JP2001167798A

JP2001167798A - 固体電解質電池

Info

Publication number: JP2001167798A
Application number: JP2000301412A
Authority: JP
Inventors: Goro Shibamoto; 悟郎柴本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2001-06-22
Anticipated expiration: 2020-09-29
Also published as: JP4055345B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電池が圧壊しても損傷を最小限に抑えること
ができる。【解決手段】帯状の正極集電体の両面に正極活物質層
が形成されてなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負
極活物質層が形成されてなる負極とが、固体電解質層を
介して積層され、長手方向に巻回されてなる巻回体を有
する。そして、上記巻回体が、最外周部となる電極の長
さ方向の一端部に、集電体の片面が露出している集電体
片面露呈部分を有し、その集電体片面露呈部分が、巻回
体の外周を１周以上覆っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、帯状の正極と、帯
状の負極とが固体電解質層（さらには、必要に応じてセ
パレータ）を介して積層され、長手方向に巻回されてな
る電極巻回体を備えた固体電解質電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、ポータブル
化、高性能化に伴い、エネルギー貯蔵源である電池の小
型化、高容量化が急がれており、その中でも、高作動電
圧、高エネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池
が注目されている。現在のリチウムイオン二次電池に使
用されている電解質は非水電解液であり、これには電解
液の漏液という問題を抱えている。この問題を解決する
方法として、ゲル状電解質、固体電解質を用いた電池が
挙げられる。これらの電池は電解液の漏液問題がない、
電池の薄型化が可能、フレキシビリティがあるという利
点を有していることから、小型携帯機器への適用が盛ん
になっている。

【０００３】ところで、薄型電池の構造であるが、従来
の技術では、帯状の正極と、セパレータと、帯状の負極
とを重ね合わせ、作製された素電池を巻回し、その後に
正極及び負極に電極端子を取り付け、プラスチックフィ
ルムのラミネート材に数カ所熱融着もしくは真空シール
することにより薄型電池を作製していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
固体電解質電池においては、電池が外部からの圧力によ
り押しつぶされたりする等、不慮の事故にあって、電池
内において正極と負極とが短絡することで、発熱や発煙
等により電池全体に損傷を与えるおそれがあった。ま
た、既存の電池はベタ塗り電極、すなわち電極集電体露
呈部分のない帯状電極を使用しており、この電極を用い
て巻回した際には最外周にも電極活物質層がきており、
この電極活物質層は未使用部分となるため、体積エネル
ギー密度的にもロスが生じる。

【０００５】本発明は上述したような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、電池が圧壊しても損傷を最小
限に抑えることができる固体電解質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】本発明の固体電解質電池
は、帯状の正極集電体の両面に正極活物質層が形成され
てなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負極活物質層
が形成されてなる負極とが、少なくとも固体電解質層を
介して積層され、長手方向に巻回されてなる巻回体を有
する。そして、本発明の固体電解質電池は、上記巻回体
が、最外周部となる電極の長さ方向の一端部に、集電体
の片面が露出している集電体片面露呈部分を有し、その
集電体片面露呈部分が、上記巻回体の外周を１周以上覆
っていることを特徴とする。

【０００７】上述したような本発明に係るゲル電解質電
池では、最外周部となる電極の一端部に集電体露呈部分
を有し、その集電体片面露呈部分が、上記巻回体の外周
を１周以上覆っているので、電池が圧壊して正極と負極
とが短絡しても、初期の段階において集電体露呈部分が
短絡により発生する熱を拡散するので、電極活物質層へ
の影響はほとんどなく、電池全体に損傷を及ぼさない。

【０００８】また、本発明においては、上記巻回体にお
いて、正極と負極とが固体電解質層及びセパレータを介
して積層され、巻回されていてもよい。

【０００９】正極、負極間に介在する層を固体電解質層
のみにした場合、電池の歩留まりが低下する傾向が見ら
れる。例えばゲル電解質層は、セパレータよりも軟らか
いことから、面方向に圧力が加わった場合に、正極・負
極間でショートが起こり、電池本来の役割を果たさなく
なる可能性があるからである。

【００１０】このような場合、セパレータを導入するこ
とにより、固体電解質層＋セパレータの合計厚さを固体
電解質層単独の場合に比べて薄くしても歩留まりは下が
らず、したがって、セパレータの導入により、歩留まり
良く高エネルギー密度の固体電解質電池が実現される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１２】本実施の形態に係るゲル電解質電池の一構
成例を図１及び図２に示す。このゲル電解質電池１は、
帯状の正極２と、正極２と対向して配された帯状の負極
３と、正極２と負極３との間に配されたゲル電解質層４
とを備える。そして、このゲル電解質電池１は、正極２
と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されるととも
に長手方向に巻回された、図３に示す電極巻回体５が、
絶縁材料からなる外装フィルム６により覆われて密閉さ
れている。そして、正極２には正極端子７が、負極３に
は負極端子８がそれぞれ接続されており、これらの正極
端子７と負極端子８とは、外装フィルム６の周縁部であ
る封口部に挟み込まれている。

【００１３】正極２は、図４に示すように、正極活物質
を含有する正極活物質層２ａが、正極集電体２ｂの両面
上に形成されている。この正極集電体２ｂとしては、例
えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。

