JP2003123743A

JP2003123743A - 固体電解質電池及びその製造方法

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Publication number: JP2003123743A
Application number: JP2001315810A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Sasaki; 良成佐々木; Yukinari Aso; 幸成阿蘇; Eiju Murase; 英寿村瀬; Kouji Shimotoku; 浩司下徳; Kiyomi Kiyoi; 清美清井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2003-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】高容量を示すとともに、内部短絡を生じるこ
となく多様な形状に成形が可能である。【解決手段】第１電極１０と第２電極１１とが、固体
電解質１２を介して交互に積層されてなる素電池２を、
複数積層してなる電池素子３を有する固体電解質電池で
あって、上記第１電極１０は、帯状の第１電極シートが
一主面に対して谷折りと山折りと谷折りとの順に折り畳
まれ、上記第２電極１１は、第２電極シート１１ａと、
第２電極シート１１ｂとからなり、上記一方の第２電極
シート１１ａ及び上記他方の第２電極シート１１ｂは、
長手方向の縁から延びるタブ６を有し、上記タブ６が互
いに電気的に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体電解質電池及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Dig
ital Assistant）、カメラ一体型ＶＴＲ等のポータブル
電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られてい
る。そしてこれらの電子機器のポータブル電源として、
電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向上さ
せるための研究開発が活発に進められている。

【０００３】これら二次電池に対しては、電子機器の小
型軽量化に伴って、さらなる安全性の向上とともに、小
型化、とりわけ薄型化の要望が顕著に増加している。さ
らに近年では、例えばカード形状の電池や、形状の自由
度が高いフレキシブルな電池等、電子機器の様々な用途
に対応した最適な電池設計が要求されている。

【０００４】二次電池の中でも、電解質として非水電解
質を用いたリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の
いわゆる非水電解質電池は、従来の水溶液系電解液を用
いた二次電池である鉛電池やニッケルカドミウム電池等
と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、期待
が大きい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな非水電解質電池において高容量を実現するために
は、負極及び正極を多数積層した多層の電極構造を構成
することが必要である。また、通常の円筒型、矩形状、
平坦なシート状等とは異なる形状を呈する非水電解質電
池（以下、異形電池と称することがある。）を実現する
ためには、電極に曲げ等の負荷を与えても内部短絡しな
いような電極構造が必要となる。

【０００６】しかしながら、高容量と内部短絡の防止と
を両立した異形電池は、未だ実現できていない。

【０００７】例えば、従来の電極構造として、図１７に
示すような、正極１０１と負極１０２とを電解質１０３
を介して積層し、渦巻状に巻回してなるいわゆる巻回式
構造（Winding）が挙げられる。この巻回式構造の電極
は、比較的作製が容易であるとともに、高容量化に有利
であるといった利点を有する一方で、電池の形状が限定
されてしまうために異形電池等を作製するには不利であ
る。

【０００８】また、異形電池の作製が可能であるととも
に、比較的高容量を実現可能な電極構造として、図１８
に示すような、複数のシート状正極１０４と複数のシー
ト状負極１０５とを電解質１０６を介して積層して素電
池（Unit Cell）１０７を構成し、この素電池１０７を
さらに複数積層してなる積層式構造（Stacking）が挙げ
られる。また、図１９に示すような、つづら折りにされ
たシート状正極１０８と、つづら折りにされたシート状
負極１０９とを有し、シート状正極１０８とシート状正
極１０９とが互いに直交するように折り畳まれた構造の
折り畳み式構造（Folding）が挙げられる。

【０００９】しかしながら、これらの電極構造を有する
電池を例えば曲面形状に成形する際、隣接する素電池同
士の滑りの自由度が低いため、素電池間のずれ（ズリ）
が発生せず、応力集中により内部短絡を引き起こす虞が
ある。

【００１０】そこで本発明はこのような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、高容量を示すとともに、内
部短絡を生じることなく多様な形状に成形が可能な固体
電解質電池及びその製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【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、本発明に係る固体電解質電池は、何れか一方が負
極であり他方が正極である第１電極と第２電極とが、固
体電解質を介して交互に積層されてなる素電池を、複数
積層してなる電池素子を有する固体電解質電池であっ
て、上記第１電極は、帯状の第１電極シートが一主面に
対して谷折りと山折りと谷折りとの順に折り畳まれ、上
記第２電極は、２つ折りに折り畳まれるとともに、上記
第１電極シートの一主面側において、２つ折りとされた
内側の折曲げ線と上記第１電極シートの山折り線とが当
接するように配された一方の第２電極シートと、２つ折
りに折り畳まれるとともに、上記第１電極シートの他主
面側において、２つ折りとされた内側の折曲げ線と、上
記第１電極シートの一方の谷折り線とが当接するように
配された他方の第２電極シートとからなり、上記一方の
第２電極シート及び上記他方の第２電極シートは、長手
方向の縁から延びるタブを有し、上記タブが互いに電気
的に接続されていることを特徴とする。

