CN111816926A - 电池用电极组、具备该电极组的卷绕型电池及电池用电极组的制造方法 - Google Patents

电池用电极组、具备该电极组的卷绕型电池及电池用电极组的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够提高电池的成品率且实现体积能量密度的提高的电池用电极组、具备该电极组的卷绕型电池及电池用电极组的制造方法。电池用电极组(1)具有在长条状的正极集电体(11)上形成有正极活性物质层(12)的正极层(10)和在长条状的负极集电体(21)上形成有负极活性物质层(22)的负极层(20)，且由将正极层(10)和负极层(20)卷绕成扁平状的层叠体(2)构成。正极层(10)的长边方向端部(10a)构成层叠体(2)的卷绕芯。

Description

电池用电极组、具备该电极组的卷绕型电池及电池用电极组 的制造方法
技术领域
本发明涉及电池用电极组、具备该电极组的卷绕型电池及电池用电极组的制造方法。
背景技术
固体电池为了确保、维持设计时的性能，在形成了层叠体的状态下需要高的表面压力下的冲压成形、以及之后的高约束压力。因此，在通过卷绕形成电极组的情况下，电极需要为扁平状。在以往的锂离子电池(液态LIB)、镍氢电池(NiMH)等中所看到的卷绕型单电池中，在卷绕起始部(芯)设有不作为电池发挥功能的隔膜、纸。
例如，在二次电池中，存在将正极板及负极板隔着隔膜卷绕而形成的扁平状的电极组，该正极板在正极集电体上形成有正极复合材料层，该负极板在负极集电体上形成有负极复合材料层。在该电极组中，在其径向截面大致中央配置有隔膜(专利文献1)。
另外，在圆筒型密闭铅蓄电池中，存在如下电极组：在平板状的集电体中填充有活性物质的正极板与负极板之间夹有隔膜，在径向截面大致中央配置有隔膜的一部分(专利文献2)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4744617号公报
专利文献2：日本专利第4852779号公报
发明的概要
发明要解决的课题
但是，在制造电池时，通常卷绕正极及负极并将全固体电池作为装配封装体而进行冲压成形，因此容易产生作用于电极的表面压力的不均、错位，其结果是，存在引起电池的初始性能的不均、电极复合材料的脱落，且使成品率恶化的问题。另外，若将不作为电池发挥功能的隔膜等构件配置于芯，则芯成为无效空间，因此成为使电池的体积能量密度降低的主要原因。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够提高电池的成品率且实现体积能量密度的提高的电池用电极组、具备该电极组的卷绕型电池及电池用电极组的制造方法。
用于解决课题的方案
为了达到上述目的，本发明提供以下的方案。
[1]一种电池用电极组，其具有在长条状的正极集电体上形成有正极活性物质层的正极层和在长条状的负极集电体上形成有负极活性物质层的负极层，且由将所述正极层和所述负极层卷绕成扁平状的层叠体构成，其中，
所述正极层的长边方向端部及所述负极层的长边方向端部中的一方构成所述层叠体的卷绕芯。
[2]根据上述[1]所述的电池用电极组，其中，
所述正极层具有长条状的正极集电体和在所述正极集电体的至少一个主面间歇地形成的多个正极活性物质层，
所述负极层具有长条状的负极集电体和在所述负极集电体的至少一个主面间歇地形成的多个负极活性物质层，
在将所述正极层和所述负极层卷绕的状态下，在所述层叠体的层叠方向上，多个所述正极活性物质层和多个所述负极活性物质层交替地配置。
[3]根据上述[1]或[2]所述的电池用电极组，其中，
所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的厚度大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的厚度，或者所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的厚度大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的厚度。
[4]根据上述[1]至[3]中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的单位面积重量大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的单位面积重量，或者所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的单位面积重量大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的单位面积重量。
[5]根据上述[1]至[4]中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备：
第一固体电解质层，其配置在所述正极层与所述负极层之间；以及
第二固体电解质层，其配置在所述负极层的与所述第一固体电解质层相反的一侧。
[6]根据上述[1]至[4]中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备以弯折的状态一体地配置于所述正极层的两侧、或者以弯折的状态一体地配置于所述负极层的两侧的长条状的第三固体电解质层。