【００１４】正極活物質層２ａは、まず、例えば正極活
物質と、導電材と、結着材とを均一に混合して正極合剤
とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状に
する。次にこのスラリーをドクターブレード法等により
正極集電体２ｂ上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶
剤を飛ばすことにより形成される。ここで、正極活物
質、導電材、結着材及び溶剤は、均一に分散していれば
よく、その混合比は問わない。

【００１５】ここで、正極活物質としてはリチウムと遷
移金属との複合酸化物が用いられる。具体的に、正極活
物質としては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂
Ｏ₄等が例示される。遷移金属元素は１種類のみの使用
だけでなく、２種類以上の使用も可能である。ＬｉＮｉ
_0.5Ｃｏ_0.5Ｏ₂等がその例として挙げられる。

【００１６】また、導電材としては、例えば炭素材料等
が用いられる。また、結着材としては、例えばポリフッ
化ビニリデン等が用いられる。また、溶剤としては、例
えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。

【００１７】そして、正極２は、図４に示すように、長
さ方向の一端部に、正極集電体２ｂの一方の面にのみ正
極活物質層２ａが形成され、正極集電体２ｂの他方の面
が露出している正極集電体片面露呈部分１０ａを有して
いる。

【００１８】この正極集電体片面露呈部分１０ａが形成
されている側の端部は、電極巻回体５とされたときには
電極巻回体５の外周側となる。そして、この正極集電体
片面露呈部分１０ａは、図５に示すように、電極巻回体
５の外周を１周以上覆うこととなる。ここで、電極巻回
体５の最外周部分において、正極集電体片面露呈部分１
０ａに対向して負極３は配されておらず、正極集電体片
面露呈部分１０ａのみが電極巻回体５の外周を覆ってい
る。

【００１９】さらに、この正極集電体片面露呈部分１０
ａの、電極巻回体５とされたときに外周側となる端部
は、正極活物質層２ａが形成されず、正極集電体２ｂの
両面が露出している正極集電体両面露呈部分１０ｂとさ
れている。そして、この正極集電体両面露呈部分１０ｂ
は、図５に示すように、電極巻回体５の外周を１周以上
覆う正極集電体片面露呈部分１０ａの外側を更に１周以
上覆うこととなる。ここで、以下の説明において、上記
正極集電体片面露呈部分１０ａと上記正極集電体両面露
呈部分１０ｂとを併せて単に正極集電体露呈部分１０と
称する場合がある。

【００２０】また、正極２は長さ方向の他端部に、スポ
ット溶接又は超音波溶接で接続された正極端子７を有し
ている。この正極端子７は、金属箔、網目状のものが望
ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通が
とれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端
子７の材料としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウ
ム等が挙げられる。

【００２１】正極端子７は、負極端子８と同じ方向に出
ていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能に
も問題が起こらなければ、どの方向に出ていようが問題
はない。また、正極端子７の接続箇所は、電気的接触が
とれているのであれば、取り付ける場所、取り付ける方
法は上記の例に限られない。

【００２２】また、負極３は、図６に示すように、負極
活物質を含有する負極活物質層３ａが、負極集電体３ｂ
の両面上に形成されている。この負極集電体３ｂとして
は、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。

【００２３】負極活物質層３ａは、まず、例えば負極活
物質と、導電材と、結着材とを均一に混合して負極合剤
とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状に
する。次にこのスラリーをドクターブレード法等により
負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を
飛ばすことにより形成される。ここで、負極活物質、導
電材、結着材及び溶剤は、均一に分散していればよく、
その混合比は問わない。

【００２４】負極活物質としては、Ｌｉをドープ・脱ド
ープ可能な材料が用いられる。具体的に、負極活物質と
しては、グラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等
が挙げられる。

【００２５】また、導電材としては、例えば炭素材料等
が用いられる。また、結着材としては、例えばポリフッ
化ビニリデン等が用いられる。また、溶剤としては、例
えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。

【００２６】そして、負極３は、図６に示すように、長
さ方向の一端部に、負極集電体の一方の面にのみ負極活
物質層３ａが形成され、負極集電体３ｂの他方の面が露
出している負極集電体片面露呈部分１１ａを有してい
る。この負極集電体片面露呈部分１１ａが形成されてい
る側の端部は、電極巻回体５とされたときには電極巻回
体５の内周側となる。

【００２７】このように、負極３の一端部に負極活物質
層３ａが形成されていないのは、巻回を行う際に、初め
は図７に示すような折り込みをするからである。折り込
みをした際に、この部分の負極活物質層３ａは未反応部
分となるため、負極活物質層３ａを形成すると、体積エ
ネルギー密度のロスとなる。

【００２８】また、負極３は長さ方向の一端部に、スポ
ット溶接又は超音波溶接で接続された負極端子８を有し
ている。この負極端子８は、金属箔、網目状のものが望
ましいが、電気化学的及び化学的に安定であり、導通が
とれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端
子８の材料としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウ
ム等が挙げられる。

【００２９】負極端子８は、正極端子７と同じ方向に出
ていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能に
も問題が起こらなければ、どの方向に出ていようが問題
はない。また、負極端子８の接続箇所は、電気的接触が
とれているのであれば、取り付ける場所、取り付ける方
法は上記の例に限られない。

