JP3373242B2 - 積層型電池とその製造方法 - Google Patents

積層型電池とその製造方法

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恆 小更
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千里 馬目
博茂 大川
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、厚膜または薄膜形成法
のいずれかもしくはこれらを複合した方法を用いて作製
される積層型電池に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の電池は一般に正極、負極が別々のブロックを構成して
電解質を含むセパレータを介して対峙する構造を有して
いたが、軽量、高エネルギー密度化等を図るため、リチ
ウム電池のように、正極材、正極集電体、正極材、電解
質を含むセパレータ、負極材、負極集電体、負極材の各
シートを重ねて渦巻き状に巻き、この渦巻き状に巻いた
電池素体を円筒形のケースに収容し、ケース上面を正極
端子、ケース下面を負極端子として構成したものがあ
る。しかしこの構造によると、電池形状が従来の円柱形
に限られるため、スペース効率が悪く、基板等に実装す
る場合の占有スペースが大になるという問題点がある。
【0003】一方、特開平2−291671号公報に記
載のように、電池の薄形化、フレキシブル化を図るた
め、負極、電解質、正極、集電体を積層構造によりシー
ト状のフレキシブル電池を構成したものがある。しかし
このシート状に形成した電池は、上下のパッケージ材間
に電池素体を挟持し、パッケージの周辺部を熱圧着し、
その周辺部に端子電極を設けた構造であって、電池素体
以外の面積が広くなくなるため、小型化(小面積化)、
高エネルギー密度化が困難であるという問題点がある。
【0004】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
負極と正極との間に広い対向面積が確保され或は多層化
することによって高エネルギー密度化が達成できる積層
型電池として、基板等への実装も容易に行える構造のも
のを提供することを目的とする。また本発明は、端子電
極を有する積層型電池の製造方法を提供することを目的
とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、厚膜または薄膜形成法のいずれかもしくは
これらを複合した方法を用いて作製される積層型電池で
あって、複数個の積層 型電池分の負極と電解質または電
解質を含むセパレータと正極とをそれぞれ複数層重畳し
て一体化し、切断して全体形状が六面体をなす積層体を
形成すると共に、該積層体の側面および上下面の少なく
ともいずれかの端面に前記負極および正極にそれぞれ接
続された端子電極を設けて表面実装型に構成したことを
特徴とする。
【0006】また、本発明による積層型電池の製造方法
は、厚膜または薄膜形成法のいずれかもしくはこれらを
複合した方法により、複数個の積層型電池分の負極と正
極とを電解質または電解質を含むセパレータを介して積
層し、その積層体を切断して六面体とし、該六面体のい
ずれか1以上の端面に負極と正極の端部を露出させ、正
極、負極のそれぞれの端部に接続させて六面体の端面に
端子電極を被着することを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明の積層型電池は、上述のように、積層体
の側面および上下面の少なくともいずれかの端面に端子
電極を設けた構造を有しており、半田、導電性接着剤に
より電極を固着して基板等に搭載するか、または機器ケ
ースや基板に設けたホルダの端子に電池の端子電極を接
触させてセットする。また、電池の全体形状を六面体形
状とすることにより、基板等に搭載する際に無駄なスペ
ースが生じることなくセットできる。また、本発明によ
る製造方法によれば、複数個の積層型電池分の正極と負
極とを積層して切断することにより、正極、負極がそれ
ぞれ全て切断によって端面に露出する。
【0008】
【実施例】図1(A)は本発明による積層型電池の一実
施例を示す斜視図、同(B)はその等価回路図、図2
(A)はその断面図である。図中、1は正極、2は負
極、3は電解質であり、これらはスクリーン印刷法やシ
ート法等の厚膜形成法、または蒸着、スパッタリング、
CVD等の薄膜形成法もしくはこれらを複合した方法に
よって積層して一体化する。4、5はこのように積層し
た積層体の側面に被着して形成され、それぞれ前記正極
1、負極2に接続して設けた端子電極である。すなわ
ち、正極1、電解質3および負極2を組として形成され
る電池素体を端子電極4、5により並列に接続した構造
を有する。
【0009】具体的な物質構成例について述べると、図
2(B)に示すように、正極1は、例えばLiCoO
のような正極活物質等とカーボン等の導電材とバインダ
としての樹脂との混合物から形成した正極材1bを、正
極集電体としての例えばAl等の金属膜1aの両面に形
成したものである。負極2は例えばC(グラファイト)
からなる負極材2bを、負極集電体としての例えばCu
のような金属膜2aの両面に形成したものである。電解
質3は、従来同様の高分子フィルムに例えばLiClO