【００１２】以上のように構成された固体電解質電池で
は、素電池が折り畳み構造と積層構造との複合構造をと
るとともに、第２電極シート同士が長手方向の縁から導
出されたタブによって互いに電気的に接続されている。
これにより、第１電極と第２電極との間で広い対向面積
が確保されるとともに、固体電解質電池に対して例えば
曲率を付与される等の外力が加わった場合であっても、
素電池間のずれの自由度が高くされているとともにタブ
への負荷が軽減されているため、電池素子に応力集中を
引き起こすことが防止される。

【００１３】また、本発明に係る固体電解質電池の製造
方法は、何れか一方が負極であり他方が正極である第１
電極と第２電極とが、固体電解質を介して交互に積層さ
れてなる素電池を、複数積層してなる電池素子を有する
固体電解質電池を製造する方法であって、帯状の第１電
極シートの一主面に対して谷折りと山折りと谷折りとの
順に折曲げ線をつける工程と、一方の第２電極シート及
び他方の第２電極シートをそれぞれ２つ折りにして折曲
げ線をつける工程と、上記第１電極シートの一主面側に
おいて、上記第１電極シートの山折り線と、上記一方の
第２電極シートの内側の折曲げ線とを当接するように配
するとともに、上記第１電極シートの他主面側におい
て、上記第１電極シートの一方の谷折り線と、上記他方
の第２電極シートの内側の折曲げ線とを当接するように
配する工程と、上記第１電極シート、上記一方の第２電
極シート及び上記他方の第２電極シートを厚み方向から
圧着して、素電池とする工程と、上記素電池を複数積層
して電池素子を作製する工程と、上記一方の第２電極シ
ート及び上記他方の第２電極シートの長手方向の縁から
延びるタブを互いに電気的に接続する工程とを有するこ
とを特徴とする。

【００１４】以上のような固体電解質電池の製造方法で
は、第１電極と第２電極とを折り畳むとともに積層して
素電池を作製し、この素電池を複数積層して電池素子を
作製している。次に、長手方向の縁から導出されたタブ
を電気的に接続して、第２電極の集電をとる。このた
め、例えば曲率を付与される等の外力が加わった場合で
あっても、素電池内及び／又は素電池間のずれの自由度
が高いために、電池素子に応力集中を引き起こしにくい
固体電解質電池を製造できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した固体電解
質電池及びその製造方法について、図面を参照しながら
詳細に説明する。

【００１６】図１に示すように、本発明を適用した固体
電解質電池１は、帯状を呈しており、素電池２を３つ積
層してなる電池素子３と、この電池素子３を収容する外
装材４とからなる。また、電池素子３を積層方向両主面
側から挟み込むように、一対の保護板５が配されてい
る。また、詳細は後述するが、各素電池２の長手方向の
縁の略中央部から負極タブ６が延びており、これら負極
タブ６は、電池素子３の一方の主面側へまとめられ、負
極リード７と電気的に接続されている。この負極リード
７は、一端を負極タブ６と電気的に接続されるととも
に、他端を固体電解質電池１の長手方向の端部から外装
材４の外へ引き出されている。また、各素電池２の長手
方向の一端からは正極タブ８が延びており、これら正極
タブ８はまとめて正極リード９と電気的に接続されてい
る。この正極リード９は、一端を正極タブ８と電気的に
接続されるとともに、他端を固体電解質電池１の長手方
向の負極リード７がひきだれた側とは反対側の端部か
ら、外装材４の外へ引き出されている。

【００１７】電池素子３は、図１及び図２に示すよう
に、帯状の素電池２が例えば３つ積層されて構成されて
いる。

【００１８】そして、素電池２は、図３に示すように、
長尺状であり、所定間隔をもってつづら折りに３カ所で
折曲げられた正極１０と、２つに折曲げられた第１負極
１１ａ及び２つに折曲げられた第２負極１１ｂからなる
負極１１と、負極１１を挟み込むように設けられた固体
電解質フィルム１２とを備え、つづら折りにされた正極
１０を第１負極１１ａと第２負極１１ｂとで互い違いに
挟み込むように、正極１０と固体電解質フィルム１２と
負極１１と固体電解質フィルム１２とが順次積層するよ
うになされている。また、それぞれの電池素子３の各積
層面に対する法線上、具体的には正極１０と負極１１と
のずれ応力が最小となる位置の負極１１から負極タブ６
が導出されており、これら負極タブ６は、互いに重ね合
わされて電気的に接続されて負極１１の集電をとってい
る。

【００１９】また素電池２の一方の主面においては正極
１０が外方に臨み、他方の主面においては負極１１が外
方に臨むようになされており、隣接する素電池２同士で
正極１０と負極１１とが対向するようにして電池素子３
が構成されている。

