JP2000311717A

JP2000311717A - 電池要素及び電池

Info

Publication number: JP2000311717A
Application number: JP2000047929A
Authority: JP
Inventors: Michiya Negishi; 美智哉根岸; Yasuyo Saito; 靖代齋藤; Motonori Ueda; 基範上田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1999-02-25
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】製造が容易でしかも電池要素を構成する各層
の密着性に優れた電池要素を提供する。【解決手段】電池要素１は正極１１、負極１２及び電
解質層１３を積層したものである。この積層体に熱収縮
フィルム２，３を巻き付け、加熱して収縮させ、積層方
向に圧迫力を加える。この電池要素をケースに収容し、
真空封止して電池とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄型電池に適用する
のに好適な電池要素に関し、またリチウム二次電池等の
非水系二次電池に好適な電池要素に関する。本発明は、
さらに、この電池要素を用いた電池に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】薄型電池として特開平８−８３５９６号
公報の通り薄型の電池要素（例えば正極、セパレータ及
び負極の積層体よりなる発電素子）をラミネートフィル
ムで被包したものが公知である。このラミネート外装材
中に電池要素を挿入した後ラミネート外装材の内部を減
圧し、電池要素に対し積層方向の圧迫力を加え、各層同
士の密着性を高めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−８３５９６
号公報のように電池要素をラミネートフィルムで被包
し、内部を減圧した場合、外部から気体が侵入したり、
電池要素からガスが発生した場合には、圧迫力が小さく
なり、電池性能が低下する。また、減圧してからフィル
ムを封止するので、製造に手間がかかる。

【０００４】さらに、積層型の電池要素の場合、層間の
滑り方向に外力が加えられると（例えば、電池要素ある
いは電池を落下させた場合）、層間で滑りを生じ、正極
と負極とが短絡する恐れがある。また、電池要素の側面
に衝撃を受けると、活物質が剥れるおそれがある。

【０００５】本発明の目的は、製造が容易で電池要素に
加えられる圧迫力が長期にわたって高く、電池性能に優
れた電池要素を提供することにある。また、本発明の他
の目的は電池要素の層間の滑りも確実に防止された、安
全性、耐久性の高い電池要素を提供することにある。さ
らに本発明の他の目的は、上記の電池要素を用いた電池
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の電池要素は、積
層された平板状の電極（正極及び負極）と電解質層とを
有する電池要素において、熱収縮フィルムによりこの積
層体が取り巻かれていることを特徴とするものである。

【０００７】かかる電池要素にあっては、熱収縮フィル
ムによって積層方向に圧迫力が加えられており、各層の
密着性が良好である。この熱収縮フィルムによる圧迫力
は電池要素からのガス発生の有無に関らず長期にわたっ
て高く、各層の密着性は長期にわたって良好である。こ
の電池要素は、製造に際しても熱収縮フィルムで積層体
を囲み熱収縮フィルムを加熱して収縮させるだけでよ
く、製造がきわめて簡単である。

【０００８】また、電池要素の層間が滑る方向に外力が
加えられたとしても、各層が熱収縮フィルムによって拘
束されており、ずれが防止される。さらに、電池要素側
面に衝撃を受けた場合でも、活物質に剥れが生じること
が防止される。

【０００９】本発明では、積層方向と直交方向の積層体
外面と該熱収縮フィルムとの間にスペーサを介在させる
ことにより、圧迫力を積層体全体に均等に及ぼすことが
できる。この場合、スペーサを硬質材料にて構成した
り、中央部が側縁部よりも厚いものとすることが好まし
い。このようにすれば、電池要素の中央部にも十分な圧
迫力を加えることができる。

【００１０】本発明では、電解質層が非流動性の電解質
を含む場合に、本発明の効果がより顕著である。

【００１１】本発明では、袋状の熱収縮フィルムを用い
ると、より有効にずれが防止できる。

【００１２】本発明の電池は、かかる電池要素をケース
内に収納したものである。

【００１３】この電池のケースは、形状可変性を有して
いることが好ましい。このケースは、電池要素を収納し
た後、真空封止されることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して実施の形態
に係る電池要素について説明する。図１は実施の形態に
係る電池要素の斜視図、図２は電池要素の拡大断面図で
ある。

【００１５】この電池要素１は、熱収縮フィルム２，３
で拘束され、且つ電池要素１の積層方向に圧迫力が加え
られている。なお、電池要素１の一端面からは１対の端
子部４ａ，４ｂが延出しており、この端子部４ａ，４ｂ
同士の間に熱収縮フィルム３が引き通されている。電池
要素１は正極１１、負極１２及び非流動性電解質層１３
を平板状に積層したものである。

【００１６】この熱収縮フィルム２，３は、電池要素１
に巻装された後、加熱して収縮させたものである。この
熱収縮フィルム２，３が電池要素１に対し積層方向の圧
迫力を加えることにより、各層の密着性が長期にわたり
良好なものとなり、電池特性が長期間高いものとなる。
また、電池要素１全体の機械的強度が高くなるので、落
下等の衝撃に対しても強いものとなる。特に、電池要素
側面に衝撃を受けても活物質が剥れにくいものとなる。
さらに、電池要素が熱収縮フィルムで取り巻かれている
ので、正極、負極、非流動性電解質層の各層間の滑りが
有効に防止される。

