JP2000228219A - ポリマーリチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高容量で、しかも体積エネルギー密度が高い
ポリマーリチウム二次電池を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 正極集電体２、正極層３、電解質層４、
負極層５、負極集電体６、負極層５、電解質層４及び正
極層３がこの順番に積層された構造の２つ以上の基本単
位１が一方の基本単位１の正極層３に他方の基本単位１
の正極集電体２が隣接するように積層され、かつ前記２
つ以上の基本単位１からなる積層物の最外層に位置する
正極層３に正極集電体７が積層された構造を有し、前記
正負極層、前記正負極集電体及び前記電解質層が接着さ
れている発電要素を具備したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマーリチウム
二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の発達にともない、小型
で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放
電が可能な非水電解液二次電池の開発が要望されてい
る。このような二次電池としては、リチウムまたはリチ
ウム合金を活物質とする負極と、モリブデン、バナジウ
ム、チタンあるいはニオブなどの酸化物、硫化物もしく
はセレン化物を活物質として含む正極と、非水電解液と
を具備したリチウム二次電池が知られている。

【０００３】また、最近では負極に例えばコークス、黒
鉛、炭素繊維、樹脂焼成体、熱分解気相炭素のようなリ
チウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を含むものを用
い、正極としてリチウムコバルト酸化物やリチウムマン
ガン酸化物を含むものを用いるリチウムイオン二次電池
の開発、商品化が活発に行われている。

【０００４】ところで、二次電池のさらなる軽量化及び
小型化を目的として、例えば米国特許公報第５，２９
６，３１８号に開示されているように、ポリマーリチウ
ム二次電池が開発されている。ポリマーリチウム二次電
池は、活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するポ
リマーを含む正極層が正極集電体に担持された構造の正
極と、活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するポ
リマーを含む負極層が負極集電体に担持された構造の負
極と、前記正負極の間に接着され、非水電解液及びこの
電解液を保持するポリマーを含む電解質層とを主体とす
る発電要素が例えば水分に対してバリア機能を有するフ
ィルム材料からなる外装材に収納された構造を有する。
このポリマーリチウム二次電池は、非水電解液がポリマ
ーに保持されていることから実質的に液体成分を含ま
ず、かつ正負極及び電解質層が一体化されているため、
外装材にフィルム材料のような簡易なものを用いること
ができる。このため、前記二次電池は、薄形、軽量で、
かつ安全性に優れるという特長を有する。

【０００５】ところで、二次電池では常に高容量化が要
求される。前述したポリマーリチウム二次電池において
は、発電要素を構成する素電池の数を多くすることによ
り高容量化を図ることが考えられている。例えば図５に
示すように、負極集電体２１の両面に接着された２つの
負極層２２と、前記各負極層２２に接着された電解質層
２３と、前記各電解質層２３に接着された２つの正極層
２４と、前記各正極層２４に接着された２つの正極集電
体２５とからなる素電池２６が複数個（例えば６個）積
層された構造の発電要素が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構造の発電要素を備える二次電池は、体積エネルギ
ー密度が低いという問題点がある。

【０００７】本発明は、高容量で、しかも体積エネルギ
ー密度が高いポリマーリチウム二次電池を提供しようと
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るポリマーリ
チウム二次電池は、正極集電体、正極層、電解質層、負
極層、負極集電体、負極層、電解質層及び正極層がこの
順番に積層された構造の２つ以上の基本単位が一方の基
本単位の正極層に他方の基本単位の正極集電体が隣接す
るように積層され、かつ前記２つ以上の基本単位からな
る積層物の最外層に位置する正極層に正極集電体が積層
された構造を有し、前記正負極層、前記正負極集電体及
び前記電解質層が接着されている発電要素を具備したこ
とを特徴とするものである。

【０００９】本発明に係る別のポリマーリチウム二次電
池は、負極集電体、負極層、電解質層、正極層、正極集
電体、正極層、電解質層及び負極層がこの順番に積層さ
れた構造の２つ以上の基本単位が一方の基本単位の負極
層に他方の基本単位の負極集電体が隣接するように積層
され、かつ前記２つ以上の基本単位からなる積層物の最
外層に位置する負極層に負極集電体が積層された構造を
有し、前記正負極層、前記正負極集電体及び前記電解質
層が接着されている発電要素を具備したことを特徴とす
るものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリマーリチ
ウム二次電池の一例を図１及び図２を参照して説明す
る。

