JP2001325993A

JP2001325993A - 電解質層及び非水電解質電池の製造方法

Info

Publication number: JP2001325993A
Application number: JP2000145551A
Authority: JP
Inventors: Takeharu Kikuchi; 健晴菊池; Osamu Maniwa; 修間庭; Yukiro Akahira; 幸郎赤平; Naoki Matsuo; 直樹松尾
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2000-05-17
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】生産性を損なうことなく、様々な形状の電解
質層の形成を可能とする。【解決手段】電極２１上に少なくとも電解質塩と膨潤
溶媒とマトリクス高分子とを有する電解質層８を形成す
るに際し、上記電解質塩と上記膨潤溶媒と上記マトリク
ス高分子とを溶剤に溶解して電解質溶液を調製し、当該
電解質溶液を加熱する第１の工程と、上記電解質溶液を
加熱空気とともに上記電極２１上に噴霧する第２の工程
と、上記電極２１上に噴霧された電解質溶液中の溶剤を
除去し、電解質層８を形成する第３の工程とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲル状の電解質を
用いる電解質層及び非水電解質電池の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子技術の進歩により、電子機器の高性
能化、小型化、ポータブル化が進み、これら電子機器に
搭載される二次電池の要求が強まっている。従来、一般
用途の二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケル・カドミ
ウム電池等の水溶液系電池が主流であった。これらの電
池は放電電位が低く、エネルギー密度の点では十分満足
できる特性とはいえなかった。

【０００３】近年、軽量で高いエネルギー密度を有し、
自己放電も少ないという優れた特性を有することから、
非水電解質電池の研究・開発が盛んに行われている。特
に、負極活物質にリチウム、リチウム合金又はリチウム
イオンを可逆的にドープ／脱ドープすることのできる材
料を用い、正極にＬｉＣｏＯ₂等のリチウム複合酸化物
を用いた非水電解質二次電池の普及が著しい。

【０００４】そして、このような非水電解質二次電池に
おいては、主に負極集電体として銅箔が用いられ、非水
電解質として、例えば非水溶媒に電解質塩を溶解してな
る非水電解液が用いられる。電解質塩としては、例えば
ＬｉＰＦ₆等のリチウム化合物塩が用いられる。

【０００５】この非水電解液を用いた電池においては、
非水電解液の液漏れを防止するために、外装材として剛
性を有するハードセルを使用することが不可欠であっ
た。しかしながら、上述したように近年の電子機器は小
型化、ポータブル化が著しく、搭載される電池にも同様
の特性が求められている。したがって、ハードセルの使
用は、電池の小型化、軽量化といった流れに反するもの
である。また、ハードセルはそれ自体が厚みを有するた
めに、電池の薄型化の妨げとなり、電池のエネルギー密
度を低下させていた。

【０００６】そこで、以上のような問題に対処するため
に、非水電解質として、電解液を固体化した固体電解質
の研究が盛んに行われている。中でも、マトリクス高分
子に電解質塩を有する非水溶媒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。）は、その電解
液相がイオン伝導のメインパスとなるため、電解液に準
ずるレベルの高いイオン伝導性が期待できる。また、液
漏れの心配がないため、ハードセルが不要になり、代わ
りに金属箔や金属蒸着層等の金属層が樹脂層間に挟まれ
たいわゆるラミネートフィルムを外装材として用いるこ
とが可能である。したがって、ゲル電解質を用いた電池
は、薄型化、軽量化が可能であるとともに、折り曲げが
自在であるというメリットを有し、形状の自由度向上を
実現している。

【０００７】そして、ハードセルが不要になることによ
る形状の自由度向上に伴い、従来の矩形状のみならず、
様々な形状の電池に対するユーザーの要求が高まってい
る。

【０００８】ところで、上述のようなゲル電解質は、ダ
イコーディング法やコンマリバース法等の、いわゆる
「べた塗り」といわれる塗布方式で、負極及び／又は正
極上に塗布されることにより形成されている。電極の片
面にゲル電解質を塗布する場合には、例えば図７に示す
ように、先ず、巻き出しロール１０１から電極１０２を
送り出し、電極予熱装置１０３で電極１０２を予め加熱
する。次に、適温に加熱された状態の電極１０２の一方
の面上に、コーターヘッド１０４によってゲル電解質溶
液を均一に塗布する。次に、一方の面上に電解質溶液を
塗布された電極１０２をドライヤー１０５に送り、ドラ
イヤー１０５によってゲル電解質溶液中の溶媒を蒸発さ
せることによって、電極１０２上にゲル電解質層１０６
が形成される。そして、ゲル電解質層１０６が形成され
た電極１０２は、巻き取りロール１０７に巻き取られ
る。

【０００９】なお、電極１０２の両面にゲル電解質１０
６を塗布する場合には、例えば図８に示すように、コー
ターヘッド１０４を２つ有する塗布装置を用いること
で、ゲル電解質溶液を電極１０２の両面に同時に塗布す
ることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなべた塗り塗布方式は、一定の幅の矩形状にて、電
極上にゲル電解質溶液を塗布する方法であり、ゲル電解
質層１０６を矩形状以外の変形形状とすることは不可能
であった。

