專利名稱：硬幣型電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及扁平圓筒狀的硬幣型電池，特別涉及為了得到高負(fù)載放電特性而將卷繞結(jié)構(gòu)的極板組安裝在硬幣形電池外殼內(nèi)的硬幣型電池。
背景技術(shù)：
硬幣型電池(也稱為鈕扣型電池或扁平型電池)由于小而薄，因此廣泛用作手表及助聽器等小型設(shè)備或IC卡等薄型裝置的電源。
以往的硬幣型電池C是這樣形成的，如圖24所示，是在形成淺的有底圓筒形的封口外殼35內(nèi)，將形成圓片形的正極片32與負(fù)極片33隔著隔膜34相對配置，注入電解液后，在封口外殼35的開口部分隔著墊圈36配置帽殼31，通過將帽殼31的開口端向內(nèi)側(cè)彎曲的卷邊鉚接加工，將由帽殼31與封口外殼35形成的內(nèi)部空間密封。
采用這樣的將正極片32與負(fù)極片33一一面對面相對的極板結(jié)構(gòu)的電池，由于正極板與負(fù)極板的相對電極的反應(yīng)面積小等主要原因，連續(xù)放電電流最多為10mA左右，只能適用于負(fù)載電流小的裝置。
為了取出幾十mA以上的大電流，必須增加正極板與負(fù)極板的相對電極的面積。對于硬幣型電池以外的電池，通過采用將多片正極板與負(fù)極板通過隔膜進(jìn)行疊層的疊層構(gòu)造和帶狀的正極板與負(fù)極板之間隔著隔膜卷繞成螺旋狀的卷繞結(jié)構(gòu)，以圖增大反應(yīng)面積。若能將這樣的疊層結(jié)構(gòu)或卷繞結(jié)構(gòu)的極板裝入高度尺寸小的扁平形狀電池外殼內(nèi)，則能夠提高硬幣型電池的大電流放電特性。要實(shí)現(xiàn)這種情況即在扁平形狀的電池外殼內(nèi)裝入卷繞結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)極板組的電池，已知有已由本申請的申請人提出的并由日本專利特開2000-164259號公報(bào)揭示的電池。
但是，這里所揭示的電池的平面形狀是長方形，是將利用卷繞結(jié)構(gòu)或疊層結(jié)構(gòu)形成的薄長方形狀的極板組安裝在長方體電池外殼內(nèi)的電池。若將該發(fā)明用于平面形狀為圓形的硬幣型電池，則變成在圓形電池外殼中裝入矩形的極板組，電池的體積效率降低，不能得到足夠的電池容量。
裝硬幣型電池外殼的極板組這樣形成，是將正極集電體上涂布正極材料的正極板與負(fù)極集電體上涂布負(fù)極材料的負(fù)極板這兩部分形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，使所述正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔膜交替疊層，用連接片將正極板及負(fù)極板彎曲，卷繞成扁平形狀。正極材料采用鈷酸鋰等過渡金屬氧化物，負(fù)極材料采用能夠吸貯及放出鋰離子的石墨等碳材料。
在采用上述正負(fù)極材料的電池中，充電時(shí)的石墨系材料的電位是幾乎與鋰析出所產(chǎn)生的電位相同的那樣的低電位。因此，在由于反復(fù)充放電循環(huán)等使負(fù)極材料產(chǎn)生劣化的電池中存在的問題是，充電時(shí)插入負(fù)極材料的鋰離子與電解液引起非活化反應(yīng)，產(chǎn)生在負(fù)極表面上析出樹枝狀(dendrite)鋰金屬的現(xiàn)象，由于它所引起的內(nèi)部短路，使電池的安全性及壽命降低。
本發(fā)明的目的在于提供一種硬幣型電池，所述硬幣型電池是在薄圓形的電池外殼內(nèi)裝入卷繞結(jié)構(gòu)的極板，力圖提高大電流放電特性，同時(shí)防止在負(fù)極板上析出鋰金屬而引起的不正?，F(xiàn)象，通過這樣提高充放電循環(huán)壽命及安全性。
發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到上述目的，本申請第一發(fā)明有關(guān)的硬幣型電池，正極集電體上涂布正極材料的正極板與負(fù)極集電體上涂布負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組，使正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔膜交替疊層，將這種極板組安裝在用封口外殼將淺的有底圓筒形帽殼的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
根據(jù)該第一發(fā)明的構(gòu)成，由于正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔層使多層面對面，因此反應(yīng)面積增加，電池的大電流放電特性提高。本發(fā)明的極板組由于是正極板及負(fù)極板利用連接多個(gè)疊層面的攔截片彎曲卷繞而形成，因此也能夠裝入薄型電池外殼。
本申請第二發(fā)明有關(guān)的硬幣型電池，正極集電體上涂布正極材料的正極板與負(fù)極集電體上涂布負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，將正極板與負(fù)極板重疊，使正極板的正極材料涂布面與負(fù)極板的負(fù)極材料涂布面隔著隔膜面對面，
用連接部分交替反方向彎曲、折疊壓縮，使正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面疊層，形成扁平形狀的極狀組，將該極板組安裝在用封口外殼將淺的有底圓筒形帽殼的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
根據(jù)該第二發(fā)明的構(gòu)成，由于正極板與負(fù)極板折疊裝入電池外殼內(nèi)，因此反應(yīng)面積增加，電池的大電流放電特性提高。
本申請第三發(fā)明有關(guān)的硬幣型電池的極板組，正極集電體的兩面涂布正極材料的正極板舉負(fù)極集電體的兩面涂布負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，從正極板的一端使正極集電體延伸形成正極引線，從負(fù)極板的一端使負(fù)極集電體延伸形成負(fù)極引線，將所述正極引線及負(fù)極引線形成的一側(cè)作為卷繞終端，用連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組，使所述正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔層交替疊層，將正極引線的前端部與帽殼焊接，將負(fù)極引線的前端部與封口外殼焊接，將該極板組安裝在用封口外殼將淺的有底圓筒形帽殼的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。根據(jù)該第三發(fā)明的構(gòu)成，由于正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔膜使多層面對面，因此能夠得到反應(yīng)面積增加、能大電流放電的硬幣電池。另外，由于正極板利用正極引線與帽殼連接，負(fù)極板利用負(fù)極引線與封口外殼連接，因此能得到可靠的集電結(jié)構(gòu)，在由于電池內(nèi)壓上升使帽殼及封口外殼產(chǎn)生變形時(shí)，電池的內(nèi)阻值也不增加。
另外，本申請第四發(fā)明的硬幣型電池的極板組，正極集電體的單面涂布正極材料的正極板及負(fù)極集電體的單面涂布負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成連接多個(gè)疊層面的帶狀體，從正極板的一端使正極集電體延伸形成正極引線，從負(fù)極板的另一端使負(fù)極集電體延伸形成負(fù)極引線，用連接部分交替反方向?qū)⒄龢O板及負(fù)極板折疊壓縮，形成扁平形狀的極板組，將負(fù)極引線的前端部與封口外殼焊接，使正極板的正極材料涂布面與負(fù)極板的負(fù)極材料涂布面隔著隔膜面對面，將正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面進(jìn)行疊層，
