JP2017016825A - 二次電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池の内部抵抗を低減し、出力特性をより一層向上させることができる二次電池を提供することを目的とする。
【解決手段】二次電池１００は、樹脂集電体１２１に活物質層１２２が形成されてなる電極１２０と、電極の間に配置される電解質層１３０と、を積層してなる。二次電池は、電解質層の外周部に配置され、積層方向に隣り合う樹脂集電体の間を液密に封止するシール部１４０を有し、シール部は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層１４１と、フィルム層と面接触するように配置される補強部材１４２と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は二次電池およびその製造方法に関する。

近年、環境・エネルギー問題の解決へ向けて、種々の電気自動車の普及が期待されている。これら電気自動車の普及の鍵を握るモータ駆動用電源などの車載電源として、二次電池の開発が鋭意行われている。しかしながら、広く普及するためには電池を高性能にして、より安くする必要がある。また、電気自動車については、一充電走行距離をガソリンエンジン車に近づける必要があり、より高いエネルギー密度を有する電池が望まれている。

例えば、特許文献１では、非常に体積効率がよく車載に適した電池として、電気的に直列に接続された発電要素を有する二次電池が提案されている。当該二次電池は、樹脂集電体に活物質層が形成されてなる電極と、電極の間に配置される電解質層と、を有する。当該電解質層の外周部にはシール部が設けられ、熱融着によってシールされる。これによって、電解質の液漏れを防止することができる。さらに、上記樹脂集電体を用いて各発電要素（単セル）を別々に作製してから直列に積層することによって、単セルを選別して積層できるので同様な形の二次電池を歩留りよく作製することができる。

特開２００６−１９０６４９号公報

しかしながら、シール部を熱融着させるときに樹脂集電体に熱が伝わることによって樹脂集電体が溶けて固まって収縮を起こす虞がある。樹脂集電体に皺が生じてしまうと樹脂集電体と活物質層との間の接触面積が低減し、二次電池の内部抵抗が高くなってしまう場合がある。このため、二次電池の出力特性を向上させることが困難になってしまう。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、シール部を熱融着させることによって生じる樹脂集電体の皺を抑制して、樹脂集電体と活物質層との間の接触面積を増加させる。これによって、内部抵抗を低減して、出力特性をより一層向上させることができる二次電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る二次電池は、樹脂集電体に活物質層が形成されてなる電極と、前記電極の間に配置される電解質層と、を積層してなる。二次電池は、前記電解質層の外周部に配置され、積層方向に隣り合う前記集電体の間を液密に封止するシール部を有する。前記シール部は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層と、前記フィルム層と面接触するように配置される補強部材と、を有する。

上記目的を達成する本発明に係る二次電池の製造方法は、樹脂集電体に活物質層が形成されてなる電極と、前記電極の間に配置される電解質層と、を積層してなる二次電池の製造方法である。当該製造方法は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層と、前記フィルム層と面接触するように配置される補強部材と、を備えるシール部を準備する。そして、前記電極と、前記電解質層と、前記シール部と、を積層し、前記フィルム層を前記外周部の全周において一度に熱融着させる。

本発明に係る二次電池によれば、補強部材がフィルム層と面接触するように配置されることによって熱融着による樹脂集電体の皺を抑制することができる。樹脂集電体の皺を抑制することによって、樹脂集電体と活物質層との間の接触面積を増加させることができる。これによって、電池の内部抵抗を低減させて出力特性をより一層向上させることが可能となる。

本発明に係る二次電池の製造方法によれば、一度にフィルム層を熱融着させることによって、効率的にシール部内を略真空状態にして密封することができ、外気の侵入を効果的に防止することが可能となる。

第１実施形態に係る二次電池の外観を模式的に表した斜視図である。 第１実施形態に係る二次電池の構成を説明するための図であり、図１の２−２線に沿う断面図である。 図３は、第１実施形態に係る二次電池の構成を説明するための図であり、図３（Ａ）は、単電池層を模式的に表した断面図であり、図３（Ｂ）は、図２の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る二次電池の構成を説明するための図であり、第１実施形態の図２に相当する断面図である。 図６は、第２実施形態に係る二次電池の構成を説明するための図であり、図６（Ａ）は、単電池層を模式的に表した断面図であり、図６（Ｂ）は、図５の６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。 第３実施形態に係る二次電池の構成を説明するための図であり、第１実施形態の図２に相当する断面図である。 図８は、第３実施形態に係る二次電池の構成を説明するための図であり、図８（Ａ）は、単電池層を模式的に表した断面図であり、図８（Ｂ）は、図７の８Ｂ−８Ｂ線に沿う断面図である。 図９（Ａ）は、実施例５に係る二次電池の評価結果を示すための写真であり、図９（Ｂ）は、比較例１に係る二次電池の評価結果を示すための写真である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

二次電池には、双極型電極を備える双極型の二次電池と、双極型電極を備えない積層型の二次電池と、がある。積層型の二次電池は、双極型二次電池と比べて、単電池層ごとに電池特性を評価可能であるため、積層する前の段階で、単電池層を個別に評価することができる。したがって、製造時の歩留りが良く、生産性に優れるという利点がある。以下、積層型の二次電池に係る本実施形態について説明する。なお、本明細書では、積層型の二次電池を単に「二次電池」と称することがある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る二次電池１００の外観を模式的に表した斜視図である。図２は、第１実施形態に係る二次電池１００の構成を説明するための図であり、図１の２−２線に沿う断面図である。図３は、第１実施形態に係る二次電池１００の構成を説明するための図であり、図３（Ａ）は、単電池層１１０を模式的に表した断面図であり、図３（Ｂ）は、図２の３Ｂ−３Ｂ線に沿う断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る二次電池１００の製造方法を示すフローチャートである。以下、第１実施形態の二次電池１００の構成要素について、主に積層型リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。

