JP6700030B2 - 電池用セパレータ及びリチウムイオン電池 - Google Patents

Description

本発明は電池用セパレータ及びリチウムイオン電池に関する。

リチウムイオン（二次）電池は、高容量で小型軽量な二次電池として、近年様々な用途に多用されている。通常、このようなリチウムイオン電池は、正極及び負極集電体の内面に正極活物質層及び負極活物質層が形成された構造を持つ。さらに、正極活物質層と負極活物質層とを分離するために、両者の間には平板状のセパレータが配置される（特許文献１参照）。

国際公開２００８／０５３８９８号

リチウムイオン電池の用途によっては、電池が可撓性を備えることが望まれる場合もある。正極活物質、及び負極活物質にゲル状の材料を用いることで、撓ませることのできるリチウムイオン電池を製造することができる。しかしながら、活物質層の分離に従来の平板状のセパレータを使用した場合、リチウムイオン電池を繰り返し撓ませた場合にその応力によってセパレータが破損する等のおそれがある。

本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、可撓性を有するリチウムイオン電池、及び当該リチウムイオン電池に適した電池用セパレータを提供することを、その目的の一つとしている。

本発明は、正極電極組成物と負極電極組成物との分離に用いる電池用セパレータであって、断面視において波形状の折りたたみ部分が平面視において無端状に配置された電池用セパレータにより、上述の課題の少なくとも一つを解決している。

ここで、上記電池用セパレータは、同心状に配置された少なくとも２つ以上の折りたたみ部分を備えることが好ましい。また、折りたたみ部分は、平面視において略四角環状であってよい。また、折りたたみ部分は、平面視において当該電池用セパレータの外縁と同心状に配置されてよい。

また、本発明は、上記電池用セパレータを正極電極組成物と負極電極組成物との分離に用いたリチウムイオン電池により、上述の課題の少なくとも一つを解決している。

本発明によれば、繰り返し撓ませた場合でもセパレータが破損しにくいリチウムイオン電池を提供することができる。

本発明の実施形態である電池用セパレータを示す一部破断斜視図である。 本発明の実施形態であるリチウムイオン電池の製造方法を説明する模式図である。 本発明の実施形態であるリチウムイオン電池の外観を示す斜視図である。 本発明の実施形態であるリチウムイオン電池の断面図である。

図１は本発明の実施形態である電池用セパレータＳを示す一部破断斜視図である。電池用セパレータＳは、全体として薄い矩形の形状であって、複数の折りたたみ部分Ｗを備えている。各折りたたみ部分Ｗは、図１に示されるように、電池用セパレータＳを折りたたみ部分Ｗの延伸方向と交差する方向に沿って切った際の断面が、波形状になるように形成されている。なお、図中では折りたたみ部分Ｗの稜線（断面視における波頂の部分）は曲線的に形成されているが、折りたたみ部分Ｗは稜線が鋭角をなすように互いに交差する二つの平面によって形成されてもよい。また、その他の各種の形状であってもよい。

各折りたたみ部分Ｗは、平面視において無端状に形成されている。すなわち、各折りたたみ部分Ｗは電池用セパレータＳの表面上において始点と終点が一致する単純閉曲線をなしている。さらに、各折りたたみ部分Ｗは平面視において略四角環状に形成されており、矩形である電池用セパレータＳの外周と略同形になっている。

さらに、各折りたたみ部分Ｗは、電池用セパレータＳの略中心を中心として同心状に配置されている。つまり、各折りたたみ部分Ｗ、及び電池用セパレータＳの外周は、平面視において互いに同心状に配置されている。これにより、各折りたたみ部分Ｗは、電池用セパレータＳの外周の４辺それぞれと同じ向きに延伸する部分を備えることになる。これはまた、各折りたたみ部分Ｗが電池用セパレータＳの表面上において互いに異なる２方向に延伸する部分を備えることにもなっている。なお、図１では、各折りたたみ部分Ｗの波の高さが、電池用セパレータＳの外周に近づくにつれて大きくなっている。