【００１１】このため、先ず活物質層の形状にかかわら
ず一定幅の矩形状にて電解質溶液を塗布し、乾燥させる
ことにより、ゲル電解質を形成する。その後、不要部分
のゲル電解質を剥離等により除去するといった方法でし
か、変形形状のゲル電解質を形成できなかった。

【００１２】このように、所望の変形形状のゲル電解質
電池を作製するに際して、従来の方法ではゲル電解質の
損失が生じるため、歩留まりの低下を招き、生産性が悪
いといった問題があった。また、不要部分のゲル電解質
を除去する際に、必要部分のゲル電解質に切れ目・裂け
目を生じる等の工程不良が発生することもあり、さらに
生産性を低下させるといった不都合もあった。

【００１３】そこで本発明はこのような従来の実状に鑑
みて提案されたものであり、生産性を損なうことなく、
様々な形状の電解質層の形成を可能とする電解質層及び
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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明にかかる電解質層の製造方法は、電極上に
少なくとも電解質塩と膨潤溶媒とマトリクス高分子とを
有する電解質層を形成するに際し、上記電解質塩と上記
膨潤溶媒と上記マトリクス高分子とを溶剤に溶解して電
解質溶液を調製し、当該電解質溶液を加熱する第１の工
程と、上記電解質溶液を加熱空気とともに上記電極上に
噴霧する第２の工程と、上記電極上に噴霧された電解質
溶液中の溶剤を除去し、電解質層を形成する第３の工程
とを有することを特徴とする。

【００１５】以上のような電解質層の製造方法では、第
２の工程において、可塑化された電解質溶液を、加熱空
気とともに電極上に噴霧することにより、流動性を維持
しつつ、所望の形状にて電解質溶液を塗着させることが
できる。

【００１６】また、本発明にかかる非水電解質電池の製
造方法は、少なくとも負極と、正極と、負極及び／又は
正極上に形成され熱可塑性を有する電解質層とを備え、
上記電解質層は、電解質塩と膨潤溶媒とマトリクス高分
子とを有している非水電解質電池の製造方法であって、
上記電解質塩と上記膨潤溶媒と上記マトリクス高分子と
を溶剤に溶解して電解質溶液を調製し、当該電解質溶液
を加熱する第１の工程と、上記電解質溶液を加熱空気と
ともに上記負極及び／又は正極上に噴霧する第２の工程
と、上記負極及び／又は正極上に噴霧された電解質溶液
中の溶剤を除去し、電解質層を形成する第３の工程とを
有することを特徴とする。

【００１７】以上のような非水電解質電池の製造方法で
は、第２の工程において、可塑化された電解質溶液を、
加熱空気とともに電極上に噴霧することにより、流動性
を維持しつつ、所望の形状にて電解質溶液を塗着させる
ことができる。したがって、電解質層を所望の形状に形
成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる電解質層及
び非水電解質電池の製造方法の具体的な実施の形態につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１９】この手法は、例えば図１に示すような、矩
形状ではないいわゆる変形形状の非水電解質電池１を製
造する場合に好適である。本発明を適用して製造される
非水電解質電池１は、図１及び図２に示すように、正極
集電体２と正極活物質層３とからなる略Ｌ字形状の正極
４と、負極集電体５と負極活物質層６とからなる略Ｌ字
形状の負極７とが、電解質層８を介して形成された電池
素子９が、外装フィルム１０の内部に収容されてなる。
また、正極４は正極リード１１と接続されており、負極
７は負極リード１２と接属されている。なお、図１で
は、電池素子９の図示を省略する。

【００２０】正極４は、正極活物質を含有する正極活物
質層３が、正極集電体２の上に形成されて構成されてい
る。この正極集電体２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。

【００２１】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、又は特定の高分
子を使用することができる。

【００２２】例えば、リチウムの溶解・析出を利用した
リチウム電池とする場合、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂ 、ＮｂＳ
ｅ₂ 、Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを含まない金属硫化物あるい
は酸化物、さらにはポリアセチレン、ポリピロール等の
高分子を使用することもできる。

【００２３】リチウムイオンのドープ・脱ドープを利用
したリチウムイオン電池とする場合には、Ｌｉ_xＭＯ
₂（式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充
放電状態によって異なり、通常０．０５以上、１．１０
以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使
用することができる。このリチウム複合酸化物を構成す
る遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好まし
い。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬ
ｉＣｏＯ₂ 、ＬｉＮｉＯ₂ 、ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂ （式
中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＭＰＯ
₄ （式中ＭはＦｅ等、一種以上の遷移金属を表す）等を
挙げることができる。

【００２４】リチウム複合酸化物は、高電圧を発生で
き、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。正極
活物質には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用
してもよい。

【００２５】負極７は、負極活物質を含有する負極活物
質層６が、負極集電体５上に形成されて構成されてい
る。この負極集電体５としては、例えば銅箔等の金属箔
が用いられる。

【００２６】負極活物質としては、例えば、リチウムの
溶解・析出を利用したリチウム電池とする場合、金属リ
チウムや、リチウムを吸蔵・放出することが可能なリチ
ウム合金等を用いることができる。

