JP4594596B2 - 電気化学素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学素子に関し、特に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に用いる極板群の集電構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、二次電池などの電気化学素子に対する小型化・軽量化への要望が強まってきている。一方、現行の二次電池は、内部構造が複雑であり、一定容積あたりの製品が有する電気容量を向上させるには限界がある。複雑な構造が、電池の信頼性の向上を妨げている面もある。例えば、電極に接続された集電タブまたは集電リードが、電極面における均一な電極反応を妨げる場合がある。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、内部短絡の発生も懸念される。
【０００３】
二次電池は、正極、負極およびセパレータからなる極板群を有し、極板群には、積層型と捲回型がある。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て得られる。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て得られる。これらの極板群は、通常、正極と負極の端部が交互に配列した側面を有する。このような側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。
【０００４】
高出力が要求される電池においては、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、所定の金属部材を用いて一体接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。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、集電タブや集電リードが極板群の内部に配置されると、極板群の構造が不均等かつ複雑になるため、体積効率が低下して、極板群のエネルギー密度が低下したり、電極反応が不均一になって、電気化学素子の信頼性が低下したりする。集電タブや集電リードが有する金属バリにより、内部短絡が起こる可能性もある。
【０００７】
極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆の側面から負極を突出させ、突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材を用いて一体接合する方法では、製造工程が複雑であり、しかも、極板の突出部の導電性が低いために、集電性能が低くなるという問題がある。例えば、導電性の低い電極合剤層と金属部材との接触によっては、充分な集電が行えないし、金属部材と端面が接触する電極芯材が薄い場合には、集電性能はさらに低下する。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場合には、芯材と集電板との接触面積を確保することが困難であり、高出力を達成できないという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものである。本発明によれば、高出力であり、構造が簡略であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する電気化学素子を提供することができる。また、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。
【００１２】
本発明の電気化学素子は、（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を有し、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、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、各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、第１端部および第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部は、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部は、前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部は、第１端子に埋没しており、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部は、第２端子に埋没している。
【００１３】
ここで、本発明の電気化学素子には、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有し、複数の第１電極は、それぞれ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、複数の第２電極は、それぞれ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、各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、第１端部および第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、露出している第１集電体シートの導電部および第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、露出している第２集電体シートの導電部および第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、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第１端子に埋没しており、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第２端子に埋没している電気化学素子が含まれる。
【００１４】
また、本発明の電気化学素子には、第１電極と第２電極とをセパレータを介して捲回した極板群を有し、第１電極は、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、第２電極は、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、各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、第１端部および第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１底面（第１側面）において第１端子と接続され、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２底面（第２側面）において第２端子と接続され、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第１端子に埋没しており、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第２端子に埋没している電気化学素子が含まれる。
【００１５】
本発明の電気化学素子の一態様においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、粒子状金属が連続的に接合してなる多孔質金属膜からなる。
本発明の電気化学素子の別の一態様においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、導電性ペーストからなり、前記導電性ペーストは、樹脂ならびに前記樹脂に分散させた導電性微粒子および導電性繊維よりなる群から選ばれた少なくとも１種からなる。
本発明の電気化学素子のさらに別の一態様においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、融点２５０℃以下の低融点金属からなる。
【００１６】
本発明の電気化学素子においては、第１端子には、第１金属リードを、第２端子には、第２金属リードを溶接することができる。
【００１７】
本発明の電気化学素子においては、第１側面と第２側面とを、互いに前記極板群の反対側に配置することができる。
本発明の電気化学素子においては、第１側面には、第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設け、第２側面には、第２端子と第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。
本発明の電気化学素子においては、第１側面および第２側面以外の前記極板群の側面に、絶縁材料を配することができる。
【００１８】
本発明の電気化学素子においては、前記各集電体シートの第１端部および第２端部を含む周縁部は、前記電極合剤層の未塗工部とし、第１端子または第２端子との接続位置以外の周縁部（未塗工部）は絶縁部とすることができる。
本発明の電気化学素子においては、第１側面および第２側面以外の前記極板群の側面に、第１集電体シートの絶縁部の露出部および第２集電体シートの絶縁部の露出部を配することができる。
本発明の電気化学素子においては、前記極板群は、前記第１側面および前記第２側面以外に、第１集電体シートの絶縁部の露出部および／または第２集電体シートの絶縁部の露出部が配されている側面を有することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の電気化学素子は、（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を有する。第１電極（ａ）は、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、第２電極（ｂ）は、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電極合剤層からなる。
第１集電体シートの少なくとも１つの端部は、第１電極合剤層の未塗工部であり、第２集電体シートの少なくとも１つの端部は、第２電極合剤層の未塗工部である。第１集電体シートの未塗工部は、前記極板群の第１側面において、第１端子と接続され、第２集電体シートの未塗工部は、前記極板群の第２側面において、第２端子と接続されている。そして、第１集電体シートの未塗工部の少なくとも一部は、第１端子に埋没しており、第２集電体シートの未塗工部の少なくとも一部は、第２端子に埋没している。
【００２０】
第１集電体シートおよび第２集電体シートには、それぞれ導電部と絶縁部とを設ける。このような集電体シートには、電極合剤層の未塗工部であり、それぞれ導電部および絶縁部が露出している第１端部および第２端部を設けることができる。そして、露出している第１集電体シートの導電部は、その少なくとも一部を第１端子に埋設して、極板群の第１側面において第１端子と接続する。また、露出している第２集電体シートの導電部は、その少なくとも一部を第２端子に埋設して、極板群の第２側面において第２端子と接続する。一方、露出している第１集電体シートの絶縁部は、極板群の第２側面に配し、露出している第２集電体シートの絶縁部は、極板群の第１側面に配することができる。
【００２１】
各集電体シートの未塗工部が各端子に埋設していることから、例えば、極板自体を端子に埋設させた従来の電気化学素子とは異なり、電極合剤層の導電性や集電体シートの厚さに関わらず、高い集電性能を確保できる。そして、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場合のように、芯材と集電板との接触面積を充分に確保できないという問題も生じない。さらに、端子と集電体シートとの接合強度も充分に確保することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態に係る電気化学素子においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方は、粒子状金属が連続的に接合してなる多孔質金属膜からなる。このような多孔質金属膜は、溶融金属もしくは半溶融状態の金属粒子を、圧搾空気でノズルより吹き出させ、極板群の所定の側面に吹き付けることにより得ることができるが、他の方法で多孔質金属膜を得ることも可能である。例えば、いわゆるメタリコン（metalikon）を採用することができる。
【００２３】
第１端子もしくは第２端子が、正極端子となる場合には、多孔質金属膜は、アルミニウム、アルミニウム合金等からなることが好ましい。第１端子もしくは第２端子が、負極端子となる場合には、多孔質金属膜は、銅、銅合金等からなることが好ましい。
【００２４】
本発明の別の実施形態に係る電気化学素子においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、導電性ペーストからなる。導電性ペーストには、樹脂ならびに前記樹脂に分散させた導電性微粒子および導電性繊維よりなる群から選ばれた少なくとも１種からなるものを用いることができる。導電性ペーストは、極板群の所定の側面に塗工することが容易であることから、導電性ペーストを用いることにより、極板群の製造工程を簡略化することができる。極板群の所定の側面に塗工された導電性ペーストは、加熱や光照射により、硬化させることが好ましい。導電性ペーストを硬化させることにより、第１端子もしくは第２端子の強度を向上させることができる。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。
【００２５】
第１端子もしくは第２端子が、正極端子となる場合には、導電性ペーストの樹脂として、ポリアミドイミドなどを好ましく用いることができる。また、正極端子には、カーボン、アルミニウムなどからなる導電性微粒子や導電性繊維を用いることが好ましい。第１端子もしくは第２端子が、負極端子となる場合にも、導電性ペーストの樹脂として、ポリアミドイミドなどを好ましく用いることができる。また、負極端子には、銅、銀、銀メッキされた銅、ニッケル、カーボンなどからなる導電性微粒子や導電性繊維を用いることが好ましい。
【００２６】
導電性粒子の平均粒径は、１〜１００μｍであることが好ましい。また、導電性繊維の直径は、１〜１００μｍであることが好ましく、繊維の長さは特に限定されない。
導電性ペーストにおける導電性微粒子および／または導電性繊維の含有率は、５０〜９０重量％であることが好ましい。導電性を高めるためには、導電性微粒子および／または導電性繊維の量が多い方が好ましいが、樹脂の含有率があまりに少なくなると、導電性ペーストの調製や塗工が困難になる。
【００２７】
