JP2008021443A

JP2008021443A - 積層型電池

Info

Publication number: JP2008021443A
Application number: JP2006190319A
Authority: JP
Inventors: Kiyohide Takimoto; 清秀滝本
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】電極の製造および組み立ての簡易な、短絡等の故障のない信頼性の優れた積層型電池を提供する。
【解決手段】正極１と、負極２をセパレータ３を介して積層した積層型電池において、正極１、負極２、セパレータ３の対向する面積が等しく、正極１および負極２が平板状であり、それぞれ少なくとも１つの側面に正極活物質または負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、６が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、板状の正極と負極をセパレータを介して積層した積層型電池の構造に関する。

近年、携帯電話、デジタルカメラ、ポータブルオーディオなどの小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、リチウムイオン電池等の非水電解液を使用した小型で大容量の密閉型電池が用いられている。電極の構成としては、正極と負極をセパレータを介して積層した積層型と、帯状の正極と負極をセパレータを介して巻回して得られる巻回型があるが、電子機器の薄型化に伴い電池も薄型機器に適した積層型電池がスペース効率が優れており、用いられてきている。

従来の積層型電池においては、正極の対向面にはセパレータを介して正極の電極面積より大きい負極を配置し、また、セパレータは負極より大きなものを配置していた。さらに、正極、負極、セパレータのそれぞれの周囲の端面において正極を負極が、負極をセパレータが覆うように配置していた。このような構造とするために製造工程上の管理が複雑で、設備も多大なものとなっていた。そのため、正極、負極、セパレータの配置を簡素化するため、正極と負極の集電体の端部とセパレータの端部とが実質的に同一面に配置することが特許文献１で提案されている。

特開２００４−２５３１４４号公報

このような積層型電池を製作する際には、正極、負極、セパレータの端部を同一面に配置することになるが、電極活物質が載置されていない集電体の端部は薄く、位置あわせが困難であるという問題があった。

本発明の課題は、電極の製造および組み立ての簡易な、短絡等の故障のない信頼性の優れた積層型電池を提供することにある。

上記課題を解決するため本発明の積層型電池は、正極集電体上に正極活物質が形成された平板状の正極と、負極集電体上に負極活物質が形成された平板状の負極をセパレータを介して積層した積層型電池において、前記正極集電体、前記正極、前記負極集電体、前記負極、前記セパレータの面積が等しいことを特徴とする。また、前記正極および前記負極のそれぞれ少なくとも１つの側面に前記正極活物質または前記負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質が形成されていることが好ましく、さらに、前記正極および前記負極の、それぞれ前記１つの側面とは反対側の側面に前記正極活物質または前記負極活物質を不活性化すると同時に電気的に導電物となる物質が形成されていてもよい。

本発明によれば、正極、負極、セパレータの対向面積を等しくし、端面に絶縁物および導電物を形成することにより、正極、負極の製造においては集電体に外部接続用のスペースを設ける必要がなく自由度が増し、積層する正極、負極、セパレータの面積が等しいので積層時に位置決めが容易になる等の効果がある。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の積層型電池の実施の形態を説明する断面図である。

積層型電池は、図１に示すような平板状の正極１と平板状の負極２がセパレータ３を介して積層された電極集合体を含む構造となっているが、電極集合体の作製方法についてリチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。

正極１は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体１ａにＬｉＭＯ₂（ただしＭは少なくとも１種類の遷移金属を表す）で表される複合酸化物、たとえばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄などを、カーボンブラック等の導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤とＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤に分散混合し調製した正極塗料を塗布装置によって塗布し乾燥させ、正極活物質層１ｂを正極集電体１ａの片面に形成した後に、正極集電体１ａの反対面に同様に正極塗料を塗布し、両面に正極活物質層１ｂを形成し、正極活物質の充填密度の向上のため圧縮した後、所定の寸法に裁断し作製する。

負極２は、帯状の銅箔からなる負極集電体２ａの表面に、リチウムイオンをドープ及び脱ドープ可能な、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂、フラン樹脂などを焼成した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料、ポリアセチレン、ポリピロール類の導電性高分子材料等をカーボンブラックなどの導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤とＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤に分散混合し調製した負極塗料を塗布装置によって塗布し乾燥させ負極活物質層２ｂを負極集電体２ａの片面に形成した後に、反対面にも同様に負極塗料を塗布して両面に負極活物質層２ｂを形成し、負極活物質の充填密度の向上のため圧縮した後、所定の寸法、即ち正極と同じ寸法、すなわち対向する面積が等しくなるように裁断し作製する。

次に、正極１の少なくとも一つの側面に正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４を形成する。正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）などの樹脂、ワックス等が使用できる。正極１の３つの側面に樹脂、ワックス等をディッピング（浸漬）コーティング（塗布）等により形成する。この際側面の正極活物質の内部にも浸透させることにより正極活物質を部分的に不活性化する。電極内部に絶縁物を浸透させるには、分子量の少ないワックスが好ましい。また、ワックスは融点が１１０℃程度で流動性が良いものが好ましい。流動性が悪いと内部への染み込みが悪く、融点が低いと高温環境で電池特性が悪化することになる。ワックスは炭化水素合成品で、他の不純物が入っていないものが望ましい。尚、電極端部分からの寸法は２．０±０．５ｍｍが好ましい。残りの１側面については正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質５として樹脂を側断面には形成せずに側面近傍の正極の表裏面に形成する。不活性化する範囲は電極端から２．０±０．５ｍｍが好ましい。電極端断面には樹脂が付着しない様注意する。なお、正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質５を設けることにより、正極の実質的な面積を負極より小さくしている。

