JP2017091621A - 折り畳み式二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】九十九折り体の折り目に垂直な方向及び九十九折り体の折り目方向の位置合わせを容易に行うことができる、折り畳み式二次電池の構造を提供する。【解決手段】正極層又は負極層の一方は、複数の２つ折り体であり、正極層又は負極層の他方は、１つの九十九折り体１０であり、複数の２つ折り体３０の折り目３８と九十九折り体１０の折り目１６とが、互いに直交する向きで配置されており、複数の２つ折り体３０が、九十九折り体１０の折り目１６により画定される面を１つおきに挟み込んでおり、かつ九十九折り体１０が、複数の２つ折り体３０を、九十九折り体１０の折り目１６により画定される面であって、隣接する２つの面によって挟み込んでいる、折り畳み式二次電池１００。【選択図】図４

Description

本発明は、折り畳み式二次電池に関する。

近年、自動車、パソコン、携帯電話、及びタブレット端末等の電源として、小型で高性能な電池の開発が求められている。このような電池として、液体の電解質を用いた電解液電池と並んで、固体の電解質を用いた全固体電池の開発が盛んに行われている。

全固体電池及び電解液電池は、一般に、正極集電体、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ、負極活物質層、及び負極集電体を、この順に積層した単電池の構造を少なくとも一つ有し、任意に、複数の単電池を積層して積層体電池を形成している。このような積層体電池は種々提案されている。

特許文献１では、正極層及び負極層から成る電池において、九十九折り体である正極層又は負極層と、２つ折り体である正極層又は負極層とを折りたたむことで形成される電池が開示されている。この電池は、九十九折り体である正極層又は負極層の折り目と２つ折り体である正極層又は負極層の折り目とが重なる構造を有している。

特許文献２では、１枚のセパレータに正極層及び負極層を対向する位置に配置して折りたたむ工程を繰り返すことで、積層型電池を形成する製造方法が開示されている。

特開平１０−７９２５４号公報 特開２００５−１９０７７７号公報

特許文献１に開示されている方法によれば、九十九折り体である正極層又は負極層の折り目と２つ折り体である正極層又は負極層の折り目とを重ねることで、九十九折り体の折り目に垂直な方向の位置合わせを行うことができるが、九十九折り体の折り目方向の位置合わせを行うことができない。

また、特許文献２に開示されている方法においては、位置合わせのためにセンサー等の複雑な機構を用いる必要があるため、正極層及び負極層の位置合わせが容易ではない。

そこで、九十九折り体の折り目に垂直な方向、及び九十九折り体の折り目方向の位置合わせを容易に行うことができる、折り畳み式二次電池の構造を開発する必要性が存在する。

本発明者らは、鋭意検討したところ、以下の手段により上記課題を解決できることを見出して、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、下記のとおりである：
交互に積層されている、負極層及び正極層を有し、
上記負極層が、負極集電体層を少なくとも具備しており、
上記正極層が、正極集電体層を少なくとも具備しており、
正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体層の順の積層構造を複数有する、
折り畳み式二次電池であって、
上記正極層又は上記負極層の一方は、複数の２つ折り体であり、
上記正極層又は上記負極層の他方は、１つの九十九折り体であり、
複数の上記２つ折り体の折り目と上記九十九折り体の折り目とが、互いに直交する向きで配置されており、
複数の上記２つ折り体が、上記九十九折り体の折り目により画定される面を１つおきに挟み込んでおり、かつ
上記九十九折り体が、複数の上記２つ折り体を、上記九十九折り体の折り目により画定される面であって、隣接する２つの面によって挟み込んでいる、
折り畳み式二次電池。

本発明によれば、九十九折り体の折り目に垂直な方向、及び九十九折り体の折り目方向の位置合わせを容易に行うことができる、折り畳み式二次電池の構造を提供することができる。

