JP4385425B2 - 固体電解質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、帯状の正極及び負極をゲル電解質を介して積層した状態で、その長さ方向に沿って巻回して構成される電極巻回体を備える固体電解質電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型テープレコーダ、携帯電話、携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらの電子機器のポータブル電源となる電池も小型軽量化が要求され、これに対応する電池としてリチウムイオン電池が開発され、工業化されている。この電池は、正極と負極との間のイオン伝導体に多孔質高分子セパレータに電解質溶液を含浸させたものが用いられており、電解液の漏出を防ぐために電池構造全体を重厚な金属容器でパッケージしている。
【０００３】
一方、固体電解質を正極と負極との間のイオン伝導体とした固体電解質電池は、漏液が無いためにパッケージの簡略化による電池の小型軽量化が期待されている。特に、ポリマにリチウム塩を固溶させた高分子固体電解質や、マトリックスポリマに電解質を含んだゲル状の固体電解質（以下、ゲル電解質と称する。）が注目を浴びている。
【０００４】
このようなゲル電解質を用いたゲル電解質電池は次のようにして作製できる。
【０００５】
まず、正極としては、正極活物質と導電剤と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥させることにより正極活物質層を形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得る。
【０００６】
つぎに、負極としては、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させることにより負極活物質層を形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得る。
【０００７】
また、ゲル電解質層としては、非水溶媒と電解質塩とマトリクスポリマとを含有するゾル状の電解質溶液を、正極シート及び負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、溶媒を除去する。こうして、正極活物質層上及び負極活物質層上にゲル電解質層が形成される。
【０００８】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを例えば帯状に切り出す。さらに正極リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層を削り取り、ここに正極リードを溶接し、ゲル電解質層が形成された帯状正極が得られる。
【０００９】
また、ゲル電解質層が形成された負極シートを例えば帯状に切り出す。さらに負極リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層を削り取り、ここに負極リードを溶接し、ゲル電解質層が形成された帯状負極が得られる。
【００１０】
最後に、ゲル電解質層が形成された帯状正極及び帯状負極を積層し、この積層体をその長手方向に多数回巻回することによって電極巻回体を得ることができる。この電極巻回体を、外装フィルムで挟み、外装フィルムの最外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉してゲル電解質電池が完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような電極巻回体を用いたゲル電解質電池は、エネルギー密度が低く、重負荷特性も良くなく、更には負極に金属リチウムが析出するという問題点を有している。
【００１２】
これは、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とが一体化されていないため、これらのゲル電解質層同士の密着がとれない部分があるためである。ゲル電解質層同士で密着がとれていない部分があると、その部分において、充電時に負極へのリチウムイオンのドープが行われない。
【００１３】
上述したような、負極へのリチウムイオンのドープが行われない状態では、設計通りの放電容量が得られず、エネルギー密度が低下してしまう。また、電池の内部抵抗が高いので重負荷特性もよくない。さらに、ゲル電解質同士の密着がとれていない部分では、充電時の負極へのリチウムイオンのドープが行われない代わりに、その近傍において負極から金属リチウムのデンドライトが成長してしまう。この金属リチウムのデンドライトは、ゲル電解質層を突き破り、微小ショートを引き起こすおそれがある。
【００１４】
本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、エネルギー密度及び重負荷特性を向上し、更に金属リチウムの析出を抑制した固体電解質電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体電解質電池は、帯状の正極と、上記正極と対向して配される帯状の負極と、上記正極及び上記負極の少なくとも一方の面に形成されたゲル電解質層とを備え、上記正極と上記負極とは、上記ゲル電解質層が形成された側が対向するように積層されるとともに長手方向に巻回され、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とは外装フィルム内において一体化されて連続体となされており、上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する。
【００１６】
上述したような本発明に係る固体電解質電池では、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とが一体化されて連続体となされているので、充電時において負極へのリチウムイオンのドープが良好に行われるので、エネルギー密度及び重負荷特性が向上し、更に、金属リチウムの析出が抑制される。
【００１７】
また、本発明の固体電解質電池の製造方法は、正極上にゲル電解質層を形成する第１の電解質層形成工程と、負極上にゲル電解質層を形成する第２の電解質層形成工程と、上記第１の電解質層形成工程でゲル電解質層が形成された上記正極と、上記第２の電解質層形成工程でゲル電解質層が形成された上記負極とを、上記ゲル電解質層が形成された側を対向させて積層するとともに巻回して電極巻回体とする巻回工程と、上記電極巻回体を外装フィルムによって外装する工程と、上記電極巻回体に対して熱処理を施すことにより、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とを一体化する熱処理工程とを有し、上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する。
【００１８】
