JPH04506726A - 電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電池及びその製造方法 技術分野 本発明は、電池、及びその製造方法に関する。

技術背景 電池にある種の材料を用いること、あるいは、ある種の電池構造を用いることは 、電池、例えばリチウムのようなアルカリ金属を有する電池に汚染の問題を惹起 することがあり、大気中の水であれ、潜在的な水であれ、水が電池のアルカリ金 属を酸化し、電池の機能不全又は不作動を惹起することがある。

この汚染の問題を軽減する試みとして、一般に、電池の構成部品は完全に乾燥せ しめられ、以後の製造工程は、乾燥した雰囲気中で実施される。１ｉ池のある種 の構成部品は高い親水性を有しており、大気中の水蒸気を吸入し易いので、以後 の製造工程を乾燥した雰囲気中で実施することは非常に重要である６以上の結果 として、電池の製造する生産コストが、大幅に増大する。

しかも、ある種の電池構造では、乾燥雰囲気中での実施が不可能である０例えば 、電池に炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）の混合物のような揮発 性物質を使用した場合、そのような物質（ＰＣ／ＥＣ）は乾燥工程によって蒸発 してしまうので上記のような製造技法を用いることは非常に困難である。

発明の開示 本発明は、上記のような問題を軽減する電池、及びその製造方法に関する。

本発明は、その−側面においては、少くとも１つの電気化学的セルを有する電池 を製造する方法であって、負電極と、正電極と、固体電解質を形成し、該固体電 解質内に第１物質を分散させ、その際、該第１物質が近くにあれば反応するであ ろう電池の第２物質の近傍では、第１物質の濃度かゼロ又は実質的にゼロとなる ように分散させることを特徴とする電池製造方法を提供する。

上記電解質は、上記第１物質がその電解質内において電解質の厚み方向でみて傾 斜した濃度を有するように形成してもよく、あるいは、濃度の異なる第１物質を 含有した２つ以上の層として形成してもよい。

本発明による電池製造方法は、炭酸プロピレン（ＰＣ）又は炭酸エチレン（ＥＣ ）のような揮発性成分を包含したリチウム電池のような電池の製造に使用するの に特に適している。なぜなら、そのような揮発性成分又はその中に含まれる汚染 物は、リチウム金属又はリチウム合金のような電池の他の部分と反応し、電池の 作動に悪影響を及ぼすことがあるからである。

本発明による電池製造方法は、室温で作動する電池の製造に使用するのが好まし い。

本発明は、その別の側面においては、負電極と、正電極と、固体電解質から成る 少くとも１つの電気化学的セルを有する電池であって、該固体電解質は、その中 に分散された第１物質を有しており、該第１物質の濃度は、該第１物質が近くに あれば反応するであろう電池の第２物質の近傍ではゼロ又は実質的にゼロとされ ていることを特徴とする電池を提供する。

本発明の好ましい実施例においては、上記電気化学的セルは、リチウム金属又は リチウム合金の負電極と、二酸化マンガン（ＭｎＯ□〕の正電極と、炭酸プロピ レン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）の混合物と、その中に分散されたりチウム トリフレート（ＬｉＣＦ３ＳＯ−）のようなリチウム塩を有するポリエチレンオ キシド（ＰＥＯ）の電解質とで構成し、該炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレ ン（ＥＣ）の混合物は、前記負電極に接触する電解質には炭酸プロピレン（ＰＣ ）及び炭酸エチレン（ＥＣ）及びその中の汚染物が存在しないような態様に該電 解質中に分散させる。

この特定の電池構造においては、炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ ）は、親水性の揮発成分であり、従って、少量の汚染水を含有している場合があ る。

リチウムの酸化、従って、電池の作動特性の劣化を防止するためにリチウムから 隔離しなければならないのは、この水である。

しかしながら、炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）は、両方とも揮 発性であるから、水を除去するための乾燥工程にかければ、放逐されてしまう、 従って、乾燥工程の後に炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）を添加 し、それらをリチウムから隔離することが、理想的な解決策である。

本発明のこの好ましい実施例の製造方法は、以下の工程を用いて実施するのが好 ましい。即ち、負電極と、正電極と５　リチウムトリフレート（ＬｉＣＦ、５Ｏ −）のようなリチウム塩を含むが、炭酸プロピレン（ＰＣ）及び炭酸エチレン（ ＥＣ）を含まないポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）の固体電解質とのそれぞれ別 個の３つの構成製部品を、乾燥雰囲気中でそれぞれの乾燥材料から製造する工程 と、前記固体電解質の一表面に炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ） の混合物を被覆する工程と、炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）の 混合物を被覆された固体電解質の前記−表面が前記負電極と接触しないようにし て前記３つの構成部品を組立てて電池を構成する工程と、該電池を７０°Ｃ〜１ ２０°Ｃの温度で事前放電させる工程である。

