【专利交易】【专利代理】【商标和版权申请】【高新技术企业认定】Tel:18215660330

堆叠非水电解质电池及其制造方法和堆叠设备的制作方法

xiaoxiao2020-08-01  2

【专利交易】【专利代理】【商标和版权申请】【高新技术企业认定】Tel:18215660330


专利名称::堆叠非水电解质电池及其制造方法和堆叠设备的制作方法
技术领域
:本发明涉及堆叠非水电解质电池及其制造方法和堆叠设备。特别是,本发明涉及通过在堆叠电极时防止电极偏离其合适的位置来提高其电池质量和性能的堆叠非水电解质电池及其制造方法和用于其的堆叠设备。
背景技术
:作为电子设备,例如手提电话和笔记本私人电脑,近些年进一步倾向于无绳化和便携化发展,厚度、尺寸和重量减小的便携式电子设备已经被接连地开发出来。此外,由于类型和功能的多样化,它们的功耗在增加,并且这需要电池具有更高的容量和更轻的重量作为它们的能源。因此,为了满足这一要求,以及提出了堆叠非水电解质电池,在这其中,包括利用掺杂/去掺杂锂离子的各种类型的锂离子二次电池。在某些锂离子二次电池中,为了取得减少它们的厚度,采用了堆叠类型,其中多个阳极和阴极通过隔离物交替堆叠。在这样的电池中,在一部分上,在阳极集流体lb的两个表面上形成具有阳极活性材料层la的阳极1,通过隔离物3与在阴极集流体2b的两个表面上形成具有阴极活性材料层2a的阴极2相对,阴极2大于阳极1,并且隔离物3的长度等于或者大于阴极2的长度,如图1A所示。在该结构中,锂离子通常穿过隔离物3充电和放电。然而,当阳极1大于隔离物3并且因此相对于阴极2时,如图1B所示,在阳极1直接相对于阴极2的一部分上产生没有通过隔离物3流动的离子,如图中的虛线所示,在电池中造成例如短路和反常发热的问题。此外,如图1C所示,当阳极1不仅大于隔离物3而且大于阴极2时,锂4堆积在阴极2的边缘部分上,并且形成树枝状结晶物,从而引起短路。因此,因为阳极l、阴极2和隔离物3中任何一个的偏离都会大大影响电池的质量,所以需要防止阳极1和阴极2在电池的制造期间或者之后遭受沖击时由于电池内部元件的偏离所引起的二者;f皮此直接相对。因此,提出了密封型片状锂电池,例如日本未审查专利申请公开第10-172565号(下称"专利文献1")所揭示的电池。在该电池中,阳极和阴极至少之一被装入袋状隔离物中,该带状隔离物中边缘部分进行了焊接,并且如图2所示进行堆叠。应当注意的是,在图2中,堆叠了多个阳极l和阴极2,并且通过省略电池的包装材料进行了示出。此外,除了具有专利文献1所揭示的结构的电池之外,例如还提出了这些电池具有螺旋缠绕堆叠的纵向截面结构的电池,其中堆叠的电极主体4每一个都具有通过隔离物3层叠的阳极1和阴极2,同时通过另一片隔离物3螺旋缠绕,如图3所示;以及具有折叠的纵向截面结构的电池,其中阳极1和阴极2交替地插入曲折褶皱的隔离物3的空间中,如图4所示。
发明内容然而,在专利文献1所揭示的电池中,其中阳极和阴极至少之一装入带状的隔离物中,需要具有高定位精度的昂贵的密封设备,以便保证在隔离物的每个边缘具有很小的焊接余量,例如约3mm至4mm,由此增加了制造成本。另外,由于焊接余量,电极不能形成为很大的尺寸,这限制了电池容量的增加。此外,在具有螺旋缠绕堆叠或者折叠纵向截面结构的上述电池中,每个电极以一定间隙插入隔离物之间,从而电极仅通过来自垂直相邻电极的接触力被保持,例如图5A和5B所示。这在施加冲击时会松动保持在其位置上的电极,并且引起电极从其合适位置偏离,很可能削弱电池的质量。此外,对于这些电池,隔离物3必须以特殊的方式折叠,而这必然需要昂贵的设备。此外,在阳极/阴极和隔离物分别交替堆叠的简单构造中,外来物质可能从隔离物和阳极/阴极之间的界面进入,这也很可能阻碍电池反应而削弱电池的质量和安全。因此,希望提供一种具有较好电池质量和性能的堆叠非水电解质电池,及其制造方法和堆叠设备。根据本发明的第一方面,提供有一种堆叠非水电解质电池,其包括多个交替堆叠且由隔离物隔离的阳极和阴极。隔离物沿着阳极和阴极之一的边缘部分具有抬高的边缘部分。多个隔离物的该抬高的边缘部分彼此交叠。根据本发明的第二方面,提供有一种制造堆叠非水电解质电池的方法,包括如下步骤堆叠阳极或者阴极和隔离物,从而抬高隔离物的边缘部分;保持隔离物的该抬高边缘部分的状态以制造电池元件;以及用封装材料封装电池元件。