JP4782266B2

JP4782266B2 - 非水電解質電池

Info

Publication number: JP4782266B2
Application number: JP35771099A
Authority: JP
Inventors: 大輔長谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001176549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子を収容してなる非水電解質電池に関し、特にゲル電解質電池、固体電解質電池等における電池素子電極の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型のビデオテープレコーダや携帯型電話機、携帯型のパーソナルコンピュータ等のポータブル電子機器が数多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらポータブル電子機器の駆動電源として、電池、特に二次電池、そのなかでも非水電解質二次電池（いわゆるリチウムイオン二次電池）について、軽量、薄型化や、形状の自由度が高い電池の研究開発が活発に進められている。
【０００３】
上述したような電池に使用する電解質としては、固体化した電解液の研究が盛んであり、特に可塑剤を含んだ固体電解質であるゲル状の電解質や、高分子にリチウム塩を溶かし込んだ高分子固体電解質が注目を浴びている。このような固体電解質を使用する電池では、電解液の漏液のおそれがないため、プラスチックフィルムや、プラスチックと金属とを張り合わせたいわゆるラミネートフィルムを外装材として使用し、このラミネートフィルム内に電池素子を封入することがで、薄型、軽量化や形状の自由度の向上を達成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
非水電解質二次電池等の非水電解質電池においては、上述した薄型軽量かつ形状の自由度が高いというメリットを活かし、ポータブル電子機器内にあるスペースを有効に利用することができる。このようなポータブル機器内にできるスペースは様々であり、これに伴って非水電解質電池にも様々な形状に対応することが要請され、その電池素子を構成する電極形状も複雑化している。
【０００５】
従来の非水電解質電池においては、電極集電体となる金属箔の原反に活物質層と電解質層とを塗工した後、金型を使用した押し抜き等によって、所定形状に切り抜くことにより電池素子を構成する負極及び正極を作製している。このように作製される負極及び正極においては、電極集電体とともに、この電極集電体に形成された活物質層と電解質層も裁断されるため、活物質層の切断面が露出する。従来の非水電解質電池は、この活物質層の切断面から活物質が脱落し、内部ショート等の電池の故障の原因となって、電池自体の品質を低下させている。
【０００６】
そこで、本発明は、電池素子を構成する電池電極からの活物質の脱落を防止して、品質、安全性が向上した非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を有する本発明に係る非水電解質電池は、電極集電体と、電極集電体上に電極材料を塗布して形成される活物質層と、活物質層上に、マトリクス高分子中に電解質を相溶させた高分子複合体からなるゲル状電解質又は固体電解質で形成された電解質層とを有する負極及び正極を有する電池素子を備え、負極及び正極のそれぞれにおいて、活物質層の外周縁が電極集電体の外周縁よりも後退しているとともに、活物質層の周囲において負極合剤又は正極合剤が塗布されていない未塗布部が設けられ、該未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなっており、電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部を有し、活物質層の外周端面を含む全体及びリード取付部を除く未塗布部が電解質層によって覆われている。
【０００８】
上述した構成を有する本発明に係る非水電解質電池は、電解質層の外周縁を電極集電体の外周縁よりも後退させて形成することで、電極集電体を所定の形状に切り抜く際に、活物質層を切断せずに負極及び正極が作製される。また、本発明に係る非水電解質電池では、負極活物質層及び正極活物質層の周囲において、負極集電体上の負極合剤及び正極集電体の正極合剤が塗布されていない未塗布部を設け、この未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなるようにする。また、本発明に係る非水電解質電池は、電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部が設けられ、電極集電体上に形成された活物質層の外周端面を含む全体及びリード取付部を除く未塗布部が電解質層によって被覆される。このような本発明に係る非水電解質電池によれば、活物質層からの活物質の脱落を有効に防ぐことができ、内部ショートの発生による電池の故障を防止して、電池の品質、安全性を向上させる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る非水電解質電池の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明に係るリチウムイオン二次電池は、例えば固体電解質電池、またはゲル状電解質電池である。
