JP3613400B2 - 非水系二次電池およびその製造方法 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、新規な非水系二次電池およびその製造方法に関するものである。
背景技術
近年より、電子機器の小型軽量化、多機能化、コードレス化の要求に伴い、高性能電池の開発が積極的に進められている。最近では、従来より広く用いられている鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池等の二次電池に比べて、高電圧、高容量、高出力でありながら重量が軽いという理由で、特に、リチウムイオン二次電池が大きな市場を築きつつある。
このようなリチウムイオン二次電池の電極板積層体は、通常、大きなシート状電極から切り出された所定形状のシート状電極を、セパレータとともに捲回したり積層したりすることによって作製されている。切断前のシート状電極は、一般に、活物質粒子をバインダーおよび溶媒と共に混錬してスラリーとし、これを金属箔（集電体シート）上に塗布した後、溶媒を蒸発させ、活物質粒子を金属箔上に固着することによって作製される。
したがって、電極板積層体の作製時や電池缶への収納時等に、シート状電極の端面（切断面）近くの活物質粒子が欠け落ち、この欠け落ちた活物質粒子のために内部短絡を生じさせる恐れがある。その結果、電池の収率が低くなり、製造コストを上昇させる要因となる。
本発明の目的の一つは、シート状電極の端面からの活物質粒子の欠け落ちを防止して、製造工程に起因する内部短絡が発生しないようにすることである。
また、従来の捲回型電池の電極板積層体は、帯状の正極、負極、およびセパレータを、渦巻き状に巻き取ることにより作製されている。ここで、セパレータとしては、通常、ポリエチレン微多孔膜が使用されており、これは、例えば微細な空孔を膜内に形成した後、延伸を行うことにより製造されている。
このような捲回型電池においては、捲回時のずれ等を考慮して、セパレータの幅（捲回軸方向の寸法）および長さ（捲回長さ）を正極および負極より大きく設計している。また、特に、リチウムイオン二次電池においては、充放電時の電極端部での短絡を防止する目的で、負極の幅および長さが正極より大きくなるように設計されている（実登録日本国No.2506572号参照）。
したがって、特にリチウムイオン二次電池において、電極板積層体の実質的な電極面積は正極活物質層の全面積に等しくなるが、電極板積層体の大きさ（捲回軸方向の寸法）はセパレータの幅によって決まり、正極の幅は、セパレータより小さい負極の幅よりさらに小さいため、同じ大きさの電極板積層体で正極活物質層の面積を大きくすることには限界がある。なお、同じ大きさの電池缶で電池容量を大きくするには、正負極の活物質層を厚くすることが考えられるが、活物質層が厚くなると、膜抵抗が大きくなって出力特性の低下につながる。
本発明の目的の一つは、活物質層を厚くしないで、同じ大きさの電池缶に収納される電極板積層体の電池容量を大きくすることである。
一方、リチウムイオン二次電池の原理を基本的に利用した“ポリマー電池”と称されるシート型電池の開発が最近進められている。このポリマー電池の正極および負極は従来のリチウムイオン二次電池と同様の材料で構成されているが、両極の活物質間には、電解液透過性を有するセパレータではなく、セパレータと電解質を兼ねた高分子固体電解質が介装されている。そして、このポリマー電池は、両極と高分子固体電解質とを一体化することにより平板状の電極板積層体を作製し、この電極板積層体を可撓性容器内に入れ、電解液を封入しないで密封することにより作製される。
このような材料および製法のため、ポリマー電池は、電池形状の自由度が比較的高い、薄型化および軽量化できる、安全性が向上する、という利点があると言われている。しかしながら、固体電解質は、リチウムイオン二次電池で使用するような液状の電解質と比較してイオン伝導度が低いため、ポリマー電池はリチウムイオン二次電池に比べて高電流密度での放電特性に問題がある。
また、固体電解質の代わりに、従来のポリオレフィン製微多孔膜からなるセパレータを両極間に一体化して平板状の電極板積層体を作製し、この電極板積層体を可撓性容器中に入れて、電解液を封入して密封することによりリチウムイオン二次電池を作製すると、この電池は、従来の金属製電池缶を容器とした電池と比較して、高電流密度での放電特性およびサイクル特性に劣る。これは、電極とセパレータとの間の押さえ圧が、可撓性容器内では金属製電池缶と比較して弱いため、セパレータと電極の間に隙間が生じやすいことに起因する。また、この隙間が生じることを防ぐために、ポリオレフィン製微多孔膜からなるセパレータを電極に一体化することは困難である。
このように、平板状の電極板積層体を可撓性容器内に備えている、電池形状の自由度が比較的高くて薄型の非水系二次電池（シート型電池）として、金属製電池缶を容器とした従来のリチウムイオン二次電池と同等の特性を有するものは未だに得られていない。
本発明の目的の一つは、平板状の電極板積層体を可撓性容器内に備えている、電池形状の自由度が比較的高く薄型の非水系二次電池として、高電流密度での放電特性およびサイクル特性に優れたものを提供することである。
発明の開示
本発明は、集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、前記セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定されており、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方の端面は、その少なくとも一部が、前記絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされていることを特徴とする非水系二次電池を提供する。この電池を本発明の第１の電池とする。
この電池によれば、絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされている活物質端面からの活物質の欠け落ちが防止される。さらに、落下などの衝撃が加わったとき、電極端面の形状が変形して短絡することを防ぐことができる。また、コーティング物が電解液透過性を有する絶縁性物質粒子集合体層であることにより、以下のような効果が得られる。
すなわち、電解液透過性を有する絶縁性物質粒子集合体層で活物質層の端面がコーティングされていると、例えば、両極とセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層された電極板積層体を有する非水系二次電池の場合に、端面にコーティングされた絶縁性物質粒子集合体層が、充放電時に起こる電極活物質の膨張及び収縮により出入りする電解液の通り道となることができるため、電解液透過性のない絶縁物でコーティングした時と比較してサイクル特性に優れる。
また、活物質層の端面を電解液透過性を有する絶縁性物質粒子集合体層でコーティングした場合には、電極板積層体の作製後に電解液を含浸させることができるため、電解液透過性のない絶縁物でコーティングした場合と比較して、製造上有利である。
なお、集電体の端面まで絶縁性物質粒子集合体層によるコーティングがなされていてもよい。
絶縁性物質粒子集合体層を構成する絶縁性物質粒子は、以下に示すような無機物であってもよいし、有機物であってもよい。
無機物としては、例えば、Li2O、BeO、B2O3、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、Cr2O3、Fe2O3、ZnO、ZrO2、およびBaO等の酸化物、ゼオライト、BN、AlN、Si3N4、およびBa3N2等の窒化物、炭化ケイ素（SiC）、MgCO3およびCaCO3等の炭酸塩、CaSO4およびBaSO4等の硫酸塩、磁器の一種であるジルコン（ZrO2・SiO2）、ムライト（3Al2O3・2SiO2）、ステアタイト（MgO・SiO2）、フォルステライト（2MgO・SiO2）、コージェライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）等が挙げられる。
有機物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸エステル、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレンオキサイドおよびポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル樹脂、エポキシ樹脂、アセタール樹脂、AS樹脂、ABS樹脂等の樹脂粒子が挙げられる。
これらの絶縁性物質粒子のうち、無機物粒子が好ましく、特に酸化物粒子が好ましい。
絶縁性物質粒子集合体層を形成する方法としては、絶縁性物質粒子とバインダーとを溶媒に分散し、これを絶縁性物質粒子集合体層を形成する面に塗布した後、溶媒を蒸発させる方法がある。
この場合に使用可能なバインダーとしては、ラテックス（例えば、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体ラテックス、およびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックス）、セルロース誘導体（例えば、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩）、フッ素ゴム（例えば、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体）、およびフッ素樹脂（例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン）等が挙げられる。これらのうち、フッ素ゴムやフッ素樹脂等のフッ素系バインダーが好ましい。
バインダーの量は、体積比で絶縁性物質粒子の1/500〜3/5となるようにすることが好ましく、より好ましくは1/500〜1/2、さらに好ましくは1/500〜1/5とする。
また、溶媒としては、酢酸エチル,2−エトキシエタノール（エチレングリコールモノエチルエーテル）、Ｎ−メチルピロリドン（NMP）、N,N−ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルスルフォキシド（DMSO）、テトラヒドロフラン（THF）、水等が挙げられる。
ここで、シート状電極の端面の絶縁物によるコーティングは、電極板積層体の形成前後のいずれに行ってもよいが、電極板積層体の形成後に行うと、電極板積層体の端面の機械的強度が増すため、電池缶に組み込んだ後の電池缶上部におけるしぼり加工等が行いやすくなる。また、電池缶の上下に絶縁板を組み込むことを省略することができる。
端面のコーティングを電極板積層体の形成前に行う場合には、例えば図20に示すように、コーティング3Fの厚さＴを活物質層1b,2bの厚さTk以上（ここでは、シート状電極1,2の全体厚と同じにしてある）として、少なくとも活物質層1b,2bの端面全体を覆うようにする。また、シート状電極1,2の厚さ方向の両側にはみ出さないようにする。
コーティングの幅Ｗは、特に限定されず、実質的に活物質層の保護がなされる幅であればよいが、既存の電池缶を使用する場合にはそのサイズに応じて最大値が設定される。
本発明は、また、集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方の端面は、その少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、前記正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、前記セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されていることを特徴とする非水系二次電池を提供する。この電池を本発明の第２の電池とする。
この電池において、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされていることが好ましい。
また、この電池において、電極板積層体は、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間にセパレータとして介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層が、１層以上積層されているものであることが好ましい。この電池を本発明の第４の電池と称する。
この電池では、セパレータを、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層で構成する。この絶縁性物質粒子集合体層は、絶縁性物質粒子が膜厚方向に複数個配置されているものであってもよいし、絶縁性物質粒子が膜面内に密に配置されていれば膜厚方向には一つのみが配置されているものであってもよい。
すなわち、この絶縁性物質粒子集合体層は、バインダーで結合された絶縁性物質粒子間の隙間が空孔となって電解液中のイオンを通過させるとともに、絶縁性物質粒子の存在によって正極活物質層と負極活物質層とを短絡させない。また、絶縁体粒子間の隙間が集合体層内の膜厚方向および膜面方向のいずれにおいても連続しているため、電解液を正・負極活物質層内へ浸透させ易い。
リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池は、水分の混入によって電池性能が低下するため、製造工程全体を水分が混入しないような環境に整えるか、電池缶へ電解液を入れる前に電極板積層体を乾燥する必要がある。乾燥させる場合には、従来のポリオレフィン系樹脂製微多孔膜は耐熱性が低いため、電極板積層体の乾燥を例えば真空中で80℃程度の低い温度で行わないと、膜に熱収縮が生じたり空孔が潰れたりして、電池特性を損なうという問題点がある。そのため、乾燥時間が非常に長くなるか、乾燥程度が不十分となって電解液内に水分が混入する恐れがあった。
しかしながら、絶縁性物質粒子として酸化物等を使用して形成された絶縁性物質粒子集合体層は、ポリオレフィン系樹脂製微多孔膜と比較して耐熱性に優れているため、100℃以上の温度でも乾燥が可能であり上記問題を解決できる。これは、特に水分の混入によって悪影響を受けやすいと言われているリチウム−マンガン複合酸化物を正極に使用した場合に有効であるといえる。
絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータの厚みは、特に限定されないが、１μｍ〜100μｍであることが好ましく、10μｍ〜50μｍであることがより好ましい。
また、この電池において、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成されている。すなわち、各電池層において、正極活物質層の表面の面積は、負極活物質層の表面の面積と同じか負極活物質層の表面の面積より小さくなっている。そして、セパレータは、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、集電体の端面からはみ出さないように配置されている。
そのため、電極板積層体の外形寸法は、セパレータの大きさではなく負極の大きさによって決まる。したがって、同じ大きさの電極板積層体を作製した場合に、正極および負極の大きさを従来より大きくすることができる。
また、セパレータは、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように配置されているため、正極と負極との間の短絡は防止される。
なお、この電池において、電極板積層体が両極の集電体間に介装された絶縁層を有する場合には、この絶縁層は、正負の集電体の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極集電体と対向する正極集電体の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されていることが好ましい。
すなわち、電極板積層体が、集電体の片面のみに活物質層が固定された正極および負極で構成され、正負の集電体が活物質層を介さずに対向する場合（例えば、捲回型で片面活物質層の正極および負極を一枚ずつ用いた場合）には、正負の活物質層が固定されていない側の集電体の間を絶縁する必要がある。この部分はイオン透過性を必要としないので、イオン透過性のない絶縁層が介装されていればよく、この絶縁層が、正負の集電体の少なくともいずれか一方に前述の配置で固定されていることが好ましい。また、この絶縁層を前述の絶縁性物質粒子集合体層で構成してもよい。
本発明は、また、集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、電極板積層体は、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間にセパレータとして介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層が、１層以上積層されているものであり、前記容器は可撓性容器であることを特徴とする非水系二次電池を提供する。この電池を本発明の第３の電池とする。
このようにセパレータと両極とを一体化させた一体化層で電極板積層体を構成すると、電極板積層体の作製時に、正極、セパレータ、負極間にずれが生じることが無い。また、電極板積層体を容器に挿入して封口した後に衝撃等を与えても、ずれが生じることが無い。加えて、電極間距離に変化が生じないことから、高電流密度での充放電における特性劣化が起こり難く、サイクル性の劣化も低減できる。
セパレータすなわち絶縁性物質粒子の集合体を、正極活物質層および負極活物質層の両方の活物質層表面に一体化する方法としては、例えば次の３つの方法が挙げられる。
第１の方法としては、先ず、絶縁性物質粒子とバインダーとの混合物とを溶媒に分散してスラリー化し、これを少なくとも一方の電極の活物質層表面に塗布する。その後直ちに、前記表面上に、他方の電極を、両電極活物質層が上記のスラリーを介して対向するように重ね合わせる。その後、加熱して分散媒を蒸発させる。
第２の方法としては、先ず、少なくとも一方の電極の活物質層表面に上記のスラリーを塗布後、乾燥させてセパレータ層を形成する。その後、このセパレータ層を介して両電極の活物質層が対向するように、他方の電極を重ね合わせる。その後、バインダーが溶融する程度の温度でホットプレスして貼り合わせる。
第３の方法としては、先ず、少なくとも一方の電極の活物質層表面に上記の分散液を塗布した後、乾燥させてセパレータ層を形成する。その後、セパレータ層上にバインダーを溶解する溶媒を塗布する。次に、このセパレータ層を介して両極の活物質層が対向するように、他方の電極を重ね合わせる。その後、プレスおよび乾燥させることにより貼り合わせる。
この電池の容器は可撓性容器であり、その材料としては、水及び非水溶媒の蒸気が実質的に通過できない材料であって、電池性能を劣化させない程度で薄くて軽いものが好ましい。例えば、鉄シート、ステンレスシート，アルミニウムシート等の金属製シート、ポリエチレン，ポリプロピレン，アイオノマー樹脂，エチレンとビニルアルコールの共重合体，ナイロン樹脂，芳香族ポリアミド樹脂，芳香族ポリエステル樹脂，ポリエチレンテレフタレート樹脂，ポリエチレンナフタレート樹脂，ポリフェニレンオキシド，ポリオキシメチレン，ポリカーボネート，ポリテトラフルオロエチレン樹脂，ポリフッ化ビニリデン樹脂等の樹脂製シートが挙げられ、必要に応じてこれら２種以上のシートを積層したもの、あるいは２種以上のシート成分が混合もしくは重合されたもの等を用いてもよい。