図１は、九十九折り体である負極層の一態様を示す図である。図１（ａ）は、負極層の正面図であり、図１（ｂ）は、負極層の側面断面図である。図１（ｃ）は、九十九折り体である負極層の別の態様を示す図である。 図２は、２つ折り体である正極層の一態様を示す図である。図２（ａ）は、２つ折りする前の正極層の正面図であり、図２（ｂ）は、２つ折りする前の正極層の側面断面図であり、図２（ｃ）は、２つ折りした後の正極層の正面図である。図２（ｄ）は、２つ折り体である正極層の別の態様を示す図である。 図３は、九十九折り体及び２つ折り体を組み合わせた組み合わせ体を示す図である。図３（ａ）は、組み合わせ体の正面図であり、図３（ｂ）は、２つ折り体で九十九折り体を挟んでいる段階の、図３（ａ）の線ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂにおける組み合わせ体の概略断面図である。図３（ｃ）は、九十九折りしている段階の、図３（ａ）の線ＩＩＩｃ−ＩＩＩｃにおける組み合わせ体の概略断面図である。 図４は、折り畳み式二次電池を示す図である。図４（ａ）は、この電池の正面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の線ＩＶｂ−ＩＶｂにおけるこの電池の概略断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）の線ＩＶｃ−ＩＶｃにおけるこの電池の概略断面図である。

《折り畳み式二次電池》
本発明の折り畳み式二次電池は、交互に積層されている、負極層及び正極層を有する。負極層は、負極集電体層を少なくとも具備しており、正極層は、正極集電体層を少なくとも具備している。また、本発明の折り畳み式二次電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体層の順の積層構造を複数有する。

正極層又は負極層の一方は、複数の２つ折り体であり、正極層又は負極層の他方は、１つの九十九折り体である。

本発明の折り畳み式二次電池においては、複数の２つ折り体の折り目と九十九折り体の折り目とが互いに直交する向きで、複数の２つ折り体が九十九折り体の折り目により画定される面を１つおきに挟み込んでいる。

以下では、本発明の折り畳み式二次電池の各構成について説明する。

〈負極層及び正極層〉
負極層は、負極集電体層を少なくとも具備しており、正極層は、正極集電体層を少なくとも具備している。また、負極層と正極層とを交互に積層させたときに、本発明の折り畳み式二次電池は、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体層がこの順で積層されることとなる。

すなわち、正極層及び負極層の組合せは、交互に積層させることにより、本発明の折り畳み式二次電池が、正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体層の順の積層構造を複数有することとなるような組合せであれば、特に限定されない。

例えば、本発明の１つの態様においては、負極層が、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、負極集電体層、負極活物質層、及び固体電解質層又はセパレータ層をこの順で具備しており、かつ正極層が、正極活物質層、正極集電体層、及び正極活物質層をこの順で具備していてよい。

例えば、本発明の別の態様においては、正極層が、固体電解質層又はセパレータ層、正極活物質層、正極集電体層、正極活物質層、及び固体電解質層又はセパレータ層をこの順で具備しており、かつ負極層が、負極活物質層、負極集電体層、及び負極活物質層をこの順で具備している組合せであってもよい。

この態様においては、固体電解質層又はセパレータ層が正極活物質層を完全に包囲することが、正極活物質層を外部に露出させない観点から好ましい。

また、例えば、本発明の更なる態様においては、正極層が、正極集電体層のみを具備しており、かつ負極層が、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、負極集電体層、負極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、及び正極活物質層をこの順で具備している組合せであってもよい。

正極層又は負極層の一方は、複数の２つ折り体であり、正極層又は負極層の他方は、１つの九十九折り体である。すなわち、正極層及び負極層の組合せは、正極層が複数の２つ折り体であり、かつ負極層が九十九折り体である組合せであってよく、又は正極層が九十九折り体であり、かつ負極層が複数の２つ折り体である組合せであってもよい。

しかしながら、正極活物質層を有効に包囲する観点から、正極層及び負極層の組合せは、正極層が複数の２つ折り体であり、かつ負極層が九十九折り体である組合せであることが好ましい。以下の図面を参照した説明においては、正極層が複数の２つ折り体であり、かつ負極層が九十九折り体である組合せに関して言及していることに留意されたい。

