(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアクリロニトリルを溶液に溶かしてポリアクリロニトリル溶液を作成する工程と、
電極板及びセパレータを含むリチウムバッテリに前記ポリアクリロニトリル溶液を充填する工程と、
炭酸ジエチル（DEC）、炭酸プロピレン（PC）、炭酸ジメチル(DMC)及び炭酸エチルメチル(EMC)の群から選択されるいずれかの溶剤又は少なくとも２つの溶剤よりなる有機溶剤を、前記リチウムバッテリ内の前記ポリアクリロニトリル溶液に添加することにより、ゲル状の前記ポリアクリロニトリル溶液を相分離し、前記リチウムバッテリの前記電極板及び前記セパレータを相互に粘着する工程とを含むことを特徴とするリチウムバッテリの製造方法。
【請求項２】
前記バッテリに充填する方法は、注入、射出及び分配のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項３】
前記電極板及びセパレータは、ロール型又はスタック型であることを特徴とする請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項４】
前記溶液は炭酸エチレン、炭酸プロピレン又はこれらを組み合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項５】
前記溶液は、リチウム塩を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項６】
前記有機溶剤は、リチウム塩を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項７】
前記溶液及び前記有機溶剤は、リチウム塩を更に含むことを特徴とする請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項８】
前記リチウム塩の濃度は、０．５乃至３Mであることを特徴とする請求項５に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項９】
前記リチウム塩の濃度は、０．５乃至３Mであることを特徴とする請求項６に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項１０】
前記リチウム塩の濃度は、０．５乃至３Mであることを特徴とする請求項７に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項１１】
前記リチウム塩は、LiPF6、LiClO4又はLiBF4であることを特徴とする請求項５に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項１２】
前記リチウム塩は、LiPF6、LiClO4又はLiBF4であることを特徴とする請求項６に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項１３】
前記リチウム塩は、LiPF6、LiClO4又はLiBF4であることを特徴とする請求項７に記載のリチウムバッテリの製造方法。
【請求項１４】
請求項１に記載のリチウムバッテリの製造方法により調製されたリチウムバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電式リチウムバッテリに関するものであり、特に自己粘着性高分子電解質（ｓｅｌｆ−ａｄｈｅｓｉｖｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ）を有するリチウムバッテリの製造方法及びリチウムバッテリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、充電式バッテリは、携帯用電子機器の製造業者にその性能が広く認識されている。その結果、多様な応用規格や数量が急速に増加している。さらに、電子機器の設計については、情報及び通信機器の小型化並びに軽量化に焦点が当てられているため、これらの機器に電力を供給する充電式バッテリの性能や特性は、多様な製品の特徴における重要な要素となっている。
【０００３】
図１及び図２は、従来の充電式バッテリの陰極／陽極板の製造方法を示す概略図である。まず、陰極／陽極の活性物質、高分子バインダー及び導電率促進剤（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｐｒｏｍｏｔｅｒ）を混合して陰極／陽極材料１２ａ、１２ｂを生成する。その後、コーティング機で陰極／陽極材料をコレクタ１１ａ、１１ｂ上に塗布する。図１では非連続的に、図２では連続的に塗布を行う点において両者は異なっている。
【０００４】
次いで、塗布した陰極／陽極板１０ａ及び１０ｂを加圧してストリップ（ｓｔｒｉｐ）を形成し、ポリマーセパレータ（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を用いて陰極／陽極板を互いに分離する。そして、陰極／陽極板を円筒形又は楕円形に巻き、円筒形又は長方形の金属シェル（ｍｅｔａｌ  ｓｈｅｌｌ）２１に入れる。続いて、液体電解質を金属シェルに注入し、シェルを密閉することにより、円筒形又は長方形バッテリの製造を完了する。
【０００５】
近年、電子機器の急速な発展に伴って、充電式バッテリの改良点は、小型化、軽量化及び高密度エネルギーに焦点が当てられている。図３及び図４は従来の充電式バッテリの構造を示している。このうち、ロール状の陰極板／ポリマーセパレータ／陽極板２０、２０ａは円形又は長方形に形成され、円形の金属シェル２１、２１ａに入れられている。
【０００６】
この円形構造は当該産業において成熟したものであるが、金属シェルによりバッテリの重量が増加してしまう。このため、将来は、アルミニウム箔を用いてバッテリを包装することにより減量化を図る傾向がある。
【０００７】
