JP3743773B2 - リチウムイオン電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、リチウムイオン電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池は、正極板と負極板とをセパレーターを介して積層もしくは卷回してなる発電要素をそなえている。かかる電池は、特開平４−１９２２５７号や特開平４−２０６２７５号等により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、かかる従来のリチウムイオン電池は、この３層からなる発電要素を単に積層または卷回しているのみで、各層が一体に保持、接続されているのではないので、電池組立中に層間のズレなどがおこり易く、量産上の課題となっていた。
【０００４】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発電要素のハンドリングが容易で、生産性にすぐれたリチウムイオン電池を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、第１の金属箔層上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物からなる多孔性の正極活物質層からなる正極板と、負極板と、合成樹脂もしくは無機物質からなる多孔性の電解質保持層からなるセパレータとの３層からなる発電要素を積層または巻回して備えたリチウムイオン電池において、前記第１の金属箔層と正極活物質層と電解質保持層との各層間が、負極活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合されていることを特徴とするリチウムイオン電池の発明、及び、第２の金属箔層上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物もしくは炭素材料からなる負極活物質層からなる負極板を有し、前記第２の金属箔層と負極活物質層と前記電解質保持層との各層間が、負極活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合されていることを特徴とするリチウムイオン電池の発明により、上記課題を解決するものである。
【０００６】
【作用】
本発明のリチウムイオン電池は、発電要素を構成する各機能材料、すなわち第 1 の金属箔層と正極活物質層と電解質保持層の各層間（第１の実施の形態）か、さらに第２の金属箔上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物もしくは炭素材料からなる負極活物質層の層間を含むすべての各層間（第２の実施の形態）が合成樹脂製バインダーによって接合されているので、組立時の層間のズレが少なく生産性が改善されるものである。なお各層間をつなぐバインダーは、必要とされるイオンや電子の透過を阻害しないように量や分布を考慮する必要がある。
【０００７】
【実施例】
以下に、好適な実施例により本発明の第１の実施の形態を説明する（図１参照）。なお、本発明の電池は、円筒型や角形であっても良いが、下記では薄型リチウムイオン電池に適用した場合について説明する。
【０００８】
まず、５０μｍのアルミニウム薄膜１（第1の金属箔）に、正極活物質のＬｉＭｎ 2 Ｏ 4 粉末と導電助材のアセチレンブラック粉末と合成樹脂バインダーおよび溶剤との混合物を、乾燥後の直径が１６ｍｍで厚さが２５μｍで多孔度が３５％であるような多孔性正極活物質層２を塗布、形成する（実容量１．６ｍＡｈ）。
【０００９】
さらに、その上にＭｇＯ粉末と合成樹脂バインダーと溶剤との混合物を、乾燥後の直径が同じく１６ｍｍで厚さが２０μｍで空孔率が３０％であるような多孔性電解質保持層３を塗布、形成して、二層塗工体とする。
【００１０】
さらに、前記の５０μｍのアルミニウム箔上に、前記の径１６ｍｍの二層塗工体と同心円状に、かつ二層塗工体と０．１ｍｍのクリアランスを持つように、径１８ｍｍで厚さが乾燥後の二層塗工体と同じ厚さになるように、電離放射線硬化型樹脂からなるバインダー層４を塗布、形成する。
【００１１】
以上の塗工作業は、各塗工後に乾燥工程を設けても良いし、一部もしくは全ての塗工をいわゆるウエット・オン・ウエットで塗工した後、乾燥工程を通過させても良い。いずれにせよ５０μｍアルミニウム箔（第1の金属箔）と正極活物質層と電解質保持層との間は、各塗工体が含有するバインダーによって密着接続、すなわち接合されているものとする。また、電離放射線硬化型樹脂からなる同心円状のバインダー層は、５０μｍアルミニウム箔と一定の強度で接合しているものとする。
【００１２】
このような塗工物を真空乾燥して溶剤、水分などを除去したのち、露点−４０℃以下の乾燥雰囲気において、１Ｍ・ＬｉＰＦ6 ／プロピレンカーボネート＋ジメチルカーボネート（１：１）有機電解液を前記二層塗工体に注液する。このとき、電解液が二層塗工体よりあふれて前記同心円状のバインダー層などを汚さないように注意する必要がある。すなわち、二層塗工体の補液能力を越えない範囲の注液量とする。