更に、いずれの態様においても、正極層は、随意の絶縁層を具備していてよい。

｛負極集電体層｝
負極集電体を構成する材料は、負極活物質からの集電を行うことができる材料であれば特に限定されず、例えば銅等を用いることができる。

負極集電体層の厚さは、６μｍ以上、８μｍ以上、又は１０μｍ以上であることができ、また２０μｍ以下、１８μｍ以下、又は１５μｍ以下であることができる。

｛負極活物質層｝
負極活物質としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のイオンを、放電の際に放出させ、また任意に充電の際には吸蔵させることができる物質であれば、特に限定されない。

｛固体電解質層｝
固体電解質層は、固体電解質を含有することができる。固体電解質は、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のイオンに対する伝導性を有する材料であれば特に限定されない。

｛セパレータ層｝
セパレータ層は、基材及び基材に保持されている固体電解質で構成されていてよい。

基材としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、テフロン（登録商標）で構成されているメッシュ状基材であることができる。この場合、開孔率は６０％以上、６５％以上、又は７０％以上であることができ、また９５％以下、９０％以下又は８５％以下であることができる。

基材がメッシュ状基材である場合、基材の開孔率は、６０％以上、６５％以上、又は７０％以上であることができ、また９５％以下、９０％以下又は８５％以下であることができる。また、孔間の桟幅は、１０μｍ以上、１５μｍ以上、又は２０μｍ以上であることができ、また５０μｍ以下、４０μｍ以下、又は３０μｍ以下であることができる。

基材の厚さは、１０μｍ以上、１２μｍ以上、又は１５μｍ以上であることができ、また５０μｍ以下、４０μｍ以下、又は３０μｍ以下であることができる。

セパレータにおける固体電解質としては、上記の固体電解質を用いることができる。

｛正極集電体層｝
正極集電体層を構成する材料は、正極活物質からの集電を行うことができる材料であれば特に限定されず、例えばアルミニウム等を用いることができる。

正極集電体層の厚さは、６μｍ以上、８μｍ以上、又は１０μｍ以上であることができ、また２０μｍ以下、１８μｍ以下、又は１５μｍ以下であることができる。

｛正極活物質層｝
正極活物質層は、正極活物質を含有することができる。正極活物質としては、リチウム、ナトリウム、カルシウム等のイオンを、放電の際に吸蔵し、また任意に充電の際には放出させることができる物質であれば、特に限定されない。

｛絶縁層｝
絶縁層としては、例えば絶縁テープを用いることができる。

絶縁層の厚さは、１０μｍ以上、２０μｍ以上、又は３０μｍ以上であることができ、また８０μｍ以下、７０μｍ以下、又は６０μｍ以下であることができる。

以下では、本発明の折り畳み式二次電池の九十九折り体及び２つ折り体の一実施態様について、図面を参照しながら説明する。

〈九十九折り体〉
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、九十九折り体である負極層（１０）の一実施態様は、固体電解質層（２０）、負極活物質層（１４）、負極集電体層（１２）、負極活物質層（１４）、及び固体電解質層（２０）をこの順で具備している。この九十九折り体である負極層（１０）は、折り目（１６）を有する。

この折り目は、２つ折り体で挟み込む際に位置決めを容易にする観点から、等間隔で存在していることが好ましい。

九十九折り体である負極層が、正極活物質層を更に具備している態様においては、図１（ｃ）に示すように、正極活物質層（３４）が積層されていない領域を残すことが、正極活物質層（３４）を外部に露出させない観点から好ましい。

〈２つ折り体〉
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、２つ折り体である正極層（３０）の一実施態様は、正極活物質層（３４）、正極集電体層（３２）及び正極活物質層（３４）をこの順で具備している。また、２つ折り体である正極層（３０）は、随意の絶縁層（３６ａ、３６ｂ）を具備していてよい。この２つ折り体である正極層（３０）は、は、折り目（３８）を有する。