上述したような本発明に係る固体電解質電池の製造方法では、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とを熱処理により一体化しているので、充電時において負極へのリチウムイオンのドープが良好に行われるので、エネルギー密度及び重負荷特性が向上し、更に、金属リチウムの析出が抑制された固体電解質電池が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
本実施の形態に係るゲル電解質電池の一構成例を図１及び図２に示す。このゲル電解質電池１は、帯状の正極２と、正極２と対向して配された帯状の負極３と、正極２と負極３との間に配されたゲル電解質層４とを備える。そして、このゲル電解質電池１は、正極２と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻回された、図３に示す電極巻回体５が、絶縁材料からなる外装フィルム６により覆われて密閉されている。そして、正極２には正極端子７が、負極３には負極端子８がそれぞれ接続されており、これらの正極端子７と負極端子８とは、外装フィルム６の周縁部である封口部に挟み込まれている。
【００２１】
正極２は、図４に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層２ａが、正極集電体２ｂの両面上に形成されている。この正極集電体２ｂとしては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
【００２２】
正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、これら複合酸化物の一部を他の遷移金属で置換したもの、二酸化マンガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物を用いることができる。
【００２３】
なお、図４では、正極２の正極活物質層２ａ上に、後述するゲル電解質層４ａが形成された状態を示している。
【００２４】
また、負極３は、図５に示すように、負極活物質を含有する負極活物質層３ａが、負極集電体３ｂの両面上に形成されている。この負極集電体３ｂとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
【００２５】
負極活物質にはリチウムをドープ、脱ドープできる材料を用いることができる。このようなリチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、熱分解炭素類、コークス類、アセチレンブラックなどのカーボンブラック類、黒鉛、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成体、竹焼成体といった炭素材料や、リチウム金属、リチウム合金、あるいはポリアセチレンなどのような導電性ポリマを挙げることができる。
【００２６】
なお、図５では、負極３の負極活物質層３ａ上に、後述するゲル電解質層４ｂが形成された状態を示している。
【００２７】
ゲル電解質層４は、電解質塩と、マトリクスポリマと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。
【００２８】
電解質塩は、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3等を単独又は混合して使用することができる。
【００２９】
マトリクスポリマは、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な構造は限定されない。このマトリクスポリマとしては、例えばポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート等が挙げられる。
【００３０】
膨潤溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の非水溶媒を単独又は混合して用いることができる。
【００３１】
ここで、本実施の形態に係るゲル電解質電池１では、図４に示すように、正極２の正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４ａが形成されている。また、図５に示すように、負極３の負極活物質層３ａ上にゲル電解質層４ｂが形成されている。そして、このゲル電解質電池１では、図２及び図３に示すように、正極２と負極３とは、ゲル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻回され電極巻回体５とされている。
【００３２】
そして、このゲル電解質電池１では、正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとが融合されて連続一体化したものとなされている。正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとを連続一体化することによって、充電時に負極３へのリチウムイオンのドープを良好に行うことができる。充電時に負極３へのリチウムイオンのドープを良好に行わしめることで、高い放電容量を得ることができ、エネルギー密度を高めることができる。さらに、充電時に負極３における金属リチウムのデンドライトの発生を抑え、金属リチウムのデンドライトの成長に起因する内部ショートを防止することができる。
【００３３】
従って、正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとを連続一体化した本実施の形態に係るゲル電解質電池１は、エネルギー密度及び重負荷特性が向上し、さらに金属リチウムの析出による内部ショートが抑制されて耐久性にも優れたものとなる。
【００３４】
つぎに、このようなゲル電解質電池１の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、正極２としては、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２ｂとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより正極活物質層２ａが形成されて正極シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００３６】
次に、正極シートの正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４ａを形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく撹拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。
【００３７】
次に、この電解質溶液を正極活物質層２ａ上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質２ａ上にゲル電解質層４ａが形成される。
