JP2003526185A - リチウム電池 - Google Patents

リチウム電池

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JP2003526185A JP2001564410A JP2001564410A JP2003526185A JP 2003526185 A JP2003526185 A JP 2003526185A JP 2001564410 A JP2001564410 A JP 2001564410A JP 2001564410 A JP2001564410 A JP 2001564410A JP 2003526185 A JP2003526185 A JP 2003526185A
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Abstract

(57)【要約】 リチウム電池及びその製造方法について開示する。こうしたリチウム電池は少なくとも、負電極(12)、セパレータ(7)、及び正電極(11)を積層して構成される。この製造方法では、負電極(12)内並びに正電極(11)内に孔のパターンを設けて、これらの孔に高分子材料を貫通させて、これにより負電極、正電極、及びセパレータを共に圧着させる。さらに、これらの電極を整列させる目的に使用可能なパターン(4,5,6)を負電極及び正電極に設ける。こうしたパターンが存在することにより、前記積層の互いに対する整列が促進される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、少なくとも、 負電極材料と負電流コレクタから構成される負電極と、 正電極材料と正電流コレクタから構成される正電極と、 これらの負電極と正電極とを分離するセパレータと を具えたリチウム電池に関するものであり、少なくともこれらの負電極材料及び
正電極材料に、高分子材料を収容する孔のパターンを設けて、この高分子材料が
前記負電極、前記正電極、及び前記セパレータをまとめて圧着させる。
【０００２】 本発明は、負電極、セパレータ、及び正電極を積層して構成したリチウム電池
の製造方法にも関するものであり、この方法は、負電流コレクタ上に負電極材料
を装着して負電極を形成するステップと、正電流コレクタ上に正電極材料を装着
して正電極を形成するステップとを具えている。
【０００３】 （従来技術） ＣＤプレーヤ、移動電話、ラップトップコンピュータ、及びビデオカメラのよ
うな、軽量、携帯型コードレス民生品の市場の成長により、高密度電池に対する
需要が増加している。特に、非常に薄型でフレキシブル（可撓性）な電池が求め
られている。許容しうる携帯性をもたらすために、これらの民生品に含まれる電
池は、最小限の重量及び体積で必要量のエネルギを供給すべきものである。しか
し、電池が薄型になるほど、電池の各構成要素間の十分な接触を維持するのに必
要な圧力を加えることが、より困難になる。
【０００４】 前文に記載の電池は、公開番号00/04601の国際特許出願より既知である。
【０００５】 前記の電池は薄型でフレキシブルな形状を有し、同時に非常に高いエネルギ密
度を提供する。さらに、非常に有効な方法で、電極とセパレータとの間の接触を
得てこれを維持することができる。電池の各構成要素上の十分な圧力を維持する
ために、缶に外壁を必要としないので、この電池は薄い壁の缶に詰めることがで
きる。
【０００６】 リチウムは、高いエネルギ密度が必要な電池に用いるのに非常に有利な材料で
ある。リチウムはすべての金属のうちで最軽量であり、金属性リチウムは非常に
高い理論エネルギ密度を約束する。リチウムは大きな負の熱力学的ポテンシャル
を有するので、電池の負極材料の分野をリードするものである。さらに、リチウ
ムの使用は、環境に対するマイナス効果がない。このため特に重量が重要要素で
あれば、リチウム電池が非常に有望である。
【０００７】 電極材料内の孔は例えば１mmの直径を有する微小な孔である。通常の例では、
孔のパターンが、孔どうしの距離が５mmである矩形の２次元アレイを形成する。
電極の活性表面の面積割合が少なくとも90％になるように、孔の寸法及びパター
ンを選定することが好ましい。
【０００８】 これらの孔は穿孔またはレーザ切削によって作製することができる。また、適
切な加工方法によって、例えば活性電極材料を含むペーストを電流コレクタ上に
パターン的にスクリーン印刷することによって、電極材料に直接、孔を設けるこ
とができる。
【０００９】 負電極材料及び正電極材料のみに孔のパターンを設ける上述の具体例では、高
分子材料がこれらの穴を満たし、同時に、電流コレクタ並びにセパレータに接触