將該極板組安裝在用封口外殼將淺的有底圓筒形帽殼的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
根據(jù)該第四發(fā)明的構(gòu)成，由于將帶狀體的正極板折疊形成扁平的極板組，因此能夠能夠裝入薄型電池外殼，能夠得到因增加極板面積而可大電流放電的硬幣型電池。再有，由于正極板利用正極引線與帽殼連接，負(fù)極板利用負(fù)極引線與封口外殼連接，因此能得到可靠的集電結(jié)構(gòu)，在由于電池內(nèi)壓上升使帽殼及封口外殼產(chǎn)生變形時(shí)，電池的內(nèi)阻值也不增加。
本申請第五發(fā)明的硬幣型電池的極板組，正極集電體上涂布以過度金屬氧化物為主體的正極材料的正極板及負(fù)極集電體上涂布能吸貯及放出鋰的負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用各自的連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組，使所述正極板的疊層面負(fù)極板的疊層面隔著隔膜交替疊層，所述正極板用絕緣性材料覆蓋卷繞時(shí)位于中心的連接片的與負(fù)極板的端部相對的表面。
根據(jù)該第五發(fā)明的構(gòu)成，通過用絕緣性材料覆蓋與負(fù)極板在卷繞中心方向的卷繞端部相對的正極板，使得在負(fù)極板的卷繞中心方向的卷繞擔(dān)部附近在充電時(shí)從正極板脫離至非水點(diǎn)解液中的鋰離子減少，抑制負(fù)極板上鋰金屬的析出，防止因鋰金屬(或樹枝狀)的析出而引起的充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
本申請第六發(fā)明的硬幣型電池電池的極板組，正極集電體上涂布以過度金屬氧化物為主體的正極材料的正極板及負(fù)極集電體上涂布能吸貯及放出鋰的負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用各自的連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組，使所述正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔膜交替疊層，所述正極板在卷繞時(shí)位于中心的連接片的與所述負(fù)極板的端部相對的表面形成不涂布正極材料的未涂布部分。
根據(jù)該第六發(fā)明的構(gòu)成，是在容易產(chǎn)生鋰金屬析出的負(fù)極板在卷繞中心方向的卷繞端部相對的正極板的連接片內(nèi)周面，形成不涂布正極材料的未涂布部分，通過這樣使得在負(fù)極板的卷繞端部附近在充電時(shí)從正極板脫離至非水電解液中的鋰離子，防止因負(fù)極板板表面析出鋰金屬而引起的充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
本申請第七發(fā)明的硬幣型電池的極板組，正極集電體上涂布以過度金屬氧化物為主體的正極材料的正極板及負(fù)極集電體上涂布能吸貯及放出鋰的負(fù)極材料的負(fù)極板分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用各自的連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組，使所述正極板的疊層面與負(fù)極板的疊層面隔著隔膜交替疊層，所述負(fù)極板在卷繞時(shí)位于中心的端部用絕緣性材料覆蓋。
根據(jù)該第七發(fā)明的構(gòu)成，將容易產(chǎn)生鋰金屬析出的負(fù)極板在卷繞中心方向的卷繞端部用絕緣性材料覆蓋，使負(fù)極板表面成為鋰金屬不析出的狀態(tài)，通過這樣防止因析出而引起的充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
圖1所示為本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池A的構(gòu)成剖視圖。
圖2所示為硬幣型電池A的構(gòu)成平面圖。
圖3A所示為正極板的構(gòu)成展開圖，圖3B所示為負(fù)極板的構(gòu)成展開圖。
圖4為說明極板組卷繞狀態(tài)的示意圖。
圖5A所示為硬幣型電池B的正極板的構(gòu)成展開圖，圖5B所示為負(fù)極板的構(gòu)成展開圖。
圖6A所示為硬幣型電池B的構(gòu)成平面圖，圖6B為剖視圖。
圖7A及圖7B所示為極板變形例的展開圖。
圖8A所示為折疊結(jié)構(gòu)的極板組的構(gòu)成說明圖，圖8B為極板構(gòu)成圖。
圖9A為折疊結(jié)構(gòu)的正極板的平面圖，圖9B為負(fù)極板的平面圖。
圖10所示為放電容量比的測量結(jié)果曲線圖。
圖11所示為本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池D的構(gòu)成剖視圖。
圖12A所示為正極板的構(gòu)成展開圖，圖12B所示為負(fù)極板的構(gòu)成展開圖。
圖13所示為極板組的卷繞狀態(tài)示意圖。
圖14A所示為折疊結(jié)構(gòu)的極板組的構(gòu)成說明圖，圖14B及圖14C為極板構(gòu)成圖。
圖15A為折疊結(jié)構(gòu)的正極板的平面圖，圖15B為負(fù)極板的平面圖。
圖16所示為高溫環(huán)境下保存而引起的電池內(nèi)阻變化的曲線圖。
圖17所示為高溫環(huán)境下電池總高度變化的曲線圖。
圖18A為本發(fā)明第三實(shí)施形態(tài)有關(guān)的正極板的展開圖，圖18B為負(fù)極板的展開圖。
圖19所示為極板組的構(gòu)成示意圖。
圖20A為本發(fā)明第四實(shí)施形態(tài)有關(guān)的正極板的展開圖，圖20B為負(fù)極板的展開圖。
圖21所示為極板組的構(gòu)成示意圖。
圖22A為本發(fā)明第五實(shí)施形態(tài)有關(guān)的正極板的展開圖，圖22B為負(fù)極板的展開圖。
圖23所示為極板組的構(gòu)成示意圖。
圖24所示為以往的硬幣型電池的構(gòu)成剖視圖。
實(shí)施發(fā)明的最佳形態(tài)本實(shí)施形態(tài)所示的是作為鋰離子二次電池而構(gòu)成的硬幣型電池的例子。第一實(shí)施形態(tài)相關(guān)的硬幣型電池A如圖1所示，是在由淺的有底圓筒形帽殼4及隔著墊圈6將該帽殼4的開口部分封口的封口外殼5構(gòu)成的電池外殼內(nèi)，裝入卷繞結(jié)構(gòu)的極板組1而構(gòu)成。
所述極板組1如圖2所示，由于配置在封口外殼5內(nèi)的圓形空間，為了不形成無用的空間，其平面形狀形成為近似圓形。因而，能夠構(gòu)成單位體積容量大的電池。該極板組1是將圖3A所示的正極板7及圖3B所示嘚極板8，如圖4所示，隔著隔膜9卷成扁平形狀而形成。
正極板7是將正極集電體鋁箔的兩面涂布了正極材料的極板材料沖裁，如圖3A所示，形成用正極連接片19a～19d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的正極疊層面17a～17e的帶狀體。負(fù)極板8是將負(fù)極集電體銅箔的兩面涂布了負(fù)極材料的極板材料沖裁，如圖3B所示，形成用負(fù)極連接片20a～20d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的負(fù)極疊層面18a～18e的帶狀體。另外，若負(fù)極板8的寬度預(yù)先形成為略大于正極板7的寬度，則在使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e相對時(shí)，即使產(chǎn)生位置偏移，反應(yīng)面積也不減少。
