JP4454238B2 - 電池および電池を含む機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に関し、特にリチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度を有する二次電池の極板群の改良およびパッケージの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池の極板群には、積層型と捲回型があることが知られている。積層型の極板群は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層したものであり、捲回型の極板群は、長尺の正極と負極とをセパレータを介して捲回したものである。これらの極板群は、通常、正極および負極の端部が交互に配列した、側面もしくは端面を有する。このような側面もしくは端面から短絡を起こさずに電気を取り出すには、集電タブや集電リードが必要となる。
【０００３】
極板群がこのような複雑な構造を有することから、従来の電池は、体積容積密度を向上させることが困難である。また、電極に接続された集電タブまたは集電リードは、電極面における均一な電極反応を妨げる虞があり、万一、リードの切断面に通常よりも大きな金属バリが生じた場合には、内部短絡の発生が懸念される。一方、近年の電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、電池に対する小型化・軽量化および信頼性の向上への要望が強まってきている。
【０００４】
そこで、電池の内部構造を簡略化する観点から、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させ、集電タブや集電リードを介さずに、各側面から直接電気を取り出すことが提案されている。例えば、積層型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材と接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、捲回型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板の芯材と板状の集電板とを接合する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２６７０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９４２２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させる場合、極板群の製造工程が複雑になる上、１つずつ極板群を作製しなければならず、複数の極板群を同時に作製することができないという問題がある。また、上記のような方法では、集電端子の体積が大きくなったり、端子構造が複雑になり、結局、体積容量密度の向上を図ることが困難になる。また、端子構造が複雑になると、製造工程数がおよび部品点数が多くなり、簡易なパッケージの電池を効率良く得ることも困難になる。
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものであり、体積効率が高く、優れた信頼性を有し、かつ、簡易なパッケージを有する電池を効率良く提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群ならびに前記極板群を収容するケースを有する電池であって、前記第１電極（ａ）は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続されており、前記ケースが、前記極板群を囲むとともに前記第１側面および第２側面と当接する枠体、ならびに前記極板群を前記枠体の開口側から覆う２つの平坦なシートからなり、前記２つのシートの周縁部が、それぞれ前記枠体の一方および他方の開口端部と接合されており、前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方に、リード片が接続されており、前記リード片が、前記枠体に設けられたスリットから前記ケースの外部に導出されている電池に関する。
【０００９】
また、本発明は、（ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群ならびに前記極板群を収容するケースを有する電池であって、前記第１電極（ａ）は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続されており、前記ケースが、前記極板群を収容するとともに前記第１側面および第２側面と当接する側壁を有する容器、ならびに前記容器の開口側から前記極板群を覆う平坦なシートからなり、前記シートの周縁部が、前記容器の開口端部と接合されており、前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方に、リード片が接続されており、前記リード片が、前記側壁に設けられたスリットから前記ケースの外部に導出されている電池に関する。
【００１０】
前記極板群は、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有することができる。
前記第１側面と前記第２側面とは、互いに前記極板群の反対側に位置することが好ましい。
前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設けることができ、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００１１】
前記電池の好ましい第１の形態においては、前記枠体が、（ａ１）絶縁性材料からなりケースの内側に配される第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料または（ｂ１）絶縁性材料からなり、前記２つのシートが、（ａ２）絶縁性材料からなる第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料、（ｂ２）絶縁性材料または（ｃ２）導電性材料からなることが好ましい。
また、前記電池の好ましい第２の形態においては、前記容器が、（ａ１）絶縁性材料からなりケースの内側に配される第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料または（ｂ１）絶縁性材料からなり、前記シートが、（ａ２）絶縁性材料からなる第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料、（ｂ２）絶縁性材料または（ｃ２）導電性材料からなることが好ましい。
【００１２】
本発明の電池は、通信機、ノートパソコン、ハンドヘルドパソコン、パーソナルデジタルアシスタンツ、プリンタなどのパーソナルコンピュータおよびその周辺機器、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカムコーダ、ＤＶＤプレーヤ、ゲーム機などのオーディオビジュアル機器、シェーバなどの携帯機器、電気自動車などの機器に好ましく搭載することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る電池の極板群の一例の縦断面図を示す。図２には、その極板群のａ−ａ線断面図を示す。極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと第２電極１５ｂからなり、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間には、セパレータ１６が介在している。
第１電極１５ａは、第１集電体シート１３ａおよび２つの第１電極合剤層１４ａからなり、第１集電体シート１３ａは、樹脂シート１１ａおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ａからなる。導電層１２ａの表面は第１集電体シートの導電部となり、樹脂シート１１ａの露出部は絶縁部となる。
【００１４】
第１集電体シートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”を除く全面には導電層１２ａが設けられている。導電層１２ａの表面は導電部となることから、その上に第１電極合剤層１４ａが設けられている。導電層１２ａを有さない第１集電体シートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”は絶縁部となる。端部１１ｘの反対側に位置する端部１２ｘには、集電のために用いる導電層１２ａの露出部が残されている。
【００１５】
極板群１０は、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’を含んでいる。２つの第１電極１５ａで挟持されている内部の第２電極１５ｂは、極板群における配置が逆であること以外、第１電極１５ａと同様の構造を有する。すなわち、内部の第２電極１５ｂは、第２集電体シート１３ｂおよび２つの第２電極合剤層１４ｂからなり、第２集電体シート１３ｂは、樹脂シート１１ｂおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ｂからなる。最も外側の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面に導電層１２ｂと第２電極合剤層１４ｂが設けられていること以外、内部の第２電極と同様の構造を有する。
【００１６】
第２集電体シートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”を除く全面には導電層１２ｂが設けられている。導電層１２ｂの表面は導電部となることから、その上に第２電極合剤層１４ｂが設けられている。導電層１２ｂを有さない第２集電体シートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”は絶縁部となる。端部１１ｙの反対側に位置する端部１２ｙには、集電のために用いる導電層１２ｂの露出部が残されている。
【００１７】
図１、２において、極板群１０の各側面では、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが、ほぼ面一に配されている。
第１集電体シート１３ａの導電層１２ａの露出部（端部１２ｘ）は、極板群１０の第１側面（図１左側）に配されており、その反対側の絶縁部（端部１１ｘ）は、極板群１０の第２側面（図１右側）に配されている。一方、第２集電体シート１３ｂの導電層１２ｂの露出部（端部１２ｙ）は、極板群１０の第２側面に配されており、その反対側の絶縁部（端部１１ｙ）は、極板群１０の第１側面に配されている。なお、図１では、第１側面と第２側面とが互いに極板群の反対側に位置しているが、これらの配置は特に限定されない。
【００１８】
上記のように、第１電極と第２電極とが、互いに逆向きに配置されていることから、第１集電体シート１３ａの導電層１２ａの露出部（端部１２ｘ）は、セパレータ１６の端部を介して、第２集電体シート１３ｂの絶縁部（端部１１ｙ）と隣接する。第２集電体シート１３ｂの導電層１２ｂの露出部（端部１２ｙ）は、セパレータ１６の端部を介して、第１集電体シート１３ａの絶縁部（端部１１ｘ）と隣接する。このような配置であれば、第１電極と第２電極との短絡を防止することが容易であるし、複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を並列に接続して、高容量の極板群を得ることも容易である。短絡を確実に防止する観点から、第１集電体シート１３ａの導電層１２ａの露出部（端部１２ｘ）に隣接する第２集電体シートの絶縁部（端部１１ｙ）および第２集電体シート１３ｂの導電層１２ｂの露出部（端部１２ｙ）に隣接する第１集電体シート１３ａの絶縁部（端部１１ｘ）は、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１９】
図１のように複数の第１集電体シート１３ａまたは第２集電体シート１３ｂの導電層１２ａ、ｂの露出部を並列に接続して高容量の極板群を得る場合、どのような方法で露出部同士を接続してもよいが、例えば、導電性材料の被膜で第１側面と第２側面を被覆する方法を用いることができる。導電性材料の被膜の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍ程度で十分である。こうして得られた導電性材料の被膜は、それぞれ第１端子１７ａおよび第２端子１７ｂとして集電に利用することができる。良好な集電状態を得るためには、導電層１２ａ、ｂの露出部と導電性材料の被膜との接触面積が大きいほど好ましく、導電層１２ａ、ｂの露出部が導電性材料の被膜（端子１７ａ、ｂ）の内部に０．００１〜１ｍｍの深さまで埋没していることが好ましい。
【００２０】
図１、２では、第１電極合剤層１４ａおよび第２電極合剤層１４ｂの端部は、第３側面および第４側面より窪んだ位置に配されているが、各電極合剤層の端部が、各集電体シートの絶縁部およびセパレータの端部と面一に配されていてもよい。そのような構造であっても、第３側面および第４側面を絶縁性の材料で覆うことにより、充分に短絡を防止することが可能である。
【００２１】
極板群１０においては、その側面からセパレータや極板の端部が突出していないため、体積効率が高く、高容量を得ることが可能である。また、このような極板群は、均整のとれた簡略な構造を有するため、信頼性を確保しやすい。しかも、このような極板群は、同時にたくさん製造することができるため、製造コストを削減することが可能である。
【００２２】
樹脂シート１１ａ、ｂの厚さは、例えば０．５〜５００μｍである。平坦な表面を有する通常の樹脂シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
樹脂シート１１ａ、ｂには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００２３】
導電層１２ａ、ｂの厚さは、例えば０．０１〜１００μｍである。
導電層１２ａ、ｂには、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。第１電極が正極である場合には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましい。第１電極が負極である場合には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などが好ましい。
【００２４】
