胶状电解质。如图I所示，卷绕体100通过上述4层的层叠体10被卷绕成为扁平的漩涡状而构成，而卷绕中心P附近的构造并没有特别的限定，只要正极6和负极4不发生短路即可。而且，特别是在本实施方式中，如图2所示，在构成卷绕体100的层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe处,完全满足以下的(a) (C)。(a)第一隔离物8以及第二隔离物9与负极(第二电极)4相比，更加向卷绕方向外侦仪图2的左侧)突出。(b)正极(第一电极)6与第一隔离物8以及第二隔离物9相比，更加向卷绕方向外侧突出。(C)第一隔离物8的卷绕方向外侧端部8e在超出负极(第二电极)4的部分向卷绕中心P侧倾斜，并与第二隔离物9的上表面相接触，而且，正极(第一电极)6的卷绕方向外侧端部6e在超出负极(第二电极)4的部分向卷绕中心P侧倾斜，并与第二隔离物9相接触，并且与内周侧的正极(第一电极)6i相接触。在此，所谓卷绕方向外侧，是指沿着进行卷绕的层叠体10的漩涡的方向，并且是指从层叠体10的端部IOe离开的方向。正极6的端部6e优选沿着第一隔离物8的端部Se进行弯曲。在层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe中，各个突出长度并没有特别的限定，例如，相对于负极(第二电极)4，可以使第一隔离物8突出大约2 4mm，可以使第二隔离物9突出约rSmm，并且可以使正极(第一电极)6突出约5 10mm。突出长度例如只要沿着内周侧的正极6i的表面进行测量即可。将向层叠体10的卷绕方向外侧延伸的正极6的外侧端部6e，以推向卷绕体100的内周侧的方式，用粘结胶带33固定于卷绕体100的外周面，从而卷绕构造被固定住。粘结胶带33的厚度为30 μ m左右。根据本实施方式，可以由第一隔离物8以及第二隔离物9，将最外周的正极(第一电极)6的端部6e与内周侧的正极(第一电极)6i之间所产生的间隙恰当地填塞。由此，即使是在使用时在电化学装置内产生气体的情况下，也能够减小形成于卷绕体100的端部IOe内的气泡的尺寸，所以能够抑制由于正极6等的顶起而引起的粘结胶带33的剥离、正极6以及负极4与隔离物8，9之间的间隙的形成、偏位等。由此，就能够抑制伴随于使用的容量和阻抗的劣化。为了制作像这样的电化学装置，可以以使预先卷好的端部IOe的位置满足上述那样的条件的方式，确定层叠体10的4层的每一层的长度，另外，也可以在卷绕之后通过切割各层端部的长度来规定突出长度。(第二实施方式)接着，根据图3来就第I发明的第二实施方式所涉及的电化学装置的一个例子作 如下说明。本实施方式所涉及的电化学装置与第一实施方式不相同的地方只是层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe中的构造，所以只是就此作如下说明。在本实施方式中，第一隔离物8的卷绕方向外侧端部8e在超出负极(第二电极)6的部分向卷绕中心P侧倾斜，并且其下表面与第二隔离物9相接触，并且前端部与内周侧的正极6i相接触，而且，正极(第一电极)6的卷绕方向外侧端部6e在超出负极(第二电极)4的部分向卷绕中心P侧倾斜，并与内周侧的正极6i相接触。正极6的端部6e优选沿着第一隔离物8的端部8e进行弯曲。由此，与现有的相比较，也能够抑制在最外周的正极(第一电极)6的端部6e与内周侧的正极(第一电极)6i之间所产生的间隙的形成。以上就第I发明的优选的一个实施方式作了详细的说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式的说明中，就卷绕型电化学装置为锂离子二次电池的情况作了说明，但是本发明的卷绕型电化学装置并不限定于锂离子二次电池，也可以是金属锂二次电池等锂离子二次电池以外的二次电池、锂电容器、或者双电层电容器(ElectricDouble Layer Capacitor)、电解电容器等。还有,如果是锂离子二次电池以外的电化学装置的情况，则作为电极活性物质，使用适合于各个电化学装置的电极活性物质即可。例如，在电化学装置为双电层电容器的情况下，作为包含于阴极活性物质含有层以及阳极活性物质含有层中的活性物质，例如可以使用乙炔黑、石墨(graphite)、石墨(黒鉛)、活性碳等。另外，作为电解液，例如可以使用将四乙基四氟硼酸铵(TEA-BF4)那样的季铵盐溶解于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙烯酯(DEC)、乙腈等有机溶剂而成的电解液。另外，例如，在电解电容器的情况下，作为电极，例如可以使用具有阳极氧化膜的铝箔、没有阳极氧化膜的铝箔；作为电解液也可以使用公知的电解液。因为在这些锂离子二次电池以外的卷绕型电化学装置中，也会随着使用而引起起因于电解液等的气体的产生，所以会产生同样的效果。另外，在上述电化学装置的制造方法中，即使交换正极6和负极4的情况下也能够取得本发明的效果。另外，在以上所述内容中，是扁平的卷绕型电化学装置，但是即使是圆形或椭圆形的卷绕型电化学装置也能够实施。(实施例A)(实施例A1:EDLC)制作第I发明的第一实施方式(图2)所涉及的双电层电容器(EDLC)。作为集电体是使用厚度为20 μ m的铝箔，作为活性物质是使用厚度为18 μ m的活性碳含有层，作为隔离物是使用厚度为30μπι的纤维素薄片，作为电解液是使用TEA-BF4-PC。在卷绕方向外侧端部10e，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约3mm，使第二隔离物9突出大约6mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。