堆疊型二次電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及引出電極，該引出電極被設(shè)置在多個(gè)固體電池之間，以在通過(guò)堆疊固體電池來(lái)增加容量的情況下將并聯(lián)的固體電池電連接。
【背景技術(shù)】
[0002]作為能夠充電且將電能保持在其中的二次電池，鉛酸蓄電池、鎳鎘蓄電池、鋰離子二次電池等已被開(kāi)發(fā)及在實(shí)踐上使用，并且高性能的鋰離子二次電池最近引起關(guān)注。鋰離子二次電池使用有機(jī)溶劑，并通過(guò)優(yōu)化陰極活性材料、陽(yáng)極活性材料、有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液等被應(yīng)用于多種用途之中。
[0003]二次電池被配置為二次電池的電池單元被堆疊為多層且并聯(lián)電連接，以增加儲(chǔ)存的電容量。
[0004]在專(zhuān)利文件I中公開(kāi)的鋰離子二次電池中，如圖22中所示，采用了一種結(jié)構(gòu)，其中片狀的隔板7像手風(fēng)琴一樣被折疊起來(lái)，并且正電極和負(fù)電極被交替地插入其中。從隔板的連續(xù)主體向彼此相反側(cè)突出的引出部分8a、9a被設(shè)置在陰極板8和陽(yáng)極板9上，并且陰極和陽(yáng)極的引出部分8a、9a被分別地聚集在一起且彼此電連接。
[0005]隔板7的連續(xù)主體由形成有精細(xì)的孔的多孔膜構(gòu)成，其由合成樹(shù)脂制成，如聚烯烴樹(shù)脂。陰極板8通過(guò)將諸如鋰過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物的陰極活性材料施加在片狀金屬箔的兩個(gè)表面上而形成。陽(yáng)極板9通過(guò)將諸如碳材料的陽(yáng)極活性材料施加在片狀金屬箔的兩個(gè)表面上而形成。多個(gè)陰極板和多個(gè)陽(yáng)極板被分別地聚集在一起，以使單元電池并聯(lián)連接。
[0006]由于鋰離子二次電池使用易燃有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液，有機(jī)溶劑電解質(zhì)溶液通過(guò)電極反應(yīng)分解并且因此使電池的外皮膨脹，從而可能在一些情況下導(dǎo)致電解質(zhì)溶液的泄漏，并且因此聚合物鋰離子二次電池被已開(kāi)發(fā)用于減少尺寸和重量以及提高安全性。這是通過(guò)使用凝膠狀電解質(zhì)代替使用在傳統(tǒng)鋰離子二次電池中的電解質(zhì)溶液實(shí)現(xiàn)的。凝膠狀電解質(zhì)包含電解質(zhì)溶液并且進(jìn)一步包含基體聚合物，比如聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈。
[0007]例如，采用凝膠狀電解質(zhì)的鋰離子二次電池被公開(kāi)在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，如圖23所示，其中鋰離子二次電池I被構(gòu)造為單元電池由具有從端部突出的端子接頭2的陰極板3、形成為薄膜形式的凝膠狀電解質(zhì)4、隔板S以及具有從端部突出的端子接頭5的陽(yáng)極板6構(gòu)成，并且多個(gè)單元電池被交替地堆疊并須經(jīng)熱壓以形成多層膜電極組件，多層膜電極組件通過(guò)層壓薄膜等被包裝和密封，以致多個(gè)陰極板和多個(gè)陽(yáng)極板被分別聚集在一起，并且單元電池被并聯(lián)連接。
[0008]此外，作為全固體鋰離子二次電池的堆疊結(jié)構(gòu)，專(zhuān)利文件3中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)具有陰極層、陽(yáng)極層以及固體電解質(zhì)層，該陰極層具有陰極活性材料，鋰離子移動(dòng)進(jìn)入該陰極活性材料或從該陰極活性材料移出，該陽(yáng)極層具有陽(yáng)極活性材料，鋰離子移動(dòng)進(jìn)入該陽(yáng)極活性材料或從該陽(yáng)極活性材料移出，固體電解質(zhì)層被設(shè)置在陰極層和陽(yáng)極層之間，其中兩個(gè)相鄰的固體電解質(zhì)層通過(guò)絕緣層連接，并且兩個(gè)相鄰的堆積被堆疊為構(gòu)成分別的堆積4的陽(yáng)極層或構(gòu)成分別的堆積4的陰極層彼此接觸。
[0009]在堆疊的堆積的成對(duì)的側(cè)表面上，分別設(shè)置第一集電器和第二集電器。第一集電器與陰極層接觸，但不與陽(yáng)極層接觸，從而第一集電器與陽(yáng)極層被絕緣層隔開(kāi)。此外，第二集電器與陽(yáng)極層接觸，而不與陰極層接觸，從而第二集電器與陰極層被絕緣層隔開(kāi)。端子部分被布置在右側(cè)和左側(cè)端部，并且集電箔被設(shè)置在下端部，且通過(guò)端子部分向其施加緊固載荷。通過(guò)使用第一集電器作為陰極且使用第二集電器作為陽(yáng)極，堆疊的堆積被彼此并聯(lián)電連接。