該正極板7與負(fù)極板8如圖4的示意圖所示，使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e隔著隔膜9交替面對面疊層，用正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d彎曲，卷繞成扁平形狀。前述隔膜9是將多微孔性聚乙烯薄膜形成帶狀，形成寬度大于負(fù)極板8的寬度尺寸的帶狀體。隔膜9在與正極板7及負(fù)極板8一起卷繞后，將其四角剪切成圓弧形，形成圓片形極板組1。
為了使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e正對著疊層進(jìn)行卷繞，必須使正極板7及負(fù)極板8的正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d在連接方向的長度，越是在卷繞時(shí)位于外側(cè)的連接片越長。如圖3A及圖3B所示，從位于卷繞開始的連接片長度a到位于卷繞結(jié)束的連接片長度d為止，依次加上正極板7＝負(fù)極板8及隔膜9的厚度不斷增加，另外，正極連接片19a～19d的寬度W1及負(fù)極連接片20a～20d的寬度W2，為了減少以大電流充放電時(shí)的電池電壓下降，要盡可能形成大的寬度。即如圖2所示，為了在封口外殼5的圓形安裝空間以高的體積效率裝入極板組1，則希望正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d的寬度W1及W2要小，但是若使寬度小，則電壓大大降低。因此，要兼顧到兩者來決定正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d的寬度W1及W2。
如上所述構(gòu)成的極板組1如圖1所示，裝入在周邊部分裝有墊圈6的封口外殼5。向封口外殼5內(nèi)注入電解液，對封口外殼5的開口部分隔著墊圈6蓋上帽殼4，利用將帽殼4的開口端向內(nèi)側(cè)彎曲的卷邊鉚接加工，將墊圈6壓縮，將內(nèi)部空間密封，形成硬幣型電池A。前述墊圈6起到將內(nèi)部空間密封的密封材料的作用，同時(shí)起到將成為硬幣型電池A的正端的帽殼4與成為負(fù)端的封口外殼5之間絕緣的絕緣材料的作用。因而，必須將正極板7與帽殼4電氣連接，將負(fù)極板8與封口外殼5電氣連接。這里是利用壓接進(jìn)行正極板7與帽殼4的電氣氣連接及負(fù)極板8與封口外殼5的電氣連接。
利用壓接進(jìn)行電氣連接是利用壓接使正極板7與帽殼4電氣接觸，以及使負(fù)極板8與封口外殼5電氣接觸。對于正極板7，是使卷繞時(shí)成為最外圈的正極疊層面17e其外表面或兩面不涂布正極材料那樣，處于芯材即正極集電體露出的狀態(tài)。同樣，對于負(fù)極板8，是使卷繞成為最外圈的負(fù)極疊層面18e處于使負(fù)極集電體露出的狀態(tài)。將該正極板7及負(fù)極板8卷繞的極板組1，由于一面成為正極集電體露出的狀態(tài)，另一面成為負(fù)極集單體露出的狀態(tài)，因此將極板組1裝入封口外殼5內(nèi)，使負(fù)極集電體露出的一面與封口外殼5的底面接觸。封口外殼5隔著墊圈6蓋上帽殼4，利用將帽殼4的開口端向內(nèi)側(cè)彎曲的卷邊封口，由于封口外殼5向帽殼4一側(cè)壓緊，因此極板組1在封口外殼5與帽殼4之間被壓縮，負(fù)極集電體與封口外殼5壓接，正極集電體與帽殼4壓接。另外，負(fù)極板與封口外殼5的壓接及正極板與帽殼4的壓接，不一定必須使負(fù)極集電體及正極集電體露出，也可以使負(fù)極板的負(fù)極材料面與封口外殼5壓接，使正極板的正極材料面與帽殼4壓接。
圖3A及圖3B所示的正極板7及負(fù)極板8，由于如前所述是從極板材料利用沖裁加工形成，因此這種將圓弧連接的形態(tài)，在將極板沖裁后，作為邊角料的剩余量較多，從下料的觀點(diǎn)來看，浪費(fèi)很多。下料的效率最好的是如圖5A及圖5B所示的情況，將正極板11及負(fù)極板12形成疊層面13a～13e及連接片14a～14d為同一寬度的帶狀體。但是，將這樣的帶狀正極板11及極板12卷繞的極板組2，其平面形狀成為正方形，如圖6A及圖6B所示，裝入圓形的封口外殼5而構(gòu)成硬幣型電池B時(shí)的體積效率要比前面的硬幣型電池A差。但是，與以往結(jié)構(gòu)的電池相比，顯示明顯優(yōu)異的放電特性。關(guān)于該放電特性將在后面敘述。
極板的形狀希望采用體積效率高的形狀，但下料無浪費(fèi)的形狀有利于降低成本，因此考慮到這兩方面，也可以制成例如圖7A及圖7B所示形狀的極板。圖7A所示的極板(正極板及負(fù)極通用)24，由于寬度方向的一邊形成為直線，因此若在將直線邊對齊形成一對的狀態(tài)下沖裁極板24，則極板材料產(chǎn)生的邊角料減少。由于極板24的另一邊形成圓弧，因此在將極板卷繞形成的極板組26裝入封口外殼5時(shí)，有助于提高體積效率。另外，圖7B所示的極板25由于是連接成多邊形形狀，因此在從極板材料沖裁許多極板25時(shí)，容易采用邊角料減少的排列方式。在將極板卷繞形成的極板組27裝入封口外殼5時(shí)，極板25的形狀有助于提高體積效率。
圖8A所示的是折疊結(jié)構(gòu)的極板組40，是使正極板41與負(fù)極板42隔著隔膜9面對面，將它們折疊而構(gòu)成。如圖8B所示，正極板41是在正極集電體45的單面涂布正極材料47形成的，而負(fù)極板42是在負(fù)集體44的單向涂布負(fù)極材料46的涂布形成的，使正極材料47的涂布負(fù)極材料46的涂布面隔著隔膜9面對面。正極板41如圖9A所示，形成用連接部分52連接兩側(cè)為圓弧的正極疊層面51的帶狀體。負(fù)極板42如圖9B所示，形成用連接部分53連接兩側(cè)為圓弧的負(fù)極疊層面72的帶狀體。
將該正極板41及負(fù)極板42如圖8A所示，從連接部分52及53交替反方向彎曲折疊并壓縮形成極板組40，該極板組40的平面形狀與圖2所示形狀為相同的狀態(tài)。該極板組40的一個(gè)端面表面存在負(fù)極板42，另一端端面表面存在正極板41，由于分別露出不涂布負(fù)極材料46及正極材料47的負(fù)極集電體45，因此使正極集電體45露出面放在帽殼4一側(cè)，這樣裝入帽殼04，若隔著墊圈6用封口外殼5將帽殼4的開口部分封口，則正極集電體45與帽殼4壓接后電氣連接，負(fù)極集電體45與帽殼4壓接后電氣連接，負(fù)極集電體44與封口外殼5壓接后電氣連接。
下面說明采用本實(shí)施形態(tài)說明的卷繞結(jié)構(gòu)極板組1及2的硬幣型電池A及B的放電特性與采用以往的片狀極板的硬幣型電池C的放電特性比較的結(jié)果。這些電池都形成為直徑30mm、厚3.2mm的硬幣形進(jìn)行比較。
(1)硬幣型電池A的構(gòu)成在厚20μm的鋁箔兩面在大氣中以均勻的厚度涂布正極材料，該正極材料是將聚乙氟亞乙烯3重量份溶解于N-甲基吡咯烷酮38重量份，對其加入作為活性物質(zhì)的LiCoO250重量份及作為導(dǎo)電劑的石墨9重量份，再在惰性氣氛下混合分散而形成，然后進(jìn)行阿延處理，使其形成180μm的厚度，這樣制成正極板材料。將該正極板材料以120℃干燥1小時(shí)后，進(jìn)行沖裁加工，制成正極板7。正極板7具有圖3A所示的形狀，正極疊層面17a～17e的寬度為22mm。
另外，在厚20μm的銅箔兩面在大氣中以均勻的厚度涂布負(fù)極材料，該負(fù)極材料是將聚乙氟亞乙烯3重量份溶解于N-甲基吡咯烷酮38重量份，對其加入焦炭的2500℃燒結(jié)物59重量份，再雜惰性氣氛下混合分散而形成，然后進(jìn)行壓延處理，使其形成200μm餓厚度，這樣制成負(fù)極板材料。將該負(fù)極板材料以120℃干燥1小時(shí)后，進(jìn)行沖裁加工，制成負(fù)極板8。負(fù)極板8具有圖3B所示的形狀，負(fù)極疊層面18a～18e的寬度為24mm。
