JP3556636B2 - 平板状二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電を繰り返しても撚りが生じ難く、高体積エネルギー密度の平板状二次電池及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やノートブック型パソコン等の電子機器の高性能化や小型化は目覚ましい進歩を遂げているが、これらの電子機器の小型、軽量化のベース技術の一つには、電源となる二次電池の高性能化を挙げることができるが、更なる高性能化が要求されていることから、より高度の要求性能が求められるようになった。
【０００３】
特に、非水系リチウムイオン二次電池は、電池電圧が高く、高放電容量やリサイクル特性等に優れていることから、上記の様な用途に使用されるよう、近年、特に盛んに研究されるようになった。
【０００４】
また、外装材にアルミニウム製の缶やラミネートフィルムを用いた薄型の平板状二次電池の開発が高体積エネルギー密度であることから特に注目されている。
【０００５】
ところが、この様に薄型の平板状二次電池として構成された二次電池は、充放電に伴う電極の膨張収縮により電極群内で応力が発生して、特に薄型に巻き折りされた電極群では不適切に撚れ易いために、電池形状が変形して凹凸が生じたり、曲折されて、狭い電池収納ボックス内に収納された電池が取り出し難くなったり、収納され難くなったり、更には、体積当たりのエネルギー容量の低下やサイクル特性にも悪影響を及ぼしたりする等の問題が生じた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極の膨張収縮による電極群の撚れを抑制することができる平板状の二次電池の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、充放電に伴う電極の膨張収縮による電極群の撚れを防止するために、電極群の巻き軸方向に空隙部を設けることにより、変形応力を吸収することにより撚れの発生を解決することができるとの知見に基づき本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明の平板状二次電池は、正極、電解質層および負極とを順次積層した帯状積層体を巻回した断面形状が偏平状の電極群を外装材で被覆した平板状二次電池において、前記偏平状電極群の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に隣りあう２つの前記帯状積層体間に空隙部が形成されるように配置されたこと、を特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のもう一つの発明である平板状二次電池の製造方法は、正極と負極との間にセパレータを介在させた帯状積層体を隣り合う前記帯状積層体間にスペーサを挟んで円筒状に巻いた後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群を形成する工程と、この電極群に非水電解液を含浸させる工程と、スペーサを抜き取る工程と、前記電極群を外装材内に密封して平板状二次電池を製造すること、を特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［Ｉ］ 平板状二次電池
（１） 構造の概要
本発明の平板状二次電池１は、図１及び図２に示すように、下記の部材（ｉ）〜（ｉｖ）を具備するもので、前記電極群６の巻き軸７の長さ方向と直角の断面における長軸線Ｌ上に空隙部８を形成させたものである。
【００１１】
部材（ｉ）： 正極集電体及び前記正極集電体の片面若しくは両面に担持される正極活物質層を含むシート状正極３と、負極集電体及び前記負極集電体の片面若しくは両面に担持され、電解質イオンを吸蔵、放出する材料を含む負極活物質層を含むシート状負極５と、前記正極３及び前記負極５の間に配置されるシート状セパレータ５とを積層した帯状積層体９を巻き折りして、巻き軸７の長さ方向と直角の断面における長軸線Ｌ上の少なくとも一箇所に空隙部８を形成させた断面形状が偏平状の電極群６
部材（ｉｉ）： 前記電極群６に含浸される溶媒
部材（ｉｉｉ） ： 前記溶媒に溶解された電解質
部材（ｉｖ）： 前記電極群６が収納される外装材２
（２） 構造の具体的説明
本発明の平板状二次電池１を、図面を挙げて詳細に説明するに当たり、特に好適な非水電解質電池の１つである薄型リチウムイオン電池を挙げて、以下に具体的に説明する。
【００１２】
図１は、薄型リチウムイオン二次電池の断面図を示す模式図である。
この平板状二次電池１は、前記正極３、前記負極５及び前記セパレータ４からなる帯状積層体が必ずしも一体化されていなくても良いが、以下の条件（ａ）又は条件（ｂ）にて説明するような条件下で一体化されたものであることが好ましい。
【００１３】
条件（ａ）： 前記正極３及び前記セパレータ４がこれらの境界の少なくとも一部に存在させた接着性を有する高分子により一体化されていると共に、前記負極５及び前記セパレータ４がこれらの境界の少なくとも一部に存在させた接着性を有する高分子により一体化されている。特に、前記正極３及び前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在させた接着性を有する高分子により一体化されていると共に、前記負極５及び前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在させた接着性を有する高分子により一体化されていることが望ましい。
【００１４】
条件（ｂ）： 前記正極３、前記負極５及び前記セパレータ４からなる帯状積層体が、前記正極３及び前記負極５に含まれる結着剤を熱硬化させることにより一体化されている。
この条件（ａ）又は条件（ｂ）の構成とすることによって、外装材２の膨れをより一層低減化させることができるので好ましい。
【００１５】
性 能
また、前記平板状二次電池１は、電池容量（Ａｈ）と１ｋＨｚの電池内部インピーダンス（ｍΩ）の積が１０〜１１０ｍΩ・Ａｈ、好ましくは２０〜６０ｍΩ・Ａｈの範囲内であることが望ましい。
【００１６】
容量とインピーダンスの積を前記範囲内にすることによって、大電流充放電サイクル特性をより一層向上させることができる。ここで電池容量とは、公称容量或いは０．２Ｃで放電した際の放電容量である。
【００１７】
電池容量とインピーダンスの積を１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲内にした平板状二次電池１は、例えば、後述する製造法（Ｉ）により、或いは、後述する製造法（ＩＩ）により製造することができる。
但し、製造法（Ｉ）においては、接着性高分子の添加量、接着性高分子の分布及び初充電条件を、電池容量とインピーダンスの積が１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲内となるように設定することが必要である。
【００１８】
また、製造法（ＩＩ）においては、電極群を成形する際の温度とプレス圧、及び、初充電条件を、電池容量とインピーダンスの積が１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲となるように設定することが必要である。
【００１９】
（３） 構成部材
（Ａ） 正 極
正極は、正極活物質に導電剤及び結着剤を適当に溶媒に懸濁させ、この懸濁物をアルミニウム箔等の集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより製作される。
【００２０】
正極活物質
前記正極活物質は、種々の酸化物、硫化物を挙げることができる。具体的には、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４又はＬｉＭｎＯ２）、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１−ｘＣｏｘＯ２）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎＯ４）、バナジウム酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）等を挙げることができる。また、導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料等の有機材料も挙げることができる。
【００２１】
より好ましい正極活物質としては、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎｘＣｏ１−ｘＯ２）等を挙げることができる。
【００２２】
導電剤
前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００２３】
結着剤
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム等を挙げることができる。
【００２４】
配合比
前記正極活物質、導電剤、及び、結着剤の配合比は、一般に、正極活物質５０〜９５重量％、導電剤０〜４５重量％、結着剤０．５〜２０重量％の範囲内で用いられるが、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲内で用いることが好ましい。
【００２５】
（Ｂ） 電解質層
電解質層は、正極と負極との間での電子伝導を妨げ、かつ、リチウムイオン伝導性を持つものである。通常、電解質及び非水溶媒からなる電解液を多孔質材料からなるセパレータ中に保持させたものを使用するが、電解液に代えて高分子中に電解液を含有させた高分子ゲル状電解質を用いることもできる。また、この高分子ゲル状電解質、高分子中に電解質だけを含有させた高分子固体電解質あるいはリチウムイオン伝導性の無機固体電解質を使用する場合には、セパレータを用いずにこれらの材料のみで電解質層とすることもできる。
【００２６】
セパレータ
前記セパレータとしては、公知のセパレータを挙げることができるが、例えば合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム等を用いることが好ましい。
【００２７】
非水溶媒
具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等の環状カーボネートや、環状カーボネートと環状カーボネートより低粘度の非水溶媒（以下第２の溶媒）との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いることが好ましい。
【００２８】
上記第２の溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン等の鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等を挙げることができる。
【００２９】
電解質
電解質としては、アルカリ塩を挙げることができるが、特にリチウム塩が好ましい。
【００３０】
リチウム塩としては、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）等を挙げることができる。特に六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）を用いることが好ましい。
【００３１】
（溶解量）
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は０．５〜２．０モル／リットルとすることが好ましい。
【００３２】
高分子ゲル状電解質
高分子ゲル状電解質としては、前記溶媒と前記電解質を高分子材料に溶解しゲル状にしたもので、高分子材料としてはポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等の単量体の重合体又は他の単量体との共重合体を挙げることができる。
【００３３】
高分子固体電解質
高分子固体電解質としては、前記電解質を高分子材料に溶解し、固体化したものである。
高分子材料としては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等の単量体の重合体又は他の単量体との共重合体を挙げることができる。
【００３４】
無機固体電解質
無機固体電解質としては、リチウムを含有したセラミック材料を挙げることができる。中でもＬｉ３Ｎ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２ガラス等を挙げることができる。
【００３５】
（Ｃ） 負 極
負極としては、負極活物質に導電剤及び結着剤を適当に溶媒に懸濁させ、この懸濁物を銅箔等の集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより製作される。
【００３６】
（ａ） 懸濁物
負極活物質
負極活物質としては、炭素質物を挙げることができる。前記炭素質物としては、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素等の黒鉛質材料若しくは炭素質材料、熱硬化製樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ、メソフェーズ系炭素繊維、メソフェーズ小球体等（特に、メソフェーズ系炭素繊維は容量や充放電サイクル特性が高くなるので好ましい。）を一般に５００〜３０００℃、好ましくは２０００〜３０００℃の温度で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料又は炭素質材料等を挙げることができる。
【００３７】
導電剤