【００１０】
具体的には、リチウムイオン二次電池１は、図１及び図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質、又はゲル状電解質が配設されてなる電池素子２と、シート状のラミネートフィルムが二つに折り畳まれてなる外装材３とを備える。リチウムイオン二次電池１は、電池素子２が外装材３内に収容され、この外装材３の周囲を熱溶着することにより電池素子３が密封されてなるものである。
【００１１】
電池素子２は、図３に示すように、負極１１と正極２１とが積層されて構成される。負極１１は、図４に示すように、負極集電体１２上に、この負極集電体１２の外周縁よりも後退した位置に外周縁がくるように負極合剤が塗布されてなる活物質層１３と、この活物質層１３の外周端面を覆うようにゲルポリマーが塗布されてなる電解質層１４とが形成されている。また、負極１１には、後述する負極端子リード４が取り付けられるリード取付部１６が設けられる。
【００１２】
このように、負極１１においては、活物質層１３の外周縁が負極集電体１２の外周縁よりも後退した位置にくるように塗布されることで、活物質層１３の周囲に亘って負極合剤が塗布されていない未塗布部１５が設けられる。この未塗布部１５は、後述する負極１１の作製の際に負極集電体１２の原反となるシート状の銅箔から所定形状に切り抜く際に、この銅箔上に塗布、形成された活物質層１３からの活物質の脱落、剥離を防ぐことができ、内部ショート等の電池の故障を防止する。
【００１３】
負極１１においては、上述した未塗布部１５の幅寸法ｘが０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなるように、好ましくは０．５ｍｍ乃至１ｍｍとなるように負極合剤が塗布される。未塗布部１５の幅が０．１ｍｍ未満であると上述した内部ショート等の原因となる活物質の脱落、剥離が有効に防止できず、また未塗布部１５の幅が２ｍｍよりも大きいと電池素子２のデッドスペースが大きくなり体積当たりの電池容量が低下する。なお、負極１１は、未塗布部１５がその幅寸法ｘが、上述した寸法の範囲内にあればその全周に亘って一様である必要はない。
【００１４】
また、負極１１は、活物質層１２の外周端面を含む全体が電解質層１３により覆われているため、一層活物質の脱落、剥離が防ぐことができ、内部ショート等の電池の故障を防止する。
【００１５】
なお、正極１２も、上述した負極１１と同様の構成を有する。すなわち、正極２１は、正極集電体２２上に、この正極集電体２２の外周縁よりも後退した位置に外周縁がくるように正極合剤が塗布されてなる活物質層２３と、この活物質層２３の外周端面を含む全体を覆うようにゲルポリマーが塗布されてなる電解質層２４とが形成されている。また、正極１２は、活物質層２３の周囲に未塗布部２５が設けられるとともに、後述する正極リード端子５が取り付けられるリード取付部２６が設けられる。
【００１６】
電池素子２においては、非水電解質電池の原理と安全性の観点から、通常、図３に示すように、負極１１に比して正極２１が小さく形成されている。しかしながら、塗布された活物質層の脆さという点では、負極１１の活物質層１３に比して正極２１の活物質層２３の方が弱い。また、正極２１は、その集電体である金属箔に、通常アルミニウム箔が使用されており、シート状の原反から切り抜く際に切断面に生じるバリ２２ａが、図５に示すように負極１１の集電体である銅箔の切断面に生じるバリ１２ａに比して大きくなりやすい。このため、正極２１の集電体に生じたバリが、電解質層１４，２４を突き破り、正極２１よりも外側に位置する負極集電体１２に接触して内部ショートが発生することがある。
【００１７】
上述した理由から、図６及び図７に示すように、正極２１を構成する正極集電体２２を負極１１の形状に比して大きく、具体的にはその全周に亘って正極２１の縁部が負極１１の縁部よりもはみ出るように形成してもよい。このように、正極集電体２２を負極１１より大きく形成することで、正極集電体２２のバリが負極集電体１２に触れ難くなり、さらに活物質の脱落、剥離を防ぐための電解質層２４の量も増やすことができるため、内部ショート等の電池の故障防止の効果も向上し、安全性の高いリチウムイオン二次電池１を作製することができる。
【００１８】
このとき、正極２１は、負極１１との差分寸法ｙが０．１ｍｍ乃至０．５ｍｍとなるように形成することが望ましい。リチウムイオン二次電池１においては、正極２１が負極１１からはみ出る量が０．１ｍｍ未満であると内部ショートを有効に防止することができず、また０．５ｍｍよりも大きくはみ出るようにすると単位体積当たりの電池容量が低下する。なお、正極２１は、負極１１からはみ出る負極１１との差分寸法ｙが、上述した寸法の範囲内にあればその全周に亘って一様である必要はない。
