JP4513148B2

JP4513148B2 - Battery and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4513148B2
Application number: JP36442199A
Authority: JP
Inventors: 和宏野田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-22
Filing date: 1999-12-22
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JP2001185096A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極および負極と共に電解質を備えた電池素子が外装部材により覆われてなる電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年になって、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）、携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどの携帯用電子機器が急速に普及しつつあり、このような電子機器のデバイスとして、電気化学デバイスの更なる高性能化が必要とされている。
【０００３】
従来、二次電池などの電気化学デバイスでは、イオン伝導を司る物質として、水または可燃性の有機溶媒などに電解質塩を溶解させた液状の電解質（以下、電解液という。）が用いられてきた。
【０００４】
図１４は、従来の二次電池の構造の一例を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状で、一端部が閉鎖され他端部が開放された電池缶１１１の内部に、帯状の正極１２１と負極１２２とが電解液（図示せず）を含浸したセパレータ１２３を介して巻回された巻回電極体１２０を有している。電池缶１１１の内部には、巻回電極体１２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１１２，１１３がそれぞれ配置されている。電池缶１１１の開放端部には、電池蓋１１４と、この電池蓋１１４の内側に設けられた安全弁機構１１５およびＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１１６とが、ガスケット１１７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１１の内部は密閉されている。
【０００５】
巻回電極体１２０は、センターピン１２４を中心に巻回されており、正極１２１からは正極リード１２５が引き出され、負極１２２からは負極リード１２６が引き出されている。正極リード１２５は安全弁機構１１５に溶接されることにより電池蓋１１４と電気的に接続されており、負極リード１２６は電池缶１１１に溶接され電気的に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の二次電池では、電解液が用いられるために漏液などの問題があり、金属製の電池缶１１１および電池蓋１１４を用いて気密性を厳重に確保する必要があった。また、そのために、溶接などの煩雑な工程を経て、正極リード１２５および負極リード１２６を取り付けていた。すなわち、一般に、従来の二次電池は重量が大きく、また、製造工程が煩雑であり、形状の自由度も低いという問題があった。
【０００７】
そこで、最近活発に研究がなされている、いわゆる固体電解質などを用いて、煩雑な製造工程を必要としない簡便な構造を有する電池を開発することが望まれている。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便な構造を有し、容易に製造することができる電池およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電池は、それぞれ帯状の集電体層を有する正極および負極を電解質を間にして積層し、かつ巻回した構造を有する電池素子が、外装部材により覆われてなる偏平形状の電池であって、正極の長手方向の長さが負極のそれよりも長く、電池素子の最外周部側の端部付近に負極と正極との間に段差を有し、外装部材の片面には段差を間にしてその両側にそれぞれ開口を有し、正極および負極の各集電体層はそれぞれ開口を介して電極端子として外部に露出している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、負極においてリチウム（Ｌｉ）を吸蔵・離脱する二次電池の例を挙げて説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電池１の平面構造を表すものであり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を表すものである。この電池１は、外装部材１０と、この外装部材１０の内部に収容された電池素子２０とを備えている。電池素子２０は、例えば、正極合剤層２１ａおよび正極集電体層２１ｂを有する薄板状の正極２１と、負極合剤層２２ａおよび負極集電体層２２ｂを有する薄板状の負極２２とが電解質２３を介して積層されたものである。
【００１９】
外装部材１０は、例えば２枚の矩形状のフィルム１０ａ，１０ｂ（図２参照）により構成されている。これらの２枚のフィルム１０ａ，１０ｂは例えば同一の大きさであり、各外縁部が、融着あるいは接着剤により互いに密着されている。なお、外装部材１０の端部と電池素子２０との間の空隙には、封止材３０が充填されており、封止材３０を介して外装部材１０と電子素子２０とが密着している。
【００２０】
この外装部材１０の、正極２１、より詳細には正極集電体層２１ｂに隣接する部分には、開口１１が設けられている。また、負極２２、より詳細には負極集電体層２２ｂに隣接する部分には、開口１２が設けられている。従って、正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂは、これらの開口１１，１２を介して部分的に露出している。正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂの露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、それぞれ電極端子として機能するようになっている。
【００２１】
なお、図１および図２では四角形状の開口１１，１２を示したが、開口１１，１２の形状は、四角形に限らず、円形状などの他の形状であってもよい。また、開口１１および開口１２の形状がそれぞれ異なっていてもよい。
【００２２】
外装部材１０（フィルム１０ａ，１０ｂ）は、例えば、高分子化合物膜と金属膜と高分子化合物膜とをこの順に張り合わせたラミネートフィルムにより形成されている。高分子化合物膜の構成材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂，ナイロン（ポリアミド系の合成樹脂），酢酸ビニル系樹脂，アクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂が挙げられる。また、金属膜は、外装部材１０の内部に外気（特に、水分）が侵入することを防止する機能を有することが好ましく、アルミニウム（Ａｌ）箔などが適当である。外気の侵入を防止するのは、外気に含まれる水や窒素とリチウムとの反応による電池性能の低下を防ぐためである。
【００２３】
外装部材１０は、また、上述したラミネートフィルムに代えて、高分子化合物のみよりなる、例えば厚さ５０μｍ程度のフィルムにより構成することもできる。このような薄いフィルムを用いると、金属材料やラミネートフィルムにより構成された外装部材を用いた場合に比べて、電池１の体積エネルギー密度を高めることができる。また、後述する製造時の外装部材融着工程において、簡単に融着することができるという利点もある。なお、高分子化合物としては、上述したラミネートフィルムの高分子化合物膜の構成材料と同様のものを用いることができる。
【００２４】
正極２１は、例えば、アルミニウム箔よりなる正極集電体層２１ｂの電解質２３側の面に正極合剤層２１ａが設けられた構造を有している。正極合剤層２１ａは、例えば、正極活物質と、黒鉛などの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、例えば、リチウム複合酸化物もしくはリチウム複合硫化物が好ましい。特に、エネルギー密度を高くするには、Ｌｉ_xＭＯ₂を主体とするリチウム複合酸化物が好ましい。Ｍは一種以上の遷移金属が好ましく、具体的には、コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種が好ましい。また、ｘは通常０．０５≦ｘ≦１．１２の範囲内の値である。なお、正極集電体層２１ｂは、集電体として機能することに加えて、外気の侵入を防止する役割も果たしている。
【００２５】
なお、正極２１は、図２に示したような構造に限らず、最も外装部材１０側に正極集電体層２１ｂが設けられていれば他の構造であってもよい。例えば、図３に示したように、正極集電体層２１ｂおよび正極合剤層２１ａに加えて、正極合剤層２１ａの電解質側に、更に、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄが交互に設けられた構造の正極２１Ａとしてもよい。ちなみに、図３には、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄをそれぞれ２層ずつ設けた例を示したが、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄは、それぞれ１層ずつであってもよいし、それぞれ３層以上ずつ設けられていてもよい。
【００２６】
負極２２は、例えば、銅（Ｃｕ）箔よりなる負極集電体層２２ｂの電解質２３側の面に負極合剤層２２ａが設けられた構造を有している。負極合剤層２２ａは、例えば、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含んで構成されている。リチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料としては、例えば、炭素質材料，金属酸化物，あるいは高分子材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されたものが挙げられる。中でも炭素質材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少ないので好ましい。なお、炭素質材料としては、例えば、熱分解炭素類、ピッチコークス，ニードルコークス，石油コークスもしくは石炭コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体（例えば、フェノール樹脂またはフラン樹脂を焼成したもの）、炭素繊維あるいは活性炭などが挙げられる。また、金属酸化物としては酸化スズ（ＳｎＯ₂）などが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンやポリピロールなどが挙げられる。ちなみに、これらの負極材料に代えて、リチウム金属あるいはリチウム合金により構成することも可能である。
【００２７】
なお、負極２２も図２に示したような構造に限らず、正極２１と同様に、最も外装部材１０側に負極集電体層２２ｂが設けられていれば、他の構造のものであってもよい。
【００２８】
