JP4202650B2 - 重畳電気化学セル - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電気化学素子に関し、特に複数個で重ねられた電気化学セルを含む容量密度が向上した電気化学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、エネルギー保存技術に対する関心がますます高まっている。携帯電話、カムコーダ、及びノートブックコンピュータ、さらに電気自動車のエネルギーまで適用分野が拡大されながら電池の研究と開発に対する努力がますます具体化されている。電気化学素子はこのような側面で最も注目されている分野であり、その中でも充放電が可能な二次電池の開発は関心の焦点になっており、最近ではこのような電池を開発することにおいて容量密度及び比エネルギーを向上させるために新たな電極と電池の設計に対する研究開発が進められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、適用されている２次電池の中で１９９０年代初めに開発されたリチウムイオン電池は水溶液電解液を使用するＮｉ-ＭＨ、Ｎｉ-Ｃｄ、硫酸-鉛電池などの在来式電池に比べて作動電圧が高くてエネルギー密度が非常に大きいという長所に脚光を浴びている。しかし、このようなリチウムイオン電池は有機電解液を使用することによる発火などの安全問題が存在し、製造が難しい短所がある。最近のリチウムイオン高分子電池はこのようなリチウムイオン電池の弱点を改善して次世代電池の一つとして選ばれているが、いまだに電池の容量がリチウムイオン電池と比較して相対的に低く、特に低温における放電容量が不充分であって、これに対する改善が至急に要求されている。
【０００４】
電池の容量は電極物質の含量に比例する。従って制限された電池包装内の空間で可能なかぎり多量の電極物質を充電できるようにセルの構造を設計することが非常に重要である。現在、最も多く用いられるセルの構造は円筒形または角形の電池に用いられるジェーリロール形の構造が知られている。このような構造は電流集電体として用いられる金属箔に電極活物質をコーティングして押圧した後、所望の幅と長さを有する帯状に裁断し分離膜フィルムを使用して負極と正極を膜により隔てた後、螺旋形に巻いて製造する。このようなジェーリロール構造は形態上円筒形の電池を製造するのに広く使われているが、螺旋形の中央部分の小さい回転半径による電極屈曲面で過度な応力が形成されるためにこれによる電極の剥離問題がたびたび惹き起される。これは繰り返される電池の充放電に際して中央部位の電極でリチウム金属の結晶析出を容易にするので電池寿命の短縮及び電池の安全性を脅かす原因となっている。
【０００５】
一般に薄形の直六面体の外観を有する角形電池の製造方法は前記で説明した螺旋形のジェーリロールを楕円形の形態に巻いて圧縮させ直六面体容器に挿入する方法が知られており、広く用いられている。このような方法でもやはり前述の寿命及び安全性の問題が継続して存在し、むしろ楕円形の構造から生じる曲率半径の問題はさらに深刻で余裕のない螺旋構造の製造が根本的に不可能であるために性能低下の短所はさらに深刻化する。そしてジェーリロールの楕円形と直六面体容器の長方形による幾何学的構造の不一致は空間の活用度を落とす。このことは容器を含めて約２０％の重量エネルギー密度と２５％の体積エネルギー密度を低下させるものと知られており、実質的にリチウムイオン電池の角形電池は円筒形の電池より容量密度及び比エネルギーが低いと報告されている。
【０００６】
最近螺旋形ジェーリロール形が有する問題点を解決し角形容器に適したセルの構造のために様々な方法で提案された技術と特許が公開されている。しかし、実状は非常に限定された改善に止まったり、むしろ、さらに難しい他の問題を招く等の理由で実質的に適用不能である。例えば、米国特許第５，５５２，２３９号で、まず、分離膜あるいは高分子電解質が正極と負極の間に位置して熱融着され所望の幅と長さを有する帯状に裁断し、負極/分離膜/正極の層状構造を有する一つのセルで螺旋形に、長方形の形態をもって、順次に折りたたんでいくことが記載されているが、本発明者らがこの技術内容にしたがって再現する過程でこのようなセルは製造が容易でないということを発見した。熱融着されたセル自体が折りたためない程度に剛くであり、強制的に折りたたんだ時に折りたたまれる面での屈曲部位が損傷される現象はジェーリロールと同様な問題点を持っている。
【０００７】