次に、本発明の実施形態であるリチウムイオン電池Ｌについて、図２〜図４を用いて説明する。図２は、本発明の実施形態であるリチウムイオン電池Ｌの製造方法を説明する図である。図３及び図４は本発明の実施形態であるリチウムイオン電池Ｌを示す図であって、図２が外観の斜視図、図３はリチウムイオン電池Ｌの短辺方向に沿って切断した様子を示す断面図である。

まず、図３及び図４を用いてリチウムイオン電池Ｌについて説明する。本実施形態のリチウムイオン電池Ｌは、矩形状の中空の容器１の収容部１ａである容器内部に図１に示すセパレータＳが配置され、この収容部１ａを正極室２及び負極室３に区分している。本実施形態では、容器１は略同形の容器上部１ｂと容器下部１ｃとを重ね合わせて形成されている。

収容部１ａ内には、容器１の上下の内面に沿って、平板状の正極集電体７及び負極集電体８が相対向した状態で、正極室２及び負極室３内にそれぞれ配置されている。正極室２及び負極室３には、正極電極組成物５及び負極電極組成物６がそれぞれ充填され、容器１の外周がシール部材により封止されることで、本実施形態のリチウムイオン電池が形成されている。
容器１の外縁部から外方に電極端子７ａ及び８ａが突出し、電極端子７ａ、８ａが正極集電体７及び負極集電体８の一部としてそれぞれ形成されることが好ましく、電極端子７ａ及び８ａはそれぞれ正極集電体７及び負極集電体８と異なる部材である集電板の一部として形成されていることも好ましい。電極端子７ａ及び８ａとして前記集電板を用いる場合、正極集電体７及び負極集電体８は突出部（図３において左下方向に延びる部分）を有さない略矩形であってもよい。集電板は、容器上部１ｂの内面と正極集電体７との間及び容器下部１ｃの内面と負極集電体８との間に、それぞれ正極集電体７及び負極集電体８と電気的に接続するように配置され、電極端子７ａ及び８ａとなる突出部を有する略平板状であることが好ましい。

ここで、本明細書において、「充填された」とは、正極電極組成物５及び負極電極組成物６が正極室２及び負極室３にそれぞれ収納されている状態を意味し、好ましくは、正極活物質粒子と電解液とを含んでなる正極電極組成物５が正極室２に、負極活物質粒子と電解液とを含んでなる負極電極組成物６が負極室３にそれぞれ収納されている状態を意味する。さらに好ましくは、正極活物質粒子と電解液とを含む混合物が正極室２に、負極活物質粒子と電解液とを含む混合物が負極室３にそれぞれ収容されていることを意味する。

本発明において正極室２及び負極室３に正極電極組成物５及び負極電極組成物６が充填された状態にするには、粉体状の正極活物質粒子及び負極活物質粒子を直接正極室２及び負極室３にそれぞれに入れてもよく、正極活物質粒子と電解液とを含む正極電極組成物５、及び負極活物質粒子と電解液とを含む負極電極組成物６をそれぞれ正極室２及び負極室３に入れることで行ってもよい。粉体状の正極活物質粒子及び負極活物質粒子を直接正極室２及び負極室３に入れた場合、その後電解液を入れることで正極室２及び負極室３のそれぞれに正極電極組成物５及び負極電極組成物６が充填される。正極活物質粒子と電解液とを含む正極電極組成物５及び負極活物質粒子と電解液とを含む負極電極組成物６を入れる場合、それぞれの電極組成物は正極活物質粒子又は負極活物質粒子と電解液とが混合されていることが好ましい。なお、正極電極組成物５及び負極電極組成物６はそれぞれ、更に、後述する導電助剤を含むことが好ましい。

