JP2001160393A - 非水系二次電池 - Google Patents

非水系二次電池

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JP2001160393A
JP2001160393A JP34183199A JP34183199A JP2001160393A JP 2001160393 A JP2001160393 A JP 2001160393A JP 34183199 A JP34183199 A JP 34183199A JP 34183199 A JP34183199 A JP 34183199A JP 2001160393 A JP2001160393 A JP 2001160393A
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negative electrode
positive electrode
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Yoshio Kajiura
嘉夫 梶浦
Atsushi Suzuki
淳 鈴木
Nobuyuki Isshiki
信之 一色
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Kao Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 焼結体からなる複数の電極を含む電池の製造
において、電極の位置合わせを容易に行なうことができ
る非水系二次電池及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 正極と負極の少なくとも一方の電極が焼
結体であり、その焼結体を帯状集電体に所望の間隔の折
曲げ部位で離間して複数接合して電極シートを形成し、
折曲げ部位で電極シートを折曲げて、正極と負極とがセ
パレータを介し相対向するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、焼結体を電極に用
いる非水系二次電池及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯電話やノートパソコン等の普及に伴
い、高エネルギー密度の期待できるリチウム二次電池が
注目され、特に省スペースな薄型の角型電池への需要が
高まっている。現在の角型電池では、電極活物質、バイ
ンダー及び導電材等を混合した塗料を帯状の金属箔上に
塗布して塗膜とした正負両極が用いられ、これがセパレ
ータとともに巻回された後、押圧されて電池缶に収納さ
れている。
【0003】しかし、塗膜を用いる電極の場合、バイン
ダーや導電材等の電池容量に寄与しない材料を含むた
め、体積当りの容量が低いという問題があった。そこ
で、電極中の活物質の充填率を高めて容量を高める目的
から、リチウム複合酸化物の焼結体を正極に用いる技術
や(特開平8−180904号公報)、炭素質材料の焼
結体を負極に用いる技術(特開平5−299090号公
報)の試みがなされている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】少なくとも正極と負極
の一方が焼結体からなる電池を製造する場合には、焼結
体が曲げに弱いため、従来の塗膜電極を用いる場合のよ
うに、電極を巻回することはできない。一個の焼結体正
極と一個の焼結体負極とからなる単一の電極ユニットを
組み立てるには、正極と負極とをセパレータを介して対
向するように積層すれば良く、電極同士の位置合わせは
容易である。しかしながら、電池容量を大きくするため
に、正極と負極との組合せを多数含む電極ユニットから
なる電池を組み立てる場合には、複数の正極と負極とを
セパレータを介して対向するように正確に位置合わせす
る必要がある。そのため、電極及び電極ユニットを積層
するのに長時間を要したり、あるいは位置合わせのため
に高精度な装置を必要とする等の問題があった。また、
積層した後、電極積層体を移動させる時あるいは電池容
器への収納時に際して、電極相互の位置がずれ、対向す
る電極面積が減少し、完成した電池の容量が低下すると
いう問題があった。さらに、複数の正極及び負極への電
気伝導を確保するために、各電極に集電リードが必要と