そこで、バッテリの包装技術は主にスタッキング（ｓｔａｃｋｉｎｇ）又はローリング（ｒｏｌｌｉｎｇ）からなる。つまり、図５で示されるような、いわゆる現在のポリマーバッテリ（Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，  ＵＳ）のスタッキング法である。理論上、スタック型電極板（ｓｔａｃｋｅｄ  ｐｌａｔｅ）３０は最も密度の高い包装形態であり、つまり、空間が最も効果的に利用されている。
【０００８】
更には、アルミニウムシェル３１を用いることにより、バッテリが減量される。その結果、バッテリのエネルギー密度も改善される。しかし、陰極／陽極板とポリマーセパレータ（ＰＥ、ＰＰ、又は不織布）との非粘着性質により、スタッキング法はこれまで充電式電池（Ｎｉ−ＭＨバッテリ、Ｌｉイオンバッテリ）に汎用されなかった。
【０００９】
高分子電解質膜（セパレータに類似する）はより粘着性があるため、ポリマーバッテリをしっかりとスタックすることができるが、陰極／陽極板を高分子電解質（膜）でしっかりとスタックする必要があるため、高分子粘着剤を陰極／陽極板に用いなければならない。しかし、粘着剤は陰極／陽極板上の活性物質の割合を低下させ、その結果エネルギー密度がＬｉイオンバッテリより小さくなる上、粘着剤により陰極／陽極板の導電率が低下するため、バッテリの充電／放電時に問題が生じる。
【００１０】
このため、高分子粘着剤を加えずにエネルギー密度及び導電率を維持するとともに、陰極／陽極板とセパレータとの間に充分な粘着性を有するバッテリの製造方法を開発することが必要とされている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来、陰極／陽極板上に粘着性物質を用いることで上述の問題を解決してきたが、スタック型ポリマーバッテリの製造過程は現在のリチウムバッテリの製造過程と異なるほか、スタック型ポリマーバッテリを大量製造する生産及び技術が汎用されるほど充分に開発されていない。このため、現在の製造過程と互換性のある新規の製造方法が必要である。
【００１２】
本発明は、自己粘着性高分子電解質を含むリチウムバッテリの製造方法を提供することを目的とする。本方法は現在のリチウムバッテリの製造過程に近いだけでなく、スタック型ポリマーバッテリに応用することもできる。
【００１３】
また、本発明は、現在のバッテリの製造過程と互換性のあるポリマーバッテリの製造方法を提供することを他の目的とする。
【００１４】
更にまた、本発明は、粘着性の高分子電解質を含むバッテリ及び高いエネルギー密度を提供できるバッテリを提供することをさらなる目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、まず、電極板及びセパレータを有するバッテリにポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）溶液（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ−ｂａｓｅｄ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を充填した後、有機溶剤を加えてポリアクリロニトリル溶液を相分離し、電極板とセパレータを接合する。
【００１６】
本発明の特徴的な工程は、溶液中のポリアクリロニトリルを加熱、溶解し、溶液が溶融状態で液体として流動性がある間にポリアクリロニトリル含有溶液をバッテリに注入することである。バッテリの充填方法は注入（ｐｏｕｒｉｎｇ）に限らず、射出（ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ）や分配（ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ）も応用できる。バッテリは電極板をロール状に巻いた構造に限らず、スタック型電極板も応用することができる。溶液を冷却した後、有機溶剤を加えてゲル状のポリアクリロニトリルを相分離する。ポリアクリロニトリルは分離して高分子膜又はバルク（ｂｕｌｋ）を形成することにより、電極板とセパレータとをバッテリ内で接合する。この粘着工程は現在のリチウムバッテリの製造技術と互換性がある。
【００１７】
本発明で用いられる溶液は、炭酸エチレン、炭酸プロピレン又はそれらを組み合わせたものが好ましい。
【００１８】
適した有機溶剤は、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）、炭酸ジメチル（ＤＭＣ）、炭酸エチルメチル（ＥＭＣ）、炭酸エチレン（ＥＣ）、炭酸プロピレン（ＰＣ）、炭酸ブチレン（ＢＣ）、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、炭酸ビニレン（ＶＣ）などから選択される。上述の化合物は単独であるいは２種類以上の溶剤を組み合わせて用いることができる。
【００１９】
バッテリに関する電気化学反応には大量のイオンが必要であるため、溶液又は有機溶剤のいずれかあるいは両者共にリチウム塩を含む。リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４又はＬｉＢＦ４が好ましく、その濃度は０．５〜３Ｍが好ましい。
【００２０】
本発明によれば、電極板とセパレータとの間の粘着性は優れており、必要なイオン濃度も達成する。このことは、製造されるバッテリが高いエネルギー密度を有することを意味する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
上述した本発明の目的、特徴、及び長所をより一層明瞭にするため、以下に本発明の好ましい実施の形態を挙げ、図を参照にしながらさらに詳しく説明する。
【００２２】