【００２０】正極１０は、正極集電体１３の両主面上
に、正極活物質を含有する正極活物質層１４が形成され
ているとともに、３カ所の折曲部１５においてつづら折
りにされている。正極集電体１３の長手方向の一方の端
部からは、正極１０の集電をとるために上述した正極タ
ブ８が導出されている。正極タブ８の基端部及び折曲部
１５においては、正極活物質層１４が形成されることな
く、正極集電体１３をシール材１６が被覆している。

【００２１】正極１０を構成する材料としては、この種
の固体電解質電池に用いられる従来公知の正極材料を何
れも使用可能である。特に本発明を適用した固体電解質
電池の正極１０は、正極活物質層１４において正極活物
質と導電助剤と固体電解質とが一様に分散してなる、い
わゆるコンポジット型の正極であることが好ましい。

【００２２】例えば、正極活物質としては、アルカリ金
属イオンをドープ及び脱ドープすることが可能な材料で
あれば特に限定されることはなく、目的とする電池の種
類に応じて、例えば金属酸化物、金属硫化物等の粉末等
を用いることができる。

【００２３】例えば、リチウム電池を構成する場合、正
極活物質として、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ _２、ＮｂＳｅ_２、Ｆ
ｅＳ、ＦｅＳ_２、Ｖ_２Ｏ_５等のリチウムを含有しない金
属酸化物、又は金属硫化物を用いることができる。ま
た、正極活物質として、Ｌｉ_ｘＭＯ_２（ただし、式中Ｍ
は、１種以上の遷移金属元素を表す。また、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
以下の範囲内である。）や、ＬｉＮｉ_ｐＭ１_ｑＭ２_ｒＭ
Ｏ_２（ただし、式中Ｍ１及びＭ２は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ及びＺｎからなる群から選
ばれる少なくとも１種の元素を表す。又は、Ｍ１及びＭ
２は、Ｐ、Ｂ等の非金属元素でも構わない。また、ｐ、
ｑ、ｒは、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１の条件を満たすものであ
る。）を主体とするリチウム複合酸化物等を用いること
もできる。

【００２４】上記のリチウム複合酸化物を構成する遷移
金属Ｍは、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等であることが好ましい。
具体的にはＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｙＣ
ｏ_１ _−ｙＯ_２（ただし、式中ｙは、０＜ｙ＜１であ
る。）等が挙げられる。特に、高電圧及び高エネルギー
密度を得られるとともに、サイクル特性に優れることか
ら、リチウムコバルト複合酸化物やリチウムニッケル複
合酸化物を用いることが好ましい。

【００２５】なお、正極活物質として、上述したような
材料を複数種類混合して用いることも勿論可能である。

【００２６】正極１０の折曲部１５は、上述したよう
に、正極活物質層１４が除去されるとともに、絶縁性の
シール材１６で被覆されていることが好ましい。これに
より、正極１０を折曲げる際等に折曲部１５に対して局
所的な力が加わった場合であっても、正極活物質が剥離
することなく、この正極活物質の剥離に起因する内部短
絡の発生を回避できる。逆に、正極１０の折曲部１５に
正極活物質が被着されていると、正極１０を折曲げる際
に折曲部１５の正極活物質が剥離し、剥離した正極活物
質が固体電解質フィルム１２を貫通することにより内部
短絡を引き起こす虞がある。

【００２７】シール材１６は、正極集電体１３に溶着可
能な絶縁材料からなり、例えばポリエチレン、ポリプロ
ピレン等のオレフィン樹脂等を用いることができる。シ
ール材１６は、正極集電体１３に対してシール材１６を
固定する際の熱によってシール材１６が絶縁破壊するこ
とのない程度の充分な厚みが必要であり、例えば５μｍ
〜１００μｍ程度であることが好ましい。ただし、シー
ル材１６の厚みの適正値は、使用する電極や電解質の仕
様等によって変化するため、適宜設定することとする。

【００２８】また、第１負極１１ａ及び第２負極１１ｂ
は、それぞれ負極集電体１７ａ及び負極集電体１７ｂの
両主面上に負極活物質を有する負極活物質層１８ａ及び
負極活物質層１８ｂが形成され、長手方向に２つに折曲
げられている。なお、以下では、説明を簡単にするため
に、第１負極１１ａと第２負極１１ｂとをまとめて負極
１１と称することがある。

【００２９】また、固体電解質電池１の長手方向の略中
央部に対応する負極集電体１７の幅方向端部からは、負
極１１の集電をとるために上述した負極タブ６が導出さ
れている。

【００３０】負極１１を構成する材料としては、この種
の固体電解質電池に用いられる従来公知の負極材料を何
れも使用可能である。

【００３１】負極集電体１７としては、例えば銅箔を用
いることができる。負極活物質としては、アルカリ金
属、アルカリ金属をドープ及び脱ドープすることが可能
な合金、又はアルカリ金属をドープ及び脱ドープするこ
とが可能な炭素材料等、従来公知の材料を用いることが
できる。具体的には、リチウム、ナトリウム等のアルカ
リ金属やそれらを含有する合金、炭素材料等が挙げられ
る。炭素材料の具体的な例としては、熱分解炭素類、コ
ークス類、カーボンブラック、ガラス状炭素、有機高分
子焼成体、炭素繊維等が挙げられる。