電解質２３は、例えば、マトリクス高分子化合物に電解質塩としてリチウム塩を分散させたもの（いわゆる、高分子固体電解質）である。この高分子固体電解質は、優れたフィルム成型性を有しているので、これを用いれば形状選択性の自由度が高くなる。
【００２９】
マトリクス高分子化合物としては、例えば、ポリビニリデンフルオロライド，ビニリデンフルオロライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体，ビニリデンフルオロライドとテトラフルオロエチレンとの共重合体あるいはビニリデンフルオロライドとトリフルオロエチレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはその架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、またはアクリレート系高分子化合物が適当であり、これらのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。
【００３０】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ₆，ＬｉＢＦ₄，ＬｉＣｌＯ₄，ＬｉＡｓＦ₆，ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄，ＬｉＣｌ，ＬｉＢｒ，ＬｉＣＨ₃ＳＯ₃，ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃，ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₃）₂，ＬｉＣ₄Ｆ₉ＳＯ₃，ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂，ＬｉＮ（ＣＦ₃ＣＯ₂）₂が適当であり、これらのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。
【００３１】
次に、この電池１の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、正極活物質と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散して正極合剤スラリーとしたのち、この正極合剤スラリーを例えばアルミニウム箔からなる正極集電体層２１ｂの片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極合剤層２１ａを形成することにより、正極２１を作製する。
【００３３】
次いで、例えばリチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料と結着剤とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散して負極合剤スラリーとしたのち、この負極合剤スラリーを例えば銅箔からなる負極集電体層２２ｂの片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極合剤層２２ａを形成することにより、負極２２を作製する。
【００３４】
なお、図３に示したような複数の合剤層および集電体層を有する構造の正極２１Ａを作製する場合には、更に、正極合剤層２２ａの正極集電体層２２ｂの反対側の面に、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄを順次形成する。
【００３５】
正極２１および負極２２を作製したのち、例えば、ポリエチレンオキサイドなどのエーテル系高分子化合物と、リチウム塩と、溶媒とを用意する。続いて、これらを混合し、得られた混合溶液を、正極合剤層２１ａおよび負極合剤層２２ａにそれぞれ塗布して所定の時間放置したのち、例えば、減圧雰囲気中において８０℃で１０分間乾燥することにより溶媒を除去し、高分子化合物にリチウム塩が分散されたいわゆる高分子固体電解質（電解質２３）を得る。ここで、混合溶液を塗布する際に、正極合剤層２１ａおよび負極合剤層２２ａに混合溶液を含浸させることが好ましい。これにより、電解質の一部が正極合剤層２１ａおよび負極合剤層２２ａの内部に入り込み、正極２１および負極２２と電解質２３との密着強度が高くなるので、正極２１および負極２２と電解質２３との電気的な接触状態が良好になるからである。
【００３６】
なお、エーテル系高分子化合物としては、オリゴ・オキシエチレンなどの側鎖を有する化合物またはエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合体などの結晶性の低いアモルファスポリマを用いることが好ましい。更には、高分子鎖の末端に、アクリレート基，活性水素基あるいはアリル基などの架橋可能な官能基を有しているものを用いることが好ましい。
【００３７】
電解質２３を形成したのち、正極２１の電解質２３を形成した面と負極２２の電解質２３を形成した面とが対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着する。これにより、正極２１と負極２２とが電解質２３を介して積層された電池素子２０が作製される。
【００３８】
次いで、図４に示したように、例えば、外装部材１０としてのポリエチレンあるいはポリプロピレンよりなるポリマシート１０ｃ，１０ｄを２枚用意する。そののち、ポリマシート１０ｃに多数の例えば四角形状の開口１１を形成すると共に、ポリマシート１０ｄに多数の例えば四角形状の開口１２を形成する。具体的には、例えば、所定の開口形状を有するカッターでポリマシート１０ｃ，１０ｄを打ち抜くことにより、各ポリマシート１０ｃ，１０ｄの幅方向および長手方向に、所定の間隔を隔てて、開口１１，１２をそれぞれ形成する。
【００３９】
既に述べたように、開口１１，１２の形状は、四角形に限らず他の形状であってもよく、また、面積および形成位置などについても適宜に設定することができる。この開口１１，１２の形状などに応じて、電極端子の形状，面積および位置などを所望のものとすることができる。
【００４０】
ポリマシート１０ｃ，１０ｄに開口１１，１２を形成したのち、図５に示したように、ポリマシート１０ｃの各開口１１およびポリマシート１０ｄの各開口１２に対応するように、開口１１，１２と例えば同数の電池素子２０をポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとの間に挟み込む。このとき、ポリマシート１０ｃと正極集電体層２１ｂとが接し、ポリマシート１０ｄと負極集電体層２２ｂとが接するように電子素子２０を配置する。これにより、開口１１から正極集電体層２１ｂが露出し、開口１２から負極集電体層２２ｂが露出する。なお、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面に対応するものである。
【００４１】
最後に、図６に示したように、例えば減圧雰囲気中において、各々の電池素子２０を収容するように、ポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとを融着すると共に、隣接する電池素子２０間において、ポリマシート１０ｃ，１０ｄを切断する。なお、ここでは、ポリマシート間に封止剤３０を充填することにより、封止剤３０を介して電池素子２０の側面とポリマシート１０ｃ，１０ｄとが密着するようにする。このとき、レーザ照射を行えば、ポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとを熱融着することができ、かつポリマシート１０ｃ，１０ｄを切断することもできるので、レーザを用いることが好ましい。ちなみに、融着方法としては、ポリマシート１０ｃ，１０ｄに熱を加えるかまたは超音波を伝播させて熱融着する方法などの簡便な方法を用いることもできる。
【００４２】
次に、この電池１の作用について説明する。
【００４３】
この電池１では、充電を行うと、正極２１からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質２３を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、負極２２からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質２３を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、正極集電体層２１ｂが正極端子として、負極集電体層２２ｂが負極端子としてそれぞれ機能するので、充電の際には、外部からのエネルギーが正極集電体層２１ｂまたは負極集電体層２２ｂから電池素子２０に供給され、放電の際には、正極集電体層２１ｂまたは負極集電体層２２ｂを介してエネルギーが取り出される。
【００４４】
このように本実施の形態に係る電池１によれば、電解質２３として漏液のおそれがないいわゆる高分子固体電解質を用い、外装部材１０に開口１１，１２を設けることにより、正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂを部分的に露出させるようにしたので、正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂをそれぞれ電極端子として利用することができる。よって、従来の電池のようにリード線を備える必要がなく、簡便な構造とすることができる。また、製造時に煩雑な端子形成工程を必要としないので、容易に製造することができ、生産性を向上させることができる。更に、外装部材１０の融着に関わる工程を簡素化することができる点からも、生産性を向上させることができる。
【００４５】
また、リード線を備える必要がないので、電池１の小型化を図ることができると共に、体積エネルギー密度を向上させることができる。
【００４６】
なお、上述した構成を有する電池１は、例えば、図７に示したように、開口に金ペーストまたは銀ペーストなどを充填することにより形成された連結部２を介して、直列に連結することができる。このように、本実施の形態に係る電池１は、電極積層方向の厚さが薄いので、電池１を積層して連結し、複数の電池１よりなるバッテリーパックを構成する場合などに用いると有効である。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る電池３の断面構造を表すものである。この電池３は、第１の実施の形態の電池１の外装部材１０に代えて外装部材５０を備えたこと、および負極２２に代えて負極５２を備えたことを除き、他は第１の実施の形態と同一の構成，作用および効果を有している。よって、ここでは第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
負極５２は、例えば、負極端子として機能する負極集電体層５２ｂと、この負極集電体層５２ｂの電解質２３側の面に設けられた負極合剤層５２ａと、負極集電体層５２ｂよりも外装部材５０側に設けられた負極集電体層５２ｃおよび負極合剤層５２ａとを有している。なお、負極合剤層５２ａおよび負極集電体層５２ｂ，５２ｃの構成材料としては、例えば、第１の実施の形態の負極合剤層２２ａおよび負極集電体層２２ｂの構成材料と同様のものをそれぞれ用いることができる。
【００４９】
負極集電体層５２ｂは、外装部材５０の内部から、外装部材５０の端部の接合部分を介して外部に向かって導出されている。この負極集電体層５２ｂと外装部材５０とは、外気の侵入が防止されるように十分に密着している。この負極集電体層５２ｂは、メッシュ状のものであることが好ましい。外装部材５０との密着性を向上させることができるからである。
【００５０】
