JP4572266B2 - 薄形リチウム二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は、薄形リチウム二次電池及びその製造方法に関するものであり、より詳細には、薄形リチウム二次電池の電極の改良及び該電極の改良方法に関するものである。
【0002】
【背景技術】
近年、携帯電話、PHS、小型パーソナルコンピュータ等の携帯機器類は、エレクトロニクス技術の進展に伴って小型化、軽量化が著しく、これらの機器類に用いられる電源としての電池においても小型化、軽量化が求められるようになってきている。
【0003】
このような用途に期待できる電池の1つとしてリチウム電池があり、既に実用化されているリチウム一次電池に加えて、リチウム二次電池の実用化、高容量化、長寿命化のための研究が進められている。
【0004】
上記した種々のリチウム電池はいずれも円筒形が中心である。一方、リチウム一次電池においては、固体電解質を用い、且つプリント技術を応用した製法によって、薄形形状のものが実用化されている。そこで、このような技術を応用し、リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池においても、薄形形状の実用化のために、従来から各種の研究開発がなされている。
【0005】
円筒形リチウム二次電池は、正極、負極、及びセパレータからなる極群を円筒形の電槽に挿入した後に液状の電解液を注液するという工程を経て作製される。
これに対し、薄形リチウム二次電池は、正極、負極、及び固体又はゲル状の電解質からなるセパレータをそれぞれ作製した後にそれらを積層する方法で作製される。しかし、このような薄形リチウム二次電池は、円筒形電池に比して、高率充放電性能やサイクル寿命が短いという欠点があった。
【0006】
この原因は次のように考えられる。
(1)円筒形電池の場合には、正極、負極、及びセパレータからなる極群を円筒形の電槽に挿入した後に液状の電解液を注液するので、極群を加圧することにより、電解液の膨潤による電極活物質の電子的な孤立を抑制することが容易であるが、薄形電池の場合には、正極と負極とを電解質を介して対向させるので、電極を加圧することが困難である。
(2)電極中の電解質の分布が不均質となるため、電極中のリチウムイオンの移動度が低い。しかも、電極表面に微細な凹凸が残るため、電極とセパレータとの界面抵抗が高い。
【0007】
【発明の開示】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、電池内部の界面抵抗が低く、それ故、高性能で且つ安定した電池性能を得ることができる薄形リチウム二次電池を提供すること、及びそのような薄形リチウム二次電池を容易に得ることのできる製造方法を提供すること、を目的とする。
【0008】
本発明の薄形リチウム二次電池は、少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池において、正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤の電解質を構成する有機ポリマーが、該電解質を構成する電解液に対して親和性が高い構造と低い構造とを共に有するものであり、電極合剤の表面に、電極合剤中の電解質と一体となっている電解質のみからなる電解質層が形成されており、該電解質層を介して正極と負極とが対向していることを特徴としている。
【0009】
本発明の薄形リチウム二次電池においては、電極合剤表面の凹凸が電解質層によって覆われているので、電極と電解質層との界面抵抗が著しく低減される。従って、本発明の薄形リチウム二次電池は、初期容量、高率充放電性能、サイクル寿命特性等が優れたものになる。
【0010】
本発明の薄形リチウム二次電池は、更に、次の(1)〜(4)の構成を採用でき、(5)の構成を必須とする。
【0011】
(1)電解質層のみを介して正極と負極とが対向している。
この構成においては、電解質層の電解質は電極合剤中の電解質と一体となっているので、電解質層は充分な機械的強度を保持している。それ故、電解質層はセパレータとしての役割を果たすことができ、別個のセパレータを不要にできる。
しかも、正極と負極は電解質層同士の接触のみとなる。その結果、電池の内部抵抗は更に低減される。従って、本発明の薄形リチウム二次電池は、初期容量、高率充放電性能、サイクル寿命特性等がより優れたものになる。
【0012】
(2)電解質層及びセパレータを介して正極と負極とが対向している。
この構成においては、電極とセパレータとの接触は、電解質層とセパレータとの接触であるので、電解質同士の接触となる。従って、本発明の薄形リチウム二次電池は、初期容量、高率充放電性能、サイクル寿命特性等が優れたものになる。
【0013】
(3)電解質層の合計厚さが2〜100μmである。
この構成によれば、電解質層が電極合剤表面に形成されたことによる作用を効果的に得ることができる。即ち、電解質層の合計厚さが2μm未満であると、電極合剤表面の凹凸が完全には覆われない恐れがあるため、電極と電解質層との間の界面抵抗の低減が不充分となり、電解質層の合計厚さが100μmを超えると、電解質層のバルク抵抗が大きくなり、いずれにしても、高率充放電性能やサイクル寿命特性が改善されない恐れがある。また、特に、電解質層のみを介して正極と負極とが対向している場合であって電解質層の合計厚さが2μm未満であると、電極合剤表面の凹凸が完全には覆われない恐れがあるため、内部短絡が発生しやすく、好ましくない。
【0014】
(4)正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤が結着剤を含んでおり、電解質が結着剤による結着性を保持したまま電極合剤中に均質に分布している。
この構成においては、電極合剤に結着剤が含まれており、結着剤による結着性が保持されているので、電極合剤中の電極活物質の充填密度を向上できる。また、電解質が電極合剤中に均質に分布しているので、正極におけるリチウムイオンの移動度を向上できる。従って、本発明の薄形リチウム二次電池は、初期容量、高率充放電性能、サイクル寿命特性等がより優れたものになる。
なお、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、六フッ化プロピレン、又はポリフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体を用いるのが好ましい。
上記結着剤を用いれば、電極活物質粒子同士の結着性及び電極合剤と集電体との結着性を電極性能を保持するために充分得ることができる。しかも、結着剤による電極反応への悪影響を防止できる。
【0015】
(5)正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤の電解質を構成する有機ポリマーが、該電解質を構成する電解液に対して親和性が高い構造と低い構造とを共に有するものである。