の水溶液等の液体電解質を含ませたもの、または固体
電解質、もしくは多孔性セラミックスに固体または液体
電解質を混合したもの等が用いられる。以下この積層型
電池を作製する種々の方法について説明する。
【0010】〔スクリーン印刷法〕図3はこの電池の正
極1、負極2、電解質3を形成する場合のパターンの位
置関係を説明する図であり、印刷法による場合について
説明すると、まず図3(A)に示すように、絶縁材でな
るベース6上に、複数個の積層型電池分の正極材1bの
ペーストの印刷、正極集電体となる金属膜1aのペース
トの印刷、正極材1bのペーストの印刷を同じ箇所に重
ねて行う。次に、図3(B)に示すように全面に複数個
の積層型電池分の電解質3のペーストを印刷する。次
に、図3(C)に示すように、前記正極1の印刷箇所よ
り位置をずらして、複数個の積層型電池分の負極材2b
のペーストの印刷、負極集電体となる金属膜2aのペー
ストの印刷、負極材2bのペーストの印刷を行う。その
上に前記ベース6と同じ絶縁材または電解質3のペース
トの印刷を全面に行い、さらに正極1、電解質3、負極
2を繰り返し集積する。そして、図3(C)に示すよう
に、正極1は一端側に露出し、負極2は他端側に露出す
るように、切断代Wをもって切断する。(場合によって
は焼成してもよい。)このように切断して六面体をなす
ように形成した積層体の対向する側面にメッキ、焼き付
け、または蒸着、スパッタリング等の薄膜形成法等によ
り端子電極4、5を形成する。
【0011】〔シート法〕全てシート法による場合は、
正極1や負極2は、集電体となるAlやCu等の金属膜
1a、2aのシートの両面に正極材1bや負極材2bの
層をドクターブレード法により形成することにより作製
しておく。また、電解質を含ませた多孔性高分子フィル
ム、固体電解質シートまたは電解質と多孔性セラミック
スとを混合してバインダと共にフィルム状に形成したシ
ートを準備しておき、これらを交互に、また電池素体ど
うしを並列接続する場合は、正極1と負極2の位置を交
互にずらして、それぞれ複数個の積層型電池分について
重ね、これらのものを所定の大きさにカットし、ホット
プレスにより一体化する。その後、前記同様に端子電極
4、5を形成する。
【0012】〔シート法+スクリーン印刷法〕正極1、
負極2をそれぞれシート法により複数個の積層型電池分
形成しておき、正極シート(または負極シート)上の
面に固体電解質ペーストを印刷し、その上に負極シート
(または正極シート)材を重ねる作業を繰り返し、ホッ
トプレスにより一体化する。その後前記同様に所定の大
きさにカットし、前記端子電極4、5の形成を前記同様
に行う。
【0013】〔厚膜形成法+薄膜形成法〕印刷法あるい
はシート法により形成された複数個の積層型電池分の
極1(または負極2)上に前記蒸着、スパッタリング等
により集電体となる複数個の積層型電池分の金属膜1a
(2a)を層状に形成し、その上にさらに複数個の積層
型電池分の正極1(または負極2)を重ねて形成するよ
うにしてもよい。このように形成すれば、金属膜1a
(2a)を薄くすることができる。その後前記同様に所
定の大きさにカットし、前記端子電極4、5の形成を前
記同様に行う。
【0014】図4(A)は本実施例の積層型電池7を基
板8に半田または導電性接着剤9により接続して固定し
た例を示し、同(B)はホルダ10の端子10a、10
bに端子電極4、5を接触させて電池7をセットした例
を示している。このように、側面に端子電極4、5を形
成したことにより、基板8への実装が容易に行え、ホル
ダ10へのセットも容易に行え、しかも六面体に構成す
ることにより、従来の円柱状の電池に比較し、実装スペ
ースの無駄が少なくなる。
【0015】図5(A)は本発明の他の実施例を示す斜
視図、同(B)は断面図であり、本例のものは、保護の
ための外装体(ケース、ラミネート)11を設けた例で
あり、外装体11は内部構成部材を保護する役目を果た
し、また、電解質として液状のものを用いた場合に、電
解質の蒸発を防止する役目と果たす。端子電極4、5は
外装体11の両端に設けた開口部11aより外面に露出
させている。
【0016】図6(A)は本発明による積層型電池の他
の実施例(直列接続)を示す斜視図、同(B)はその等
価回路図、図7はその断面図である。本実施例は、正極
1、電解質3、負極2、絶縁体12を前記各種方法によ
り順次繰り返し積層し、切断、乾燥後、一方の側面にお
いて接続導体13により各層の隣接する電池素体の正極
1と負極2とを導通させ、両端部の電池素体の正極1、
負極2の端部に端子電極4、5を被着することにより、
各電池素体を直列に接続したものであり、本例によれ
ば、電池素体の数に応じた電圧が得られる。なお、電解
質に固体電解質を用いる場合、ベース6には固定電解質
を用いてもよい。また、本実施例においては、絶縁体を
介して負極2と正極1とを積層しているが、負極2と正
極1との対接する側の各々の負極材2b、正極材1bを
積層せずに、両極の集電体2a、1aを直接積層するこ
とにより、電子素体間を直列接続してもよい。また、上
記各実施例において、図5に示した外装体11で端子電
極4、5以外の部分を覆ってもよい。また、本発明は、
正極、負極、電解質が上記実施例で示したものである場
合に限られず、他の種々の電池に適用できることはいう
までもない。
【0017】