本発明のさらに別の実施形態に係る電気化学素子においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、融点２５０℃以下、好ましくは１８０℃以下の低融点金属からなる。例えば、低融点金属に樹脂をフラックスとして添加すると半田が得られる。半田は取り扱いが容易な上、半田を用いれば、多孔質金属膜や導電性ペーストに比べて、良好な導電性を有する端子を形成することが可能である。ただし、低融点合金の融点が２５０℃を超えると、極板群の所定の側面に低融点金属からなる端子を設ける際に、電気化学素子を劣化させる虞がある。
低融点金属としては、Ｐｂ−Ｓｎ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系合金等が知られているが、他の組成の金属を用いることもできる。
【００２８】
上記のいずれの実施形態においても、第１端子および第２端子の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍで充分である。端子が厚くなりすぎると、電気化学素子の体積エネルギー密度が低下する。一方、端子が薄すぎると、電気化学素子の集電性能が不十分になる。
【００２９】
第１側面と第２側面とは、電気化学素子の構造の簡略化および製造法の簡易化の観点から、互いに極板群の反対側に位置することが好ましい。例えば、複数の略四角形の極板からなる積層型の極板群の場合には、２対の平行な側面のうちの一対の各々において、第１端子と第１集電体シートの未塗工部もしくは第２端子と第２集電体シートの未塗工部が接続されることが好ましい。長尺の極板からなる捲回型の極板群の場合には、円筒形の極板群の上下底面の各々において、第１端子と第１集電体シートの未塗工部もしくは第２端子と第２集電体シートの未塗工部が接続されることが好ましい。
【００３０】
図１に、本発明の一例に係る電気化学素子の積層型極板群の縦断面図を示す。
極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと複数の第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。
【００３１】
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。すなわち、第１集電体シート１３ａは、導電層の形状パターンに応じて導電部と絶縁部とを有する。
【００３２】
図１においては、第１集電体シート１３ａの第１端部１２ｘおよび第２端部１１ｘが、第１電極合剤層の未塗工部である。第１端部には、導電層１２ａからなる導電部が露出しており、第２端部には、樹脂シート１１ａからなる絶縁部が露出している。露出している第１集電体シートの導電部は、極板群の第１側面（図１左側）において第１端子１７ａと接続されており、その一部が第１端子１７ａに埋没している。図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ａの端部には、導電層１２ａを設ける必要はないが、設けてもよい。導電層１２ａを設けない場合の図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ａの端部は絶縁部となる。第１電極合剤層１４ａは、第１端部１２ｘの未塗工部を除き、導電層１２ａの上に担持されている。
【００３３】
図１の極板群には、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’が含まれている。
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、極板群における端部の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からなり、第２集電体シートは、導電層の形状パターンに応じた導電部と絶縁部とを有する。
最外部の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面（内側）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。
【００３４】
図１においては、第２集電体シート１３ｂの第１端部１２ｙおよび第２端部１１ｙが、第２電極合剤層の未塗工部である。第１端部には、導電層１２ｂからなる導電部が露出しており、第２端部には、樹脂シート１１ｂからなる絶縁部が露出している。露出している第２集電体シートの導電部は、極板群の第２側面（図１右側）において第２端子１７ｂと接続されており、その一部が第２端子１７ｂに埋没している。図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ｂの端部には、導電層１２ｂを設ける必要はないが、設けてもよい。導電層１２ｂを設けない場合の図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ｂの端部は絶縁部となる。第２電極合剤層１４ｂは、第１端部１２ｙの未塗工部を除き、導電層１２ｂの上に担持されている。
【００３５】
樹脂シート１１ａ、ｂの厚さは、それぞれ０．５〜５００μｍであることが好ましい。導電層１２ａ、ｂの厚さは、それぞれ０．０１〜１００μｍであることが好ましい。第１電極合剤層１４ａおよび第２電極合剤層１４ｂの厚さは、特に限定されないが、それぞれ１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００３６】
樹脂シート１１ａ、ｂとしては、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。
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。表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
【００３７】
導電層１２ａ、ｂには、電気化学素子内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電極もしくは第２電極が正極である場合には、導電層１２ａとして、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るが、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電極もしくは第２電極が負極である場合には、導電層１２ｂとして、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るが、特に、銅、銅合金などが好ましい。
導電層１２ａ、ｂは、例えば、導電性材料を樹脂シートに蒸着させることで形成することができる。所定の形状パターンの蒸着膜が形成されるように、樹脂シートには、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ことが好ましい。また、導電層１２ａ、ｂは、メッキ法等により形成することもできる。
【００３８】
図１では、第１集電体シートの第１端部１２ｘに設けられた導電部は、極板群の第１側面（図１左側）に配されており、その反対側の第２端部１１ｘに設けられた絶縁部は、極板群の第２側面（図１右側）に配されている。すなわち、図１では、第１側面と前記第２側面とが、互いに極板群の反対側に位置しているが、側面の配置はこれに限定されるわけではない。一方、第２集電体シートの第１端部１２ｙに設けられた導電部は、極板群の第２側面に配されており、その反対側の第２端部１１ｙに設けられた絶縁部は、極板群の第１側面に配されている。
【００３９】
上記のように、同様の構造を有する第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集電体シートの第１端部１２ｘに設けられた導電部は、第２集電体シートの絶縁部と隣接し、第２集電体シートの第１端部１２ｙに設けられた導電部は、第１集電体シートの絶縁部と隣接している。
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。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部を互いに接続し、並列接続の高容量電池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は、各集電体シートの第２端部１１ｘ、ｙに、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上の絶縁部を設けることが好ましい。
【００４０】
良好な集電状態を得るためには、露出している集電体シートの導電部が第１端子もしくは第２端子の内部に、できるだけ深くまで埋没していることが好ましい。具体的には、露出している集電体シートの導電部が、第１端子もしくは第２端子の内部に、０．００１〜１ｍｍの深さまで埋没していることが好ましく、０．０１〜１ｍｍの深さまで埋没していることがさらに好ましい。
【００４１】
第１端子には、第１金属リードを、第２端子には、第２金属リードを溶接することができる。第１端子および第２端子は、それぞれ極板群の第１側面および第２側面に設けられていることから、比較的容易にリードを溶接することができる。リードの溶接方法には、特に限定はないが、レーザ溶接、抵抗溶接、電子ビーム（ＥＢ）溶接、超音波溶接などを採用することができる。第１端子および第２端子にリードを溶接することにより、電気化学素子の集電性能は大きく向上する。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第１金属リードもしくは第２金属リードを用いることが好ましい。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、ニッケル等からなる第１金属リードもしくは第２金属リードを用いることが好ましい。
【００４２】
第１金属リードは、第１端子に埋没している第１集電体シートの導電部と接触させ、第２金属リードは、第２端子に埋没している第２集電体シートの導電部と接触させることができる。このように所定のリードと集電体シートの導電部とを接触させることにより、電気化学素子の集電性能は大きく向上する。
【００４３】
第１側面および第２側面には、それぞれ第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａおよび第２端子と第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部１８ｂを設けることが好ましい。第１側面には、第２集電体シートの絶縁部が配され、第２側面には、第１集電体シートの絶縁部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容易であるが、絶縁材料部を設けることで、電気化学素子の信頼性は大幅に向上する。絶縁材料部の厚さは、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。絶縁材料部を形成する方法は、特に限定されないが、例えば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、極板の所定位置に塗布することにより形成することができる。また、フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を、極板の所定位置に貼り付けたりすることにより、絶縁材料部を形成することもできる。
【００４４】
絶縁材料部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。
【００４５】
絶縁材料部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。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。
【００４６】
図１では、第１電極合剤層よりも第２電極合剤層の方が、大きな面積を有している。電気化学素子がリチウムイオン二次電池の場合、第１電極合剤層を正極とし、第２電極合剤層を負極とするこのような構造を採用することが好ましい。一方、第１電極合剤層を負極とし、第２電極合剤層を正極とする場合には、第２電極合剤層よりも第１電極合剤層の面積を大きくすることが好ましい。
【００４７】
上記のような極板群は、通常、電解液とともに所定のケースに収容して用いられる。ケースの形状、材質などは特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼板、アルミニウム板などを所定形状に加工したもの、両面に樹脂被膜を有するアルミニウム箔（アルミニウムラミネートシート）、樹脂ケースなどが用いられる。電解液は電池の種類に応じて異なるが、例えばリチウムイオン二次電池に用いる電解液の場合、非水溶媒にリチウム塩を溶解させて調製される。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましい。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、上記のような積層型極板群の製造法の一例について、図２を参照しながら説明する。
（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、所定形状の導電層を、図２に示すように複数行、複数列に樹脂シート上に形成する。このような導電層は、樹脂シート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。
【００５１】
樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層を複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ個の導電層を形成する。次に、各導電層の上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ａを残しておく。
【００５２】
第１電極合剤層は、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好ましい。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。図２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上に、より多くの導電層と電極合剤層が形成される。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。その後、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。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が用いられる。