电极的宽度设定为12. 5mm,卷绕圈数为6圈。(实施例A2:EDLC) 除了将卷绕方向外侧端部的构造制成第二实施方式(图3)的构造之外，其余均与实施例Al相同。具体是，在卷绕方向外侧端部，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约6mm,使第二隔离物9突出大约3mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。(实施例A3:LIB)作为正极6，将作为活性物质层的100 μ m的锰酸锂层设置于厚度为20 μ m的集电体上，并且使用LiPF6的PC溶液作为电解液，除此之外，其余均以与实施例Al相同的方法制作第一实施方式所涉及的锂离子二次电池(LIB)。(实施例A4:LIB)作为正极6，将作为活性物质层的100 μ m的锰酸锂层设置于厚度为20 μ m的集电体上，并且使用LiPF6的PC溶液作为电解液，除此之外，其余均以与实施例A2相同的方法制作第二实施方式所涉及的锂离子二次电池。(比较例A1:EDLC)除了将卷绕方向外侧端部的构造制成图4的构造之外，其余均与实施例Al相同。具体是，在卷绕方向外侧端部，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约3mm，使第二隔离物9突出大约3mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。(比较例A2:LIB)除了将卷绕方向外侧端部的构造制成图4的构造之外，其余均与实施例A3相同。具体是，在卷绕方向外侧端部，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约3mm，使第二隔离物9突出大约3mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。(评价)关于EDLC，测定重复20000次充电以及放电后的容量维持率、以及阻抗上升率，上述充电是以500mA进行恒电流-恒电压充电直至2. 5V，上述放电是以500mA进行恒电流-恒电压放电直至I. 5V。关于LIB，测定重复500次充电以及放电后的容量维持率、以及阻抗上升率，上述充电是以500mA进行恒电流-恒电压充电直至4. 2V，上述放电是以500mA进行恒电流-恒电压放电直至3. 2V。结果表不于表I中。[表 I]
ptlI端部形态容量维持率(%) 阻抗上升率(%)
权利要求
1.一种电化学装置，其特征在于 具有被卷绕的层叠体，所述层叠体包括卷绕体、电解液以及容纳所述卷绕体和所述电解液的外部包装体，所述卷绕体具有从外侧起按顺序为第一电极/第一隔离物/第二电极/第二隔离物这样的构造； 在所述层叠体的卷绕方向外侧端部，完全满足以下所述的(a) (c) (a)所述第一隔离物以及第二隔离物与所述第二电极相比，更加向卷绕方向外侧突出； (b)所述第一电极与所述第一隔离物以及所述第二隔离物相比，更加向卷绕方向外侧关出; (c)所述第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物的上表面相接触；而且，所述第一电极的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物相接触，并且与内周侧的所述第一电极相接触；或者， 所述第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物相接触，并且与内周侧的所述第一电极相接触；而且，所述第一电极的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与内周侧的所述第一电极相接触。
2.如权利要求I所述的电化学装置，其特征在于 在所述(C)中，所述第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物的上表面相接触；而且，所述第一电极的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物相接触，并且与内周侧的所述第一电极相接触。
3.一种电化学装置的制造方法，其特征在于 具备以下所述工序 第一工序，获得以下所述的状态相对于具有互相相对并在旋转轴方向上延伸的一对板的卷芯，隔离物以只包围一块所述板的方式被挂接，并且，一个电极以所述一个电极的端部位于所述一块板与所述隔离物之间的方式，被配置在所述被挂接的隔离物之间； 第二工序，在所述第一工序之后，通过围绕着所述旋转轴旋转所述卷芯，从而将所述一个电极以及从两侧夹持所述一个电极的所述隔离物挂接于另一块所述板上； 第三工序，在所述第二工序之后，沿着所述隔离物中的接近于所述另一块板的一侧并且在离开所述卷芯的方向上延伸的部分，配置另一个电极，并且将所述另一个电极的端部配置于所述另一块板与所述隔离物之间； 第四工序，在所述第三工序之后，围绕所述旋转轴进一步旋转所述卷芯，从而获得由所述隔离物、所述一个电极以及所述另一个电极构成的卷绕体； 抽出工序,从所述卷绕体中抽出所述一对板。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于 在所述弟一工序中， 在以只包围所述卷芯的一块板的方式挂接所述隔离物之后， 以使所述一个电极的端部位于所述一块板与所述隔离物之间的方式，将所述一个电极配置于所述被挂接的隔离物之间。
5.如权利要求3或者4所述的方法，其特征在于 在所述第一工序中，将所述一个电极的端部配置于，所述一块板与所述隔离物之间的部分中的远离所述另一块板的一侧的部分。