前記導電剤としては、公知の導電剤を挙げることができるが、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を用いることが好ましい。
【００３８】
結着剤
前記結着剤としては、公知の結着剤を挙げることができるが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることが好ましい。
【００３９】
（ｂ） 帯状電極
集電体
前記負極層は、前述したリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素物質を含むものの他に、アルミニウム、マグネシウム、錫、珪素等の金属か、金属酸化物か、金属硫化物か、若しくは、金属窒化物から選ばれる金属化合物や、リチウム合金等の集電体を含むものであっても良い。
【００４０】
前記金属酸化物としては、例えば、錫酸化物、珪素酸化物、リチウムチタン酸化物、ニオブ酸化物、タングステン酸化物等を挙げることができる。
【００４１】
前記金属硫化物としては、例えば、錫硫化物、チタン硫化物等を挙げることができる。
【００４２】
前記金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。
【００４３】
前記リチウム合金としては、例えば、リチウムアルミニウム合金、リチウム錫合金、リチウム鉛合金、リチウム珪素合金等を挙げることができる。
【００４４】
塗布、乾燥、プレス
前記懸濁物を前記集電体に１０〜５０００μｍの厚みで塗布し、５０〜２００℃の温度で乾燥した後、０．１〜１０ｔ／ｃｍ２の圧力でプレスすることにより帯状電極とすることができる。
【００４５】
（Ｄ） 接着性を有する高分子
前記接着性を有する高分子としては、非水電解液を保持した状態で高い接着性を維持できるものであることが望ましい。係る高分子は、リチウムイオン伝導性が高いとより一層好ましい。
【００４６】
具体的には、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることができる。これらの中でも特にポリフッ化ビニリデンが好ましい。
【００４７】
ポリフッ化ビニリデンは非水電解液を保持することができ、非水電解液を含むと一部ゲル化を生じるため、イオン伝導度を向上させることができる。
前記接着性を有する高分子は、正極、負極、セパレータの空隙内において微細な孔を有する多孔質構造をしていることが好ましい。この多孔質構造を有する接着性を有する高分子は、非水電解液を保持することができる。
【００４８】
（Ｅ） 外装材
前記電極群と電解質とを被覆する外装材としては、樹脂層を含む第１の外装材か、第２の外装材が用いられる。
【００４９】
この第１の外装材及び第２の外装材は、軽量であるために電池重量当たりのエネルギー密度を高くすることができるものの、可撓性を有するために電極群又は非水電解液から発生するガスにより変形し易い。
【００５０】
第１の外装材
第１の外装材に含まれる樹脂層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等から形成することができる。具体的には、前記第１の外装材は、金属層と、該金属層の両面に配置された保護層とが一体化されたシートからなる。
【００５１】
前記金属層は、水分を遮断する役割をなす。前記金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。これらの中でも、軽量で、水分を遮断する機能が高いアルミニウムを使用することが好ましい。
【００５２】
前記金属層は、１種類の金属から形成しても良いが、２種類以上の金属管を一体化させたものから形成しても良い。 前記金属層の両面に配置された２つの保護層の内、外部と接する外部側の保護層は前記金属層の損傷を防止する役割をなす。この外部側の保護層は、１種類の樹脂層、若しくは２種類以上の樹脂層から形成されている。
【００５３】
一方、内部側の保護層は、前記金属層が非水電解液により腐食されるのを防止する役割を担っている。
この内部側の保護層は、１種類の樹脂層、若しくは、２種類以上の樹脂層から形成されている。また、かかる内部側の保護層の表面には熱融着性樹脂を配することができる。
【００５４】
第２の外装材
前記第２の外装材には、例えば金属缶、又は、水分を遮断する機能を有するフィルムを用いることができる。
【００５５】
前記金属缶としては、例えば、鉄ステンレス、アルミニウムから形成することができる。
【００５６】
一方、前記水分を遮断する機能を有するフィルムとしては、例えば、金属層と、前記金属層の少なくとも一部に形成された可撓性を有する合成樹脂層とを含むラミネートフィルムを挙げることができる。
【００５７】
前記金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。これらの中でも、軽量で、水分を遮断する機能が高いアルミニウムを使用することが好ましい。
【００５８】
また、合成樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。
【００５９】
［ＩＩ］ 平板状二次電池の製造方法
（１） 円筒状多層電極群の作製
（Ａ） 円筒状多層体の作製
図１及び図２に示すような、本発明の平板状二次電池１を製造するには、図３に示すように、シート状の正極とシート状の負極との間にシート状のセパレータを介在させた帯状積層体９を形成し、その帯状積層体９の中心部分を空洞にした円筒状に巻いて、この円筒状多層体１０よりなる電極群６を形成する。
【００６０】
（Ｂ） スペーサーの挿入
その際に、先ず帯状積層体９を円筒状に多数層巻いた段階で、図３に示すように、その外側に棒状のスペーサー１２を挟んで更に巻き取ることにより、外側層部分の円筒状中心部１３ａと、内側層部分の円筒状中心部１３ｂとが一致していない複数の中心部を持った円筒状多層体１０よりなる断面形状が略円筒状の電極群６を作製する。
【００６１】
次に、前記、外側層部分の円筒状中心部と、内側層部分の円筒状中心部とが一致していない円筒状多層体１０よりなる断面形状が略円筒状の電極群６の中に挟まれたスペーサー１２を抜き取る。
【００６２】
前記円筒状多層体１０を形成する際に、挟まれる棒状のスペーサー１２の幅（円筒の半径方向）は、多層に巻いた円筒状多層体１０の電極群６の直径に対して太さが０．５〜１０％の範囲内のものが使用されることが好ましい。
【００６３】
（２） 偏平状電極群の作製
次いで、図４に示すように、略円筒状の電極群６の側面からプレス１５ａ、１５ｂにより押圧して、図２に示すように、略円筒状の電極群６の断面形状を両側端が半円形で中央部分が平板状の偏平状の電極群６に変形させる。
【００６４】
（３） 電解質溶液の含浸
そして、この偏平状の電極群６に接着性を有する高分子を溶媒に溶解させた電解質溶液を含浸させる。
【００６５】
（４） 収 納
更に、これら偏平状の電極群６及び電解質溶液を外装材２に収納し、密封することにより、図１に示すような、平板状の二次電池１を製造することができる。
【００６６】
（５） 充 電
この平板状の二次電池１を３０〜８０℃、好ましくは３０〜６０℃の温度条件下で０．０５〜０．５Ｃ、好ましくは０．１〜０．３Ｃで充電を施すことにより二次電池とすることができる。
【００６７】
［ＩＩＩ］ 好適な平板状二次電池の製造
本発明の平板状二次電池１を製造する方法において、前述の通り、電池容量とインピーダンスの積を１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲内にするためには、以下に記載する製造法（Ｉ）、或いは、製造法（ＩＩ）により製造することが好ましい。
【００６８】
（１） 製造方法（Ｉ）
上記製造方法（Ｉ）は、正極３と負極５との間に多孔質シートをセパレータ４として介在させて得た帯状積層体１０を円筒状に多層に巻く際に、スペーサー１２を挟んで巻いた後、スペーサー１２を抜き取った後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群６を作製する第１工程と、この電極群６に接着性を有する高分子を溶媒に溶解させた溶液を含浸させる第２工程と、これを乾燥させる第３工程と、非水電解液を電極群に含浸させる第４工程と、この電極群６を外装材内に密封することにより薄型非水電解液二次電池を組み立てる第５の工程と、この二次電池を３０〜８０℃の温度条件下で０．０５〜０．５Ｃで充電を施す第６工程とからなる方法である。但し、本発明の平板状二次電池１の製造方法は本発明の範囲にあるものであれば上記の形態に限定されるものではない。
上記製造方法（Ｉ）に付いて、更に具体的に述べる。
【００６９】
＜製造方法（Ｉ）＞
（第１工程）
正極３及び負極５の間にセパレータ４として多孔質シートを介在させて帯状積層体１０作製する。そして、その帯状積層体９の中心部分を空洞にした円筒状に巻いて、この円筒状多層体１０よりなる電極群６を形成する。
【００７０】
前記電極群６は、図３に示すように、正極３と負極５の間に接着性を有する高分子未保持のセパレータ４を介して渦巻状に捲回する。
【００７１】
この様な方法で製作すると後述する第２工程において、正極３、負極５及びセパレータ４に接着性を有する高分子の溶液を浸透させつつ、正極３とセパレータ４の境界及び負極とセパレータ４の境界全体に前記水溶液が浸透するのを防止することができる。
【００７２】
その結果、正極３、負極５及びセパレータ４に接着性を有する高分子を点在させることが可能となると共に、正極３とセパレータ４の境界及び負極５とセパレータ４の境界に接着性を有する高分子を点在させることができる。
【００７３】
正極３と負極５の間に接着性を有する高分子未保持のセパレータ４を介して捲回された渦巻状の前記電極群６は、捲回中心軸１１を回転の中心として電極群６の回転方向に回転させると共に、正極３、負極５及びセパレータ４の捲回中心軸を回転に合わせて送り込むことで図３に示すように渦巻状に捲回される。捲回中心軸１１に、前記の電極間の空隙部８を開けようとする総数が巻き取られた後、渦巻状に巻き取られている電極群６の外側にスペーサー１２を挿入する。
【００７４】
その後、捲回中心軸１１を回転中心として回転させると、図４に示すように途中にスペーサー１２が層に挿入された状態で巻き取られた電極群６が得られる。この時、スペーサー１２は電極群６が１層若しくは２層巻き取られた時点で挿入されることが好ましい。これは前記電極群６中の空隙部８の位置が、電極群６のより内側にある方が最終的に巻き取られる電極の全長を長く取ることができ、電池容量を大きくすることができるためである。また、前記電極群６中の空隙部の位置が、電極群６のより内側にある方が電極群６中の応力をより効果的に緩和することができ、電極群６の撚りを小さくできることも挙げることができる。
【００７５】
捲回中心軸１１及びスペーサー１２の形状は円柱形状や角柱形状、その他の軸対象の形状であっても構わない。また、正極３、負極５及びセパレータ４は捲回中心軸１１に示すように、必ずしも一方向から組み合わされた状態で送り込まれる必要はない。捲回装置の構造に合わせて、正極３、負極５及びセパレータ４が多方向から別々に送り込まれ、捲回中心軸１１に巻き取られながら、同時に組み合わされていくという機構であっても良い。
【００７６】
前記正極３は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。前記正極活物質、導電剤、結着剤及び集電体としては、前述した（Ａ）正極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【００７７】
前記負極５は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で１回プレスもしくは２〜５回多段階プレスすることにより作製される。
【００７８】
前記炭素質物、結着剤及び集電体としては、前述した（Ｃ）負極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
前記セパレータ４に使用した多孔質シートとしては、前述した（Ｂ）電解質層の欄で説明したのと同様なものを用いることができる。
【００７９】
前記帯状積層体９にスペーサー１２を挿入して円筒状多層体１０よりなる電極群６は、図４に示すように、それをプレス等を用いて押圧して、図２に示すような、断面形状が偏平状の電極群６を形成させる。
【００８０】
その偏平状電極群６の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に少なくとも一箇所の空隙部８を形成させると共に、その空隙部８の断面の長さｄが、偏平状電極群６の断面の最外周の長さＬに対して２．５〜１０％、特に２．５〜５．０％の範囲内となるように形成させることが好ましい。この数値範囲よりも小さいと電極群６の膨張収縮が大きい時に緩和できなくなるおそれがある。この数値範囲よりも大きいと電極群６の密度が低下して電池容量が低下するおそれがある。
【００８１】
この空隙部８の形成される個所は、偏平状電極群６の１層目や２層目、或いは、多層で構成される電極群６の中心に近い層中に存在することが好ましい。このような構造とすることにより、充放電に伴う電極群６の膨張収縮を電極群中の空隙部により緩和することができ、電池形状の維持が可能となる。
【００８２】
（第２工程）
袋状に加工された外装材内に前記電極群６を積層面が開口部から見えるように収納する。溶媒に接着性を有する高分子を溶解させることにより得られた溶液を開口部から前記外装材内の電極群６に注入し、前記溶液を前記電極群６に含浸させる。
【００８３】
前記外装材２としては、前述した（Ｅ）外装材の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