【００２７】リチウムイオンのドープ・脱ドープを利用
したリチウムイオン電池とする場合には、難黒鉛化炭素
系や黒鉛系の炭素材料を使用することができる。より具
体的には、黒鉛類、メソカーボンマイクロビーズ、メソ
フェーズカーボンファイバー等の炭素繊維、熱分解炭素
類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、
石油コークス）、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼
成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼
成し炭素化したもの）、及び活性炭などの炭素材料を使
用することができる。

【００２８】電解質層８は、正極活物質層３と負極活物
質層６との間のイオン伝導体としての役割を有する。電
解質層８としては、電解質塩と膨潤溶媒とマトリクス高
分子とからなるゲル電解質等を用いることができる。

【００２９】電解質塩は、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌ
ｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＮ（ＣＦ
₃ＳＯ₃）₂、Ｃ₄Ｆ₉ＳＯ₃Ｌｉ、ＬｉＣ（ＣＦ₃Ｓ
Ｏ₂）₃、ＬｉＦ、ＬｉＢｒ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。

【００３０】また、マトリクス高分子としては、ビニリ
デンフルオライド、アクリロニトリル、エチレンオキシ
ド、プロピレンオキシド、及びメタクリルニトリルのう
ちの少なくとも１つが、繰り返し単位として含まれる化
合物が使用される。具体的には、ポリビニリデンフルオ
ライド、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシ
ド、ポリプロピレンオキシド、ヘキサフルオロプロピレ
ン−ビニリデンフルオロライド共重合体及びポリメタク
リルニトリルなどが挙げられる。

【００３１】膨潤溶媒としては、特に限定されるもので
はないが、リチウム二次電池の作動電位範囲内で容易に
分解反応を起こし得ない非水溶媒を用いることが好まし
い。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、エチルメチルカー
ボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネ
ート、ブチルプロピルカーボネート、ジブチルカーボネ
ート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシ
エタン、テトラヒドロフラン等の非水溶媒を単独又は混
合して用いることができる。

【００３２】外装フィルム１０は、上記電池素子９を収
容する。外装フィルム１０は、例えば、外装保護層と、
アルミニウム層と、熱溶着層（ラミネート最内層）とか
らなるヒートシールタイプのシート状ラミネートフィル
ムにより形成されている。

【００３３】ここで、熱溶着層及び外部保護層の材質と
しては、プラスチックフィルムなどを挙げることができ
る。熱溶着層を形成するプラスチックフィルムには、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ナイロン（商品名）など
が用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であれば
その原料を問わない。

【００３４】正極リード１１及び負極リード１２は、そ
れぞれ正極集電体２及び負極集電体５に接合されてい
る。そして、外部の電子機器と接続する。正極リード１
１に使用される材料の例としては、アルミニウム、チタ
ン、或いはこれらの合金等が挙げられる。負極リード１
２に使用される材料の例としては、銅、ニッケル、又は
これらの合金等が挙げられる。

【００３５】そして、上記のような非水電解質電池１
は、つぎに示すようにして製造される。

【００３６】先ず、正極４を作製する。正極活物質と結
着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２となる例え
ばアルミニウム箔等の金属箔上に略Ｌ字形状にてパター
ン塗布、乾燥することにより、略Ｌ字形状の正極活物質
層３が形成されて正極４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。

【００３７】次に、負極７を作製する。負極活物質と結
着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体５となる例え
ば銅箔等の金属箔上にパターン塗布、乾燥することによ
り、略Ｌ字形状の負極活物質層６が形成されて負極７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。

【００３８】以下、正極集電体２及び負極集電体５をま
とめて集電体と称し、正極活物質層３及び負極活物質層
６をまとめて活物質層と称し、正極４及び負極７をまと
めて電極と称することとする。

【００３９】次に、膨潤溶媒に電解質塩を溶解させて可
塑剤を調製し、この可塑剤にマトリクス高分子を添加
し、よく攪拌してマトリクス高分子を溶解させることに
よりゾル状の電解質溶液を得る。また、この電解質溶液
に流動性を付与し、均一な電解質層８を得るために、電
解質溶液に調製用の溶剤を添加しても良い。この溶剤と
しては、電解質層８の構成成分である膨潤溶媒よりも低
い沸点を有する非水溶媒を用いることが可能であり、具
体的には、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、プロピレンカーボネート等が挙げられる。

【００４０】次に、電極上にゲル状の電解質層８を形成
する。電解質層８を形成するためには、例えば図３に示
すような装置を用いることができる。先ず、電極巻き出
しロール２０から電極２１を送り出し、電極予熱装置２
２によって、電極２１を加熱する。電解質層８を形成す
る前に、予め電極２１を加熱することにより、電解質溶
液を噴霧する際に、電解質溶液の流動性を維持しつつ、
電極２１上に電解質溶液を塗着させることができる。こ
れにより、均一な電解質層８を得られる。

【００４１】そして、本発明にかかる非水電解質電池１
の製造方法においては、電極２１の活物質層上に、スワ
ールヘッド２３からゲル電解質溶液を噴霧することによ
ってゲル状の電解質層８を形成する。

