[發明專利]高機械強度和高耐熱性的聚合物電解質電池及其生產方法

無效

• 申請號: 01116500.6
• 申請日: 2001-03-27
• 公開（公告）號: CN1316792A
• 公開（公告）日: 2001-10-10
• 發明（設計）人: 山崎干也
• 申請（專利權）人: 三洋電機株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 盧新華,鐘守期

本發明涉及聚合物電解質電池，更具體的涉及包括正電極和負電極、三文治狀的含有凝膠聚合物電解質的聚烯烴多孔隔膜的聚合物電解質電池。

目前，如手提電話、錄像機、數碼照相機和個人數碼電腦的手提設備的需求正在增加。為了適應這種需求，急切地需要薄、重量輕的高能電池。超薄和輕的聚合物電解質電池適合于裝在手提設備上，人們希望它能滿足這種需求。

聚合物電解質電池，其中包括正電極板和負電極板、三文治狀的聚合物電解質制備的膜，其優點是它不象其它使用液體電解質的電池，不會引起液體電解質的泄漏。

聚合物電解電池通常使用鋰復合氧化物作為正極活性物質。鋰金屬和鋁一鋰合金被經常用作負極材料。可是，使用負極材料的電池，會產生樹枝狀結晶造成電池重復充電和放電。因此，目前經常使用能夠封閉和釋放鋰離子的碳材料作為負極材料。

作為聚合物電解質，一般已知其中溶質被溶解的含有聚亞烷基氧化物的固體電解質。例如包含的亞烷基氧化物聚合物，但僅具有低離子傳導性。因此，這種常規的固體電解質的缺點是其高速率放電能力低。

為了克服這種缺點，開發了含有凝膠聚合物電解質的聚合物電解質電池。這種凝膠聚合物電解質電池含有一種通過固化如聚亞烷基二醇二丙烯酸酯的聚合物前體生產的聚合物。由于凝膠聚合物電解質比固體電解質具有較高的離子傳導性，含有上述凝膠聚合物電解質的聚合物電解質電池能得到相對高的高一速率放電性。

當這種凝膠聚合物電解質被包括在聚烯烴多孔隔膜中，被插入正電極和負電極中間時，則這種聚合物電解質電池的機械強度有改進。

對于薄型聚合物電解質電池，其外殼通常是通過使軟片狀元件(sheetmember)，如薄片狀鋁相結合而形成的。由于這種外殼非常容易受外力變形(凹下或彎曲)，需要使薄型聚合物電解質電池具有一定的機械強度，以使當電池上出現少量的變形時，也能保持電池良好的性能。

同時，目前電池被使用到多種類型的設備，它們可在非常高的溫度下使用。因此電池還需要具有高耐熱性，防止在高溫下出現內部短路。

可是，對于帶有包括凝膠聚合物電解質的聚烯烴多孔隔膜的上述常規聚合物電解質電池，盡管聚合物電解質電池具有相對高的耐熱性，在150℃左右也會出現上述內部短路。上述通常用作多孔隔膜的聚烯烴膜，在高溫下收縮會造成正極和負極彼此接觸。這是造成內部短路的原因。

本發明的目的在于提供具有高放電容量、高機械強度和高耐熱性的聚合物電解質電池。

為了達到上述目的，本發明應用了包括一種電極單元的聚合物電解質電池，上述電極單元含有正極板和負極板，在其中被插入了含有聚合物電解質多孔隔膜。在本電池電極單元的周圍，聚合物電極材料一起覆蓋正極板邊緣部分和多孔隔膜邊緣部分，以及多孔隔膜邊緣和負極板邊緣部分。

在正極板和負極板中間插入多孔隔膜使得上述聚合物電解質電池具有高機械強度。

上述聚合物電解質電池的構造還能防止由下述原因造成的在聚合物電解質電池中出現的短路。

在150℃左右的高溫下，帶有包含凝膠聚合物電解質的聚烯烴多孔隔膜的常規的聚合物電解質電池可能會出現內部短路。這是因為通常用作多孔隔膜的聚烯烴多孔隔膜在高溫下收縮和變形，結果正極板和負極板容易彼此接觸。

可是，本發明的聚合物電解質電池，聚合物電解質材料連接多孔隔膜邊緣部分與正極板邊緣部分，以及多孔隔膜與負極板邊緣部分。也就是說，聚合物電解質材料固定住了：正極板、負極板和多孔隔膜的邊緣。這使多孔隔膜能對抗收縮力保持其最初的形狀，因此防止在聚合物電解質電池內出現短路。

本申請優選使用與上述電解質材料相同類型的聚合物電解質，而且聚合物電解質被包括在多孔隔膜中。這改進聚合物電解質電池的生產方法，對電池性能不會帶來任何負面影響。

對于使用通過使如薄片狀鋁膜的片狀元件結合在一起生產的外殼的聚合物電解質電池，外殼一般受外力后變形，或當內部出現短路時由內部壓力增加造成膨脹。因此，提供高機械強度和高耐熱性的本類型的聚合物電解質電池在實際中非常重要。

通過下述工藝可容易地生產上述聚合物電解質電池。電極單元的生產是通過在正極板和負極板中間插入多孔隔膜。將生產的電極單元在預凝膠溶液中浸漬，該預凝膠溶液由液體電解質和聚合物前體組成。將預凝膠溶液加入到固定的電極單元周圍，然后固化。

通過下述的說明并結合例示本發明具體實例的附圖，本發明的上述和其它目的，優點和特征將更加明顯。

在圖中：

圖1的透視圖表示了本發明薄型聚合物電解質電池的一個實例的外觀。