JPH11162476A - 積層形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造時の歩留りが高く、生産性が優れ、かつ
実質上の容量密度の低下が少なく、高容量密度の積層形
電池を提供する。 【解決手段】 シート状の正極、シート状の負極および
上記シート状の正極とシート状の負極との間に介在する
シート状のゲル状電解質を備えた積層形電池において、
上記シート状の正極およびシート状の負極を容量に応じ
て枚葉方式で積層し、上記ゲル状電解質を連続シート状
で折り曲げて上記シート状の正極とシート状の負極との
間に介在するようにして積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層形電池に関
し、さらに詳しくは、製造時の歩留りが高く、生産性が
優れ、かつ実質上の容量密度の低下が少なく、高容量密
度の積層形電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シート状でフレキシブルな正極お
よび負極を用い、隔離体としてシート状のゲル状電解質
を用いた積層形電池としては、図７に示すように、正極
１、負極２、ゲル状電解質３などの各構成要素を所望の
寸法に切断した後、それらの各構成要素を要求容量に応
じてそれぞれ同じ枚数で複数枚積層する、いわゆる「完
全枚葉方式」を採用するか、または図８に示すように、
正極１、負極２、ゲル状電解質３などの各構成要素を要
求容量に応じた長さに切断し、それらを三枚重ねにした
ものをまとめて折り曲げて積層する、いわゆる「折り曲
げ方式」の２つが提案されている。

【０００３】しかしながら、前者の完全枚葉方式は、構
成要素の枚数が多くなるために電池の製造が極めて煩雑
であり、特に隔離体として腰の弱いゲル状電解質を用い
た場合には、そのハンドリング（取り扱い）が難しく、
実用性に欠けるという問題があった。また、後者の折り
曲げ方式は、前者の完全枚葉方式のように両面塗布電極
（基材の両面に活物質含有ペーストを塗布し、加熱して
基材の両面に活物質含有層を形成した電極を、簡略化し
て「両面塗布電極」という）を用いることができず、片
面塗布電極（基材の片面に活物質含有ペーストを塗布
し、加熱して基材の片面にのみ活物質含有層を形成した
電極を、簡略化して「片面塗布電極」という）しか用い
ることができないため、積層体の正味の厚さが大きくな
る上に、図８に示すように、折り曲げ部１０の膨らみが
避けられないために、実質上の容量密度（ｍＡｈ／ｃｍ
³ ）が低下し、また、電極基材からの活物質の剥離によ
る利用率の低下や、二次電池においてはサイクル寿命が
低下するという問題があった。もっとも、一部未塗布部
のある両面塗布電極を用いることによって積層体の正味
の厚さを完全枚葉方式と同じにすることができるが、電
池の製造が複雑になり、また、片面塗布電極から一部未
塗布部のある両面塗布電極に変更した時の厚さ減少は基
材６枚分（後記の実施例および比較例のものでは１５０
μｍの減少になる）であるのに対して、折り曲げに伴う
厚さ増加は３５５μｍ（実測値）と大きく、一部未塗布
部のある両面塗布電極の採用も、その有利性を充分に発
揮できないという問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術における問題点を解決し、製造時の歩留りが
高く、生産性に優れ、かつ実質上の容量密度の低下を抑
制して、高容量密度の積層形電池を提供することを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、シート状の正
極、シート状の負極などのシート状の電極を要求容量に
応じて枚葉方式で複数枚積層し、隔離体としてのゲル状
電解質を連続シート状で折り曲げて上記正極と負極との
間に介在するように積層することによって、上記課題を
解決したものである。

【０００６】すなわち、本発明においては、電極を枚葉
方式で複数枚積層することによって、電極として両面塗
布電極の使用を可能にするとともに折り曲げ部の大きな
膨らみを解消し、実質上の容量密度の低下を防止して容
量密度を高め、かつ隔離体としてのゲル状電解質を折り
曲げ方式で正極と負極との間に介在するように積層する
ことによって、特に腰の弱いゲル状電解質を用いた場合
でもハンドリングを容易にするとともに製造時の歩留り
を高めて、生産性が優れ、かつ高容量密度の積層形電池
を提供したものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、その適用にあたって特
に特定の電池に限られることはないが、後記の実施例で
示すようないわゆるポリマー電池と呼ばれるリチウム二
次電池が特に適している。