なお、本発明の電池は、上述のような電極板積層体の構造に特徴を有するものであり、これ以外の電池の構成材料（電解液や正極および負極の材料等）については、従来技術に従って構成することができる。
ここで、非水系電解液を使用したリチウムイオン二次電池の構成材料等について説明する。
リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質としては、リチウムをイオン状態で収蔵・放出可能なLixMI (1-y)MII yO2（０＜ｘ≦1.1,0≦ｙ≦1,MI及びMIIは、Co、Cr,Mn,Fe,Niから選ばれる少なくとも一種の元素）、LixMn(2-y)MyO4（０＜ｘ≦1.1,0≦ｙ≦1,MはLi,Al,Cr,Fe,Co,Ni,Gaから選ばれる少なくとも一種の元素）等のリチウム複合金属酸化物が挙げられる。
リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質としては、リチウムをイオン状態で収蔵・放出可能な、コークス、グラファイト、非晶質カーボン等の炭素質材料、Si,Ge,Sn,Pb,Al,In,Zn等の元素を含む金属酸化物及び合金が挙げられる。
上記電極活物質をバインダーおよび溶媒と混合してスラリー化し、集電体上に塗布後乾燥させて電極としているが、そのときのバインダーの例としては、ラテックス（例えば、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体ラテックス、及びアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックス）、セルロース誘導体（例えば、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩及びアンモニウム塩）、フッ素ゴム（例えば、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体）やフッ素樹脂（例えば、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン）が挙げられる。溶媒の例としては、酢酸エチル,2−エトキシエタノール（エチレングリコールモノエチルエーテル）、Ｎ−メチルピロリドン（NMP）、N,N−ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルスルフォキシド（DMSO）、テトラヒドロフラン（THF）、水等が挙げられる。
リチウムイオン二次電池に用いられる非水系電解液としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、CF3SO3Li、（CF3SO2）2N・Li等の電解質を、単独でまたは２種以上組み合わせて有機溶媒に溶解したものを使用することができる。
非水系電解液における有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン，テトラヒドロフラン等が挙げられ、いずれかが単独でまたは２種以上を混合して（例えば、誘電率の高い溶媒と粘度の低い溶媒との混合溶媒が）使用される。
ここで、非水系電解液中の電解質濃度は0.1〜2.5mol/lであることが好ましい。
本発明は、また、シート状の負極集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層を固定して負極体を形成し、この負極体の表面に、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を固定した後、この負極体を電池の種類に応じた所定形状に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層が固定された負極を作製し、この負極と、シート状の集電体の少なくとも一方の面に正極活物質層が固定された所定形状の正極とを用い、正極活物質層が電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さないようにして電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を本発明の第１の製法とする。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
ここで、電極板積層体には、正極、負極、およびセパレータを、帯状に切断して捲回機により渦巻き状に巻き取る捲回型、帯状に切断して所定幅で折り返しながら平行に重ねる九十九折り型、円形や四角形に切断して積み重ねる単純積層型等がある。
したがって、上記方法で捲回型の電極板積層体を形成する場合には、例えば、正極の幅が負極の幅よりも小さくなるように切断し、捲き始め部分と捲き終わり部分に、正極活物質層と対向しない負極活物質層が配置されるように捲回する。
九十九折り型の電極板積層体を形成する場合には、例えば、正極の幅が負極よりも小さくなるように切断し、折り始め部分と折り終わり部分に、正極活物質層と対向しない負極活物質層が配置されるように折り重ねる。単純積層型の電極板積層体を形成する場合には、例えば、正極を、外周線が負極よりも小さくなるように切断して、中心を合わせて積み重ねる。
本発明は、また、シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を正極活物質層の表面と端面を覆うように形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層が一体化された正極体を、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層が固定された正極を作製し、この正極と、シート状の集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層が固定された所定形状の負極とを用い、正極活物質層が電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さないようにして電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を、本発明の第２の製法とする。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
本発明は、また、シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、正極活物質層の表面と端面を覆うように絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層の上に、シート状の負極集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層を有する負極体を負極活物質層側を向けて一体化し、その後に、この正極体と負極体が一体化されたものを、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間に介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層を形成し、これを１層以上積層して電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を本発明の第３の製法とする。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置され、電極板積層体は、両極と両極の活物質層間のセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層されているものである非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
本発明は、また、シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、正極活物質層の表面と端面を覆うように絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層の上に負極活物質層を形成し、その後に、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間に介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層を形成し、これを１層以上積層して電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を本発明の第４の製法とする。
ここで、負極活物質は、集電体なしでも電極として機能させることが可能であるが、乾燥後の負極活物質層に集電体等を固着させる場合には、例えば、ラスメッシュ（厚さが通常の集電体と同等のエキスパンデッドメタル）等のような、負極活物質層に対して圧着等により固定できるものを使用してもよい。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置され、電極板積層体は、両極と両極の活物質層間のセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層されているものである非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第２の電池の一実施形態に相当する、捲回型の電極板積層体を作製する方法を示す説明図であって、帯状の正極および負極に切断する前の広幅体を示す平面図である。（ａ）は正極に関する図であり、（ｂ）は負極に関する図である。
図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３は、正極と負極の寸法の違い、および捲回時における正極と負極の重ね方を示す正面図である。
図４は、本発明の第２の電池の一実施形態として作製した電極板積層体を示す断面図であり、（ａ）はその内周側部分を、（ｂ）は外周側部分を示す。
図５は、電池缶と電極板積層体の関係、電極板積層体の長さと正極の幅と負極の幅とセパレータの幅との関係を示す図であり、（ａ）は電池缶の外形を、（ｂ）は実施形態の電池の電極板積層体を、（ｃ）は従来の電池の電極板積層体をそれぞれ示す。
図６は、本発明の第２の電池の別の実施形態に相当する電極板積層体（正極および負極とも集電体の片面のみに活物質層を固定した例）の外周側部分を示す断面図である。
図７は、本発明の第２の電池の別の実施形態に相当する電極板積層体（正極および負極とも両面にセパレータを固定した例）を示す断面図であり、（ａ）はその内周側部分を、（ｂ）は外周側部分を示す。
図８は、本発明の第２の電池の別の実施形態に相当する電極板積層体（最外周に集電体露出部を設けた例）を示す断面図であり、（ａ）はその内周側部分を、（ｂ）は外周側部分を示す。
図９は、活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図10は、活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図11は、活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図12は、負極活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図13は、負極集電体に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図14は、コイン状の単純積層型電池の電極板積層体を示す平面図である。
図15は、四角形の単純積層型電池の電極板積層体を示す。
図16および図17は、図14および図15の電極板積層体の断面構造の例を示す断面図である。
図18および図19は、本発明の第３の電池の実施形態を示す断面図である。
図20は、本発明の第１の電池を構成する電極の一実施形態を示す断面図である。
図21は、本発明の第２の製法の実施形態に関し、製造された正極体および負極体を示す断面図である。
図22は、実施例８における電極板積層体の作製手順を示す工程図であって、（ａ）は広幅体の作製工程を示し、（ｂ）は（ａ）工程により得られた帯状体を示し、（ｃ）は絶縁物によるコーティングの形成工程を示し、（ｄ）は電極板積層体の作製工程を示す。
図23は、本発明の第２の電池の実施形態に関し、その電極板積層体の例を示す断面図である。
図24は、実施例９における電極板積層体の作製手順を示す工程図であって、（ａ）は広幅体の作製工程を示し、（ｂ）は（ａ）工程により得られた帯状体を示し、（ｃ）は電極板積層体の作製工程を示し、（ｄ）は絶縁物によるコーティングの形成工程を示す。
図25は、実施例９で作製した電極板積層体の単位電池層を示す断面図である。
図26は、実施例９で作製した電極板積層体の端面付近を示す部分拡大図である。
図27は、本発明の第１の電池に関し、その電極板積層体が単純積層型である場合の作製手順を示す工程図であって、（ａ）は広幅体の作製工程を示し、（ｂ）は（ａ）工程により得られた帯状体を示し、（ｃ）は絶縁物によるコーティングの形成工程を示し、（ｄ）は電極板積層体の作製工程を示す。
図28および29は、本発明の第１の電池の実施形態に関し、捲回型の電極板積層体の正極帯状体および負極帯状体の一例を示す断面図である。
図30および31は、本発明の第２の製法の実施形態に関し、製造された正極体および負極体を示す断面図である。
図32は、本発明の第３の製法の実施形態に関し、製造された一体化層を示す断面図である。
図33および34は、本発明の第２の電池の実施形態に関し、その電極板積層体の例を示す断面図である。
図35は、本発明の第４の電池の実施形態に関し、その電極板積層体の例を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
［第１実施形態］
以下に、本発明の電池の第１実施形態について説明する。この実施形態は、本発明の第２の電池およびその製造方法（本発明の第１の製法）に関する実施形態に相当する。
図１〜図４により捲回型の電極板積層体を作製する方法を示す。
まず、正極については、図１（ａ）（平面図）および図２（ａ）（図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図）に示すように、集電体箔1aの両面全体に正極活物質層1bを形成して正極広幅体10を作製する。
負極については、図１（ｂ）（平面図）および図２（ｂ）（図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図）に示すように、集電体箔2aの両面全体に負極活物質層2bを形成して負極広幅体20を作製し、各負極活物質層2bの表面全体に絶縁性物質粒子集合体層3Bを形成する。
次に、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、正極広幅体10と、絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極広幅体20を、幅方向で複数個に切断することにより、それぞれ正極帯状体11および絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21を得る。この切断は、図３に示すように、長さ方向一端でａ、他端でｂ（ａ＜ｂ）、幅方向各端でΔw1,Δw2（Δw1＝Δw2）だけ、正極帯状体11より負極帯状体21の方が大きな寸法になるように行う。
次に、正極帯状体11および絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21を、図３に示すように重ねながら、負極を内側にして渦巻き状に捲回する。すなわち、この電極板積層体の捲きはじめの部分（長さａ）は負極帯状体21のみを捲き、それ以降は正極帯状体11と絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21の幅方向中心を合わせて巻き取る。
図４（ａ）にこの電極板積層体の内周側部分4aを、図４（ｂ）に外周側部分4bを示す。図４（ｂ）から分かるように、この電極板積層体は、最外周部に長さｄで負極２のみが巻き取られており、負極の長さはこの最外周部長さｄが確保できるように設定する。
ここで、長さ方向（電極板積層体の捲回方向）において、最内周の負極活物質層2b（長さｃ）および最外周の負極活物質層2b（長さｄ）は、電池層を構成していないが、これら以外の部分では、セパレータとなる絶縁性物質粒子集合体層3Bを挟んで対向する正極活物質層1bと負極活物質層2bとにより、電池層Ｄが構成されている。
そして、最内周の電池層Daの捲き始め部分（長さａ）と、最外周の電池層Deの捲き終わり部分（長さｅ）は、負極活物質層層2bが正極活物質層層2bと相対しない。すなわち、最内周の電池層Daと最外周の電池層Deには、正極活物質層層1bと相対しない負極活物質層層2bの部分（単独部分）Ｆが存在する。
また、幅方向（電極板積層体の捲回軸方向）の各端部は、それぞれΔw1,Δw2だけ負極２の方が大きく形成されているため、ここにも負極活物質層層2bの単独部分Ｆが存在する。
このように、本実施形態の電極板積層体は、長さ方向および幅方向のいずれにおいても負極２を正極１より大きく切断し、正極１が負極２からはみ出さないように重ねて捲回することにより、電池層Ｄとして対をなす正負極の全端部に負極活物質層2bの単独部分Ｆが形成されている。したがって、このような構成の電極板積層体を備えたリチウムイオン二次電池は、負極活物質層2bの単独部分Ｆの存在により、負極の端部付近でリチウムイオンのドープ量が飽和しにくくなって、充放電時の内部短絡が防止される。
また、セパレータである絶縁性物質粒子集合体層3Bが負極活物質層2bに固定されているため、セパレータの幅を負極２の幅と同じにすることができる。これにより、前述の目的で負極２より小さく設計される正極１の幅を、従来より大きくすることができるため、同じ大きさの電池缶に収納される電極板積層体の正極１の面積を大きくすることができる。
すなわち、図５（ａ）に示すように、電池缶５の大きさに応じて収納される電極板積層体の高さαが決まるが、この実施形態の電極板積層体４は、図５（ｂ）に示すように、負極２の幅M2とセパレータ（絶縁性物質粒子集合体層）3Bの幅S1を、電極板積層体４の高さαと等しくすることができる。これに対して、従来の電極板積層体40は、図５（ｃ）に示すように、セパレータの幅S2を電極板積層体の高さαと等しくし、負極２の幅M2をこれより例えば2.0mm程度の差で小さくしてある。なお、いずれの場合も、前述のような内部短絡防止の目的で、正極１の幅P1,P2は、負極板１の幅M1,M2より例えば0.5〜2.0mmの範囲で小さくする。
その結果、同じ厚さで活物質層を形成すれば、面積の増加分だけ活物質層の量が増加するため、図５（ｂ）の電極板積層体４は図５（ｃ）の従来の電極板積層体40より、電池容量を大きくすることができる。また、同一容積の電池缶に収納する活物質量を同じにすれば、電池容量を低下することなく、面積の増加分だけ活物質層の厚さを薄くすることができる。また、面積の増加によって単位面積当たりの電流密度が下がり、活物質層が薄くなることで膜抵抗が減少して出力特性が向上する。