この構成においては、少なくとも正極の電極合剤の有機ポリマー中に、電解液との親和性が高い構造と低い構造とが共存しているので、該有機ポリマー中では、電解液との親和性が高い構造と低い構造とがミクロに相分離している。そのため、少なくとも正極中の液保持性が保たれ、且つ、リチウムイオンの移動を阻害しない状態が実現される。一方、セパレータの有機ポリマーは、主に、電解液との親和性が高い構造を有しているので、電解液を拘束しやすい性質を有している。そのため、充放電時にリチウムイオンの移動による電解液の移動が起こると、セパレータ中に電解液が拘束されやすい。しかし、正極の有機ポリマーの方が、セパレータの有機ポリマーに比して、リチウムイオンが移動しやすいので、充放電時のリチウムイオンの移動による電解液の移動が起こっても、セパレータにおける電解液の拘束を抑制でき、充放電サイクル進行後も両電極合剤中に十分な電解液を保持でき、従って、充放電サイクル進行による容量の低下を抑制できる。
【0016】
本願の第1の発明に係る薄形リチウム二次電池の製造方法は、少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池の、製造方法において、正極及び負極の内の少なくとも正極を下記工程(a)〜(c)を経て作製し、正極と負極とを下記工程(c)で得た電解質層を介して対向させることを特徴としている。
(a)少なくとも電極活物質を有機溶媒中に混合し、該混合溶液を集電体上に塗布し、乾燥し、プレスして、電極活物質シートを形成する、シート形成工程、
(b)少なくとも電解質塩と分子鎖末端に2以上の重合性官能基を有する有機モノマーとを混合してなる電解質溶液に、上記電極活物質シートを浸漬させて、上記電極活物質シートに電解質溶液を含浸させるとともに、上記電極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させる、含浸工程、
(c)電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成することによって、上記電極活物質シート中の電解質を固体又はゲル状とするとともに、上記電極活物質シート表面に固体又はゲル状の電解質のみからなる電解質層を形成する、重合工程。
【0017】
上記第1の発明に係る製造方法においては、電極活物質シートに電解質溶液を含浸させるので、電解質を電極活物質シート中に均質に分布できる。しかも、電極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態で有機ポリマーを形成するので、電極合剤表面に固体又はゲル状の電解質層を形成できる。従って、本発明の薄形リチウム二次電池を確実に得ることができる。
【0018】
上記第1の発明に係る製造方法においては、更に、次の(1)〜(3)の構成を採用できる。
【0019】
(1)含浸工程において、上記電極活物質シートの電解質溶液への浸漬を、大気圧より減圧した雰囲気で行う。
この構成によれば、含浸工程の時間が短くても、電解質を十分に含浸できる。
従って、電池製造工程時間を短縮でき、生産コストを低くできる。
なお、減圧値は0.03kPa〜15kPaが好ましい。これによれば、含浸工程の時間が短くても、確実に、電解質を十分に含浸でき、十分な初期容量を得ることができる。
【0020】
(2)含浸工程において、上記電極活物質シートの電解質溶液への浸漬を、大気圧より減圧した雰囲気で行った後、更に、大気圧より加圧した雰囲気で行う。
この構成によれば、含浸工程の時間が上記(1)の場合よりも更に短くても、電解質を十分に含浸できる。従って、電池製造工程時間を短縮でき、生産コストを低くできる。
なお、減圧値は0.1kPa〜15kPa、加圧値は400kPa以下が好ましい。これによれば、含浸工程の時間が上記(1)の場合よりも更に短くても、確実に、電解質を十分に含浸でき、十分な初期容量を得ることができる。
【0021】
(3)上記(1),(2)では、次の構成を採用できる。即ち、上記電極活物質シートを耐圧密閉容器内に入れ、耐圧密閉容器内を大気圧より減圧した後、電解質溶液を耐圧密閉容器内に投入する。
この構成によれば、含浸工程を作業性良く行うことができる。
【0022】
本願の第2の発明に係る薄形リチウム二次電池の製造方法は、少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池の、製造方法において、正極及び負極の内の少なくとも正極を下記工程(a)〜(c)を経て作製し、正極と負極とを下記工程(c)で得た電解質層を介して対向させることを特徴としている。
(a)少なくとも電極活物質を有機溶媒中に混合し、該混合溶液を集電体上に塗布し、乾燥し、プレスして、電極活物質シートを形成する、シート形成工程、
(b)少なくとも電解質塩と分子鎖末端に2以上の重合性官能基を有する有機モノマーとを混合してなる電解質溶液を、上記電極活物質シートの表面に塗布して、上記電極活物質シート中に電解質溶液を浸透させるとともに、上記電極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させる、塗布工程、
(c)電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成することによって、上記電極活物質シート中の電解質を固体又はゲル状とするとともに、上記電極活物質シート表面に固体又はゲル状の電解質のみからなる電解質層を形成する、重合工程。
【0023】
上記第2の発明に係る製造方法においては、電極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態で有機ポリマーを形成するので、電極合剤表面に固体又はケル状の電解質層を形成できる。従って、本発明の薄形リチウム二次電池を確実に得ることができる。また、電極活物質シート表面に電解質溶液を塗布するので、作業が容易である。
【0024】
本願の第3の発明に係る薄形リチウム二次電池の製造方法は、少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池の、製造方法において、正極及び負極の内の少なくとも正極を下記工程(a)〜(d)を経て作製し、正極と負極とを下記工程(d)で得た電解質層を介して対向させることを特徴としている。
(a)少なくとも電極活物質と電解質塩と分子鎖末端に2以上の重合性官能基を有する有機モノマーとを混合して混合物を得る、混合工程、
(b)上記混合物を、集電体上に塗布し、混合物シートを形成する、シート形成工程、
(c)上記混合物シートを放置して、上記混合物シート中の電極活物質を沈降させて、上記混合物シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させる、放置工程と、
(d)電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成することによって、上記混合物シート中の電解質を固体又はゲル状とするとともに、上記混合物シート表面に固体又はゲル状の電解質のみからなる電解質層を形成する、重合工程。
【0025】
上記第3の発明に係る製造方法においては、電解質を電極活物質と混合するので、電解質を混合物シート中に均質に分布できる。しかも、混合物シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態で有機ポリマーを形成するので、電極合剤表面に固体又はゲル状の電解質層を形成できる。従って、本発明の薄形リチウム二次電池を確実に得ることができる。
