JP3436533B2

JP3436533B2 - 非水電解質電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP3436533B2
Application number: JP2001145064A
Authority: JP
Inventors: 茂生小松; 雅紀北村
Original assignee: 三洋ジ−エスソフトエナジー株式会社; 日本電池株式会社
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2003-08-11
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: JP2002063939A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極間にポリマー
電解質を配置した巻回型の非水電解質電池及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリマー電池は、電解質にポリマー材を
用いた非水電解質電池である。ポリマー材としては、そ
れ自体が非水電解質となるものの他に、ＰＶＤＦ（ポリ
フッ化ビニリデン）やポリエチレンオキサイト，ポリア
クリルニトリル、ポリフッ化ビニリデン等に非水電解液
を含浸させたもの（このように電解液を含浸させて電解
質としたポリマー材を本願では「ポリマー電解質」と称
する）を用いることもできる。このポリマー電解質は、
発電要素の正極と負極の間にそのまま介在させる他、セ
パレータの両面に担持させて、このセパレータを正極と
負極の間に介在させる場合もある。

【０００３】このようなポリマー電池は、非水電解質電
池の安全性を高めるために開発された。即ち、非水電解
質電池は、非水系の電解質を用いるので、電池の異常時
に発熱によって分解しガスを発生するおそれが生じる。
しかし、ポリマー電池は、電解質をポリマー電解質とし
て正負極間に介在させることにより、余剰の電解質を少
なくできるので、このような危険を低減することができ
る。また、発電要素の内部で発生したガスが極間に止ま
ると、このガスによって発電要素が膨らみ、熱伝導性が
悪くなるために内部に熱が籠もって中心部がさらに高温
になるおそれがあるが、ポリマー電池のポリマー電解質
は、接着性が高く正極と負極が確実に固着されるので、
発電要素が膨らむのを防ぎ熱伝導性を確保することがで
きる。

【０００４】上記ポリマー電池の発電要素の構成例を図
３及び図４に示す。この発電要素は、図３に示すよう
に、正極１と負極２とを長円筒形に巻回した巻回型のも
のである。図４に示すように、正極１は、帯状のアルミ
ニウム箔１ａの両面にコバルト酸リチウム等の合材１ｂ
を担持させたものである。また、この正極１の始端に
は、巻回の半周分近くにわたって合材１ｂを担持させな
いアルミニウム箔１ａだけの部分が形成され、このアル
ミニウム箔１ａだけの部分の端部に、図示しない正極端
子との接続のためのタブ状リード３が接続固定されてい
る。負極２は、帯状の銅箔２ａの両面にグラファイト等
の合材２ｂを担持させたものである。この負極２の始端
にも、巻回の半周分以上にわたって合材２ｂを担持させ
ない銅箔２ａだけの部分が形成され、この銅箔２ａだけ
の部分の端部に、図示しない負極端子との接続のための
タブ状リード４が接続固定されている。この負極２は、
電解液を含浸させることによりポリマー電解質となるポ
リマー材６，６を介して、予め両面にセパレータ５，５
を貼り付け、このポリマー材６，６を乾燥させて接着し
てから巻回される。

【０００５】上記正極１と、セパレータ５，５を接着し
た負極２は、この負極２が内周側となるようにそれぞれ
の始端を巻回機の巻芯で挟持して、正極１の両面に電解
液を含浸させることによりポリマー電解質となるポリマ
ー材７，７を塗布しながら巻回を行う。すると、正極１
の合材１ｂが、巻回時に塗布されたポリマー材７と、セ
パレータ５と、予め塗布されたポリマー材６と、を介し
て負極２の合材２ｂに対向することになる。なお、図４
では、正極１のアルミニウム箔１ａに合材１ｂが担持さ
れ始める部分よりも、負極２の銅箔２ａに合材２ｂが担
持され始める部分の方が、巻回の内側となり、かつ、始
端側となるように配置することにより、正極１の合材１
ｂが確実に負極２の合材２ｂと対向するようにしてい
る。これは、非水電解質電池の場合、正極１の合材１ｂ
が負極２の合材２ｂに対向していないと電析が生じるお
それがあるからである。従って、図示していないが、発
電要素の最外周についても、負極２は正極１を覆うよう
に１回多く巻回される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記発電要
素は、正極１と負極２の巻回の最初からポリマー材７，
７を塗布しているために、巻回の始端部にも接着性の高
いポリマー材７が付着する。このため、従来は、正極１
と負極２の始端を挟持した巻芯にこのポリマー材７が付
着し接着するので、巻回の完了後に発電要素から巻芯を
抜き取ることが困難になるという問題が発生していた。