6.如权利要求3 5中的任意一项所述的方法,其特征在于 在所述第三工序中，将所述另一个电极的端部配置于，所述另一块板与所述隔离物之间的部分中的远离所述一块板的一侧的部分。
7.如权利要求3飞中的任意一项所述的方法，其特征在于 所述隔离物为树脂多孔膜。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于 所述隔离物的树脂为聚丙烯腈。
全文摘要
电化学装置具有被卷绕的层叠体(10)，层叠体(10)包括卷绕体(100)、电解液(L)、容纳卷绕体以及电解液的外部包装体(5)，卷绕体(100)具有从外侧起按顺序为第一电极(6)/第一隔离物(8)/第二电极(4)/第二隔离物(9)的构造，在层叠体的卷绕方向外侧端部(10e)满足以下所述的全部条件。(a)第一隔离物以及第二隔离物与第二电极相比更加向卷绕方向外侧突出。(b)第一电极与第一隔离物以及第二隔离物相比更加向卷绕方向外侧突出。(c)第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜并与第二隔离物的上表面相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触。
文档编号H01M10/04GK102804474SQ201180010557
公开日2012年11月28日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月23日
发明者大桥良彦, 伊藤秀毅, 片井一夫 申请人:Tdk株式会社
技术领域：
本发明涉及电化学装置以及电化学装置的制造方法。
背景技术：
目前已知有卷绕型的电化学装置，其中层叠体朝着中心被卷绕成漩涡状，层叠体具有从外侧起按顺序为第一电极/第一隔离物/第二电极/第二隔离物这样的构造。在很多情况下，层叠体的卷绕方向外侧部通常是由粘结胶带等来进行固定的。另外，目前已知有卷绕型的电化学装置的制造方法，其中，使电极和隔离物绕着互相相对并在旋转轴方向上延伸的卷芯的周围卷绕。现有技术文献 专利文献专利文献I :日本特开平8-339817号公报专利文献2 :日本特开2002-216853号公报专利文献3 :日本特开2002-343411号公报专利文献4 日本特开2002-343420号公报专利文献5 :日本特开2003-123829号公报专利文献6 :日本特开2005-116186号公报专利文献7 :日本特开2006-260904号公报专利文献8 :日本特开2007-123009号公报专利文献9 :日本特开2007-134149号公报专利文献10 :日本特开2007-194130号公报专利文献11 :日本特开2009-163926号公报专利文献12 日本特开平10-64577号公报专利文献13 :日本特开平11-86877号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题(第I发明)关于如此的卷绕型电化学装置，经多次使用后其容量会发生降低，或者会有阻抗变高的倾向，因而产生问题。第I发明就是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种容量和阻抗不容易发生劣化的电化学装置。(第2发明)在制作薄型的卷绕型电化学装置的情况下，有必要减薄卷芯的厚度，通常较多的情况是使用具有一对相对的板的卷芯。于是，本发明人等发现在将电极以及隔离物相对于具有一对相对的板的卷芯进行卷绕之后，在从卷绕体中抽出卷芯时，往往由于卷芯卡在了卷绕体中而产生不良品。本发明人等经过进一步研究之后发现在卷绕体中，如果卷芯的板的两面被隔离物夹持，则卷芯会被卷绕体中的隔尚物卡住而特别各易广生不良品。例如，如图8 (a)所示，只相对于卷芯210的一块板212挂接隔离物208，如图8(b)所示，围绕旋转轴a使卷芯210转半圈，如图8 (c)所示，在另一块板214与隔离物208之间插入一个电极204，并且在隔离物208之间插入另一个电极206，如图8 (d)所示，在卷绕卷芯210时一块板212只被隔离物208包围，所以判断板212在这部分容易被隔离物208卡住。第2发明就是鉴于上述技术问题而做出的，其目的在于提供一种能够容易地抽出卷芯的卷绕型电化学装置的制造方法。解决技术问题的手段 (第I发明)本发明人等经研究之后发现关于如此的卷绕型电化学装置，在反复使用的情况下容量和阻抗发生劣化的一个原因是在于使用时产生并蓄积于电化学装置内的气体。具体为，例如，如图4所示，判明在层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe处，如果在最外周的第一电极6与内周侧的第一电极6i之间存在大的间隙V，则在电化学装置内所产生的气体作为气泡蓄积于该间隙V中，从而会顶起第一电极6并使粘结胶带33剥离，又会使电极4，6与隔离物8，9之间产生间隙和错位，由此就会引起容量和阻抗发生劣化。第I发明所涉及的电化学装置具有被卷绕的层叠体，所述层叠体包括卷绕体、电解液以及容纳卷绕体和电解液的外部包装体，卷绕体具有从外侧起按顺序为第一电极/第一隔离物/第二电极/第二隔离物这样的构造。并且，在层叠体的卷绕方向外侧端部，完全满足以下的(a) (C)。(a)第一隔离物以及第二隔离物与第二电极相比，更加向卷绕方向外侧突出。(b)第一电极与第一隔离物以及第二隔离物相比，更加向卷绕方向外侧突出。(C)第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物的上表面相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触；或者，第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与内周侧的第一电极相接触。根据本发明，在最外周的第一电极的端部与内侧周的第一电极之间所会产生的间隙正好被第一隔离物以及第二隔离物占领，所以能够减少间隙的体积。由此，就能够抑制由于产生于该间隙的气泡而引起的电极被顶起和在电极与隔离物之间形成间隙等不良情况的发生。在此，优选在(C)中为前者，即，第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向中心侧倾斜，并与第二隔离物的上表面相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触。