【００５６】
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。第１電極合剤層の周縁部のその他の部分にも、絶縁材料を被覆してもよいが、第１端子との接続部となる導電層の露出部は残しておく。図１のような極板群を得る場合には、少なくとも極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に絶縁材料を塗工する。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。
【００５７】
（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電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第２端子との接続部２４ｂとなる。片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極についても、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。
【００５８】
（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、第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料を、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。両最外面には、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、全体をプレスすると、複数の極板スタックからなる集合体が得られる。
【００５９】
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。
【００６０】
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２に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部は、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。
【００６１】
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を適用すると、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。そのため電気化学素子の信頼性は大幅に向上する。
【００６２】
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配列する第１側面には、第１端子を形成する。例えば、溶融金属もしくは半溶融状態の金属粒子を、圧搾空気でノズルより吹き出させ、極板群の第１側面に吹き付けることにより、第１端子を設けることができる。他に、極板群の第１側面に導電性ペーストを塗工し、必要に応じてペーストを硬化させることにより、第１端子を形成してもよく、極板群の第１側面を溶融状態の低融点金属の液面と接触させ、冷却して、第１端子を形成してもよい。こうして形成された第１端子には、自動的に第１集電体シートの導電層の露出部が埋設される。第１側面に配された第２電極合剤層の端面には、絶縁材料が塗工されているため、第１端子と第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と第１集電体シートの絶縁部とが交互に配列する第２側面にも、上記と同様に第２端子を設けることができる。極板群の他の側面は、そのままの状態でもよいが、絶縁材料で被覆することが好ましい。
【００６３】
図３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、樹脂シートに片面あたりｎ列の導電層を形成する。
【００６４】
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、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。塗工方法は図２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。
【００６５】
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電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ｂ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は第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００６６】
このような極板群の集合体を、図３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。他の側面には、電極合剤層の断面が露出することになるが、これらの側面は、絶縁材料で被覆することにより、短絡を防止することができる。
上記のような製造法によれば、例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの範囲であれば、任意の大きさの極板群を効率よく製造することができる。
【００６７】
次に、図４に示すような円筒形極板群の製造法の一例について説明する。図４は、第１電極を中心に描かれた円筒形極板群の部分的な概念図であり、さらに外周側の合剤層や極板等は省略されている。
（イ）第１電極および第２電極の作製
円筒形極板群に用いる第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。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３に示したのと同様の第１電極からなる集合体を作製し、上記と同様に、極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に沿って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。第２電極からなる集合体も図３に示したのと同様でよく、上記と同様に作製することができる。
【００６８】
（ロ）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とを互いに対面させ、第１電極における導電層の露出部および絶縁材料を、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させる。このようにすれば、交互に逆向きに配列した複数の円筒形極板群からなる長尺筒状の集合体が得られる。
【００６９】
長尺筒状の集合体は、極板群ごとに分割する。こうして得られた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いる。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。
【００７０】
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には、上記と同様に、それぞれ第１端子４１および第２端子４２を形成する。第１端子側では、第２電極合剤層の端面に絶縁材料が塗工されているため、第１端子と第２電極との短絡は起こらないし、第２端子側では、第１電極合剤層の端面に絶縁材料が塗工されているため、第２端子と第１電極との短絡は起こらない。
【００７１】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明の電気化学素子について、さらに具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。以下の実施例では、電気化学素子として、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００７２】
《実施例１》
（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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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した。
【００７８】
（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。両最外面に、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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つの側面には、各集電体シートのＰＥＴの露出部が配列していた。
【００８１】
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の第１端子が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、第１端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第１端子は負極端子として用いた。
【００８２】
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の第２端子が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第２端子は正極端子として用いた。
【００８３】
こうして得られた極板群の第１端子と第２端子に、それぞれニッケルからなる負極リードとアルミニウムからなる正極リードを超音波溶接により溶接した。各端子と各リードとの接合面積は、０．５ｃｍ2とした。リードが接合された極板群は、所定の電解液に浸漬し、極板群内部に充分に電解液を含浸させた。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で含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。こうしてリチウムイオン二次電池Ｘを完成した。
【００８４】
《実施例２》
実施例１と同様の極板スタックを作製した。
樹脂のポリアミドイミド３０重量部と、導電性微粒子の銅粉末（平均粒径２０μｍ）７０重量部とからなる導電性ペーストＡを調製した。そして、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、導電性ペーストＡを塗工し、７０℃で極板スタックを加熱して樹脂を硬化させた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの第１端子が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、第１端子の内部に深さ０．５ｍｍまで埋没していた。また、銅の蒸着膜の露出部は、第１端子を貫通して外面に露出していた。
第１端子は負極端子として用いた。
【００８５】
樹脂のポリアミドイミド３０重量部と、導電性微粒子のアルミニウム粉末（平均粒径２０μｍ）７０重量部とからなる導電性ペーストＢを調製した。そして、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、導電性ペーストＢを塗工し、７０℃で極板スタックを加熱して樹脂を硬化させた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍの第２端子が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子の内部に深さ０．５ｍｍまで埋没していた。また、Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子を貫通して外面に露出していた。第２端子は正極端子として用いた。
【００８６】
こうして得られた極板群の、銅の蒸着膜の露出部が露出する第１端子と、Ａｌの蒸着膜の露出部が露出する第２端子に、それぞれニッケルからなる負極リードとアルミニウムからなる正極リードをレーザ溶接により溶接した。各端子と各リードとの接合面積は、０．５ｃｍ2とした。リード線が接合された極板群は、所定の電解液に浸漬し、極板群内部に充分に電解液を含浸させた。ここでは実施例１と同じ電解液を用いた。こうしてリチウムイオン二次電池Ｙを完成した。
【００８７】
《実施例３》
実施例１と同様の極板スタックを作製した。
Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉ系の合金（融点１００℃）からなる半田を浴槽内で溶融させた。そして、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側面を、この溶融半田の液面と接触させ、直ちに引き上げた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの第１端子が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、第１端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第１端子は負極端子として用いた。
【００８８】
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側面を、上記溶融半田の液面と接触させ、直ちに引き上げた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍの第２端子が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第２端子は正極端子として用いた。
【００８９】
こうして得られた極板群の第１端子と第２端子に、それぞれニッケルからなる負極リードとアルミニウムからなる正極リードを抵抗溶接により溶接した。各端子と各リードとの接合面積は、０．５ｃｍ2とした。リード線が接合された極板群は、所定の電解液に浸漬し、極板群内部に充分に電解液を含浸させた。ここでは実施例１と同じ電解液を用いた。こうしてリチウムイオン二次電池Ｚを完成した。
【００９０】
［評価］
リチウムイオン二次電池Ｘ、ＹおよびＺの充放電試験を、外部の充放電装置を用いて行った。充放電は、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池Ｘ、ＹおよびＺの電気容量は、それぞれ９００ｍＡｈであった。
電池Ｘ、ＹおよびＺ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などの異常は認められなかった。
【００９１】