する。各孔内の高分子材料がプラグまたはリベットとして作用し、セパレータ、
電極材料、及び電流コレクタに付着して、これらの層をまとめて結束させる。
【００１０】 （発明の開示） 本発明の目的は、製造が一段と容易であり、かつ各構成要素が正確に整列した
、前文による電池を提供することにある。さらに本発明の目的は、こうした電池
の製造方法を提供することにある。
【００１１】 これらの目的は、少なくとも負電極及び正電極に、これらの電極を整列させる
目的に使用可能なパターンを設けたことを特徴とする、前文に記載した電池にお
いて達成される。
【００１２】 負電極及び正電極にこうしたパターンを設けることにより、負電極が正電極に
対して整列すること、及びその逆のことが促進される。その結果、各層が正確に
整列した前文によるリチウム電池ができる。
【００１３】 少なくとも負電極及び正電極に１個以上の整列用の孔を設けることが好ましく
、これらの孔は既存の孔のパターンとは異なった方が有利である。
【００１４】 このような整列用の孔は、前記各層を整列させるために、電池を製造する装置
に存在するアライメントピンまたは同様な補助具と協働することができる。これ
らの整列用の孔は、各層に既存の孔と大きさ及び形状を異ならせることができる
。
【００１５】 特定の好適例では、電池の活性材料の領域の外側に前記パターンを設ける。
【００１６】 前記パターンを電池の活性材料の外側に設けることにより、活性表面がさらに
減少することがない。前記パターンは例えば、活性材料の領域から突出した電流
コレクタの一部分で構成することができる。代案の好適例では、こうした突起部
分内に前記パターンを形成する。
【００１７】 特定の好適例では、電極材料内の孔に実質的に重複する孔のパターンを電流コ
レクタ設けて、両パターンの孔を高分子材料で満たす。
【００１８】 この好適例では、電極材料内の孔が電流コレクタ内の孔と一致する。例えば高
分子の箔を融解して電極内に押し込むことによって、電極の、セパレータとは反
対の側から高分子材料を導入することができる。こうした融解ポリマーが前記の
孔を貫通し凝固して、連続プラグを形成する。
【００１９】 電池の好適例は、電極材料内の孔と実質的に重複する孔のパターンをセパレー
タに設けて、このパターンの孔を高分子材料で満たす。
【００２０】 電極材料内及び電流コレクタ内の孔がセパレータ内の穴と一致する。これらの
孔に導入する高分子材料が一種のリベットを形成して、これらのリベットが電極
とセパレータとを結束させる。
【００２１】 高分子フィルムによって分離した正電極及び負電極からリチウム電池を構成し
て、電解質内での電子接触を防止する。例えばマンガン酸化物のような遷移金属
酸化物を正電極として用いて、金属リチウムを負電極として用いることができる
。電解質は、良好なイオン伝導度及び無視できる電気伝導度を有する非水系の有
機溶剤中のリチウム塩とすることができる。電池の放電中には、リチウムイオン
が負電極から正電極に向けて輸送される。充電中には、リチウムイオンが負電極
に向けて輸送されて負電極上に堆積する。
【００２２】 負電極用に金属リチウムを有する上述したリチウム電池は、二次電池、即ち充
電可能な電池として用いる際には、充電／放電サイクルの繰り返しによって生じ
る短絡の問題に遭遇する。充電／放電中には、金属リチウムが溶解し堆積して、
負電極の表面上に金属リチウムの樹脂状結晶が成長する可能性が生じる。この成
長する樹脂状結晶が、負電極と正電極との間のセパレータを貫通して正電極との
接触に至ることがあり、その結果短絡が生じる。
【００２３】 金属リチウムの代わりに、Li-Alのようなリチウム合金を負電極に用いること
により、前記の樹脂状結晶の成長が減少して充電／放電特性が改善する。
【００２４】 しかし、より進歩しかつより安全な、充電可能なリチウム電池への取り組みは
、金属リチウムまたは合金型の負電極をリチウム層間化合物で置き換えることに
ある。他のリチウム層間化合物を正電極として用いれば、金属リチウムのない充
電可能な電池になる。こうした電池はリチウムイオン電池と称される。充電中に
は、リチウムイオンが正電極から脱インターカレート（層から放出）されて非水
系の電解質内に移動する。その後に負電極がこれらのイオンをインターカレート
（層内に挿入）する。放電中にはこのプロセスが逆になる。両電極でいわゆるイ
ンターカレーション反応が起こり、これはホスト−ゲスト反応とも称される。こ
の反応は、電解質の濃度変化、あるいは電解質内でのいかなる活性材料の溶解も
含まない。カーボン（炭素）負電極内での樹脂状結晶の成長が防止され、電池内
での短絡の問題が解決される。
【００２５】 上述した電池内の負電極（アノード（陽極）とも称される）は基本的に、電池