【００４２】具体的には、電解質溶液は、図４に示すよ
うな電解質溶液噴霧装置３０によって、電極２１上に噴
霧される。

【００４３】この電解質溶液噴霧装置３０は、電解質溶
液を貯蔵する貯蔵タンク３１と熱媒油が充填される保温
部３２とを備える電解質溶液加温装置３３と、高圧空気
を発生する圧縮空気源３４と熱媒油が充填される熱交換
器３５とを備える空気加熱装置３６と、複数の空気噴出
口３７を有するエア室３８と電解質溶液導入路３９と電
解質溶液噴出口４０を有するスワールヘッド２３と、熱
媒油を適温に加熱する温度調整器４１ａ，４１ｂと、熱
媒油輸送パイプ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄとを有
している。

【００４４】電解質溶液加温装置３３の保温部３２は、
熱媒油輸送パイプ４２ａ，４２ｂを介して温度調整器４
１ａと連通している。そして、温度調整器４１ａで適温
に加熱された熱媒油は、熱媒油輸送パイプ４２ａを介し
て電解質溶液加温装置３３の保温部３２に供給される。
その後、保温部３２を通過した熱媒油は、熱媒油輸送パ
イプ４２ｂを介して再び温度調整器４１に戻る。

【００４５】そして、電解質溶液加温装置３３は、保温
部３２が貯蔵タンク３１を包囲するような構造となされ
ている。そして、加熱された熱媒油が保温部３２に供給
されることにより、貯蔵タンク３１内の電解質溶液を適
温に加熱して電解質溶液を十分に可塑化し、電解質溶液
にさらに流動性を付与する。なお、貯蔵タンク３１には
温度計４６ａ及び圧力計４７ａが設置されている。この
ため、電解質溶液の温度及び貯蔵タンク３１の内圧を逐
次観察し、任意に制御することが可能となる。

【００４６】また、電解質溶液加温装置３３の貯蔵タン
ク３１は、バルブ４３ａを有する電解質溶液輸送パイプ
４４を介してスワールヘッド２３の電解質溶液導入路３
９と連通されている。

【００４７】空気加熱装置３６の熱交換器３５は、熱媒
油輸送パイプ４２ｃ，４２ｄを介して温度調整器４１ｂ
と連通している。そして、温度調整器４１ｂで適温に加
熱された熱媒油は、熱媒油輸送パイプ４２ｃを介して空
気加熱装置３６の熱交換器３５に供給される。その後、
熱交換器３５を通過した熱媒油は、熱媒油輸送パイプ４
２ｄを介して再び温度調整器４１に戻る。

【００４８】そして、空気加熱装置３６では、圧縮空気
源３４で高圧とされた空気が熱交換器３５内の空気輸送
パイプ４５に供給される。熱交換器３５内においては、
高圧空気の流通経路となる管をコイル状にする等によ
り、高圧空気と熱媒油との間接的な接触面積が極めて大
となされているため、熱媒油と高圧空気との熱交換が速
やかに行われる。このため、高圧空気を十分に加熱する
ことができる。なお、空気加熱装置３６とスワールヘッ
ド２３との間に配された空気輸送パイプ４５には、温度
計４６ｂ及び圧力計４７ｂが設置されている。このた
め、高圧空気の温度及び圧力を逐次観察し、任意に設定
することが可能となる。

【００４９】また、空気加熱装置３６の熱交換器３５
は、バルブ４３ｂを有する空気輸送パイプ４５を介して
スワールヘッド２３のエア室３８と連通されている。

【００５０】スワールヘッド２３は、エア室３８が電解
質溶液導入路３９によって貫通された略筒状の構造とな
っている。

【００５１】エア室３８の一端は、空気輸送パイプ４５
に連結されている。また、エア室３８の他端は、複数の
空気噴出口３７を有している。空気噴出口３７は、所定
の間隔をもってスワールヘッド２３の先端に略円周状に
複数配置され、且つ斜めに穿設されている。そして、空
気輸送パイプ４５からエア室３８に供給された空気は、
圧縮空気源３４による高圧と空気噴出口３７の穿設方向
とに起因して、空気噴出口３７からスワール（旋回流）
として噴出される。

【００５２】一方、電解質溶液導入路３９の一端は、電
解質溶液輸送パイプ４４に連結されている。また、電解
質溶液導入路３９の他端は、電解質溶液噴出口４０を有
している。そして、電解質溶液輸送パイプ４４から電解
質溶液導入路３９に供給された電解質溶液は、所定の圧
力をもって電解質溶液噴出口４０から外部に噴出され
る。

【００５３】上述のような構成の電解質溶液噴霧装置３
０によって電極２１上に電解質溶液を噴霧するときに
は、先ず、電解質溶液輸送パイプ４４のバルブ４３ａを
開放し、スワールヘッド２３の電解質溶液導入路３９
に、十分な流動性を付与された電解質溶液を供給する。
また、空気輸送パイプ４５のバルブ４３ｂを開放し、エ
ア室３８に加熱された高圧空気を供給する。そして、電
解質溶液噴出口４０から噴出された電解質溶液は、空気
噴出口３７から旋回流として噴出された空気と衝突する
ことによって霧化され、図示しない電極２１に向けて飛
行し、電極２１上に塗着する。

【００５４】次に、図３に示すように、電解質溶液が噴
霧された電極２１をドライヤー２４にて乾燥させること
により、電解質溶液中の溶剤を揮発させる。これによ
り、電極２１上にゲル状の電解質層８が形成される。そ
して、電解質層８が形成された電極２１は、電極巻き取
りロール２５に巻き取られる。

