固态聚合物电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及到聚合物电池。薄的多孔收集极以齐平状态位于正电极活性材料层的外端表面上，亦即，收集极掩埋在正电极活性材料层中，以致面向负电极的底平面到面向负电极一侧的正电极活性材料层的厚度为正电极活性材料总厚度的２／３—４／５。防止了正电极的收集极从正电极活性材料层剥离，此外提高了正电极活性材料的利用率。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到聚合物电池，更确切地说是涉及到平板电池，亦即具有各包含多孔正电极收集极和多孔负电极收集极的片状或薄膜状正电极和负电极的所谓薄膜状聚合物电池，这些收集极涂敷有含用来吸收和保留无水电解质的聚合物的活性材料层，负电极的二侧配备有正电极，含有吸收和保留无水电解质的聚合物的薄膜状隔层插入在负电极和正电极之间，所述负电极、正电极和隔层被层叠起来并成一整体。随着近来便携式电子器件的小型化、节省重量和减小厚度，对作为这些电子器件电源的电池，也强烈要求小型化、节省重量和减小厚度。作为减小厚度的一种方法，注意到了使用含吸收和保留无水电解质的聚合物基质的凝胶状隔层的固态聚合物电池。例如，如美国专利No.4830939和5478668所公开的那样，在用热压将所述隔层和正负电极形成一个整体的电池中，能够实现电解质和电极之间的满意接触。在使用无水电解质的固态聚合物电池中，由于不出现电解质渗漏，主要由柔性薄树脂膜构成的叠层片可以用作外壳，因而能够减小电池的厚度。但当简单地堆垛正电极、隔层和负电极时，得到的电池存在着正负电极收集极在电池总重量中的相对比例增加，导致单位电池重量的能量密度下降的问题。为了解决这一问题，JP-A-10-189053提出了一种电池构造，其中在含有二侧制作有活性材料层的多孔箔收集极的负电极的二侧，配备有正电极，以薄膜状隔层插入在负电极和正电极之间，所述负电极、正电极和隔层被层叠起来并成一整体。日本专利申请No.10-36992公开了一种固态聚合物电池的构造，其中正电极位于片状负电极的二侧，以上述薄膜状隔层插入在正负电极二者之间。下面参照图5来解释日本专利申请No.10-36992由于收集极制作在正电极的外端表面而出现的问题。图5示出了叠层电极4，它包含堆垛并形成一体的正电极板1、负电极板2和插入在其间的隔层3。正电极板1包含多孔铝收集极1a和用涂敷正电极活性材料胶并对涂层进行烘干而制作的正电极活性材料层1b。负电极板2包含多孔铜收集极2a和用涂敷负电极活性材料胶并对涂层进行烘干而制作在收集极2a二侧的负电极活性材料层2b。隔层3包含能够吸收和保留无水电解质的聚合物膜，诸如1，1-二氟乙烯和六氟丙酮的共聚物(P(VDF-HFP))。以负电极活性材料层2b和正电极活性材料层1b彼此面对的方式，将二个正电极板1层叠在负电极板2的二侧，以隔层3插入其间。这些层由于加热情况下加压引起聚合物部分熔融而结合到一起，从而形成叠层电极4。比之仅仅含有正电极、隔层和负电极叠层的结构，根据上述结构，负电极的反应部分是上下二侧，结果，电池的反应面积加倍，单位面积的电流密度得以降低，从而有可能在大电流下进行充电和放电。对于使用能够吸收和保留无水电解质的聚合物薄膜状隔层的聚合物电池，为了提高活性材料的利用率，在电动反应时必须不妨碍离子的迁移。因此，不参与电动反应的正电极收集极最好位于正电极的不面对负电极的一侧的外端表面上，亦即正电极收集极层叠在正电极活性材料层的表面上。但由于制得的电池中的充电和放电引起活性材料特别是正电极活性材料的膨胀与收缩，正电极收集极和正电极活性材料层之间的键合强度降低了。在叠层结构的电池中，由于正电极活性材料层与收集极只通过一个表面键合，故膨胀与收缩引起的机械应力集中在收集极的一侧，导致收集极从活性材料层剥离的现象。当发生剥离时，活性材料层与收集极之间的电接触变坏，引起电流收集失效。如上所述，叠层结构一方面改善了活性材料的利用率，但另一方面由于进行充电和放电而引起电流收集失效。在JP-A-10-189053中，收集极制作在正电极厚度的中央部分，因此，不出现正电极活性材料膨胀和收缩引起的收集极从正电极活性材料层的剥离。但在厚度为正电极一半处的收集极的外侧上的活性材料不怎么参与充电-放电反应。因此，活性材料利用率的增加与正电极所用的活性材料的量不成比例。