【００３８】
次に、ゲル電解質層４ａが形成された正極シートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接される部分のゲル電解質層４ａ及び正極活物質２ａ層を削り取り、ここに例えばアルミニウム製のリード線を溶接して正極端子７とする。このようにしてゲル電解質層４ａが形成された帯状の正極２が得られる。
【００３９】
また、負極３は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体３ｂとなる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質層３ａが形成されて負極シートが作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４０】
次に、負極シートの負極活物質層３ｂ上にゲル電解質層４ｂを形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず上記と同様にして調製された電解質溶液を負極活物質層上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、負極活物質３ｂ上にゲル電解質層４ｂが形成される。
【００４１】
次に、ゲル電解質層４ｂが形成された負極シートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接される部分のゲル電解質層４ｂ及び負極活物質層３ａを削り取り、ここに例えばニッケル製のリード線を溶接して負極端子８とする。このようにしてゲル電解質層４ｂが形成された帯状の負極３が得られる。
【００４２】
そして、以上のようにして作製された帯状の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４ａ，４ｂが形成された側を対向させて張り合わせてプレスし、電極積層体とする。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体５とする。
【００４３】
最後に、この電極巻回体５を、絶縁材料からなる外装フィルム６によってパックするとともに、正極端子７と負極端子８とを封口部に挟み込む。そして、外装フィルム６にパックされた電極巻回体５に対して例えば約１００℃で１０分間の熱処理を施す。この熱処理により、正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとが融合して連続一体化されて、ゲル電解質電池１が完成する。
【００４４】
上述したような本実施の形態に係るゲル電解質電池１は、円筒型、角型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態では、固体電解質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質を用いたゲル電解質電池１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適用可能である。また、本発明は、一次電池についても二次電池についても適用可能である。
【００４６】
【実施例】
本発明の効果を確認すべく、ゲル電解質電池を作製し、その特性を評価した。
【００４７】
〈実施例１〉
まず、正極を次のようにして作製した。
【００４８】
正極を作製するには、まず、炭酸リチウムを０．５モルと、炭酸コバルトを１モルとを混合し、９００℃の空気中で５時間焼成することにより正極活物質となるＬｉＣｏＯ2を得た。このＬｉＣｏＯ2を９１重量部と、導電剤としてグラファイトを６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを３重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。このときの正極活物質の密度は３．６ｇ／ｃｍ3であった。
【００４９】
次に、正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、まず、炭酸エチレンを４２．５重量部と、炭酸プロピレンを４２．５重量部と、ＬｉＰＦ6を１５重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を３０重量部と、マトリクスポリマーとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロフランを６０重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。
【００５０】
次に、この電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ１００μｍのゲル電解質層を形成した。
【００５１】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、５０ｍｍ×２６０ｍｍの部分に５０ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして、両面に１００μｍの厚さのゲル電解質層が形成された帯状の正極を得た。
【００５２】
次に、負極を次のようにして作製した。
【００５３】
負極を作製するには、まず、黒鉛を９０重量部と、ポリフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。このときの負極活物質の密度は１．６ｇ／ｃｍ3であった。
【００５４】
次に、負極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極活物質層上に厚さ１００μｍのゲル電解質層を形成した。
【００５５】
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、５２ｍｍ×３００ｍｍの部分に５２ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして、両面に１００μｍの厚さのゲル電解質層が形成された帯状の負極を得た。
【００５６】
次に、上述のようにして作製された、両面にゲル電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層体とし、さらにこの積層体をその長手方向に巻回することにより電極巻回体を得た。
【００５７】
次に、この電極巻回体を、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィルムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉した。なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フィルムの封口部に挟み込んだ。
【００５８】
最後に、電極巻回体を密閉した外装フィルムを１００℃のオーブン中に１０分間放置することにより電極巻回体に対して熱処理を施した。このようにしてゲル電解質電池を完成した。