反応用の活性負電極材料、及び充放電時に電子を伝送する働きをする負電流コレ
クタから構成される。
【００２６】 負電極はインターカレート（層間挿入）可能な材料であり、アモルファスカー
ボンまたはカーボングラファイトのような、高分子バインダ（結合剤）のマトリ
クス内に分散したカーボンであることが好ましい。例えば６個のカーボン原子当
たり１個のリチウム原子、即ちLiC6として、リチウムをカーボンの結晶層間にイ
ンターカレートすることができる。
【００２７】 正電極（カソード（陰極）とも称される）は、活性正電極材料及び正電流コレ
クタから構成される。
【００２８】 この正電極材料は、LiMn2O4、LiCoO2、またはLiNiO2のようなリチウム層間化
合物をバインダのマトリクス内に分散させて構成することができる。この混合物
は、カーボンブラック（例えばアセチレンブラック、サーマルブラック）、グラ
ファイト粉末、金属粉末のような粉末状の導電材料も具えている。導電材料の量
は重量で２〜15％の範囲である。
【００２９】 多糖類、熱可塑性ポリマー、及びゴム的な弾性を有するポリマーを含めたポリ
マーを、バインダのマトリクスに用いることができる。それらの例が、カルボキ
シメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、及びスチレン−ブタジエンゴムである。これらのポリマーを単独あるいは
組合わせで用いることができる。高分子バインダは活性材料の粉末を結束させて
、クラック（ひび割れ）を防止し、こうした粉末材料を電流コレクタの表面に固
着させる働きをする。これらの高分子バインダの量は、重量で２〜30％の範囲で
ある。
【００３０】 電池内で化学反応を誘導するものでなければ、いずれの電子伝導体も電流コレ
クタに用いることができる。正電流コレクタ（カソード）用の材料の例は、ステ
ンレス鋼、銅、及びニッケルである。このコレクタは、箔、フィルム、あるいは
シートの形状とすることができ、そして、多孔質、穿孔型、あるいはメッシュ状
にすることができる。コレクタの厚さは一般に１〜500μｍの範囲である。
【００３１】 正電極と負電極との間に設けたセパレータは、高いイオン透過率及び所望の機
械的強度を共に有する絶縁フィルムである。これは負電極と正電極との間の短絡
を防止して電気分解を保持する。一般的に用いられているセパレータは、グラス
ファイバ製、または多孔質シート、あるいはポリエチレンまたはポリプロピレン
のようなオレフィンポリマー製の不織布である。孔の直径は一般に0.01〜10μｍ
の範囲である。セパレータの厚さは一般に５〜300μｍの範囲である。
【００３２】 本発明の電池の構造は、電解液として用いられている多くの組成のいずれでも
達成することができる。溶媒には、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸メチル
エチルのようなエステル、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシドのような
エーテル、及びこれらの混合物を用いることができる。溶質の例は、リチウムイ
オン（Li+）及びルイス酸イオン（BF4 -、PF6 -、AsF6 -、ClO4 -、CF3SO3 -）から組
成される塩類、及びこれらの混合塩である。これらの塩の濃度は、0.5mole/lか
ら２mole/lまでの間である。
【００３３】 本発明による電池は、平らなフレキシブルシート状の製品の形態にすることが
でき、またはジグザグ型に折り畳んだものとすることができ、あるいは円筒形ま
たは矩形のプリズム形に巻いたものとすることができる。この電池は単一層型ま
たは多層型とすることができる。ボタン電池用には、平らな電池構造を打抜いて
通常のコイン型することができる。
【００３４】 多数のセルを重ねること、あるいは寸法を拡張した単一セルを複写することに
よって、層状セル構造から、種々の大きさ、容量、及び電圧範囲の電池を得るこ
とができる。セル要素の列を反復することによって、より大容量の電池を構成す
ることができる。層状セル構造の基本薄層を複数、直列多重化することによって
、電池の電圧出力を増大することができ、この場合には第１セル構造の負電極層
を、同様の第２セル構造の正電極層と電気的に接触させる。これらの好適例では
、電池が、負電極、セパレータ、及び正電極を積層したものを重ねて多層化して
構成される。
【００３５】 電池は電池ケース内に収納し、電池ケースは塑性の金属ケースまたは塑性の樹
脂ケースとすることができる。これらの材料の例は、ステンレス鋼及びポリプロ
ピレンのようなプラスチックである。接着剤、溶接、あるいははんだ付けによっ
て封印を行うことができる。平らなフレキシブル電池は、ポリマーを塗布したア
