JP2001210370A

JP2001210370A - ゲル電解質電池の製造方法

Info

Publication number: JP2001210370A
Application number: JP2000023334A
Authority: JP
Inventors: Toru Mizutani; 通水谷; Takashi Ono; 高志小野; Masayuki Shida; 政幸志田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電極活物質層とゲル電解質との間の密着性を
高めて、リチウムイオンの移動を十分なものとする。【解決手段】ラミネートフィルムからなる外装材に電
池素子が収容され、熱溶着により封入されてなるゲル電
解質電池を製造するに際し、正極と負極とをゲル電解質
を介して積層して上記電池素子とする電池素子作製工程
と、電池素子をラミネートフィルムに収容する収容工程
と、ラミネートフィルムに収容された電池素子に対し
て、加圧した状態で加熱処理を施す加熱処理工程とを有
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、ゲル電解質を備え
たゲル電解質電池の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話やビデオカメラ、ノート型パー
ソナルコンピュータ等、携帯型電子機器の電源として、
電池の重要性が高まってきている。電子機器の小型軽量
化を図るために、大容量を有することは勿論、軽く、省
スペースの電池が求められている。このような観点か
ら、携帯型電子機器の電源としては、エネルギー密度及
び出力密度の大きいリチウム電池が適している。炭素材
料を負極に使用したリチウム電池は、放電平均電圧が
３．７Ｖ以上であり、その充放電時のサイクル劣化も比
較的小さいことから、高エネルギー密度を実現しやすい
利点を有する。

【０００３】リチウム電池の中でも、柔軟性を有し形状
の自由度が高い電池、あるいは薄型大面積のシート型電
池、薄型小面積のカード型電池等、種々の形状の電池が
望まれているが、金属製の外装缶の内部に、正極と負極
とからなる電池素子と電解液とを封じ込める従来の手法
では、上述したような種々の形状の電池を作ることは難
しい。また、電解液を用いることで、工程が煩雑になっ
たり、液漏れ対策の必要がでてくる。

【０００４】上述したような問題を解決するために、導
電性の有機高分子や無機セラミックスを用いた固体電解
質や、マトリクスポリマ中に電解液を含浸させたゲル状
の固体電解質（以下、ゲル電解質と称する。）を用いる
電池が検討されている。これらの固体電解質を用いた固
体電解質電池や、ゲル電解質を用いたゲル電解質電池で
は、電解質が固定化されているため、フィルム状の外装
材を使用して電池を薄く作ることができ、従来の電池よ
りも高いエネルギー密度を提供することが可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ゲル電
解質電池においては、電解液がマトリクスポリマ中に保
持されているために、電極活物質層への電解液のしみ込
みが十分に行われないという問題がある。このため、両
極間でリチウムイオンが十分に移動できず、結果的に所
望する電池容量を実現できないという問題が生じてい
る。

【０００６】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、電極活物質層とゲル電解質
との間の密着性を高めて、リチウムイオンの移動を十分
なものとし、高い電池容量を有する非水電解質電池を実
現することができる非水電解質電池の製造方法を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のゲル電解質電池
の製造方法は、ラミネートフィルムからなる外装材に電
池素子が収容され、熱溶着により封入されてなるゲル電
解質電池を製造するに際し、正極と負極とをゲル電解質
を介して積層して上記電池素子とする電池素子作製工程
と、上記電池素子作製工程で作製された上記電池素子を
上記ラミネートフィルムに収容する収容工程と、上記収
容工程で上記ラミネートフィルムに収容された上記電池
素子に対して、加圧した状態で加熱処理を施す加熱処理
工程とを有することを特徴とする。

【０００８】上述したような本発明に係るゲル電解質電
池の製造方法では、上記ラミネートフィルムに収容され
た上記電池素子に対して、加圧した状態で加熱処理を施
しているので、ゲル電解質が電極中に浸透し、ゲル電解
質と電極との間の密着性が向上する。

【０００９】

【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。

【００１０】本発明を適用して作成されるゲル状電解質
電池の一構成例を図１乃至図３に示す。このゲル状電解
質電池１は、図３に示すように、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及び負極
３上に形成されたゲル電解質層４と、ゲル電解質層４が
形成された正極２とゲル電解質層４が形成された負極３
との間に配されたセパレータ５とを備える。

