JP2022154390A - 単電池ユニットおよび単電池ユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正極集電体および負極集電体に対する回路部材の組み付けを容易に行うことができる単電池ユニットおよび単電池ユニットの製造方法を提供すること。【解決手段】正極集電体２１ａと、正極集電体２１ａと電気的に接続される正極活物質層２２ａと、負極集電体２１ｂと、負極集電体２１ｂと電気的に接続される負極活物質層２２ｂと、正極活物質層２２ａと、負極活物質層２２ｂとの間に配置されるセパレータ３と、正極集電体２１ａと、負極集電体２１ｂとの間に配置され、かつ、セパレータ３の外周端部３１を固定する枠体４と、電子部品６３が実装され、かつ正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂに電気的に接続される回路部材６と、を備える。正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂは、厚さ方向のうち一方から見た場合において、枠体４の枠内において少なくとも一部が外部に露出して形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、単電池ユニットおよび単電池ユニットの製造方法に関する。

近年注目されているリチウムイオン電池は、一般に、集電体の表面に活物質層が形成された複数の電極を、セパレータを介して積層させることで構成される。このようなリチウムイオン電池は、一般に、正極集電体、正極活物質層、セパレータ、負極活物質層および負極集電体が順に積層された構成を有する。

例えば、特許文献１には、切欠きを有するシート状のリチウムイオン電池の切欠き部分にＩＣチップ（集積回路）を配置し、ＩＣチップの電源としてリチウムイオン電池を用いた構成が開示されている。詳細には、リチウムイオン電池のその平面形状を中抜き構造として、当該中抜き部分にＩＣチップを配置しており、リチウムイオン電池の中抜き部分側に引き出された負極接続リードおよび正極接続リードに、ＩＣチップの電極パッドを接続する構成が特許文献１に開示されている。

特開平１１－３３８９９８号公報

特許文献１においては、リチウムイオン電池に対してＩＣチップを搭載することができるものではあるが、ＩＣチップに対してリチウムイオン電池の電力を供給するために、ＩＣチップを上下方向において負極集電体に電気的に接続されている負極接続リードと、正極集電体に対して電気的に接続されている正極接続リードとの間で挟み込むことが必要となる。従って、正極集電体および負極集電体に対してＩＣチップを電気的に接続することを考慮して、リチウムイオン電池に対してＩＣチップを組み付けることとなるため、組み付け方法や、組み付け手順に配慮しなければならないという問題があった。

本発明の目的は、正極集電体および負極集電体に対する回路部材の組付性を向上することができる単電池ユニットおよび単電池ユニットの製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の単電池ユニットは、正極集電体と、前記正極集電体と電気的に接続される正極活物質層と、負極集電体と、前記負極集電体と電気的に接続される負極活物質層と、前記正極活物質層と、前記負極活物質層との間に配置されるセパレータと、前記正極集電体と、前記負極集電体との間に配置され、かつ、セパレータの外周端部を固定する枠体と、電子部品が実装され、かつ前記正極集電体および前記負極集電体に電気的に接続される回路部材と、を備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体の枠内において少なくとも一部が外部に露出して形成される、ことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するために、本発明の単電池ユニットの製造方法は、正極集電体と、前記正極集電体と電気的に接続される正極活物質層と、負極集電体と、前記負極集電体と電気的に接続される負極活物質層と、前記正極活物質層と、前記負極活物質層との間に配置されるセパレータと、前記正極集電体と、前記負極集電体との間に配置され、かつ、セパレータの外周端部を固定する枠体と、電子部品が実装され、かつ前記正極集電体および前記負極集電体に電気的に接続される回路部材と、を備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体の枠内において少なくとも一部が外部に露出して形成される単電池ユニットの製造方法であって、前記正極集電体、前記正極活物質層、前記セパレータ、前記負極活物質層、前記負極集電体、前記枠体を組み付ける工程と、厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体に前記回路部材が対向した状態から、前記回路部材を厚さ方向のうち一方向に向かって移動させて、前記回路部材を正極集電体と電気的に接続し、かつ前記回路部材を前記負極集電体と電気的に接続する工程と、を含む、ことを特徴とする。

本発明に係る単電池ユニットおよび単電池ユニットの製造方法は、正極集電体および負極集電体に対する回路部材の組付性を向上することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る単電池ユニットの全体斜視図である。 図２は、実施形態に係る単電池ユニットの要部断面図である。 図３は、実施形態に係る単電池ユニットの回路部材の斜視図である。 図４は、実施形態に係る単電池ユニットの製造方法を示すフローチャート図である。 図５は、回路部材組み付け工程を示す斜視図である。 図６は、実施形態に係る単電池ユニットを用いた組電池の一部断面全体斜視図である。 図７は、実施形態の変形例に係る単電池ユニットの全体斜視図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１は、実施形態に係る単電池ユニットの全体斜視図である。図２は、実施形態に係る単電池ユニットの要部断面図である。図３は、実施形態に係る単電池ユニットの回路部材の斜視図である。図１～図３（図５～図７も含む）における各構成要素を模擬的に図示したものであり、実際の各構成要素の寸法とは異なるものである。図２は、図１のＡ－Ａ断面図であり、奥行き方向の一部が省略された図である。図３は、下方向から見た場合の斜視図である。図におけるＸ方向は、本実施形態における単電池ユニット１の幅方向である。図におけるＹ方向は、幅方向と直交し、本実施形態における単電池ユニット１の奥行方向である。Ｚ方向は、厚さ方向であり、幅方向および奥行き方向と直交し、本実施形態における単電池ユニット１０の上下方向である。Ｙ１方向は手前方向で、Ｙ２方向は奥方向である。Ｚ１方向は厚さ方向のうち他方向である上方向で、Ｚ２方向は厚さ方向のうち一方向である下方向である。以下の説明で用いる各方向は、特に断りのない限り、各部が相互に組み付けられた状態での方向を表すものとする。

