非水电解质电池制造技术

公开了一种能防止水侵入和容量下降的非水电解质电池。按照本发明专利技术的非水电解质电池含有外壳，由叠层膜组成；和单元电池，容纳在所述外壳中，并具有用热来密封外壳边缘的结构，其中当假定能渗入热融接树脂层的水量是Ｒ（ｇ／ｍ↑［２］.天），热融接树脂层为厚度Ｔ（μｍ）的外壳最内层，热密封部分的树脂的横截面面积为Ｓ（ｃｍ↑［２］），热密封部分的平均宽度是Ｗ（ｃｍ），而单元电池的容量是Ｃ（Ｗｈ），满足如下关系：（Ｔ×Ｒ×Ｓ）／（Ｗ×Ｃ）≤０．９６μｇ／Ｗｈ.天。当采用上述结构时，水侵入速率可下降到３５０μｇ／Ｗｈ.年或更低。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非水电解质电池，该非水电解质电池含有单元电池容纳其中的由叠层膜组成的外壳。
技术介绍
近年来，以移动电话、笔记本个人电脑为代表的各种便携式电子设备已逐渐无绳化和便携化。因此，已连续研制出各种厚度薄、尺寸小巧和重量轻的便携式电子设备。由于设备变化极大，提高了设备所需的电功率数量。因此作为设备能源的电池特别是二次电池需要具有较大的容量。至于传统二次电池，已知有铅电池和镍-镉电池。此外，新的二次电池例如镍-氢电池和锂-离子电池已得到实际应用。不过上述二次电池均含有充当电解质的溶液，遇到的问题是液体的泄漏。为解决上述问题，已研制出含有由电解质溶液溶胀并充当电解质的聚合物凝胶的聚合物锂-离子二次电池。由于已研制出聚合物锂-离子二次电池，可防止电池的溶液泄漏问题。因此，可实现尺寸小、重量轻、厚度薄和能量密度高的二次电池。现对聚合物锂-离子二次电池的结构进行描述。由薄铝板组成的正极集电体上层叠由LiCoO2和石墨构成的活性材料。此外，由碳、焦炭、石墨等组成的活性材料层叠在薄铜板构成的负极集电体上，由此构成电极。此外，因聚丙烯或聚乙烯组成的并形成具有孔的薄膜的隔板夹在电极之间。此外，聚合物凝胶电解质例如聚丙烯腈(PAN)、聚环氧乙烷(PEO)或聚偏氟乙烯(PVDF)密封在电极与隔板之中的空间内。因此，聚合物锂-离子二次电池具有夹心结构。具有夹心结构的单元电池封装在外壳内，外壳充当封装容器并由金属箔例如铝以及由尼龙、聚乙烯、聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二酯组成的塑料薄膜构成。专利技术要解决的课题当使用铝叠层包装充当锂-离子电池的外壳时，可实现重量和厚度的降低。然而，与传统金属容器(电池壳)相比，水分侵入较多。因此，由于水的分解而消耗锂离子以及产生分解的气体、氢氟酸等。因此，产生电池容量极大降低的问题。当单位电池容量(Wh)中侵入350μg或更大数量的水分时，容量降低到80％以下。因此，需要容量不降低的电池封装，即，利用该电池封装，把不希望侵入电池封装中的水分降低到至少不大于上述值的值。专利技术的公开鉴于上述情况，本专利技术的目的是提供能防止水分侵入和容量降低的非水电解质电池。为实现上述目的，本专利技术的专利技术者长时间致力于对该现象进行研究。结果，发现水分侵入是通过热融接部分扩散到树脂中而引起的。因此，使用水分透过量小的热融接树脂和尽量减小水扩散路径的开度能使水分侵入速率下降到单位容量(Wh)350μg/年或更小。因此，确定了本专利技术。按照本专利技术的一个方面，提供非水电解质电池，包括外壳，由叠层膜构成；和单元电池，容纳在外壳中，单元电池具有外壳边缘利用热密封的结构，其中当假定能渗入热融接树脂层的水量是R(g/m2·天)，热融接树脂层为厚度T(μm)的外壳最内层，热密封部分的树脂的横截面面积为S(cm2)，热密封部分的平均宽度是W(cm)，而单元电池的容量是C(Wh)，满足如下关系(T×R×S)/(W×C)≤0.96μg/Wh·天当采用上述设定，水侵入速率可降低到350μg/Wh·年以下。结果，可防止由于水的分解而发生锂离子的消耗以及分解气体和氢氟酸的产生，防止所引起的电池容量降低。附图的简要说明附图说明图1是表示按照本专利技术的固体电解质电池的结构实施例的分解透视图；图2是表示按照本专利技术的固体电解质电池的结构实施例的示意透视图；图3是表示外壳结构的实施例的横截面图；图4是表示密封部分的示意图。实施专利技术的最佳方式参考附图，现描述按照本专利技术的非水电解质电池的结构。例如，按照本专利技术的非水电解质电池是固体电解质电池或凝胶状电解质电池。如图1和2所示，单元电池1包含位于正极活性材料层和负极活性材料层之间的固体电解质或凝胶状电解质。单元电池1容纳在由叠层膜组成的外壳2中，用热融接外壳2的边缘。