【発明の効果】請求項1によれば、負極、正極及び電解
質が厚膜形成法または薄膜形成法によって薄く形成され
るので、両電極材を多層に形成することにより、両電極
材間に広い対向面積が確保されて高エネルギー密度化が
達成できることは勿論のこと、積層体の端面に端子電極
を形成したので、小型化が達成できる上、従来の電子部
品と同様の実装構造が可能となるので、基板への実装も
容易に行え、ホルダにも容易にセットできる。
【0018】また、積層型電池を六面体形状に形成した
ことにより、実装スペースが向上する。
【0019】請求項2によれば、電池素体どうしを並列
接続したことにより、容量の大きな高エネルギーの電池
を提供可能となる。
【0020】請求項3によれば、電池素体どうしを直列
接続したことにより、高い電圧の電池を提供可能とな
る。
【0021】請求項4によれば、外装体により内部構成
部材が保護され、また電解質として液状のものを用いた
場合に、電解質の蒸発が防止される。
【0022】請求項5によれば、電池素材の切断によっ
て端面への正極、負極の露出が同時に行えるので、端子
電極の形成が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明による積層型電池の一実施例を
示す斜視図、同(B)はその等価回路図である。
【図2】(A)は該実施例の電池の断面図、(B)、
(C)はそれぞれ本実施例の正極、負極を示す断面図で
ある。
【図3】本発明による積層型電池の製造方法の一実施例
を示す工程図である。
【図4】(A)、(B)は本実施例の電池の実装例を示
す側面図である。
【図5】(A)、(B)はそれぞれ本発明による積層型
電池の他の実施例を示す斜視図、断面図である。
【図6】(A)は本発明による積層型電池の他の実施例
を示す斜視図、(B)はその等価回路図である。
【図7】図6の実施例の断面図である。
【符号の説明】
1 正極 1a 集電体用金属膜 1b 正極材 2 負極 2a 集電体用金属膜 2b 負極材 3 電解質 4、5 端子電極 6 ベース 7 電池 8 基板 9 半田または導電性接着剤 10 ホルダ 11 外装体 12 絶縁体 13 接続導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大熊 将義 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (72)発明者 馬目 千里 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (72)発明者 大川 博茂 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (72)発明者 遠藤 敏一 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (72)発明者 田中 祐一 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (72)発明者 折原 正志 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (72)発明者 河田 智明 東京都中央区日本橋一丁目13番1号 テ ィ−ディ−ケイ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−215742(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 2/26 H01M 2/30 H01M 10/04 H01M 6/02 H01M 10/40

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】厚膜または薄膜形成法のいずれかもしくは
    これらを複合した方法を用いて作製される積層型電池で
    あって、複数個の積層型電池分の負極と 電解質または電解質を含
    むセパレータと正極とをそれぞれ複数層重畳して一体化
    し、切断して全体形状が六面体をなす積層体を形成する
    と共に、 該積層体の側面および上下面の少なくともいずれかの端
    面に前記負極および正極にそれぞれ接続された端子電極
    設けて表面実装型に構成したことを特徴とする積層型
    電池。
  2. 【請求項2】請求項1において、積層される各組の電池
    素体を並列に接続したことを特徴とする積層型電池。
  3. 【請求項3】請求項1において、積層される各組の電池
    素体を直列に接続したことを特徴とする積層型電池。
  4. 【請求項4】請求項1ないし3のいずれかにおいて、積
    層体の周囲に外装体を設けたことを特徴とする積層型電
    池。
  5. 【請求項5】厚膜または薄膜形成法のいずれかもしくは
    これらを複合した方法により、複数個の積層型電池分の
    負極と正極とを電解質または電解質を含むセパレータを
    介して積層し、 その積層体を切断して六面体とし、該各六面体のいずれ
    か1以上の端面に負極と正極の端部を露出させ、 正極、負極のそれぞれの端部に接続させて六面体の端面
    に端子電極を被着することを特徴とする積層型電池の製
    造方法。
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