【００３２】固体電解質フィルム１２としては、従来公
知の固体電解質を用いることが可能である。

【００３３】外装材４の材料としては、特に限定される
ものではないが、固体電解質電池１の高容量化、薄型化
及び小型化を考慮するならば、熱融着性材料を用いたア
ルミラミネートフィルムを用いることが好ましい。

【００３４】保護材５は、固体電解質電池１を曲面形状
に成形する際に、電池素子３に歪みやシワ等が入ること
を防止するために設けられるものである。保護材５は、
使用される電極や電解質等に対して化学的に安定な材料
を用いることが好ましく、例えばＰＥＴ（polyethylene
terephthalate）等からなる。保護板５の厚みは、素電
池２の積層数や固体電解質電池１の形状等によって適宜
設定する必要があるが、例えば２００μｍ〜５００μｍ
程度であることが好ましく、これにより固体電解質電池
１の体積エネルギー密度の低下を招くことなく電池素子
３を保護する効果を確実に得られる。

【００３５】以上のような固体電解質電池１では、素電
池２は、正極１０と負極１１とが固体電解質フィルム１
２を介して折り畳み構造と積層構造との複合構造をと
る。また、隣接する素電池２間で同極同士が対向しない
ように、すなわち、正極１０と負極１１とが固体電解質
フィルム１２を介して対向するように、素電池２が３つ
積層されて電池素子３を構成している。さらに、負極１
１の集電をとるための負極タブ６は、負極１１の幅方向
の辺から導出されるとともに互いに重ね合わされ、素電
池２内及び素電池２間の電気的接続をとっている。

【００３６】このように、電池素子３を上述したような
構造とすることで、正極１０と負極１１との間で充分に
広い対向面積が確保されるとともに、素電池２内及び／
又は素電池２間のずれの自由度が高くなり、固体電解質
電池１に対して曲げ等の外力が加わった場合であっても
応力集中による内部短絡の発生が防止される。また、負
極タブ６が互いに重ね合わされて電気的に接続されてい
るため、後述のように固体電解質電池１が曲面形状に成
形される際に、負極タブ６に負荷が加わり負極タブ６が
破損することが防止される。

【００３７】したがって、本発明を適用した固体電解質
電池１は、高容量化を達成するとともに、内部短絡の発
生が抑えられて優れた信頼性を維持しつつ、平面形状の
みならず、従来成形が困難であった曲面形状や、折曲げ
自在な形状等、使用形態に応じて様々な形状をとること
が可能である。しかも、本発明を適用した固体電解質電
池１は、電解質として溶媒を含まないいわゆる固体電解
質を用いているため、上述したような変形形状とした場
合であっても液漏れ等の心配がなく、極めて高い安全性
を示す。

【００３８】なお、本発明は、図１に示すような曲面形
状の固体電解質電池１に適用して好適である。この固体
電解質電池１は、上述したように、電池素子３の積層方
向において負極タブ６が電池素子３の法線上に並ぶよう
になされている。このため、固体電解質電池１に曲率を
付与するために外力を加えた場合であっても、素電池２
同士のずれの自由度が高いため、電池素子３に応力集中
を引き起こすことが防止される。したがって、固体電解
質電池１は、内部短絡を引き起こすことなく曲面形状を
実現できる。

【００３９】このような曲面形状の固体電解質電池１を
得るためには、図４に示すような、素電池２として長さ
がこの順に長くされた素電池２ａ、素電池２ｂ及び素電
池２ｃを順次積層した構成の電池素子３を有することが
好ましい。これら各素電池２の長さは、固体電解質電池
の曲面形状の曲率半径、積層される素電池数、素電池の
厚み等により算出された、素電池間の層間ずれ量により
決定される。

【００４０】このような電池素子３を有する固体電解質
電池１に対して、後述する方法で、曲率を付与すること
により、帯状の電池素子３における各素電池２の端部の
位置がずれることなく一致し、スペースの有効活用が図
られる。これに対して、それぞれ等しい長さとされた帯
状の素電池２を積層してなる電池素子３を有する固体電
解質電池に対して曲率を付与した場合、図５に示すよう
に、固体電解質電池の内周と外周との差によって各素電
池の端部にずれが生じ、正極と負極とが対向しない領域
が生じてしまう。

【００４１】つぎに、上述したような固体電解質電池の
製造方法について説明する。

【００４２】先ず、図６に示すように、正極集電体１３
の両主面上に正極活物質層１４を不連続的に形成し、正
極１０を作製する。なお、正極活物質層１４を形成せず
に正極集電体１３を露出させた部位は、後の工程で折曲
部１５とされる。また、正極集電体１３の長手方向の一
方の端部において、正極集電体１３を露出させた領域を
やや長めにとり、正極タブ８とする。

