JPWO2015147066A1 - 積層型電池及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
正極と負極との間の短絡を防止するとともに、電池の部分的な厚みの増加を抑制し、電気的な特性および信頼性の高い積層型電池を提供する。第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている積層型電池。
Description
本実施形態は積層型電池及びその製造方法に関する。
二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータ等のポータブル機器の電源として、また、車両や家庭用の電源として広く普及している。中でも、高エネルギー密度で軽量なリチウムイオン二次電池は、生活に欠かせないエネルギー蓄積デバイスである。
二次電池は大別して捲回型と積層型とに分類される。捲回型二次電池の電池素子は、長尺の正極と負極とがセパレータによって隔離されつつ重ね合わされた状態で複数回巻かれた構造を有する。積層型二次電池の電池素子は、正極と負極とがセパレータによって隔離されながら交互に繰り返し積層された構造を有する。正極および負極は、集電体に活物質層が形成された活物質層形成部と、リード部を設けるために活物質層が形成されていない活物質層未形成部とを備える。捲回型および積層型のいずれの二次電池においても、正極リード部と負極リード部の一端は、それぞれ正極の正極活物質層未形成部と負極の負極活物質層未形成部に電気的に接続されている。正極リード部と負極リード部の他端は、それぞれ正極端子と負極端子とに電気的に接続されている。電池素子は、正極端子及び負極端子が外装容器の外部に引き出されるように、外装容器内に封入されている。外装容器内には電池素子とともに電解液が封入されている。
二次電池は年々大容量化する傾向にある。したがって、仮に短絡が発生した場合には、該二次電池はより発熱する可能性があるため、二次電池の安全性を向上させることが重要である。二次電池の安全性を向上させる方法としては、例えば、正極と負極との間の短絡を防止するために、活物質層形成部と活物質層未形成部との境界部分に絶縁層を形成する技術が知られている(特許文献1及び2)。一方、特許文献3には、集電タブの積層に関する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1及び2に開示された技術を用いる場合、積層型二次電池においては、平面的に見て同じ位置で絶縁層が繰り返し積層される。このため、絶縁層が配置される位置において電池素子の厚さが部分的に厚くなり、体積あたりのエネルギー密度が低下する。
また、二次電池においては、電気的な特性や信頼性を向上させる観点から、電池素子をテープ等で固定して電池素子を均一な圧力で押さえる。しかしながら、積層型二次電池に特許文献1及び2に示されるような絶縁層を設けると、絶縁層が積層される部分と絶縁層が積層されない部分との厚みの差により、電池素子を均等に押さえることが出来なくなり、電気特性のばらつきやサイクル特性の低下など、電池の品質低下を招く場合がある。
本実施形態の目的は、正極と負極との間の短絡を防止するとともに、電池の部分的な厚みの増加を抑制し、電気的な特性および信頼性の高い積層型電池を提供することである。
本実施形態に係る積層型電池は、第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。
また、本実施形態に係る積層型電池は、第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されており、少なくとも一部が異なる位置に形成されることにより、前記絶縁層の積層部分の厚みが低減されている。
本実施形態に係る積層型電池の製造方法は、集電体の表面上に活物質層を形成し、集電体上に活物質層が形成された電極部と、集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、を備える電極を得る工程と、前記電極の、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて絶縁層を形成することで、第1の極性の電極を得る工程と、前記第1の極性の電極の、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部を切り欠いて切り欠き部を形成する工程と、前記第1の極性の電極の少なくとも2枚を、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極と積層する工程と、を含む積層型電池の製造方法であって、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。