導電層１２ａ、ｂを形成する方法は特に限定されないが、例えば、導電性材料を樹脂シート１１ａ、ｂの表面に蒸着すれば導電層を得ることができる。所定の形状パターンの蒸着膜を形成するには、樹脂シートに所定形状の開口部を有するマスクを被せてから蒸着を行う。
【００２５】
極板群１０の第１側面には、第１端子１７ａと第２電極１５ｂ、ｂ’とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａを設けることができ、第２側面には、第２端子１７ｂと第１電極１５ａとを絶縁するための第２絶縁材料部１８ｂを設けることができる。第１側面には、第２集電体シート１３ｂの絶縁部（端部１１ｙ）が配され、第２側面には、第１集電体シート１３ａの絶縁部（端部１１ｘ）が配されているため、絶縁材料部を設けなくても短絡を防止することは可能であるが、さらに絶縁材料部１８ａ、ｂを設けることで、短絡の可能性は大幅に低減する。絶縁材料部１８ａ、ｂの厚さは特に限定されないが、０．００１ｍｍ以上、さらには０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２６】
絶縁材料部１８ａ、ｂを設ける方法は特に限定されないが、予め極板の製造工程において、スクリーン印刷法により、ペースト状もしくは液状の絶縁材料を、電極合剤層１４ａ、ｂの周囲の集電体シート１３ａ、ｂ上に塗布しておく方法を採用することができる。フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を、電極合剤層１４ａ、ｂの周囲の集電体シート１３ａ、ｂ上に貼り付けることにより、絶縁材料部を設けることもできる。図２では、極板群１０の第３側面および第４側面には絶縁材料部が設けられていないが、これらの側面にも絶縁材料部を設けることができる。
【００２７】
絶縁材料部１８ａ、ｂに用いる絶縁材料としては、樹脂、ガラス組成物、セラミックスなどが挙げられる。また、織布や不織布に樹脂を含浸させた複合物などを用いることもできる。樹脂には、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合には、樹脂の塗膜を加熱して硬化させる工程を要する。
【００２８】
絶縁材料部１８ａ、ｂに用いることのできる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのエステル系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどのエーテル系ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのスルホン系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂などのアクリロニトリル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマー、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系ポリマーなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。また、加熱やＵＶ照射により重合固化して得られるポリマーを用いてもよい。
【００２９】
図１では、第１電極合剤層１４ａに比べて、第２電極合剤層１４ｂの方が大きな面積を有している。このような構造は、第１電極合剤層１４ａを正極とし、第２電極合剤層１４ｂを負極とするリチウムイオン二次電池の極板群に適する。第１電極合剤層１４ａを負極とし、第２電極合剤層１４ｂを正極とする場合には、第２電極合剤層１４ｂに比べて第１電極合剤層１４ａの面積を大きくする。
電極合剤層１４ａ、ｂの厚さは、例えば１〜１０００μｍであるが、これらの厚さは特に限定されない。
【００３０】
次に、複数の極板群１０を同時に製造する方法の一例について、図３を参照しながら説明する。以下の方法によれば、例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの大きさの極板群を、効率よく製造することができる。
【００３１】
（イ）第１電極の作製
所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ａを準備する。次いで、樹脂シート２１ａの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設ける。例えば図３に示すように、所定形状の導電層２６ａを、複数行、複数列に樹脂シート２１ａ上に形成する。導電層２６ａは、樹脂シート２１ａにマトリックス状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。
【００３２】
樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層２６ａを複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シート２１ａに片面あたりｎ個の導電層２６ａを形成する。次に、図４に示すように、各導電層２６ａの上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層２２ａの間には、第１電極合剤を有さない導電層２６ａの露出部２３ａを残しておく。図４には、３行３列の電極合剤層が描かれているが、通常は、より大きな集電体シートの上に、より多くの導電層と第１電極合剤層が形成される。
【００３３】
第１電極合剤層２２ａは、第１電極合剤からなるペーストを、導電層２６ａの中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は、特に限定されないが、スクリーン印刷、パターン塗工などを採用することができる。ペーストが塗工されていない導電層の露出部２３ａは、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。
第１電極合剤は、第１電極の活物質、導電材、結着剤などを、分散媒と混合することにより調製される。ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜をローラで圧延して、合剤密度が高められる。
【００３４】
第１電極がリチウムイオン二次電池の正極である場合、活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を好ましく用いることができる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、ＬｉxＣｏＯz、ＬｉxＮｉＯz、ＬｉxＭｎＯz、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯz、ＬｉxＣｏfＶ1-fＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ）、ＬｉxＣｏaＮｉbＭcＯz（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｒ）、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2(1-y)Ｍ2yＯ4（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ）などを挙げることができる。ただし、ｘ値は電池の充放電により、０≦ｘ≦１．２の範囲で変化する。また、０≦ｙ≦１、０．９≦ｆ≦０．９８、１．９≦ｚ≦２．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ＜１である。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
第１電極がリチウムイオン二次電池の負極である場合、活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な有機化合物や無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。炭素材料としては、コークス、熱分解炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長系）、不定形炭素、有機化合物焼成体などが挙げられる。これらのうちでは、特に、天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。
【００３６】
導電材には、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛などが用いられる。また、結着剤には、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などのフッ素樹脂、アクリル系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどを用いることができる。
【００３７】
極板群において、第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる第１電極合剤層２２ａの周縁部、すなわち極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層２２ａの周縁部に沿って絶縁材料を塗工する。ここでもパターン塗工を行うことが好ましい。このような絶縁材料の塗工は必ずしも必要ではなく、任意に行えばよいが、絶縁材料を塗工した方が短絡の可能性を低減することができる。塗工された絶縁材料は、極板群において、第１絶縁材料部を形成する。極板群の第３側面および第４側面に配されることになる第１電極合剤層２２ａの周縁部にも、絶縁材料を被覆してもよい。
【００３８】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極は、第１電極と同様の方法で作製することができる。すなわち所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ｂの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設け、各導電層の上に、第２電極合剤層２２ｂを２つずつ形成する。２つの第２電極合剤層２２ｂの間には、第２電極合剤層を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。ペーストが塗工されていない導電層の露出部２３ｂは、極板群においては、第２端子との接続部２４ｂとなる。片面だけに第２電極合剤層２２ｂを有する第２電極は、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製することができる。
【００３９】
（ハ）極板群の作製
作製された複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体とを、セパレータを介して積層する。このとき第１電極の第１電極合剤層２２ａと第２電極の第２電極合剤層２２ｂとを互いに対面させてこれらを積層する。第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料は、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部２３ｂと対面させる。両方の最も外側には、片面だけに第２電極合剤層２２ｂを有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスする。このようにして複数の極板スタックからなる集合体を得ることができる。
【００４０】
セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーやガラス繊維などからなる織布や不織布を用いることができる。固体電解質やゲル電解質をセパレータとして用いることもできる。固体電解質には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどをマトリックス材料として用いることができる。ゲル電解質としては、例えば、後述の非水電解液をポリマー材料からなるマトリックスに保持させたものを用いることができる。マトリックスを形成するポリマー材料には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドとの混合物を用いることが好ましい。
【００４１】
複数の極板スタックからなる集合体は、極板スタック毎に分割する。第１電極および第２電極は、図４に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部２３ａ、ｂは、切断によって端子との接続部２４ａ、２４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部２５ａ、２５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とがほぼ面一に配されているが、異なる極性の電極の導電部同士が、各側面において互いに対面することはない。
【００４２】
従来から一般的に用いられている金属箔を集電体シートとして用いて、上記のような方法で極板群を作製すると、切断時に生じる金属バリが問題となる。金属バリは、セパレータを突き破り、内部短絡を引き起こす大きな原因となる。そこで、金属バリの発生を防ぐことが重要となるが、金属バリを生じることなく金属箔を切断することは著しく困難である。一方、樹脂シートからなる集電体シートを用いる場合、切断面のほとんどが樹脂で占められているため、金属バリを生じることがない。そのため電池の信頼性は大幅に向上する。
【００４３】
第１集電体シートの導電層の露出部２３ａから形成された接続部２４ａと第２集電体シートの絶縁部２５ｂとが交互に配列する第１側面を、導電性材料の被膜で被覆すれば、第１端子が得られる。例えば、溶融もしくは半溶融状態の金属微粒子を第１側面に吹き付けることにより、第１側面を金属被膜で被覆することができる。こうして形成された金属被膜は、自動的に第１集電体シートの接続部２４ａと電気的に接続される。第１側面に配された第２電極合剤層２２ｂの端面には、絶縁材料が塗工されているため、金属被膜と第２電極との短絡は起こらない。第２集電体シートの導電層の露出部２３ｂから形成された接続部２４ｂと第１集電体シートの絶縁部２５ａとが交互に配列する第２側面も、上記と同様に金属被膜で被覆することにより、第２端子を得ることができる。
【００４４】
第１端子もしくは第２端子が正極端子となる場合には、金属被膜をアルミニウムを用いて形成することが好ましい。また、第１端子もしくは第２端子が負極端子となる場合には、金属被膜を銅を用いて形成することが好ましい。
【００４５】