【００１１】そして、このゲル電解質電池１は、ゲル電
解質層４が形成された正極２とゲル電解質層４が形成さ
れた負極３とが、セパレータ５を介して積層されるとと
もに長手方向に巻回された、図２及び図３に示す電池素
子６が、絶縁材料からなる外装フィルム７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８が、
負極３には負極端子９がそれぞれ接続されており、これ
らの正極端子８と負極端子９とは、外装フィルム７の周
縁部である封口部に挟み込まれている。また、正極端子
８及び負極端子９が外装フィルム７と接する部分には、
樹脂フィルム１０が配されている。

【００１２】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。なお、図４では、正極活物質層２
ａ上にゲル電解質層４が形成された状態を示している。

【００１３】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。この金属箔は多孔
性金属箔とすることが好ましい。正極集電体として多孔
性金属箔を用いることで正極集電体２ｂと正極活物質層
２ａとの間の接着強度を高めることができる。このよう
な多孔性金属箔としては、パンチングメタルやエキスパ
ンドメタルの他、エッチング処理によって多数の開口部
を形成した金属箔等を使用することができる。

【００１４】正極活物質としては、目的とする電池の種
類に応じて金属酸化物、金属硫化物、特定の高分子材
料、又は例えばＬｉ_xＭＯ₂の一般式で表されるリチウム
複合酸化物等が挙げられる。なお、Ｍは一種以上の遷移
金属であり、ｘは通常０．０５≦ｘ≦１．１２の範囲内
の値である。

【００１５】上記リチウム複合酸化物を構成する遷移金
属Ｍとしては、コバルト（Ｃｏ），ニッケル，（Ｎｉ）
又はマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１種であること
が好ましい。リチウム複合酸化物の具体例としては、Ｌ
ｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，Ｌｉ_xＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂（ｘお
よびｙの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、
０＜ｘ＜１、０．７＜ｙ＜１．０である。）あるいはＬ
ｉＭｎ₂Ｏ₄などが挙げられる。

【００１６】このようなリチウム複合酸化物は、リチウ
ム化合物と遷移金属化合物、例えばリチウム遷移金属の
炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン
化物等を原料として製造することができる。例えば、所
望の組成に応じてリチウム塩原料及び遷移金属原料をそ
れぞれ計量し、十分に混合した後、酸素存在雰囲気中、
６００℃〜１０００℃の温度範囲で加熱焼成することに
よりリチウム複合酸化物を製造することができる。この
場合、各成分の混合方法は、特に限定されるものではな
く、粉体状の塩類をそのまま乾式の状態で混合しても良
く、或いは粉体状の塩類を水に溶解して水溶液の状態で
混合してもよい。

【００１７】正極活物質層２ａに含有される結合剤とし
ては、この種の非水電解質電池の正極活物質層の結合剤
として通常用いられている公知の樹脂材料等を用いるこ
とができる。

【００１８】また、負極３は、図５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。なお、図５では、負極活物
質層３ａ上にゲル電解質層４が形成された状態を示して
いる。

【００１９】この負極集電体３ｂとしては、例えば銅
箔、ニッケル箔等の金属箔が用いられる。この金属箔は
多孔性金属箔とすることが好ましい。負極集電体として
多孔性金属箔を用いることで負極集電体３ｂと負極活物
質層３ａとの間の接着強度を高めることができる。この
ような多孔性金属箔としては、パンチングメタルやエキ
スパンドメタルの他、エッチング処理によって多数の開
口部を形成した金属箔等を使用することができる。

【００２０】負極活物質にはリチウムをドープ、脱ドー
プできる材料を用いることができる。このようなリチウ
ムをドープ、脱ドープできる材料として、リチウム金属
及びその合金、又は炭素材料等を用いることができる。
炭素材料として具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、熱分
解炭素類、コークス類（例えばピッチコークス、ニード
ルコークス、石油コークス等）、アセチレンブラック等
のカーボンブラック類、、ガラス状炭素、活性炭、炭素
繊維、有機高分子焼成体（セルロース、フェノール樹
脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成したもの）、炭素
繊維、活性炭等が挙げられる。