【００１１】図１は本発明に係るポリマーリチウム二次
電池の発電要素に含まれる基本単位を示す断面図であ
り、図２は本発明に係るポリマーリチウム二次電池の発
電要素を示す断面図である。

【００１２】図１に示すように、基本単位１は、正極集
電体２、正極層３、電解質層４、負極層５、負極集電体
６、負極層５、電解質層４及び正極層３がこの順番に積
層された構造を有する。前記負極層５は、前記正極層３
に比べて大きな面積を有する。また、前記電解質層４の
面積は、前記負極層５の面積と同じである。図２に示す
ように、発電要素は、６つの前記基本単位１が互いに隣
り合う基本単位１において一方の基本単位１の正極層３
と他方の基本単位１の正極集電体２が接するように積層
され、かつ前記６つの基本単位１からなる積層物の最外
層に位置する正極層３に正極集電体７が積層された構造
を有する。前記発電要素を構成する各部材（正極集電体
２、正極層３、電解質層４、負極層５及び負極集電体
６）は、接着されている。このような構造の発電要素
は、例えば水分に対してバリア機能を有するフィルム材
料からなる外装材（図示しない）内に密封される。

【００１３】前記ポリマーリチウム二次電池の正極、負
極、電解質層及び外装材としては、例えば、以下に説明
するものを用いることができる。

【００１４】（１）正極 正極は、正極集電体２と、正極層３とからなる。前記正
極層３は、正極活物質、非水電解液及びこの電解液を保
持するポリマーを含む。

【００１５】前記正極活物質としては、種々の酸化物
（例えばＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ などのリチウムマンガン複合酸
化物、二酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ₂ などのリチ
ウム含有ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ₂ などのリ
チウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバ
ルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムな
ど）や、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二
硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。中で
も、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバル
ト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好
ましい。

【００１６】前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶
解することにより調製される。

【００１７】前記非水溶媒としては、エチレンカーボネ
ート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチ
レンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（Ｄ
ＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチ
ルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−
ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメト
キシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエ
ーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテ
トラヒドロフラン等を挙げることができる。前記非水溶
媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても
良い。

【００１８】前記電解質としては、例えば、過塩素酸リ
チウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）、六フッ化リン酸リチウム（Ｌ
ｉＰＦ₆ ）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、六
フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆ ）、トリフルオロメ
タンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ）等のリチ
ウム塩を挙げることができる。

【００１９】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ま
しい。

【００２０】前記ポリマーは、非水電解液を保持する機
能の他に結着機能を有していることが望ましい。かかる
ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘
導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を
含むポリマー、ポリテトラフルオロプロピレン、ビニリ
デンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン
（ＨＦＰ）との共重合体、ポリビニリデンフロライド
（ＰＶｄＦ）等を用いることができる。中でも、ＶｄＦ
―ＨＦＰ共重合体が好ましい。

【００２１】前記正極は、導電性を向上する観点から導
電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料として
は、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセ
チレンブラックなど）、ニッケル粉末等を挙げることが
できる。

【００２２】前記集電体としては、例えば、金属製のメ
ッシュ、エキスパンドメタルもしくはパンチドメタルの
ような多孔質構造を有するもの、あるいは金属箔を用い
ることができる。前記集電体は、例えば、アルミニウム
またはアルミニウム合金から形成することができる。特
に、多孔質構造を有する集電体は、発電要素の非水電解
液含浸速度及び後述する可塑剤の除去速度を向上するこ
とができるため、好ましい。

【００２３】（２）負極 この負極は、集電体６及び負極層５からなる。前記負極
層５は、負極活物質、非水電解液及びこの電解液を保持
するポリマーを含む。

【００２４】前記負極活物質としては、リチウムイオン
を吸蔵・放出する炭素質材料を挙げることができる。か
かる炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物
（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セ
ルロース等）を焼成することにより得られるもの、コー
クスや、メソフェーズピッチを焼成することにより得ら
れるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代
表される炭素質材料を挙げることができる。中でも、ア
ルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス雰囲気におい
て、５００℃〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下
にて前記メソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質
材料を用いるのが好ましい。

【００２５】前記非水電解液としては、前述した正極で
説明したものと同様なものが用いられる。

【００２６】前記ポリマーは、非水電解液を保持する機
能の他に結着機能を有していることが望ましい。かかる
ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様
な種類のポリマーを用いることができ、中でもＶｄＦ―
ＨＦＰ共重合体が好ましい。