【0026】
上記第1ないし第3の発明に係る製造方法では、更に、次の(1)〜(4)の構成を採用できる。
【0027】
(1)上記電極活物質シート表面又は上記混合物シート表面に、所望の厚さの隙間を介在させた状態で離型性フィルムを被覆し、該隙間に電解質溶液を液膜状に存在させる。
この構成によれば、隙間の厚さによって電解質層の厚さが制御されるので、電解質層の厚さを所望値に設定できる。
【0028】
(2)工程(a)において結着剤を混合させる。
この構成によれば、結着剤を含ませてプレスするので、電極活物質シート又は混合物シートにおける電極活物質充填密度を向上でき、また、結着剤による、活物質粒子同士の結着性及び電極合剤と集電体との結着性を、保持できる。従って、本発明の薄形リチウム二次電池を確実に得ることができる。
なお、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、六フッ化プロピレン、又はポリフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体を用いるのが好ましい。
【0029】
(3)正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤の電解質を構成する有機ポリマーの、原料である有機モノマーとして、該電解質を構成する電解液に対して親和性が高い構造と低い構造とを共に有するものを用いる。
この構成によれば、充放電サイクル進行による容量の低下を抑制できる本発明の薄形リチウム二次電池を確実に得ることができる。
【0030】
(4)正極と負極とを、固体又はゲル状の電解質からなるセパレータ及び電解質層を介して対向させる。
これによっても、本発明の薄形リチウム二次電池を得ることができる。
【0031】
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。
【図2】比較形態1の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。
【図3】実施形態1ないし実施形態4及び比較形態1における各電池の放電電流と放電容量との関係を示す図である。
【図4】実施形態1ないし4及び比較形態1における各電池の充放電サイクル数と放電容量との関係を示す図である。
【図5】実施形態5における各電池の放電電流と放電容量との関係を示す図である。
【図6】実施形態6の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。
【図7】実施形態7の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。
【図8】比較形態2の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。
【図9】実施形態6,7及び比較形態1,2における各電池の放電電流と放電容量との関係を示す図である。
【図10】実施形態6,7及び比較形態1,2における各電池の充放電サイクル数と放電容量との関係を示す図である。
【0032】
【発明を実施するための最良の形態】
(実施形態1)
図1は実施形態1の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。図1において、正極1は、正極活物質であるコバルト酸リチウムを主成分とする正極合剤11がアルミ箔からなる正極集電体12上に塗布されて構成されている。負極2は、負極活物質であるカーボンを主成分とする負極合剤21が銅箔からなる負極集電体22上に塗布されて構成されている。また、正極合剤11表面には電解質層13が形成されており、負極合剤21表面には電解質層23が形成されている。
【0033】
電解質層13は、固体又はゲル状の電解質のみからなっており、正極合剤11中の電解質と一体となっている。電解質層23も、固体又はゲル状の電解質のみからなっており、負極合剤21中の電解質と一体となっている。そして、正極1及び負極2は、正極合剤11と負極合剤21とを電解質層13,23を介して対向させて積層されている。このように積層された極群の端部は接着剤4で封止されている。こうして薄形リチウム二次電池が構成されている。
【0034】
次に、上記構成の薄形リチウム二次電池の製造方法を説明する。
【0035】
[正極]
正極1は次の工程(a)〜(c)を経て製造した。
【0036】
(a)まず、正極活物質であるコバルト酸リチウムと、導電剤であるアセチレンブラックとを混合し、更に、これに、結着剤であるポリフッ化ビニリデンのN−メチル−2−ピロリドン溶液を混合し、この混合物を正極集電体12上に塗布し、乾燥し、プレスして、厚さ0.1mmの正極活物質シートを形成した。
【0037】
(b)次に、可塑剤であるγ−ブチロラクトンに電解質塩である1モル/1のLiBF4を溶解して電解液を作製し、この電解液に式(I)で示される有機モノマーを混合して電解質溶液を作製した。この電解質溶液に大気圧雰囲気にて正極活物質シートを15時間浸漬することにより、正極活物質シートに電解質溶液を含浸させた。そして、電解質溶液から正極活物質シートを取り出し、正極活物質シート表面に所望の厚さの隙間を介在させた状態で離型性フィルムを被覆し、該隙間即ち正極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態とした。
【0038】
【化1】
【0039】
(c)そして、上記状態において、正極活物質シートに電子線を照射することにより、電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成し、これにより、正極活物質シート中の電解質及び正極活物質シート表面の電解質を固体又はゲル状とした。その後、離型性フィルムを除去した。
【0040】
以上により、正極集電体12上に正極合剤11が形成された。即ち、正極1が得られた。また、正極合剤11表面には平均厚さ10μmの電解質層13が形成された。なお、導電剤及び可塑剤は必ずしも必須ではない。
【0041】
[負極]
負極2も正極1と同様にして製造した。但し、負極活物質としてカーボンを用い、負極集電体22として銅箔を用いた。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、また、負極合剤21表面には平均厚さ10μmの電解質層23が形成された。
【0042】
[電池]
そして、電解質層13,23を介して、正極合剤11と負極合剤21とを対向させて、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池Aとした。
【0043】
(実施形態2)
実施形態2の薄形リチウム二次電池の基本的構成は第1図に示す実施形態1の電池と同じであるが、製造方法が若干異なっている。実施形態2の薄形リチウム二次電池は次のように製造した。
【0044】
[正極]
正極1は次の工程(a)〜(c)を経て製造した。
【0045】
(a)実施形態1の工程(a)と同様にして厚さ0.1mmの正極活物質シートを形成した。
【0046】