【００５９】
〈実施例２〉
電極巻回体を外装フィルム中に密閉した後、これを７０℃のオーブン中に１０分間放置することにより電極巻回体に対して熱処理を施したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【００６０】
〈比較例３〉
電極巻回体を外装フィルム中に密閉した後、電極巻回体に対する熱処理を施さなかったこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【００６１】
以上のようにして作製された実施例１、実施例２及び比較例のゲル電解質電池のうち、それぞれ１つずつを抜き出して解体し、観察した。
【００６２】
その結果、実施例１のゲル電解質電池では、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とは完全に融合して一体化され、２層のゲル電解質層の界面はなく単層となっていることが確認された。また、実施例２のゲル電解質電池では、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層との界面を認めることはできたが、２層のゲル電解質層は完全に密着されていた。一方、比較例のゲル電解質電池では、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とは接合されておらず、容易に分離できる状態であった。また、２層のゲル電解質層の界面も容易に確認できた。
【００６３】
従って、電極巻回体に対して熱処理を施すことにより、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とを融合して一体化できることがわかった。
【００６４】
また、実施例１、実施例２及び比較例のゲル電解質電池のうち、それぞれ１０個ずつを抜き出して充放電試験を行った。
【００６５】
充放電試験としては、まず、ポテンシオガルバノスタットを用い、９０ｍＡで定電流充電を開始し、閉回路電圧が４．２Ｖに到達した時点で定電圧充電に切り替えた。充電開始から８時間経った時点で充電を終了した。続いて、９０ｍＡで定電流放電を行い、閉回路電圧が３．０Ｖに達した時点で放電を終了した。そして、各電池について９０ｍＡ放電の放電容量を測定し、この放電容量から電池のエネルギー密度を求めた。
【００６６】
また、上記の充放電試験と同条件で再び充電を行った後、１３５０ｍＡで定電流放電を行い、閉回路電圧が３．０Ｖに達した時点で放電を終了した。そして、各電池について１３５０ｍＡ放電の放電容量を測定した。
【００６７】
以上のようにして、実施例１、実施例２及び比較例の電池について測定された９０ｍＡ放電の放電容量、エネルギー密度及び１３５０ｍＡ放電の放電容量を表１にまとめて示す。なお、表１に示されている値は、１０個の電池について測定された値の平均値である。
【００６８】
【表１】
【００６９】
表１から、電極巻回体を外装フィルム中に密閉した後、電極巻回体に対して熱処理を施した実施例１及び実施例２の電池では、負極へのリチウムのドープが良好に行われ、高い放電容量及び高いエネルギー密度が得られていることがわかる。一方、電極巻回体に対して熱処理を施さなかった比較例の電池では、負極へのリチウムのドープが良好に行われずに、放電容量が低く、それに伴いエネルギー密度も低いことがわかる。
【００７０】
従って、電極巻回体に対して熱処理を施して、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とを一体化することにより、負極へのリチウムのドープを良好に行い、高い放電容量及び高いエネルギー密度を実現できることがわかった。
【００７１】
また、実施例１、実施例２及び比較例の電池を上述の充放電試験と同様の方法で充電した。そして、電池が充電されている状態で電池を解体し、負極表面を観察した。
【００７２】
その結果、実施例１及び実施例２の電池では、負極はいずれも均一な金色をしており、負極全面に均一にリチウムがドープされていることが確認された。一方、比較例の電池の負極は、部分的にリチウムのドープが行われずに、黒色のままの部分があった。さらに、その黒色部分の近傍に金属リチウムの析出が確認された。
【００７３】
従って、電極巻回体に対して熱処理を施して、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とを一体化することにより、負極へのリチウムのドープを良好に行わしめ、負極への金属リチウムの析出を抑制できることがわかった。
【００７４】
【発明の効果】
本発明では、固定電解質電池の正極上に形成されたゲル電解質層と、負極上に形成されたゲル電解質層とを一体化することによって、充電時に負極へのリチウムイオンのドープを良好に行うことができ、さらに、負極への金属リチウムの成長を防止することができる。
【００７５】
従って、本発明では、高い放電容量及び高エネルギー密度を有し、さらに金属リチウムの析出による内部ショートを抑制して耐久性にも優れた固定電解質電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質電池の一構成例を示す斜視図である。
【図２】図１中、Ｘ−Ｙ線における断面図である。
【図３】正極及び負極が電極巻回体とされた状態を示す斜視図である。
【図４】正極の一構成例を示す斜視図である。
【図５】負極の一構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ゲル電解質電池、 ２ 正極、 ３ 負極、 ４ ゲル電解質層、 ５ 電極巻回体、 ６ 外装フィルム、 ７ 正極端子、 ８ 負極端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、帯状の正極及び負極をゲル電解質を介して積層した状態で、その長さ方向に沿って巻回して構成される電極巻回体を備える固体電解質電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型テープレコーダ、携帯電話、携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらの電子機器のポータブル電源となる電池も小型軽量化が要求され、これに対応する電池としてリチウムイオン電池が開発され、工業化されている。この電池は、正極と負極との間のイオン伝導体に多孔質高分子セパレータに電解質溶液を含浸させたものが用いられており、電解液の漏出を防ぐために電池構造全体を重厚な金属容器でパッケージしている。
【０００３】
一方、固体電解質を正極と負極との間のイオン伝導体とした固体電解質電池は、漏液が無いためにパッケージの簡略化による電池の小型軽量化が期待されている。特に、ポリマにリチウム塩を固溶させた高分子固体電解質や、マトリックスポリマに電解質を含んだゲル状の固体電解質（以下、ゲル電解質と称する。）が注目を浴びている。
【０００４】
このようなゲル電解質を用いたゲル電解質電池は次のようにして作製できる。