【００２７】前記集電体としては、例えば、金属製のメ
ッシュ、エキスパンドメタルもしくはパンチドメタルの
ような多孔質構造を有するもの、あるいは金属箔を用い
ることができる。前記集電体は、例えば、銅または銅合
金から形成することができる。特に、多孔質構造を有す
る集電体は、発電要素の非水電解液含浸速度及び後述す
る可塑剤の除去速度を向上することができるため、好ま
しい。

【００２８】（３）電解質層４ この電解質層４は、非水電解液及びこの電解液を保持す
るポリマーを含む。

【００２９】前記電解質層は、強度を更に向上させる観
点から、有機フィラー、あるいは酸化硅素粉末のような
無機フィラーを添加しても良い。

【００３０】前記ポリマーは、非水電解液を保持する機
能の他に結着機能を有していることが望ましい。かかる
ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様
な種類のポリマーを用いることができ、中でもＶｄＦ―
ＨＦＰ共重合体が好ましい。

【００３１】（４）外装材 この外装材は、例えば、シール面に熱融着性樹脂が配さ
れ、中間にアルミニウム（Ａｌ）のような金属薄膜を介
在させたラミネートフィルムからなることが好ましい。
具体的には、シール面側から外面に向けて積層した酸変
性ポリプロピレン（ＰＰ）／ポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム；
酸変性ＰＥ／ナイロン／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフ
ィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥ／ＰＥＴのラミネ
ートフィルム；エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）／
ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム；アイオノ
マー／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム等
を用いることができる。ここで、シール面側の酸変性Ｐ
Ｅ、酸変性ＰＰ、アイオノマー、ＥＶＡ以外のフィルム
は防湿性、耐通気性、耐薬品性を担っている。

【００３２】本発明に係るポリマーリチウム二次電池
は、例えば、以下に説明する方法で製造することができ
る。

【００３３】（ｉ）非水電解液未含浸の正負極層、非水
電解液未含浸の電解質層及び正負極集電体を以下に説明
する構造に積層する。すなわち、正極集電体、電解液未
含浸正極層、電解液未含浸電解質層、電解液未含浸負極
層、負極集電体、電解液未含浸負極層、電解液未含浸電
解質層及び電解液未含浸正極層がこの順番に積層された
構造を基本単位とし、この基本単位６つが一方の基本単
位の電解液未含浸正極層と他方の基本単位の正極集電体
が隣接するように積層され、かつ前記６つの基本単位か
らなる積層物の最外層に位置する電解液未含浸正極層に
正極集電体が積層された構造の積層物を作製する。

【００３４】非水電解液未含浸の正負極層及び電解質層
は、以下に説明する方法で作製される。

【００３５】非水電解液未含浸の正極層は、例えば、活
物質、非水電解液を保持する機能を有するポリマー、導
電材料及び可塑剤をアセトンなどの有機溶媒中で混合
し、ペーストを調製し、製膜することにより作製され
る。

【００３６】非水電解液未含浸の負極層は、例えば、活
物質、非水電解液を保持する機能を有するポリマー及び
可塑剤をアセトンなどの有機溶媒中で混合し、ペースト
を調製し、製膜することにより作製される。

【００３７】非水電解液未含浸の電解質層は、例えば、
無機フィラー、非水電解液を保持する機能を有するポリ
マー及び可塑剤をアセトンなどの有機溶媒中で混合し、
ペーストを調製し、製膜することにより作製される。

【００３８】前記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジ
ブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジメチル（ＤＭＰ）、エチ
ルフタリルエチルグリコレート（ＥＰＥＧ）等を挙げる
ことができる。前記可塑剤には、前記種類のものから選
ばれる１種または２種以上を用いることができる。

【００３９】なお、前記積層物を形成する際、電解液未
含浸の正極層と正極集電体を個別に積層しても良いが、
正極集電体に電解液未含浸の正極層を接着し、電解液未
含浸の正極として積層しても良い。また、負極について
も同様で、集電体と電解液未含浸の負極層とを個別に積
層しても、あるいは集電体に電解液未含浸の負極層を接
着してから積層しても良い。

【００４０】非水電解液未含浸の正極は、前述した電解
液未含浸正極層を正極集電体に例えば加熱融着により接
着するか、あるいは前記ペーストを正極集電体に塗布す
ることにより作製される。一方、非水電解液未含浸の負
極は、前述した電解液未含浸負極層を負極集電体に例え
ば加熱融着により接着するか、あるいは前記ペーストを
負極集電体に塗布することにより作製される。