【００１３】
つぎに、二層塗工体の多孔性電解質保持層３上に径１６ｍｍで厚さが２０μｍのアルミニウム箔５（負極活物質層）を設置し、さらに径１８ｍｍで厚さが３５μｍのステンレス箔６（第２の金属箔）を設置する。この２０μｍアルミニウム箔と３５μｍステンレス箔との間の電子伝導性を改善するために、この間に導電性塗料からなる導電接着層７を介在させても良い。
【００１４】
この後、該積層物に電離放射線を照射し、前記の電離放射線硬化型樹脂バインダー層４を反応硬化させて５０μｍのアルミニウム箔１と３５μｍのステンレス箔６とを密着接合し、多孔性正極活物質層と多孔性電解質保持層と２０μｍアルミニウム箔（第２の活物質層）とからなる電池発電要素を気密封口する。
【００１５】
この結果、該電池発電要素は、外部環境から気密保護されるものである。そして、正極活物質層を正極側とし、２０μｍアルミニウム箔を負極側として、０．２ｍＡで４．０Ｖまで充電する。この結果、厚さが１５０μｍで平均作動電圧が３．５Ｖ、公称容量が１．２ｍＡｈの薄型リチウムイオン電池を得るものである。
【００１６】
上記の薄型リチウムイオン電池は、第１の金属箔と正極活物質層と電解質保持層とがバインダーにより密着接続、すなわち接合されているので、生産時のハンドリングが優れており、非常に生産性が高い。さらに、第２の実施の形態とする場合は、上記と同様な塗工作業により各層間をバインダーにより接合する。
【００１７】
【発明の効果】
上述のように、本発明のリチウムイオン電池は、第1の金属箔層上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物からなる多孔性の正極活物質層と、合成樹脂もしくは無機物質からなる多孔性電解質保持層とを備え、前記第1の金属箔層と正極活物質層と電解質保持層との各層間が正極活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合されているか、さらには第２の金属箔層上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物もしくは炭素材料からなる負極活物質層を有し、第２の金属箔層と負極活物質層と電解質保持層とが負極活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合されていることを特徴とするものであり、これによりすぐれた生産性を有しており、特にハンドリングが難しい薄型電池の製造等において有用であり、その工業的価値が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のリチウムイオン電池の１実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ５０μｍのアルミニウム薄膜
２ 多孔性正極活物質層
３ 多孔性電解質保持層
４ 電池発電要素を気密封口する電離放射線硬化型樹脂からなる同心円状のバインダー層
５ ２０μｍのアルミニウム箔
６ ３５μｍのステンレス箔
Claims (3)
- 第１の金属箔層上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物からなる多孔性の正極活物質層からなる正極板と、負極板と、合成樹脂もしくは無機物質からなる多孔性の電解質保持層からなるセパレータとの３層からなる発電要素を積層または巻回して備えたリチウムイオン電池において、
前記第１の金属箔層と正極活物質層と電解質保持層との各層間が、正極活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合されていることを特徴とするリチウムイオン電池。 - 第２の金属箔層上に形成されたリチウムを吸蔵放出する金属化合物もしくは炭素材料からなる負極活物質層からなる負極板を有し、前記第２の金属箔層と負極活物質層と前記電解質保持層との各層間が、負極活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合されていることを特徴とする、請求項１記載のリチウムイオン電池。
- 請求項１又は２記載のリチウムイオン電池を製造する方法であって、塗工体を合成樹脂バインダーおよび溶剤を含む混合物を塗布して形成し、各塗工後に乾燥工程を設けるか、ウエット・オン・ウエットで塗工した後、乾燥工程を通過させることにより金属箔層と活物質層と電解質保持層との各層間を、活物質を塗布、形成する混合物中、または該混合物中及び電解質保持層を塗布、形成する混合物中に含有される合成樹脂からなるバインダーによって接合することによって、組立時の各層間のズレを少なくすることを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
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