次に、２０℃雰囲気中で、電池Ｘ、ＹおよびＺの充電を、電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで充電終止電圧４．２Ｖまで行い、０．２Ｃ（０．５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その後、再びＸ、ＹおよびＺの充電を、上記と同じ電流モードで、充電終止電圧４．２Ｖまで行い、２Ｃ（５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その結果、電池Ｘの場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の９０％であり、電池Ｙの場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の９０％であり、電池Ｚの場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の８９％であった。
【００９２】
一方、従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて負極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて正極を作製した。そして、各極板に集電タブを接続するための電極合剤層の未塗工部を設け、そこに集電タブを接続したところ、実施例１〜３と同様の容量の電池を得るためには、電池容積が実施例１〜３の電池の１．２倍となった。得られた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。また、この電池を２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の８０％であった。
以上より、本発明によれば、電気化学素子の体積エネルギー密度、放電特性および信頼性を従来よりも高められることが明らかとなった。
【００９３】
《実施例４》
（イ）第１電極の作製
横１９８ｍｍ、縦５０６ｍｍ、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列に配列する複数の帯状（６５ｍｍ×５０６ｍｍ）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。
【００９４】
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、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×５０６ｍｍの帯状の第１電極合剤層を２列ずつ形成した。２列の帯状の第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、第１電極合剤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。
【００９５】
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列の帯状の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００９６】
（ロ）第２電極の作製
両面に帯状の第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦５０６ｍｍ、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列に配列する複数の帯状（６４ｍｍ×５０６ｍｍ）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。
【００９７】
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、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×５０６ｍｍの帯状の第２電極合剤層を２列ずつ形成した。２列の第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、第２電極合剤を有さない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。
【００９８】
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列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
【００９９】
（ハ）極板群の作製
第１電極の集合体と、第２電極の集合体とを、セパレータを介して重ねてから捲回した。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、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。その結果、交互に逆向きに配列した複数の円筒形極板群からなる長尺筒状の集合体が得られた。
【０１００】
複数の円筒形極板群からなる集合体は、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で切断して、極板群毎に分割した。その結果、一連の塗工・捲回工程により、一度に６個もの極板群を得ることができた。
【０１０１】
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樹脂部とが交互に配列する側面には、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。ただし、極板群の内部に電解液を注入するための注入孔を設けるために、該当箇所にマスクを被せた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。このとき、銅の蒸着膜の露出部が、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。
【０１０２】
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樹脂部とが交互に配列する側面には、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。ただし、極板群の内部に電解液を注入するための注入孔を設けるために、該当箇所にマスクを被せた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。このとき、Ａｌの蒸着膜の露出部が、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。
【０１０３】
こうして得られた極板群をステンレス鋼製の円筒形電池ケースに収容し、極板群底面の銅膜をケースの内底面に接続した。極板群上面のアルミニウム膜は、アルミニウムリードを介して、周囲に絶縁ガスケットを配した封口板の裏側に接続した。次いで、電解液をケース内に注ぎ、電解液を極板群の内部に含浸させた。その後、封口板でケースの開口部を封口し、円筒形電池を完成した。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で含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。
【０１０４】
《比較例１》
従来と同様の方法で、円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
すなわち、３１×５０６ｍｍの帯状のアルミニウム箔およびその両面に担持された実施例４と同じ組成・厚さの正極合剤層からなる正極を作製した。また、３２×５０６ｍｍの帯状の銅箔およびその両面に担持された実施例４と同じ組成・厚さの負極合剤層からなる負極を作製した。ただし、それぞれの極板には、集電タブを接続するための電極合剤層の未塗工部を設け、そこに集電タブを接続した。これらの正極と負極とを、セパレータを介して捲回し、極板群を作製した。
【０１０５】
こうして得られた極板群を、実施例４で用いたものより直径が１．２倍大きなステンレス鋼製の円筒形電池ケースに収容し、正極リードをケースの内底面に溶接した。また、負極リードは、周囲に絶縁ガスケットを配した封口板の裏側に接続した。次いで、実施例４と同様の電解液をケース内に注ぎ、電解液を極板群の内部に含浸させた。その後、封口板でケースの開口部を封口し、円筒形電池を完成した。なお、比較例１で実施例４よりも大きな電池ケースを要したのは、集電タブが極板群の内部に介在していることから極板群の直径が増加したためである。実施例４および比較例１の電池の容量は同じであるが、比較例１の電池は、実施例４の電池よりも一回り大きくなった。
【０１０６】
［評価］
実施例４および比較例１の電池の充放電を、それぞれ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実施例４および比較例１の電池の電気容量は、いずれも９００ｍＡｈであった。
【０１０７】
次に、２０℃雰囲気中で、実施例４および比較例１の電池の充電を、電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで充電終止電圧４．２Ｖまで行い、０．２Ｃ（０．５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その後、再び実施例４および比較例１の電池の充電を、上記と同じ電流モードで、充電終止電圧４．２Ｖまで行い、２Ｃ（５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その結果、実施例４の電池の場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の９０％であったが、比較例１の電池の場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の８０％であった。実施例４のリチウムイオン二次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などの異常は認められなかったが、比較例１の電池では若干の電圧降下が認められた。
【０１０８】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、構造が簡略であり、高出力であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する電気化学素子を提供することができる。そして、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。このような電気化学素子を含む非水電解液二次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縦断面図である。
【図２】第１電極からなる集合体と第２電極からなる集合体の切断箇所を示す概念図である。
【図３】別の第１電極からなる集合体と別の第２電極からなる集合体の切断箇所を示す概念図である。
【図４】本発明に係る円筒形極板群の縦断面概念図である。
【符号の説明】
１０ 極板群
１１ａ、ｂ 樹脂シート
１１ｘ、ｙ 第２端部
１２ａ、ｂ 導電層
１２ｘ、ｙ 第１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 絶縁部
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 絶縁部
４０ セパレータ
４１ 第１端子
４２ 第２端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学素子に関し、特に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に用いる極板群の集電構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、二次電池などの電気化学素子に対する小型化・軽量化への要望が強まってきている。一方、現行の二次電池は、内部構造が複雑であり、一定容積あたりの製品が有する電気容量を向上させるには限界がある。複雑な構造が、電池の信頼性の向上を妨げている面もある。例えば、電極に接続された集電タブまたは集電リードが、電極面における均一な電極反応を妨げる場合がある。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、内部短絡の発生も懸念される。
【０００３】
二次電池は、正極、負極およびセパレータからなる極板群を有し、極板群には、積層型と捲回型がある。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て得られる。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て得られる。これらの極板群は、通常、正極と負極の端部が交互に配列した側面を有する。このような側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。
【０００４】
高出力が要求される電池においては、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、所定の金属部材を用いて一体接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。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、集電タブや集電リードが極板群の内部に配置されると、極板群の構造が不均等かつ複雑になるため、体積効率が低下して、極板群のエネルギー密度が低下したり、電極反応が不均一になって、電気化学素子の信頼性が低下したりする。集電タブや集電リードが有する金属バリにより、内部短絡が起こる可能性もある。
【０００７】
極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆の側面から負極を突出させ、突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材を用いて一体接合する方法では、製造工程が複雑であり、しかも、極板の突出部の導電性が低いために、集電性能が低くなるという問題がある。例えば、導電性の低い電極合剤層と金属部材との接触によっては、充分な集電が行えないし、金属部材と端面が接触する電極芯材が薄い場合には、集電性能はさらに低下する。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場合には、芯材と集電板との接触面積を確保することが困難であり、高出力を達成できないという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものである。本発明によれば、高出力であり、構造が簡略であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する電気化学素子を提供することができる。また、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。