【００１７】この熱収縮フィルム２，３は十字形にクロ
スする帯状に設けられているが、平行に２本以上設けて
も良く、１本だけ設けられても良い。また、熱収縮フィ
ルムの幅は、電池要素の幅よりも大きくても構わない。
さらに、図１３に示すように、電池要素１をタブ４ａ及
び４ｂの方向を開口方向に向けて袋状の熱収縮フィルム
２で密着包装しても良い。この態様は、電池要素の各層
の滑りをより有効に防止し、電池要素の形状を保つ上で
好ましい。

【００１８】図３は別の実施の形態に係る電池要素の斜
視図、図４は図３のIV−IV線に沿う断面図である。この
実施の形態にあっては、積層体の積層方向と直交方向の
外面と熱収縮フィルム９との間に硬質な合成樹脂等より
なるスペーサ８が介在されている。このスペーサ８は積
層体と対面する面が長方形の平面状であり、それと反対
側が円弧状に外方に膨出した断面形状のものである。こ
のスペーサ８は長方形の長手方向の側辺部の厚みが中央
部に比べて小さなものとなっている。帯状の熱収縮フィ
ルム９はこの長手辺と直交方向に巻き付けられている。

【００１９】この熱収縮フィルム９も、電池要素１及び
スペーサ８を取り巻くように巻着された後、加熱するこ
とにより収縮したものである。

【００２０】このようにスペーサ８を介在させることに
より、積層体よりなる電池要素の中央部付近にも十分な
積層方向の圧迫力を加えることができる。

【００２１】図３，４のスペーサ８は１対の平行な側縁
部が薄く、それらの間が厚みの大きなものとなっている
が、２対の側縁部（即ちすべての側縁部）を薄くし、板
央部分だけを厚くしても良い。

【００２２】スペーサの構成材料としては、金属、熱可
塑性樹脂、熱硬化性樹脂、エラストマー、発泡樹脂（発
泡ポリスチレン等）等を用いることができる。熱可塑性
樹脂や熱硬化性樹脂、エラストマーにはフィラー等の充
填材が混合されていてもよい。また、金属としては比重
が小さく加工が容易なアルミニウムが好ましい。なお、
上記の例示からも分かるように、スペーサの材料は硬質
材質である必要はなく、圧迫力が伝達される限り弾性変
形するものであってもよい。

【００２３】スペーサ８の膨出の程度は、該スペーサ８
の肉薄の側縁部の厚さをｄ_１、最も厚い中央部の厚さを
ｄ_２、肉薄の側縁部同士を結ぶ幅をｗとした場合に、
（ｄ_２−ｄ_１）／ｗの値が０．０５〜０．５程度となる
ようにするのが好ましい。

【００２４】上記の電池要素１は方形であるが、円形、
楕円形、多角形などであっても良い。スペーサは、この
電池要素の形状に合わせた形状とすれば良い。

【００２５】図３，４では熱収縮フィルムが帯状に１本
だけ巻装されているが、２本以上設けても良い。また図
３，４においても、図１と同様に十字形にクロスするよ
うに熱収縮フィルムを巻装しても良い。

【００２６】本発明では、熱収縮フィルムの材質として
は、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオレフィ
ン、アイオノマー、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビ
ニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリカーボネート、ポリスチレンなどを用いること
ができるが、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレンなどを用いることが
できる。熱収縮フィルムの厚さは１０〜１００μｍ程度
が好ましい。この熱収縮フィルムは、１００〜２００℃
特に１００〜１５０℃で収縮するものが好ましい。

【００２７】熱収縮フィルムを積層体に巻き付けた後、
熱融着や接着剤によって巻き始めと巻き終りの部分を接
合し、その後加温室内に導入して熱収縮フィルムを熱収
縮させるのが好ましい。また、袋状の熱収縮フィルムの
中に積層体を収納し、次いでこれを加温室内に導入して
熱収縮フィルムを熱収縮させるのも好ましい方法であ
る。この加熱温度は、熱収縮フィルムの材質に応じて適
宜選定すれば良いが、２００℃以下とくに１５０℃以下
であることが好ましい。

【００２８】熱収縮フィルムを熱収縮させた後、電池要
素をさらにラミネートフィルムからなるケースで被包し
たり、気密なケースに収容して電池製品とすることがで
きる。この場合、電池要素が熱収縮フィルムで取り巻か
れ形状が一定に保たれているので、これをケースに収納
するのが容易である。

【００２９】本発明は、薄膜電池として好適であり、特
にリチウム二次電池に適用するのに好適であるので、以
下に上記の電池要素をリチウム二次電池要素とした場合
の好適な構成について説明する。

【００３０】このリチウム二次電池は、正極１１、負極
１２及びこれらの間に介装された電解質層１３を有す
る。

【００３１】正極１１或いは負極１２は、通常図５に示
すように、集電体１５を芯材としてその両面（場合によ
って片面）に正極活物質１１ａ又は負極活物質１２ａを
積層したものである。