正極活物質粒子及び負極活物質粒子をそれぞれ正極室２及び負極室３に充填する際には、容器１に振動、衝撃を与えることで、正極活物質粒子及び負極活物質粒子をそれぞれ正極室２及び負極室３に均一に充填することが好ましい。

また、正極電極組成物５及び負極電極組成物６は、それぞれ通常スラリー状であるが、正極活物質粒子又は負極活物質粒子と電解液との重量比によってはゲル状物質や粉体に近い物質になることもある。

そして、容器１内を減圧脱気した後、この容器１の開口部をシール部材等を用いて封止することにより、本発明のリチウムイオン電池Ｌの一例を製造することができる。

正極電極組成物５が含む正極活物質粒子としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂及びＬｉＭｎ₂Ｏ₄）、遷移金属酸化物（例えばＭｎＯ₂及びＶ₂Ｏ₅）、遷移金属硫化物（例えばＭｏＳ₂及びＴｉＳ₂）及び導電性高分子（例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−ｐ−フェニレン及びポリカルバゾール）等が挙げられる。

また、負極電極組成物６が含む負極活物質粒子としては、黒鉛、難黒鉛化性炭素、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体（例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの等）、コークス類（例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス等）、炭素繊維、導電性高分子（例えばポリアセチレン及びポリピロール等）、スズ、シリコン、及び金属合金（例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等）、リチウムと遷移金属との複合酸化物（例えばＬｉ₄Ｔｉ₅Ｏ1₂等）等が挙げられる。

本発明の電池においては、正極活物質粒子及び／又は負極活物質粒子が、表面の少なくとも一部が被覆用樹脂及び導電助剤を含む被覆剤で被覆されてなる被覆活物質粒子であることが好ましい。

被覆剤は被覆用樹脂を含んでおり、正極活物質粒子及び／又は負極活物質粒子の表面の少なくとも一部を被覆剤で被覆すると、充放電時に生じる活物質粒子の体積変化に伴う電極の体積変化が緩和され、電極の膨脹を抑制することができる。被覆用樹脂の例としては、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート等が挙げられる。これらの中ではビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はポリアミド樹脂が好ましい。

導電助剤としては、導電性を有する材料から選択される。

具体的には、金属［アルミニウム、ステンレス（ＳＵＳ）、銀、金、銅及びチタン等］、カーボン［グラファイト及びカーボンブラック（アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルランプブラック等）等］、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。

これらの導電助剤は１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの合金又は金属酸化物が用いられてもよい。電気的安定性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン、銀、金、銅、チタン及びこれらの混合物であり、より好ましくは銀、金、アルミニウム、ステンレス及びカーボンであり、さらに好ましくはカーボンである。またこれらの導電助剤とは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに導電性材料（上記した導電助剤の材料のうち金属のもの）をメッキ等でコーティングしたものでもよい。導電助剤の形状に特に制限はなく、球状、不定形状、繊維状、単一粒子状、凝集体及びこれらの組み合わせ等の形状を有するものを用いることができる。

被覆活物質粒子は、例えば、活物質粒子を万能混合機に入れて３０〜５００ｒｐｍで撹拌した状態で、被覆用樹脂を含む樹脂溶液を１〜９０分かけて滴下混合し、さらに導電助剤を混合し、撹拌したまま５０〜２００℃に昇温し、０．００７〜０．０４ＭＰａまで減圧した後に１０〜１５０分保持することにより得ることができる。

電解液としては、リチウムイオン電池の製造に用いられる、電解質及び非水溶媒を含有する電解液を使用することができる。

電解質としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆及びＬｉＣｌＯ₄等の無機酸のリチウム塩、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂及びＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃等の有機酸のリチウム塩等が挙げられ、これらの電解質は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはＬｉＰＦ₆である。