通过反复下面的步骤多次来完成堆叠步骤,吸取阳极或者阴极,吸取隔离物并同时保持吸取阳极或者阴极,在外形保持构件中插入阳极或者阴极和隔离物,使得隔离物的边缘部分被抬高,通过释放吸取阳极或者阴极和隔离物,以将阳极或者阴极和隔离物安装在一起。在本发明的第三方面中,提供一种堆叠设备,用于堆叠阳极、阴极和隔离物,其包括吸取设备和外形保持构件。吸取设备包括电极吸取构件,提供有第一真空机构,由第一真空机构吸取至少阳极或者阴极的边缘部分;隔离物吸取构件,提供有第二真空机构,由第二真空机构吸取隔离物的边缘部分;以及移动构件,用于一起升降电极吸取构件和隔离物吸取构件。外形保持构件在堆叠阳极、阴极和隔离物期间,通过抬高隔离物的边缘部分,保持阳极、阴极和隔离物的外形。图1A至1C是用于图示阳极、阴极和隔离物的布置方法及其问题的示意图;图2是示出现有堆叠非水电解质电池结构实例的截面图;图3是示出现有堆叠非水电解质电池结构实例的截面图;图4是示出现有堆叠非水电解质电池结构实例的截面图;图5A和5B是详细示出图3和4所示的堆叠非水电解质电池结构的示意图;图6A和6B是示出根据本发明实施例的堆叠非水电解质电池结构的实例的示意图;图7A和7B是示出#4居本发明实施例的电池元件结构的示意图;图8是示出根据本发明实施例的阳极和阴极结构的示意图;图9A和9B是示出包括在堆叠设备中的吸取设备结构的示意图,该设备用于制造根据本发明实施例的非水电解质电池;图10A和10B是示出吸取设备怎样吸取电极和隔离物的示意图;图IIA和11B是示出包括在堆叠设备中的吸取设备和外形保持架布置的截面图;图12A至12L是示出电极和隔离物层叠工艺的示意图;图13A和13B是示出当电极和隔离物分别插入时电极和隔离物如何设置的示意图;图14A和14B是用于图示堆叠之后施与振动的方向的示意图;和图15是用于图示通过CT观察到的平面部分的示意图。具体实施方式现在将参照附图描述本发明的实施例。(1)堆叠非水电解质电池的结构图6A示出了根据本发明实施例的堆叠非水电解质电池10的外观,而图6B示出了堆叠非水电解质电池10的结构实例。此外,图7A示出了装入堆叠非水电解质电池io中的电池元件20的俯视图,而图7B示出了沿着电池元件20的a-a,线剖取的截面图。如图6A和6B所示,堆叠非水电解质电池IO通过下面的步骤来制造将电池元件20装入作为封装材料的抗湿气层叠膜27中,注入电解质溶液(未示出),以及然后通过焊接将围绕电池元件20的层叠膜27的边缘部分密封在一起。电池元件20具有阳极端子25和阴极端子26,并且这些电极端子从电池元件20延伸出来作为引线,而夹设在对应的层叠膜27的边缘部分之间。每个阳极端子25和阴极端子26都可以具有覆盖有树脂条的两个表面,以便改善例如对层叠膜27的粘合力。对于该树脂条,采用与制造电极端子的金属具有很好粘合力的材料,例如,酸改性的聚乙烯材料。例如,如图7B所示,通过经隔离物23堆叠多个阳4及21和阴极22并且使用作为固定构件的胶带24固定堆叠的结果物,来构造装入堆叠非水电解质电池10中的电池元件20。每一个隔离物23的边缘都被抬高,并且设置胶带24使得多个隔离物23,优选两个隔离物23,沿着电极片的边缘彼此交叠。胶带24设置在例如三个侧面,这三个侧面是除了引出电极端子的引出侧外的电极侧部和相对于电极引出侧的电极底部。封装材料层叠膜27具有例如层叠结构,其中依次层叠粘合层、金属层和表面保护层。粘合层由聚合物膜形成,该聚合物膜通过加热或超声波与另一片焊接在一起,并且该聚合物膜由例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、浇铸聚丙烯(castedpolypropylene,CPP)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)形成。金属层由金属箔形成,并且其主要作用是防止湿气、氧气和光的进入,来保护相关内含物。金属箔可以由例如铝(Al)制造,这是因为它很轻,具有延展性,价格低,以及良好的加工性能等。除铝之外,其它金属也可以用作金属箔。表面保护层由例如尼龙(Ny)或者聚对苯二曱酸乙二酯(PET)制造,这是由于它们具有好的外观、韧性和柔性等。粘合层一侧的表面是容放表面,用于在其上容放电池元件20。这样形成的层叠膜27具有容器部分27a,其从粘合层侧朝着表面保护层侧挖空。