【０００７】また、ポリマー電池は、ポリマー材６，７
が有する電解質だけでは不十分な場合や、ポリマー材
６，７が電解質を含まないものである場合に、電池の組
み立て後に電解液を注液する必要がある。しかし、ポリ
マー電池の場合、正極１と負極２の電極間はポリマー材
６，７が隙間なく充填されているので、注液された電解
液が発電要素の内部に浸透するには長い時間を要する。
しかも、従来は、この発電要素の巻回の始端部にもポリ
マー材７が付着して巻芯部を塞いでいたために、さらに
この電解液の浸透に長時間を要するようになるという問
題もあった。

【０００８】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、電極の巻回の始端部にポリマー材を
塗布しないようにすることにより、巻芯の抜き取りが容
易となり、注液された電解液も浸透し易くなる非水電解
質電池及びその製造方法を提供することを目的としてい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、セパ
レータを介して巻回した正極と負極の間にポリマー電解
質が配置された発電要素を備えた非水電解質電池におい
て、少なくともいずれか一方の電極における巻回の始端
部の表面にポリマー電解質が配置されていないことを特
徴とする。

【００１０】請求項１の発明によれば、少なくともいず
れか一方の電極の巻回の始端部にポリマー電解質が存在
しないので、巻回機の巻芯がこのポリマー電解質と接着
して巻回後に抜き取り難くなるようなことがなくなる。
また、この巻芯部がポリマー電解質で塞がるようなこと
がないので、注液した電解液が巻芯部に入り込み、発電
要素の全体に浸透し易くなる。

【００１１】なお、正極と負極の巻回の始端部は、ポリ
マー電解質を介さずにそのまま巻回したのでは短絡を起
こすので、セパレータを介して巻回する。このセパレー
タは、始端部より後方でポリマー電解質を担持するもの
であってもよいし、始端部にのみ配置されたものであっ
てもよい。また、請求項１でいうポリマー電解質には、
セパレータに担持されたものの他、ポリマー単独で層状
をなしたものであってもよい。

【００１２】請求項２の発明は、一方の電極と、両面に
ポリマー電解質を介して帯状のセパレータを接着した他
方の電極とを巻回し、これらの電極間にもポリマー電解
質を配置した発電要素を備えた非水電解質電池におい
て、一方の電極における少なくとも巻回の始端部の表面
にポリマー電解質が配置されていないことを特徴とす
る。

【００１３】請求項２の発明によれば、巻回の始端部で
は、他方の電極とセパレータとの間にポリマー電解質が
介在するが、巻回機の巻芯は、このポリマー電解質と直
接接するのではなく、セパレータを介して接することに
なる。また、この他方の電極とセパレータとの間のポリ
マー電解質は、事前に乾燥させておくことができるの
で、その場合には、電解液を含浸していないポリマー材
が巻芯に接着することもなくなる。さらに、一方の電極
は、巻回の始端部にポリマー電解質が配置されないの
で、この電極の始端を係止する巻芯にポリマー電解質が
接着することもなくなる。従って、この巻芯が巻回後に
発電要素から抜き取り難くなるようなおそれは生じな
い。また、この巻芯部がポリマー電解質で塞がるような
こともないので、注液した電解液が巻芯部に入り込み、
発電要素の全体に浸透し易くなる。