据此，因为第一电极接触于第一隔离物和第二隔离物这两者，所以不容易发生在卷绕时和使用时的在第一电极与两个隔离物之间的位置偏移，特别是容易减小间隙。具体为，已知在电化学装置中，特别是锂离子二次电池等中，在充放电时会发生电极的膨胀和收缩。在这样的情况下，如果要想将卷绕端部的间隙大小保持在一定，则优选在端部对电极以及隔离物作充分固定。在如本发明那样在比较微小的区域需要进行固定的情况下，最好将隔离物的切断端面作为与电极固定的地方。因为隔离物的切断端面有在切断加工时机械硬度变高的倾向，通过使切断端面与电极相接触能够牢固地将电极和隔离物固定。并且，在(C)中的前者的构造的情况下，第一隔离物以及第二隔离物的切断端部都被直接压接在了最外层的第一电极上。因此，就会有能够将第一隔离物以及第二隔离物与第一电极更加牢固地固定的倾向。其结果为，即使经由充放电时的电极膨胀和收缩，间隙的扩大也将会变小，并且本发明的效果将会得到更大的发挥。 (第2发明)第2发明所涉及的电化学装置的制造方法具备以下所述工序第一工序，获得以下所述的状态相对于具有互相相对并在旋转轴方向上延伸的一对板的卷芯，隔离物以只包围一块所述板的方式被挂接，并且，一个电极以所述一个电极的端部位于所述一块板与所述隔离物之间的方式，被配置在所述被挂接的隔离物之间；第二工序，在所述第一工序之后，通过围绕着所述旋转轴旋转所述卷芯，从而将所述一个电极以及从两侧夹持所述一个电极的所述隔离物挂接于另一块所述板上；第三工序，在所述第二工序之后，沿着所述隔离物中的接近于所述另一块板的一侧并且在离开所述卷芯的方向上延伸的部分，配置另一个电极，并且将所述另一个电极的端部配置于所述另一块板与所述隔离物之间；第四工序，在所述第三工序之后，围绕所述旋转轴进一步旋转所述卷芯，从而获得由所述隔离物、所述一个电极以及所述另一个电极构成的卷绕体；抽出工序，从所述卷绕体中抽出所述一对板。根据本发明，在第四工序后的卷绕体中，卷芯的任一块板都是单面与电极相对，哪一块板都不是双面被隔离物所夹持。由此，在抽出工序中，分别能够容易地从卷绕体中抽出一对板，并能够提高生产性。在此，优选在第一工序中，在以只包围卷芯的一块板的方式挂接隔离物之后，以使一个电极的端部位于一块板与隔离物之间的方式，将一个电极配置于被挂接的隔离物之间。据此，一个电极的配置将变得容易。另外，优选在第一工序中，将一个电极的端部配置于，一块板与隔离物之间的部分中的远离另一块板的一侧的部分。据此，一个电极的配置将变得容易。另外，优选在第三工序中，将另一个电极的端部配置于，另一块板与隔离物之间的部分中的远离一块板的一侧的部分。据此，另一个电极的配置将变得容易。另外，隔离物优选为树脂多孔膜。树脂多孔膜特别是在从卷绕体进行抽出的时候容易卡在板上，所以当本发明中隔离物为树脂多孔膜时特别能体现本发明的效果。另外，隔离物的树脂优选为聚丙烯腈。聚丙烯腈特别是光滑性差且容易卡住，所以当本发明中隔离物的树脂为聚丙烯腈时特别能体现本发明的效果。发明效果根据第I发明，能够提供一种容量和阻抗的维持率高的电化学装置。根据第2发明，能够提供一种能够容易地抽出卷芯的卷绕型电化学装置的制造方法。
图I是第I发明的第一实施方式所涉及的电化学装置的斜视图。 图2是图I的II-II截面图。图3是第I发明的第二实施方式所涉及的电化学装置的卷绕方向外侧端部的截面图。图4是第I发明的参考方式所涉及的电化学装置的卷绕方向外侧端部的截面图。图5是由第2发明的实施方式制造的电化学装置的一个例子的锂离子二次电池的截面图。图6的(a)是在第2发明的实施方式中所使用的电极卷绕装置50的概略斜视图，图6的(b)、(c)是从Y方向看图6的电极卷绕装置50的板12，14的时候的各种各样形态。图7的(a) Ce)是按顺序说明第2发明的实施方式所涉及的电化学装置的制造方法的概略截面图。图8的(a) Cd)是按顺序说明第2发明的电化学装置制造方法的参考例的概略截面图。
具体实施例方式以下参照附图并就本发明的优选实施方式进行详细的说明。还有，在图面中将相同符号标注于相同或者相当部分，并省略重复的说明。另外，关于上下左右等的位置关系，只要没有特别的声明，以图面所表示的位置关系为准。再有，图面的尺寸比例并不限定于图示的比例。(第I发明)(第一实施方式)首先，参照图I以及图2，就作为第I发明的实施方式所涉及的卷绕型电化学装置的一个例子的卷绕型锂离子二次电池110，作如下说明。如图I所示，卷绕型锂离子二次电池110包括具有卷绕成漩涡状的层叠体10的卷绕体100，层叠体10具有从外侧起按顺序为正极(第一电极)6/第一隔离物8/负极4 (第二电极)/第二隔离物9的构造。卷绕体100与电解液一起被封入到外部包装体5内。导线22分别被连接于正极6以及负极4，并突出至外部包装体5外。如图2所示，正极6具有带状的正极用集电体6a、覆盖正极用集电体6a双面的正极用活性物质层6b。负极4具有带状的负极用集电体4a、覆盖负极用集电体4a双面的负极用活性物质层4b。