なり、このリードの取りまとめが厄介であるという問題
もあった。
【0005】そこで、本発明は、上記問題を解決し、複
数の焼結体からなる電極を含む電池の製造において、複
数の電極の位置合わせを容易に、そして、電極相互の位
置がずれることなく、かつ、安価に製造できる非水系二
次電池の製造方法及び非水系二次電池を提供することを
課題とした。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明者らは、帯状集電体に焼結体からなる複数の
電極を所望の間隔の折曲げ部位で離間して接合し、折曲
げ部位で折重ねることにより、電極相互の位置合わせが
容易になり、複数の焼結体電極の積層が容易に行なえ、
各焼結体電極への集電も容易に行なえることを見出し
て、本発明を完成させたものである。
【0007】すなわち、本発明の非水系二次電池は、帯
状集電体を有する、正極と負極とがセパレータを介して
積層された積層用電極ユニットが複数積層された電極積
層体を有する電池であって、正極と負極の少なくとも一
方の電極が焼結体であり、かつ、上記集電体には、所望
の間隔の折曲げ部位で離間して上記焼結体が、複数接合
され、上記電極積層体には、正極と負極とが相対向して
配置されたことを特徴とする。
【0008】また、本発明の非水系二次電池は、正極と
負極とを、それぞれ、帯状正極集電体と帯状負極集電体
に所望の間隔の折曲げ部位を設けて複数接合させて用い
ることができる。
【0009】また、本発明の非水系二次電池は、正極と
負極のいずれか一方の電極を焼結体で構成し、他方の電
極は塗膜電極、すなわち、活物質とバインダーを含む塗
液を帯状集電体に塗布し、乾燥し集電体に接合させた塗
膜を電極に用いることもできる。さらに、折曲げ部位に
塗膜を形成しなくても良い。
【0010】本発明の非水系二次電池の製造方法は、正
極と負極の少なくとも一方が焼結体から成る非水系二次
電池の製造方法であって、1)帯状集電体の少なくとも
片面に、所望の間隔の折曲げ部位で離間して、焼結体を
複数接合した電極シートを形成する工程と、2)電極シ
ートをセパレータを介して折り曲げ、別体の集電体に接
合された他方の電極を上記一方の電極に相対向するよう
に配置して電極積層体を形成する工程と、3)電極積層
体を電池容器に収容する工程を含むことを特徴とする。
【0011】本発明の製造方法は、焼結体が、所望の間
隔の折曲げ部位で離間して複数接合された電極シートを
用いて電極積層体を形成するので、電極の位置合わせが
容易となる。したがって、より短時間で複数の正極と負
極とを相対向させて配置できる。
【0012】また、本発明の製造方法は、複数の正極を
含む正極シートと複数の負極を含む負極シートとを予め
位置合わせして、電極ユニットとし、これから電極積層
体を形成することができる。複数の正極と複数の負極と
は、それぞれが正極集電体と負極集電体に接合されてお
り、集電体と一体化している。そのため、複数の正極又
は複数の負極を別々に扱う必要がなく、電極の取扱いが
容易である。さらに、複数の正極と複数の負極とは、互
いに対向可能なように、所望の間隔の折曲げ部位で離間
して接合されているため、その折曲げ部位で折重ねるこ
とにより、複数の正極と負極の対向領域とを自動的に整
合させて積層でき、電極積層体を容易に製造することが
できる。また、正極や負極は集電体に接合されているた
め、電極積層体の移動時や電池容器への収納時において
も、正極や負極の位置がずれることはない。また、正極
と負極の焼結体は、帯状集電体と電気的にも一体化して
いるため、外部回路との接続に用いるリードは、正極シ
ートと負極シートにそれぞれ少なくとも一つあれば良
い。
【0013】また、本発明の製造方法には、正極と負極
を形成する工程において、正極集電体の片面に正極を接
合し、負極集電体の片面に負極を接合し、さらに、電極
積層体を形成する工程において、隣接する正極同士と負
極同士とを相対向させるように、積層用電極ユニットを
折曲げ部位で折曲げと折返しを交互に行なって折畳み、
電極積層体とする方法が含まれる。
【0014】また、本発明の製造方法には、正極と負極
を形成する工程において、正極集電体の両面に正極を接
合するとともに、負極集電体の両面に負極を接合し、さ
らに、電極積層体を形成する工程において、正極と負極
とを交互に対向するように、積層用電極ユニットを折曲