＜単電池ユニット＞
単電池ユニット１は、本実施形態では、正極２ａと負極２ｂとの間をリチウムイオンが移動することで充電や放電を行う二次電池である。なお、以下の説明では、「正極２ａ」と「負極２ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極２」という場合がある。

単電池ユニット１は、図１および図２に示すように、正極２ａと、負極２ｂと、セパレータ３と、枠体４と、導電性部材５と、回路部材６とを有する。正極２ａは、単電池ユニット１を構成する２つの電極（電池用電極）２のうち、一方の電極２である。負極２ｂは、単電池ユニット１を構成する２つの電極２のうち、他方の電極２である。セパレータ３は、正極２ａと負極２ｂとの間に配置される板状の部材である。枠体４は、セパレータ３の外周端部３１を囲う枠状の部材である。単電池ユニット１は、正極２ａ、セパレータ３、負極２ｂの順番で積層され、かつ、枠体４がセパレータ３の外周端部３１を囲う位置関係で一体化される。

正極２ａは、正極集電体２１ａと、正極活物質層２２ａとを有する。本実施形態における正極集電体２１ａは、第２集電体であり、一定の厚さおよび可撓性を有し、厚さ方向のうち一方、すなわち下方に見た場合において矩形状に形成されている。正極集電体２１ａは、単電池ユニット１の最も下方側に位置し、上方側に正極活物質層２２ａが積層されている。正極集電体２１ａは、上下方向における両表面２１１ａ，２１２ａのうち、上表面２１１ａに正極活物質層２２ａが接触しており、正極活物質層２２ａが電気的に接続している。正極集電体２１ａは、上表面２１１ａのうち、下方に見た場合において、奥行き方向における両端部のうち、手前側端部２１３ａ側に対して、回路部材６が電気的に接続される。ここで、上表面２１１ａのうち、回路部材６が電気的に接続される領域を正極接続領域（第２接続領域）２１４ａとする（図５参照）。正極活物質層２２ａは、上下方向において、正極集電体２１ａとセパレータ３との間に位置するものであり、外周が枠体４に囲まれて形成されている。正極活物質層２２ａは、一定の厚さを有し、下方に見た場合において矩形状に形成されている。

負極２ｂは、負極集電体２１ｂと、負極活物質層２２ｂとを有する。本実施形態における負極集電体２１ｂは、第１集電体であり、一定の厚さおよび可撓性を有し、下方に見た場合において矩形状に形成されている。負極集電体２１ｂは、単電池ユニット１の最も上方側に位置し、下方側に負極活物質層２２ｂが積層されている。負極集電体２１ｂは、上下方向における両表面２１１ｂ，２１２ｂのうち、下表面２１２ｂに負極活物質層２２ｂが接触しており、負極活物質層２２ｂが接触しており、負極活物質層２２ｂが電気的に接続している。負極集電体２１ｂは、上表面２１１ｂのうち、下方に見た場合において、奥行き方向における両端部のうち、手前側端部２１３ｂ側に対して、回路部材６が電気的に接続される。ここで、上表面２１１ｂのうち、回路部材６が電気的に接続される領域を負極接続領域（第１接続領域）２１４ｂとする（図５参照）。負極活物質層２２ｂは、上下方向において、負極集電体２１ｂとセパレータ３との間に位置するものであり、外周が枠体４に囲まれて形成されている。負極活物質層２２ｂは、一定の厚さを有し、下方に見た場合において矩形状に形成されている。

また、以下の説明では、「正極集電体２１ａ」と「負極集電体２１ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「集電体２１」という場合がある。同様に、「正極活物質層２２ａ」と「負極活物質層２２ｂ」とを特に区別して説明する必要がない場合には、単に「電極活物質層２２」という場合がある。

セパレータ３は、正極活物質層２２ａと負極活物質層２２ｂとの間に配置されるものである。セパレータ３は、正極２ａと負極２ｂとの間の隔壁として機能し、正極活物質層２２ａと負極活物質層２２ｂとが互いに接触することを抑制するものである。本実施形態におけるセパレータ３は、一定の厚さを有し、下方にみた場合において、正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂよりも小さく、かつ正極活物質層２２ａおよび負極活物質層２２ｂよりも大きく矩形板状に形成されている。セパレータ３は、外周端部３１が枠体４の枠内に位置して、すなわち外周端部３１が枠体４の内部に埋没して形成されている。なお、セパレータ３は、下方にみた場合において、正極活物質層２２ａおよび負極活物質層２２ｂと同じ大きさに形成されていてもよい。