(b)実施形態1の工程(b)と同様にして電解質溶液を作製した。そして、この電解質溶液を、正極活物質シート表面に塗布して、正極活物質シート中に電解質溶液を浸透させるとともに、正極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態とした。なお、実施形態1と同様に離型性フィルムを用いてもよい。
【0047】
(c)そして、実施形態1の工程(c)と同様にして、電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。
【0048】
これにより、正極1が得られ、また、正極合剤11表面には平均厚さ10μmの電解質層13が形成された。
【0049】
[負極]
負極2は次の工程(a)〜(d)を経て製造した。
【0050】
(a)負極活物質であるカーボンと、実施形態1の工程(b)と同様にして作製した電解質溶液と、式(I)で示される有機モノマーとを混合して、混合物を得た。
【0051】
(b)上記混合物を負極集電体22上に塗布し、厚さ0.1mmの混合物シートを形成した。
【0052】
(c)上記混合物シートを約2分間放置して、負極活物質を自然沈降させて、混合物シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態とした。なお、実施形態1と同様に離型性フィルムを用いてもよい。
(d)そして、実施形態1の工程(c)と同様にして、電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。
【0053】
これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、即ち負極2が得られ、また、負極合剤21表面には平均厚さ1μmの電解質層23が形成された。
【0054】
[電池]
実施形態1と同様にして、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池Bとした。
【0055】
(実施形態3)
実施形態3の薄形リチウム二次電池の基本的構成は第1図に示す実施形態1の電池と同じであるが、製造方法が若干異なっている。実施形態3の薄形リチウム二次電池は次のように製造した。
【0056】
[正極]
正極1は次の工程(a)〜(d)を経て製造した。
【0057】
(a)正極活物質であるコバルト酸リチウムと、導電剤であるアセチレンブラックとを混合し、更に、これに、実施形態1の工程(b)と同様にして作製した電解質溶液と、式(I)で示される有機モノマーとを混合して、混合物を得た。
【0058】
(b)上記混合物を正極集電体12上に塗布し、厚さ0.1mmの混合物シートを形成した。
【0059】
(c)上記混合物シートを約2分間放置して、正極活物質を自然沈降させて、混合物シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させた状態とした。なお、実施形態1と同様に離型性フィルムを用いてもよい。
【0060】
(d)そして、実施形態1の工程(c)と同様にして、電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。
【0061】
これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成され、即ち正極1が得られ、また、正極合剤11表面には平均厚さ1μmの電解質層13が形成された。
【0062】
[負極]
実施形態1と同様にして製造した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、また、負極合剤21表面には平均厚さ10μmの電解質層23が形成された。
【0063】
[電池]
実施形態1と同様にして、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池Cとした。
【0064】
(実施形態4)
実施形態4の薄形リチウム二次電池の基本的構成は第1図に示す実施形態1の電池と同じであるが、製造方法が若干異なっている。実施形態4の薄形リチウム二次電池は次のように製造した。
【0065】
[正極]
実施形態3と同様にして製造した。これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成され、即ち正極1が得られ、また、正極合剤11表面には平均厚さ1μmの電解質層13が形成された。
【0066】
[負極]
実施形態2と同様にして製造した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、即ち負極2が得られ、また、負極合剤21表面には平均厚さ1μmの電解質層23が形成された。
【0067】
[電池]
実施形態1と同様にして、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池Dとした。
【0068】
(比較形態1)
図2は比較形態1の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。図2において、図1と同一符合は同じ又は相当するものを示す。比較形態1の電池では、電解質層13,23は形成されておらず、正極1及び負極2はセパレータ5を介して対向されている。
【0069】
上記構成の薄形リチウム二次電池は、次のようにして製造する。
【0070】
[正極]
実施形態1の工程(b)において正極活物質シート表面に電解質溶液を存在させないようにし、その他は実施形態1と同様にして製造する。これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成され、即ち正極1が得られたが、正極合剤11表面に電解質層13は形成されなかった。
【0071】
[負極]
上記正極と同様にして製造した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、即ち負極2が得られたが、負極合剤21表面に電解質層23は形成されなかった。
【0072】
[セパレータ]
γ−ブチロラクトンに1モル/lのLiBF4を溶解して電解液を作製し、この電解液に、上記式(I)で示される有機モノマーを混合して電解質溶液を作製した。そして、この電解質溶液を正極合剤11上に塗布した後、電子線を照射することにより、電解質溶液中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。これにより、正極合剤11上に固体又はゲル状の電解質からなる平均厚さ40μmのセパレータ5が得られた。
【0073】
[電池]
セパレータ5を介して、正極合剤11と負極合剤21とを対向させて、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを比較電池Xとした。
【0074】
(特性試験1)
本発明電池A〜D及び比較電池Xについて、内部短絡発生率を調べた。即ち、各電池をそれぞれ100セル作製し、作製時に発生する内部短絡不良の有無を調べた。その結果を表1に示す。
【0075】
【表1】
【0076】