【００１９】
電池素子２は、該電池素子２を構成する負極と電気的に接続される負極端子リード４及び正極と電気的に接続される正極端子リード５が設けられている。これら負極端子リード４及び正極端子リード５は、外装材３の外方へと引き出され、リチウムイオン二次電池１を駆動電源とするポータブル電子機器等の機器本体と電気的に接続される。
【００２０】
負極端子リード４及び正極端子リード５は、詳しい図示を省略する負極及び正極を構成するそれぞれの集電体に接合されており、その材質としては、負極端子リードは銅、ニッケル、又はこれらの合金を用いることができる。また、正極端子リードには、高電位で溶解しないもの、例えばアルミニウム、チタン、或いはこれらの合金等が挙げられる。
【００２１】
電池素子２には、固体電解質として、溶媒を一切含まない固体電解質を用いることができる。
【００２２】
溶媒を含まない固体電解質としては、イオン伝導性高分子を用いた高分子固体電解質、さらにはイオン伝導性セラミクス、或いはイオン伝導性ガラスを用いた無機固体電解質等を用いることができる。
【００２３】
例えば高分子固体電解質を形成するには、ポリエチレンオキサイドに代表されるようなエーテル結合を有する高分子マトリクス中に電解質を相溶させた高分子複合体を使用することができる。このとき、電解質としては、やはり通常の電池電解液に用いられる電解質を使用することができ、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等のリチウム塩を使用することができる。
【００２４】
高分子マトリクスとしては、上述したポリエチレンオキシドのような直鎖状の高分子だけでなく、側鎖構造を有したくし型高分子、あるいは主鎖にシロキサン構造、ポリフォスファゼン構造等の無機高分子構造を有したもの等も使用することができるが、勿論、これらに限られるものではない。
【００２５】
あるいは、通常のゲル状電解質電池とすることも可能である。例えばゲル状電解質電池を考えた場合、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマー等、もしくはフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-トリフルオロエチレン）等及びこれらの混合物が各種使用できるが、勿論これらに限定されるものではない。
【００２６】
正極活物質層または負極活物質層に積層されている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層または負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化される。
【００２７】
ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子からなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
【００２８】
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００２９】
高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００３０】
このようなゲル状電解質または高分子固体電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００３１】
例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｉＦ₆等を挙げることができる。
【００３２】
これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄が酸化安定性の点から望ましい。
【００３３】
リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用いることができる。
【００３４】
リチウムイオン二次電池１の負極としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を負極活物質として使用することができる。このような負極の構成材料としては、例えば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。この他、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ₂等の酸化物を使用することもできる。このような負極活物質を使用して負極を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。
【００３５】
また、リチウムイオン二次電池１の負極には、上述した材料が調製された負極合剤が塗布される電極集電体として金属箔、例えば銅箔等が使用される。
【００３６】