ここで、従来の代表的な電池とこの実施形態に相当する電池により、電池容量を比較した実施例（実施例１〜6,比較例1,2）について以下に説明する。
まず、電極として以下のものを用意した。
正極としては、LiCoO2を正極活物質として、リン片状グラファイトおよびアセチレンブラックを導電性フィラーとして、フッ素ゴムをバインダーとして用いた。これらを酢酸エチルと２−エトキシエタノールの混合溶媒（体積比で、酢酸エチル:2−エトキシエタノール＝1:3）中で、LiCoO2:リン片状グラファイト：アセチレンブラック：フッ素ゴム＝100:2.5:2.5:1.98の重量比で混合してスラリーとした。
このスラリーを、厚さ15μｍのアルミニウム箔（正極集電体）1a上の両面に塗布後、乾燥させてプレスを施すことにより、片面当たり厚さ87μｍの正極活物質層1bを有する正極広幅体10を形成した。
負極としては、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイトおよびリン片状グラファイトを負極活物質として、カルボキシメチルセルロースを分散剤として、ラテックスをバインダーとして用いた。これらを精製水中で、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイト：リン片状グラファイト：カルボキシメチルセルロース：ラテックス＝90:10:1.4:1.8の重量比で混合してスラリーを得た。
このスラリーを、厚さ12μｍの銅箔（負極集電体）2a上の両面に塗布後、乾燥させてプレスを施すことにより、片面当たり厚さ81μｍの負極活物質層2bを有する負極広幅体20を形成した。
次に、絶縁性物質粒子集合体層（セパレータ）の形成および電極板積層体の作製を以下のようにして行なった。
絶縁性物質粒子としてα−Al2O3粉体（50％平均粒子径0.7μｍ）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（PVDF）の粉体〔呉羽化学工業（株）製KF♯1100〕、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（NMP）を用意した。そして、重量比でα−Al2O3:PVDF＝100:5となるように粉体状態のまま混合し、それにNMPを加えてさらに混合し、固形分率56.8重量％のスラリーを得た。
このスラリーを、ダイコーターを用いて正極広幅体の正極活物質層1bおよび負極広幅体の負極活物質層2bの上に均一に塗布し、これを120℃の乾燥炉中で２分間乾燥することにより、厚さ12μｍの絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Aを正極活物質層1b上に、セパレータ3Bを負極活物質層2b上に固定した。
電解液として、エチレンカーボネート（EC）とジエチルカーボネート（DEC）の体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/l溶解させたものを用意した。この電解液とともに、上記方法で作製したこの実施形態の電極板積層体を、電池缶内に収納して封口し、18650サイズ（直径18mm,高さ65mm）と17500サイズ（直径17mm,高さ50mm）の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
比較例として、ポリエチレン製微多孔膜をセパレーターとして用いた従来の円筒型リチウムイオン二次電池も作製した。
なお、実施例と比較例の電池は、正極，負極の幅以外の点（長さや活物質層の厚さ等）およびセパレータの幅と種類については、各サイズ毎にすべて同じにしてある。
このようにして作製した電池の充放電を20℃恒温槽中において以下の条件で１サイクル行なった。
充電：上限電圧4.2V,電流密度0.5mA/cm2で、トータル５時間の定電流定電圧充電
放電：電流密度0.5mA/cm2で、終止電圧2.7Vまでの定電流放電
下記の表１および表２に電池放電容量を比較した結果を示す。表１は18650サイズについて、表２は17500サイズについて示す。
【表１】
【表２】
表１および２の結果から、電池缶のサイズによって効果の大きさは異なるが、実施例の電池は比較例の電池に比べて、２〜10％程度の電池容量の増加が可能になることが分かる。
なお、前記実施形態では、正負極とも集電体の両面に活物質層を固定したものを使用して電極板積層体を作製しているが、これに限定されず、正極または負極のいずれか、もしくは正極および負極とも集電体の片面のみに活物質層を固定したものを使用してもよい。
図６は、正極および負極とも集電体の片面のみに活物質層を固定したものを、１枚づつ使用した例であるが、この場合には、正負の集電体の間に絶縁層を形成する必要がある。そのため、この例では、負極２を切り出す広幅体を、集電体2aの一方の面に活物質層2bを形成し、その上にセパレータとしての絶縁性物質粒子集合体層3Bを形成するとともに、集電体2aの他方の面にも絶縁性物質粒子集合体層3Eを形成することで作製している。また、正極１としては、集電体1aの一方の面に活物質層1bを固定したものを使用している。
そして、これらの正極１および負極２を図４の場合と同様に捲回することにより、正負の活物質層1b,2bの間に絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Bが配置されるとともに、正負の集電体1a,2aの間にも絶縁性物質粒子集合体層3Eが配置される。
ここで、正負の集電体1a,2aの間の絶縁性物質粒子集合体層3Eには、電解液中のイオンを通過させる機能は必要なく、両集電体間を絶縁する機能があればよいため、この絶縁性物質粒子集合体層3Eを絶縁性物質粒子集合体層で構成する必要はなく、絶縁膜を集電体に固定することにより構成してもよい。
また、前記実施形態では、セパレータをなす絶縁性物質粒子集合体層3Bを負極活物質層2bの表面全体に形成して正極活物質層1bには形成していないが，図７に示すように、正負の両活物質層1b,2bの表面全体に、それぞれ絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを形成してもよい。このようにすると、各電池層Ｄにおいて、正負の活物質層間1b,2bに２層の絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bからなるセパレータが存在することになる。このように２層のセパレータがあれば、例えば、いずれかの絶縁性物質粒子集合体層にピンホールなどの欠陥があった場合にも、セパレータの機能を低下させないようにすることができる。
また、図８に示すように、電池層Ｄを構成しない部分（電極板積層体の最外周部分の長さｄおよび最内周部分の長さｃ）には、予め負極集電体2aに負極活物質層2bを形成しない（集電体露出部Ｒを形成する）ようにしてもよい。このようにすると、同じ電池缶用の電極板積層体を作製する場合に、捲回長さを長くすることができるため、その分だけ容量を上げることができる。
また、この図での電極板積層体には、タブ固定用の集電体露出部Ｔも形成されており、このような集電体露出部Ｔおよび／または前述の集電体露出部Ｒがある場合には、図９に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A（3B）を、活物質層1b（2b）の端面部分Ｍを覆うように形成してもよい。また、図10に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A（3B）を、活物質層1b（2b）の端面部分Ｍと集電体露出部Ｔ（Ｒ）全体を覆うように形成してもよい。また、図11に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A（3B）を、活物質層1b（2b）の端面部分Ｍと集電体露出部Ｔ（Ｒ）の一部T1（R1）を覆うように形成してもよい。
このような集電体露出部には、上述のように絶縁性物質粒子集合体層を固定してもよいが、絶縁フィルムを切断して電極からはみ出さないように貼りつけたり、挟んだりすることによっても、短絡を防ぐことができる。
さらに、負極活物質層2bの表面にセパレータ3Bを固定する場合には、必ずしも当該表面全体に固定する必要はなく、図12に示すように、これに相対させる正極活物質層と同じかこれより外側にはみ出す大きさで固定すればよい。同様に、負極集電体2aの表面に絶縁性物質粒子集合体層3Eを固定する場合には、必ずしも当該表面全体に固定する必要はなく、図13に示すように、これに相対させる正極集電体と同じかこれより外側にはみ出す大きさで固定すればよい。
また、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータは、正極１の表面全体にのみ形成して負極２には形成しないようにしてもよいが、切断部での欠け落ちなどを考慮すると、負極２の表面に形成されていた方が好ましい。
すなわち、前記実施形態の方法のように、負極の広幅体20の両面に絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Bを形成し、これを切断した負極２と、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータが形成されていない正極１とを用いて電極板積層体を作製することにより、正極１の大きさが電池層として対をなす負極２より小さい電極板積層体を容易に且つ効率良く得ることができる。
なお、前記実施形態では、捲回型の電池について示してあるが、九十九折り型や単純積層型の電池でも同様の効果が得られる。図14にはコイン状の単純積層型電池の電極板積層体を、図15には四角形の単純積層型電池の電極板積層体を示す。また、図16はこれらの電極板積層体の断面図である。
この場合には、例えば、前記と同様にして形成した正負の広幅体10,20から、円形または四角形の形状で負極２を切り出し、これより一回り小さく正極１を切り出した後、負極２と正極１を中心を合わせて交互に積み重ねる。これにより、電極板積層体４の電池層Ｄを形成している部分の縁部全体に、負極活物質層の単独部分Ｆが存在するため、前述の短絡防止効果が得られる。また、負極活物質層2bに固定された絶縁性物質粒子集合体層3Bにより、セパレータが負極２と同じ大きさになっているため、前記と同様に、正極１を大きくして電池容量を増大することができる。
なお、前記実施形態では、電極板積層体の電池層Ｄを形成している部分に負極活物質層の単独部分Ｆを設けてあるが、本発明はこのようなものに限定されない。すなわち、前述のような内部短絡が大きな問題にならない場合には、電極板積層体の電池層Ｄを形成する正極活物質層の面積を、負極活物質層および絶縁性物質粒子集合体層と同じにすることにより、同じ電池缶での電池容量をより大きくすることができる。
また、図16の単純積層型電池の電極板積層体は、正極と、セパレータが固定された負極を複数重ねることにより、電池層Ｄが複数層形成されたものであるが、図17に示すように、正極１と、セパレータ（絶縁性物質粒子集合体層3B）が固定された負極２を１枚ずつ重ねたものであってもよい。
［第２実施形態］
以下に、本発明の電池の第２実施形態について説明する。この実施形態は、本発明の第３の電池に関する実施形態に相当する。
本発明の第３の電池の電極板積層体としては、例えば図18に示す電極板積層体４が挙げられる。この電極板積層体４は、アルミニウム箔からなる正極集電体1aの片面に、リチウム含有複合酸化物を含む材料が正極活物質層1bとして塗布された正極１と、銅からなる集電体箔2aの片面に、炭素粒子を含む材料が負極活物質層2bとして塗布された負極２と、正極活物質層1bと負極活物質層2bとの間に介装されたセパレータ（絶縁性物質粒子集合体層）3Cで構成されており、セパレータ3Cは、正極活物質層1bおよび負極活物質層2bの両方の表面に固定されている。すなわち、この電極板積層体４は、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータと両極とを一体化させた一体化層を、１層だけ備えている。
（実施例7,比較例３〜４）
まず、シート型電池用の電極として以下のものを用意した。
正極としては、実施例１〜６と同様にして作製した正極広幅体から4.0cm×4.0cmの正方形の電極シートを切り出した。
負極としては、ニードルコークスを負極活物質とし、カルボキシメチルセルロースを分散剤とし、ラテックスをバインダーとして用意した。これらを精製水中で、ニードルコークス：カルボキシメチルセルロース：ラテックス＝100:0.8:2.0の重量比で混合してスラリーとした。このスラリーを、厚さ18μｍの銅箔（負極集電体）2a上の片面に塗布後、乾燥させて、プレスを施すことにより、厚さ124μｍの負極活物質層2bを有する負極広幅体を形成した。この負極広幅体から4.1cm×4.1cmの正方形の電極シートを切り出した。
次に、絶縁性物質粒子集合体層（セパレータ）の形成および電極板積層体の作製を以下のようにして行なった。
絶縁性物質粒子として、α−Al2O3（50％平均粒子径1.0μｍ）を用意した。また、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（PVDF）の粉体〔呉羽化学工業（株）製KF♯1100〕を、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（NMP）を用意した。そして、α−Al2O3:PVDF＝100:5（重量比）となるように粉体状態のまま混合し、それにNMPを加えてさらに混合し、固形分率56.8％のスラリーを得た。
このスラリーを、ドクターブレードを用いて、上で切り出した正極の正極活物質層1bおよび上で切り出した負極の負極活物質層2bの上に均一に塗布し、これを直ちに1bと2bが対向するように貼り合わせ、130℃の乾燥炉中で30分間乾燥することにより、電極板積層体を作製した。このとき、絶縁性物質粒子集合体層3Cの厚みは20μｍであった。
上記電極板積層体を、エチレンカーボネート（プロピレンカーボネート（PC），エチレンカーボネート（EC），γ−ブチロラクトン（γ−BL）の体積比1:1:2の混合溶媒にLiBF4を1.5mol/l溶解させた電解液と共に、アルミニウム箔ラミネートシートパッケージに収納して密封し、シート型電池とした。
このシート型電池の充放電試験を、20℃恒温槽中において以下の条件で行なった。
充電：
１サイクル目：
上限電圧4.2V,電流密度1.0mA/cm2で、トータル６時間の定電流定電圧充電
２〜100サイクル：
上限電圧4.2V,電流密度1.5mA/cm2で、トータル３時間の定電流定電圧充電
放電：
10サイクル目以外：
電流密度0.6mA/cm2で、終始電圧2.7Vまでの定電流放電
10サイクル目のみ：
電流密度6.0mA/cm2で、終始電圧2.7Vまでの定電流放電
ここで、９サイクル目と10サイクル目の間の放電容量変化率、および、１サイクル目放電容量を基準とした100サイクル目放電容量の容量維持率に着目した。放電容量変化率が急速放電特性、容量維持率がサイクル特性を示す指標となる。
また、固体電解質として、フッ化ビニリデン:6フッ化プロピレン＝92:8（重量比）であるコポリマーを、実施例と同じ電解液で膨潤させたものを作製した。このとき、コポリマー：電解液＝1:1の重量比で、厚みは100μｍであった。この固体電解質を、実施例と同じ正極と負極の間に挟み込み、両活物質層が対向た電極板積層体を作製した。この電極板積層体を、実施例と同じパッケージ内に密封してシート型ポリマー電池とし、実施例と同じ条件で充放電を行い、これを比較例３とした。
もう一つの比較例として、実施例と同じ正極と負極の間に、従来のリチウムイオン二次電池で用いられている25μｍ厚ポリエチレン製微多孔膜セパレータを挟み込み、両活物質層が対向した電極板積層体を作製した。この電極板積層体を実施例と同じパッケージ内に密封してシート型電池とし、実施例と同じ条件で充放電を行った。これを比較例４とした。
上記の結果を表３に示す。
【表３】
表３から分かるように、本発明の第３の電池は、ポリマー電池と比較して、特に急速放電特性の面でより優れている。また、従来のリチウムイオン二次電池で用いられている25μｍ厚のポリエチレン製微多孔膜セパレータを用いたシート型電池と比較して、急速放電特性およびサイクル特性の両面で優れている。
なお、前記実施形態の電極板積層体は、正極とセパレーターと負極とを一体化させた一体化層を１層だけ有するものであるが、図19に示すように、前記一体化層が２層以上積層されたものであってもよい。
図19に示す電極板積層体４は、一体化層が２層以上積層されているために電池層Ｄが複数個形成されているとともに、電池層Ｄを形成している部分の縁部全体に、負極活物質層の単独部分Ｆが存在するため、この図19に示す電極板積層体４を備えたシート型電池は、前述の第２実施形態で説明したような短絡防止効果も得られる。また、正負の活物質層2b,1bに固定された絶縁性物質粒子集合体層3Dにより、セパレータが負極２と同じ大きさになっているため、正極１を大きくして電池容量を増大することもできる。
［第３実施形態］
以下に、本発明の電池の第３実施形態について説明する。この実施形態は、本発明の第１の電池に関する実施形態に相当する。
（実施例8,比較例５）
先ず、実施例１〜６と同様にして、正極広幅体および負極広幅体を用意し、この広幅体の活物質層全面にそれぞれ絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを形成した。
次に、絶縁性物質粒子集合体層3Aが形成された正極広幅体10および絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極広幅体20を図22（ａ）に示すように、幅方向で切断することにより、図22（ｂ）に示すような、幅38.75mm長さ62cmの絶縁性物質粒子集合体層3Aが形成された正極帯状体11および幅40.25mm長さ59.8cmの絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21を得た。これらの帯状体の幅方向端面（切断面）に、以下のようにして絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成した。
絶縁性物質粒子としてα−Al2O33体（50％平均粒子径0.7μｍ）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（PVDF）の粉体〔呉羽化学工業（株）製KF♯1100〕、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（NMP）を用意した。そして、これらを、重量比でα−Al2O3:PVDF＝100:5となるように粉体状態のまま混合し、それにNMPを加えてさらに混合し、固形分率56.8重量％のスラリーを得た。
上記正負の各帯状体の幅方向端面に、このスラリーを塗布した後、120℃で２分間乾燥させた。これにより、図22（ｃ）および図１に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを形成した正負の帯状体11,21の厚さ方向の両側にはみ出さないようにして、活物質層1b,2bと集電体シート1a,2aの端面全体に、絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを帯状体幅方向に10μｍの厚さで形成した。