また、米国特許第５，３００，３７３号明細書に記載された扇子状折たたみ方式も急に屈曲する部分の内側層で現れる圧力と応力が外側層に伝達されながら捩じれと延伸で発散され、結局は"dog bone"のセル形態を作ってしまう。従ってジェーリロールで見られる問題点と同様な屈曲面の剥離、ひび割れ、破砕あるいは断線現象がたびたび発生する。そしてこのような方法は根本的に短絡されやすいセルの構造をもっているため実際的な電池適用可能性は非常に低い。
【０００８】
一方、これを補完、改善するために提案された米国特許第５，４９８，４８９号明細書は特に屈曲面の問題点を解決しようとした。たたまれて折り重なる部分の電極を残してただ電流集電体と分離膜あるいは高分子電解質部分だけで連結させることによって根本的な電極の剥離現象を避けている。しかしセルを構成するのには多少難しい点があり、必要以上に多く用いられる電流集電体、そして電解液が浪費される構造などの非効率的な要素を多く抱えているためにその実用性が低い。
【０００９】
本発明は前記従来技術を考慮して、複数個が重なる電気化学セルを含む電気化学素子において、製造が容易で、空間を効率的に使用する構造を有する電気化学素子を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明の他の目的は電極活物質の含量を極大化することができる構造を有する電気化学素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するために、複数個で重なる電気化学セルを含む電気化学素子において、
ａ）前記電気化学セルは順次に正極、分離膜、及び負極が位置されるフルセル（full cell）を基本単位として重なり;及び
ｂ）前記ａ）のフルセルの重畳部各々には分離フィルムを介在させた
電気化学素子を提供する。
【００１２】
また本発明は複数個で重なる電気化学セルを含む電気化学素子において、
ａ）前記電気化学セルは
i）順次に正極、分離膜、負極、分離膜、及び正極が位置されるバイセル（bicell）;または
ii）順次に負極、分離膜、正極、分離膜、及び負極が位置されるバイセルを基本単位として重なり、
ｂ）前記ａ）のバイセルの重畳部各々には分離フィルムを介在させた
電気化学素子を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
[作用]
本発明は従来のセル製造方式より製造が容易で空間を効率的に使用するセルの構造と製造方法を提供する。先に列挙した従来の多様なセル構造の短所を解決し、電極活物質の含量が極大化できる非常に簡単で独特なセル構造を提示する。基本的に本発明は螺旋形あるいは折畳み方式が採択している、長く裁断された電極を活用する方法でなく、電極を一定の形に切断して積層する方法を応用したものである。
【００１５】
最も基本的に常識化されているセル構造は図１ａに示したような正極と負極、そして分離膜の層状組織を規則的な模様と大きさに切断した後、積層して構成するフルセル１０の形態である。本発明ではこのような構造のフルセル１０が電池を構成するための一つの単位セルとして取扱われる。リチウム充放電用セルを例にすると、 正極物質１４はリチウムマンガン酸化物（lithiated manganese oxide）、リチウムコバルト酸化物（lithiated cobalt oxide）、リチウムニッケル酸化物（lithiated nickel oxide）、またはこれらの組み合わせによって形成される複合酸化物などのようにリチウム吸着物質（lithium intercalation material）を主成分とし、これが正極電流集電体１２、即ちアルミニウム、ニッケルまたはこれらの組み合わせによって製造される箔と結合された形態で正極７が構成され、負極物質１３はリチウム金属またはリチウム合金とカーボン、石油コークス、活性化カーボン、グラファイト、またはその他のカーボン類などのようなリチウム吸着物質を主成分としこれが負極電流集電体１１、即ち銅、金、ニッケルあるいは銅合金あるいはこれらの組み合わせによって製造される箔と結合された形態で負極８が構成される。
【００１６】
分離膜１５は微細多孔構造を有するポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらフィルムの組み合わせによって製造される多層フィルムなどや、またはポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド（polyethylene oxide）、ポリアクリロニトリル（polyacrylonitrile）またはポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン（polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene）共重合体のような固体高分子電解質用またはゲル形高分子電解質用高分子フィルムなどを適用する。また韓国特許出願第９９-５７３１２号に記載された微細多孔性の第１高分子層とポリフッ化ビニリデン-三フッ化塩化エチレン共重合体のゲル化第２高分子層を含む高分子電解質用高分子フィルムを使用する場合、非常に効果的である。