將上述構(gòu)成的正極板7及負(fù)極板8隔著厚25μm的多微孔性聚乙烯薄膜卷繞，使得正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e疊層，形成厚約2.8mm的極板組1。將該極板組1裝入封口外殼5，注入1MliPF6/EC-EMC電解液500μ，利用帽殼4隔著墊圈6將封口外殼5的開口部分封口。該作業(yè)在干燥空子中進(jìn)行，利用壓接使極板組1與帽殼4及封口外殼5電氣連接。
(2)硬幣型電池B的構(gòu)成正極板材料及負(fù)極板材料的構(gòu)成與上述硬幣型電池A的情況相同。制成正極板11為寬17mm、長105mm，制成負(fù)極板12為寬18mm、長107mm，隔著厚25μm的多微孔性聚乙烯薄膜卷繞，使得正極疊層面13a～13e與負(fù)極疊層面21a～21e疊層，形成厚約2.8mm的極板組2。將該極板組2裝入封口外殼5，注入1MliPF6/EC-EMC電解液500μ，利用帽殼4隔著墊圈6將封口外殼5的開口部分封口。利用壓接使極板組2與帽殼4及封口外殼5電氣連接。
(3)硬幣型電池C的構(gòu)成正極片32是將PTFE5重量份分散在水中，對其加入作為活性物質(zhì)的LiCOO285重量份及作為導(dǎo)電劑的石墨10重量份進(jìn)行混合分散，將它以100℃熱風(fēng)干燥2小時(shí)，調(diào)制正極合劑，對直徑25mm的電極片成形機(jī)裝入1400mg，通過5噸壓力加工，形成電極片形狀，將它以200℃熱風(fēng)干燥5小時(shí)，通過這樣形成正極片32。
負(fù)極片33是將SRB5重量份分散在水中，對其加入作為活性物質(zhì)的焦炭的2500℃燒結(jié)物95重量份進(jìn)行混合分散，將它以100°熱風(fēng)干燥2小時(shí)，調(diào)制負(fù)極合劑，對直徑25mm的電極片成型機(jī)裝入600mg，通過5噸壓力加工，形成電極片形狀，將它以110℃熱風(fēng)干燥5小時(shí)，通過這樣形成負(fù)極片33。
如圖24所示，將負(fù)極片33裝如聚丙烯制的墊圈36及封口外殼35組合的裝配部件中，再在其上裝如由厚150μm的聚丙烯無紡布制成的隔膜34。在該狀態(tài)下，注入1MliPF6/EC-EMC電解液500μl以后，裝入正極片32，將帽殼31與封口外殼35連接，進(jìn)行卷邊封口。
對上述硬幣型電池A、B及C各10個(gè)進(jìn)行測量初始內(nèi)阻及放電負(fù)載特性的實(shí)驗(yàn)，將其實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于表1及圖10中。
為了使各硬幣型電池A、B及C穩(wěn)定，從4.2V至3.0V之間以3mA的恒定電流反復(fù)2次充放電，在4.2V停止充電，用1KH2的交流恒流源進(jìn)行測量，將這樣檢驗(yàn)的內(nèi)阻作為初始內(nèi)阻。如表1所示可知，增大極板面積形成的本發(fā)明有關(guān)的硬幣型電池A及B與以往構(gòu)成的硬幣型電池C相比，內(nèi)部電阻低，另外處于穩(wěn)定狀態(tài)。
表1
在比較了各硬幣型電池A、B及C的初始內(nèi)阻后，從4.2V至3.0V之間以3mA的恒定電流進(jìn)充電至4.2V為止，用于放電負(fù)載特性的實(shí)驗(yàn)。設(shè)放電時(shí)的負(fù)載為5、10、20、40、100、150mA，設(shè)各放電電流值的放電終止電壓為3.0V，記錄放電容量。設(shè)5mA時(shí)的放電容量為100％，將各電流值的放電容量比畫成曲線為圖10所示的結(jié)果。由圖10可知，在采用電極片形式極板的硬幣型電池C的情況下，放電率在10mA時(shí)約為80％，在50mA時(shí)約為20％，在100mA時(shí)幾乎得不到放電容量，而與上不同的是，本發(fā)明有關(guān)的硬幣型電池A及B的情況下，在100mA放電時(shí)，也能維持90％以上的放電容量。
上述的硬幣型電池A、B及C為二次電池，但對于一次電池，也能夠同樣構(gòu)成，能夠得到同樣的放電特性。
下面說明本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池。本實(shí)施形態(tài)與第一實(shí)施形態(tài)相同，所示的是鋰離子二次電池的例子。第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池D如圖11所示，是將卷繞結(jié)構(gòu)的極板組10裝入利用帽殼4隔著墊圈6將淺的有底圓筒型封口外殼5的開口部分封閉的電池外殼內(nèi)而構(gòu)成。另外，與第一實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成相同的要素附加相同的標(biāo)號。
前述極板組10如圖13所示，是將圖12A及圖12B所示的正極板7a及負(fù)極板8a隔著隔膜9卷繞形成。正極板7a是將正極集電體鋁箔的兩面涂布正極材料的極板材料沖裁，如圖12A所示形成用正極連接片連接寬度方向?yàn)閳A弧的所需數(shù)量的正極疊層面17a～17e的帶狀體，在其一端設(shè)置不涂布正極材料而使正極集電體露出的正極引線15。負(fù)極板8a是將負(fù)極集電體銅箔的兩面涂布負(fù)極材料的極板材料沖材，如圖12B所示形成用負(fù)極連接片20a～20d連接寬度方向?yàn)閳A弧的所需要數(shù)量的負(fù)極疊層面18a～18e的帶狀體，在其一端設(shè)置不涂布負(fù)極材料而使負(fù)極集電體露出的負(fù)極引線16。另外，若負(fù)極板8a的寬度形成為略大于正極板7a的寬度，則使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e相對時(shí)，即使產(chǎn)生位置偏移，反應(yīng)面積也不減少。
該正極板7a及負(fù)極板8a如圖13所示，使正極疊層面17a～17負(fù)極疊層面18a～18e隔著隔膜9面對面疊層，用正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d彎曲，卷繞成扁平形狀。前述隔膜9將多微孔性聚乙烯薄膜形成帶狀，是寬度大于負(fù)極板8a的寬度尺寸的帶狀體。隔膜9是與正極板7a及負(fù)極板8a一起卷繞后，將其四角剪切成圓弧形，形成圓片形極板組10。
為了使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e正對著疊層進(jìn)行卷繞，必須使正極板7a及負(fù)極板8a的正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d在連接方向的長度，越是位于卷繞外側(cè)的連接片越長。如圖12A及圖12B所示，從位于卷繞開始的連接片長度到位于卷繞結(jié)束的連接片長度為止，依次加上正極板7a，負(fù)極板8a及隔膜9的厚度不斷增加。
上述構(gòu)成的極板組10的正極引線15的前端部與封口外殼5大內(nèi)表面焊接。在采用鈷酸鋰等作為正極活性物質(zhì)時(shí)，由于是采用鋁箔作為正極集電體，因此正極引線15是鋁制的。但是，帽殼4一般是不銹鋼制的，而鋁與不銹鋼不容易焊接。因此，本實(shí)施形態(tài)的帽殼4是由內(nèi)表面?zhèn)葹殇X、外表面?zhèn)葹椴讳P鋼的包層材料形成。正極引線15與該帽殼4的焊接變成鋁相互之間的焊接，再加上采用超聲波焊接，通過這樣能夠可靠焊接。另外，由于采用銅箔作為負(fù)極集電體，因此負(fù)極引線16是銅制的，負(fù)極引線16與不銹鋼制封口外殼5的焊接可以采用電阻焊接或超聲波焊接進(jìn)行。
在將負(fù)極引線16與封口外殼5焊接時(shí)，若在置于封口外殼5的內(nèi)表面的負(fù)極引線16上放上不銹鋼板或鎳板進(jìn)行電阻焊接，則用銅箔形成的負(fù)極引線16能夠進(jìn)行更可靠的焊接。