げ部位で折曲げて巻回して電極積層体とする方法が含ま
れる。
【0015】また、本発明の製造方法には、電極積層体
を形成する工程において、正極と負極の一方を電極シー
トとし、その電極シートにセパレータを積層後、1)セ
パレータを介して電極シートの端部の一方の電極上に他
方の電極を載置し、折曲げ部位で折曲げて他方の電極を
挟み、次いで、2)隣接する一方の電極同士を相対向さ
せるように、電極シートとセパレータとを折曲げ部位で
折返し、この1)及び2)の操作を複数回繰り返して電
極シートを折畳み、他方の電極と一方の電極とを相対向
させるように積層する方法が含まれる。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明は、非水系二次電池の中で
もリチウムイオンの吸蔵・放出が可能な活物質を含む、
正極と負極を有するリチウム二次電池に好適に用いるこ
とができる。よって、以下、リチウム二次電池について
の実施の形態について説明する。
【0017】実施の形態1.図1は、実施の形態1に係
る非水系二次電池の製造方法の製造工程を示す模式図で
ある。図1(A)は、積層用電極ユニット1の構造を示
す斜視図であり、積層用電極ユニット1は、セパレータ
11を介して対向する正極シート2と負極シート6とか
らなる。
【0018】正極シート2は、帯状正極集電体4とその
片面に接合された焼結体からなる複数の正極3とからな
る。複数の正極3は折曲げに必要な間隔を付与する複数
の折曲げ部位5を設けて離間するように接合されてい
る。また、負極シート6も、正極2と同様の構造を有
し、帯状負極集電体8とその片面に接合された焼結体か
らなる複数の負極7とからなり、複数の負極7は複数の
折曲げ部位10で離間するように接合されている。ま
た、負極シート6は、帯状負極集電体8の一端を長手方
向に伸ばし、負極リード9としている。
【0019】本実施の形態では、正極側の折曲げ部位5
と負極側の折曲げ部位10の間隔は概ね同じとなるよう
に設定してある。ここで、理想的には、折曲げの外側に
なる方の電極シートの折曲げ部位の間隔を電極積層体の
厚みの分だけ大きくすべきである。しかし、通常、電極
積層体の厚みが数百μm程度であるのに対し、電極の大
きさは10mm以上あることから、折曲げ部位の間隔を
概ね同じとしても差し支えない。そのため、例えば、正
極シート2と負極シート6のそれぞれの端部の1組の正
極3と負極7とを対向するように積層すれば、図1
(B)に示すように、すべての正極3と負極7とを対向
させた状態で積層用電極ユニット1を作製できる。ここ
で、図1(B)は、図1(A)のI−I′線での断面図
である。
【0020】次いで、積層用電極ユニット1を、図1
(C)に示すように、折曲げ部位5と折曲げ部位10と
で折曲げと折返しとを交互に行って折畳み、隣接する正
極3同士及び負極7同士を対向させるようにして折重ね
る。そして、積層用電極ユニット1を完全に折重ねた電
極積層体15を形成する(図1(D))。
【0021】次いで、電極積層体15の前方端部から伸
びる負極リード9を絶縁板16を通して負極端子20に
溶接する一方、電極積層体15の後方端部と最外層の正
極集電体を缶体17の底面と壁面とに接触させるように
電極積層体15を缶体17に収納する。(図1
(E))。
【0022】次いで、缶体17をガス抜き21を有する
蓋体18で密封し、レーザにより溶接する。そして、非
水環境下で缶体内に非水電解液を注入後、密封し、電池
とする(図1(F))。ここで、負極端子20は、絶縁
性パッキング19を介して蓋体18に固定されている。
【0023】本実施の形態に用いる正極には、以下の方
法により調製した焼結体を用いることができる。まず、
正極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵・放出の可
能な従来公知の何れの材料も使用できるが、例えば、L
xCoO2,LixNiO2,LixMnO2,LixMn2
4,LixMn2-y4等のリチウム遷移金属酸化物を用
いることが好ましい。そして、上記リチウム遷移金属酸
化物の焼結体は、例えば、以下の方法で製造できる。す
なわち、原料となるリチウム化合物と遷移金属化合物の
粉末を所定割合で混合し、その混合粉末を大気雰囲気下
で所定温度で仮焼後、仮焼粉末を圧縮成型して成型体と