正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＮｂＳｅ₂，Ｖ₂Ｏ₅等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ₂（式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ₂，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＮｉ_yＣｏ_1-yＯ₂(式中、０＜ｙ＜１である。)、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。
【００３７】
また、リチウムイオン二次電池１の正極には、上述した材料が調製された正極合剤が塗布される電極集電体として金属箔、例えばアルミニウム箔等が使用される。
【００３８】
なお、リチウムイオン二次電池１は、電池素子２の構造として、上述した積み重ね型の他、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを巻き取った巻き取り型、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを交互に折り畳んだ折り畳み型等を挙げることができ、任意に選択することができる。
【００３９】
外装材３は、例えば外装保護層、アルミニウム層及び熱溶着層（ラミネート最内層）の３層からなるヒートシールタイプのシート状ラミネートフィルムを使用する。熱溶着層は、電池素子を封入する際の熱溶着による封入を目的としたもので、プラスチックフィルムが使用されている。プラスチックフィルムには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテフタレート等が用いられるが、熱可塑性のプラスチック材料であればその原料を問わない。
【００４０】
本発明は、一次電池、二次電池のいずれにも適用可能であるが、特に上述したリチウムイオン二次電池１や、リチウム金属を負極材料として使用するリチウム二次電池等の如き非水電解質二次電池へ適用することで、大きな効果を得ることができる。
【００４１】
上述したリチウムイオン二次電池１の製造方法について、以下に説明する。
【００４２】
まず、リチウムイオン二次電池１においては、電池素子２を構成する負極及び正極が製造される。
【００４３】
負極は、図８に示すように、負極集電体１２となる銅箔の原反シート１２Ａ上にスラリー状に調製された負極合剤が塗布されて活物質層１３が形成される活物質塗布工程が行われる。活物質層１３は、例えばダイコータ等の塗布装置を用いて負極集電体１２の原反シート１２Ａ上に、負極合剤が所定間隔ごとに間欠塗布され、その後塗布された負極合剤を乾燥させ、ロールプレス機等で圧縮して成形される。
【００４４】
次に、上述した活物質塗布工程にて活物質層１３が形成された原反シート１２Ａから所定の電極形状に負極集電体１２を切り抜く切抜き工程が行われる。切抜き工程においては、図８に示す点線に沿って、すなわち負極集電体１２が未塗布部１５を有するように負極集電体１２の外周縁よりも活物質層１３の外周縁が後退した位置にくるように切り抜かれる。切抜き工程では、所定の電極形状に対応する金型を使用した押し切りや、レーザカット等の方法で、原反シート１２Ａから負極集電体１２が切り抜かれる。
【００４５】
そして、切り抜き工程において図９に示す形状に切り抜かれた負極集電体１２と、この負極集電体１２に形成された活物質層１３上に、ゲルポリマーを塗布して電解質層１３を形成するポリマー塗布工程が行われる。ポリマー塗布工程では、負極集電体１２上に形成された活物質層１２の外周端面を含む全体を覆うようにゲルポリマーが塗布され、図４に示すように活物質層１３全体を覆う電解質層が形成される。
【００４６】
また、正極は、詳しい図示を省略するが上述した負極１１と同様の工程を経て製造される。すなわち、正極集電体となるアルミニウム箔の原反シート上に活物質層を形成する活物質塗布工程と、活物質層が形成されたアルミニウム箔の原反シートを所定の電極形状に切り抜く切抜き工程とが行われ、その後解質層を形成するポリマー塗布工程が行われて正極が作製される。
【００４７】
なお、上述した負極１１と正極２１の作製に際しては、所定の電極形状に切り抜き後に、電解質層を形成したが、ゲルポリマーを塗布して電解質層を形成後に所定の電極形状への切り抜きを行ってもよい。
【００４８】
リチウムイオン二次電池１においては、上述したように作製された負極及び正極を、それぞれの活物質層１２同士が対向するように積層して電池素子２とされる。リチウムイオン二次電池１は、負極と正極とを積層してなる電池素子２を外装材３内に収納し、この外装材３の周囲部を熱溶着して内部の電池素子３を密封することにより完成する。
【００４９】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例及び比較例について、実験結果に基づき説明する。
【００５０】
まず、以下に示すように実施例のサンプル電池及び比較例のサンプル電池を作製した。
【００５１】
実施例１
まず、負極を以下のようにして作製した。
