JP2003068278A

JP2003068278A - 電気化学デバイス

Info

Publication number: JP2003068278A
Application number: JP2001254591A
Authority: JP
Inventors: Shin Nagayama; 森長山
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-07
Anticipated expiration: 2021-08-24
Also published as: JP4293501B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】薄型化に適した積層もしくはつづら折り電気化
学デバイスの未活用空間を減少させ、同一体積により高
密度の電気化学デバイスを提供する。【解決手段】正極集電体２３ａ上に正極活物質含有層
２３ｂを有する正極２３と、負極集電体２１ａ上に負極
活物質含有層２１ｂを有する負極２１とがセパレータも
しくは高分子膜２２を介して順次積層された電極積層体
を有する電気化学デバイスであって、正極２３および負
極２１の形状が多角形であり、その多角形のいずれかの
角部に電極活物質含有層未形成領域２１ｃ，２３ｃを有
し、かつそれぞれの電極の前記電極活物質含有層未形成
領域２１ｃ，２３ｃは異なる角部にあり、これと対向す
るそれぞれの電極部分には角が切り欠かれた切り欠き部
を有する電気化学デバイス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は積層型の電池、キヤ
パシタ、燃料電池等の電気化学デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化に伴い、電池も
小型で軽量のものが求められるようになってきている。
こうした中、リチウム二次電池やキヤパシタ（以下、電
気化学デバイスと略する）は最も盛んに研究開発が行な
われている。最近ではより高性能化を計るため、構成要
素である正極、負極、セパレータならびに電解液の改良
が進められている。

【０００３】中でも、特に小型の電気化学デバイスに対
する要求に伴い、外装体も薄型化、軽量化を求められて
いる。このため、従来の缶状の外装体から、アルミラミ
ネートフィルムなどを用いたシート状の外装体の開発が
進められている。

【０００４】電気化学デバイスの素体部の構成方法とし
ては、正極と負極とセパレータを捲回する方法、積み重
ね積層する方法、つづら折にする方法などがあるが、特
に薄型のものにおいては積層およびつづら折が優れてい
る。

【０００５】しかしながら積層およびつづら折の電気化
学デバイスの場合、特開平９−８２３６１号公報、特開
平９−１２９２１１号公報などに示されるように、電極
において引き出し電極（リード）に接続する場合、集電
体の活物質含有層未塗布部分を凸形状にして塗布部分か
ら突出させ、正極および負極をまとめて外部と接続する
端子に溶接しているのが現状である。

【０００６】しかしながら、前記凸形状部分は素子全体
の長さを増加させるが、容量の増加には寄与しない。こ
のため、一般に積層、もしくはつづら折の角型素子の場
合、体積の数％が活用されない空間として残ることにな
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、薄型
化に適した積層もしくはつづら折電気化学デバイスの未
活用空間を減少させ、同体積でより高密度の電気化学デ
バイスを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的は以
下の本発明の構成により達成される。（１）正極集電体上に正極活物質含有層を有する正極
と、負極集電体上に負極活物質含有層を有する負極とが
セパレータもしくは高分子膜を介して順次積層された電
極積層体を有する電気化学デバイスであって、正極およ
び負極の形状が多角形であり、その多角形のいずれかの
角部に電極活物質含有層未形成領域を有し、かつそれぞ
れの電極の前記電極活物質含有層未形成領域は異なる角
部にあり、これと対向するそれぞれの電極部分には角が
切り欠かれた切り欠き部を有する電気化学デバイス。（２）前記正極および負極を積み重ねた電極積層体の
形状が、長方形もしくは正方形であり、この正極および
負極の電極活物質含有層未形成領域がその長方形もしく
は正方形のそれぞれ異なる角に形成されている上記
（１）の電気化学デバイス。（３）前記電極活物質含有層未形成領域の形状が三角
形である上記（１）または（２）の電気化学デバイス。（４）リチウム二次電池である上記（１）〜（３）の
いずれかの電気化学デバイス。（５）負極塗布部が正極塗布部より常に０〜１mmはみ
出るように形成され、積層されている上記（４）の電気
化学デバイス。（６）電気二重層キヤパシタである上記（１）〜
（３）のいずれかの電気化学デバイス。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の電気化学デバイスを具体
的に説明する。本発明の電気化学デバイスは、正極集電
体上に正極活物質含有層を有する正極と、負極集電体上
に負極活物質含有層を有する負極とがセパレータ、もし
くは高分子膜を介して順次積層された電極積層体を有す
る電気化学デバイスであって、正極および負極の形状が
多角形であり、その多角形のいずれかの角部に電極活物
質含有層未形成領域を有し、かつそれぞれの電極の前記
電極活物質含有層未形成領域は異なる角部にあり、これ
と対向するそれぞれの電極部分には角が切り欠かれた切
り欠き部を有するものである。