【００２１】負極活物質層３ａに含有される結合剤とし
ては、この種の非水電解質電池の負極活物質層の結合剤
として通常用いられている公知の樹脂材料等を用いるこ
とができる。

【００２２】ゲル電解質層４は、電解質塩が非水溶媒中
に溶解されてなる非水電解液が、マトリクスポリマによ
ってゲル状とされてなる。

【００２３】電解質塩は、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌ
ｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＮ（ＣＦ
₃ＳＯ₃）₂、Ｃ₄Ｆ₉ＳＯ₃Ｌｉ等を単独又は混合して使用
することができる。その中でも、イオン伝導性等の観点
から、ＬｉＰＦ₆を使用することが好ましい。なお、電
解質塩の添加量は良好なイオン伝導度が得られるよう
に、非水溶媒に対して０．１０ｍｏｌ／ｌ〜２．０ｍｏ
ｌ／ｌの濃度となるように調製することが好ましい。

【００２４】マトリクスポリマは、ポリマ単体もしくは
これを用いたゲル電解質が、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上の
イオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な構造は
限定されない。このマトリクスポリマとしては、例えば
ポリアクリロニトリル又はポリアクリロニトリルの共重
合体、ポリエチレンオキサイド又はポリエチレンオキサ
イドの共重合体を使用することができる。ビニル系共重
合モノマとしては、例えばヘキサフルオロプロピレン、
テトラフルオロエチレン、酢酸ビニル、メタクリル酸メ
チル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリ
ル酸ブチル、イタコン酸、水素化メチルアクリレート、
水素化エチルアクリレート、アクリルアミド、塩化ビニ
ル、フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン等を挙げること
ができる。さらに、アクリロニトリル−ブタジエンゴ
ム、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン樹脂、アク
リロニトリル−塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチ
レン樹脂、アクリロニトリル−塩化ビニル樹脂、アクリ
ロニトリル−メタアクリレート樹脂、アクリロニトリル
−アクリレート樹脂等を使用することができる。また、
ポリエーテル変性シロキサン又はその共重合体を使用す
ることができる。上述したようなマトリクスポリマは、
１種類を単独で使用してもよいし、複数種を混合して使
用しても構わない。

【００２５】非水溶媒としては、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
γ−ブチルラクトン、２，４−ジフロロアニソール、
２，６−ジフロロアニソール、４−ブロモベラトール等
の溶媒を単独又は混合して用いることができる。

【００２６】さらに、電池の外装材として外装フィルム
７のような多層フィルムを用いる場合には、エチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラク
トン、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフル
オロアニソール、４−ブロモベラトール等の、沸点が１
５０℃以上であるような溶媒を組み合わせて使用するこ
とが好ましい。

【００２７】さらに、本実施の形態に係るゲル電解質電
池では、非水溶媒中の低沸点溶媒の含有量が１重量％以
下とする。ここで低沸点溶媒とは、常圧下での沸点が１
１０℃以下であるような溶媒をいう。低沸点溶媒の含有
量が１重量％よりも多いと、後述するように電池素子に
対して加熱処理を施してゲル電解質電池を作製する際
に、低沸点溶媒成分が揮発し、外装フィルムを膨らませ
て電池形状を変形させてしまう。

【００２８】このような低沸点溶媒として具体的には、
例えばγ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラ
ヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３
−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジ
メチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネート等が挙げられる。

【００２９】セパレータ５としては、ポリオレフィンを
主成分とする微多孔質薄膜を使用することができる。例
えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はその複合体
等を使用することができる。さらに好ましくは、界面活
性剤やコロナ放電処理等を利用して電解液に対する濡れ
性を向上させた微多孔質薄膜を使用することが好まし
い。これにより、電池の内部抵抗の増加を抑えることが
できる。

【００３０】セパレータ５の気孔率については特に限定
するものではないが、その気孔率を３０％〜６０％の範
囲とすることが好ましい。セパレータ５の気孔率が３０
％よりも小さいと、電池の出力特性が大きく低下してし
まう。また、セパレータ５の気孔率が６０％よりも大き
いと、セパレータ５の機械的強度が低下してしまう。ま
た、セパレータ５の空孔の孔径や膜厚についても特に限
定するものではないが、内部ショートの防止と空孔閉塞
によるシャットダウン効果とを発現させるために、空孔
の孔径を１μｍ以下とすることが好ましい。