非水溶媒としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。

非水溶媒は１種を単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

非水溶媒の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは、ラクトン化合物、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル及びリン酸エステルであり、より好ましいのはラクトン化合物、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルであり、さらに好ましいのは環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルの混合液である。特に好ましいのはプロピレンカーボネート(ＰＣ)、又はエチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合液である。

正極電極組成物５及び負極電極組成物６は、それぞれ正極活物質粒子又は負極活物質粒子と必要により用いる導電助剤とを電解液の重量に基づいて１０〜６０重量％の濃度で電解液と混合分散してスラリー化することにより調製することが好ましい。

本発明において正極電極組成物５及び負極電極組成物６は、歪みに対する耐久性及びサイクル特性等の観点からそれぞれ更に繊維状導電性フィラーを含むことが好ましい。繊維状導電性フィラーとしては、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させてなる導電性繊維、ステンレス鋼のような金属を繊維化した金属繊維、有機物繊維の表面を金属で被覆した導電性繊維、有機物繊維の表面を導電性物質を含む樹脂で被覆した導電性繊維等が挙げられる。これらの導電性繊維の中では炭素繊維が好ましい。繊維状導電性フィラーの割合は、繊維状導電性フィラーの合計体積と活物質粒子の合計体積との比率［（繊維状導電性フィラー）／（活物質粒子）］が０．００１２５〜０．５であることが好ましい。

電池用セパレータＳとしては、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン（ＰＶｄＦ−ＨＦＰ）等の炭化水素系樹脂及びポリオレフィン［ポリエチレン（ＰＥともいう）及びポリプロピレン（ＰＰともいう）等］製の微多孔性フィルム、多孔性フィルムの多層フィルム（例えば、ＰＰ／ＰＥ／ＰＰの３層構造をした積層体等）、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる不織布からなる微多孔質フィルム及びそれらの表面にシリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック微粒子を付着させたもの等の公知のリチウムイオン電池用セパレータ等が挙げられる。このような公知のフィルム状のセパレータを、更にプレス加工等によって所定形状に成形することによって、図１に示したような折りたたみ部分Ｗを備えた電池用セパレータＳを作製することができる。

公知のフィルム状のセパレータのプレス加工は、所定形状の金型にフィルム状のセパレータを入れ、加熱軟化した後、冷却することで行うことができる。加熱軟化する温度は用いるセパレータの材質に応じて調整することができるが、通常４０〜２００℃である。

電池用セパレータＳの厚みは、使用用途により調整することができるが、不織布からなる微多孔質フィルムである場合のセパレータの厚さは、好ましくは５〜２００μｍであり、特に好ましくは１０〜１００μｍである。
また、電池用セパレータＳが微多孔性フィルムである場合の細孔径は、最大で１μｍ以下（通常、数十ｎｍ程度の孔径である）であることが好ましい。

集電体７及び集電体８は、金属集電体又は樹脂集電体を用いることができ、それぞれ公知の金属集電体並びに特開２０１２−１５０９０５号公報及び国際公開番号ＷＯ２０１５／００５１１６号等に記載の公知の樹脂集電体等を用いることができる。樹脂集電体を構成する高分子材料は、導電性高分子であってもよいし、導電性を有さない高分子であってもよい。

金属集電体としては、リチウムイオン電池に一般に使用する金属集電体を用いることができ、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、タンタル、ニオブ、ハフニウム、ジルコニウム、亜鉛、タングステン、ビスマス、アンチモン及びこれらの一種以上を含む合金並びにステンレス合金からなる群から選択される一種以上の金属からなる集電体等が挙げられる。
金属集電体の基材の形態は、薄板状、金属箔状及びメッシュ状のいずれであってもよく、金属集電体の基材の表面にスパッタリング、電着及び塗布等の手法により金属層を形成してもよい。

樹脂集電体とは、導電性高分子材料又は導電性を付与した非導電性高分子材料から形成された集電体である。

導電性高分子材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアクリロニトリル、およびポリオキサジアゾール等が挙げられる。