【００４１】（ii）得られた積層物を加熱融着により一
体化する。次いで、前記積層物から可塑剤を例えば溶媒
抽出により除去した後、非水電解液を含浸させ、外装材
で密封することにより本発明に係るポリマーリチウム二
次電池が得られる。

【００４２】以下、本発明に係るポリマーリチウム二次
電池の別な例を図３及び図４を参照して説明する。

【００４３】図３は本発明に係る別のポリマーリチウム
二次電池の発電要素に含まれる基本単位を示す断面図で
あり、図４は本発明に係る別のポリマーリチウム二次電
池の発電要素を示す断面図である。

【００４４】図３に示すように、基本単位８は、負極集
電体６、負極層５、電解質層４、正極層３、正極集電体
２、正極層３、電解質層４及び負極層５がこの順番に積
層された構造を有する。前記負極層５は、前記正極層３
に比べて大きな面積を有する。また、前記電解質層４の
面積は、前記負極層５の面積と同じである。図２に示す
ように、発電要素は、６つの前記基本単位８が互いに隣
り合う基本単位８において一方の基本単位８の正極層３
と他方の基本単位８の正極集電体２が接するように積層
され、かつ前記６つの基本単位８からなる積層物の最外
層に位置する負極層５に負極集電体９が積層された構造
を有する。前記発電要素を構成する各部材（正極集電体
２、正極層３、電解質層４、負極層５及び負極集電体
６）は、接着されている。このような構造の発電要素
は、例えば水分に対してバリア機能を有するフィルム材
料からなる外装材内に密封される。

【００４５】前記ポリマーリチウム二次電池の正極、負
極、電解質層及び外装材としては、前述した図２に示す
構造を有する発電要素を具備するポリマーリチウム二次
電池において説明したのと同様なものを用いることがで
きる。

【００４６】本発明に係る別のポリマーリチウム二次電
池は、例えば、以下に説明する方法で製造することがで
きる。

【００４７】（ｉ）非水電解液未含浸の正負極層、非水
電解液未含浸の電解質層及び正負極集電体を以下に説明
する構造に積層する。すなわち、負極集電体、電解液未
含浸負極層、電解液未含浸電解質層、電解液未含浸正極
層、正極集電体、電解液未含浸正極層、電解液未含浸電
解質層及び電解液未含浸負極層がこの順番に積層された
構造を基本単位とし、この基本単位６つが一方の基本単
位の電解液未含浸負極層と他方の基本単位の負極集電体
が隣接するように積層され、かつ前記６つの基本単位か
らなる積層物の最外層に位置する電解液未含浸負極層に
負極集電体が積層された構造の積層物を作製する。

【００４８】非水電解液未含浸の正負極層及び電解質層
は、前述した図２に示す構造を有する発電要素を具備す
るポリマーリチウム二次電池において説明したのと同様
な方法で作製される。

【００４９】なお、前記積層物を形成する際、電解液未
含浸の正極層と正極集電体を個別に積層しても良いが、
正極集電体に電解液未含浸の正極層を接着し、電解液未
含浸の正極として積層しても良い。また、負極について
も同様で、集電体と電解液未含浸の負極層とを個別に積
層しても、あるいは集電体に電解液未含浸の負極層を接
着してから積層しても良い。

【００５０】（ii）得られた積層物を加熱融着により一
体化する。次いで、前記積層物から可塑剤を例えば溶媒
抽出により除去した後、非水電解液を含浸させ、外装材
で密封することにより本発明に係る別のポリマーリチウ
ム二次電池が得られる。

【００５１】以上詳述したように本発明に係わるポリマ
ーリチウム二次電池によれば、正極集電体、正極層、電
解質層、負極層、負極集電体、負極層、電解質層及び正
極層がこの順番に積層された構造の２つ以上の基本単位
が一方の基本単位の正極層に他方の基本単位の正極集電
体が隣接するように積層され、かつ前記２つ以上の基本
単位からなる積層物の最外層に位置する正極層に正極集
電体が積層された構造を有し、前記正負極層、前記正負
極集電体及び前記電解質層が接着されている発電要素を
具備する。このような発電要素は、前述した図５に示す
ような正極集電体、正極層、電解質層、負極層、負極集
電体、負極層、電解質層、正極層及び正極集電体がこの
順番に積層された構造の素電池を複数個積層することに
より形成された同容量の発電要素に比べて正極集電体の
数を少なくすることができるため、薄形化を図ることが
でき、高容量で、かつ体積エネルギー密度が高いポリマ
ーリチウム二次電池を実現することができる。