図５に示されるような複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体を用いて、極板群の集合体を得ることもできる。このような第１電極からなる集合体を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ａの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を形成する。このような導電層は、樹脂シート３１ａに帯状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。ここでも樹脂シート３１ａには、電極合剤層２列分の大きさの導電層を複数列形成する。すなわち２ｎ列の電極合剤層を得ようとするときには、樹脂シート３１ａに片面あたりｎ列の導電層を形成する。
【００４６】
各帯状導電層の上には、帯状の第１電極合剤層３２ａを２列ずつ形成する。２列の帯状第１電極合剤層３２ａの間には、第１電極合剤を有さない導電層の露出部３３ａを残しておく。帯状の第１電極合剤層３２ａは、上記と同様の第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は積層型極板群の場合と同様である。ペーストが塗工されていない導電層の露出部３３ａは第１端子との接続部３４ａとなる。
【００４７】
第２電極からなる集合体を得る場合にも、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ｂの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を設け、各導電層の上に、帯状の第２電極合剤層３２ｂを２列ずつ形成する。２列の帯状の第２電極合剤層３２ｂの間には、第２電極合剤を有さない導電層の露出部３３ｂを残しておく。導電層の露出部３３ｂは第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００４８】
このような極板群の集合体を、図５に示す矢印方向に沿って極板スタックごとに分割すると、導電層の露出部３３ａ、３３ｂは、切断によって端子との接続部３４ａ、３４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部３５ａ、３５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されているが、第１側面と第２側面においては、異なる極性の電極の導電部同士が各側面において対面することはない。一方、第３側面および第４側面には、電極合剤層の断面が露出することになるが、これらの側面を絶縁性の材料で被覆することにより、短絡の可能性を大きく低減することができる。
【００４９】
次に、上記極板群を収容する簡易なパッケージの電池について、図６〜１５を参照しながら説明する。
図６は、ケースに収容する前の極板群１０１の上面図であり、図７は、その極板群を図６左側から見た側面図である。これらの図に示されるように、ケースに収容する前に、極板群１０１の第１端子１０２ａおよび第２端子１０２ｂには、それぞれ第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂを接続する。第１端子もしくは第２端子が正極端子となる場合には、アルミニウム等からなるリード片をその端子に接続することが好ましい。また、第１端子もしくは第２端子が負極端子となる場合には、銅、Ｎｉ等からなるリード片をその端子に接続することが好ましい。各リード片は、各端子に種々の溶接工程により接合することができる。
【００５０】
本発明の電池の好ましい第１の形態においては、図８に示すような３つの部品からなるケース１８０に極板群を収容する。ケース１８０は、極板群１０１を囲むとともに極板群１０１の第１端子１０２ａが設けられた第１側面および第２端子１０２ｂが設けられた第２側面と当接する枠体１０６、ならびに極板群１０１を枠体１０６の開口側から覆う平坦な第１シート１１０ａおよび第２シート１１０ｂからなる。２つのシート１１０ａ、ｂの周縁部は、それぞれ枠体１０６の一方および他方の開口端部と接合される。枠体１０６と２つのシート１１０ａ、ｂの周縁部との接合は、どのような方法で行ってもよい。
【００５１】
枠体１０６には、第１スリット１０７ａおよび第２スリット１０７ｂが設けられており、第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂが、これらのスリットを通過してケースの外部へ導出される。各リード片を導出した後、各スリットの間隙は封止材により埋められる。
【００５２】
本発明の電池の好ましい第２の形態においては、図９に示すような２つの部品からなるケース１９０に極板群を収容する。ケース１９０は、極板群１０１を収容するとともに極板群１０１の第１端子１０２ａが設けられた第１側面および第２端子１０２ｂが設けられた第２側面と当接する側壁を有する容器１０６’、ならびに容器１０６’の開口側から極板群１０１を覆う平坦なシート１１０ａ’からなる。シート１１０ａ’の周縁部は、容器１０６’の開口端部と接合される。容器１０６’とシート１１０ａ’の周縁部との接合は、どのような方法で行ってもよい。
【００５３】
容器１０６’には、第１スリット１０７ａ’および第２スリット１０７ｂ’が設けられており、第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂが、これらのスリットを通過してケースの外部へ導出される。各リード片を導出した後、各スリットの間隙は封止材により埋められる。
【００５４】
ケースの形状、材質などは特に限定されないが、少なくとも、極板群の第１端子を有する第１側面および第２端子を有する第２側面と当接する枠体１０６や容器１０６’の内面は、絶縁性を有することが好ましい。例えば、樹脂材料、セラミックスなどの絶縁性材料からなる枠体１０６や容器１０６’を用いることが好ましい。ただし、絶縁性材料は、電解液や水分を透過させる可能性があるため、絶縁性材料からなる第１の層と、電解液や水分を透過させない金属箔からなる第２の層を有する枠体１０６や容器１０６’を用いることが、さらに好ましい。その場合、第１の層は、ケースの内側に配置する。また、金属箔の外側に、さらに絶縁性材料からなる第３の層を設けることもできる。
極板群の第１側面および第２側面と当接しないシート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ａ’には、金属箔などの導電性材料をそのまま用いることもできるが、当然に枠体１０６、容器１０６’と同様の材料を用いることもできる。
【００５５】
絶縁性材料からなる第１の層には、ポリプロピレン層などを用いることができる。電解液を透過させない金属箔からなる第２の層には、アルミニウム箔などを用いることができる。枠体１０６や容器１０６’における第１の層の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、第２の層の厚さは、０．０１〜１００μｍが好ましい。また、シート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ａ’における第１の層の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、第２の層の厚さは、０．０１〜１００μｍが好ましい。
【００５６】
開口に対して垂直な方向から見た枠体１０６もしくは容器１０６’の断面図の一例を図１０に示す。枠体１０６もしくは容器１０６’は、内側の絶縁性材料からなる第１の層１０４、１０４’および外側の金属箔からなる第２の層１０５、１０５’を有している。また、開口に対して平行な一方向から見たケース１８０およびケース１９０の断面図の一例を、それぞれ図１１および図１２に示す。第１シート１１０ａ、１１０ａ’は、内側の絶縁性材料からなる第１の層１０８ａ、１０８ａ’および外側の金属箔からなる第２の層１０９ａ、１０９ａ’を有しており、第２シート１１０ｂは、内側の絶縁性材料からなる第１の層１０８ｂおよび外側の金属箔からなる第２の層１０９ｂ有している。
【００５７】
ケース１８０もしくは１９０に極板群を収容して完成した電池のパッケージの上面図を図１３に示す。また、ケース１８０および１９０に極板群を収容して完成した電池のパッケージの斜視図を、それぞれ図１４および図１５に示す。いずれのパッケージにおいても、第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂが、それぞれ外部へ導出されており、各スリットの間隙は封止材１１２ａ、１１２ａ’および１１２ｂ、１１２ｂ’により埋められている。封止材には、電解液に対して耐性を有する樹脂材料などが用いられる。
【００５８】
上記のようなパッケージは、部品点数が少ないことから、少ない製造工程数で効率良く得ることが可能であり、しかも極板群自体が簡易な構造を有することから、体積効率が高く、優れた信頼性を有する電池を得ることが可能である。
【００５９】
ケース内に極板群とともに収容される電解液の組成は、電池の種類に応じて異なる。電池が、例えばリチウムイオン二次電池の場合、電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌである。
【００６０】
非水溶媒には、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、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、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、エチルプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのγ−ラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの非環状エーテル、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそれらのフッ化物などを用いることができる。これらは複数種を組み合わせて用いることが好ましい。特に、環状カーボネートと非環状カーボネートを含む混合物、環状カーボネートと非環状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルを含む混合物などが好ましい。
【００６１】
リチウム塩には、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＰＦ3（ＣＦ3）3、ＬｉＰＦ3（Ｃ2Ｆ5）3などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、少なくともＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
【００６２】
本発明は、図１６に示すような捲回型極板群にも適用可能である。捲回型極板群の製造法の一例について以下に説明する。なお、図１６は、第１電極を中心に描かれた捲回型極板群の部分的な概念図であり、更に外周側の合剤層や極板等は省略されている。
（イ）第１電極の作製
捲回型極板群に用いる第１電極は、帯状の形状を有すること以外、積層型極板群に用いる第１電極と同様の構造を有する。従って、第１電極の製造法は積層型の場合とほぼ同様である。
例えば、図５に示したのと同様の第１電極からなる集合体を作製する。次に、上記と同様に、第１電極合剤層の周縁部のうち、少なくとも導電層の露出部側の反対側に、絶縁材料を塗工する。この部分は、極板群において、第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる。
（ロ）第２電極の作製
ここでも、図５に示したのと同様の第２電極からなる集合体を作製する。
【００６３】
（ハ）極板群の作製
第１電極からなる集合体と第２電極からなる集合体とを、セパレータ４０を介して捲回する。このとき、帯状の第１電極合剤層３２ａと第２電極合剤層３２ｂとが互いに対面するように電極を配置する。また、第１電極における導電層の露出部および絶縁材料が、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部と対面するように両極板を配置する。その結果、交互に逆向きに配列した複数の捲回型極板群からなる長尺筒状の集合体が得られる。
【００６４】
長尺筒状の集合体は、極板群ごとに分割する。このような極板群の一方の側面（底面）には、第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に、同心円状に配列しており、他方の側面（底面）には、第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に、同心円状に配列している。
【００６５】
第１集電体シートの導電層の露出部が配列している底面および第２集電体シートの導電層の露出部が配列している底面を、上記と同様に、それぞれ金属で被覆することにより、第１端子４１および第２端子４２を形成することができる。第２電極合剤層３２ｂの端面には絶縁材料３６ｂが塗工されているため、第１端子４１と第２電極との短絡は起こらないし、第１電極合剤層３２ａの端面には絶縁材料３６ａが塗工されているため、第２端子４２と第１電極との短絡は起こらない。
【００６６】
こうして得られた捲回型極板群の第１端子４１および第２端子４２に、それぞれ第１リード片と第２リード片を接続し、図８、９に示したケースと同様のケースに収容することにより、積層型極板群を用いる場合と同様に、簡易なパッケージを有する電池を得ることができる。
【００６７】
【実施例】
《実施例１》
以下の要領で積層型のリチウムイオン二次電池を作製した。
（イ）第１電極の作製
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅の蒸着膜を形成した。銅の蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００６８】
活物質の球状黒鉛（黒鉛化メソフェーズ小球体）１００重量部と、結着剤のスチレンブタジエンゴム３重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第１電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×４６ｍｍの第１電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、電極合剤層を有さない銅の蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００６９】