枠体４は、単電池ユニット１の骨格を形成するものである。枠体４は、上下方向において正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂとの間に配置されるものである。枠体４は、上下方向において外部に開口する内部空間Ｓが形成されており、内部空間Ｓのうち正極集電体２１ａとセパレータ３との間で正極活物質層２２ａを封止し、内部空間Ｓのうち負極集電体２１ｂとセパレータ３との間で、負極活物質層２２ｂを封止するものである。本実施形態における枠体４は、後述する段差部４３を除き、一定の厚さを有し、セパレータ３の外周端部３１を囲う額縁状に形成されている。枠体４は、上下方向における両表面である上表面４１と、下表面４２と、段差部４３と、切欠部４４とを有する。上表面４１は、第１表面であり、内部空間Ｓを覆う負極集電体２１ｂが固定される。下表面４２は、第２表面であり、内部空間Ｓを覆う正極集電体２１ａが固定される。なお、枠体４に対する集電体２１の固定は、例えば、熱による融着、図示しない接着部材による接着などがある。段差部４３は、奥行き方向における両端部のうち、手前側端部４５、すなわち回路部材６が組み付ける側に形成されている。段差部４３は、枠体４が上表面４１から下方向に向かって窪んで形成されている。ここで、段差部４３は、回路部材６が単電池ユニット１に組み付けられた状態である回路部材組付状態の場合に、下方に見た場合において、後述する第１接続部６５と対向するものである。段差部４３の厚さＴ１は、正極活物質層２２ａ、セパレータ３、負極活物質層２２ｂおよび負極集電体２１ｂを合わせた厚さＴ２よりも小さく設定されている。つまり、負極集電体２１ｂのうち、負極接続領域２１４ｂを有する手前側端部２１３ｂは、負極集電体２１ｂのうち、負極活物質層２２ｂと上下方向において対向する部分よりも下方側に位置する。従って、回路部材６を負極集電体２１ｂのうち、負極接続領域２１４ｂを有する手前側端部２１３ｂに対して電気的に接続する場合は、回路部材６を負極集電体２１ｂのうち、負極活物質層２２ｂと上下方向において対向する部分において電気的に接続する場合と比較して、単電池ユニット１の上下方向における長さ、すなわち単電池ユニット１の厚さが大きくなることを抑制することができる。段差部４３の上下方向における段差は、負極集電体２１ｂ、導電性部材５、回路部材６の後述する第１対向部６１を合わせた厚さ以上に設定されている。すなわち、段差部４３の厚さＴ１、負極集電体２１ｂ、導電性部材５および第１対向部６１を合わせた厚さＴ３は、厚さＴ２以下に設定されている。これにより、回路部材６を負極集電体２１ｂのうち、負極接続領域２１４ｂを有する手前側端部２１３ｂに対して電気的に接続する場合は、回路部材６が負極集電体２１ｂのうち、負極活物質層２２ｂと上下方向において対向する部分よりも上方側に突出しないので、単電池ユニット１の上下方向における長さ、すなわち単電池ユニット１の厚さが厚くなることをさらに抑制することができる。切欠部４４は、回路部材６の少なくとも一部を収容するものであり、下方に見た場合において回路部材６が位置する。本実施形態における切欠部４４は、段差部４３の幅方向における中央部において、上表面４１から下表面４２まで切り欠かれて形成されている。切欠部４４の幅方向における長さは、回路部材６の幅方向における長さよりも長く設定されている。なお、本実施形態における枠体４は、正極側枠体および負極側枠体の２分割構造で製造され、のちに一体とされるものであるが、これに限定されるものではなく、セパレータ３の外周端部を埋没した状態で一体的に製造されてもよい。

ここで、正極集電体２１ａは、下方に見た場合において、手前側端部２１３ａが手前側端部４５まで形成されている。つまり、正極集電体２１ａは、下方に見た場合において、手前側端部２１３ａの一部が切欠部４４に位置する。正極集電体２１ａは、下方に見た場合において、切欠部４４を介して枠体４の枠内において少なくとも一部が外部に露出して形成されている。負極集電体２１ｂは、下方に見た場合において、手前側端部２１３ｂが上表面４１上に形成されている。本実施形態における負極集電体２１ｂは、下方に見た場合において、手前側端部２１３ａが上表面４１のうち段差部４３に対応する部分まで形成されている。負極集電体２１ｂは、下方に見た場合において、枠体４の枠内において全部が直接外部に露出して形成されている。