正极用集电体6a的两个面上的正极用活性物质层6b的覆盖率、以及、负极用集电体4a的两个面上的负极用活性物质层4b的覆盖率并没有特别的限定。各个覆盖率越高则越具有锂离子二次电池110的容量变大的倾向。在本实施方式中，除了分别与正极6以及负极4相连接的导线22被设置的部分之外，正极用活性物质层6b覆盖正极用集电体6a的两个面的整体,负极用活性物质层4b覆盖负极用集电体4a的两个面的整体。S卩，如图2所示，正极6与负极4都是，在层叠体10的卷绕方向外侧端部10e，在集电体6a，4a的两个主面上没有集电体的露出部。像这样的构造的卷绕体可以通过切断长尺寸的层叠体而容易地进行制造，所以其制造是容易的。还有，2个电极中位于最外周侧的电极的位于最外周的部分对电化学动作没有贡献，所以也可以是不用活性物质层(正极用活性物质层6b或者负极用活性物质层4b)覆盖其电极的最外周的面的构造。作为正极用集电体6a以及负极用集电体4a，可以使用被用于公知的电化学装置中的集电体，例如可以使用将铜、铝以及镍等成形成为带状的集电体。正极用活性物质层6b是包含正极活性物质(阴极活性物质)、导电助剂以及粘结剂等的层。阴极活性物质只要能够可逆地进行锂离子的吸留以及放出、锂离子的脱离以及嵌 入(intercalation)、或者锂离子与该锂离子的平衡离子(例如PF6 ―)的掺杂以及脱掺杂，则没有特别的限定，可以使用公知的电极活性物质。例如，可以列举钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNi02)、锂猛尖晶石(LiMn204)、以及以通式式 LiNixCoyMnzMaO2 (x+y+z+a=l, O ^ x ^ I,O彡y彡1，0彡z彡1，0彡a彡1，M是选自Al、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn以及Cr的一种以上的元素)所表示的复合金属氧化物、锂钒化合物(LiV205)、橄榄石型LiMPO4 (但是M表示选自Co、Ni、Mn或者Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zr的一种以上的元素或者V0)、钛酸锂(Li4Ti5O12)等复合金属氧化物。作为粘结剂的材质，例如可以列举聚偏氟化乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物(PFA)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯一氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟化乙烯(PVF)等氣树脂。另外，除了上述的粘结剂之外，作为粘结剂，例如还可以使用偏氟乙烯-六氟丙烯类氟橡胶(VDF-HFP类氟橡胶)、偏氟乙烯_六氟丙烯_四氟乙烯类氟橡胶(VDF-HFP-TFE类氟橡胶)、偏氟乙烯-五氟丙烯类氟橡胶(VDF-PFP类氟橡胶)、偏氟乙烯-五氟丙烯-四氟乙烯类氟橡胶(VDF-PFP-TFE类氟橡胶)、偏氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚_四氟乙烯类氟橡胶(VDF-PFMVE-TFE类氟橡胶)、偏氟乙烯-一氯三氟乙烯类氟橡胶(VDF-CTFE类氟橡胶)等偏氟乙烯类氟橡胶。再有，除了以上所述，作为粘结剂，例如也可以使用聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、芳香族聚酰胺、纤维素、苯乙烯· 丁二烯橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、乙烯·丙烯橡胶等。另外，也可以使用苯乙烯· 丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物、其氢化物、苯乙烯·乙烯· 丁二烯·苯乙烯共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物、其氢化物等热塑性弹性体状高分子。再有，也可以使用间规1，2_聚丁二烯、乙烯·醋酸乙烯酯共聚物、丙烯· α-烯烃(碳原子数疒12)共聚物等。另外，作为粘结剂，也可以使用电子传导性的导电性高分子或者离子传导性的导电性高分子。作为电子传导性的导电性高分子，例如可以列举聚乙炔等。在此情况下，因为粘结剂还能够发挥导电助剂颗粒的功能，所以也可以不添加导电助剂。作为离子传导性的导电性高分子，例如可以使用具有锂离子等离子的传导性的物质，例如可以列举使高分子化合物(聚氧化乙烯、聚氧化丙烯等聚醚类高分子化合物、聚醚化合物的交联体高分子、聚环氧氯丙烧(polyepichlorohydrine)、聚磷腈(polyphosphazene)、聚娃氧烧、聚乙烯基卩比咯烧酮、聚碳酸亚乙烯酯(polyvinylidenecarbonate) > 聚丙烯腈等)的单体、与、LiC104、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiCl、LiBr>Li (CF3SO2)2NJiN(C2F5SO2)2锂盐或者将锂作为主体的碱金属盐复合而得到的物质等。作为使用于复合化中的聚合引发剂，例如可以列举适合于上述单体的光聚合引发剂或者热聚合引发剂。粘结剂的含有率优选为将活性物质层的质量作为基准的0. 5飞质量％。如果粘结剂的含量变成小于0. 5质量％，则粘结剂的量过少而变得不能够形成坚固的活性物质层的倾向将变大。另外，如果粘结剂的含有率超过了 6质量％，则对于电容量不作贡献的粘结剂的量变多，且变得难以获得充分的体积能量密度的倾向将变大。