得られた第１電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００７０】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのＰＥＴシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムの蒸着膜を形成した。Ａｌ蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００７１】
活物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）１００重量部と、導電材のアセチレンブラック３重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第２電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×４５ｍｍの第２電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、合剤を有さないＡｌの蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００７２】
得られた第２電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
次に、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極を、他方の面にＡｌの蒸着膜、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製した。
【００７３】
（ハ）極板群の作製
両面に第１電極合剤層を有する第１電極からなる集合体２つで、両面に第２電極合剤層を有する第２電極からなる集合体１つを、セパレータを介して挟持した。このとき第１電極合剤層と第２電極合剤層とを互いに対面させ、また、第１電極における蒸着膜の露出部およびポリフッ化ビニリデンを、それぞれ第２電極におけるポリフッ化ビニリデンおよび蒸着膜の露出部と対面させた。両方の最も外側に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスした。その結果、複数の極板スタックからなる集合体が得られた。
【００７４】
切断位置を、第１電極における蒸着膜の露出部の中心、第２電極における蒸着膜の露出部の中心に合わせて、複数の極板スタックからなる集合体を極板スタック毎に分割した。その結果、一連の塗工・積層工程により、一度に３６個もの極板スタックを得ることができた。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されていた。
【００７５】
１つの側面（第１側面）には、第１集電体シートの蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。その反対側の第２側面には、第２集電体シートの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。残りの２つの側面（第３側面と第４側面）には、各集電体シートのＰＥＴの露出部が配列していた。
【００７６】
第１集電体シートの銅の蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第１側面に、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。銅の蒸着膜の端部は、銅膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。この銅膜はそのまま負極端子として用いた。
【００７７】
第２集電体シートのＡｌの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第２側面に、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。Ａｌの蒸着膜の端部は、アルミニウム膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。このアルミニウム膜は、そのまま正極端子として用いた。
【００７８】
銅膜からなる負極端子には、ニッケル製負極リード（厚さ１００μｍ、寸法２ｍｍ×３０ｍｍ）の一端を溶接により接合した。アルミニウム膜からなる正極端子には、アルミニウム製正極リード（厚さ１００μｍ、寸法２ｍｍ×３０ｍｍ）の一端を溶接により接合した。各リードの他端は、それぞれ極板群の一側面から５ｍｍほど突出させた。
【００７９】
（ニ）ケースの作製
図８に示されるような３つの部品からなるケースを作製した。枠体１０６には、ケースの内側に配される厚さ５００μｍのポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔と、を有する２層の積層材料を用いた。枠体の外寸は３４ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍとした。２つの平坦なシート１１０ａ、ｂには、ケースの内側に配される厚さ８０μｍのポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔と、を有する２層の積層材料を用いた。平坦なシートの外寸は、枠体と同じく３４×５０とした。枠体の側壁の一つには、幅１００μｍの２つのスリット１０７ａ、ｂを形成した。
【００８０】
（ホ）電池の組み立て
極板群に接合された正極リードおよび負極リードの突出部を、それぞれ枠体のスリット１０７ａ、ｂに通すとともに、極板群を枠体で囲んだ。そして、ポリプロピレン層を内側に配した２つのシート１１０ａ、ｂで、枠体と極板群とを一緒に挟持した。シート１１０ａ、ｂの周縁部を加熱してポリプロピレン層を溶融させ、各シートと枠体の開口端部とを溶着させた。ケース内に電解液を注液し、極板群に電解液を充分に含浸させた後、スリットの隙間をピッチで封止した。ここで用いた電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比３０：７０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。こうして電池を完成した。
【００８１】
評価
得られた電池の充放電試験を２０℃雰囲気中で行った。充電および放電は、それぞれ電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで行った。充電終止電圧は４．２Ｖとした。放電終止電圧は３．０Ｖとした。上記条件によって得られた電気容量は９００ｍＡｈであった。また、実施例１の電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下は認められなかった。
【００８２】
《実施例２》
図９に示されるような２つの部品からなるケースを作製した。容器１０６’には、ケースの内側に配されるポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔とを有する２層の積層材料を用いた。容器の側壁におけるポリプロピレン層の厚さは５００μｍ、容器の底部におけるポリプロピレン層の厚さは８０μｍとした。容器の外寸は３４ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍとした。平坦なシート１１０ａ’には、ケースの内側に配される厚さ８０μｍのポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔とを有する２層の積層材料を用いた。平坦なシートの外寸は、容器開口の外寸と同じく３４×５０とした。容器の側壁の一つには、幅１００μｍの２つのスリット１０７ａ’、ｂ’を形成した。
【００８３】
上記ケースを用いたこと以外、実施例１と同様に電池を作製した。すなわち、極板群に接合された正極リードおよび負極リードの突出部を、それぞれ容器のスリット１０７ａ’、ｂ’に通すとともに、極板群を容器内に収容した。そして、ポリプロピレン層を内側に配したシート１１０ａ’で容器の開口側から極板群を覆った。シート１１０ａ’の周縁部を加熱してポリプロピレン層を溶融させ、シートと容器の開口端部とを溶着させた。ケース内に上記と同じ組成の電解液を注液し、極板群に電解液を充分に含浸させた後、スリットの隙間をピッチで封止した。得られた電池の容量および電池の容積は実施例１と同じであった。また、実施例２の電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下は認められなかった。
【００８４】
《比較例１》
従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて、実施例１と同じ組成・厚さの第１電極合剤層を有する第１電極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて、実施例１と同じ組成・厚さの第２電極合剤層からなる第２電極を作製し、これらを積層して実施例１と同じ容量９００ｍＡｈの電池を作製した。極板群の第１側面からは第１電極の端部を突出させ、第１側面の反対側に位置する第２側面からは第２電極の端部を突出させた。各側面から突出する極板の端部に集電板を溶接し、集電板にリードを接続して極板群を完成した。この極板群をセパレータで覆った後、従来から用いられているアルミニウム製の角形ケースに収容し、電池を完成した。得られた電池の容量は、実施例１と同じであったが、電池の容積は実施例１の電池の約１．２倍となった。また、比較例１の電池を落下させて機械的衝撃を与えたところ、内部短絡に由来する若干の電圧降下が認められた。
【００８５】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、体積効率が高く、優れた信頼性を有し、かつ、簡易なパッケージを有する電池を効率良く得ることができる。このような電池を用いることにより、信頼性の高い携帯電話、携帯情報端末機器、カムコーダ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯音響機器、電気自動車、ロードレベリング用電源などの機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型極板群の一例の縦断面図である。
【図２】図１のａ−ａ線断面図の一例である。
【図３】第１電極または第２電極の集合体を得るための集電体シートの一例の上面図である。
【図４】第１電極および第２電極からなる集合体の一例の斜視図である。
【図５】第１電極および第２電極からなる集合体の別の一例の斜視図である。
【図６】ケースに収容する前の極板群の一例の上面図である。
【図７】ケースに収容する前の極板群の一例の側面図である。
【図８】極板群を収容する３つの部品からなるケースの一例の斜視図である。
【図９】極板群を収容する２つの部品からなるケースの別の一例の斜視図である。
【図１０】開口に対して垂直な方向から見たケースの枠体もしくは容器の断面図の一例である。
【図１１】開口に対して平行な一方向から見た３つの部品からなるケースの断面図の一例である。
【図１２】開口に対して平行な一方向から見た２つの部品からなるケースの断面図の一例である。
【図１３】本発明に係る電池の一例の上面図である。
【図１４】３つの部品からなるケースを具備する電池の一例の斜視図である。
【図１５】２つの部品からなるケースを具備する電池の一例の斜視図である。
【図１６】本発明に係る捲回型極板群の一例の縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 極板群
１１ａ、ｂ 樹脂シート
１１ｘ、ｘ’、ｘ” 樹脂シートの端部
１１ｙ、ｙ’、ｙ” 樹脂シートの端部
１２ａ、ｂ 導電層
１２ｘ、ｙ 導電層の端部
１３ａ 第１集電体シート
１３ｂ 第２集電体シート
１４ａ 第１電極合剤層
１４ｂ 第２電極合剤層
１５ａ 第１電極
１５ｂ、ｂ’ 第２電極
１６ セパレータ
１７ａ 第１端子
１７ｂ 第２端子
１８ａ 第１絶縁材料部
１８ｂ 第２絶縁材料部
２１ａ、ｂ 樹脂シート
２２ａ 第１電極合剤層
２２ｂ 第２電極合剤層
２３ａ、ｂ 導電層の露出部
２４ａ 第１端子との接続部
２４ｂ 第２端子との接続部
２５ａ、ｂ 樹脂シートの露出部に対応する絶縁部
２６ａ 導電層
３１ａ、ｂ 樹脂シート
３２ａ 帯状の第１電極合剤層
３２ｂ 帯状の第２電極合剤層
３３ａ、ｂ 導電層の露出部
３４ａ 第１端子との接続部
３４ｂ 第２端子との接続部
３５ａ、ｂ 樹脂シートの露出部に対応する絶縁部
１０１ 極板群
１０２ａ 第１端子
１０２ｂ 第２端子
１０３ａ 第１リード片
１０３ｂ 第２リード片
１０４、１０４’ 絶縁性材料からなる第１の層
１０５、１０５’ 金属箔からなる第２の層
１０６ 枠体
１０６’ 容器
１０７ａ、１０７ａ’ 第１スリット
１０７ｂ、１０７ｂ’ 第２スリット
１０８ａ、１０８ａ’、１０８ｂ 絶縁性材料からなる第１の層
１０９ａ、１０９ａ’、１０９ｂ 金属箔からなる第２の層
１１０ａ 第１シート
１１０ｂ 第２シート
１１０ａ’ シート
１１１、１１１’ 電池
１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’ 封止材
１８０、１９０ ケース
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池に関し、特にリチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度を有する二次電池の極板群の改良およびパッケージの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池の極板群には、積層型と捲回型があることが知られている。積層型の極板群は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層したものであり、捲回型の極板群は、長尺の正極と負極とをセパレータを介して捲回したものである。これらの極板群は、通常、正極および負極の端部が交互に配列した、側面もしくは端面を有する。このような側面もしくは端面から短絡を起こさずに電気を取り出すには、集電タブや集電リードが必要となる。
【０００３】
極板群がこのような複雑な構造を有することから、従来の電池は、体積容積密度を向上させることが困難である。また、電極に接続された集電タブまたは集電リードは、電極面における均一な電極反応を妨げる虞があり、万一、リードの切断面に通常よりも大きな金属バリが生じた場合には、内部短絡の発生が懸念される。一方、近年の電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、電池に対する小型化・軽量化および信頼性の向上への要望が強まってきている。