絶縁層の折り目方向の幅は、九十九折り体を挟み込む際の位置決めを容易にする観点から、九十九折り体の折り目の幅と等しいことが好ましい。

２つ折り体である正極層が正極活物質層を具備している態様においては、図２（ｄ）に示すように、正極活物質層（３０）が積層されている部分の折り目方向の幅が、中央の絶縁層（３６ｂ）の折り目方向の幅よりも狭いことが、正極活物質層（３０）を確実に包囲する観点から好ましい。

〈２つ折り体及び九十九折り体の挟み込み構造〉
２つ折り体及び九十九折り体の挟み込み構造は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、複数の２つ折り体（３０）の折り目（３８）と九十九折り体（１０）の折り目（１６）とが互いに直交する向きで配置されており、かつ複数の２つ折り体（３０）が、九十九折り体（１０）の折り目（３８）により画定される面を、１つおきに挟み込んでいる構造である。

また、２つ折り体及び九十九折り体の挟み込み構造は、図３（ｃ）に示すように、複数の２つ折り体（３０）を、九十九折り体（１０）の折り目により画定される面であって、隣接する２つの面によって挟み込んでいる構造である。

このような構造によって、図４（ａ）に示すような形成されている折り畳み式二次電池が形成される。

図４（ｂ）から、本発明の折り畳み式二次電池（１００）の構造は、複数の２つ折り体（３０）が、九十九折り体（１０）の折り目により画定される面を、１つおきに挟み込んでいる構造であることが理解されよう。

また、図４（ｃ）から、本発明の折り畳み式二次電池（１００）の構造は、九十九折り体（１０）が、複数の２つ折り体（３０）を、九十九折り体（１０）の折り目（１６）により画定される面であって、隣接する２つの面によって挟み込んでいる構造であることが理解されよう。

《折り畳み式二次電池の製造方法》
折り畳み式二次電池に関する上記の記載から明らかなように、本発明の折り畳み式二次電池は、例えば下記の方法によって製造することができる。
交互に積層されている、負極層及び正極層を有し、
上記負極層が、負極集電体層を少なくとも具備しており、
上記正極層が、正極集電体層を少なくとも具備しており、
正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体層の順の積層構造を複数有しており、
上記正極層又は上記負極層の一方は、複数の２つ折り体であり、
上記正極層又は上記負極層の他方は、１つの九十九折り体であり、かつ
以下の工程を含む、折り畳み式二次電池の製造方法：
複数の上記２つ折り体の折り目と上記九十九折り体の折り目とを互いに直交する向きで配置する工程；
複数の上記２つ折り体で、上記九十九折り体の折り目により画定される面を１つおきに挟み込む工程；及び
上記九十九折り体で、複数の上記２つ折り体を、九十九折り体の折り目により画定される面であって、隣接する２つの面によって挟み込む工程。

１０ 九十九折り体である負極層
１２ 負極集電体層
１４ 負極活物質層
１６ 九十九折り体の折り目
２０ 固体電解質層
３０ ２つ折り体である正極層
３２ 正極集電体層
３４ 正極活物質層
３６ａ、３６ｂ 絶縁層
３８ ２つ折り体の折り目
１００ 折り畳み式二次電池

Claims (1)

1. 交互に積層されている、負極層及び正極層を有し、
   前記負極層が、負極集電体層を少なくとも具備しており、
   前記正極層が、正極集電体層を少なくとも具備しており、
   正極集電体層、正極活物質層、固体電解質層又はセパレータ層、負極活物質層、及び負極集電体層がこの順で積層されている、折り畳み式二次電池であって、
   前記正極層又は前記負極層の一方は、複数の２つ折り体であり、
   前記正極層又は前記負極層の他方は、１つの九十九折り体であり、
   複数の前記２つ折り体の折り目と前記九十九折り体の折り目とが、互いに直交する向きで配置されており、
   複数の前記２つ折り体が、前記九十九折り体の折り目により画定される面を１つおきに挟み込んでおり、かつ
   前記九十九折り体が、複数の前記２つ折り体を、九十九折り体の折り目により画定される面であって、隣接する２つの面によって挟み込んでいる、
   折り畳み式二次電池。

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