[7]根据上述[1]至[4]中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备：
长条状的第一隔膜，其配置在所述正极层与所述负极层之间；以及
长条状的第二隔膜，其配置在所述负极层的与所述第一隔膜相反的一侧。
[8]根据上述[1]至[4]中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备以弯折的状态一体地配置于所述正极层的两侧、或者以弯折的状态一体地配置于所述负极层的两侧的长条状的第三隔膜。
[9]一种卷绕型电池，其具备上述[1]至[8]中任一项所述的电池用电极组。
[10]一种电池用电极组的制造方法，其中，
使在长条状的正极集电体上形成有正极活性物质层的正极层和在长条状的负极集电体上形成有负极活性物质层的负极层，以所述正极层和所述负极层的卷绕起始位置不同的方式在长边方向上彼此错开的状态下层叠，
将所述正极层的长边方向端部及所述负极层的长边方向端部中的任一个作为卷绕芯，将所述正极层及所述负极层卷绕成扁平状来形成层叠体。
[11]根据上述[10]所述的电池用电极组的制造方法，其中，
在所述正极集电体的至少一个主面间歇地形成多个正极活性物质层来制作所述正极层，
在所述负极集电体的至少一个主面间歇地形成多个负极活性物质层来制作所述负极层，
将所述正极层和所述负极层卷绕，从而在所述层叠体的层叠方向上将多个所述正极活性物质层和多个所述负极活性物质层交替地配置。
[12]根据上述[10]或[11]所述的电池用电极组的制造方法，其中，
以使所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的厚度大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的厚度的方式形成所述正极活性物质层，或者以使所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的厚度大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的厚度的方式形成所述负极活性物质层。
[13]根据上述[10]至[12]中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
以使所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的单位面积重量大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的单位面积重量的方式形成所述正极活性物质层，或者以使所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的单位面积重量大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的单位面积重量的方式形成所述负极活性物质层。
[14]根据上述[10]至[13]中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
在所述正极层与所述负极层之间配置第一固体电解质层，且在所述负极层的与所述第一固体电解质层相反的一侧配置第二固体电解质层，
将所述正极层、所述第一固体电解质层、所述负极层及所述第二固体电解质层在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
[15]根据上述[10]至[13]中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
将长条状的第三固体电解质层弯折而配置于所述正极层的两侧或配置于所述负极层的两侧，
将所述正极层及负极层中的一方、所述第三固体电解质层、所述正极层及所述负极层中的另一方及所述第三固体电解质层在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
[16]根据上述[10]至[13]中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
在所述正极层与所述负极层之间配置长条状的第一隔膜，且在所述负极层的与所述第一隔膜相反的一侧配置长条状的第二隔膜，
将所述正极层、所述第一隔膜、所述负极层及所述第二隔膜在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
[17]根据上述[10]至[13]中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
将长条状的第三隔膜弯折而配置于所述正极层的两侧或配置于所述负极层的两侧，
将所述正极层及负极层中的一方、所述第三隔膜、所述正极层及所述负极层中的另一方及所述第三隔膜在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
[18]一种卷绕型电池，其具备通过上述[10]至[17]中任一项所述的制造方法制造的电池用电极组。
