JPH11260355A - 電気化学素子の製造方法 - Google Patents

電気化学素子の製造方法

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JPH11260355A
JPH11260355A JP10075074A JP7507498A JPH11260355A JP H11260355 A JPH11260355 A JP H11260355A JP 10075074 A JP10075074 A JP 10075074A JP 7507498 A JP7507498 A JP 7507498A JP H11260355 A JPH11260355 A JP H11260355A
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JP
Japan
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negative electrode
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positive electrode
separator
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JP10075074A
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Takeshi Iijima
剛 飯島
Makoto Furubayashi
眞 古林
Toshinobu Miyakoshi
俊伸 宮越
Satoru Maruyama
哲 丸山
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極、負極及びセパレーターを積層、一体化
した状態にて金属層を形成するようにして、溶射等によ
る金属層形成過程での電極のダメージを無くして、歩留
まりの向上を図る。 【解決手段】 リチウムイオンポリマー二次電池等を製
造する場合に、正極シート1、負極シート2及びセパレ
ーター3を積層、一体化した後に、正極シート1及び負
極シート2の表面に金属層4を溶射ガン6による溶射で
形成する。前記金属層4は多孔質とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池、特にポリマー二次電池や電気二重層キャパシタ等に
適用可能な電気化学素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、エレクトロニクス分野から自動車
用途等に様々な電池が用いられている。これら電池の多
くは液体の電解液が含まれるため、その液漏れを防ぐ強
固なシールが必要である。高エネルギー密度等の優位性
から、携帯機器用の駆動電源として広く利用されている
リチウムイオン二次電池においても、液漏れ防止に例外
なく強固な金属缶を外装缶に用いているため、そのメリ
ットを生かしきれていない。すなわち、現在のデバイス
全体の技術動向として軽量化、薄型化は避けられない問
題であり、現状のリチウムイオン電池をとってみると、
デバイス全体に占める電池重量が益々大きくなってい
る。従って、リチウムイオン電池の将来展開を担う一つ
の鍵は、この電池の軽量化にあるといっても過言ではな
い。
【0003】そのような状況下、リチウムイオンポリマ
ー二次電池が開発されつつある。リチウムイオンポリマ
ー二次電池は、フリーな液体が存在しないため液漏れの
心配がない。また、シート化、薄型化が可能であるこ
と、及び積層小型化等のような形状自由度等から、次世
代タイプの電池として注目を集めている。このようなリ
チウムイオンポリマー二次電池の作製方法は古くからあ
るが、その一例として米国特許第5470357号が挙
げられ、正・負両極に一体化される集電体として穴のあ
いたエキスパンドメタル(グリッド)の使用を例示して
いる。また、数多くの特許に提示されているこれら近年
応用面で着目されている電池は、全て高分子材料と電解
液をゲル化させた、いわゆるゲル電解質を用いている。
【0004】開示されているそれらの電池の作製方法
は、電池製造の初期工程であるシート化の工程から露点
−30℃の雰囲気を必要とするものと、電解液の含浸工
程のみ露点−30℃の雰囲気を必要とする方法とに大別
される。簡便な後述の作製方法では、正・負極、セパレ
ーター及び正・負両極の集電体を一体化した後に、可塑
剤の抽出及び電解液の含浸工程を含むため、集電体に穴
のあいたエキスパンドメタルを使用している。エキスパ
ンドメタルは、力が加わると変形しやすいため、使用す
るのにある程度の厚みが必要である。そのため、外装缶
の重量を除くと従来の液体電解質使用のリチウムイオン
二次電池よりも重量が重くなってしまうという問題が生
じる。また、この製造方法では、集電体単体で用いると
電極シートとの均一な電気的接触がとれないため、米国
特許第5554459号に示されるような樹脂中に導電
剤を分散させた導電塗料を集電体に塗布する必要があ
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のことからわかる
ように、上記した従来の製造工程では、電池製造が難し
い上、複雑な工程となってしまう。従って、ポリマー電