【００１７】
図１ａで示すフルセル１０の単位構造は正極７、分離膜１５、負極８が順次に構成され、この時分離膜１５は自然にセルの中央に位置する。本発明ではこのような単位セルを使用して実用的な容量の電池を製造する時には、この単位セルを複数重ねて図１ｂのように使用することができる。
【００１８】
図１ｂに示した重畳セル１６は単に１０/１０のような２個の単位セルを重畳したが、実際的にはそれ以上所望の数だけ積層することができる。単位セルの重畳数は実現しようとする電池の容量によって設計されて決定される。重畳セル１６の構造では単位セルの間で電極が重複することを避けられない。もし多様な単位セルが重なれば、重複する電極もやはりその数だけ増加し、その分結果的な電池の空間と重量の効率性を低下させる。事実、これは電極製造時に電流集電体の単面だけを電極物質でコーティングして使用したので現れる現象である。
【００１９】
本発明ではこのような単位セルを複数重複する場合にセル構造をさらに空間効率的に活用するための方案として、つまり、電流集電体の反対面にも同一な活物質がコーティングされている構造を活用して集電板の重複を避けることができる方法を提示する。両面に電極物質がコーティングされた電極を使用してフルセルを製造すれば、図２ａのフルセル１７のような構造の新たな単位セルを有する。
【００２０】
新たなフルセル１７を単位セルとして２個を重畳し、その間に前述した分離膜１５のように高分子分離膜、または高分子電解質用高分子フィルムなどの分離フィルム１９を導入すれば図２ｂに示した重畳セル１８が製造される。このような構造は一つの単位セル内で活用されない外側コーティング活物質が隣接する他の単位セルの反対電極コーティング活物質と互いに共有し新たな一つのフルセルを形成する非常に効率的な構造になる。このようなセルの構造は特に多く重ねて単位セルを重畳すると効果的である。しかし、電流の集電体にホイルを用いているために重畳セル１８の最外郭に当たる負極物質１３と正極物質１４の電極物質は共有されず活用されない。その活用されない比率は重畳の数が増加するほど少なくなる。従って実際的に使用する電池の厚さと単位セルの厚さを勘案すれば、その重畳数が多くなる場合が殆どであるために、このようなセルの構造は十分に有効である。
【００２１】
図３の３のうち重畳セル２０はフルセルを基本単位セル構造として上の多様な事項を全て考慮し最大限にその効率性を生かした構造を示したものである。ここでは最も少ない数の単位セルを重畳した。一側電極を両面コーティングし他側電極を単面コーティングして形成するフルセル１７´構造を導入して前記重畳セル１７を中に位置させた新たな重畳セル２０は、１７´/１７/１７´の構造を有することによって重畳セル１８で台頭した外側の側の電極活物質が活用されない部分をホイルのまま残す。実際的に用いられる容量のためには一般に１７´/１７/１７．．．．１７/１７´の構造で多重構成し、その層の数が増加するほどこれは前記重畳セル１８のような１７/１７/１７．．．．１７/１７の構造とは空間効率面で大きく差異を見せない。しかし、非常に薄くする薄膜カード形電池では重畳セル２０の構造が効果的である。
【００２２】
図１ｂで示す重畳セル１６の構造で中間電極板の重複は上に記述したようにセルの効率性を落とす。それでセルの間に重複される電極を単一化する効率的な構造でそれ自体を一つの新たな単位セルとして取扱うことができる。図４ａに示した構造セル２１がそれであり、これは中に一つの極性をおいて両側に反対極性を同時に有するバイセルの構造を意味する。
【００２３】
次に、このようなバイセルを単位として重畳すると空間効率的にセルを製造することができるが、図４ｂの重畳バイセル２２のように２１/２１の構造で、あるいはそれ以上の数で重畳して電池を製造することができる。しかし、やはり、ここでも図１ｂの重畳セル１６で図１ａのフルセル１０を重畳する過程で見られるように、バイセルの間の電極が重複する現象が見られる。重畳セル１６の構造から見られる事項と事実は同一であり、その原因もバイセルの一部単面コーティングによる構造的な問題−図４ａのバイセル２１を見れば負極は両面コーティングされているが、正極は単面コーティングされて構成される−からくる。もちろん同じ電池の容量のためにそれぞれの単位セルを重畳してみると電極が重複する回数が、図１ｂの重畳セル１６より図４ｂの重畳セル２２が少ないが、空間と重量の効率性は相変らず低下する。
