JPH1154111A - 二次電池用電極シート及び二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極シートの巻回を簡単に行う。 【解決手段】 電極シート１０は、絶縁フィルム１１を
ベースとし、その両面にそれぞれ正極及び負極の集電体
層１２，１３、さらに電極合剤層１４，１５が形成され
ている。また電極シート１０の両端部においては、電極
合剤層１４，１５が塗布されていない電極合剤非塗工部
１６，１７が設けられている。電極シート１０の片面に
セパレータ２２を接着し、電極シート１０の先端側から
折り畳むようにして巻回する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の巻回電
極体を製造するための電極シート及びその巻回電極体を
備えた二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、リチウム二次電池は、例えば特
開平７−１９２７６６号公報に示すように、正極用電極
シートと負極用電極シートとを２枚のセパレータを介し
て渦巻き状に巻回して電極体を製造する。ここで、例え
ば負極用の電極シート１としては、図１０に示すように
銅箔２の両面に負極用電極合剤３を塗布したものを使用
し、正極用の電極シート４としては図示しないが同様に
アルミニウム箔の両面に正極用電極合剤を塗布したもの
を使用する。これらの電極シート１，４は、図１１に概
略的に示すような巻回装置によって２枚のセパレータ
５，６とともに巻回される。同図に示すように、各電極
シート１，４及びセパレータ５，６はそれぞれロール状
に巻回されて供給され、これらの４枚のシート１，２，
５，６が複数本の案内ロール７に導かれつつ一体に重ね
られ、これらを渦巻き状に巻回して巻回電極体が製造さ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述のよう
に４枚ものシートを、シート相互のずれを抑えつつ巻回
することは相当に困難であるため、巻回装置が複雑化す
ると共に生産性を十分に高めることができず、コスト高
になるという問題があった。

【０００４】また、各電極シート１，４の両面には、ほ
ぼ全域に電極合剤層が形成されているから、これらを渦
巻き状に巻回してゆくと、最内周及び最外周に位置して
相手側の電極シートと対向しない部分にも電極合剤層が
設けられた形態となってしまう。このことは、材料とし
て無駄が生ずることになるとともに、その電極合剤層の
分だけ無用に体積が増大することになって容積効率を低
下させることを意味する。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、電極シートの巻回を簡単に行うことができ、しか
も、材料の無駄や容積効率の低下を防止できる二次電池
用電極シート及びそれを用いた二次電池を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、巻回
して二次電池用の巻回電極体を製造するための電極シー
トであって、絶縁フィルムと、その両面にそれぞれ積層
された正極用及び負極用の集電体層と、これらの正極用
及び負極用の各集電体層に重ねて塗工された正極用及び
負極用の電極合剤層と、正極用及び負極用の各集電体層
の両端部に形成されこの電極シートが巻回された状態で
相手側極性の集電体層と対向しない部分に設けられた電
極合剤非塗工部とを備えたところに特徴を有する。

【０００７】請求項２の発明は、正極用又は負極用の電
極合剤層に重ねて絶縁性のセパレータ層を設けたところ
に特徴を有する。

【０００８】請求項３の発明は、正極用又は負極用の電
極合剤層に重ねて固体電解質層を設けたところに特徴を
有する。

【０００９】請求項４の発明は、電極リードを、各電極
合剤非塗工部のそれぞれに超音波溶接によって固着した
ところに特徴を有する。

【００１０】請求項５の発明に係る二次電池は、請求項
１ないし請求項４のいずれかに記載の二次電池用電極シ
ートを、その一端部の電極合剤非塗工部を内側にしてそ
の中間から二つ折りにし、ついで順次重ね巻きするよう
に折り畳むことにより、前記二次電池用電極シートの他
端部の電極合剤非塗工部が巻回電極体の外周面に位置す
るように巻回してなる扁平状の巻回電極体を備えたとこ
ろに特徴を有する。

【００１１】

【発明の作用・効果】請求項１に係る電極シートによれ
ば、絶縁フィルムの両面側に正極及び負極がぞれぞれ形
成されるから、その一枚の電極シートを必要に応じてセ
パレータと共に巻回するだけで、正極と負極とが対向状
態となって電池構造の電極体が構成される。従って、わ
ずか２枚のシートを重ねて巻回すればよいから、巻回作
業が簡単になり、その分、装置が簡単になり、かつ、生
産性を向上させることができる。また、電極シートの両
端部のうち、その電極シートが巻回された状態で相手側
極性の集電体層と対向しない部分には電極合剤の非塗工
部が設けられているから、実質的な電池構造を構成しな
い無用な電極合剤層が形成されない。従って、高価な電
極合剤を無駄に使用することがなく、しかも、その分、
完成した電極体を小型化することが可能になる。