図１に示すように、第１実施形態に係る二次電池１００は、扁平型の二次電池である。

図２に示すように、二次電池１００は、樹脂集電体１２１に活物質層１２２が形成されてなる電極１２０と、電極１２０の間に配置される電解質層１３０と、を積層してなる。二次電池１００は、電解質層１３０の外周部に配置され、積層方向に隣り合う樹脂集電体１２１の間を液密に封止するシール部１４０を有する。シール部１４０は、後述するフィルム層１４１と、補強部材１４２と、を有する。

樹脂集電体１２１は、正極樹脂集電体１２１ａと、負極樹脂集電体１２１ｂと、を有する。活物質層１２２は、正極活物質層１２２ａと、負極活物質層１２２ｂと、を有する。

図３（Ａ）に示すように、正極樹脂集電体１２１ａと、正極活物質層１２２ａと、電解質層１３０と、負極活物質層１２２ｂと、負極樹脂集電体１２１ｂと、が順次積層されて一つの電池セルである単電池層１１０が構成されている。単電池層１１０には、フィルム層１４１と、補強部材１４２と、からなるシール部１４０がさらに設けられている。
以下、正極樹脂集電体１２１ａおよび負極樹脂集電体１２１ｂを総称して「樹脂集電体１２１」と称し、正極活物質層１２２ａおよび負極活物質層１２２ｂを総称して「活物質層１２２」と称する。

電極１２０は、正極樹脂集電体１２１ａの一方の面に正極活物質層１２２ａが形成されてなる正極１２０ａと、負極樹脂集電体１２１ｂの一方の面に負極活物質層１２２ｂが形成されてなる負極１２０ｂと、をそれぞれ別体に備える。そして、この正極１２０ａおよび負極１２０ｂを、電解質層１３０を介して正極活物質層１２２ａと負極活物質層１２２ｂとが向かい合うように複数積層して電気的に直列に接続される発電要素１５０を有する構造となっている。

また、積層方向に隣り合う樹脂集電体１２１、その間の正極活物質層１２２ａ、負極活物質層１２２ｂおよび電解質層１３０によって一つの電池セルである単電池層１１０が構成されている。単電池層１１０の積層回数は、所望する電圧に応じて調節する。なお、単電池層１１０の積層回数は特に限定されず、十分な出力が確保できればよい。

樹脂集電体１２１は、活物質層１２２と接する一方の面から、他方の面へと電子の移動を媒介する機能を有する。正極側の最外層には、正極集電板１２３ａが配置され、これが延長されて外装体１６０から導出している。同様に、負極側の最外層には、負極集電板１２３ｂが配置され、外装体１６０から導出している。

樹脂集電体１２１を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、導電性を有する樹脂を使用することができる。具体的には、導電性を有する樹脂としては、導電性高分子材料または非導電性高分子材料に必要に応じて導電性フィラーが添加された樹脂が挙げられる。導電性高分子材料は、導電性フィラーを添加しなくても十分な導電性を有するため、製造工程の容易化または樹脂集電体１２１の軽量化の点において有利である。

樹脂集電体１２１の厚さは、特に限定されないが、薄いことが、電池の出力密度を高める観点からは好ましい。具体的には、樹脂集電体１２１の厚さは０．１〜２００μｍであることが好ましい。

なお、本形態の樹脂集電体１２１は、単独の材料からなる単層構造であってもよいし、あるいは、これらの材料からなる層を適宜組み合わせた積層構造であってもよい。また、積層方向に隣り合う単電池層１１０の間のリチウムイオンの移動を遮断するために、樹脂集電体１２１の一部に金属層を設けてもよい。

活物質層１２２は、活物質を含む。活物質は、充放電時にイオンを吸蔵・放出し、電気エネルギーを生み出す。活物質には、放電時にイオンを吸蔵し充電時にイオンを放出する組成を有する正極活物質と、放電時にイオンを放出し充電時にイオンを吸蔵できる組成を有する負極活物質とがある。活物質層１２２は、活物質として正極活物質を使用する場合は正極活物質層１２２ａとして機能し、負極活物質を使用する場合は負極活物質層１２２ｂとして機能する。なお、本明細書では、正極活物質および負極活物質に共通する事項については、単に「活物質」として説明する。

活物質は、電池の種類に応じて適宜選択する。例えば、二次電池１００がリチウムイオン二次電池である場合には、正極活物質としては、例えば、リチウム−遷移金属複合酸化物、リチウム−遷移金属リン酸化合物、リチウム−遷移金属硫酸化合物等が挙げられる。また、負極活物質としては、ＳｉやＳｎなどの金属、あるいはＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ２、もしくはＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｎＯ２などの金属酸化物、リチウムと遷移金属との複合酸化物、Ｌｉ−Ｐｂ系合金、Ｌｉ−Ａｌ系合金、Ｌｉ、またはグラファイト、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、ソフトカーボン、もしくはハードカーボンなどの炭素材料などが挙げられる。

