JP2007180039A - 固体電解質電池の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】内部短絡を防止し、高エネルギー密度を有する固体電解質電池の製造方法。
【解決手段】正極２と、正極と対向して配される負極３と、正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層４とを備え、正極と負極とは、固体電解質層が形成された側が対向するように積層された状態で長手方向に巻回され、絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口されている。そして、正極は負極よりも小となされており、当該負極よりも小さい正極上に形成された固体電解質層は、正極よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図３
【解決手段】正極２と、正極と対向して配される負極３と、正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層４とを備え、正極と負極とは、固体電解質層が形成された側が対向するように積層された状態で長手方向に巻回され、絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口されている。そして、正極は負極よりも小となされており、当該負極よりも小さい正極上に形成された固体電解質層は、正極よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図３
Description
この発明は、固体電解質電池の製造方法に関し、詳しくは、正極及び負極が固体電解質を介して積層および巻回されてなる固体電解質電池の製造方法に関する。
近年、カメラ一体型テープレコーダ、携帯電話、携帯用コンピュータ等の携帯型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携帯型電源となる電池も小型軽量化が要求され、これに対応する電池としてリチウムイオン電池が開発され、工業化されている。このリチウムイオン電池は、正極と負極との間のイオン伝導体として多孔質高分子セパレータに電解質溶液を含浸させたものが用いられており、電解液の漏出を防ぐために電池素子全体を重厚な金属容器でパッケージしている。
一方、固体電解質を正極と負極との間のイオン伝導体とした固体電解質電池は、漏液が無いためにパッケージの簡略化による電池の小型軽量化が期待されている。特に、ポリマにリチウムを固溶させた高分子固体電解質や、マトリックスポリマに電解質を含んだゲル状の固体電解質が注目を浴びている。
このような固体電解質電池は次のようにして作製できる。なお、図１０には、正極１０と負極１１とが固体電解質層１２を介して積層されてなる電極積層体１３を示している。
まず、正極１０としては、正極活物質と導電剤と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体１０ａの両面に均一に塗布し、乾燥させることにより正極活物質層１０ｂを形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得る。
つぎに、負極１１としては、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１１ａの両面に均一に塗布して乾燥させることにより負極活物質層１１ｂを形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得る。
また、固体電解質層１２としては、非水溶媒と電解質塩とマトリクスポリマとを含有するゾル状の電解質溶液を、正極シート及び負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、溶媒を除去する。こうして、正極活物質層１０ｂ上及び負極活物質層１１ｂ上にゲル状の固体電解質層１２が形成される。
そして、固体電解質層１２が形成された正極シートを例えば矩形状に切り出す。さらにリード溶接部分の固体電解質層１２及び正極活物質層１０ｂを削り取り、ここにリードを溶接し、固体電解質層１２が形成された正極１０が得られる。
また、固体電解質層１２が形成された負極シートを例えば矩形状に切り出す。さらにリード溶接部分の固体電解質層１２及び負極活物質層１１ｂを削り取り、ここにリードを溶接し、固体電解質層１２が形成された負極１１が得られる。
最後に、固体電解質層１２が形成された正極１０及び負極１１を積層して図１０に示すような電極積層体１３が得られる。この電極積層体１３を、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、電極巻回体を外装フィルム中に密閉して固体電解質電池が完成する。
上述したような固体電解質電池において、エネルギー密度を向上させるには、固体電解質層１２の厚さを薄くすることが有効である。しかしながら、固体電解質層１２の厚さを薄くすると、外部からの衝撃によって固体電解質層１２が破断しやすくなり、内部ショート増加の原因となる。このために、固体電解質層１２の厚さを薄くすることができず、エネルギー密度向上の妨げとなっている。
固体電解質層１２の薄膜化に伴う内部ショート増加の原因としては、例えば図１０に示すように、従来の固体電解質電池では、正極１０及び負極１１の端部が電極積層体１３の端部に露出していた。そのため、この電極積層体１３を外装フィルム中に密閉する際に、電極積層体１３に外圧が加わるため、電極積層体１３の端部において負極１１の端部が曲げられて正極１０とショートすること等が挙げられる。このようなショートは、固体電解質層１２が薄くなるほど、正極１０と負極１１との間の距離が小さくなるためショートの確率が上がる。
また、固体電解質層１２を薄くすることによる他の問題点として、電極表面からの粉落ちが挙げられる。電極の積層時に電極の活物質粉あるいは集電体金属が粉となって落ち、挟み込まれる。このとき、固体電解質層１２が薄い場合には、固体電解質層１２に微小孔ができ、内部ショートが発生する。この粉落ちは正極１０において顕著に現れる。
この発明は、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、内部短絡を防止した、高エネルギー密度の固体電解質電池の製造方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するために、この発明は、負極活物質を集電体上に塗布して乾燥した帯状の負極を形成する負極の形成工程と、