【００５２】また、前記二次電池は、発電要素の各構成
部材同士が接着されているため、負極層の面積を正極層
に比べて大きくすることができ、充放電サイクル寿命を
向上することができる。すなわち、ポリマーリチウム二
次電池では、負極層の周縁にリチウムデンドライドが析
出しやすい。生成したリチウムデンドライドが電解質層
を貫通して正極層と接すると、内部短絡を生じる。負極
層の面積を正極層に比べて大きくすると、負極層周縁に
析出したリチウムデンドライドが電解質層を貫通しても
正極層と接することができないため、内部短絡を回避す
ることができる。ところで、前述した図５に示すように
素電池を複数個積層して発電要素を構成すると、素電池
の最外層が正極集電体（金属）であるため、素電池同士
を接着することが困難である。このような発電要素を備
えたポリマーリチウム二次電池は、製造時及び使用時に
素電池の積層構造が崩れやすく、負極層の面積を正極層
に比べて大きくすると素電池の積層構造が崩れた際に正
極と負極が接するため、内部短絡発生率が高くなる。

【００５３】本願発明によれば、発電要素中に集電体同
士が重なり合った箇所がないため、各構成部材同士を例
えば加熱融着により接着して一体化することができる。
その結果、負極層の面積を正極層に比べて大きくした際
に内部短絡が生じるのを回避することができるため、高
容量で、体積エネルギー密度が高く、かつ長寿命なポリ
マーリチウム二次電池を実現することができる。

【００５４】本発明に係わる別のポリマーリチウム二次
電池によれば、負極集電体、負極層、電解質層、正極
層、正極集電体、正極層、電解質層及び負極層がこの順
番に積層された構造の２つ以上の基本単位が一方の基本
単位の負極層に他方の基本単位の負極集電体が隣接する
ように積層され、かつ前記２つ以上の基本単位からなる
積層物の最外層に位置する負極層に負極集電体が積層さ
れた構造を有し、前記正負極層、前記正負極集電体及び
前記電解質層が接着されている発電要素を具備する。こ
のような発電要素は、負極集電体、負極層、電解質層、
正極層、正極集電体、正極層、電解質層、負極層及び負
極集電体がこの順番に積層された構造の素電池を複数個
積層することにより形成された同容量の発電要素に比べ
て負極集電体の数を少なくすることができるため、薄形
化を図ることができ、高容量で、かつ体積エネルギー密
度が高いポリマーリチウム二次電池を実現することがで
きる。

【００５５】また、前記二次電池は、発電要素中に集電
体同士が重なり合った箇所がないため、各構成部材同士
を例えば加熱融着により接着して一体化することができ
る。その結果、負極層の面積を正極層に比べて大きくし
た際に積層構造の崩れに起因する内部短絡が生じるのを
回避することができるため、高容量で、体積エネルギー
密度が高く、かつ長寿命なポリマーリチウム二次電池を
実現することができる。

【００５６】

【実施例】以下、本発明に係わる実施例を前述した図面
を参照して詳細に説明する。

【００５７】まず、各実施例で用いる非水電解液未含浸
の正負極及び電解質層と、非水電解液とを以下に説明す
る方法で作製した。

【００５８】＜非水電解液未含浸の正極Ａ，Ｂの作製＞
アセトン２０ｇにビニリデンフロライド−ヘキサフルオ
ロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体（エルフア
トケム社製で、商品名がＫＹＮＡＲ２８０１で、共重合
比ＶｄＦ：ＨＦＰが８８：１２）粉末２．８ｇを溶解し
た後、このアセトン溶液にジブチルフタレート（ＤＢ
Ｐ）４．３ｇと、活物質として組成式がＬｉＣｏＯ₂ で
表されるリチウム含有コバルト酸化物（日本重化学工業
社製）を１０．５ｇ混合することによりペーストを調製
した。前記ペーストを２．５ｍＡｈ／ｃｍ² になるよう
にナイフコータを用いて塗工し、乾燥空気で乾燥させる
ことにより非水電解液未含浸の正極層を作製した。