【００５５】このとき、高圧空気が空気加熱装置３６で
十分に加熱された状態とされているため、電解質溶液は
流動性を損なうことなく良好に霧化され、電極２１上に
塗着する。そして、スワールヘッド２３と電極２１とを
相対的に移動させることにより、電解質溶液の噴霧パタ
ーンを自在に変化させることができる。すなわち、電解
質溶液を加熱された空気とともに噴出することにより、
電極２１の活物質層が形成された部分に精度良く噴霧す
ることができる。したがって、所望の形状の電解質層８
を得ることができる。

【００５６】このとき、電解質溶液とともに噴出される
空気の温度は、３０℃以上、９０℃以下の範囲に制御す
ることが好ましい。空気の温度を上記の範囲内とするこ
とで、電解質溶液を良好な状態で電極２１上に噴霧する
ことができる。言い換えると、噴出される空気の温度が
３０℃未満である場合、電解質溶液噴出口４０から噴出
された電解質溶液の流動性が失われて電解質溶液が電極
２１に浸透し難くなり、放電容量の低下を引き起こす虞
がある。一方、噴出される空気の温度が９０℃を上回る
場合、電解質溶液調製用の溶剤のみならず、電解質層８
の構成成分である膨潤溶媒の蒸発が開始し、均一な電解
質層８を得られない虞がある。また、電解質溶液ととも
に噴出される空気のさらに好ましい温度は、５０℃以
上、７０℃以下の範囲である。

【００５７】次に、電解質層８が形成された電極２１
を、所望の形状に切断する。このときの切断形状は、所
定の幅及び長さを有する矩形状であっても構わないし、
活物質層及び電解質層８を変形形状に形成した場合は、
これらの形状にあわせた変形形状であっても良い。

【００５８】次に、正極集電体２上の、正極活物質層３
の非形成部分に、正極リード１１を接合する。また、負
極集電体５上の、負極活物質層６の非形成部分に、負極
リード１２を接合する。

【００５９】次に、電解質層８が形成された正極４と電
解質層８が形成された負極７とを、電解質層８どうしが
対向するように貼り合わせてプレスし、図２に示すよう
な電池素子９とする。

【００６０】最後に、この電池素子９を外装フィルム１
０で挟み、外装フィルム１０の外周縁部を封口し、正極
リード１１と負極リード１２とを外装フィルム１０の封
口部に挟み込むとともに電池素子９を外装フィルム１０
中に密閉する。さらに、外装フィルム１０によってパッ
クされた状態で、電池素子９に対して熱処理を施す。以
上のようにして図１に示すような非水電解質電池１が完
成する。

【００６１】上述の説明のように、本発明によれば、電
極２１上がいかなる変形形状であるとしても、電解質溶
液を加熱された空気とともに噴霧することによって、電
解質溶液を所望の形状にて電極２１上に塗着させること
ができる。これにより、従来は作製が困難であった所望
の形状の電解質層８を、切れ・裂け等の不良を発生させ
ることなく得られる。また、電極２１上の必要な部分に
のみ、精度良く電解質層８を形成できるため、電解質溶
液の損失を従来のべた塗り方式と比較して大幅に削減す
ることができる。したがって、近年要求が高まりつつあ
る変形形状の非水電解質電池１を、歩留まり良く作製す
ることが可能となる。

【００６２】なお、本実施の形態ではセパレータを使用
しなかったが、正極４と負極７とを電解質層８を塗布し
た面を貼り合わせる際に、間にセパレータを挟んでも良
い。このセパレータとしては、公知の多孔質ポリオレフ
ィンセパレータなどが使用できる。

【００６３】なお、上述の説明では、非水電解質電池１
を製造するに際し、先ず電解質溶液を電極２１上に噴霧
して電解質層８を形成し、次に電解質層８が形成された
電極２１を所望の形状に切断する順序について述べた
が、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、
本発明にかかる非水電解質電池１の製造方法は、先ず電
極２１を所望の形状に切断し、次に切断された電極２１
上に電解質溶液を噴霧して電解質層８を形成する順序で
あっても構わない。また、本発明にかかる非水電解質電
池１の製造方法は、先ず電極２１の一方の面に電解質溶
液を噴霧して電解質層８を形成し、次に一方の面に電解
質層８が形成された電極２１を所望の形状に切断し、次
に切断された電極２１の他方の面に電解質溶液を噴霧し
て電解質層８を形成する順序であっても構わない。ま
た、非水電解質電池１を製造するに際し、電解質層の形
成と電極２１の切断との順序が、負極７と正極４とで異
なっていても構わない。

【００６４】なお、上述の説明では、電極２１の両面に
同時に電解質溶液を噴霧し、電解質層８を形成する様子
を図３を用いて説明したが、本発明はこれに限定される
ものではない。例えば、本発明は、電極２１の一方の面
に電解質溶液を噴霧することにより、電解質層８を形成
する場合にも適用可能である。

【００６５】なお、本発明を適用して製造される非水電
解質電池の電解質層の形状は、上述したような略Ｌ字形
状に限らず、いかなる形状であっても構わない。また、
本発明を適用して製造される非水電解質電池は、上述し
たような略Ｌ字形状に限らず、シート状、円筒型、角
型、コイン型、ボタン型、種々の変形形状等、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。なお、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。