在將負(fù)極引線16與封口外殼5焊接及將正極引線15與帽殼4焊接后，將正極引線15及負(fù)極引線16折疊，將極板組10裝入封口外殼5內(nèi)，注入電解液，利用帽殼4隔著墊圈6將封口外殼5的開口部分封口，形成硬幣型電池D。帽殼4成為硬幣型電池D的正極端，封口外殼5成為負(fù)極端，兩者利用墊圈6絕緣。
圖14A～圖14C所示為折疊結(jié)構(gòu)的極板組55的構(gòu)成。如圖14B及14C的引線引出部分的放大圖所示，正極板41是在正極集電體45的單面涂布正極材料47形成的，負(fù)極板42是在負(fù)極集電體44的單面涂布負(fù)極材料46形成的。正極板41一端的正極集電體45延伸作為正極引線15，負(fù)極板42另一端的負(fù)極集電體44延伸作為負(fù)極引線16。該正極板41如圖15A所示，是用連接部分51連接兩側(cè)形成圓弧的正極疊層面50的帶狀體。負(fù)極板42如圖15B所示，是用連接部分53連接兩側(cè)形成圓弧的負(fù)極疊層面52的帶狀體。
若將該正極板41及負(fù)極板42如圖14A所示，使地正極材料涂布面與負(fù)極材料涂布面隔著隔膜9面對面，從各自連接部分51及52交替反方向彎曲折疊，進(jìn)行壓縮，則得到平面形狀與圖2所示的極板組1相同形狀的極板組55。該極板組55在將正極引線15與帽殼4焊接及將負(fù)極引線16與封口外殼5焊接后，裝入帽殼4內(nèi)，利用封口外殼5隔著墊圈6將帽殼4封口，構(gòu)成增大了正負(fù)極相對面積的硬幣型電池。
對于采用圖11所示的卷繞結(jié)構(gòu)的極板組10并利用焊接其正極引線15與帽殼4連接及將負(fù)極引線16與封口外殼5連接的電池D、以及采用圖1所示的卷繞結(jié)構(gòu)的極板組并利用壓接將其正極板與帽殼連接及將負(fù)極板與封口外殼連接的電池A，下面給出比較驗(yàn)證的結(jié)果。另外，這些電池都形成為直徑30mm、厚3.2mm的硬幣形進(jìn)行比較。
(1)電池D的構(gòu)成正極板7a是在厚20μm的鋁箔兩面在大氣中以均勻的厚度涂布正極材料，該正極材料是將聚氟亞乙烯3重量份溶解于N-甲基吡咯烷酮38重量份，對其加入作為活性物質(zhì)的LiCoO250重量份及作為導(dǎo)電劑的石墨9重量份，再在惰性氣氛下混合分散而形成，然后以120℃干燥1小時(shí)后，進(jìn)行壓延處理，使其形成180μm的厚度，對這樣形成的正極板材料進(jìn)行沖裁加工，制成正極疊層面17a～17e的寬度為22mm的圖12A所示的形狀。
負(fù)極板8a是在厚20μm的銅箔兩面在大氣中以均勻的厚度涂布負(fù)極材料，該負(fù)極材料是將聚氟亞乙烯3重量份溶解于N-甲基吡咯烷酮38重量份，對其加入焦炭的2500℃燒結(jié)物59重量份，再在惰性氣氛下混合分散而形成，然后以120℃干燥1小時(shí)時(shí)后，進(jìn)行壓沿處理，使其形成200μm的厚度，多這樣形成的負(fù)極板材料進(jìn)行沖裁加工，制成負(fù)極疊層面18a～18e的寬度為24mm的圖12B所示的形狀。
將上述構(gòu)成的正極板7a及負(fù)極板8a隔著厚25μm的多微孔性聚乙烯薄膜卷繞，使得正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e疊層，形成厚約2.8mm的極板組10，將正極引線15的前端部與帽殼4的內(nèi)表面進(jìn)行超聲波焊接，將負(fù)極引線16的前端部與封口外殼5的內(nèi)表面進(jìn)行電阻焊接。將該極板組安裝在封口外殼內(nèi)，注入1MliPF6/EMC電解液500μl，利用帽殼4隔著墊圈6將封口外殼5的開口部分封口，制成電池D。
(2)電池A的構(gòu)成極板組1的正極板7及負(fù)極板8如圖3A及圖3B所示，是不設(shè)置正極引線及負(fù)極引線的結(jié)構(gòu)，如圖1所示，極板組1的正極板7與帽殼4以及負(fù)極板8與封口外殼5是利用壓接進(jìn)行電氣連接的。為了進(jìn)行該壓接，正極板7在帽殼4一側(cè)的最外表面的正極疊層面17e不涂布正極材料，成為正極集電體露出的狀態(tài)。另外，負(fù)極板8在封口外殼5一側(cè)的最外表面負(fù)極疊層面18e不涂布負(fù)極材料，成為負(fù)極集電體露出的狀態(tài)。
將上述那樣構(gòu)成的電池D及電池A以30mA反復(fù)2次充放電，再以30mA充電后起立即保存在85℃的恒溫槽中，測量隨著保存天數(shù)的增加其內(nèi)阻值的變化及電池總高度的變化，將該測量結(jié)果示于圖16及圖17中。
若對圖16所示的內(nèi)阻值的變化，將電池D與電池A進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的電池D維持低的內(nèi)阻值，而電池A不必經(jīng)過保存天數(shù)即急劇上升，存在很大的差別。這可以認(rèn)為是在電池D中發(fā)揮了利用焊接進(jìn)行電氣連接的效果。另外，從圖17所示的電池總高度的變化雖可以確認(rèn)電池內(nèi)產(chǎn)生了氣體，但電池D與電池A看不出有大的差別。盡管對于電池總高度的變化沒有大的差別，但內(nèi)阻值產(chǎn)生大的差別可以認(rèn)為是由于利用壓接的電氣連接中，由于電池內(nèi)壓的上升，即使帽殼4及封口外殼5僅僅產(chǎn)生微量的膨脹，但壓接狀態(tài)也變成不穩(wěn)定，這與內(nèi)阻值增加有關(guān)。
如上所述，若將從極板組10引出的正極引線15與帽殼4以及將引出的負(fù)極引線16與封口外殼5分別通過焊接進(jìn)行電氣連接，則能夠提供即使電池內(nèi)壓上升也無損集電性的穩(wěn)定而且內(nèi)阻值低的硬幣型電池。
下面說明本發(fā)明第三～第五各實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池。第三～第五各實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池是解決前述第一及第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池所存在的問題，使得在負(fù)極板的卷繞中心方向的卷繞端部附近在充電時(shí)從正極板脫離至非水電解液中的鋰離子減少，通過這樣抑制負(fù)極上鋰金屬的析出，改善因析出而引起的充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
制成多個(gè)第一及第二實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，在各種條件下反復(fù)進(jìn)行充放電，通過這樣有意識地使其產(chǎn)生上述問題，然后分解電池，研究問題產(chǎn)生的主要原因。產(chǎn)生問題的電池中，多數(shù)發(fā)現(xiàn)在負(fù)極板的卷繞端部附近有鋰金屬析出。因而得出結(jié)論，這些問題的產(chǎn)生是由于，充電時(shí)從正極脫離的鋰離子集中在負(fù)極板的卷繞中心防線的卷繞端部附近，作為鋰金屬析出。對于正極板采用過度金屬氧化物及負(fù)極板采用碳材料的電池，是利用鋰離子的插入及脫離進(jìn)行充放電反應(yīng)的，必須將相對極板的放電容量設(shè)定為相同。對于采用卷繞成螺旋狀的極板組的圓筒型電池，由于相對的極板面積近似相等，因此充放電反應(yīng)比集中在一部分，比至于有上述那樣的問題。另外，在卷繞成扁平形狀的本申請發(fā)明有關(guān)構(gòu)成的極板組中，負(fù)極板的處于卷繞最內(nèi)圈部分的負(fù)極板疊層面隔著隔膜與正極板的疊層面相對，相對的正負(fù)極板的容量也近似相同。但是，負(fù)極板的卷繞中心方向的卷繞端部附近像被正極板的位于最靠卷繞中心側(cè)的連接部分包圍那樣相對，相對的正負(fù)極板的容量對比是正極一側(cè)偏大。因此得到一個(gè)見解就是，在充電時(shí)從正極脫離的鋰離子不完全被吸貯在負(fù)極板的碳材料的層與層之間，多余的鋰離子在正負(fù)極板的表面上析出。