【００３２】正極の集電体としてはアルミニウム、ステ
ンレス、ニッケル等の金属箔が使用でき、特にアルミニ
ウムが好適であり、負極の集電体としては、銅、ステン
レス、ニッケルなどの金属箔が使用でき、特に銅が好適
である。集電体の厚みは１〜３０μｍ程度が好ましい。

【００３３】正極活物質としては、リチウムイオンを吸
蔵・放出可能であれば無機化合物でも有機化合物でも使
用できる。無機化合物として、遷移金属酸化物、リチウ
ムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属硫化物、具体的
には、ＭｎＯ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ _６Ｏ１_１３、ＴｉＯ_２等の
遷移金属酸化物、ニッケル酸リチウム、コバルト酸リチ
ウム、マンガン酸リチウムなどのリチウムと遷移金属と
の複合酸化物、ＴｉＳ _２、ＦｅＳ、ＭｏＳ_２などの遷移
金属硫化物等が挙げられる。これらの化合物はその特性
を向上させるために部分的に元素置換したものであって
もよい。有機化合物としては、例えばポリアニリン、ポ
リピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリ
スルフィド系化合物が挙げられる。正極活物質は、これ
らの無機化合物、有機化合物を混合して用いてもよい。
特に好ましいものは、コバルト、ニッケル及びマンガン
からなる群から選ばれる少なくとも１種の遷移金属とリ
チウムとの複合酸化物である。

【００３４】正極活物質の粒径は、それぞれ電池の他の
構成要素との兼合で適宜選択すればよいが、通常１〜３
０μｍ、特に１〜１０μｍとするのが初期効率、サイク
ル特性等の電池特性が向上するので好ましい。

【００３５】負極活物質としては、通常、グラファイト
やコークス等の炭素系物質が挙げられる。この炭素系物
質は、金属、金属塩、酸化物などとの混合体や、被覆体
の形態として用いてもよい。負極活物質としては、ケイ
素、錫、亜鉛、マンガン、鉄、ニッケル等の酸化物や硫
酸塩、金属リチウム、Ｌｉ−Ａｌ、Ｌｉ−Ｂｉ−Ｃｄ、
Ｌｉ−Ｓｎ−Ｃｄ等のリチウム合金、リチウム遷移金属
窒化物、シリコン等も使用できる。好ましくは、容量の
面からグラファイト又はコークスである。負極活物質の
平均粒径は、初期効率、レイト特性、サイクル特性など
の電池特性の向上の観点から、通常１２μｍ以下、好ま
しくは、１０μｍ以下とする。この粒径が大きすぎると
電子伝導性が悪化する。また、通常は０．５μｍ以上、
好ましくは７μｍ以上である。

【００３６】これらの正極活物質及び負極活物質を通常
集電体上に結着させるために、バインダーを使用するこ
とが好ましい。バインダーとしてはシリケート、ガラス
のような無機化合物や、主として高分子からなる各種の
樹脂が使用できる。樹脂としては、例えば、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ−１，１−ジメチルエチレン
などのアルカン系ポリマー；ポリブタジエン、ポリイソ
プレンなどの不飽和系ポリマー；ポリスチレン、ポリメ
チルスチレン、ポリビニルピリジン、ポリ−Ｎ−ビニル
ピロリドンなどの環を有するポリマー；ポリメタクリル
酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸
ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチ
ル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリル
アミドなどのアクリル系ポリマー；ポリフッ化ビニル、
ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等
のフッ素系樹脂；ポリアクリロニトリル、ポリビニリデ
ンシアニドなどのＣＮ基含有ポリマー；ポリ酢酸ビニ
ル、ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール
系ポリマー；ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなど
のハロゲン含有ポリマー；ポリアニリンなどの導電性ポ
リマーなどが使用できる。また、上記のポリマーなどの
混合物、変性体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重
合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体などであっ
ても使用できる。

【００３７】活物質１００重量部に対するバインダーの
配合量は好ましくは０．１〜３０重量部、更に好ましく
は１〜１５重量部である。樹脂の量が少なすぎると電極
の強度が低下することがある。樹脂の量が少なすぎると
容量が低下したり、レイト特性が低下したりすることが
ある。

【００３８】正極活物質及び負極活物質中には必要に応
じて導電材料、補強材などの各種の機能を発現する添加
剤、粉体、充填材などを添加しても良い。

【００３９】導電材料としては、上記活物質に適量混合
して導電性を付与できるものであれば特に制限は無い
が、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒
鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔など
が挙げられる。添加剤としては、トリフルオロプロピレ
ンカーボネート、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉ
ｏｘａｓｐｉｒｏ〔４，４〕ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄ
ｉｏｎｅ、１２−クラウン−４−エーテルなどが電池の
安定性、寿命を高めるために使用することができる。補
強材としては、各種の無機、有機の球状、繊維状フィラ
ーなどが使用できる。

【００４０】電極を集電体上に形成する手法としては、
例えば、粉体状の活物質をバインダーと共に溶剤と混合
し、ボールミル、サンドミル、二軸混練機などにより分
散塗料化したものを、集電体上に塗布して乾燥する方法
が好適に行われる。この場合、用いられる溶剤の種類
は、電極材に対して不活性であり且つバインダーを溶解
し得る限り特に制限されず、例えばＮ−メチルピロリド
ン等の一般的に使用される無機、有機溶剤のいずれも使
用できる。