【００６６】

【実施例】以下では、本発明の効果を調べるべく実際に
電池を作製し、その特性を評価した。

【００６７】実施例１まず、正極を以下のようにして作製した。

【００６８】ＬｉＣｏＯ₂を１００重量部とカーボンブ
ラックを１０重量部とポリフッ化ビニリデンを５重量部
とを、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを１００重量部と混
合し、ディスパーにて４時間混合することにより、適当
な粘度を有する正極合剤を得た。この正極合剤を、正極
集電体として厚さ２０μｍの矩形状のアルミニウム箔の
両面にパターン塗布した。塗布パターンは、図５に示す
ような略Ｌ字形状とした。そして、この正極集電体上に
塗布した正極合剤を乾燥させ、正極活物質層を得た。次
に、両面に正極活物質層を形成した正極集電体を線圧３
００ｋｇ／ｃｍでプレスし、厚さが１００μｍであり、
正極層密度が３．４５ｇ／ｃｃである正極原反を得た。
そして、略Ｌ字形状の正極活物質層が形成された正極原
反を、正極活物質層の形状に沿って切断し、略Ｌ字形状
の正極を得た。なお、ＬｉＣｏＯ ₂としては、平均粒径
が１０μｍであるものを用いた。また、ポリフッ化ビニ
リデンとしては、平均分子量が３０万であるものを用い
た。また、カーボンブラックとしては、平均粒径が１５
ｎｍであるものを用いた。

【００６９】つぎに、負極を以下のようにして作製し
た。

【００７０】人造グラファイトを１００重量部とポリフ
ッ化ビニリデンを１５重量部とをＮ−メチル−２−ピロ
リドンを２００重量部と混合し、ディスパーにて４時間
混合することにより、適当な粘度を有する負極合剤を得
た。この負極合剤を、負極集電体として厚さ１０μｍの
矩形状の銅箔の片面にパターン塗布した。塗布パターン
は、正極の場合と同様に、略Ｌ字形状とした。そして、
この負極集電体上に塗布した負極合剤を乾燥させ、負極
活物質層を得た。次に、片面に負極活物質層を形成した
負極集電体を線圧３００ｋｇ／ｃｍでプレスし、厚さが
５０μｍであり、負極層密度が１．３０ｇ／ｃｃである
負極原反を得た。なお、人造グラファイトとしては、平
均粒径が２０μｍであるものを用いた。また、ポリフッ
化ビニリデンとしては、平均分子量が３０万であるもの
を用いた。そして、略Ｌ字形状の負極活物質層が形成さ
れた負極原反を、負極活物質層の形状に沿って切断し、
略Ｌ字形状の負極を得た。

【００７１】つぎに、電解質層を以下のようにして作製
した。

【００７２】先ず、ポリ（ヘキサフルオロプロピレン−
フッ化ビニリデン）共重合体を５重量部と、ジメチルカ
ーボネートを７５重量部と、電解液を２０重量部とを混
合し、電解質溶液を調製した。

【００７３】なお、電解液としては、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
を体積比４：３：３にて混合した混合溶媒中に、電解質
としてＬｉＰＦ₆を１．２ｍｏｌ／ｌにて溶解したもの
を用いた。

【００７４】次に、上記組成の電解質溶液を、７０℃の
加温状態でディスパーにて１時間混合した。このように
して流動性を付与した電解質溶液を、図４に示したよう
な電解質溶液噴霧装置を用いて、正極の正極活物質の形
状に一致するようにして、加熱空気とともに正極の両面
に略Ｌ字形状に噴霧した。そして、電解質溶液が噴霧さ
れた正極を、ドライヤーにてジメチルカーボネートのみ
が蒸発するようにして乾燥させ、厚さ２０μｍのゲル状
の電解質層を作製した。

【００７５】また、正極の場合と同様にして、負極活物
質層上に電解質溶液を噴霧し、乾燥させることにより、
負極上にゲル状の電解質層を作製した。なお、負極の場
合は、負極集電体の一方の面にのみ負極活物質層が形成
されているため、電解質層は負極活物質層上のみに形成
した。

【００７６】なお、正極及び負極上に電解質溶液を噴霧
する際の加熱空気の温度は、６０℃とした。

【００７７】つぎに、正極及び負極の活物質層未形成部
に、それぞれ正極リード及び負極リードを溶着し、さら
に互いの電解質層が形成された面が対向するように貼り
合わせ、圧着し、略Ｌ字形状の電池素子を作製した。

【００７８】最後に、電池素子を外装フィルムにて覆
い、周囲を溶着することにより、略Ｌ字形状の非水電解
質電池を作製した。

【００７９】実施例２正極及び負極上に電解質溶液を噴霧する際の、加熱空気
の温度を７０℃としたこと以外は、実施例１と同様にし
て非水電解質電池を作製した。

【００８０】実施例３正極及び負極上に電解質溶液を噴霧する際の、加熱空気
の温度を５０℃としたこと以外は、実施例１と同様にし
て非水電解質電池を作製した。

【００８１】実施例４正極及び負極上に電解質溶液を噴霧する際の、加熱空気
の温度を３０℃としたこと以外は、実施例１と同様にし
て非水電解質電池を作製した。

【００８２】実施例５正極及び負極上に電解質溶液を噴霧する際の、加熱空気
の温度を９０℃としたこと以外は、実施例１と同様にし
て非水電解質電池を作製した。

【００８３】比較例１まず、実施例１と同様にして、略Ｌ字形状の正極活物質
層が正極集電体の両面に形成されてなる、矩形状の正極
原反を作製した。また、実施例１と同様にして、略Ｌ字
形状の負極活物質層が負極集電体の片面に形成されてな
る、矩形状の負極原反を作製した。