【００５９】得られた正極層と厚さが５０μｍのアルミ
ニウム製エキスパンドメタルからなる集電体を重ね合わ
せ、これらを１５０℃に加熱した剛性ロールで加熱融着
した後、４０×６０ｍｍに裁断することにより非水電解
液未含浸の正極Ａを作製した。

【００６０】また、得られた正極層を厚さが５０μｍの
アルミニウム製エキスパンドメタルからなる集電体の両
面に積層し、これらを１５０℃に加熱した剛性ロールで
加熱融着した後、４０×６０ｍｍに裁断することにより
非水電解液未含浸の正極Ｂを作製した。

【００６１】＜非水電解液未含浸の負極Ａ，Ｂの作製＞
前記正極で説明したのと同様な種類のＶｄＦ−ＨＦＰ共
重合体２．０ｇをアセトン１２ｇに溶解させた後、ジブ
チルフタレート（ＤＢＰ）３．１２ｇを添加し、活物質
としてメソフェーズピッチ系炭素繊維（株式会社ペトカ
社製）７．３７ｇを添加し、混合することによりペース
トを調製した。前記ペーストを２．５ｍＡｈ／ｃｍ² に
なるようにナイフコータを用いて塗工し、乾燥空気で乾
燥させることにより非水電解液未含浸の負極層を作製し
た。

【００６２】得られた負極層を厚さが５０μｍの銅製エ
キスパンドメタルからなる集電体に重ね合わせ、これら
を１３０〜１５５℃に加熱した剛性ロールで加熱融着し
た後、４１．５×６２．５ｍｍに裁断することにより非
水電解液未含浸の負極Ａを作製した。

【００６３】得られた負極層を厚さが５０μｍの銅製エ
キスパンドメタルからなる集電体の両面に積層し、これ
らを１３０〜１５５℃に加熱した剛性ロールで加熱融着
した後、４１．５×６２．５ｍｍに裁断することにより
非水電解液未含浸の負極Ｂを作製した。

【００６４】＜非水電解液未含浸の電解質層の作製＞前
記正極で説明したのと同様な種類のＶｄＦ−ＨＦＰ共重
合体２．０ｇをアセトン１０ｇに溶解させた後、ジブチ
ルフタレート（ＤＢＰ）２．０ｇを添加し、混合するこ
とによりペーストを調製した。前記ペーストをガラス板
上に厚さが５０μｍになるように塗布した後、乾燥空気
で乾燥させ、前記ガラス板から剥がし、裁断することに
より寸法が４１．５×６３．０ｍｍの非水電解液未含浸
の電解質層を作製した。

【００６５】＜非水電解液の調製＞エチレンカーボネー
ト（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が体積比
で２：１の割合で混合された非水溶媒に電解質としての
ＬｉＰＦ₆ をその濃度が１ｍｏｌ／ｌになるように溶解
させて非水電解液を調製した。

【００６６】（実施例１）電解液未含浸の正極Ａの正極
層に電解液未含浸の電解質層を重ね、更にこの電解質層
に電解液未含浸の負極Ｂ、電解液未含浸の電解質層及び
電解液未含浸の正極Ｂをこの順番に積層した。これに電
解液未含浸の電解質層、電解液未含浸の負極Ｂ、電解液
未含浸の電解質層及び電解液未含浸の正極Ｂをこの順番
に積層する操作を４回繰り返した。さらに、得られた積
層物の最外層に位置する電解液未含浸の正極Ｂに電解液
未含浸の電解質層、電解液未含浸の負極Ｂ、電解液未含
浸の電解質層及び電解液未含浸の正極Ａをこの順番に積
層した。このようにして得られた積層物を１２５℃に加
熱した剛性ロールで加熱融着することにより一体化し、
非水電解液未含浸の発電要素を作製した。

【００６７】このような発電要素中のＤＢＰをメタノー
ルで抽出して除去した。前記発電要素を乾燥させた後、
前記発電要素に前記組成の非水電解液を注液し、最外層
からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、
アルミニウム箔及び熱融着性樹脂フィルムの順番に積層
されたラミネートフィルムからなる外装材で密封するこ
とにより、前述した図２に示す構造の発電要素を具備
し、理論容量が７２０ｍＡｈのポリマーリチウム二次電
池を製造した。