【０００８】そして、電池の組立にあたっては、それぞ
れの正極のリード間を並列に接続し、かつそれぞれの負
極のリード間を並列に接続し、電池全体としては、それ
ぞれ１本ずつの正極端子と負極端子を外装体外に引き出
しつつ、積層体全体を外装体で被覆する。この外装体と
しては、外面層にポリエチレンテレフタレートフィルム
などの樹脂フィルム、中間層にアルミニウム箔などの金
属箔、内面層に変性ポリオレフィンフィルムなどの熱接
着性フィルムを用いた三層構造のラミネートフィルムが
好ましい。

【０００９】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。

【００１０】実施例１ まず、次の、、に示すように、シート状の正極、
シート状の負極、シート状のゲル状電解質を作製した。

【００１１】正極：ＬｉＣｏＯ₂ 粉末４０重量部、鱗
片状黒鉛粉末８重量部およびポリフッ化ビニリデン（以
下、「ＰＶｄＦ」と略す）粉末５重量部を乾式で混合し
た後、さらに１．２２Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）のＬｉＰＦ₆ を
含むエチレンカーボネート／プロピレンカーボネート
（以下、「ＥＣ／ＰＣ」と略す）（５０／５０）溶液２
５重量部を加えて混合して調製した活物質含有ペースト
を、基材となる厚さ２５μｍのアルミニウム箔の両面に
それぞれ７５μｍの厚さに塗布した後、１２０℃で２０
分間加熱して基材の両面に活物質含有層を形成すること
により（上記の加熱によりＰＶｄＦが溶融し、温度が下
がると上記ＰＶｄＦがゲル化し、その際に溶媒も含め全
体がＰＶｄＦに取り込まれた状態で非流動化して柔軟性
のある活物質含有層が形成される）、シート状の正極を
作製した。このように基材の両面に活物質含有層を形成
した正極を、簡略化して「両面塗布正極」という。これ
とは別に、基材の片面に上記と同様の活物質含有ペース
トを塗布し、上記と同様に加熱して、基材の片面にのみ
活物質含有層を形成した正極を、簡略化して「片面塗布
正極」という。

【００１２】そして、後記の電池組立のところで詳細に
説明するように、この実施例１の積層形電池の組立にあ
たっては、両面塗布正極を３枚用い、片面塗布正極を１
枚用い、その片面塗布正極が電極積層体の最外部に配置
するように積層するが、いずれの正極もリードを設置す
るための箇所には活物質含有ペーストを塗布しなかっ
た。また、上記ＥＣ／ＰＣ（５０／５０）はエチレンカ
ーボネート（ＥＣ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）
との比が体積比で５０：５０の混合溶媒であることを示
している。

【００１３】負極：球状黒鉛粉末４０重量部、鱗片状
黒鉛粉末４重量部およびＰＶｄＦ粉末５重量部を乾式で
混合した後、さらに１．２２ＭのＬｉＰＦ₆ を含むＥＣ
／ＰＣ（５０／５０）溶液５重量部を加えて混合して調
製した活物質含有ペーストを、厚さ２５μｍの銅箔の両
面にそれぞれ７５μｍの厚さに塗布した後、１２０℃で
２０分間加熱して基材の両面に活物質含有層を形成する
ことにより、シート状の負極を作製した。このように基
材の両面に活物質含有ペーストを塗布し、加熱して基材
の両面に活物質含有層を形成した負極を、簡略化して
「両面塗布負極」という。また、これとは別に、基材の
片面に上記と同様の活物質含有ペーストを塗布し、上記
と同様に加熱して基材の片面にのみ活物質含有層を形成
した負極を、簡略化して「片面塗布負極」という。この
負極も、積層形電池の組立にあたっては、正極の場合と
同様に、両面塗布負極を３枚用い、片面塗布負極を１枚
用い、その片面塗布負極が電極積層体の最外部（ただ
し、正極の場合とは反対側の位置）に配置するように積
層するが、いずれの負極においてもリードを設置するた
めの箇所には活物質含有ペーストを塗布しなかった。

【００１４】ゲル状電解質：２−エトキシエチルアク
リレート５０重量部、トリエチレングリコールジメタク
リレート１３重量部およびエチレングリコールエチルカ
ーボネートメタクリレート３３重量部を混合した後、さ
らに過酸化ベンゾイル５重量部および１．２２ＭのＬｉ
ＰＦ₆ を含むＥＣ／ＰＣ（５０／５０）溶液３５重量部
を加えて混合し、過酸化ベンゾイルが完全に溶解した
後、その中に厚さ６０μｍ、坪量３０ｇ／ｍ² のポリブ
チレンテレフタレート不織布を浸漬した。溶液が上記不
織布に完全に浸潤した後、７５μｍの隙間を有する２枚
のガラス板の間に上記浸漬後の不織布を挟み込み、７５
℃で２０分間加熱して、シート状のゲル状電解質を作製
した。