本実施形態によれば、正極と負極との間の短絡を防止するとともに、電池の部分的な厚みの増加を低減し、電気的な特性および信頼性の高い積層型電池を提供することができる。
[積層型電池]
本実施形態に係る積層型電池は、第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。
本実施形態に係る積層型電池は、第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。
正極と負極との間の短絡を防止するために、活物質層と活物質層未形成領域との境界部分に絶縁層を設ける場合、該絶縁層は絶縁効果を十分に発揮するためにある程度の厚みが必要なため、図12に示されるように、絶縁層12の積層部分において部分的な厚みの増加が発生する。本実施形態に係る積層型電池では、積層方向から見て、第1の極性の電極の絶縁層と他の第1の極性の電極の絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。すなわち、積層方向から見て、絶縁層の少なくとも一部が重ならないように第1の極性の電極が積層されている。また、すなわち、積層方向から見て、絶縁層同士が重ならない領域を有するように第1の極性の電極が積層されている。これにより、絶縁層が形成された領域の重なり部分が少なくなり、絶縁層の積層部分の厚みを減少させることができる。本実施形態では、正極と負極との間の短絡を防止するとともに、電池の部分的な厚みの増加を低減できるため、電気的な特性および信頼性の高い積層型電池が得られる。また、電池の部分的な厚みが低減されているため、厚みの均一な外装容器を用いることができ、生産性が向上する。さらに、電池を複数積層して設置する場合にも電池の積層体の高さを均一にすることができる。特に、本実施形態では、第1の極性の電極の絶縁層と他の第1の極性の電極の絶縁層とが異なる位置に形成されている、すなわち、絶縁層が形成された領域の重なりが全くないことが、より絶縁層の積層部分の厚みを減少させることができるため好ましい。
積層方向から見て、第1の極性の電極の絶縁層と他の第1の極性の電極の絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されるようにする方法としては、例えば後述する図11のように、積層方向から見て、絶縁層12同士の位置をずらす方法が挙げられる。また、例えば後述する図2〜10のように、本来絶縁層12が形成される領域に、絶縁層12、集電体、および必要に応じて活物質層2が切り欠かれた切り欠き部13を設けることにより、該切り欠き部13において絶縁層12同士が重ならないようにすることも本実施形態に含まれる。即ちこの場合、該切り欠き部が、積層方向から見て、絶縁層の一部が重ならない領域に該当する。
また、第1の極性の電極が3枚以上ある場合には、少なくとも1枚の第1の極性の電極の絶縁層の少なくとも一部が他の第1の極性の電極の絶縁層と重なっていなければ、本実施形態に含まれる。即ち、例えば第1の極性の電極が3枚ある場合には、2枚の第1の極性の電極の絶縁層が全て重なっており、その位置が同じであったとしても、残りの1枚の第1の極性の電極の絶縁層の少なくとも一部が前記2枚の第1の極性の電極の絶縁層と重なっていなければ、絶縁層の少なくとも一部が異なる位置に形成されているため、本実施形態に含まれる。
本実施形態では、積層方向から見て、第1の極性の電極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅が小さいことが好ましい。例えば後述する図2〜8、10のような形態が挙げられる。第1の極性の電極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅が小さいことにより、容易に絶縁層の少なくとも一部が異なる位置になるように第1の極性の電極を積層させることができる。ここで、第1の極性の電極のリード部先端の重なり幅とは、積層方向において、複数枚の第1の極性の電極のリード部の先端が重なっている部分の幅を示す。第1の極性の電極が3枚以上ある場合には、全ての第1の極性の電極のリード部の先端が重なっている部分の幅を示す。また、絶縁層が形成された領域の重なり幅とは、複数枚の第1の極性の電極の絶縁層が形成された領域が重なっている部分の幅を示す。第1の極性の電極が3枚以上ある場合には、全ての第1の極性の電極の絶縁層が形成された領域が重なっている部分の幅を示す。また、絶縁層が形成された領域が重なっている部分が分離して存在する場合には、各幅の合計を示す。さらに、絶縁層が形成された領域の重なり幅が一定でない場合には、最長部分を絶縁層が形成された領域の重なり幅とする。