通过将电池元件20装入该容器部分27a,电池元件20的密封性可得以提高。容器部分27a通过深拉伸等形成。非水电解质溶液关于非水电解质溶液,可以采用非水电解质电池通常使用的任何电解盐和有机溶齐寸。具体地讲,非水溶剂包括碳酸乙二酯(ethylenecarbonate,EC)、碳酸丙烯酯(propylenecarbonate,PC)、y-丁内酯、碳酸二曱酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸乙丙酯(ethylpropylcarbonate,EPC),以及用囟素原子取代这些碳酸盐的氬原子获此外,可以采用非水电解质溶液典型采用的任何电解盐。具体地讲,它可以包括LiCl、UBr、Lil、LiC103、LiC104、LiBF4、LiPF6、LiN03、LiN(CF3S()2)2、LiN(C2F5S02)2、LiAsF6、LiCF3S03、LiC(S02CF3)3、LiAlCU和LiSiF6。然而,从氧化稳定性的观点而言,LiPF6和LiBF4是优选的。这些锂盐可以单独使用或者组合使用。只要锂盐可以溶解到任何上面的溶剂中,它可以在任何浓度下溶解而没有问题,但是优选相对于非水溶剂锂离子浓度的范围为0.4mol/kg至2.0mol/kg。电池元件下面将详细描述电池元件20。阳极如图8所示,阳极21包括阳极集流体21b和形成在该阳极集流体21b两个表面上的阳极活性材料层21a。阳极集流体21b由金属箔例如Al箔制造。此外,与阳极集流体21b整体形成的阳极端子25从阳极21的一侧引出作为引线。阳极活性材料层21a通过包含例如阳极活性材料、导电剂和粘合剂形成。关于阳极活性材料,根据希望的电池类型,可以采用金属氧化物、金属硫化物或者特定的聚合物。例如,对于锂离子电池,采用主要由LixM02(M表示一种或者多种过渡金属,x根据电池的充电/放电条件而变化,并且通常范围为0.05至1.10)形成的锂-过渡金属复合氧化物。制造锂复合氧化物的过渡金属包括钴(Co)、镍(Ni)和/或锰(Mn)。锂复合氧化物的具体实例包括LiCo02、LiNi〇2、LiMn204和LiNiyCo,-y()2(0"<1)等。另外,也可以采用通过将部分过渡金属元素取代成另一种元素所获得的各种固溶体,其中LiNio.5Coo.502和LiNio.8Coa202是一些实例。这些锂复合氧化物可以产生高电压,并且在能量密度上很好。此外,作为其他的阳极活性材料,可以采用不包含锂的金属硫化物或者金属氧化物,例如TiS2、MoS2、NbSe2和V205。这些阳极活性材料可以单独^_用或者组合使用。此外,导电剂包括例如碳材料,如碳黑和石墨。粘合剂包括例如聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚四氟乙烯(PTFE)。阴极阴极22包括阴极集流体22b和阴极活性材料22a,阴极集流体22b的夕卜部尺寸大于阳极集流体21b的几个毫米,并且阴极活性材料22a形成在该阴极集流体22b的两个表面上。阴极集流体22b是由例如铜(Cu)、镍(Ni)和不锈钢(SUS)等制造的金属箔。此外,与阴极集流体22b整体形成的阴极端子26从阴极22的一侧引出作为引线,类似于阳极21。阴极活性材料层22a通过包含例如阴极活性材料、必要时的导电剂和粘合剂形成。阴极活性材料包括金属锂、锂合金或者可掺杂/去掺杂锂的碳材料,或者由含金属材料和含碳材料制造的复合材料。具体地讲,可掺杂/去掺杂锂的碳材料可以包括石墨、非石墨化碳和软质碳黑(softcarbon)。更具体地讲,可以采用碳材料,例如热解碳(pyroliticcarbon)、焦炭(沥青焦炭、针状焦、石油焦炭)、石墨、玻璃碳(glassycarbon)、有机高分子化合物烧成体(organicpolymer-compoundbakedbodyX在适当的温度下通过烘焙酚醛树脂或者呋喃树脂等并且对它们进行碳化获得)、碳化纤维和活性炭。此外,可掺杂/去掺杂锂的材料可以包括聚合体,例如聚乙炔(polyacethylene)和聚吡咯,以及如Sn02的氧化物。此外,带有锂的合金材料包括各种金属,其中可以采用锡(Sn)、钴(Co)、铟(In)、铝(Al)、硅(Si)及它们的合金。