发明效果
根据本发明，能够提高卷绕型电池的成品率且实现体积能量密度的提高。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电池用电极组的结构的一例的剖视图。
图2是将图1的电池用电极组展开后的状态的分解剖视图。
图3的(a)是表示图2中的正极层的变形例的剖视图，图3的(b)是表示图2中的正极层的另一变形例的剖视图。
图4的(a)是表示图2的电池用正极组的另一变形例的剖视图，图4的(b)是表示图4的(a)中的正极层的变形例的剖视图。
图5是说明具备图1的电池用电极组的卷绕型电池的制造方法的一例的图。
图6是表示图2的电池用电极组的变形例的剖视图。
符号说明：
1 电池用电极组
2 层叠体
3 卷绕型电池
10 正极层
10A 正极层单元
10a 长边方向端部
11 正极集电体
12 正极活性物质层
12A 正极活性物质层
12B 正极活性物质层
13A 正极活性物质层
13B 正极活性物质层
14A 正极活性物质层
14B 正极活性物质层
20 负极层
20A 负极层单元
21 负极集电体
22 负极活性物质层
22A 负极活性物质层
22B 负极活性物质层
23A 负极活性物质层
23B 负极活性物质层
30 第一固体电解质层
40 第二固体电解质层
50 第一隔膜
60 第二隔膜
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在以下的说明所使用的附图中，为了容易理解本实施方式的特征，存在方便起见将成为特征的部分放大示出的情况，且各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。
另外，在以下的说明中例示的物质、尺寸等为一例，本实施方式并不限定于此，能够在起到本发明的效果的范围内进行适当变更来实施。
[卷绕型电池的结构]
图1是表示本发明的实施方式的电池用电极组的结构的一例的剖视图，图2是将图1的电池用电极组展开后的状态的分解剖视图。在本实施方式中，作为卷绕型电池，举出卷绕型全固体电池为例来进行说明。作为卷绕型全固体电池，例如举出有全固体锂离子二次电池、全固体钠离子二次电池、全固体镁离子二次电池等。
如图1所示，电池用电极组1具有在长条状的正极集电体11上形成有正极活性物质层12的正极层10和在长条状的负极集电体21上形成有负极活性物质层22的负极层20，且该电池用电极组1由将正极层10和负极层20卷绕成扁平状的层叠体2构成。在本实施方式中，正极层10的长边方向端部10a构成层叠体2的卷绕芯。
如图2所示，正极层10例如具有长条状的正极集电体11和在正极集电体11的两个主面间歇地形成的多个正极活性物质层12A、12B。在本实施方式中，在正极集电体11的两个主面形成的一对正极活性物质层12A、12B划分出正极层单元10A，多个正极层单元10A构成正极层10。但是，正极层10也可以具有仅在正极集电体11的一个主面间歇地形成的多个正极活性物质层12A(或多个正极活性物质层12B)。另外，正极集电体11和正极活性物质层12A、12B也可以成为一体而构成正极层10。
正极集电体11优选由导电率高的至少一种物质构成。作为导电性高的物质，例如举出有包含银(Ag)、钯(Pd)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)及镍(Ni)中的至少任一种金属元素的金属或不锈钢等合金、或者碳(C)的非金属。若除了考虑导电性的高低之外还考虑制造成本，则优选铝、镍或不锈钢。而且，铝(Al)难以与正极活性物质、负极活性物质及固体电解质反应。因此，若正极集电体11使用铝(Al)，则能够降低全固体电池的内部电阻。
作为正极集电体11的形状，例如能够举出箔状、板状、网格状、无纺布状、发泡状等。另外，为了提高与正极活性物质层12A、12B的密接性，可以在正极集电体11的表面配置碳等，也可以使表面粗糙化。
正极活性物质层12A、12B例如包含授受锂离子和电子的正极活性物质。作为正极活性物质，只要是能够可逆地释放/吸藏锂离子且能够进行电子输送的材料，则就没有特别限制，可以使用能够适用于全固体型锂离子电池的正极层的公知的正极活性物质。例如举出有：锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂锰氧化物(LiMn2O4)、固溶体氧化物(Li2MnO3-LiMO2(M＝Co、Ni等))、锂-锰-镍-钴氧化物(LiNi1/3Mn1/3Col/3O2)、橄榄石型锂磷氧化物(LiFePO4)等复合氧化物；聚苯胺、聚吡咯等导电性高分子；Li2S、CuS、Li-Cu-S化合物、TiS2、FeS、MoS2、Li-Mo-S化合物等硫化物；硫磺与碳的混合物等。正极活性物质可以由上述材料中的一种单独构成，也可以由两种以上构成。
正极活性物质层12A、12B包含与正极活性物质进行锂离子的授受的固体电解质。作为固体电解质，只要具有锂离子传导性，则就没有特别限制，能够使用通常用于全固体型锂离子电池的材料。例如能够举出硫化物固体电解质材料、氧化物固体电解质材料、含锂盐等无机固体电解质、聚环氧乙烷等聚合物系的固体电解质、包括含锂盐、锂离子传导性的离子液体的凝胶系的固体电解质等。固体电解质可以由上述材料中的一种单独构成，也可以由两种以上构成。