活物質層１２２の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０〜１０００μｍに形成することができる。活物質層１２２が厚いと電池内に多くの活物質を含ませることができるので、電池を高容量化することができ、エネルギー密度向上に有効である。一方、活物質層１２２の厚さが１０００μｍ程度以下であれば、電極１２０の樹脂集電体１２１側にリチウムイオンが拡散しにくくなることに伴う内部抵抗の増大の発生を抑制することができる。

電解質層１３０は、正極活物質層１２２ａおよび負極活物質層１２２ｂを物理的に隔離しつつ、基材としてのセパレータの面方向中央部に電解液を保持する。この際、電極１２０の正極活物質層１２２ａと、当該電極１２０に隣接する他の電極１２０の負極活物質層１２２ｂとが電解質層１３０を介して向き合うように、各電極１２０および電解質層１３０が交互に積層されている。

電解質層１３０に使用される電解質は、特に制限はないが、活物質層１２２のイオン伝導性を確保する観点から、液体電解質、ゲルポリマー電解質、またはイオン液体電解質が用いられる。液体電解質は、リチウムイオンのキャリヤーとしての機能を有する。電解液層を構成する液体電解質は、有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。

シール部１４０は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層１４１と、フィルム層１４１と面接触するように配置され、フィルム層１４１を熱融着させるときの樹脂集電体１２１の変形を抑制する補強部材１４２と、を有する。また、シール部１４０は、積層方向に隣り合う樹脂集電体１２１の間であって電解質層１３０の外周を挟持するように設けられる。これによって、電解質層１３０からの電解液の漏れによる液絡を防止し、電池内で隣り合う樹脂集電体１２１同士が接触したり、発電要素１５０における単電池層１１０の端部の僅かな不揃いなどに起因する短絡が起こったりするのを防止している。よって、電解液の長期間の信頼性および安全性が確保され、二次電池１００の品質向上を図ることができる。

フィルム層１４１は、シート状でかつ枠形状を有し、単電池層１１０内の電解質層１３０の外周部を被覆するように配置されている。なお、フィルム層１４１の形状は、枠形状に限定されず、電解質層１３０の外周部を囲む形状であればよく、例えば、長尺形状として４辺に配置することもできる。

フィルム層１４１は、例えば、絶縁性を備え、熱融着可能な材料として熱可塑性樹脂からなる２層の表面層を有し、その間に絶縁性を備える材料からなる中間層を挟んだ３層構造からなるシート状の材料によって形成される。好ましくは、カルボン酸変性のポリプロピレン（ＰＰ）樹脂を表面層に備え、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂を中間層に備える変性ＰＰ／ＰＥＮ／変性ＰＰの三層構造によって形成される。また、フィルム層１４１は単層のシート材であってもよい。好ましくは、変性ＰＰシートなどで、樹脂集電体１２１に熱融着でき、さらにガラス繊維で補強したエポキシ樹脂の補強部材１４２にも熱融着できる。なお、図３（Ａ）に示す単電池層１１０において、正極樹脂集電体１２１ａおよび負極樹脂集電体１２１ｂの層間に配置されるフィルム層１４１と、補強部材１４２と面接触するように配置されるフィルム層１４１は、同じ材料によって形成することができるが、これに限定されず、それぞれ異なる材料によって形成してもよい。

なお、フィルム層１４１の構成はこれに限定されず、例えば、ポリオレフィン樹脂等のホットメルト接着剤が表面に塗布されたシート状の材料によって形成してもよい。また、シート状の材料は、絶縁性、固体電解質の脱落に対するシール性や外部からの水分の透湿に対するシール性（密封性）、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであれば特に限定されない。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ゴム（エチレン−プロピレン−ジエンゴム：ＥＰＤＭ）、等を使用することができる。

フィルム層１４１の寸法は、樹脂集電体１２１との密着性や樹脂集電体１２１同士の接触防止効果などの目的に応じて適宜選択できる。例えば、フィルム層１４１の幅は、１ｍｍ〜５０ｍｍ、フィルム層１４１の厚さは、３０〜２５０μｍに形成することができる。

補強部材１４２は、図２に示すように、積層方向に隣り合う単電池層１１０の間に配置される。単電池層１１０では、図３（Ａ）に示すように、単電池層１１０において正極樹脂集電体１２１ａおよび負極樹脂集電体１２１ｂの層間の外側に配置される。これによって、補強部材１４２と電解液が接触することがないので補強部材１４２と電解液との接触を防止する必要がなくなり、製造が容易となる。

また、補強部材１４２は、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、積層方向から平面視したときに、フィルム層１４１に沿って単電池層１１０内の電解質層１３０の外周部を被覆するように枠形状に形成される。補強部材１４２は、樹脂集電体１２１の面内に配置される。これによって、樹脂集電体１２１の変形をより確実に抑制することができ、出力特性をさらに向上させることが可能となる。

補強部材１４２を形成する材料としては、フィルム層を熱融着させる際の熱に耐えうる材料であれば特に限定されず、金属、樹脂、または当該樹脂を含む複合材料等を適宜使用することができる。

金属としては、アルミニウムの薄板を好適に使用できる。アルミニウムは比較的熱伝導性が良いので、本実施形態のように補強部材１４２をフィルム層１４１によって挟持して熱を加えて熱融着させる場合、フィルム層１４１との接合が容易である。なお、アルミニウムの薄板の表面には絶縁粒子または絶縁膜をさらにコーティングして絶縁処理を施しておくことが好ましい。

樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂やポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を好適に使用できる。