【００３１】また、セパレータ５の厚みとしては、５μ
ｍ〜３５μｍ程度とすることが好ましい。さらに、セパ
レータ５の機械的強度と電気抵抗との相互関係を考慮す
ると、セパレータ５の厚みは７μｍ〜２０μｍ程度とす
ることが好ましい。

【００３２】外装フィルム７は、防湿性を有するもので
あればよく、例えば、ナイロンフィルムと、アルミニウ
ム箔と、ポリエチレンフィルムとをこの順に積層し張り
合わせられてなる３層構造のフィルム等を使用すること
ができる。

【００３３】後述するように、本発明を適用して作製さ
れるゲル電解質電池１は、電池素子６に対して加圧及び
熱処理が施されることでゲル電解質と電極活物質層との
密着性が強化されているので、ゲル電解質電池を、高容
量を有し充放電特性に優れたものとなる。

【００３４】そして、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、つぎのようにして製造される。

【００３５】まず、正極２としては、正極活物質の粉末
と、必要に応じてカーボンブラックやグラファイト等の
導電材や、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤とを均一に
混合し、さらにジメチルホルムアルデヒドやｎ−メチル
ピロリドン等の溶媒を添加してペースト状の正極合剤を
調製し、それを正極集電体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。
上記正極合剤には公知の添加剤等を添加することができ
る。

【００３６】次に、正極シートの正極活物質層２ａ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、よく撹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。

【００３７】次に、この電解質溶液を正極活物質層２ａ
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上
にゲル電解質層４が形成される。

【００３８】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、正極集電体２ｂの正極
活物質層２ａの非形成部分に、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正極２が得られる。

【００３９】また、負極３としては、負極活物質の粉末
と、ポリフッ化ビニリデン等の結着剤とを均一に混合
し、さらにジメチルホルムアルデヒドやｎ−メチルピロ
リドン等の溶媒を添加してペースト状の負極合剤を調製
し、それを負極集電体３ｂとなる例えば銅箔、ニッケル
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
記負極合剤には公知の添加剤等を添加することができ
る。

【００４０】次に、負極シートの負極活物質層３ｂ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上にゲル電解質層４が形成される。

【００４１】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、負極集電体３ｂの負極
活物質層３ａの非形成部分に、例えばニッケル製のリー
ド線を溶接して負極端子９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。

【００４２】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、正極２と負極３との間にセパレータ５を配
して電極積層体とする。さらに、この電極積層体を長手
方向に巻回して電池素子６とする。

【００４３】最後に、この電池素子６を、絶縁材料から
なる外装フィルム７で挟み、正極端子８及び負極端子９
と外装フィルム７とが重なる部分に樹脂フィルム１０を
配する。そして、外装フィルム７の外周縁部を封口し、
正極端子８と負極端子９とを外装フィルム７の封口部に
挟み込んで外部に導出するとともに電池素子６を外装フ
ィルム７中に密閉する。

【００４４】電池素子６を外装フィルム７にパックする
際、外装フィルム７と正極端子８及び負極端子９との接
触部分に樹脂フィルム１０を配することで、外装フィル
ム７のバリ等によるショートが防止され、また、外装フ
ィルム７と正極端子８及び負極端子９との接着性が向上
する。

【００４５】上記樹脂フィルム１０の材料としては、正
極端子８及び負極端子９に対して接着性を示すものであ
れば材料は特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリポリプロピレン
及びこれらの共重合体等、ポリオレフィン樹脂からなる
ものを用いることが好ましい。また、上記樹脂フィルム
１０の厚みは、熱融着前の厚みで２０μｍ〜２００μｍ
の範囲であることが好ましい。樹脂フィルム１０の厚み
が２０μｍより薄くなると取り扱い性が悪くなり、ま
た、３００μｍよりも厚くなると水分が透過しやすくな
り、電池内部の気密性を保持することが困難になる。