【００１０】各電極それぞれに、電極活物質層未形成領
域を設け、この電極活物質層未形成領域の位置を電極積
層体の角部に設定することにより、取り出し電極接続の
ための凸部を無くし電気化学デバイス全体の体積に占め
る活物質含有層の割合を増やすことができる。

【００１１】通常、電極は電極活物質含有層形成領域
と、電極活物質含有層未形成領域とを、あらかじめ塗り
分けることで形成している。本発明の構造においても、
電極を打ち抜く際に未塗布領域に対し斜めに傾けて打ち
抜くことによって、従来のリード接続のための凸部を持
つ電極に比べても、同程度に容易に製造することができ
る。

【００１２】また、主に積層電気化学デバイスの形状
は、直方体もしくは立方体であることが多いが、本発明
の素子の形状は、それ以外の多角形の積層素子でもよ
く、角を有する形状であれば特に限定されるものではな
い。

【００１３】ここで、角部とは多角形の角部分から多角
形内部に三角形状にある程度の広がりを有する領域であ
り、その面積はリート線を接続するために必要な大きさ
を有するものであればよい。角部の具体的な大きさとし
ては、角部の三角形の形状にもよるが、０．１〜１cm²
程度が好ましい。角部の三角形は、多角形の角を頂点と
する２辺の長さが等しいものでも、異なったものでもよ
く、リードの取り付けに都合のよい形状とすればよい。

【００１４】この角部は、対になる電極同士の角部が重
ならないように、別個の角に設けるとよい。そして、互
いの角部に対応する部分には切り欠き部を有し、電極を
積層したときに、角部が積層体から露出するようにす
る。

【００１５】この電気化学デバイスは、外装体内に正
極、負極および電解質が装填された基本構造を有する。
図１にその正、負極およびセパレータもしくは高分子膜
の個別の模式図を、図２に代表的な積層時の正、負極お
よびセパレータもしくは高分子膜の模式図を、図３に代
表的な素子の外観を示す。

【００１６】電気化学素体は、例えば図１に示すよう
に、負極集電体２１ａ上に負極活物質含有層２１ｂが形
成された負極２１と、セパレータ（高分子膜）２２と、
正極集電体２３ａ上に正極活物質含有層２３ｂが形成さ
れた正極２３とが、図２に示すように交互に積層された
構造になっている。

【００１７】そしてこの例では、電極は概ね四角い長方
形であり、その角の１つに角部２１ｃ、２３ｃが形成さ
れている。また、負極２１と正極２３は、お互いの角部
が重ならないように、異なった角に、角部を有してい
る。そして、他方の電極２１，２３のそれぞれの角部２
１ｃ、２３ｃに対応する部分には、切り欠き部を有して
いる。このように形成することで、積層したときにそれ
ぞれの角部が露出し、リードを容易に接続できる。な
お、それぞれの角部は、通常多角形のリード取り出し側
の辺に形成することとなる。

【００１８】本発明の電気化学デバイスは、例えば図３
に示すように、外装体１１である一枚のシート状フィル
ムを、上記電気化学素体を挟んで折り返し、その両端の
接着部１２を接着して袋状にした後、取り出し電極１
３、すなわちリード部分から必要に応じて電解液を注液
し、最後に封口してラミネート型の電気化学デバイスと
したものである。

【００１９】本発明では、負極集電体２１ａと正極集電
体２３ａの電極活物質含有層未形成領域に、図４に示す
ように、引き出し電極１３を接続する。このように、引
き出し電極１３との接続部分を角部の電極活物質含有層
未形成領域２１ｃ、２３ｃとすることで、図５に示すよ
うに、従来の負極集電体３１、正極集電体３３にリード
接続のためのタブ３１ｃ，３３ｃを形成する必要がなく
なり、電極活物質含有層３１ａ、３３ａ形成領域が増大
する。