複合材料としては、上述の樹脂と、ガラス繊維等の強化材料と、を混合した複合材料を好適に使用できる。そのうちガラス繊維で補強したエポキシ樹脂が好ましい。

熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む複合材料を使用することによって、官能基によって変性されたフィルム層１４１によって容易に熱融着させることができる。また、金属に比べて軽量なため二次電池の軽量化が可能となる。

補強部材１４２の寸法は、樹脂集電体１２１の変形を抑制できればよく、フィルム層１４１や樹脂集電体１２１の材料に応じて適宜選択できる。補強部材１４２の寸法は、フィルム層１４１や樹脂集電体１２１の寸法によるが、例えば、補強部材１４２がアルミニウムによって形成される場合、幅は、２〜２０ｍｍ、厚さは、０．０３〜０．５ｍｍに形成することができる。また、補強部材１４２が熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む複合材料によって形成される場合、幅は、３〜２０ｍｍ、厚さは、０．０３〜１ｍｍに形成することができる。

外装体１６０は、発電要素１５０を覆う電池外装である。本実施形態のような扁平型電池において、外装体１６０と発電要素１５０との間に隙間があると、電池に振動や衝撃が加えられたときに発電要素１５０が外装体１６０の内部で振動することによって、発電要素１５０や外装体１６０が破損することがある。このような発電要素１５０の振動による外装体１６０の破損を防止するために、外装体１６０の内部は減圧されて真空に近い状態に保たれ、発電要素１５０の表面と外装体１６０の内側は密着した状態となっている。

外装体１６０を形成する材料としては、ラミネートシートを好適に使用することができる。ラミネートシートには、例えば、ＰＰ、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる３層構造のラミネートシート等を用いることができるが、これらに制限されるものではない。高出力化や冷却性能に優れ、ＥＶ、ＨＥＶ用の大型機器用電池に好適に利用することができるという観点から、ラミネートフィルムが望ましい。また、外部から掛かる発電要素１５０への面圧を容易に調整することができ、外装体１６０はアルミニウムを含むラミネートフィルムがより好ましい。なお、従来公知の金属缶ケースを外装として用いることもできる。外装体１６０の寸法は、例えば、外装体１６０がラミネートフィルムによって形成される場合、厚さは、８０〜３００μｍに形成することができる。

以下、図４を参照して第１実施形態に係る二次電池１００の製造方法を説明する。

二次電池１００の製造方法は、概して、電極１２０を形成する工程（ステップＳ１１〜Ｓ１３）と、発電要素１５０を形成する工程（ステップＳ２１〜Ｓ２３）と、外装体１６０によって発電要素１５０を内包する工程（ステップＳ３０）と、を有する。以下、各工程について詳細に説明する。

電極１２０を形成する工程（ステップＳ１１〜Ｓ１３）は、活物質スラリーを形成する工程（ステップＳ１１）と、樹脂集電体１２１を形成する工程（ステップＳ１２）と、正極１２０ａおよび負極１２０ｂを形成する工程（ステップＳ１３）と、を有する。

まず、所望の活物質、導電助剤、および必要に応じて他の成分（例えば、バインダ、イオン伝導性ポリマー、支持塩（リチウム塩）、重合開始剤など）を、溶媒中で混合して、活物質スラリーを形成する（ステップＳ１１）。

次に、二軸押出機によってポリプロピレン（ＰＰ）および分散剤を高温条件下（約１８０℃）において溶融混練して樹脂集電体１２１用の材料を形成する。得られた樹脂集電体１２１用の材料を押出成形することで樹脂集電体１２１を形成する（ステップＳ１２）。

形成した樹脂集電体１２１のうち正極樹脂集電体１２１ａの一方の面に正極活物質スラリーを塗布して乾燥させて塗膜を形成する。同様に、形成した樹脂集電体１２１のうち負極樹脂集電体１２１ｂの一方の面に負極活物質スラリーを塗布して乾燥させて塗膜を形成する。塗膜が形成された正極樹脂集電体１２１ａおよび負極樹脂集電体１２１ｂをそれぞれ積層方向にプレスすることによって、正極１２０ａおよび負極１２０ｂが形成される（ステップＳ１３）。プレス処理の具体的な形態としては、例えば、ホットプレス機やカレンダーロールプレス機などが挙げられる。

活物質スラリーを塗布するための塗布手段は、特に限定されないが、例えば、自走型コータ等の一般的に用いられている手段を採用することができる。ただし、塗布手段として、インクジェット方式、ドクターブレード方式、またはこれらの組み合わせを用いると、薄い活物質層１２２を形成できるとともに、導電助剤の含有量を変化させた２以上の活物質スラリーの多段階塗布が可能になり、導電助剤の濃度分布を持たせた活物質層１２２の形成が可能となるため好ましい。

塗膜は、製造される電極１２０における樹脂集電体１２１と活物質層１２２との所望の配置形態に応じて、形成される。

塗膜を乾燥させるための乾燥手段も特に制限されず、電極１２０製造について従来公知の方法を使用できる。例えば、加熱処理が例示される。乾燥条件（乾燥時間、乾燥温度など）は、活物質スラリーの塗布量やスラリーの溶媒の揮発速度に応じて適宜設定することができる。

発電要素１５０を形成する工程（ステップＳ２１〜Ｓ２３）は、シール部１４０を準備する工程（ステップＳ２１）と、減圧下、シール部１４０を熱融着させて単電池層１１０を形成する工程（ステップＳ２２）と、単電池層１１０を積層して発電要素１５０を形成する工程（ステップＳ２３）と、を有する。