し、これを所定温度で本焼成して焼結体とする。
【0024】また、上記リチウム遷移金属酸化物の焼結
体を正極集電体と接合するには、例えば、以下の方法を
用いることができる。すなわち、焼結体を集電体に圧着
し、集電体の融点より低い温度で加熱する。集電体にア
ルミニウムを用いた場合、加熱温度は、50〜600
℃、好ましくは100〜300℃、加熱時間は1秒以上
であれば、特に限定されない。また、加熱時の雰囲気は
特に限定されるものではないが、大気雰囲気又は非酸化
雰囲気が好ましい。
【0025】また、本実施の形態に用いる負極には、負
極活物質として公知のコークス、ガラス状炭素、黒鉛、
ピッチ等の炭素質材料の焼結体を用いても良く、また、
WO98/24135号公報に記載のケイ素と炭素質材
料との複合体からなる焼結体を用いても良い。
【0026】また、負極集電体との接合は、例えば、以
下の方法で行なうことができる。焼結体を集電体に圧着
し、集電体の融点より低い温度で加熱する。集電体に銅
を用いた場合、加熱温度は50〜1000℃、加熱時間
は1秒以上であれば特に限定されない。また、加熱時の
雰囲気は大気雰囲気又は非酸化雰囲気が好ましい。ある
いは、集電体上に活物質を含む塗膜を形成し、これを加
熱して焼結させても良い。
【0027】また、非水電解質としては、エチレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート等の有機溶媒に電解質
としてLiPF6等のリチウム化合物を溶解させた非水
電解液、又は高分子にリチウム化合物を固溶或いはリチ
ウム化合物を溶解させた有機溶媒を保持させた高分子固
体電解質を用いることができる。
【0028】実施の形態2.図2は、実施の形態2に係
る非水系二次電池の製造方法の工程を示す模式図であ
る。図2(A)〜(E)以外の工程及び電極の形成は、
実施の形態1と同様に行なうことができる。
【0029】図2(A)は、積層用電極ユニット1′の
構造を示す斜視図である。正極シート2′と負極シート
6′の両面にはそれぞれ、焼結体からなる複数の正極3
と複数の負極7とが接合されている。ここで、正極シー
ト2′の端部は、巻回時に最外層となるため、正極集電
体4の片面のみに正極を接合すれば良い。また、正極側
の折曲げ部位5′と負極側の折曲げ部位10′の間隔
を、集電体の長手方向に沿って増加させ、巻回時の巻き
代としている。また、負極シート6′には、横方向に突
出した帯状のリード9が接続されている。
【0030】正極シート2′と負極シート6′とを、正
極シート2′の両面を折曲げられた1枚のセパレータに
より挟み、図2(B)に示すように積層し、積層用ユニ
ット1′とする。ここで、図2(B)は、図2(A)の
II−II′線での断面図である。
【0031】次いで、積層用電極ユニット1′を、図2
(C)に示すように、折曲げ部位5′,10′で巻回
し、複数の正極3と複数の負極7とがセパレータ11を
介して交互に対向した状態で積層し、電極積層体15′
とする(図2(D))。
【0032】次いで、負極シート6′の横方向に突出し
た帯状の負極リード9を絶縁板16を通して負極端子2
0に溶接する一方、負極リード9の反対方向から電極積
層体15′を缶体17に収容し、電極積層体15′の最
外層の正極集電体と缶体17の壁面とを接触させる(図
2(E))。そして、以降は実施の形態1と同様の方法
により電池が作製される(図2(F))。
【0033】本実施の形態によれば、正極シートと負極
シートの両面に、それぞれ、複数の正極と複数の負極を
有しているので、片面のみに正極又は負極を有する場合
に比べ、活物質量を増加させることができるため、電池
のエネルギー密度をより大きくすることができる。
【0034】実施の形態3.本実施の形態では、図1又
は図2において、正極3又は負極7のいずれかを塗膜電
極とした以外は、実施の形態1又は2と同様の方法によ
り電池を作製できる。塗膜電極の形成には、焼結体電極
を形成する場合と異なり、高温での熱処理が不要であ
る。そのため、本実施の形態によれば、正極及び負極に
焼結体を用いる場合に比べ、より簡便に電極を形成する
ことができる。
【0035】ここで、塗膜電極としては、活物質とバイ
ンダーを含む塗液を帯状集電体に塗布し、乾燥して、集
電体に接合したものを用いることができる。例えば、負