【００４１】また、活物質をバインダーと混合し加熱す
ることにより軟化させた状態で、集電体上に圧着、ある
いは吹き付ける手法によって電極材層を形成することも
できる。さらには活物質を単独で集電体上に焼成するこ
とによって形成することもできる。

【００４２】正極、負極内には通常イオン移動相が形成
される。電極中におけるイオン移動相の占める割合は、
高い方がイオン移動が容易になり、レイト特性上は好ま
しい一方で低い方が容量的には高くなる。好ましくは１
０〜５０体積％である。イオン移動相の材料としては、
後述する電解質相の材料と同様のものが使用できる。

【００４３】正極活物質及び負極活物質の膜厚は容量的
には厚い方が、レイト上は薄い方が好ましい。膜厚は通
常２０μｍ以上、好ましくは、３０μｍ以上、さらに好
ましくは５０μｍ以上、最も好ましくは８０μｍ以上で
ある。正極及び負極膜厚は、通常２００μｍ以下、好ま
しくは１５０μｍ以下である。

【００４４】図２に示すように、正極１１と負極１２と
の間には電解質層１３が形成される。電解質層１３は、
通常、流動性を有する電解液や、ゲル状電解質や完全固
体型電解質等の非流動性電解質等の各種の電解質を含
む。電池の特性上は電解液又はゲル状電解質が好まし
く、また、安全上は非流動性電解質が好ましい。特に、
非流動性電解質を使用した場合、従来の電解液を使用し
た電池に対してより有効に液漏れが防止できるので、後
述するラミネートフィルムのような形状可変性を有する
ケースを使用する利点を最大に生かすことができる。

【００４５】電解質層に使用される電解液は、通常支持
電解質を非水系溶媒に溶解したものである。

【００４６】支持電解質としては、電解質として正極活
物質及び負極活物質に対して安定であり、かつリチウム
イオンが正極活物質或いは負極活物質と電気化学反応を
するための移動をおこない得る非水物質であればいずれ
のものでも使用することができる。具体的にはＬｉＰＦ
_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣ
ｌＯ_４、ＬｉＩ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣｌ、ＬｉＡｌＣｌ、
ＬｉＨＦ_２、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＳＯ_３ＣＦ_２等のリチウ
ム塩が挙げられる。これらのうちでは特にＬｉＰＦ_６、
ＬｉＣｌＯ_４が好適である。

【００４７】これら支持電解質を非水系溶媒に溶解した
状態で用いる場合の濃度は、０．５〜２．５ｍｏｌ／Ｌ
が好適である。これら支持電解質を溶解する非水系溶媒
は特に限定されないが、比較的高誘電率の溶媒が好適に
用いられる。具体的には、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、エチルメチルカーボネートなどの非環状
カーボネート類、テトラヒドロフラン、２−メチルテト
ラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のグライム類、γ
−ブチルラクトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫
黄化合物、アセトニトリル等のニトリル類等の１種又は
２種以上が例示される。

【００４８】これらのうちでは、特にエチレンカーボネ
ート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート
類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エ
チルメチルカーボネートなどの非環状カーボネート類か
ら選ばれた１種又は２種以上の溶媒が好適である。ま
た、これらの溶媒に添加剤などを加えてもよい。添加剤
としては、例えば、トリフルオロプロピレンカーボネー
ト、ビニレンカーボネート、１，６−Ｄｉｏｘａｓｐｉ
ｒｏ〔４，４〕ｎｏｎａｎｅ−２，７−ｄｉｏｎｅ、１
２−クラウン−４−エーテルなどが電池の安定性、寿命
を高める目的で使用できる。

【００４９】電解質層に使用できるゲル状電解質は、通
常、上記電解液を高分子によって保持してなる。即ち、
ゲル状電解質は、通常電解液が高分子のネットワーク中
に保持されて全体として流動性が著しく低下したもので
ある。このようなゲル状電解質は、イオン伝導性などの
特性は通常の電解液に近い特性を示すが、流動性、揮発
性などは著しく抑制され、安全性が高められている。ゲ
ル状電解質中の高分子の比率は好ましくは１〜５０重量
％である。低すぎると電解液を保持することができなく
なり、液漏れが発生することがある。高すぎるとイオン
伝導度が低下して電池特性が悪くなる傾向にある。

【００５０】ゲル状電解質に使用する高分子としては、
電解液と共にゲルを構成しうる高分子であれば特に制限
は無く、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネー
ト、ポリイミドなどの重縮合によって生成されるもの、
ポリウレタン、ポリウレアなどのように重付加によって
生成されるもの、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリ
ル誘導体系ポリマーやポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニ
ル、ポリフッ化ビニリデンなどのポリビニル系などの付
加重合で生成されるものなどがある。好ましい高分子と
しては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン
を挙げることができる。ここで、ポリフッ化ビニリデン
とは、フッ化ビニリデンの単独重合体のみならず、ヘキ
サフルオロプロピレン等他のモノマー成分との共重合体
をも包含する。また、アクリル酸、アクリル酸メチル、
アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メト
キシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアク
リレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、
エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタク
リレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポ
リエチレングリコールモノメタクリレート、Ｎ，Ｎ−ジ
エチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ−ジメチルア
ミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、ア
リルアクリレート、アクリロニトリル、Ｎ−ビニルピロ
リドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエ
チレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリ
コールアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリ
レート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリ
エチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレン
グリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコール
ジメタクリレートなどのアクリル系モノマーを重合して
得られるアクリル系ポリマーも好ましく用いることがで
きる。