まず、枠形状のフィルム層１４１と、枠形状の補強部材１４２、からなるシール部１４０を準備する（ステップＳ２１）。

次に、図３（Ａ）に示すように、負極１２０ｂ、フィルム層１４１、電解質層１３０、正極１２０ａ、フィルム層１４１および補強部材１４２を順次積層する。その後、減圧して雰囲気を略真空状態に保ったまま、フィルム層１４１が形成されている部分を加熱して熱融着させることによって、シール部１４０を備える単電池層１１０を形成する（ステップＳ２２）。このとき、略真空状態に保ったまま、フィルム層１４１の全周をホットプレス機等のプレス機によって一度に熱融着させる。これによって、効率的にシール部１４０内を略真空状態にして密封することができ、外気の侵入を効果的に防止することが可能となる。

さらに、図２に示すように、形成したシール部１４０を備える単電池層１１０を複数積層して発電要素１５０を形成する（ステップＳ２３）。

最後に、外装体１６０として、内部に金属板を備え長尺に形成した一対のラミネートシートを準備する。ラミネートシートによって、発電要素１５０を積層方向に沿った両側から挟持するように被覆して封止し、発電要素１５０を内包することによって、二次電池１００を製造する（ステップＳ３０）。

以上説明したように、第１実施形態に係る二次電池１００は、電解質層１３０の外周部に配置され、積層方向に隣り合う樹脂集電体１２１の間を液密に封止するシール部１４０を有する。シール部１４０は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層１４１と、フィルム層１４１と面接触するように配置される補強部材１４２と、を有する。

このように構成した二次電池１００によれば、補強部材１４２がフィルム層１４１と面接触するように配置されるため、熱融着による熱によって樹脂集電体１２１が溶けて固まる際の収縮を抑えることができる。よって、樹脂集電体１２１の皺を抑制することができる。樹脂集電体１２１の皺を抑制することによって、樹脂集電体１２１と活物質層１２２との間の接触面積を増加させることができる。これによって、電池の内部抵抗を低減させて出力特性をより一層向上させることが可能となる。

第１実施形態に係る二次電池１００は、正極樹脂集電体１２１ａと、正極活物質層１２２ａと、電解質層１３０と、負極活物質層１２２ｂと、負極樹脂集電体１２１ｂと、が順次積層されてなる複数の単電池層１１０を有し、積層方向に隣り合う単電池層１１０の間に補強部材１４２を有する。

このように構成した二次電池１００によれば、集電体１２１の変形を抑制できるので、電池の内部抵抗が低減し、出力特性を向上させることが可能となる。また、補強部材１４２と電解液が接触することがないので補強部材１４２をフィルム層１４１によって包囲する必要がなくなり、製造が容易となる。

また、シール部１４０は、積層方向に隣り合う樹脂集電体１２１の間であって電解質層１３０の外周を挟持するように設けられる。これによって、長期間の信頼性および安全性が確保され、高品質の二次電池１００を提供することができる。

また、補強部材１４２は、積層方向から平面視したときに、樹脂集電体１２１の面内に配置される。これによって、樹脂集電体１２１の変形をより確実に抑制することができ、出力特性をさらに向上させることが可能となる。

また、フィルム層１４１は、補強部材１４２と電解質層１３０との間に配置される。これによって、補強部材１４２の電解液との直接的な接触を制限することができ、補強部材１４２の劣化を抑制することができる。

また、補強部材１４２は、アルミニウム、熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む複合材料によって形成される。

補強部材１４２をアルミニウムによって形成する場合は、熱伝導性が比較的良いので、補強部材１４２をフィルム層１４１によって挟持して熱を加えて熱融着させる場合、フィルム層１４１との接合が容易である。

補強部材１４２を熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む複合材料によって形成する場合は、官能基によって変性されたフィルム層１４１によって容易に熱融着させることができる。また、金属に比べて軽量なため二次電池の軽量化が可能となる。

また、第１実施形態に係る二次電池１００の製造方法は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層１４１と、フィルム層１４１と面接触するように配置され、フィルム層１４１を熱融着させるときの樹脂集電体１２１の変形を抑制する補強部材１４２と、を備えるシール部１４０を準備し、電極１２０と、電解質層１３０と、シール部１４０と、を積層し、フィルム層１４１を外周部の全周において一度に熱融着させる。

このように構成した二次電池１００の製造方法によれば、効率的にシール部１４０内を略真空状態にして密封することができ、外気の侵入を効果的に防止することが可能となる。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係る二次電池２００の構成を説明するための図であり、第１実施形態の図２に相当する断面図である。図６は、第２実施形態に係る二次電池２００の構成を説明するための図であり、図６（Ａ）は、単電池層１１０を積層した電池層を模式的に表した断面図であり、図６（Ｂ）は、図５の６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。

第２実施形態に係る二次電池２００の外観は、図１に示す第１実施形態に係る二次電池１００と同様である。

図５に示すように、二次電池２００は、第１実施形態と同様に、電極１２０は、正極樹脂集電体１２１ａの一方の面に正極活物質層１２２ａが形成されてなる正極１２０ａと、負極樹脂集電体１２１ｂの一方の面に負極活物質層１２２ｂが形成されてなる負極１２０ｂと、をそれぞれ別体に備える。そして、この正極１２０ａおよび負極１２０ｂを、電解質層１３０を介して正極活物質層１２２ａと負極活物質層１２２ｂとが向かい合うように複数積層して電気的に直列に接続される発電要素２５０を有する構造となっている。以下、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。なお、第１実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ符号を用いて説明する。