前記接着性を有する高分子としては、前述した（Ｄ）の接着性を有する高分子の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。特に、ＰＶｄＦが好ましい。
【００８４】
前記溶媒には、沸点が２００℃以下の有機溶媒を用いることが望ましい。かかる有機溶媒としは、例えば、ジメチルフォルムアミド（沸点１５３℃）を挙げることができる。
【００８５】
有機溶媒の沸点が２００℃を越えると、後述する真空乾燥の温度を１００℃以下にした際、乾燥時間が長く掛かる恐れがある。
【００８６】
また、有機溶媒の沸点の下限値は、５０℃にすることが好ましい。有機溶媒の沸点を５０℃未満にすると、前記溶液を電極群に注入している間に前記有機溶媒が蒸発してしまう恐れがある。沸点の上限値は、１８０℃にすることがさらに好ましく、また、沸点の下限値は１００℃にすることがさらに好ましい。
【００８７】
前記溶液中の接着性を有する高分子の濃度は、０．０５〜２．５重量％の範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記濃度を０．０５重量％未満にすると、正負極３，５及びセパレータ４を十分な強度で接着することが困難になる恐れがある。
【００８８】
一方、前記濃度が２．５重量％を越えると、非水電解液を保持できるだけの十分な多孔度を得ることが困難になって電極の界面インピーダンスが著しく大きくなる恐れがある。界面インピーダンスが増大すると、容量及び大電流放電特性が大幅に低下する。濃度のより好ましい範囲は、０．１〜１．５重量％である。
【００８９】
前記溶液の注入量は、前記溶液の接着性を有する高分子の濃度が０．０５〜２．５重量％である場合、電池容量１００ｍＡｈ当たり０．１〜２ｍｌの範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記注入量を０．１ｍｌ未満にすると、正極３、負極５及びセパレータ４の密着性を十分に高めることが困難になる恐れがある。一方、前記注入量が２ｍｌを越えると、二次電池のリチウムイオン伝導度の低下や、内部抵抗の上昇を招く恐れがあり、放電容量、大電流放電特性及び充放電サイクル特性を改善することが困難になる恐れがある。前記注入量のより好ましい範囲は、電池容量１００ｍＡｈ当たり０．１５〜１ｍｌである。
【００９０】
（第３工程）
前記電極群６に真空乾燥を施すことにより前記溶液中の溶媒を蒸発させ、前記正極３、負極５及びセパレータ４の空隙内に接着性を有する高分子を存在せしめる。この工程により、前記正極３と前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在する接着性を有する高分子により接着されると共に、前記負極５と前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在する接着性を有する高分子により接着される。また、この真空乾燥により前記電極群６中に含まれる水分の除去を同時に行うことができる。
【００９１】
なお、前記電極群６は、微量の溶媒を含むことを許容する。
前記真空乾燥は、１００℃以下で行うことが好ましい。これは次のような理由によるものである。真空乾燥の温度が１００℃を越えると、前記セパレータ４が大幅に熱収縮する恐れがある。熱収縮が大きくなると、セパレータ４が反るため、正極３、負極５及びセパレータ４を強固に接着することが困難になる。また、前述した熱収縮は、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む多孔質フィルムをセパレータ４として用いる場合に顕著に生じやすい。真空乾燥の温度が低くなるほどセパレータ４の熱収縮を抑制できるものの、真空乾燥の温度を４０℃未満にすると、十分に溶媒を蒸発させることが困難になる恐れがある。このため、真空乾燥温度は、４０〜１００℃にすることがより好ましい。
【００９２】
（第４工程）
前記外装材２内の電極群６に非水電解液を注入して含浸させる。
【００９３】
前記非水電解液としては、前述した（Ｂ）電解質層の欄で説明したものと同様なものを用いることができる。
【００９４】
（第５工程）
その後、前記外装材２の開口部を封止することにより薄型非水電解液二次電池を組み立てる。 前述した製造方法においては、接着性を有する高分子が溶解された溶液の注入を外装材２に電極群６を収納してから行ったが、外装材２に収納せずに注入を行っても良い。この場合、まず、正極３と負極５の間にセパレータ４を介在させて電極群６を作製する。前記電極群６に前記溶液を含浸させた後、前記電極群６に真空乾燥を施すことにより前記溶液の溶媒を蒸発させ、前記正極３、負極５及びセパレータ４の空隙内に接着性を有する高分子を存在せしめる。このような電極群６を外装材２に収納した後、非水電解液を注入し、封口等を行うことにより薄型の非水電解液二次電池を製造することができる。外装材２への収納前に電極群６外周に接着剤を塗布してもよい。それにより外装材２に電極群６を接着することができる。また、この場合、外装材２としてフィルムの代わりに金属缶を用いることができる。
【００９５】
（第６工程）
上記の如くに組み立てた二次電池に３０℃〜８０℃の温度条件下で、０．０５Ｃ以上、０．５Ｃ以下の充電レートで初充電を施す。この条件での充電は１サイクルのみでも良いし、２サイクル以上行ってもよい。また、初充電前に３０℃〜８０℃の温度条件下に１時間〜２０時間程度保管してもよい。
【００９６】
ここで、１Ｃ充電レートとは公称容量（Ａｈ）を１時間で充電するために必要な電流値である。 前記初充電の温度を前記範囲に規定するのは次のような理由によるものである。初充電温度が３０℃未満であると、非水電解液の粘度が高いままであるために非水電解液を正極３、負極５及びセパレータ４に均一に含浸させることが困難になり、内部インピーダンスが増加し、また活物質の利用率が低下する。一方、初充電温度が８０℃を超えると、正極３及び負極５に含まれる結着剤が劣化する。
【００９７】
初充電の充電レートを０．０５〜０．５Ｃの範囲にすることによって、充電による正極３と負極５の膨張を適度に遅くすることができるため、正極３及び負極５に非水電解液を均一に浸透させることができる。 このような工程を具備することによって、電極３，５やセパレータ４の空隙に非水電解液を均一に含浸させることができるため、非水電解液二次電池の１ｋＨｚの内部インピーダンスを小さくすることができ、電池容量と１ｋＨｚの内部インピーダンスの積を１０ｍΩ・Ａｈ以上１１０ｍΩ・Ａｈ以下の範囲にすることができる。その結果、活物質の利用率を増大させることができるため、実質的な電池の容量を大きくすることができる。また、電池の充放電サイクル特性及び大電流放電特性を向上させることができる。
【００９８】
次いで、前述した条件（ｂ）を満足する電極群６を備える非水電解液二次電池について説明する。
この二次電池においては、前記正極３、前記負極５及び前記セパレータ４が、前記正極３及び前記負極５に含まれる結着剤を熱硬化させることにより一体化されている。
【００９９】
前記セパレータ４としては、前述した第２の非水電解液二次電池における（Ｂ）電解質層の欄で説明したのと同様なものが用いられる。また、前記電極群６を収納する外装材２としては、前述した前述した第２の非水電解液二次電池における（６）外装材の欄で説明したのと同様なものが用いられる。
【０１００】
前記正極３は、活物質、結着剤及び導電剤を含む正極活物質層が集電体の片面もしくは両面に担持された構造を有する。前記活物質、結着剤、導電剤及び集電体としては、前述した前述した第２の非水電解液二次電池における（Ａ）正極の欄で説明したのと同様なものが用いられる。
【０１０１】
前記正極活物質層の厚さは、前述したのと同様な理由により、１０〜１００μｍの範囲にする。なお、正極集電体の両面に正極活物質層が担持されている場合、正極活物質層の合計厚さは２０〜２００μｍの範囲となる。正極活物質層の下限値は３０μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は５０μｍである。一方、正極活物質層の上限値は８５μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は６０μｍである。正極活物質層の厚さは、前述した第２の非水電解液二次電池において説明したのと同様な理由により、１０〜６０μｍの範囲にすることが好ましい。更に好ましい範囲は、３０〜５０μｍである。
【０１０２】
前記正極活物質層の空隙率は、前記負極活物質層の空隙率に比べて低い。前記正極活物質層の空隙率は、前述したのと同様な理由により、２５〜４０％の範囲にすることが好ましい。空隙率のより好ましい範囲は、３０〜３５％である。
【０１０３】
前記負極５は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物及び結着剤を含む負極活物質層が集電体の片面もしくは両面に担持された構造を有する。前記炭素質物、結着剤及び集電体としては、前述した第２の非水電解液二次電池における（２）負極の欄で説明したのと同様なものが用いられる。
【０１０４】
前記負極活物質層の厚さは、前述したのと同様な理由により、１０〜１００μｍの範囲にすることが好ましい。なお、負極集電体の両面に負極活物質層が担持されている場合、負極活物質層の合計厚さを２０〜２００μｍの範囲にすることが望ましい。負極活物質層の下限値は３０μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は５０μｍである。一方、負極活物質層の上限値は８５μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は６０μｍである。負極活物質層の厚さは、前述した第２の非水電解液二次電池において説明したのと同様な理由により、１０〜６０μｍの範囲にすることが好ましい。更に好ましい範囲は、３０〜５０μｍである。
【０１０５】
前記負極活物質層の空隙率は、前述したのと同様な理由により、３５〜５０％の範囲にすることが好ましい。空隙率のより好ましい範囲は、３５〜４５％である。
【０１０６】
前記炭素質物及び前記結着剤の配合割合は、炭素質物９０〜９８重量％、結着剤２〜２０重量％の範囲であることが好ましい。特に、前記炭素質物は負極を作製した状態で片面が１０〜７０ｇ／ｃｍ２ の範囲にすることが好ましい。
【０１０７】
前記負極活物質層の密度は、１．２０〜１．５０ｇ／ｃｍ３の範囲にすることが好ましい。
【０１０８】
（２） 製造方法（ＩＩ）
上記製造方法（ＩＩ）は、正極３と負極５との間に多孔質シートをセパレータ４として介在させて得た帯状積層体１０を円筒状に多層に巻く際に、スペーサー１２を挟んで巻いた後、スペーサー１２を抜き取った後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群６を作製する第１工程と、前記電極群６を４０〜１２０℃に加熱しながら成形する第２工程と、前記電極群６に非水電解液を含浸させる第３工程と、この電極群６を外装材２に密封することにより非水電解液二次電池を組み立てる第４工程と、前記二次電池に３０℃〜８０℃の温度条件下で、０．０５Ｃ以上、０．５Ｃ以下の充電レートで初充電を施す第５工程とを具備する方法である。ただし、本発明の平板状二次電池１の製造方法は本発明の範囲にあるものであれば上記の形態に限定されるものではない。
上記製造方法（ＩＩ）に付いて、更に具体的に述べる。
【０１０９】
＜製造方法（ＩＩ）＞
（第１工程）
正極３及び負極５の間にセパレータ４として多孔質シートを介在させて帯状積層体１０作製する。そして、その帯状積層体９の中心部分を空洞にした円筒状に巻いて、図３に示すように、この円筒状多層体１０よりなる電極群６を形成する。
【０１１０】
正極３と負極５の間にセパレータ４を介して捲回された渦巻状の前記電極群６は、捲回中心軸１１を回転の中心として電極群６の回転方向に回転させると共に、正極３、負極５及びセパレータ４の捲回中心軸１１を回転に合わせて送り込むことで渦巻状に捲回される。捲回中心軸１１に、前記の電極間の空隙部８を開けようとする総数が巻き取られた後、渦巻状に巻き取られている電極群６の外側にスペーサー１２を挿入する。
【０１１１】
その後、捲回中心軸１１を回転中心として回転させると、図４に示すように途中にスペーサー１２が層に挿入された状態で巻き取られた電極群６が得られる。この時、スペーサー１２は電極群６が１層若しくは２層巻き取られた時点で挿入されることが好ましい。これは前記電極群６中の空隙部８の位置が、電極群６のより内側にある方が最終的に巻き取られる電極の全長を長く取ることができ、電池容量を大きくすることができるためである。また、前記電極群６中の空隙部８の位置が、電極群６のより内側にある方が電極群６中の応力をより効果的に緩和することができ、電極群６の撚りを小さくできることも挙げることができる。
【０１１２】
捲回中心軸１１及びスペーサー１２の形状は円柱形状や角柱形状、その他の軸対象の形状であっても構わない。また、正極３、負極５及びセパレータ４は捲回中心軸１１に示すように、必ずしも一方向から組み合わされた状態で送り込まれる必要はない。捲回装置の構造に合わせて、正極３、負極５及びセパレータ４が多方向から別々に送り込まれ、捲回中心軸１１に巻き取られながら、同時に組み合わされていくという機構であっても良い。
【０１１３】
前記正極３は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。前記正極活物質、導電剤、結着剤及び集電体としては、前述した（Ａ）正極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【０１１４】
前記負極５は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で１回プレスもしくは２〜５回多段階プレスすることにより作製される。