【０００４】
そこで、電池の内部構造を簡略化する観点から、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させ、集電タブや集電リードを介さずに、各側面から直接電気を取り出すことが提案されている。例えば、積層型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材と接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、捲回型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板の芯材と板状の集電板とを接合する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２６７０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９４２２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させる場合、極板群の製造工程が複雑になる上、１つずつ極板群を作製しなければならず、複数の極板群を同時に作製することができないという問題がある。また、上記のような方法では、集電端子の体積が大きくなったり、端子構造が複雑になり、結局、体積容量密度の向上を図ることが困難になる。また、端子構造が複雑になると、製造工程数がおよび部品点数が多くなり、簡易なパッケージの電池を効率良く得ることも困難になる。
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものであり、体積効率が高く、優れた信頼性を有し、かつ、簡易なパッケージを有する電池を効率良く提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群ならびに前記極板群を収容するケースを有する電池であって、前記第１電極（ａ）は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続されており、前記ケースが、前記極板群を囲むとともに前記第１側面および第２側面と当接する枠体、ならびに前記極板群を前記枠体の開口側から覆う２つの平坦なシートからなり、前記２つのシートの周縁部が、それぞれ前記枠体の一方および他方の開口端部と接合されており、前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方に、リード片が接続されており、前記リード片が、前記枠体に設けられたスリットから前記ケースの外部に導出されている電池に関する。
【０００９】
また、本発明は、（ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群ならびに前記極板群を収容するケースを有する電池であって、前記第１電極（ａ）は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続されており、前記ケースが、前記極板群を収容するとともに前記第１側面および第２側面と当接する側壁を有する容器、ならびに前記容器の開口側から前記極板群を覆う平坦なシートからなり、前記シートの周縁部が、前記容器の開口端部と接合されており、前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方に、リード片が接続されており、前記リード片が、前記側壁に設けられたスリットから前記ケースの外部に導出されている電池に関する。
【００１０】
前記極板群は、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有することができる。
前記第１側面と前記第２側面とは、互いに前記極板群の反対側に位置することが好ましい。
前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設けることができ、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００１１】
前記電池の好ましい第１の形態においては、前記枠体が、（ａ１）絶縁性材料からなりケースの内側に配される第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料または（ｂ１）絶縁性材料からなり、前記２つのシートが、（ａ２）絶縁性材料からなる第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料、（ｂ２）絶縁性材料または（ｃ２）導電性材料からなることが好ましい。
また、前記電池の好ましい第２の形態においては、前記容器が、（ａ１）絶縁性材料からなりケースの内側に配される第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料または（ｂ１）絶縁性材料からなり、前記シートが、（ａ２）絶縁性材料からなる第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料、（ｂ２）絶縁性材料または（ｃ２）導電性材料からなることが好ましい。
【００１２】
本発明の電池は、通信機、ノートパソコン、ハンドヘルドパソコン、パーソナルデジタルアシスタンツ、プリンタなどのパーソナルコンピュータおよびその周辺機器、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカムコーダ、ＤＶＤプレーヤ、ゲーム機などのオーディオビジュアル機器、シェーバなどの携帯機器、電気自動車などの機器に好ましく搭載することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明に係る電池の極板群の一例の縦断面図を示す。図２には、その極板群のａ−ａ線断面図を示す。極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと第２電極１５ｂからなり、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間には、セパレータ１６が介在している。
第１電極１５ａは、第１集電体シート１３ａおよび２つの第１電極合剤層１４ａからなり、第１集電体シート１３ａは、樹脂シート１１ａおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ａからなる。導電層１２ａの表面は第１集電体シートの導電部となり、樹脂シート１１ａの露出部は絶縁部となる。
【００１４】
第１集電体シートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”を除く全面には導電層１２ａが設けられている。導電層１２ａの表面は導電部となることから、その上に第１電極合剤層１４ａが設けられている。導電層１２ａを有さない第１集電体シートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”は絶縁部となる。端部１１ｘの反対側に位置する端部１２ｘには、集電のために用いる導電層１２ａの露出部が残されている。
【００１５】
極板群１０は、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’を含んでいる。２つの第１電極１５ａで挟持されている内部の第２電極１５ｂは、極板群における配置が逆であること以外、第１電極１５ａと同様の構造を有する。すなわち、内部の第２電極１５ｂは、第２集電体シート１３ｂおよび２つの第２電極合剤層１４ｂからなり、第２集電体シート１３ｂは、樹脂シート１１ｂおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ｂからなる。最も外側の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面に導電層１２ｂと第２電極合剤層１４ｂが設けられていること以外、内部の第２電極と同様の構造を有する。
【００１６】
第２集電体シートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”を除く全面には導電層１２ｂが設けられている。導電層１２ｂの表面は導電部となることから、その上に第２電極合剤層１４ｂが設けられている。導電層１２ｂを有さない第２集電体シートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”は絶縁部となる。端部１１ｙの反対側に位置する端部１２ｙには、集電のために用いる導電層１２ｂの露出部が残されている。
【００１７】
図１、２において、極板群１０の各側面では、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが、ほぼ面一に配されている。
第１集電体シート１３ａの導電層１２ａの露出部（端部１２ｘ）は、極板群１０の第１側面（図１左側）に配されており、その反対側の絶縁部（端部１１ｘ）は、極板群１０の第２側面（図１右側）に配されている。一方、第２集電体シート１３ｂの導電層１２ｂの露出部（端部１２ｙ）は、極板群１０の第２側面に配されており、その反対側の絶縁部（端部１１ｙ）は、極板群１０の第１側面に配されている。なお、図１では、第１側面と第２側面とが互いに極板群の反対側に位置しているが、これらの配置は特に限定されない。
【００１８】
上記のように、第１電極と第２電極とが、互いに逆向きに配置されていることから、第１集電体シート１３ａの導電層１２ａの露出部（端部１２ｘ）は、セパレータ１６の端部を介して、第２集電体シート１３ｂの絶縁部（端部１１ｙ）と隣接する。第２集電体シート１３ｂの導電層１２ｂの露出部（端部１２ｙ）は、セパレータ１６の端部を介して、第１集電体シート１３ａの絶縁部（端部１１ｘ）と隣接する。このような配置であれば、第１電極と第２電極との短絡を防止することが容易であるし、複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を並列に接続して、高容量の極板群を得ることも容易である。短絡を確実に防止する観点から、第１集電体シート１３ａの導電層１２ａの露出部（端部１２ｘ）に隣接する第２集電体シートの絶縁部（端部１１ｙ）および第２集電体シート１３ｂの導電層１２ｂの露出部（端部１２ｙ）に隣接する第１集電体シート１３ａの絶縁部（端部１１ｘ）は、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１９】
図１のように複数の第１集電体シート１３ａまたは第２集電体シート１３ｂの導電層１２ａ、ｂの露出部を並列に接続して高容量の極板群を得る場合、どのような方法で露出部同士を接続してもよいが、例えば、導電性材料の被膜で第１側面と第２側面を被覆する方法を用いることができる。導電性材料の被膜の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍ程度で十分である。こうして得られた導電性材料の被膜は、それぞれ第１端子１７ａおよび第２端子１７ｂとして集電に利用することができる。良好な集電状態を得るためには、導電層１２ａ、ｂの露出部と導電性材料の被膜との接触面積が大きいほど好ましく、導電層１２ａ、ｂの露出部が導電性材料の被膜（端子１７ａ、ｂ）の内部に０．００１〜１ｍｍの深さまで埋没していることが好ましい。
【００２０】
図１、２では、第１電極合剤層１４ａおよび第２電極合剤層１４ｂの端部は、第３側面および第４側面より窪んだ位置に配されているが、各電極合剤層の端部が、各集電体シートの絶縁部およびセパレータの端部と面一に配されていてもよい。そのような構造であっても、第３側面および第４側面を絶縁性の材料で覆うことにより、充分に短絡を防止することが可能である。
【００２１】
極板群１０においては、その側面からセパレータや極板の端部が突出していないため、体積効率が高く、高容量を得ることが可能である。また、このような極板群は、均整のとれた簡略な構造を有するため、信頼性を確保しやすい。しかも、このような極板群は、同時にたくさん製造することができるため、製造コストを削減することが可能である。
【００２２】
樹脂シート１１ａ、ｂの厚さは、例えば０．５〜５００μｍである。平坦な表面を有する通常の樹脂シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
樹脂シート１１ａ、ｂには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００２３】
導電層１２ａ、ｂの厚さは、例えば０．０１〜１００μｍである。
導電層１２ａ、ｂには、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。第１電極が正極である場合には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましい。第１電極が負極である場合には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などが好ましい。
【００２４】
導電層１２ａ、ｂを形成する方法は特に限定されないが、例えば、導電性材料を樹脂シート１１ａ、ｂの表面に蒸着すれば導電層を得ることができる。所定の形状パターンの蒸着膜を形成するには、樹脂シートに所定形状の開口部を有するマスクを被せてから蒸着を行う。
【００２５】
極板群１０の第１側面には、第１端子１７ａと第２電極１５ｂ、ｂ’とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａを設けることができ、第２側面には、第２端子１７ｂと第１電極１５ａとを絶縁するための第２絶縁材料部１８ｂを設けることができる。第１側面には、第２集電体シート１３ｂの絶縁部（端部１１ｙ）が配され、第２側面には、第１集電体シート１３ａの絶縁部（端部１１ｘ）が配されているため、絶縁材料部を設けなくても短絡を防止することは可能であるが、さらに絶縁材料部１８ａ、ｂを設けることで、短絡の可能性は大幅に低減する。絶縁材料部１８ａ、ｂの厚さは特に限定されないが、０．００１ｍｍ以上、さらには０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２６】
絶縁材料部１８ａ、ｂを設ける方法は特に限定されないが、予め極板の製造工程において、スクリーン印刷法により、ペースト状もしくは液状の絶縁材料を、電極合剤層１４ａ、ｂの周囲の集電体シート１３ａ、ｂ上に塗布しておく方法を採用することができる。フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を、電極合剤層１４ａ、ｂの周囲の集電体シート１３ａ、ｂ上に貼り付けることにより、絶縁材料部を設けることもできる。図２では、極板群１０の第３側面および第４側面には絶縁材料部が設けられていないが、これらの側面にも絶縁材料部を設けることができる。