【００４３】正極活物質層１４を不連続的に形成する方
法としては、正極集電体１３上に正極活物質層用塗料を
均一に印刷又は塗布し、乾燥後、所定の領域の正極活物
質層を除去する方法や、正極集電体１３上に所定の形状
の正極活物質層１４を印刷する方法や、間欠塗布機構を
備える塗布装置を用いて、正極集電体１３上に所定の形
状の正極活物質層１４を間欠塗布する方法等が挙げられ
る。

【００４４】次に、図７に示すように、正極１０の、折
曲部１５とされる正極集電体１３の露出部位、及び正極
タブ８の基部に、内部短絡防止用のシール材１６を付加
する。シール材１６を付加する方法としては、ホットエ
アー法、インパルスシール法、高周波法、超音波シール
法等の熱溶着や、ホットメルト法等の接着剤塗布方式等
が挙げられる。

【００４５】また、正極１０の略半分の長さとされた帯
状の負極集電体１７を用意し、この負極集電体１７の両
主面上に、負極活物質層用塗料を印刷又は塗布すること
により、図８に示すような負極活物質層１８を形成し、
負極１１を作製する。同様のの負極１１をもう１つ用意
する。なお、作製された２つの負極１１のうち、一方を
第１負極１１ａとし、他方を第２負極１１ｂとする。

【００４６】次に、負極１１の両主面にそれぞれ固体電
解質フィルム１２を貼り合わせる。なお、以下の説明で
は負極１１の両主面に固体電解質フィルム１２を貼り合
わせた例を挙げるが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、例えば正極１０の両主面に予め固体電解質フィ
ルム１２を貼り合わせても構わない。また、正極１０及
び／又は負極１１に、短絡を防止するような工夫が施さ
れている場合には、固体電解質フィルム１２は不要であ
る。

【００４７】次に、図９に示すように、正極１０の各折
曲部１５にて、一主面に対して谷折り線と山折り線と谷
折り線とをこの順に繰り返して折り目をつける。また、
負極１１の長手方向に略二等分する位置で、負極１１に
対して折り目１９をつける。なお、ここでは、各折曲部
１５を、正極タブ８が形成された側から順に、折曲部１
５ａ、折曲部１５ｂ、折曲部１５ｃと称する。

【００４８】次に、図１０及び図１１に示すように、正
極１０の山折り線、すなわち折曲部１５ｂと第１負極１
１ａの折り目１９ａとを一致させるようにして、２つ折
りにされた第１負極１１ａの内側の主面と、正極１０の
一方の主面の折曲部１５ａから折曲部１５ｃまでの領域
とを対向して重ね合わせる。それとともに、第２負極１
１ｂを用意し、正極１０の折曲部１５ｃと第２負極１１
ｂの折り目１９ｂとを一致させるようにして、２つ折り
にされた第２負極１１ｂの内側の主面と、正極１０の他
方の主面の折曲部１５ｂから正極１０の正極タブ８とは
反対側の末端までの領域とを対向して重ね合わせる。

【００４９】このとき、負極タブ６同士が、積層したと
きに重なり合うように、素電池２の位置決めを行う。

【００５０】次に、図１１に示すような互い違いに重ね
合わされた正極１０及び負極１１を、上下方向からプレ
スして圧着することにより固体電解質フィルム１２が正
極１０と負極１１との間を接着し、正極１０と負極１１
とが固体電解質フィルム１２を介して交互に積層されて
なる、図１２に示すような素電池２が得られる。

【００５１】次に、図１３に示すように、負極タブ６同
士、正極タブ８同士をそれぞれ厚み方向に一致させると
ともに、一の素電池２の一方の最外層をなす正極１０
と、この素電池２と隣接する素電池２の最外層をなす負
極１１とが固体電解質フィルム１２を介して対向するよ
うに、素電池２を厚み方向に３つ積層する。

【００５２】このとき、素電池２として、図１３に示す
ように、長手方向の長さがこの順に長くされた素電池２
ａ、素電池２ｂ及び素電池２ｃを用意し、これらを順次
積層することが好ましい。

【００５３】次に、積層された素電池２を上下方向から
プレスすることにより、素電池２間に介在する固体電解
質フィルム１２により素電池２同士が接着され、図１４
に示すような電池素子３が得られる。

【００５４】次に、電池素子３の両主面側にそれぞれ保
護板５を配設する。

【００５５】次に、電池素子３の素電池２間の同極同士
を導通させるために、それぞれの電極にリードを接続す
る。すなわち、各素電池２の長手方向末端から導出され
た複数の正極タブ８を、正極リード９と物理的且つ電気
的に接続する。また、各素電池２の幅方向の一辺から導
出された複数の負極タブ６を保護板５上に偏倚させると
ともに負極リード７と物理的且つ電気的に接続する。こ
の負極リード７は、電池素子３の正極リード９とは反対
側へ突出する。