【００５１】上記高分子の重量平均分子量は、通常１０
０００〜５００００００の範囲である。分子量が低いと
ゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くな
りすぎて取り扱いが難しくなる。高分子の電解液に対す
る濃度は、分子量に応じて適宜選べばよいが、好ましく
は０．１〜３０重量％である。濃度が低すぎるとゲルを
形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して流動、液
漏れの問題が生じることがある。濃度が高すぎると粘度
が高くなりすぎて工程上困難を生じると共に、電解液の
割合が低下してイオン伝導度が低下しレイト特性などの
電池特性が低下することがある。

【００５２】電解質層として完全固体状の電解質層を用
いることもできる。このような固体電解質としては、こ
れまで知られている種々の固体電解質を用いることがで
きる。例えば、上述のゲル状電解質で用いられる高分子
と支持電解質塩を適度な比で混合して形成することがで
きる。この場合、伝導度を高めるため、高分子は極性が
高いものを使用し、側鎖を多数有するような骨格にする
ことが好ましい。

【００５３】電解質層として、上記電解質を多孔膜等の
多孔性シートに含浸したものを用いてもよい。

【００５４】電解質層の厚みは、通常１〜２００μｍ、
好ましくは、５〜１００μｍである。

【００５５】多孔性シートとしては、具体的には厚さ通
常１μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、また通常２００
μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下のものが使用され
る。空隙率は、通常１０〜９５％、好ましくは３０〜８
５％程度である。多孔性シートの材料としては、ポリオ
レフィン又は水素原子の一部もしくは全部がフッ素置換
されたポリオレフィンを使用することができる。具体的
には、ポリオレフィン等の合成樹脂を用いて形成した微
多孔性膜、不織布、織布等を用いることができる。

【００５６】正極と負極とを電解質層を介して積層する
ことによって電池要素とされる。電池要素は、正極と負
極と電解質層とを厚さ方向に積層して平板形状としても
よく、また積層後これを巻回して略円筒形状又は扁平円
筒形状としてもよい。

【００５７】例えば、図５に示すように、集電体１５の
両面に正極組成物を積層して板状の正極１１を得る。負
極材１２も同様の手法で板状に成形され、板状に成形さ
れた正極１１と負極１２とは、図２に示すように、電解
質層１３を介して交互に積層される。また、図７に示す
電池要素のように正極１１、電解質層１３及び負極１２
が積層された単位電池要素を、正極１１側あるいは負極
１２側がそれぞれ接する方向に積み重ねることもでき
る。このような構成は、集電体の片面に正極や負極を形
成させた場合に特に有効である。

【００５８】図２及び図７のいずれの場合も、電池は、
平板状の電池要素が、厚み方向に積層された構造を有す
る。

【００５９】電極の平面形状は任意であり、四辺形、円
形、多角形等にすることができる。図１，２，６〜８の
通り、集電体１５には、通常、リード結合用のタブ４
ａ，４ｂが連設される。電極が四辺形であるときは、通
常図１，６に示すように電極の一辺の一サイド近傍に正
極１の集電体５より突出するタブ４ａを形成し、また、
負極２の集電体５は他サイド近傍にタブ４ｂを形成す
る。

【００６０】複数の電池要素を積層するのは、電池の高
容量化を図る上で有効であるが、この際、電池要素それ
ぞれからのタブ４ａとタブ４ｂの夫々は、通常、図６の
ように厚さ方向に結合されて正極と負極のリード結合端
子が形成される。その結果、大容量の電池要素１を得る
ことが可能となる。

【００６１】タブ４ａ，４ｂには、通常、図８に示すよ
うに、その一部がケース２０外部に露出する薄片状の金
属からなるリード２１が結合される。その結果、リード
２１と正極１１、負極１２とは電気的に結合される。タ
ブ４ａ同士、４ｂ同士の結合は、超音波溶着機による溶
着によって行うことができ、タブ４ａ，４ｂとリード２
１との結合はスポット溶接等の抵抗溶接、超音波溶着あ
るいはレーザ溶接によって行うことができる。

【００６２】本発明においては、上記正極リードと負極
リードの少なくとも一方のリード２１好ましくは両方の
リードとして、焼鈍金属を使用するのが好ましい。その
結果、強度のみならず折れ曲げ耐久性に優れた電池とす
ることができる。

【００６３】リードに使用する金属の種類としては、一
般的にアルミや銅、ニッケルやＳＵＳなどを用いること
ができる。正極のリードとして好ましい材料はアルミニ
ウムである。また、負極のリードとして好ましい材質は
銅である。

【００６４】リード２１の厚さは、通常１μｍ以上、好
ましくは１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上、
最も好ましくは４０μｍ以上である。薄すぎると引張強
度等リードの機械的強度が不十分になる傾向にある。ま
た、リードの厚さは、通常１０００μｍ以下、好ましく
は５００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下で
ある。厚すぎると折り曲げ耐久性が悪化する傾向にあ
り、また、ケースによる電池要素の封止が困難になる傾
向にある。リードに焼鈍金属を使用することによる利点
は、リードの厚さが厚いほど顕著である。