第２実施形態に係る二次電池２００は、図６（Ａ）に示すように、正極樹脂集電体１２１ａと、正極活物質層１２２ａと、電解質層１３０と、負極活物質層１２２ｂと、負極樹脂集電体１２１ｂと、が順次積層された単電池層１１０の外周端部をシール部２４０によって挟持した構成を有している。

シール部２４０は、第１実施形態と同様に、熱融着可能な材料を備えるフィルム層２４１と、フィルム層２４１と面接触するように配置さる補強部材２４２と、を有する。

フィルム層２４１は、単電池層１１０の面外において熱融着される点において第１実施形態とは異なる。

補強部材２４２は、第１実施形態とは異なり、４つの長尺状の板材２４２ａを接合部２４２ｂによって接合して、枠形状に形成する。

長尺状の板材２４２ａを形成する材料としては、アルミニウムの薄板を好適に使用することができる。

接合部２４２ｂを形成する材料としては、例えば、熱融着可能な樹脂を使用することができる。熱融着可能な樹脂としては、フィルム層２４１と同様の材料を使用することができる。

補強部材２４２は、第１実施形態と同様に、単電池層１１０において正極樹脂集電体１２１ａおよび負極樹脂集電体１２１ｂの層間の外側に配置される。また、補強部材２４２は、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、積層方向から平面視したときに、樹脂集電体１２１の面内に配置される。これによって、樹脂集電体１２１の変形をより確実に抑制することができ、出力特性をさらに向上させることが可能となる。

フィルム層２４１は、図６（Ｂ）に示すように、積層方向から平面視したときに、単電池層１１０の面外にシールしろ２４１ｓを形成するように単電池層１１０よりも面方向の縦および横の長さを大きく形成する。

その他の構成要素の形態および形成材料は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

以下、第２実施形態に係る二次電池２００の製造方法を説明する。

第２実施形態に係る二次電池２００の製造は、図４において、発電要素２５０を形成する工程（ステップＳ２１〜Ｓ２３）以外は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

発電要素２５０を形成する工程（ステップＳ２１〜Ｓ２２）は、第１実施形態と同様に、シール部２４０を準備する工程（ステップＳ２１）と、減圧下、シール部２４０を熱融着させて単電池層１１０を形成する工程（ステップＳ２２）と、単電池層１１０を積層して発電要素２５０を形成する工程（ステップＳ２３）と、を有する。

まず、一方の面に活物質層１２２が形成された正極１２０ａおよび負極１２０ｂの他方の面に熱融着させたフィルム層２４１と、枠形状の補強部材２４２と、からなるシール部２４０を準備する（ステップＳ２１）。

次に、図６（Ａ）に示すように、補強部材２４２をフィルム層２４１にて熱融着された負極集電体の負極１２０ｂ、および電解質層１３０、補強部材２４２をフィルム層２４１にて熱融着された正極集電体の正極１２０ａを順次積層する。この時、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、フィルム層２４１は、積層方向から平面視したときに、樹脂集電体１２１の面外にシールしろ２４１ｓを形成するように配置してある。その後、減圧して雰囲気を略真空状態に保ったまま、樹脂集電体１２１の面外にシールしろ２４１ｓを形成するように配置して、当該シールしろ２４１ｓ同士を一度に熱融着させる。これによってシール部２４０を備える単電池層１１０を形成する（ステップＳ２２）。

さらに、図５に示すように、形成したシール部２４０を備える単電池層１１０を複数積層して発電要素２５０を形成する（ステップＳ２３）。

以上説明したように、第２実施形態に係る二次電池２００は、第１実施形態と同様の構成を有し、それによって同様の効果を得る。また、第２実施形態に特徴的な以下の構成によってさらに以下の効果を奏する。

第２実施形態に係る二次電池２００において、フィルム層２４１は、単電池層１１０の面外において熱融着される。これによって、二次電池２００内で隣り合う樹脂集電体１２１同士の接触をより確実に防止することができる。

（第３実施形態）
図７は、第３実施形態に係る二次電池３００の構成を説明するための図であり、第１実施形態の図２に相当する断面図である。図８は、第３実施形態に係る二次電池３００の構成を説明するための図であり、図８（Ａ）は、単電池層を模式的に表した断面図であり、図８（Ｂ）は、図７の８Ｂ−８Ｂ線に沿う断面図である。以下、第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。なお、第１実施形態と同様の構成を有する部材については、同じ符号を用いて説明する。

第３実施形態に係る二次電池３００の外観は、図１に示す第１実施形態に係る二次電池１００と同様である。

図７に示すように、二次電池３００は、第１実施形態と同様に、電極１２０は、正極樹脂集電体１２１ａの一方の面に正極活物質層１２２ａが形成されてなる正極１２０ａと、負極樹脂集電体１２１ｂの一方の面に負極活物質層１２２ｂが形成されてなる負極１２０ｂと、をそれぞれ別体に備える。そして、この正極１２０ａおよび負極１２０ｂを、電解質層１３０を介して正極活物質層１２２ａと負極活物質層１２２ｂとが向かい合うように複数積層して電気的に直列に接続される発電要素３５０を有する構造となっている。

図８（Ａ）に示すように、第１実施形態と同様に、正極樹脂集電体１２１ａと、正極活物質層１２２ａと、電解質層１３０と、負極活物質層１２２ｂと、負極樹脂集電体１２１ｂと、が順次積層されて一つの電池セルである単電池層１１０が構成されている。