【００５６】次に、負極リード７及び正極リード９を外
部へ引き出すとともに、電池素子３を外装材４によって
密閉し、図１５に示すような電池前駆体２０が作製され
る。

【００５７】次に、電池前駆体２０を、例えば図１６に
示すような曲面成形装置２１を用いて所定の形状に成形
して、曲面形状の固体電解質電池１を作製する。

【００５８】この曲面成形装置２１は、図１７（１）に
示すように、適当な曲率を有する円筒状の成形ガイド２
２と、成形ガイド２２の軸と平行且つ直上に配設される
とともに成形ガイド２２との間で電池前駆体２０を狭持
可能な固定部材２３と、固定部材２３の両側に配設され
るとともに成形ガイド２２の周面上を転動可能とされた
一対の成形ローラー２４とを有する。なお、成形ガイド
２２としては、図１７（１）に示すような断面が円形の
ものに限定されず、任意の形状のものを用いることがで
きる。

【００５９】電池前駆体２０に曲率を付与する際には、
先ず、図１７（１）に示すように、電池前駆体２０を曲
面成形装置２１に固定する。具体的には、帯状の電池前
駆体２０を成形ガイド２２の周面上に成形ガイド２２の
軸と直交するように配置し、成形ガイド２２と固定部材
２３とで狭持する。このとき、成形ガイド２２と固定部
材２３とが、負極タブ６が形成されている電池前駆体２
０の長手方向略中央部を狭持するように位置決めを行
う。

【００６０】次に、図１７（２）及び図１７（３）に示
すように、成形ガイド２２の周面頂点と固定部材２３と
で電池前駆体２０を狭持した状態で、成形ガイド２２の
周面に沿って成形ローラー２４を転動させる。これに伴
って、成形ローラー２４の圧力が、固体電解質フィルム
１２の接着力を若干上回ると、固体電解質フィルム１２
の接着力を維持しながら、素電池２間及び素電池２を構
成する正極１０と負極１１との間に、成形ローラー２４
の移動方向への層間ずれ（いわゆる、ズリ）が生じる。
このように、電池素子３に対する成形圧力と層間ずれと
により、電池前駆体２０に対して、支点から電池前駆体
２０の両末端に向かって徐々に曲率が付与される。

【００６１】このとき、電池素子３の厚みによって、電
池素子３の内周側では層間ずれの度合いが小さく、外周
側では相対的に層間ずれの度合いが大きくなる、いわゆ
る内外周差を生じるため、図１３に示すように、異なる
長さの素電池２を用意し、これらを長さ順に積層して電
池素子３を構成するとともに、長さの短い素電池２が内
周側となるように、電池前駆体２０を成形することが好
ましい。これにより、曲面形状に成形する際の内外周差
によって、各素電池２の末端がずれることなく揃えられ
た電池素子３となる。このため、正極１０と負極１１と
の対向面積をより広く確保できる。

【００６２】これに対して、全て等しい長さの素電池を
積層してなる電池素子を曲面形状に成形すると、内外周
差によって各素電池の末端がずれた状態になり、正極と
負極とが対向しない領域、すなわち電池反応に関与しな
い領域が生じ、単位体積当たりの容量の低下を招く虞が
ある。

【００６３】また、電池素子３の両主面側に保護板５を
配置することにより、平坦な電池前駆体２０に対して曲
率を付与する際の内外周差に起因して内周側の素電池２
に歪みやシワ等が発生することを防止できる。

【００６４】電池前駆体２０を成形する際の圧力は、特
に限定されるものではないが、成形ローラー２４の圧力
を過剰に高く設定すると、電池前駆体が折れ曲がり、正
極及び／又は負極が固体電解質フィルムを突き破って内
部短絡を生じる虞があるため、電池素子３を構成する素
電池２の数に応じて最適値を適宜決定することが好まし
い。

【００６５】最終的に電池前駆体２０は、図１６（４）
に示すように、成形ガイド２２の周面の形状と略同一の
曲面形状とされ、所望の形状を有する固体電解質電池１
となる。

【００６６】以上のような固体電解質電池の製造方法に
よれば、高容量化を達成するとともに、内部短絡の発生
が抑えられて優れた信頼性を維持しつつ、平面形状のみ
ならず、従来成形が困難であった曲面形状や、折曲げ自
在な形状等、使用形態に応じて様々な形状をとることが
可能な固体電解質電池１を簡単に製造できる。しかも、
電解質として溶媒を含まないいわゆる固体電解質を用い
ることにより、上述したような変形形状とした場合であ
っても液漏れ等の心配がなく、極めて高い安全性を示す
固体電解質電池を製造できる。

【００６７】また、上述したように、負極タブ６の導出
される位置を積層面に対して法線上に並ぶようにし、負
極タブ６が導出された位置を支点として、電池前駆体２
０に曲率を付与していくことが好ましい。これにより、
正極１０と負極１１との層間ずれ及び素電池２同士のず
れが生じた場合であっても、負極タブ６の位置における
ずれ応力が最小となる。したがって、素電池２間におけ
る内外周差に起因する負極タブ６にかかる負荷が軽減さ
れ、負極タブ６の破損を生じることなく曲面形状の固体
電解質電池１を製造できる。