【０１１５】
前記炭素質物、結着剤及び集電体としては、前述した（Ｃ）負極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【０１１６】
前記セパレータ４の多孔質シートとしては、前述した（Ｂ）電解質層の欄で説明したのと同様なものを用いることができる。
前記帯状積層体９にスペーサー１２を挿入して円筒状多層体１０よりなる電極群６は、図４に示すように、それをプレス等を用いて押圧して、図２に示すような、断面形状が偏平状の電極群６を形成させる。
【０１１７】
その偏平状電極群６の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に少なくとも一箇所の空隙部８を形成させると共に、その空隙部８の断面の長さｄが、偏平状電極群６の断面の最外周の長さＬに対して２．５〜１０％、特に２．５〜５．０％の範囲内となるように形成させることが好ましい。
【０１１８】
この空隙部８の形成される個所は、偏平状電極群６の１層目や２層目、或いは、多層で構成される電極群６の中心に近い層中に存在することが好ましい。このような構造とすることにより、充放電に伴う電極群６の膨張収縮を電極群６中の空隙部８により緩和することができ、電池形状の維持が可能となる。
【０１１９】
（第２工程）
前記電極群６を４０〜１２０℃に加熱しながら成形する。
前記成形は、例えば、プレス成形、あるいは成形型への填め込み等により行うことができる。
【０１２０】
加 熱
電極群６の成形を行う際に前記電極群６の加熱を行う理由を以下に説明する。
前記電極群６には接着性を有する高分子が含まれていない。このため、この電極群６に常温で成形を行うと、成形後にスプリングバックが生じる、つまり正極３とセパレータ４、及び負極５とセパレータ４の間に隙間が生じる。その結果、正極３とセパレータ４の接触面積及び負極５とセパレータ４の接触面積が低下するため、内部インピーダンスが大きくなる。
【０１２１】
前記電極群６に４０℃以上で成形を行うことによって、正極３及び負極５に含まれる結着剤を熱硬化させることができるため、電極群６の硬度を高めることができる。その結果、成形後のスプリングバックを抑制することができるため、正極３とセパレータ４の接触面積及び負極５とセパレータ４の接触面積を向上することができ、その接触面積を充放電サイクルを繰り返しても維持することができる。
【０１２２】
一方、前記電極群６の温度が１２０℃を超えると、セパレータ４が大幅に熱収縮する恐れがある。より好ましい温度は、６０〜１００℃である。 前述した特定温度に加熱しながらの成形は、例えば、常圧下、若しくは減圧下、或いは真空下で行うことができる。減圧下、或いは真空下で行うと、電極群６からの水分除去効率が向上されるため、望ましい。
【０１２３】
プレス成形
前記成形をプレス成形により行う場合、プレス圧は、０．０１〜２０ｋｇ／ｃｍ２の範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。プレス圧を０．０１ｋｇ／ｃｍ２より低くすると、成形後のスプリングバックを抑制することが困難になる恐れがある。一方、プレス圧が２０ｋｇ／ｃｍ２より高いと、電極群６中の空隙率８が低下する恐れがあるため、電極群６の非水電解液保持量が不足する恐れがある。
【０１２４】
（第３工程）
袋状のフィルム製外装材２内に前記電極群６を収納する。そして、前記外装材２内の電極群６に非水電解液を注入して含浸させる。
【０１２５】
（第４工程）
非水電解液を含浸させた電極群６を、前記外装材２の開口部を封止することにより前述した非水電解液二次電池を組み立てる。このとき、外装材２としてフィルムの代わりに金属缶を用いることができる
（第５工程）
上記の如くに組み立てた二次電池に３０℃〜８０℃の温度条件下で、０．０５Ｃ以上、０．５Ｃ以下の充電レートで初充電を施す。この条件での充電は１サイクルのみでも良いし、２サイクル以上行ってもよい。また、初充電前に３０℃〜８０℃の温度条件下に１時間〜２０時間程度保管してもよい。
【０１２６】
前記初充電の温度及び初充電の充電レートを前記範囲に規定するのは、前述したのと同様な理由によるものである。 このような工程を具備することによって、電極３，５やセパレータ４の空隙に非水電解液を均一に含浸させることができるため、非水電解液二次電池の１ｋＨｚの内部インピーダンスを小さくすることができ、電池容量と１ｋＨｚの内部インピーダンスの積を１０ｍΩ・Ａｈ以上１１０ｍΩ・Ａｈ以下の範囲にすることができる。その結果、活物質の利用率を増大させることができるため、実質的な電池の容量を大きくすることができる。また、電池の充放電サイクル特性及び大電流放電特性を向上させることができる。
【０１２７】
なお、本発明に係る第２の非水電解液二次電池においては、外装材２としてアルミニウム等からなる缶を用い、正極３、負極５及びセパレータ４からなる電極群６を捲回し缶に挿入した構造であってもよい。その場合、接着部あるいは接着性を有する高分子はなくとも良い。
【０１２８】
このような二次電池によれば、ガス発生量を少なくすることができるため、樹脂層を含む厚さが０．５ｍｍ以下のシートからなる外装材２が膨れるのを抑えることができる。その結果、軽量な外装材２の使用が可能になり、そのうえ実用的な大電流放電特性及び充放電サイクル特性を維持することができるため、大電流放電特性に優れ、長寿命で、かつ重量エネルギー密度が高い非水電解液二次電池を実現することができる。
【０１２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図１を参照して説明するが、発明の趣旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
［Ｉ］ 評価方法
（１） 電極間隔
電極間隔は、Ｘ線ＣＴにより電極群の断面を撮影することにより測定された。
【０１３０】
（２） 電池撚れ
電池撚れは初充電前の電極群の厚みと充電後の電極群の厚みをＸ線ＣＴ（東芝ＦＡシステムエンジニアリング（株）製、ＴＯＳＭＩＣＲＯＮ）を用いることにより、その撚りを測定した。
【０１３１】
（３） 体積エネルギー密度
体積エネルギー密度は、電池厚から電池体積を見積もり、０．２Ｃ放電容量との比を求めることにより測定された。
【０１３２】
［ＩＩ］ 実施例及び比較例
実施例１
＜非水電解液の調整＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒に（混合体積比率１：１：１）に、１．０モル／リットルの濃度に溶解したＬｉＰＦ６、及び、１．０モル／リットルの濃度に溶解したＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２の非水電解液を調整した。
【０１３３】
＜正極の作製＞
正極活物質のリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）粉末９１重量％をアセチレンブラック２．５重量％、グラファイト３重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％と、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液を加えて混合し、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより電極密度３．０ｇ／ｃｍ３の正極を作製した。
【０１３４】
＜負極の作製＞
炭素質材料として３０００℃で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維（繊維径が８μｍ、平均繊維長が２０μｍ、平均面間隔（ｄ００２）が０．３３６０ｎｍの粉末を９３重量％と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）７重量％とを混合し、これを１０ｃｍ２当たり１０個の割合で直径０．５ｍｍの孔が存在する多孔質銅箔（厚さが１５μｍ）からなる集電体に塗布し、乾燥し、プレスすることにより電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３で、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。
【０１３５】
＜電極群の作製＞
前記正極の集電体に帯状の正極リードを溶接し、前記負極の集電体に帯状の負極リードを溶接した後、前記正極、ポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータ、前記負極、及び前記セパレータをそれぞれこの順序で積層し、第１層目を長軸上の幅２１．６ｍｍで、第２層目を長軸上の幅２４．７ｍｍで捲回した。このとき、対向する電極間の長軸線上での最大間隔は約２．１ｍｍであった。更に、第３層目以降は、第２層目との間隙を置くことなく密接して捲回し、最終的に１０層より構成される偏平状の電極群を作製した。ここで、最外周の電池幅３５．０ｍｍに対して、前記の対向する電極間の長軸線上での最大間隔の割合は約５．０％である。
【０１３６】
次に、アルミニウム箔の両面をポリプロピレンで覆った厚さ１００μｍのラミネートフィルムを袋状に成形し、これに前記電極群を前述した積層面が袋の開口部から見えるように収納した。接着性を有する高分子であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を有機溶媒であるジメチルフォルムアミド（沸点が１５３℃）に０．３重量％溶解させた。得られた溶液を前記ラミネートフィルム内の電極群に電池容量１００ｍＡｈ当たりの量が０．２ｍｌとなるように注入し、前記溶液を前記電極群の内部に浸透させると共に、前記電極群の表面全体に付着させた。
【０１３７】
次いで、前記ラミネートフィルム内の電極群に８０で真空乾燥を１２時間施すことにより前記有機溶媒を蒸発させ、正極、負極及びセパレータの空隙に接着性を有する高分子を保持させると共に、前記電極群の表面に多孔質な接着部を形成した。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の総量は、電池容量１００ｍＡｈ当たり０．６ｍｇであった。
【０１３８】
前記ラミネートフィルム内の電極群に前記非水電解液を電池容量１Ａｈ当たりの量が４．７ｇとなるように注入し、薄型非水電解液二次電池を組み立てた。
【０１３９】
この非水電解液二次電池に対し、初充電工程として４０℃の高温環境下に５時間放置した後、その環境下で０．２Ｃで４．２Ｖまで定電流・定電圧充電を１０時間行った後、電池の撚れ及び体積エネルギー密度の測定を行った。その結果を表１に示す。
【０１４０】
実施例２〜５
第１層目及び第２層目の対向する電極間の長軸線上での最大間隔を表１に示す如く変えた以外は実施例１と同様にして、薄型非水電解質二次電池を作製し、同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【０１４１】
比較例１〜２
第１層目及び第２層目の対向する電極間の長軸線上での最大間隔を表１に示す如く変えた以外は実施例１と同様にして、薄型非水電解質二次電池を作製し、同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【０１４２】
【表１】
以上の表１の結果から、偏平の電極群の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に空隙部を形成させることにより、特に２．５〜１０％の範囲内で形成させることにより、充放電を繰り返しても撚りが生じ難く、高体積エネルギー密度の平板状二次電池であることが理解できる。
【０１４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の平板状二次電池は、電極群の撚れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の非水電解質二次電池の斜視図である。
【図２】図２は、図１の非水電解質二次電池のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、正極と負極との間にセパレータを介在させた帯状積層体を円筒状に多層に巻く際に、スペーサーを挟んで巻いている状態を表す斜視図である。
【図４】図４は、スペーサーを挟んで巻いた円筒状多層の電極群よりスペーサーを抜き取って、プレスにて押圧することにより、断面形状が偏平状の電極群を形成させる際の、押圧初期時の電極群の断面図である。
【符号の説明】
１ 平板状二次電池
２ 外装材
３ 正極
３ａ 正極タブ
４ セパレータ
５ 負極５ａ 負極タブ
６ 電極群
７ 巻き軸
８ 空隙部
９ 帯状積層体
１０ 円筒状多層体
１０ａ 外側層部分
１０ｂ 内側層部分
１１ 捲回中心軸
１２ スペーサー
１３ａ 外側層部分の円筒状中心部
１３ｂ 内側層部分の円筒状中心部
１４ 電極群の回転方向
１５ａ、１５ｂ プレス
ｄ 空隙部の長さ
Ｌ 偏平状電極群の長さ
Ｍ 断面の長軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電を繰り返しても撚りが生じ難く、高体積エネルギー密度の平板状二次電池及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話やノートブック型パソコン等の電子機器の高性能化や小型化は目覚ましい進歩を遂げているが、これらの電子機器の小型、軽量化のベース技術の一つには、電源となる二次電池の高性能化を挙げることができるが、更なる高性能化が要求されていることから、より高度の要求性能が求められるようになった。
【０００３】