池が提案されて久しいが、このような作製上の問題もポ
リマー電池が実用に供することができない大きな理由の
一つとなっている。すなわち、材料面での諸問題もさる
ことながら、ポリマー電池の合理的な作製工程を確立す
ることが、重要な課題となっている。
【0006】上述した課題を解決するため、発明者らは
正・負極の電極シート上に金属層を形成することを試み
た。あれこれ思案し実験を繰り返した結果、溶射によ
り、金属層を形成できることがわかった。これにより、
その金属層自体を集電体とすることで、集電体の軽量
化、工程の簡略化が可能となる。しかしながら、溶射は
一時的とはいえ金属を高温で溶融し吹き付けるため、溶
射条件が不適当であると電極シートにダメージを与えた
り、シートの破れが度々発生する恐れがある。また、溶
射膜から剥がれた金属片がショートの原因になり得ると
いう問題がある。
【0007】そこで、本発明の第1の目的は、正極、負
極及びセパレーターを積層、一体化した状態にて金属層
を形成するようにして、溶射等による金属層形成過程で
の電極のダメージを無くして、歩留まりの向上を図った
電気化学素子の製造方法を提供することにある。
【0008】本発明の第2の目的は、正極、負極表面に
形成された金属層を集電体として用いることで、軽量化
を図った電気化学素子の製造方法を提供することにあ
る。
【0009】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電気化学素子の製造方法は、正極、負極及
びセパレーターを積層、一体化した後に、正極及び負極
の表面に金属層を形成することを特徴としている。
【0011】前記電気化学素子の製造方法において、前
記金属層を溶射で形成することができる。
【0012】また、前記電気化学素子の製造方法におい
て、前記金属層は、多孔質であることが望ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電気化学素子
の製造方法の実施の形態を図面に従って説明する。
【0014】図1は、本発明の実施の形態であって、電
気化学素子の1例としてリチウムイオンポリマー二次電
池の製造方法を示す。この図において、1,2は正極又
は負極となる電極であり、正極又は負極活物質、バイン
ダー及び導電助剤からなる電極シート(シート状の電極
材料)である。ここでは1が正極シート、2が負極シー
トとなっている。3はセパレーターを示している。5は
1対の加圧熱ロールからなるラミネーター、6はプラズ
マ溶射、アーク溶射等により金属を溶射する溶射ガンで
ある。
【0015】前記正極シート1、負極シート2及びセパ
レーター3の3者は、正極シート1、負極シート2間に
セパレーター3を挟んだ状態にて前記ラミネーター5に
より加熱、加圧され、積層、一体化される。その後、溶
射ガン6により、正極シート1及び負極シート2の外側
面に多孔質(ポーラス)な金属層4を形成した。
【0016】前記金属層4はアルミ、ニッケル、銅、チ
タン、タングステン、ステンレス、金、白金のいずれか
からなることが好ましい。金属層4がアルミ、ニッケ
ル、銅、チタン、タングステン、ステンレス、金、白金
のいずれかであれば、リチウムイオンポリマー電池、電
気二重層キャパシタ等の電解質又は正負極の材質に対し
て化学的に安定である。
【0017】また、金属層4はできるだけ薄く、かつ軽
量であることが望まれるが、電流を取り出すのに十分な
電子伝導性、および強度も必要とされるので、その厚み
は5〜100μmであることが好ましい。さらに、その
後の電解液含浸工程を考えると、正・負極少なくても片
側一方の金属層は、多孔質(ポーラス)な構造を持つこ
とが好ましい。
【0018】その後、表面に金属層を有する正・負極シ
ート1,2及びセパレーター3からなる積層体を適切な
大きさに切断し、積層、巻き取り、あるいは折りたたん
で所定の形状にし、電解液を含浸後、外装缶に入れ電池
を作製する。
【0019】本発明の製造方法を用いることにより、被
溶射体の耐熱性及び強度は向上し、電極シートの破れ、
電極間ショートの可能性を大幅に低減することが可能と
なった。被溶射体の耐熱性及び強度の向上は、歩留の向
上だけでなく、電極シート上への金属層の形成方法にも
幅を持たせられるという利点がある。
【0020】なお、図1では溶射ガンによる所定の金属
の溶射を正・負極シート1,2及びセパレーター3から
なる積層体表面に行ったが、薄膜作製技術(スパッタリ
ング、蒸着、プラズマCVD等)により、多孔質(ポー
ラス)な金属層4を形成してもよい。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例をリチウムイオンポリ
マー二次電池を構成した場合を例にとり詳述する。
【0022】[実施例]正極活物質としてのLiCoO
2、導電助剤としてのカーボンブラック(電気化学工業
(株)製 HS−100)、バインダーとしてのPVD
F等のフッ素系高分子からなる正極シート、負極活物質
としてのメソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、導
電助剤としてのHS−100、バインダーとしてのPV
DF等のフッ素系高分子からなる負極シート、及びSi
2、フッ素系高分子からなるセパレーターをそれぞれ