【００２０】図６〜９は、本発明の他の実施形態を示し
たものであり、５角形以上の多角形の電極に本発明を適
用した例を示している。

【００２１】ここで、図６は負極集電体２１ａ上に負極
活物質含有層２１ｂが形成された負極２１と、セパレー
タ（高分子膜）２２と、正極集電体２３ａ上に正極活物
質含有層２３ｂが形成された正極２３とを示したもので
あり、図７はそれらを積層した状態を示したものであ
る。図６，７において、図１〜４と同一構成要素には同
一符号を付して説明を省略する。このような６角形の形
状とすることにより、左右横方向（紙面平面上での左右
方向）への電極の取り出しが容易となる。

【００２２】ここで、図８は負極集電体２１ａ上に負極
活物質含有層２１ｂが形成された負極２１と、セパレー
タ（高分子膜）２２と、正極集電体２３ａ上に正極活物
質含有層２３ｂが形成された正極２３とを示したもので
あり、図８はそれらを積層した状態を示したものであ
る。図８，９において、図１〜４と同一構成要素には同
一符号を付して説明を省略する。このような８角形の形
状とすることにより、縦方向（紙面平面上での縦方向）
への電極の取り出しが容易となる。

【００２３】外装体は、金属などの缶状のもの、あるい
は０．３mm厚以下のシート状フィルムなどを使用するこ
とができる。通常の使用において電気化学デバイス内部
は外装体により密封されている。ただし、何らかの異常
による内圧の上昇に対し、安全弁を設けてガスが外部に
逃げるような構造をとることも可能である。

【００２４】本発明の素子の正極は正極活物質、導電助
剤および結着剤の混合物からなり、これらは正極集電体
上に塗布されている。正極は集電体上の全面に塗らず、
一部に未塗布部分を設けて、他の積層した正極同士を接
合する部分とする。

【００２５】同様に負極も負極活物質、導電助剤、およ
び結着剤の混合物からなり、これらは負極集電体上に塗
布されている。負極も集電体上の全面に塗らず、山部に
未塗布部分を設けて、他の積層した負極同士を接合する
部分とする。

【００２６】本発明においては、電極積層体は任意の多
角形の積み重ねとなる。このとき、正極の電極は、積層
体のいずれかの角に未塗布部分を設けるように、打ち抜
きもしくは切断によって作成しておく。負極は、正極と
は異なる角に未塗布部分を設けるようにする。正極と、
負極で未塗布部分に対向する部分は、あらかじめ存在し
ないように、打ち抜きもしくは切断しておく。

【００２７】正極と負極とを電気的に分けるセパレータ
もしくは高分子膜は、電極塗布部全面を覆うような形状
に打ち抜き、切断し、もしくは成形して積層していく。
セパレータもしくは高分子膜は積層時に未塗布部分には
み出してよいが、リード接続が可能な程度に未塗布部分
を開けるようにしなくてはならない。

【００２８】このように積層すると、正極、負極それぞ
れの未塗布部分は、溶接することによって一つにまとめ
ることができる。この後に素子内部と外部とをつなぐリ
ードを正負極それぞれに接続し、密封可能な外装体に封
入して、本発明の素子が完成する。

【００２９】また、必要に応じて、作成途中で電極、セ
パレータ（高分子膜）、積層体に電解液、電解質を含浸
させることができる。

【００３０】本発明の電極を使用することによって、従
来のタブ式の未塗布部分を設ける電極より明らかに大面
積の活物質を、同一外寸に収めることができることは、
図４より明らかにわかる。

【００３１】本発明において、特にリチウム二次電池の
場合、負極電極塗布部、つまり電極活物質含有層形成領
域を、正極電極塗布部、つまり電極活物質含有層形成領
域よりも一回り大きくすることができる。負極電極塗布
部は、０〜３mm、特に０．２５〜１．０mmはみでるよ
う、電極を重ねたときに、その重なり部分より余分に大
きくなっていることが好ましい。これは、リチウム二次
電池の場合、負極が小さい場合、負極に入りきれなくな
ったリチウムイオンが金属リチウムとして析出すること
があるためであり、安全性の面で負極を大きくすること
が望ましいためである。ただし３mm以上はみ出てしまう
と、実際に容量として使われない電極面積が増大してし
まうので、容量密度の低下が起こり好ましくない。