【００３０】ゲル電解質は、非水溶媒と、電解質塩と、
マトリクスポリマとを含有する。

【００３１】非水溶媒としては、非水電解液の非水溶媒
として用いられてる公知の溶媒を用いることが出来る。
これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種
を所定の組成で混合してもよい。その中でも特に、例え
ばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ
−ブチロラクトン等の環状エステル化合物を１種もしく
は２種以上混合したものが好ましい。

【００３２】電解質塩としては、上記非水溶媒に溶解す
るものを用いることができる。カチオンにはリチウム等
のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンが挙げ
られる。また、アニオンとしては、Ｃｌ^-、Ｂｒ^-、
Ｉ^-、ＳＣＮ^-、ＣｌＯ₄ ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃
^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ^-等が挙げられる。そして、これ
らのカチオンとアニオンとを組み合わせて得られる電解
質塩が用いられる。用いられる電解質塩としては、例え
ばＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄が例として挙げられる。

【００３３】なお、電解質塩濃度は、上記溶媒に溶解す
ることができる濃度であれば問題ない。

【００３４】そして、マトリクスポリマは、上記非水溶
媒に上記電解質塩が溶解されてなる電解液をゲル化する
ものである。このようなマトリクスポリマとして具体的
には、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリ
デン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリフッ化
ビニリデン−テトラフルオロプロピレン共重合体、ポリ
アクリロニトリル、ポリアクリロニトリル−酢酸ビニル
共重合体、ポリアクリロニトリル−ブタジエン共重合
体、ポリアクリロニトリル−スチレン共重合体、ポリメ
タクリル酸メチル、ポリエチレンオキサイド、ポリエチ
レンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体等が挙
げられる。これらのポリマは、１種類を単独で用いても
よいし、２種類以上を混合して用いてもよい。

【００３５】外装フィルム６は、正極２と負極３とがゲ
ル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻
回されてなる電極巻回体５を密閉パックするものであ
る。この外装フィルムは、例えば順にポリエチレンテレ
フタレート層、アルミニウム層、ポリエチレンテレフタ
レート層、直鎖状低密度ポリエチレン層の順に積層され
た防湿性、絶縁性の多層フィルムからなる。

【００３６】ここで、熱融着高分子膜は、直鎖状低密度
ポリエチレン層であり、電池を密閉する際には直鎖状低
密度ポリエチレン層が内側となる。なお、熱融着高分子
膜としては、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、
直鎖状低密度ポリエチレン、ポリプロピレン、高密度ポ
リエチレン及びそれらの共重合体が用いられる。

【００３７】外装フィルム６は、層内に少なくとも１層
のアルミニウム層が存在しており、且つ、熱融着性高分
子膜が少なくとも片面の表面に存在しており、かつ、防
湿性、絶縁性が保たれていれば上記の構成に限られるも
のではない。

【００３８】従来の固体電解質電池の圧壊による発熱や
発煙等の問題は、巻回体が押しつぶされて電池内部で正
極と負極とが短絡することにより発熱し、この熱により
反応が引き起こされて発煙するものと考えられる。

【００３９】上述したような構成を有する本発明のゲル
電解質電池１では、最外周部となる電極の一端部に正極
集電体露呈部分１０を有し、その集電体露呈部分１０
が、電極巻回体５の外周を１周以上覆っているので、電
池が圧壊して正極２と負極３とが短絡しても、初期の段
階において正極集電体露呈部分１０が、短絡により発生
する熱を拡散するので、電極活物質層への影響はほとん
どなく、電池全体に損傷を及ぼさない。

【００４０】さらに、このゲル電解質電池１では、正極
集電体片面露呈部分１０ａの外側をを正極集電体両面露
呈部分１０ｂが覆っているので、熱の拡散をより効率的
に行うことができ、信頼性をより高めることが出来る。

【００４１】つぎに、このようなゲル電解質電池１の製
造方法について説明する。

【００４２】まず、正極２としては、正極活物質と導電
材と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２ｂと
なる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、
乾燥することにより正極活物質層２ａが形成されて正極
シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、
公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤
に公知の添加剤等を添加することができる。

【００４３】ここで、正極合剤を正極集電体２ｂに塗布
する際、図４に示すように、正極集電体２ｂの一端部の
片面には正極合剤を塗布せず、正極集電体片面露呈部分
１０ａとする。この正極集電体片面露呈部分１０ａとさ
れた側は、電極巻回体５とされたときには電極巻回体５
の外周側となる。

【００４４】さらに、この正極集電体片面露呈部分１０
ａの一端部には、両面とも正極合剤を塗布せず、正極集
電体両面露呈部分１０ｂとする。この正極集電体両面露
呈部分１０ｂとされた側は、電極巻回体５とされたとき
には電極巻回体５の外周側となる。

【００４５】次に、正極シート上にゲル電解質層４を形
成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず、非水溶
媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そし
て、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく
攪拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質
溶液を得る。

【００４６】次に、この電解質溶液を正極シート上に所
定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマ
トリクスポリマがゲル化して、正極活物質２ａ及び正極
集電体露呈部分１０上にゲル電解質層４が形成される。