本実施の形態では、外装部材５０の外部に導出された負極集電体層５２ｂが負極端子となるので、外装部材５０の負極側には、開口（第１の実施の形態の開口１２に対応する開口）が設けられていない。なお、正極側には、第１の実施の形態と同様の開口５１が設けられている。
【００５１】
次に、この電池３の製造方法について説明する。
【００５２】
まず、第１の実施の形態と同様にして正極２１を作製する。次いで、第１の実施の形態と同様にして負極合剤スラリーを調製したのち、この負極合剤スラリーを例えば銅箔からなる負極集電体層５２ｂの一端部を除いた両面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極合剤層５２ａを形成する。続いて、一方の負極合剤層５２ａの負極集電体層５２ｂと反対側の面に、例えば銅箔を配置して負極集電体層５２ｃとし、更に負極合剤層５２ａおよび負極集電体層５２ｃを順次形成して、負極５２を作製する。
【００５３】
正極２１および負極５２を作製したのち、正極合剤層２１ａおよび負極合剤層５２ａの表面に電解質２３を例えば塗布し、正極２１および負極５２の電解質２３を塗布した面が対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着する。
【００５４】
次いで、例えば、外装部材５０としてのポリエチレンあるいはポリプロピレンよりなる２枚のポリマシートを２枚用意する。そののち、一方のポリマシートに、第１の実施の形態と同様にして例えば多数の開口５１を形成する。続いて、ポリマシートの各開口５１と電池素子とが対応するように例えば開口５１と同数の電池素子を２枚のポリマシートの間に挟み込む。最後に、例えば減圧雰囲気中において、各々の電池素子を収容するようにポリマシートの外縁部同士を融着すると共に、隣接する電池素子間において、ポリマシートを切断する。なお、本実施の形態においても、各ポリマシート間に封止剤３０を充填することにより、封止剤３０を介して電子素子の側面とポリマシートとが密着するようにする。
【００５５】
このように本実施の形態に係る電池３によれば、負極集電体層５２ｂの長さを負極合剤層５２ａおよび負極集電体層５２ｃよりも長くして、負極集電体層５２ｂを外装部材５０の外部に導出するようにしたので、負極集電体層５２ｂを負極端子として利用することができる。また、第１の実施の形態と同様に、正極集電体層２１ｂを正極端子として利用することができる。よって、簡便な構造とすることができる。また、製造時に、煩雑な端子形成工程やを必要としないことや、外装部材１０の融着に関わる工程を簡素化できることから、生産性を向上させることができる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る電池４の断面構造を表すものである。この電池４は、第１の実施の形態と同様の外装部材１０と、外装部材１０の内部に収容された電極体６０と導電体層７１，７２とを備えている。電極体６０は、例えば、正極６１と負極６２とを電解質（例えば、いわゆる高分子固体電解質）６３を介して積層して構成したものである。
【００５７】
導電体層７１は、例えば、正極６１と外装部材１０との間に、これらとそれぞれ隣接するように配設されており、アルミニウム箔などの金属箔により形成されている。この導電体層７１は、厚さが例えば１０μｍ以上であり、正極６１と電気的に接続されている。外装部材１０の導電体層７１に隣接する領域の一部には、開口１１が設けられており、導電体層７１は、開口１１を介して部分的に露出している。導電体層７１の露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、正極端子として機能するようになっている。また、導電体層７１は、正極６１の集電体としても機能する。
【００５８】
導電体層７２は、例えば、負極６２と外装部材１０との間に、これらとそれぞれ隣接するように配設されており、銅箔などの金属箔により形成されている。この導電体層７２は、厚さが例えば１０μｍ以上であり、負極６２と電気的に接続されている。外装部材１０の導電体層７２に隣接する領域の一部には、開口１２が設けられており、導電体層７２は、開口１２を介して部分的に露出している。導電体層７２の露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、負極端子として機能するようになっている。また、導電体層７２は、負極６２の集電体としても機能する。
【００５９】
なお、導電体層７１，７２は、アルミニウム箔や銅箔に限らず、ニッケル，ステンレスあるいは鉄（Ｆｅ）など導電性を有している材料であれば他の材料により構成することも可能である。
【００６０】
正極６１は、第１の実施の形態の正極２１と同様の正極活物質を含有している。この正極６１は、例えば、第１の実施の形態と同様に、合剤層と集電体層とにより構成されている。また、本実施の形態では、導電体層７１が正極集電体の機能を有しているので、合剤層のみにより構成することもできる。同様に、負極６２においても、合剤層および集電体層により構成することもできるし、合剤層のみにより構成することもできる。ちなみに、負極合剤層は、第１の実施の形態の負極合剤層２２ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【００６１】
なお、電解質６３および封止剤３０は、第１の実施の形態の電解質２３および封止剤３０とそれぞれ同一の構成、作用および効果を有しているので、ここではその説明を省略する。
【００６２】
次に、この電池４の製造方法について説明する。
【００６３】
まず、例えば、第１の実施の形態と同様にして正極合剤スラリーを調製し、この正極合剤スラリーを例えばアルミニウム箔の両面に塗布して乾燥させ、圧縮成型して正極６１を作製する。次いで、第１の実施の形態と同様にして負極合剤スラリーを調製し、この負極合剤スラリーを例えば銅箔の両面に塗布して乾燥させ、圧縮成型して負極６２を作製する。
【００６４】
正極６１および負極６２を作製したのち、例えば第１の実施の形態と同様にして電解質６３を調製し、正極６１および負極６２に電解質６３を塗布する。続いて、正極６１の電解質６３を形成した面と負極６２の電解質６３を形成した面とが対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着する。これにより、正極６１と負極６２とが電解質６３を介して積層された電極体６０が作製される。
【００６５】
次いで、図１０に示したように、ポリマシート１０ｃ，１０ｂを２枚用意し、多数の開口１１，１２をそれぞれ形成する。続いて、各開口１１に対応するように、例えば、開口１１と同数のアルミニウム箔をポリマシート１０ｃに融着して、導電体層７１を形成する。また、各開口１２に対応するように、例えば、開口１２と同数の銅箔をポリマシート１０ｄに融着して、導電体層７２を形成する。
【００６６】
このようにして、ポリマシート１０ｃと導電体層７１、およびポリマシート１０ｄと導電体層７２とをそれぞれ一体化したのち、導電体層７１，７２に対応するように電極体６０をポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとの間に挟み込む。それ以降の工程は、第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
次に、この電池４の作用について説明する。
【００６８】
この電池１では、充電を行うと、正極６１からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質６３を介して負極６２に吸蔵される。放電を行うと、負極６２からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質６３を介して正極６１に吸蔵される。ここでは、導電体層７１が正極端子として、導電体層７２が負極端子としてそれぞれ機能するので、充電の際には、外部からのエネルギーが導電体層７１または導電体層７２を介して電極体６０に供給され、放電の際には、導電体層７１または導電体層７２を介してエネルギーが取り出される。
【００６９】
このように本実施の形態に係る電池４によれば、正極６１と外装部材１０との間に導電体層７１を設け、負極６２と外装部材１０との間に導電体層７２を設け、これらの導電体層７１，７２を部分的に露出させるようにしたので、導電体層７１，７２をそれぞれ電極端子として利用することができる。よって、簡便な構造とすることができる。また、リード線を備える必要がないので、電池４の小型化を図ることができると共に、体積エネルギー密度を向上させることができる。更に、製造時に煩雑な端子形成工程などを必要としないので、容易に製造することができ、生産性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態の電池４においても、例えば開口１１，１２に金ペーストまたは銀ペーストなどをそれぞれ充填することにより、電池同士を連結することができる。
【００７１】
［第４の実施の形態］
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る電池５の平面構造を表すものであり、図１２は、図１１のXII −XII 線に沿った断面構造を表すものである。この電池５は、外装部材８０と、外装部材の内部に収容された電池素子９０とを備えている。なお、外装部材８０の端部と電池素子９０の側面とは、封止材３０を介して密着している。電池素子９０は、例えば、帯状の正極９１と負極９２とが電解質９３を介して積層され、巻回されている。ここでは正極９１を内側にして巻回されており、正極９１の長手方向の長さは、負極９２のそれよりも長くなっている。
【００７２】
正極９１は、例えば正極集電体層９１ｂと、この正極集電体層９１ｂの電解質９３側に設けられた正極合剤層９１ａとを有している。なお、正極集電体層９１ｂおよび正極合剤層９１ａは、第１の実施の形態の正極集電体層２１ｂおよび正極合剤層２１ａと同様にしてそれぞれ構成される。
【００７３】
負極９２は、例えば、正極９１と同様に、負極集電体層９２ｂと、負極集電体層９２ｂの電解質９３側に設けられた負極合剤層９２ａとを有している。なお、負極集電体層９２ｂおよび負極合剤層９２ａは、第１の実施の形態の負極集電体層２２ｂおよび負極合剤層２２ａと同様にしてそれぞれ構成される。
【００７４】
既に述べたように、正極９１の長さは負極９２の長さよりも長いので、巻回された電池素子９０の最外周部側の端部付近には、正極９１と負極９２との間に段差Ｓが生じている。この段差Ｓよりも端部側では、正極９１、より詳細には正極集電体層９１ｂが、電池素子９０の最も外側に位置している。また、段差Ｓよりも端部と反対側では、負極９２、より詳細には負極集電体層９２ｂが、電池素子９０の最も外側に位置している。
【００７５】
本実施の形態では、外装部材８０の、上述した段差Ｓの端部側およびその反対側に対応する領域に、開口８１，８２がそれぞれ設けられており、正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂは、開口８１，８２を介してそれぞれ部分的に露出している。正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂの露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、それぞれ電極端子として機能するようになっている。
【００７６】
なお、電解質９３および封止剤３０は、第１の実施の形態の電解質２３および封止剤３０とそれぞれ同一の構成、作用および効果を有しているので、ここではその説明を省略する。また、本実施の形態に係る電池５の作用は、第１の実施の形態の電池１と同様であるので、その説明は省略する。
【００７７】