【０００５】
まず、正極としては、正極活物質と導電剤と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥させることにより正極活物質層を形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得る。
【０００６】
つぎに、負極としては、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させることにより負極活物質層を形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得る。
【０００７】
また、ゲル電解質層としては、非水溶媒と電解質塩とマトリクスポリマとを含有するゾル状の電解質溶液を、正極シート及び負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、溶媒を除去する。こうして、正極活物質層上及び負極活物質層上にゲル電解質層が形成される。
【０００８】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを例えば帯状に切り出す。さらに正極リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層を削り取り、ここに正極リードを溶接し、ゲル電解質層が形成された帯状正極が得られる。
【０００９】
また、ゲル電解質層が形成された負極シートを例えば帯状に切り出す。さらに負極リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層を削り取り、ここに負極リードを溶接し、ゲル電解質層が形成された帯状負極が得られる。
【００１０】
最後に、ゲル電解質層が形成された帯状正極及び帯状負極を積層し、この積層体をその長手方向に多数回巻回することによって電極巻回体を得ることができる。この電極巻回体を、外装フィルムで挟み、外装フィルムの最外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉してゲル電解質電池が完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような電極巻回体を用いたゲル電解質電池は、エネルギー密度が低く、重負荷特性も良くなく、更には負極に金属リチウムが析出するという問題点を有している。
【００１２】
これは、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とが一体化されていないため、これらのゲル電解質層同士の密着がとれない部分があるためである。ゲル電解質層同士で密着がとれていない部分があると、その部分において、充電時に負極へのリチウムイオンのドープが行われない。
【００１３】
上述したような、負極へのリチウムイオンのドープが行われない状態では、設計通りの放電容量が得られず、エネルギー密度が低下してしまう。また、電池の内部抵抗が高いので重負荷特性もよくない。さらに、ゲル電解質同士の密着がとれていない部分では、充電時の負極へのリチウムイオンのドープが行われない代わりに、その近傍において負極から金属リチウムのデンドライトが成長してしまう。この金属リチウムのデンドライトは、ゲル電解質層を突き破り、微小ショートを引き起こすおそれがある。
【００１４】
本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、エネルギー密度及び重負荷特性を向上し、更に金属リチウムの析出を抑制した固体電解質電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体電解質電池は、帯状の正極と、上記正極と対向して配される帯状の負極と、上記正極及び上記負極の少なくとも一方の面に形成されたゲル電解質層とを備え、上記正極と上記負極とは、上記ゲル電解質層が形成された側が対向するように積層されるとともに長手方向に巻回され、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とは外装フィルム内において一体化されて連続体となされており、上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する。
【００１６】
上述したような本発明に係る固体電解質電池では、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とが一体化されて連続体となされているので、充電時において負極へのリチウムイオンのドープが良好に行われるので、エネルギー密度及び重負荷特性が向上し、更に、金属リチウムの析出が抑制される。
【００１７】
また、本発明の固体電解質電池の製造方法は、正極上にゲル電解質層を形成する第１の電解質層形成工程と、負極上にゲル電解質層を形成する第２の電解質層形成工程と、上記第１の電解質層形成工程でゲル電解質層が形成された上記正極と、上記第２の電解質層形成工程でゲル電解質層が形成された上記負極とを、上記ゲル電解質層が形成された側を対向させて積層するとともに巻回して電極巻回体とする巻回工程と、上記電極巻回体を外装フィルムによって外装する工程と、上記電極巻回体に対して熱処理を施すことにより、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とを一体化する熱処理工程とを有し、上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する。
【００１８】
上述したような本発明に係る固体電解質電池の製造方法では、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とを熱処理により一体化しているので、充電時において負極へのリチウムイオンのドープが良好に行われるので、エネルギー密度及び重負荷特性が向上し、更に、金属リチウムの析出が抑制された固体電解質電池が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
本実施の形態に係るゲル電解質電池の一構成例を図１及び図２に示す。このゲル電解質電池１は、帯状の正極２と、正極２と対向して配された帯状の負極３と、正極２と負極３との間に配されたゲル電解質層４とを備える。そして、このゲル電解質電池１は、正極２と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻回された、図３に示す電極巻回体５が、絶縁材料からなる外装フィルム６により覆われて密閉されている。そして、正極２には正極端子７が、負極３には負極端子８がそれぞれ接続されており、これらの正極端子７と負極端子８とは、外装フィルム６の周縁部である封口部に挟み込まれている。
【００２１】
正極２は、図４に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層２ａが、正極集電体２ｂの両面上に形成されている。この正極集電体２ｂとしては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