【００４７】次に、ゲル電解質層４が形成された正極シ
ートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接され
る部分のゲル電解質層４及び正極活物質層２ａを削り取
り、ここに例えばアルミニウム製のリード線を溶接して
正極端子７とする。このようにしてゲル電解質層４が形
成された帯状の正極２が得られる。

【００４８】また、負極３は、負極活物質と導電材と結
着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体３ｂとなる例
えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することによ
り負極活物質層３ａが形成されて負極シートが作製され
る。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用
いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等
を添加することができる。

【００４９】ここで、負極合剤を負極集電体３ｂ状に塗
布する際、図６に示すように、負極集電体の一端部の、
片面には負極合剤を塗布せず、負極集電体片面露呈部分
１１ａとする。この負極集電体片面露呈部分１１ａとさ
れた側の端部は、電極巻回体５とされたときには電極巻
回体５の内周側となる。

【００５０】次に、負極シート上にゲル電解質層４を形
成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず上記と同
様にして調製された電解質溶液を負極活物質層３ａ上に
所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することにより
マトリクスポリマがゲル化して、負極活物質３ｂ及び負
極集電体片面露呈部分１１ａ上にゲル電解質層４が形成
される。

【００５１】次に、ゲル電解質層４が形成された負極シ
ートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接され
る部分のゲル電解質層４及び負極活物質層３ａを削り取
り、ここに例えばニッケル製のリード線を溶接して負極
端子８とする。このようにしてゲル電解質層４が形成さ
れた帯状の負極３が得られる。

【００５２】そして、以上のようにして作製された帯状
の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４が形成された側
を対向させて張り合わせてプレスし、電極積層体とす
る。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回して電極
巻回体５とする。このとき、図５に示したように、この
正極集電体片面露呈部分１０ａは、電極巻回体５の外周
を１周以上覆うこととなる。さらに、正極集電体両面露
呈部分１０ｂは、電極巻回体５の外周を１周以上覆う正
極集電体片面露呈部分１０ａの外側を更に１周以上覆う
こととなる。

【００５３】最後に、この電極巻回体５を、絶縁材料か
らなる外装フィルム６によってパックするとともに、正
極端子７と負極端子８とを封口部に挟み込むことによ
り、ゲル電解質電池１が完成する。

【００５４】なお、本実施の形態に係るゲル電解質電池
１では、図８に示すように、負極３が、長さ方向の他端
部に、負極活物質層３ａが形成されず、負極集電体の両
面が露出している負極集電体両面露呈部分１１ｂを有し
ていても構わない。この負極集電体両面露呈部分１１ｂ
が形成されている側の端部は、電極巻回体５とされたと
きには電極巻回体５の外周側となる。そして、この負極
集電体両面露呈部分１１ｂは、図９に示すように、正極
集電体片面露呈部分１０ａと正極集電体両面露呈部分１
０ｂとの間に挟まれて巻回されることとなる。

【００５５】上述したようなゲル電解質電池１では、最
外周部となる電極の一端部に集電体露呈部分を有し、そ
の集電体露呈部分が、電極巻回体５の外周を１周以上覆
っているので、電池が圧壊しても、初めに正極集電体露
呈部分１０と負極集電体両面露呈部分１１ｂとが初めに
短絡する。そして、このゲル電解質電池１では、正極集
電体露呈部分１０と負極集電体両面露呈部分１１ｂとの
短絡により発生する熱を拡散するので、電極活物質層へ
の影響はほとんどなく、電池全体に損傷を及ぼさない。

【００５６】以上の各例では、正極と負極とを固体電解
質層のみを介して巻回し、巻回体を構成するようにして
いるが、歩留まりの向上やエネルギー密度の向上を目的
に、セパレータを介在させることも可能である。

【００５７】この場合、正極と負極を固体電解質及びセ
パレータを介して巻回し、巻回体を構成することにな
る。

【００５８】図１０乃至図１２は、図１乃至図７と同様
の構成の固体電解質電池において、セパレータを介在さ
せた例を示すものである。ここで、図１０は図２に、図
１１は図５に、図１２は図７にそれぞれ対応する。

【００５９】この例では、セパレータ１２がゲル電解質
層４の中央部に配された形になっており、正極２と負極
３は、これらセパレータ１２とゲル電解質層４の両者を
介して積層され、巻回された状態となっている。

【００６０】上記の構成とするためには、作製された帯
状の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４が形成された
側を対向させ、その間にセパレータ１２を入れて張り合
わせ、プレスして電極積層体とすればよい。

【００６１】図８及び図９に示す固体電解質電池におい
ても同様であり、図１３に示すように、ゲル電解質層４
が形成された正極２，負極３をセパレータ１２を介して
積層すればよい。この図１３は、図９の構成に対応する
ものである。

【００６２】上記セパレータ１２は、正極、負極間の短
絡を防ぐ目的を持っており、通常、絶縁性高分子の多孔
質膜等が用いられる。セパレータの材質としては、具体
的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビ
ニリデン等を挙げることができる。この場合、セパレー
タは１種類の材料から形成されたものに限らず、２種類
以上の材料を混合して作製されたものであってもよい。
あるいは、２種類以上の膜を張り合わせたものも使用可
能である。例えば、ポリエチレン−ポリプロピレンを張
り合わせたセパレータがその代表例である。