【００６８】（比較例１）電解液未含浸の正極Ａの正極
層に電解液未含浸の電解質層を重ね、更にこの電解質層
に電解液未含浸の負極Ｂ及び電解液未含浸の電解質層を
この順番に積層した。得られた積層物の最外層に位置す
る電解質層に電解液未含浸の正極Ａを正極層が前記電解
質層と接するように積層した。このような積層物を６個
作製し、各積層物を１２５℃に加熱した剛性ロールで加
熱融着して一体化することにより、非水電解液未含浸の
素電池を６個得た。

【００６９】各素電池から前述した実施例で説明したの
と同様な方法によりＤＢＰを除去した。ひきつづき、６
個の素電池を重ね、各素電池間をリードで電気的に接続
した後、前述した組成の非水電解液を注液し、前述した
実施例１で説明したのと同様な外装材で密封することに
より、前述した図５に示す構造の発電要素を具備し、理
論容量が７２０ｍＡｈのポリマーリチウム二次電池を製
造した。

【００７０】図２及び図５から明らかなように、実施例
１の二次電池は、比較例１の二次電池に比べて正極集電
体の数を５枚少なくできることがわかる。実施例１及び
比較例１の二次電池の発電要素の占有厚さを測定したと
ころ、実施例１の二次電池は比較例１の二次電池に比べ
て厚さを６０μｍ薄くできたことがわかった。アルミニ
ウム製エキスパンドメタルに正極層を加熱融着させて正
極を作製すると、正極層の一部がエキスパンドメタル内
に埋め込まれるため、得られた正極の厚さは各部材の厚
さの和よりも薄くなる。従って、得られた二次電池にお
けるアルミニウム製エキスパンドメタルの占有厚さは、
このエキスパンドメタルと同じ実体積（占有体積から空
隙体積を除いたもの）を持つアルミニウム箔の厚さに等
しくなる。ここではアルミニウム製エキスパンドメタル
の占有厚さは１２μｍである。従って、実施例１の二次
電池は、比較例１の二次電池に比べて発電要素の占有厚
さを正極集電体５枚分の占有厚さに相当する６０μｍ薄
くできる。

【００７１】実施例１及び比較例１の二次電池につい
て、占有体積を測定し、この占有体積から単位体積当た
りの容量を求めたところ、実施例１の二次電池は３０５
ＷＨ／Ｌであるのに対し、比較例１の二次電池は２９５
ＷＨ／Ｌと低かった。

【００７２】また、実施例１及び比較例１の二次電池に
ついて、二次電池を１００個作製した際に内部短絡によ
り絶縁不良となった個数を測定したところ、実施例１の
二次電池は皆無であるのに対し、比較例１の二次電池は
１０個あった。

【００７３】（実施例２）電解液未含浸の負極Ａの負極
層に電解液未含浸の電解質層を重ね、更にこの電解質層
に電解液未含浸の正極Ｂ、電解液未含浸の電解質層及び
電解液未含浸の負極Ｂをこの順番に積層した。これに電
解液未含浸の電解質層、電解液未含浸の正極Ｂ、電解液
未含浸の電解質層及び電解液未含浸の負極Ｂをこの順番
に積層する操作を４回繰り返した。さらに、得られた積
層物の最外層に位置する電解液未含浸の負極Ｂに電解液
未含浸の電解質層、電解液未含浸の正極Ｂ、電解液未含
浸の電解質層及び電解液未含浸の負極Ａをこの順番に積
層した。このようにして得られた積層物を１２５℃に加
熱した剛性ロールで加熱融着することにより一体化し、
非水電解液未含浸の発電要素を作製した。

【００７４】このような発電要素中のＤＢＰを前述した
実施例１で説明したのと同様な方法により除去した。前
記発電要素を乾燥させた後、前記発電要素に前記組成の
非水電解液を注液し、前述した実施例１で説明したのと
同様な外装材で密封することにより、前述した図４に示
す構造の発電要素を具備し、理論容量が７２０ｍＡｈの
ポリマーリチウム二次電池を製造した。

【００７５】（比較例２）電解液未含浸の負極Ａの負極
層に電解液未含浸の電解質層を重ね、更にこの電解質層
に電解液未含浸の正極Ｂ及び電解液未含浸の電解質層を
この順番に積層した。得られた積層物の最外層に位置す
る電解質層に電解液未含浸の負極Ａを負極層が前記電解
質層と接するように積層した。このような積層物を６個
作製し、各積層物を１２５℃に加熱した剛性ロールで加
熱融着して一体化することにより、非水電解液未含浸の
素電池を６個得た。