図８（Ｂ）に示すように、二次電池３００は、電解質層１３０の外周部に配置され、積層方向に隣り合う樹脂集電体１２１の間を液密に封止するシール部３４０を有する。

シール部３４０は、第１実施形態と同様に、熱融着可能な材料を備えるフィルム層３４１と、フィルム層３４１と面接触するように配置さる補強部材３４２と、を有する。

フィルム層３４１は、補強部材３４２を包囲するように配置される。これによって、補強部材３４２の電解液との直接的な接触をさらに抑制することができ、補強部材３４２の劣化を抑制し、これに伴う電解液の漏れによる液絡を防止することができる。

図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、補強部材３４２は、第１実施形態と同様に、フィルム層３４１に沿って単電池層１１０内の電解質層１３０の外周部を被覆するように枠形状に形成される。また、積層方向から平面視したときに、樹脂集電体１２１の面内に配置される。これによって、補強部材３４２と同一面内に位置する樹脂集電体１２１の変形をより確実に抑制することができ、出力特性をさらに向上させることが可能となる。

各構成要素の形態および形成材料は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

以下、第３実施形態に係る二次電池３００の製造方法を説明する。

第３実施形態に係る二次電池３００の製造は、図４において、発電要素３５０を形成する工程（ステップＳ２１〜Ｓ２３）以外は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。

発電要素３５０を形成する工程（ステップＳ２１〜Ｓ２３）は、シール部３４０を準備する工程（ステップＳ２１）と、減圧下、シール部３４０を熱融着させて単電池層１１０を形成する工程（ステップＳ２２）と、単電池層１１０を積層して発電要素３５０を形成する工程（ステップＳ２３）と、を有する。

枠形状のフィルム層３４１と、枠形状の補強部材３４２、からなるシール部３４０を準備する（ステップＳ２１）。

次に、図８（Ａ）に示すように、負極１２０ｂ、フィルム層３４１、補強部材３４２、電解質層１３０、フィルム層３４１および正極１２０ａを順次積層する。その後、減圧して雰囲気を略真空状態に保ったまま、フィルム層３４１が形成されている部分を加熱して熱融着させることによってシール部３４０を備える単電池層１１０を形成する（ステップＳ２２）。このとき、略真空状態に保ったまま、フィルム層３４１の全周をホットプレス機等のプレス機によって一度に熱融着させる。これによって、効率的にシール部３４０内を略真空状態にして密封することができ、外気の侵入を効果的に防止することが可能となる。

さらに、図７に示すように、形成したシール部３４０を備える単電池層１１０を複数積層して発電要素３５０を形成する（ステップＳ２３）。

以上説明したように、第３実施形態に係る二次電池３００は、第１実施形態と同様の構成を有し、それによって同様の効果を得る。また、第１実施形態に特徴的な以下の構成によってさらに以下の効果を奏する。

また、フィルム層３４１は、補強部材３４２を包囲するように配置される。これによって、補強部材３４２の電解液との直接的な接触をさらに抑制することができ、補強部材３４２の劣化を抑制し、それに伴う電解液の漏れによる液絡を防止することができる。

以上、実施形態を通じて二次電池およびその製造方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した構成のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

例えば、積層型の二次電池について説明してきたが、本実施形態に係るシール部を備える二次電池の構成は、双極型の二次電池にも適用することができる。

また、リチウムイオン二次電池は、積層型の扁平な形状のものに制限されるものではなく、巻回型のリチウムイオン二次電池であってもよい。巻回型のリチウムイオン二次電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよいなど、特に制限されるものではない。

以下、実施例を示す。

［樹脂集電体の作製］
二軸押出機にて、ポリプロピレン（ＰＰ）（商品名「サンアロマー（登録商標）ＰＬ５００Ａ」、サンアロマー株式会社製）７５質量％、アセチレンブラック（ＡＢ）（デンカブラック（登録商標）ＨＳ−１００、電気化学工業株式会社製、（一次粒子の平均粒子径：３６ｎｍ）２０質量％、および分散剤（三洋化成工業株式会社製、商品名「ユーメックス（登録商標）１００１」、無水マレイン酸変性ポリプロピレン）５質量％を、１８０℃、１００ｒｐｍ、滞留時間１０分の条件で溶融混練し樹脂集電体用材料を得た。得られた樹脂集電体用材料を、熱プレス機により圧延することで、厚さ１００μｍの樹脂集電体（「２０％ＡＢ−ＰＰ」とも称する）を得た。

＜実施例１＞
二次電池の構造は、図２に示す第１実施形態と同様である。補強部材としてアルミニウムの薄板（幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）に、１枚の変性ＰＰ／ＰＥＮ／変性ＰＰの３層構造のフィルム層（厚さ１００μｍ）を片側から薄板を包むように被せて、ヒートシーラーによって全体が熱融着されるように加熱してシール部を形成した。次に、２枚の樹脂集電体の間に形成したシール部を挟んでヒートシーラーによって熱融着させて二次電池を製造した。なお、本例では１枚のフィルム層を用いた例で実施しているが、２枚のフィルム層を薄板の両側から挟むように設置して特に電解液側の合わせ目を熱融着させてシールするようにしてもよい。

＜実施例２＞
二次電池の構造は、図５に示す第２実施形態と同様である。補強部材としてアルミニウムの薄板（幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）に、変性ＰＰ／ＰＥＮ／変性ＰＰの３層構造のフィルム層（厚さ１００μｍ）を片側から被せて、ヒートシーラーによって全体が熱融着されるように加熱してシール部を形成した。次に、２枚の樹脂集電体の間に形成したシール部を挟んでヒートシーラーによって熱融着させて二次電池を製造した。