【００３２】本発明においては、積層体の形状は特に限
定されるものではなく、長方形もしくは正方形であって
もよく、角のある多角形であれば特に形状は問わない。
図６〜９に示したような６角形や８角形でもよいし、他
の多角形でもよい。

【００３３】本発明では、未塗布部分を電極の角部に限
定しているが、これは、打ち抜きもしくは切断によっ
て、電極の辺の部分のみに未塗布部分を設けることが非
常に困難であるからである。

【００３４】多角形の角部分に未塗布部分を有する電極
を形成するためには、例えば図１０に示すように、帯状
に電極活物質含有層を塗布した集電体を、未塗布の部分
にかけて打ち抜くことで容易に作成できる。

【００３５】〔電気化学デバイス〕本発明の電気化学デ
バイスは、例えば、アルミニウム箔や銅箔等の金属箔等
で構成される正負両極の電極と、セパレータと電解質、
もしくは高分子固体電解質等とが交互に積層された構造
を有する。正負両極の電極には、それぞれ引き出し電極
（導出端子）が接続されている。引き出し電極は、アル
ミニウム、銅、ニッケル、ステンレス等の金属箔で構成
される。

【００３６】外装体は、例えばアルミニウム等の金属層
の両面に、熱接着性樹脂層としてのポリプロピレン、ポ
リエチレン等のポリオレフィン樹脂層や耐熱性のポリエ
ステル樹脂層が積層されたラミネートフィルムから構成
されている。外装体は、予め２枚のラミネートフィルム
をそれらの３辺の端面の熱接着性樹脂層相互を熱接着し
てシール部を形成し、１辺が開口した袋状に形成した
り、あるいは、一枚のラミネートフィルムを折り返して
両辺の端面を熱接着してシール部を形成して袋状とした
パウチ型のものや、外装体の一部を電気化学デバイスが
収納可能な寸法に形成した深絞り型のものがある。

【００３７】金属−樹脂間接着剤としては、例えばカル
ボン酸等の酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレ
ン、エポキシ樹脂、変性イソシアネート等を例示でき
る。金属−樹脂間接着剤は、金属とポリオレフィン樹脂
との間に介在してこれらの密着性を良好にするためのも
のであるから、引き出し電極のシール部を覆う程度の大
きさで十分である。

【００３８】本発明の電気化学デバイスに用いられる素
子は、積層構造の二次電池に限定されるものではなく、
これらと同様な構造を有するキャパシタなどを用いるこ
とができる。

【００３９】本発明の電気化学デバイスは、次のような
リチウム二次電池、電気二重層キャパシタとして用いる
ことができる。

【００４０】＜リチウム二次電池＞本発明のリチウム二
次電池の構造は特に限定されないが、通常、正極、負極
及びセパレータと電解質、もしくは高分子固体電解質か
ら構成され、積層型電池や巻回型電池等に適用される。

【００４１】負極には、炭素材料、リチウム金属、リチ
ウム合金あるいは酸化物材料のような負極活物質を用
い、正極には、リチウムイオンがインターカレート・デ
インターカレート可能な酸化物または炭素材料のような
正極活物質を用いることが好ましい。このような電極を
用いることにより、良好な特性のリチウム二次電池を得
ることができる。

【００４２】電極活物質として用いる炭素材料は、例え
ば、メソカーボンマイクロビーズ（ＭＣＭＢ）、天然あ
るいは人造の黒鉛、樹脂焼成炭素材料、カーボンブラッ
ク、炭素繊維などから適宜選択すればよい。これらは粉
末として用いられる。中でも黒鉛が好ましく、その平均
粒子径は１〜３０μm 、特に５〜２５μm であることが
好ましい。平均粒子径が小さすぎると、充放電サイクル
寿命が短くなり、また、容量のばらつき（個体差）が大
きくなる傾向にある。平均粒子径が大きすぎると、容量
のばらつきが著しく大きくなり、平均容量が小さくなっ
てしまう。平均粒子径が大きい場合に容量のばらつきが
生じるのは、黒鉛と集電体との接触や黒鉛同士の接触に
ばらつきが生じるためと考えられる。

