(57)【要約】リチウム電池を製造する方法が開示される。このリチウム電池は、負極、セパレータ、及び正極の積層物を少なくとも有する。前記方法において、孔のパターンが、正極と同じく負極においても生成される。高分子材料は積層物の少なくとも一方の側面にもたらされ、この積層物が熱及び圧力にさらされるので、高分子材料が孔に浸透し、それによって構成部品が固定されるとともに互いに加圧される。ここで説明される方法において、前記高分子材料は、１９０℃において少なくとも０．５ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつ高分子を有する。
2004531035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極、セパレータ、及び正極の積層物を有するリチウム電池を製造する方法であって、前記負極を形成するように負極集電体に負極材料をもたらすステップと、前記正極を形成するように正極集電体に正極材料をもたらすステップと、前記負極と前記正極との間にセパレータを設けるステップとを有するとともに、
ａ） 前記負極に孔のパターンを生成するステップと、
ｂ） 前記正極に孔のパターンを生成するステップと、
高分子材料を前記積層物の少なくとも一方の側面にもたらすステップと、
前記高分子材料が前記孔に浸透するように前記高分子材料を熱及び圧力にさらすことによって、前記負極、前記正極、及び前記セパレータが固定されかつ互いに加圧されるステップとを有する方法において、前記高分子材料が、１９０℃において少なくとも０．５ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記高分子材料が、１９０℃において少なくとも２．０ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有することを特徴とする、請求項１に記載のリチウム電池を製造する方法。
【請求項３】
前記高分子材料が、１９０℃において少なくとも３．０ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のリチウム電池を製造する方法。
【請求項４】
前記高分子材料が、１２０℃を下回る融点をもつポリマーを有することを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載のリチウム電池を製造する方法。
【請求項５】
前記高分子材料が、９０℃を超える融点をもつポリマーを有することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか１項に記載のリチウム電池を製造する方法。
【請求項６】
前記高分子材料がポリエチレンを有することを特徴とする、請求項３に記載のリチウム電池を製造する方法。
【請求項７】
高分子材料によってともに保持されている、負極、セパレータ、及び正極の積層物を有し、請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法によって得られるリチウム電池。
【請求項８】
高分子材料によってともに保持されている、負極、セパレータ、及び正極の積層物を有するリチウム電池において、前記高分子材料が、１９０℃において少なくとも０．５ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有することを特徴とするリチウム電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負極、セパレータ、及び正極の積層物を有するリチウム電池を製造する方法であって、負極を形成するように負極集電体に負極材料をもたらすステップと、正極を形成するように正極集電体に正極材料をもたらすステップと、負極と正極との間にセパレータを設けるステップとを有するとともに、
ａ） 負極に孔のパターンを生成するステップと、
ｂ） 正極に孔のパターンを生成するステップと、
高分子材料を積層物の少なくとも一方の側面にもたらすステップと、
高分子材料が前記孔に浸透するように積層物及び高分子材料を熱及び圧力にさらすことによって、負極、正極、及びセパレータが固定されかつ互いに加圧されるステップとを有する方法に関する。さらに、本発明は高分子材料によってともに保持されている、負極、セパレータ、及び正極の積層物を有するリチウム電池に関する。
【０００２】
高密度電池に対する要求が、軽量の携帯コードレス民生用製品、例えばＣＤプレーヤ、モバイル電話、ラップトップコンピュータ及びビデオカメラに対して成長する市場によって増大されている。具体的には、非常に薄型かつ柔軟な電池が必要とされる。許容できる可搬性（ポータビリティ）が実現されるべきである場合、前記民生用製品に内蔵される電池は、最小限の重さかつ体積で必要な量のエネルギーを供給するべきである。リチウムは、最小限の重さで高いエネルギー密度が必要とされる電池に用いるために非常に有利な材料である。