特に、非水系リチウムイオン二次電池は、電池電圧が高く、高放電容量やリサイクル特性等に優れていることから、上記の様な用途に使用されるよう、近年、特に盛んに研究されるようになった。
【０００４】
また、外装材にアルミニウム製の缶やラミネートフィルムを用いた薄型の平板状二次電池の開発が高体積エネルギー密度であることから特に注目されている。
【０００５】
ところが、この様に薄型の平板状二次電池として構成された二次電池は、充放電に伴う電極の膨張収縮により電極群内で応力が発生して、特に薄型に巻き折りされた電極群では不適切に撚れ易いために、電池形状が変形して凹凸が生じたり、曲折されて、狭い電池収納ボックス内に収納された電池が取り出し難くなったり、収納され難くなったり、更には、体積当たりのエネルギー容量の低下やサイクル特性にも悪影響を及ぼしたりする等の問題が生じた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電極の膨張収縮による電極群の撚れを抑制することができる平板状の二次電池の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記問題点に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、充放電に伴う電極の膨張収縮による電極群の撚れを防止するために、電極群の巻き軸方向に空隙部を設けることにより、変形応力を吸収することにより撚れの発生を解決することができるとの知見に基づき本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明の平板状二次電池は、正極、電解質層および負極とを順次積層した帯状積層体を巻回した断面形状が偏平状の電極群を外装材で被覆した平板状二次電池において、前記偏平状電極群の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に隣りあう２つの前記帯状積層体間に空隙部が形成されるように配置されたこと、を特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のもう一つの発明である平板状二次電池の製造方法は、正極と負極との間にセパレータを介在させた帯状積層体を隣り合う前記帯状積層体間にスペーサを挟んで円筒状に巻いた後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群を形成する工程と、この電極群に非水電解液を含浸させる工程と、スペーサを抜き取る工程と、前記電極群を外装材内に密封して平板状二次電池を製造すること、を特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
［Ｉ］ 平板状二次電池
（１） 構造の概要
本発明の平板状二次電池１は、図１及び図２に示すように、下記の部材（ｉ）〜（ｉｖ）を具備するもので、前記電極群６の巻き軸７の長さ方向と直角の断面における長軸線Ｌ上に空隙部８を形成させたものである。
【００１１】
部材（ｉ）： 正極集電体及び前記正極集電体の片面若しくは両面に担持される正極活物質層を含むシート状正極３と、負極集電体及び前記負極集電体の片面若しくは両面に担持され、電解質イオンを吸蔵、放出する材料を含む負極活物質層を含むシート状負極５と、前記正極３及び前記負極５の間に配置されるシート状セパレータ５とを積層した帯状積層体９を巻き折りして、巻き軸７の長さ方向と直角の断面における長軸線Ｌ上の少なくとも一箇所に空隙部８を形成させた断面形状が偏平状の電極群６
部材（ｉｉ）： 前記電極群６に含浸される溶媒
部材（ｉｉｉ） ： 前記溶媒に溶解された電解質
部材（ｉｖ）： 前記電極群６が収納される外装材２
（２） 構造の具体的説明
本発明の平板状二次電池１を、図面を挙げて詳細に説明するに当たり、特に好適な非水電解質電池の１つである薄型リチウムイオン電池を挙げて、以下に具体的に説明する。
【００１２】
図１は、薄型リチウムイオン二次電池の断面図を示す模式図である。
この平板状二次電池１は、前記正極３、前記負極５及び前記セパレータ４からなる帯状積層体が必ずしも一体化されていなくても良いが、以下の条件（ａ）又は条件（ｂ）にて説明するような条件下で一体化されたものであることが好ましい。
【００１３】
条件（ａ）： 前記正極３及び前記セパレータ４がこれらの境界の少なくとも一部に存在させた接着性を有する高分子により一体化されていると共に、前記負極５及び前記セパレータ４がこれらの境界の少なくとも一部に存在させた接着性を有する高分子により一体化されている。特に、前記正極３及び前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在させた接着性を有する高分子により一体化されていると共に、前記負極５及び前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在させた接着性を有する高分子により一体化されていることが望ましい。
【００１４】
条件（ｂ）： 前記正極３、前記負極５及び前記セパレータ４からなる帯状積層体が、前記正極３及び前記負極５に含まれる結着剤を熱硬化させることにより一体化されている。
この条件（ａ）又は条件（ｂ）の構成とすることによって、外装材２の膨れをより一層低減化させることができるので好ましい。
【００１５】
性 能
また、前記平板状二次電池１は、電池容量（Ａｈ）と１ｋＨｚの電池内部インピーダンス（ｍΩ）の積が１０〜１１０ｍΩ・Ａｈ、好ましくは２０〜６０ｍΩ・Ａｈの範囲内であることが望ましい。
【００１６】
容量とインピーダンスの積を前記範囲内にすることによって、大電流充放電サイクル特性をより一層向上させることができる。ここで電池容量とは、公称容量或いは０．２Ｃで放電した際の放電容量である。
【００１７】
電池容量とインピーダンスの積を１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲内にした平板状二次電池１は、例えば、後述する製造法（Ｉ）により、或いは、後述する製造法（ＩＩ）により製造することができる。
但し、製造法（Ｉ）においては、接着性高分子の添加量、接着性高分子の分布及び初充電条件を、電池容量とインピーダンスの積が１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲内となるように設定することが必要である。
【００１８】
また、製造法（ＩＩ）においては、電極群を成形する際の温度とプレス圧、及び、初充電条件を、電池容量とインピーダンスの積が１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲となるように設定することが必要である。
【００１９】
（３） 構成部材
（Ａ） 正 極
正極は、正極活物質に導電剤及び結着剤を適当に溶媒に懸濁させ、この懸濁物をアルミニウム箔等の集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより製作される。
【００２０】
正極活物質
前記正極活物質は、種々の酸化物、硫化物を挙げることができる。具体的には、例えば、二酸化マンガン（ＭｎＯ２）、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４又はＬｉＭｎＯ２）、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ１−ｘＣｏｘＯ２）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えばＬｉＭｎＯ４）、バナジウム酸化物（例えば、Ｖ２Ｏ５）等を挙げることができる。また、導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材料等の有機材料も挙げることができる。
【００２１】
より好ましい正極活物質としては、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケル複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉＯ２）、リチウムコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ２Ｏ４）、リチウムニッケルコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＮｉ０．８Ｃｏ０．２Ｏ２）、リチウムマンガンコバルト複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎｘＣｏ１−ｘＯ２）等を挙げることができる。
【００２２】
導電剤
前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
【００２３】
結着剤
前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴム等を挙げることができる。
【００２４】
配合比
前記正極活物質、導電剤、及び、結着剤の配合比は、一般に、正極活物質５０〜９５重量％、導電剤０〜４５重量％、結着剤０．５〜２０重量％の範囲内で用いられるが、正極活物質８０〜９５重量％、導電剤３〜２０重量％、結着剤２〜７重量％の範囲内で用いることが好ましい。
【００２５】
（Ｂ） 電解質層
電解質層は、正極と負極との間での電子伝導を妨げ、かつ、リチウムイオン伝導性を持つものである。通常、電解質及び非水溶媒からなる電解液を多孔質材料からなるセパレータ中に保持させたものを使用するが、電解液に代えて高分子中に電解液を含有させた高分子ゲル状電解質を用いることもできる。また、この高分子ゲル状電解質、高分子中に電解質だけを含有させた高分子固体電解質あるいはリチウムイオン伝導性の無機固体電解質を使用する場合には、セパレータを用いずにこれらの材料のみで電解質層とすることもできる。
【００２６】
セパレータ
前記セパレータとしては、公知のセパレータを挙げることができるが、例えば合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルム等を用いることが好ましい。
【００２７】
非水溶媒
具体的には、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）等の環状カーボネートや、環状カーボネートと環状カーボネートより低粘度の非水溶媒（以下第２の溶媒）との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いることが好ましい。
【００２８】
上記第２の溶媒としては、例えば、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン等の鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等を挙げることができる。
【００２９】
電解質
電解質としては、アルカリ塩を挙げることができるが、特にリチウム塩が好ましい。
【００３０】
リチウム塩としては、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）等を挙げることができる。特に六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）を用いることが好ましい。
【００３１】
（溶解量）
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は０．５〜２．０モル／リットルとすることが好ましい。
【００３２】
高分子ゲル状電解質
高分子ゲル状電解質としては、前記溶媒と前記電解質を高分子材料に溶解しゲル状にしたもので、高分子材料としてはポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等の単量体の重合体又は他の単量体との共重合体を挙げることができる。
【００３３】
高分子固体電解質
高分子固体電解質としては、前記電解質を高分子材料に溶解し、固体化したものである。
高分子材料としては、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等の単量体の重合体又は他の単量体との共重合体を挙げることができる。
【００３４】
無機固体電解質
無機固体電解質としては、リチウムを含有したセラミック材料を挙げることができる。中でもＬｉ３Ｎ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２ガラス等を挙げることができる。
【００３５】
（Ｃ） 負 極
負極としては、負極活物質に導電剤及び結着剤を適当に溶媒に懸濁させ、この懸濁物を銅箔等の集電体に塗布、乾燥、プレスして帯状電極にすることにより製作される。
【００３６】
（ａ） 懸濁物
負極活物質
負極活物質としては、炭素質物を挙げることができる。前記炭素質物としては、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素等の黒鉛質材料若しくは炭素質材料、熱硬化製樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ、メソフェーズ系炭素繊維、メソフェーズ小球体等（特に、メソフェーズ系炭素繊維は容量や充放電サイクル特性が高くなるので好ましい。）を一般に５００〜３０００℃、好ましくは２０００〜３０００℃の温度で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料又は炭素質材料等を挙げることができる。
【００３７】
導電剤
前記導電剤としては、公知の導電剤を挙げることができるが、例えば、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を用いることが好ましい。