極には、負極活物質としてケイ素と炭素質材料との複合
体あるいは炭素質材料を含む塗膜を用いることができ、
正極には、リチウム遷移金属酸化物を含む塗膜を用いる
ことができる。
【0036】実施の形態4.図3は、実施の形態4に係
る非水系二次電池の製造方法の製造工程を示す模式図で
ある。図3(A)は、正極シート2の構造を示す斜視図
であり、図3(B)は、図3(A)のIII−III′
線における断面図である。ここで、図3(B)には、正
極シート2端部の正極3の上に、片面が負極集電体8′
に接合された負極7の対が載置されている。正極シート
2は、帯状正極集電体4と、その片面に形成された焼結
体からなる複数の正極3とからなる。複数の正極3は折
曲げに必要な間隔を付与する複数の折曲げ部位5を設け
て離間するように接合されている。
【0037】次いで、正極シート2の端部の折曲げ部位
で折曲げて、セパレータ11を介して隣接する正極3
で、焼結体からなり、セパレータ11を介し正極3上に
載置された負極7の対を挟み、そして、隣接する正極3
同士を相対向させるように、正極シート2とセパレータ
11とを折曲げ部位5で折返す(図3(B),
(C))。この操作を複数回繰り返して正極シート2を
折畳み、正極と負極とを相対向させるように積層し、電
極積層体15を形成する(図3(D))。
【0038】負極には、例えば、矩形の負極集電体8′
に接合した焼結体からなる負極7の対を用いることでき
る。負極集電体8′はその一端に突出した帯状の負極リ
ード9を有している。そして、電極積層体15の前方端
部から伸びる複数の負極リード9を一本に束ねて負極接
続導体12とする(図3(D))。
【0039】次いで、負極接続導体12を絶縁板16を
通して負極端子20に溶接する一方、電極積層体15の
後方端部と最外層の正極集電体を缶体17の底面と壁面
とに接触させるように電極積層体15を缶体17に収納
する。(図1(E))。以降は、実施の形態1と同様の
方法により、電池を作製する(図3(F))。
【0040】ここで、正極シートの替わりに、焼結体か
らなる複数の負極を含む負極シートを用い、焼結体負極
の替わりに、焼結体正極を用いることもできる。
【0041】本実施の形態4では、各焼結体電極を挟ん
でから焼結体電極のシートを折返すようにしたので、電
極の位置合わせが容易で、電極の位置ずれを防止でき
る。
【0042】
【実施例】実施例. (1)正極の調製 炭酸リチウム粉末と炭酸コバルト粉末をモル比でLi/
Co=1/1となるように混合し、大気雰囲気中で80
0℃、5時間仮焼した。次いでこれを粉砕し、平均粒子
径5μmの球状ポリメチルメタクリレート(PMMA)
粒子を仮焼粉に対して5wt%混合して押し固め、大気
雰囲気中で900℃、10時間熱処理を施して比重3.
0g/cm3、空孔率41%の角型板状焼結体からなる
正極を得た。
【0043】上記正極2枚を、折曲げ部位の間隔だけ所
定距離離間して厚さ14μmのアルミ箔上に配置して圧
着保持し、そのまま300℃まで加熱し、正極をアルミ
箔に接合して正極を作製した。室温まで冷却後、剥離試
験を行ってアルミ箔と正極が接合していることを確認し
た。正極の寸法は、厚さ94μm、縦2cm、横4cm
であった。
【0044】(2)負極の調製 次に、予めポリ弗化ビニリデン3部をn−メチル−2−
ピロリドン70重量部に溶解しておき、この溶液に粒子
径10μm程度の天然黒鉛27重量部を添加して振動ミル
で10分混合し塗料を作製した。作製した塗料をベーカ
ーアプリケーターを用いて厚さ14μmの銅箔上に塗布
し、上記正極と同一形状で厚さ74μmの負極塗膜を2
つ、正極の折曲げ部位と概ね同じ間隔の折曲げ部位の間
隔だけ離間して作製し、これを負極とした。
【0045】(3)電池の作製 正極と負極とをポリエチレン多孔膜からなるセパレータ
を介して積層し積層用電極ユニットとした。この積層用
電極ユニットを、折曲げ部位で折曲げ、折畳んで電極積
層体を作製した。この電極積層体を絶縁性フィルムで被
覆し素電池体とし、この素電池体を角型の電池缶に詰め
てエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの体積
比1:1混合溶媒に1mol/Lの六フッ化リン酸リチ
ウムを加えた電解液を注入後、電池缶を封口して電池を
作製した。
【0046】上記の方法によれば、2個の正極が正極集
