專利名稱：卷繞型蓄電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及卷繞型蓄電池，其具有電極卷繞單元，該電極卷繞單元通過使正極和負極隔著隔板層疊并卷繞而構成。
背景技術：
近年來，開發出了具有由石墨等碳材料構成的負極和由LiCoO2等含鋰金屬氧化物構成的正極的電池。該電池是所謂搖椅型電池，在組裝后對電池進行充電，由此，從構成正極的含鋰金屬氧化物向負極供給鋰離子，進而在放電時，鋰離子從負極返回到正極，由于負極不使用金屬鋰而只有鋰離子參與充放電，所以被稱作鋰離子二次電池，與使用鋰金屬的鋰電池相區別。該鋰離子二次電池的特點是，高電壓且高容量，并且具有高安全性。并且，圍繞環境問題研究的過程中，積極開發利用太陽光發電或風力發電產生的清潔能源的貯藏系統和代替汽油車的電動車或混合動力電動車中使用的電源。另外，最近， 電動操作窗或IT關聯設備等車載裝置和設備高性能化、高功能化，隨之，謀求開發具有高能量密度和高輸出密度的新的電源。而且，作為與需要高能量密度和高輸出特性的用途對應的蓄電池，近年來，被稱為混合電容器的蓄電池備受關注，其組合了鋰離子二次電池和電雙層電容器的蓄電原理。作為該混合電容器，提出了如下的有機電解質電容器預先利用化學方法或電化學方法，使鋰離子吸藏、擔載(以下也稱為摻雜)于能夠使鋰離子吸藏和脫離的碳材料，以降低負極的電位，由此，具有得到高能量密度的由碳材料構成的負極(例如參照專利文獻1)。在這種有機電解質電容器中，期待高性能，但是，具有如下問題預先使鋰離子摻雜于負極中時需要極長的時間、需要使鋰離子均勻地擔載于負極整體，特別是作為卷繞有電極的圓筒形電池或層疊多片電極的方型電池那樣大型的高容量電芯，難以實用化。為了解決這種問題，提出了如下的卷繞型蓄電池該卷繞型蓄電池通過筒狀電極卷繞單元和鋰離子供給源構成，所述電極卷繞單元具備分別具有集電體的正極和負極，所述集電體形成有貫通表面和背面的孔，負極由能夠可逆地擔載鋰離子的負極活性物質構成，正極和負極在隔著隔板層疊的狀態下卷繞而形成所述電極卷繞單元，所述鋰離子供給源設置于該電極卷繞單元的外周面和內周面中的任一方，通過負極與鋰金屬的電化學接觸，鋰離子摻雜于負極中(例如參照專利文獻2)。在該卷繞型蓄電池中，在集電體設有貫通表面和背面的孔，因此，即便鋰離子供給源配置于電極卷繞單元的外周面和內周面中的任一方，鋰離子也不會被集電體隔斷，而是通過該集電體的孔在電極間移動，由此，不僅是鋰離子供給源附近的負極部分，也能夠通過電化學的方式使鋰離子摻雜于遠離鋰離子供給源的負極部分。進而，如上所述，預先使鋰離子摻雜于能夠吸藏和脫離鋰離子的碳材料等的負極與電雙層電容器中使用的活性炭相比電位低，因此，與正極活性炭組合得到的電芯的耐電壓提高，并且，由于負極的容量比活性炭大得多，所以根據具備該負極的卷繞型蓄電池，能夠得到高的能量密度。
然而，在這種卷繞型蓄電池中，鋰金屬僅設置于電極元件的外周面和內周面中的任一方，因此，存在如下問題使鋰離子均勻地摻雜于負極整體需要很長時間。并且，當僅在電極卷繞單元的外周面設置鋰離子供給源時，雖然得到高電壓和高容量，但摻雜的鋰離子量變多，所以需要使用厚度大的鋰離子供給源，因此，存在如下問題電極的填充量降低，難以得到充分高的能量密度。為了解決這種問題，提出了如下的卷繞型蓄電池該卷繞型蓄電池具有筒狀的電極卷繞單元，所述電極卷繞單元是通過使正極和負極在隔著隔板層疊的狀態下卷繞而形成的，所述正極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有電極層，該電極層含有能夠可逆地擔載鋰離子和/或負離子的正極活性物質，所述負極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有電極層，該電極層含有能夠可逆地擔載鋰離子的負極活性物質，在該電極卷繞單元的內周面和外周面雙方配置有鋰離子供給源來構成，通過負極和/ 或正極與鋰離子供給源的電化學接觸，鋰離子被摻雜于該負極和/或該正極中(例如參照專利文獻3。)