このように本実施の形態に係る電池５によれば、正極９１と正極９１よりも長さが短い負極９２とを巻回して、最外周部側の端部近傍において、外装部材の開口８１，８１を介して正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂをそれぞれ部分的に露出させるようにしたので、正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂをそれぞれ電極端子として利用することができる。
【００７８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第１ないし第３の実施の形態では、レーザなどを用いてポリマシート１０ｃ，１０ｄを切断するようにしたが、その際、図１３に示したように、切断する箇所に、予めミシン（ステッチ）Ｍを入れておくと、ポリマシートを容易に切断することができる。このとき、集電体層あるいは導電体層のパターンが、ミシンＭとミシンＭとの間隔よりも小さくなるように、ミシンＭを所定の間隔で設けることが好ましい。各ポリマシート１０ｃ，１０ｄを融着し、電池素子２０（電極体６０）を封止する際ののりしろを設けることができるからである。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、マトリクス高分子化合物にリチウム塩を分散させた電解質を用いるようにしたが、固体状の無機電解質を用いるようにしてもよい。また、高分子化合物に電解液を保持させたゲル状に電解質を用いることもできる。但し、その場合には、水分が少なく、粘度の高いものであることが好ましい。
【００８０】
また、上記各実施の形態では、正極集電体層をアルミニウム箔により構成し、負極集電体層を銅箔により構成するようにしたが、各集電体層は、電気化学的に安定な他の導電性材料により構成するようにしてもよい。このような材料としては、例えば、ニッケルおよびステンレスが挙げられる。
【００８１】
また、上記各実施の形態では、外装部材同士を融着により密着させる場合について説明したが、接着剤を用いて密着させる方法などの他の方法を用いて密着させるようにしてもよい。
【００８２】
また、上記各実施の形態では、露出部分を有する集電体層あるいは導電体層と外装部材とが隣接している場合について説明したが、集電体層あるいは導電体層と外装部材との間に他の層が設けられていても、外装部材の開口を介して、集電体層あるいは導電体層が部分的に露出するようにすれば、本発明の効果を得ることができる。
【００８３】
更に、上記第３実施の形態では、正極６１および負極６２の両方の側に導電体層７１，７２を設けるようにしたが、第２の実施の形態と同様にして、一方の電極においては、集電体層を外装部材の外部に導出して、これを電極端子とするようにしてもよい。
【００８４】
加えて、上記各実施の形態では、負極においてリチウムを吸蔵・離脱する二次電池（リチウムイオン二次電池）を例に挙げて説明したが、本発明は、リチウムイオン以外の電荷担体を用いた電池についても広く適用される。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池によれば、巻回構造を有する電池素子の最外周部側の端部付近に負極と正極との間に段差を設け、かつ、外装部材の片面に段差を間にしてその両側にそれぞれ開口を設け、正極および負極の各集電体層をそれぞれ開口を介して電極端子として外部に露出させるようにしたので、集電体層を電極端子として利用することができる。よって、電極端子としてのリード線などを備える必要がなく、簡便な構造とすることができるという効果を奏する。また、電池の小型化を図ることができると共に、体積エネルギー密度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電池の構成を表す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した電池の正極の変形例に係る正極の構造を表す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電池の製造方法の一工程を説明するための平面図である。
【図５】図４に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図７】図１に示した電池を連結させた際の構成を表す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電池の構成を表す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電池の構成を表す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る電池の製造方法の一工程を説明するための平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る電池の構成を表す平面図である。
【図１２】図１１のXII −XII 線に沿った断面図である。
【図１３】本発明の第１〜第３の実施の形態に係る電池の他の製造方法の一工程を説明するための平面図である。
【図１４】従来の電池の一構成例を表す断面図である。
【符号の説明】
１，３，４，５…電池、２…連結部、１０，５０，８０…外装部材、１０ｃ，１０ｄ…ポリマシート、１１，１２，５１，８１，８２…開口、２０，９０…電池素子、２１，２１Ａ，６１，９１…正極、２１ａ，２１ｄ，９１ａ…正極合剤層、２１ｂ，２１ｃ，９１ｂ…正極集電体層、２２，９２…負極、２２ａ，９２ａ…負極合剤層、２２ｂ，９２ｂ…負極集電体層、２３，６３，９３…電解質、３０…封止剤、６０…電極体、７１，７２…導電体層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery in which a battery element including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode is covered with an exterior member, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, portable electronic devices such as camera-integrated VTRs (video tape recorders), mobile phones or laptop computers are rapidly spreading, and as devices of such electronic devices, further electrochemical devices are used. There is a need for higher performance.
[0003]
Conventionally, in an electrochemical device such as a secondary battery, a liquid electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in water or a flammable organic solvent (hereinafter referred to as an electrolytic solution) has been used as a substance that controls ion conduction. .
[0004]
FIG. 14 shows an example of the structure of a conventional secondary battery. This secondary battery is called a so-called cylindrical type, and is substantially hollow cylindrical, and a strip-like positive electrode 121 and a negative electrode 122 are electrolyzed inside a battery can 111 having one end closed and the other end open. It has a wound electrode body 120 wound through a separator 123 impregnated with a liquid (not shown). Inside the battery can 111, a pair of insulating plates 112 and 113 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 120, respectively. A battery lid 114, a safety valve mechanism 115 provided inside the battery lid 114, and a PTC (Positive Temperature Coefficient) element 116 are attached to the open end of the battery can 111 by caulking via a gasket 117. The inside of the battery can 111 is sealed.
[0005]
The wound electrode body 120 is wound around a center pin 124, and a positive electrode lead 125 is drawn from the positive electrode 121 and a negative electrode lead 126 is drawn from the negative electrode 122. The positive electrode lead 125 is electrically connected to the battery lid 114 by being welded to the safety valve mechanism 115, and the negative electrode lead 126 is welded and electrically connected to the battery can 111.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional secondary battery, there is a problem such as leakage because the electrolyte is used, and it is necessary to strictly ensure airtightness using the metal battery can 111 and the battery lid 114. For this purpose, the positive electrode lead 125 and the negative electrode lead 126 are attached through a complicated process such as welding. That is, in general, the conventional secondary battery has a problem that the weight is large, the manufacturing process is complicated, and the degree of freedom in shape is low.