正极活性物质层12A、12B所包含的固体电解质可以与负极活性物质层22A、22B、后述的固体电解质层所包含的固体电解质相同，也可以不同。
从提高正极层10的导电性的观点出发，正极活性物质层12A、12B也可以含有导电助剂。作为导电助剂，可以使用通常能够使用于全固体型锂离子电池的导电助剂。例如能够举出：乙炔黑、科琴黑等碳黑；碳纤维；气相法碳纤维；石墨粉末；碳纳米管等碳材料。导电助剂可以由上述材料中的一种单独构成，也可以由两种以上构成。
另外，正极活性物质层12A、12B也可以含有具有使正极活性物质彼此以及正极活性物质与集电体粘结的作用的粘合剂。
正极层10的厚度优选为10μm以上且1000μm以下，更优选为70μm以上且1000μm以下。若正极层10的厚度为70μm以上，则能够提高构成卷绕芯的正极层10的长边方向端部10a的刚性，且在对层叠体2进行冲压成形时，能够防止作用于电极的表面压力的不均、错位。另一方面，若正极层10的厚度超过1000μm，则正极电阻显著增大，因此不优选。
多个正极活性物质层12A、12B的厚度及单位面积重量基本上相同，但也可以不同。例如，如图3的(a)所示，正极层10的位于长边方向端部10a的正极活性物质层13A、13B的厚度t2可以大于正极层10的位于长边方向端部10a以外的正极活性物质层12A、12B的厚度t1。另外，正极层10的位于长边方向端部10a的正极活性物质层13A、13B(或者正极活性物质层12A、12B)的单位面积重量可以大于正极层10的位于长边方向端部10a以外的正极活性物质层12A、12B的单位面积重量。由此，能够提高构成卷绕芯的正极层10的长边方向端部10a的刚性。
另外，多个正极活性物质层12A、12B的排列间距基本上相同，但也可以不同。例如，如图3的(b)所示，优选多个正极活性物质层12A、12B的排列间距从正极层10的长边方向一端(长边方向端部10a)朝向另一端变大。换言之，优选相邻的多个正极活性物质层12A、12A的间隔从正极层10的长边方向一端(长边方向端部10a)朝向另一端变大。由此，容易卷绕正极层10，另外，通过在不作为电池发挥功能的折回部分尽量不设置正极活电解质，从而能够实现轻量化、低成本化。
正极层10具有在正极集电体11的两个主面间歇地形成的多个正极活性物质层12A、12B，但并不限于此。例如，如图4的(a)所示，正极层10也可以具有在正极集电体11的两个主面连续地形成的正极活性物质层14A、14B。另外，正极层10也可以具有在正极集电体11的一个主面连续地形成的正极活性物质层14A(或正极活性物质层14B)。而且，如图4的(b)所示，在正极层10中，正极层10的长边方向端部10a处的正极活性物质层14A、14B的厚度t4可以大于构成正极层10的正极活性物质层14A、14B的厚度t3。
负极层20具有长条状的负极集电体21和在负极集电体21的两个主面间歇地形成的多个负极活性物质层22A、22B(图2)。在本实施方式中，一对负极活性物质层22A、22B划分出负极层单元20A，多个负极层单元20A构成负极层20。但是，负极层20也可以具有仅在负极集电体21的一个主面间歇地形成的多个负极活性物质层22A(或多个负极活性物质层22B)。另外，负极集电体21和负极活性物质层22A、22B也可以成为一体而构成负极层20。
负极集电体21与正极集电体11同样，优选由导电率高的至少一种物质构成。作为导电性高的物质，例如举出有包含银(Ag)、钯(Pd)、金(Au)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、铬(Cr)及镍(Ni)中的至少任一种金属元素的金属或不锈钢等合金、或者碳(C)的非金属。若除了考虑导电性的高低之外还考虑制造成本，则优选铜、镍或不锈钢。而且，不锈钢难以与正极活性物质、负极活性物质及固体电解质反应。因此，若负极集电体21使用不锈钢，则能够降低全固体电池的内部电阻。
作为负极集电体21的形状，例如能够举出箔状、板状、网格状、无纺布状、发泡状等。另外，为了提高与负极活性物质层22A、22B的密接性，可以在负极集电体21的表面配置碳等，也可以使表面粗糙化。
负极活性物质层22A及负极活性物质层22B包含授受锂离子和电子的负极活性物质。作为负极活性物质，只要是能够可逆地释放/吸藏锂离子且能够进行电子输送的材料，则就没有特别限制，可以使用能够适用于全固体型锂离子电池的负极层的公知的负极活性物质。例如举出有：天然石墨、人造石墨、树脂碳、碳纤维、活性碳、硬碳、软碳等碳质材料；以锡、锡合金、硅、硅合金、镓、镓合金、铟、铟合金、铝、铝合金等为主体的合金系材料；聚并苯、聚乙炔、聚吡咯等导电性聚合物；金属锂；锂钛复合氧化物(例如Li4Ti5O12)等。这些负极活性物质可以由上述材料中的一种单独构成，也可以由两种以上构成。
负极活性物质层22A、22B包含与负极活性物质进行锂离子的授受的固体电解质。作为固体电解质，只要具有锂离子传导性，则就没有特别限制，能够使用通常用于全固体型锂离子电池的材料。例如能够举出硫化物固体电解质材料、氧化物固体电解质材料、含锂盐等无机固体电解质、聚环氧乙烷等聚合物系的固体电解质、包括含锂盐、锂离子传导性的离子液体的凝胶系的固体电解质等。固体电解质可以由上述材料中的一种单独构成，也可以由两种以上构成。