ルミニウム箔の、気密かつ防湿の袋内に収納することができる。このような箔の
シートは商業的に入手可能であり、それらの端部を一緒に封印することができる
。これらのシートは通常、外側の15μｍのポリエステルフィルムまたはポリエチ
レンフィルム、50μｍのアルミニウム箔、及び内側の15μｍのポリエステルフィ
ルムまたはポリエチレンフィルムから構成されて、熱封印接着剤の90μｍ層を支
持する。
【００３６】 所望すれば、本発明による電池は、セパレータに面しセパレータから離れた、
負電極及び／または正電極の背後に、バネ機能を有する層を設けることができる
。充電及び放電によって負電極材料及び／または正電極材料に大幅な体積変化が
生じる場合には、この層が有用である。この層が体積の変化を補償する。バネ機
能を有するこの層は弾力性のある材料製であり、例えばポリウレタンまたは架橋
ポリオレフィンのような弾性の泡とすることができる。負電極または正電極が薄
くなるにつれて、泡が膨脹して圧力を維持する。負電極または正電極の体積が増
加すると、泡の層が圧縮される。
【００３７】 リチウム電池を製造する方法を提供するという目的は、負電極、セパレータ、
及び正電極を積層して構成されるリチウム電池を製造する方法によって達成する
ことができ、この方法は、負電流コレクタ上に負電極材料を装着して負電極を形
成するステップと、正電流コレクタ上に正電極材料を装着して正電極を形成する
ステップと、これらの負電極と正電極との間にセパレータを配置するステップか
ら構成され、この方法は、 ａ）負電極内に孔のパターンを作製するステップと； ｂ）正電極内に孔のパターンを作製するステップと； ｃ）積層上に高分子材料を供給して、この高分子材料がこれらの孔を貫通して、
これにより、前記負電極、正電極、及びセパレータが共に圧着されるようにする
ステップとを具えている。この方法は、ステップｃ）の前に、少なくとも負電極
及び正電極に、これらの電極を整列させる目的に使用可能なパターンを設けたこ
とを特徴とする。
【００３８】 上述したように、電極の整列目的用のこうしたパターンが存在することにより
、各層を互いに対して整列させることが非常に簡単化される。さらに、電極の孔
を互いに対して正確に整列させることができる。
【００３９】 上述した方法の第１の特定好適例は、ステップｃ）において、高分子材料のフ
ィルムを前記積層の両側に装着すること、及びこれらの積層及び高分子フィルム
を加熱及び加圧することを特徴とする
【００４０】 熱及び圧力を加えた結果、前記高分子材料が融解して前記孔内を貫通する。
【００４１】 上述した方法の他の好適例は、ステップｃ）において、射出成形法によって高
分子材料を注入することを特徴とする。
【００４２】 この場合には、高分子材料を前記孔内に指向的に注入することの結果として、
既に流体であるポリマー材料が前記孔を貫通する。
【００４３】 好適例では、少なくとも負電極及び正電極に１個以上の整列用の孔を設ける。
【００４４】 リチウム電池を製造する装置では、異なる層が互いに対して整列するようにす
るために、対応する整列用の孔の各々と協働する、整列ピンまたは同様の補助具
が存在する。
【００４５】 他の有利な好適例では、負電極及び正電極におけるパターンを電池の活性材料
の領域の外側に設ける。
【００４６】 この好適例は、電極及びセパレータをロールから巻き出すプロセスで電池を生
産する場合に特に適している。こうした場合には、電極及びセパレータの積層を
ある所でカットして個々の電池を作製する。さらに、正電極の電流コレクタどう
しが互いに結合していなければならず、負電極の電流コレクタについても同じで
ある。これに加えて、正電流コレクタが負電流コレクタと接触してはならない。
これらの電極に上述のパターンを設けることによって、正電流コレクタと負電流
コレクタとを接触させることなく、各層を整列させることと積層をカットするこ
とを共に達成することができる。
【００４７】 上述した方法のさらなる好適例は、前記ステップｂ）において、正電極内の孔
のパターンを前記ステップａ）におけるものと同じすること、及び前記ステップ
ｃ）の前で、負電極、セパレータ、及び正電極を積層させた後に、前記ステップ
ａ）と同様のパターンをセパレータ内に作製することを特徴とする。
【００４８】 正電極内の孔のパターンを負電極内の孔のパターンと同じにすれば、上述した
整列パターンまたは整列用の孔を利用してこれらのパターンを整列させることが
できる。よって負電極と正電極との間に積層したセパレータ内に孔のパターンを
容易に作製して、この孔のパターンを電極内の孔の位置に合わせて整列させるこ
とができる。この整列モードでは、孔内に導入された高分子材料が一種のリベッ