。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平8-107048號公報專利文獻2 日本特許第3485935號公報專利文獻3 日本特開2007-67105號公報但是，在這種卷繞型蓄電池中可以清楚了解到電解液的浸透需要很長時間，而且，為了使鋰離子均勻地摻雜于負極整體中需要很長時間，無法獲得高的生產率。這可以理解為，由于電極卷繞單元的表面被鋰離子供給源覆蓋，所以電解液難以擴散至電極卷繞單元的內部。特別是在制造大型的卷繞型鋰離子電池的情況下，由于增加卷繞數，從而該摻雜所需時間增大至例如大約30天，因此，其生產率顯著降低。并且，在專利文獻3所述的卷繞型蓄電池中，在組裝電極卷繞單元后，由于在其內周面和外周面配置鋰離子供給源，所以制造工序復雜，由此，還存在無法獲得高的生產率的問題。
發明內容
本發明就是基于上述情況而完成的，其目的在于提供一種卷繞型蓄電池，能夠實現鋰離子供給源的配置的簡化，并且，能夠縮短注入非質子性有機溶劑電解質溶液的時間、 以及預先使鋰離子摻雜于負極和/或正極(以下將該行為稱為預摻雜)的時間，因此，能夠以短時間完成組裝，獲得高的生產率。并且，本發明的另一目的在于提供一種卷繞型蓄電池，在短時間內使電解液浸透到電極卷繞單元的內部，以短時間使鋰離子均勻地摻雜于電極中，獲得高的生產率。本發明的卷繞型蓄電池具備筒狀的電極卷繞單元和由鋰鹽的非質子性有機溶劑電解質溶液構成的電解液，所述電極卷繞單元是將電極層疊體從其一端卷繞而構成的，該電極層疊體具有正極和負極，該正極和該負極隔著隔板層疊形成所述電極層疊體，所述正極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地擔載鋰離子和/ 或負離子的正極活性物質的電極層，所述負極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地擔載鋰離子的負極活性物質的電極層，通過所述負極和/或所述正極與鋰離子供給源的電化學接觸，鋰離子和/或負離子摻雜于該負極和/或該正極中，上述鋰離子供給源設置成，上述正極和上述負極由于上述隔板而不接觸。在這種卷繞型蓄電池中優選在上述正極形成有正極間隙部，在上述正極間隙部或負極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態設有至少一個鋰離子供給源。并且，在這種卷繞型蓄電池中優選上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的內周面設有鋰離子供給源。另外，可以在卷繞有設于上述電極卷繞單元的最內周部分的內周面的鋰離子供給源的卷繞體由負極覆蓋后，插入正極并進行卷繞，由此構成電極卷繞單元。并且，優選上述正極具有多個正極片，各正極片相互隔著上述正極間隙部配置。并且，優選上述正極形成有切口，通過該切口構成上述正極間隙部。并且，優選上述負極與上述正極的至少一部分重疊。并且，優選設于上述正極間隙部或上述負極中與該正極間隙部對應的位置的鋰離子供給源在該鋰離子供給源應覆蓋的卷繞體由負極最外周部覆蓋后被插入并進行卷繞，由此構成電極卷繞單元。并且，在本發明的卷繞型蓄電池中優選上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的內周面設有鋰離子供給源，設有上述鋰離子供給源的上述電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的外周面中未被該鋰離子供給源覆蓋的區域的比例分別為10% 70%。在這種卷繞型蓄電池中優選電極層疊體依次層疊有第一隔板、負極、第二隔板以及正極，在該第一隔板的一端側部分，在與配置有負極的面相反的面，配置有設于電極卷繞單元的最內周部分的內周面的鋰離子供給源，電極層疊體從其一端被卷繞，由此，構成電極卷繞單元。