【００１２】請求項２の電極シートによれば、セパレー
タ層が予め一体化されているから、単にその１枚の電極
シートを巻回するだけで二次電池用の巻回電極体が構成
でき、製造作業が一層簡単になる。

【００１３】請求項３の電極シートによれば、固体電解
質層が予め一体化されているから、単にその１枚の電極
シートを巻回するだけで二次電池用の巻回電極体が構成
でき、製造作業が一層簡単になる。しかも、固体電解質
であるから、正極及び負極間のセパレータが不要である
ばかりか、電解液の注入工程も不要であり、製造工程が
一層簡単になる。

【００１４】請求項４の電極シートによれば、各電極合
剤非塗工部を利用してここに電極リードが超音波溶接さ
れているから、電極からの集電を効率的に行うことがで
きる。また、従来、集電体として利用されていた銅箔や
アルミニウム箔等の金属箔に比べて比較的柔軟な絶縁シ
ートを挟んだ状態で超音波振動子から振動が加えられる
ことになるから、電極リードや集電体層に対する損傷が
少なく、良好な接続状態が得られる。

【００１５】請求項５の二次電池によれば、二つ折りし
て折り畳むように巻回するから、巻回電極体が全体とし
て扁平になる。しかも、電極シートの両端部に形成され
ている電極合剤非塗工部の一方は当初の二つ折り部の内
側であって相手側電極と対向しない部分に位置し、他方
は巻回電極体の最外周であって相手側電極と対向しない
部分に位置することになる。このため、電池構造に実質
的に寄与しない電極合剤層が存在しなくなるから無用な
電極合剤層がないことになり、その分、巻回電極体全体
を一層薄型化することができるようになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

＜第１実施形態＞以下、本発明をリチウム二次電池に適
用した第１実施形態について図１ないし図８を参照して
説明する。図６は本実施形態に係る電極シート１０によ
り製造した扁平渦巻き状の巻回電極体３０及び電池ケー
ス４０を示す。 ［電極シート１０の構造］まず、電極シート１０は、図
１に示すように、ポリエチレンテレフタレートからなる
例えば厚さ４μｍの絶縁フィルム１１をベースとし、そ
の一方の面の全体に厚さ４μｍのアルミニウム箔を接着
して正極用集電体層１２を形成すると共に、その反対面
の全域に例えばメッキ法によって積層した厚さ１μｍの
銅皮膜により負極用集電体層１３を形成している。

【００１７】そして、上記正極用集電体層１２には例え
ばリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ₂）等からなる
電極合剤を塗布して厚さ８０μｍの正極用電極合剤層１
４を形成してあり、負極用集電体層１３上には例えばグ
ラファイト等からなる電極合剤を塗布して厚さ１０μｍ
の負極用電極合剤層１５を形成してある。これらの電極
合剤層１４，１５は、集電体層１２，１３が絶縁フィル
ム１１の両面全域に形成されているのに対し、電極シー
ト１０の両端部において塗布されていない部分が設けら
れており、これが電極合剤非塗工部１６，１７となって
いる。この電極シート１０は負極側の電極合剤非塗工部
１７を始端として折り畳み状に巻回されるようになって
おり、その電極合剤非塗工部１７の幅寸法Ｗ1 は巻回始
端の折り畳み幅Ａの約２倍となるように設定されてい
る。また、その電極合剤非塗工部１７には、銅箔製の電
極リード１９が超音波溶接されている。一方、正極側の
電極合剤非塗工部１６の幅寸法Ｗ2 は完成した巻回電極
体３０の幅寸法Ｂのほぼ２倍となるように設定されてお
り、そこにアルミニウム箔製の電極リード１８がやはり
超音波溶接されている。なお、両電極リード１８，１９
には、変成ポリオレフィンからなるシールフィルム２
０，２１が各リード１８，１９を挟むようにして熱圧着
されている。

【００１８】そして、上記電極シート１０には例えば負
極側にセパレータ２２が接着により重ねて一体化されて
いる。このセパレータ２２は例えばポリエチレン、ポリ
プロピレン等のポリオレフィンフィルム製であって、無
数の微細孔を有する。

【００１９】［電極シート１０の製造工程］次に、上記
電極シート１０の製造工程について説明する。幅広い絶
縁フィルム１１をロールから巻き戻しつつ、その両面に
銅メッキ及びアルミニウム箔の接着によって全域に正極
用集電体層１２及び負極用集電体層１３を形成する。

【００２０】そして、正極用集電体層１２の表面に正極
合剤を塗布して乾燥プレスし、所定厚みの正極用電極合
剤層１４を形成し、同様に、負極用集電体層１３の表面
に負極合剤を塗布して乾燥プレスし、所定厚みの負極用
電極合剤層１５を形成する。このとき、図５に示すよう
に、電極合剤の塗布を間欠的に停止させることにより、
絶縁フィルム１１の両面に幅方向に延びる電極合剤非塗
工部１６，１７を形成しておく。そして、このシートを
必要な幅寸法となるように帯状に切断して（図５二点鎖
線参照）、連続的に連なる電極シート１０が製造され、
これを例えばリールに巻回しておく。