トを形成して、これらのリベットが圧力の下で電極及びセパレータを結束させる
。
【００４９】 後者の好適例の代替法では、セパレータを積層させる前にセパレータに孔を設
ける。しかしこの場合には、セパレータ箔の形状の安定性が不足するので、孔の
整列について問題が生じうる。
【００５０】 セパレータ内の孔のパターンを、好適にはホットネイル（熱い釘）を利用して
、穿孔によって作製することが有利である。
【００５１】 このようにして、電極内の孔の位置でセパレータを貫通する「釘の頭」で穿孔
することによって、セパレータ内の孔を作製することができる。好適例では、穿
孔を促進するため、あるいは、特により高温を用いる際に、接触中のセパレータ
箔を融解するために、「釘の頭」を加熱する。
【００５２】 他の好適例では、セパレータの融点よりも高い温度を有する強制空気流によっ
て孔のパターンを作製する。
【００５３】 セパレータ内の孔の直径は、負電極内の孔の直径に等しいか、より小さく、負
電極内の孔の直径は、正電極内の孔の直径よりも小さいことが好ましい。 こうした構成で、樹脂状結晶の形成が防止される。
【００５４】 本発明は、負電極、セパレータ、正電極を積層して構成されるリチウム電池の
製造方法にも関するものであり、この方法は、負電流コレクタ上に負電極材料を
装着して負電極を形成するステップと、正電流コレクタ上に正電極材料を装着し
て正電極を形成するステップと、負電極と正電極との間にセパレータを配置する
ステップから構成され、この方法は、 ａ）負電極内に孔のパターンを生産するステップと； ｂ）正電極内に孔のパターンを生産するステップと； ｃ）高分子材料のセパレータを生産するステップと； ｄ）これらを積層したものを加熱及び加圧して、高分子材料の一部を前記の孔に
貫通させて、これにより、これらの電極及びセパレータが互いに圧着するように
するステップとを具えている。この方法は、ステップｄ）の前に、少なくとも負
電極及び正電極に、これらの電極を整列させる目的に使用可能なパターンを設け
ることを特徴とする。
【００５５】 前の方法に関して記述したように、電極の整列目的用のこうしたパターンが存
在することにより、各層を互いに対して整列させることが非常に簡単になる。
【００５６】 同様に、少なくとも負電極および正電極に１個以上の整列用の孔を設ける。特
定の好適例では、電池の活性材料領域の外側に、負電極及び正電極のパターンを
設ける。
【００５７】 上述した方法では、イオンが通過移動可能なポリマーフィルム及びセパレータ
用に、例えば多孔質ポリエチレンのような多孔質の高分子材料を利用することが
好ましい。この高分子材料は弾性であることが好ましい。
【００５８】 負または正の活性材料、導電材料、及びバインダ材料を、ドライプロセスまた
はウエットプロセスで混合することによって電極材料を作製することができ、こ
れらの材料はすべて粉末の形態であり、これらのプロセス中に水または有機溶剤
を追加する。使用可能な材料は上述した通りである。
【００５９】 次に、得られたペースト状の混合物を電流コレクタ上に供与して、乾燥及び加
圧する。こうするために、次のコーティング法を一般に用いる：スクリーン印刷
、ローラーコーティング、ドクターブレードコーティング、ナイフコーティング
、押出しコーティング、バーコーティング、浸漬コーティング及びスクイーズコ
ーティング。乾燥後に圧縮したコーティング層の厚さは一般に１〜1000μｍの範
囲である。
【００６０】 上述した方法での積層の加圧は、単にこの積層を110〜150℃のオーブン内の金
属プレート間で約５×104Paの圧力で短期間加圧することによって達成される。
この操作は、カレンダーローラーを用いて実行することもできる。加熱後に、こ
の積層を室温まで冷却する。加熱及び冷却は、例えば電池を組み込む応用製品の
形状のような特定形状を有する型（モールド）内で実行することもできる。
【００６１】 上述したのと同じ方法で、多層の積層を１ステップで結束させ、これにより容
量及び電圧を増大させた電池を得ることができる。
【００６２】 本発明のリチウム電池は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯ＣＤ
プレーヤ、携帯電話機、ページング装置（ページャ、ポケットベル（登録商標）
）、ビデオカメラ、電気シェーバ、電動工具、及び補聴器のような種々のコード
レス製品に用いることができる。このリチウム電池は１次電池または２次電池と
して使用することができる。
【００６３】 （発明を実施するための最良の形態） 負電極材料用の混合物は、負の活性材料としての10μｍの粒子径を有する６ｇの
グラファイト粒子と、4.5ｇのカルボキシメチルセルロース（１％水溶液）と、