【００３８】
結着剤
前記結着剤としては、公知の結着剤を挙げることができるが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることが好ましい。
【００３９】
（ｂ） 帯状電極
集電体
前記負極層は、前述したリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素物質を含むものの他に、アルミニウム、マグネシウム、錫、珪素等の金属か、金属酸化物か、金属硫化物か、若しくは、金属窒化物から選ばれる金属化合物や、リチウム合金等の集電体を含むものであっても良い。
【００４０】
前記金属酸化物としては、例えば、錫酸化物、珪素酸化物、リチウムチタン酸化物、ニオブ酸化物、タングステン酸化物等を挙げることができる。
【００４１】
前記金属硫化物としては、例えば、錫硫化物、チタン硫化物等を挙げることができる。
【００４２】
前記金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物、リチウム鉄窒化物、リチウムマンガン窒化物等を挙げることができる。
【００４３】
前記リチウム合金としては、例えば、リチウムアルミニウム合金、リチウム錫合金、リチウム鉛合金、リチウム珪素合金等を挙げることができる。
【００４４】
塗布、乾燥、プレス
前記懸濁物を前記集電体に１０〜５０００μｍの厚みで塗布し、５０〜２００℃の温度で乾燥した後、０．１〜１０ｔ／ｃｍ２の圧力でプレスすることにより帯状電極とすることができる。
【００４５】
（Ｄ） 接着性を有する高分子
前記接着性を有する高分子としては、非水電解液を保持した状態で高い接着性を維持できるものであることが望ましい。係る高分子は、リチウムイオン伝導性が高いとより一層好ましい。
【００４６】
具体的には、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）等を挙げることができる。これらの中でも特にポリフッ化ビニリデンが好ましい。
【００４７】
ポリフッ化ビニリデンは非水電解液を保持することができ、非水電解液を含むと一部ゲル化を生じるため、イオン伝導度を向上させることができる。
前記接着性を有する高分子は、正極、負極、セパレータの空隙内において微細な孔を有する多孔質構造をしていることが好ましい。この多孔質構造を有する接着性を有する高分子は、非水電解液を保持することができる。
【００４８】
（Ｅ） 外装材
前記電極群と電解質とを被覆する外装材としては、樹脂層を含む第１の外装材か、第２の外装材が用いられる。
【００４９】
この第１の外装材及び第２の外装材は、軽量であるために電池重量当たりのエネルギー密度を高くすることができるものの、可撓性を有するために電極群又は非水電解液から発生するガスにより変形し易い。
【００５０】
第１の外装材
第１の外装材に含まれる樹脂層は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等から形成することができる。具体的には、前記第１の外装材は、金属層と、該金属層の両面に配置された保護層とが一体化されたシートからなる。
【００５１】
前記金属層は、水分を遮断する役割をなす。前記金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。これらの中でも、軽量で、水分を遮断する機能が高いアルミニウムを使用することが好ましい。
【００５２】
前記金属層は、１種類の金属から形成しても良いが、２種類以上の金属管を一体化させたものから形成しても良い。 前記金属層の両面に配置された２つの保護層の内、外部と接する外部側の保護層は前記金属層の損傷を防止する役割をなす。この外部側の保護層は、１種類の樹脂層、若しくは２種類以上の樹脂層から形成されている。
【００５３】
一方、内部側の保護層は、前記金属層が非水電解液により腐食されるのを防止する役割を担っている。
この内部側の保護層は、１種類の樹脂層、若しくは、２種類以上の樹脂層から形成されている。また、かかる内部側の保護層の表面には熱融着性樹脂を配することができる。
【００５４】
第２の外装材
前記第２の外装材には、例えば金属缶、又は、水分を遮断する機能を有するフィルムを用いることができる。
【００５５】
前記金属缶としては、例えば、鉄ステンレス、アルミニウムから形成することができる。
【００５６】
一方、前記水分を遮断する機能を有するフィルムとしては、例えば、金属層と、前記金属層の少なくとも一部に形成された可撓性を有する合成樹脂層とを含むラミネートフィルムを挙げることができる。
【００５７】
前記金属層は、例えば、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等を挙げることができる。これらの中でも、軽量で、水分を遮断する機能が高いアルミニウムを使用することが好ましい。
【００５８】
また、合成樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等を挙げることができる。
【００５９】
［ＩＩ］ 平板状二次電池の製造方法
（１） 円筒状多層電極群の作製
（Ａ） 円筒状多層体の作製
図１及び図２に示すような、本発明の平板状二次電池１を製造するには、図３に示すように、シート状の正極とシート状の負極との間にシート状のセパレータを介在させた帯状積層体９を形成し、その帯状積層体９の中心部分を空洞にした円筒状に巻いて、この円筒状多層体１０よりなる電極群６を形成する。
【００６０】
（Ｂ） スペーサーの挿入
その際に、先ず帯状積層体９を円筒状に多数層巻いた段階で、図３に示すように、その外側に棒状のスペーサー１２を挟んで更に巻き取ることにより、外側層部分の円筒状中心部１３ａと、内側層部分の円筒状中心部１３ｂとが一致していない複数の中心部を持った円筒状多層体１０よりなる断面形状が略円筒状の電極群６を作製する。
【００６１】
次に、前記、外側層部分の円筒状中心部と、内側層部分の円筒状中心部とが一致していない円筒状多層体１０よりなる断面形状が略円筒状の電極群６の中に挟まれたスペーサー１２を抜き取る。
【００６２】
前記円筒状多層体１０を形成する際に、挟まれる棒状のスペーサー１２の幅（円筒の半径方向）は、多層に巻いた円筒状多層体１０の電極群６の直径に対して太さが０．５〜１０％の範囲内のものが使用されることが好ましい。
【００６３】
（２） 偏平状電極群の作製
次いで、図４に示すように、略円筒状の電極群６の側面からプレス１５ａ、１５ｂにより押圧して、図２に示すように、略円筒状の電極群６の断面形状を両側端が半円形で中央部分が平板状の偏平状の電極群６に変形させる。
【００６４】
（３） 電解質溶液の含浸
そして、この偏平状の電極群６に接着性を有する高分子を溶媒に溶解させた電解質溶液を含浸させる。
【００６５】
（４） 収 納
更に、これら偏平状の電極群６及び電解質溶液を外装材２に収納し、密封することにより、図１に示すような、平板状の二次電池１を製造することができる。
【００６６】
（５） 充 電
この平板状の二次電池１を３０〜８０℃、好ましくは３０〜６０℃の温度条件下で０．０５〜０．５Ｃ、好ましくは０．１〜０．３Ｃで充電を施すことにより二次電池とすることができる。
【００６７】
［ＩＩＩ］ 好適な平板状二次電池の製造
本発明の平板状二次電池１を製造する方法において、前述の通り、電池容量とインピーダンスの積を１０〜１１０ｍΩ・Ａｈの範囲内にするためには、以下に記載する製造法（Ｉ）、或いは、製造法（ＩＩ）により製造することが好ましい。
【００６８】
（１） 製造方法（Ｉ）
上記製造方法（Ｉ）は、正極３と負極５との間に多孔質シートをセパレータ４として介在させて得た帯状積層体１０を円筒状に多層に巻く際に、スペーサー１２を挟んで巻いた後、スペーサー１２を抜き取った後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群６を作製する第１工程と、この電極群６に接着性を有する高分子を溶媒に溶解させた溶液を含浸させる第２工程と、これを乾燥させる第３工程と、非水電解液を電極群に含浸させる第４工程と、この電極群６を外装材内に密封することにより薄型非水電解液二次電池を組み立てる第５の工程と、この二次電池を３０〜８０℃の温度条件下で０．０５〜０．５Ｃで充電を施す第６工程とからなる方法である。但し、本発明の平板状二次電池１の製造方法は本発明の範囲にあるものであれば上記の形態に限定されるものではない。
上記製造方法（Ｉ）に付いて、更に具体的に述べる。
【００６９】
＜製造方法（Ｉ）＞
（第１工程）
正極３及び負極５の間にセパレータ４として多孔質シートを介在させて帯状積層体１０作製する。そして、その帯状積層体９の中心部分を空洞にした円筒状に巻いて、この円筒状多層体１０よりなる電極群６を形成する。
【００７０】
前記電極群６は、図３に示すように、正極３と負極５の間に接着性を有する高分子未保持のセパレータ４を介して渦巻状に捲回する。
【００７１】
この様な方法で製作すると後述する第２工程において、正極３、負極５及びセパレータ４に接着性を有する高分子の溶液を浸透させつつ、正極３とセパレータ４の境界及び負極とセパレータ４の境界全体に前記水溶液が浸透するのを防止することができる。
【００７２】
その結果、正極３、負極５及びセパレータ４に接着性を有する高分子を点在させることが可能となると共に、正極３とセパレータ４の境界及び負極５とセパレータ４の境界に接着性を有する高分子を点在させることができる。
【００７３】
正極３と負極５の間に接着性を有する高分子未保持のセパレータ４を介して捲回された渦巻状の前記電極群６は、捲回中心軸１１を回転の中心として電極群６の回転方向に回転させると共に、正極３、負極５及びセパレータ４の捲回中心軸を回転に合わせて送り込むことで図３に示すように渦巻状に捲回される。捲回中心軸１１に、前記の電極間の空隙部８を開けようとする総数が巻き取られた後、渦巻状に巻き取られている電極群６の外側にスペーサー１２を挿入する。
【００７４】
その後、捲回中心軸１１を回転中心として回転させると、図４に示すように途中にスペーサー１２が層に挿入された状態で巻き取られた電極群６が得られる。この時、スペーサー１２は電極群６が１層若しくは２層巻き取られた時点で挿入されることが好ましい。これは前記電極群６中の空隙部８の位置が、電極群６のより内側にある方が最終的に巻き取られる電極の全長を長く取ることができ、電池容量を大きくすることができるためである。また、前記電極群６中の空隙部の位置が、電極群６のより内側にある方が電極群６中の応力をより効果的に緩和することができ、電極群６の撚りを小さくできることも挙げることができる。
【００７５】
捲回中心軸１１及びスペーサー１２の形状は円柱形状や角柱形状、その他の軸対象の形状であっても構わない。また、正極３、負極５及びセパレータ４は捲回中心軸１１に示すように、必ずしも一方向から組み合わされた状態で送り込まれる必要はない。捲回装置の構造に合わせて、正極３、負極５及びセパレータ４が多方向から別々に送り込まれ、捲回中心軸１１に巻き取られながら、同時に組み合わされていくという機構であっても良い。
【００７６】
前記正極３は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。前記正極活物質、導電剤、結着剤及び集電体としては、前述した（Ａ）正極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【００７７】
前記負極５は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で１回プレスもしくは２〜５回多段階プレスすることにより作製される。
【００７８】
前記炭素質物、結着剤及び集電体としては、前述した（Ｃ）負極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
前記セパレータ４に使用した多孔質シートとしては、前述した（Ｂ）電解質層の欄で説明したのと同様なものを用いることができる。
【００７９】
前記帯状積層体９にスペーサー１２を挿入して円筒状多層体１０よりなる電極群６は、図４に示すように、それをプレス等を用いて押圧して、図２に示すような、断面形状が偏平状の電極群６を形成させる。
【００８０】
その偏平状電極群６の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に少なくとも一箇所の空隙部８を形成させると共に、その空隙部８の断面の長さｄが、偏平状電極群６の断面の最外周の長さＬに対して２．５〜１０％、特に２．５〜５．０％の範囲内となるように形成させることが好ましい。この数値範囲よりも小さいと電極群６の膨張収縮が大きい時に緩和できなくなるおそれがある。この数値範囲よりも大きいと電極群６の密度が低下して電池容量が低下するおそれがある。
【００８１】
この空隙部８の形成される個所は、偏平状電極群６の１層目や２層目、或いは、多層で構成される電極群６の中心に近い層中に存在することが好ましい。このような構造とすることにより、充放電に伴う電極群６の膨張収縮を電極群中の空隙部により緩和することができ、電池形状の維持が可能となる。
【００８２】
（第２工程）
袋状に加工された外装材内に前記電極群６を積層面が開口部から見えるように収納する。溶媒に接着性を有する高分子を溶解させることにより得られた溶液を開口部から前記外装材内の電極群６に注入し、前記溶液を前記電極群６に含浸させる。
【００８３】
前記外装材２としては、前述した（Ｅ）外装材の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
前記接着性を有する高分子としては、前述した（Ｄ）の接着性を有する高分子の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。特に、ＰＶｄＦが好ましい。