非導電性高分子材料としては、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルアクリレート（ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物等が挙げられる。

非導電性高分子材料としては、電気的安定性の観点から、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）及びポリシクロオレフィン（ＰＣＯ）が好ましく、さらに好ましくはポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリメチルペンテン（ＰＭＰ）である。

また、樹脂集電体は、導電性高分子材料を含む樹脂集電体の導電性を向上させる目的、あるいは、非導電性高分子材料を含む樹脂集電体に導電性を付与する目的から、導電性フィラーを含んでいると好ましい。導電性フィラーは、導電性を有する材料からなる導電性フィラーから選択される。好ましくは、集電体内のイオン透過を抑制する観点から、電荷移動媒体として用いられるイオンに関して伝導性を有さない材料からなる導電性フィラーを用いるのが好ましい。具体的には、カーボン材料、アルミニウム、金、銀、銅、鉄、白金、クロム、スズ、インジウム、アンチモン、チタン、ニッケル及びステンレス（ＳＵＳ）等の合金材等から得られる導電性フィラーが挙げられ、これらに限定されるものではないが、耐食性の観点から、好ましくはアルミニウム、ステンレス、カーボン材料、ニッケル、より好ましくはカーボン材料から得られるフィラーである。これらの導電性フィラーは１種単独で用いられてもよいし、２種以上併用してもよい。また、これらの導電性フィラーは、粒子系セラミック材料や樹脂材料の周りに、上記で示される金属をメッキ等でコーティングしたものを用いることもでき、導電性フィラーの形状は粒子状、繊維状及びこれらの凝集体のいずれの形状であってもよい。

樹脂集電体は、特開２０１２−１５０９０５号公報及び国際公開番号ＷＯ２０１５／００５１１６号等に記載の公知の方法で得ることができ、具体例としては、ポリプロピレンに導電性フィラーとしてアセチレンブラックを５〜２０部分散させた後、熱プレス機で圧延したものが挙げられる。また、その厚みも特に制限されず、公知のものと同様、あるいは適宜変更して適用することができる。

上述のように正極集電体７及び負極集電体８の形状は、電極端子７ａ及び８ａとなる突出部を有していてもよく、突出部を有さない略矩形であってもよい。

突出部を有さない略矩形の正極集電体７及び負極集電体８を用いる場合、容器上部１ｂの内面と正極集電体７との間及び容器下部１ｃの内面と負極集電体８との間にそれぞれ正極集電体７及び負極集電体８と電気的に接続するように配置された集電部材を有することが好ましい。集電部材は、電極端子７ａ及び８ａとなる突出部を有する略平板状であることが好ましく、銅箔及びアルミニウム箔等の導電性金属箔を用いることができ、導電性金属箔としてはその表面にカーボン等の他の導電性物質を塗布等して表面処理したものも用いることができる。なお、突出部は電流を取り出すことができればその形状に制限はなく、銅線等を用いることもできる。

正極集電体７及び負極集電体８として樹脂集電体を用いる場合、正極集電体７及び負極集電体８は突出部を有さない略矩形の樹脂集電体であることが好ましく、電極端子７ａ及び８ａとなる突出部を有する略平板状である集電部材を用いることが好ましい。

シール部材を構成する材料としては、集電体７及び集電体８との接着性を有し、電解液に対して耐久性のある材料であれば特に限定されないが、高分子材料、特に熱硬化性樹脂が好ましい。具体的には、エポキシ系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフッ化ビニデン樹脂等が挙げられ、耐久性が高く取り扱いが容易であることからエポキシ系樹脂が好ましい。

本実施形態では、前述の通り、正極電極組成物５及び負極電極組成物６がスラリー状、又はゲル状になっている。これにより、リチウムイオン電池Ｌの全体を撓ませることができるようになっている。なお、全体を撓ませるようにするために、容器１はラミネートシート等の可撓性を有する材料で形成することが好ましい。