在本發明的卷繞型蓄電池中優選，上述鋰離子供給源壓接或層疊于鋰極集電體。并且，優選壓接或層疊有上述鋰離子供給源的鋰極集電體由多孔箔構成。并且，優選電極卷繞單元中，正極的最外周部分隔著隔板由負極的最外周部分覆蓋，進而，該負極的最外周部分由隔板的最外周部分覆蓋，在該隔板的最外周部分的內周面設有鋰離子供給源。并且，本發明的卷繞型蓄電池適于用作鋰離子電容器或鋰離子二次電池。發明效果 根據本發明的卷繞型蓄電池，得到如下效果。 根據在形成于正極的正極間隙部、或負極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態設有至少一個鋰離子供給源的結構，由于電極卷繞單元在正極間隙部或負極間隙部配置鋰離子供給源而構成電極層疊體并卷繞該電極層疊體而得到，因此，能夠簡單地組裝該電極卷繞單元，因此，能夠以短時間完成組裝，并且，由于在正極間隙部或負極間隙部配置有鋰離子供給源，所以能夠縮短預摻雜時間，其結果，得到高生產率。另外，在對置配置的正極和負極之間配置有鋰離子供給源的情況下，雖然實現了預摻雜的迅速化，但在正極-負極間的距離部分上與其他不同、或在正極-負極間殘留有鋰金屬、或將鋰離子供給源層疊于鋰極集電體上進行使用的情況下，有時會產生在該鋰離子極集電體上析出鋰金屬等問題。進而，根據這樣制造的卷繞型蓄電池，即便由于實現了預摻雜的迅速化以及均勻化，而以短時間完成組裝，也能夠使內部電阻降低，得到高的性能，而且，得到高的耐久性。并且，電極卷繞單元的最外周部分和/或最內周部分為隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的內周面設有鋰離子供給源，設有該鋰離子供給源的電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的外周面中未被該鋰離子供給源覆蓋的區域的比例分別為10% 70%，根據該結構，電解液以短時間浸透電極卷繞單元的內部，而且，鋰離子以短時間均勻地摻雜于電極整體，因此得到高的生產率。并且，以預先在隔板配置有鋰離子供給源的狀態卷繞電極層疊體，由此，能夠在同一工序中進行電極卷繞單元的制作和鋰離子供給源的配置，因此，得到更高的生產率。
圖1是示意性地示出本發明的第一實施方式的卷繞型鋰離子電容器的構成的說明用剖視圖。圖2是示意性地示出圖1的卷繞型鋰離子電容器的解除了電極卷繞單元的卷繞狀態的電極層疊體的剖面的狀態的說明用剖視圖。圖3是示意性地示出正極的構成的一例的說明用平面圖。圖4是示出圖1所示的卷繞型鋰離子電容器的電極卷繞單元的說明用立體圖。圖5是示出圖1所示的卷繞型鋰離子電容器的電極卷繞單元的說明用主視圖。圖6是示出外周面的鋰離子供給源的插入方法的一個例子的說明圖。圖7是示出外周面的鋰極集電體的插入方法的一個例子的說明圖。圖8是示出外周面的鋰極集電體的插入方法的另一個例子的說明圖。圖9是示出內周面的鋰離子供給源的插入方法的一個例子的說明圖。圖10是示出內周面的鋰極集電體的插入方法的一個例子的說明圖。圖11是電極卷繞單元的展開電極的狀態下示出的說明用平面圖。圖12是放大示出圖11所示的電極的A-A剖面的說明圖。圖13是示意性地示出正極的構成的另一個例子的說明用平面圖。圖14是示意性地示出第一實施方式中電極層疊體的變形例的說明用剖視圖。圖15是示意性地示出從圖14的電極層疊體獲得電極卷繞單元的方法的說明用剖視圖。圖16是示意性地示出本發明的第二實施方式的卷繞型鋰離子電容器的結構的說明用剖視圖。圖17是示意性地示出圖16的卷繞型LIC的解除了電極卷繞單元的卷繞狀態的電極層疊體的剖面的狀態的說明用剖視圖。圖18是示意性地示出得到圖16的卷繞型LIC的電極卷繞單元的方法的說明用剖視圖。圖19是示意性地示出得到另一結構的卷繞型鋰離子電容器的方法的說明用剖視圖。圖20是示意性地示出本發明的第三實施方式的卷繞型LIC的結構的說明用剖視圖。圖21是示出電極層疊體的結構的說明用剖視圖。