上記正負の帯状体と、厚さ12μｍのポリプロピレン製の絶縁膜3Gを用い、正極側を外側にして捲回することにより、電極板積層体41を作製した（図22（ｄ））。
すなわち、この電極板積層体41の単位電池層D1は、図25に示すように、アルミニウム箔1aの片面に正極活物質層1bが固定された正極１（正極帯状体11）と、銅箔2aの片面に負極活物質層2bが固定された負極２（負極帯状体21）と、それぞれの活物質層上に固定された絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bと、正負の両集電体1a,2aとの間に介装された絶縁膜3Gとで構成される。
この電極板積層体41を、エチレンカーボネート（EC）とジエチルカーボネート（DEC）の体積比1:1の混合溶媒にLiPF6を1.0mol/l溶解させた電解液と共に、直径17mm、高さ5cmの電池缶内に収納して封口し、円筒型リチウムイオン二次電池とした。
また、比較例５として、正負の両帯状体11,21の幅方向端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成しなかった以外は、全て実施例８と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
これらの電池を各100本用意し、充放電を20℃恒温槽中において以下の条件で１サイクル行ない、短絡異常が発生した電池の本数を調べた。
充電：上限電圧4.2V,電流密度0.5mA/cm2で、トータル５時間の定電流定電圧充電
放電：電流密度0.5mA/cm2で、終止電圧2.7Vまでの定電流放電
その結果、実施例８では100本中１本も短絡異常が発生しなかったが、比較例１では100本中３本に短絡異常が発生した。すなわち、正負の両帯状体11,21の幅方向端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成することにより、短絡異常の発生率が大幅に減少することが分かる。
（実施例9,比較例６）
まず、実施例８と同様にして、正極広幅体および負極広幅体を用意した。次に、実施例８と同様にして絶縁性物質粒子とバインダーと溶媒とからなるスラリーを得た。
このスラリーを、ダイコーターを用いて正極広幅体の正極活物質層1bおよび負極広幅体の負極活物質層2bの上に均一に塗布し、これを120℃の乾燥炉中で２分間乾燥することにより、厚さ12μｍの絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Aを正極活物質層1b上に、セパレータ3Bを負極活物質層2b上に固定した。
さらに、図24（ａ）に示すように、このように作製した正極広幅体10および負極広幅体20を幅方向で切断することにより、図24（ｂ）に示すような、幅38.75mm長さ62cmの正極帯状体11および幅40.25mm長さ59.8cmの負極帯状体21を得た。
この正負の帯状体11,21と、厚さ12μｍのポリプロピレン製の絶縁膜3Gを用い、正極側を外側にして捲回することにより、円筒型の電極板積層体42を作製した（図24（ｃ））。
すなわち、この電極板積層体42の単位電池層D2は、図25に示すように、アルミニウム箔1aの片面に正極活物質層1bが固定された正極１と、銅箔2aの片面に負極活物質層2bが固定された負極２と、正極活物質層1bの上に固定された絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Aと、負極活物質層2bの上に固定された絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Bと、絶縁膜3Gとで構成されている。そして、正極帯状体11は正極１と正極側のセパレータ13Aとで構成され、負極帯状体21は負極２と負極側のセパレータ13Bとで構成されている。
この電極板積層体42の両端面（円筒体の両底面）に、以下のようにして絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成する。
すなわち、セパレータ3A,3Bの作製の際に使用したものと同じスラリーを、電極板積層体42の両端面に塗布した後、120℃で２分間乾燥させ、図23（ｄ）に示すように、多数のα−Al2O3粒子同士がPVDFで結合されたコーティング3Fを形成した。ここで、このコーティング3Fは、例えば図26に示すように、正極帯状体11、負極帯状体21、および絶縁膜3Gの全ての端面に、負極帯状体21の端面での幅Ｗが10μｍとなるように固定され、負極活物質層2bの上面端部にも形成されている。
このようにして両端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fが形成された電極板積層体42を、実施例８と同じ組成の電解液と共に直径17mm、高さ5cmの電池缶内に収納して封口し、リチウムイオン二次電池を作製した。
また、比較例６として、電極板積層体42の両端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを固定しなかった点以外は、全て実施例９と同様にしてリチウムイオン二次電池を組み立てた。
これらの各電池を100本用意し、実施例１と同じ条件で充放電を１回行い、短絡異常が発生した電池の本数を調べた。
その結果、実施例９では100本中１本にだけ短絡異常が発生したが、比較例２では、100本中５本に短絡異常が発生した。すなわち、電極板積層体42の両端面に、絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成することにより、短絡異常の発生率が大幅に減少することが分かる。
図28は、捲回型の電極板積層体の正極帯状体および負極帯状体の一例を示す。この例では、正極帯状体11および負極帯状体21ともに、集電体1a,2aの両面の長さ方向端部を除いた部分に活物質層1b,2bが形成され、両活物質層の表面全体と長さ方向および幅方向の全端面に、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定されている。この絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bは、セパレータをなす部分と端面コーティング部分とが同じ厚さになっている。これにより、両活物質層の全端面が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされている。
これに対して図29は、集電体1a,2aの両面の長さ方向端部を除いた部分に活物質層1b,2bが形成されていて、活物質層の一方の面のみに絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが形成されている例である。このように活物質層の一方の面のみに絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが形成されている場合には、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを集電体1a,2aの一方の面の全面に固定されていてもよい。
なお、前記実施形態では、正極，負極，およびセパレータを、帯状に切断して捲回機により渦巻き状に巻き取る捲回型の電極板積層体を有する電池について述べているが、これに限定されず、本発明は、正極，負極，およびセパレータを帯状に切断して所定幅で折り返しながら平行に重ねる九十九折り型、正極，負極，およびセパレータを円形や四角形に切断して積み重ねる単純積層型等の従来より公知である他の構造の電極板積層体を有する電池についても適用可能である。
図27に、単純積層型の電極板積層体の断面図の一例を示す。
この例の作製手順は、まず、図27（ａ）に示すように、正負の各広幅体10,20を格子状に切断することにより、図27（ｂ）に示すような、四角形の電極12,22を得る。次に、図27（ｃ）に示すように、これらの電極12,22の４つの端面全部に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成する。これらのシート状電極12,22をセパレータを介装しながら正負交互に重ね合わせることにより、電極板積層体43を作製する（図27（ｄ））。
［第４実施形態］
この実施形態は、本発明の第２の電池およびその製法（本発明の第２の製法）の実施形態に相当する。
まず、電極として以下のものを用意した。
正極としては、LiCoO2を正極活物質として、リン片状グラファイトおよびアセチレンブラックを導電性フィラーとして、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）をバインダーとして用いた。これらをＮ−メチルピロリドン（NMP）中で、LiCoO2:リン片状グラファイト：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニリデン＝100:4.0:2.5:4.0の重量比で混合してスラリーを得た。
このスラリーを、厚さ20μｍのアルミニウム箔（正極集電体）1aの一方の面に、塗布方向およびその方向に垂直な方向において塗布部と非塗布部が交互に現れ、且つ各方向において塗布部同士および非塗布部同士がそれぞれ同じ幅になるように塗布した。ただし、非塗布部は必ずしも塗布方向にある必要はない。このスラリーを乾燥させて、プレスを施すことにより、厚さ87μｍの正極活物質層1bを有する正極広幅体10を形成した。
この正極広幅体（正極体）10は、図30に示すように、電極板積層体用に設定された集電体幅より狭い幅で、且つ所定の隙間を空けて並列に正極活物質層1bが形成されたものである。
負極としては、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイトおよびリン片状グラファイトを負極活物質として、カルボキシメチルセルロースを分散剤として、ラテックスをバインダーとして用いた。これらを精製水中で、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイト：リン片状グラファイト：カルボキシメチルセルロース：ラテックス＝90:10:1.4:1.8の重量比で混合してスラリーを得た。
このスラリーを、厚さ12μｍの銅箔（負極集電体）2aの一方の面に、前述の正極の場合と同様に、但し、正極の場合より各方向において塗布幅が広くなるように塗布した。このスラリーを乾燥させて、プレスを施すことにより、厚さ81μｍの負極活物質層2bを有する負極広幅体20を形成した。
この負極広幅体（負極体）20は、図30に示すように、電極板積層体用に設定された集電体幅より狭い幅で、且つ所定の隙間を空けて並列に負極活物質層2bが形成されたものである。
これらの正極幅広体10および負極広幅体20の活物質層が形成されている面の全面に、前述の実施例と同様の絶縁性物質粒子を含むスラリーを塗布した後、乾燥させた。これにより、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが正負の活物質層の表面全体と端面全体に固定された。両活物質層の表面に形成された絶縁性物質粒子集合体層の厚さ（すなわち各電極に固定されたセパレータの厚さ）は12μｍであった。
この正極広幅体と負極広幅体を、それぞれ隙間の位置でシート面に垂直に切断することにより、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定された同一寸法の正極１および負極２を得た。これらの絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定された正極１および負極２を、図33に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A,3B同士を対向させて重ねることにより、本発明の第２の電池に相当する電池の電極板積層体４が得られる。
図34は、本発明の第２の電池に相当する電池の別の電極板積層体を示す断面図である。この電極板積層体４の正極広幅体10としては、図33と同様に形成されたものを用いるが、負極広幅体20としては、図31に示すように、負極活物質層2bを負極集電体2aの片面の全面に形成したものを用いる。そして、絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極２は、この絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極広幅体20を、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極１と同一寸法でシート面に垂直に切断することにより得られる。これらの絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定された正極１および負極２を絶縁性物質粒子集合体層3A,3B同士を対向させて重ねることにより、図34の電極板積層体４が得られる。
なお、図33および34の電極板積層体４の正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータは、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている。
また、本発明の第２の電池は、図21および23に示すように、正極側のみに絶縁性物質粒子集合体層3Aが形成されて、正極活物質層1bの端面が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、負極側には絶縁性物質粒子集合体層が形成されていないものであってもよい。
［第５実施形態］
この実施形態は、本発明の第４の電池およびその製法（本発明の第３の製法）の実施形態に相当する。
図35は、本発明の第４の電池に相当する電池の電極板積層体を示す断面図である。この電極板積層体４の正極幅広体10としては、例えば図33と同様に形成されたものを用いる。
図32に示すように、この正極幅広体10の活物質層が形成されている面の全面に、前述の実施例と同様の絶縁性物質粒子を含むスラリーを塗布した後、乾燥させた。これにより、絶縁性物質粒子集合体層3Cが正極活物質層1bの表面全体と端面全体に固定された。この絶縁性物質粒子集合体層3Cの全面に、前述の負極活物質層2b用のスラリーを塗布し、このスラリーを乾燥させる前に前述の負極集電体2aを重ねて乾燥させた後プレスすることにより、負極活物質層2bの上に負極集電体2aを一体化させた。
これにより、正極幅広体10と負極広幅体20が絶縁性物質粒子集合体層3Cを介して一体化されるため、この一体化されたものを正極活物質層1bの隙間の位置でシート面に垂直に切断することにより、セパレータと両極とが一体化された一体化層が得られる。
図35の電極板積層体４は、この一体化層を一層だけ有するものであり、その正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータは、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている。
なお、前記一体化層の形成方法としては、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極広幅体10と、絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極広幅体20を一体化した後、切断する方法も上げられる。すなわち、図30および32に示すように、先ず、第４実施形態と同様にして、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極広幅体10と、絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極広幅体20を形成する。次に、両者の絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bのいずれか一方の面に、バインダーを溶解する溶媒を塗布した後、直ちに絶縁性物質粒子集合体層3A,3B同士を対向させて重ね合わせて、プレスして乾燥させる。このようにして正極広幅体10と負極広幅体20とが一体化されたものを、前記隙間でシート面に垂直に切断すれば、前記一体化層が形成される。
また、前記一体化層は、図21に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極広幅体と、絶縁性物質粒子集合体層が形成されていない負極広幅体とを用い、正極広幅体の絶縁性物質粒子集合体層3Aの表面にバインダーを溶解する溶媒を塗布して、上述のように正極広幅体10と負極広幅体20とが一体化されたものを上記と同様にして切断することによって形成することもできる。
産業上の利用性
以上説明したように、本発明の第１の電池によれば、シート状電極の端面からの活物質粒子の欠け落ちを防止して、製造工程に起因する内部短絡が発生しないようにすることができる。
本発明の第２の電池および第４の電池によれば、シート状電極の端面からの活物質粒子の欠け落ちを防止して、製造工程に起因する内部短絡が発生しないようにすることができるとともに、活物質層を厚くしないで、同じ大きさの電池缶に収納される電極板積層体の電池容量を大きくすることができる。
本発明の第３の電池によれば、平板状の電極板積層体を可撓性容器内に備えている、電池形状の自由度が比較的高く薄型の非水系二次電池として、高電流密度での放電特性およびサイクル特性に優れたものが得られる。
本発明の非水系二次電池の製造方法によれば、本発明の非水系二次電池が容易に且つ効率良く得ることができる。
本発明は、新規な非水系二次電池およびその製造方法に関するものである。
背景技術
近年より、電子機器の小型軽量化、多機能化、コードレス化の要求に伴い、高性能電池の開発が積極的に進められている。最近では、従来より広く用いられている鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池等の二次電池に比べて、高電圧、高容量、高出力でありながら重量が軽いという理由で、特に、リチウムイオン二次電池が大きな市場を築きつつある。
このようなリチウムイオン二次電池の電極板積層体は、通常、大きなシート状電極から切り出された所定形状のシート状電極を、セパレータとともに捲回したり積層したりすることによって作製されている。切断前のシート状電極は、一般に、活物質粒子をバインダーおよび溶媒と共に混錬してスラリーとし、これを金属箔（集電体シート）上に塗布した後、溶媒を蒸発させ、活物質粒子を金属箔上に固着することによって作製される。
したがって、電極板積層体の作製時や電池缶への収納時等に、シート状電極の端面（切断面）近くの活物質粒子が欠け落ち、この欠け落ちた活物質粒子のために内部短絡を生じさせる恐れがある。その結果、電池の収率が低くなり、製造コストを上昇させる要因となる。
本発明の目的の一つは、シート状電極の端面からの活物質粒子の欠け落ちを防止して、製造工程に起因する内部短絡が発生しないようにすることである。
また、従来の捲回型電池の電極板積層体は、帯状の正極、負極、およびセパレータを、渦巻き状に巻き取ることにより作製されている。ここで、セパレータとしては、通常、ポリエチレン微多孔膜が使用されており、これは、例えば微細な空孔を膜内に形成した後、延伸を行うことにより製造されている。