ドクターブレード法により作製した。この正極シートと
負極シートの間にセパレーターを積層し、熱ロールで加
圧、加熱しラミネートして積層体を得た。
【0023】この積層体の正極側表面にアルミニウム、
負極側表面に銅をプラズマ溶射により溶射し、多孔質な
10〜100μm厚みの金属層を形成した。アルミ溶射
粉は粒径40〜100μmのものを使用し、銅粉は40
〜100μm、75μm以下、40μm以下、5〜25
μm、の四種類の粒度を持つ粉を使用した。
【0024】以下の表1に示すように、この手順で作製
した積層体は、いずれの溶射粉を用いた場合でも、電極
シートに破れは発生しなかった(50個中電極シート破
れの発生は0個)。
【0025】 表1 電極シート破れ ショート不良 実施例 0/50 0/50 比較例 正極 0/50 10/50 負極 20/50
【0026】そして、金属層を形成した積層体を適切な
大きさに切断し、電解液を含浸、その後アルミラミネー
ト袋に封入し電池を得た。出来上がった電池中ショート
したものの数を確認したところ、表1に示すように50
個中1個のショートも確認されなかった(50個中ショ
ート不良の発生は0個)。
【0027】なお、本実施例では、リード片として細長
く切断したグリッドを電極シート上にあらかじめ熱圧着
した上から溶射を行うことでリードを取り出すようにで
きるが、溶接(スポット溶接、超音波溶接等)や導電性
接着剤による接着でリードを取り出すことも可能であ
る。
【0028】[比較例]ドクターブレード法により作製
したLiCoO2、HS−100、PVDF等のフッ素
系高分子からなる正極シート、MCMB、HS−10
0、フッ素系高分子からなる負極シートに、正極シート
にはアルミを、負極シートには銅をプラズマ溶射により
溶射した。溶射粉は実施例と同様のものを使用した。
【0029】表1に示されるように、正極シートへのア
ルミ溶射では、シートに破れは発生しなかったが、負極
シートへの銅溶射では、40%の確率(50個中電極シ
ート破れの発生は20個)でシートに破れが発生した。
溶射銅粉の粒径が大きいほど、この破れの発生率は高く
なる傾向があった。
【0030】溶射により金属層を形成した正・負極シー
トとSiO2、フッ素系高分子からなるセパレーターと
を適切な大きさに切断し、熱プレスでラミネートした。
ラミネート条件は130℃で、圧力3.0kgcm-2
した。この積層体に電解液を含浸後、アルミニウムラミ
ネート袋に挿入し電池を得た。出来上がった電池中ショ
ートしたものの数を確認したところ、表1に示すように
20%(50個中ショート不良の発生は10個)の確率
でショートが発生した。ショートの発生を防ぐために、
ラミネート温度を110℃まで下げたりしてみたが、電
池の十分な放電レート特性やサイクル特性が得られなく
なってしまった。
【0031】なお、上記実施の形態及び実施例は、いず
れも二次電池を構成した場合であるが、同様の構成の電
気二重層キャパシタにも適用可能である。
【0032】以上本発明の実施の形態及び実施例につい
て説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく
請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能
なことは当業者には自明であろう。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電気
化学素子の製造方法によれば、正極、負極及びセパレー
ターを積層、一体化した後に、正極及び負極の表面に金
属層を形成しており、該金属層を集電体として用いるこ
とで、軽量化が可能であり、また電極の破れ、ショート
不良の発生を回避して歩留の向上ができ、さらには電極
上への金属層の形成方法にも幅を持たせられる(例えば
溶射条件等の自由度が増す)という利点がででくる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電気化学素子の製造方法の実施の
形態であって電池作製工程を示す概略図である。
【符号の説明】
1 正極シート 2 負極シート 3 セバレーター 4 金属層 5 ラミネーター 6 溶射ガン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 哲 東京都中央区日本橋一丁目13番1号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、負極及びセパレーターを積層、一
    体化した後に、正極及び負極の表面に金属層を形成する
    ことを特徴とする電気化学素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記金属層を溶射で形成した請求項1記
    載の電気化学素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記金属層が多孔質である請求項1又は
    2記載の電気化学素子の製造方法。
JP10075074A 1998-03-10 1998-03-10 電気化学素子の製造方法 Pending JPH11260355A (ja)

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