バインダとしての0.5ｇのスチレンブタジエンゴム（水中に60％分散）とを混合
して、銅箔の電流コレクタの両面にコーティングとして装着すべきペーストに形
成することによって用意することができる。コーティングの厚さは200μｍであ
る。銅箔の厚さは14μｍになる。ペーストした電流コレクタを85℃で15分間前乾
燥して、110℃で３時間熱処理し、そして厚さが110μｍになるまで圧縮する。２
×２cm2の正方形になるように負電極を切り出す。
【００６４】 正電極材料用の混合物は、正の活性材料としての６ｇのLiCoO2と、導電材料と
しての0.18ｇのアセチルブラックと、５ｇのカルボキシメチルセルロース（１％
水溶液）と、バインダとしての0.7ｇのポリテトラフルオロエチレン（水中に60
％分散）とを混合して、アルミニウム箔の電流コレクタの両面にコーティングと
して装着すべきペーストに形成することによって用意することができる。コーテ
ィングの厚さは420μｍである。アルミニウム箔の厚さは20μｍになる。ペース
トした電流コレクタを85℃で15分間前乾燥して、250℃で４時間熱処理し、そし
て厚さが100μｍになるまで圧縮する。２×２cm2の正方形になるように正電極を
切り出す。
【００６５】 厚さ25μｍの多孔質ポリエチレン箔をセパレータとして用いることができる。 機械的穿孔によって、負電極及び正電極の各々に孔のパターンを設ける。これ
らの孔の直径は１mmである。これらの孔は、孔どうしの距離が５mmの２次元アレ
イの形で設ける。さらに負電極及び正電極の各々に、既存の他の孔とは大きさが
異なる１個以上の整列用の孔を設ける。本実施例では、これらの整列用の孔は、
約４mmの直径を有する六角形の整列用の孔から構成される。図１に、孔のパター
ン３並びに２個の整列用の孔４を設けた電極２を示す。
【００６６】 本発明によるリチウム電池を製造するために、負電極、セパレータ、及び正電
極の積層を形成する。両電極に整列用の孔を設けているので、積層における異な
る層どうし、並びに負電極と正電極の両方の孔を、互いに対して整列させること
ができる。電池を製造する装置の一部分を形成する整列ピンまたは同様な器具を
利用して、こうした整列を行うことができる。
【００６７】 図２に、電池の活性材料領域の外側に設けた整列パターンの他の例を示す。電
極及びセパレータをロールから巻き出すプロセスで電池を生産する場合には、こ
の実施例が特に適している。こうした場合には、電極及びセパレータの積層を所
定の位置でカットして個々の電池を作製する。さらに、正電極の電流コレクタど
うしが互いに結合していなければならず、負電極の電流コレクタについても同じ
である。これに加えて、正電流コレクタが負電流コレクタと接触してはならない
。電極の活性材料の外側にパターンを設けることによって、正電流コレクタと負
電流コレクタとを接触させることなく、各層の整列及び積層のカットが共に可能
になる。図２Ａにおいて、正電極材料の外側の正のパターンを参照番号５ａ及び
５ｂで示し、負のパターンを参照番号６ａ及び６ｂで示す。セパレータを参照番
号７で示す。
【００６８】 図２Ｂに示すように、異なる層、及び／または異なる層内の孔のパターンを互
いに対して整列させるために、整列ピン９を利用して負電極、正電極、及びセパ
レータの積層を整列させる。図２Ｂに示す整列ピン９が、パターン５ａ及び６ａ
内の整列用の孔と協働する。反対側では他の整列ピンが明らかに存在し、これら
が整列パターン５ｂ及び６ｂと協働する。
【００６９】 図３に、正電極１１Ａ、セパレータ７、負電極１２、セパレータ７、及び正電
極１１Ｂから構成される２列セル１０を示す。図３の右側に示すように、活性領
域の外側のパターン５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂは、正電流コレクタが負電流コレク
タに接触せず、その逆も生じないようにする。
【００７０】 図４に、図３のように異なる層を積層させた後に、セパレータ内に孔を作製す
る方法を示す。図に示すように、負電極内及び正電極内に孔のパターンを整列さ
せる。次に、負電極１２と正電極１１Ａ、１１Ｂとの間に積層するセパレータ７
内の孔のパターンは、これらの電極内の孔の位置に従い容易に作製することがで
きる。この整列モードでは、前記の孔に実質的に導入されている高分子材料が一
種のリベットを形成して、これらのリベットが圧力の下で前記電極及びセパレー
タを結束させる。好適にはホットネイル１４の頭部を利用した穿孔によって、セ
パレータ内の孔のパターンを作製することができる。「釘の頭」の加熱により穿
孔が促進される。より高温を用いる際には、セパレータ箔が接触中に融解する。
他の好適実施例では、セパレータの融点よりも高い気流温度を有する強制空気流