このような捲回型電池においては、捲回時のずれ等を考慮して、セパレータの幅（捲回軸方向の寸法）および長さ（捲回長さ）を正極および負極より大きく設計している。また、特に、リチウムイオン二次電池においては、充放電時の電極端部での短絡を防止する目的で、負極の幅および長さが正極より大きくなるように設計されている（実登録日本国No.2506572号参照）。
したがって、特にリチウムイオン二次電池において、電極板積層体の実質的な電極面積は正極活物質層の全面積に等しくなるが、電極板積層体の大きさ（捲回軸方向の寸法）はセパレータの幅によって決まり、正極の幅は、セパレータより小さい負極の幅よりさらに小さいため、同じ大きさの電極板積層体で正極活物質層の面積を大きくすることには限界がある。なお、同じ大きさの電池缶で電池容量を大きくするには、正負極の活物質層を厚くすることが考えられるが、活物質層が厚くなると、膜抵抗が大きくなって出力特性の低下につながる。
本発明の目的の一つは、活物質層を厚くしないで、同じ大きさの電池缶に収納される電極板積層体の電池容量を大きくすることである。
一方、リチウムイオン二次電池の原理を基本的に利用した“ポリマー電池”と称されるシート型電池の開発が最近進められている。このポリマー電池の正極および負極は従来のリチウムイオン二次電池と同様の材料で構成されているが、両極の活物質間には、電解液透過性を有するセパレータではなく、セパレータと電解質を兼ねた高分子固体電解質が介装されている。そして、このポリマー電池は、両極と高分子固体電解質とを一体化することにより平板状の電極板積層体を作製し、この電極板積層体を可撓性容器内に入れ、電解液を封入しないで密封することにより作製される。
このような材料および製法のため、ポリマー電池は、電池形状の自由度が比較的高い、薄型化および軽量化できる、安全性が向上する、という利点があると言われている。しかしながら、固体電解質は、リチウムイオン二次電池で使用するような液状の電解質と比較してイオン伝導度が低いため、ポリマー電池はリチウムイオン二次電池に比べて高電流密度での放電特性に問題がある。
また、固体電解質の代わりに、従来のポリオレフィン製微多孔膜からなるセパレータを両極間に一体化して平板状の電極板積層体を作製し、この電極板積層体を可撓性容器中に入れて、電解液を封入して密封することによりリチウムイオン二次電池を作製すると、この電池は、従来の金属製電池缶を容器とした電池と比較して、高電流密度での放電特性およびサイクル特性に劣る。これは、電極とセパレータとの間の押さえ圧が、可撓性容器内では金属製電池缶と比較して弱いため、セパレータと電極の間に隙間が生じやすいことに起因する。また、この隙間が生じることを防ぐために、ポリオレフィン製微多孔膜からなるセパレータを電極に一体化することは困難である。
このように、平板状の電極板積層体を可撓性容器内に備えている、電池形状の自由度が比較的高くて薄型の非水系二次電池（シート型電池）として、金属製電池缶を容器とした従来のリチウムイオン二次電池と同等の特性を有するものは未だに得られていない。
本発明の目的の一つは、平板状の電極板積層体を可撓性容器内に備えている、電池形状の自由度が比較的高く薄型の非水系二次電池として、高電流密度での放電特性およびサイクル特性に優れたものを提供することである。
発明の開示
本発明は、集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、前記セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定されており、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方の端面は、その少なくとも一部が、前記絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされていることを特徴とする非水系二次電池を提供する。この電池を本発明の第１の電池とする。
この電池によれば、絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされている活物質端面からの活物質の欠け落ちが防止される。さらに、落下などの衝撃が加わったとき、電極端面の形状が変形して短絡することを防ぐことができる。また、コーティング物が電解液透過性を有する絶縁性物質粒子集合体層であることにより、以下のような効果が得られる。
すなわち、電解液透過性を有する絶縁性物質粒子集合体層で活物質層の端面がコーティングされていると、例えば、両極とセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層された電極板積層体を有する非水系二次電池の場合に、端面にコーティングされた絶縁性物質粒子集合体層が、充放電時に起こる電極活物質の膨張及び収縮により出入りする電解液の通り道となることができるため、電解液透過性のない絶縁物でコーティングした時と比較してサイクル特性に優れる。
また、活物質層の端面を電解液透過性を有する絶縁性物質粒子集合体層でコーティングした場合には、電極板積層体の作製後に電解液を含浸させることができるため、電解液透過性のない絶縁物でコーティングした場合と比較して、製造上有利である。
なお、集電体の端面まで絶縁性物質粒子集合体層によるコーティングがなされていてもよい。
絶縁性物質粒子集合体層を構成する絶縁性物質粒子は、以下に示すような無機物であってもよいし、有機物であってもよい。
無機物としては、例えば、Li2O、BeO、B2O3、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、P2O5、K2O、CaO、TiO2、Cr2O3、Fe2O3、ZnO、ZrO2、およびBaO等の酸化物、ゼオライト、BN、AlN、Si3N4、およびBa3N2等の窒化物、炭化ケイ素（SiC）、MgCO3およびCaCO3等の炭酸塩、CaSO4およびBaSO4等の硫酸塩、磁器の一種であるジルコン（ZrO2・SiO2）、ムライト（3Al2O3・2SiO2）、ステアタイト（MgO・SiO2）、フォルステライト（2MgO・SiO2）、コージェライト（2MgO・2Al2O3・5SiO2）等が挙げられる。
有機物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸エステル、ポリテトラフルオロエチレンおよびポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレンオキサイドおよびポリプロピレンオキサイド等のポリエーテル樹脂、エポキシ樹脂、アセタール樹脂、AS樹脂、ABS樹脂等の樹脂粒子が挙げられる。
これらの絶縁性物質粒子のうち、無機物粒子が好ましく、特に酸化物粒子が好ましい。
絶縁性物質粒子集合体層を形成する方法としては、絶縁性物質粒子とバインダーとを溶媒に分散し、これを絶縁性物質粒子集合体層を形成する面に塗布した後、溶媒を蒸発させる方法がある。
この場合に使用可能なバインダーとしては、ラテックス（例えば、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体ラテックス、およびアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックス）、セルロース誘導体（例えば、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩およびアンモニウム塩）、フッ素ゴム（例えば、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体）、およびフッ素樹脂（例えばポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン）等が挙げられる。これらのうち、フッ素ゴムやフッ素樹脂等のフッ素系バインダーが好ましい。
バインダーの量は、体積比で絶縁性物質粒子の1/500〜3/5となるようにすることが好ましく、より好ましくは1/500〜1/2、さらに好ましくは1/500〜1/5とする。
また、溶媒としては、酢酸エチル,2−エトキシエタノール（エチレングリコールモノエチルエーテル）、Ｎ−メチルピロリドン（NMP）、N,N−ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルスルフォキシド（DMSO）、テトラヒドロフラン（THF）、水等が挙げられる。
ここで、シート状電極の端面の絶縁物によるコーティングは、電極板積層体の形成前後のいずれに行ってもよいが、電極板積層体の形成後に行うと、電極板積層体の端面の機械的強度が増すため、電池缶に組み込んだ後の電池缶上部におけるしぼり加工等が行いやすくなる。また、電池缶の上下に絶縁板を組み込むことを省略することができる。
端面のコーティングを電極板積層体の形成前に行う場合には、例えば図20に示すように、コーティング3Fの厚さＴを活物質層1b,2bの厚さTk以上（ここでは、シート状電極1,2の全体厚と同じにしてある）として、少なくとも活物質層1b,2bの端面全体を覆うようにする。また、シート状電極1,2の厚さ方向の両側にはみ出さないようにする。
コーティングの幅Ｗは、特に限定されず、実質的に活物質層の保護がなされる幅であればよいが、既存の電池缶を使用する場合にはそのサイズに応じて最大値が設定される。
本発明は、また、集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方の端面は、その少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、前記正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、前記セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されていることを特徴とする非水系二次電池を提供する。この電池を本発明の第２の電池とする。
この電池において、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされていることが好ましい。
また、この電池において、電極板積層体は、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間にセパレータとして介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層が、１層以上積層されているものであることが好ましい。この電池を本発明の第４の電池と称する。
この電池では、セパレータを、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層で構成する。この絶縁性物質粒子集合体層は、絶縁性物質粒子が膜厚方向に複数個配置されているものであってもよいし、絶縁性物質粒子が膜面内に密に配置されていれば膜厚方向には一つのみが配置されているものであってもよい。
すなわち、この絶縁性物質粒子集合体層は、バインダーで結合された絶縁性物質粒子間の隙間が空孔となって電解液中のイオンを通過させるとともに、絶縁性物質粒子の存在によって正極活物質層と負極活物質層とを短絡させない。また、絶縁体粒子間の隙間が集合体層内の膜厚方向および膜面方向のいずれにおいても連続しているため、電解液を正・負極活物質層内へ浸透させ易い。
リチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池は、水分の混入によって電池性能が低下するため、製造工程全体を水分が混入しないような環境に整えるか、電池缶へ電解液を入れる前に電極板積層体を乾燥する必要がある。乾燥させる場合には、従来のポリオレフィン系樹脂製微多孔膜は耐熱性が低いため、電極板積層体の乾燥を例えば真空中で80℃程度の低い温度で行わないと、膜に熱収縮が生じたり空孔が潰れたりして、電池特性を損なうという問題点がある。そのため、乾燥時間が非常に長くなるか、乾燥程度が不十分となって電解液内に水分が混入する恐れがあった。
しかしながら、絶縁性物質粒子として酸化物等を使用して形成された絶縁性物質粒子集合体層は、ポリオレフィン系樹脂製微多孔膜と比較して耐熱性に優れているため、100℃以上の温度でも乾燥が可能であり上記問題を解決できる。これは、特に水分の混入によって悪影響を受けやすいと言われているリチウム−マンガン複合酸化物を正極に使用した場合に有効であるといえる。
絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータの厚みは、特に限定されないが、１μｍ〜100μｍであることが好ましく、10μｍ〜50μｍであることがより好ましい。
また、この電池において、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成されている。すなわち、各電池層において、正極活物質層の表面の面積は、負極活物質層の表面の面積と同じか負極活物質層の表面の面積より小さくなっている。そして、セパレータは、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、集電体の端面からはみ出さないように配置されている。
そのため、電極板積層体の外形寸法は、セパレータの大きさではなく負極の大きさによって決まる。したがって、同じ大きさの電極板積層体を作製した場合に、正極および負極の大きさを従来より大きくすることができる。
また、セパレータは、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように配置されているため、正極と負極との間の短絡は防止される。
なお、この電池において、電極板積層体が両極の集電体間に介装された絶縁層を有する場合には、この絶縁層は、正負の集電体の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極集電体と対向する正極集電体の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されていることが好ましい。
すなわち、電極板積層体が、集電体の片面のみに活物質層が固定された正極および負極で構成され、正負の集電体が活物質層を介さずに対向する場合（例えば、捲回型で片面活物質層の正極および負極を一枚ずつ用いた場合）には、正負の活物質層が固定されていない側の集電体の間を絶縁する必要がある。この部分はイオン透過性を必要としないので、イオン透過性のない絶縁層が介装されていればよく、この絶縁層が、正負の集電体の少なくともいずれか一方に前述の配置で固定されていることが好ましい。また、この絶縁層を前述の絶縁性物質粒子集合体層で構成してもよい。
本発明は、また、集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、電極板積層体は、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間にセパレータとして介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層が、１層以上積層されているものであり、前記容器は可撓性容器であることを特徴とする非水系二次電池を提供する。この電池を本発明の第３の電池とする。
このようにセパレータと両極とを一体化させた一体化層で電極板積層体を構成すると、電極板積層体の作製時に、正極、セパレータ、負極間にずれが生じることが無い。また、電極板積層体を容器に挿入して封口した後に衝撃等を与えても、ずれが生じることが無い。加えて、電極間距離に変化が生じないことから、高電流密度での充放電における特性劣化が起こり難く、サイクル性の劣化も低減できる。
セパレータすなわち絶縁性物質粒子の集合体を、正極活物質層および負極活物質層の両方の活物質層表面に一体化する方法としては、例えば次の３つの方法が挙げられる。
第１の方法としては、先ず、絶縁性物質粒子とバインダーとの混合物とを溶媒に分散してスラリー化し、これを少なくとも一方の電極の活物質層表面に塗布する。その後直ちに、前記表面上に、他方の電極を、両電極活物質層が上記のスラリーを介して対向するように重ね合わせる。その後、加熱して分散媒を蒸発させる。
第２の方法としては、先ず、少なくとも一方の電極の活物質層表面に上記のスラリーを塗布後、乾燥させてセパレータ層を形成する。その後、このセパレータ層を介して両電極の活物質層が対向するように、他方の電極を重ね合わせる。その後、バインダーが溶融する程度の温度でホットプレスして貼り合わせる。
第３の方法としては、先ず、少なくとも一方の電極の活物質層表面に上記の分散液を塗布した後、乾燥させてセパレータ層を形成する。その後、セパレータ層上にバインダーを溶解する溶媒を塗布する。次に、このセパレータ層を介して両極の活物質層が対向するように、他方の電極を重ね合わせる。その後、プレスおよび乾燥させることにより貼り合わせる。
この電池の容器は可撓性容器であり、その材料としては、水及び非水溶媒の蒸気が実質的に通過できない材料であって、電池性能を劣化させない程度で薄くて軽いものが好ましい。例えば、鉄シート、ステンレスシート，アルミニウムシート等の金属製シート、ポリエチレン，ポリプロピレン，アイオノマー樹脂，エチレンとビニルアルコールの共重合体，ナイロン樹脂，芳香族ポリアミド樹脂，芳香族ポリエステル樹脂，ポリエチレンテレフタレート樹脂，ポリエチレンナフタレート樹脂，ポリフェニレンオキシド，ポリオキシメチレン，ポリカーボネート，ポリテトラフルオロエチレン樹脂，ポリフッ化ビニリデン樹脂等の樹脂製シートが挙げられ、必要に応じてこれら２種以上のシートを積層したもの、あるいは２種以上のシート成分が混合もしくは重合されたもの等を用いてもよい。
なお、本発明の電池は、上述のような電極板積層体の構造に特徴を有するものであり、これ以外の電池の構成材料（電解液や正極および負極の材料等）については、従来技術に従って構成することができる。
ここで、非水系電解液を使用したリチウムイオン二次電池の構成材料等について説明する。
リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質としては、リチウムをイオン状態で収蔵・放出可能なLixMI (1-y)MII yO2（０＜ｘ≦1.1,0≦ｙ≦1,MI及びMIIは、Co、Cr,Mn,Fe,Niから選ばれる少なくとも一種の元素）、LixMn(2-y)MyO4（０＜ｘ≦1.1,0≦ｙ≦1,MはLi,Al,Cr,Fe,Co,Ni,Gaから選ばれる少なくとも一種の元素）等のリチウム複合金属酸化物が挙げられる。
リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質としては、リチウムをイオン状態で収蔵・放出可能な、コークス、グラファイト、非晶質カーボン等の炭素質材料、Si,Ge,Sn,Pb,Al,In,Zn等の元素を含む金属酸化物及び合金が挙げられる。