当采用金属锂时,没有必要采用锂粉用粘合剂形成涂敷膜,而可以替代的是在集流体上压缩粘合滚压的锂金属箔的方法。可以采用的粘合剂包括例如聚偏二氟乙烯(PVdF)和苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)等。隔离物隔离物23由多孔膜制造,该多孔膜由包含聚烯烃的材料如聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)形成,或者该多孔膜由无机材料例如陶瓷无纺纤维形成,并且也可以具有层叠两种或者多种这些多孔膜的结构。所有这些膜中,由聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)形成的多孔膜是有效的。采用比阳极21和阴极22每个的外形尺寸大的隔离物23,以便防止在阳极21和阴极22之间的短路。隔离物23的尺寸根据阳极21和阴极22的尺寸和厚度适当选择,以保证当隔离物与阳极21和阴极22堆叠在一起时至少两个隔离物23片的边缘部分沿着电极的边缘部分交叠。通常,厚度范围为5lam至5(Him的隔离物23是适合于使用的。其厚度范围为7(im至30(im是更为优选的。如果隔离物23太厚,则所填充的活性材料的量减少,这减少了电池容量,并且也减少了离子导电性,这减少了电流特性。相反,如果隔离物23太薄,则膜的机械强度降低。隔离物23可以形成为使得在电池制造工艺中当电解液带电时电解液形成凝胶并且隔离物23由其浸渍。固定构件关于用于固定堆叠状态的阳极21、阴极22和隔离物23的固定构件的胶带24,采用一种带子,该带子在基板的一个表面上具有粘合层,并且其中基板和粘合层具有耐电解溶液的性质。此外,固定构件不限于由聚丙烯(PP)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚对苯二曱酸乙二酯(PET)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)、聚苯硫醚(PPS)或者聚酰亚胺(PI)形成的胶带24,而是也可以包括任何构件,只要它耐电解溶液并且可以保持堆叠状态。(2)堆叠非水电解质电池的制造方法接下来,将描述根据本发明的实施例制造堆叠非水电解质电池10的方法。该制造方法包括如下步骤通过吸取设备将阳极21或者阴极22和隔离物23插入外形保持构件中,该外形保持构件将电极堆叠在希望的位置上,并且一起释放对电极和隔离物23的吸力。这些步骤重复几次,以堆叠多个电极。首先,将描述用于堆叠阳极21、阴极22和隔离物23的堆叠设备。堆叠设备图9A是吸取设备30的截面图,而图9B是吸取设备30的仰视图。吸取设备30具有电极吸取模块31,其是用于吸取阳极21和阴极22的电极吸取构件;隔离物吸取模块32,其是用于吸取隔离物23的隔离物吸取构件;以及升降筒33,其是用于移动电极吸取模块31和隔离物吸取模块32上下的移动构件。电极吸取模块31在其底表面上具有用于吸取阳极21或者阴极22的多个电极吸取孔31b。在由电极吸取孔31b连接到管路的空气耦合31a产生真空时,阳极21或者阴极22被吸取,如图10A所示。应当注意的是,电极吸取孔31b提供在由阳极21或者阴极22任一个中外形尺寸较小的一个限定的区域内的位置上。作为选择,电极吸取孔31b可以通过合适的管路设置提供在电极吸取模块31的中央部分等部分上。然而,此外,电极吸取模块31具有例如凹槽34。关于这种结构,甚至电极吸取模块31和电极接触,凹槽34也会暴露电极,因此易于后续使用胶带24固定电才及。隔离物吸取模块32以围绕电极吸取模块31的方式设置,并且在其底表面上具有用于吸取隔离物23的多个隔离物吸取孔32b。隔离物吸取孔32b提供在隔离吸取模块32的电极吸取模块31侧上的边缘部分上,使得当由从隔离物吸取孔32b连接到管路的空气耦合32a抽真空时,隔离物23被吸取,如图10B所示。隔离物吸取孔32b设置成比隔离物23边缘部分更靠近电极吸取模块31。如此构造的吸取设备30吸取电极和隔离物23,并且之后将电极和隔离物23插入作为外形保持构件的外形保持架35。此时,如图IIA和11B所示,吸取设备30和外形保持架35设置成彼此不干扰。此外,通过设置隔离物吸取模块32和外形保持架35离开凹槽34,构造来使得胶带24的粘合不受妨碍。