根據(jù)這樣的見解，第三～第五實(shí)施形態(tài)有關(guān)的極板組，是通過減少流向負(fù)極板卷繞中心方向的卷繞端部的電流密度，抑制鋰金屬的析出，用絕緣材料覆蓋與負(fù)極板卷繞端部相對的正極板的位于卷繞最中心側(cè)的連接部分內(nèi)周表面?zhèn)?。利用該結(jié)構(gòu)，減少從正極板的連接部分脫離的鋰離子，抑制在相對的負(fù)極部分析出鋰金屬。作為前述絕緣材料，最好成績是具有阻礙鋰離子透過的離子不透過性的材料。
第三實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池是以圖1所示的狀態(tài)構(gòu)成。其中所用的極板組30是將圖18A所示的正極板37與圖18B所示的負(fù)極板38如圖19所示，隔著隔膜9卷繞形成。
正極板37是將正極集電體鋁箔的兩面涂布了正極材料的極板材料充裁，如圖18A所示，形成用正極連接片19a～19d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的正極疊層面17a～17e的帶狀體。在正極的位于卷繞最中心側(cè)的正極連接片19a形成絕緣材料48，如圖19所示，僅位于卷繞時(shí)與負(fù)極板38的卷繞端部相對的表面。該絕緣材料48最好是具有阻礙鋰離子透過的離子不透過性的材料。另外還要求對于非水溶劑具有化學(xué)穩(wěn)定性以及充電時(shí)對于所加電位具有穩(wěn)定性。絕緣材料48在正極板37上的形成方法有涂布樹脂粘結(jié)劑的方法，或者粘貼涂布了滿足前述各種穩(wěn)定性的要求的粘結(jié)劑的樹脂帶的方法，從生產(chǎn)率方面考慮是合適的，最好成績采用以聚丙烯為主成分的粘結(jié)劑及粘結(jié)帶。
另外，負(fù)極板38是將負(fù)極集電體銅箔的兩面涂布了負(fù)極材料的極板材料充裁，如圖18B所示，形成用負(fù)極連接片20a～20d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的負(fù)極疊層面18a～18e的帶狀體。另外，若負(fù)極板38的寬度如圖所示，預(yù)先形成為略大于正極板37的寬度，則在正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e的相對位置產(chǎn)生偏移時(shí)，反應(yīng)面積也不減少。
該正極板37與負(fù)極板38如圖19的示意圖所示，使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e隔著隔膜9而對面疊層，用正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d彎曲卷繞。如圖所示，在正極連接片19a處形成的絕緣材料48這樣配置，僅位于與負(fù)極板38的卷繞端部相對的表面。前述隔膜9是將微孔性聚乙烯薄膜形成帶狀，形成寬度大于負(fù)極板38的寬度尺寸的帶狀體，與正極板37及負(fù)極板38一起卷繞后，將其四角剪切成圓弧形，形成圓型極板組30。
正極板37及負(fù)極板38為了使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e正對著疊層進(jìn)行卷繞，必須使正極連接片19a～19及負(fù)極連接片20a～20d中的連接方向的長度，越是卷繞的外側(cè)越長。如圖18A及圖18B所示，從卷繞開始的長度a到卷繞結(jié)束的長度d為止，依此加上正極板37、負(fù)極板38及隔膜9的厚度不斷增加。
另外，正極連接片19a～19d的寬度W1及負(fù)極連接片20a～20d的寬度W2，為了減少以大電流充放電時(shí)的電池電壓下降，要盡可能形成大的寬度。為了在封口外殼5的圓形安裝空間以高的體積效率裝入極板組30，則希望正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d的寬度W1及W2要小，要兼顧電池電壓下降的程度及體積效率，來決定正極連接片19a～19d的寬度W1及W2。
將如上所述構(gòu)成的極板組30裝入封口外殼5內(nèi)，注入電解液，將帽殼4隔著墊圈6覆蓋封口外殼5的開口部分，利用將帽殼4的開口端向內(nèi)側(cè)彎曲的卷邊鉚接加工進(jìn)行封口，形成硬幣型電池。
該第三實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，由于在負(fù)極板38的卷繞端部附近，在與其相對的正極板37上形成絕緣材料，因此減少充電時(shí)從正極板37脫離至非水電解液中的鋰離子，抑制在負(fù)極板37上析出鋰金屬，改善充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
下面說明本發(fā)明的第四實(shí)施形態(tài)。第四實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池是代替第三實(shí)施形態(tài)的正極連接片19a形成的絕緣材料48，將該部與作為正極材料未涂布部分而構(gòu)成。
正極板57是將正極集電體鋁箔的兩面涂布了正極材料的極板材料沖裁，如圖20A所示，形成用正極連接片19a～19d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的正極疊層面17a～17e的帶狀體。未涂布部分49是將位于卷繞最中心側(cè)的正極連接片19a作為位涂布正極材料的部分，該部分對于放電反應(yīng)不起作用。再有，該未涂布部分49在將圖20B所示的負(fù)極板58及隔膜9組合卷繞時(shí)，僅位于與負(fù)極板58的卷繞中心方向的卷繞端部相對的表面。
該正極板57與負(fù)極板58如圖21的示意圖所示，使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e隔著隔膜9面對面疊層，用正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d彎曲卷繞。連接片19a形成的未涂布部分49這樣配置，僅位于負(fù)極板58的卷繞中心方向的卷繞端部相對的表面。
該第四實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，由于在負(fù)極板58的卷繞中心方向的卷繞端部附近，在與相對的正極板57上形成未涂布部分49，因此在容易產(chǎn)生鋰金屬析出的與負(fù)極板58的卷繞端部相對的正極板57的正極連接片19a的內(nèi)周表面不涂布正極材料，減少在負(fù)極板58的卷繞端部附近在充電時(shí)從正極板57脫離至非水電解液中的鋰離子，改善因負(fù)極表面鋰金屬析出而引起的充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
下面說明本發(fā)明的第五實(shí)施形態(tài)。第五實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池是代替第三實(shí)施形態(tài)的正極連接片19a形成的絕緣材料48，在負(fù)極板68的卷繞端部配置絕緣材料50而構(gòu)成。
正極板67是將正極集電體鋁箔的兩面涂布了正極材料的極板材料沖裁，如圖22A所示，形成用正極連接片19a～19d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的正極疊層面17a～17e的帶狀體。