によって孔のパターンを作製する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 孔のパターン並びに整列した２個の孔を設けた電極を図式的に示す図
である。
【図２】 図２Ａ及び図２Ｂは、活性材料の領域外にパターン化した電極、並び
にこうしたパターンと協働する整列ピンを図式的に示す図である。
【図３】 正電極、セパレータ、負電極、セパレータ、及び正電極をこの順に積
層して構成した２列セルを図式的に示す図である。
【図４】 図３のように異なる層を積層した後に、セパレータ内に孔を作製する
方法を図式的に示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月１２日（２００１．１１．１２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス フェイル オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 ベンテ アー ボルデス オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 マルティヌス イェー イェー ハック オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 イアン ブリンク オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5H017 AA03 AS02 BB01 BB03 BB06 CC05 DD08 EE01 EE05 EE07 EE09 EE10 HH01 HH03 HH04 HH08 HH09 5H024 AA03 BB01 BB05 BB08 CC04 CC06 CC07 CC10 DD09 DD15 EE09 HH15 5H029 AJ14 AK03 AL07 AM06 AM07 CJ02 CJ03 CJ06 CJ13 CJ23 CJ25 CJ28 CJ30 DJ04 DJ14 EJ05 5H050 AA19 BA05 BA17 CA07 CB07 CB08 DA19 EA02 EA09 EA10 EA23 FA02 FA10 GA02 GA03 GA04 GA07 GA13 GA30 HA12

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも、 負電極材料と負電流コレクタから構成される負電極と、 正電極材料と正電流コレクタから構成される正電極と、 前記負電極と前記正電極とを分離するセパレータと を具え、 少なくとも前記負電極材料及び前記正電極材料に、前記負電極、前記正電極、
    及び前記セパレータを共に圧着させる高分子材料を収容する孔のパターンを設け
    たリチウム電池において、 少なくとも前記負電極及び前記正電極に、これらの電極を整列させる目的に使
    用可能なパターンを設けたことを特徴とするリチウム電池。
  2. 【請求項２】 少なくとも前記負電極及び前記正電極に、１個以上の整列用の孔
    を設けたことを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池。
  3. 【請求項３】 前記１個以上の整列用の孔が、既存の前記孔のパターンとは異な
    ることを特徴とする請求項２に記載のリチウム電池。
  4. 【請求項４】 電池の活性材料の領域の外側に前記パターンを設けたことを特徴
    とする請求項１に記載のリチウム電池。
  5. 【請求項５】 前記電流コレクタに、前記電極材料内の孔に実質的に重複する孔
    のパターンを設けて、これら両パターンの孔を前記高分子材料で満たしたことを
    特徴とする請求項１に記載のリチウム電池。
  6. 【請求項６】 前記セパレータに、前記電極材料内の孔に実質的に重複する孔の
    パターンを設けて、これら両パターンの孔を前記高分子材料で満たしたことを特
    徴とする請求項１に記載のリチウム電池。
  7. 【請求項７】 負電極、セパレータ、及び正電極を積層したものを重ねて多層化
    して構成したことを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池。
  8. 【請求項８】 前記セパレータに面し前記セパレータから離れた、前記負電極及
    び／または前記正電極の表面上に、弾力性のある気泡層を設けたことを特徴とす
    る請求項１に記載のリチウム電池。
  9. 【請求項９】 負電極、セパレータ、及び正電極を積層して構成されるリチウム
    電池を製造する方法であり、この方法が、負電流コレクタ上に負電極材料を装着