図３（ｂ）及び図４（ｂ）のそれぞれは、リチウムイオン電池Ｌを撓ませた様子を示している。具体的に、図３（ｂ）はリチウムイオン電池Ｌの長辺方向に沿って撓ませた様子を、図４（ｂ）は短辺方向に沿って撓ませた様子を、それぞれ示している。このようにリチウムイオン電池Ｌを撓ませると、上部の正極電極組成物５は引き延ばされて厚さが薄くなり、下部の負極電極組成物６は縮んで厚くなる。これにより、電池用セパレータＳには応力がかかることになる。逆方向に撓ませた場合も、力の向きが逆になるが同様の問題が生じる。ここで本実施形態の電池用セパレータＳは、波形状の折りたたみ部分Ｗが形成されているので、折りたたみ部分Ｗの延伸方向と交差する方向に沿ってリチウムイオン電池Ｌを撓ませた際には、この折りたたみ部分Ｗが変形して電池用セパレータＳの電池内における位置が移動する。これにより、応力がかかっても電池用セパレータＳが破断しにくくすることができる。

なお、折りたたみ部分Ｗは平面視において四角環状に形成されており、折りたたみ部分Ｗはリチウムイオン電池Ｌの長辺方向、及び短辺方向のいずれの方向にも延在している。そのため、リチウムイオン電池Ｌを長辺方向に沿って撓ませた場合、及び短辺方向に沿って撓ませた場合のいずれの場合にも、折りたたみ部分Ｗによって電池用セパレータを破断しにくくすることができる。

以下、本実施形態のリチウムイオン電池Ｌの製造方法について、図２を用いて説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、平面視略矩形状で断面視が略台形状の凹部を形成している容器上部１ｂを作製し、その凹部底面に平板状の正極集電体７を配置する。なお、図２（ａ）〜（ｄ）においては、正極集電体７及び正極電極組成物５を収容する容器上部１ｂについてのみ代表して図示しているが、負極集電体８及び負極電極組成物６を収容する容器下部１ｃについても同一の工程で作製される。

次いで、図２（ｂ）に示すように、正極集電体７の上から容器上部１ｂ内に正極活物質５を充填する。正極電極組成物５を容器上部１ｂ内に充填する手法に限定はなく、一例として、正極電極組成物５が格納されたタンクからノズル２０を介して容器上部１ｂ内に正極電極組成物５を充填する手法や、インクジェット装置により容器上部１ｂ内に正極電極組成物５を充填する手法等、周知の手法が好適に適用される。

なお、容器上部１ｂ内に正極電極組成物５を充填する量は、後述する正極電極組成物５の表面を予め電池用セパレータＳと同一の波形状に形成する工程を行う関係から、図２（ｃ）に示すように、正極電極組成物５が容器上部１ｂの周縁部から盛り上がる程度の量であることが好ましい。

次いで、図２（ｃ）に示すように、その下面２２ａが電池用セパレータＳが備える折りたたみ部分Ｗに対応する形状の波形面に形成され、さらにフッ素樹脂加工等による離型性が付与されたプレス型２２を、図中上方から正極電極組成物５の表面に向かって所定の圧力をもってプレスする。これにより、図２（ｄ）に示すように、正極電極組成物５の表面を波形状に形成する。

なお、後述するようにこれら正極及び負極電極組成物５、６の表面を電池用セパレータＳを挟持する形で対向させて密着させてリチウムイオン電池Ｌを形成するので、正極及び負極電極組成物５、６の表面を波形状に形成するプレス型２２を一対設け、それぞれのプレス型２２の下面２２ａが互いに密着するような対応する形状に形成することが好ましい。