【００２７】
絶縁材料部１８ａ、ｂに用いる絶縁材料としては、樹脂、ガラス組成物、セラミックスなどが挙げられる。また、織布や不織布に樹脂を含浸させた複合物などを用いることもできる。樹脂には、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合には、樹脂の塗膜を加熱して硬化させる工程を要する。
【００２８】
絶縁材料部１８ａ、ｂに用いることのできる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのエステル系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどのエーテル系ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのスルホン系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂などのアクリロニトリル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマー、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系ポリマーなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。また、加熱やＵＶ照射により重合固化して得られるポリマーを用いてもよい。
【００２９】
図１では、第１電極合剤層１４ａに比べて、第２電極合剤層１４ｂの方が大きな面積を有している。このような構造は、第１電極合剤層１４ａを正極とし、第２電極合剤層１４ｂを負極とするリチウムイオン二次電池の極板群に適する。第１電極合剤層１４ａを負極とし、第２電極合剤層１４ｂを正極とする場合には、第２電極合剤層１４ｂに比べて第１電極合剤層１４ａの面積を大きくする。
電極合剤層１４ａ、ｂの厚さは、例えば１〜１０００μｍであるが、これらの厚さは特に限定されない。
【００３０】
次に、複数の極板群１０を同時に製造する方法の一例について、図３を参照しながら説明する。以下の方法によれば、例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの大きさの極板群を、効率よく製造することができる。
【００３１】
（イ）第１電極の作製
所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ａを準備する。次いで、樹脂シート２１ａの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設ける。例えば図３に示すように、所定形状の導電層２６ａを、複数行、複数列に樹脂シート２１ａ上に形成する。導電層２６ａは、樹脂シート２１ａにマトリックス状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。
【００３２】
樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層２６ａを複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シート２１ａに片面あたりｎ個の導電層２６ａを形成する。次に、図４に示すように、各導電層２６ａの上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層２２ａの間には、第１電極合剤を有さない導電層２６ａの露出部２３ａを残しておく。図４には、３行３列の電極合剤層が描かれているが、通常は、より大きな集電体シートの上に、より多くの導電層と第１電極合剤層が形成される。
【００３３】
第１電極合剤層２２ａは、第１電極合剤からなるペーストを、導電層２６ａの中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は、特に限定されないが、スクリーン印刷、パターン塗工などを採用することができる。ペーストが塗工されていない導電層の露出部２３ａは、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。
第１電極合剤は、第１電極の活物質、導電材、結着剤などを、分散媒と混合することにより調製される。ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜をローラで圧延して、合剤密度が高められる。
【００３４】
第１電極がリチウムイオン二次電池の正極である場合、活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を好ましく用いることができる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、ＬｉxＣｏＯz、ＬｉxＮｉＯz、ＬｉxＭｎＯz、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯz、ＬｉxＣｏfＶ1-fＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ）、ＬｉxＣｏaＮｉbＭcＯz（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｒ）、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2(1-y)Ｍ2yＯ4（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ）などを挙げることができる。ただし、ｘ値は電池の充放電により、０≦ｘ≦１．２の範囲で変化する。また、０≦ｙ≦１、０．９≦ｆ≦０．９８、１．９≦ｚ≦２．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ＜１である。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３５】
第１電極がリチウムイオン二次電池の負極である場合、活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な有機化合物や無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。炭素材料としては、コークス、熱分解炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長系）、不定形炭素、有機化合物焼成体などが挙げられる。これらのうちでは、特に、天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。
【００３６】
導電材には、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛などが用いられる。また、結着剤には、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などのフッ素樹脂、アクリル系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどを用いることができる。
【００３７】
極板群において、第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる第１電極合剤層２２ａの周縁部、すなわち極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層２２ａの周縁部に沿って絶縁材料を塗工する。ここでもパターン塗工を行うことが好ましい。このような絶縁材料の塗工は必ずしも必要ではなく、任意に行えばよいが、絶縁材料を塗工した方が短絡の可能性を低減することができる。塗工された絶縁材料は、極板群において、第１絶縁材料部を形成する。極板群の第３側面および第４側面に配されることになる第１電極合剤層２２ａの周縁部にも、絶縁材料を被覆してもよい。
【００３８】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極は、第１電極と同様の方法で作製することができる。すなわち所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ｂの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設け、各導電層の上に、第２電極合剤層２２ｂを２つずつ形成する。２つの第２電極合剤層２２ｂの間には、第２電極合剤層を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。ペーストが塗工されていない導電層の露出部２３ｂは、極板群においては、第２端子との接続部２４ｂとなる。片面だけに第２電極合剤層２２ｂを有する第２電極は、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製することができる。
【００３９】
（ハ）極板群の作製
作製された複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体とを、セパレータを介して積層する。このとき第１電極の第１電極合剤層２２ａと第２電極の第２電極合剤層２２ｂとを互いに対面させてこれらを積層する。第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料は、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部２３ｂと対面させる。両方の最も外側には、片面だけに第２電極合剤層２２ｂを有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスする。このようにして複数の極板スタックからなる集合体を得ることができる。
【００４０】
セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーやガラス繊維などからなる織布や不織布を用いることができる。固体電解質やゲル電解質をセパレータとして用いることもできる。固体電解質には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどをマトリックス材料として用いることができる。ゲル電解質としては、例えば、後述の非水電解液をポリマー材料からなるマトリックスに保持させたものを用いることができる。マトリックスを形成するポリマー材料には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドとの混合物を用いることが好ましい。
【００４１】
複数の極板スタックからなる集合体は、極板スタック毎に分割する。第１電極および第２電極は、図４に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部２３ａ、ｂは、切断によって端子との接続部２４ａ、２４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部２５ａ、２５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とがほぼ面一に配されているが、異なる極性の電極の導電部同士が、各側面において互いに対面することはない。
【００４２】
従来から一般的に用いられている金属箔を集電体シートとして用いて、上記のような方法で極板群を作製すると、切断時に生じる金属バリが問題となる。金属バリは、セパレータを突き破り、内部短絡を引き起こす大きな原因となる。そこで、金属バリの発生を防ぐことが重要となるが、金属バリを生じることなく金属箔を切断することは著しく困難である。一方、樹脂シートからなる集電体シートを用いる場合、切断面のほとんどが樹脂で占められているため、金属バリを生じることがない。そのため電池の信頼性は大幅に向上する。
【００４３】
第１集電体シートの導電層の露出部２３ａから形成された接続部２４ａと第２集電体シートの絶縁部２５ｂとが交互に配列する第１側面を、導電性材料の被膜で被覆すれば、第１端子が得られる。例えば、溶融もしくは半溶融状態の金属微粒子を第１側面に吹き付けることにより、第１側面を金属被膜で被覆することができる。こうして形成された金属被膜は、自動的に第１集電体シートの接続部２４ａと電気的に接続される。第１側面に配された第２電極合剤層２２ｂの端面には、絶縁材料が塗工されているため、金属被膜と第２電極との短絡は起こらない。第２集電体シートの導電層の露出部２３ｂから形成された接続部２４ｂと第１集電体シートの絶縁部２５ａとが交互に配列する第２側面も、上記と同様に金属被膜で被覆することにより、第２端子を得ることができる。
【００４４】
第１端子もしくは第２端子が正極端子となる場合には、金属被膜をアルミニウムを用いて形成することが好ましい。また、第１端子もしくは第２端子が負極端子となる場合には、金属被膜を銅を用いて形成することが好ましい。
【００４５】
図５に示されるような複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体を用いて、極板群の集合体を得ることもできる。このような第１電極からなる集合体を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ａの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を形成する。このような導電層は、樹脂シート３１ａに帯状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。ここでも樹脂シート３１ａには、電極合剤層２列分の大きさの導電層を複数列形成する。すなわち２ｎ列の電極合剤層を得ようとするときには、樹脂シート３１ａに片面あたりｎ列の導電層を形成する。
【００４６】
各帯状導電層の上には、帯状の第１電極合剤層３２ａを２列ずつ形成する。２列の帯状第１電極合剤層３２ａの間には、第１電極合剤を有さない導電層の露出部３３ａを残しておく。帯状の第１電極合剤層３２ａは、上記と同様の第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は積層型極板群の場合と同様である。ペーストが塗工されていない導電層の露出部３３ａは第１端子との接続部３４ａとなる。
【００４７】