【００２１】［巻回電極体３０の製造工程］上記電極シ
ート１０によって巻回電極体３０を製造するには、次の
ようにする。リールに巻回した連続帯状の電極シート１
０を巻き戻しつつ、電極合剤非塗工部１６，１７の所定
位置にそれぞれ電極リード１８，１９を超音波溶接す
る。そして、巻回装置によって、電極シート１０の先端
側から折り畳むようにして順次重ね巻きしてゆくのであ
る。このとき、まず、図３に示すように電極シート１０
の負極側の電極合剤非塗工部１７を内側にしてその中央
から二つ折りにして電極リード１９を挟み込むようにす
る。これにより、電極合剤非塗工部１７が半分に折り畳
まれて互いに接触する状態となる。ついで、これに重ね
るように電極シート１０を順次折り畳んでゆくことによ
り、扁平状（反物状）に巻回されてゆく。そして、正極
側の電極合剤非塗工部１６が最外周を取り巻くようにな
ったところで電極シート１０を切断すれば、図６に示し
た巻回電極体３０が完成する。

【００２２】本実施形態の巻回電極体３０によれば、一
枚の電極シート１０を扁平状に巻回するだけで、正極用
電極合剤層１４と負極用電極合剤層１５とがセパレータ
２２を挟んだ対向状態となって電池構造が構成される。
従って、巻回作業が簡単になり、その分、巻回装置が簡
単になり、かつ、高速で巻回して生産性を向上させるこ
とができる。

【００２３】また、電極シート１０の両端部のうち、そ
の電極シート１０が巻回された状態で相手側極性の電極
合剤層１４，１５と対向しない部分には電極合剤の非塗
工部１６，１７が設けられているから、電池構造を構成
しない無用な電極合剤層１４，１５が形成されず、従っ
て、高価な電極合剤を無駄に使用することがなく、しか
も、その分、完成した巻回電極体３０を小型化すること
が可能になる。

【００２４】そして、この実施形態では、各電極合剤非
塗工部１６，１７を利用してここに電極リード１８，１
９を超音波溶接しているから、電極からの集電を効率的
に行うことができる。また、従来、集電体として利用さ
れていた銅箔やアルミニウム箔等の金属箔に比べて比較
的柔軟な絶縁シートを挟んだ状態で超音波振動子から振
動が加えられることになるから、電極リード１８，１９
や集電体層１２，１３に対する損傷が少なく、良好な接
続状態が得られる。

【００２５】［電池の組立工程］完成した巻回電極体３
０は電池ケース４０の開口から内部に収容され、内部に
電解液（例えばエチレンカーボネイト、ジエチルカーボ
ネイト及びジメチルカーボネイトを２：１：２の割合に
混合した混合液に、六弗化リン酸リチウムを添加したも
の）を注入した状態でその開口を閉じて加熱圧着するこ
とで電池ケース４０が封口される。その封口部には、図
７に示すように、各電極リード１８，１９に圧着したシ
ールフィルム２０，２１が挟み込まれ、それらのシール
フィルム２０，２１と電池ケース４０の開口縁とが強固
に密着されている。なお、上記電池ケース４０は、図８
に模式的に示すように、例えばＰＥＴ４１、アルミニウ
ム箔４２、接着剤層４３、第１変性ポリオレフィン層４
４及び第２変性ポリオレフィン層４５を順に重ねたラミ
ネートフィルムからなり、第２変性ポリオレフィン層４
５側を内側として折り返して底辺部及び側辺部を溶着す
ることによりあらかじめ袋状に形成されたものである。

【００２６】＜第２実施形態＞図９は本発明の第２実施
形態を示す。前記第１実施形態との相違は、セパレータ
２２に代えてポリマー型の固体電解質層２５を設けたと
ころにあり、その他の構成は第１実施形態と同様であ
る。

【００２７】この固体電解質層２５は、キャストやコー
ティングによって形成した例えばＰＥＯフィルムからな
り、これを電極シート１０にラミネートして一体化して
ある。このようにすれば、固体電解質層２５が予め一体
化されているから、単に１枚の電極シート１０を巻回す
るだけで二次電池用の巻回電極体が構成でき、製造作業
が一層簡単になる。しかも、固体電解質２５であるか
ら、正極及び負極間のセパレータが不要であるばかり
か、電解液の注入工程も不要であり、製造工程が一層簡
単になる。なお、固体電解質層２５には、絶縁性を有す
る無機粉末を予め分散させておいてもよい。電極合剤層
の発熱によってＰＥＯが軟化した場合に、固体電解質層
２５の強度が保持されるから、セパレータ機能が発揮さ
れるからである。また、この無機粉末としては、絶縁性
がありながら熱伝導性に優れるボロンナイトナイドを使
用することが好ましい。熱の放散製が良好になって高温
時の安定性が一層改善されるからである。また、固体電
解質層２５に分散させる無機粉末としては、ペロブスカ
イト型の無機リチウムイオン伝導体粉末がより好適し、
例えばランタンリチウムチタン酸化物が例示できる。こ
れは電子伝導に対して絶縁性がありながら、リチウムイ
オン伝導性があるからである。

