(57)【要約】【課題】製法の容易なリチウム高分子電池。【解決手段】正極板、負極板、セパレータより構成され、正極板は正極膜塗膜形成材料を正極集電体に接合し加熱加圧した後に熱風で乾燥し形成されてなり、負極板は負極膜塗膜形成材料を正極集電体に接合し加熱加圧した後に熱風で乾燥し形成されてなり、セパレータと正極膜、負極膜塗膜形成材料内に二種類以上の沸点の異なる溶剤を加えることにより接合加工の実行可能性を向上させてなり、セパレータは沸点の低い溶剤が揮発した後、沸点の高い溶剤を適量に含みゲル状を形成し、正負極膜塗膜形成材料は沸点の低い溶剤が揮発した後、該適量の沸点の高い溶剤が電極板の可塑性を維持してなり、該沸点の高い溶剤は接合加工完成後に室温にて自然揮発、或いは加熱し完全に除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板、負極板、セパレータより構成され、
正極板は、正極膜塗膜形成材料を正極集電体に接合して加熱加圧した後に熱風乾燥して形成されてなり、
負極板は、負極膜塗膜形成材料を正極集電体に接合して加熱加圧した後に熱風乾燥して形成されてなり、
セパレータは、セパレータ塗膜形成材料を塗布法によりコロイド膜として形成し、
前記正負極板と隔膜を一定の寸法に裁断した後、正極板―セパレータ―負極板―セパレータ―正極板、或いは負極板―セパレータ―正極板―セパレータ―負極板の積み重ね方式により加熱加圧した後、熱風で乾燥して電池単体を形成してなるものであって、
上記のセパレータと正極膜、負極膜塗膜形成材料中に二種類以上の沸点の異なる溶剤を加えてなり、
セパレータは、沸点の低い溶剤が揮発した後、沸点の高い溶剤を適量に含むことによりゲル状とし、正負極膜塗膜形成材料は、沸点の低い溶剤が揮発した後、該適量の沸点の高い溶剤が電極板の可塑性を維持してなり、該沸点の高い溶剤は接合加工完成後に室温にて自然揮発、或いは加熱して完全に除去してなることを特徴とした、リチウム高分子電池。
【請求項２】
前記セパレータは、２０乃至８０ｗｔ％の粘着剤、及び２０乃至８０ｗｔ％の充填剤より構成される薄膜であることを特徴とした請求項１に記載のリチウム高分子電池。
【請求項３】
前記セパレータは、ポリプロピレン、ポリエチレンの多孔膜を骨格とし、表面塗布膜は２０乃至８０ｗｔ％の粘着剤、及び２０乃至８０ｗｔ％の充填剤より構成される複合型隔膜であることを特徴とした請求項１に記載のリチウム高分子電池。
【請求項４】
前記溶剤は、第一種溶剤の沸点範囲は０℃乃至２２０℃、第二種溶剤の沸点範囲は７０℃乃至３００℃であることを特徴とした請求項１に記載のリチウム高分子電池。
【請求項５】
前記正極膜は、２乃至１５ｗｔ％の粘着剤、２乃至１０ｗｔ％の促進剤、及び７５乃至９６ｗｔ％の活性物質より構成されることを特徴とした請求項１に記載のリチウム高分子電池。
【請求項６】
前記粘着剤は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）にてなり、該促進剤はカーボンブラック、該活性物質は、リチウム化合物にてなることを特徴とした請求項５に記載のリチウム高分子電池。
【請求項７】
前記負極膜は、４乃至１５ｗｔ％の粘着剤、０乃至１０ｗｔ％の促進剤、及び７５乃至９６ｗｔ％の活性物質より構成されることを特徴とした請求項１に記載のリチウム高分子電池。
【請求項８】
前記粘着剤は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）にてなり、該促進剤はカーボンブラック、該活性物質は、カーボンボール、天然グラファイト及びその改質品、その他の炭素材、錫化合物、シリコン化合物、リチウム化合物にてなることを特徴とした請求項５に記載のリチウム高分子電池。
【請求項９】
前記隔膜内の粘着剤は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）にてなり、充填剤はＳｉ０２或いはＴｉ０２にてなることを特徴とした請求項２及び３に記載のリチウム高分子電池。
【請求項１０】
前記溶剤の第一種溶剤は、アセトン、第二種溶剤はＮＭＰにてなることを特徴とした請求項１及び４に記載のリチウム高分子電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータの改善により、電池製造の工程を簡易化した、正負極接合型リチウム高分子電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な携帯式消耗電気製品（携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等）の急速な発展に従い、二次電池についても更に軽量化、高性能化、低コスト化の要求が高まっている。現在の二次電池においてはリチウム高分子電池が上述の要求に最も適合するものであって、リチウム高分子電池は高エネルギー密度、高充放電回数、高操作電圧、長保存寿命、電池使用時の安全性も兼ね備えている。
【０００３】