圖22是示出本發明的第三實施方式的卷繞型LIC中的電極卷繞單元的說明圖。圖23是示出鋰離子供給源壓接于第一隔板的一端側部分的另一面的狀態的說明圖。圖M是示出鋰離子集電體壓接于與第一隔板壓接的鋰離子供給源的狀態的說明圖。圖25是示出鋰離子供給源壓接于第二隔板的剩余部分的表面的狀態的說明圖。圖沈是示出鋰離子集電體壓接于與第二隔板壓接的鋰離子供給源的狀態的說明圖。圖27是示出本發明的第四實施方式的卷繞型LIC的另一例子的電極卷繞單元的結構的說明用剖視圖。標號說明10電極卷繞單元IOA電極層疊體11 正極111、112 正極片IlS正極間隙部Ila正極集電體lib電極層Ilc襯底層12 負極12S負極間隙部121、122 負極片121 α剩余部分12a負極集電體12b電極層
12c襯底層13AU3B 隔板14A 第一隔板14a最內周部分14B 第二隔板14b最外周部分15AU5B鋰離子供給源15a、15b鋰極集電體
16A 16C鋰離子供給源17正極端子18負極端子19 芯棒20封裝容器25 帶^a ^c鋰極集電體30A電極層疊體31 正極31T 切口36C鋰離子供給源41 正極411,412 正極片41S正極間隙部41Q 第二帶材42 負極43A、43B 隔板42Q 第一帶材50電極卷繞單元50A電極層疊體51 正極511,512 正極片5IS正極間隙部5IQ 第二帶材52 負極521,522 負極片52S負極間隙部52Q 第一帶材53A、53B 隔板60A電極層疊體61 正極611,612 正極片6IS正極間隙部6IQ 第二帶材62 負極62Q 第一帶材63A、63B 隔板P 孔R非占有區域
S間歇部Z卷繞體
具體實施例方式以下，對將本發明的卷繞型蓄電池作為卷繞型鋰離子電容器(以下也稱為“卷繞型LIC”)實施的情況進行說明。〈第一實施方式〉圖1是示意性地示出本發明的第一實施方式的卷繞型LIC的構成的說明用剖視圖。圖2是示意性地示出圖1的卷繞型LIC的解除了電極卷繞單元的卷繞狀態的電極層疊體的剖面的狀態的說明用剖視圖。 該例的卷繞型LIC具有筒狀的電極卷繞單元10，該筒狀的電極卷繞單元10如下構成具有正極間隙部IlS的帶狀的正極11和具有負極間隙部12S的帶狀的負極12隔著隔板層疊、具體而言是在隔板13B上依次層疊負極12、隔板13A和正極11而構成電極層疊體 10A，通過將該電極層疊體IOA從其一端卷繞而構成筒狀的電極卷繞單元10，該電極卷繞單元10收納在筒狀的封裝容器20內并在內部填充由鋰鹽的非質子性有機溶劑電解質溶液構成的電解液從而構成卷繞型LIC。進而，該電極卷繞單元10的最外周部分和最內周部分是隔板(在圖1中省略圖示)，在該最外周部分的內周面和最內周部分的內周面分別設有鋰離子供給源16A、16B，并且，在正極11的正極間隙部IlS以不與該正極11接觸的狀態設有鋰離子供給源16C。該鋰離子供給源16A 16C優選隔著隔板13A、13B而不與負極12接觸的狀態配置。在這種卷繞型LIC中，負極12和鋰離子供給源16A 16C被短路，通過負極12和 /或正極11與鋰離子供給源16A 16C的電化學接觸，鋰離子和/或負離子摻雜于該負極 12和/或正極11中。另外，在本發明中，“正極”是指在放電時流出電流、充電時流入電流的一側的極， “負極”是指在放電時流入電流、充電時流出電流的一側的極。正極11的具體結構也如圖3所示，具有多個正極片(圖1 圖3中為兩個)111、 112，各正極片111、112彼此隔著上述正極間隙部IlS配置。并且，負極12的具體結構與正極11同樣，具有多個負極片(圖1、圖2中為兩個)121、122，各負極片121、122彼此隔著上述負極間隙部12S配置。將這種正極11、負極12、鋰離子供給源16A 16C層疊于隔板13A、1!3B上后卷繞而形成電極卷繞單元10，在該電極卷繞單元10中，優選正極11在整個長度上與負極12重疊。在本發明中，負極與正極重疊的狀態是指，在該負極和正極之間未夾著隔板以外的部件而層疊的狀態。