導電性部材５は、集電体２１と回路部材６との間に配置され、集電体２１と回路部材６とを電気的に接続するものである。導電性部材５は、正極集電体２１ａと回路部材６の後述する正極側ランド（第２接続部）６７とを電気的に接続する正極側導電性部材（第２導電性部材）５１、および負極集電体２１ｂと回路部材６の後述する負極側ランド（第１接続部）６５とを電気的に接続する負極側導電性部材（第１導電性部材）５２である。本実施形態における導電性部材５は、回路部材６を電極２と電気的に接続する機能に加え、回路部材６を電極２に固定する機能を有する。導電性部材５としては、例えば、導電性接着材料（異方性導電膜（ＡＣＦ）など）で構成された導電性テープを矩形状に分断したものであり、少なくとも上下方向における両表面に接着層が形成されるものである。

回路部材６は、単電池ユニット１の状態に関する状態情報を外部に出力するものである。本実施形態における回路部材６は、単電池ユニット１の電圧、電流、温度、アコースティックエミッションの少なくとも１つを電池状態情報として、外部に出力するものである。回路部材６は、正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂとそれぞれ電気的に接続されている。本実施形態における回路部材６は、可撓性を有するＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）であり、図２および図３に示すように、第１対向部６１と、第２対向部６２と、電子部品６３と、負極側ランド６５と、正極側ランド６７とを有する。第１対向部６１は、負極集電体２１ｂの手前側端部２１３ｂと対向するものであり、奥行き方向に延在して形成され、奥行き方向における両端部のうち、手前側端部が第２対向部６２と連結されている。第２対向部６２は、正極集電体２１ａの手前側端部２１３ａと対向するものであり、上下方向に延在して形成され、上下方向における両端部のうち、上方前側端部が第１対向部６１と連結されている。つまり、回路部材６は、幅方向から見た場合において、Ｌ字状に形成されている。電子部品６３は、回路部材６に実装されるものであり、配線Ｌ１を介して負極集電体２１ｂと電気的に接続さ、配線Ｌ２を介して正極集電体２１ａと電気的に接続され、単電池ユニット１から供給される電力により、駆動するものである。本実施形態における電子部品６３は、光を出射するＬＥＤ素子であり、電池状態情報を光信号として外部に出力するものである。電子部品６３は、出射面が単電池ユニット１の側面、本実施形態では手前方向に位置し、手前方向に光を出射する。負極側ランド６５は、負極集電体２１ｂが電気的に接続されるものであり、本実施形態では回路部材６の負極集電体２１ｂと上下方向において対向する面に形成されたランドである。負極側ランド６５は、第１対向部６１の上下方向における両面のうち、下方側面である第１対向面６４に形成されている。正極側ランド６７は、正極集電体２１ａが電気的に接続されるものであり、本実施形態では回路部材６の正極集電体２１ａと上下方向において対向する面に形成されたランドである。正極側ランド６７は、第２対向部６２の上下方向における両面のうち、下方側面である第２対向面６６に形成されている。回路部材６の奥行き方向における長さは、切欠部４４の奥行き方向における長さよりも短く設定されている。従って、回路部材６は、回路部材６が単電池ユニット１に組み付けられた状態で、下方に見た場合において、切欠部４４に位置、すなわち枠体４の枠内に位置する。回路部材６の上下方向における長さは、回路部材６が単電池ユニット１に組み付けられた状態において、第１対向部６１の上下方向における両面のうち、上方側面が、上表面２１２ｂのうち、負極活物質層２２ｂと上下方向において対向する部分よりも低くなるように設定されている。従って、回路部材６は、回路部材組付状態の場合に、幅方向から見た場合において、切欠部４４および段差部４３に収容され、すなわち枠体４の枠内に位置する。なお、回路部材６には、電子部品６３とは異なる複数の電子部品が実装されており、これらの電子部品により電池状態情報を検出する。また、電子部品６３は、光信号により外部に状態情報を出力するものであるが、これに限定されるものではなく、電気信号、音響信号などにより、外部に状態情報を出力するものであってもよい。

＜正極集電体の具体例＞
正極集電体２１ａを構成する正極集電体としては、公知のリチウムイオン単電池に用いられる集電体を用いることができ、例えば、公知の金属集電体及び導電材料と樹脂とから構成されてなる樹脂集電体（特開２０１２－１５０９０５号公報及び国際公開第２０１５－００５１１６号等に記載の樹脂集電体等）を用いることができる。正極集電体２１ａを構成する正極集電体は、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。

金属集電体としては、例えば、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの金属を１種以上含む合金、並びに、ステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属材料が挙げられる。これらの金属材料は、薄板や金属箔等の形態で用いてもよい。また、上記金属材料以外で構成される基材表面にスパッタリング、電着、塗布等の方法により上記金属材料を形成したものを金属集電体として用いてもよい。

樹脂集電体としては、導電性フィラーとマトリックス樹脂とを含むことが好ましい。マトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）等が挙げられるが、特に限定されない。導電性フィラーは、導電性を有する材料から選択されれば特に限定されない。例えば、導電性フィラーは、その形状が繊維状である導電性繊維であってもよい。

樹脂集電体は、マトリックス樹脂及び導電性フィラーのほかに、その他の成分（分散剤、架橋促進剤、架橋剤、着色剤、紫外線吸収剤、可塑剤等）を含んでいてもよい。また、複数の樹脂集電体を積層して用いてもよく、樹脂集電体と金属箔とを積層して用いても良い。

