锂聚合物二次电池、其制造方法及其制造装置制造方法及图纸

由一对电极和在电极间形成的锂离子传导性凝胶层构成的锂聚合物二次电池的制造方法，其特征是，包括对至少一方的电极，用含有锂盐、非水溶剂、聚合性单体及聚合引发剂，用来形成锂离子传导性凝胶的前驱体溶液在可加压的容器中含浸后，对一方电极加压使其平坦化的工序；和固化前驱体溶液，在一方的电极表面形成锂离子传导性凝胶层的工序。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂聚合物二次电池、其制造方法及其制造装置。详细地说，本专利技术涉及采用锂离子传导性聚合物的锂聚合物二次电池、其制造方法及其制造装置。
技术介绍
锂二次电池因为其理论能量密度与其它电池相比非常高且可以小型轻量化，作为便携电子设备的电源得到充分开发。但是随着便携电子设备的高性能化，也在追求进一步的轻量化、薄型化。此外，也在追求手机等设备得非常频繁的重复充电放电循环的可靠性和安全性。此前的锂二次电池，因为采用在有机溶剂里溶解锂盐的电解液作为正负极之间的电解质，所以为了维持对漏夜等的可靠性使用了铁、铝壳的外包装。因此锂电池的重量和厚度，都受到外包装金属壳的重量、厚度的限制。因此现在盛行开发着电解质不采用液体的锂聚合物二次电池。锂聚合物二次电池采用锂离子导电性聚合物或者锂离子传导性凝胶作为电解质。因为是固体电解质其封装变得容易，外包装可以使用层压铝膜等非常轻的薄材，可以使电池更加轻量化、薄型化。此外可以在内部不短路的方位内尽量减薄。这样的锂聚合物二次电池可以通过下面的方法获得。首先，在正极、负极及多空质隔离层间含浸上前驱体溶液。接着，通过加热、紫外线照射等方法使其固化，在电极表面形成锂离子传导性凝胶，并把锂离子传导性凝胶保持在隔离层上。然后是隔离层介于正负极之间，对整体进行外包装。在正极、负极及隔离层表面制作平整的锂离子传导性凝胶层是很困难的。如果锂离子传导性凝胶层不平整，会易引起电流集中，产生电池的特性特别是循环特性的下降的问题。另外如果为了保证平整性而加厚作为电解质层的锂离子传导性凝胶层，又会产生负荷特性的下降和能量密度低下的问题。例如专利2001-283915号公报中公开了有正极、负极、隔离层及锂离子传导性凝胶层，把有隆起部的电池元件全面均等加压使其小型化和高容量化的方法。但是这个方法会有不完整的部分，产生电流集中、内部微短路等问题。此外在这以前，对于每只电极进行加压时平整化的工艺，介绍得也不详细。本专利技术的专利技术者等，经过严格的研讨，发现了可以在电极表面形成均匀锂离子传导性凝胶层的方法，最终完成了本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供的是由一对电极和电极间形成的锂离子传导性凝胶层构成的锂聚合物二次电池的制造方法，这个制造方法有以下特征包括对至少一方的电极，用含有锂盐、非水溶剂、聚合性单体及聚合引发剂，用来形成锂离子传导性凝胶的前驱体溶液在可加压的容器中含浸后，对一方加压使其平坦化的工序；和固化前驱体溶液，在一方的电极表面形成锂离子传导性凝胶层的工序。按照本专利技术，提供用上述方法制造出来的是锂聚合物二次电池，在一对电极的至少一方电极表面存在锂离子传导性凝胶层。此外按照本专利技术，还提供了一种锂聚合物二次电池制造装置，其中，兼有从电极表面挤出一方的电极、隔离层与另一方电极所含多余前驱体溶液的机构和、把前驱体溶液从电极表面挤出的状态封口的机构。具体实施例方式本专利技术制造方法所适用的锂聚合物二次电池由一对电极和在电极间形成的锂离子传导性凝胶层构成。这里的一对电极是指正极和负极。本专利技术的锂聚合物二次电池的制造方法，包含在可加压的容器中将至少一方的电极，在含有锂盐、非水溶剂、聚合性单体及聚合引发剂，用来形成锂离子导电凝胶的前驱体溶液含浸中后，一方电极加压使其平坦化的工序。用加压来进行的平坦化工序至少对一方的电极实施。在实施了平坦化工序的电极表面，因为形成了同一厚度的锂离子传导性凝胶层(以下也简称凝胶层)，不易引起电流集中，有效防止了电池特性特别是循环特性的下降。