常温、常圧において、上記固体電解質の表面に被覆された炭酸プロピレン（ＰＣ ）及び炭酸エチレン（ＥＣ）は、該電解質のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）内 並びに正電極内へゆっくり移行する。しかしながら、その移行速度は、負電極に 関して何ら問題を起すほどの速さではない。

電池を７０°Ｃ〜１２０°Ｃの温度で事前放電させることにより、ポリエチレン オキシド（ＰＥＯ）が軟化され、該ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）内への炭酸 プロピレン（ＰＣ）及び炭酸エチレン（ＥＣ）の移行を一層容易にし、ポリエチ レンオキシド（ＰＥＩ内での炭酸プロピレン（Ｐｌ及び炭酸エチレン（ＥＣ）の 実質的に均一な分布が達成される。それと同時に、この事前放電は、炭酸プロピ レン（ＰＣ）及び炭酸エチレン（ＥＣ）混合物中に存在する汚染物を固定する働 きをする。

本発明は、相互に作用する可能性のある物質が存在する適当な構造の電気化学的 セル／電池において、上述の例のように電気化学的セル／電池の初期放電又は放 電を行う前までそれらの物質を互いに隔離しておくだけでよ　。

い場合であれ、あるいは、より長い期間分離状態に維持する必要がある場合であ れ、適用することができることは、当業者には明らかであろう。

本発明は、広範囲の状況及び電池構造に使用することができ、例えば、水による 汚染が問題となるようなアルカリ金属を包含したいかなる電池にも適用すること かで相互に作用する物質を互いに隔離する働きをする電解質材の厚さは、本発明 の作用にとって決定的な重要性を有するものではないが、本発明による電池を製 造するに当っては、そのような電解質材の厚さは、配慮すべきであり、確実に所 要の隔離を所要の時間維持するのに十分な厚さとすべきである。大抵の場合、そ の厚さは、電解質の全体の厚さに比べて比較的薄い。

本発明の好ましい実施例においては、正電極は、上記電解質のポリマー材のよう な、ポリマー材在中に分散させた二酸化マンガン（Ｍｎ０２）によって構成する 。

本発明は、大抵のタイプの非水性−次又は電気化学セルに適用することができる 。

以下に添付図を参照して本発明の詳細な説明する。

パ　の　゛　な舌　Ｂ 第１図は、本発明に従って構成された電池の概略図である。

第２図は、第１図の電池のコア部材の断面図である。

及ｌ旦 添付図の第１図を参照して説明すると１本発明に従って構成されたソリッドステ ート電池は、コア部材１と、コア部材１を完全に封入したケーシング２と、ケー シング２を貫通して設けられており、電池をデバイスに接続するための負端子３ と、ケーシング２を貫通して設けられており、コア部材ｌをデバイスに接続する ための正端子４とから成っている。

電池の正端子３と負端子４は、いずれも、電池のコア部材１が大気に露呈される のを防止するようにケーシング２内に気密状態に密封されており、互いに電気的 に絶縁されている。

第２図を参照して説明すると、図示の電池のコア部材１は、以下に述べる４つの 層から成る。リチウム金属又はリチウム合金の第１層５は、電池の負電極を構成 し、電池の負端子３に電気的に接続される。

第２層６は、電池の固体電解質を構成するものであり、リチウムトリフレート　 （ＬｉＣＦ３５０ｓ）のようなリチウム塩を分散させたポリエチレンオキシド（ ＰＥＯ）から成る。このポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）から成る電解質中の炭 酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）は、第１層５から第３層７にかけ て、即ち該電解質層６の厚み方向に傾斜した濃度を有しており、それによって、 第１層５（負電極）の近傍では、炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ ）の濃度がゼロ又は実質的にゼロとなるようになされている。

第３層７は、を池の正電極を構成するものであり、ポリマー材、例えば電池の上 記固体電解質中に分散させた二酸化マンガン（ＭｎＯ−）のような電気化学的に 活性の物質から成る。この第３層は、正端子４に接続される、第４層８は、電池 の集電装置を構成する。

上記の積層構造体は、電池に所要の電気化学的駆動力を付与する電気化学的セル を構成する。

以上に説明した電池は、下記の方法を用いて製造する、即ち、負電極５と、正電 極７と、集電装置８と、炭酸プロピレン（ＰＣ）と炭酸エチレン（ＥＣ）の混合 物を含まない固体電解質６を製造し、完全に乾燥させて乾燥雰囲気中に保持する ０次に、負電極５と固体電解質６を組合せ、該固体電解質の、負電極５のある側 とは反対側の表面に、電解質全体に対して適正な割合の炭酸プロピレン（ＰＣ） と炭酸エチレン（ＥＣ）の混合物を被覆する、ついで、この負電極５と固体電解 質６に正１ｉ極７と集電装置８を組合せ、電池のプレフォームを形成する。