正極集電体２１ａの厚さは、特に限定されないが、５～１５０μｍであることが好ましい。複数の樹脂集電体を積層して正極集電体２１ａとして用いる場合には、積層後の全体の厚さが５～１５０μｍであることが好ましい。正極集電体２１ａは、例えば、マトリックス樹脂、導電性フィラー及び必要により用いるフィラー用分散剤を溶融混練して得られる導電性樹脂組成物を公知の方法でフィルム状に成形することにより得ることができる。

＜正極活物質の具体例＞
正極活物質層２２ａは、正極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。ここで、非結着体とは、正極活物質層中において正極活物質の位置が固定されておらず、正極活物質同士及び正極活物質同士及び正極活物質と集電体とが不可逆的に固定されていないことを意味する。正極活物質層２２ａが非結着体である場合、正極活物質同士は不可逆的に固定されていないため、正極活物質同士の界面を機械的に破壊することなく分離することができ、正極活物質層２２ａに応力がかかった場合でも正極活物質が移動することで正極活物質層２２ａの破壊を防止することができ好ましい。非結着体である正極活物質層２２ａは、正極活物質層２２ａを、正極活物質と電解液とを含みかつ結着剤を含まない正極活物質層２２ａにする等の方法で得ることができる。なお、本明細書において、結着剤とは、正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない薬剤を意味し、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、スチレン－ブタジエンゴム、ポリエチレン及びポリプロピレン等の公知の溶剤乾燥型のリチウムイオン電池用結着剤等が挙げられる。これらの結着剤は、溶剤に溶解又は分散して用いられ、溶剤を揮発、留去することで表面が粘着性を示すことなく固体化するので正極活物質同士及び正極活物質と集電体とを可逆的に固定することができない。

正極活物質としては、例えば、リチウムと遷移金属との複合酸化物、遷移金属元素が２種である複合酸化物及び金属元素が３種類以上である複合酸化物等が挙げられるが、特に限定されない。

正極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆正極活物質であってもよい。正極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、正極の体積変化が緩和され、正極の膨張を抑制することができる。

被覆材を構成する高分子化合物としては、特開２０１７－０５４７０３号公報及び国際公開第２０１５－００５１１７号等に活物質被覆用樹脂として記載されたものを好適に用いることができる。

被覆材には、導電剤が含まれていてもよい。導電剤としては、正極集電体２１ａに含まれる導電性フィラーと同様のものを好適に用いることができる。

正極活物質層２２ａには、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、例えば、特開２０１７－０５４７０３号公報に記載された非水系二次電池活物質被覆用樹脂に少量の有機溶剤を混合してそのガラス転移温度を室温以下に調節したもの、及び、特開平１０－２５５８０５公報に粘着剤として記載されたもの等を好適に用いることができる。なお、粘着性樹脂は、溶媒成分を揮発させて乾燥させても固体化せずに粘着性（水、溶剤、熱などを使用せずに僅かな圧力を加えることで接着する性質）を有する樹脂を意味する。一方、結着剤として用いられる溶液乾燥型の電極用バインダーは、溶媒成分を揮発させることで乾燥、固体化して活物質同士を強固に接着固定するものを意味する。したがって、上述した結着剤（溶液乾燥型の電極バインダー）と粘着性樹脂とは、異なる材料である。

正極活物質層２２ａには、電解質と非水溶媒を含む電解液が含まれていてもよい。電解質としては、公知の電解液に用いられているもの等が使用できる。非水溶媒としては、公知の電解液に用いられているもの（例えば、リン酸エステル、ニトリル化合物等及びこれらの混合物等）が使用できる。例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の混合液、又は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）の混合液を用いることができる。

正極活物質層２２ａには、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極集電体２１ａに含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。

正極活物質層２２ａの厚さは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０～６００μｍであることが好ましく、２００～４５０μｍであることがより好ましい。

＜負極集電体の具体例＞
負極集電体２１ｂを構成する負極集電体としては、正極集電体で記載した構成と同様のものを適宜選択して用いることができ、同様の方法により得ることができる。負極集電体２１ｂは、電池特性等の観点から、樹脂集電体であることが好ましい。負極集電体２１ｂの厚さは、特に限定されないが、５～１５０μｍであることが好ましい。

＜負極活物質の具体例＞
負極活物質層２２ｂは、負極活物質を含む混合物の非結着体であることが好ましい。負極活物質層が非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である負極活物質層２２ｂを得る方法等は、正極活物質層２２ａが非結着体であることが好ましい理由、及び非結着体である正極活物質層２２ａを得る方法と同様である。

負極活物質としては、例えば、炭素系材料、珪素系材料及びこれらの混合物などを用いることができるが、特に限定されない。

負極活物質は、その表面の少なくとも一部が高分子化合物を含む被覆材により被覆された被覆負極活物質であってもよい。負極活物質の周囲が被覆材で被覆されていると、負極の体積変化が緩和され、負極の膨張を抑制することができる。