【００４３】リチウムイオンがインターカレート・デイ
ンターカレート可能な酸化物としては、リチウムを含む
複合酸化物が好ましく、例えば、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＭ
ｎ₂Ｏ ₄、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＶ₂Ｏ₄などが挙げられる。
これらの酸化物の粉末の平均粒子径は１〜４０μm 程度
であることが好ましい。

【００４４】電極には、必要により導電助剤が添加され
る。導電助剤としては、好ましくは黒鉛、カーボンブラ
ック、炭素繊維、ニッケル、アルミニウム、銅、銀等の
金属が挙げられ、特に黒鉛、カーボンブラックが好まし
い。

【００４５】電極組成は、正極では、重量比で、活物
質：導電助剤：ゲル電解質＝３０〜９０：３〜１０：１
０〜７０の範囲が好ましく、負極では、重量比で、活物
質：導電助剤：ゲル電解質＝３０〜９０：０〜１０：１
０〜７０の範囲が好ましい。ゲル電解質は、特に限定さ
れず、通常用いられているものを用いればよい。また、
ゲル電解質を含まない電極も好適に用いられる。この場
合、バインダとしてはフッ素樹脂、フッ素ゴム等を用い
ることができ、バインダの量は３〜３０質量％程度とす
る。

【００４６】電極の製造は、まず、活物質と必要に応じ
て導電助剤を、ゲル電解質溶液またはバインダ溶液に分
散し、塗布液を調製する。

【００４７】そして、この電極塗布液を集電体に塗布す
る。塗布する手段は特に限定されず、集電体の材質や形
状などに応じて適宜決定すればよい。一般に、メタルマ
スク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレー
コート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラ
ビアコート法、スクリーン印刷法等が使用されている。
その後、必要に応じて、平板プレス、カレンダーロール
等により圧延処理を行う。

【００４８】集電体は、電池の使用するデバイスの形状
やケース内への集電体の配置方法などに応じて、適宜通
常の集電体から選択すればよい。一般に、正極にはアル
ミニウム等が、負極には銅、ニッケル等が使用される。
なお、集電体は金属箔、金属メッシュなどが、通常、使
用される。金属箔よりも金属メッシュの方が電極との接
触抵抗が小さくなるが、金属箔でも十分小さな接触抵抗
が得られる。

【００４９】そして、溶媒を蒸発させ、電極を作製す
る。塗布厚は、５０〜４００μm 程度とすることが好ま
しい。

【００５０】セパレータとしては、例えば多孔質フィル
ム、もしくは不繊布を用いることができる。このセパレ
ータは、例えば、ポリオレフィン類、およびセルロース
類から選ばれる１種または２種以上の材料により形成さ
れていることが好ましい。前記ポリオレフィンとして
は、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどを挙げる
ことができる。特に、ポリエチレン、またはポリプロピ
レン、あるいはその両者により形成された多孔質フィル
ムは、二次電池の安全性を大幅に向上させることができ
ることから好ましい。

【００５１】高分子膜は、例えば、ＰＥＯ（ポリエチレ
ンオキシド））系、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）
系、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）系等の高分子微
多孔膜を用いることができる。

【００５２】このような正極、セパレータもしくは高分
子膜、負極をこの順に積層して電池素体とする。

【００５３】電解液は一般に電解質塩と溶媒よりなる。
電解質塩としては、例えば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、
ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＳＯ₃ＣＦ₃、ＬｉＣｌＯ₄、Ｌｉ
Ｎ（ＳＯ₂ ＣＦ₃ ）₂ 等のリチウム塩が適用できる。

【００５４】電解液の溶媒としては、セパレータには不
溶性を示し、高分子固体電解質、電解質塩との相溶性が
良好なものであれば特に制限はされないが、リチウム電
池等では高い動作電圧でも分解の起こらない極性有機溶
媒、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレ
ンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート、ジメ
チルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート、
エチルメチルカーボネート等のカーボネート類、テトラ
ヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラ
ン等の環式エーテル、１，３−ジオキソラン、４−メチ
ルジオキソラン等の環式エーテル、γ−ブチロラクトン
等のラクトン、スルホラン等が好適に用いられる。３−
メチルスルホラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタ
ン、エトキシメトキシエタン、エチルジグライム等を用
いてもよい。

