[发明专利]非水二次电解质电池

说明书

本发明涉及包括由树脂板形成的外壳的电池。

近年来，已研制出例如便携式无绳电话、便携式个人电脑和便携式摄象机的电子设备。各种电子设备在尺寸上已降低到一定程度，使得它们可以便携。这需要使用能量密度高和重量轻的电池安装在这些电子设备中。满足这些要求的典型电池是非水二次电解质电池，该电池包括：作为负极材料的锂嵌入化合物，该锂嵌入化合物具有吸收在作为基质材料(在此使用的术语“基质材料”指能够吸收和释放锂离子的材料)的碳基化合物中的锂金属、锂合金和锂离子；作为正极材料、与锂离子进行可逆电化学反应的化合物，例如锂钴复合氧化物；以及如LiClO₄和LiPF₆的锂盐溶解在其中的质子有机溶剂作为电解质溶液。

该非水电解质电池包括：负极板，该负极板具有包含上述负极材料的负极化合物，负极材料保持在作为支撑体的负极集电体上；正极板，该正极板具有包含上述正极材料的正极化合物，正极材料保持在作为支撑体的正极集电体上；设在负极板和正极板之间的隔离材料。该隔离材料通常指隔板，用于保持电解质溶液以及插在负极板和正极板之间以防两个电极短路。然而，为防止短路并能传导离子而位于负极板和正极板之间的固体电解质也称为隔离材料。

每个都成薄片形状的上述正极板和负极板相互层叠或通常螺旋卷绕而形成发电元件，而隔离材料插在正极板和负极板之间。该发电元件容纳在例如不锈钢、镀镍的铁或铝的金属制成的电池外壳中，再把电解质溶液注入其中。然后用盖板气密封电池外壳，组装成电池。

使用该金属电池外壳提供高气密性和好的机械强度，但在降低电池重量和选择电池形状方面受到很大限制。

作为解决上述问题的一个方法而提出一种结构：发电元件容纳在树脂板制成的电池外壳中。该结构的优点在于：能降低电池重量并且增加电池形状的选择度。另一方面，该结构具有下述缺陷和要解决的问题。

(a)该结构包括由金属箔和热熔树脂层的层叠构成的树脂板来作为上述树脂板，其特殊优点是高气密性。然而，当在拉紧状态下焊接树脂板时金属箔产生裂纹，降低树脂板的密封性能。因此，水进入电池，降低电池寿命。

(b)这类树脂板形成电池外壳的该结构随着电池内压升高，相互重叠的树脂板端部的焊接部分容易剥离。金属-树脂板在垂直于金属箔的方向上有足够强的气密性。然而，电池外壳的外部和内部分离不是由于金属箔，而是由于夹在两片金属箔之间位于其相互重叠端部的焊接部分处的树脂层。因此，水和电解质成分会容易通过树脂层。

(c)该类电池的制造通常由下面工艺完成：把有引线端的发电元件放入树脂板制成的开口电池外壳中，注入电解质溶液到电池外壳中，然后把引线端放于开口部分两侧之间并焊接电池外壳开口部分来密封该电池外壳。然而，因为电解质溶液在注入电池外壳期间滴到发电元件上并溅出或附着到引线端，因此有时在电解质溶液附着到要焊接的树脂板区域的情况下进行焊接。这也导致密封性能恶化。

(d)如果使用螺旋卷绕发电元件，当容纳在树脂板制成的电池外壳中时则不同于容纳在金属壳中，会容易松弛。结果，各个电极板之间的间隔不能长期保持恒定。因此，在多次充电-放电循环后该结构出现放电容量下降。

(e)在由树脂板制成电池外壳的第一步骤下，树脂板的两个平行侧相互焊接形成柱体。然而，当组装电池时，该焊接部分从电池外壳突出。因此，该突出部妨碍多个电池堆积。因此，堆积这些电池容易产生不必要的空间，或花费时间来压缩这些堆积电池以使该突出部无妨碍。

(f)在该结构中，发电元件比金属壳构成的传统外壳承受较小压力。因此，在外壳由树脂板制成的电池用于震动环境的情况下，发电元件在电池外壳中容易移动，有时会使在热焊接部分的固定区域和发电元件之间的位置处的引线端断开。而且，因为发电元件承受小的压力，会引起发电元件中电极之间的距离不均匀，导致充电-放电性能恶化。

鉴于上述情况产生了本发明。本发明的目的是提供长寿命的电池，该电池具有足够强的气密性，同时降低树脂板制成的电池外壳的重量。本发明的另一目的是防止树脂板两端的焊接部分妨碍电池堆积，增加整个电池的体积能量密度。本发明的再一目的是防止电池外壳中的引线端断裂。

按照本发明的电池包括如下元件：发电元件，包括彼此相对布置的、其间插入隔离材料的正极板和负极板；与各个电极板相连的引线端；由树脂板构成的电池外壳(通过在金属层的两面上层叠定向树脂层而形成)，密封之前外壳在一个或两个方向开口，然后在其中放入上述发电元件并在一个开口中插入上述引线端，再在开口处焊接，从而密封外壳。