負(fù)極板68這樣構(gòu)成，是將負(fù)極集電體銅箔的兩面涂布了負(fù)極材料的極板材料沖裁，如圖22B所示，形成用負(fù)極連接片20a～20d連接在寬度方向形成圓弧的所需要數(shù)量的負(fù)極疊層面18a～18e的帶狀體。在該負(fù)極板68的卷繞端部形成絕緣材料50，在將正極板67與負(fù)極板68隔著隔膜9卷繞時(shí)，利用絕緣材料50覆蓋與正極連接片19a相對的負(fù)極板68的卷繞端部。
該絕緣材料50最好是具有阻礙鋰離子透過的離子不透過性的材料。另外，還要求對于非水溶劑具有化學(xué)穩(wěn)定性以及充電時(shí)對于所加電位具有穩(wěn)定性。作為在負(fù)極板68上形成方法有涂布樹脂粘結(jié)劑的方法，或者粘貼涂布了滿足前述各種穩(wěn)定性要求的粘結(jié)劑的樹脂帶的方法，從生產(chǎn)率方面考慮是合適的，最好采用以聚丙烯為主成分的粘結(jié)劑及粘結(jié)帶。
該正極板67與負(fù)極板68如圖23的示意圖所示，使正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e隔著隔膜9面對面疊層，用正極連接片19a～19d及負(fù)極連接片20a～20d彎曲卷繞，形成極板組70，在負(fù)極板68的卷繞終端形成的絕緣材料50這樣配置，使其僅與正極連接片19a的內(nèi)表面?zhèn)认鄬Α?br>
該第五實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，通過用絕緣材料50覆蓋容易產(chǎn)生鋰金屬析出的負(fù)極板68的卷繞端部，使負(fù)極板68的卷繞端部表面處于不析出鋰金屬的狀態(tài)，來改善充放電循環(huán)壽命的惡化及安全性的降低。
對于以上說明的第三～第五實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，下面說明驗(yàn)證鋰金屬析出的實(shí)施例。
正極板37是在厚20μm的鋁箔兩面在大氣中以均勻的厚度涂布正極材料，該正極材料是將聚氟亞乙烯3重量份溶解于N一甲基吡咯烷酮38重量份，對其加入作為活性物質(zhì)的LiC0O250重量份及作為導(dǎo)電劑的石墨9重量份，再在惰性氣氛下混合分散而形成，然后進(jìn)行壓延處理，使其形成180μm的厚度，這樣制成正極板材料，將該正極板材料以120℃干燥1小時(shí)后，進(jìn)行沖裁加工，得到圖18A所示的正極疊層面17a～17e的寬度為22mm的極板，在正極板37的連接片19a的區(qū)域形成絕緣材料48。該絕緣材料48是涂布以聚丙烯為主成分的粘結(jié)劑并使其硬化而形成。
負(fù)極板38是在厚20μm的銅箔兩面在大氣中以均勻的厚度涂布負(fù)極材料，該負(fù)極材料是將聚氟亞乙烯3重量份溶解于N-甲基吡咯烷酮38重量份，對其加入焦碳的2500℃燒結(jié)物59重量份，再在惰性氣氛下混合分散而形成，然后進(jìn)行壓延處理，使其形成200μm的厚度，這樣制成負(fù)極板材料，將該負(fù)極板材料以120℃干燥1小時(shí)后進(jìn)行沖裁加工，制成圖18B所示的負(fù)極疊層面18a～18e的寬度為24mm的形狀。
將上述構(gòu)成的正極板37及負(fù)極板38隔著后25μm的多微孔性聚乙烯薄膜卷繞，使得正極疊層面17a～17e與負(fù)極疊層面18a～18e疊層，形成厚約2.8mm的極板組30，將該極板組30裝入封口外殼5內(nèi)，注入1MliPE6/EC-EMC電解液500μl，隔著墊圈9將帽殼4覆蓋封口外殼5的開口部分，將帽殼4卷邊鉚接加工，進(jìn)行封口。該作業(yè)在干燥空氣中進(jìn)行，利用壓接使極板組30與帽殼及封口外殼5電氣連接，將這樣制成的第三實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池作為電池E。
另外，用正極連接片19a形成未涂布部分49的正極板57，制成其它構(gòu)成與電池E相同的第四實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，將它作為電池F。另外，制成卷繞端部形成絕緣材料50的負(fù)極板68，制成其它構(gòu)成與電池E相同的第五實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，將它作為電池G。再有，制成作為比較例的第一實(shí)施形態(tài)有關(guān)的硬幣型電池，即不形成絕緣材料48、50或位涂布部分49的電池A。
對上述硬幣型電池E、F、G及A，在反復(fù)充放電后，將電池分解，確認(rèn)在負(fù)極板8的卷繞終端部分的鋰金屬析出情況。充放電條件是將各硬幣型電池E、F、G及A在4.2V至3.0V之間利用100mA的恒定電流反復(fù)充放電200次。
結(jié)果，硬幣型電池E、F及G的任何一種在負(fù)極板的卷繞端部未發(fā)現(xiàn)鋰金屬析出，而比較例的硬幣型電池A有很多的鋰金屬在負(fù)極表面析出。但是，由于是200次左右的充放電，因此析出量很少，不至于使電池特性惡化。
根據(jù)該驗(yàn)證結(jié)果，在采用卷繞結(jié)構(gòu)的極板組1及10的硬幣型電池中，由于有可能產(chǎn)生因重復(fù)充放電而析出的鋰金屬所引起的問題，因此希望像第三～第五的各實(shí)施形態(tài)所示的極板組30、60及70那樣，設(shè)置防止鋰金屬析出的結(jié)構(gòu)，以圖增加放電容量。
工業(yè)上的實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明，由于能夠提高硬幣型電池的放電特性，抑制電阻值，同時(shí)抑制因鋰金屬析出而引起的問題發(fā)生，維持長期的安全性及充放電循環(huán)特性，因此能夠?qū)⒂矌判碗姵赜糜诟鼜V泛領(lǐng)域的裝置，有助于實(shí)現(xiàn)便攜式裝置等的小型化，減薄裝置厚度及減輕重量，而且實(shí)現(xiàn)高可靠性。
權(quán)利要求
1.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體上涂布正極材料的正極板(7)與負(fù)極集電體上涂布負(fù)極材料的負(fù)極板(8)分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組(1)，使正極板的疊層面(17a～17e)與負(fù)極板的疊層面(18a～18e)隔著隔膜(9)交替疊層，將這種極板組安裝在用封口外殼(5)將淺的有底圓筒形帽殼(4)的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，極板組(1)是將正極板與負(fù)極板卷繞，使得正極板(7)的端部的正極疊層面位于一面，而負(fù)極板(8)的端部的負(fù)極疊層面位于另一面。
3.權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，連接片，形成為使得從卷繞時(shí)位于內(nèi)側(cè)的連接片向位于外側(cè)的連接片、連接方向的長度依次增加。
4.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，連接片，與連接方向垂直的寬度為規(guī)定尺寸以上。
5.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，正極板(7)及負(fù)極板(8)被形成為疊層面與連接片為同一寬度的帶狀體。
6.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，正極板(7)及負(fù)極板(8)被形成為疊層面與電池外殼的圓形安裝空間相對應(yīng)的圓形。
7.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，正極板(7)及負(fù)極板(8)被形成為疊層面為與電池外殼的圓形安裝空間相對應(yīng)的多邊形。