上記電極活物質をバインダーおよび溶媒と混合してスラリー化し、集電体上に塗布後乾燥させて電極としているが、そのときのバインダーの例としては、ラテックス（例えば、スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス、メチルメタクリレート−ブタジエン共重合体ラテックス、及びアクリロニトリル−ブタジエン共重合体ラテックス）、セルロース誘導体（例えば、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩及びアンモニウム塩）、フッ素ゴム（例えば、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとテトラフルオロエチレンとの共重合体）やフッ素樹脂（例えば、ポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン）が挙げられる。溶媒の例としては、酢酸エチル,2−エトキシエタノール（エチレングリコールモノエチルエーテル）、Ｎ−メチルピロリドン（NMP）、N,N−ジメチルホルムアミド（DMF）、ジメチルスルフォキシド（DMSO）、テトラヒドロフラン（THF）、水等が挙げられる。
リチウムイオン二次電池に用いられる非水系電解液としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、CF3SO3Li、（CF3SO2）2N・Li等の電解質を、単独でまたは２種以上組み合わせて有機溶媒に溶解したものを使用することができる。
非水系電解液における有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン，テトラヒドロフラン等が挙げられ、いずれかが単独でまたは２種以上を混合して（例えば、誘電率の高い溶媒と粘度の低い溶媒との混合溶媒が）使用される。
ここで、非水系電解液中の電解質濃度は0.1〜2.5mol/lであることが好ましい。
本発明は、また、シート状の負極集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層を固定して負極体を形成し、この負極体の表面に、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を固定した後、この負極体を電池の種類に応じた所定形状に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層が固定された負極を作製し、この負極と、シート状の集電体の少なくとも一方の面に正極活物質層が固定された所定形状の正極とを用い、正極活物質層が電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さないようにして電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を本発明の第１の製法とする。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
ここで、電極板積層体には、正極、負極、およびセパレータを、帯状に切断して捲回機により渦巻き状に巻き取る捲回型、帯状に切断して所定幅で折り返しながら平行に重ねる九十九折り型、円形や四角形に切断して積み重ねる単純積層型等がある。
したがって、上記方法で捲回型の電極板積層体を形成する場合には、例えば、正極の幅が負極の幅よりも小さくなるように切断し、捲き始め部分と捲き終わり部分に、正極活物質層と対向しない負極活物質層が配置されるように捲回する。
九十九折り型の電極板積層体を形成する場合には、例えば、正極の幅が負極よりも小さくなるように切断し、折り始め部分と折り終わり部分に、正極活物質層と対向しない負極活物質層が配置されるように折り重ねる。単純積層型の電極板積層体を形成する場合には、例えば、正極を、外周線が負極よりも小さくなるように切断して、中心を合わせて積み重ねる。
本発明は、また、シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を正極活物質層の表面と端面を覆うように形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層が一体化された正極体を、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層が固定された正極を作製し、この正極と、シート状の集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層が固定された所定形状の負極とを用い、正極活物質層が電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さないようにして電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を、本発明の第２の製法とする。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
本発明は、また、シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、正極活物質層の表面と端面を覆うように絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層の上に、シート状の負極集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層を有する負極体を負極活物質層側を向けて一体化し、その後に、この正極体と負極体が一体化されたものを、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間に介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層を形成し、これを１層以上積層して電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を本発明の第３の製法とする。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置され、電極板積層体は、両極と両極の活物質層間のセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層されているものである非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
本発明は、また、シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、正極活物質層の表面と端面を覆うように絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層の上に負極活物質層を形成し、その後に、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間に介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層を形成し、これを１層以上積層して電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法を提供する。この方法を本発明の第４の製法とする。
ここで、負極活物質は、集電体なしでも電極として機能させることが可能であるが、乾燥後の負極活物質層に集電体等を固着させる場合には、例えば、ラスメッシュ（厚さが通常の集電体と同等のエキスパンデッドメタル）等のような、負極活物質層に対して圧着等により固定できるものを使用してもよい。
この方法によれば、本発明の非水系二次電池のうち、正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置され、電極板積層体は、両極と両極の活物質層間のセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層されているものである非水系二次電池の電極板積層体が、容易に且つ効率良く作製される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第２の電池の一実施形態に相当する、捲回型の電極板積層体を作製する方法を示す説明図であって、帯状の正極および負極に切断する前の広幅体を示す平面図である。（ａ）は正極に関する図であり、（ｂ）は負極に関する図である。
図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３は、正極と負極の寸法の違い、および捲回時における正極と負極の重ね方を示す正面図である。
図４は、本発明の第２の電池の一実施形態として作製した電極板積層体を示す断面図であり、（ａ）はその内周側部分を、（ｂ）は外周側部分を示す。
図５は、電池缶と電極板積層体の関係、電極板積層体の長さと正極の幅と負極の幅とセパレータの幅との関係を示す図であり、（ａ）は電池缶の外形を、（ｂ）は実施形態の電池の電極板積層体を、（ｃ）は従来の電池の電極板積層体をそれぞれ示す。
図６は、本発明の第２の電池の別の実施形態に相当する電極板積層体（正極および負極とも集電体の片面のみに活物質層を固定した例）の外周側部分を示す断面図である。
図７は、本発明の第２の電池の別の実施形態に相当する電極板積層体（正極および負極とも両面にセパレータを固定した例）を示す断面図であり、（ａ）はその内周側部分を、（ｂ）は外周側部分を示す。
図８は、本発明の第２の電池の別の実施形態に相当する電極板積層体（最外周に集電体露出部を設けた例）を示す断面図であり、（ａ）はその内周側部分を、（ｂ）は外周側部分を示す。
図９は、活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図10は、活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図11は、活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図12は、負極活物質層に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図13は、負極集電体に対するセパレータの固定方法の一例を示す断面図である。
図14は、コイン状の単純積層型電池の電極板積層体を示す平面図である。
図15は、四角形の単純積層型電池の電極板積層体を示す。
図16および図17は、図14および図15の電極板積層体の断面構造の例を示す断面図である。
図18および図19は、本発明の第３の電池の実施形態を示す断面図である。
図20は、本発明の第１の電池を構成する電極の一実施形態を示す断面図である。
図21は、本発明の第２の製法の実施形態に関し、製造された正極体および負極体を示す断面図である。
図22は、実施例８における電極板積層体の作製手順を示す工程図であって、（ａ）は広幅体の作製工程を示し、（ｂ）は（ａ）工程により得られた帯状体を示し、（ｃ）は絶縁物によるコーティングの形成工程を示し、（ｄ）は電極板積層体の作製工程を示す。
図23は、本発明の第２の電池の実施形態に関し、その電極板積層体の例を示す断面図である。
図24は、実施例９における電極板積層体の作製手順を示す工程図であって、（ａ）は広幅体の作製工程を示し、（ｂ）は（ａ）工程により得られた帯状体を示し、（ｃ）は電極板積層体の作製工程を示し、（ｄ）は絶縁物によるコーティングの形成工程を示す。
図25は、実施例９で作製した電極板積層体の単位電池層を示す断面図である。
図26は、実施例９で作製した電極板積層体の端面付近を示す部分拡大図である。
図27は、本発明の第１の電池に関し、その電極板積層体が単純積層型である場合の作製手順を示す工程図であって、（ａ）は広幅体の作製工程を示し、（ｂ）は（ａ）工程により得られた帯状体を示し、（ｃ）は絶縁物によるコーティングの形成工程を示し、（ｄ）は電極板積層体の作製工程を示す。
図28および29は、本発明の第１の電池の実施形態に関し、捲回型の電極板積層体の正極帯状体および負極帯状体の一例を示す断面図である。
図30および31は、本発明の第２の製法の実施形態に関し、製造された正極体および負極体を示す断面図である。
図32は、本発明の第３の製法の実施形態に関し、製造された一体化層を示す断面図である。
図33および34は、本発明の第２の電池の実施形態に関し、その電極板積層体の例を示す断面図である。
図35は、本発明の第４の電池の実施形態に関し、その電極板積層体の例を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
［第１実施形態］
以下に、本発明の電池の第１実施形態について説明する。この実施形態は、本発明の第２の電池およびその製造方法（本発明の第１の製法）に関する実施形態に相当する。
図１〜図４により捲回型の電極板積層体を作製する方法を示す。
まず、正極については、図１（ａ）（平面図）および図２（ａ）（図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図）に示すように、集電体箔1aの両面全体に正極活物質層1bを形成して正極広幅体10を作製する。
負極については、図１（ｂ）（平面図）および図２（ｂ）（図１（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図）に示すように、集電体箔2aの両面全体に負極活物質層2bを形成して負極広幅体20を作製し、各負極活物質層2bの表面全体に絶縁性物質粒子集合体層3Bを形成する。
次に、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、正極広幅体10と、絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極広幅体20を、幅方向で複数個に切断することにより、それぞれ正極帯状体11および絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21を得る。この切断は、図３に示すように、長さ方向一端でａ、他端でｂ（ａ＜ｂ）、幅方向各端でΔw1,Δw2（Δw1＝Δw2）だけ、正極帯状体11より負極帯状体21の方が大きな寸法になるように行う。
次に、正極帯状体11および絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21を、図３に示すように重ねながら、負極を内側にして渦巻き状に捲回する。すなわち、この電極板積層体の捲きはじめの部分（長さａ）は負極帯状体21のみを捲き、それ以降は正極帯状体11と絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21の幅方向中心を合わせて巻き取る。
図４（ａ）にこの電極板積層体の内周側部分4aを、図４（ｂ）に外周側部分4bを示す。図４（ｂ）から分かるように、この電極板積層体は、最外周部に長さｄで負極２のみが巻き取られており、負極の長さはこの最外周部長さｄが確保できるように設定する。
ここで、長さ方向（電極板積層体の捲回方向）において、最内周の負極活物質層2b（長さｃ）および最外周の負極活物質層2b（長さｄ）は、電池層を構成していないが、これら以外の部分では、セパレータとなる絶縁性物質粒子集合体層3Bを挟んで対向する正極活物質層1bと負極活物質層2bとにより、電池層Ｄが構成されている。
そして、最内周の電池層Daの捲き始め部分（長さａ）と、最外周の電池層Deの捲き終わり部分（長さｅ）は、負極活物質層層2bが正極活物質層層2bと相対しない。すなわち、最内周の電池層Daと最外周の電池層Deには、正極活物質層層1bと相対しない負極活物質層層2bの部分（単独部分）Ｆが存在する。
また、幅方向（電極板積層体の捲回軸方向）の各端部は、それぞれΔw1,Δw2だけ負極２の方が大きく形成されているため、ここにも負極活物質層層2bの単独部分Ｆが存在する。
このように、本実施形態の電極板積層体は、長さ方向および幅方向のいずれにおいても負極２を正極１より大きく切断し、正極１が負極２からはみ出さないように重ねて捲回することにより、電池層Ｄとして対をなす正負極の全端部に負極活物質層2bの単独部分Ｆが形成されている。したがって、このような構成の電極板積層体を備えたリチウムイオン二次電池は、負極活物質層2bの単独部分Ｆの存在により、負極の端部付近でリチウムイオンのドープ量が飽和しにくくなって、充放電時の内部短絡が防止される。
また、セパレータである絶縁性物質粒子集合体層3Bが負極活物質層2bに固定されているため、セパレータの幅を負極２の幅と同じにすることができる。これにより、前述の目的で負極２より小さく設計される正極１の幅を、従来より大きくすることができるため、同じ大きさの電池缶に収納される電極板積層体の正極１の面積を大きくすることができる。
すなわち、図５（ａ）に示すように、電池缶５の大きさに応じて収納される電極板積層体の高さαが決まるが、この実施形態の電極板積層体４は、図５（ｂ）に示すように、負極２の幅M2とセパレータ（絶縁性物質粒子集合体層）3Bの幅S1を、電極板積層体４の高さαと等しくすることができる。これに対して、従来の電極板積層体40は、図５（ｃ）に示すように、セパレータの幅S2を電極板積層体の高さαと等しくし、負極２の幅M2をこれより例えば2.0mm程度の差で小さくしてある。なお、いずれの場合も、前述のような内部短絡防止の目的で、正極１の幅P1,P2は、負極板１の幅M1,M2より例えば0.5〜2.0mmの範囲で小さくする。
その結果、同じ厚さで活物質層を形成すれば、面積の増加分だけ活物質層の量が増加するため、図５（ｂ）の電極板積層体４は図５（ｃ）の従来の電極板積層体40より、電池容量を大きくすることができる。また、同一容積の電池缶に収納する活物質量を同じにすれば、電池容量を低下することなく、面積の増加分だけ活物質層の厚さを薄くすることができる。また、面積の増加によって単位面積当たりの電流密度が下がり、活物質層が薄くなることで膜抵抗が減少して出力特性が向上する。
ここで、従来の代表的な電池とこの実施形態に相当する電池により、電池容量を比較した実施例（実施例１〜6,比較例1,2）について以下に説明する。
まず、電極として以下のものを用意した。
正極としては、LiCoO2を正極活物質として、リン片状グラファイトおよびアセチレンブラックを導電性フィラーとして、フッ素ゴムをバインダーとして用いた。これらを酢酸エチルと２−エトキシエタノールの混合溶媒（体積比で、酢酸エチル:2−エトキシエタノール＝1:3）中で、LiCoO2:リン片状グラファイト：アセチレンブラック：フッ素ゴム＝100:2.5:2.5:1.98の重量比で混合してスラリーとした。
このスラリーを、厚さ15μｍのアルミニウム箔（正極集電体）1a上の両面に塗布後、乾燥させてプレスを施すことにより、片面当たり厚さ87μｍの正極活物質層1bを有する正極広幅体10を形成した。
負極としては、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイトおよびリン片状グラファイトを負極活物質として、カルボキシメチルセルロースを分散剤として、ラテックスをバインダーとして用いた。これらを精製水中で、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイト：リン片状グラファイト：カルボキシメチルセルロース：ラテックス＝90:10:1.4:1.8の重量比で混合してスラリーを得た。
このスラリーを、厚さ12μｍの銅箔（負極集電体）2a上の両面に塗布後、乾燥させてプレスを施すことにより、片面当たり厚さ81μｍの負極活物質層2bを有する負極広幅体20を形成した。
次に、絶縁性物質粒子集合体層（セパレータ）の形成および電極板積層体の作製を以下のようにして行なった。