[0007]
Therefore, it is desired to develop a battery having a simple structure that does not require a complicated manufacturing process by using a so-called solid electrolyte that has been actively researched recently.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a battery having a simple structure and easily manufactured, and a method for manufacturing the battery.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The battery according to the present invention comprisesEach has a belt-like current collector layerPositive and negative electrodesA battery element having a structure in which an electrolyte is laminated and woundIs covered with an exterior memberFlat shapeA battery,The length of the positive electrode in the longitudinal direction is longer than that of the negative electrode, and there is a step between the negative electrode and the positive electrode near the end on the outermost peripheral side of the battery element, with a step on one side of the exterior member. Openings are provided on both sides thereof, and the current collector layers of the positive electrode and the negative electrode are exposed to the outside as electrode terminals through the openings.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, an example of a secondary battery that occludes / releases lithium (Li) in the negative electrode will be described.
[0018]
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a planar structure of the battery 1 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a cross-sectional structure taken along line II-II in FIG. The battery 1 includes an exterior member 10 and a battery element 20 accommodated in the exterior member 10. The battery element 20 includes, for example, a thin plate-like positive electrode 21 having a positive electrode mixture layer 21a and a positive electrode current collector layer 21b, and a thin plate negative electrode 22 having a negative electrode mixture layer 22a and a negative electrode current collector layer 22b. 23 are stacked.
[0019]
The exterior member 10 is composed of, for example, two rectangular films 10a and 10b (see FIG. 2). These two films 10a and 10b have the same size, for example, and their outer edge portions are in close contact with each other by fusion or an adhesive. The space between the end of the exterior member 10 and the battery element 20 is filled with a sealing material 30, and the exterior member 10 and the electronic element 20 are in close contact with each other through the sealing material 30. .
[0020]
An opening 11 is provided in a portion of the exterior member 10 adjacent to the positive electrode 21, more specifically, the positive electrode current collector layer 21b. Moreover, the opening 12 is provided in the part adjacent to the negative electrode 22, more specifically the negative electrode collector layer 22b. Therefore, the positive electrode current collector layer 21 b and the negative electrode current collector layer 22 b are partially exposed through these openings 11 and 12. The exposed portions of the positive electrode current collector layer 21b and the negative electrode current collector layer 22b can be electrically connected to the outside, and each function as an electrode terminal.
[0021]
1 and 2 show the rectangular openings 11 and 12, the shape of the openings 11 and 12 is not limited to a square, and may be other shapes such as a circular shape. Further, the shapes of the opening 11 and the opening 12 may be different from each other.
[0022]
The exterior member 10 (films 10a and 10b) is formed of, for example, a laminate film in which a polymer compound film, a metal film, and a polymer compound film are bonded together in this order. Examples of the constituent material of the polymer compound film include polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene, nylon (polyamide-based synthetic resin), vinyl acetate-based resin, acrylic resin, and epoxy resin. The metal film preferably has a function of preventing outside air (particularly moisture) from entering the exterior member 10, and aluminum (Al) foil or the like is suitable. The reason why the outside air is prevented from entering is to prevent the battery performance from being deteriorated due to the reaction between water and nitrogen contained in the outside air and lithium.
[0023]
The exterior member 10 can also be constituted by a film made of only a polymer compound, for example, having a thickness of about 50 μm, instead of the laminate film described above. When such a thin film is used, the volume energy density of the battery 1 can be increased as compared with the case where an exterior member made of a metal material or a laminate film is used. In addition, there is also an advantage that it can be easily fused in an exterior member fusion process at the time of manufacturing, which will be described later. In addition, as a high molecular compound, the thing similar to the constituent material of the high molecular compound film | membrane of the laminate film mentioned above can be used.
[0024]
The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode mixture layer 21a is provided on the surface of the positive electrode current collector layer 21b made of aluminum foil on the electrolyte 23 side. The positive electrode mixture layer 21a includes, for example, a positive electrode active material, a conductive agent such as graphite, and a binder such as polyvinylidene fluoride. As the positive electrode active material, for example, lithium composite oxide or lithium composite sulfide is preferable. In particular, to increase the energy density, Li_xMO₂A lithium composite oxide mainly composed of is preferable. M is preferably one or more transition metals, and specifically, at least one of cobalt (Co), nickel (Ni), and manganese (Mn) is preferable. Further, x is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.12. In addition to functioning as a current collector, the positive electrode current collector layer 21b also plays a role of preventing outside air from entering.
[0025]
The positive electrode 21 is not limited to the structure shown in FIG. 2, and may have another structure as long as the positive electrode current collector layer 21 b is provided closest to the exterior member 10. For example, as shown in FIG. 3, in addition to the positive electrode current collector layer 21b and the positive electrode mixture layer 21a, the positive electrode current collector layer 21c and the positive electrode mixture layer 21d are further provided on the electrolyte side of the positive electrode mixture layer 21a. Alternatively, the positive electrode 21A may have a structure in which are alternately provided. Incidentally, FIG. 3 shows an example in which two positive electrode current collector layers 21c and two positive electrode mixture layers 21d are provided, but one positive electrode current collector layer 21c and one positive electrode mixture layer 21d are provided. Or three or more layers may be provided.
[0026]
The negative electrode 22 has a structure in which a negative electrode mixture layer 22a is provided on the surface of the negative electrode current collector layer 22b made of copper (Cu) foil on the electrolyte 23 side, for example. The negative electrode mixture layer 22a includes, for example, a material capable of inserting and extracting lithium and a binder such as polyvinylidene fluoride. Examples of the material capable of inserting and extracting lithium include a material including one or more of carbonaceous materials, metal oxides, and polymer materials. Among these, a carbonaceous material is preferable because a change in crystal structure that occurs during charge and discharge is very small. Examples of the carbonaceous material include pyrolytic carbons, pitch coke, needle coke, petroleum coke and coke such as coal coke, graphites, glassy carbons, and organic polymer compound fired bodies (for example, phenol resin). Or what baked furan resin), carbon fiber, activated carbon, etc. are mentioned. As the metal oxide, tin oxide (SnO₂And the like, and examples of the polymer material include polyacetylene and polypyrrole. Incidentally, it is also possible to use lithium metal or lithium alloy instead of these negative electrode materials.
[0027]
The negative electrode 22 is not limited to the structure shown in FIG. 2, and similarly to the positive electrode 21, as long as the negative electrode current collector layer 22 b is provided closest to the exterior member 10, the negative electrode 22 has another structure. Also good.
[0028]
The electrolyte 23 is, for example, a so-called polymer solid electrolyte in which a lithium salt is dispersed as an electrolyte salt in a matrix polymer compound. Since this polymer solid electrolyte has an excellent film formability, the degree of freedom in shape selectivity increases when it is used.
[0029]
Examples of the matrix polymer compound include polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, a copolymer of vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene, or a copolymer of vinylidene fluoride and trifluoroethylene. Suitable are fluorine-based polymer compounds such as polymers, ether-based polymer compounds such as polyethylene oxide or its crosslinked products, ester-based polymer compounds such as polymethacrylate, or acrylate-based polymer compounds. A seed or a mixture of two or more is used.
[0030]
Examples of the lithium salt include LiPF.₆, LiBF_Four, LiClO_Four, LiAsF₆, LiB (C₆H_Five)_Four, LiCl, LiBr, LiCH_ThreeSO_Three, LiCF_ThreeSO_Three, LiN (CF_ThreeSO_Three)₂, LiC_FourF₉SO_Three, LiCF_ThreeCO₂, LiN (CF_ThreeCO₂)₂Are suitable, and one or more of these may be used as a mixture.
[0031]
Next, a method for manufacturing the battery 1 will be described.
[0032]
First, a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, which is dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to obtain a positive electrode mixture slurry. The positive electrode 21 is produced by applying to one side of the positive electrode current collector layer 21b made of aluminum foil, drying and compression molding to form the positive electrode mixture layer 21a.
[0033]
Next, for example, a material capable of inserting and extracting lithium and a binder are mixed and dispersed in a solvent such as N-methylpyrrolidone to form a negative electrode mixture slurry. The negative electrode 22 is produced by applying to one side of the negative electrode current collector layer 22b made of foil, drying and compression molding to form the negative electrode mixture layer 22a.