【００２４】
本発明ではこのようなバイセルを単位セルとして複数に重ねる場合にセル構造をさらに空間効率的に活用するための方案として、つまり、全ての電流集電体の反対面にも同一な活物質がコーティングされている構造を活用して集電板の重複を避けることができる方法を提示する。このために図５ａ及び図５ｂのように全て両面コーティングされた電極を使用する二種類のバイセル２３、２４を各々定義する。図５ａのバイセル２３は負極を中央に位置させて正極を両外側に構成するバイセルであり、図５ｂのバイセル２４は正極を中央に位置させ負極を両外側に構成するバイセルである。
【００２５】
図６の重畳セル２５のようにバイセルを２３/２４に重畳し、その間に前述の分離膜１５のように高分子分離膜あるいは高分子電解質用高分子フィルムなどの分離フィルム１９を導入すれば、一つのバイセル内で活用されない外側コーティング活物質が隣接する他の種類のバイセルと互いに自然に反対の極性で共有されて新たな一つのフルセルを形成する非常に効率的な構造になる。このようなセルも多く重ねて使用することができ、２３/２４/２３/２４/．．．．２３/２４/２３のように、分離フィルム１９が間に継続して導入されながらバイセルが交互に重畳さえすれば電池のための極性が自然に合致する様になっている。重なった電池の最も外側のバイセルはバイセルである２３または２４のいずれに終わっても構わない。但し活用されない電極物質が負極であるかあるいは正極であるかの問題であるに過ぎない。このように活用されない電極の比率は重畳の数が増加するほど少なくなり、実際的な電極の厚さではその影響が小さい。
【００２６】
図７に示した重畳セル２６はバイセルを基本単位セル構造とし上記の多様な事項を全て考慮して最大限にその効率性を生かした構造を示したものである。ここではただ３個のバイセルだけを重畳して示す。プライムの定義をバイセル外側の二つの電極の中で一方だけをホイルとして残す構造と規定する時、図７の重畳セル２６のような２４´/２３/２４´）で示すバイセルの重畳は活用されない電極活物質の部分が全くない。もちろん２３´/２４/２３´）のような場合も考えることができ、その他に多様な組み合わせによって多様に構成することができる。以上説明したように、バイセルを２４´/２３/２４/２３．．．．/２４/２３/２４´）のように多数重畳して構成する場合、その重なりの数が増加するほど図６の重畳セル２５で提示される２４/２３/２４/２３．．．．/２４/２３/２４とは空間効率面で大きく差異を見せることはない。しかし、やはり薄膜カード形のように非常に薄くする電池では図７の重畳セル２６の構造が効果的である。
【００２７】
本発明で提供される電池構造は角形電池に非常に効果的である。一般に包装する時、液体電解質を共に注入させるが、これに用いられる容器としてはアルミニウム角形缶あるいはアルミニウムラミネートフィルムを用いることができる。リチウムイオン電池のジェーリロールとは異なって、本発明で提供される電池の構成物は、それ自体が角形容器と形態が同一であるために、挿入する場合に容器内部で空き空間として残る余地がない。結局、活物質の空間活用度を極大化する高集積度の電池を実現することができることによって電池の容量エネルギー密度を大きく高めることができる。
【００２８】
本発明の電気化学素子は前記角形電池にだけ限定されるものではなく、スーパキャパシター（super capacitor）、ウルトラキャパシター（ultra capacitor）、２次電池、１次電池、燃料電池、各種センサー、電気分解装置、電気化学的反応器などの様々な分野に適用することができる。
【００２９】
以下の実施例を通じて本発明をさらに詳細に説明する。但し、実施例は本発明を例示するためのものであり、これらに限定されるわけではない。
【００３０】
[実施例]
実施例１
フルセルを基本単位とする重畳セルの製造
（正極製造）
ＬｉＣｏＯ2:カーボンブラック:ＰＶＤＦ=９５:２．５:２．５の重量比でＮＭＰに分散させてスラリーを製造した後、このスラリーをアルミニウム箔にコーティングして１３０℃で十分に乾燥した後、押圧して正極を製造した。
【００３１】
最外郭フルセルの最外郭に位置する正極はアルミニウムホイルの一面にだけスラリーをコーティングして正極物質がアルミニウム正極集電体に単面コーティングされた正極を製造し、内部に位置するフルセルの正極はアルミニウムホイルの両面にスラリーをコーティングして正極物質がアルミニウム正極集電体に両面コーティングされた正極を製造した。単面コーティング正極の厚さは１０５μｍであり、両面コーティング正極の厚さは１４０μｍであった。