【００１４】請求項３のポリマー電池の製造方法の発明
は、一方の電極と、電解液を含浸させることによりポリ
マー電解質となるポリマー材を介して両面に帯状のセパ
レータを接着した他方の電極とを重ね合わせ、これらの
始端を巻芯に係止して巻回し、これらの電極の始端部を
巻回した後に、片方又は双方の電極の表面又はこの電極
に接着されたセパレータの外面に電解液を含浸させるこ
とによりポリマー電解質となるポリマー材を塗布しなが
ら巻回を行い、電池の組み立て後に電解液を注入するこ
とを特徴とする。

【００１５】請求項３の発明によれば、他方の電極の両
面のポリマー材はセパレータで覆われ、この他方の電極
と一方の電極の巻回の始端部にはポリマー材が塗布され
ないので、このポリマー材が巻回機の巻芯に接着するよ
うなことがなくなり、巻回後にこの巻芯が発電要素から
抜き取り難くなるようなことがなくなる。また、この巻
芯部がポリマー材の塗布によって塞がれるようなことも
ないので、発電要素に注液した電解液がここに入り込
み、発電要素の全体に浸透し易くなる。

【００１６】請求項４のポリマー電池の製造方法の発明
は、第１の電極と、電解液を含浸させることによりポリ
マー電解質となるポリマー材を介して両面に帯状のセパ
レータを接着した第２の電極のいずれか一方の電極の始
端を巻芯に係止して巻回し、この一方の電極の始端部を
巻回してから、この電極に他方の電極の始端を重ね合わ
せて始端部を巻回した後に、片方又は双方の電極の表面
又はこの電極に接着されたセパレータの外面に電解液を
含浸させることによりポリマー電解質となるポリマー材
を塗布しながら巻回を行い、電池の組み立て後に電解液
を注入することを特徴とする。

【００１７】請求項４の発明によれば、第２の電極の両
面のポリマー材はセパレータで覆われ、この第２の電極
と第１の電極の巻回の始端部にはポリマー材が塗布され
ないので、このポリマー材が巻回機の巻芯に接着するよ
うなことがなくなり、巻回後にこの巻芯が発電要素から
抜き取り難くなるようなことがなくなる。また、この巻
芯部がポリマー材の塗布によって塞がれるようなことも
ないので、発電要素に注液した電解液がここに入り込
み、発電要素の全体に浸透し易くなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１〜図２は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は発電要素の電極の巻回始端部を示す
横断面図、図２は発電要素の電極の巻回始端部の他の構
成を示す横断面図である。なお、図３〜図４に示した従
来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記
する。

【００２０】本実施形態は、従来例と同じポリマー電池
の発電要素について説明する。この発電要素は、図３に
示したように、正極１と負極２とを長円筒形に巻回した
巻回型のものである。また、正極１と負極２も、従来例
と同様の構成であり、この負極２の両面に予めセパレー
タ５，５がポリマー材６，６を介して接着されている構
成も同じである。

【００２１】上記発電要素は、まずセパレータ５，５を
接着した負極２の始端を図示しない巻回機の巻芯で挟持
して巻回する。次に、この巻回した負極２の外周側のセ
パレータ５の外面に正極１の始端を重ね合わせて巻芯で
係止し、さらに巻回する。従って、図１では、負極２の
合材２ｂが担持されていない銅箔２ａだけの部分が半周
程度巻回されてから、その外周側に正極１の合材１ｂが
担持されていないアルミニウム箔１ａだけの部分が遅れ
て巻回される。そして、従来例でも説明したように、先
に負極２の合材２ｂが担持された部分が巻回され始めて
から、少し遅れて正極１の合材１ｂが担持された部分が
巻回されるようになる。