【０００３】
【従来の技術】
前記記載のリチウム電池を製造する方法は、国際特許出願公開公報第００／０４６０１号から既知である。
【０００４】
前記方法によって得られる電池は、薄型かつ柔軟な形状を有すると同時に、非常に高いエネルギー密度を供給している。さらに、電極とセパレータとの間の接触が得られるとともに、非常に効率的な態様で維持されている。上記電池は薄い壁の容器（キャニスタ）に入れられ得る。このような容器の壁は、電池のそれぞれの構成部品にかけられる十分な圧力を維持するために必要とされないためである。上記国際特許出願公開公報第００／０４６０１号による方法の１つにおいて、高分子材料のフィルムは積層物の両側にもたらされ、前記高分子フィルムが熱及び圧力にさらされる。その結果として、高分子材料は溶融するとともに孔に浸透する。前記方法によって、電池は、各々の孔においてプラグ又はリベットとして作用するとともに、それぞれの層を貼り合わせて互いに接合させる高分子材料を用いて得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、よりいっそう効率的かつ迅速な前記記載のリチウム電池を製造する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的のために、前記記載のリチウム電池を製造する方法は、高分子材料が、１９０℃において少なくとも０．５ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有することを特徴とする。
【０００７】
１９０℃において少なくとも０．５ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを用いることにより、溶融されたポリマーの簡略な流れ（フロー）が確実にされ、その結果、電池のそれぞれの材料層の孔において前記溶融ポリマーの、かなり迅速かつほとんど完全な浸透がもたらされる。メルトフローレートを決定するために用いられるテスト方法がＡＳＴＭ Ｄ １２３８であることに留意されたい。
【０００８】
本発明の特定の実施例では、高分子材料は１９０℃において少なくとも２．０ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有する。
【０００９】
ポリマーの浸透の速度及び完全性に関してよりいっそう良好な結果をもたらすので、１９０℃において少なくとも２．０ｇ／１０分のメルトフローレートをもつポリマーの使用が好ましい。
【００１０】
好ましくは、高分子材料は１９０℃において少なくとも３．０ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有する。
【００１１】
このような高い値のメルトフローインデックスにおいて、電池のそれぞれの層の孔への高分子材料の非常に迅速かつ完全な浸透が確実にされ得る。このような高いメルトフローインデックスをもつポリマーの使用は、非常に薄型のリチウム電池の製造に役立つだけでなく、活物質の複数の積層物を有するより厚いリチウム電池の製造にも役立つ。後者の場合には、材料層をともに保つためにかなり少量のポリマーしか必要とされないため、かなり高い容量が電池に供給される。
【００１２】
有利なことに、高分子材料は１２０℃を下回る融点をもつポリマーを有する。
【００１３】
多くの場合、リチウム電池のセパレータは、安全セパレータとも呼ばれるポリエチレンセパレータを有する。前記セパレータの融点は、約１２０〜１３０℃の範囲にある。熱処理の間、セパレータの溶解を防止するために、前記温度を下回る融点をもつポリマーを用いて、１２０℃を下回る温度を加えることが望ましい。
【００１４】
本発明の有利な実施例において、高分子材料は９０℃を超える融点をもつポリマーを有する。
【００１５】
９０℃を超える融点をもつポリマーの使用により、電池が通常さらされるとともに約９０℃で実施されるテストの間、その電池に関するいかなるダメージの形成も防止される。
【００１６】
いくつかのポリマーが、本発明による上記の方法において使われ得る。例えば、ポリエチレン、ＴＡＦＭＥＲ Ａ−４０９０ＡＥ（Ｒ）及びＳｔａｍｙｌａｎ ＬＤ（Ｒ）などである。
【００１７】
好ましくは、高分子材料はポリエチレンを有する。
【００１８】
本発明は、上記の方法によって得られるリチウム電池にも関する。
【００１９】