【００３２】
（負極製造）
グラファイト:アセチレンブラック:ＰＶＤＦ=９３:１:６の重量比でＮＭＰに分散させてスラリーを製造した後、このスラリーを銅箔にコーティングして１３０℃で十分に乾燥した後、押圧して負極を製造した。
【００３３】
最外郭フルセルの最外郭に位置する負極は銅ホイルの一面にだけスラリーをコーティングして負極物質が銅負極集電体に単面コーティングされた負極を製造し、内部に位置するフルセルの負極は銅ホイルの両面にスラリーをコーティングして負極物質が銅負極集電体に両面コーティングされた負極を製造した。単面コーティング負極の厚さは１００μｍであり、両面コーティング負極の厚さは１３５μｍであった。
【００３４】
（分離膜、分離フィルム、高分子電解質用高分子フィルムの製造）
微細多孔構造を有する厚さ１６μｍのポリプロピレンフィルムを第１高分子分離膜とし、ソルベイポリマー（Solvey Polymer）社のポリフッ化ビニリデン-三フッ化塩化エチレン共重合体３２００８をゲル化２次高分子とする多層高分子フィルムを製造した。つまり、３２００８ ６ｇをアセトン１９４ｇに投入して５０℃の温度を維持しながらよく掻き混ぜる。１時間後、３２００８が完全に溶けて透明な溶液をディップコーティング工程によってポリプロピレン第１高分子分離膜にコーティングした。コーティングされた３２００８の厚さは１μｍであり、最終高分子フィルムは１８μｍであった。
【００３５】
（内部に位置されるフルセルの製造）
前記で製造された正極物質が正極集電体に両面コーティングされた正極を２．９ｃｍ × ４．３ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断し、負極物質が負極集電体に両面コーティングされた負極を３．０ｃｍ × ４．４ｃｍの大きさの長方形にタップの区域を除いて切断した後、正極と負極の間に前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ × ４．５ｃｍ の大きさで切断して位置させた後、これを１００℃のロールラミネータに通過させて各電極と分離膜を熱融着し接着させて図２ａのフルセル１７を製造した。
【００３６】
（最外郭に位置されるフルセルの製造）
前記で製造された正極物質が正極集電体に単面コーティングされた正極を２．９ｃｍ × ４．３ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断し、負極物質が負極集電体に両面コーティングされた負極を３．０ｃｍ × ４．４ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断した後、正極と負極の間に前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ × ４．５ｃｍの大きさで切断して位置させた後、これを１００℃のロールラミネータに通過させて各電極と分離膜を熱融着し接着させて図３に示すフルセル１７´を製造した。
【００３７】
また、前記で製造された正極物質が正極集電体に両面コーティングされた正極を２．９ｃｍ × ４．３ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断し、負極物質が負極集電体に単面コーティングされた負極を３．０ｃｍ × ４．４ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断した後、正極と負極の間に前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ × ４．５ｃｍの大きさで切断して位置させた後、これを１００℃のロールラミネータに通過させて各電極と分離膜を熱融着し接着させて図３のフルセル１７”を製造した。
【００３８】
（フルセルの重畳）
前記で製造された１７´、１７、１７"のフルセルを図３の２０構造のように１７´、１７、１７"の順に、それぞれの単面コーティングされた電極は最外郭が電極集電体が位置させ、各フルセル等の重畳部には前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ×４．５ｃｍの大きさで切断して挿入位置させた後、これらを１００℃のロールラミネータにそのまま通過させてそれぞれのフルセルと高分子フィルムを熱融着し接着させた。
【００３９】
（電池製造）