【００１２】
本発明の電気化学素子は、（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を有し、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、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、各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、第１端部および第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部は、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部は、前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部は、第１端子に埋没しており、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部は、第２端子に埋没している。
【００１３】
ここで、本発明の電気化学素子には、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有し、複数の第１電極は、それぞれ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、複数の第２電極は、それぞれ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、各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、第１端部および第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、露出している第１集電体シートの導電部および第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、露出している第２集電体シートの導電部および第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、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第１端子に埋没しており、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第２端子に埋没している電気化学素子が含まれる。
【００１４】
また、本発明の電気化学素子には、第１電極と第２電極とをセパレータを介して捲回した極板群を有し、第１電極は、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、第２電極は、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、各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、第１端部および第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１底面（第１側面）において第１端子と接続され、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２底面（第２側面）において第２端子と接続され、露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第１端子に埋没しており、露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、第２端子に埋没している電気化学素子が含まれる。
【００１５】
本発明の電気化学素子の一態様においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、粒子状金属が連続的に接合してなる多孔質金属膜からなる。
本発明の電気化学素子の別の一態様においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、導電性ペーストからなり、前記導電性ペーストは、樹脂ならびに前記樹脂に分散させた導電性微粒子および導電性繊維よりなる群から選ばれた少なくとも１種からなる。
本発明の電気化学素子のさらに別の一態様においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、融点２５０℃以下の低融点金属からなる。
【００１６】
本発明の電気化学素子においては、第１端子には、第１金属リードを、第２端子には、第２金属リードを溶接することができる。
【００１７】
本発明の電気化学素子においては、第１側面と第２側面とを、互いに前記極板群の反対側に配置することができる。
本発明の電気化学素子においては、第１側面には、第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設け、第２側面には、第２端子と第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。
本発明の電気化学素子においては、第１側面および第２側面以外の前記極板群の側面に、絶縁材料を配することができる。
【００１８】
本発明の電気化学素子においては、前記各集電体シートの第１端部および第２端部を含む周縁部は、前記電極合剤層の未塗工部とし、第１端子または第２端子との接続位置以外の周縁部（未塗工部）は絶縁部とすることができる。
本発明の電気化学素子においては、第１側面および第２側面以外の前記極板群の側面に、第１集電体シートの絶縁部の露出部および第２集電体シートの絶縁部の露出部を配することができる。
本発明の電気化学素子においては、前記極板群は、前記第１側面および前記第２側面以外に、第１集電体シートの絶縁部の露出部および／または第２集電体シートの絶縁部の露出部が配されている側面を有することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の電気化学素子は、（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を有する。第１電極（ａ）は、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、第２電極（ｂ）は、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電極合剤層からなる。
第１集電体シートの少なくとも１つの端部は、第１電極合剤層の未塗工部であり、第２集電体シートの少なくとも１つの端部は、第２電極合剤層の未塗工部である。第１集電体シートの未塗工部は、前記極板群の第１側面において、第１端子と接続され、第２集電体シートの未塗工部は、前記極板群の第２側面において、第２端子と接続されている。そして、第１集電体シートの未塗工部の少なくとも一部は、第１端子に埋没しており、第２集電体シートの未塗工部の少なくとも一部は、第２端子に埋没している。
【００２０】
第１集電体シートおよび第２集電体シートには、それぞれ導電部と絶縁部とを設ける。このような集電体シートには、電極合剤層の未塗工部であり、それぞれ導電部および絶縁部が露出している第１端部および第２端部を設けることができる。そして、露出している第１集電体シートの導電部は、その少なくとも一部を第１端子に埋設して、極板群の第１側面において第１端子と接続する。また、露出している第２集電体シートの導電部は、その少なくとも一部を第２端子に埋設して、極板群の第２側面において第２端子と接続する。一方、露出している第１集電体シートの絶縁部は、極板群の第２側面に配し、露出している第２集電体シートの絶縁部は、極板群の第１側面に配することができる。
【００２１】
各集電体シートの未塗工部が各端子に埋設していることから、例えば、極板自体を端子に埋設させた従来の電気化学素子とは異なり、電極合剤層の導電性や集電体シートの厚さに関わらず、高い集電性能を確保できる。そして、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場合のように、芯材と集電板との接触面積を充分に確保できないという問題も生じない。さらに、端子と集電体シートとの接合強度も充分に確保することができる。
【００２２】
本発明の一実施形態に係る電気化学素子においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方は、粒子状金属が連続的に接合してなる多孔質金属膜からなる。このような多孔質金属膜は、溶融金属もしくは半溶融状態の金属粒子を、圧搾空気でノズルより吹き出させ、極板群の所定の側面に吹き付けることにより得ることができるが、他の方法で多孔質金属膜を得ることも可能である。例えば、いわゆるメタリコン（metalikon）を採用することができる。
【００２３】
第１端子もしくは第２端子が、正極端子となる場合には、多孔質金属膜は、アルミニウム、アルミニウム合金等からなることが好ましい。第１端子もしくは第２端子が、負極端子となる場合には、多孔質金属膜は、銅、銅合金等からなることが好ましい。
【００２４】
本発明の別の実施形態に係る電気化学素子においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、導電性ペーストからなる。導電性ペーストには、樹脂ならびに前記樹脂に分散させた導電性微粒子および導電性繊維よりなる群から選ばれた少なくとも１種からなるものを用いることができる。導電性ペーストは、極板群の所定の側面に塗工することが容易であることから、導電性ペーストを用いることにより、極板群の製造工程を簡略化することができる。極板群の所定の側面に塗工された導電性ペーストは、加熱や光照射により、硬化させることが好ましい。導電性ペーストを硬化させることにより、第１端子もしくは第２端子の強度を向上させることができる。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。
【００２５】
第１端子もしくは第２端子が、正極端子となる場合には、導電性ペーストの樹脂として、ポリアミドイミドなどを好ましく用いることができる。また、正極端子には、カーボン、アルミニウムなどからなる導電性微粒子や導電性繊維を用いることが好ましい。第１端子もしくは第２端子が、負極端子となる場合にも、導電性ペーストの樹脂として、ポリアミドイミドなどを好ましく用いることができる。また、負極端子には、銅、銀、銀メッキされた銅、ニッケル、カーボンなどからなる導電性微粒子や導電性繊維を用いることが好ましい。
【００２６】
導電性粒子の平均粒径は、１〜１００μｍであることが好ましい。また、導電性繊維の直径は、１〜１００μｍであることが好ましく、繊維の長さは特に限定されない。
導電性ペーストにおける導電性微粒子および／または導電性繊維の含有率は、５０〜９０重量％であることが好ましい。導電性を高めるためには、導電性微粒子および／または導電性繊維の量が多い方が好ましいが、樹脂の含有率があまりに少なくなると、導電性ペーストの調製や塗工が困難になる。
【００２７】
本発明のさらに別の実施形態に係る電気化学素子においては、第１端子および第２端子の少なくとも一方が、融点２５０℃以下、好ましくは１８０℃以下の低融点金属からなる。例えば、低融点金属に樹脂をフラックスとして添加すると半田が得られる。半田は取り扱いが容易な上、半田を用いれば、多孔質金属膜や導電性ペーストに比べて、良好な導電性を有する端子を形成することが可能である。ただし、低融点合金の融点が２５０℃を超えると、極板群の所定の側面に低融点金属からなる端子を設ける際に、電気化学素子を劣化させる虞がある。
低融点金属としては、Ｐｂ−Ｓｎ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系合金、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｂｉ系合金等が知られているが、他の組成の金属を用いることもできる。
【００２８】
上記のいずれの実施形態においても、第１端子および第２端子の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍで充分である。端子が厚くなりすぎると、電気化学素子の体積エネルギー密度が低下する。一方、端子が薄すぎると、電気化学素子の集電性能が不十分になる。
【００２９】
第１側面と第２側面とは、電気化学素子の構造の簡略化および製造法の簡易化の観点から、互いに極板群の反対側に位置することが好ましい。例えば、複数の略四角形の極板からなる積層型の極板群の場合には、２対の平行な側面のうちの一対の各々において、第１端子と第１集電体シートの未塗工部もしくは第２端子と第２集電体シートの未塗工部が接続されることが好ましい。長尺の極板からなる捲回型の極板群の場合には、円筒形の極板群の上下底面の各々において、第１端子と第１集電体シートの未塗工部もしくは第２端子と第２集電体シートの未塗工部が接続されることが好ましい。
【００３０】
図１に、本発明の一例に係る電気化学素子の積層型極板群の縦断面図を示す。
極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと複数の第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。
【００３１】
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。すなわち、第１集電体シート１３ａは、導電層の形状パターンに応じて導電部と絶縁部とを有する。
【００３２】
図１においては、第１集電体シート１３ａの第１端部１２ｘおよび第２端部１１ｘが、第１電極合剤層の未塗工部である。第１端部には、導電層１２ａからなる導電部が露出しており、第２端部には、樹脂シート１１ａからなる絶縁部が露出している。露出している第１集電体シートの導電部は、極板群の第１側面（図１左側）において第１端子１７ａと接続されており、その一部が第１端子１７ａに埋没している。図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ａの端部には、導電層１２ａを設ける必要はないが、設けてもよい。導電層１２ａを設けない場合の図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ａの端部は絶縁部となる。第１電極合剤層１４ａは、第１端部１２ｘの未塗工部を除き、導電層１２ａの上に担持されている。
【００３３】