应当注意的是,为了采用上述的吸取设备30和外形保持架35适当堆叠电极和隔离物23,阴极22和隔离物23的边缘部分的位置优选如下考虑。设置阴极22的大小从而相对于外形保持架35具有很小的间隙,该间隙优选设定成相对于外形保持架35的内部尺寸不小于0.1mm且不大于0.2mm。阴极22相对于外形保持架35的大间隙必然增加其相对于隔离物23边缘部分的间隙,使得隔离物23相对于阴极22过大。这降低了电池的容积效率。此外,当间隙变为太大时,这会造成相邻于阴极22的隔离物23难于抬高的问题。考虑到这一点,较好的是最小化阴极22和外形保持架35之间的间隙。然而,如果间隙太小,减少了从下层抬高的另一个隔离物23片的容放空间,因此阻碍隔离物边缘部分被适当的抬高。阴极22和外形保持架35之间的间隙优选不小于O.lmm。为了使得至少两个隔离物23片彼此交叠,普通类型的隔离物应要求0.lmm的最小间隙,这值等于两个隔离物23片和用于它们的插入的某些间隙的厚度之和。具有更高功能的隔离物可以要求甚至更小的间隙,这是因为隔离物23的厚度限定了所要求的间隙。在此情况下,要求在阴极22插入期间改善定位精度。优选地,外形保持架35使其外部尺寸在其侧边上相对于对应的隔离物23的边缘减小不少于0.4mm且不大于0.6mm;即优选的是,外形保持架35的内部尺寸小于隔离物23的外部尺寸不少于0.8mm且不大于1.2mm。隔离物23要大于外形保持架35的内部尺寸约等于至少两个隔离物片的厚度,该两个隔离物片的边缘部分被抬高并且彼此沿着电极的边缘部分交叠。如果隔离物23变得太大,则隔离物23抬高的边缘部分向内弯曲,使得当插入下一个电才及和隔离物组时插入困难。另外,隔离物吸取模块32的隔离物吸取孔优选提供在隔离物23周边向内不小于0.05mm且不大于0.25mm的位置。如果小于0.05mm,则变得难于调整隔离物23的位置,由此不能吸取隔离物23。如果在0.25mm以上,则隔离物23的边缘部分会朝下,由此隔离物的边缘部分在隔离物被插入外形保持架35时不能被适当抬高。这里,隔离物吸取孔23b的位置由从隔离物23边缘部分到隔离物吸取孔32b的外部区域的直线距离表示。堆叠非水电解质电池的制造采用如上所述的堆叠设备,通过堆叠电极来制造堆叠非水电解质电池10。首先,制造阳极21和阴极22。制造阳极用于阳极集流体21b的材料的金属箔被冲压成要求的形状,以形成阳极集流体21b。此时,金属箔被冲压成这样的形状,使得阳极端子25作为一片从阳极集流体21b的一侧突出,由此阳极集流体21b和阳极端子25形成为一个单元。上述的阳极活性材料、粘合剂和导电剂均匀混合成阳极混合物,并且该阳极混合物分散到溶剂中以制备成浆料。然后,该浆料通过流延法等均匀地涂敷在阳极集流体21b上,之后在高温下干燥去除溶剂。因此,形成阳极活性层21a。应当注意的是,N-曱基-2-p比咯烷酮(NMP)等用作溶剂。只要阳极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂均匀分散都是可接受的,而无论它们的混合比如何。制造阴极用作上述阴极集流体22b材料的金属箔被沖压成要求的形状,以形成阴极集流体22b。此时,阴极集流体22b和阴极端子26形成为一个单元,类似于阳极集流体21b的情形。阴极活性材料层由包含例如阴极活性材料、导电剂及必要时的粘合剂组成。它们均匀地混合成阴极混合物,并且该阴极混合物被分散到溶剂中以制成浆料。然后,该浆料通过流延法等均匀地涂敷在阴极集流体22b上,之后在高温下干燥来去除溶剂。因此,形成阴极活性材料层22a。这里,阴极活性材料、导电剂和粘合剂可以任何比率混合,类似于阳极活性材料层的情形。制造电池元件接下来,通过堆叠阳极21、阴极22和隔离物23来制造电池元件20。堆叠工艺如图12A至12L所示,其中仅示意性地示出了吸取设备30的结构,并且省略了某些参考标号。首先,阴极22由电极吸取模块31吸取(图12A)。然后,吸取设备30由升降筒(未示出)降低,以将阴极22插入外形保持架35(图12B),之后升起(图12C)。然后,阳极21由电极吸取模块31吸取,并且隔离物23由隔离物吸取模块32吸取(图12D)。吸取设备30下降,以同时堆叠隔离物23和阳极21在阴极22上(图12E)。此时,隔离物23的边缘部分由外形保持架35抬高。