[0010]作為全固體鋰離子二次電池的堆疊結(jié)構(gòu)，利用固體電解質(zhì)層成為用于相鄰電池單元間成對(duì)的電子傳導(dǎo)的絕緣膜的事實(shí)的結(jié)構(gòu)在專(zhuān)利文件4和專(zhuān)利文件5中被公開(kāi)。
[0011]在專(zhuān)利文件4中，堆積是完整熔結(jié)體，并且多個(gè)區(qū)塊被并聯(lián)連接在一起，每一個(gè)區(qū)塊中二次電池的電池單元被串聯(lián)地堆疊。在每個(gè)串聯(lián)的區(qū)塊中，多個(gè)單元電池被串聯(lián)地連接在一起，每個(gè)單元電池都按順序具有陰極集電層、陰極活性材料層、離子傳導(dǎo)無(wú)機(jī)材料層(固體電解質(zhì)材料層)、陽(yáng)極活性材料層以及陽(yáng)極集電層。除了布置在最外層的陰極集電層和陽(yáng)極集電層之外，陰極集電層和陽(yáng)極集電層不會(huì)向外延伸到串聯(lián)的區(qū)塊的端部表面，并且位于最外層的陰極集電層和陽(yáng)極集電層至少分別地向外延伸至串聯(lián)的區(qū)塊的端部表面的不同部分，并且位于多個(gè)串聯(lián)的區(qū)塊的最外層的所有陰極集電器和所有陽(yáng)極集電器至少分別地向外延伸至堆積的端部表面的不同部分。
[0012]專(zhuān)利文件5中的多層堆疊電池是由位于多級(jí)的多個(gè)電池單元構(gòu)成的多層堆疊結(jié)構(gòu)，每個(gè)電池單元為薄膜固體鋰離子二次電池，該薄膜固體鋰離子二次電池由陽(yáng)極活性材料層和陰極活性材料層、固體電解質(zhì)層以及陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)集電層構(gòu)成，該陽(yáng)極活性材料層和陰極活性材料層能夠吸收和釋放鋰離子，該固體電解質(zhì)層被設(shè)置在陽(yáng)極活性材料層和陰極活性材料層之間并且具有將它們電子傳導(dǎo)地分離和隔絕的功能，陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)集電層由金屬膜構(gòu)成，并且具有收集活性材料層正上方和活性材料層正下方的電流的功能。多層堆疊電池進(jìn)一步利用固體電解質(zhì)層成為用于相鄰電池單元之間成對(duì)的電子傳導(dǎo)的絕緣薄膜的功能，并且利用集電層(金屬層)成為用于上下相鄰電池單元的活性材料之間成對(duì)的電子傳導(dǎo)的絕緣薄膜的功能，以通過(guò)固體電解質(zhì)層和集電層覆蓋和隔離在外圍外側(cè)位置的陰極和陽(yáng)極活性材料層的周?chē)４送?，在外緣部分外?cè)位置，集電層的外緣部分被固體電解質(zhì)層覆蓋和隔離。在堆疊結(jié)構(gòu)中，為了不使用獨(dú)立電池單元之間的新的絕緣薄膜，通過(guò)堆疊分別的層，多級(jí)中的結(jié)構(gòu)被形成在一個(gè)基底上。
[0013]此外，專(zhuān)利文件6公開(kāi)全固體型電池結(jié)構(gòu)，其中，容易拔出全固體型電池的電極端子，并且僅僅通過(guò)堆起二次電池的電池單元就實(shí)現(xiàn)多個(gè)電池的并聯(lián)電連接。如圖24中所示，該結(jié)構(gòu)被制成為絕緣基底106和接觸孔104被設(shè)置在頂部和底部，每個(gè)絕緣基底106具有金屬型板102 (拔出的電極)，并且能量產(chǎn)生元件108被設(shè)置為夾在絕緣基底106之間，在能量產(chǎn)生元件108中堆疊有陰極集電器、陰極、固體電解質(zhì)、陽(yáng)極以及陽(yáng)極集電器。例如，能量產(chǎn)生元件108的陰極和陽(yáng)極集電器之一被電連接到絕緣基底106的任意金屬型板102、通過(guò)接觸孔104將它覆蓋，并且其余集電器被電連接到絕緣基底106的任意金屬型板102、通過(guò)接觸孔104將它覆蓋。上下絕緣基底106被黏合在一起以密封能量產(chǎn)生元件，經(jīng)由穿透絕緣基底106的通孔110來(lái)通過(guò)金屬型板102建立傳導(dǎo)，該絕緣基底106保持夾在它們之間的能量產(chǎn)生元件108，該通孔110從通過(guò)密封體前表面上的連接孔104連接的金屬型板102穿透至不通過(guò)后表面上的連接孔104連接的金屬型板102。
[0014]全固體型電池結(jié)構(gòu)中通過(guò)拔出的電極而實(shí)現(xiàn)的陰極端子和陽(yáng)極端子存在于單元電池的上表面上，并且陰極端子和陽(yáng)極端子也類(lèi)似地存在于下表面上，因此僅僅通過(guò)堆放單元電池便能夠并聯(lián)電連接。