＜実施例３＞
二次電池の構造は、図７に示す第３実施形態と同様である。補強部材は、アルミニウムの薄板（幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ）、フィルム層は、変性ＰＰ／ＰＥＮ／変性ＰＰの３層構造（厚さ１００μｍ）として、二次電池を製造した。

＜実施例４＞
実施例３のアルミニウムの薄板を厚さ０．２ｍｍとして、二次電池を製造した。

＜実施例５＞
実施例３のアルミニウムの薄板を厚さ０．１ｍｍとして、二次電池を製造した。

＜実施例６＞
実施例３の補強部材を厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４板として、二次電池を製造した。

＜実施例７＞
実施例３の補強部材を厚さ０．５ｍｍのガラスエポキシ基板として、二次電池を製造した。

＜実施例８＞
実施例３の補強部材を厚さ０．５ｍｍのフェノール樹脂の薄板として、二次電池を製造した。

＜比較例１＞
実施例３と同様の構成において、補強部材を有さない構造とし、フィルム層は、単層構造として二次電池を製造した。

＜結果＞
表１に、実施例１〜８、および比較例１によって製造した二次電池において、シール部周辺の樹脂集電体の皺の発生具合を観察した結果を示す。

なお、表１の皺抑制効果について、目視による観察によって、シール方向に垂直な皺がシール部分の内側で認められないものを○、皺が認められるものを×として判定した。

図９（Ａ）は、実施例５に係る二次電池のシール部付近の樹脂集電体における皺発生状態を示す写真であり、図９（Ｂ）は、比較例１に係る二次電池のシール部付近の樹脂集電体における皺発生状態を示す写真である。なお、図中の矢印Ａは、積層方向から平面視したときに、二次電池の外側へ向かう方向を示し、矢印Ｂは、二次電池の内側へ向かう方向を示す。図から明らかなように、実施例５は皺抑制に効果があり、比較例１は皺抑制に効果が無かった。

上述と同様に、実施例１〜４および実施例６〜８にも観察を行った結果、実施例１〜８のようにシール部にアルミニウム板（厚さ０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ）、ＳＵＳ板（厚さ０．１ｍｍ）、ガラスエポキシ基板（厚さ０．５ｍｍ）またはフェノール樹脂板（厚さ０．５ｍｍ）からなる補強部材を設けることによって、シール部周辺の樹脂集電体の皺を抑制することができた。これに対して、比較例１のように補強部材を設けない場合は、樹脂集電体の皺を抑制することができなかった。

１００、２００、３００ 積層型二次電池（二次電池）、
１１０ 単電池層、
１２０ 電極、
１２０ａ 正極、
１２０ｂ 負極、
１２１ 樹脂集電体、
１２１ａ 正極樹脂集電体、
１２１ｂ 負極樹脂集電体、
１２２ 活物質層、
１２２ａ 正極活物質層、
１２２ｂ 負極活物質層、
１３０ 電解質層、
１４０、２４０、３４０ シール部、
１４１、２４１、３４１ フィルム層、
１４２、２４２、３４２ 補強部材、
１５０、２５０、３５０ 発電要素、
１６０ 外装体。

Claims (10)

1. 樹脂集電体に活物質層が形成されてなる電極と、前記電極の間に配置される電解質層と、を積層してなる二次電池において、
   前記電解質層の外周部に配置され、積層方向に隣り合う前記樹脂集電体の間を液密に封止するシール部を有し、
   前記シール部は、熱融着可能な材料を備えるフィルム層と、前記フィルム層と面接触するように配置される補強部材と、を有する、二次電池。
2. 前記樹脂集電体は、正極樹脂集電体と、負極樹脂集電体と、を備え、
   前記電極は、前記正極樹脂集電体に正極活物質層が形成されてなる正極と、前記負極樹脂集電体に負極活物質層が形成されてなる負極と、を備え、
   前記正極樹脂集電体と、前記正極活物質層と、前記電解質層と、前記負極活物質層と、前記負極樹脂集電体と、が順次積層されてなる複数の単電池層を有し、
   積層方向に隣り合う前記単電池層の間に前記補強部材を有する、請求項１に記載の二次電池。
3. 前記シール部は、積層方向に隣り合う前記樹脂集電体の間であって前記電解質層の外周を挟持するように設けられる、請求項１または２に記載の二次電池。
4. 前記補強部材は、積層方向から平面視したときに、前記樹脂集電体の面内に配置される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の二次電池。
5. 前記フィルム層は、単電池層の面外において熱融着される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
6. 前記フィルム層は、前記補強部材と前記電解質層との間に配置される、請求項５に記載の二次電池。
7. 前記フィルム層は、前記補強部材を包囲するように配置される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の二次電池。
8. 前記補強部材は、アルミニウムによって形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の二次電池。
9. 前記補強部材は、熱硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を含む複合材料によって形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の二次電池。
10. 樹脂集電体に活物質層が形成されてなる電極と、前記電極の間に配置される電解質層と、を積層してなる二次電池の製造方法であって、
    熱融着可能なフィルム層と、前記フィルム層と面接触するように配置される補強部材と、を備えるシール部を準備し、
    前記電極と、前記電解質層と、前記シール部と、を積層し、
    前記フィルム層を外周部の全周において一度に熱融着させる、二次電池の製造方法。