この電池プレフォームを完全な電池に形成し、該電池を１００°Ｃの温度で事前 放電させる。

要　約 少くとも１つの電気化学的セルを有する電池を製造する方法であって、負電極（ ５）と、正電極（７）と、固体電解質（６）を形成し、該固体電解質内に第１物 質を分散させ、その際、該第１物質が近くにあれば反応するであろう電池の第２ 物質（５）の近傍では、第１物質の濃度がゼロ又は実質的にゼロとなるように分 散させることを特徴とする電池製造方法。

上記電解質（６）は、上記第１物質がその電解質内において電解質の厚み方向で みて傾斜した濃度を有するように形成してもよく、あるいは、濃度の異なる第１ 物質を含有した２つ以上の層として形成してもよい。

この電池は、炭酸プロピレン（ＰＣ）又は炭酸エチレン（ＥＣ）のような揮発性 成分を包含しており、リチウム金属又はリチウム合金と反応しつる汚染物として 水を包含するリチウム電池であってよい。

国際調査報告 国際調査報告 ＧＢ　９１００５０１ Ｓ＾　４５Ｂ４２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少くとも１つの電気化学的セルを有する電池を製造する方法であって、 負電極と、正電極と、固体電解質を形成し、該固体電解質（６）内に第１物質を 分散させ、その際、該第１物質が近くにあれば反応するであろう電池の第２物質 （５）の近傍では、第１物質の濃度がゼロ又は実質的にゼロとなるように分散さ せることを特徴とする電池製造方法。 ２．前記第１物質は、前記電解質の一表面上にコーチングとして被覆し、該電解 質内へ移行させるようにすることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．前記第１物質のコーチングは、前記電解質の、前記負電極と接触する表面と は反対側の表面に被覆し、該負電極は、該電解質によって該第１物質から分離さ れた前記第２物質で構成することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の方法。 ４．前記負電極は、水と反応する物質で構成され、前記第１物質は、揮発性であ って、汚染物として水を含有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方 法５．前記負電極は、リチウム金属又はリチウム合金で構成されることを特徴と する請求の範囲第４項に記載の方法。 ６．前記第１物質は、炭酸プロピレンと炭酸エチレンで構成することを特徴とす る請求の範囲第４又は５項に記載の方法。 ７．前記電解質は、ポリエチレンオキシドとリチウム塩で構成することを特徴と する請求の範囲第１〜６項のいずれかに記載の方法。 ８．該電池を７０℃〜１２０℃の温度で事前放電させることを特徴とする請求の 範囲第１〜７項のいずれかに記載の方法。 ９．前記正電極は、ポリマー材中に分散させた二酸化マンガンで構成することを 特徴とする請求の範囲第１〜８項のいずれかに記載の方法。 １０．負電極と、正電極と、固体電解質とから成る少くとも１つの電気化学的セ ルを有する電池であって、該固体電解質（６）内に第１物質が分散されており、 該第１物質は、それが近くにあれば反応するであろう電池の第２物質の近傍では 、濃度がゼロ又は実質的にゼロとなるように分散されていることを特徴とする電 池。 １１．前記第１物質は、前記電解質の一表面上にコーチングとして被覆され、該 電解質内へ移行させるようになされたものであることを特徴とする請求の範囲第 １０項に記載の電池。 １２．前記第１物質のコーチングは、前記電解質の、前記負電極と接触する表面 とは反対側の表面に被覆されており、該負電極は、該電解質によって該第１物質 から分離された前記第２物質から成ることを特徴とする請求の範囲第１１項に記 載の電池。 １３．前記負電極は、水と反応する物質から成り、前記第１物質は、揮発性であ って、汚染物として水を含有することを特徴とする請求の範囲第１２項に記載の 電池。 １４．前記負電極は、リチウム金属又はリチウム合金から成ることを特徴とする 請求の範囲第１３項に記載の電池。 １５．前記第１物質は、炭酸プロピレンと炭酸エチレンから成ることを特徴とす る請求の範囲第１３又は１４項に記載の電池。 １６．前記電解質は、ポリエチレンオキシドとリチウム塩らなることを特徴とす る請求の範囲第１０〜１５項のいずれかに記載の電池。 １７．該電池は７０℃〜１２０℃の温度で事前放電されたものであることを特徴 とする請求の範囲第１０〜１６項のいずれかに記載の電池。 １８．前記正電極は、ポリマー材中に分散させた二酸化マンガンから成ることを 特徴とする請求の範囲第１０〜１７項のいずれかに記載の電池。 １９．添付図を参照して以上に説明された電池製造方法。 ２０．添付図を参照して以上に説明された電池。