【００８４】つぎに、実施例１と同様な組成の電解質溶
液を調製した。そして、正極原反の両面に、ダイコーテ
ィング法により、正極電解質層を覆うようにして矩形状
の正極原反のほぼ全面に電解質溶液を塗布した。そし
て、電解質溶液が塗布された正極原反を、ドライヤーに
てジメチルカーボネートのみが蒸発するようにして乾燥
させ、図６に示すように、正極原反のほぼ全面を覆うよ
うにして、ゲル状の電解質層を作製した。

【００８５】また、負極原反の片面に、ダイコーティン
グ法により、負極活物質層を覆うようにして、矩形状の
負極原反のほぼ全面に電解質溶液を塗布した。そして、
電解質溶液が塗布された負極原反を、ドライヤーにてジ
メチルカーボネートのみが蒸発するようにして乾燥さ
せ、負極原反の片面のほぼ全面を覆うようにして、ゲル
状の電解質層を作製した。

【００８６】次に、正極原反の、正極活物質層上に形成
された電解質層を残して、正極活物質層未形成部に形成
された余分な電解質層を剥離した。これにより、電解質
層の形状を、略Ｌ字形状の正極活物質層の形状とほぼ同
様とした。そして、略Ｌ字形状の正極活物質層及び電解
質層が形成された正極原反を、正極活物質層及び電解質
層の形状に沿って切断し、電解質層が形成された略Ｌ字
形状の正極を得た。

【００８７】また、正極原反の場合と同様にして、負極
原反の、負極活物質層上に形成された電解質層を残し
て、負極活物質層未形成部に形成された余分な電解質層
を剥離した。これにより、電解質層の形状を、略Ｌ字形
状の負極活物質層の形状とほぼ同様とした。そして、略
Ｌ字形状の負極活物質層及び電解質層が形成された負極
原反を、負極活物質層及び電解質層の形状に沿って切断
し、電解質層が形成された略Ｌ字形状の負極を得た。

【００８８】つぎに、正極及び負極の活物質層未形成部
に、それぞれ正極リード及び負極リードを溶着し、さら
に互いの電解質層が形成された面が対向するように貼り
合わせ、圧着し、略Ｌ字形状の電池素子を作製した。

【００８９】最後に、電池素子をラミネートフィルムに
て覆い、周囲を溶着することにより、略Ｌ字形状の非水
電解質電池を作製した。

【００９０】比較例２正極及び負極上に電解質溶液を噴霧する際の空気とし
て、非加熱の空気（２５℃）を用いたこと以外は、実施
例１と同様にして非水電解質電池を作製した。

【００９１】以上のように作製された電池について、以
下の測定及び評価を行った。（１）生産歩留まり実施例１〜実施例５、比較例１及び比較例２の非水電解
質電池を、それぞれ２０個作製する際に、電極上の電解
質層を目視し、電解質層の切れ・裂け等の有無を観察し
た。電解質層に切れ・裂け等を確認せず、良好な品質の
電解質層であったものの個数の、全個数に対する割合を
百分率として表した。（２）電解質使用量非水電解質電池を１個作製するに当たって使用された電
解質溶液の使用量を、噴霧時間及び噴霧面積、又は、塗
布時間及び塗布面積から求めた。そして、それぞれの電
解質溶液の使用量を、比較例１で使用した電解質溶液の
使用量を１００％としたときの百分率として表した。（３）容量比率以上のように作製された電池を、通常環境（２５℃、相
対湿度６０％）にて１２時間放置した後、５０ｍＡの定
電流で充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で１時間充電し
た。次に、５０ｍＡの定電流で放電し、３Ｖに到達した
ところで放電を終了した。このときの放電容量を測定
し、比較例１で得られる放電容量（設計容量）を１００
％としたときの百分率を、容量比率とした。

【００９２】以上のように作製した実施例１〜実施例
５、比較例１及び比較例２の、電解質層形成方法、電解
質溶液噴霧の際の加熱空気の温度、生産歩留まり、電解
質溶液使用量及び容量比率について、表１に示す。

【００９３】

【表１】

【００９４】表１から明らかなように、電解質溶液を電
極上に塗布することにより電解質層を形成した比較例１
に比べて、電解質溶液を電極上に噴霧することにより電
解質層を形成した実施例１〜実施例５は、電解質溶液の
使用量が６０％と少ない量で済み、電解質層の作製に必
要な原材料を飛躍的に減少させられることがわかった。
また、比較例１は、余分な電解質層を剥離する際に、必
要部分の電解質層にもダメージを与え、歩留まりの低下
も引き起こしていた。