【００４６】そして、本発明では、外装フィルム７によ
ってパックされた状態で、電池素子６を上下から加圧す
るとともに、電池素子６に対して熱処理を施す。外装フ
ィルム７によってパックされた電池素子６を加圧し、さ
らに熱処理を施すことで、ゲル電解質におけるマトリク
スポリマに保持された非水電解液を、電極活物質層中へ
効果的にしみ込ませることができる。非水電解液を電極
活物質層中へしみ込ませることで、ゲル電解質層４と電
極活物質層との密着性を強化して、得られるゲル電解質
電池１を、高容量を有し充放電特性に優れたものとする
ことができる。

【００４７】特に、ゲル電解質層４が形成された正極２
とゲル電解質層４が形成された負極３とをセパレータ５
を介して互いに重ね合わせて構成する場合は、電解質を
セパレータの多孔部へ十分浸透させることができるた
め、その効果は大きい。

【００４８】このとき、電池素子６への加熱処理の温度
は、ゲル電解質のゾル−ゲル転移温度以上とすることが
好ましい。これは、ゲル状であるときよりゾル状態であ
るときの方が流動性が高く、ゲル電解質層中の非水電解
液が電極活物質層へしみ込みやすく、加熱加圧時間を短
くすることができるためである。

【００４９】具体的には、電池素子６への加熱処理の温
度は、５０℃〜１０５℃の範囲とすることが好ましく、
７０℃〜１００℃の範囲とすることがさらに好ましい。
加熱温度が１０５℃よりも高すぎるとゲル電解質中の非
水溶媒の一部が熱分解してしまい、所望する電池容量が
得られなくなる。また、加熱温度が５０℃よりも低い場
合には、電極活物質層中への非水電解液のしみ込みが不
十分となるほか、電極活物質層中への非水電解液のしみ
込みに時間がかかり、生産性が低下してしまう。

【００５０】また、電池素子６に対して加える圧力は、
５ｋｇｆ／ｃｍ²〜２５ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲とすること
が好ましい。圧力が５ｋｇｆ／ｃｍ²よりも低い場合に
は、ゲル電解質層４と電極活物質層との間の密着性が不
十分となり、所望する充放電特性が得られない。また、
圧力が２５ｋｇｆ／ｃｍ²よりも高い場合には、ゲル電
解質層４が潰れて破壊されてしまう。

【００５１】ここで、外装フィルム７中にパックされた
電池素子６に対する加圧及び加熱は、金属製のヒートブ
ロックで外装フィルム７を上下から挟み込んで行われ
る。このとき、外装フィルム７を直接ヒートブロックで
挟み込むのではなく、外装フィルム７とヒートブロック
との間に耐熱性ゴムからなるブロックを配し、このブロ
ックを介して外装フィルム７中の電池素子６に対して加
圧及び加熱を施すことが好ましい。外装フィルム７を直
接ヒートブロックで挟み込んで電池素子６に対して加厚
及び加熱を施すと、当該ヒートブロックの温度維持が難
しくなり温度が不安定となるほか、電池素子６への均一
な加圧制御が難しくなってしまう。従って、耐熱性ゴム
からなるブロックを介することで、電池素子６に対して
均一に、安定して加圧及び加熱を施すことができる。

【００５２】以上のようにしてゲル電解質電池１が完成
する。

【００５３】本発明を適用して作製されたゲル電解質電
池１は、ゲル電解質層４と電極活物質層との密着性が強
化されているので、高容量を有し充放電特性に優れたも
のとなる。

【００５４】なお、上述した実施の形態では、帯状の正
極２と帯状の負極３とを積層し、さらに長手方向に巻回
して電池素子６とした場合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、矩形状の正極２
と矩形状の負極３とを積層して電極積層体とした場合
や、電極積層体を交互に折り畳んだ場合にも適用可能で
ある。

【００５５】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、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。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。

【００５６】

【実施例】サンプル電池の作製まず、以下のようにして正極を作製した。まず、正極活
物質として平均粒径５μｍのＬｉＣｏＯ₂を９１重量部
と、導電剤としてカーボンブラックを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
て、正極合剤とした。さらに、この正極合剤を、溶媒と
なるＮ−メチルピロリドンに分散させてペースト状にし
た。