第２電極からなる集合体を得る場合にも、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ｂの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を設け、各導電層の上に、帯状の第２電極合剤層３２ｂを２列ずつ形成する。２列の帯状の第２電極合剤層３２ｂの間には、第２電極合剤を有さない導電層の露出部３３ｂを残しておく。導電層の露出部３３ｂは第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００４８】
このような極板群の集合体を、図５に示す矢印方向に沿って極板スタックごとに分割すると、導電層の露出部３３ａ、３３ｂは、切断によって端子との接続部３４ａ、３４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部３５ａ、３５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されているが、第１側面と第２側面においては、異なる極性の電極の導電部同士が各側面において対面することはない。一方、第３側面および第４側面には、電極合剤層の断面が露出することになるが、これらの側面を絶縁性の材料で被覆することにより、短絡の可能性を大きく低減することができる。
【００４９】
次に、上記極板群を収容する簡易なパッケージの電池について、図６〜１５を参照しながら説明する。
図６は、ケースに収容する前の極板群１０１の上面図であり、図７は、その極板群を図６左側から見た側面図である。これらの図に示されるように、ケースに収容する前に、極板群１０１の第１端子１０２ａおよび第２端子１０２ｂには、それぞれ第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂを接続する。第１端子もしくは第２端子が正極端子となる場合には、アルミニウム等からなるリード片をその端子に接続することが好ましい。また、第１端子もしくは第２端子が負極端子となる場合には、銅、Ｎｉ等からなるリード片をその端子に接続することが好ましい。各リード片は、各端子に種々の溶接工程により接合することができる。
【００５０】
本発明の電池の好ましい第１の形態においては、図８に示すような３つの部品からなるケース１８０に極板群を収容する。ケース１８０は、極板群１０１を囲むとともに極板群１０１の第１端子１０２ａが設けられた第１側面および第２端子１０２ｂが設けられた第２側面と当接する枠体１０６、ならびに極板群１０１を枠体１０６の開口側から覆う平坦な第１シート１１０ａおよび第２シート１１０ｂからなる。２つのシート１１０ａ、ｂの周縁部は、それぞれ枠体１０６の一方および他方の開口端部と接合される。枠体１０６と２つのシート１１０ａ、ｂの周縁部との接合は、どのような方法で行ってもよい。
【００５１】
枠体１０６には、第１スリット１０７ａおよび第２スリット１０７ｂが設けられており、第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂが、これらのスリットを通過してケースの外部へ導出される。各リード片を導出した後、各スリットの間隙は封止材により埋められる。
【００５２】
本発明の電池の好ましい第２の形態においては、図９に示すような２つの部品からなるケース１９０に極板群を収容する。ケース１９０は、極板群１０１を収容するとともに極板群１０１の第１端子１０２ａが設けられた第１側面および第２端子１０２ｂが設けられた第２側面と当接する側壁を有する容器１０６’、ならびに容器１０６’の開口側から極板群１０１を覆う平坦なシート１１０ａ’からなる。シート１１０ａ’の周縁部は、容器１０６’の開口端部と接合される。容器１０６’とシート１１０ａ’の周縁部との接合は、どのような方法で行ってもよい。
【００５３】
容器１０６’には、第１スリット１０７ａ’および第２スリット１０７ｂ’が設けられており、第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂが、これらのスリットを通過してケースの外部へ導出される。各リード片を導出した後、各スリットの間隙は封止材により埋められる。
【００５４】
ケースの形状、材質などは特に限定されないが、少なくとも、極板群の第１端子を有する第１側面および第２端子を有する第２側面と当接する枠体１０６や容器１０６’の内面は、絶縁性を有することが好ましい。例えば、樹脂材料、セラミックスなどの絶縁性材料からなる枠体１０６や容器１０６’を用いることが好ましい。ただし、絶縁性材料は、電解液や水分を透過させる可能性があるため、絶縁性材料からなる第１の層と、電解液や水分を透過させない金属箔からなる第２の層を有する枠体１０６や容器１０６’を用いることが、さらに好ましい。その場合、第１の層は、ケースの内側に配置する。また、金属箔の外側に、さらに絶縁性材料からなる第３の層を設けることもできる。
極板群の第１側面および第２側面と当接しないシート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ａ’には、金属箔などの導電性材料をそのまま用いることもできるが、当然に枠体１０６、容器１０６’と同様の材料を用いることもできる。
【００５５】
絶縁性材料からなる第１の層には、ポリプロピレン層などを用いることができる。電解液を透過させない金属箔からなる第２の層には、アルミニウム箔などを用いることができる。枠体１０６や容器１０６’における第１の層の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、第２の層の厚さは、０．０１〜１００μｍが好ましい。また、シート１１０ａ、１１０ｂ、１１０ａ’における第１の層の厚さは、１〜１０００μｍが好ましく、第２の層の厚さは、０．０１〜１００μｍが好ましい。
【００５６】
開口に対して垂直な方向から見た枠体１０６もしくは容器１０６’の断面図の一例を図１０に示す。枠体１０６もしくは容器１０６’は、内側の絶縁性材料からなる第１の層１０４、１０４’および外側の金属箔からなる第２の層１０５、１０５’を有している。また、開口に対して平行な一方向から見たケース１８０およびケース１９０の断面図の一例を、それぞれ図１１および図１２に示す。第１シート１１０ａ、１１０ａ’は、内側の絶縁性材料からなる第１の層１０８ａ、１０８ａ’および外側の金属箔からなる第２の層１０９ａ、１０９ａ’を有しており、第２シート１１０ｂは、内側の絶縁性材料からなる第１の層１０８ｂおよび外側の金属箔からなる第２の層１０９ｂ有している。
【００５７】
ケース１８０もしくは１９０に極板群を収容して完成した電池のパッケージの上面図を図１３に示す。また、ケース１８０および１９０に極板群を収容して完成した電池のパッケージの斜視図を、それぞれ図１４および図１５に示す。いずれのパッケージにおいても、第１リード片１０３ａおよび第２リード片１０３ｂが、それぞれ外部へ導出されており、各スリットの間隙は封止材１１２ａ、１１２ａ’および１１２ｂ、１１２ｂ’により埋められている。封止材には、電解液に対して耐性を有する樹脂材料などが用いられる。
【００５８】
上記のようなパッケージは、部品点数が少ないことから、少ない製造工程数で効率良く得ることが可能であり、しかも極板群自体が簡易な構造を有することから、体積効率が高く、優れた信頼性を有する電池を得ることが可能である。
【００５９】
ケース内に極板群とともに収容される電解液の組成は、電池の種類に応じて異なる。電池が、例えばリチウムイオン二次電池の場合、電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌである。
【００６０】
非水溶媒には、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、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、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、エチルプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのγ−ラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの非環状エーテル、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそれらのフッ化物などを用いることができる。これらは複数種を組み合わせて用いることが好ましい。特に、環状カーボネートと非環状カーボネートを含む混合物、環状カーボネートと非環状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルを含む混合物などが好ましい。
【００６１】
リチウム塩には、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＰＦ3（ＣＦ3）3、ＬｉＰＦ3（Ｃ2Ｆ5）3などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、少なくともＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
【００６２】
本発明は、図１６に示すような捲回型極板群にも適用可能である。捲回型極板群の製造法の一例について以下に説明する。なお、図１６は、第１電極を中心に描かれた捲回型極板群の部分的な概念図であり、更に外周側の合剤層や極板等は省略されている。
（イ）第１電極の作製
捲回型極板群に用いる第１電極は、帯状の形状を有すること以外、積層型極板群に用いる第１電極と同様の構造を有する。従って、第１電極の製造法は積層型の場合とほぼ同様である。
例えば、図５に示したのと同様の第１電極からなる集合体を作製する。次に、上記と同様に、第１電極合剤層の周縁部のうち、少なくとも導電層の露出部側の反対側に、絶縁材料を塗工する。この部分は、極板群において、第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる。
（ロ）第２電極の作製
ここでも、図５に示したのと同様の第２電極からなる集合体を作製する。
【００６３】
（ハ）極板群の作製
第１電極からなる集合体と第２電極からなる集合体とを、セパレータ４０を介して捲回する。このとき、帯状の第１電極合剤層３２ａと第２電極合剤層３２ｂとが互いに対面するように電極を配置する。また、第１電極における導電層の露出部および絶縁材料が、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部と対面するように両極板を配置する。その結果、交互に逆向きに配列した複数の捲回型極板群からなる長尺筒状の集合体が得られる。
【００６４】
長尺筒状の集合体は、極板群ごとに分割する。このような極板群の一方の側面（底面）には、第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に、同心円状に配列しており、他方の側面（底面）には、第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に、同心円状に配列している。
【００６５】
第１集電体シートの導電層の露出部が配列している底面および第２集電体シートの導電層の露出部が配列している底面を、上記と同様に、それぞれ金属で被覆することにより、第１端子４１および第２端子４２を形成することができる。第２電極合剤層３２ｂの端面には絶縁材料３６ｂが塗工されているため、第１端子４１と第２電極との短絡は起こらないし、第１電極合剤層３２ａの端面には絶縁材料３６ａが塗工されているため、第２端子４２と第１電極との短絡は起こらない。
【００６６】
こうして得られた捲回型極板群の第１端子４１および第２端子４２に、それぞれ第１リード片と第２リード片を接続し、図８、９に示したケースと同様のケースに収容することにより、積層型極板群を用いる場合と同様に、簡易なパッケージを有する電池を得ることができる。
【００６７】
【実施例】
《実施例１》
以下の要領で積層型のリチウムイオン二次電池を作製した。
（イ）第１電極の作製
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅の蒸着膜を形成した。銅の蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００６８】
活物質の球状黒鉛（黒鉛化メソフェーズ小球体）１００重量部と、結着剤のスチレンブタジエンゴム３重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第１電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×４６ｍｍの第１電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、電極合剤層を有さない銅の蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００６９】
得られた第１電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００７０】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのＰＥＴシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムの蒸着膜を形成した。Ａｌ蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００７１】
活物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）１００重量部と、導電材のアセチレンブラック３重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第２電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×４５ｍｍの第２電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、合剤を有さないＡｌの蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００７２】
得られた第２電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
次に、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極を、他方の面にＡｌの蒸着膜、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製した。
【００７３】
（ハ）極板群の作製