表1からわかるように、本発明電池A〜Dではいずれも、内部短絡不良は殆ど発生しなかった。その理由は、正極合剤11表面の凹凸が電解質層13により覆われ、また、負極合剤21表面の凹凸が電解質層23により覆われているからであると考えられる。また、比較電池Xにおいても、内部短絡不良は殆ど発生しなかった。その理由は、正極合剤11表面の凹凸及び負極合剤21表面の凹凸がセパレータ5により覆われているからであると考えられる。なお、本発明電池Dにおける電解質層13,23の合計厚さが2μmであることから、電解質層の合計厚さが2μm以上あれば、内部短絡不良の発生が防止される、と言える。
【0077】
(特性試験2)
本発明電池A〜D及び比較電池Xについて、各種電流値で放電を行って、放電電流と放電容量の関係を求めた。図3はその結果を示す。試験条件は、20℃の温度下で1mA(0.1CmA相当)の電流で終止電圧4.2Vまで充電した後、各種電流値で終止電圧2.7Vまで放電することとした。なお、放電容量は、1mAの電流で放電したときに得られた容量を100としたときのパーセントで示した。
【0078】
図3からわかるように、本発明電池A〜D及び比較電池Xのいずれも、放電電流1mAでの放電容量は設計容量の約95〜100%であった。しかし、放電電流5mAにおいて、比較電池Xでは放電電流1mAの時の70%程度の放電容量しか得られなかったが、本発明電池A〜Dでは85〜95%の放電容量が得られた。
【0079】
この理由は、次のように考えられる。即ち、本発明電池A〜Dでは、正極合剤11表面に正極合剤11中の電解質と一体となった電解質層13が形成されており、また、負極合剤21表面に負極合剤21中の電解質と一体となった電解質層23が形成されており、電解質層13,23がセパレータとして利用されているので、電極とセパレータとの物理的界面が存在していない。しかも、正極1と負極2との積層界面は電解質層13,23同士の接触となる。このため、界面抵抗が著しく低減される。これに対し、比較電池Xでは、電極中の電解質とは別体のセパレータ5が形成されているので、正極1とセパレータ5との間、及び負極2とセパレータ5との間に、物理的界面が存在する。このため、その界面抵抗によってリチウムイオンの移動が阻害され、高率放電時の放電容量が急激に低下する。
【0080】
(特性試験3)
本発明電池A〜D及び比較電池Xについて、充放電サイクル試験を行い、充放電サイクル数と放電容量の関係を求めた。図4はその結果を示す。試験条件は、20℃の温度下で1mAの電流で終止電圧4.2Vまで充電した後、1mAの電流で終止電圧2.7Vまで放電することとした。なお、放電容量は、正極の設計容量を100としたときのパーセントで示した。
【0081】
図4からわかるように、本発明電池A〜D及び比較電池Xはいずれも、充放電初期には設計容量の約95〜100%が得られており、充放電初期においては良好に作動している。しかし、比較電池Xでは、充放電サイクルの経過に伴って徐々に容量が低下し、150サイクル目には設計容量の50%を下回った。これに対し、本発明電池A〜Dでは、充放電初期から設計容量の約100%が得られるだけでなく、更に、200サイクル経過後でも、若干の容量低下が見られるものの、設計容量の85%以上の容量が保持された。
【0082】
この理由は、次のように考えられる。即ち、比較電池Xでは、正極1とセパレータ5との界面状態、及び負極2とセパレータ5との界面状態が、一様ではないため、サイクルの進行に伴って界面抵抗が増大し、容量が低下した。これに対し、本発明電池A〜Dでは、電解質層13,23同士の界面状態が比較的一様であるため、サイクルが進行しても界面抵抗は増大しにくく、容量が保持されやすい。
【0083】
(実施形態5)
電解質層13,23の厚さを離型性フィルムを用いて種々設定し、その他は実施形態1と同様にして、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池A2〜A5とし、表2に示した。
【0084】
【表2】
【0085】
(特性試験4)
本発明電池A2〜A5について、特性試験1と同様に、内部短絡発生率を調べた。その結果、いずれも、内部短絡不良は発生しなかった。
【0086】
(特性試験5)
本発明電池A2〜A5について、特性試験2と同様にして、放電電流と放電容量の関係を求めた。図5はその結果を示す。図5からわかるように、いずれも、放電電流5mAにおいても設計容量の80〜85%の放電容量が得られた。
【0087】
なお、本発明電池A4の電解質層13,23の合計厚さは100μmであるので、電解質層の合計厚さが100μm以下であれば、電解質層のバルク抵抗が大きくなることによって高率充放電性能が劣化するということはない、と言える。
【0088】
(実施形態6)
図6は実施形態6の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。図6において、図1及び図2と同一符合は同じ又は相当するものを示す。実施形態6の電池では、電解質層13,23が形成されているとともに、正極1及び負極2が電解質層13,23及びセパレータ5を介して対向されている。
【0089】
上記構成の薄形リチウム二次電池は、次のようにして製造する。
【0090】
[正極]
実施形態1と同様にして製造した。これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成され、即ち、正極1が得られ、また、正極合剤11表面には平均厚さ10μmの電解質層13が形成された。また、正極合剤11中の電解質は、結着剤による結着性を保持したまま正極合剤11中に均質に分布した。
【0091】
[負極]
実施形態1と同様にして製造した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、即ち、負極2が得られ、また、負極合剤21表面には平均厚さ10μmの電解質層23が形成された。また、負極合剤21中の電解質は、結着剤による結着性を保持したまま負極合剤21中に均質に分布した。
【0092】
[セパレータ]
γ−ブチロラクトンに1モル/lのLiBF4を溶解して電解液を作製し、この電解液に、式(II)で示される有機モノマーを混合して電解質溶液を作製した。
そして、この電解質溶液を正極合剤11の電解質層13上に塗布した後、電子線を照射することにより、電解質溶液中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。これにより、電解質層13上に固体又はゲル状の電解質からなる平均厚さ40μmのセパレータ5が得られた。
【0093】
【化2】
【0094】
[電池]
電解質層13,23及びセパレータ5を介して、正極合剤11と負極合剤21とを対向させて、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池Eとした。
【0095】
(実施形態7)
図7は実施形態7の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。図7において、図1及び図2と同一符合は同じ又は相当するものを示す。実施形態7の電池では、電解質層13が形成されているとともに、正極1及び負極2が電解質層13及びセパレータ5を介して対向されている。
【0096】