以下の手順で層状構造のバッテリを調製した。８５％ＬｉＣｏＯ２、１０％導電率促進剤ＫＳ６及び５％粘着剤ＰＶｄＦを混合してアルミニウム箔に塗布した。その後、アルミニウム箔を巻き、加圧して、ストリップにすることにより陰極板を形成した。９０％ＭＣＭＢ粉末及び１０％ＰＶｄＦを混合しＮＭＰに溶かして、コーティング材を生成し、それを銅箔に塗布した。陽極板も同様の工程により形成した。セパレータＰＰ又はＰＥ（Ｃｅｌｇａｒｄ）及び陰極／陽極板を巻き、スタックしてバッテリを生成した。
【００２３】
（実施例１）
ＥＣ２０ｇ及びＰＣ２０ｇの含水量をモレキュラーシーブにより除去した。ＬｉＰＦ６溶液７ｇを加え、混合して溶かした後、ポリアクリロニトリル（以下、ＰＡＮという）６ｇを加えた。この混合物を１２０℃まで加熱してＰＡＮを溶かし、得た溶液を上述の調製したバッテリに真空注入した。１ＭのＬｉＰＦ６を含むＤＥＣ溶液をバッテリに加えた。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。図６は充電／放電曲線を示す。続いて、バッテリを開封し、電極板とセパレータとの間の粘着性について調べた。
【００２４】
（実施例２）
ＰＡＮ６ｇを加熱して１ＭのＬｉＰＦ６を含むＥＣ溶液４０ｇに溶かし、得た溶液を上述の調製したバッテリに真空注入した。１ＭのＬｉＰＦ６を含むＤＥＣ溶液とＰＣ（６０：４０）からなる複合溶液をバッテリに加えた。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。図７は充電／放電曲線を示す。続いて、バッテリを開封し、電極板とセパレータとの間の粘着性について調べた。
【００２５】
（実施例３）
ＰＡＮ５ｇを加熱して２ＭのＬｉＰＦ６を含むＰＣ溶液４０ｇに溶かし、得た溶液を上述の調製したバッテリに真空注入した。ＤＥＣ溶液とＰＣ（６０：４０）とからなる複合溶液をバッテリに加えた。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。続いて、バッテリを開封し、電極板とセパレータとの間の粘着性について調べた。
【００２６】
（実施例４）
ＰＡＮ６ｇを加熱して１ＭのＬｉＰＦ６を含むＥＣ／ＰＣ溶液４０ｇに溶かし、得た溶液２ｇを上述の調製したバッテリに真空注入してからＤＭＣ溶液２ｇを加えた。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。続いて、バッテリを開封し、電極板とセパレータとの間の粘着性について調べた。
【００２７】
（実施例５）
ＰＡＮ６ｇを加熱して１ＭのＬｉＰＦ６を含むＥＣ／ＰＣ溶液４０ｇに溶かし、得た溶液２ｇを上述の調製したバッテリに真空注入してからＥＭＣ溶液２ｇを加えた。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。続いて、バッテリを開封し、電極板とセパレータとの間の粘着性について調べた。
【００２８】
（比較実施例１）
ＥＣ２０ｇ及びＰＣ２０ｇの含水量をモレキュラーシーブにより除去した。ＬｉＰＦ６溶液７ｇを加え、混合して溶かした後、ＰＡＮ６ｇを加えた。この混合物を１２０℃まで加熱してＰＡＮを溶かした。得た溶液を上述の調製したバッテリに真空注入した。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。続いて、バッテリを開封し、電極板とセパレータとの間の粘着性について調べた。
【００２９】
（比較実施例２）
ＰＡＮ６ｇを１ＭのＬｉＰＦ６を含むＥＣ溶液４０ｇに加え、この混合物を加熱してＰＡＮを溶かした。得た溶液を上述の調製したバッテリに真空注入した。バッテリを密閉した後、１ｋＨｚにおける抵抗を測定した。その結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
0003566681.tif 000002
【００３１】
表１から、実施例１〜５のバッテリは所望の電力レベルを有しているだけでなく、電極板とセパレータとの間に充分な粘着性を維持していることが分かる。反対に、比較実施例において、得られたバッテリは抵抗が大きすぎて充電試験を行うことができない上、電極板とセパレータとの間の粘着性が不十分である。
【００３２】
本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変形や変更を加えることができる。従って、本発明の保護範囲は特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の自己粘着性高分子電解質を含むリチウムバッテリの製造方法によれば、所望のエネルギー密度及び電極板とセパレータとの間の充分な粘着性を共に達成するバッテリを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は従来のバッテリの陰極／陽極板の製造方法を示す概略図である（その１）。
【図２】図２は従来のバッテリの陰極／陽極板の製造方法を示す概略図である（その２）。
【図３】図３はロール型電極板の構造を有する円形バッテリを示す概略図である。
【図４】図４はロール型電極板の構造を有する楕円形バッテリを示す概略図である。
【図５】図５はバッテリのスタッキング構造を示す概略図である。
【図６】図６は本発明の実施例１の放電／充電曲線を示すものである。
【図７】図７は本発明の実施例２の放電／充電曲線を示すものである。
【符号の説明】
１０ａ，１０ｂ…陰極／陽極板、
１１ａ，１１ｂ…コレクタ、
１２ａ，１２ｂ…陰極／陽極材料、
２０，２０ａ…陰極板／ポリマーセパレータ／陽極板、
２１…金属シェル、
３０…スタック型電極板、
３１…アルミニウムシェル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003566681.tif 000006
【図５】
0003566681.tif 000007
【図６】
0003566681.tif 000008
【図７】
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