製造された重畳フルセルの電池をアルミニウムラミネート包装材に入れて１Ｍ ＬｉＰＦ6濃度のＥＣ/ＥＭＣが１:２の重量組成を有する液体電解質を注入して包装した。
【００４０】
実施例２
バイセルを基本単位とする重畳セルの製造
（正極製造）
前記実施例１と同じ方法でそれぞれの正極を製造した。
内部に位置するバイセルの正極はアルミニウムホイルの両面にスラリーをコーティングして正極物質がアルミニウム正極集電体に両面コーティングされた正極を製造した。両面コーティング正極の厚さは１４０μｍであった。
【００４１】
（負極製造）
前記実施例１と同じ方法でそれぞれの負極を製造した。
最外郭バイセルの最外郭に位置する負極は銅ホイルの一面、及び両面に各々スラリーをコーティングして負極物質が銅負極集電体に両面コーティングされた負極と単面コーティングされた負極を各々製造し、内部に位置するバイセルの負極は銅ホイルの両面にスラリーをコーティングして負極物質が銅負極集電体に両面コーティングされた負極を製造した。単面コーティング負極の厚さは１００μｍであり、両面コーティング負極の厚さは１３５μｍであった。
【００４２】
（分離膜、分離フィルム、高分子電解質用高分子フィルムの製造）
前記実施例１と同じ高分子電解質用高分子フィルムの分離膜及び高分離フィルムを製造した。
【００４３】
（内部に位置されるバイセルの製造）
前記で製造された正極物質が正極集電体に両面コーティングされた正極を２．９ｃｍ × ４．３ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断し、負極物質が負極集電体に両面コーティングされた負極を３．０ｃｍ × ４．４ｃｍの大きさの長方形にタップの区域は除いて切断した。
【００４４】
一つのバイセルは前記両面コーティング負極を中央に位置させ、前記両面コーティング正極を両外側に構成して、それぞれの正極と負極の間に前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ × ４．５ｃｍの大きさに切断して位置させた後、これを１００℃のロールラミネータに通過させて各電極と分離膜を熱融着して接着させ図５ａのバイセル２３を製造し、他のバイセルは前記両面コーティング正極を中央に位置させて、前記両面コーティング負極を両側外側に構成し、それぞれの正極と負極の間に前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ × ４．５ｃｍの大きさに切断して位置させた後、これを１００℃のロールラミネータに通過させて各電極と分離膜を熱融着して接着させ図５ｂのバイセル２４を各々製造した。
【００４５】
（最外郭に位置されるバイセルの製造）
最外郭に位置されるバイセルは前記で製造された正極物質が正極集電体に単面及び両面コーティングされた正極を各々２．９ｃｍ×４．３ｃｍの大きさの長方形にタップをのせる領域は除いて切断し、負極物質が負極集電体に両面コーティングされた負極を３．０ｃｍ×４．４ｃｍの大きさの長方形にタップの領域は除いて切断した後、前記単面コーティングされた負極、両面コーティングされた正極、両面コーティングされた負極に位置させ、それぞれの正極と負極の間に前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ×４．５ｃｍの大きさに切断して位置させた後、これを１００℃のロールラミネータに通過させて各電極と分離膜を熱融着して接着させて図７のバイセル２４´を製造した。
【００４６】
（バイセルの重畳）
前記で製造された２３、２４´の各バイセルを図７の２６構造のように２４´、２３、２４´の順に、単面コーティングされた負極電極は最外郭が負極集電体になるように位置させ、各バイセル等の重畳部には前記で製造された多層高分子フィルムを３．１ｃｍ×４．５ｃｍの大きさに切断して挿入位置させた後、これらを１００℃のロールラミネータにそのまま通過させてそれぞれのバイセルと高分子フィルムを熱融着して接着させた。
【００４７】
（電池製造）
製造された重畳バイセル２６の電池をアルミニウムラミネート包装材に入れて１ＭＬｉＰＦ6濃度のＥＣ/ＥＭＣが１:２の重量組成を有する液体電解質を注入して包装した。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のフルセル、またはバイセルを単位セルとして複数個重ねる電気化学素子は製造が容易であり、空間を効率的に使用する構造を有し、特に電極活物質の含量を極大化することができて高集積度の電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 単面コーティングされた正極、負極そして分離膜で構成されたフルセルの層状構造を示したものである。