公知の研究技術において、アメリカ合衆国第5540741号の特許は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）とＨＦＰ（ヘキサフルオロプロピレン）を使用して接合剤とし更にフタル酸ジブチル（dibutyl  phthalate、以下省略してＤＢＰとする）を加えて電極ペースト成膜およびセパレータ成膜の可塑剤を成し、正負極電極板及びセパレータをコーティングした後に基板と離脱させ、集電網に対する電極材料及びセパレータに対する正負電極の熱圧着工程を簡易に完成させることを可能としてなり、単電池（ｂｉｃｅｌｌ）を合成した後、メチルアルコール等の溶剤を用いてＤＢＰを溶解して電極板及びセパレータを多孔構造に形成させている。
【０００４】
上述の特許に掲載された製造方法の長所は、可塑剤の注入において電極材料が成膜された後良好な可塑性を備え集電体、電極材料、及びセパレータを結合することができ、可塑剤の溶解が多孔構造形成効果を兼ねてなり、電解液の流通路を形成する。又、正負極板はセパレータにより緊密結合し、接合面はイオン伝導を妨害する空孔が形成されにくく、したがって結合電極を外装する必要が無く、電池は更に軽く薄く製造することが可能である。但しＤＢＰを抽出する時間は長く、大量の抽出溶剤を消耗し、残留成分が生じて電池の特性に影響し易く、使用者のクレームの原因となる。
【０００５】
以上の正負極接合型リチウム高分子電池の製造方法は改善が望まれる。
【特許文献１】特開２００６−５９７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の公知の電極接合型リチウム高分子電池の製造方法の問題点を改善し、電極を接合する長所はそのまま採用し、加工製作を更に簡易にし、電池の特性を向上させた新しい電極接合型リチウム高分子電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明が開発したセパレータ塗膜形成材料の利用においては、溶剤が揮発した後、表面には接合し易いゲル状が形成されてなり、調合は可塑剤（ｐｌａｓｔｉｃｉｚｅｒ；ＤＢＰ等）を使用せず、単電池が接合された後、冗長な抽出工程を実行する必要がない。更にこの製造方法は以下の特性を具有する。
１．製造時間を短縮する
２．電池は更なる安全性を備える
３．電池は高エネルギー密度を備える
４．電池の寿命が長い。
５．電池の内部抵抗が低く安定している。
６．電池の大容量電流の充放電特性が良好である。
７．製造工程はより環境保護に適する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１に示すように、本発明のリチウム高分子電池の製造方法は、
ステップ１；粘性及び可塑性を備える正極膜の形成；  塗膜形成材料混合工程により活性物質、促進剤、粘着剤と溶剤を均等に混合した後、塗布乾燥過程を経て正極膜を形成する。
ステップ２；粘性及び可塑性を備える負極膜の形成；  塗膜形成材料混合工程により活性物質、促進剤、粘着剤と溶剤を均等に混合した後、塗布乾燥過程を経て負極膜を形成する。
ステップ３；粘性及び可塑性を備えるセパレータの形成；  塗膜形成材料混合工程により充填剤、粘着剤と溶剤を均等に混合した後、塗布乾燥過程を経てセパレータを形成する。
ステップ４；良好な粘性及び導電性の負極集電体の形成；  銅網或いは銅箔を稀硝酸に浸した後、純水洗浄の前処理として促進剤、粘着剤、及び溶剤を均等に混合した材料を塗布し熱風乾燥し粘着層が塗布された負極集電体を形成する。
ステップ５；良好な粘性及び導電性の正極集電体の形成；アルミニウム網或いはアルミ箔を水酸化ナトリウム溶液に浸した後純水洗浄の前処理として促進剤、粘着剤、及び溶剤を均等に混合した材料を塗布し熱風乾燥し粘着層が塗布された正極集電体を形成する。
ステップ６；正極板の形成；  前述の正極膜と正極集電体を接合した後に加熱加圧工程を経て熱風乾燥し形成する。
ステップ７；負極板の形成；  前述の負極膜と負極集電体を接合した後に加熱加圧工程を経て熱風乾燥し形成する。
ステップ８；単電池構造の形成；  前述の正負極板とセパレータを一定の寸法に裁断した後、正極板―隔膜―負極板―隔膜―正極板、或いは負極板―隔膜―正極板―隔膜―負極板の積み重ね方式により加熱加圧した後に熱風乾燥し形成する。
ステップ９；電池の設計容量に従い、前記単電池の構造の適量を取り、正負極導電グリップを溶接した後アルミ箔の袋内に挿入し、真空乾燥を通して除水した後、電解液を注入し電池の活性化を実行する。
【０００９】
上述の製造工程において、
（ａ）セパレータ
粘着剤（ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）等）２０乃至８０ｗｔ％、充填剤（Ｓｉ０２、Ｔｉ０２、Ａ１２０３等）２０乃至８０ｗｔ％に適量の溶剤（ａｃｅｔｏｎｅ、ＮＭＰ）を加えボールミルにより５時間混合し、製造されたセパレータ塗膜形成材料。成膜方式は、成膜基材に塗布し溶剤が揮発した後抽出する方式にて製造、或いは多孔分子膜により、例えばポリプロピレン、ポリエチレン骨格に塗布し表面に複合型セパレータを形成することができる。
【００１０】
（ｂ）正極