正極活物質を集電体上に塗布して乾燥し、負極よりも小さい帯状の正極を形成する正極の形成工程と、
負極よりも小さい正極を覆うように、正極上に電解質を塗布して乾燥し、固体電解質層を形成する固体電解質層の形成工程と、
正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を該固体電解質層が形成された側を対向させて積層された状態で長手方向に巻回された電極積層体を形成する巻回工程と、
電極積層体を絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口する熱融着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である。
正極活物質を集電体上に塗布して乾燥し、負極よりも小さい帯状の正極を形成する正極の形成工程と、
負極よりも小さい正極を覆うように、正極上に電解質を塗布して乾燥し、固体電解質層を形成する固体電解質層の形成工程と、
正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を該固体電解質層が形成された側を対向させて積層された状態で長手方向に巻回された電極積層体を形成する巻回工程と、
電極積層体を絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口する熱融着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である。
この発明に係る固体電解質電池では、正極が負極よりも小となされており、小となされた正極上に形成された固体電解質層は、小とされた正極よりも大きくなるように形成されているので、小となされた正極の端部が上記固体電解質層で覆われて、電極の端部における正極と負極との接触が防止される。
この発明によれば、固体電解質電池において、正極を負極よりも小となし、正極上に形成される固体電解質層を、当該小とされた正極よりも大きくなるように形成しているので、電極の端部において正極と負極との接触が防止され、内部ショートを大幅に減少することができる。
従って、この発明では、固体電解質層の厚さを薄くしても内部ショートを防止することができ、エネルギー密度の高い、優れた固体電解質電池を実現することができる。
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
この発明の一実施形態に係るゲル電解質電池の一構成例を図１〜図３に示す。このゲル電解質電池１は、図２及び図３に示す電極積層体５が、絶縁材料からなる外装フィルム６により覆われて密閉されている。この電極積層体５は、図２及び図３に示すように、正極２と、正極２と対向して配された負極３と、正極２と負極３との間に配されたゲル電解質層４とを備える。そして、この電極積層体５は、正極２と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されてなる。そして、正極２には正極端子７が、負極３には負極端子８がそれぞれ接続されており、これらの正極端子７と負極端子８とは、図１に示すように外装フィルム６の周縁部である封口部に挟み込まれている。
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。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。
正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、これら複合酸化物の一部を他の遷移金属で置換したもの、二酸化マンガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物を用いることができる。
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。この負極集電体３ｂとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
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は、熱分解炭素類、コークス類又はアセチレンブラックなどのカーボンブラック類、黒鉛、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成体又は竹焼成体といった炭素材料や、リチウム金属、リチウム合金、あるいはポリアセチレンなどのような導電性ポリマを挙げることができる。
ゲル電解質層４は、電解質塩と、マトリクスポリマと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。
電解質塩は、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3等を単独又は混合して使用することができる。
マトリクスポリマは、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、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート等が挙げられる。
膨潤溶媒としては、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−ブチロラクトン、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−ジオキサン、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の非水溶媒を単独又は混合して用いることができる。
ここで、この発明の一実施形態に係るゲル電解質電池１では、図４及び図５に示すように、正極２は、負極３よりも小さくなされている。そして、図６に示すように、この正極２の正極活物質層２ａ上には、当該正極２よりも大きく、正極２を覆うようにしてゲル電解質層４が形成される。ゲル電解質層４によって覆われた正極２は、負極３とほぼ同じ大きさとなる。一方、図７に示すように、負極３の負極活物質層３ａ上にゲル電解質層４が形成される。
そして、ゲル電解質層４が形成された正極２と負極３とは、図２及び図３に示したように、ゲル電解質層４を介して積層されて電極積層体５とされる。このとき、上述したように、正極２はゲル電解質層４で覆われているため、正極２と負極３とを電極積層体５としたときに、正極２は電極積層体５の端部には露出していない。