【００２２】
正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、これら複合酸化物の一部を他の遷移金属で置換したもの、二酸化マンガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物を用いることができる。
【００２３】
なお、図４では、正極２の正極活物質層２ａ上に、後述するゲル電解質層４ａが形成された状態を示している。
【００２４】
また、負極３は、図５に示すように、負極活物質を含有する負極活物質層３ａが、負極集電体３ｂの両面上に形成されている。この負極集電体３ｂとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
【００２５】
負極活物質にはリチウムをドープ、脱ドープできる材料を用いることができる。このようなリチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、熱分解炭素類、コークス類、アセチレンブラックなどのカーボンブラック類、黒鉛、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成体、竹焼成体といった炭素材料や、リチウム金属、リチウム合金、あるいはポリアセチレンなどのような導電性ポリマを挙げることができる。
【００２６】
なお、図５では、負極３の負極活物質層３ａ上に、後述するゲル電解質層４ｂが形成された状態を示している。
【００２７】
ゲル電解質層４は、電解質塩と、マトリクスポリマと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。
【００２８】
電解質塩は、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ、ＬｉＣ4Ｆ9ＳＯ3等を単独又は混合して使用することができる。
【００２９】
マトリクスポリマは、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な構造は限定されない。このマトリクスポリマとしては、例えばポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート等が挙げられる。
【００３０】
膨潤溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の非水溶媒を単独又は混合して用いることができる。
【００３１】
ここで、本実施の形態に係るゲル電解質電池１では、図４に示すように、正極２の正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４ａが形成されている。また、図５に示すように、負極３の負極活物質層３ａ上にゲル電解質層４ｂが形成されている。そして、このゲル電解質電池１では、図２及び図３に示すように、正極２と負極３とは、ゲル電解質層４を介して積層されるとともに長手方向に巻回され電極巻回体５とされている。
【００３２】
そして、このゲル電解質電池１では、正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとが融合されて連続一体化したものとなされている。正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとを連続一体化することによって、充電時に負極３へのリチウムイオンのドープを良好に行うことができる。充電時に負極３へのリチウムイオンのドープを良好に行わしめることで、高い放電容量を得ることができ、エネルギー密度を高めることができる。さらに、充電時に負極３における金属リチウムのデンドライトの発生を抑え、金属リチウムのデンドライトの成長に起因する内部ショートを防止することができる。
【００３３】
従って、正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとを連続一体化した本実施の形態に係るゲル電解質電池１は、エネルギー密度及び重負荷特性が向上し、さらに金属リチウムの析出による内部ショートが抑制されて耐久性にも優れたものとなる。
【００３４】
つぎに、このようなゲル電解質電池１の製造方法について説明する。
【００３５】
まず、正極２としては、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２ｂとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより正極活物質層２ａが形成されて正極シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００３６】
次に、正極シートの正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４ａを形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく撹拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。
【００３７】
次に、この電解質溶液を正極活物質層２ａ上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質２ａ上にゲル電解質層４ａが形成される。
【００３８】
次に、ゲル電解質層４ａが形成された正極シートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接される部分のゲル電解質層４ａ及び正極活物質２ａ層を削り取り、ここに例えばアルミニウム製のリード線を溶接して正極端子７とする。このようにしてゲル電解質層４ａが形成された帯状の正極２が得られる。
【００３９】
また、負極３は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体３ｂとなる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質層３ａが形成されて負極シートが作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４０】
次に、負極シートの負極活物質層３ｂ上にゲル電解質層４ｂを形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず上記と同様にして調製された電解質溶液を負極活物質層上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、負極活物質３ｂ上にゲル電解質層４ｂが形成される。
【００４１】
次に、ゲル電解質層４ｂが形成された負極シートを帯状に切り出す。そして、正極リードが溶接される部分のゲル電解質層４ｂ及び負極活物質層３ａを削り取り、ここに例えばニッケル製のリード線を溶接して負極端子８とする。このようにしてゲル電解質層４ｂが形成された帯状の負極３が得られる。