電体に接合されて一体化されているため、正極を1個ず
つ扱う場合に比べ、取り扱いが容易であった。さらに、
電池を40個作製して充放電試験を行なった結果、すべ
ての電池で活物質量に対応した充放電容量が得られた。
【0047】
【発明の効果】本発明は、以上、述べたように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を有する。本
発明のうちで請求項1に記載の発明によれば、正極と負
極の少なくとも一方が帯状集電体に所望の間隔の折曲げ
部位で離間して複数接合され、正極と負極とが相対向し
て配置された電極積層体を有しているので、焼結体から
なる電極を積層する場合においても、正極と負極とが正
確に位置合わせされ、電極相互の位置がずれることがな
く、また、正極と負極のリードがそれぞれ少なくとも一
つあれば良いので集電が容易となり、信頼性の高い非水
系二次電池を提供できる。
【0048】また、請求項2に記載の発明によれば、正
極と負極の少なくとも一方の電極が、帯状集電体の少な
くとも片面に、所望の間隔の折曲げ部位で離間して複数
接合された電極シートを形成し、次いで、その電極シー
トを折り曲げ、集電体に接合された他方の電極をセパレ
ータを介して上記一方の電極に相対向するように配置し
て電極積層体を形成し、そして、その電極積層体を電池
容器に収容するようにしたので、焼結体からなる複数の
電極を積層するに際し、複数の正極と負極とを正確、か
つ、容易に位置合わせして積層できるため、安価に電池
の製造を行なうことができるとともに、信頼性の高い電
池を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1に係る非水系二次電池
の製造方法を示す工程図である。
【図2】 本発明の実施の形態2に係る非水系二次電池
の製造方法を示す工程図である。
【図3】 本発明の実施の形態4に係る非水系二次電池
の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
1,1′ 積層用電極ユニット、2,2′ 正極シート、
3 正極、4 正極集電体、5,5′,10,10′ 折
曲げ部位、6,6′ 負極シート、7 負極、8,8′
負極集電体、9 負極リード、11 セパレータ、12
負極接続導体、13 正極積層体、15,15′ 電
極積層体、16,16′ 素電池体、17絶縁板、18
負極接続導体、19 正極接続導体、20 缶体、2
1 缶体の底壁、22 缶体の側壁、23 缶体の上面
開口部、24 蓋体、25 絶縁パッキング、26 負
極端子、27 安全弁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一色 信之 和歌山県和歌山市湊1334番地 花王株式会 社研究所内 Fターム(参考) 5H014 AA04 AA06 BB05 CC01 5H017 AA03 AS01 BB04 CC27 5H029 AJ14 AK03 AL06 AL07 AM03 AM07 BJ02 BJ12 BJ15 CJ03 DJ02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯状集電体を有する、正極と負極とがセ
    パレータを介して積層された積層用電極ユニットが複数
    積層された電極積層体を有する電池であって、 正極と負極の少なくとも一方の電極が焼結体であり、か
    つ、上記集電体には、所望の間隔の折曲げ部位で離間し
    て焼結体が複数接合され、 電極積層体には、正極と負極とが相対向して配置された
    非水系二次電池。
  2. 【請求項2】 正極と負極の少なくとも一方の電極が焼
    結体から成る非水系二次電池の製造方法であって、 1)帯状集電体の少なくとも片面に、所望の間隔の折曲
    げ部位で離間して、焼結体を複数接合した電極シートを
    形成する工程と、 2)電極シートを折り曲げ、別体の集電体に接合された
    他方の電極をセパレータを介して上記一方の電極に相対
    向するように配置して電極積層体を形成する工程と、 3)電極積層体を電池容器に収容する工程を含む非水系
    二次電池の製造方法。
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