被覆材としては、被覆正極活物質を構成する被覆材と同様のものを好適に用いることができる。

負極活物質層２２ｂは、電解質と非水溶媒を含む電解液を含有する。電解液の組成は、正極活物質層２２ａに含まれる電解液と同様の電解液を好適に用いることができる。

負極活物質層２２ｂには、導電助剤が含まれていてもよい。導電助剤としては、正極活物質層２２ａに含まれる導電性フィラーと同様の導電性材料を好適に用いることができる。

負極活物質層２２ｂには、粘着性樹脂が含まれていてもよい。粘着性樹脂としては、正極活物質層２２ａの任意成分である粘着性樹脂と同様のものを好適に用いることができる。

負極活物質層２２ｂの厚さは、特に限定されるものではないが、電池性能の観点から、１５０～６００μｍであることが好ましく、２００～４５０μｍであることがより好ましい。

＜セパレータの具体例＞
セパレータ３に保持される電解質としては、例えば、電解液又はゲルポリマー電解質などが挙げられる。セパレータ３は、これらの電解質を用いることで、高いリチウムイオン伝導性が確保される。セパレータ３の形態としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレン製の多孔性フィルム等が挙げられるが、特に限定されない。

＜枠体の具体例＞
枠体４としては、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、例えば、高分子材料が好ましく、熱硬化性高分子材料がより好ましい。枠体４を構成する材料としては、絶縁性、シール性（液密性）、電池動作温度下での耐熱性等を有するものであればよく、樹脂材料が好適に採用される。より具体的には、枠体４としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂及びポリフッ化ビニリデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

＜単電池ユニットの製造方法＞
次に、単電池ユニット１の製造方法について説明する。図４は、実施形態に係る単電池ユニットの製造方法を示すフローチャート図である。図５は、回路部材組み付け工程を示す斜視図である。

まず、図４に示すように、電極を製造する（ＳＴ１）。ここで、電極２の製造は、例えば、図示しないチャンバーの内部空間に枠体供給機構、活物質供給機構、ロールプレス機構およびカット機構が配置された電池用電極製造装置が用いられる。電池用電極製造装置は、外部から減圧された内部空間に搬入された帯状の集電体に対して、枠体供給機構により枠体４を固定し、活物質供給機構により枠体４の枠内に活物質が供給され、ロールプレス機構により、枠体４の枠内に供給された活物質を圧縮することで、枠内に充填させ、カット機構により帯状の集電体から枠体４の枠内に活物質が充填された単体の集電体を生成することで、正極２ａ、負極２ｂを製造する。

次に、電極２に対してセパレータ３、枠体４を組み付ける（ＳＴ２）。ここで、セパレータ３、枠体４は、例えば、図示しないロボットアームを有する単電池ユニット製造装置が用いられる。単電池ユニット製造装置は、まず、正極２ａに対してセパレータ３を組み付ける。具体的には、単電池ユニット製造装置は、載置台に載置された正極２ａの図示しない正極側枠体の上下方向における両表面のうち、上表面にセパレータ３を固定する。なお、正極側枠体に対するセパレータ３の固定は、例えば、熱による融着、図示しない接着部材による接着などがある。単電池ユニット製造装置は、次に、セパレータ３が組み付けられた正極２ａに対して負極２ｂを組み付ける。具体的には、単電池ユニット製造装置は、載置台に載置された正極２ａに対して、セパレータ３と負極活物質層２２ｂとが上下方向において対向するように、負極２ｂを配置し、負極２ｂを正極２ａに向かって移動、すなわち負極２ｂを下方向に移動させ、セパレータ３と負極活物質層２２ｂとが接触した状態で、正極側枠体に対して負極側枠体を固定する。なお、正極側枠体に対する負極側枠体の固定は、例えば、熱による融着、図示しない接着部材による接着などがある。これにより、単電池ユニット製造装置は、正極集電体２１ａ、正極活物質層２２ａ、セパレータ３、負極活物質層２２ｂ、負極集電体２１ｂおよび枠体４を組み付ける。

次に、導電性部材５を組み付ける（ＳＴ３）。ここで、本実施形態における導電性部材５は、図５に示すように、単電池ユニット製造装置または手作業により、回路部材６に予め組み付けられる。正極側導電性部材５１は、回路部材６の正極側ランド６７に予め帖着され、電気的に接続された状態となる。負極側導電性部材５２は、回路部材６の負極側ランド６５に予め帖着され、電気的に接続された状態となる。なお、導電性部材５は、回路部材６に予め組み付けられる場合に限定されるものではなく、集電体２に予め組み付けられていてもよい。

次に、図４に示すように、回路部材６を組み付ける（ＳＴ４）。ここで、本実施形態における回路部材６は、図５に示すように、単電池ユニット製造装置または手作業により、下方から見た場合において、枠体４に回路部材６が対向した状態から、回路部材６を下方向に向かって移動させて、正極側導電性部材５１を正極集電体２１ａの正極接続領域２１４ａに帖着させることで、正極側導電性部材５１を介して回路部材６を正極集電体２１ａと電気的に接続するとともに、負極側導電性部材５２を負極集電体２１ｂの負極接続領域２１４ｂに帖着させることで、負極側導電性部材５２を介して回路部材６を負極集電体２１ｂと電気的に接続する。これにより、回路部材６は、電極２に組み付けられ、単電池ユニット１が製造される。