另外，在此情况下，特别是如果粘结剂的电子传导性低，则活性物质层的电阻会上升，且变得不能够获得充分的电容 量的倾向将变大。作为导电助剂，例如可列举炭黑类、碳材料、铜、镍、不锈钢、铁等金属微粉末、碳材料和金属微粉末的混合物、ITO等导电性氧化物。导电助剂的含量优选为将活性物质层的质量作为基准的0. 5飞质量％。负极用活性物质层4b是包含负极活性物质(阳极活性物质)、导电助剂以及粘结剂等的层。阳极活性物质只要能够可逆地进行锂离子的吸留以及放出、锂离子的脱离以及嵌入(intercalation)、或者锂离子与该锂离子的平衡离子(例如PF6—)的掺杂以及脱掺杂，则没有特别的限定，可以使用公知的阳极活性物质。作为像这样的活性物质，例如可以列举天然石墨、人造石墨、难石墨化碳(Non-graphitizable carbon)、易石墨化碳(Graphitizablecarbon)、低温度烧成炭等碳材料、Al、Si、Sn、Si等能够与锂进行化合的金属、将SiO、Si0x、SiO2, SnO2等氧化物作为主体的非晶化合物、钛酸锂(Li4Ti5012)、Ti02。其中优选碳材料，更加优选层间距离cU为0. 335 0. 338nm而且晶格的大小Lctltl2为3(Tl20nm的碳材料。作为满足如此条件的碳材料，可以列举人造石墨、MCF (中孔碳纤维)、MCMB (中间相炭微球)等。还有，上述层间距离Clcitl2以及晶格的大小Lctltl2可以由X射线衍射法求得。粘结剂和导电助剂与正极同样。作为隔离物8，9，例如可以使用由电绝缘性的多孔材料形成的隔离物。作为电绝缘性的材料，例如可以列举聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、聚酯以及聚丙烯腈(PAN)等耐热性树脂等的树脂材料。这些树脂材料既可以是单层体也可以是各种树脂的层叠体。由树脂制成多孔体的制法也没有特别的限定，例如可以列举延伸法以及相转换法等。另外，也可以不是多孔膜，而是这些树脂制纤维的织布或无纺布等。另外，可以使用纤维素等纤维材料。正极6和负极4的厚度并没有特别的限定。例如，正极用集电体6a或者负极用集电体4a的厚度可以是6 25 μ m的程度。正极用活性物质层6b或者负极用活性物质4b的厚度可以是2(Γ200 μ m的程度。隔离物8，9的厚度可以是1(Γ 00 μ m的程度。带状的正极6以及负极4的卷绕方向的长度并没有特别的限定，可以根据卷绕数和容量进行设定，例如可以将卷绕前的全长设置为5(Tl50mm。在卷绕层叠体时的中心部的成为芯的部分的长度例如可以为l(Tl5mm的程度。正极6、负极4以及隔离物8，9的短边方向的长度(宽度)也没有特别的限定，例如可以为IflSmm的程度。卷绕数也没有特别的限定，例如可以为4圈、圈，更为具体的是可以为6圈。电解液L被封入在外部包装体5内。该电解液主要含浸在层叠体10的卷绕体100中，也充满于卷绕体100与外部包装体5之间的间隙中。通常在制造时在真空中施以密封等，以使外部包装体5内不含气体。作为电解液并没有特别的限定，例如在本实施方式中可以使用含有锂盐的电解液(电解质水溶液、使用有机溶剂的电解液)。但是，电解质水溶液由于电化学分解电压较低因而充电时的耐用电压被限制得较低，所以优选为使用有机溶剂的电解液(非水电解液)。作为电解液，适宜使用将锂盐溶解于非水溶剂(有机溶剂)中得到的电解液。作为锂盐，例如可以使用 LiPF6、LiClO4, LiBF4, LiAsF6, LiCF3S03、LiCF3、CF2S03、LiC (CF3SO2) 3、LiN(CF3SO2) 2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2) (C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、LiBOB 等盐。还有，这些盐既可以单独使用I种也可以合并使用2种以上。 另外，作为有机溶剂，例如优选列举碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等。这些有机溶剂可以单独使用，也可以以任意的比例混合2种以上进行使用。还有，在本实施方式中，电解液除了液状之外，也可以是通过添加凝胶化剂而获得的凝胶状电解质。如图I所示，卷绕体100通过上述4层的层叠体10被卷绕成为扁平的漩涡状而构成，而卷绕中心P附近的构造并没有特别的限定，只要正极6和负极4不发生短路即可。而且，特别是在本实施方式中，如图2所示，在构成卷绕体100的层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe处,完全满足以下的(a) (C)。(a)第一隔离物8以及第二隔离物9与负极(第二电极)4相比，更加向卷绕方向外侦仪图2的左侧)突出。(b)正极(第一电极)6与第一隔离物8以及第二隔离物9相比，更加向卷绕方向外侧突出。(C)第一隔离物8的卷绕方向外侧端部8e在超出负极(第二电极)4的部分向卷绕中心P侧倾斜，并与第二隔离物9的上表面相接触，而且，正极(第一电极)6的卷绕方向外侧端部6e在超出负极(第二电极)4的部分向卷绕中心P侧倾斜，并与第二隔离物9相接触，并且与内周侧的正极(第一电极)6i相接触。在此，所谓卷绕方向外侧，是指沿着进行卷绕的层叠体10的漩涡的方向，并且是指从层叠体10的端部IOe离开的方向。正极6的端部6e优选沿着第一隔离物8的端部Se进行弯曲。在层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe中，各个突出长度并没有特别的限定，例如，相对于负极(第二电极)4，可以使第一隔离物8突出大约2 4mm，可以使第二隔离物9突出约rSmm，并且可以使正极(第一电极)6突出约5 10mm。