次に、負極２の３つの側面に負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質６を形成する。負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質６としてはポリエチレン、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）などの樹脂、ワックス等が使用できる。負極２の一つの側面に樹脂、ワックス等をディッピング（浸漬）、コーティング（塗布）等により形成する。この際、側面の負極活物質の内部にも浸透させることにより負極活物質を部分的に不活性化する。塗布寸法は電極端から１．０±０．５ｍｍが好ましい。なお、正極１、負極２とも必ずしも３つの側面にそれぞれ正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質６を形成する必要はなく、１側面あるいは２側面でもよい。

上述のように作製した少なくとも一つの側面に正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４を形成した正極と、少なくとも一つの側面に負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質６を形成した負極を、それぞれの正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、６を形成した側面が反対側の側面となるようにセパレータ３を介して積層する。この時、正極１、負極２およびセパレータ３は、同じ寸法に裁断されているため積層における位置合わせが容易となる。

上述のようにセパレータ３を介して積層された正極１および負極２のそれぞれの正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、６を形成した側面に正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に導電物となる物質７を形成する。正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に導電物となる物質７としては、接着剤に微少金属粒例えば銀等が入った導電性接着剤が使用できる。正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に導電物となる物質７を、正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、６を形成した側面に形成するには、ディッピング（浸漬）、コーティング（塗布）によって行なうことができる。

その後、２つの側面にそれぞれ正極および負極外部引き出し端子を接続し、ラミネート外装材等の外装体に収納して非水電解液を注液した後に封止することにより積層型電池を製造する。

以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。

正極１は、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体１ａにＬｉＭｎ₂Ｏ₄を、カーボンブラック、ＰＶＤＦとＮＭＰに分散混合し調製した正極塗料を塗布装置によって塗布し乾燥させ、正極活物質層１ｂを正極集電体１ａの片面に形成した後に、正極集電体１ａの反対面に同様に正極塗料を塗布し、両面に正極活物質層１ｂを形成し、正極活物質の充填密度の向上のため圧縮した後、７０×１２０ｍｍの寸法に裁断し作製した。厚さは１４０μｍとした。

負極２は、帯状の銅箔からなる負極集電体２ａの表面に、グラファイトをカーボンブラック、ＰＶＤＦとＮＭＰに分散混合し調製した負極塗料を塗布装置によって塗布し乾燥させ負極活物質層２ｂを負極集電体２ａの片面に形成した後に、反対面にも同様に負極塗料を塗布して両面に負極活物質層２ｂを形成し、負極活物質の充填密度の向上のため圧縮した後、７０×１２０ｍｍの寸法に裁断し作製した。厚さは１２０μｍとした。

次に、正極１の３つの側面に正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４として、融点が１１０℃のワックスを電極端部分からの寸法を２．０±０．５ｍｍにてコーティングより形成した。残りの１側面については正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質５として融点が１１０℃のワックスを側断面には形成せずに側面近傍の正極の表裏面に電極端から２．０±０．５ｍｍに形成した。

次に、負極２の３つの側面に負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質６として、融点が１１０℃のワックスを電極端部分からの寸法を１．０±０．５ｍｍにてコーティングにより形成した。

上述のように作製した正極１と、負極２を、それぞれの正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、６を形成した側面が反対側の側面となるように厚さ２０μｍ、７０×１２０ｍｍのポリエチレン製のセパレータ３を介して、正極１４枚、負極１５枚、セパレータ２８枚を負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層した。正極１、負極２、セパレータ３の寸法が同じであるので位置合わせが容易となった。

次いで、セパレータ３を介して積層された正極１および負極２のそれぞれの正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質４、６を形成した側面に正負極活物質を不活性化すると同時に、電気的に導電物となる物質７として銀系導電性接着剤をコーティングにより形成するとともに、厚さ０．２ｍｍ、幅１２ｍｍのアルミニウム製の正極リード端子と、厚さ０．２ｍｍ、幅１２ｍｍのニッケル製の負極リード端子をそれぞれ側面に接続した。外装体は、厚さ１４０μｍのラミネート袋（ナイロン（２０μｍ）／アルミニウム（５０μｍ）／ＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）（７０μｍ））を用い、三辺を片側６ｍｍの溶着代で溶着完了後に残り未溶着部より電解液を１８ｇ入れる。その後、真空溶着し密閉した後、充電し積層型電池を完成させた。

本発明の積層型電池の実施の形態を説明する断面図。

符号の説明

１正極
１ａ正極集電体
１ｂ正極活物質層
２負極
２ａ負極集電体
２ｂ負極活物質層
３セパレータ
４正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質（側面部）
５正極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質（表裏面部）
６負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質
７正負極活物質を不活性化すると同時に電気的に導電物となる物質

Claims

正極集電体上に正極活物質が形成された平板状の正極と、負極集電体上に負極活物質が形成された平板状の負極をセパレータを介して積層した積層型電池において、前記正極集電体、前記正極、前記負極集電体、前記負極、前記セパレータの面積が等しいことを特徴とする積層型電池。
前記正極および前記負極のそれぞれ少なくとも１つの側面に前記正極活物質または前記負極活物質を不活性化すると同時に電気的に絶縁物となる物質が形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層型電池。
前記正極および前記負極の、それぞれ前記１つの側面とは反対側の側面に前記正極活物質または前記負極活物質を不活性化すると同時に電気的に導電物となる物質が形成されていることを特徴とする請求項２記載の積層型電池。