絶縁性物質粒子としてα−Al2O3粉体（50％平均粒子径0.7μｍ）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（PVDF）の粉体〔呉羽化学工業（株）製KF♯1100〕、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（NMP）を用意した。そして、重量比でα−Al2O3:PVDF＝100:5となるように粉体状態のまま混合し、それにNMPを加えてさらに混合し、固形分率56.8重量％のスラリーを得た。
このスラリーを、ダイコーターを用いて正極広幅体の正極活物質層1bおよび負極広幅体の負極活物質層2bの上に均一に塗布し、これを120℃の乾燥炉中で２分間乾燥することにより、厚さ12μｍの絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Aを正極活物質層1b上に、セパレータ3Bを負極活物質層2b上に固定した。
電解液として、エチレンカーボネート（EC）とジエチルカーボネート（DEC）の体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1.0mol/l溶解させたものを用意した。この電解液とともに、上記方法で作製したこの実施形態の電極板積層体を、電池缶内に収納して封口し、18650サイズ（直径18mm,高さ65mm）と17500サイズ（直径17mm,高さ50mm）の円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
比較例として、ポリエチレン製微多孔膜をセパレーターとして用いた従来の円筒型リチウムイオン二次電池も作製した。
なお、実施例と比較例の電池は、正極，負極の幅以外の点（長さや活物質層の厚さ等）およびセパレータの幅と種類については、各サイズ毎にすべて同じにしてある。
このようにして作製した電池の充放電を20℃恒温槽中において以下の条件で１サイクル行なった。
充電：上限電圧4.2V,電流密度0.5mA/cm2で、トータル５時間の定電流定電圧充電
放電：電流密度0.5mA/cm2で、終止電圧2.7Vまでの定電流放電
下記の表１および表２に電池放電容量を比較した結果を示す。表１は18650サイズについて、表２は17500サイズについて示す。
【表１】
なお、前記実施形態では、正負極とも集電体の両面に活物質層を固定したものを使用して電極板積層体を作製しているが、これに限定されず、正極または負極のいずれか、もしくは正極および負極とも集電体の片面のみに活物質層を固定したものを使用してもよい。
図６は、正極および負極とも集電体の片面のみに活物質層を固定したものを、１枚づつ使用した例であるが、この場合には、正負の集電体の間に絶縁層を形成する必要がある。そのため、この例では、負極２を切り出す広幅体を、集電体2aの一方の面に活物質層2bを形成し、その上にセパレータとしての絶縁性物質粒子集合体層3Bを形成するとともに、集電体2aの他方の面にも絶縁性物質粒子集合体層3Eを形成することで作製している。また、正極１としては、集電体1aの一方の面に活物質層1bを固定したものを使用している。
そして、これらの正極１および負極２を図４の場合と同様に捲回することにより、正負の活物質層1b,2bの間に絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Bが配置されるとともに、正負の集電体1a,2aの間にも絶縁性物質粒子集合体層3Eが配置される。
ここで、正負の集電体1a,2aの間の絶縁性物質粒子集合体層3Eには、電解液中のイオンを通過させる機能は必要なく、両集電体間を絶縁する機能があればよいため、この絶縁性物質粒子集合体層3Eを絶縁性物質粒子集合体層で構成する必要はなく、絶縁膜を集電体に固定することにより構成してもよい。
また、前記実施形態では、セパレータをなす絶縁性物質粒子集合体層3Bを負極活物質層2bの表面全体に形成して正極活物質層1bには形成していないが，図７に示すように、正負の両活物質層1b,2bの表面全体に、それぞれ絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを形成してもよい。このようにすると、各電池層Ｄにおいて、正負の活物質層間1b,2bに２層の絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bからなるセパレータが存在することになる。このように２層のセパレータがあれば、例えば、いずれかの絶縁性物質粒子集合体層にピンホールなどの欠陥があった場合にも、セパレータの機能を低下させないようにすることができる。
また、図８に示すように、電池層Ｄを構成しない部分（電極板積層体の最外周部分の長さｄおよび最内周部分の長さｃ）には、予め負極集電体2aに負極活物質層2bを形成しない（集電体露出部Ｒを形成する）ようにしてもよい。このようにすると、同じ電池缶用の電極板積層体を作製する場合に、捲回長さを長くすることができるため、その分だけ容量を上げることができる。
また、この図での電極板積層体には、タブ固定用の集電体露出部Ｔも形成されており、このような集電体露出部Ｔおよび／または前述の集電体露出部Ｒがある場合には、図９に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A（3B）を、活物質層1b（2b）の端面部分Ｍを覆うように形成してもよい。また、図10に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A（3B）を、活物質層1b（2b）の端面部分Ｍと集電体露出部Ｔ（Ｒ）全体を覆うように形成してもよい。また、図11に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A（3B）を、活物質層1b（2b）の端面部分Ｍと集電体露出部Ｔ（Ｒ）の一部T1（R1）を覆うように形成してもよい。
このような集電体露出部には、上述のように絶縁性物質粒子集合体層を固定してもよいが、絶縁フィルムを切断して電極からはみ出さないように貼りつけたり、挟んだりすることによっても、短絡を防ぐことができる。
さらに、負極活物質層2bの表面にセパレータ3Bを固定する場合には、必ずしも当該表面全体に固定する必要はなく、図12に示すように、これに相対させる正極活物質層と同じかこれより外側にはみ出す大きさで固定すればよい。同様に、負極集電体2aの表面に絶縁性物質粒子集合体層3Eを固定する場合には、必ずしも当該表面全体に固定する必要はなく、図13に示すように、これに相対させる正極集電体と同じかこれより外側にはみ出す大きさで固定すればよい。
また、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータは、正極１の表面全体にのみ形成して負極２には形成しないようにしてもよいが、切断部での欠け落ちなどを考慮すると、負極２の表面に形成されていた方が好ましい。
すなわち、前記実施形態の方法のように、負極の広幅体20の両面に絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Bを形成し、これを切断した負極２と、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータが形成されていない正極１とを用いて電極板積層体を作製することにより、正極１の大きさが電池層として対をなす負極２より小さい電極板積層体を容易に且つ効率良く得ることができる。
なお、前記実施形態では、捲回型の電池について示してあるが、九十九折り型や単純積層型の電池でも同様の効果が得られる。図14にはコイン状の単純積層型電池の電極板積層体を、図15には四角形の単純積層型電池の電極板積層体を示す。また、図16はこれらの電極板積層体の断面図である。
この場合には、例えば、前記と同様にして形成した正負の広幅体10,20から、円形または四角形の形状で負極２を切り出し、これより一回り小さく正極１を切り出した後、負極２と正極１を中心を合わせて交互に積み重ねる。これにより、電極板積層体４の電池層Ｄを形成している部分の縁部全体に、負極活物質層の単独部分Ｆが存在するため、前述の短絡防止効果が得られる。また、負極活物質層2bに固定された絶縁性物質粒子集合体層3Bにより、セパレータが負極２と同じ大きさになっているため、前記と同様に、正極１を大きくして電池容量を増大することができる。
なお、前記実施形態では、電極板積層体の電池層Ｄを形成している部分に負極活物質層の単独部分Ｆを設けてあるが、本発明はこのようなものに限定されない。すなわち、前述のような内部短絡が大きな問題にならない場合には、電極板積層体の電池層Ｄを形成する正極活物質層の面積を、負極活物質層および絶縁性物質粒子集合体層と同じにすることにより、同じ電池缶での電池容量をより大きくすることができる。
また、図16の単純積層型電池の電極板積層体は、正極と、セパレータが固定された負極を複数重ねることにより、電池層Ｄが複数層形成されたものであるが、図17に示すように、正極１と、セパレータ（絶縁性物質粒子集合体層3B）が固定された負極２を１枚ずつ重ねたものであってもよい。
［第２実施形態］
以下に、本発明の電池の第２実施形態について説明する。この実施形態は、本発明の第３の電池に関する実施形態に相当する。
本発明の第３の電池の電極板積層体としては、例えば図18に示す電極板積層体４が挙げられる。この電極板積層体４は、アルミニウム箔からなる正極集電体1aの片面に、リチウム含有複合酸化物を含む材料が正極活物質層1bとして塗布された正極１と、銅からなる集電体箔2aの片面に、炭素粒子を含む材料が負極活物質層2bとして塗布された負極２と、正極活物質層1bと負極活物質層2bとの間に介装されたセパレータ（絶縁性物質粒子集合体層）3Cで構成されており、セパレータ3Cは、正極活物質層1bおよび負極活物質層2bの両方の表面に固定されている。すなわち、この電極板積層体４は、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータと両極とを一体化させた一体化層を、１層だけ備えている。
（実施例7,比較例３〜４）
まず、シート型電池用の電極として以下のものを用意した。
正極としては、実施例１〜６と同様にして作製した正極広幅体から4.0cm×4.0cmの正方形の電極シートを切り出した。
負極としては、ニードルコークスを負極活物質とし、カルボキシメチルセルロースを分散剤とし、ラテックスをバインダーとして用意した。これらを精製水中で、ニードルコークス：カルボキシメチルセルロース：ラテックス＝100:0.8:2.0の重量比で混合してスラリーとした。このスラリーを、厚さ18μｍの銅箔（負極集電体）2a上の片面に塗布後、乾燥させて、プレスを施すことにより、厚さ124μｍの負極活物質層2bを有する負極広幅体を形成した。この負極広幅体から4.1cm×4.1cmの正方形の電極シートを切り出した。
次に、絶縁性物質粒子集合体層（セパレータ）の形成および電極板積層体の作製を以下のようにして行なった。
絶縁性物質粒子として、α−Al2O3（50％平均粒子径1.0μｍ）を用意した。また、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（PVDF）の粉体〔呉羽化学工業（株）製KF♯1100〕を、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（NMP）を用意した。そして、α−Al2O3:PVDF＝100:5（重量比）となるように粉体状態のまま混合し、それにNMPを加えてさらに混合し、固形分率56.8％のスラリーを得た。
このスラリーを、ドクターブレードを用いて、上で切り出した正極の正極活物質層1bおよび上で切り出した負極の負極活物質層2bの上に均一に塗布し、これを直ちに1bと2bが対向するように貼り合わせ、130℃の乾燥炉中で30分間乾燥することにより、電極板積層体を作製した。このとき、絶縁性物質粒子集合体層3Cの厚みは20μｍであった。
上記電極板積層体を、エチレンカーボネート（プロピレンカーボネート（PC），エチレンカーボネート（EC），γ−ブチロラクトン（γ−BL）の体積比1:1:2の混合溶媒にLiBF4を1.5mol/l溶解させた電解液と共に、アルミニウム箔ラミネートシートパッケージに収納して密封し、シート型電池とした。
このシート型電池の充放電試験を、20℃恒温槽中において以下の条件で行なった。
充電：
１サイクル目：
上限電圧4.2V,電流密度1.0mA/cm2で、トータル６時間の定電流定電圧充電
２〜100サイクル：
上限電圧4.2V,電流密度1.5mA/cm2で、トータル３時間の定電流定電圧充電
放電：
10サイクル目以外：
電流密度0.6mA/cm2で、終始電圧2.7Vまでの定電流放電
10サイクル目のみ：
電流密度6.0mA/cm2で、終始電圧2.7Vまでの定電流放電
ここで、９サイクル目と10サイクル目の間の放電容量変化率、および、１サイクル目放電容量を基準とした100サイクル目放電容量の容量維持率に着目した。放電容量変化率が急速放電特性、容量維持率がサイクル特性を示す指標となる。
また、固体電解質として、フッ化ビニリデン:6フッ化プロピレン＝92:8（重量比）であるコポリマーを、実施例と同じ電解液で膨潤させたものを作製した。このとき、コポリマー：電解液＝1:1の重量比で、厚みは100μｍであった。この固体電解質を、実施例と同じ正極と負極の間に挟み込み、両活物質層が対向た電極板積層体を作製した。この電極板積層体を、実施例と同じパッケージ内に密封してシート型ポリマー電池とし、実施例と同じ条件で充放電を行い、これを比較例３とした。
もう一つの比較例として、実施例と同じ正極と負極の間に、従来のリチウムイオン二次電池で用いられている25μｍ厚ポリエチレン製微多孔膜セパレータを挟み込み、両活物質層が対向した電極板積層体を作製した。この電極板積層体を実施例と同じパッケージ内に密封してシート型電池とし、実施例と同じ条件で充放電を行った。これを比較例４とした。
上記の結果を表３に示す。
【表３】
なお、前記実施形態の電極板積層体は、正極とセパレーターと負極とを一体化させた一体化層を１層だけ有するものであるが、図19に示すように、前記一体化層が２層以上積層されたものであってもよい。
図19に示す電極板積層体４は、一体化層が２層以上積層されているために電池層Ｄが複数個形成されているとともに、電池層Ｄを形成している部分の縁部全体に、負極活物質層の単独部分Ｆが存在するため、この図19に示す電極板積層体４を備えたシート型電池は、前述の第２実施形態で説明したような短絡防止効果も得られる。また、正負の活物質層2b,1bに固定された絶縁性物質粒子集合体層3Dにより、セパレータが負極２と同じ大きさになっているため、正極１を大きくして電池容量を増大することもできる。
［第３実施形態］
以下に、本発明の電池の第３実施形態について説明する。この実施形態は、本発明の第１の電池に関する実施形態に相当する。
（実施例8,比較例５）
先ず、実施例１〜６と同様にして、正極広幅体および負極広幅体を用意し、この広幅体の活物質層全面にそれぞれ絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを形成した。
次に、絶縁性物質粒子集合体層3Aが形成された正極広幅体10および絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極広幅体20を図22（ａ）に示すように、幅方向で切断することにより、図22（ｂ）に示すような、幅38.75mm長さ62cmの絶縁性物質粒子集合体層3Aが形成された正極帯状体11および幅40.25mm長さ59.8cmの絶縁性物質粒子集合体層3Bが形成された負極帯状体21を得た。これらの帯状体の幅方向端面（切断面）に、以下のようにして絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成した。
絶縁性物質粒子としてα−Al2O33体（50％平均粒子径0.7μｍ）、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン（PVDF）の粉体〔呉羽化学工業（株）製KF♯1100〕、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（NMP）を用意した。そして、これらを、重量比でα−Al2O3:PVDF＝100:5となるように粉体状態のまま混合し、それにNMPを加えてさらに混合し、固形分率56.8重量％のスラリーを得た。
上記正負の各帯状体の幅方向端面に、このスラリーを塗布した後、120℃で２分間乾燥させた。これにより、図22（ｃ）および図１に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを形成した正負の帯状体11,21の厚さ方向の両側にはみ出さないようにして、活物質層1b,2bと集電体シート1a,2aの端面全体に、絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを帯状体幅方向に10μｍの厚さで形成した。
上記正負の帯状体と、厚さ12μｍのポリプロピレン製の絶縁膜3Gを用い、正極側を外側にして捲回することにより、電極板積層体41を作製した（図22（ｄ））。
すなわち、この電極板積層体41の単位電池層D1は、図25に示すように、アルミニウム箔1aの片面に正極活物質層1bが固定された正極１（正極帯状体11）と、銅箔2aの片面に負極活物質層2bが固定された負極２（負極帯状体21）と、それぞれの活物質層上に固定された絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bと、正負の両集電体1a,2aとの間に介装された絶縁膜3Gとで構成される。
この電極板積層体41を、エチレンカーボネート（EC）とジエチルカーボネート（DEC）の体積比1:1の混合溶媒にLiPF6を1.0mol/l溶解させた電解液と共に、直径17mm、高さ5cmの電池缶内に収納して封口し、円筒型リチウムイオン二次電池とした。
また、比較例５として、正負の両帯状体11,21の幅方向端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成しなかった以外は、全て実施例８と同様にしてリチウムイオン二次電池を作製した。
これらの電池を各100本用意し、充放電を20℃恒温槽中において以下の条件で１サイクル行ない、短絡異常が発生した電池の本数を調べた。
充電：上限電圧4.2V,電流密度0.5mA/cm2で、トータル５時間の定電流定電圧充電
放電：電流密度0.5mA/cm2で、終止電圧2.7Vまでの定電流放電
その結果、実施例８では100本中１本も短絡異常が発生しなかったが、比較例１では100本中３本に短絡異常が発生した。すなわち、正負の両帯状体11,21の幅方向端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成することにより、短絡異常の発生率が大幅に減少することが分かる。
（実施例9,比較例６）
まず、実施例８と同様にして、正極広幅体および負極広幅体を用意した。次に、実施例８と同様にして絶縁性物質粒子とバインダーと溶媒とからなるスラリーを得た。