【００８４】
前記溶媒には、沸点が２００℃以下の有機溶媒を用いることが望ましい。かかる有機溶媒としは、例えば、ジメチルフォルムアミド（沸点１５３℃）を挙げることができる。
【００８５】
有機溶媒の沸点が２００℃を越えると、後述する真空乾燥の温度を１００℃以下にした際、乾燥時間が長く掛かる恐れがある。
【００８６】
また、有機溶媒の沸点の下限値は、５０℃にすることが好ましい。有機溶媒の沸点を５０℃未満にすると、前記溶液を電極群に注入している間に前記有機溶媒が蒸発してしまう恐れがある。沸点の上限値は、１８０℃にすることがさらに好ましく、また、沸点の下限値は１００℃にすることがさらに好ましい。
【００８７】
前記溶液中の接着性を有する高分子の濃度は、０．０５〜２．５重量％の範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記濃度を０．０５重量％未満にすると、正負極３，５及びセパレータ４を十分な強度で接着することが困難になる恐れがある。
【００８８】
一方、前記濃度が２．５重量％を越えると、非水電解液を保持できるだけの十分な多孔度を得ることが困難になって電極の界面インピーダンスが著しく大きくなる恐れがある。界面インピーダンスが増大すると、容量及び大電流放電特性が大幅に低下する。濃度のより好ましい範囲は、０．１〜１．５重量％である。
【００８９】
前記溶液の注入量は、前記溶液の接着性を有する高分子の濃度が０．０５〜２．５重量％である場合、電池容量１００ｍＡｈ当たり０．１〜２ｍｌの範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。前記注入量を０．１ｍｌ未満にすると、正極３、負極５及びセパレータ４の密着性を十分に高めることが困難になる恐れがある。一方、前記注入量が２ｍｌを越えると、二次電池のリチウムイオン伝導度の低下や、内部抵抗の上昇を招く恐れがあり、放電容量、大電流放電特性及び充放電サイクル特性を改善することが困難になる恐れがある。前記注入量のより好ましい範囲は、電池容量１００ｍＡｈ当たり０．１５〜１ｍｌである。
【００９０】
（第３工程）
前記電極群６に真空乾燥を施すことにより前記溶液中の溶媒を蒸発させ、前記正極３、負極５及びセパレータ４の空隙内に接着性を有する高分子を存在せしめる。この工程により、前記正極３と前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在する接着性を有する高分子により接着されると共に、前記負極５と前記セパレータ４がこれらの内部及び境界に点在する接着性を有する高分子により接着される。また、この真空乾燥により前記電極群６中に含まれる水分の除去を同時に行うことができる。
【００９１】
なお、前記電極群６は、微量の溶媒を含むことを許容する。
前記真空乾燥は、１００℃以下で行うことが好ましい。これは次のような理由によるものである。真空乾燥の温度が１００℃を越えると、前記セパレータ４が大幅に熱収縮する恐れがある。熱収縮が大きくなると、セパレータ４が反るため、正極３、負極５及びセパレータ４を強固に接着することが困難になる。また、前述した熱収縮は、ポリエチレンまたはポリプロピレンを含む多孔質フィルムをセパレータ４として用いる場合に顕著に生じやすい。真空乾燥の温度が低くなるほどセパレータ４の熱収縮を抑制できるものの、真空乾燥の温度を４０℃未満にすると、十分に溶媒を蒸発させることが困難になる恐れがある。このため、真空乾燥温度は、４０〜１００℃にすることがより好ましい。
【００９２】
（第４工程）
前記外装材２内の電極群６に非水電解液を注入して含浸させる。
【００９３】
前記非水電解液としては、前述した（Ｂ）電解質層の欄で説明したものと同様なものを用いることができる。
【００９４】
（第５工程）
その後、前記外装材２の開口部を封止することにより薄型非水電解液二次電池を組み立てる。 前述した製造方法においては、接着性を有する高分子が溶解された溶液の注入を外装材２に電極群６を収納してから行ったが、外装材２に収納せずに注入を行っても良い。この場合、まず、正極３と負極５の間にセパレータ４を介在させて電極群６を作製する。前記電極群６に前記溶液を含浸させた後、前記電極群６に真空乾燥を施すことにより前記溶液の溶媒を蒸発させ、前記正極３、負極５及びセパレータ４の空隙内に接着性を有する高分子を存在せしめる。このような電極群６を外装材２に収納した後、非水電解液を注入し、封口等を行うことにより薄型の非水電解液二次電池を製造することができる。外装材２への収納前に電極群６外周に接着剤を塗布してもよい。それにより外装材２に電極群６を接着することができる。また、この場合、外装材２としてフィルムの代わりに金属缶を用いることができる。
【００９５】
（第６工程）
上記の如くに組み立てた二次電池に３０℃〜８０℃の温度条件下で、０．０５Ｃ以上、０．５Ｃ以下の充電レートで初充電を施す。この条件での充電は１サイクルのみでも良いし、２サイクル以上行ってもよい。また、初充電前に３０℃〜８０℃の温度条件下に１時間〜２０時間程度保管してもよい。
【００９６】
ここで、１Ｃ充電レートとは公称容量（Ａｈ）を１時間で充電するために必要な電流値である。 前記初充電の温度を前記範囲に規定するのは次のような理由によるものである。初充電温度が３０℃未満であると、非水電解液の粘度が高いままであるために非水電解液を正極３、負極５及びセパレータ４に均一に含浸させることが困難になり、内部インピーダンスが増加し、また活物質の利用率が低下する。一方、初充電温度が８０℃を超えると、正極３及び負極５に含まれる結着剤が劣化する。
【００９７】
初充電の充電レートを０．０５〜０．５Ｃの範囲にすることによって、充電による正極３と負極５の膨張を適度に遅くすることができるため、正極３及び負極５に非水電解液を均一に浸透させることができる。 このような工程を具備することによって、電極３，５やセパレータ４の空隙に非水電解液を均一に含浸させることができるため、非水電解液二次電池の１ｋＨｚの内部インピーダンスを小さくすることができ、電池容量と１ｋＨｚの内部インピーダンスの積を１０ｍΩ・Ａｈ以上１１０ｍΩ・Ａｈ以下の範囲にすることができる。その結果、活物質の利用率を増大させることができるため、実質的な電池の容量を大きくすることができる。また、電池の充放電サイクル特性及び大電流放電特性を向上させることができる。
【００９８】
次いで、前述した条件（ｂ）を満足する電極群６を備える非水電解液二次電池について説明する。
この二次電池においては、前記正極３、前記負極５及び前記セパレータ４が、前記正極３及び前記負極５に含まれる結着剤を熱硬化させることにより一体化されている。
【００９９】
前記セパレータ４としては、前述した第２の非水電解液二次電池における（Ｂ）電解質層の欄で説明したのと同様なものが用いられる。また、前記電極群６を収納する外装材２としては、前述した前述した第２の非水電解液二次電池における（６）外装材の欄で説明したのと同様なものが用いられる。
【０１００】
前記正極３は、活物質、結着剤及び導電剤を含む正極活物質層が集電体の片面もしくは両面に担持された構造を有する。前記活物質、結着剤、導電剤及び集電体としては、前述した前述した第２の非水電解液二次電池における（Ａ）正極の欄で説明したのと同様なものが用いられる。
【０１０１】
前記正極活物質層の厚さは、前述したのと同様な理由により、１０〜１００μｍの範囲にする。なお、正極集電体の両面に正極活物質層が担持されている場合、正極活物質層の合計厚さは２０〜２００μｍの範囲となる。正極活物質層の下限値は３０μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は５０μｍである。一方、正極活物質層の上限値は８５μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は６０μｍである。正極活物質層の厚さは、前述した第２の非水電解液二次電池において説明したのと同様な理由により、１０〜６０μｍの範囲にすることが好ましい。更に好ましい範囲は、３０〜５０μｍである。
【０１０２】
前記正極活物質層の空隙率は、前記負極活物質層の空隙率に比べて低い。前記正極活物質層の空隙率は、前述したのと同様な理由により、２５〜４０％の範囲にすることが好ましい。空隙率のより好ましい範囲は、３０〜３５％である。
【０１０３】
前記負極５は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物及び結着剤を含む負極活物質層が集電体の片面もしくは両面に担持された構造を有する。前記炭素質物、結着剤及び集電体としては、前述した第２の非水電解液二次電池における（２）負極の欄で説明したのと同様なものが用いられる。
【０１０４】
前記負極活物質層の厚さは、前述したのと同様な理由により、１０〜１００μｍの範囲にすることが好ましい。なお、負極集電体の両面に負極活物質層が担持されている場合、負極活物質層の合計厚さを２０〜２００μｍの範囲にすることが望ましい。負極活物質層の下限値は３０μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は５０μｍである。一方、負極活物質層の上限値は８５μｍにすることが好ましく、更に好ましい範囲は６０μｍである。負極活物質層の厚さは、前述した第２の非水電解液二次電池において説明したのと同様な理由により、１０〜６０μｍの範囲にすることが好ましい。更に好ましい範囲は、３０〜５０μｍである。
【０１０５】
前記負極活物質層の空隙率は、前述したのと同様な理由により、３５〜５０％の範囲にすることが好ましい。空隙率のより好ましい範囲は、３５〜４５％である。
【０１０６】
前記炭素質物及び前記結着剤の配合割合は、炭素質物９０〜９８重量％、結着剤２〜２０重量％の範囲であることが好ましい。特に、前記炭素質物は負極を作製した状態で片面が１０〜７０ｇ／ｃｍ２ の範囲にすることが好ましい。
【０１０７】
前記負極活物質層の密度は、１．２０〜１．５０ｇ／ｃｍ３の範囲にすることが好ましい。
【０１０８】
（２） 製造方法（ＩＩ）
上記製造方法（ＩＩ）は、正極３と負極５との間に多孔質シートをセパレータ４として介在させて得た帯状積層体１０を円筒状に多層に巻く際に、スペーサー１２を挟んで巻いた後、スペーサー１２を抜き取った後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群６を作製する第１工程と、前記電極群６を４０〜１２０℃に加熱しながら成形する第２工程と、前記電極群６に非水電解液を含浸させる第３工程と、この電極群６を外装材２に密封することにより非水電解液二次電池を組み立てる第４工程と、前記二次電池に３０℃〜８０℃の温度条件下で、０．０５Ｃ以上、０．５Ｃ以下の充電レートで初充電を施す第５工程とを具備する方法である。ただし、本発明の平板状二次電池１の製造方法は本発明の範囲にあるものであれば上記の形態に限定されるものではない。
上記製造方法（ＩＩ）に付いて、更に具体的に述べる。
【０１０９】
＜製造方法（ＩＩ）＞
（第１工程）
正極３及び負極５の間にセパレータ４として多孔質シートを介在させて帯状積層体１０作製する。そして、その帯状積層体９の中心部分を空洞にした円筒状に巻いて、図３に示すように、この円筒状多層体１０よりなる電極群６を形成する。
【０１１０】
正極３と負極５の間にセパレータ４を介して捲回された渦巻状の前記電極群６は、捲回中心軸１１を回転の中心として電極群６の回転方向に回転させると共に、正極３、負極５及びセパレータ４の捲回中心軸１１を回転に合わせて送り込むことで渦巻状に捲回される。捲回中心軸１１に、前記の電極間の空隙部８を開けようとする総数が巻き取られた後、渦巻状に巻き取られている電極群６の外側にスペーサー１２を挿入する。
【０１１１】
その後、捲回中心軸１１を回転中心として回転させると、図４に示すように途中にスペーサー１２が層に挿入された状態で巻き取られた電極群６が得られる。この時、スペーサー１２は電極群６が１層若しくは２層巻き取られた時点で挿入されることが好ましい。これは前記電極群６中の空隙部８の位置が、電極群６のより内側にある方が最終的に巻き取られる電極の全長を長く取ることができ、電池容量を大きくすることができるためである。また、前記電極群６中の空隙部８の位置が、電極群６のより内側にある方が電極群６中の応力をより効果的に緩和することができ、電極群６の撚りを小さくできることも挙げることができる。
【０１１２】
捲回中心軸１１及びスペーサー１２の形状は円柱形状や角柱形状、その他の軸対象の形状であっても構わない。また、正極３、負極５及びセパレータ４は捲回中心軸１１に示すように、必ずしも一方向から組み合わされた状態で送り込まれる必要はない。捲回装置の構造に合わせて、正極３、負極５及びセパレータ４が多方向から別々に送り込まれ、捲回中心軸１１に巻き取られながら、同時に組み合わされていくという機構であっても良い。
【０１１３】
前記正極３は、例えば、正極活物質に導電剤および結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。前記正極活物質、導電剤、結着剤及び集電体としては、前述した（Ａ）正極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【０１１４】
前記負極５は、例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、所望の圧力で１回プレスもしくは２〜５回多段階プレスすることにより作製される。
【０１１５】
前記炭素質物、結着剤及び集電体としては、前述した（Ｃ）負極の欄で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【０１１６】