【００６５】リードの幅は通常１ｍｍ以上２０ｍｍ以
下、特に１ｍｍ以上１０ｍｍ以下程度であり、リードの
外部への露出長さは通常１ｍｍ以上５０ｍｍ以下程度で
ある。

【００６６】リード２１が結合された電池要素１は、通
常ケースに収納される。具体的には、ケース部材内に装
填されて封止される。この際、リード２１の先端部分は
外部に露出されて、端子部とされる。

【００６７】ケースの形状は特に制限はないが、図９，
１０に示すケース２０，３０の如く平板形状であること
が好ましい。ケース全体の厚さは通常２０ｍｍ以下、好
ましくは１０ｍｍ以下、さらに好ましくは５ｍｍ以下、
最も好ましくは４ｍｍ以下とするが、あまりに薄いのは
製造の容易さや性能の面で不十分になることがあるの
で、通常０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上と
する。

【００６８】ケースの構造としては、機械的強度を有し
密封性を有するものであればいかなる構造であってもよ
い。例えば、収容部２２ａと、その周縁から張り出すフ
ランジ部２２ｂ（ドットを付した部分）とを有してなる
容器２２を２個組み合わせたケース２０を用い、容器２
２，２２間に電池要素１を挟み、リード２１を外部に引
き出した後、ケース２０内を真空状態とし、次いで該容
器２２のフランジ部２２ｂ同士を超音波溶着や加熱圧着
などにより気密に接合してもよい。このケース２０の場
合、２個の容器２２同士は別体であってもよく、一連と
なっていてもよい。一連の場合、次のケース３０と同様
に２ツ折り状に折り返すことにより容器２２，２２間に
電池要素１を挟むことができる。

【００６９】また、図１０に示すケース３０のように、
容器部３１と蓋部３２とが一連となったケース３０を用
いてもよい。この容器部３１は、収容部３１ａとフラン
ジ部３１ｂとを有する。この収容部３１ａに電池要素１
が収容され、蓋部３２を折り返すようにして該容器部３
１のフランジ部３１ｂに重ね合わせる。この際、リード
２１を蓋部３２とフランジ部３１ｂとの間から外部へ引
き出す。次いで、ケース３０内を真空状態とし、蓋部３
２とフランジ部３１ｂとを超音波溶着や加熱圧着などに
より気密に接合する。

【００７０】このケース３０は容器部３１と蓋部３２と
が一連となっているが、別体であってもよい。

【００７１】このケース２０，３０は、例えばシートに
対し絞り加工を施すことにより形成することができる。

【００７２】上記のケース２０，３０は、形状可変性を
有することが好ましい。その結果、電池の形状を様々に
変更することが容易に可能となる。また、ケース２０，
３０の内部を真空状態とした後、ケース２０，３０の周
縁部を封止することにより、電池要素１に押し付け力を
付与することができ、この結果、サイクル特性等の電池
特性を向上させることができる。

【００７３】ケース２０，３０の材料としては、アルミ
ニウム、ニッケルメッキをした鉄、銅等の金属、合成樹
脂等を用いることができるが、好ましくは金属と合成樹
脂が積層されたラミネート状の複合材が用いられる。こ
のラミネート状の複合材を用いることにより、ケース部
材の薄膜化・軽量化が可能となり、電池全体としての容
量を向上させることができる。また、ケースに形状可変
性を付与できる。

【００７４】ラミネート状複合材としては、図１１
（Ａ）に示すように、金属層４０と合成樹脂層４１が積
層されたものを使用することができる。この金属層４０
は水分の浸入の防止あるいは形状保持性を維持させるも
ので、アルミニウム、鉄、銅、ニッケル、チタン、モリ
ブデン、金等の単体金属やステンレス、ハステロイ等の
合金又は酸化アルミニウム等の金属酸化物でもよい。特
に加工性の優れたアルミニウムが好ましい。

【００７５】金属層４０の形成は、金属箔、金属蒸着
膜、金属スパッター等を用いて行うことができる。

【００７６】合成樹脂層４１は、ケース部材の保護ある
いは電解質による侵触を防止したり、金属層と電池要素
等との接触を防止したり、あるいは金属層の保護のため
に用いられるもので、本発明において合成樹脂は、弾性
率、引張伸び率は制限されるものではない。従って本発
明における合成樹脂は一般にエラストマーと称されるも
のも含むものとする。

【００７７】合成樹脂としては、熱可塑性プラスチッ
ク、熱可塑性エラストマー類、熱硬化性樹脂、プラスチ
ックアロイが使われる。これらの樹脂にはフィラー等の
充填材が混合されているものも含んでいる。

【００７８】また、ラミネート状複合材は、図１１
（Ｂ）に示すように金属層４０の外側面に外側保護層と
して機能するための合成樹脂層４１を設けると共に、内
側面に電解質による腐蝕や金属層と電池要素との接触を
防止したり金属層を保護するための内側保護層として機
能する合成樹脂層４２を積層した三層構造体とすること
ができる。