突出长度例如只要沿着内周侧的正极6i的表面进行测量即可。将向层叠体10的卷绕方向外侧延伸的正极6的外侧端部6e，以推向卷绕体100的内周侧的方式，用粘结胶带33固定于卷绕体100的外周面，从而卷绕构造被固定住。粘结胶带33的厚度为30 μ m左右。根据本实施方式，可以由第一隔离物8以及第二隔离物9，将最外周的正极(第一电极)6的端部6e与内周侧的正极(第一电极)6i之间所产生的间隙恰当地填塞。由此，即使是在使用时在电化学装置内产生气体的情况下，也能够减小形成于卷绕体100的端部IOe内的气泡的尺寸，所以能够抑制由于正极6等的顶起而引起的粘结胶带33的剥离、正极6以及负极4与隔离物8，9之间的间隙的形成、偏位等。由此，就能够抑制伴随于使用的容量和阻抗的劣化。为了制作像这样的电化学装置，可以以使预先卷好的端部IOe的位置满足上述那样的条件的方式，确定层叠体10的4层的每一层的长度，另外，也可以在卷绕之后通过切割各层端部的长度来规定突出长度。(第二实施方式)接着，根据图3来就第I发明的第二实施方式所涉及的电化学装置的一个例子作 如下说明。本实施方式所涉及的电化学装置与第一实施方式不相同的地方只是层叠体10的卷绕方向外侧端部IOe中的构造，所以只是就此作如下说明。在本实施方式中，第一隔离物8的卷绕方向外侧端部8e在超出负极(第二电极)6的部分向卷绕中心P侧倾斜，并且其下表面与第二隔离物9相接触，并且前端部与内周侧的正极6i相接触，而且，正极(第一电极)6的卷绕方向外侧端部6e在超出负极(第二电极)4的部分向卷绕中心P侧倾斜，并与内周侧的正极6i相接触。正极6的端部6e优选沿着第一隔离物8的端部8e进行弯曲。由此，与现有的相比较，也能够抑制在最外周的正极(第一电极)6的端部6e与内周侧的正极(第一电极)6i之间所产生的间隙的形成。以上就第I发明的优选的一个实施方式作了详细的说明，但是本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式的说明中，就卷绕型电化学装置为锂离子二次电池的情况作了说明，但是本发明的卷绕型电化学装置并不限定于锂离子二次电池，也可以是金属锂二次电池等锂离子二次电池以外的二次电池、锂电容器、或者双电层电容器(ElectricDouble Layer Capacitor)、电解电容器等。还有,如果是锂离子二次电池以外的电化学装置的情况，则作为电极活性物质，使用适合于各个电化学装置的电极活性物质即可。例如，在电化学装置为双电层电容器的情况下，作为包含于阴极活性物质含有层以及阳极活性物质含有层中的活性物质，例如可以使用乙炔黑、石墨(graphite)、石墨(黒鉛)、活性碳等。另外，作为电解液，例如可以使用将四乙基四氟硼酸铵(TEA-BF4)那样的季铵盐溶解于碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙烯酯(DEC)、乙腈等有机溶剂而成的电解液。另外，例如，在电解电容器的情况下，作为电极，例如可以使用具有阳极氧化膜的铝箔、没有阳极氧化膜的铝箔；作为电解液也可以使用公知的电解液。因为在这些锂离子二次电池以外的卷绕型电化学装置中，也会随着使用而引起起因于电解液等的气体的产生，所以会产生同样的效果。另外，在上述电化学装置的制造方法中，即使交换正极6和负极4的情况下也能够取得本发明的效果。另外，在以上所述内容中，是扁平的卷绕型电化学装置，但是即使是圆形或椭圆形的卷绕型电化学装置也能够实施。(实施例A)(实施例A1:EDLC)制作第I发明的第一实施方式(图2)所涉及的双电层电容器(EDLC)。作为集电体是使用厚度为20 μ m的铝箔，作为活性物质是使用厚度为18 μ m的活性碳含有层，作为隔离物是使用厚度为30μπι的纤维素薄片，作为电解液是使用TEA-BF4-PC。在卷绕方向外侧端部10e，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约3mm，使第二隔离物9突出大约6mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。电极的宽度设定为12. 5mm,卷绕圈数为6圈。(实施例A2:EDLC) 除了将卷绕方向外侧端部的构造制成第二实施方式(图3)的构造之外，其余均与实施例Al相同。具体是，在卷绕方向外侧端部，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约6mm,使第二隔离物9突出大约3mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。(实施例A3:LIB)作为正极6，将作为活性物质层的100 μ m的锰酸锂层设置于厚度为20 μ m的集电体上，并且使用LiPF6的PC溶液作为电解液，除此之外，其余均以与实施例Al相同的方法制作第一实施方式所涉及的锂离子二次电池(LIB)。(实施例A4:LIB)作为正极6，将作为活性物质层的100 μ m的锰酸锂层设置于厚度为20 μ m的集电体上，并且使用LiPF6的PC溶液作为电解液，除此之外，其余均以与实施例A2相同的方法制作第二实施方式所涉及的锂离子二次电池。(比较例A1:EDLC)除了将卷绕方向外侧端部的构造制成图4的构造之外，其余均与实施例Al相同。具体是，在卷绕方向外侧端部，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约3mm，使第二隔离物9突出大约3mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。(比较例A2:LIB)除了将卷绕方向外侧端部的构造制成图4的构造之外，其余均与实施例A3相同。具体是，在卷绕方向外侧端部，相对于负极(第二电极)4，使第一隔离物8突出大约3mm，使第二隔离物9突出大约3mm,使正极(第一电极)6突出大约9mm。(评价)关于EDLC，测定重复20000次充电以及放电后的容量维持率、以及阻抗上升率，上述充电是以500mA进行恒电流-恒电压充电直至2. 5V，上述放电是以500mA进行恒电流-恒电压放电直至I. 5V。关于LIB，测定重复500次充电以及放电后的容量维持率、以及阻抗上升率，上述充电是以500mA进行恒电流-恒电压充电直至4. 2V，上述放电是以500mA进行恒电流-恒电压放电直至3. 2V。结果表不于表I中。[表 I]