【００７６】各素電池から前述した実施例で説明したの
と同様な方法によりＤＢＰを除去した。ひきつづき、６
個の素電池を重ね、各素電池間をリードで電気的に接続
した後、前述した組成の非水電解液を注液し、前述した
実施例１で説明したのと同様な外装材で密封することに
より、図６に示す構造の発電要素を具備し、理論容量が
７２０ｍＡｈのポリマーリチウム二次電池を製造した。

【００７７】すなわち、図６に示すように、発電要素
は、正極集電体２５の両面に接着された２つの正極層２
４と、前記各正極層２４に接着された電解質層２３と、
前記各電解質層２３に接着された２つの負極層２２と、
前記各負極層２２に接着された２つの負極集電体２１と
からなる素電池２７が６個積層された構造を有する。

【００７８】図４及び図６から明らかなように、実施例
２の二次電池は、比較例２の二次電池に比べて負極集電
体の数を５枚少なくできることがわかる。実施例２及び
比較例２の二次電池の発電要素の占有厚さを測定したと
ころ、実施例２の二次電池は比較例２の二次電池に比べ
て厚さを５０μｍ薄くできたことがわかった。銅製エキ
スパンドメタルに負極層を加熱融着させて負極を作製す
ると、負極層の一部がエキスパンドメタル内に埋め込ま
れるため、得られた負極の厚さは各部材の厚さの和より
も薄くなる。従って、得られた二次電池における銅製エ
キスパンドメタルの占有厚さは、このエキスパンドメタ
ルと同じ実体積（占有体積から空隙体積を除いたもの）
を持つ銅箔の厚さに等しくなる。ここでは銅製エキスパ
ンドメタルの占有厚さは１０μｍである。従って、実施
例２の二次電池は、比較例２の二次電池に比べて発電要
素の占有厚さを負極集電体５枚分の占有厚さに相当する
５０μｍ薄くできる。

【００７９】実施例２及び比較例２の二次電池につい
て、占有体積を測定し、この占有体積から単位体積当た
りの容量を求めたところ、実施例２の二次電池は３０２
ＷＨ／Ｌであるのに対し、比較例２の二次電池は２９５
ＷＨ／Ｌと低かった。

【００８０】また、実施例２及び比較例２の二次電池に
ついて、二次電池を１００個作製した際に内部短絡によ
り絶縁不良となった個数を測定したところ、実施例２の
二次電池は皆無であるのに対し、比較例２の二次電池は
１２個あった。

【００８１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
容量で、かつ体積エネルギー密度が高いポリマーリチウ
ム二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポリマーリチウム二次電池の発電
要素に含まれる基本単位を示す断面図。

【図２】本発明に係るポリマーリチウム二次電池の発電
要素を示す断面図。

【図３】本発明に係る別のポリマーリチウム二次電池の
発電要素に含まれる基本単位を示す断面図。

【図４】本発明に係る別のポリマーリチウム二次電池の
発電要素を示す断面図。

【図５】比較例１のポリマーリチウム二次電池の発電要
素を示す断面図。

【図６】比較例２のポリマーリチウム二次電池の発電要
素を示す断面図。

【符号の説明】

１…基本単位、 ２…正極集電体、 ３…正極層、 ４…電解質層、 ５…負極層、 ６…負極集電体、 ７…正極集電体。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極集電体、正極層、電解質層、負極
   層、負極集電体、負極層、電解質層及び正極層がこの順
   番に積層された構造の２つ以上の基本単位が一方の基本
   単位の正極層に他方の基本単位の正極集電体が隣接する
   ように積層され、かつ前記２つ以上の基本単位からなる
   積層物の最外層に位置する正極層に正極集電体が積層さ
   れた構造を有し、前記正負極層、前記正負極集電体及び
   前記電解質層が接着されている発電要素を具備したこと
   を特徴とするポリマーリチウム二次電池。
2. 【請求項２】 負極集電体、負極層、電解質層、正極
   層、正極集電体、正極層、電解質層及び負極層がこの順
   番に積層された構造の２つ以上の基本単位が一方の基本
   単位の負極層に他方の基本単位の負極集電体が隣接する
   ように積層され、かつ前記２つ以上の基本単位からなる
   積層物の最外層に位置する負極層に負極集電体が積層さ
   れた構造を有し、前記正負極層、前記正負極集電体及び
   前記電解質層が接着されている発電要素を具備したこと
   を特徴とするポリマーリチウム二次電池。