【００９５】また、電解質溶液の噴霧の際に、加熱空気
を用いなかった比較例２は、電解質溶液の流動性が損な
われたため、電解質溶液を均一に噴霧することができ
ず、歩留まりが著しく低下していた。また、容量比率の
低下も著しかった。これらのことから、電解質溶液を噴
霧する際に、加熱空気を用いる必要があることがわかっ
た。

【００９６】また、電解質溶液を噴霧する際の加熱空気
の温度が３０℃である実施例３は、歩留まりの低下を引
き起こしていた。また、電解質溶液を噴霧する際の加熱
空気の温度が９０℃である実施例５は、容量比率の低下
を引き起こしていた。この実施例５では、電解質層が白
濁を生じていることから、ジメチルカーボネートのみな
らず、電解質成分となる膨潤溶媒の蒸発が始まっている
と考えられる。これらのことから、電解質溶液を噴霧す
る際の加熱空気には最適温度が存在し、特に、加熱空気
の温度を５０℃以上、７０℃以下の範囲とすることで、
高容量と良好な歩留まりとを両立できることがわかっ
た。

【００９７】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明にかかる電解質層の製造方法によれば、加熱空気とと
もに電解質溶液を噴霧することによって、電極上に所望
の形状にて電解質溶液を塗着させることができる。した
がって、本発明によれば、所望の形状の電解質層を製造
することができる。

【００９８】また、以上の説明からも明らかなように、
本発明にかかる非水電解質電池の製造方法によれば、加
熱空気とともに電解質溶液を噴霧することによって、電
極上に電解質層を形成している。このため、電解質溶液
の損失を生じることなく、所望の形状の電解質層を、精
度良く形成することができる。したがって、本発明によ
れば、生産性の向上が図られ、バリエーション豊かな形
状の非水電解質電池を低コストにて製造することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用して作製された非水電解質電池の
概略斜視図である。

【図２】本発明を適用して作製された電池素子の斜視図
である。

【図３】電極の両方の面上に電解質溶液を噴霧すること
により、電解質層を形成する様子を示す模式図である。

【図４】電解質溶液噴霧装置を示す模式図である。

【図５】実施例において作製した、正極活物質の塗布パ
ターンを示す斜視図である。

【図６】比較例において、電解質溶液を塗布することに
より電解質層を作製した正極原反を示す斜視図である。

【図７】電極の一方の面上にゲル電解質溶液を塗布する
様子を示す模式図である。

【図８】電極の両方の面上にゲル電解質溶液を塗布する
様子を示す模式図である。

【符号の説明】

１非水電解質電池、２正極集電体、３正極活物質
層、４正極、５負極集電体、６負極活物質層、７
負極、８電解質層、９電池素子、１０外装フィル
ム、１１正極リード、１２負極リード、２０電極
巻き出しロール、２１電極、２２電極予熱装置、２
３スワールヘッド、２４ドライヤー、２５電極巻
き取りロール、３０電解質溶液噴霧装置、３１貯蔵
タンク、３２保温部、３３電解質溶液加温装置、３
４圧縮空気源、３５熱交換器、３６空気加熱装
置、３７空気噴出口、３８エア室、３９電解質溶
液導入路、４０電解質溶液噴出口、４１温度調整
器、４２熱媒油輸送パイプ、４３バルブ、４４電
解質溶液輸送パイプ、４５空気輸送パイプ、４６温度
計、４７圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤平幸郎東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者松尾直樹東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5H024 AA02 AA12 BB02 BB03 BB08 BB18 CC02 CC04 CC12 CC20 DD17 FF15 FF16 FF17 FF18 FF20 FF21 HH11 HH15 5H029 AJ14 AK03 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 CJ00 CJ02 CJ12 CJ22 CJ28 DJ08 EJ12 HJ12 HJ14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極上に少なくとも電解質塩と膨潤溶媒
とマトリクス高分子とを有する電解質層を形成するに際
し、上記電解質塩と上記膨潤溶媒と上記マトリクス高分子と
を溶剤に溶解して電解質溶液を調製し、当該電解質溶液
を加熱する第１の工程と、上記電解質溶液を加熱空気とともに上記電極上に噴霧す
る第２の工程と、上記電極上に噴霧された電解質溶液中の溶剤を除去し、
電解質層を形成する第３の工程とを有することを特徴と
する電解質層の製造方法。
【請求項２】上記第２の工程において、加熱空気の温
度を５０℃以上、７０℃以下の範囲とすることを特徴と
する請求項１記載の電解質層の製造方法。
【請求項３】少なくとも負極と、正極と、負極及び／
又は正極上に形成され熱可塑性を有する電解質層とを備
え、上記電解質層は、電解質塩と膨潤溶媒とマトリクス高分
子とを有する非水電解質電池を製造するに際し、上記電解質塩と上記膨潤溶媒と上記マトリクス高分子と
を溶剤に溶解して電解質溶液を調製し、当該電解質溶液
を加熱する第１の工程と、上記電解質溶液を加熱空気とともに上記負極及び／又は
正極上に噴霧する第２の工程と、上記負極及び／又は正極上に噴霧された電解質溶液中の
溶剤を除去し、電解質層を形成する第３の工程とを有す
ることを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
【請求項４】上記第２の工程において、加熱空気の温
度を５０℃以上、７０℃以下の範囲とすることを特徴と
する請求項３記載の非水電解質電池の製造方法。