以上のように、本実施形態における単電池ユニット１および単電池ユニット１の製造方法は、正極集電体２１ａ、正極活物質層２２ａ、セパレータ３、負極活物質層２２ｂ、負極集電体２１ｂおよび枠体４が組み付けられた電極組付状態における正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂに対して、回路部材６を一方向、すなわち下方向に移動させることで、導電性部材５を介して、回路部材６を電気的に接続することができる。従って、正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂに対する回路部材６の組み付けを行う際に、回路部材６を他の要素どうしの組み付け後、すなわち一番最後に組み付けることができる。また、正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂに対する回路部材６の組み付けを行う際に、回路部材６に対して複雑な組み付け作業を行うことなく、単純な動作で組み付けを実現することができる。これにより、正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂに対する回路部材６の組み付けを容易に行うことができるので、組付性を向上することができる。

＜組電池＞
単電池ユニット１は、複数組み合わせて、電圧及び容量を調節した組電池、すなわち電池パックの形態で使用することが可能である。図６は、実施形態に係る単電池ユニットを用いた組電池の一部断面全体斜視図である。電池パック１００は、図６に示すように、組電池１１０と、正極端子１２０と、負極端子１３０と、導光部材１４０と、外装体１５０とを有する組電池１１０は、複数の単電池ユニット１を上下方向において積層したものである。本実施形態における組電池１１０は、隣り合う単電池１の互いの異なる極性の電極２が接触、すなわち一方の正極２ａと他方の負極２ｂとが接触するように直接接続にて積層される。正極端子１２０は、電池パック１００における正極としての機能を有し、組電池１１０の上下方向における上方側端部に配置される単電池ユニット１の正極２ａが電気的に接続されている。負極端子１３０は、電池パック１００における負極としての機能を有し、組電池１１０の上下方向における下方側端部に配置される単電池ユニット１の負極２ｂが電気的に接続されている。導光部材１４０は、各単電池ユニット１の電子部品６３から出力される光信号を導光するものである。導光部材１４０は、各単電池ユニット１の電子部品６３と奥行き方向において対向して配置されており、先端部から出射された光信号は、図示しない受光部材により受光され、各単電池ユニット１の状態情報が電池パック１００の外部に出力される。外装体１５０は、組電池１１０を保護するものである。外装体１５０は、内部空間ＳＰに組電池１１０、正極端子１２０、負極端子１３０、導光部材１４０を収容するものである。外装体１５０は、例えばラミネートフィルムが用いられる。正極端子１２０の先端部、負極端子１３０の先端部および導光部材１４０の先端部は、外装体１５０の外部に露出している。このように、複数の単電池ユニット１を上下方向において積層した電池パック１００においても、単電池ユニット１の厚さが厚くなることが抑制されているので、電池パック１００の厚さが厚くなることを抑制することができる。

なお、本実施形態における単電池ユニット１は、回路部材６の幅方向から見た場合における形状がＬ字状であったがこれに限定されるものではない。図７は、実施形態の変形例に係る単電池ユニットの全体斜視図である。変形例に係る単電池ユニット１の回路部材６は、下方に見た場合において、矩形状に形成されている。正極側ランド６７、負極側ランド６５および電子部品６３は、回路部材６の上下方向における両表面のうち、下表面６８にともに形成されている。正極側ランド６７は、下表面６８のうち、手間方向側端部において幅方向における両端部にそれぞれ形成されている。負極側ランド６５は、下表面６８のうち、奥行き方向側端部において幅方向における中央部に形成されている。電子部品６３は、下表面６８のうち、手前方向側端部において幅方向における中央部に形成されており、回路部材組付状態の場合に、手前方向側端部、すなわち出射面が単電池ユニット１の外部に露出する。変形例に係る単電池ユニット１においても、正極集電体２１ａおよび負極集電体２１ｂに対する回路部材６の組み付けを容易に行うことができる。

１：単電池ユニット、 ２：電極、 ２ａ：正極、 ２ｂ：負極 ２１：集電体層、
２１ａ：正極集電体、 ２１ｂ：負極集電体、 ２２：電極活物質層、
２２ａ：正極活物質層、 ２２ｂ：負極集電体、 ３：セパレータ、 ４：枠体
５：導電性部材、 ６回路部材

Claims (7)