【００５２】
粉砕した黒鉛粉末を９０重量部と、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。
【００５３】
そして、このスラリー状の負極合剤を負極集電体である厚さ１０μｍの帯状銅箔の片面に均一に、未塗布部が１ｍｍとなるように塗布し、乾燥させてロールプレス機で圧縮成形し、所定形状に切り抜いて負極を作製した。
【００５４】
一方、正極を以下のようにして作製した。
【００５５】
正極活物質として使用するＬｉＣｏＯ₂を得るため、炭酸リチウムと炭酸コバルトを０．５モル対１モルの比率で混合し、空気中の９００℃条件下で５時間焼成した。
【００５６】
上述した方法で得られたＬｉＣｏＯ₂を９１重量部、導電剤として黒鉛６重量部、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。
【００５７】
そして、このスラリー状の正極合剤を正極集電体である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の片面に均一に塗布し、乾燥させてロールプレス機で圧縮成形し、所定形状に切り抜いて正極を作製した。
【００５８】
このとき、正極は、負極に比して大きく、具体的には図６に示す電池素子３の如く正極の縁部と負極の縁部との差分寸法ｙが０．５ｍｍとなるように作製した。
【００５９】
さらに、ゲル状電解質（電解質層）を以下のようにして得た。
【００６０】
活物質層が形成されかつ所定形状にレーザカットされた負極、正極上に、炭酸エチレン（ＥＣ）４２．５重量部、炭酸プロピレン（ＰＣ）４２．５重量部及びＬｉＰＦ₆１５重量部からなる可塑剤３０重量部に、重量平均分子量Ｍｗ６０万のポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）を１０重量部、そして炭酸ジエチルを６０重量部混合溶解させた溶液を均一に塗布し、含浸させ、常温で８時間放置し、炭酸ジメチルを気化、除去した。
【００６１】
そして、上述して作製した負極及び正極に対してアルミニウムからなる正極端子リード、及びニッケルからなる負極端子リードをそれぞれ溶接した後、負極と正極とをそれぞれの活物質層が電解質層を介して対向するように積層して電池素子３を作製した。この電池素子をラミネートフィルムからなる外装材内に収納し、その外周部分を２００℃の温度条件下で１０秒間、シール機によりシール幅５ｍｍで熱融着して、サンプル電池を作製した。
【００６２】
実施例２
正極を負極に比して小さく、具体的には図３に示す如く、負極の端部が正極の端部よりも内側に来る形状に電極を作製し、負極と同様正極の未塗布部も１ｍｍとする以外、上述した実施例と同様に作製した。
【００６３】
比較例１
負極及び正極は、実施例１と同様の組成のものを使用し、その他は以下のようにして作製した。
【００６４】
まず、図１０に示すように、負極３１と正極３２、及びこれら負極３１と正極３２との間に介在させる多孔質膜（架橋ポリマーシート）３３を積層させた状態で、所定の電極形状に裁断する。そして、多孔質膜３３に電解質溶液を含浸させて膨張させ、負極３１と正極３２の活物質層３１ａ，３２ａの切断面が膨張してはみ出した電解質で覆われるにして電池素子３０を作製した。なお、この比較例１のサンプル電池においては、活物質層３１ａ，３２ａの切断面を覆う電解質の厚さは０．５ｍｍである。
【００６５】
上述したように作製された電池素子３０を実施例１と同様にラミネートフィルムからなる外装材内に収納し、その外周部分を２００℃の温度条件下で１０秒間、シール機によりシール幅５ｍｍで熱融着して、サンプル電池を作製した。
【００６６】
比較例２
負極、正極及びゲル状電解質（電解質層）は、実施例１と同様の組成のものを使用し、その他は以下のようにして作製した。
【００６７】
まず、電極集電体となる金属箔原反上に活物質層と電解質層とを形成した後に所定の電極形状に裁断した負極４１と正極４２とを、図１１に示すように、それぞれの電解質層４１ａ，４２ａを挟んで互いの活物質層４１ｂ，４２ｂが対向するように積層し、電池素子４０を作製した。
【００６８】
上述したように作製された電池素子４０を実施例１と同様にラミネートフィルムからなる外装材内に収納し、その外周部分を２００℃の温度条件下で１０秒間、シール機によりシール幅５ｍｍで熱融着して、サンプル電池を作製した。
【００６９】
上述したような構成のサンプル電池を各実施例、比較例についてそれぞれ５０個ずつ作製し、充放電を行って内部ショートの発生の有無を調べた。この結果を表１に示す。
【００７０】
【表１】

【００７１】
表１に示すように、各比較例の方が、各実施例に比べて、内部ショートを起こしたサンプル電池を多く確認することができた。
【００７２】
比較例１においては、活物質層３１ａ，３２ａの切断面を電解質で覆ってはいるものの、電池素子３０の作成段階で切断面を被覆する電解質が設けられる前に活物質層３１ａ，３２ａが裁断されるため、この裁断時に脱落した活物質により内部ショートが発生している。
【００７３】