図１の極板群には、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’が含まれている。
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、極板群における端部の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からなり、第２集電体シートは、導電層の形状パターンに応じた導電部と絶縁部とを有する。
最外部の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面（内側）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。
【００３４】
図１においては、第２集電体シート１３ｂの第１端部１２ｙおよび第２端部１１ｙが、第２電極合剤層の未塗工部である。第１端部には、導電層１２ｂからなる導電部が露出しており、第２端部には、樹脂シート１１ｂからなる絶縁部が露出している。露出している第２集電体シートの導電部は、極板群の第２側面（図１右側）において第２端子１７ｂと接続されており、その一部が第２端子１７ｂに埋没している。図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ｂの端部には、導電層１２ｂを設ける必要はないが、設けてもよい。導電層１２ｂを設けない場合の図１の紙面裏表に位置する樹脂シート１１ｂの端部は絶縁部となる。第２電極合剤層１４ｂは、第１端部１２ｙの未塗工部を除き、導電層１２ｂの上に担持されている。
【００３５】
樹脂シート１１ａ、ｂの厚さは、それぞれ０．５〜５００μｍであることが好ましい。導電層１２ａ、ｂの厚さは、それぞれ０．０１〜１００μｍであることが好ましい。第１電極合剤層１４ａおよび第２電極合剤層１４ｂの厚さは、特に限定されないが、それぞれ１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００３６】
樹脂シート１１ａ、ｂとしては、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。
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。表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
【００３７】
導電層１２ａ、ｂには、電気化学素子内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電極もしくは第２電極が正極である場合には、導電層１２ａとして、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るが、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電極もしくは第２電極が負極である場合には、導電層１２ｂとして、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るが、特に、銅、銅合金などが好ましい。
導電層１２ａ、ｂは、例えば、導電性材料を樹脂シートに蒸着させることで形成することができる。所定の形状パターンの蒸着膜が形成されるように、樹脂シートには、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ことが好ましい。また、導電層１２ａ、ｂは、メッキ法等により形成することもできる。
【００３８】
図１では、第１集電体シートの第１端部１２ｘに設けられた導電部は、極板群の第１側面（図１左側）に配されており、その反対側の第２端部１１ｘに設けられた絶縁部は、極板群の第２側面（図１右側）に配されている。すなわち、図１では、第１側面と前記第２側面とが、互いに極板群の反対側に位置しているが、側面の配置はこれに限定されるわけではない。一方、第２集電体シートの第１端部１２ｙに設けられた導電部は、極板群の第２側面に配されており、その反対側の第２端部１１ｙに設けられた絶縁部は、極板群の第１側面に配されている。
【００３９】
上記のように、同様の構造を有する第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集電体シートの第１端部１２ｘに設けられた導電部は、第２集電体シートの絶縁部と隣接し、第２集電体シートの第１端部１２ｙに設けられた導電部は、第１集電体シートの絶縁部と隣接している。
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。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部を互いに接続し、並列接続の高容量電池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は、各集電体シートの第２端部１１ｘ、ｙに、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上の絶縁部を設けることが好ましい。
【００４０】
良好な集電状態を得るためには、露出している集電体シートの導電部が第１端子もしくは第２端子の内部に、できるだけ深くまで埋没していることが好ましい。具体的には、露出している集電体シートの導電部が、第１端子もしくは第２端子の内部に、０．００１〜１ｍｍの深さまで埋没していることが好ましく、０．０１〜１ｍｍの深さまで埋没していることがさらに好ましい。
【００４１】
第１端子には、第１金属リードを、第２端子には、第２金属リードを溶接することができる。第１端子および第２端子は、それぞれ極板群の第１側面および第２側面に設けられていることから、比較的容易にリードを溶接することができる。リードの溶接方法には、特に限定はないが、レーザ溶接、抵抗溶接、電子ビーム（ＥＢ）溶接、超音波溶接などを採用することができる。第１端子および第２端子にリードを溶接することにより、電気化学素子の集電性能は大きく向上する。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第１金属リードもしくは第２金属リードを用いることが好ましい。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、ニッケル等からなる第１金属リードもしくは第２金属リードを用いることが好ましい。
【００４２】
第１金属リードは、第１端子に埋没している第１集電体シートの導電部と接触させ、第２金属リードは、第２端子に埋没している第２集電体シートの導電部と接触させることができる。このように所定のリードと集電体シートの導電部とを接触させることにより、電気化学素子の集電性能は大きく向上する。
【００４３】
第１側面および第２側面には、それぞれ第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａおよび第２端子と第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部１８ｂを設けることが好ましい。第１側面には、第２集電体シートの絶縁部が配され、第２側面には、第１集電体シートの絶縁部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容易であるが、絶縁材料部を設けることで、電気化学素子の信頼性は大幅に向上する。絶縁材料部の厚さは、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。絶縁材料部を形成する方法は、特に限定されないが、例えば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、極板の所定位置に塗布することにより形成することができる。また、フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を、極板の所定位置に貼り付けたりすることにより、絶縁材料部を形成することもできる。
【００４４】
絶縁材料部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。
【００４５】
絶縁材料部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。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。
【００４６】
図１では、第１電極合剤層よりも第２電極合剤層の方が、大きな面積を有している。電気化学素子がリチウムイオン二次電池の場合、第１電極合剤層を正極とし、第２電極合剤層を負極とするこのような構造を採用することが好ましい。一方、第１電極合剤層を負極とし、第２電極合剤層を正極とする場合には、第２電極合剤層よりも第１電極合剤層の面積を大きくすることが好ましい。
【００４７】
上記のような極板群は、通常、電解液とともに所定のケースに収容して用いられる。ケースの形状、材質などは特に限定されないが、例えば、ステンレス鋼板、アルミニウム板などを所定形状に加工したもの、両面に樹脂被膜を有するアルミニウム箔（アルミニウムラミネートシート）、樹脂ケースなどが用いられる。電解液は電池の種類に応じて異なるが、例えばリチウムイオン二次電池に用いる電解液の場合、非水溶媒にリチウム塩を溶解させて調製される。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましい。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
次に、上記のような積層型極板群の製造法の一例について、図２を参照しながら説明する。
（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、所定形状の導電層を、図２に示すように複数行、複数列に樹脂シート上に形成する。このような導電層は、樹脂シート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。
【００５１】
樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層を複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ個の導電層を形成する。次に、各導電層の上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ａを残しておく。
【００５２】
第１電極合剤層は、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好ましい。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。図２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上に、より多くの導電層と電極合剤層が形成される。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。その後、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。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が用いられる。
【００５６】
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。第１電極合剤層の周縁部のその他の部分にも、絶縁材料を被覆してもよいが、第１端子との接続部となる導電層の露出部は残しておく。図１のような極板群を得る場合には、少なくとも極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に絶縁材料を塗工する。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。
【００５７】
（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電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第２端子との接続部２４ｂとなる。片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極についても、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。
【００５８】
（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、第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料を、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。両最外面には、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、全体をプレスすると、複数の極板スタックからなる集合体が得られる。
【００５９】
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。
【００６０】
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２に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部は、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。
【００６１】
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を適用すると、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。そのため電気化学素子の信頼性は大幅に向上する。
【００６２】
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配列する第１側面には、第１端子を形成する。例えば、溶融金属もしくは半溶融状態の金属粒子を、圧搾空気でノズルより吹き出させ、極板群の第１側面に吹き付けることにより、第１端子を設けることができる。他に、極板群の第１側面に導電性ペーストを塗工し、必要に応じてペーストを硬化させることにより、第１端子を形成してもよく、極板群の第１側面を溶融状態の低融点金属の液面と接触させ、冷却して、第１端子を形成してもよい。こうして形成された第１端子には、自動的に第１集電体シートの導電層の露出部が埋設される。第１側面に配された第２電極合剤層の端面には、絶縁材料が塗工されているため、第１端子と第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と第１集電体シートの絶縁部とが交互に配列する第２側面にも、上記と同様に第２端子を設けることができる。極板群の他の側面は、そのままの状態でもよいが、絶縁材料で被覆することが好ましい。