ptlI端部形态容量维持率(%) 阻抗上升率(%)
权利要求
1.一种电化学装置，其特征在于 具有被卷绕的层叠体，所述层叠体包括卷绕体、电解液以及容纳所述卷绕体和所述电解液的外部包装体，所述卷绕体具有从外侧起按顺序为第一电极/第一隔离物/第二电极/第二隔离物这样的构造； 在所述层叠体的卷绕方向外侧端部，完全满足以下所述的(a) (c) (a)所述第一隔离物以及第二隔离物与所述第二电极相比，更加向卷绕方向外侧突出； (b)所述第一电极与所述第一隔离物以及所述第二隔离物相比，更加向卷绕方向外侧关出; (c)所述第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物的上表面相接触；而且，所述第一电极的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物相接触，并且与内周侧的所述第一电极相接触；或者， 所述第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物相接触，并且与内周侧的所述第一电极相接触；而且，所述第一电极的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与内周侧的所述第一电极相接触。
2.如权利要求I所述的电化学装置，其特征在于 在所述(C)中，所述第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物的上表面相接触；而且，所述第一电极的卷绕方向外侧端部在超出所述第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，并与所述第二隔离物相接触，并且与内周侧的所述第一电极相接触。
3.一种电化学装置的制造方法，其特征在于 具备以下所述工序 第一工序，获得以下所述的状态相对于具有互相相对并在旋转轴方向上延伸的一对板的卷芯，隔离物以只包围一块所述板的方式被挂接，并且，一个电极以所述一个电极的端部位于所述一块板与所述隔离物之间的方式，被配置在所述被挂接的隔离物之间； 第二工序，在所述第一工序之后，通过围绕着所述旋转轴旋转所述卷芯，从而将所述一个电极以及从两侧夹持所述一个电极的所述隔离物挂接于另一块所述板上； 第三工序，在所述第二工序之后，沿着所述隔离物中的接近于所述另一块板的一侧并且在离开所述卷芯的方向上延伸的部分，配置另一个电极，并且将所述另一个电极的端部配置于所述另一块板与所述隔离物之间； 第四工序，在所述第三工序之后，围绕所述旋转轴进一步旋转所述卷芯，从而获得由所述隔离物、所述一个电极以及所述另一个电极构成的卷绕体； 抽出工序,从所述卷绕体中抽出所述一对板。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于 在所述弟一工序中， 在以只包围所述卷芯的一块板的方式挂接所述隔离物之后， 以使所述一个电极的端部位于所述一块板与所述隔离物之间的方式，将所述一个电极配置于所述被挂接的隔离物之间。
5.如权利要求3或者4所述的方法，其特征在于 在所述第一工序中，将所述一个电极的端部配置于，所述一块板与所述隔离物之间的部分中的远离所述另一块板的一侧的部分。
6.如权利要求3 5中的任意一项所述的方法,其特征在于 在所述第三工序中，将所述另一个电极的端部配置于，所述另一块板与所述隔离物之间的部分中的远离所述一块板的一侧的部分。
7.如权利要求3飞中的任意一项所述的方法，其特征在于 所述隔离物为树脂多孔膜。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于 所述隔离物的树脂为聚丙烯腈。
全文摘要
电化学装置具有被卷绕的层叠体(10)，层叠体(10)包括卷绕体(100)、电解液(L)、容纳卷绕体以及电解液的外部包装体(5)，卷绕体(100)具有从外侧起按顺序为第一电极(6)/第一隔离物(8)/第二电极(4)/第二隔离物(9)的构造，在层叠体的卷绕方向外侧端部(10e)满足以下所述的全部条件。(a)第一隔离物以及第二隔离物与第二电极相比更加向卷绕方向外侧突出。(b)第一电极与第一隔离物以及第二隔离物相比更加向卷绕方向外侧突出。(c)第一隔离物的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜并与第二隔离物的上表面相接触；而且，第一电极的卷绕方向外侧端部在超出第二电极的部分向卷绕的中心侧倾斜，与第二隔离物相接触，并且与内周侧的第一电极相接触。
文档编号H01M10/04GK102804474SQ201180010557
公开日2012年11月28日 申请日期2011年2月17日 优先权日2010年2月23日
发明者大桥良彦, 伊藤秀毅, 片井一夫 申请人:Tdk株式会社
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