従って、このゲル電解質電池１では、例えば電極積層体５を外装フィルム６中に密閉する際に、電極積層体５に外圧が加わって負極３の端部が曲げられても、正極２の端部がゲル電解質で覆われているので、負極３と正極２とが接触することなく、内部ショートを大幅に減少することができる。
さらに、このゲル電解質電池１では、上述したように、正極２の端部をゲル電解質で覆うことで内部ショートを減少することができるため、正極２と負極３との間のゲル電解質層４の厚さを薄くすることが可能となる。従って、このゲル電解質電池１では、ゲル電解質層４の厚さが薄くなる分、正極活物質層２ａや負極活物質層３ａの占める割合が大きくなり、エネルギー密度を向上することができる。
また、このゲル電解質電池１では、図８に示すように、負極活物質層３ａ上に形成されるゲル電解質層４を、当該負極３よりも大きく、負極３を覆うように形成してもよい。正極２のみならず、負極３の端部をもゲル電解質によって覆うことで、負極３と正極２との接触をより完全に防止することができ、内部ショートをより効果的に減少することができる。さらに、ゲル電解質層４を負極３よりも大きく形成することで、電極活物質や集電体金属の粉落ちを防止することができる。これにより、電極積層時に電極活物質や集電体金属の粉が挟み込まれることがなく、ゲル電解質層４の破断による内部ショートを無くすことができる。
つぎに、このようなゲル電解質電池１の製造方法について説明する。
まず、正極２としては、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。
次に、正極シートを矩形状に切り出す。そして、リードが溶接される部分の正極活物質層２ａを削り取り、ここに例えばアルミニウム製のリードを溶接して正極端子７とする。このようにして正極２が得られる。
次に、正極２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。
次に、この電解質溶液を、平坦なガラス板上に置いた正極２上に均一に塗布する。このとき、正極活物質層２ａ上だけでなく、正極活物質層２ａからはみ出した部分にも電解質溶液を塗布する。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、正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４が形成される。次に、この正極２を返して、他方の正極活物質層２ａ上にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥する。このようにして、正極２の両面にゲル電解質層４が形成される。
次に、ゲル電解質層４が、正極２のそれぞれの端部から所定幅、例えば１ｍｍだけ外側に出るようにゲル電解質層４を切り取る。このようにして、正極活物質層２ａの端部から所定幅出た部分までの両面が、ゲル電解質層４で覆われてなる正極２が得られる。
また、負極３は、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３ｂとなる例えば銅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。
次に、負極シートの負極活物質層３ａ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３ｂ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、負極活物質層３ａ上にゲル電解質層４が形成される。
次に、ゲル電解質層４が形成された負極シートを矩形状に切り出す。そして、リードが溶接される部分のゲル電解質層４及び負極活物質層３ａを削り取り、ここに例えばニッケル製のリードを溶接して負極端子８とする。このようにしてゲル電解質層４が形成された負極３が得られる。
そして、以上のようにして作製された正極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て張り合わせてプレスし、電極積層体５とする。
最後に、この電極積層体５を、絶縁材料からなる外装フィルム６によってパックするとともに、正極端子７と負極端子８とを封口部に挟み込むことで、ゲル電解質電池１が完成する。
なお、上述した一実施形態では、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５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、図９に示すように、帯状の正極２と帯状の負極３とを積層して電極積層体とし、さらにこの電極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体とした場合にも適用可能である。
以下、この発明の効果を確認すべく、ゲル電解質電池を作製し、その特性を評価した。なお、この発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
〈実施例１〉
まず、正極を次のようにして作製した。
まず、正極を次のようにして作製した。
正極を作製するには、まず、炭酸リチウムを０．５モルと、炭酸コバルトを１モルとを混合し、９００℃の空気中で５時間焼成することにより正極活物質となるＬｉＣｏＯ2を
得た。このＬｉＣｏＯ2を９１重量部と、導電剤としてグラファイトを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、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。このときの正極活物質層の密度は３．６ｇ／ｃｍ3であ
った。
得た。このＬｉＣｏＯ2を９１重量部と、導電剤としてグラファイトを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、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。このときの正極活物質層の密度は３．６ｇ／ｃｍ3であ
った。
そして、以上のようにして作製された正極シートを、３０ｍｍ×５０ｍｍの部分に５ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分の正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。
そして、以上のようにして作製された正極上に正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、まず、炭酸エチレンを４２．５重量部と、炭酸プロピレンを４２．５重量部と、ＬｉＰＦ6を１５重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を３０