【００６３】
図３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、樹脂シートに片面あたりｎ列の導電層を形成する。
【００６４】
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、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。塗工方法は図２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。
【００６５】
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電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ｂ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は第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００６６】
このような極板群の集合体を、図３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。他の側面には、電極合剤層の断面が露出することになるが、これらの側面は、絶縁材料で被覆することにより、短絡を防止することができる。
上記のような製造法によれば、例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの範囲であれば、任意の大きさの極板群を効率よく製造することができる。
【００６７】
次に、図４に示すような円筒形極板群の製造法の一例について説明する。図４は、第１電極を中心に描かれた円筒形極板群の部分的な概念図であり、さらに外周側の合剤層や極板等は省略されている。
（イ）第１電極および第２電極の作製
円筒形極板群に用いる第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。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３に示したのと同様の第１電極からなる集合体を作製し、上記と同様に、極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に沿って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。第２電極からなる集合体も図３に示したのと同様でよく、上記と同様に作製することができる。
【００６８】
（ロ）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とを互いに対面させ、第１電極における導電層の露出部および絶縁材料を、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させる。このようにすれば、交互に逆向きに配列した複数の円筒形極板群からなる長尺筒状の集合体が得られる。
【００６９】
長尺筒状の集合体は、極板群ごとに分割する。こうして得られた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いる。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。
【００７０】
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には、上記と同様に、それぞれ第１端子４１および第２端子４２を形成する。第１端子側では、第２電極合剤層の端面に絶縁材料が塗工されているため、第１端子と第２電極との短絡は起こらないし、第２端子側では、第１電極合剤層の端面に絶縁材料が塗工されているため、第２端子と第１電極との短絡は起こらない。
【００７１】
【実施例】
次に、実施例に基づいて本発明の電気化学素子について、さらに具体的に説明するが、これらの実施例は本発明を限定するものではない。以下の実施例では、電気化学素子として、リチウムイオン二次電池を作製した。
【００７２】
《実施例１》
（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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
（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。
【００７６】
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。
【００７７】
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した。
【００７８】
（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。両最外面に、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。
【００７９】
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。
【００８０】
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つの側面には、各集電体シートのＰＥＴの露出部が配列していた。
【００８１】
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の第１端子が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、第１端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第１端子は負極端子として用いた。
【００８２】
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の第２端子が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第２端子は正極端子として用いた。
【００８３】
こうして得られた極板群の第１端子と第２端子に、それぞれニッケルからなる負極リードとアルミニウムからなる正極リードを超音波溶接により溶接した。各端子と各リードとの接合面積は、０．５ｃｍ2とした。リードが接合された極板群は、所定の電解液に浸漬し、極板群内部に充分に電解液を含浸させた。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で含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。こうしてリチウムイオン二次電池Ｘを完成した。
【００８４】
《実施例２》
実施例１と同様の極板スタックを作製した。
樹脂のポリアミドイミド３０重量部と、導電性微粒子の銅粉末（平均粒径２０μｍ）７０重量部とからなる導電性ペーストＡを調製した。そして、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、導電性ペーストＡを塗工し、７０℃で極板スタックを加熱して樹脂を硬化させた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの第１端子が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、第１端子の内部に深さ０．５ｍｍまで埋没していた。また、銅の蒸着膜の露出部は、第１端子を貫通して外面に露出していた。
第１端子は負極端子として用いた。
【００８５】
樹脂のポリアミドイミド３０重量部と、導電性微粒子のアルミニウム粉末（平均粒径２０μｍ）７０重量部とからなる導電性ペーストＢを調製した。そして、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、導電性ペーストＢを塗工し、７０℃で極板スタックを加熱して樹脂を硬化させた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍの第２端子が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子の内部に深さ０．５ｍｍまで埋没していた。また、Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子を貫通して外面に露出していた。第２端子は正極端子として用いた。
【００８６】
こうして得られた極板群の、銅の蒸着膜の露出部が露出する第１端子と、Ａｌの蒸着膜の露出部が露出する第２端子に、それぞれニッケルからなる負極リードとアルミニウムからなる正極リードをレーザ溶接により溶接した。各端子と各リードとの接合面積は、０．５ｃｍ2とした。リード線が接合された極板群は、所定の電解液に浸漬し、極板群内部に充分に電解液を含浸させた。ここでは実施例１と同じ電解液を用いた。こうしてリチウムイオン二次電池Ｙを完成した。
【００８７】
《実施例３》
実施例１と同様の極板スタックを作製した。
Ｐｂ−Ｓｎ−Ｂｉ系の合金（融点１００℃）からなる半田を浴槽内で溶融させた。そして、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側面を、この溶融半田の液面と接触させ、直ちに引き上げた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの第１端子が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、第１端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第１端子は負極端子として用いた。
【００８８】
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側面を、上記溶融半田の液面と接触させ、直ちに引き上げた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍの第２端子が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、第２端子の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。第２端子は正極端子として用いた。
【００８９】
こうして得られた極板群の第１端子と第２端子に、それぞれニッケルからなる負極リードとアルミニウムからなる正極リードを抵抗溶接により溶接した。各端子と各リードとの接合面積は、０．５ｃｍ2とした。リード線が接合された極板群は、所定の電解液に浸漬し、極板群内部に充分に電解液を含浸させた。ここでは実施例１と同じ電解液を用いた。こうしてリチウムイオン二次電池Ｚを完成した。
【００９０】
［評価］
リチウムイオン二次電池Ｘ、ＹおよびＺの充放電試験を、外部の充放電装置を用いて行った。充放電は、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池Ｘ、ＹおよびＺの電気容量は、それぞれ９００ｍＡｈであった。
電池Ｘ、ＹおよびＺ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などの異常は認められなかった。
【００９１】
次に、２０℃雰囲気中で、電池Ｘ、ＹおよびＺの充電を、電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで充電終止電圧４．２Ｖまで行い、０．２Ｃ（０．５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その後、再びＸ、ＹおよびＺの充電を、上記と同じ電流モードで、充電終止電圧４．２Ｖまで行い、２Ｃ（５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その結果、電池Ｘの場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の９０％であり、電池Ｙの場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の９０％であり、電池Ｚの場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の８９％であった。
【００９２】
一方、従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて負極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて正極を作製した。そして、各極板に集電タブを接続するための電極合剤層の未塗工部を設け、そこに集電タブを接続したところ、実施例１〜３と同様の容量の電池を得るためには、電池容積が実施例１〜３の電池の１．２倍となった。得られた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。また、この電池を２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の８０％であった。
以上より、本発明によれば、電気化学素子の体積エネルギー密度、放電特性および信頼性を従来よりも高められることが明らかとなった。
【００９３】
《実施例４》
（イ）第１電極の作製
横１９８ｍｍ、縦５０６ｍｍ、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列に配列する複数の帯状（６５ｍｍ×５０６ｍｍ）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。
【００９４】
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、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×５０６ｍｍの帯状の第１電極合剤層を２列ずつ形成した。２列の帯状の第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、第１電極合剤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。
【００９５】
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列の帯状の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００９６】
（ロ）第２電極の作製