单元电池1设有负极引线3和正极引线4，负极引线3与构成单元电池1的负极电连接，正极引线4与构成单元电池1的正极电连接。负极引线3和正极引线4拉出到外壳2的外面部分。如图3所示，按照本专利技术的外壳2的结构通过将塑料膜21和23粘接到薄金属膜22而形成。为密封内部部分的目的，提供有塑料膜(热融接树脂层)23，将单元电池1通过采用热融接密封在内部。塑料膜23由聚烯烃树脂例如聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯或改性聚丙烯组成。由于水的侵入主要是由经树脂发生的扩散而引起的，本专利技术的结构是优化密封树脂的厚度、宽度和长度等。采用设计可使当假定能渗入热融接树脂层的水量是R(g/m2·天)，热融接树脂层为厚度T(μm)的外壳最内层，热密封部分的树脂的横截面面积为S(cm2)，热密封部分的平均宽度是W(cm)，而单元电池的容量是C(Wh)，满足如下关系(T×R×S)/(W×C)≤0.96μg/Wh·天热密封部分的面积S由金属箔部件之间的距离D和外壳2的热融接部分的金属箔长度L确定。如图3所示，金属箔部件之间的距离D基本上由塑料膜23的厚度t确定，塑料膜23为热融接树脂层。不过金属箔部件之间的距离D也可因热融接条件等而有若干改变。密封部分的长度L为密封部分10的内侧长度L1+L2+L3，密封部分10由热融接树脂层形成。因此，树脂的横截面面积S如下表示S=D×(L1+L2+L3)同样，热密封部分的宽度如图4所示。当宽度在密封部分中改变时，例如，W1、W2和W3的平均值可用于计算宽度W。侵入电池封装中的水量基本上取决于曝露于外界的热融接树脂的横截面面积和密封宽度。因此，电池容器的结构可采用具有防水性能类型的树脂作为密封部分的树脂，密封部分是经此可侵入水分的主要部分。此外，使端表面的面积最小，降低容器的厚度。当采用上述结构，可防止水分的侵入。(T×R×S)/(W×C)的上述值是表示每单位容量和单位时间(天)渗入树脂的水量的值。确定密封的材料、厚度和宽度，使值为0.96μg/Wh·天(=350μg/Wh·年)。因此，可使水的侵入速率为每电池1Wh容量350μg/年。因此，可提供一年过后能实现容量保留率80％或更高的锂离子二次电池，即表现出优良的防水性能并可极大防止容量降低。考虑密封部分所需的密封性能，优选金属箔部分之间的距离D为20μm-200μm。优选密封的宽度为2mm或更长些。当电池元件1是固体电解质电池或凝胶电解质电池时，用于制备固体聚合物电解质的聚合物材料可以是如下材料的任一种硅凝胶、丙烯酸凝胶、丙烯腈凝胶、聚磷杂环戊二烯改性聚合物、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、它们的复合聚合物、交联聚合物、改性聚合物、含氟聚合物例如聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-共-六氟丙烯)、聚(偏氟乙烯-共-四氟乙烯)和聚(偏氟乙烯-共-三氟乙烯)。同样可使用上述材料的混合材料。当然，聚合物材料并不限定于上述材料。现描述实现固体电解质或凝胶电解质层叠在正极活性材料层或负极活性材料层上的方法。制备出溶液，它由聚合物化合物、电解质盐和溶剂(在凝胶电解质情况下还有增塑剂)组成。之后，将正极活性材料层或负极活性材料层用上述溶液浸渍。然后，去除溶剂，得到固体电解质。用层叠在正极活性材料层或负极活性材料层上的部分固体电解质浸渍正极活性材料层或负极活性材料层，从而固化上述电解质。当使用交联型材料时，利用光或热以便完成交联，得到固体材料。凝胶电解质由含有锂盐和数量2wt％以上、30wt％的以下基质聚合物的增塑剂组成。为得到凝胶电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池，包括： 外壳，由叠层膜组成；和 单元电池，容纳在所述外壳中，具有所述外壳的边缘利用热来密封的结构，其特征在于： 以能渗入热融接树脂层的水量为Ｒ（ｇ／ｍ↑［２］.天），热融接树脂层是厚度Ｔ（μｍ）的外壳最内层，热密封部分的树脂的横截面面积为Ｓ（ｃｍ↑［２］），热密封部分的平均宽度是Ｗ（ｃｍ），而单元电池的容量是Ｃ（Ｗｈ），则满足如下关系： （Ｔ×Ｒ×Ｓ）／（Ｗ×Ｃ）≤０．９６μｇ／Ｗｈ.天。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：八田一人，畠沢刚信，原富太郎，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]