随后,吸取设备30升起(图12F),并且阴极22由电极吸取模块31吸取,而隔离物23由隔离物吸取模块32吸取(图12G)。然后,吸取设备30下降,以同时堆叠隔离物23和阴极22(图12H)。此时,与阴极22—起堆叠的隔离物23的边缘部分由外形保持架35抬高,并且在每一侧上沿着阴极22的边缘部分,与同阳极21—起堆叠的隔离物23的抬高的边缘部分交叠。在再一次升起吸取设备30后(图121),重复图12D至12I的步骤,直到形成要求的堆叠电极主体。应当注意的是,进行该层叠工艺,使得阳极端子25彼此交叠,并且阴极端子26彼此交叠。此外,在将阴极22堆叠为最上层电极层后,胶带24在电极吸取模块31(未示出)暴露电极的凹槽34粘合到两侧和底部,同时保持吸取设备30按压堆叠的电极,以保持和固定堆叠的电极(图12J)。最后,吸取设备30升起(图12K),并且从外形保持架35取出堆叠的电极,以形成堆叠的电极主体。该堆叠的电极主体中,通过分别将多个阳极端子25与阳极21整体连接成一个单元,并且分别将多个阴极端子26与阴极22整体连接成一个单元,由此形成电池元件20。当吸取隔离物23时,不仅由隔离物吸取模块32的真空吸取,而且在电极和隔离物23之间建立起静电,并且因此可以进行稳定的吸取。此外,如果可能,预先堆叠在一起的电极和隔离物23可以由电极吸取模块31和隔离物吸取模块32—起吸取。制造堆叠非水电解质电池如上所述制造的电池元件20装入通过如图6B所示的深拉伸形成的层叠膜27的容放部分27a中。层叠膜27折叠来使得容放部分27a的开口被覆盖,然后容放部分27a周边的两侧通过例如加热等焊接起来。随后,容放部分27a通过尚未焊接的一侧填充电解质溶液,并且该侧此后通过热焊接密封,由此制造堆叠非水电解质电池10,如图6A所示。层叠膜27可以是如图6B所示的折叠型,或者两个层叠膜27片可以用于从上下夹持电池元件20。如果电极和隔离物彼此单独插入,则隔离物23不能被适当抬高,如图13A所示,并且这引起接下插入的阴极22压在隔离物23的边缘部分上,如图13B所示,这妨碍了多个隔离物23沿着每个电极边缘部分交叠。如果采用吸取设备30,电极和隔离物23堆叠在一起,从而隔离物23被适当抬高,由此制造了根据本实施例的堆叠非水电解质电池10。在如上所述制造的堆叠非水电解质电池中,隔离物的每个边缘部分被抬高,并且多个隔离物沿着电极的每个边缘交叠,由此防止电极偏离其适当的位置,并且防止由于在电极和隔离物之间进入异物而引起的短路和适当电池反应的失效,进一步增强电池的可靠性。另外,与通常使用的螺旋缠绕堆叠类型的电池等相比,可以减少所用隔离物的数量,并且提高容积效率及降低制造成本,因为不需要昂贵的隔离物折叠设备等。此外,电极和隔离物可以通过简单的步骤减少的工艺堆叠,由此提高了产率。实例采用上述的堆叠非水电解质电池,检测了抗振性。在下面的实例中。通过准备如图8所示的阳极和阴极并且其后将它们与隔离物堆叠在一起,制造了图7A和7B所示的电池元件。<实例1>制造阳极通过均匀地混合92wt。/。的钴酸锂(LiCo02)、3wt。/。的粉状聚偏二氟乙烯和5wt。/。粉状石墨来准备阳极混合物,并且该混合物分散到N-曱基-2-吡咯烷酮(NMP),以制造阳极混合物浆料。该阳极混合物浆料均匀地涂敷在将变为阳极集流体的铝(Al)箔的两个表面上,在100°C下真空干燥24小时,并且其后由滚压设备压缩成型,由此形成阳极活性材料层。制造阴极通过均匀地混合91wt。/。的人造石墨和9wto/o粉状聚偏二氟乙烯来准备阴极混合物,并且该混合物分布成N-甲基-2-p比咯烷酮(NMP),以制造阴极混合物浆料。该阴极混合物浆料均匀地涂敷在将变为阴极集流体的铜(Cu)箔的两个表面上,且在120°C下真空干燥24小时,并且其后由滚压设备压缩成型,由此形成阴极活性材料层。应当注意的是,阴极的外部尺寸形成为大于阳极的外部尺寸2mm。制备电解溶液通过在碳酸乙二酯(EC)和^酸酸丙烯酯(PC)以重量比6:4混合的溶剂中溶解0.8mol/kg的LiPF6和0.2mol/kg的LiBF4来准备电解质溶液。制造电池元件采用如图11A和11B所示的堆叠设备,堆叠阳极、阴极和隔离物。它们堆叠的顺序为第一层阴极、隔离物、第一层阳极、隔离物、第二层阴极、隔离物、第二层阳极、…、第十五层阴极、隔离物、第十五层阳极、隔离物、第十六层阴极,并且所得到的层叠物由胶带固定。