负极活性物质层22A、22B所包含的固体电解质可以与正极活性物质层12A、12B、后述的固体电解质层所包含的固体电解质相同，也可以不同。
负极活性物质层22B也可以含有导电助剂及粘合剂等。作为这些材料，没有特别限制，但例如能够使用与上述的正极活性物质层12B中使用的材料相同的材料。
负极层20的厚度没有特别限制，例如为10μm以上且1000μm以下。
负极层20具有在负极集电体21的两个主面间歇地形成的多个负极活性物质层22A、22B，但不限于此。例如如图4的(a)所示，负极层20也可以具有在负极集电体21的两个主面连续地形成的负极活性物质层23A、23B。另外，负极层20也可以具有在负极集电体21的一个主面连续地形成的负极活性物质层23A(或负极活性物质层23B)。
在本实施方式中，正极层10的长边方向端部构成层叠体2的卷绕芯，但不限于此，也可以是正极层10与负极层20配置于相反位置，使负极层20的长边方向端部构成层叠体2的卷绕芯。在该情况下，负极层20的结构可以为与上述的正极层10同样的结构。
在负极层20的长边方向端部构成层叠体2的卷绕芯的情况下，可以使负极层20的位于长边方向端部的负极活性物质层的厚度大于负极层20的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的厚度。另外，可以使负极层20的位于长边方向端部的负极活性物质层的单位面积重量大于负极层20的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的单位面积重量。由此，能够提高构成卷绕芯的负极层20的长边方向端部的刚性。另外，容易卷绕负极层20，并且通过在不作为电池发挥功能的折回部分尽量不设置负极活电解质，从而能够实现轻量化、低成本化。
在层叠体2中，在将正极层10和负极层20卷绕了的状态下，在层叠体2的层叠方向上，多个正极活性物质层12和多个负极活性物质层22交替地配置(图1)。此时，位于层叠体2的最外层(例如，最上层及最下层)的电极优选为具有负极活性物质层22的负极层20。
在正极层10的俯视下，优选多个正极活性物质层12A、12B的面积及形状相同。由此，在成形层叠体2时，能够使多个正极活性物质层12A、12B的端面一致而将它们层叠。
另外，在负极层20的俯视下，优选多个负极活性物质层22A、22B的面积及形状相同。由此，在成形层叠体2时，能够使多个负极活性物质层22A、22B的端面一致而将它们层叠。
另外，正极层10的俯视下的正极活性物质层12A、12B的面积及形状也可以与负极层20的俯视下的负极活性物质层22A、22B的面积及形状相同。或者，也可以是，正极层10的俯视下的正极活性物质层12A、12B的形状与负极层20的俯视下的负极活性物质层22A、22B的形状相同，且正极层10的俯视下的正极活性物质层12A、12B的面积小于负极层20的俯视下的负极活性物质层22A、22B的面积。
电池用电极组1具备配置在正极层10与负极层20之间的第一固体电解质层30、以及配置在负极层20的与第一固体电解质层30相反一侧的第二固体电解质层40。
第一固体电解质层30及第二固体电解质层40例如由固体电解质片构成。固体电解质片例如具有长条状的多孔性基材和保持于该多孔性基材的固体电解质。作为上述多孔性基材的形态，没有特别限制，但例如举出有织布、无纺布、网眼状物、多孔性膜、膨胀片、冲孔片等。这些形态中，从固体电解质的保持力、操作性的观点出发，优选无纺布。
上述多孔性基材优选由绝缘性材料构成。由此，能够提高固体电解质片的绝缘性。作为绝缘性材料，例如举出有：尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、维尼纶、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、纤维素、丙烯酸类树脂等树脂材料；麻、木材纸浆、棉短绒等天然纤维、玻璃等。
作为上述固体电解质，只要具有锂离子传导性及绝缘性，则就没有特别限制，能够使用通常用于全固体型锂离子电池的材料。例如举出有硫化物固体电解质材料、氧化物固体电解质材料、含锂盐等无机固体电解质、聚环氧乙烷等聚合物系的固体电解质、包括含锂盐、锂离子传导性的离子液体的凝胶系的固体电解质等。作为固体电解质材料的形态，没有特别限制，例如能够举出微粒状。
第一固体电解质层30及第二固体电解质层40连续地形成于固体电解质片。由此，能够容易制作第一固体电解质层30及第二固体电解质层40。但是，第一固体电解质层30及第二固体电解质层40也可以沿着其长边方向间歇地形成于固体电解质片。由此，容易卷绕第一固体电解质层30及第二固体电解质层40，另外，通过在不作为电池发挥功能的折回部分尽量不设置固体电解质，从而能够实现轻量化、低成本化。
本实施方式的固体电解质片具有多孔性基材，但不限于此，也可以不具有多孔性基材而由固体电解质构成。例如，在PET薄膜等涂布基材上涂敷固体电解质料浆，干燥并根据需要进行轧制加工后，从涂布基材剥下，由此可以制作由固体电解质构成的固体电解质片。