【図１Ｂ】 二つのフルセルが重なったセルの層状構造を示したものである。
【図２Ａ】 両面コーティングされた正極、負極そして分離膜で構成されたフルセルの層状構造を示したものである。
【図２Ｂ】 二つのフルセルが重なったセルの層状構造を示したものである。
【図３】 フルセルを単位セルとして重なったセルの層状構造を示したものである。
【図４Ａ】 一部単面コーティングされた電極と両面コーティングされた電極そして分離膜で構成されたバイセルの層状構造を示したものである。
【図４Ｂ】 二つのバイセルが重なったセルの層状構造を示したものである。
【図５Ａ】 負極を中間層とし外側部分の両側を正極とするバイセルの層状構造を示したものである。
【図５Ｂ】 正極を中間層とし外側部分の両側を負極とするバイセルの層状構造を示したものである。
【図６】 二種類のバイセルを各々単位セルとして重なったセルの層状構造を示したものである。
【図７】 一部単面コーティングされた電極と分離膜で構成されたバイセル、及び両面コーティングされた電極と分離膜で構成されたバイセルを互いに重畳して構成するセルの層状構造を示したものである。
【符号の説明】
７ 正極
８ 負極
１１ 負極電流集電体
１２ 正極電流集電体
１３ 負極物質
１４ 正極物質
１５ 分離膜
１７ フルセル
１９ 分離フィルム

Claims (12)

  1. 電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、分離膜、及び電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極を順次に積層して製造される二つ以上のフルセルを製造する段階；及び
    分離フィルムを介在させて前記製造された二つ以上のフルセルを積層し、前記分離フィルムの両面には隣接するいずれか一つのフルセルの正極と隣接する他の一つのフルセルの負極がそれぞれ接触するように積層してラミネーティングする段階
    を含む重畳電気化学素子の製造方法。
  2. 電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、分離膜、及び電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極を順次に積層して製造される一つ以上のフルセル（以下、‘フルセルＡ’という）を製造する段階；
    電流集電体の一面に正極物質が塗布された正極、分離膜、及び電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極を順次に積層して、正極の一側外郭に電流集電体が露出したフルセル（以下、‘フルセルＢ’という）を製造する段階；
    電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、分離膜、及び電流集電体の一面に負極物質が塗布された負極を順次に積層して、負極の一側外郭に電流集電体が露出されたフルセル（以下、‘フルセルＣ’という）を製造する段階；及び
    分離フィルムを介在させて、前記フルセルＢ、前記一つ以上のフルセルＡ、及び前記フルセルＣを順次に積層し、前記分離フィルムの両面には隣接するいずれか一つのフルセルの正極と隣接する他の一つのフルセルの負極がそれぞれ接触するように積層してラミネーティングする段階
    を含む重畳電気化学素子の製造方法。
  3. 前記フルセルの積層及びラミネーティング段階に使用される分離フィルムが微細多孔を含むポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、またはこれらフィルムの組み合わせによって製造される多層フィルム、及びポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、及びポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン共重合体の高分子電解質用高分子フィルムからなる群より選択される、請求項１または２に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  4. 前記高分子電解質用高分子フィルムが微細多孔性の第１高分子層とポリフッ化ビニリデン−三フッ化塩化エチレン共重合体のゲル化第２高分子層を含むフィルムである、請求項３に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  5. ａ）ｉ）電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極、及び分離膜を正極／分離膜／負極／分離膜／正極の順に積層して製造される一つ以上のバイセル（以下、‘バイセルＡ’という）、及びｉｉ）電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極、及び分離膜を負極／分離膜／正極／分離膜／負極の順に積層して製造される一つ以上のバイセル（以下、‘バイセルＢ’という）を製造する段階；及び