具體而言，電極卷繞單元10優選如下結構卷繞了設于隔板的最內周部分的內周面的鋰離子供給源16A而得到的卷繞體在由負極片121覆蓋后，插入正極片111進行卷繞。 并且，由對置的正極部分(111)和負極部分(121)構成的一組電極對部分(例如在圖1中用點劃線Z包圍的部分)的外周面由上述電極對部分的負極部分(121)的剩余部分(121α) 覆蓋而構成卷繞體，該卷繞體的外周面成為由正極間隙部IlS所涉及的鋰離子供給源16C 覆蓋的狀態，進而該鋰離子供給源16C的外周面由其它電極對部分覆蓋。另外，優選設于隔板的最外周部分的內周面的鋰離子供給源16B在其應覆蓋的卷繞體由負極最外周部覆蓋后插入并進行卷繞，由此構成電極卷繞單元。通過這種結構，卷繞型LIC得到高的耐久性。另外，在鋰離子供給源與正極之間未隔著負極而對置的情況下，預摻雜不充分導致鋰離子金屬殘留，或者，在使鋰離子供給源層疊于鋰極集電體上使用的情況下根據充放電條件而在該鋰極集電體上析出被稱為樹枝狀結晶的樹狀的鋰金屬，有時成為短路的原因。在圖1中，示出了通過兩組電極對部分在該電極對部分之間配置一個鋰離子供給源16C的結構，但電極對部分不限于兩組，也可以通過三組以上的電極對部分構成。這種情況下，構成為在各電極對部分之間至少一個中配置有鋰離子供給源。在設于電極卷繞單元10的最內周部分的內周面和最外周部分的內周面的鋰離子供給源16A、16B、以及插入于在基于電極對部分的卷繞體的外周面上形成的間隙部中的鋰離子供給源16C，優選分別形成有沒有鋰離子供給源16A 16C的間歇部S(參照圖4)，鋰離子供給源16A 16C中的間歇部S的比例(以下稱為“鋰極非占有率”)分別優選為10% 70%，更優選為15% 50%，特別優選為20% 30%。鋰離子供給源16A 16C均是板狀體的鋰離子供給源片隔著間歇部S并排設置而構成的。鋰離子供給源16A 16C中的鋰極非占有率小于各圓周面的10%的情況下，浸透非質子性有機溶劑電解質溶液需要時間，無法實現注液時間的縮短。另一方面，鋰離子供給源16A 16C中的鋰極非占有率超過各圓周面的70%的情況下，與正極和/或負極對置并向它們供給鋰離子和/或負離子的鋰離子供給源的面積小，因此，完成預摻雜需要時間，無法實現預摻雜時間的縮短。鋰離子供給源16A 16C中的鋰極非占有率為各圓周面的20% 30%的情況下， 能夠實現非質子性有機溶劑電解質溶液的浸透時間的縮短以及預摻雜時間的縮短這兩者。并且，間隙部優選遍及所有區域均勻地分布形成。例如，不是使用面積大的一張鋰離子供給源，而是優選分離配置多張小面積的鋰離子供給源，并形成預定的間隙部。由此， 能夠確保非質子性有機溶劑電解質溶液的流通路徑較寬。并且，使用通過沖壓而多孔化的面積大的一張鋰離子供給源的話，因為能夠通過一張鋰離子供給源得到預定的間隙部，因此是更加優選的。如圖5所示，對于這種電極卷繞單元10，從提高卷繞型LIC的組裝作業性的觀點出發，優選將卷繞電極層疊體IOA而構成的卷繞體以從外側用帶25固定的狀態收納于封裝容器20中。另外，在圖5中，17是與正極電連接的正極端子，18是與負極電連接的負極端子。 在圖5中，正極端子和負極端子相對于電極卷繞單元10向相反的方向伸長，但也可以向相同的方向伸長。[電極層疊體的卷繞方法]在如上的電極卷繞單元10的組裝工序中在插入設于最外周部分的內周面的鋰離子供給源16B過程中，如圖6所示，從縮短組裝時間的觀點出發，優選將該鋰離子供給源16B 以預先壓接于隔板13A的狀態卷繞。并且，如圖7和圖8所示，以與壓接于隔板13A的鋰離子供給源16B緊密接觸的方式，將鋰極集電體26aQ6b)壓接于該鋰離子供給源16B上進行卷繞，由此，鋰離子供給源16B與負極12電連接，能夠使兩者短路。