また、少なくとも次の工程を始めるまでには、容器上部１ｂの周縁部にシール部材を配置しておくことができる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、真空チャック２３等を用いて波形状に形成された電池用セパレータＳを正極電極組成物５の上方に配置し、この電池用セパレータＳを正極電極組成物５の表面に載置する。図２（ｅ）は電池用セパレータＳが正極電極組成物５の表面に配置された状態を示している。なお、ここでは電池用セパレータＳを正極電極組成物５の表面にまず配置することとしたが、容器下部１ｃに充填した負極電極組成物６に電池用セパレータＳを配置してもよい。

なお、正極及び負極電極組成物５、６をインクジェット装置により充填する場合は、プレス型２２を用いることなくその表面を波形状に形成することが可能である。また、電池用セパレータＳの剛性が十分である場合は、プレス型２２で予め正極電極組成物５の表面を成形することなく、平板状の電池用セパレータＳを正極電極組成物５の表面に配置し、その後、プレス型２２を用いて、電池用セパレータＳ及び正極電極組成物５の表面を一括して波形状に成形してもよい。

前述の通り、あらかじめ負極電極組成物６及び負極集電体８を収容する容器下部１ｃについても、以上説明した容器上部１ｂと同様にして作製する。そして、図２（ｆ）に示すように、正極電極組成物５と負極電極組成物６とが電池用セパレータＳを挟んで対向するように、図２（ｅ）に示す容器上部１ｂを上下逆転させて別途作製した容器下部１ｃ上に配置する。その後、容器上部１ｂと容器下部１ｃの周縁部を加熱することで、シール部材により封止する。この際、周縁部の一部を残してシール部材によりシールしてから、収容部１ａ内を減圧、脱気し、さらに、残りの周縁部を加熱等することで、収容部１ａ内を脱気した状態で封止してもよい。

以上の工程により、図２（ｇ）に示すようにリチウムイオン電池Ｌを得ることができる。

以上説明したように、本発明の実施形態である電池用セパレータＳは、断面視波形状の折りたたみ部分Ｗが複数の方向に沿って延伸している。このような電池用セパレータＳを正極電極組成物５と負極電極組成物６との間に配置することにより、リチウムイオン電池Ｌを折りたたみ部分Ｗの延伸方向と交差する方向に沿って撓ませた際に、電池用セパレータＳを破断させにくくすることができる。

なお、本発明の電池用セパレータ、及びリチウムイオン電池は、その細部が上述の各実施形態に限定されず、種々の変形例が可能である。一例として、折りたたみ部分Ｗの平面視における形状は、四角環状に限らず、円形状等種々の形状であってよい。また、必ずしも電池用セパレータの外周と同形でなくともよい。また、断面視における形状は、矩形波形状、鋸波形状等、種々の形状が採用可能である。また、折りたたみ部分Ｗは複数ではなく一つだけであってもよい。

Ｌ リチウムイオン電池
Ｓ 電池用セパレータ
１ 容器
１ａ 収容部
１ｂ 容器上部
１ｃ 容器下部
２ 正極室
３ 負極室
５ 正極電極組成物
６ 負極電極組成物
７ 正極集電体
８ 負極集電体

Claims (4)

1. 正極電極組成物と負極電極組成物との分離に用いる電池用セパレータであって、
   断面視において波形状の複数の折りたたみ部分がそれぞれ平面視において無端状に、かつ互いに同心状に配置されており、
   前記複数の折りたたみ部分の波の高さが、当該電池用セパレータの外縁に近いほど大きくなっている電池用セパレータ。
2. 請求項１に記載の電池用セパレータにおいて、
   前記折りたたみ部分が、平面視において略四角環状である電池用セパレータ。
3. 請求項１又は２に記載の電池用セパレータにおいて、
   前記折りたたみ部分が、平面視において当該電池用セパレータの外縁と同心状に配置されている電池用セパレータ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の電池用セパレータを備えるリチウムイオン電池であって、
   前記電池用セパレータ、前記正極電極組成物、及び前記負極電極組成物を収容する容器を備え、
   前記容器が可撓性を有する材料で形成されているリチウムイオン電池。

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