【００１５】上記のようにして得られたシート状の正
極、負極およびゲル状電解質をそれぞれ図１、図２およ
び図３に示す寸法に切断した。正極１は、図１に示すよ
うに、活物質塗布部（活物質含有層を形成した部分のこ
とであるが、簡略化して、このように「活物質塗布部」
という）１ａの寸法が７２ｍｍ×４０ｍｍであり、この
活物質塗布部１ａには他の部分との識別が容易なように
ドットを入れている。また、この図１には活物質塗布部
１ａの寸法を示すための数値を記入しているが、その単
位はｍｍである。そして、１ｂは正極１におけるリード
であり、この部分には活物質含有ペーストが塗布されて
おらず、基材のアルミニウム箔が露出した状態でリード
１ｂとして使用されている。この正極１は、電池組立に
あたり、前記のように、両面塗布正極を３枚、片面塗布
正極を１枚用いる。

【００１６】負極２は、図２に示すように、活物質塗布
部２ａの寸法が７４ｍｍ×４２ｍｍであり、この活物質
塗布部２ａには他の部分との識別が容易なようにドット
を入れている。また、この図２においても、活物質塗布
部２ａの寸法を示すための数値を記入しているが、その
単位はｍｍである。そして、２ｂは負極２におけるリー
ドであり、この部分には活物質含有ペーストが塗布され
ておらず、基材の銅箔が露出した状態でリード２ｂとし
て使用されている。この負極２も、正極１の場合と同様
に、電池組立にあたっては、前記のように、両面塗布負
極を３枚、片面塗布負極を１枚用いる。

【００１７】ゲル状電解質３は、この積層形電池におい
て隔離体を構成するものであるが、このゲル状電解質３
は、図３に示す通りシート状であって、そのサイズは５
５７ｍｍ×４４ｍｍであり、電池組立にあたっては、こ
れを１枚用いる。また、この図３においても、ゲル状電
解質３の寸法を示すための数値を記入しているが、その
単位はｍｍである。

【００１８】電池の組立は、図４に示すように、まず、
負極２を配置し（ただし、この負極２は片面塗布負極で
あり、その活物質塗布部を上面に配置する）、ついでゲ
ル状電解質３、正極１の順に積層する。そして、ゲル状
電解質３を折り曲げて正極１と負極２との間に介在する
ようにしつつ、負極２、ゲル状電解質３、正極１を積層
し、以後、同様の操作を繰り返して、図５に示すよう
に、正極１が４枚、負極２が４枚およびゲル状電解質３
が１枚で構成される電極積層体を作製した。ただし、最
後に積層した正極１は、片面塗布正極で、その活物質塗
布部を下側、つまり、ゲル状電解質３を介して負極２と
対向するように配置した。

【００１９】つぎに、各正極のリード間を並列に接続
し、かつ各負極のリード間を並列に接続し、それらの一
方の端部を電池の正極端子５および負極端子６として外
部に引き出し得るようにしつつ、上記電極積層体を、ポ
リエチレンテレフタレートフィルムを外面層とし、アル
ミニウム箔を中間層とし、変性ポリオレフィンフィルム
を内層面とする三層ラミネートフィルム（厚さ１００μ
ｍ）からなる外装体４で被覆して、図６に示す積層形電
池を製造した。

【００２０】この実施例１の電池を１００個製造し、３
００ｍＡで１５分間充電した時の電圧を測定して短絡
（３．０Ｖ未満は短絡、３．０Ｖ以上は正常）の発生の
有無を調べたところ、短絡発生はまったくなかった。ま
た、この電池は上記ラミネートフィルムからなる外装体
を含んで総厚が１．９７５ｍｍであるが、２０℃におけ
る８０ｍＡ放電での放電容量は３９４ｍＡｈであり、８
００ｍＡ放電での放電容量は２３６ｍＡｈであった。

【００２１】比較例１ 実施例１で作製したものと同様のゲル状電解質を７６ｍ
ｍ×４４ｍｍのサイズの長方形状に切断し、隔離体とし
てこのゲル状電解質を７枚用い、正極および負極は実施
例１と同様のものを用い、負極、ゲル状電解質、正極、
………、負極、ゲル状電解質、正極の順に積層し、正極
４枚、負極４枚およびゲル状電解質７枚で構成される電
極積層体を作製した。その後、実施例１と同様にリード
間の接続や外装体による被覆をして、図７に示す完全枚
葉方式の積層形電池を製造した。