上記構成の薄形リチウム二次電池は、次のようにして製造する。
【0097】
[正極]
実施形態6と同様にして製造した。これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成され、即ち、正極1が得られ、また、正極合剤11表面には平均厚さ10μmの電解質層13が形成された。また、正極合剤11中の電解質は、結着剤による結着性を保持したまま正極合剤11中に均質に分布した。
【0098】
[負極]
負極活物質であるカーボンと、γ−ブチロラクトンに1モル/lのLiBF4を溶解してなる電解液と、上記式(I)で示される有機モノマーとを混合し、この混合物を負極集電体22上に塗布した後、すぐに電子線を照射することにより、有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成されたが、負極合剤21表面には電解質層23は形成されなかった。また、負極合剤21は結着剤を含んでいない。
【0099】
[セパレータ]
実施形態6と同様にして製造した。
【00100】
[電池]
電解質層13及びセパレータ5を介して、正極合剤11と負極合剤21とを対向させて、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを本発明電池Fとした。
【00101】
(比較形態2)
図8は比較形態2の薄形リチウム二次電池の縦断面図である。図8において、図1及び図2と同一符合は同じ又は相当するものを示す。比較形態2の電池では、電解質層23が形成されているとともに、正極1及び負極2が電解質層23及びセパレータ5を介して対向されている。
【00102】
上記構成の薄形リチウム二次電池は、次のようにして製造する。
【00103】
[正極]
正極活物質であるコバルト酸リチウムと、導電剤であるアセチレンブラックとを混合し、更に、これに、γ−ブチロラクトンに1モル/lのLiBF4を溶解してなる電解液と、上記式(I)で示される有機モノマーとを混合し、この混合物を正極集電体12上に塗布した後、すぐに電子線を照射することにより、有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成されたが、正極合剤11表面には電解質層13は形成されなかった。また、正極合剤11は結着剤を含んでいない。
【00104】
[負極]
実施形態6と同様にして製造した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成され、即ち、負極2が得られ、また、負極合剤21表面には平均厚さ10μmの電解質層23が形成された。また、負極合剤21中の電解質は、結着剤による結着性を保持したまま負極合剤21中に均質に分布した。
【00105】
[セパレータ]
実施形態6と同様にして製造した。
【00106】
[電池]
電解質層23及びセパレータ5を介して、正極合剤11と負極合剤21とを対向させて、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを比較電池Yとした。
【00107】
(比較形態3)
比較形態3の薄形リチウム二次電池の基本的構成は図2に示す比較形態1の電池と同じであるが、製造方法が若干異なっている。比較形態3の電池は次のようにして製造する。
【00108】
[正極]
比較形態2と同様にして製造した。これにより、正極集電体12上に正極合剤11が形成されたが、正極合剤11表面には電解質層13は形成されなかった。
また、正極合剤11は結着剤を含んでいない。
【00109】
[負極]
実施形態7と同様にして製造した。これにより、負極集電体22上に負極合剤21が形成されたが、負極合剤21表面には電解質層23は形成されなかった。
また、負極合剤21は結着剤を含んでいない。
【00110】
[セパレータ]
実施形態6と同様にして製造した。
【00111】
[電池]
セパレータ5を介して、正極合剤11と負極合剤21とを対向させて、容量10mAhの薄形リチウム二次電池を作製した。これを比較電池Zとした。
【00112】
(特性試験6)
本発明電池E,F及び比較電池Y,Zについて、特性試験2と同様に、各種電流値で放電を行い、放電電流と放電容量の関係を求めた。図9はその結果を示す。図9からわかるように、本発明電池E,F及び比較電池Y,Zのいずれも、放電電流1mAでの放電容量は設計容量の約90〜100%であった。しかし、放電電流5mAにおいて、比較電池Zでは放電電流1mAの時の30%程度の放電容量しか得られず、比較電池Yでも50%程度の放電容量しか得られなかったが、本発明電池E,Fでは85〜90%の放電容量が得られた。
【00113】
この原因としては、下記(1)及び(2)の相乗作用が考えられる。
(1)本発明電池E,Fでは正極1の正極合剤11が結着剤を含んでいる。この正極合剤11中では、含浸されることによって均質に分布した電解質が有機モノマーの重合によって固体又はゲル状となっており、これによって、結着剤による、活物質粒子同士の結着性及び正極合剤11と正極集電体12との結着性を、保持したまま、正極合剤11中に電解質が均質に分布した状態が実現されている。このため、正極合剤11の反応性が向上した。なお、本発明電池Eの負極合剤21についても、同様のことが考えられる。
(2)本発明電池E,Fの正極合剤11表面には電解質層13が形成されているので、正極合剤11表面の凹凸が電解質層13によって覆われる。このため、正極合剤11とセパレータ5との接触面は実際には電解質同士の接触となり、従って、正極合剤11とセパレータ5との間の界面抵抗が減少した。なお、本発明電池Eの負極合剤21についても、同様のことが考えられる。
【00114】
(特性試験7)
本発明電池E,F及び比較電池Y,Zについて、特性試験3と同様に、充放電サイクル試験を行い、充放電サイクル数と放電容量の関係を求めた。図10はその結果を示す。
【0115】
図10からわかるように、本発明電池E,F及び比較電池Y,Zはいずれも、充放電初期には設計容量の約90〜100%が得られており、充放電初期においては良好に作動している。しかし、比較電池Y,Zでは充放電サイクルの経過に伴って徐々に容量が低下し、比較電池Zでは50サイクル目に、比較電池Yでは100サイクル目に、それぞれ設計容量の50%を下回った。これに対し、本発明電池E,Fでは、充放電初期から設計容量の約100%が得られるだけでなく、更に、200サイクル経過後でも、若干の容量低下が見られるものの、設計容量の80%以上の容量が保持された。
【0116】
この原因としては、下記(3)及び(4)の相乗作用が考えられる。
(3)上記(1)と同じく、本発明電池E,Fにおいて結着剤を含んだ電極合剤11,12の反応性が向上した。