また、比較例２においては、活物質層４１ｂ，４２ｂの切断面が露出しているため、比較例１よりも活物質の脱落しやすく、内部ショートも多数発生している。
【００７４】
これに対し、実施例１及び実施例２においては、活物質層を電極集電体に比して小さく形成することで活物質層を裁断せずに電池素子を作製するとともに、活物質層が電解質層により覆われている。このため、活物質層からの活物質の脱落が無く、この活物質の脱落による内部ショートが防止されている。なお、実施例２において１個のサンプル電池に内部ショートが発生しているのは、原反シートからの切り抜きの際に生じた負極集電体のバリが正極集電体に接触したためである。
【００７５】
以上から、実施例１及び実施例２のように活物質層を電極集電体に比して小さく形成することで電池電極作製の際に活物質層を裁断しないようにすること、及び活物質層全体を電解質層で覆うようにすることで、活物質層の脱落による電池の内部ショートの発生を有効に防止し得ると判断できる。
【００７６】
また、負極と正極との集電体同士が接触して生じる内部ショートの発生を防止するには、実施例１の如く正極を負極に比して大きく形成し、正極の縁部を負極の全周に亘ってはみ出すようにして電池素子を形成することが望ましい。
【００７７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明に係る非水電解質電池は、電解質層の外周縁を電極集電体の外周縁よりも後退した位置にくるように形成することで、電極集電体を所定の形状に切り抜く際に、活物質層を切断せずに負極及び正極を作製することができる。また、本発明に係る非水電解質電池では、負極活物質層及び正極活物質層の周囲において、負極集電体上の負極合剤及び正極集電体の正極合剤が塗布されていない未塗布部を設け、この未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなるようにする。また、本発明に係る非水電解質電池は、電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部が設けられ、電極集電体上に形成された活物質層の外周端面を含む全体及びリード取付部を除く未塗布部が電解質層によって被覆される。このような本発明に係る非水電解質電池によれば、活物質層からの活物質の脱落を有効に防ぐことができ、内部ショートの発生による電池の故障を防止して、電池の品質、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】リチウムイオン二次電池の斜視図である。
【図２】リチウムイオン二次電池の図１中Ａ−Ａ線で切断した状態を示す縦断面図である。
【図３】負極と正極とが積層された電池素子の縦断面図である。
【図４】負極の斜視図である。
【図５】電池素子の要部拡大縦断面図である。
【図６】他の電池素子の縦断面図である。
【図７】他の電池素子の要部拡大縦断面図である。
【図８】リチウムイオン二次電池の製造工程を説明する図であり、銅箔のシート状原反に活物質層を形成した状態を示す要部斜視図である。
【図９】リチウムイオン二次電池の製造工程を説明する図であり、シート状原反から切り抜いた状態を示す斜視図である。
【図１０】比較例１に使用した電池素子の要部拡大縦断面図である。
【図１１】比較例２に使用した電池素子の縦断面図である。
【符号の説明】
１リチウムイオン二次電池，２電池素子，３外装材，４負極端子リード，５正極端子リード，１１負極，１２負極集電体，１３活物質層，１４電解質層，１５未塗布部

Claims

電極集電体と、上記電極集電体上に電極材料を塗布して形成される活物質層と、上記活物質層上に、マトリクス高分子中に電解質を相溶させた高分子複合体からなるゲル状電解質又は固体電解質で形成された電解質層とを有する負極及び正極を有する電池素子を備え、
上記負極及び上記正極のそれぞれにおいて、上記活物質層の外周縁が上記電極集電体の外周縁よりも後退しているとともに、上記活物質層の周囲において負極合剤又は正極合剤が塗布されていない未塗布部が設けられ、該未塗布部の幅が０．１ｍｍ乃至２ｍｍとなっており、
上記電極集電体の一端は、電極リード端子が取り付けられるリード取付部を有し、
上記活物質層の外周端面を含む全体及び上記リード取付部を除く上記未塗布部が上記電解質層によって覆われている非水電解質電池。
上記高分子としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマー、フッ素系ポリマーのポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン）及びこれらの混合物から選ばれる請求項１に記載の非水電解質電池。
上記電池素子は、上記負極と、上記負極に比して大きな外形形状の上記電極集電体を有する上記正極とが積層して構成される請求項１に記載の非水電解質電池。
上記高分子は、ポリ（ビニリデンフルオロライド）又はポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）である請求項１に記載の非水電解質電池。