【００２８】＜他の実施形態＞本発明は上記記述及び図
面によって説明した実施の形態に限定されるものではな
く、例えば次のような実施の形態も本発明の技術的範囲
に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲
内で種々変更して実施することができる。

【００２９】（１）上記各実施形態では絶縁フィルムと
してＰＥＴを使用したが、これに限らずポリイミドフィ
ルムであってもよい。また、電極シート１０は扁平状に
巻回するに限らず、円筒状に巻回（いわゆる渦巻き状）
するようにしてもよく、また、電池ケースはフィルムに
より袋状に形成したものに限らず、金属缶により電池ケ
ースを構成してもよい。

【００３０】（２）上記した第１実施例では電極シート
１０にセパレータ２２を一体化し、第２実施形態では固
体電解質２５を一体化したが、これらは別々のシートと
して扱い、電極体の巻回時に２枚を合わせて巻き込むよ
うにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る電極シートの断面
図

【図２】同じく電極シートの斜視図

【図３】同じく電極シートの巻回過程を示す斜視図

【図４】同じく電極シートの巻回過程を示す斜視図

【図５】同じく電極シートの製造工程を示す斜視図

【図６】同じく電極体と電池ケースの斜視図

【図７】同じく完成形態のリチウム二次電池を示す斜視
図

【図８】同じくラミネートフィルムの拡大断面図

【図９】本発明の第二実施形態に係る電極シートの断面
図

【図１０】従来の電極シートの断面図

【図１１】同じく電極シートの巻回工程を示す概略側面
図

【符号の説明】

１０…電極シート １１…絶縁フィルム １２…正極用集電体層 １３…負極用集電体層 １４…正極用電極合剤層 １５…負極用電極合剤層 １６，１７…電極合剤非塗工部 １８，１９…電極リード ２２…セパレータ ２５…固体電解質層 ３０…電極体

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【手続補正書】

【提出日】平成９年８月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】

【発明の実施の形態】 ＜第１実施形態＞以下、本発明をリチウム二次電池に適
用した第１実施形態について図１ないし図８を参照して
説明する。図６は本実施形態に係る電極シート１０によ
り製造した扁平状の巻回電極体３０及び電池ケース４０
を示す。 ［電極シート１０の構造］まず、電極シート１０は、図
１に示すように、ポリエチレンテレフタレートからなる
例えば厚さ４μｍの絶縁フィルム１１をベースとし、そ
の一方の面の全体に厚さ４μｍのアルミニウム箔を接着
して正極用集電体層１２を形成すると共に、その反対面
の全域に例えばメッキ法によって積層した厚さ１μｍの
銅皮膜により負極用集電体層１３を形成している。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻回して二次電池用の巻回電極体を製造
   するための電極シートであって、絶縁フィルムと、その
   両面にそれぞれ積層された正極用及び負極用の集電体層
   と、これらの正極用及び負極用の各集電体層に重ねて塗
   工された正極用及び負極用の電極合剤層と、前記正極用
   及び負極用の各集電体層の両端部に形成されこの電極シ
   ートが巻回された状態で相手側極性の集電体層と対向し
   ない部分に設けられた電極合剤非塗工部とを備えてなる
   二次電池用電極シート。
2. 【請求項２】 前記正極用又は負極用の電極合剤層に重
   ねて絶縁性のセパレータ層が設けられていることを特徴
   とする請求項１記載の二次電池用電極シート。
3. 【請求項３】 前記正極用又は負極用の電極合剤層に重
   ねて固体電解質層が設けられていることを特徴とする請
   求項１記載の二次電池用電極シート。
4. 【請求項４】 電極リードは、各電極合剤非塗工部のそ
   れぞれに超音波溶接されていることを特徴とする請求項
   １ないし請求項３のいずれかに記載の二次電池用電極シ
   ート。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載の二次電池用電極シートを、その一端部の電極合剤非
   塗工部を内側にしてその中間から二つ折りにし、ついで
   順次重ね巻きするように折り畳むことにより、前記二次
   電池用電極シートの他端部の電極合剤非塗工部が巻回電
   極体の外周面に位置するように巻回してなる扁平状の巻
   回電極体を備えたことを特徴とする二次電池。