このスラリーを、ダイコーターを用いて正極広幅体の正極活物質層1bおよび負極広幅体の負極活物質層2bの上に均一に塗布し、これを120℃の乾燥炉中で２分間乾燥することにより、厚さ12μｍの絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Aを正極活物質層1b上に、セパレータ3Bを負極活物質層2b上に固定した。
さらに、図24（ａ）に示すように、このように作製した正極広幅体10および負極広幅体20を幅方向で切断することにより、図24（ｂ）に示すような、幅38.75mm長さ62cmの正極帯状体11および幅40.25mm長さ59.8cmの負極帯状体21を得た。
この正負の帯状体11,21と、厚さ12μｍのポリプロピレン製の絶縁膜3Gを用い、正極側を外側にして捲回することにより、円筒型の電極板積層体42を作製した（図24（ｃ））。
すなわち、この電極板積層体42の単位電池層D2は、図25に示すように、アルミニウム箔1aの片面に正極活物質層1bが固定された正極１と、銅箔2aの片面に負極活物質層2bが固定された負極２と、正極活物質層1bの上に固定された絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Aと、負極活物質層2bの上に固定された絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータ3Bと、絶縁膜3Gとで構成されている。そして、正極帯状体11は正極１と正極側のセパレータ13Aとで構成され、負極帯状体21は負極２と負極側のセパレータ13Bとで構成されている。
この電極板積層体42の両端面（円筒体の両底面）に、以下のようにして絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成する。
すなわち、セパレータ3A,3Bの作製の際に使用したものと同じスラリーを、電極板積層体42の両端面に塗布した後、120℃で２分間乾燥させ、図23（ｄ）に示すように、多数のα−Al2O3粒子同士がPVDFで結合されたコーティング3Fを形成した。ここで、このコーティング3Fは、例えば図26に示すように、正極帯状体11、負極帯状体21、および絶縁膜3Gの全ての端面に、負極帯状体21の端面での幅Ｗが10μｍとなるように固定され、負極活物質層2bの上面端部にも形成されている。
このようにして両端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fが形成された電極板積層体42を、実施例８と同じ組成の電解液と共に直径17mm、高さ5cmの電池缶内に収納して封口し、リチウムイオン二次電池を作製した。
また、比較例６として、電極板積層体42の両端面に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを固定しなかった点以外は、全て実施例９と同様にしてリチウムイオン二次電池を組み立てた。
これらの各電池を100本用意し、実施例１と同じ条件で充放電を１回行い、短絡異常が発生した電池の本数を調べた。
その結果、実施例９では100本中１本にだけ短絡異常が発生したが、比較例２では、100本中５本に短絡異常が発生した。すなわち、電極板積層体42の両端面に、絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成することにより、短絡異常の発生率が大幅に減少することが分かる。
図28は、捲回型の電極板積層体の正極帯状体および負極帯状体の一例を示す。この例では、正極帯状体11および負極帯状体21ともに、集電体1a,2aの両面の長さ方向端部を除いた部分に活物質層1b,2bが形成され、両活物質層の表面全体と長さ方向および幅方向の全端面に、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定されている。この絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bは、セパレータをなす部分と端面コーティング部分とが同じ厚さになっている。これにより、両活物質層の全端面が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされている。
これに対して図29は、集電体1a,2aの両面の長さ方向端部を除いた部分に活物質層1b,2bが形成されていて、活物質層の一方の面のみに絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが形成されている例である。このように活物質層の一方の面のみに絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが形成されている場合には、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bを集電体1a,2aの一方の面の全面に固定されていてもよい。
なお、前記実施形態では、正極，負極，およびセパレータを、帯状に切断して捲回機により渦巻き状に巻き取る捲回型の電極板積層体を有する電池について述べているが、これに限定されず、本発明は、正極，負極，およびセパレータを帯状に切断して所定幅で折り返しながら平行に重ねる九十九折り型、正極，負極，およびセパレータを円形や四角形に切断して積み重ねる単純積層型等の従来より公知である他の構造の電極板積層体を有する電池についても適用可能である。
図27に、単純積層型の電極板積層体の断面図の一例を示す。
この例の作製手順は、まず、図27（ａ）に示すように、正負の各広幅体10,20を格子状に切断することにより、図27（ｂ）に示すような、四角形の電極12,22を得る。次に、図27（ｃ）に示すように、これらの電極12,22の４つの端面全部に絶縁性物質粒子集合体層からなるコーティング3Fを形成する。これらのシート状電極12,22をセパレータを介装しながら正負交互に重ね合わせることにより、電極板積層体43を作製する（図27（ｄ））。
［第４実施形態］
この実施形態は、本発明の第２の電池およびその製法（本発明の第２の製法）の実施形態に相当する。
まず、電極として以下のものを用意した。
正極としては、LiCoO2を正極活物質として、リン片状グラファイトおよびアセチレンブラックを導電性フィラーとして、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）をバインダーとして用いた。これらをＮ−メチルピロリドン（NMP）中で、LiCoO2:リン片状グラファイト：アセチレンブラック：ポリフッ化ビニリデン＝100:4.0:2.5:4.0の重量比で混合してスラリーを得た。
このスラリーを、厚さ20μｍのアルミニウム箔（正極集電体）1aの一方の面に、塗布方向およびその方向に垂直な方向において塗布部と非塗布部が交互に現れ、且つ各方向において塗布部同士および非塗布部同士がそれぞれ同じ幅になるように塗布した。ただし、非塗布部は必ずしも塗布方向にある必要はない。このスラリーを乾燥させて、プレスを施すことにより、厚さ87μｍの正極活物質層1bを有する正極広幅体10を形成した。
この正極広幅体（正極体）10は、図30に示すように、電極板積層体用に設定された集電体幅より狭い幅で、且つ所定の隙間を空けて並列に正極活物質層1bが形成されたものである。
負極としては、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイトおよびリン片状グラファイトを負極活物質として、カルボキシメチルセルロースを分散剤として、ラテックスをバインダーとして用いた。これらを精製水中で、メソフェーズピッチカーボンファイバーグラファイト：リン片状グラファイト：カルボキシメチルセルロース：ラテックス＝90:10:1.4:1.8の重量比で混合してスラリーを得た。
このスラリーを、厚さ12μｍの銅箔（負極集電体）2aの一方の面に、前述の正極の場合と同様に、但し、正極の場合より各方向において塗布幅が広くなるように塗布した。このスラリーを乾燥させて、プレスを施すことにより、厚さ81μｍの負極活物質層2bを有する負極広幅体20を形成した。
この負極広幅体（負極体）20は、図30に示すように、電極板積層体用に設定された集電体幅より狭い幅で、且つ所定の隙間を空けて並列に負極活物質層2bが形成されたものである。
これらの正極幅広体10および負極広幅体20の活物質層が形成されている面の全面に、前述の実施例と同様の絶縁性物質粒子を含むスラリーを塗布した後、乾燥させた。これにより、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが正負の活物質層の表面全体と端面全体に固定された。両活物質層の表面に形成された絶縁性物質粒子集合体層の厚さ（すなわち各電極に固定されたセパレータの厚さ）は12μｍであった。
この正極広幅体と負極広幅体を、それぞれ隙間の位置でシート面に垂直に切断することにより、絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定された同一寸法の正極１および負極２を得た。これらの絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定された正極１および負極２を、図33に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3A,3B同士を対向させて重ねることにより、本発明の第２の電池に相当する電池の電極板積層体４が得られる。
図34は、本発明の第２の電池に相当する電池の別の電極板積層体を示す断面図である。この電極板積層体４の正極広幅体10としては、図33と同様に形成されたものを用いるが、負極広幅体20としては、図31に示すように、負極活物質層2bを負極集電体2aの片面の全面に形成したものを用いる。そして、絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極２は、この絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極広幅体20を、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極１と同一寸法でシート面に垂直に切断することにより得られる。これらの絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bが固定された正極１および負極２を絶縁性物質粒子集合体層3A,3B同士を対向させて重ねることにより、図34の電極板積層体４が得られる。
なお、図33および34の電極板積層体４の正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータは、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている。
また、本発明の第２の電池は、図21および23に示すように、正極側のみに絶縁性物質粒子集合体層3Aが形成されて、正極活物質層1bの端面が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、負極側には絶縁性物質粒子集合体層が形成されていないものであってもよい。
［第５実施形態］
この実施形態は、本発明の第４の電池およびその製法（本発明の第３の製法）の実施形態に相当する。
図35は、本発明の第４の電池に相当する電池の電極板積層体を示す断面図である。この電極板積層体４の正極幅広体10としては、例えば図33と同様に形成されたものを用いる。
図32に示すように、この正極幅広体10の活物質層が形成されている面の全面に、前述の実施例と同様の絶縁性物質粒子を含むスラリーを塗布した後、乾燥させた。これにより、絶縁性物質粒子集合体層3Cが正極活物質層1bの表面全体と端面全体に固定された。この絶縁性物質粒子集合体層3Cの全面に、前述の負極活物質層2b用のスラリーを塗布し、このスラリーを乾燥させる前に前述の負極集電体2aを重ねて乾燥させた後プレスすることにより、負極活物質層2bの上に負極集電体2aを一体化させた。
これにより、正極幅広体10と負極広幅体20が絶縁性物質粒子集合体層3Cを介して一体化されるため、この一体化されたものを正極活物質層1bの隙間の位置でシート面に垂直に切断することにより、セパレータと両極とが一体化された一体化層が得られる。
図35の電極板積層体４は、この一体化層を一層だけ有するものであり、その正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、絶縁性物質粒子集合体層からなるセパレータは、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されている。
なお、前記一体化層の形成方法としては、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極広幅体10と、絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極広幅体20を一体化した後、切断する方法も上げられる。すなわち、図30および32に示すように、先ず、第４実施形態と同様にして、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極広幅体10と、絶縁性物質粒子集合体層3Bが固定された負極広幅体20を形成する。次に、両者の絶縁性物質粒子集合体層3A,3Bのいずれか一方の面に、バインダーを溶解する溶媒を塗布した後、直ちに絶縁性物質粒子集合体層3A,3B同士を対向させて重ね合わせて、プレスして乾燥させる。このようにして正極広幅体10と負極広幅体20とが一体化されたものを、前記隙間でシート面に垂直に切断すれば、前記一体化層が形成される。
また、前記一体化層は、図21に示すように、絶縁性物質粒子集合体層3Aが固定された正極広幅体と、絶縁性物質粒子集合体層が形成されていない負極広幅体とを用い、正極広幅体の絶縁性物質粒子集合体層3Aの表面にバインダーを溶解する溶媒を塗布して、上述のように正極広幅体10と負極広幅体20とが一体化されたものを上記と同様にして切断することによって形成することもできる。
産業上の利用性
以上説明したように、本発明の第１の電池によれば、シート状電極の端面からの活物質粒子の欠け落ちを防止して、製造工程に起因する内部短絡が発生しないようにすることができる。
本発明の第２の電池および第４の電池によれば、シート状電極の端面からの活物質粒子の欠け落ちを防止して、製造工程に起因する内部短絡が発生しないようにすることができるとともに、活物質層を厚くしないで、同じ大きさの電池缶に収納される電極板積層体の電池容量を大きくすることができる。
本発明の第３の電池によれば、平板状の電極板積層体を可撓性容器内に備えている、電池形状の自由度が比較的高く薄型の非水系二次電池として、高電流密度での放電特性およびサイクル特性に優れたものが得られる。
本発明の非水系二次電池の製造方法によれば、本発明の非水系二次電池が容易に且つ効率良く得ることができる。
Claims (7)
- 集電体の少なくとも一方の面に活物質層が固定された正極および負極と、両極の活物質層間に介装された電解液透過性を有するセパレータとを少なくとも有する電極板積層体を容器内に備え、この容器内に非水系電解液が封入された非水系二次電池において、
正極活物質層および負極活物質層の少なくとも一方の端面は、その少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされており、
前記正極活物質層は、電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さない大きさに形成され、
前記セパレータは、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層であって、正極および負極の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極と対向する正極活物質層の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されていることを特徴とする非水系二次電池。 - 正極活物質層の端面の少なくとも一部が絶縁性物質粒子集合体層でコーティングされていることを特徴とする請求項１記載の非水系二次電池。
- 両極の集電体間に介装された絶縁層を有し、この絶縁層は、正負の集電体の少なくともいずれか一方に固定され、少なくとも負極集電体と対向する正極集電体の表面全体を覆うように、且つ集電体の端面からはみ出さないように配置されていることを特徴とする請求の範囲第１または２項に記載の非水系二次電池。
- 電極板積層体は、両極と両極の活物質層間のセパレータとを一体化させた一体化層が１層以上積層されているものであることを特徴とする請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の非水系二次電池。
- シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を正極活物質層の表面と端面を覆うように形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層が一体化された正極体を、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層が固定された正極を作製し、この正極と、シート状の集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層が固定された所定形状の負極とを用い、正極活物質層が電池層として対をなす負極活物質層からはみ出さないようにして電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法。
- シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、正極活物質層の表面と端面を覆うように絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層の上に、シート状の負極集電体の少なくとも一方の面に負極活物質層を有する負極体を負極活物質層側を向けて一体化し、その後に、この正極体と負極体が一体化されたものを、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間に介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層を形成し、これを１層以上積層して電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法。
- シート状の正極集電体の少なくとも一方の面に、電極板積層体用に設定された集電体寸法内で、周囲に余白部分が存在するように正極活物質層を形成して正極体を形成し、この正極体に、正極活物質層の表面と端面を覆うように絶縁性物質粒子同士がバインダーで結合された絶縁性物質粒子集合体層を形成した後、この絶縁性物質粒子集合体層の上に負極活物質層を形成し、その後に、前記余白部分の位置でシート面に垂直に切断することにより、電解液透過性を有するセパレータとして絶縁性物質粒子集合体層を両極の活物質間に介在させて、このセパレータと両極とを一体化させた一体化層を形成し、これを１層以上積層して電極板積層体を形成することを特徴とする非水系二次電池の製造方法。
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