【００２２】なお、図１では、負極２の始端部を直ちに
折り曲げて巻回する場合について示したが、図２に示す
ように、この負極２の始端部を真っ直ぐにしたままで巻
回を行うようにすることもできる。また、図１では、負
極２の両面の始端までポリマー材６を介してセパレータ
５を接着している場合について示したが、図２に示すよ
うに、始端部には、ポリマー材６を介したセパレータ５
は接着しないようにすることもできる。この図２の場
合、負極２の銅箔２ａにタブ状リード４を接続固定した
部分の両面にセパレータ５を接着していない。もっと
も、このような負極２の始端部は、薄い金属板からなる
タブ状リード４が接続固定されているために、同じ負極
２に接着されたセパレータ５に接触して傷付けるおそれ
があるので、丈夫な絶縁シートでこのような始端部を覆
うようにしてもよい。

【００２３】正極１と負極２の巻回が開始されると、こ
の正極１の合材１ｂが担持された部分の巻き付けが始ま
るあたりから、正極１の両面にポリマー材７，７の塗布
が開始され、以降は、このポリマー材７，７を塗布しな
がら巻回が行われる。このように巻回が行われると、正
極１の合材１ｂは、巻回時に塗布されたポリマー材７
と、セパレータ５と、予め塗布されたポリマー材６と、
を介して負極２の合材２ｂと対向することになる。しか
も、正極１の始端部の合材１ｂが担持されていないアル
ミニウム箔１ａの部分や、負極２の始端部における合材
２ｂが担持されていない銅箔２ａの両面をポリマー材
６，６を介して覆うセパレータ５，５の外面には、ポリ
マー材７が介在しないので、これら正極１と負極２の始
端を係止する巻回機の巻芯にポリマー材７が接着するよ
うなことがなくなる。しかも、この巻芯が正極１や負極
２の始端を係止する巻芯部は、ポリマー材７が塗布され
ないために、巻回後も空隙として残ることになる。

【００２４】従って、上記巻回作業が完了すると、発電
要素から巻芯を速やかに引き抜くことができるようにな
る。また、この発電要素の巻芯部は、空隙となるので、
電池の組み立て後に電解液を注入すると、この電解液が
巻芯部の空隙に入り込み、迅速に発電要素の内部に浸透
するようになり、ポリマー材６，７は、この電解液を含
浸してポリマー電解質となる。これらの正極１と負極２
の始端部では、少なくとも巻回機の巻芯に直接接触する
面には、ポリマー材７を塗布しないようにする。このポ
リマー材７を塗布しない範囲は、巻芯の係止方法によっ
て異なるが、本実施形態の場合であれば、負極２の内周
側に接着されたセパレータ５の内周面では始端から１周
回半以上必要であり、この負極２の外周側に接着された
セパレータ５の外周面では始端から半周回以上必要とな
る。また、この負極２よりも半周ほど遅れて巻回される
正極１は、巻芯が係止する始端付近の両面にポリマー材
７が塗布されていなければよい。

【００２５】この結果、本実施形態によれば、発電要素
を巻回作業後に巻回機から容易に取り外すことができる
ようになり、また、ポリマー電池への電解液の注液時に
も、この電解液を発電要素の内部に迅速に浸透させるこ
とができるので、生産性の向上を図ることができる。

【００２６】なお、上記実施形態では、負極２の始端部
を約半周巻回してから正極１を巻回する場合について説
明したが、この負極２だけの巻回数は特に限定されず、
さらに多くの回数を巻回することもできる。また、上記
実施形態では、負極２の始端よりも送れて正極１の始端
を巻芯で係止する場合について説明したが、これら負極
２と正極１の始端は、同時に巻芯で係止するようにして
もよい。さらに、上記実施形態では、正極１や負極２の
始端部に合材１ｂ，２ｂが担持されずに、アルミニウム
箔１ａや銅箔２ａが露出している場合を示したが、タブ
状リード３，４の接続固定等に支障がない限り、始端ま
で合材１ｂ，２ｂが担持された正極１や負極２を用いる
こともできる。