【００５５】溶媒と電解質塩とで電解液を構成すると考
えた場合の電解質塩の濃度は、好ましくは０．３〜５mo
l/lである。通常、１mol/l辺りで最も高いイオン伝導性
を示す。

【００５６】このような電解液に微多孔性の高分子膜を
浸漬すると、高分子膜が電解液を吸収してゲル化し、高
分子固体電解質となる。

【００５７】高分子固体電解質の組成を共重合体／電解
液で示した場合、膜の強度、イオン伝導度の点から、電
解液の比率は４０〜９０質量％が好ましい。

【００５８】また、セパレータを用いる場合には、電極
とセパレータの積層体に電解液を注液すればよい。

【００５９】＜電気二重層キャパシタ＞本発明の電気二
重層キャパシタの構造は特に限定されないが、通常、一
対の分極性電極が高分子固体電解質を介して配置されて
おり、分極性電極および高分子固体電解質の周辺部には
絶縁性ガスケットが配置されている。このような電気二
重層キャパシタはペーパー型、積層型等と称されるいず
れのものであってもよい。

【００６０】分極性電極としては、活性炭、活性炭素繊
維等を導電性活物質とし、これにバインダとしてフッ素
樹脂、フッ素ゴム等を加える。そして、この混合物をシ
ート状電極に形成したものを用いることが好ましい。バ
インダの量は５〜１５質量％程度とする。また、バイン
ダとしてゲル電解質を用いてもよい。

【００６１】分極性電極に用いられる集電体は、白金、
導電性ブチルゴム等の導電性ゴムなどであってよく、ま
たアルミニウム、ニッケル等の金属の溶射によって形成
してもよく、上記電極層の片面に金属メッシュを付設し
てもよい。

【００６２】電気二重層キャパシタには、上記のような
分極性電極と、セパレータと電解質、もしくは高分子固
体電解質とを組み合わせる。

【００６３】高分子膜、セパレータは上記の電池と同様
のものを用いることができる。

【００６４】電解質塩としては、（Ｃ₂Ｈ₅）₄ＮＢ
Ｆ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₃ＣＨ₃ＮＢＦ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₄ＰＢ
Ｆ₄等が挙げられる。

【００６５】電解液に用いる非水溶媒は、公知の種々の
ものであってよく、電気化学的に安定な非水溶媒である
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−
ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミ
ド、１，２−ジメトキシエタン、スルホラン単独または
混合溶媒が好ましい。

【００６６】このような非水溶媒系の電解質溶液におけ
る電解質の濃度は、０．１〜３mol/lとすればよい。

【００６７】絶縁性ガスケットとしては、ポリプロピレ
ン、ブチルゴム等の絶縁体を用いればよい。

【００６８】

【実施例】以下に本発明の具体的な実施例を、リチウム
二次電池と電気二重層キヤパシタを例に示す。

【００６９】〔実施例１〕負極活物質として人造黒鉛
（MCM3：大阪ガス製）、結着剤としてポリフッ化ビニリ
デン（PVDF）（KynarFlex761A：エルフ・アトケム社
製）、導電助材としてカーボンブラックを用いて、重量
比で人造黒鉛：カーボンブラック：ＰＶＤＦ＝９０：
３：７となるように秤量した。

【００７０】さらに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（Ｎ
ＭＰ）を、ＮＭＰ：ＰＶＤＦ＝９３：７（質量比）とな
るように加え、これらを室温下で混合して負極用スラリ
ーとした。この負極用スラリーを、厚さ１０μm の銅箔
集電体の両面に塗布して乾燥し、集電体と一体化した負
極を作製した。塗布の際には、塗布部を帯状とし未塗布
領域が塗布部の両端にくるようにした。

【００７１】また、正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂ を、
導電助剤としてカーボンブラックおよびグラファイト
を、バインダとしてKynarFlex761Aを用い、重量比でＬ
ｉＣｏＯ₂ ：カーボンブラック：グラファイト：バイン
ダ＝９０：３：３：４となるように秤量し、さらに、N
−メチル−2−ピロリドン（NMP）をNMP：バインダ＝９
４：６（重量比）となるように加え、これらを室温下で
混合して正極用スラリーとした。この正極用スラリー
を、厚さ６０μm のアルミニウム箔集電体の片面に塗布
して乾操し、集電体と一体化した片面塗布型の正極を作
製した。