【００２２】この比較例１の電池を１００個製造して前
記実施例１と同様に短絡発生を調べたところ、１２個の
電池に短絡が発生していた。その短絡の発生した電池を
分解して調べたところ、いずれも隔離体として用いたゲ
ル状電解質が軟らかすぎて、所定の位置に納まらなかっ
たために正極と負極とが接触したことによるものである
ことが判明した。

【００２３】この比較例１の電池の厚みは外装体のラミ
ネートフィルムを含んだ状態で前記実施例１と同様に
１．９７５ｍｍであり、また、この電池の８０ｍＡでの
放電容量は実施例１と同様に３９４ｍＡｈであり、８０
０ｍＡ放電での放電容量も実施例１と同様に２３６ｍＡ
ｈであった。

【００２４】比較例２ 幅４０ｍｍの片面塗布正極、幅４２ｍｍの片面塗布負極
および隔離体として用いる幅４４ｍｍのゲル状電解質を
それぞれ７００ｍｍの長さに切断し、幅４４ｍｍ、長さ
７６ｍｍ、深さ１０ｍｍの窪みを持つアクリル樹脂製治
具を用いて、６回折り畳み、電極の端子部を形成するた
めの長さを残して余分な部分を切断し、幅４４ｍｍ、長
さ７５．５ｍｍ、高さ１００ｍｍのアクリル樹脂製角棒
でゆっくり押さえつけ、仮固定した。ついで、端子部を
適当な形状に切断し、活物質含有層を取り除いた（たと
えば、エタノールを浸み込ませたガーゼなどで払拭す
る）後、前記実施例１と同様に外装体で被覆して、図８
に示す折り曲げ方式の積層形電池を製造した。

【００２５】この比較例２の電池を１００個製造して前
記実施例１と同様に短絡発生の有無を調べたところ、１
７個の電池に短絡が発生していた。短絡の発生した電池
について、その原因を調べたところ、短絡発生の原因は
折り曲げ作業時に、正極または負極が隔離体としてのゲ
ル状電解質を突きぬけることによって正極と負極とが接
触したことによるものであることが判明した。

【００２６】この比較例２の電池の厚みは外装体として
のラミネートフィルムを含んだ状態で２．３１０ｍｍで
あり、前記実施例１や比較例１に比べて厚さが約１７％
厚かった。また、この比較例２の電池は、折り曲げ部分
にも活物質層が存在するために、充填容量は前記実施例
１の電池や比較例１の電池よりも１０％程度高いにもか
かわらず、８０ｍＡでの放電容量が実施例１の電池や比
較例１の電池と同等の３９３ｍＡｈにすぎず、８００ｍ
Ａでの放電容量は１８１ｍＡｈと前二者よりもかなり低
かった。この原因は、活物質が基材から剥離したためで
あると考えられる。

【００２７】上記実施例１の電池および比較例１〜２の
電池の製造時における短絡発生電池個数、電池の厚み、
８０ｍＡ放電での放電容量および８００ｍＡ放電での放
電容量を表１にまとめて示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１に示す結果から明らかなように、実施
例１の電池は、比較例１〜２の電池に比べて、製造時の
短絡発生が少なく、歩留りが高く、生産性に優れてい
た。また、実施例１の電池は、折り曲げ方式の比較例２
の電池に比べて、８００ｍＡｈでの放電容量が高く、高
容量密度であった。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、製造
時の歩留まりが高く、生産性が優れ、かつ高容量密度の
積層形電池を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層形電池に用いる正極の一例を模式
的に示す平面図である。

【図２】本発明の積層形電池に用いる負極の一例を模式
的に示す平面図である。

【図３】本発明の積層形電池に用いるゲル状電解質の一
例を模式的に示す平面図である。

【図４】本発明の積層形電池の組立中の状態を模式的に
示す断面図である。

【図５】本発明の積層形電池の電極積層体の一例を模式
的に示す断面図である。

【図６】本発明の積層形電池の一例を模式的に示す断面
図である。

【図７】完全枚葉方式の積層形電池を模式的に示す断面
図である。

【図８】折り曲げ方式の積層形電池を模式的に示す断面
図である。

【符号の説明】

１ 正極 ２ 負極 ３ ゲル状電解質 ４ 外装体 ５ 正極端子 ６ 負極端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シート状の正極、シート状の負極および
   上記シート状の正極とシート状の負極との間に介在する
   シート状のゲル状電解質を備えた積層形電池において、
   上記シート状の正極およびシート状の負極を容量に応じ
   て枚葉方式で積層し、上記ゲル状電解質を連続シート状
   で折り曲げて上記シート状の正極とシート状の負極との
   間に介在するように積層したことを特徴とする積層形電
   池。