而且没有必要为了确保平整性而加厚凝胶层的厚度，提升了电池的负荷特性和能量密度。平坦化工序最好同时对两方电极实施。而且，在使用隔离层时，可以在一方的电极和隔离层层压后进行平坦化，也可以利用加压对隔离层表面实施平坦化。平坦化工序可以照以下方法进行。首先在可加压的容器中，使前驱体溶液含浸在电极或电极与隔离层的层压体上。这里使用的容器，只要不妨碍含浸和加压，没有特别的限制。比如，可举出至少有一个开口的袋子、可保持含浸用前驱体溶液的箱子及其盖子等。其中最好是使用容易处理的袋子。袋子的材料只要能保持前驱体溶液、能耐压，也没有特别的限定。此外，对于含浸，为了使前驱体溶液能够充分渗透到电极内部，最好采用0～24小时常压放置的方法或者减压含浸、加热含浸等方法。而且，在含浸了前驱体溶液的容器中，要尽可能较少电极、前驱体溶液及任意隔离层以外的间隙。间隙过多会使得平坦化工序不充分。可加压的容器从易处理的角度来说，最好使用袋子。袋子的厚度最好在30～200微米。超过200微米袋子自身吸收了用来平坦化的压力，对电极表面进行均等平坦化会变得非常困难。反过来，少于30微米，袋子自身的物理强度很弱恐怕在平坦化时会破裂，再进行平坦化也会非常困难。此外，在利用紫外线等电磁波对前驱体溶液固化时，如果袋子的厚度超过200微米，电磁波的透过率下降，会影响聚合反应。而且这时袋子的电磁波透过率大一点好，适宜于50％以上，最好是80％以上。装有电极、前驱体溶液及任意隔离层的容器需要平坦化。用于平坦化的加压装置，只可以对电极及任意隔离层的表面实施平坦化、并在上面形成同一厚度的凝胶层就可以，没有特别的限定。例如，如图2所示的具有容器保持机构和光滑加压面的加压工具(比如熨斗形状的器具)、图4所示的容器保持机构和滚筒等。此外，还有图5所示的有一定间隔一对滚筒、图6所示的重叠两层一对滚筒的结构也可行。还有，加压面的面积为了能更好地均匀加压，最好大于电极的面积。而且，滚筒的宽度为了更均匀地加压最好要比电极的宽度要大。上述用来于平坦化的加压装置内，适宜使用橡胶制的滚筒。尤其适宜于使用一对橡胶制的滚筒。这样的装置可以同时转动两个滚筒来从两面同时施加压力来实施对电极及任意隔离层表面的平坦化。橡胶制滚筒表面的凹凸以凹部的下端为基准凸部的上端的高度适宜于1～500微米。大于500微米加压时，滚筒的凹凸转写到电极及任意隔离层表面上，表面的平坦化就变得非常困难。小于1微米加压时，滚筒在容器上打滑，结果使得不能充分平坦化。比较适宜的凹凸范围是1～100微米。如果采用袋子容器，袋子的厚度大于200微米时滚筒的凹凸对电极及隔离层表面的影响变小，小于30微米时滚筒的凹凸易转写在电极及任意隔离层上，都使得平坦化工序更加困难。此外，加压可以同时兼有从电极及任意隔离层挤出多余前驱体溶液的功能。这样可以省略电池制造过程中的一个必要环节。举例具体说明。图1(a)～(d)显示的是电极装入袋子后的状态。图中1、4、7、9是袋子，2、5是隔离层，3、8是正极，6、10是负极。图1(a)是装有盖上隔离层的正极的袋子，图1(b)是装有盖上隔离层的负极的袋子，图1(c)是只装有正极的袋子，图1(d)是只装有负极的袋子。制作电池时，可以使用图1(a)和(b)、图1(a)和(d)、图1(c)和(b)的组合，但为了提升能量密度，最好使用图1(a)和(d)、图1(c)和(b)的电极组合。在装有电极和隔离层的袋子中注入前驱体溶液，用一对橡胶滚筒使袋子平坦化，必要时从电极上挤出不要的溶液，对袋子封口。直接加热或者用紫外线等电磁波使其固化。用这种方法可以对电极或者电极及隔离层的表面进行平坦化。在挤出不要的前驱体溶液后马上封口可以达到比较均匀的平坦化，特别是可以使含浸了前驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：虎太直人，西岛主明，西村直人，宇井幸一，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：