1. 正極集電体と、
   前記正極集電体と電気的に接続される正極活物質層と、
   負極集電体と、
   前記負極集電体と電気的に接続される負極活物質層と、
   前記正極活物質層と、前記負極活物質層との間に配置されるセパレータと、
   前記正極集電体と、前記負極集電体との間に配置され、かつ、セパレータの外周端部を固定する枠体と、
   電子部品が実装され、かつ前記正極集電体および前記負極集電体に電気的に接続される回路部材と、
   を備え、
   前記正極集電体および前記負極集電体は、厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体の枠内において少なくとも一部が外部に露出して形成される、
   ことを特徴とする単電池ユニット。
2. 請求項１に記載の単電池ユニットにおいて、
   前記回路部材は、
   厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体の枠内に位置し、前記正極集電体および前記負極集電体とそれぞれ電気的に接続される、
   ことを特徴とする単電池ユニット。
3. 請求項１または２に記載の単電池ユニットにおいて、
   前記枠体は、厚さ方向における両表面まで切り欠かれる切欠部が形成され、
   前記正極集電体および前記負極集電体の一方である第１集電体は、厚さ方向から見た場合において、端部が前記両表面のうち、一方の表面である第１表面上に位置し、
   前記正極集電体および前記負極集電体の他方である第２集電体は、厚さ方向から見た場合において、端部の少なくとも一部が前記切欠部に位置し、
   前記回路部材は、
   厚さ方向から見た場合において、前記切欠部に位置し、
   厚さ方向において前記第１集電体の端部と対向する第１対向部のうち、前記第１集電体と対向する対向面に形成された第１接続部と、
   厚さ方向において前記第２集電体の端部と対向する第２対向部のうち、前記第２集電体と対向する対向面に形成された第２接続部と、
   を有し、
   前記第１接続部は、導電性部材を介して第１集電体と電気的に接続され、
   前記第２接続部は、導電性部材を介して前記第２集電体と電気的に接続される、
   単電池ユニット。
4. 請求項３に記載の単電池ユニットにおいて、
   前記枠体のうち、厚さ方向から見た場合において、前記第１接続部と対向する部分の厚さをＴ１とし、前記正極活物質層、前記セパレータ、前記負極活物質層および前記第１集電体を合わせた厚さをＴ２とした場合に、Ｔ１＜Ｔ２である、
   単電池ユニット。
5. 請求項４に記載の単電池ユニットにおいて、
   前記枠体のうち、厚さ方向から見た場合において、前記第１接続部と対向する部分、前記第１集電体、前記導電性部材および前記第１対向部を合わせた厚さをＴ３とし、前記正極活物質層、前記セパレータ、前記負極活物質層および前記第１集電体を合わせた厚さをＴ２とした場合に、Ｔ３≦Ｔ２である、
   単電池ユニット。
6. 正極集電体と、
   前記正極集電体と電気的に接続される正極活物質層と、
   負極集電体と、
   前記負極集電体と電気的に接続される負極活物質層と、
   前記正極活物質層と、前記負極活物質層との間に配置されるセパレータと、
   前記正極集電体と、前記負極集電体との間に配置され、かつ、セパレータの外周端部を固定する枠体と、
   電子部品が実装され、かつ前記正極集電体および前記負極集電体に電気的に接続される回路部材と、
   を備え、
   前記正極集電体および前記負極集電体は、厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体の枠内において少なくとも一部が外部に露出して形成される単電池ユニットの製造方法であって、
   前記正極集電体、前記正極活物質層、前記セパレータ、前記負極活物質層、前記負極集電体、前記枠体を組み付ける工程と、
   厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記枠体に前記回路部材が対向した状態から、前記回路部材を厚さ方向のうち一方向に向かって移動させて、前記回路部材を正極集電体と電気的に接続し、かつ前記回路部材を前記負極集電体と電気的に接続する工程と、
   を含む、ことを特徴とする単電池ユニットの製造方法。
7. 請求項６に記載の単電池ユニットの製造方法において、
   前記枠体は、厚さ方向における両表面まで切り欠かれる切欠部が形成され、
   前記正極集電体および前記負極集電体の一方である第１集電体は、厚さ方向から見た場合において、端部が前記両表面のうち、一方の表面である第１表面上に位置し、
   前記正極集電体および前記負極集電体の他方である第２集電体は、厚さ方向から見た場合において、端部が前記切欠部に位置し、
   前記回路部材は、
   厚さ方向において前記第１集電体の端部と対向する第１対向部のうち、前記第１集電体と対向する対向面に形成された第１接続部と、
   厚さ方向において前記第２集電体の端部と対向する第２対向部のうち、前記第２集電体と対向する対向面に形成された第２接続部と、
   を有し、
   前記正極集電体、前記正極活物質層、前記セパレータ、前記負極活物質層、前記負極集電体、前記枠体を組み付ける工程と、
   前記第１集電体または前記第１接続部の一方に導電性部材を電気的に接続する工程と、
   前記第２集電体または前記第２接続部の一方に導電性部材を電気的に接続する工程と、
   厚さ方向のうち一方から見た場合において、前記切欠部に対して前記回路部材が対向した状態から、前記回路部材を厚さ方向のうち一方向に向かって移動させて、前記導電性部材を介して前記第１接続部を前記第１集電体と電気的に接続し、かつ前記導電性部材を介して前記第２接続部を前記第２集電体と電気的に接続する工程と、
   を含む、ことを特徴とする単電池ユニットの製造方法。

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