【００６３】上記セパレータの厚みであるが、５μｍ〜
１５μｍ程度にすることが望ましい。セパレータの厚さ
が５μｍ未満であると、歩留まりが低下する虞れがあ
る。逆に、セパレータの厚さが１５μｍを越えると、電
池内においてセパレータの占める割合が増加し、エネル
ギー密度の低下を招く。

【００６４】正負極間に介在するのが固体電解質層のみ
の場合には、片面に１５μｍ以上の固体電解質層を塗布
しないと、図１４に示すように歩留まり率が急激に下が
ることになる。

【００６５】これに対して、正負極間に固体電解質層及
びセパレータを介した場合には、例えばセパレータ１０
μｍ、正極固体電解質層８μｍ、負極固体電解質層８μ
ｍの合計２６μｍでも歩留まり率は下がらない。セパレ
ータが正負極間の短絡を抑えるためである。

【００６６】ところで、上述の構成の固体電解質電池に
おいては、通常、有機溶剤として環状カーボネート系の
プロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネー
ト（ＥＣ）を主として用いている。ＥＣやＰＣは粘性が
高く、満足する特性を出すためには、電極塗布膜厚みを
薄くすることが有効である。電極厚みを薄くした場合に
は、正負極間距離を短くすることによる効果は大きくな
る。

【００６７】そこで、固体電解質電池の正極塗布厚みを
４０μｍ、負極塗布厚みを５０μｍ、非水電解液系リチ
ウムイオン電池の正極塗布厚みを７０μｍ、負極塗布厚
みを７５μｍとして、正負極間距離とエネルギー密度の
相関を調べた。正負極間距離を２５μｍとしたときのエ
ネルギー密度を１００％とし、正負極間距離を大きくし
た場合、若しくは小さくした場合のエネルギー密度の増
減を図１５に示す。

【００６８】図１５に示すように、固体電解質電池の方
が正負極間距離に対するエネルギー密度の変化率が大き
く、したがって、固体電解質電池では、セパレータの導
入により電極間距離を短くすることが、エネルギー密度
を向上させる上で有効な手段であると言える。

【００６９】上述したような本実施の形態に係るゲル電
解質電池１は、円筒型、角型等、その形状については特
に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の
大きさにすることができる。

【００７０】なお、上述した実施の形態では、固体電解
質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質
を用いたゲル電解質電池１を例に挙げて説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有
しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適
用可能である。また、本発明は、一次電池についても二
次電池についても適用可能である。

【００７１】

【実施例】以下に示す実施例では、本発明の効果を確認
すべく、上述したような構成の固体電解質電池を作製
し、圧壊試験を行った。

【００７２】〈実施例１〉まず、正極を以下のようにし
て作製した。

【００７３】正極を作製するには、まず、炭酸リチウム
を０．５モルと、炭酸コバルトを１モルとを混合し、９
００℃の空気中で５時間焼成することにより正極活物質
となるＬｉＣｏＯ₂を得た。このＬｉＣｏＯ₂を９１重量
部と、導電剤としてグラファイトを６重量部と、結着剤
としてポリフッ化ビニリデンを３重量部とを混合し、Ｎ
−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。こ
のスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる
正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物
質層を形成した。

【００７４】このとき、正極合剤を正極集電体上に塗布
する際、正極集電体の一端部の片面には正極合剤を塗布
せず、正極集電体片面露呈部分とした。この正極集電体
片面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときには巻
回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機でプレス
して正極シートを得た。

【００７５】そして、以上のようにして作製された正極
シート上ににゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を
形成するには、まず、炭酸エチレンを４２．５重量部
と、炭酸プロピレンを４２．５重量部と、ＬｉＰＦ₆を
１５重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を３
０重量部と、マトリクスポリマーとして、ビニリデンフ
ルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７
対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロ
フランを６０重量部とを混合して溶解させることによ
り、ゾル状の電解質溶液を得た。

【００７６】次に、この電解質溶液を正極シート上に均
一に塗布した。その後、乾燥させてテトラヒドロフラン
を除去した。次に、この正極を返して、正極の他方の面
にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥した。このよ
うにして、正極シートの両面に厚さ１５．０μｍのゲル
電解質層を形成した。

【００７７】そして、ゲル電解質層が形成された正極シ
ートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解
質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム
製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして
正極を作製した。

【００７８】得られた正極は、長さ方向の一端部が、正
極集電体の他方の面が露出している正極集電体片面露呈
部分とされている。この正極集電体片面露呈部分が形成
されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体
の外周側となる。

【００７９】次に、負極を以下のようにして作製した。

【００８０】負極を作製するには、まず、黒鉛を９０重
量部と、ポリフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合
し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とし
た。このスラリーを、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極
集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層
を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極
シートを得た。

【００８１】次に、負極シート上にゲル電解質層を形成
した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして
調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗
布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。この
ようにして、負極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電
解質層を形成した。

【００８２】そして、ゲル電解質層が形成された負極シ
ートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解
質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製の
リードを溶接して負極端子とした。このようにして負極
を作製した。