(4)本発明電池E,Fでは、正極1及び負極2に上記式(I)で示される有機モノマーを用い、セパレータ5に上記式(II)で示される有機モノマーを用いている。即ち、電極1,2とセパレータ5とでは、用いる有機モノマーが異なっている。そして、電極1,2の有機モノマーが重合してなる有機ポリマー中では、電解液との親和性が高いエチレンオキサイド構造と、電解液との親和性が低いアルキル構造及びベンゼン骨格とが共存しているので、電解液との親和性が高い構造と低い構造とがミクロに相分離している。そのため、電極1,2中の液保持性が保たれ、且つ、リチウムイオンの移動を阻害しない状態が実現される。一方、セパレータ5の有機モノマーが重合してなる有機ポリマーは、主に、電解液との親和性が高いエチレンオキサイド構造及びプロピレンオキサイド構造を有しているので、電解液を拘束しやすい性質を有している。そのため、充放電時にリチウムイオンの移動による電解液の移動が起こると、セパレータ5中に電解液が拘束されやすい。しかし、電極1,2の有機ポリマーの方が、セパレータ5の有機ポリマーに比して、リチウムイオンが移動しやすいので、充放電時のリチウムイオンの移動による電解液の移動が起こっても、セパレータ5における電解液の拘束が抑制され、充放電サイクル進行後も両電極1,2中に十分な電解液が保持され、従って、充放電サイクル進行による容量の低下が抑制される。
【0117】
(実施形態8)
本発明電池E2〜E8を作製し、初期放電容量を求めた。
【0118】
実施形態6の本発明電池Eの製造方法において、正極1の製造における正極活物質シートの電解質溶液への浸漬方法及び負極2の製造における負極活物質シートの電解質溶液への浸漬方法、即ち、電極活物質シートの電解質溶液への浸漬方法を、次のように行い、その他は本発明電池Eの場合と同様に行うことによって、容量10mAhの薄形リチウム二次電池である本発明電池E2〜E8を作製した。即ち、電極活物質シートを耐圧密閉容器内に入れ、耐圧密閉容器内を大気圧より減圧した後、電解質溶液を耐圧密閉容器内に過剰量投入し、3分間放置することとした。そして、減圧値即ち含浸圧力を種々変えて、本発明電池E2〜E8とした。
【0119】
本発明電池E2〜E8について、初期放電容量を求めた。表3はその結果を示す。試験条件は、20℃の温度下で1mA(0.1CmA相当)の電流で終止電圧4.2Vまで充電した後、1mAの電流で終止電圧2.7Vまで放電することとした。なお、放電容量は設計容量を100としたときのパーセントで示した。
【0120】
【表3】
【0121】
表3からわかるように、本発明電池E2〜E8においては、含浸工程時間が3分間という短時間であるにも拘わらず、満足し得る初期放電容量が得られ、特に、含浸圧力が0.03〜8kPaの場合には、十分に満足し得る初期放電容量が得られた。これは、大気圧より減圧した雰囲気で含浸させることにより、電極活物質シート中の空隙に存在する空気が短時間で除去されるとともに電解質溶液の空隙への侵入が短時間で行われるため、と考えられる。なお、含浸工程時間をもう少し延ばせば、本発明電池E2,E6,E7,E8の全てにおいても100%の初期放電容量が得られると、推測される。
【0122】
このように、本発明電池E2〜E8では、電極活物質シートへの電解質溶液の含浸が短時間で行われるので、電池製造工程時間が短縮され、生産コストが低くなる。
【0123】
(実施形態9)
本発明電池E9〜E11を作製し、初期放電容量を求めた。
【0124】
実施形態8における電極活物質シートの電解質溶液への浸漬方法を次のように行い、その他は実施形態8の場合と同様に行うことによって、容量10mAhの薄形リチウム二次電池である本発明電池E9〜E11を作製した。即ち、電極活物質シートを耐圧密閉容器内に入れ、耐圧密閉容器内を大気圧より減圧した後、電解質溶液を耐圧密閉容器内に過剰量投入して1分間放置し、更に、大気圧より加圧して1分間放置することとした。そして、減圧値及び加圧値即ち含浸圧力の変動を種々変えて、本発明電池E9〜E11とした。
【0125】
本発明電池E9〜E11について、実施形態8と同様に、初期放電容量を求めた。表4はその結果を示す。
【0126】
【表4】
【0127】
表4からわかるように、本発明電池E9〜E11においては、含浸工程時間が合計2分間という短時間であるにも拘わらず、満足し得る初期放電容量が得られた。これは、大気圧より減圧した後、大気圧より加圧することにより、実施形態8よりもより円滑に含浸が進行したため、と考えられる。なお、含浸工程時間をもう少し延ばせば、本発明電池E10,E11においても100%の初期放電容量が得られると、推測される。
【0128】
(実施形態10)
本発明電池E12,E13を作製し、初期放電容量を求めた。
【0129】
実施形態6の本発明電池Eの製造方法において、正極1の製造及び負極2の製造、即ち電極の製造を、次のように行い、その他は本発明電池Eの場合と同様に行うことによって、容量10mAhの薄形リチウム二次電池である本発明電池E12,E13を作製した。即ち、集電体として反物状のものを用い、本発明電池Eの場合と同様に、集電体上に厚さ0.1mmの電極活物質シートを形成し、巻き取って巻物状とした。次に、巻物状の電極活物質シートをそのまま耐圧密閉容器内に入れ、耐圧密閉容器内を大気圧より減圧した後、電解質溶液を耐圧密閉容器内に過剰量投入して1分間放置し、更に、大気圧より加圧して15時間放置し、これにより、電極活物質シートに電解質溶液を含浸させた。次に、本発明電池Eの場合と同様に、電極活物質シートに電子線を照射して有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成した。そして、こうして得られた電極1,2を所定の大きさに切断して用いた。なお、減圧値及び加圧値即ち含浸圧力の変動を種々変えて、本発明電池E12,E13とした。
【0130】
本発明電池E12,E13について、実施形態8と同様に、初期放電容量を求めた。表5はその結果を示す。
【0131】
【表5】
【0132】
巻物状の電極活物質シートに電解質溶液を含浸させる場合には、電極活物質シート中の空隙に存在する空気の除去及び電解質溶液の空隙への侵入を十分に行うことが困難であると考えられる。しかし、表5からわかるように、本発明電池E12,E13においては、満足し得る初期放電容量が得られた。これは、大気圧より減圧した後、大気圧より加圧することにより、円滑に含浸が進行したため、と考えられる。なお、含浸工程時間をもう少し延ばせば、本発明電池E12,E13においても100%の初期放電容量が得られると、推測される。
【0133】
【産業上の利用の可能性】
本発明は、電池内部の界面抵抗が低く、それ故、高性能で且つ安定した電池性能を得ることができる、薄形リチウム二次電池を提供できるので、電池業界において、産業上、大いに利用できるものである。
【符号の説明】
1…正極
11…正極合剤
12…正極集電体
13…電解質層
2…負極
21…負極合剤
22…負極集電体
23…電解質層
5…セパレータ
Claims (19)
- 少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池において、正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤の電解質を構成する有機ポリマーが、該電解質を構成する電解液に対して親和性が高い構造と低い構造とを共に有するものであり、電極合剤の表面に、電極合剤中の電解質と一体となっている電解質のみからなる電解質層が形成されており、該電解質層を介して正極と負極とが対向していることを特徴とする薄形リチウム二次電池。
- 電解質層のみを介して正極と負極とが対向している請求項1記載の薄形リチウム二次電池。