另外，也可以在正极层10、负极层20与相反的一极相面对的主面上涂敷固体电解质料浆，干燥并根据需要进行轧制加工，由此形成第一固体电解质层30及第二固体电解质层40。上述的第一固体电解质层30及第二固体电解质层40可以配置于正极层10及负极层20中的一方，也可以配置于双方。
另外，第一固体电解质层30及第二固体电解质层40也可以含有用于赋予机械强度、柔软性的粘接剂。
图5是用于说明具备图1的电池用电极组1的卷绕型电池的制造方法的一例的立体图。
首先，例如将正极活性物质、固体电解质、导电助剂、以及粘合剂混合来制备正极复合材料，并制作使该正极复合材料分散于规定的溶剂中的正极复合材料料浆。接着，在长条状(带状)的正极集电体11上，在其长边方向上间歇地涂敷与上述同样的正极复合材料料浆来制作正极层前体(生片：green sheet)后，使溶剂干燥，通过辊压机等进行压缩，由此形成正极活性物质层12A、12B，来制作具有多个正极层单元10A的正极层10。
在上述正极层10的制作工序中，可以以使正极层10的位于长边方向端部10a的正极活性物质层12A、12B的厚度大于正极层10的位于长边方向端部10a以外的正极活性物质层12A、12B的厚度的方式形成正极活性物质层。另外，可以以使正极层10的位于长边方向端部10a的正极活性物质层12A、12B的单位面积重量大于正极层10的位于长边方向端部10a以外的正极活性物质层12A、12B的单位面积重量的方式形成正极活性物质层。
接着，制作使固体电解质分散于规定的溶剂的固体电解质料浆。然后，在带状的多孔性基材上，在其长边方向上连续地涂敷固体电解质料浆来制作固体电解质层前体(生片)后，使溶剂干燥，通过辊压机等进行压缩，由此制作第一固体电解质层30。
在上述第一固体电解质层30的制作工序中，也可以是，在带状的多孔性基材上，在其长边方向上间歇地涂敷固体电解质料浆来制作固体电解质层前体(生片)。
接下来，例如将负极活性物质、固体电解质、以及粘合剂混合来制备负极复合材料，并制作使该负极复合材料分散于规定的溶剂的负极复合材料料浆。然后，在长条状(带状)的负极集电体21上，在其长边方向上间歇地涂敷负极复合材料料浆来制作负极层前体(生片)后，使溶剂干燥，通过辊压机等进行压缩，由此形成负极活性物质层22A、22B，来制作具有多个负极层单元20A的负极层20。
而且，与第一固体电解质层30同样，制作使固体电解质分散于规定的溶剂的固体电解质料浆。然后，在带状的多孔性基材上，在其长边方向上连续地涂敷固体电解质料浆来制作固体电解质层前体(生片)后，使溶剂干燥，通过辊压机等进行压缩，由此制作第二固体电解质层40。
在上述第二固体电解质层40的制作工序中，也可以是，在带状的多孔性基材上，在其长边方向上间歇地涂敷固体电解质料浆来制作固体电解质层前体(生片)。
然后，在将正极层10、第一固体电解质层30、负极层20及第二固体电解质层40按该顺序层叠的状态下，将它们卷绕来形成层叠体2。此时，使在长条状的正极集电体11上形成有正极活性物质层12A、12B的正极层10和在长条状的负极集电体21上形成有负极活性物质层22A、22B的负极层20以正极层10与负极层20的卷绕起始位置不同的方式，在长边方向上彼此错开的状态下层叠。例如，在将正极层10、第一固体电解质层30、负极层20及第二固体电解质层40层叠时，使第一固体电解质层30、负极层20及第二固体电解质层40各自的长边方向端部位于基准位置L，仅使正极层10的长边方向端部10a从基准位置L延伸(图2)。然后，使正极层10的长边方向端部10a折回180度，将正极层10的长边方向端部10a作为卷绕芯，从而将正极层10及负极层20卷绕成扁平状来形成层叠体。例如，可以将正极层10的位于长边方向端部10a的正极层单元10A折回，来将该正极层单元10A作为卷绕芯。
在本实施方式中，将正极层10的长边方向端部10a作为卷绕芯，将正极层10及负极层20卷绕成扁平状来形成层叠体，但不限于此。也可以是，将正极层10的位置与负极层20相反地配置，在将负极层20、第一固体电解质层30、正极层10及第二固体电解质层40按该顺序层叠的状态下，将它们卷绕来形成层叠体。在该情况下，可以将负极层20的长边方向端部作为卷绕芯，从而将正极层10及负极层20卷绕成扁平状来形成层叠体。
在该情况下，在负极层20的制作工序中，可以以使负极层20的位于长边方向端部的负极活性物质层22A、22B的厚度大于负极层20的位于长边方向端部以外的负极活性物质层22A、22B的厚度的方式形成负极活性物质层。另外，也可以以使负极层20的位于长边方向端部的负极活性物质层22A、22B的单位面积重量大于负极层20的位于长边方向端部以外的负极活性物质层22A、22B的单位面积重量的方式形成负极活性物质层。
然后，通过冲压成形将该层叠体在上下方向上按压来成形层叠体2，由此得到由层叠体2构成的电池用电极组1。然后，将层叠体2的正极集电体11及负极集电体21分别与未图示的外部电极连接。也可以在层叠体2的最上层及最下层形成未图示的保护层。并且，将层叠体2以密封状态收容于薄膜等未图示的外装件，得到卷绕型电池3。