重量部と、マトリクスポリマとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロフランを６０重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。
重量部と、マトリクスポリマとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロフランを６０重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。
次に、この電解質溶液を、平坦なガラス板上に置かれた正極上均一に塗布した。このとき、正極上だけでなく、正極からはみ出した部分にも電解質溶液を塗布した。その後、乾燥させてテトラヒドロフランを除去した。次に、この正極を返して、正極の他方の面にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥した。このようにして、正極の両面に厚さ１２．５μｍのゲル電解質層を形成した。
次に、ゲル電解質層が、正極のそれぞれの端部から１ｍｍだけ外側に出るようにゲル電解質層を切り取った。このようにして、正極活物質層端部から１ｍｍ出た部分までの正極両面上１２．５μｍ以内の部分が、ゲル電解質層で覆われてなる正極を得た。
次に、負極を次のようにして作製した。
負極を作製するには、まず、黒鉛を９０重量部と、ポリフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。このときの負極活物質の密度は１．６ｇ／ｃｍ3であった。
次に、負極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極活物質層上に厚さ１２．５μｍのゲル電解質層を形成した。
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、３２ｍｍ×５２ｍｍの部分に５ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。
次に、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正極と、両面にゲル電解質層が形成された負極とを、負極、正極、負極、正極、負極の順に積層して電極積層体とした。
最後に、この電極積層体を、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる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、電極積層体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んだ。このようにしてゲル電解質電池を完成した。
〈比較例１〉
つぎのようにして正極を作製したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
つぎのようにして正極を作製したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
まず、実施例と同様にして正極シート及び電解質溶液を作製した。
次に、正極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ１２．５μｍのゲル電解質層を形成した。
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、３０ｍｍ×５０ｍｍの部分に５ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして、両面に１２．５μｍの厚さのゲル電解質層が形成された正極を得た。
〈比較例２〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを５０μｍとしたこと以外は、比較例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを５０μｍとしたこと以外は、比較例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
〈比較例３〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを１００μｍとしたこと以外は、比較例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを１００μｍとしたこと以外は、比較例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
つぎに示す実施例２及び比較例４〜比較例６では、帯状の正極と負極とを積層し、長手方向に巻回した電極巻回体を用いて電池を作製した。
〈実施例２〉
まず、実施例１と同様にして正極シート、負極シート及び電解質溶液を作製した。
まず、実施例１と同様にして正極シート、負極シート及び電解質溶液を作製した。
次に、得られた正極シートを、５０ｍｍ×２６０ｍｍの部分に５０ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分の正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして正極を作製した。
そして、以上のようにして作製された正極上に正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、電解質溶液を、平坦なガラス板上に置かれた正極上均一に塗布した。このとき、正極上だけでなく、正極からはみ出した部分にも電解質溶液を塗布した。その後、乾燥させてテトラヒドロフランを除去した。次に、この正極を返して、正極の他方の面にも同様にして電解質溶液を塗布し、乾燥した。このようにして、正極の両面に厚さ１２．５μｍのゲル電解質層を形成した。
次に、ゲル電解質層が、正極のそれぞれの端部から１ｍｍだけ外側に出るようにゲル電解質層を切り取った。このようにして、正極活物質層端部から１ｍｍ出た部分までの正極両面上１２．５μｍ以内の部分が、ゲル電解質層で覆われてなる正極を得た。
一方、実施例１と同様にしてゲル電解質層を負極シート上に形成し、この負極シートを、５２ｍｍ×３００ｍｍの部分に５２ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして負極を作製した。
次に、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極巻回体を得た。