- 電解質層及びセパレータを介して正極と負極とが対向している請求項1記載の薄形リチウム二次電池。
- 電解質層の合計厚さが2〜100μmである請求項1記載の薄形リチウム二次電池。
- 正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤が結着剤を含んでおり、電解質が結着剤による結着性を保持したまま電極合剤中に均質に分布している請求項1記載の薄形リチウム二次電池。
- 結着剤が、ポリフッ化ビニリデン、六フッ化プロピレン、又はポリフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体である請求項5記載の薄形リチウム二次電池。
- 少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池の、製造方法において、正極及び負極の内の少なくとも正極を下記工程(a)〜(c)を経て作製し、正極と負極とを下記工程(c)で得た電解質層を介して対向させることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
(a)少なくとも電極活物質を有機溶媒中に混合し、該混合溶液を集電体上に塗布し、乾燥し、プレスして、電極活物質シートを形成する、シート形成工程、
(b)少なくとも電解質塩と分子鎖末端に2以上の重合性官能基を有する有機モノマーとを混合してなる電解質溶液に、上記電極活物質シートを浸漬させて、上記電極活物質シートに電解質溶液を含浸させるとともに、上記電極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させる、含浸工程、
(c)電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成することによって、上記電極活物質シート中の電解質を固体又はゲル状とするとともに、上記電極活物質シート表面に固体又はゲル状の電解質のみからなる電解質層を形成する、重合工程。 - 少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池の、製造方法において、正極及び負極の内の少なくとも正極を下記工程(a)〜(c)を経て作製し、正極と負極とを下記工程(c)で得た電解質層を介して対向させることを特徴とする、請求項1ないし6のいずれかに記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
(a)少なくとも電極活物質を有機溶媒中に混合し、該混合溶液を集電体上に塗布し、乾燥し、プレスして、電極活物質シートを形成する、シート形成工程、
(b)少なくとも電解質塩と分子鎖末端に2以上の重合性官能基を有する有機モノマーとを混合してなる電解質溶液を、上記電極活物質シートの表面に塗布して、上記電極活物質シート中に電解質溶液を浸透させるとともに、上記電極活物質シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させる、塗布工程、
(c)電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成することによって、上記電極活物質シート中の電解質を固体又はゲル状とするとともに、上記電極活物質シート表面に固体又はゲル状の電解質のみからなる電解質層を形成する、重合工程。 - 少なくとも正極及び負極を備え、正極及び負極のそれぞれが電極合剤が集電体に塗布されて構成されており、該電極合剤が電極活物質と固体又はゲル状の電解質とを少なくとも含んでいる、薄形リチウム二次電池の、製造方法において、正極及び負極の内の少なくとも正極を下記工程(a)〜(d)を経て作製し、正極と負極とを下記工程(d)で得た電解質層を介して対向させることを特徴とする薄形リチウム二次電池の製造方法。
(a)少なくとも電極活物質と電解質塩と分子鎖末端に2以上の重合性官能基を有する有機モノマーとを混合して混合物を得る、混合工程、
(b)上記混合物を、集電体上に塗布し、混合物シートを形成する、シート形成工程、
(c)上記混合物シートを放置して、上記混合物シート中の電極活物質を沈降させて、上記混合物シート表面に電解質溶液を液膜状に存在させる、放置工程と、
(d)電解質中の有機モノマーを重合させて有機ポリマーを形成することによって、上記混合物シート中の電解質を固体又はゲル状とするとともに、上記混合物シート表面に固体又はゲル状の電解質のみからなる電解質層を形成する、重合工程。 - 上記電極活物質シート表面又は上記混合物シート表面に、所望の厚さの隙間を介在させた状態で離型性フィルムを被覆し、該隙間に電解質溶液を液膜状に存在させる、請求項7ないし9のいずれかに記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 含浸工程において、上記電極活物質シートの電解質溶液への浸漬を、大気圧より減圧した雰囲気で行う請求項7記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 減圧値が0.03kPa〜15kPaである請求項11記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 含浸工程において、上記電極活物質シートの電解質溶液への浸漬を、大気圧より減圧した雰囲気で行った後、更に、大気圧より加圧した雰囲気で行う請求項7記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 減圧値が0.1kPa〜15kPaであり、加圧値が400kPa以下である請求項13記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 上記電極活物質シートを耐圧密閉容器内に入れ、耐圧密閉容器内を大気圧より減圧した後、電解質溶液を耐圧密閉容器内に投入する請求項11または13に記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 工程(a)において結着剤を混合させる請求項7ないし9のいずれかに記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 結着剤として、ポリフッ化ビニリデン、六フッ化プロピレン、又はポリフッ化ビニリデンと六フッ化プロピレンとの共重合体を用いる請求項16記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 正極及び負極の内の少なくとも正極において、電極合剤の電解質を構成する有機ポリマーの、原料である有機モノマーとして、該電解質を構成する電解液に対して親和性が高い構造と低い構造とを共に有するものを用いる請求項7ないし9のいずれかに記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
- 正極と負極とを、固体又はゲル状の電解質からなるセパレータ及び電解質層を介して対向させる請求項7ないし9のいずれかに記載の薄形リチウム二次電池の製造方法。
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