【００７２】また、上記正極用スラリーを、厚さ２０μ
m のアルミニウム箔集電体の両面に塗布して乾燥し、集
電体と一体化した両面塗布型の正極を作製した。これら
正極も塗布部を帯状にし、未塗布領域を両端に持つよう
にした。

【００７３】また、別に多孔膜からなるセパレータを以
下のように作製した。ポリマー粒子に前記KynarFlex761
AとバインダとしてKynarFlex2851（エルフ・アトケム社
製、ＰＶＤＦ：ＨＦＰ＝９５：５wt％）を用い、重量比
でポリマー粒子：バインダ＝９０：１０となるように秤
量して混合し、混合物１重量部に対して溶媒［アセト
ン：トルエン＝８．９：１．１（重量比））］２．４重
量部を加え、これらをホモジナイザーを用いて３０〜４
０℃で混合、溶解して、スラリーを得た。このスラリー
中では、バインダのポリマーだけが溶解し、PVDFホモポ
リマーからなるポリマー粒子は溶液中に分散していた。
そして、このスラリーをドクターブレード法によりポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上に塗布し
室温から１２０℃の範囲で溶媒を蒸発させて多孔膜を得
た。この多孔膜の厚さ（乾燥厚さ）は、３０μm とし
た。また、アルキメデス法により測定した空孔率は40％
であった。

【００７４】ここで、図１，２，４に示すような形状で
電極積層部の寸法を３０mm×４８mm、未塗布テーパー部
８mm×８mm、となるように正負電極、および多孔膜セパ
レータを打ち抜き、積層を行なった。負極塗布部は常に
正極塗布部から０．２５mmはみ出すように設計し打ち抜
いた。積層後厚みは３．０μm となるようにした。

【００７５】積層後、袋になったシート状の外装体（ア
ルミラミネートパック、厚み１００μm ）に入れ、ここ
に電解液（エチレンカーボネート：ジェチルカーボネー
ト＝３：７（体積比）である混合溶媒にＬｉＰＦ₆ を１
Ｍの濃度で溶解したもの）を注入し、リード部のみ袋外
に出した状態で、真空シーラーにより封口した。

【００７６】〔比較例１〕電極打ち抜きを図５に示すよ
うな形状で積層部寸法を３０mm×４０mm、末塗布タブ部
を８mm×８mmとなるように正負電極、および多孔膜セパ
レータを打ち抜き、積層を行なったこと以外は、実施例
１と同様にリチウム二次電池を作成した。

【００７７】作製した実施例１および比較例１のリチウ
ム電池、各１０個を、カットオフ４．２〜３．０V で充
放電を行ない、容量を測定した。また、アルミラミネー
トパックも含めた電池の外寸も測定した。電池体積は外
寸の値を掛けたものとして計算した。測定結果の平均値
を表１に示す。

【００７８】

【表１】

【００７９】表１の結果から、本発明によって同一寸法
のリチウム二次電池でも、大幅に容量密度が向上するこ
とがわかる。

【００８０】〔実施例２〕正極と負極それぞれ同じく活
物質として活性炭を用い、重量比で活性炭：カーボンブ
ラック：ＰＶＤＦ＝８７：３：１０となるように秤量
し、さらに、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）を
ＮＭＰ：ＰＶＤＦ＝９３：７（重量比）となるように加
え、これらを室温下で混合して電極用スラリーとした。
この電極用スラリーを、厚さ１０μm のアルミ箔集電体
の両面に塗布して乾壊し、集電体と一体化した電極（正
極、負極同組成）を作製した。塗布の際には、塗布部を
帯状とし、未塗布領域が塗布部の両端にくるようにし
た。

【００８１】セパレータは、実施例１と同様に作成し、
電極形状と積層体も実施例１と同様に図１，２，４に示
すような形状で電極積層部の寸法を３０mm×４８mm、未
塗布テーバー部８mm×８mm、となるように作成した。電
解液のみ1M LiPF₆をプロピレンカーボネートに溶解さ
せたものを用い、真空シーラーにより封口した。