【００８３】次に、上述のようにして作製された、両面
にゲル電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル
電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層体と
し、さらにこの積層体をその長手方向に、正極が外側、
負極が内側となるように巻回することにより電極巻回体
を得た。このとき、正極集電体片面露呈部分は、巻回体
の外周を１周以上覆うこととなる。

【００８４】最後に、この巻回体を、最外層から順に２
５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０
μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィル
ムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着す
ることによって封口し、巻回体を外装フィルム中に密閉
した。なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フ
ィルムの封口部に挟み込んだ。このようにしてゲル電解
質電池を完成した。

【００８５】〈実施例２〉実施例２では、以下のように
して正極を作製した。

【００８６】まず、実施例１と同様にして正極合剤スラ
リーを調製し、この正極合剤スラリーを正極集電体の両
面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成し
た。

【００８７】このとき、正極合剤を正極集電体上に塗布
する際、正極集電体の一端部の片面には正極合剤を塗布
せず、正極集電体片面露呈部分とした。この正極集電体
片面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときには巻
回体の外周側となる。さらに、この正極集電体片面露呈
部分の一端部には、両面とも正極合剤を塗布せず、正極
集電体両面露呈部分とした。この正極集電体両面露呈部
分とされた側は、巻回体とされたときには巻回体の外周
側となる。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シ
ートを得た。

【００８８】次に、正極シート上にゲル電解質層を形成
した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして
調製された電解質溶液を、正極シートの両面に均一に塗
布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。この
ようにして、正極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電
解質層を形成した。

【００８９】そして、ゲル電解質層が形成された正極シ
ートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解
質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム
製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして
正極を作製した。

【００９０】得られた正極は、長さ方向の一端部が、正
極集電体の他方の面が露出している正極集電体片面露呈
部分とされている。この正極集電体片面露呈部分が形成
されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体
の外周側となる。さらに、この正極集電体片面露呈部分
の、巻回体とされたときに外周側となる端部は、正極集
電体の両面が露出している正極集電体両面露呈部分とさ
れている。そして、この正極集電体両面露呈部分は、巻
回体の外周を１周以上覆う正集電体片面露呈部分の外側
を更に１周以上覆うこととなる。

【００９１】そして、以上のようにして得られた正極を
用いたこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電
池を完成した。

【００９２】このとき、得られるゲル電解質電池の巻回
体において、正極集電体片面露呈部分が、巻回体の外周
を１周以上覆い、さらにその外側を、正極集電体両面露
呈部分が１周以上覆うこととなる。

【００９３】〈実施例３〉実施例３では、以下のように
して負極を作製した。

【００９４】まず、実施例１と同様にして負極合剤スラ
リーを調製し、この負極合剤スラリーを負極集電体の両
面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成し
た。

【００９５】このとき、負極合剤を負極集電体上に塗布
する際、負極集電体の一端部の、片面には負極合剤を塗
布せず、負極集電体片面露呈部分とした。この負極集電
体片面露呈部分とされた側の端部は、巻回体とされたと
きには巻回体の内周側となる。乾燥後にロールプレス機
でプレスして負極シートを得た。

【００９６】次に、負極シート上にゲル電解質層を形成
した。ゲル電解質層を形成するには、実施例１と同様に
して調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一
に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。
このようにして、負極シート上に厚さ１５．０μｍのゲ
ル電解質層を形成した。

【００９７】そして、ゲル電解質層が形成された負極シ
ートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解
質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製の
リードを溶接して負極端子とした。このようにして負極
を作製した。

【００９８】得られた負極は、長さ方向の一端部が、負
極集電体の他方の面が露出している負極集電体片面露呈
部分とされている。この負極集電体片面露呈部分が形成
されている側の端部は、巻回体とされたときには巻回体
の内周側となる。

【００９９】そして、以上のようにして得られた負極を
用いたこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電
池を完成した。

【０１００】このとき、得られるゲル電解質電池の巻回
体において、負極集電体片面露呈部分が、巻回体の内周
を１周以上覆うことになる。

【０１０１】〈実施例４〉実施例４では、以下のように
して正極及び負極を作製した。

【０１０２】まず、実施例１と同様にして正極合剤スラ
リーを調製し、この正極合剤スラリーを正極集電体の両
面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成し
た。

【０１０３】このとき、正極合剤を正極集電体上に塗布
する際、正極集電体の一端部には、両面とも正極合剤を
塗布せず、正極集電体両面露呈部分とした。この正極集
電体両面露呈部分とされた側は、巻回体とされたときに
は巻回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機でプ
レスして正極シートを得た。

【０１０４】次に、正極シート上にゲル電解質層を形成
した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして
調製された電解質溶液を、正極シートの両面に均一に塗
布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。この
ようにして、正極シート上に厚さ１５．０μｍのゲル電
解質層を形成した。

【０１０５】そして、ゲル電解質層が形成された正極シ
ートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解
質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム
製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして
正極を作製した。

【０１０６】得られた正極は、長さ方向の一端部が、正
極集電体の両面が露出している正極集電体両面露呈部分
とされている。そして、この正極集電体両面露呈部分が
形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻
回体の外周側となる。

【０１０７】次に、以下のようにして負極を作製した。

【０１０８】まず、実施例１と同様にして負極合剤スラ
リーを調製し、この負極合剤スラリーを負極集電体の両
面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成し
た。

