[发明专利]具备纤维电极的蓄电设备及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及具备纤维电极（纤维正极及纤维负极）的电池或电容器那样的蓄电设备及其制造方法。本发明使用于锂离子电池是理想的。

背景技术

通用的锂离子二次电池，具备板状正极、隔离层、同样为板状的负极，以在EC（碳酸乙烯酯；エチレンカーボネート）或DMC（碳酸二甲酯；ジメチルカーボネート）那样的有机溶剂中溶解LiPF₆那样的锂盐的溶液作为电解液构成电池。作为集电体，通常正极采用铝箔上涂布锂金属氧化物的物体，负极采用铜箔上涂布碳材料的物体。作为电解质，通常使用溶解锂盐的有机溶剂。隔离层采用厚度30～80um的聚丙烯（ポリプロピレン）或聚乙烯（ポリエチレン）制造的多微孔膜。

已有的以水溶液作为电解液的二次电池，具备正极板、隔板、负极板。碱性二次电池通常将使氢氧化锂溶解的氢氧化钾或类似于氢氧化钾的水溶液作为电解液使用；而铅蓄电池通常以稀硫酸溶液作为电解液使用。

一般的镍氢电池或镍镉电池等碱性二次电池，用于高容量时电极厚度通常为0.65～0.8mm左右，用于高输出时电极厚度为0.3～0.5mm左右。

这些碱性二次电池的电极的制作方法，众所周知，对于正极，通常使用的是使基材含浸正极活性物质的方法（烧结法）、或者在发泡镍基材中充填含有活性物质的糊状物的方法（糊膏法）来制作。对于负极，主要采用在多孔金属板等二维结构的集电体上涂布含有活性物质的糊状物然后加压的糊膏法制作。作为正极集电体，使用较普遍的是在多孔金属上烧结羰基镍得到的烧结体，或发泡状树脂上镀镍后将树脂烧掉得到的发泡镍多孔体。除此之外，利用机械加工方法形成凹凸的多孔体也是公知的，但是尚未达到实用水平。另一方面，铅蓄电池电极的制作方法以糊膏式为主流，与碱性二次电池相比其电极厚度较大。

碱性二次电池主要以厚度为80～200um左右的聚酰胺（ポリアミド）制无纺布或亲水处理过的聚烯烃（ポリオレフィン）系无纺布作为隔板使用。作为铅蓄电池的隔膜使用的有紙、多孔聚烯烃板或玻璃纤维布等多孔膜，但是由于其中与充放电反应直接相关的硫酸的需有量大，因此需要使用比碱性二次电池厚的多孔膜。

通用的双电层电容器（電気二重層キャパシタ），具备表面积大的活性炭构成的板状的正极及负极。电解液可使用水系电解液和非水系电解液两种。水系电解液使用30重量％左右的硫酸或氢氧化钾水溶液。水系电解液的离子传导性比非水系电解液高，对急速充放电有利，但是工作电压受到水的分解电压的限制，因此比较低，只有1.2V。另一方面，非水系电解液使用在碳酸丙烯酯（プロピレンカーボネート）等有机溶剂中添加四氟硼酸盐或具有乙基（エチル基）的盐（例如四乙基铵（テトラエチルアンモニウム）或四乙基磷（テトラエチルホスホニウム））使其溶解的电解液。非水系电解液其稳定电压范围比水系电解液宽，可使用于2～4V的高电压工作的电容器。

一般的电池，正极和负极采用固体活性物质，但是也有以气体状的氧气作为正极活性物质使用的电池。这样的电池被称为空气电池。负极采用锌的硬币型锌－空气电池已经实用化，但这是一次电池。另一方面，锂电池那样的大能量密度的空气二次电池的开发研究也在热烈进行。空气二次电池中设置能够顺利提供气体而且具有能够防止电解液泄漏和挥发的功能的空气极。空气极采用碳材料中混合有PTFE（ポリテトラフルオロエチレン；聚四氟乙烯）的材料。通过空气极的氧与电解质发生反应以进行放电，但是这时由于固相（空气极材料）－液相（电解液）－气相（氧）相互接触的三相界面适度存在，能够顺利地进行反应。

作为放电后不能够再度充电的一次电池，已知有钟表、手电筒那样的小型便携式机器普遍使用的干电池。通常有正极和负极分别使用二氧化锰和锌、电解液使用氯化锌水溶液的锰干电池；电解液采用添加氯化锌的氢氧化钾水溶液的碱锰电池。碱锰电池具有比锰电池大的能量密度，但是自我放电大。这些一次电池内阻高，不适合使用于大功率用途。其他一次电池已知有氧化银电池、水银电池、锌空气电池或锂电池。

作为与上述已有的具备正极、隔离层及负极的电极组思路完全不同的电池结构，本发明人等提出采用具有电子传导性的纤维体等作为电池集电体（专利文献1）。专利文献1中公开的电池特别以高输出为目的。