阳极和阴极堆叠成使得在它们每侧上的边缘部分之间提供lmm的间隙。同样,在阴极边缘部分和外形保持架的内部尺寸之间设定O.lmm的间隙。<实例2〉在堆叠阳极、阴极和隔离物并且固定堆叠结果产物后,在躺卧位置和直立位置上用手摇动堆叠结果产物各五次,如图14A和14B所示。电池元件类似于实例1的情况来制造,除了在堆叠后施加振动之外。<实例3〉在堆叠第一阴极至第十三阴极后,堆叠设备握在手中,并且在堆叠第十三阳极至第十六阴极期间升降。除了上述操作外,电池元件类似于实例l的情况制造。应当注意的是,"在堆叠期间"意味着吸取设备吸取电极和隔离物并且下降到它们堆叠位置的期间。用X-射线CT(计算机X线断层摄影术)对这样制造的电池元件的各实例进行摄像,P表示的平面截面沿着一个电池元件的侧部相交X轴,而Q表示的平面截面沿着一个电池元件的底部相交Z轴,如图15所示。应当注意的是,在每个侧部和底部中,在距离底部角之一15mm的位置上剖取平面截面,并且要观察这些平面截面。在侧部和底部上的堆叠平面截面的CT图像中,检测了下述点。(a)阴极箔的最大偏离在第一至第十六阴极中,选择它们的边缘部分之间的距离最大的两个阴极,并且分析了该距离。在该阴极中,应当注意的是,通过考虑由Cu形成的它们的阴极集流体的边缘部分作为阴极的边缘部分的位置来分析最大偏离,这是因为阴极活性材料层不能通过CT图像观察。(b)阳极箔的最大偏离在第一至第十五阳极中,选择它们的边缘部分之间的距离最大的两个阳极,并且分析了该距离。在该阳极中,应当注意的是,通过考虑阳极活性材料层的边缘部分作为阳极的边缘部分的位置来分析最大偏离,这是因为由Al形成的阳极集流体不能通过CT图像观察。(C)彼此相邻的阳极和阴极之间的最大偏差在所有彼此相邻的阳极和阴极的对中,选择了它们的边缘部分之间的距离为最大的一对阳极和阴极,并且分析了该距离。对于"彼此相邻的阳极和阴极",这是指例如由第十阴极和第十阳极或者第十阳极和第十一阴极组成的任何一对。当该距离等于lmm时,这可以认为是"没有偏差",这是因为在阳极和阴极之间提供了lmm的间隙。此外,通过考虑阳极活性材料层的边缘部分为阳极的边缘部分的位置并且考虑由Cu形成的阴极集流体的边缘部分为阴极的边缘部分的位置来分析最大偏差,这是因为如上所述的由Al箔形成的阳极集流体和阴极活性材料层不能通过CT图像来观察。分析的结果如下表1所示。[表l]<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>与根据实例1没有施加振动的电池元件相比,根据实例2和3在层叠后或者期间施加振动的电池元件在它们的电极中显示出基本上相等的偏差。此外,因为阴极边缘部分和外形保持架之间的间隙为O.lmm且阳极边缘部分和阴极边缘部分之间的间隙为lmm,所以应当理解的是,在作为本发明上述实施例制造的电池元件中,即使在堆叠电极之后或者期间对电池元件施加振动,阳极也不从阴极边缘部分延伸,因此避免了短路等。根据本发明的实施例,固定构件提供来使得隔离物抬高,并且多个抬高的隔离物沿着阳极或者阴极的边缘部分彼此交叠,从而能够防止电极偏离其合适的位置,并且防止异物从堆叠主体的边缘部分进入。此外,在本发明的实施例中,对于隔离物既不需要密封设备也不需要特别的折叠设备,从而可以以简单的工艺制造堆叠非水电解质电池。根据本发明的实施例,提供了可以以简单的工艺制造且具有很好质量及性能的堆叠非水电解质电池,并且提供了用于其的制造方法和堆叠设备。尽管上面已经详细地描述了本发明,但是本发明不限于上述实施例,而可以根据本发明的技术思想进行各种形式上的修改。例如,在上述实施例中提及的数值仅为一个实例,因此必要时可以采用不同数值。此外,该堆叠非水电解质电池可以用作一次电池或者二次电池,并且不仅可以封装在层叠膜中而且可以封装在电池罐中。本申请要求于2007年2月19日提交至日本专利局的日本专利申请第2007-37974号的优先权,其全部内容在此引用作为参考。权利要求1、一种堆叠非水电解质电池,包括多个阳极和阴极,交替地堆叠并且由隔离物隔离,其中该隔离物沿着该阳极和阴极之一的边缘部分具有抬高的边缘部分,并且多个该隔离物的该抬高的边缘部分彼此交叠。2、根据权利要求1所述的堆叠非水电解质电池,其中该隔离物的该抬高的边缘部分的交叠由两个或者多个边缘部分形成。