[0034]
When the positive electrode 21A having a structure having a plurality of mixture layers and current collector layers as shown in FIG. 3 is produced, the positive electrode mixture layer 22a is further opposite to the positive electrode current collector layer 22b. A positive electrode current collector layer 21c and a positive electrode mixture layer 21d are sequentially formed on the surface.
[0035]
After producing the positive electrode 21 and the negative electrode 22, for example, an ether-based polymer compound such as polyethylene oxide, a lithium salt, and a solvent are prepared. Subsequently, these are mixed, and the resulting mixed solution is applied to the positive electrode mixture layer 21a and the negative electrode mixture layer 22a and left for a predetermined time, and then dried at 80 ° C. for 10 minutes in a reduced pressure atmosphere, for example. Thus, the solvent is removed to obtain a so-called solid polymer electrolyte (electrolyte 23) in which a lithium salt is dispersed in a polymer compound. Here, when the mixed solution is applied, the positive electrode mixture layer 21a and the negative electrode mixture layer 22a are preferably impregnated with the mixed solution. Thereby, part of the electrolyte enters the positive electrode mixture layer 21a and the negative electrode mixture layer 22a, and the adhesion strength between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and the electrolyte 23 is increased. Therefore, the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the electrolyte 23 This is because the electrical contact state is improved.
[0036]
The ether polymer compound is preferably an amorphous polymer having low crystallinity such as a compound having a side chain such as oligo-oxyethylene or a random copolymer of ethylene oxide and propylene oxide. Furthermore, it is preferable to use those having a crosslinkable functional group such as an acrylate group, an active hydrogen group or an allyl group at the end of the polymer chain.
[0037]
After the electrolyte 23 is formed, these are overlapped so that the surface of the positive electrode 21 on which the electrolyte 23 is formed and the surface of the negative electrode 22 on which the electrolyte 23 is formed, and further crimped. Thereby, the battery element 20 in which the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated via the electrolyte 23 is manufactured.
[0038]
Next, as shown in FIG. 4, for example, two polymer sheets 10c and 10d made of polyethylene or polypropylene as the exterior member 10 are prepared. After that, a large number of, for example, rectangular openings 11 are formed in the polymer sheet 10c, and a large number of, for example, rectangular openings 12 are formed in the polymer sheet 10d. Specifically, for example, by opening the polymer sheets 10c and 10d with a cutter having a predetermined opening shape, the openings 11 and 12 are spaced at predetermined intervals in the width direction and the longitudinal direction of the polymer sheets 10c and 10d. Respectively.
[0039]
As already described, the shape of the openings 11 and 12 is not limited to a quadrangle, and may be other shapes, and the area and the formation position can be appropriately set. Depending on the shape of the openings 11 and 12, the shape, area and position of the electrode terminal can be made desired.
[0040]
After forming the openings 11 and 12 in the polymer sheets 10c and 10d, as shown in FIG. 5, the openings 11 and 12 and the openings 11 and 12 correspond to the openings 11 of the polymer sheet 10c and the openings 12 of the polymer sheet 10d, for example. The same number of battery elements 20 are sandwiched between the polymer sheet 10c and the polymer sheet 10d. At this time, the electronic element 20 is disposed so that the polymer sheet 10c and the positive electrode current collector layer 21b are in contact with each other, and the polymer sheet 10d and the negative electrode current collector layer 22b are in contact with each other. As a result, the positive electrode current collector layer 21 b is exposed from the opening 11, and the negative electrode current collector layer 22 b is exposed from the opening 12. 5 corresponds to a cross section taken along the line VV in FIG.
[0041]
Finally, as shown in FIG. 6, for example, in a reduced pressure atmosphere, the polymer sheet 10c and the polymer sheet 10d are fused so as to accommodate each battery element 20, and between the adjacent battery elements 20, The polymer sheets 10c and 10d are cut. Here, the side surface of the battery element 20 and the polymer sheets 10c and 10d are brought into close contact with each other through the sealant 30 by filling the sealant 30 between the polymer sheets. At this time, if laser irradiation is performed, the polymer sheet 10c and the polymer sheet 10d can be heat-sealed, and the polymer sheets 10c and 10d can be cut. Therefore, it is preferable to use a laser. Incidentally, as a fusion method, a simple method such as a method of applying heat to the polymer sheets 10c and 10d or propagating ultrasonic waves for heat fusion can be used.
[0042]
Next, the operation of the battery 1 will be described.
[0043]
In the battery 1, when charged, lithium is separated from the positive electrode 21 as an ion, and is inserted in the negative electrode 22 through the electrolyte 23. When discharging is performed, lithium is separated from the negative electrode 22 as ions, and is inserted into the positive electrode 21 through the electrolyte 23. Here, since the positive electrode current collector layer 21b functions as a positive electrode terminal and the negative electrode current collector layer 22b functions as a negative electrode terminal, energy from the outside is applied to the positive electrode current collector layer 21b or the negative electrode current collector during charging. Energy is taken out through the positive electrode current collector layer 21b or the negative electrode current collector layer 22b when supplied to the battery element 20 from the body layer 22b and discharged.
[0044]
As described above, according to the battery 1 according to the present embodiment, the positive electrode current collector layer is formed by using the so-called polymer solid electrolyte that does not cause leakage as the electrolyte 23 and providing the openings 11 and 12 in the exterior member 10. Since 21b and the negative electrode collector layer 22b are partially exposed, the positive electrode collector layer 21b and the negative electrode collector layer 22b can be used as electrode terminals, respectively. Therefore, it is not necessary to provide a lead wire unlike a conventional battery, and a simple structure can be obtained. Moreover, since a complicated terminal formation process is not required at the time of manufacture, it can be manufactured easily and productivity can be improved. Furthermore, productivity can be improved also from the point which can simplify the process regarding melt | fusion of the exterior member 10. FIG.
[0045]
Moreover, since it is not necessary to provide a lead wire, the battery 1 can be reduced in size and the volume energy density can be improved.
[0046]
Note that the battery 1 having the above-described configuration can be connected in series via a connecting portion 2 formed by filling the opening with a gold paste or a silver paste, as shown in FIG. it can. As described above, since the battery 1 according to the present embodiment has a small thickness in the electrode stacking direction, it is effective when used when a battery pack including a plurality of batteries 1 is configured by stacking and connecting the batteries 1. It is.
[0047]
[Second Embodiment]
FIG. 8 shows a cross-sectional structure of the battery 3 according to the second embodiment of the present invention. The battery 3 is the same as the first embodiment except that the battery 3 is provided with an external member 50 instead of the external member 10 of the battery 1 of the first embodiment, and the negative electrode 52 is provided instead of the negative electrode 22. It has the same structure, operation and effect as the form. Accordingly, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0048]
The negative electrode 52 includes, for example, a negative electrode current collector layer 52b that functions as a negative electrode terminal, a negative electrode mixture layer 52a provided on the surface of the negative electrode current collector layer 52b on the electrolyte 23 side, and a negative electrode current collector layer 52b. Also includes a negative electrode current collector layer 52c and a negative electrode mixture layer 52a provided on the exterior member 50 side. The constituent materials of the negative electrode mixture layer 52a and the negative electrode current collector layers 52b and 52c are, for example, the same as the constituent materials of the negative electrode mixture layer 22a and the negative electrode current collector layer 22b of the first embodiment. Can be used respectively.
[0049]
The negative electrode current collector layer 52 b is led out from the inside of the exterior member 50 to the outside through a joint portion at the end of the exterior member 50. The negative electrode current collector layer 52b and the exterior member 50 are sufficiently in close contact with each other so that intrusion of outside air is prevented. The negative electrode current collector layer 52b is preferably mesh-shaped. This is because the adhesion to the exterior member 50 can be improved.
[0050]
In the present embodiment, since the negative electrode current collector layer 52b led out of the exterior member 50 serves as a negative electrode terminal, an opening (corresponding to the opening 12 in the first embodiment) is provided on the negative electrode side of the exterior member 50. Opening) is not provided. An opening 51 similar to that in the first embodiment is provided on the positive electrode side.
[0051]
Next, a method for manufacturing the battery 3 will be described.