    して前記負電極を形成するステップと、正電流コレクタ上に正電極材料を装着し
    て前記正電極を形成するステップと、前記負電極と前記正電極との間にセパレー
    タを配置するステップから構成され、 ａ）前記負電極内に孔のパターンを作製するステップと； ｂ）前記正電極内に孔のパターンを作製するステップと； ｃ）前記積層上に高分子材料を供与して、該高分子材料を前記孔に貫通させて、
    これにより、前記負電極、前記正電極、及び前記セパレータを共に圧着させるス
    テップとを具えたリチウム電池の製造方法において、 前記ステップｃ）の前に、少なくとも前記負電極及び前記正電極に、これらの
    電極を整列させる目的に使用可能なパターンを設けることを特徴とするリチウム
    電池の製造方法。
  10. 【請求項１０】 前記ステップｃ）において、高分子材料のフィルムを前記積層
    の両側に装着して、前記積層及び前記高分子フィルムを加熱及び加圧することを
    特徴とする請求項９に記載のリチウム電池の製造方法。
  11. 【請求項１１】 前記ステップｃ）において、前記高分子材料を射出成形法によ
    って注入することを特徴とする請求項９に記載のリチウム電池の製造方法。
  12. 【請求項１２】 少なくとも前記負電極及び前記正電極に１個以上の整列用の孔
    を設けることを特徴とする請求項９に記載のリチウム電池の製造方法。
  13. 【請求項１３】 電池の活性材料の領域の外側に、前記負電極及び前記正電極の
    前記パターンを設けることを特徴とする請求項９に記載のリチウム電池の製造方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記ステップｃ）において、前記正電極の前記孔のパターンを
    、前記ステップａ）における前記孔のパターンと同一になるように作製し、前記
    ステップｃ）の前に、前記負電極、前記セパレータ、及び前記正電極を積層させ
    た後に、前記ステップａ）における前記孔のパターンと同一の孔のパターンを前
    記セパレータ内に作製することを特徴とする請求項９に記載のリチウム電池の製
    造方法。
  15. 【請求項１５】 前記セパレータ内の前記孔のパターンを、穿孔によって作製す
    ることを特徴とする請求項１４に記載のリチウム電池の製造方法。
  16. 【請求項１６】 ホットネイルを利用して、前記穿孔を実行することを特徴とす
    る請求項１５に記載のリチウム電池の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記孔のパターンを強制空気流によって作製することを特徴と
    する請求項１４に記載のリチウム電池の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記セパレータ内の前記孔の直径を、前記負電極の前記孔の直
    径以下にし、かつ前記負電極の前記孔の直径を、前記正電極の前記孔の直径より
    小さくすることを特徴とする請求項９に記載のリチウム電池の製造方法。
  19. 【請求項１９】 負電極、セパレータ、及び正電極を積層して構成されるリチウ
    ム電池を製造する方法であり、この方法が、負電流コレクタ上に負電極材料を装
    着して前記負電極を形成するステップと、正電流コレクタ上に正電極材料を装着
    して前記正電極を形成するステップと、前記負電極と前記正電極との間にセパレ
    ータを配置するステップから構成され、 ａ）前記負電極内に孔のパターンを作製するステップと； ｂ）前記正電極内に孔のパターンを作製するステップと； ｃ）高分子材料のセパレータを作製するステップと； ｄ）前記積層したものを加熱及び加圧して、前記高分子材料の一部を前記孔内に
    貫通させて、これにより前記各電極と前記セパレータとを共に圧着させるステッ
    プとを具えたリチウム電池の製造方法において、 前記ステップｄ）の前に、少なくとも前記負電極及び前記正電極に、これらの
    電極を整列させる目的に使用可能なパターンを設けることを特徴とするリチウム
    電池の製造方法。
  20. 【請求項２０】 少なくとも前記負電極及び前記正電極に、１個以上の整列用の
    孔を設けることを特徴とする請求項１９に記載のリチウム電池の製造方法。
  21. 【請求項２１】 電池の活性材料の領域の外側に、前記負電極及び前記正電極の
    前記孔のパターンを設けることを特徴とする請求項１９に記載のリチウム電池の
    製造方法。
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