【０１０９】このとき、負極合剤を負極集電体上に塗布
する際、負極集電体の一端部の、両面に負極合剤を塗布
せず、負極集電体両面露呈部分とした。この負極集電体
片面露呈部分とされた側の端部は、巻回体とされたとき
には巻回体の外周側となる。乾燥後にロールプレス機で
プレスして負極シートを得た。

【０１１０】次に、負極シート上にゲル電解質層を形成
した。ゲル電解質層を形成するには、実施例１と同様に
して調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一
に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。
このようにして、負極シート上に厚さ１５．０μｍのゲ
ル電解質層を形成した。

【０１１１】そして、ゲル電解質層が形成された負極シ
ートを、帯状に切り出した。リード溶接部分のゲル電解
質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製の
リードを溶接して負極端子とした。このようにして負極
を作製した。

【０１１２】得られた負極は、長さ方向の一端部が、負
極集電体の両面が露出している負極集電体両面露呈部分
とされている。そして、この負極集電体両面露呈部分が
形成されている側の端部は、巻回体とされたときには巻
回体の外周側となる。

【０１１３】そして、以上のようにして得られた正極と
負極とを用いて、実施例１と同様にしてゲル電解質電池
を完成した。

【０１１４】このとき、得られるゲル電解質電池の巻回
体において、正極集電体両面露呈部分と負極集電体両面
露呈部分とが、ゲル殿電解質層を介して巻回体の外周を
１周以上覆うことになる。

【０１１５】〈比較例１〉正極合剤を正極集電体上に塗
布する際に、正極集電体露呈部分を設けず、また、負極
合剤を負極集電体上に塗布する際に、負極集電体露呈部
分を設けなかったこと以外は、実施例１と同様にしてゲ
ル電解質電池を作製した。

【０１１６】そして、上述のようにして作製されたゲル
電解質電池について、圧壊試験を行った。

【０１１７】まず、それぞれの電池を、０．２Ｃの電流
条件で４．２Ｖまで定電流充電し、４．２Ｖまで達した
後、定電圧充電を行い、所定の電流値でカットした。

【０１１８】そして、充電した電池を断熱材の上に設置
した後、外部より力を加えることにより電池を短絡させ
た。そして、そのときの外装フィルム表面の最高到達温
度を測定した。

【０１１９】以上の圧壊試験は、それぞれ５個のサンプ
ルについて行い、５個のサンプルにおける外装フィルム
表面の最高到達温度の平均値を算出した。その結果を表
１に示す。

【０１２０】なお、得られたゲル電解質電池のエネルギ
ー密度の測定結果についても、表１に併せて示す。

【０１２１】

【表１】

【０１２２】表１からも明らかなように、電極集電体露
呈部分を設けた実施例１〜実施例４の電池では、電極集
電体露呈部分を設けなかった比較例１の電池に比べて、
圧壊時の外装フィルム表面の最高到達温度がいずれも低
く抑えられていることがわかる。

【０１２３】これは、電池が圧壊されたときに、まず初
めに巻回体最外周の電極集電体露呈部分で短絡し、熱を
拡散させるため、電極活物質層に与える影響を最小限に
抑えることが出来るためであると考えられる。

【０１２４】次に、以下の実施例においては、セパレー
タを使用して同様の電池を作製し、その効果を確認し
た。

【０１２５】＜実施例５＞実施例１と同様にしてゲル電
解質電池を作製した。

【０１２６】ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の
正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積
層し、積層体とした。

【０１２７】また、正極及び負極上に形成されるゲル電
解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。

【０１２８】＜実施例６＞実施例２と同様にしてゲル電
解質電池を作製した。

【０１２９】ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の
正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積
層し、積層体とした。

【０１３０】また、正極及び負極上に形成されるゲル電
解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。

【０１３１】＜実施例７＞実施例３と同様にしてゲル電
解質電池を作製した。

【０１３２】ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の
正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積
層し、積層体とした。

【０１３３】また、正極及び負極上に形成されるゲル電
解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。

【０１３４】＜実施例８＞実施例４と同様にしてゲル電
解質電池を作製した。

【０１３５】ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の
正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積
層し、積層体とした。

【０１３６】また、正極及び負極上に形成されるゲル電
解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。

【０１３７】なお、得られるゲル電解質電池の巻回体に
おいて、正極集電体両面露呈部分と負極集電体両面露呈
部分とが、ゲル電解質層＋セパレータ、若しくはセパレ
ータのみを介して巻回体の外周を１周以上覆うことにな
るが、本実施例では、セパレータのみを介して作製し
た。

【０１３８】＜比較例２＞比較例１と同様にしてゲル電
解質電池を作製した。

【０１３９】ただし、ゲル電解質層が形成された帯状の
正極と負極の間に厚さ１０μｍのセパレータを入れて積
層し、積層体とした。

【０１４０】また、正極及び負極上に形成されるゲル電
解質層の厚さは、それぞれ８μｍとした。

【０１４１】これらの電池についても同様の圧壊試験を
行い、外装フィルム表面の最高到達温度の平均値を算出
した。その結果を表２に示す。

【０１４２】なお、得られたゲル電解質電池のエネルギ
ー密度の測定結果についても、表２に併せて示す。

【０１４３】

【表２】

【０１４４】表２からも明らかなように、電極集電体露
呈部分を設けた実施例５〜実施例８の電池は、先の実施
例１〜実施例４の電池に比べてエネルギー密度が高く、
しかも、実施例１〜実施例４の電池と同様に、電極集電
体露呈部分を設けなかった比較例２の電池に比べて、圧
壊時の外装フィルム表面の最高到達温度がいずれも低く
抑えられていることがわかる。