如上述那样，根据本实施方式，正极层10的长边方向端部10a构成层叠体2的卷绕芯，因此作为卷绕芯的正极层10的长边方向端部10a与以往的隔膜、纸等构件相比，具有高刚性。因而，在层叠体2的冲压成形时，通过以正极层10的长边方向端部10a为中心而从上下方向施加压力，由此可抑制作用于正极层10、负极层20的表面压力的不均、错位，能够抑制卷绕型电池3的初始性能的不均。另外，通过抑制了作用于正极层10的表面压力的不均、错位，由此能够抑制正极层10中的正极活性物质的脱落，能够提高卷绕型电池3的成品率。而且，层叠体2的卷绕芯由作为电池发挥功能的正极层10构成，因此能够消除无效空间，能够提高卷绕型电池3的体积能量密度。
以上，对本发明的实施方式进行了详细说明，但本发明并不限于上述实施方式，在技术方案所记载的本发明的主旨的范围内能够进行各种变形、变更。
例如，在上述实施方式中，电池用电极组1具备配置于正极层10与负极层20之间的第一固体电解质层30、以及配置于负极层20的与第一固体电解质层30相反一侧的第二固体电解质层40，但不限于此。电池用电极组1也可以具备以弯折的状态一体地配置于正极层10的两侧、或以弯折的状态一体地配置于负极层20的两侧的长条状的第三固体电解质层。在该情况下，例如，将长条状的上述第三固体电解质层弯折而配置于正极层10的两侧或配置于负极层20的两侧，将正极层10及负极层20中的一方、上述第三固体电解质层、正极层10及负极层20中的另一方及上述第三固体电解质层在按该顺序层叠的状态下进行卷绕，由此能够制造电池用电极组1。
另外，在上述实施方式中，电池用电极组1适用于卷绕型全固体电池，但不限于此，也可以适用于借助电解液进行充放电的卷绕型液态电池。作为卷绕型液态电池，例如举出有卷绕型液态锂离子电池。
在该情况下，如图6所示，电池用电极组1可以具备配置在正极层10与负极层20之间的长条状的第一隔膜50、以及配置在负极层20的与第一隔膜50相反一侧的长条状的第二隔膜60。
第一隔膜50及第二隔膜60为绝缘性薄膜，例如是由聚乙烯树脂、聚丙烯树脂或者芳族聚酰胺树脂等材料形成的多孔质体。另外，第一隔膜50及第二隔膜60也可以具有多孔质体、形成于该多孔质体的表面的涂层。作为涂层，例如可以使用由氧化硅(SiOx)、氧化铝(Al2O3)等构成的陶瓷、或者芳族聚酰胺树脂等。
根据本变形例，即使在对包含第一隔膜50及第二隔膜60的层叠体进行冲压成形的情况下，由于作为卷绕芯的正极层10的长边方向端部10a与以往相比具有高刚性，因此也能够抑制作用于正极层10、负极层20的表面压力的不均、错位。因而，能够抑制卷绕型液态电池的初始性能的不均，并且能够提高卷绕型液态电池的成品率，此外，能够提高卷绕型液态电池的体积能量密度。
另外，在上述变形例中，电池用电极组1具备配置在正极层10与负极层20之间的长条状的第一隔膜50、以及配置在负极层20的与第一隔膜50相反一侧的长条状的第二隔膜60，但不限于此。电池用电极组1也可以具备以弯折的状态一体地配置于正极层10的两侧、或以弯折的状态一体地配置于负极层20的两侧的第三隔膜。在该情况下，例如，将长条状的上述第三隔膜弯折而配置于正极层10的两侧或配置于负极层20的两侧，将正极层10及负极层20中的一方、上述第三隔膜、正极层10及负极层20中的另一方及上述第三隔膜在按该顺序层叠的状态下进行卷绕，由此能够制造电池用电极组1。
另外，本发明的电池用电极组能够适用于一次电池、二次电池等各种电池。另外，本发明的卷绕型电池能够适用于二轮车、四轮车等电动车辆(EV)，特别适合于电动机动车、混合动力车。

Claims (18)

1.一种电池用电极组，其具有在长条状的正极集电体上形成有正极活性物质层的正极层和在长条状的负极集电体上形成有负极活性物质层的负极层，且由将所述正极层和所述负极层卷绕成扁平状的层叠体构成，其中，
所述正极层的长边方向端部及所述负极层的长边方向端部中的一方构成所述层叠体的卷绕芯。
2.根据权利要求1所述的电池用电极组，其中，
所述正极层具有长条状的正极集电体和在所述正极集电体的至少一个主面间歇地形成的多个正极活性物质层，
所述负极层具有长条状的负极集电体和在所述负极集电体的至少一个主面间歇地形成的多个负极活性物质层，
在将所述正极层和所述负极层卷绕的状态下，在所述层叠体的层叠方向上，多个所述正极活性物质层和多个所述负极活性物质层交替地配置。
3.根据权利要求1或2所述的电池用电极组，其中，
所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的厚度大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的厚度，或者所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的厚度大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的厚度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的单位面积重量大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的单位面积重量，或者所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的单位面积重量大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的单位面积重量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备：