次に、この電極巻回体を、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる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、電極巻回体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んだ。このようにしてゲル電解質電池を完成した。
〈比較例４〉
つぎのようにして正極を作製したこと以外は、実施例２と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
つぎのようにして正極を作製したこと以外は、実施例２と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
まず、実施例１と同様にして正極シート及び電解質溶液を作製した。
次に、正極シート上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ１２．５μｍのゲル電解質層を形成した。
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、５０ｍｍ×２６０ｍｍの部分に５０ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして、両面に１２．５μｍの厚さのゲル電解質層が形成された正極を得た。
〈比較例５〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを５０μｍとしたこと以外は、比較例４と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを５０μｍとしたこと以外は、比較例４と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
〈比較例６〉
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを１００μｍとしたこと以外は、比較例４と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
正極及び負極上に形成されるゲル電解質層の厚みを１００μｍとしたこと以外は、比較例４と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
以上のようにして作製された実施例１、実施例２、比較例１〜比較例６のゲル電解質電池について、内部ショート発生率、エネルギー密度を測定した。なお、測定はそれぞれの電池５０個ずつについて行った。また、エネルギー密度はリードや外装部分は含まない値であり、５０個の電池の平均値である。
実施例１、実施例２、比較例１〜比較例６のゲル電解質電池について測定された内部ショート発生率、エネルギー密度をまとめて表１に示す。
表１より、実施例１の電池では、比較例１〜比較例３の電池と比較して、エネルギー密度が高く、また、内部ショート発生率が低く抑えられていることがわかる。また、正極と負極とを電極巻回体とした実施例２の電池でも、比較例４〜比較例６の電池と比較して、エネルギー密度が高く、また、内部ショート発生率が低く抑えられていることがわかる。
従って、正極をゲル電解質で覆うことで、負極と正極との接触が防止され、内部ショートを大幅に減少することができることがわかった。また、正極をゲル電解質で覆うことで内部ショートを減少することができるため、正極と負極との間のゲル電解質層の厚さを薄くすることが可能となり、エネルギー密度を向上できることも明らかになった。
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
また、上述したような一実施形態に係るゲル電解質電池１は、円筒型、角型等、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。
また、上述した一実施形態では、固体電解質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質を用いたゲル電解質電池１を例に挙げて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適用可能である。また、この発明は、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。
１・・・ゲル電解質電池、２・・・正極、３・・・負極、４・・・ゲル電解質層、５・・・電極積層体、６・・・外装フィルム、７・・・正極端子、８・・・負極端子
Claims (3)
- 負極活物質を集電体上に塗布して乾燥した帯状の負極を形成する負極の形成工程と、
正極活物質を集電体上に塗布して乾燥し、上記負極よりも小さい帯状の正極を形成する正極の形成工程と、
上記負極よりも小さい正極を覆うように、上記正極上に電解質を塗布して乾燥し、固体電解質層を形成する固体電解質層の形成工程と、
上記正極及び上記負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を該固体電解質層が形成された側を対向させて積層された状態で長手方向に巻回された電極積層体を形成する巻回工程と、
上記電極積層体を絶縁材料からなる外装フィルムで挟み、該外装フィルムの周辺部を減圧下で熱融着することによって封口する熱融着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。 - 上記負極上に電解質を塗布して乾燥し、固体電解質層を形成する固体電解質層の形成工程を有することを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池の製造方法。
- 上記負極の形成工程は、金属箔からなる負極集電体の両面に負極活物質を均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成し、ロールプレス機でプレスして帯状の負極を形成し、
上記正極の形成工程は、金属箔からなる正極集電体の両面に正極活物質を均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成し、ロールプレス機でプレスして帯状の負極を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池の製造方法。
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