【００６８】以上説明したように、本発明を適用した固
体電解質電池は、高容量且つ高い安全性を有するととも
に、形状の制限が少なく、曲面形状等の多様な形状に対
応可能である。このため、本発明を適用した固体電解質
電池は、搭載される電子機器の電池収納部の形状の制約
を減少させ、電子機器の小型化及び薄型化を実現すると
ともに、電子機器のデザインや機能への制約を緩和し、
電子機器のバリエーションの多様化に貢献することがで
きる。さらに、本発明を適用した固体電解質電池は、高
い安全性を示すことやフレキシビリティに優れるという
利点を活かして、リストバンド形状に成型して腕に着用
する等、身につけた状態での使用が可能となり、電池の
応用範囲を新たに拡大するものである。

【００６９】また、本発明によれば、高容量を示すとと
もに高い安全性を有する多様な形状の固体電解質電池を
簡単に製造することができる。

【００７０】なお、上述の説明では、素電池を３つ積層
して電池素子を構成した固体電解質電池を例に挙げた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、電池素子
の素電池の積層数は任意に増減可能である。

【００７１】また、上述の説明では、電池素子３を外装
材４に収容した後の電池前駆体２０に対して曲率を付与
する方法を例に挙げたが、例えば予め電池素子３に対し
て曲率を付与し、曲面形状の電池素子３を外装材４に収
容しても構わない。

【００７２】また本発明を適用した固体電解質電池は、
上述した固体電解質電池１において、正極と負極とが入
れ替わった構造であっても構わない。

【００７３】また、本発明は一次電池及び二次電池の何
れにも適用可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る固体電解質電池は、素電池が折り畳み構造と積
層構造との複合構造をとるとともに、第２電極シート同
士が長手方向の縁から導出されたタブによって互いに電
気的に接続されている。これにより、第１電極と第２電
極との間で広い対向面積が確保されるとともに、固体電
解質電池に対して例えば曲率を付与される等の外力が加
わった場合であっても、素電池間のずれの自由度が高く
されているとともにタブへの負荷が軽減されているた
め、電池素子に応力集中を引き起こすことが防止され
る。すなわち、高容量化を達成し、且つ使用形態に応じ
て多様な形状に成形可能である。また、本発明に係る固
体電解質電池は、電解質として固体電解質を用いている
ため、種々の形状やフレキシビリティが要求される場合
であっても、液漏れ等の危険性がなく、極めて高い安全
性を示す。したがって、本発明によれば、高容量且つ優
れた信頼性を確保しつつ、例えば曲面形状等の多様な形
状に成形することが可能な固体電解質電池を提供するこ
とが可能である。

【００７５】また、本発明によれば、第１電極と第２電
極とを折り畳むとともに積層して素電池を作製し、この
素電池を複数積層して電池素子を作製している。次に、
長手方向の縁から導出されたタブを電気的に接続して、
第２電極の集電をとる。このため、例えば曲率を付与さ
れる等の外力が加わった場合であっても、素電池内及び
／又は素電池間のずれの自由度が高いために、電池素子
に応力集中を引き起こしにくい固体電解質電池を製造で
きる。したがって、本発明によれば、高容量且つ優れた
信頼性を示し、例えば曲面形状等の多様な形状をとるこ
とが可能な固体電解質電池を容易に製造することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した固体電解質電池の一構成例を
示す断面図である。

【図２】電池素子の要部断面図である。

【図３】素電池の要部断面図である。

【図４】曲率を付与される前の電池素子を示す断面図で
ある。

【図５】同じ長さの素電池を積層してなる電池素子に曲
率を付与した状態を示す断面図である。

【図６】正極集電体上に正極活物質層が形成された状態
を示す斜視図である。

【図７】正極にシール材が負荷された状態を示す斜視図
である。

【図８】負極を示す斜視図である。

【図９】折り目がつけられた正極及び負極を示す斜視図
である。

【図１０】図９に示す正極及び負極が重ねられた状態を
示す斜視図である。

【図１１】図１０に示す正極及び負極がさらに重ねられ
た状態を示す斜視図である。

【図１２】図１０に示す正極及び負極をプレスしてなる
素電池を示す斜視図である。

【図１３】長さの異なる素電池を３つ重ねた状態を示す
斜視図である。

【図１４】図１３に示す３つの素電池からなる電池素子
を示す斜視図である。

【図１５】電池前駆体を示す断面図である。

【図１６】電池前駆体に対して曲率を付与し、曲面形状
の固体電解質電池を示す様子を示す断面図である。

【図１７】従来の電極構造である、巻回式構造の電極の
断面図である。

【図１８】（ａ）は、従来の電極構造である、積層式構
造の電極の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示す電極
のＡ−Ａ断面図である。