【００５７】次に、得られた正極合剤ペーストを、正極
集電体となる厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の両面
に均一に塗布した後、乾燥処理を行った。乾燥後に、ロ
ーラープレス機により圧縮成型することにより、正極活
物質層を形成した。さらに、正極集電体の正極活物質層
非形成部分に、網状アルミニウム製のリードを溶接して
正極端子とし、正極を作製した。

【００５８】つぎに、以下のようにして負極を作製し
た。まず、得られた負極活物質として平均粒径２０μｍ
の黒鉛を９０重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリ
デンを１０重量部とを混合して負極合剤とした。さら
に、この負極合剤を、溶媒となるＮ−メチルピロリドン
に分散させてペースト状にした。

【００５９】次に、得られた負極合剤ペーストを、負極
集電体となる厚さ１５μｍの帯状銅箔の両面に均一に塗
布した後、乾燥処理を行った。乾燥後に、ローラープレ
ス機により圧縮成型することにより負極活物質層を形成
した。さらに、負極集電体の負極活物質層非形成部分
に、網状銅製のリードを溶接して負極端子とし、負極を
作製した。

【００６０】つぎに、以下のようにして正極及び負極上
へ、ゲル電解質層を形成した。

【００６１】まず、エチレンカーボネートとプロピレン
カーボネートとγ−ブチルラクトンとが重量比５：３：
２の割合で混合されてなる混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１．
２ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解して非水電解液を調製し、さ
らにフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの
共重合体をこの非水電解液に対して１５重量％の割合で
混合して高分子電解質溶液を調製した。

【００６２】次に、得られた電解質溶液を、ドクターブ
レード法により上記正極及び上記負極の両面にそれぞれ
均一に塗布した。その後、電解質溶液をゲル化させ、正
極及び負極の両面にゲル電解質層を形成させた。

【００６３】つぎに、以下のようにして電池を組み立て
た。まず、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セパレータを介して積層し
て積層体とし、さらにこの積層体をその長手方向に巻回
することにより電池素子を得た。ここで、セパレータに
は、ポリエチレン製多孔質膜を用いた。

【００６４】次に、この電池素子を、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防湿性の外
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、電池素子を外装フィル
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むとともに、外装フ
ィルムと正極端子及び負極端子との接触部分にポリオレ
フィンフィルムを配した。

【００６５】最後に、外装フィルムに封止された状態
で、電池素子に対して所定の圧力を加えるとともに、電
池素子に対して所定温度での加熱処理を施した。このよ
うにして、寸法５３ｍｍ×３４ｍｍ、厚さ３ｍｍのゲル
電解質電池を完成した。なお、電池素子に対する加圧及
び加熱処理は、外装フィルムに封止された電池素子を、
シリコンゴム製のブロックを介して一対のヒートブロッ
クで挟み込んで行った。

【００６６】外装フィルムに封止された状態の電池素子
に対して加える圧力、及び電池素子に対する加熱処理温
度を、表１に示すように変えたこと以外は、上述した方
法と同様にして、サンプル１〜サンプル１８のゲル電解
質電池を作製した。なお、サンプル１８では、シリコン
ゴム製のヒートブロックを用いずに電池素子に対する加
圧及び加熱処理を行った。

【００６７】そして、作製されたサンプル１〜サンプル
１８の電池について充放電試験を行った。まず、５００
ｍＡでの定電流充電を行い、電池電圧が４．２Ｖになっ
た時点で、定電流充電から定電圧充電に切り替えて、電
圧を４．２Ｖに保ったまま２．５時間充電を行った。そ
の後、１００ｍＡでの定電流放電を行い、電池電圧が
３．０Ｖまで低下した時点で放電を終了させた。

【００６８】そして、１回目のサイクル時において放電
容量を測定した。そして、サンプル４の電池の放電容量
を１００として、各電池についてサンプル４の電池に対
する放電容量比（％）を求めた。

【００６９】また、上記の充放電工程を１０サイクル繰
り返した後、電池を分解し、負極表面の様子を顕微鏡を
用いた目視により観察した。そして、負極表面にリチウ
ムの析出が確認された場合にはリチウム析出有りとし
た。また、負極表面にリチウムの析出が確認されなかっ
た場合にはリチウム析出無しとした。