両面に帯状の第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦５０６ｍｍ、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列に配列する複数の帯状（６４ｍｍ×５０６ｍｍ）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。
【００９７】
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、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×５０６ｍｍの帯状の第２電極合剤層を２列ずつ形成した。２列の第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、第２電極合剤を有さない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。
【００９８】
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列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
【００９９】
（ハ）極板群の作製
第１電極の集合体と、第２電極の集合体とを、セパレータを介して重ねてから捲回した。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、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。その結果、交互に逆向きに配列した複数の円筒形極板群からなる長尺筒状の集合体が得られた。
【０１００】
複数の円筒形極板群からなる集合体は、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で切断して、極板群毎に分割した。その結果、一連の塗工・捲回工程により、一度に６個もの極板群を得ることができた。
【０１０１】
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樹脂部とが交互に配列する側面には、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。ただし、極板群の内部に電解液を注入するための注入孔を設けるために、該当箇所にマスクを被せた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。このとき、銅の蒸着膜の露出部が、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。
【０１０２】
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樹脂部とが交互に配列する側面には、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。ただし、極板群の内部に電解液を注入するための注入孔を設けるために、該当箇所にマスクを被せた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。このとき、Ａｌの蒸着膜の露出部が、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。
【０１０３】
こうして得られた極板群をステンレス鋼製の円筒形電池ケースに収容し、極板群底面の銅膜をケースの内底面に接続した。極板群上面のアルミニウム膜は、アルミニウムリードを介して、周囲に絶縁ガスケットを配した封口板の裏側に接続した。次いで、電解液をケース内に注ぎ、電解液を極板群の内部に含浸させた。その後、封口板でケースの開口部を封口し、円筒形電池を完成した。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で含む混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。
【０１０４】
《比較例１》
従来と同様の方法で、円筒形のリチウムイオン二次電池を作製した。
すなわち、３１×５０６ｍｍの帯状のアルミニウム箔およびその両面に担持された実施例４と同じ組成・厚さの正極合剤層からなる正極を作製した。また、３２×５０６ｍｍの帯状の銅箔およびその両面に担持された実施例４と同じ組成・厚さの負極合剤層からなる負極を作製した。ただし、それぞれの極板には、集電タブを接続するための電極合剤層の未塗工部を設け、そこに集電タブを接続した。これらの正極と負極とを、セパレータを介して捲回し、極板群を作製した。
【０１０５】
こうして得られた極板群を、実施例４で用いたものより直径が１．２倍大きなステンレス鋼製の円筒形電池ケースに収容し、正極リードをケースの内底面に溶接した。また、負極リードは、周囲に絶縁ガスケットを配した封口板の裏側に接続した。次いで、実施例４と同様の電解液をケース内に注ぎ、電解液を極板群の内部に含浸させた。その後、封口板でケースの開口部を封口し、円筒形電池を完成した。なお、比較例１で実施例４よりも大きな電池ケースを要したのは、集電タブが極板群の内部に介在していることから極板群の直径が増加したためである。実施例４および比較例１の電池の容量は同じであるが、比較例１の電池は、実施例４の電池よりも一回り大きくなった。
【０１０６】
［評価］
実施例４および比較例１の電池の充放電を、それぞれ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実施例４および比較例１の電池の電気容量は、いずれも９００ｍＡｈであった。
【０１０７】
次に、２０℃雰囲気中で、実施例４および比較例１の電池の充電を、電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで充電終止電圧４．２Ｖまで行い、０．２Ｃ（０．５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その後、再び実施例４および比較例１の電池の充電を、上記と同じ電流モードで、充電終止電圧４．２Ｖまで行い、２Ｃ（５ｍＡ／ｃｍ2）の電流値で放電した。その結果、実施例４の電池の場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の９０％であったが、比較例１の電池の場合、２Ｃで放電したときの容量は０．２Ｃで放電したときの容量の８０％であった。実施例４のリチウムイオン二次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などの異常は認められなかったが、比較例１の電池では若干の電圧降下が認められた。
【０１０８】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、構造が簡略であり、高出力であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する電気化学素子を提供することができる。そして、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。このような電気化学素子を含む非水電解液二次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縦断面図である。
【図２】第１電極からなる集合体と第２電極からなる集合体の切断箇所を示す概念図である。
【図３】別の第１電極からなる集合体と別の第２電極からなる集合体の切断箇所を示す概念図である。
【図４】本発明に係る円筒形極板群の縦断面概念図である。
【符号の説明】
１０ 極板群
１１ａ、ｂ 樹脂シート
１１ｘ、ｙ 第２端部
１２ａ、ｂ 導電層
１２ｘ、ｙ 第１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 絶縁部
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 絶縁部
４０ セパレータ
４１ 第１端子
４２ 第２端子
Claims (11)
- （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を有する電気化学素子であって、
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、
前記各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、前記第１端部および前記第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、
前記露出している第１集電体シートの導電部および第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、前記露出している第２集電体シートの導電部および第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、
前記露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、前記第１端子に埋没しており、前記露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、前記第２端子に埋没しており、
前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方が、粒子状金属が連続的に接合してなる多孔質金属膜からなる電気化学素子。 - （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を有する電気化学素子であって、
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、
前記各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、前記第１端部および前記第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、
前記露出している第１集電体シートの導電部および第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、前記露出している第２集電体シートの導電部および第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、
前記露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、前記第１端子に埋没しており、前記露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、前記第２端子に埋没しており、
前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方が、導電性ペーストからなり、前記導電性ペーストが、樹脂ならびに前記樹脂に分散させた導電性微粒子および導電性繊維よりなる群から選ばれた少なくとも１種からなる電気化学素子。 - （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を有する電気化学素子であって、
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、
前記各集電体シートの第１端部および第２端部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、前記第１端部および前記第２端部においては、それぞれ前記導電部および前記絶縁部が露出しており、
前記露出している第１集電体シートの導電部および第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、前記露出している第２集電体シートの導電部および第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、
前記露出している第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、前記第１端子に埋没しており、前記露出している第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部の少なくとも一部が、前記第２端子に埋没しており、
前記第１端子および前記第２端子の少なくとも一方が、２５０℃以下の融点を有する低融点金属からなる電気化学素子。 - 前記第１端子に、第１金属リードが溶接され、前記第２端子に、第２金属リードが溶接されている請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 前記第１端子に、第１金属リードが溶接され、前記第２端子に、第２金属リードが溶接され、前記第１金属リードが、前記第１端子に埋没している第１集電体シートの導電部と接触しており、前記第２金属リードが、前記第２端子に埋没している第２集電体シートの導電部と接触している請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 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１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 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１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 前記各集電体シートの第１端部および第２端部を含む周縁部は、前記電極合剤層の未塗工部であり、前記第１端子または第２端子との接続位置以外の周縁部は絶縁部である請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 前記第１側面および前記第２側面以外の前記極板群の側面に、前記第１集電体シートの絶縁部の露出部および前記第２集電体シートの絶縁部の露出部が配されている請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 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の露出部および／または前記第２集電体シートの絶縁部の露出部が配されている側面を有する請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
- 前記第１側面および前記第２側面以外の前記極板群の側面に、絶縁材料が配されている請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
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