【図１９】（ａ）は、従来の電極構造である、折り畳み
式構造の電極の斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示す
電極のＢ−Ｂ断面図である。

【符号の説明】

１固体電解質電池、２素電池、３電池素子、４
外装材、５保護板、６負極タブ、７負極リード、
８正極タブ、９正極リード、１０正極、１１負
極、１２固体電解質フィルム、１３正極集電体、１
４正極活物質層、１５折曲部、１６シール材、１
７負極集電体、１８負極活物質層、１９折り目、
２０電池前駆体、２１曲面成形装置、２２成形ガ
イド、２３固定部材、２４成形ローラー

フロントページの続き (72)発明者村瀬英寿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)発明者下徳浩司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)発明者清井清美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） 5H029 AJ00 AJ03 AJ12 AJ15 AK02 AK03 AK05 AL06 AL07 AL08 AL11 AM11 BJ04 BJ06 BJ15 CJ03 CJ05 DJ02 DJ04 DJ05 HJ04 5H050 AA08 AA19 BA18 CA02 CA07 CA08 CA09 CA11 CB07 CB08 CB09 CB12 DA19 FA06 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】何れか一方が負極であり他方が正極であ
る第１電極と第２電極とが、固体電解質を介して交互に
積層されてなる素電池を、複数積層してなる電池素子を
有する固体電解質電池であって、上記第１電極は、帯状の第１電極シートが一主面に対し
て谷折りと山折りと谷折りとの順に折り畳まれ、上記第２電極は、２つ折りに折り畳まれるとともに、上記第１電極シート
の一主面側において、２つ折りとされた内側の折曲げ線
と上記第１電極シートの山折り線とが当接するように配
された一方の第２電極シートと、２つ折りに折り畳まれるとともに、上記第１電極シート
の他主面側において、２つ折りとされた内側の折曲げ線
と、上記第１電極シートの一方の谷折り線とが当接する
ように配された他方の第２電極シートとからなり、上記一方の第２電極シート及び上記他方の第２電極シー
トは、長手方向の縁から延びるタブを有し、上記タブが
互いに電気的に接続されていることを特徴とする固体電
解質電池。
【請求項２】長手方向に曲率を有する形状であること
を特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項３】上記タブは、互いに重なり合うことを特
徴とする請求項２記載の固体電解質電池。
【請求項４】各素電池の両末端が一致していることを
特徴とする請求項２記載の固体電解質電池。
【請求項５】上記電池素子の両主面側に保護板が配設
されていることを特徴とする請求項２記載の固体電解質
電池。
【請求項６】上記第１電極及び／又は上記第２電極の
折曲げられた領域は、絶縁材料で被覆されていることを
特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
【請求項７】上記第１電極は正極であり、上記第２電
極は負極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８】何れか一方が負極であり他方が正極であ
る第１電極と第２電極とが、固体電解質を介して交互に
積層されてなる素電池を、複数積層してなる電池素子を
有する固体電解質電池を製造する方法であって、帯状の第１電極シートの一主面に対して谷折りと山折り
と谷折りとの順に折曲げ線をつける工程と、一方の第２電極シート及び他方の第２電極シートをそれ
ぞれ２つ折りにして折曲げ線をつける工程と、上記第１電極シートの一主面側において、上記第１電極
シートの山折り線と、上記一方の第２電極シートの内側
の折曲げ線とを当接するように配するとともに、上記第
１電極シートの他主面側において、上記第１電極シート
の一方の谷折り線と、上記他方の第２電極シートの内側
の折曲げ線とを当接するように配する工程と、上記第１電極シート、上記一方の第２電極シート及び上
記他方の第２電極シートを厚み方向から圧着して、素電
池とする工程と、上記素電池を複数積層して電池素子を作製する工程と、上記一方の第２電極シート及び上記他方の第２電極シー
トの長手方向の縁から延びるタブを互いに電気的に接続
する工程とを有することを特徴とする固体電解質電池の
製造方法。
【請求項９】固体電解質電池に曲率を付与する工程を
有することを特徴とする請求項８記載の固体電解質電池
の製造方法。
【請求項１０】上記タブを互いに重ね合い、重なり合
った上記タブの位置から電池素子の両末端に向かって順
次曲率を付与することを特徴とする請求項９記載の固体
電解質電池の製造方法。
【請求項１１】上記電池素子の内周側から外周側にか
けて、上記素電池の長さが長くなされることを特徴とす
る請求項９記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項１２】上記電池素子の両主面側に保護板を配
設することを特徴とする請求項８記載の固体電解質電池
の製造方法。
【請求項１３】上記第１電極及び／又は上記第２電極
の折曲げられた領域を、絶縁材料で被覆することを特徴
とする請求項８記載の固体電解質電池の製造方法。
【請求項１４】上記第１電極は正極であり、上記第２
電極は負極であることを特徴とする請求項８記載の固体
電解質電池の製造方法。