3、根据权利要求1所述的堆叠非水电解质电池,其中由该隔离物隔离的该多个阳极和阴极所组成的堆叠电极主体由固定构件固定成堆叠的状态。4、根据权利要求1所述的堆叠非水电解质电池,其中该阴极包括阴极集流体和阴极活性材料层,该阴极集流体的外部尺寸大于阳极集流体的外部尺寸,并且该阴极活性材料层形成在该阴极集流体的两个表面上。5、根据权利要求3所述的堆叠非水电解质电池,其中该固定构件提供在三侧上,该三侧是除了电极引出侧之外的电极侧部和相对于该电极引出侧的电才及底部。6、根据权利要求3所述的堆叠非水电解质电池,其中该固定构件是胶带。7、一种制造堆叠非水电解质电池的方法,该堆叠非水电解质电池包括多个交替堆叠并且由隔离物隔离的阳极和阴极,该方法包括如下步骤堆叠该隔离物和该阳极或者阴极,使得该隔离物的边缘部分抬高;保持该隔离物的该抬高的边缘部分的状态,以制造电池元件;以及用封装材料封装该电池元件;其中通过重复下述步骤多次来执行该堆叠步骤吸取该阳极或者阴极;吸取该隔离物而保持该阳极或者阴极的吸取;将该阳极或者阴极和该隔离物插入外形保持构件中,使得该隔离物的该边缘部分抬高;以及通过释放该阳极或者阴极和该隔离物的吸取,来安装该阳极或者阴极和该隔离物在一起。8、根据权利要求7所述的制造堆叠非水电解质电池的方法,其中该隔离物的该边缘部分由固定构件保持为抬高状态,该固定构件用于由交替堆叠并且由该隔离物隔离的该多个阳极和阴极组成的堆叠电极主体。9、根据权利要求7所述的制造堆叠非水电解质电池的方法,其中该阳极、该阴极和该隔离物被真空吸取。10、根据权利要求7所述的制造堆叠非水电解质电池的方法,其中该隔离物的该边缘部分被抬起,并且多个该边缘部分在该阳极或者阴极的该边缘部分交叠。11、根据权利要求10所述的制造堆叠非水电解质电池的方法,其中该多个边缘部分由两个边缘部分形成。12、一种堆叠阳极、阴极和隔离物的堆叠设备,包括吸取设备,包括电极吸取构件,提供有第一真空机构,由该第一真空机构至少吸取该阳极或者阴极的周边部分;隔离物吸取构件,提供有第二真空机构,由该第二真空机构吸取该隔离物的周边部分;以及移动构件,用于一起升高或降低该电极吸取构件和该隔离物吸取构件;以及外形保持构件,用于在该阳极、该阴极和该隔离物的堆叠期间,通过抬高该隔离物的边缘部分,来保持该阳极、该阴极和该隔离物的外形。13、根据权利要求12所述的堆叠设备,其中该隔离物由该隔离物吸取构件的该第二真空机构和该阳极或者阴极之间产生的静电吸取。14、根据权利要求12所述的堆叠设备,其中该第一真空机构通过提供在该电极吸取构件的电极吸取表面中的吸耳又孔吸取该阳极或者阴极。15、根据权利要求14所述的堆叠设备,其中该电极吸取构件具有该吸取孔,以至少吸取该阳极或者阴极的该周边部分。16、根据权利要求12所述的堆叠设备,其中该第二真空机构通过提供在该隔离物吸取构件的隔离物吸取表面中的吸取孔吸取该隔离物。17、根据权利要求14所述的堆叠设备,其中该隔离物吸取构件具有提供在其中的该吸取孔,以吸取该隔离物的该周边部分。18、根据权利要求14所述的堆叠设备,其中该吸取孔提供在该隔离物的边舌彖部分之内不小于0.05mm且不大于0.25mm的位置上。19、根据权利要求14所述的堆叠设备,其中该隔离物吸取构件和该外形保持构件提供成彼此不干涉。20、根据权利要求12所述的堆叠设备,其中该外形保持构件形成为其内部尺寸小于该隔离物的外部尺寸。21、根据权利要求12所述的堆叠设备,其中该外形保持构件形成为其内部尺寸小于该隔离物的该外部尺寸不少于0.8mm且不大于1.2mm。22、根据权利要求12所述的堆叠设备,其中该阴极和该外形保持构件之间提供有间隙。23、根据权利要求22所述的堆叠设备,其中该间隙不小于0.1mm且不大于0.2mm。全文摘要本发明提供了一种堆叠非水电解质电池、制造电池的方法和电池的堆叠设备。堆叠非水电解质电池包括多个交替堆叠的电极主体,每个电极主体包括通过隔离物层叠的阳极和阴极。隔离物具有沿着阳极和阴极之一的边缘部分抬高的边缘部分,多个隔离物的抬高的边缘部分彼此交叠。文档编号H01M10/40GK101252208SQ20081008048公开日2008年8月27日申请日期2008年2月19日优先权日2007年2月19日发明者古宫隆申请人:索尼株式会社

【专利交易】【专利代理】【商标和版权申请】【高新技术企业认定】Tel:18215660330

最新回复(0)