并且，在電極卷繞單元10的組裝工序中在插入設于最內周部分的內周面的鋰離子供給源16A過程中，如圖9所示，與插入設于最外周部分的內周面的鋰離子供給源16B同樣地，優選將鋰離子供給源16A以預先壓接于隔板13A的狀態卷繞，并且，如圖10所示，以與壓接于隔板13A的鋰離子供給源16A緊密接觸的方式，將鋰極集電體26c壓接于該鋰離子供給源16A上進行卷繞，由此，鋰離子供給源16A與負極12電連接，能夠使兩者短路。另外，在電極卷繞單元10的組裝工序中在插入配置于正極間隙部IlS的鋰離子供給源16C過程中，與插入設于最內周部分的內周面和最外周部分的內周面的鋰離子供給源 16A、16B同樣地，優選將鋰離子供給源16C以預先壓接于隔板13A的狀態卷繞，并且，以與壓接于隔板13A的鋰離子供給源16C緊密接觸的方式，將鋰極集電體壓接于該鋰離子供給源 16C上進行卷繞，由此，鋰離子供給源16C與負極12電連接，能夠使兩者短路。對于這種電極卷繞單元10，具體而言，首先，制作第一帶材和第二帶材，所述第一帶材在隔板13B上，從一端朝向另一端依次形成有負極間隙部11S、負極片121、負極間隙部 IlS和負極片122，所述第二帶材在隔板13A上，從一端朝向另一端依次形成有成為電極卷繞單元10的最內周面的鋰離子供給源16A、正極片111、鋰離子供給源16C、正極片112以及成為電極卷繞單元10的最外周面的鋰離子供給源16B。在該第一帶材和第二帶材中，正極11和負極12的間隙部以及電極片的長度和配置位置根據各構成部件的厚度設定，以便成為如下狀態在卷繞時，正極片僅隔著隔板而與負極片對置，并且，鋰離子供給源也僅隔著隔板而與負極片對置，內周面和外周面通過鋰離子供給源構成。進而，通過層疊該第一帶材和第二帶材，并將該電極層疊體IOA從其一端(鋰離子供給源16A的一端)卷繞于芯棒，由此得到電極卷繞單元10。將這樣構成的電極卷繞單元10與非質子性有機溶劑電解質溶液一起收納于封裝容器20內，并在該狀態下放置預定時間(例如10天)，由此，鋰離子供給源16A 16C與負極12短路，因此，預先將鋰離子摻雜于負極12中。[電極]正極11和負極12 (以下將兩者一并稱為“電極”)分別在帶狀的集電體的至少一面形成電極層，兩者實質上是相同的結構，因此，以下使用同一附圖進行說明。圖11是電極卷繞單元的展開電極的狀態下示出的說明用平面圖，圖12是放大示出圖11所示的電極的A-A剖面的說明圖。該例子的負極12(正極11)在帶狀的負極集電體12a(正極集電體Ila)的一面 (在圖12中為上表面)，隔著襯底層12c (Ilc)形成有含有負極活性物質或正極活性物質的電極層12b(llb)，在負極集電體12a(正極集電體Ila)的另一面，例如通過縫合滾壓或冷壓焊固定連接負極端子18 (正極端子17)。作為電極，使用在負極集電體1 或正極集電體Ila的兩面形成有電極層12b或電極層lib而構成的電極的情況下，從負極集電體12a或正極集電體Ila將電極層12b或電極層lib局部剝離，從而能夠將負極端子18或正極端子17連接于該電極層12b或該電極層lib。這里，負極端子18和正極端子17可以從電極卷繞單元10的兩端分別引出，也可以從一個端部引出。并且，負極端子18和正極端子17分別設有一個即可，但分別設置多個能夠降低內部電阻，因此是優選的。
正極集電體Ila和負極集電體12a(以下將兩者一并稱為“電極集電體”)由具有貫通表面和背面的孔P的多孔材料構成，作為所述多孔材料的形態，可以列舉擴展金屬、沖壓合金、金屬網、發泡體或通過蝕刻形成有貫通孔的多孔質箔等。電極集電體的孔P的形狀可以設定為圓形、矩形或其它適當的形狀。并且，從強度和輕量化的觀點出發，電極集電體的厚度優選為20 μ m 50 μ m。電極集電體的氣孔率通常為10% 79%，優選為20% 60%。這里，氣孔率通過 [1-(電極集電體的質量/電極集電體的真實比重)/(電極集電體的表觀體積)]X100算