[0052]
First, the positive electrode 21 is produced in the same manner as in the first embodiment. Next, after preparing a negative electrode mixture slurry in the same manner as in the first embodiment, this negative electrode mixture slurry is applied to both surfaces of the negative electrode current collector layer 52b made of, for example, copper foil, and dried. The negative electrode mixture layer 52a is formed by compression molding. Subsequently, for example, a copper foil is disposed on the surface of one negative electrode mixture layer 52a opposite to the negative electrode current collector layer 52b to form a negative electrode current collector layer 52c, and the negative electrode mixture layer 52a and the negative electrode current collector are further provided. The layer 52c is sequentially formed to produce the negative electrode 52.
[0053]
After preparing the positive electrode 21 and the negative electrode 52, the electrolyte 23 is applied to the surfaces of the positive electrode mixture layer 21a and the negative electrode mixture layer 52a, for example, and these are applied so that the surfaces of the positive electrode 21 and the negative electrode 52 applied with the electrolyte 23 face each other. Superimpose and press.
[0054]
Next, for example, two polymer sheets made of polyethylene or polypropylene as the exterior member 50 are prepared. After that, for example, a large number of openings 51 are formed in one polymer sheet in the same manner as in the first embodiment. Subsequently, for example, the same number of battery elements as the openings 51 are sandwiched between two polymer sheets so that each opening 51 of the polymer sheet corresponds to the battery element. Finally, for example, in a reduced-pressure atmosphere, the outer edges of the polymer sheets are fused to accommodate each battery element, and the polymer sheet is cut between adjacent battery elements. Also in the present embodiment, the side surface of the electronic element and the polymer sheet are in close contact with each other through the sealing agent 30 by filling the sealing sheet 30 between the polymer sheets.
[0055]
Thus, according to the battery 3 according to the present embodiment, the length of the negative electrode current collector layer 52b is longer than that of the negative electrode mixture layer 52a and the negative electrode current collector layer 52c, and the negative electrode current collector layer 52b is Since it led out to the exterior of the exterior member 50, the negative electrode collector layer 52b can be utilized as a negative electrode terminal. Further, as in the first embodiment, the positive electrode current collector layer 21b can be used as a positive electrode terminal. Therefore, a simple structure can be obtained. Moreover, since a complicated terminal formation process is not needed at the time of manufacture, and the process related to the fusion | bonding of the exterior member 10 can be simplified, productivity can be improved.
[0056]
[Third Embodiment]
FIG. 9 shows a cross-sectional structure of the battery 4 according to the third embodiment of the present invention. The battery 4 includes an exterior member 10 similar to that of the first embodiment, an electrode body 60 and conductor layers 71 and 72 housed inside the exterior member 10. The electrode body 60 is configured, for example, by laminating a positive electrode 61 and a negative electrode 62 via an electrolyte (for example, a so-called polymer solid electrolyte) 63.
[0057]
For example, the conductor layer 71 is disposed between the positive electrode 61 and the exterior member 10 so as to be adjacent to each other, and is formed of a metal foil such as an aluminum foil. The conductor layer 71 has a thickness of 10 μm or more, for example, and is electrically connected to the positive electrode 61. An opening 11 is provided in a part of a region adjacent to the conductor layer 71 of the exterior member 10, and the conductor layer 71 is partially exposed through the opening 11. The exposed portion of the conductor layer 71 can be electrically connected to the outside and functions as a positive electrode terminal. The conductor layer 71 also functions as a current collector for the positive electrode 61.
[0058]
For example, the conductor layer 72 is disposed between the negative electrode 62 and the exterior member 10 so as to be adjacent to each other, and is formed of a metal foil such as a copper foil. The conductor layer 72 has a thickness of 10 μm or more, for example, and is electrically connected to the negative electrode 62. An opening 12 is provided in a part of the region adjacent to the conductor layer 72 of the exterior member 10, and the conductor layer 72 is partially exposed through the opening 12. The exposed portion of the conductor layer 72 can be electrically connected to the outside and functions as a negative electrode terminal. The conductor layer 72 also functions as a current collector for the negative electrode 62.
[0059]
The conductor layers 71 and 72 are not limited to aluminum foil and copper foil, but may be composed of other materials as long as they have conductivity such as nickel, stainless steel, or iron (Fe). .
[0060]
The positive electrode 61 contains the same positive electrode active material as the positive electrode 21 of the first embodiment. For example, the positive electrode 61 includes a mixture layer and a current collector layer, as in the first embodiment. Moreover, in this Embodiment, since the conductor layer 71 has the function of a positive electrode electrical power collector, it can also be comprised only with a mixture layer. Similarly, the negative electrode 62 can also be composed of a mixture layer and a current collector layer, or can be composed of only a mixture layer. Incidentally, the negative electrode mixture layer can be formed using the same material as that of the negative electrode mixture layer 22b of the first embodiment.
[0061]
The electrolyte 63 and the sealing agent 30 have the same configuration, operation, and effect as the electrolyte 23 and the sealing agent 30 of the first embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted here.
[0062]
Next, a method for manufacturing the battery 4 will be described.
[0063]
First, for example, a positive electrode mixture slurry is prepared in the same manner as in the first embodiment, and this positive electrode mixture slurry is applied to, for example, both surfaces of an aluminum foil, dried, and compression molded to produce the positive electrode 61. Next, a negative electrode mixture slurry is prepared in the same manner as in the first embodiment, and this negative electrode mixture slurry is applied to, for example, both surfaces of a copper foil, dried, and compression molded to produce the negative electrode 62.
[0064]
After producing the positive electrode 61 and the negative electrode 62, for example, the electrolyte 63 is prepared in the same manner as in the first embodiment, and the electrolyte 63 is applied to the positive electrode 61 and the negative electrode 62. Subsequently, these are superposed and pressure-bonded so that the surface of the positive electrode 61 on which the electrolyte 63 is formed and the surface of the negative electrode 62 on which the electrolyte 63 is formed face each other. Thereby, the electrode body 60 in which the positive electrode 61 and the negative electrode 62 are laminated via the electrolyte 63 is produced.
[0065]
Next, as shown in FIG. 10, two polymer sheets 10c and 10b are prepared, and a large number of openings 11 and 12 are formed, respectively. Subsequently, for example, the same number of aluminum foils as the openings 11 are fused to the polymer sheet 10 c so as to correspond to the openings 11 to form the conductor layer 71. Further, for example, the conductor layer 72 is formed by fusing the same number of copper foils as the openings 12 to the polymer sheet 10 d so as to correspond to the openings 12.
[0066]
In this way, after the polymer sheet 10c and the conductor layer 71, and the polymer sheet 10d and the conductor layer 72 are integrated, respectively, the electrode body 60 is connected to the polymer sheet 10c so as to correspond to the conductor layers 71 and 72. It is sandwiched between the polymer sheet 10d. The subsequent steps are the same as those in the first embodiment.
[0067]
Next, the operation of the battery 4 will be described.
[0068]
In the battery 1, when charged, lithium is released from the positive electrode 61 as ions, and is inserted in the negative electrode 62 through the electrolyte 63. When discharging is performed, lithium is separated from the negative electrode 62 as ions, and is inserted into the positive electrode 61 through the electrolyte 63. Here, since the conductor layer 71 functions as a positive electrode terminal and the conductor layer 72 functions as a negative electrode terminal, energy from the outside passes through the conductor layer 71 or the conductor layer 72 during charging. The energy is taken out via the conductor layer 71 or the conductor layer 72 during discharge.
[0069]
Thus, according to the battery 4 according to the present embodiment, the conductor layer 71 is provided between the positive electrode 61 and the exterior member 10, and the conductor layer 72 is provided between the negative electrode 62 and the exterior member 10. Since the conductive layers 71 and 72 are partially exposed, the conductive layers 71 and 72 can be used as electrode terminals, respectively. Therefore, a simple structure can be obtained. Moreover, since it is not necessary to provide a lead wire, the battery 4 can be reduced in size and the volume energy density can be improved. Furthermore, since a complicated terminal formation process is not required at the time of manufacture, it can be manufactured easily and productivity can be improved.
[0070]
Also in the battery 4 of the present embodiment, the batteries can be connected to each other by, for example, filling the openings 11 and 12 with gold paste or silver paste, respectively.