【００７０】サンプル１〜サンプル１８の電池につい
て、放電容量比及び負極表面の観察結果を、電池素子に
加えられた圧力及び加熱処理温度と併せて表１に示す。

【００７１】

【表１】

【００７２】表１にも示すように、電池素子に対して何
らの処理をも施さなかったサンプル１６の電池では、ゲ
ル電解質層と電極活物質層との間の密着性を確保するこ
とができず、放電容量が低くなってしまった。また、負
極表面にリチウムの析出も見られた。

【００７３】また、電池素子に対して加熱処理のみで圧
力を加えなかったサンプル１７では、ゲル電解質層と電
極活物質層との間の密着性を高めることができず、所望
する充放電特性が得られなかった。また、負極表面にリ
チウムの析出も見られた。

【００７４】一方、電池素子に対して加圧及び加熱処理
を施したサンプル１〜サンプル１５の電池では、ゲル電
解質層と電極活物質層との間の密着性を高めることがで
き、十分な放電容量が得られ、また、負極上へのリチウ
ム析出も見られないものが多い。

【００７５】つぎに、加熱温度について見てみると、加
熱温度を４５℃としたサンプル８では、電極活物質層中
への電解液のしみ込みが不十分となり、負極上にリチウ
ムの析出が見られた。また、加熱温度を１１０℃とした
サンプル１５では、ゲル電解質層中の非水溶媒の一部が
揮発したためか、外装フィルムに膨れが見られた。さら
に、ゲル電解質層中の非水溶媒の一部が分解し、電池容
量も所望の値が得られなくなっている。

【００７６】また、圧力について見てみると、圧力を３
ｋｇｆ／ｃｍ²としたサンプル１では、ゲル電解質層と
電極活物質層との間の密着性が不十分となり、所望する
充放電特性が得られなかった。また、圧力を２７ｋｇｆ
／ｃｍ²としたサンプル７では、ゲル電解質が潰れて破
壊されてしまい、内部短絡の発生が確認されたほか、負
極上にリチウムの析出も見られた。

【００７７】一方、電池素子への加熱処理の温度を５０
℃〜１０５℃の範囲とし、電池素子に対して加える圧力
を、５ｋｇｆ／ｃｍ²〜２５ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲とした
サンプル２〜サンプル６及びサンプル９〜サンプル１４
の電池では、いずれも高い放電容量を有し、負極上への
リチウムの析出も見られなかった。

【００７８】従って、電池素子への加熱処理の温度を５
０℃〜１０５℃の範囲とし、電池素子に対して加える圧
力を、５ｋｇｆ／ｃｍ²〜２５ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲とす
ることで電極活物質層中へのゲル電解質の浸透を促進
し、電極活物質層とゲル電解質層との密着性を高めるこ
とができる。そして、そのようにして作製された電池は
正負極間におけるリチウムの移動をスムーズに行わせし
め、優れた充放電特性を有するものとなることがわかっ
た。

【００７９】また、サンプル１８では、電池素子に対し
て加圧及び加熱処理を施す際に、シリコンゴムブロック
を介さずに、ヒートブロックで直接ラミネートフィルム
を挟み込んだものであるが、シリコンゴムブロックを介
さないと、電池素子に対して均一に加圧及び加熱を施す
ことができず、ゲル電解質層と電極活物質層との間の密
着性が不十分となり、負極上にリチウムが析出してしま
った。

【００８０】従って、ヒートブロックとラミネートフィ
ルムとの間にシリコンゴムブロックを介することで、電
池素子に対して均一に、安定して加圧及び加熱を施し
て、ゲル電解質層と電極活物質層との間の密着性を高め
ることができることがわかった。

【００８１】つぎに、以下に示すサンプル１９〜サンプ
ル２３では、ゲル電解質中に含まれる非水溶媒成分を変
えて電池を作製した。具体的には、ゲル電解質を構成す
る非水溶媒中に含有される、低沸点溶媒であるジメトキ
シエタン（ＤＭＥ）の量を、表２に示すようにしたこと
以外は、上述した方法と同様にして、サンプル１９〜サ
ンプル２３のゲル電解質電池を作製した。なお、電池素
子に加えた圧力は１５ｋｇｆ／ｃｍ₂とし、加熱処理温
度は９０℃とした。