[0015]此外，專(zhuān)利文件7公開(kāi)電極組件，該電極組件能夠提供形狀容易改變和容量容易調(diào)整的電池。在電極組件的節(jié)段的有序陣列中，在一個(gè)虛擬平面內(nèi)，節(jié)段在一個(gè)方向上延伸同時(shí)并排設(shè)置。在被并排設(shè)置時(shí)延伸的節(jié)段的虛擬平面的數(shù)量是兩個(gè)或更多，并且節(jié)段在虛擬平面中延伸的方向是不同的。在一個(gè)虛擬平面內(nèi)的節(jié)段可以與另一個(gè)平面內(nèi)的節(jié)段交叉，具有90度的偏差。節(jié)段之間的間隔是0，或者具有能夠提供電池成型加工性的任意尺寸，例如，5μπι到幾千μπι。在一些實(shí)施方式中，隔離膜被進(jìn)一步設(shè)置在平面之間，該平面由并排設(shè)置同時(shí)延伸的節(jié)段構(gòu)成。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)文件
[0017]專(zhuān)利文件
[0018]專(zhuān)利文件1:日本特開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第2009-140707號(hào)
[0019]專(zhuān)利文件2:日本特開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第2013-182735號(hào)
[0020]專(zhuān)利文件3:W0 2010/089855
[0021]專(zhuān)利文件4:日本特開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第2008-198492號(hào)
[0022]專(zhuān)利文件5:日本特開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第2004-158222號(hào)
[0023]專(zhuān)利文件6:日本特開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第2003-168416號(hào)
[0024]專(zhuān)利文件7:日本特開(kāi)專(zhuān)利公報(bào)第2013-535802號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0026]如上所述，已做出了關(guān)于二次電池的堆疊結(jié)構(gòu)的不同的建議，但是通過(guò)將正電極和負(fù)電極合并作為分立元件并且將固體電解質(zhì)層延伸以將它用作絕緣體而實(shí)現(xiàn)利用二次電池構(gòu)件的鋰離子電池的堆疊結(jié)構(gòu)，并且因此不適用于具有其他結(jié)構(gòu)的二次電池。
[0027]如專(zhuān)利文件2所公開(kāi)的端子接頭被設(shè)置在正電極和負(fù)電極處的結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮堆積的厚度，并且在陰極板的情況下在陰極集電器上的陰極活性材料和在陽(yáng)極板的情況下陽(yáng)極集電器上的陽(yáng)極活性材料被制為避開(kāi)端子接頭的連接部分的寬度，從而充電功能在此區(qū)域中不會(huì)運(yùn)作更長(zhǎng)時(shí)間，導(dǎo)致作為二次電池的容量下降。此外，在所有的陰極和陽(yáng)極上，有必要逐一設(shè)置端子接頭。
[0028]在電極較厚的情況下，電池單元被堆疊并且電極從電池單元的電極層的側(cè)表面被拔出的結(jié)構(gòu)在物理上是可能的，但是由于I μπι或更小的較小的厚度，因此在諸如通過(guò)氣相沉積或噴鍍制造導(dǎo)電電極的情況下不能實(shí)現(xiàn)。
[0029]此外，各自具有設(shè)置于電池單元的頂部和底部的、作為拔出電極的金屬型板和接觸孔的絕緣基底的結(jié)構(gòu)和電池單元被堆疊，因?yàn)榻^緣基底被插入，所以堆疊的二次電池變厚，并且因此無(wú)法滿(mǎn)足高密度封裝的需求。
[0030]使用容易改變形狀的節(jié)段的電極結(jié)構(gòu)是多個(gè)節(jié)段作為節(jié)段的有序陣列被并聯(lián)布置并且跨過(guò)其他的平面的結(jié)構(gòu)，雖然容易拔出電極，但是其并不旨在用于堆疊的結(jié)構(gòu)，并且因此為了制成堆疊的結(jié)構(gòu)需要按照結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被設(shè)計(jì)。
[0031]隨著便攜式電子設(shè)備和工藝的改進(jìn)的普及，在需要高密度堆疊技術(shù)的同時(shí)，愈加集成的電子元件被高密集封裝，并且它們的作為能量源的二次電池容量被增加。
[0032]本發(fā)明的目的是提供一種作為封裝技術(shù)以滿(mǎn)足上述需求的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中薄膜固體二次電池的電池單元被大體上高密度地堆疊、具有限制的厚度。
[0033]解決問(wèn)題的手段
[0034]本發(fā)明是在堆疊型二次電池中使用拔出的引出電極來(lái)并聯(lián)電連接電池單元的結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)二次電池的電池單元在結(jié)構(gòu)上被串聯(lián)地堆疊。
[0035]本發(fā)明的堆疊型二次電池是由多個(gè)電池單元堆疊制成的堆疊型二次電池，每個(gè)電池單元呈平面形狀