両面に第１電極合剤層を有する第１電極からなる集合体２つで、両面に第２電極合剤層を有する第２電極からなる集合体１つを、セパレータを介して挟持した。このとき第１電極合剤層と第２電極合剤層とを互いに対面させ、また、第１電極における蒸着膜の露出部およびポリフッ化ビニリデンを、それぞれ第２電極におけるポリフッ化ビニリデンおよび蒸着膜の露出部と対面させた。両方の最も外側に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスした。その結果、複数の極板スタックからなる集合体が得られた。
【００７４】
切断位置を、第１電極における蒸着膜の露出部の中心、第２電極における蒸着膜の露出部の中心に合わせて、複数の極板スタックからなる集合体を極板スタック毎に分割した。その結果、一連の塗工・積層工程により、一度に３６個もの極板スタックを得ることができた。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されていた。
【００７５】
１つの側面（第１側面）には、第１集電体シートの蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。その反対側の第２側面には、第２集電体シートの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。残りの２つの側面（第３側面と第４側面）には、各集電体シートのＰＥＴの露出部が配列していた。
【００７６】
第１集電体シートの銅の蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第１側面に、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。銅の蒸着膜の端部は、銅膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。この銅膜はそのまま負極端子として用いた。
【００７７】
第２集電体シートのＡｌの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第２側面に、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。Ａｌの蒸着膜の端部は、アルミニウム膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。このアルミニウム膜は、そのまま正極端子として用いた。
【００７８】
銅膜からなる負極端子には、ニッケル製負極リード（厚さ１００μｍ、寸法２ｍｍ×３０ｍｍ）の一端を溶接により接合した。アルミニウム膜からなる正極端子には、アルミニウム製正極リード（厚さ１００μｍ、寸法２ｍｍ×３０ｍｍ）の一端を溶接により接合した。各リードの他端は、それぞれ極板群の一側面から５ｍｍほど突出させた。
【００７９】
（ニ）ケースの作製
図８に示されるような３つの部品からなるケースを作製した。枠体１０６には、ケースの内側に配される厚さ５００μｍのポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔と、を有する２層の積層材料を用いた。枠体の外寸は３４ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍとした。２つの平坦なシート１１０ａ、ｂには、ケースの内側に配される厚さ８０μｍのポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔と、を有する２層の積層材料を用いた。平坦なシートの外寸は、枠体と同じく３４×５０とした。枠体の側壁の一つには、幅１００μｍの２つのスリット１０７ａ、ｂを形成した。
【００８０】
（ホ）電池の組み立て
極板群に接合された正極リードおよび負極リードの突出部を、それぞれ枠体のスリット１０７ａ、ｂに通すとともに、極板群を枠体で囲んだ。そして、ポリプロピレン層を内側に配した２つのシート１１０ａ、ｂで、枠体と極板群とを一緒に挟持した。シート１１０ａ、ｂの周縁部を加熱してポリプロピレン層を溶融させ、各シートと枠体の開口端部とを溶着させた。ケース内に電解液を注液し、極板群に電解液を充分に含浸させた後、スリットの隙間をピッチで封止した。ここで用いた電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比３０：７０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。こうして電池を完成した。
【００８１】
評価
得られた電池の充放電試験を２０℃雰囲気中で行った。充電および放電は、それぞれ電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで行った。充電終止電圧は４．２Ｖとした。放電終止電圧は３．０Ｖとした。上記条件によって得られた電気容量は９００ｍＡｈであった。また、実施例１の電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下は認められなかった。
【００８２】
《実施例２》
図９に示されるような２つの部品からなるケースを作製した。容器１０６’には、ケースの内側に配されるポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔とを有する２層の積層材料を用いた。容器の側壁におけるポリプロピレン層の厚さは５００μｍ、容器の底部におけるポリプロピレン層の厚さは８０μｍとした。容器の外寸は３４ｍｍ×５０ｍｍ×５ｍｍとした。平坦なシート１１０ａ’には、ケースの内側に配される厚さ８０μｍのポリプロピレン層と、ケースの外側に配される厚さ２０μｍのアルミニウム箔とを有する２層の積層材料を用いた。平坦なシートの外寸は、容器開口の外寸と同じく３４×５０とした。容器の側壁の一つには、幅１００μｍの２つのスリット１０７ａ’、ｂ’を形成した。
【００８３】
上記ケースを用いたこと以外、実施例１と同様に電池を作製した。すなわち、極板群に接合された正極リードおよび負極リードの突出部を、それぞれ容器のスリット１０７ａ’、ｂ’に通すとともに、極板群を容器内に収容した。そして、ポリプロピレン層を内側に配したシート１１０ａ’で容器の開口側から極板群を覆った。シート１１０ａ’の周縁部を加熱してポリプロピレン層を溶融させ、シートと容器の開口端部とを溶着させた。ケース内に上記と同じ組成の電解液を注液し、極板群に電解液を充分に含浸させた後、スリットの隙間をピッチで封止した。得られた電池の容量および電池の容積は実施例１と同じであった。また、実施例２の電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下は認められなかった。
【００８４】
《比較例１》
従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて、実施例１と同じ組成・厚さの第１電極合剤層を有する第１電極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて、実施例１と同じ組成・厚さの第２電極合剤層からなる第２電極を作製し、これらを積層して実施例１と同じ容量９００ｍＡｈの電池を作製した。極板群の第１側面からは第１電極の端部を突出させ、第１側面の反対側に位置する第２側面からは第２電極の端部を突出させた。各側面から突出する極板の端部に集電板を溶接し、集電板にリードを接続して極板群を完成した。この極板群をセパレータで覆った後、従来から用いられているアルミニウム製の角形ケースに収容し、電池を完成した。得られた電池の容量は、実施例１と同じであったが、電池の容積は実施例１の電池の約１．２倍となった。また、比較例１の電池を落下させて機械的衝撃を与えたところ、内部短絡に由来する若干の電圧降下が認められた。
【００８５】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、体積効率が高く、優れた信頼性を有し、かつ、簡易なパッケージを有する電池を効率良く得ることができる。このような電池を用いることにより、信頼性の高い携帯電話、携帯情報端末機器、カムコーダ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯音響機器、電気自動車、ロードレベリング用電源などの機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型極板群の一例の縦断面図である。
【図２】図１のａ−ａ線断面図の一例である。
【図３】第１電極または第２電極の集合体を得るための集電体シートの一例の上面図である。
【図４】第１電極および第２電極からなる集合体の一例の斜視図である。
【図５】第１電極および第２電極からなる集合体の別の一例の斜視図である。
【図６】ケースに収容する前の極板群の一例の上面図である。
【図７】ケースに収容する前の極板群の一例の側面図である。
【図８】極板群を収容する３つの部品からなるケースの一例の斜視図である。
【図９】極板群を収容する２つの部品からなるケースの別の一例の斜視図である。
【図１０】開口に対して垂直な方向から見たケースの枠体もしくは容器の断面図の一例である。
【図１１】開口に対して平行な一方向から見た３つの部品からなるケースの断面図の一例である。
【図１２】開口に対して平行な一方向から見た２つの部品からなるケースの断面図の一例である。
【図１３】本発明に係る電池の一例の上面図である。
【図１４】３つの部品からなるケースを具備する電池の一例の斜視図である。
【図１５】２つの部品からなるケースを具備する電池の一例の斜視図である。
【図１６】本発明に係る捲回型極板群の一例の縦断面図である。
【符号の説明】
１０ 極板群
１１ａ、ｂ 樹脂シート
１１ｘ、ｘ’、ｘ” 樹脂シートの端部
１１ｙ、ｙ’、ｙ” 樹脂シートの端部
１２ａ、ｂ 導電層
１２ｘ、ｙ 導電層の端部
１３ａ 第１集電体シート
１３ｂ 第２集電体シート
１４ａ 第１電極合剤層
１４ｂ 第２電極合剤層
１５ａ 第１電極
１５ｂ、ｂ’ 第２電極
１６ セパレータ
１７ａ 第１端子
１７ｂ 第２端子
１８ａ 第１絶縁材料部
１８ｂ 第２絶縁材料部
２１ａ、ｂ 樹脂シート
２２ａ 第１電極合剤層
２２ｂ 第２電極合剤層
２３ａ、ｂ 導電層の露出部
２４ａ 第１端子との接続部
２４ｂ 第２端子との接続部
２５ａ、ｂ 樹脂シートの露出部に対応する絶縁部
２６ａ 導電層
３１ａ、ｂ 樹脂シート
３２ａ 帯状の第１電極合剤層
３２ｂ 帯状の第２電極合剤層
３３ａ、ｂ 導電層の露出部
３４ａ 第１端子との接続部
３４ｂ 第２端子との接続部
３５ａ、ｂ 樹脂シートの露出部に対応する絶縁部
１０１ 極板群
１０２ａ 第１端子
１０２ｂ 第２端子
１０３ａ 第１リード片
１０３ｂ 第２リード片
１０４、１０４’ 絶縁性材料からなる第１の層
１０５、１０５’ 金属箔からなる第２の層
１０６ 枠体
１０６’ 容器
１０７ａ、１０７ａ’ 第１スリット
１０７ｂ、１０７ｂ’ 第２スリット
１０８ａ、１０８ａ’、１０８ｂ 絶縁性材料からなる第１の層
１０９ａ、１０９ａ’、１０９ｂ 金属箔からなる第２の層
１１０ａ 第１シート
１１０ｂ 第２シート
１１０ａ’ シート
１１１、１１１’ 電池
１１２ａ、１１２ａ’、１１２ｂ、１１２ｂ’ 封止材
１８０、１９０ ケース
Claims (9)
- （ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群ならびに前記極板群を収容するケースを有する電池であって、
前記第１電極（ａ）は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続されており、
前記ケースが、前記極板群を囲むとともに前記第１側面および第２側面と当接する枠体、ならびに前記極板群を前記枠体の開口側から覆う２つの平坦なシートからなり、前記２つのシートの周縁部が、それぞれ前記枠体の一方および他方の開口端部と接合されており、
前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方に、リード片が接続されており、前記リード片が、前記枠体に設けられたスリットから前記ケースの外部に導出されている電池。 - （ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群ならびに前記極板群を収容するケースを有する電池であって、
前記第１電極（ａ）は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続されており、
前記ケースが、前記極板群を収容するとともに前記第１側面および第２側面と当接する側壁を有する容器、ならびに前記容器の開口側から前記極板群を覆う平坦なシートからなり、前記シートの周縁部が、前記容器の開口端部と接合されており、
前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方に、リード片が接続されており、前記リード片が、前記側壁に設けられたスリットから前記ケースの外部に導出されている電池。 - 前記極板群が、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有する請求項１または２記載の電池。
- 前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置する請求項１または２記載の電池。
- 前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１または２記載の電池。
- 前記枠体が、（ａ１）絶縁性材料からなりケースの内側に配される第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料または（ｂ１）絶縁性材料からなり、前記２つのシートが、（ａ２）絶縁性材料からなる第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料、（ｂ２）絶縁性材料または（ｃ２）導電性材料からなる請求項１記載の電池。
- 前記容器が、（ａ１）絶縁性材料からなりケースの内側に配される第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料または（ｂ１）絶縁性材料からなり、前記シートが、（ａ２）絶縁性材料からなる第１の層と金属箔からなる第２の層とを有する積層材料、（ｂ２）絶縁性材料または（ｃ２）導電性材料からなる請求項２記載の電池。
- 請求項１〜７のいずれかに記載の電池を含む機器。
- 前記機器が、通信機、パーソナルコンピュータ、オーディオビジュアル機器、携帯機器または電気自動車である請求項８記載の機器。
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