例えば、絶縁層が集電体の両面に形成されている場合、積層方向から見て、第1の極性の電極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅が小さいことにより、絶縁層が形成された領域が重なっていない部分において、第1の極性の電極1枚当たり少なくとも絶縁層2層分および集電体1枚分の厚みを低減させることができる。したがって、該第1の極性の電極を積層して電池素子を作製した場合に、絶縁層の積層部分の厚みを低減することができる。
前記第1の極性の電極は、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部に切り欠き部を有することが好ましい。例えば後述する図2〜10のように切り欠き部13を設けることができる。ここで、切り欠き部とは、絶縁層が形成された領域の少なくとも一部について、絶縁層、集電体、および必要に応じて活物質層が切り抜かれた部分を示す。前記第1の極性の電極が該切り欠き部を有することにより、積層方向から見て、絶縁層の少なくとも一部が異なる位置となる状態を容易に作り出すことができる。また、これにより、積層方向から見て、第1の極性の電極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅が小さい状態を容易に作り出すことができる。
本実施形態では、電池の部分的な厚みの増加を均一に低減できる観点から、前記第1の極性の電極が前記切り欠き部として2種類以上の形状を有することが好ましい。ここで、第1の極性の電極が切り欠き部として2種類以上の形状を有するとは、2枚以上の第1の極性の電極が2種類以上の形状の切り欠き部を有することを示す。例えば、2枚の第1の極性の電極が切り欠き部を有する場合には、2枚の第1の極性の電極は互いに異なる形状の切り欠き部を有する。また、3枚の第1の極性の電極が切り欠き部を有する場合には、3枚の第1の極性の電極は互いに異なる形状の切り欠き部を有してもよく、2枚の第1の極性の電極が同じ形状の切り欠き部を有し、1枚の第1の極性の電極が異なる形状の切り欠き部を有していてもよい。なお、切り欠き部の形状自体が同一であっても切り欠き部の位置が異なる場合も含まれる。
特に、絶縁層が積層される部分全体において、少なくとも絶縁層1層分の厚みを均一に低減できる観点から、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部を重ね合わせた場合、積層方向から見て、該切り欠き部は切り欠き前の絶縁層が形成された活物質層形成領域を全て覆うことが好ましい。ここで、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部を重ね合わせた場合、積層方向から見て、該切り欠き部が切り欠き前の絶縁層が形成された活物質層形成領域を全て覆う、とは、第1の極性の電極を積層した際に各第1の極性の電極に形成された切り欠き部を全て重ね合わせると、積層方向から見て、切り欠かれる前の絶縁層が形成された活物質層形成領域が全て補われるように、各切り欠き部がそれぞれの第1の極性の電極に形成されていることを示す。
また、絶縁層と活物質層の両方ともが積層されている部分は、積層されると活物質層の分より電池の厚みが増加するため、切り欠き部が、絶縁層及び活物質層が形成された領域の少なくとも一部に設けられていることが好ましい。
切り欠き部の形状は特に限定されず、矩形でも円形でもよい。また、切り欠き部は、リード部の端子との接続部には形成されないことが、抵抗を減少させる観点から好ましい。電極1枚当たりの切り欠き部の面積は、各第1の極性の電極に設ける切り欠き部の形状の種類の数にもよるが、絶縁層が形成された部分の面積に対して20%以上、70%以下が好ましい。集電体から引き出されるリード部の位置は、各第1の極性の電極において同じであることが、リード部を端子に1か所にまとめて接続できるため抵抗を減少させることができ、また、電池の部分的な厚みをより低減できる観点から好ましい。積層型電池の厚みは特に限定されないが、例えば1mm以上、20mm以下とすることができる。本実施形態に係る積層型電池は部分的な厚みが低減されているため、該積層型電池を複数積層して用いてもよい。