【００８２】〔比較例２〕電極打ち抜きを図５に示すよ
うな形状で積層部寸法を３０mm×４０mm、未塗布タブ部
を８mm×８mmとなるように正負電極、および多孔膜セパ
レータを打ち抜き、積層を行なったこと以外は、実施例
２と同様に電気二重層キャパシタを作成した。

【００８３】作製した実施例および比較例のキヤパシ
タ、各１０個を、カットオフ０〜２．５V で充放電を行
ない、容量を測定した。また、アルミラミネートパック
も含めた電池の外寸も測定した。電池体積は外寸の値を
掛けたものとして計算した。測定結果の平均値を表２に
示す。

【００８４】

【表２】

【００８５】表２から、電気二重層キャパシタにおいて
も同様に容量密度を増加させる効果があることがわか
る。

【００８６】

【発明の効果】以上の結果から、本発明はリチウム二次
電池、電気二重層キヤパシタの容量密度を向上させるこ
とがわかる。また、自明ではあるが、本発明は実施例の
リチウム二次電池、電気二重層キヤパシタに限らず、積
層型の電気化学デバイス一般に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気化学デバイスの正、負極およびセ
パレータの個別の外観構成を示した平面図である。

【図２】本発明の電気化学デバイスの代表的な積層時の
正、負極およびセパレータの様子を模式的に示した分解
斜視図である。

【図３】本発明の電気化学デバイスの代表的な外観構成
を示した斜視図である。

【図４】本発明の電気化学デバイスの角部にリードを接
続した状態を示した一部透過平面図である。

【図５】従来の電気化学デバイスの電極とリードとの関
係を示した平面図である。

【図６】本発明の電極の６角形の態様における正、負極
およびセパレータの個別の外観構成を示した平面図であ
る。

【図７】図６の積層時の正、負極およびセパレータの様
子を模式的に示した平面図である。

【図８】本発明の電極の８角形の態様における正、負極
およびセパレータの個別の外観構成を示した平面図であ
る。

【図９】図８の積層時の正、負極およびセパレータの様
子を模式的に示した平面図である。

【図１０】本発明の電極の製造方法を示した一部平面図
である。

【符号の説明】１１外装体１２接着部１３リード（引き出し電極）２１負極２１ａ負極集電体２１ｂ負極活物質含有層２１ｃ負極活物質含有層未形成領域２２セパレータ（高分子膜）２３正極２３ａ正極集電体２３ｂ正極活物質含有層２３ｃ正極活物質含有層未形成領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H029 AJ03 AK03 AK06 AL02 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ12 CJ04 CJ22 DJ04 DJ07 DJ12 EJ12 HJ04 HJ12 5H050 AA08 BA16 BA17 CA07 CA08 CA09 CA14 CB02 CB12 DA04 DA19 FA02 FA08 FA12 GA04 GA22 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極集電体上に正極活物質含有層を有す
る正極と、負極集電体上に負極活物質含有層を有する負
極とがセパレータもしくは高分子膜を介して順次積層さ
れた電極積層体を有する電気化学デバイスであって、正極および負極の形状が多角形であり、その多角形のい
ずれかの角部に電極活物質含有層未形成領域を有し、かつそれぞれの電極の前記電極活物質含有層未形成領域
は異なる角部にあり、これと対向するそれぞれの電極部
分には角が切り欠かれた切り欠き部を有する電気化学デ
バイス。
【請求項２】前記正極および負極を積み重ねた電極積
層体の形状が、長方形もしくは正方形であり、この正極および負極の電極活物質含有層未形成領域がそ
の長方形もしくは正方形のそれぞれ異なる角に形成され
ている請求項１の電気化学デバイス。
【請求項３】前記電極活物質含有層未形成領域の形状
が三角形である請求項１または２の電気化学デバイス。
【請求項４】リチウム二次電池である請求項１〜３の
いずれかの電気化学デバイス。
【請求項５】負極塗布部が正極塗布部より常に０〜１
mmはみ出るように形成され、積層されている請求項４の
電気化学デバイス。
【請求項６】電気二重層キヤパシタである請求項１〜
３のいずれかの電気化学デバイス。