8.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，正極板(7)及負(fù)極板(8)在形成極板組(1)時(shí)，成為最外面的正極疊層面(17e)形成正極集電體的露出面，成為最外面的負(fù)極疊層面(18e)形成負(fù)極濟(jì)集電體的露出面。
9.如權(quán)利要求1所述的硬幣型電池，其特征在于，極板組(10)具有從正極板(7)的端部沿極板長度方向延伸的與帽殼焊接的正極引線(15)，以及從負(fù)極板(8)的端部沿極板長度方向延伸的與封口外殼焊接的負(fù)極引線(16)。
10.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體上涂布正極材料的正極板(41)與負(fù)極集電體上涂布負(fù)極材料的負(fù)極板(42)分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，將正極板與負(fù)極板重疊，使正極板的正極材料涂布面與負(fù)極板的負(fù)極材料涂布面隔著隔膜(9)面對面，用連接部分交替反方向彎曲、折疊壓縮，使正極板的疊層面(51)與負(fù)極板的疊層面(72)疊層，形成扁平形狀的極狀組(40)，將該極板組安裝在用封口外殼(5)將淺的有底圓筒形帽殼(4)的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
11.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體的兩面涂布正極材料的正極板(7a)舉負(fù)極集電體的兩面涂布負(fù)極材料的負(fù)極板(8a)分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，從正極板的一端使正極集電體延伸形成正極引線(15)，從負(fù)極板的一端使負(fù)極集電體延伸形成負(fù)極引線(16)，將所述正極引線及負(fù)極引線形成的一側(cè)作為卷繞終端，用連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組(10)，使所述正極板的疊層面(17a～17e)與負(fù)極板的疊層面(18a～18e)隔著隔層(9)交替疊層，將正極引線的前端部與帽殼(4)焊接，將負(fù)極引線的前端部與封口外殼(5)焊接，將該極板組安裝在用封口外殼(5)將淺的有底圓筒形帽殼(4)的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
12.如權(quán)利要求11所述的硬幣型電池，其特征在于，連接片，形成為使得從卷繞時(shí)位于內(nèi)側(cè)的連接片向位于外側(cè)的連接片、連接方向的長度依次增加。
13.如權(quán)利要求11所述的硬幣型電池，其特征在于，連接片，與連接方向垂直的寬度為規(guī)定尺寸以上。
14.如權(quán)利要求11所述的硬幣型電池，其特征在于，正極板(7a)及負(fù)極板(8a)，形成為疊層面與電池外殼的圓形安裝空間相對應(yīng)的圓形。
15.如權(quán)利要求11所述的硬幣型電池，其次特征在于，正極板(7a)及負(fù)極板(8a)被形成為疊層面為與電池外殼的圓形安裝空間相對應(yīng)的多邊形。
16.如權(quán)利要求11所述的硬幣型電池，其特征在于，正極集電體用鋁箔形成，帽殼(4)用內(nèi)表面?zhèn)葹殇X、外表面?zhèn)葹椴讳P鋼的包層材料形成。
17.如權(quán)利要求11所述的硬幣型電池，其特征在于，負(fù)極集電體用銅箔形成，封口外殼(5)用不銹鋼形成，在封口外殼的內(nèi)表面與不銹鋼板或鎳板之間夾著負(fù)極集電體進(jìn)行電阻焊接。
18.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體的單面涂布正極材料的正極板(4)及負(fù)極集電體的單面涂布負(fù)極材料的負(fù)極板(42)分別形成連接多個(gè)疊層面的帶狀體，從正極板的一端使正極集電體延伸形成正極引線(15)，從負(fù)極板的另一端使負(fù)極集電體延伸形成負(fù)極引線(16)，用連接部分交替反方向?qū)⒄龢O板及負(fù)極板折疊壓縮，形成扁平形狀的極板組(55)，將負(fù)極引線的前端部與封口外殼(5)焊接，使正極板的正極材料涂布面與負(fù)極板的負(fù)極材料涂布面隔著隔膜(9)面對面，將正極板的疊層面(50)與負(fù)極板的疊層面(52)進(jìn)行疊層，將該極板組安裝在用封口外殼(5)將淺的有底圓筒形帽殼(4)的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。
19.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體上涂布以過度金屬氧化物為主體的正極材料的正極板(37)及負(fù)極集電體上涂布能吸貯及放出鋰的負(fù)極材料的負(fù)極板(38)分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用各自的連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組(30)，使所述正極板的疊層面(17a～17e)負(fù)極板的疊層面(18a～18e)隔著隔膜(9)交替疊層，所述正極板用絕緣性材料(48)覆蓋卷繞時(shí)位于中心的連接片的與負(fù)極板的端部相對的表面。
20.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體上涂布以過度金屬氧化物為主體的正極材料的正極板(57)及負(fù)極集電體上涂布能吸貯及放出鋰的負(fù)極材料的負(fù)極板(58)分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用各自的連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組(60)，使所述正極板的疊層面(17a～17e)與負(fù)極板的疊層面(18a～18e)隔著隔膜(9)交替疊層，所述正極板在卷繞時(shí)位于中心的連接片的與所述負(fù)極板的端部相對的表面形成不涂布正極材料的未涂布部分。
21.一種硬幣型電池，其特征在于，正極集電體上涂布以過度金屬氧化物為主體的正極材料的正極板(67)及負(fù)極集電體上涂布能吸貯及放出鋰的負(fù)極材料的負(fù)極板(68)分別形成用連接片連接多個(gè)疊層面的帶狀體，用各自的連接片將正極板及負(fù)極板彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組(70)，使所述正極板的疊層面(17a～17e)與負(fù)極板的疊層面(18a～18e)隔著隔膜(9)交替疊層，所述負(fù)極板在卷繞時(shí)位于中心的端部用絕緣性材料(50)覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種硬幣型電池，力圖提高放電容量同時(shí)設(shè)置防止鋰金屬析出的結(jié)構(gòu)。使正極板(7)的疊層面與負(fù)極板(8)的疊層面隔著隔膜(9)疊層，用連接片將正極板(7)及負(fù)極板(8)彎曲、卷繞成扁平形狀、形成極板組(1)，再將它裝入用封口外殼(5)將帽殼(4)的開口部分封口的電池外殼內(nèi)。所述正極板(7)卷繞時(shí)位于中心的連接片的與負(fù)極板(8)的端部相對的表面設(shè)置絕緣材料。
文檔編號H01M6/10GK1461503SQ01813825
公開日2003年12月10日 申請日期2001年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月9日
發(fā)明者中西眞, 高村候志, 秋谷弘之, 小柴信晴 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社