[0071]
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 shows a planar structure of the battery 5 according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 12 shows a cross-sectional structure taken along line XII-XII in FIG. The battery 5 includes an exterior member 80 and a battery element 90 housed inside the exterior member. The end portion of the exterior member 80 and the side surface of the battery element 90 are in close contact with each other through the sealing material 30. In the battery element 90, for example, a strip-like positive electrode 91 and a negative electrode 92 are stacked via an electrolyte 93 and wound. Here, the positive electrode 91 is wound inside, and the length of the positive electrode 91 in the longitudinal direction is longer than that of the negative electrode 92.
[0072]
The positive electrode 91 includes, for example, a positive electrode current collector layer 91b and a positive electrode mixture layer 91a provided on the electrolyte 93 side of the positive electrode current collector layer 91b. The positive electrode current collector layer 91b and the positive electrode mixture layer 91a are configured in the same manner as the positive electrode current collector layer 21b and the positive electrode mixture layer 21a of the first embodiment, respectively.
[0073]
The negative electrode 92 includes, for example, a negative electrode current collector layer 92b and a negative electrode mixture layer 92a provided on the electrolyte 93 side of the negative electrode current collector layer 92b, like the positive electrode 91. The negative electrode current collector layer 92b and the negative electrode mixture layer 92a are respectively configured in the same manner as the negative electrode current collector layer 22b and the negative electrode mixture layer 22a of the first embodiment.
[0074]
As described above, since the length of the positive electrode 91 is longer than the length of the negative electrode 92, there is a step between the positive electrode 91 and the negative electrode 92 in the vicinity of the end on the outermost peripheral side of the wound battery element 90. S has occurred. On the end side of the step S, the positive electrode 91, more specifically, the positive electrode current collector layer 91 b is located on the outermost side of the battery element 90. Further, on the side opposite to the end portion with respect to the step S, the negative electrode 92, more specifically, the negative electrode current collector layer 92 b is located on the outermost side of the battery element 90.
[0075]
In the present embodiment, openings 81 and 82 are respectively provided in regions corresponding to the end portion side of the above-described step S and the opposite side of the exterior member 80, and the positive electrode current collector layer 91 b and the negative electrode current collector are provided. The body layer 92b is partially exposed through the openings 81 and 82, respectively. The exposed portions of the positive electrode current collector layer 91b and the negative electrode current collector layer 92b can be electrically connected to the outside, and each function as an electrode terminal.
[0076]
The electrolyte 93 and the sealing agent 30 have the same configuration, function, and effect as the electrolyte 23 and the sealing agent 30 of the first embodiment, respectively, and thus description thereof is omitted here. Moreover, since the effect | action of the battery 5 which concerns on this Embodiment is the same as that of the battery 1 of 1st Embodiment, the description is abbreviate | omitted.
[0077]
Thus, according to the battery 5 according to the present embodiment, the positive electrode 91 and the negative electrode 92 shorter in length than the positive electrode 91 are wound, and in the vicinity of the end on the outermost peripheral side, the openings 81, Since the positive electrode current collector layer 91b and the negative electrode current collector layer 92b are partially exposed via 81, the positive electrode current collector layer 91b and the negative electrode current collector layer 92b are used as electrode terminals, respectively. Can do.
[0078]
While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be variously modified. For example, in the first to third embodiments, the polymer sheets 10c and 10d are cut using a laser or the like. At that time, as shown in FIG. If (stitch) M is inserted, the polymer sheet can be easily cut. At this time, it is preferable to provide the sewing machine M at a predetermined interval so that the pattern of the current collector layer or the conductor layer is smaller than the interval between the sewing machine M and the sewing machine M. This is because each polymer sheet 10c, 10d can be fused to provide a margin for sealing the battery element 20 (electrode body 60).
[0079]
In each of the above embodiments, an electrolyte in which a lithium salt is dispersed in a matrix polymer compound is used. However, a solid inorganic electrolyte may be used. Alternatively, the electrolyte can be used in a gel form in which an electrolytic solution is held in a polymer compound. However, in that case, it is preferable that the water content is low and the viscosity is high.
[0080]
In each of the above embodiments, the positive electrode current collector layer is made of aluminum foil, and the negative electrode current collector layer is made of copper foil. However, each current collector layer is electrochemically stable. You may make it comprise with another electroconductive material. Examples of such a material include nickel and stainless steel.
[0081]
In each of the above embodiments, the case where the exterior members are brought into close contact with each other by fusion is described. However, the exterior members may be brought into close contact with each other using a method such as using an adhesive.
[0082]
In each of the above embodiments, the case where the collector layer or conductor layer having an exposed portion and the exterior member are adjacent to each other has been described. Even if other layers are provided, the effect of the present invention can be obtained if the current collector layer or the conductor layer is partially exposed through the opening of the exterior member.
[0083]
Further, in the third embodiment, the conductor layers 71 and 72 are provided on both sides of the positive electrode 61 and the negative electrode 62. However, as in the second embodiment, in one electrode, The current collector layer may be led out of the exterior member and used as an electrode terminal.
[0084]
In addition, in each of the above embodiments, the secondary battery (lithium ion secondary battery) that occludes / releases lithium in the negative electrode has been described as an example. However, the present invention uses a charge carrier other than lithium ions. It is also widely applied to batteries.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the battery of the present invention,A step is provided between the negative electrode and the positive electrode in the vicinity of the end on the outermost peripheral side of the battery element having a winding structure, and a step is provided on one side of the exterior member, and openings are provided on both sides thereof. Each current collector layer of the negative electrode is exposed to the outside as an electrode terminal through an opening.Since it did in this way, a collector layer can be utilized as an electrode terminal. Therefore, there is no need to provide a lead wire as an electrode terminal, and an effect is achieved that a simple structure can be obtained. In addition, the battery can be miniaturized and the volume energy density can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view illustrating a configuration of a battery according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
3 is a cross-sectional view showing the structure of a positive electrode according to a modification of the positive electrode of the battery shown in FIG.
FIG. 4 is a plan view for explaining one step in the method for manufacturing the battery according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing step subsequent to FIG. 4;
6 is a cross-sectional view for illustrating a manufacturing step subsequent to FIG. 5. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a configuration when the batteries shown in FIG. 1 are connected. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a battery according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a battery according to a third embodiment of the invention.
FIG. 10 is a plan view for explaining one step in the battery manufacturing method according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view illustrating a configuration of a battery according to a fourth embodiment of the invention.
12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG.
FIG. 13 is a plan view for explaining one step in another method for manufacturing the battery according to the first to third embodiments of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a conventional battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 3, 4, 5 ... Battery, 2 ... Connection part, 10, 50, 80 ... Exterior member, 10c, 10d ... Polymer sheet, 11, 12, 51, 81, 82 ... Opening, 20, 90 ... Battery element, 21, 21A, 61, 91 ... positive electrode, 21a, 21d, 91a ... positive electrode mixture layer, 21b, 21c, 91b ... positive electrode current collector layer, 22, 92 ... negative electrode, 22a, 92a ... negative electrode mixture layer, 22b, 92b ... negative electrode current collector layer, 23, 63, 93 ... electrolyte, 30 ... sealant, 60 ... electrode body, 71, 72 ... conductor layer

Claims

A battery element having a structure in which a positive electrode and a negative electrode each having a belt-shaped current collector layer are laminated with an electrolyte interposed therebetween and wound is covered with an exterior member, and is a flat battery.
The length of the positive electrode in the longitudinal direction is longer than that of the negative electrode, and has a step between the negative electrode and the positive electrode in the vicinity of the outermost peripheral portion of the battery element. The battery has openings on both sides thereof with a step therebetween, and the current collector layers of the positive electrode and the negative electrode are exposed to the outside as electrode terminals through the openings .

The electrolyte contains an electrolyte salt and a polymer compound, cell 請 Motomeko 1 wherein.

The outer member contains a polymer compound, cell 請 Motomeko 1 wherein.

The outer member is constituted by a laminate film,請 Motomeko batteries according.

The outer member is constituted by a film made of a polymer compound,請 Motomeko batteries according.

The current collector layer is formed of a metal foil, battery 請 Motomeko 1 wherein.