粘着剤、促進剤、活性物質に適当な溶剤、アセトン、及びＮＭＰ、Ｎ−Ｍｅｔｈｙｌ−２−Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅを加え混合し、ボールミルにて５時間混合し製造した正極塗膜形成材料であり、その内、粘着剤は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）等２乃至１５ｗｔ％、促進剤は、導電性カーボンブラック等２乃至１０％、活性物質のリチウム化合物は、ＬｉＣｏ０２、ＬｉＮｉ０２、ＬｉＭｎ２０４、ＬｉＮｉｘＣｏｌ−ｘ０２等７５乃至９６ｗｔ％である。図７，８に示すように、本発明の製造工程は以下のステップより構成される。電極集電体はアルミ箔或いはアルミニウム網にてなり、塗布機は直接アルミ箔或いは網上に塗膜形成材料を塗り、乾燥した後に必要な寸法に裁断し、正極の製造を完成することができる。アルミ網により集電体とする場合、正極を塗布基材とし、乾燥後、熱圧着法により集電体と電極材料膜を接合し、乾燥後に必要な寸法で裁断することができる。
【００１１】
（ｃ）負極
粘着剤、促進剤、活性物質に適当な溶剤（アセトン、ＭＮＰ）を加え混合し、ボールミルにより５時間混合し製作した負極塗膜形成材料であり、その内、粘着剤はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）等２乃至１５ｗｔ％、促進剤は、導電性カーボンブラック等２乃至１０％、活性物質は、カーボンボール、天然グラファイト及びその改質品、その他の炭素材、錫化合物、シリコン化合物等７５乃至９６ｗｔ％である。電極集電体はアルミ箔或いはアルミニウム網にてなり、塗布機は直接アルミ箔或いは網上に塗膜形成材料を塗り、乾燥した後に必要な寸法に裁断し、負極の製造を完成することができる。アルミ網により集電体とする場合、正極を塗布基材とし、乾燥後、熱圧着法により集電体と電極材料膜を接合し、乾燥後に必要な寸法で裁断することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の電極接合型リチウム高分子電池は、公知の電極接合型リチウム高分子電池の製造方法の問題点を改善し、電極を接合する長所はそのまま採用し、加工製作を更に簡易にし、電池の特性を向上させることを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上述の製造方法の実施例は、
（１）セパレータの製造―ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリン）７０ｗｔ％、Ｓｉ０２          ３０ｗｔ％に適量のアセトン、ＮＭＰを加える。ボールミルにより５時間混合し、   
セパレータ塗膜形成材料を製造する。ポリプロピレン多孔膜により骨格の表面に適
量の塗布をして複合型セパレータを形成する。
正極の製造―導電性カーボンブラック６ｗｔ％、ポリプロピレン９ｗｔ％、Ｌｉ
Ｃｏ０２  ８５ｗｔ％とする。ボールミルにより５時間混合し正極塗膜形成材料を
製造する。塗膜形成材料を基材に塗り、アセトンが揮発した後に取り出し、熱圧着
法により集電網と電極材料膜を接合し、必要な寸法に切断する。
負極の製造―導電性カーボンブラック４ｗｔ％、ポリプロピレン１１ｗｔ％、  
カーボンボール８５ｗｔ％に適用のアセトンとＮＭＰを加える。ボールミルにより
５時間混合し負極塗膜形成材料を製造する。塗膜形成材料を基材に塗り、アセトン
が揮発した後に取り出し、熱圧着法により集電網と電極材料膜を接合し、必要な寸
法に切断する。
熱圧着により正極、負極、セパレータを結合し、熱風で３０分乾燥させた後に注
液し塗布を続行する。
（２）第一例の正、負極の製造と同様に、セパレータはＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデリ
ン）７０ｗｔ％、Ｓｉ０２  ３０ｗｔ％に適量のアセトン、ＮＭＰを加える。ボー
ルミルにより５時間混合し、セパレータ塗膜形成材料を製造し、成膜基板上に塗布
し、溶剤が揮発した後に取り出し、コロイド状の薄膜を得る。熱圧着法により正負
極、セパレータを結合し、室温で１２時間放置した後に注液し塗布を続行する。上
述の実施例により製造された６００ｍＡｈのリチウム高分子電池に試験を実行し下
記表一の電池特性が得られた。
【００１４】
【表１】
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【００１５】
表一に示すように、電池に常用される特性である、０．５Ｃ充放電率、内部抵抗、０．５Ｃ充放電１００回の電池寿命、及び２８日間の自然放電率を測定した結果、本発明は優良な電池特性を獲得し、加工性が良く、コストも低く、環境保護も考慮されたリチウム高分子電池である。
【００１６】
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に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動や潤色を加えることができ、従って本発明明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のリチウム高分子電池の製造方法の工程図である。
【図１】
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