出O作為電極集電體的材質，一般可以使用在有機電解質電池等用途中使用的各種材質。作為負極集電體12a的材質的具體例子，可以列舉不銹鋼、銅、鎳等，作為正極集電體 Ila的材質，可以列舉鋁、不銹鋼等。通過將這種多孔材用作電極集電體，從而即便鋰離子供給源16A 16C配置于電極卷繞單元10的內周面和外周面以及正極間隙部11S，由于鋰離子從鋰離子供給源16A 16C通過電極集電體的孔P自由在各電極間移動，所以能夠將鋰離子摻雜于負極12和/或正極11中。并且，在本發明中，使用難以脫落的導電性材料封閉電極集電體中的至少一部分的孔P，在該狀態下，優選在電極集電體的一面形成電極層llb、12b，由此，能夠提高電極的生產率，并且，能夠防止或抑制由于電極層llb、12b從電極集電體脫落而產生的蓄電池的可靠性的降低。并且，通過減小電極的厚度(電極集電體和電極層的合計厚度)，能夠得到更高的輸出密度。并且，電極集電體中的孔P的形態和數量等可以適當設定，以使后述的電解液中的鋰離子不會被集電體隔斷而能夠在電極的表面和背面之間移動，并且不易由導電性材料封閉。負極12的電極層12b含有負極活性物質，該負極活性物質能夠可逆地擔載鋰離子。作為構成電極層12b的負極活性物質，例如能夠適于使用石墨、難石墨化的炭或者聚并苯系有機半導體(以下稱為“PAS”)等，該聚并苯系有機半導體是芳香族系縮聚物的熱處理物，具有氫原子/碳原子的原子數比(以下記為“H/C”)為0. 50 0.05的聚并苯系基本結構，其中，PAS在得到高容量方面是優選的。例如使H/C為0. 2左右的PAS擔載(充電)400mAh/g的鋰離子后放電時，得到650F/g以上的靜電容量，并且，擔載(充電)500mAh/ g以上的鋰離子時，得到750F/g以上的靜電容量。因此，可以理解為，PAS具有非常大的靜電容量。在本發明中，作為負極活性物質使用PAS等非結晶結構的物質的情況下，越是增加擔載的鋰離子量，電位越低，因此，得到的蓄電池的耐電壓(充電電壓)越高，并且，放電的電壓的上升速度(放電曲線的傾斜度)降低，因此，優選根據要求的蓄電池的使用電壓， 在活性物質的鋰離子吸藏能力的范圍內適當設定鋰離子量。并且，由于PAS具有非結晶結構，因此，鋰離子的插入和脫離不會產生膨潤、收縮等構造變化，因此，循環特性優異，并且，由于鋰離子的插入和脫離是各向同性的分子結構(高級結構)，因此，在快速充電、快速放電也具有優異的特性，因此，適于作為負極活性物質。PAS的前驅體即芳香族系縮聚物是芳香族碳氫化合物與醛類的縮合物。作為芳香族碳氫化合物，例如能夠適于使用苯酚、甲酚、二甲苯酚等酚類。例如可以列舉下述式子表示的亞甲基雙酚類、羥基聯苯類、羥基萘類等。其中，實用的是酚類，特別優選的是苯酚。[化學式1]
權利要求
1.一種卷繞型蓄電池，其特征在于該卷繞型蓄電池具備筒狀的電極卷繞單元和由鋰鹽的非質子性有機溶劑電解質溶液構成的電解液，所述電極卷繞單元是將電極層疊體從其一端卷繞而構成的，該電極層疊體具有正極和負極，該正極和該負極隔著隔板層疊形成所述電極層疊體，所述正極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地擔載鋰離子和/或負離子的正極活性物質的電極層，所述負極在具有貫通表面和背面的孔的集電體的至少一面形成有含有能夠可逆地擔載鋰離子的負極活性物質的電極層，通過所述負極和/或所述正極與鋰離子供給源的電化學接觸，鋰離子和/或負離子摻雜于該負極和/或該正極中，上述鋰離子供給源設置成，上述正極和上述負極由于上述隔板而不接觸。
2.根據權利要求1所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，在上述正極形成有正極間隙部，在上述正極間隙部或負極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態設有至少一個鋰離子供給源。
3.根據權利要求2所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的內周面設有鋰離子供給源。
4.根據權利要求3所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，在卷繞有設于上述電極卷繞單元的最內周部分的內周面的鋰離子供給源的卷繞體由負極覆蓋后，插入正極并進行卷繞，由此構成電極卷繞單元。