最後に、本発明は、高分子材料によってともに保持されている、負極、セパレータ、及び正極の積層物を有するリチウム電池に関する。前記電池は、その高分子材料が、１９０℃において少なくとも０．５ｇ／１０分のメルトフローインデックスをもつポリマーを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明のリチウム電池は、種々の（コードレス）電気機器、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯ＣＤプレーヤ、携帯電話機、携帯無線呼出し装置、ビデオカメラ、電気シェーバ、電動工具、電気自動車、及び補聴器に用いられ得る。前記リチウム電池は、一次電池又は二次電池として使用されてもよい。
【００２１】
本発明は、例示的な実施例によって、さらに添付の図面を参照してより詳細に説明されるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
例示的な実施例
負極材料用の混合物が、正極活物質として１０μｍの粒子サイズを有する６ｇの黒鉛（グラファイト）粒子と、４．５ｇのカルボキシメチルセルロース（１％水溶液）と、接合剤（バインダ）として０．５ｇのスチレンブタジエンゴム（水内の６０％分散液）とを混合することにより準備されるとともに、銅箔集電体の両面上に被覆（コーティング）として塗布されるようなペーストに形成される。その被覆の厚さは２００μｍである。その銅箔の厚さは１４μｍに等しい。ペーストされた集電体は、１５分間８５℃で予備乾燥され、３時間１１０℃で熱処理されて、その厚さが１１０μｍになるまで圧縮される。負極が２×２ｃｍ２の正方形になるように切り出される。
【００２３】
正極材料用の混合物が、正極活物質として６ｇのＬｉＣｏＯ２と、導電性材料として０．１８ｇのアセチレンブラックと、５ｇのカルボキシメチルセルロース（１％の水溶液）と、接合剤としての０．７ｇのポリテトラフルオロエチレン（水内の６０％分散液）とを混合することにより準備されるとともに、アルミニウム箔集電体の両面上に被覆として塗布されるようにペーストに形成される。その被覆の厚さは４２０μｍである。そのアルミニウム箔の厚さは２０μｍに等しい。ペーストされた集電体は、１５分間８５℃で予備乾燥され、４時間２５０℃で熱処理されて、その厚さが１００μｍになるまで圧縮される。正極が２×２ｃｍ２の正方形になるように切り出される。
【００２４】
２５μｍ厚さの多孔性のポリエチレン箔がセパレータとして用いられる。
【００２５】
機械的パンチングにより負極、正極、及びセパレータ各々に孔のパターンが設けられる。正極の孔の直径は好ましくは約１ｍｍであり、負極の孔の直径は好ましくは約０．８ｍｍである。直径における前記差は、図に示されていない。これらの孔は５ｍｍの相互の孔距離を有する二次元配列で設けられる。
【００２６】
積層物は、負極３、セパレータ４、及び正極５から作られている。各図に示されるように、負極３が孔７を備え、正極５が孔８を備え、セパレータが孔１２を備えている。ポリマー箔９は積層物１の両側に設けられ、本実施例におけるこのポリマー箔はポリエチレン（Ａｌｄｒｉｃｈ社製：［ ９００２−８８−４ ］ Ｃａｔ． ４２，８０３−５）を有する。積層物が熱及び圧力にさらされると、このポリエチレンは溶融するとともに、孔を貫いて電極及びセパレータに浸透するだろう。それによって、電極とセパレータとが互いに接合（ボンディング）される。
【００２７】
上記と同じ態様で、多層積層物の層は、かなり少量のポリマーを使用する１つのステップで互いに接合されることが可能であり、それによって増加された容量又は電圧の電池が得られる。
【００２８】
図２において、積層物１は電極の孔の端部に位置する膨らみ（バルジ）１０を供給されるポリマー箔９を備えている。図２に示される実施例において、Ｓｔａｍｙｌａｎ ＬＤ（Ｒ）が高分子材料として使われている。その積層物が熱及び圧力にさらされると、この高分子材料は溶融し、少なくとも前記膨らみを孔に浸透させるだろう。それによって電極とセパレータとが互いに接合されるだろう。膨らみをポリマー箔に供給することによって、高分子材料（すなわち非活物質）の量は低減されることが可能になり、その結果として電池の容量の増加をもたらす。膨らみの概念は、高分子材料の膨らみをキャリーズ箔（ｃａｒｒｉｅｓ ｆｏｉｌ）に局所的に供給することによっても達成され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】負極、セパレータ、及び正極の積層物だけでなく、この積層物の両側に設けられるポリマー箔を概略的に示す
【図２】ポリマー箔が局所的に膨らみを供給されている、図１による積層物を概略的に示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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