    ｂ）分離フィルムを介在させて前記バイセルＡとバイセルＢを交互に積層し、前記分離フィルムの両面には隣接するいずれか一つのバイセルの正極と隣接する他の一つのバイセルの負極が接触するように積層し、これをラミネーティングする段階
    を含む重畳電気化学素子の製造方法。
  6. 前記重畳電気化学素子は最外側のバイセルが全てバイセルＡであるか、または全てバイセルＢである、請求項５に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  7. 前記重畳電気化学素子は最外側のバイセルのうちの一つはバイセルＡであり、残り一つはバイセルＢである、請求項５に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  8. ａ）ｉ）電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極、及び分離膜を正極／分離膜／負極／分離膜／正極の順に積層して製造されるバイセル（以下、‘バイセルＡ’という）、及びｉｉ）電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極、及び分離膜を負極／分離膜／正極／分離膜／負極の順に積層して製造されるバイセル（以下、‘バイセルＢ’という）のうちで選択される一つ以上の内側バイセルを製造する段階；
    ｂ）ｉ）電流集電体の一面に正極物質が塗布された正極、分離膜、電流集電体の両面に負極物質が塗布された負極、分離膜、及び電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極を順次に積層して、正極の一側外郭に電流集電体が露出されたバイセル（以下、‘バイセルＣ’という）、及びｉｉ）電流集電体の両面に正極物質が塗布された負極、分離膜、電流集電体の両面に正極物質が塗布された正極、分離膜、及び電流集電体の一面に負極物質が塗布された負極を順次に積層して、負極の一側外郭に電流集電体が露出されたバイセル（以下、‘バイセルＤ’という）のうちで選択される二つの外側バイセルを製造する段階；及び
    ｃ）分離フィルムを介在させて前記バイセルＣ及びＤのうちで選択されるいずれか一つの外側バイセル、前記バイセルＡ及びＢのうちで選択される一つ以上の内側バイセル、及び前記バイセルＣ及びＤのうちで選択されるいずれか一つの外側バイセルを順次に積層し、前記分離フィルムの両面には隣接するいずれか一つのバイセルの正極と隣接する他の一つのバイセルの負極が接触するように積層して、これをラミネーティングする段階
    を含む重畳電気化学素子の製造方法。
  9. 前記重畳電気化学素子は最外側バイセルが全てバイセルＣであるか、または全てバイセルＤである、請求項８に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  10. 前記重畳電気化学素子は最外側バイセルのうちの一つはバイセルＣであり、残り一つはバイセルＤである、請求項８に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  11. 前記積層及びラミネーティング段階に使用される分離フィルムが微細多孔を含むポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、またはこれらフィルムの組み合わせによって製造される多層フィルム、及びポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、及びポリフッ化ビニリデンヘキサフルオロプロピレン共重合体の高分子電解質用高分子フィルムからなる群より選択される、請求項５または８に記載の重畳電気化学素子の製造方法。
  12. 前記高分子電解質用高分子フィルムが微細多孔性の第１高分子層とポリフッ化ビニリデン−三フッ化塩化エチレン共重合体のゲル化第２高分子層を含むフィルムである、請求項１１に記載の電気化学素子の製造方法。
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