【００４２】
そして、以上のようにして作製された帯状の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４ａ，４ｂが形成された側を対向させて張り合わせてプレスし、電極積層体とする。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体５とする。
【００４３】
最後に、この電極巻回体５を、絶縁材料からなる外装フィルム６によってパックするとともに、正極端子７と負極端子８とを封口部に挟み込む。そして、外装フィルム６にパックされた電極巻回体５に対して例えば約１００℃で１０分間の熱処理を施す。この熱処理により、正極２上に形成されたゲル電解質層４ａと、負極３上に形成されたゲル電解質層４ｂとが融合して連続一体化されて、ゲル電解質電池１が完成する。
【００４４】
上述したような本実施の形態に係るゲル電解質電池１は、円筒型、角型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。
【００４５】
なお、上述した実施の形態では、固体電解質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質を用いたゲル電解質電池１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適用可能である。また、本発明は、一次電池についても二次電池についても適用可能である。
【００４６】
【実施例】
本発明の効果を確認すべく、ゲル電解質電池を作製し、その特性を評価した。
【００４７】
〈実施例１〉
まず、正極を次のようにして作製した。
【００４８】
正極を作製するには、まず、炭酸リチウムを０．５モルと、炭酸コバルトを１モルとを混合し、９００℃の空気中で５時間焼成することにより正極活物質となるＬｉＣｏＯ2を得た。このＬｉＣｏＯ2を９１重量部と、導電剤としてグラファイトを６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを３重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。このときの正極活物質の密度は３．６ｇ／ｃｍ3であった。
【００４９】
次に、正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、まず、炭酸エチレンを４２．５重量部と、炭酸プロピレンを４２．５重量部と、ＬｉＰＦ6を１５重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を３０重量部と、マトリクスポリマーとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロフランを６０重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。
【００５０】
次に、この電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ１００μｍのゲル電解質層を形成した。
【００５１】
そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、５０ｍｍ×２６０ｍｍの部分に５０ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウム製のリードを溶接して正極端子とした。このようにして、両面に１００μｍの厚さのゲル電解質層が形成された帯状の正極を得た。
【００５２】
次に、負極を次のようにして作製した。
【００５３】
負極を作製するには、まず、黒鉛を９０重量部と、ポリフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。このときの負極活物質の密度は１．６ｇ／ｃｍ3であった。
【００５４】
次に、負極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極活物質層上に厚さ１００μｍのゲル電解質層を形成した。
【００５５】
そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、５２ｍｍ×３００ｍｍの部分に５２ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケル製のリードを溶接して負極端子とした。このようにして、両面に１００μｍの厚さのゲル電解質層が形成された帯状の負極を得た。
【００５６】
次に、上述のようにして作製された、両面にゲル電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層体とし、さらにこの積層体をその長手方向に巻回することにより電極巻回体を得た。
【００５７】
次に、この電極巻回体を、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィルムで挟み、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉した。なお、このとき、正極端子と負極端子とを外装フィルムの封口部に挟み込んだ。
【００５８】
最後に、電極巻回体を密閉した外装フィルムを１００℃のオーブン中に１０分間放置することにより電極巻回体に対して熱処理を施した。このようにしてゲル電解質電池を完成した。
【００５９】
〈実施例２〉
電極巻回体を外装フィルム中に密閉した後、これを７０℃のオーブン中に１０分間放置することにより電極巻回体に対して熱処理を施したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【００６０】
〈比較例３〉
電極巻回体を外装フィルム中に密閉した後、電極巻回体に対する熱処理を施さなかったこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。
【００６１】
以上のようにして作製された実施例１、実施例２及び比較例のゲル電解質電池のうち、それぞれ１つずつを抜き出して解体し、観察した。
【００６２】
その結果、実施例１のゲル電解質電池では、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とは完全に融合して一体化され、２層のゲル電解質層の界面はなく単層となっていることが確認された。また、実施例２のゲル電解質電池では、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層との界面を認めることはできたが、２層のゲル電解質層は完全に密着されていた。一方、比較例のゲル電解質電池では、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とは接合されておらず、容易に分離できる状態であった。また、２層のゲル電解質層の界面も容易に確認できた。
【００６３】