【００８２】作製されたサンプル１９〜サンプル２３の
電池について上述した方法と同様の方法により充放電試
験を行った。サンプル１９〜サンプル２３の電池につい
て、放電容量比及び負極表面の観察結果を、電池素子に
加えられた圧力、加熱処理温度及び電解液中のＤＭＥ含
有率と併せて表２に示す。

【００８３】

【表２】

【００８４】表２より、低沸点溶媒の量を１．２重量％
としたサンプル２２及び低沸点溶媒の量を１．５重量％
としたサンプル２３では、電池素子に対して加圧及び加
熱を施す際に、溶媒の一部が揮発し、ラミネートフィル
ムが膨らんでしまった。さらにサンプル２３では、負極
上にリチウムが析出してしまった。

【００８５】一方、低沸点溶媒の量を１．０重量％以下
としたサンプル１９〜サンプル２１では、溶媒が揮発す
ることなく、電池形状を保つことができた。

【００８６】従って、ゲル電解質中の低沸点溶媒の含有
量を１重量％以下とすることで、電池素子に対して加熱
処理を施しても、低沸点溶媒成分の揮発による外装フィ
ルムの膨張等を抑えることができることがわかった。

【００８７】

【発明の効果】本発明では、ゲル電解質を備えた電池素
子に対して加圧及び加熱処理を施すことで、ゲル電解質
の電極中へのしみ込みが促進される。その結果、本発明
では、ゲル電解質と電極との密着性が増し、高容量化を
実現し充放電特性に優れるゲル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】本発明のゲル状電解質電池の一構成例を示す斜
視図である。

【図２】外装フィルム中に電池素子が収容される状態を
示す斜視図である。

【図３】図２中、Ａ−Ｂ線における断面図である。

【図４】正極の構成を示す斜視図である。

【図５】負極の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ゲル状電解質電池、２正極、３負極、４
ゲル状電解質層、５セパレータ、６電池素子、
７外装フィルム、８正極端子、９負極端子、
１０樹脂フィルム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者志田政幸福島県郡山市日和田町高倉字下杉下１番地の１株式会社ソニー・エナジー・テック内Ｆターム(参考） 5H029 AJ03 AK03 AL06 AL07 AL08 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 BJ12 CJ02 CJ03 CJ05 DJ02 DJ04 EJ12 HJ01 HJ14 HJ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ラミネートフィルムからなる外装材に電
池素子が収容され、熱溶着により封入されてなるゲル電
解質電池を製造するに際し、正極と負極とを、ゲル電解質を介して積層して上記電池
素子とする電池素子作製工程と、上記電池素子作製工程で作製された上記電池素子を上記
ラミネートフィルムに収容する収容工程と、上記収容工程で上記ラミネートフィルムに収容された上
記電池素子に対して、加圧した状態で加熱処理を施す加
熱処理工程とを有することを特徴とするゲル電解質電池
の製造方法。
【請求項２】上記加熱処理工程において、上記電池素
子に対して加える圧力を、５ｋｇｆ／ｃｍ²〜２５ｋｇ
ｆ／ｃｍ²の範囲とすることを特徴とする請求項１記載
のゲル電解質電池の製造方法。
【請求項３】上記加熱処理工程において、上記電池素
子に対する加熱処理温度を５０℃〜１０５℃の範囲とす
ることを特徴とする請求項１記載のゲル電解質電池の製
造方法。
【請求項４】上記加熱処理において、上記電池素子が
収容された上記ラミネートフィルムを、耐熱性ゴムから
なる一対の樹脂で挟み込んで加圧及び加熱処理を施すこ
とを特徴とする請求項１記載のゲル電解質電池の製造方
法。
【請求項５】上記電池素子作製工程において、上記ゲ
ル電解質中に含有される非水溶媒であって、常圧下での
沸点が１１０℃以下であるような溶媒の割合を、非水溶
媒全体に対して１重量％以下とすることを特徴とする請
求項１記載のゲル電解質電池の製造方法。
【請求項６】上記電池素子作製工程において、上記正
極と上記負極との間にセパレータを配することを特徴と
する請求項１記載のゲル電解質電池の製造方法。