【０１４５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の固体電
解質電池では、電池が押し潰されたときに、初めに、電
極集電体露呈部分で短絡を起こして熱を拡散したため、
電極活物質層への影響はほとんどなく、発熱や発煙を抑
えることができる。

【０１４６】また、本発明の固体電解質電池では、電極
集電体露呈部分が巻回体の外周を一周以上覆っているの
で、電池が押し潰されたときの発熱や発煙をより抑える
ことができる。

【０１４７】従って、本発明では電池の損傷や周囲への
影響を最小限に抑えることができ、信頼性に優れた固体
電解質電池を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るゲル電解質電池の一構成例を示す
斜視図である。

【図２】図１に示されるゲル電解質電池のＸ−Ｙ線にお
ける断面図である。

【図３】図１に示されるゲル電解質電池に用いられる電
極巻回体を示す斜視図である。

【図４】図１に示されるゲル電解質電池に用いられる正
極を模式的に示す斜視図である。

【図５】図３に示される電極巻回体の巻き終わりの部分
を抜き出して模式的に示す断面図である。

【図６】図１に示されるゲル電解質電池に用いられる負
極を模式的に示す斜視図である。

【図７】図３に示される電極巻回体の巻き始めの部分を
抜き出して模式的に示す断面図である。

【図８】負極の他の構成例を模式的に示す斜視図であ
る。

【図９】図８に示される負極を用いた電極巻回体の巻き
終わりの部分を抜き出して模式的に示す断面図である。

【図１０】図２に示される構造においてセパレータを入
れた状態を示す断面図である。

【図１１】図５に示される構造においてセパレータを入
れた状態を示す断面図である。

【図１２】図７に示される構造においてセパレータを入
れた状態を示す断面図である。

【図１３】図９に示される構造においてセパレータを入
れた状態を示す断面図である。

【図１４】固体電解質電池における正負極間距離と歩留
まりの関係を示す特性図である。

【図１５】非水電解液系リチウムイオン電池と固体電解
質電池における正負間距離と体積エネルギー密度の相関
を示す特性図である。

【符号の説明】

１ゲル電解質電池、２正極、３負極、４
ゲル電解質層、５電極巻回体、６外装フィルム、
７正極端子、８負極端子、１０ａ正極集電体
片面露呈部分、１０ｂ正極集電体両面露呈部分、
１１ａ負極集電体片面露呈部分、１１ｂ負極集電
体両面露呈部分、１２セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状の正極集電体の両面に正極活物質層
が形成されてなる正極と、帯状の負極集電体の両面に負
極活物質層が形成されてなる負極とが、少なくとも固体
電解質層を介して積層され、長手方向に巻回されてなる
巻回体を有し、上記巻回体は、最外周部となる電極の長さ方向の一端部
に、集電体の片面が露出している集電体片面露呈部分を
有し、その集電体片面露呈部分が、上記巻回体の外周を
１周以上覆っていることを特徴とする固体電解質電池。
【請求項２】上記巻回体は、最外周部となる電極の長
さ方向の一端部に、集電体の片面が露出している集電体
片面露呈部分を有するとともに、両面とも集電体が露呈
している集電体両面露呈部分を有し、上記巻回体において、上記集電体両面露呈部分が、上記
集電体片面露呈部分の外側を更に１周以上覆っているこ
とを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項３】上記巻回体は、最内周部となる電極の長
さ方向の一端部に、片面のみ集電体が露出している集電
体片面露呈部分を有し、上記集電体片面露呈部分が上記
巻回体の内周を１周以上覆っていることを特徴とする請
求項１記載の固体電解質電池。
【請求項４】上記正極は、長さ方向の一端部に両面と
も正極集電体が露呈している正極集電体両面露呈部分を
有し、上記負極は、長さ方向の一端部に両面とも負極集電体が
露呈している負極集電体両面露呈部分を有し、上記正極集電体両面露呈部分と上記負極集電体両面露呈
部分とが、固体電解質層を介して上記巻回体の外周を１
周以上覆っていることを特徴とする請求項１記載の固体
電解質電池。
【請求項５】上記固体電解質層は、膨潤溶媒を含有
し、ゲル状であることを特徴とする請求項１記載の固体
電解質電池。
【請求項６】上記正極と負極とが、固体電解質層及び
セパレータを介して積層され、巻回されていることを特
徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項７】上記セパレータは、ポリオレフィンを含
む１種又は２種以上の混合材料、若しくはポリオレフィ
ンを含む張り合わせ材料からなることを特徴とする請求
項６記載の固体電解質電池。
【請求項８】上記セパレータは、膜厚が５μｍ〜１５
μｍであることを特徴とする請求項６記載の固体電解質
電池。