本专利技术的主要目的是提供一种聚合物电池，借助于改进正电极收集极相对于正电极活性材料层的布局以避免由于活性材料的膨胀与收缩而引起的收集极从活性材料层剥离，从而在正电极处不出现电流收集失效。本专利技术的另一个目的是借助于改进正电极活性材料层中的正电极活性材料在充电和放电反应中的参与程度，亦即利用率，从而提供一种具有优良放电特性的聚合物电池。用来达到上述目的的本专利技术，涉及到聚合物电池，它包含由在其二侧上制作有包含吸收和保留无水电解质的聚合物的活性材料层的多孔负电极收集极构成的薄膜状即片状负电极、由其上制作有包含所述聚合物的活性材料层的多孔正电极收集极构成的薄膜状即片状正电极、以及含有所述聚合物的薄膜状即片状隔层，所述正电极位于所述负电极的二侧，以所述隔层插入在正电极和负电极之间，这些电极和隔层被层叠起来并结合成一体，其特征是，多孔正电极收集极以与正电极活性材料层成齐平状态位于正电极不面对负电极的一侧，即多孔正电极收集极掩埋在正电极活性材料层中，使得面向负电极的收集极的底平面到面向负电极一侧的正电极活性材料层的厚度为正电极活性材料总厚度的2/3-4/5。此时，具有总厚度1/3-1/5的剩余厚度的正电极活性材料层位于收集极的外侧。也就是说，其特征是正电极收集极位于浅埋于不面向负电极的正电极活性材料的外部。借助于在多孔收集极二侧上涂敷正电极活性材料胶，使涂敷在面向负电极的一侧上的胶的厚度对涂敷在另一侧上的胶的厚度的比率在9∶1-7∶3的范围之内，并对其进行干燥和加压，能够得到这种正电极。根据这种电池结构和生产方法，正电极活性材料层的较大部分被置于收集极一侧上，亦即在面向负电极的一侧上，因此，在电动反应时的电流收集功能是令人满意的，并提高了活性材料的利用率。从重量效率看来，正电极收集极最好是由重量轻的铝或铝涂层材料制成的穿孔金属即骨架金属。而且，所提供的许多孔使得离子在收集极附近更容易由于电动反应而迁移，且位于收集极外侧的活性材料也能够参与电动反应。因此，借助于提高正电极活性材料利用率和使负电极处的反应面积加倍的叠加作用，能够获得放电特性优良的电池。而且，由于多孔收集极被掩埋在活性材料中，故收集极不容易从活性材料剥离，因此不发生电流收集失效，从而提高了电池的可靠性。附图说明图1剖面图示出了本专利技术实施例中的电池构造。图2剖面图示出了本专利技术最佳实施例的电池构造。图3示出了用来涂胶的装置的构造。图4剖面图示出了已经涂过胶的正电极。图5剖面图示出了参考例的电池构造。下面参照附图来解释本专利技术的最佳实施例。在这些图中，用与图5相同的参考号来表示与图5所示参考例电池构造中相同的元件。图1示出了本专利技术实施例的聚合物电池的构造。此电池构造成由层叠负电极2二侧上的二个正电极1与正电极和负电极之间插入的隔层3并将它们做成一体而制成的叠层电极4的形式。正电极1包含经受骨架处理(lath processing)的多孔铝箔收集极。借助于涂敷正电极材料胶，接着对其进行干燥和加压而制作正电极活性材料层1b。此处用经受骨架处理的铝箔作为正电极收集极1a，但也可以使用含有用铝涂敷的薄膜状材料并经受穿孔即骨架处理的穿孔金属即骨架金属。为了改善对胶的粘附性和导电性，在收集极1a的表面上，制作含有诸如乙炔黑或Ketzen黑和聚1，1-二氟乙烯之类的微细碳粉末构成的混合物的导电碳膜作为粘合剂。决本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态聚合物电池，它包含：由在其二侧上制作有包含吸收和保留无水电解质的聚合物的活性材料层的多孔收集极构成的薄膜状即片状负电极、由其上形成有包含所述聚合物的活性材料层的多孔收集极构成的薄膜状即片状正电极、以及含有所述聚合物的薄膜状即片状隔层，所述正电极位于所述负电极的二侧，以所述隔层插入在正电极和负电极之间，接着将它们层叠起来并结合成一体，其中正电极的收集极以与正电极活性材料层成齐平状态位于正电极不面对负电极的一侧上，即收集极掩埋在正电极活性材料层中，使得面向负电极的收集极的底平面到面向负电极一侧的正电极活性材料层的厚度为正电极活性材料总厚度的２／３－４／５，且对应于剩余厚度的正电极活性材料层位于收集极的外侧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：村冈宪树，木下一成，大畠积，清水恭重，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]