【００７９】この場合、外側保護層に使用する樹脂は、
好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリオ
レフィン、アイオノマー、非晶性ポリオレフィン、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリアミド等耐薬品性や機械
的強度に優れた樹脂が望ましい。

【００８０】内側保護層としては、耐薬品性の合成樹脂
が用いられ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変
性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン−酢酸ビニ
ル共重合体等を用いることができる。

【００８１】また、複合材は図１２に示すように金属層
４０と保護層形成用合成樹脂層４１、耐蝕層形成用合成
樹脂層４２間にそれぞれ接着剤層４３を設けることもで
きる。さらにまた、ケース部材同士を接着するために、
複合材の最内面に溶着可能なポリエチレン、ポリプロピ
レン等の樹脂からなる接着層を設けることもできる。こ
れらの金属、合成樹脂あるいは複合材を用いてケースが
形成される。ケースの成形はフィルム状体の周囲を融着
して形成してもよく、シート状体を真空成形、圧空成
形、プレス成形等によって絞り成形してもよい。また、
合成樹脂を射出成形することによって成形することもで
きる。射出成形によるときは、金属層はスパッタリング
等によって形成されるのが通常である。

【００８２】

【実施例】実施例１下記の方法によって図１，２に示す電池要素を製造し
た。

【００８３】正極の製造３０ｍｍ×４５ｍｍで厚さ２５μｍのアルミ箔の上にＬ
ｉＣｏＯ_２、アセチレンブラック及びＰＶＤＦ（ポリフ
ッ化ビニリデン）を含む塗料を塗布、乾燥し、厚さ６５
μｍの正極活物質シートとした。なお、アルミ箔の一部
は延長され幅３ｍｍのリード結合用のタブとした。

【００８４】負極の製造３１ｍｍ×４６ｍｍで厚さ２５μｍの銅箔の上に、グラ
ファイトとＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を含む塗
料を塗布、乾燥し、厚さ５０μｍの負極活物質シートと
した。なお、銅箔の一部は延長され幅３ｍｍのリード結
合用のタブとした。

【００８５】積層ＬｉＰＦ_６をプロピレンカーボネートとエチレンカーボ
ネートの１：１混合溶媒に１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解さ
せた液にジエチレングリコールエチルエーテルアクリレ
ートとテトラエチレングリコールジアクリレートを溶解
させ、開始剤としてｔ−ブチルパーオキシ−２−エトキ
シヘイサノエートを前述の溶液に添加して電解質原料を
得た。

【００８６】上記の正極上に厚さ６０μｍのポリプロ
ピレン／ポリエチレン混合不織布を載置した後、上記電
解質原料を含浸させた。負極上にも上記電解質原料を含
浸した後、正極と負極とを活物質層を内側にして積層し
た。次いで、これを９０℃で２０分間加熱することによ
って電解質原料中のアクリレート系のモノマーを重合さ
せてポリアクリレート系ポリマーを形成させ、電解質原
料をゲル化し、正極１１、負極１２及び非流動性電解質
層１３よりなる平板状の単位電池を得た。さらにこの単
位電池を２５層積層することによって電池要素を得た。
この電池要素の寸法は３２ｍｍ×４７ｍｍ×５ｍｍであ
る。なお、各タブを積層し、リードを結合させることに
よって端子部とした。

【００８７】熱収縮フィルムの巻着の電池要素に図１の如く厚さ５０μｍ、幅１５ｍｍ及
び長さ１１０ｍｍの軟質塩化ビニル製の熱収縮フィルム
のテープを巻き付けた。そして、巻き始めと巻き終りを
接着剤で接着した。次いで１３０℃、１ｍｉｎの加熱を
施して熱収縮フィルムを収縮させた。これにより各層が
強く密着した電池要素が得られた。

【００８８】実施例２図３，４の通り中央の厚みが３ｍｍであり、長手方向の
側縁部の厚みが０．５ｍｍのスペーサ８を介在させ、幅
２０ｍｍの熱収縮フィルムフィルムを巻装し、同様にし
て熱収縮させた。これにより、電池要素の各要素が全体
にわたって均一に密着した電池要素が得られた。

【００８９】これら実施例１，２の電池要素をそれぞれ
図９，１０のようにケース内に収容し、真空封止したと
ころ、耐久性、耐衝撃性の良好な電池が得られた。

【００９０】実施例３下記の方法によって図７，１３及
び１０に示す電池を製造した。

【００９１】正極の製造３０ｍｍ×５０ｍｍで厚さ２０μｍのアルミ箔の上にＬ
ｉＣｏＯ_２、アセチレンブラック及びＰＶＤＦ（ポリフ
ッ化ビニリデン）を含む塗料を塗布、乾燥し、厚さ８０
μｍの正極活物質シートとした。なお、アルミ箔の一部
は延長され幅５ｍｍのリード結合用のタブとした。

【００９２】負極の製造３１ｍｍ×５１ｍｍで厚さ２０μｍの銅箔の上に、グラ
ファイトとＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を含む塗
料を塗布、乾燥し、厚さ６０μｍの負極活物質シートと
した。なお、銅箔の一部は延長され幅５ｍｍのリード結
合用のタブとした。