前記セパレータ４の多孔質シートとしては、前述した（Ｂ）電解質層の欄で説明したのと同様なものを用いることができる。
前記帯状積層体９にスペーサー１２を挿入して円筒状多層体１０よりなる電極群６は、図４に示すように、それをプレス等を用いて押圧して、図２に示すような、断面形状が偏平状の電極群６を形成させる。
【０１１７】
その偏平状電極群６の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に少なくとも一箇所の空隙部８を形成させると共に、その空隙部８の断面の長さｄが、偏平状電極群６の断面の最外周の長さＬに対して２．５〜１０％、特に２．５〜５．０％の範囲内となるように形成させることが好ましい。
【０１１８】
この空隙部８の形成される個所は、偏平状電極群６の１層目や２層目、或いは、多層で構成される電極群６の中心に近い層中に存在することが好ましい。このような構造とすることにより、充放電に伴う電極群６の膨張収縮を電極群６中の空隙部８により緩和することができ、電池形状の維持が可能となる。
【０１１９】
（第２工程）
前記電極群６を４０〜１２０℃に加熱しながら成形する。
前記成形は、例えば、プレス成形、あるいは成形型への填め込み等により行うことができる。
【０１２０】
加 熱
電極群６の成形を行う際に前記電極群６の加熱を行う理由を以下に説明する。
前記電極群６には接着性を有する高分子が含まれていない。このため、この電極群６に常温で成形を行うと、成形後にスプリングバックが生じる、つまり正極３とセパレータ４、及び負極５とセパレータ４の間に隙間が生じる。その結果、正極３とセパレータ４の接触面積及び負極５とセパレータ４の接触面積が低下するため、内部インピーダンスが大きくなる。
【０１２１】
前記電極群６に４０℃以上で成形を行うことによって、正極３及び負極５に含まれる結着剤を熱硬化させることができるため、電極群６の硬度を高めることができる。その結果、成形後のスプリングバックを抑制することができるため、正極３とセパレータ４の接触面積及び負極５とセパレータ４の接触面積を向上することができ、その接触面積を充放電サイクルを繰り返しても維持することができる。
【０１２２】
一方、前記電極群６の温度が１２０℃を超えると、セパレータ４が大幅に熱収縮する恐れがある。より好ましい温度は、６０〜１００℃である。 前述した特定温度に加熱しながらの成形は、例えば、常圧下、若しくは減圧下、或いは真空下で行うことができる。減圧下、或いは真空下で行うと、電極群６からの水分除去効率が向上されるため、望ましい。
【０１２３】
プレス成形
前記成形をプレス成形により行う場合、プレス圧は、０．０１〜２０ｋｇ／ｃｍ２の範囲にすることが好ましい。これは次のような理由によるものである。プレス圧を０．０１ｋｇ／ｃｍ２より低くすると、成形後のスプリングバックを抑制することが困難になる恐れがある。一方、プレス圧が２０ｋｇ／ｃｍ２より高いと、電極群６中の空隙率８が低下する恐れがあるため、電極群６の非水電解液保持量が不足する恐れがある。
【０１２４】
（第３工程）
袋状のフィルム製外装材２内に前記電極群６を収納する。そして、前記外装材２内の電極群６に非水電解液を注入して含浸させる。
【０１２５】
（第４工程）
非水電解液を含浸させた電極群６を、前記外装材２の開口部を封止することにより前述した非水電解液二次電池を組み立てる。このとき、外装材２としてフィルムの代わりに金属缶を用いることができる
（第５工程）
上記の如くに組み立てた二次電池に３０℃〜８０℃の温度条件下で、０．０５Ｃ以上、０．５Ｃ以下の充電レートで初充電を施す。この条件での充電は１サイクルのみでも良いし、２サイクル以上行ってもよい。また、初充電前に３０℃〜８０℃の温度条件下に１時間〜２０時間程度保管してもよい。
【０１２６】
前記初充電の温度及び初充電の充電レートを前記範囲に規定するのは、前述したのと同様な理由によるものである。 このような工程を具備することによって、電極３，５やセパレータ４の空隙に非水電解液を均一に含浸させることができるため、非水電解液二次電池の１ｋＨｚの内部インピーダンスを小さくすることができ、電池容量と１ｋＨｚの内部インピーダンスの積を１０ｍΩ・Ａｈ以上１１０ｍΩ・Ａｈ以下の範囲にすることができる。その結果、活物質の利用率を増大させることができるため、実質的な電池の容量を大きくすることができる。また、電池の充放電サイクル特性及び大電流放電特性を向上させることができる。
【０１２７】
なお、本発明に係る第２の非水電解液二次電池においては、外装材２としてアルミニウム等からなる缶を用い、正極３、負極５及びセパレータ４からなる電極群６を捲回し缶に挿入した構造であってもよい。その場合、接着部あるいは接着性を有する高分子はなくとも良い。
【０１２８】
このような二次電池によれば、ガス発生量を少なくすることができるため、樹脂層を含む厚さが０．５ｍｍ以下のシートからなる外装材２が膨れるのを抑えることができる。その結果、軽量な外装材２の使用が可能になり、そのうえ実用的な大電流放電特性及び充放電サイクル特性を維持することができるため、大電流放電特性に優れ、長寿命で、かつ重量エネルギー密度が高い非水電解液二次電池を実現することができる。
【０１２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図１を参照して説明するが、発明の趣旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。
［Ｉ］ 評価方法
（１） 電極間隔
電極間隔は、Ｘ線ＣＴにより電極群の断面を撮影することにより測定された。
【０１３０】
（２） 電池撚れ
電池撚れは初充電前の電極群の厚みと充電後の電極群の厚みをＸ線ＣＴ（東芝ＦＡシステムエンジニアリング（株）製、ＴＯＳＭＩＣＲＯＮ）を用いることにより、その撚りを測定した。
【０１３１】
（３） 体積エネルギー密度
体積エネルギー密度は、電池厚から電池体積を見積もり、０．２Ｃ放電容量との比を求めることにより測定された。
【０１３２】
［ＩＩ］ 実施例及び比較例
実施例１
＜非水電解液の調整＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とメチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒に（混合体積比率１：１：１）に、１．０モル／リットルの濃度に溶解したＬｉＰＦ６、及び、１．０モル／リットルの濃度に溶解したＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２の非水電解液を調整した。
【０１３３】
＜正極の作製＞
正極活物質のリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）粉末９１重量％をアセチレンブラック２．５重量％、グラファイト３重量％、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）４重量％と、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液を加えて混合し、厚さ１５μｍのアルミニウム箔の集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより電極密度３．０ｇ／ｃｍ３の正極を作製した。
【０１３４】
＜負極の作製＞
炭素質材料として３０００℃で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維（繊維径が８μｍ、平均繊維長が２０μｍ、平均面間隔（ｄ００２）が０．３３６０ｎｍの粉末を９３重量％と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）７重量％とを混合し、これを１０ｃｍ２当たり１０個の割合で直径０．５ｍｍの孔が存在する多孔質銅箔（厚さが１５μｍ）からなる集電体に塗布し、乾燥し、プレスすることにより電極密度が１．４ｇ／ｃｍ３で、負極層が集電体に担持された構造の負極を作製した。
【０１３５】
＜電極群の作製＞
前記正極の集電体に帯状の正極リードを溶接し、前記負極の集電体に帯状の負極リードを溶接した後、前記正極、ポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータ、前記負極、及び前記セパレータをそれぞれこの順序で積層し、第１層目を長軸上の幅２１．６ｍｍで、第２層目を長軸上の幅２４．７ｍｍで捲回した。このとき、対向する電極間の長軸線上での最大間隔は約２．１ｍｍであった。更に、第３層目以降は、第２層目との間隙を置くことなく密接して捲回し、最終的に１０層より構成される偏平状の電極群を作製した。ここで、最外周の電池幅３５．０ｍｍに対して、前記の対向する電極間の長軸線上での最大間隔の割合は約５．０％である。
【０１３６】
次に、アルミニウム箔の両面をポリプロピレンで覆った厚さ１００μｍのラミネートフィルムを袋状に成形し、これに前記電極群を前述した積層面が袋の開口部から見えるように収納した。接着性を有する高分子であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を有機溶媒であるジメチルフォルムアミド（沸点が１５３℃）に０．３重量％溶解させた。得られた溶液を前記ラミネートフィルム内の電極群に電池容量１００ｍＡｈ当たりの量が０．２ｍｌとなるように注入し、前記溶液を前記電極群の内部に浸透させると共に、前記電極群の表面全体に付着させた。
【０１３７】
次いで、前記ラミネートフィルム内の電極群に８０で真空乾燥を１２時間施すことにより前記有機溶媒を蒸発させ、正極、負極及びセパレータの空隙に接着性を有する高分子を保持させると共に、前記電極群の表面に多孔質な接着部を形成した。ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）の総量は、電池容量１００ｍＡｈ当たり０．６ｍｇであった。
【０１３８】
前記ラミネートフィルム内の電極群に前記非水電解液を電池容量１Ａｈ当たりの量が４．７ｇとなるように注入し、薄型非水電解液二次電池を組み立てた。
【０１３９】
この非水電解液二次電池に対し、初充電工程として４０℃の高温環境下に５時間放置した後、その環境下で０．２Ｃで４．２Ｖまで定電流・定電圧充電を１０時間行った後、電池の撚れ及び体積エネルギー密度の測定を行った。その結果を表１に示す。
【０１４０】
実施例２〜５
第１層目及び第２層目の対向する電極間の長軸線上での最大間隔を表１に示す如く変えた以外は実施例１と同様にして、薄型非水電解質二次電池を作製し、同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【０１４１】
比較例１〜２
第１層目及び第２層目の対向する電極間の長軸線上での最大間隔を表１に示す如く変えた以外は実施例１と同様にして、薄型非水電解質二次電池を作製し、同様の評価を行った。その結果を表１に示す。
【０１４２】
【表１】
【０１４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の平板状二次電池は、電極群の撚れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の非水電解質二次電池の斜視図である。
【図２】図２は、図１の非水電解質二次電池のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図３は、正極と負極との間にセパレータを介在させた帯状積層体を円筒状に多層に巻く際に、スペーサーを挟んで巻いている状態を表す斜視図である。
【図４】図４は、スペーサーを挟んで巻いた円筒状多層の電極群よりスペーサーを抜き取って、プレスにて押圧することにより、断面形状が偏平状の電極群を形成させる際の、押圧初期時の電極群の断面図である。
【符号の説明】
１ 平板状二次電池
２ 外装材
３ 正極
３ａ 正極タブ
４ セパレータ
５ 負極５ａ 負極タブ
６ 電極群
７ 巻き軸
８ 空隙部
９ 帯状積層体
１０ 円筒状多層体
１０ａ 外側層部分
１０ｂ 内側層部分
１１ 捲回中心軸
１２ スペーサー
１３ａ 外側層部分の円筒状中心部
１３ｂ 内側層部分の円筒状中心部
１４ 電極群の回転方向
１５ａ、１５ｂ プレス
ｄ 空隙部の長さ
Ｌ 偏平状電極群の長さ
Ｍ 断面の長軸線
Claims (5)
- 正極、電解質層および負極とを順次積層した帯状積層体を巻回した断面形状が偏平状の電極群を外装材で被覆した平板状二次電池において、前記偏平状電極群の巻き軸に対して直角方向の断面の長軸線上に隣りあう２つの前記帯状積層体間に空隙部が形成されるように配置されたことを特徴とする平板状二次電池。
- 前記空隙部の幅ｄが、前記偏平状電極群の断面の長さＬに対して２．５〜１０％の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の平板状二次電池。
- 前記電解質層は、非水溶媒およびリチウム塩を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の平板状二次電池。
- 正極と負極との間にセパレータを介在させた帯状積層体を隣り合う前記帯状積層体間にスペーサを挟んで円筒状に巻いた後、押圧して、断面形状が偏平状の電極群を形成する工程と、この電極群に非水電解液を含浸させる工程と、スペーサを抜き取る工程と、前記電極群を外装材内に密封して平板状二次電池を製造することを特徴とする平板状二次電池の製造方法。
- 前記スペーサーの幅が、多層に巻いた前記筒状の電極群の直径に対し２．５〜１０％の範囲内の長さである、請求項４に記載の平板状二次電池の製造方法。
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