5.根據權利要求2 4中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述正極具有多個正極片，各正極片相互隔著上述正極間隙部配置。
6.根據權利要求2 4中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述正極形成有切口，通過該切口構成上述正極間隙部。
7.根據權利要求2 6中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述負極與上述正極的至少一部分重疊。
8.根據權利要求1 7中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，設于上述正極間隙部或上述負極中與該正極間隙部對應的位置的鋰離子供給源在該鋰離子供給源應覆蓋的卷繞體由負極最外周部覆蓋后被插入并進行卷繞，由此構成電極卷繞單元。
9.根據權利要求1所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述電極卷繞單元的最外周部分和/或最內周部分為上述隔板，在該電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的內周面設有鋰離子供給源，設有上述鋰離子供給源的上述電極卷繞單元的最外周部分的內周面和/或最內周部分的外周面中未被該鋰離子供給源覆蓋的區域的比例分別為10% 70%。
10.根據權利要求9所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，電極層疊體依次層疊有第一隔板、負極、第二隔板以及正極，在該第一隔板的一端側部分，在與配置有負極的面相反的面，配置有設于電極卷繞單元的最內周部分的內周面的鋰離子供給源，電極層疊體從其一端被卷繞，由此，構成電極卷繞單元。
11.根據權利要求2 10中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，上述鋰離子供給源壓接或層疊于鋰極集電體。
12.根據權利要求11所述的卷繞型蓄電池，其特征在于， 壓接或層疊有上述鋰離子供給源的鋰極集電體由多孔箔構成。
13.根據權利要求2 12中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于，電極卷繞單元中，正極的最外周部分隔著隔板由負極的最外周部分覆蓋，進而，該負極的最外周部分由隔板的最外周部分覆蓋，在該隔板的最外周部分的內周面設有鋰離子供給源。
14.根據權利要求1 13中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于， 該卷繞型蓄電池是鋰離子電容器。
15.根據權利要求1 13中的任一項所述的卷繞型蓄電池，其特征在于， 該卷繞型蓄電池是鋰離子二次電池。
全文摘要
本發明的目的在于，提供如下的卷繞型蓄電池實現鋰離子供給源的配置的簡化、非質子性有機溶劑電解質溶液的注液時間以及預摻雜時間的縮短，從而能夠以短時間完成組裝，得到高的生產率。本發明的卷繞型蓄電池具備筒狀的電極卷繞單元和電解液，電極卷繞單元是將電極層疊體從其一端卷繞而構成的，該電極層疊體具有帶狀的正極和負極，是正極和負極隔著隔板層疊而形成的，通過負極和/或正極與鋰離子供給源的電化學接觸，鋰離子和/或負離子摻雜于負極和/或正極中，在正極形成有正極間隙部，在上述正極間隙部或負極中與該正極間隙部對置的位置，以不與該正極接觸的狀態設有至少一個鋰離子供給源。
文檔編號H01G9/155GK102301439SQ20098015555
公開日2011年12月28日 申請日期2009年12月14日 優先權日2008年12月26日
發明者丸茂千鄉, 安東信雄, 安田直史, 渡邊裕, 田口真 申請人:Jm能源股份有限公司