第一固体电解质层，其配置在所述正极层与所述负极层之间；以及
第二固体电解质层，其配置在所述负极层的与所述第一固体电解质层相反的一侧。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备以弯折的状态一体地配置于所述正极层的两侧、或者以弯折的状态一体地配置于所述负极层的两侧的长条状的第三固体电解质层。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备：
长条状的第一隔膜，其配置在所述正极层与所述负极层之间；以及
长条状的第二隔膜，其配置在所述负极层的与所述第一隔膜相反的一侧。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的电池用电极组，其中，
所述电池用电极组具备以弯折的状态一体地配置于所述正极层的两侧、或者以弯折的状态一体地配置于所述负极层的两侧的长条状的第三隔膜。
9.一种卷绕型电池，其中，
所述卷绕型电池具备权利要求1至8中任一项所述的电池用电极组。
10.一种电池用电极组的制造方法，其中，
使在长条状的正极集电体上形成有正极活性物质层的正极层和在长条状的负极集电体上形成有负极活性物质层的负极层，以所述正极层和所述负极层的卷绕起始位置不同的方式在长边方向上彼此错开的状态下层叠，
将所述正极层的长边方向端部及所述负极层的长边方向端部中的任一个作为卷绕芯，将所述正极层及所述负极层卷绕成扁平状来形成层叠体。
11.根据权利要求10所述的电池用电极组的制造方法，其中，
在所述正极集电体的至少一个主面间歇地形成多个正极活性物质层来制作所述正极层，
在所述负极集电体的至少一个主面间歇地形成多个负极活性物质层来制作所述负极层，
将所述正极层和所述负极层卷绕，从而在所述层叠体的层叠方向上将多个所述正极活性物质层和多个所述负极活性物质层交替地配置。
12.根据权利要求10或11所述的电池用电极组的制造方法，其中，
以使所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的厚度大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的厚度的方式形成所述正极活性物质层，或者以使所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的厚度大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的厚度的方式形成所述负极活性物质层。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
以使所述正极层的位于长边方向端部的正极活性物质层的单位面积重量大于所述正极层的位于长边方向端部以外的正极活性物质层的单位面积重量的方式形成所述正极活性物质层，或者以使所述负极层的位于长边方向端部的负极活性物质层的单位面积重量大于所述负极层的位于长边方向端部以外的负极活性物质层的单位面积重量的方式形成所述负极活性物质层。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
在所述正极层与所述负极层之间配置第一固体电解质层，且在所述负极层的与所述第一固体电解质层相反的一侧配置第二固体电解质层，
将所述正极层及负极层中的一方、所述第一固体电解质层、所述正极层及所述负极层中的另一方及所述第二固体电解质层在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
15.根据权利要求10至13中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
将长条状的第三固体电解质层弯折而配置于所述正极层的两侧或配置于所述负极层的两侧，
将所述正极层及负极层中的一方、所述第三固体电解质层、所述正极层及所述负极层中的另一方及所述第三固体电解质层在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
16.根据权利要求10至13中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
在所述正极层与所述负极层之间配置长条状的第一隔膜，且在所述负极层的与所述第一隔膜相反的一侧配置长条状的第二隔膜，
将所述正极层及负极层中的一方、所述第一隔膜、所述正极层及所述负极层中的另一方及所述第二隔膜在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
17.根据权利要求10至13中任一项所述的电池用电极组的制造方法，其中，
将长条状的第三隔膜弯折而配置于所述正极层的两侧或配置于所述负极层的两侧，
将所述正极层及负极层中的一方、所述第三隔膜、所述正极层及所述负极层中的另一方及所述第三隔膜在按该顺序层叠的状态下进行卷绕。
18.一种卷绕型电池，其中，
所述卷绕型电池具备通过权利要求10至17中任一项所述的制造方法制造的电池用电极组。
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