【００９３】積層ＬｉＰＦ_６をプロピレンカーボネートとエチレンカーボ
ネートの１：１混合溶媒に１ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解さ
せた液にジエチレングリコールエチルエーテルアクリレ
ートとテトラエチレングリコールジアクリレートを溶解
させ、開始剤としてｔ−ブチルパーオキシ−２−エトキ
シヘイサノエートを前述の溶液に添加して電解質原料を
得た。

【００９４】上記の正極上に厚さ１５μｍのポリエチ
レン多孔膜を載置した後、上記電解質原料を含浸させ
た。負極上にも上記電解質原料を含浸した後、正極と負
極とを活物質層を内側にして積層した。次いで、これを
９０℃で２０分間加熱することによって電解質原料中の
アクリレート系のモノマーを重合させてポリアクリレー
ト系ポリマーを形成させ、電解質原料をゲル化し、正極
１１、負極１２及び非流動性電解質層１３よりなる平板
状の単位電池を得た。さらにこの単位電池を２０層積層
することによって図７のような電池要素を得た。この電
池要素の寸法は３２ｍｍ×５１ｍｍ×３．１ｍｍであ
る。なお、各タブを積層し、リードを結合させることに
よって端子部とした。

【００９５】熱収縮フィルムによる包装の電池要素を、リードの突出方向を開口方向に向けて
サイズ３６ｍｍ×５６ｍｍの熱収縮前の袋状の軟質塩ビ
に収納し、これを温度１００〜２００℃（平均温度１３
０℃）にて熱収縮させることによって、電池要素のリー
ド近傍を除いてほぼ全体を熱収縮フィルムにて密着包装
した図１３のような電池要素とした。

【００９６】ケースへの収納の電池要素を、図１０の符号３０で示すような、絞り
加工によって形成された収納部３１ａとフランジ部３１
ｂとを有する容器部３１と蓋部３２とが一連となったケ
ースの収納部に収納した。電池要素のリード２１を外部
へ引き出した上で、蓋部３２を折り返すようにして容器
部３１のフランジ部３１ｂに重ね合わせて、真空下でフ
ランジ部３１ｂと蓋部３２とを熱融着させた。

【００９７】この際使用したケースの材料は、内側から
順に３０μｍのポリプロピレン、４０μｍのアルミニウ
ム及び２５μｍのポリアミドからなるラミネート状複合
材であった。

【００９８】得られた電池は、製造が容易で電池要素の
各層間の滑りもなく、安全で耐久性の優れたものであ
る。

【００９９】

【発明の効果】以上の通り、本発明によると電池要素を
構成する各層が強く密着した電池要素を効率良く製造で
きる。また、本発明によると、耐久性、耐衝撃性に優れ
た電池が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る電池要素の斜視図である。

【図２】図１の電池要素の拡大断面図である。

【図３】別の実施の形態に係る電池要素の斜視図であ
る。

【図４】図３のIV−IV線に沿う断面図である。

【図５】正極又は負極の模式的な断面図である。

【図６】電池要素の端子部分の構成を示す斜視図であ
る。

【図７】電池要素の別の構成例を示す断面図である。

【図８】複数の電池の要素タブとリードとの関係を示す
縦断面図である。

【図９】電池要素が２つのケース部材からなるケースに
収納された電池の一例を示す斜視図である。

【図１０】ケース部材の他の例を示す斜視図である。

【図１１】（Ａ），（Ｂ）図はそれぞれケース部材を構
成する複合材の一例を示す縦断面図である。

【図１２】複合材の他の例を示す縦断面図である。

【図１３】別の実施の形態に係る電池要素の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１電池要素２，３，９熱収縮フィルム４ａ，４ｂタブ８スペーサ１１正極１１ａ正極活物質１２負極１２ｂ負極活物質１３非流動性電解質層１５集電体２０，３０ケース２１リード４０金属層４１，４２合成樹脂層４３接着剤層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上田基範岡山県倉敷市潮通三丁目10番地三菱化学株式会社水島事業所内Ｆターム(参考） 5H011 AA09 CC02 DD09 DD21 FF02 GG09 HH01 5H029 AJ14 AK02 AK03 AL02 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 DJ02 DJ03 EJ12 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】積層された平板状の電極と電解質層とを
有する電池要素において、熱収縮フィルムによりこの積
層体が取り巻かれてなることを特徴とする電池要素。
【請求項２】請求項１において、積層方向と直交方向
に広がる積層体外面と該熱収縮フィルムとの間にスペー
サが介在されていることを特徴とする電池要素。
【請求項３】請求項２において、該スペーサは硬質材
よりなることを特徴とする電池要素。
【請求項４】請求項２又は３において、該スペーサは
中央部が側縁部よりも厚みが大きいことを特徴とする電
池要素。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項におい
て、電解質層が非流動性電解質を含むことを特徴とする
電池要素。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項におい
て、積層体が袋状の熱収縮フィルムで密着包装されてな
ることを特徴とする電池要素。
【請求項７】請求項１ないし６のいずれか１項の電池
要素をケース内に収納してなる電池。
【請求項８】請求項７において、ケースが形状可変性
を有しており、該ケースは真空封止されていることを特
徴とする電池。