従って、電極巻回体に対して熱処理を施すことにより、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とを融合して一体化できることがわかった。
【００６４】
また、実施例１、実施例２及び比較例のゲル電解質電池のうち、それぞれ１０個ずつを抜き出して充放電試験を行った。
【００６５】
充放電試験としては、まず、ポテンシオガルバノスタットを用い、９０ｍＡで定電流充電を開始し、閉回路電圧が４．２Ｖに到達した時点で定電圧充電に切り替えた。充電開始から８時間経った時点で充電を終了した。続いて、９０ｍＡで定電流放電を行い、閉回路電圧が３．０Ｖに達した時点で放電を終了した。そして、各電池について９０ｍＡ放電の放電容量を測定し、この放電容量から電池のエネルギー密度を求めた。
【００６６】
また、上記の充放電試験と同条件で再び充電を行った後、１３５０ｍＡで定電流放電を行い、閉回路電圧が３．０Ｖに達した時点で放電を終了した。そして、各電池について１３５０ｍＡ放電の放電容量を測定した。
【００６７】
以上のようにして、実施例１、実施例２及び比較例の電池について測定された９０ｍＡ放電の放電容量、エネルギー密度及び１３５０ｍＡ放電の放電容量を表１にまとめて示す。なお、表１に示されている値は、１０個の電池について測定された値の平均値である。
【００６８】
【表１】
表１から、電極巻回体を外装フィルム中に密閉した後、電極巻回体に対して熱処理を施した実施例１及び実施例２の電池では、負極へのリチウムのドープが良好に行われ、高い放電容量及び高いエネルギー密度が得られていることがわかる。一方、電極巻回体に対して熱処理を施さなかった比較例の電池では、負極へのリチウムのドープが良好に行われずに、放電容量が低く、それに伴いエネルギー密度も低いことがわかる。
【００７０】
従って、電極巻回体に対して熱処理を施して、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とを一体化することにより、負極へのリチウムのドープを良好に行い、高い放電容量及び高いエネルギー密度を実現できることがわかった。
【００７１】
また、実施例１、実施例２及び比較例の電池を上述の充放電試験と同様の方法で充電した。そして、電池が充電されている状態で電池を解体し、負極表面を観察した。
【００７２】
その結果、実施例１及び実施例２の電池では、負極はいずれも均一な金色をしており、負極全面に均一にリチウムがドープされていることが確認された。一方、比較例の電池の負極は、部分的にリチウムのドープが行われずに、黒色のままの部分があった。さらに、その黒色部分の近傍に金属リチウムの析出が確認された。
【００７３】
従って、電極巻回体に対して熱処理を施して、正極上のゲル電解質層と負極上のゲル電解質層とを一体化することにより、負極へのリチウムのドープを良好に行わしめ、負極への金属リチウムの析出を抑制できることがわかった。
【００７４】
【発明の効果】
本発明では、固定電解質電池の正極上に形成されたゲル電解質層と、負極上に形成されたゲル電解質層とを一体化することによって、充電時に負極へのリチウムイオンのドープを良好に行うことができ、さらに、負極への金属リチウムの成長を防止することができる。
【００７５】
従って、本発明では、高い放電容量及び高エネルギー密度を有し、さらに金属リチウムの析出による内部ショートを抑制して耐久性にも優れた固定電解質電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体電解質電池の一構成例を示す斜視図である。
【図２】図１中、Ｘ−Ｙ線における断面図である。
【図３】正極及び負極が電極巻回体とされた状態を示す斜視図である。
【図４】正極の一構成例を示す斜視図である。
【図５】負極の一構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ ゲル電解質電池、 ２ 正極、 ３ 負極、 ４ ゲル電解質層、 ５ 電極巻回体、 ６ 外装フィルム、 ７ 正極端子、 ８ 負極端子
Claims (9)
- 帯状の正極と、
上記正極と対向して配される帯状の負極と、
上記正極及び上記負極の少なくとも一方の面に形成されたゲル電解質層とを備え、
上記正極と上記負極とは、上記ゲル電解質層が形成された側が対向するように積層されるとともに長手方向に巻回され、
上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とは外装フィルム内において一体化されて連続体となされており、
上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する、固体電解質電池。 - 上記正極と上記負極との間に配されたゲル電解質層は単層となされている請求項１記載の固体電解質電池。
- 上記ゲル電解質層は、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体を含有する請求項１記載の固体電解質電池。
- 帯状の正極と、上記正極と対向して配される帯状の負極と、上記正極及び上記負極の少なくとも一方の面に形成されたゲル電解質層とを備え、
上記正極と上記負極とは、上記ゲル電解質層が形成された側が対向するように積層されるとともに長手方向に巻回されて外装フィルム内に収納され、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とが密着されており、
上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する、固体電解質電池。 - 上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とは融合している請求項４記載の固体電解質電池。
- 上記ゲル電解質層は、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体を含有する請求項４記載の固体電解質電池。
- 正極上にゲル電解質層を形成する第１の電解質層形成工程と、
負極上にゲル電解質層を形成する第２の電解質層形成工程と、
上記第１の電解質層形成工程でゲル電解質層が形成された上記正極と、上記第２の電解質層形成工程でゲル電解質層が形成された上記負極とを、上記ゲル電解質層が形成された側を対向させて積層するとともに巻回して電極巻回体とする巻回工程と、
上記電極巻回体を外装フィルムによって外装する工程と、
上記電極巻回体に対して熱処理を施すことにより、上記正極上に形成されたゲル電解質層と上記負極上に形成されたゲル電解質層とを一体化する熱処理工程と
を有し、
上記ゲル電解質層は、リチウム塩を電解質塩とし、膨潤溶媒を含有する、固体電解質電池の製造方法。 - 上記一体化は、密着によってなされる請求項７記載の固体電解質電池の製造方法。
- 上記一体化は、融合によってなされる請求項７記載の固体電解質電池の製造方法。
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