【００２７】また、上記実施形態では、予め負極２の両
面にポリマー材６，６を介してセパレータ５，５を接着
する場合について説明したが、正極１の両面にポリマー
材６，６を介してセパレータ５，５を接着しておくこと
もできる。また、セパレータ５の両面にポリマー材６，
７を塗布しながら、このセパレータ５を介して正極１と
負極２を巻回することもできる。この場合、セパレータ
５の巻回の始端部にポリマー材６，７を塗布しないよう
にすれば、少なくとも正極１又は負極２における巻回の
始端部の表面にポリマー材６，７を接着しないようにす
ることができる。さらに、正極１と負極２にポリマー材
を塗布しながら直接巻回することもできるが、これらの
正極１と負極２の巻回の始端部にはポリマー材を塗布し
ないようにする必要があるので、この部分には絶縁のた
めのセパレータを別途挟み込む。

【００２８】また、上記実施形態では、正極１と負極２
との間の全体にポリマー材６，７を層状に配置する場合
について説明したが、これら正極１と負極２との間の一
部にのみポリマー材６，７を配置することもできる。さ
らに、上記実施形態では、ポリマー電池の発電要素につ
いて説明したが、正極１と負極２との間にポリマー材を
配置したポリマー電池以外の非水電解質電池にも同様に
実施可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の非水電解質電池及びその製造方法によれば、正極や負
極の巻回の始端部にポリマー電解質が配置されないの
で、巻回機の巻芯がこのポリマー電解質と接着して巻回
後に抜き取り難くなるようなことがなくなる。また、こ
の巻芯部がポリマー電解質で塞がるようなことがないの
で、注液した電解液がここに入り込み、発電要素の全体
に浸透し易くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、発電
要素の電極の巻回始端部付近を示す部分横断面図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、発電
要素の電極の巻回始端部の他の構成を示す横断面図であ
る。

【図３】発電要素の巻回工程を示す斜視図である。

【図４】従来例を示すものであって、発電要素の電極の
巻回始端部付近を示す部分横断面図である。

【符号の説明】

１正極２負極５セパレータ６ポリマー材７ポリマー材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北村雅紀京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町１番地日本電池株式会社内 (56)参考文献特開平11−54111（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/40 H01M 4/00 - 4/04 H01M 6/16 - 6/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】セパレータを介して巻回した正極と負極
の間にポリマー電解質が配置された発電要素を備えた非
水電解質電池において、少なくともいずれか一方の電極における巻回の始端部の
表面にポリマー電解質が配置されていないことを特徴と
する非水電解質電池。
【請求項２】一方の電極と、両面にポリマー電解質を
介して帯状のセパレータを接着した他方の電極とを巻回
し、これらの電極間にもポリマー電解質を配置した発電
要素を備えた非水電解質電池において、一方の電極における少なくとも巻回の始端部の表面にポ
リマー電解質が配置されていないことを特徴とする非水
電解質電池。
【請求項３】一方の電極と、電解液を含浸させること
によりポリマー電解質となるポリマー材を介して両面に
帯状のセパレータを接着した他方の電極とを重ね合わ
せ、これらの始端を巻芯に係止して巻回し、これらの電極の始端部を巻回した後に、片方又は双方の
電極の表面又はこの電極に接着されたセパレータの外面
に電解液を含浸させることによりポリマー電解質となる
ポリマー材を塗布しながら巻回を行い、電池の組み立て
後に電解液を注入することを特徴とする非水電解質電池
の製造方法。
【請求項４】第１の電極と、電解液を含浸させること
によりポリマー電解質となるポリマー材を介して両面に
帯状のセパレータを接着した第２の電極のいずれか一方
の電極の始端を巻芯に係止して巻回し、この一方の電極の始端部を巻回してから、この電極に他
方の電極の始端を重ね合わせて始端部を巻回した後に、
片方又は双方の電極の表面又はこの電極に接着されたセ
パレータの外面に電解液を含浸させることによりポリマ
ー電解質となるポリマー材を塗布しながら巻回を行い、
電池の組み立て後に電解液を注入することを特徴とする
非水電解質電池の製造方法。