本実施形態においては、第1の極性の電極は、正極でも負極でもよい。しかしながら、特にリチウムイオン二次電池の場合、負極の方が正極よりも大きく、正極と負極との間の短絡を防止するために、正極の正極活物質層と正極活物質層未形成領域との間の境界部分に絶縁層を形成することが好ましい。このため、第1の極性の電極が正極であり、第2の極性の電極が負極であることが好ましい。
また、電池素子が第2の極性の電極を少なくとも2枚備え、前記第2の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、積層方向から見て、前記第2の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第2の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されていることが好ましい。即ち、第2の極性の電極が本実施形態における第1の極性の電極と同じ構成を有し、第2の極性の電極にも第1の極性の電極に設けられている絶縁層と同じ構成の絶縁層が設けられていることが好ましい。この場合、第2の極性の電極の絶縁層の積層部分においても、厚みの増加を低減できる。
以下、本実施形態の詳細を示す。なお、以下に示す実施形態は積層型リチウムイオン二次電池に関するが、本実施形態は積層型リチウムイオン二次電池に限られず、例えばニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池、リチウムメタル二次電池、リチウムポリマー電池等の他の種類の化学電池の電池要素、さらにはリチウムイオンキャパシタ等のキャパシタ要素やコンデンサ要素等にも適用できる。
(第一の実施形態)
図1に本実施形態に係る積層型リチウムイオン二次電池の構成を示す。図1に示される積層型リチウムイオン二次電池100は、正極1と負極6とがセパレータ20を介して交互に複数積層された電池素子を備える。該電池素子は電解液(不図示)と共に、可撓性フィルムからなる外装容器30に収納されている。正極1は正極集電体4と正極活物質層2とを備える。正極1の正極集電体4からは正極リード部3が引き出されており、正極リード部3の先端は接続部5において一か所にまとめて正極端子11に接続されている。なお、正極リード部3が正極集電体4から引き出されているとは、正極集電体4の一部として正極リード部3が形成されていてもよく、正極集電体4に別の部材である正極リード部3が電気的に接続されていてもよい。正極端子11の接続部5とは反対側の端部は外装容器30の外部に引き出されている。負極6は負極集電体9と負極活物質層7とを備える。負極6の負極集電体9からは負極リード部8が引き出されており、負極リード部8の先端は接続部10において一か所にまとめて負極端子16に接続されている。負極端子16の接続部10とは反対側の端部は外装容器30の外部に引き出されている。
図1に本実施形態に係る積層型リチウムイオン二次電池の構成を示す。図1に示される積層型リチウムイオン二次電池100は、正極1と負極6とがセパレータ20を介して交互に複数積層された電池素子を備える。該電池素子は電解液(不図示)と共に、可撓性フィルムからなる外装容器30に収納されている。正極1は正極集電体4と正極活物質層2とを備える。正極1の正極集電体4からは正極リード部3が引き出されており、正極リード部3の先端は接続部5において一か所にまとめて正極端子11に接続されている。なお、正極リード部3が正極集電体4から引き出されているとは、正極集電体4の一部として正極リード部3が形成されていてもよく、正極集電体4に別の部材である正極リード部3が電気的に接続されていてもよい。正極端子11の接続部5とは反対側の端部は外装容器30の外部に引き出されている。負極6は負極集電体9と負極活物質層7とを備える。負極6の負極集電体9からは負極リード部8が引き出されており、負極リード部8の先端は接続部10において一か所にまとめて負極端子16に接続されている。負極端子16の接続部10とは反対側の端部は外装容器30の外部に引き出されている。
図2(a)及び(b)に本実施形態に係る正極を示す。図2(a)及び(b)に示される正極では、正極集電体上に正極活物質層2が設けられており、正極集電体の一部から正極リード部3が引き出されている。正極活物質層2と正極活物質層未形成領域との境界上には、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡を防止する絶縁層12が設けられている。また、絶縁層12が設けられている部分の一部が切り抜かれ、切り欠き部13が設けられている。図2(a)に示される正極と図2(b)に示される正極とでは、切り欠き部13が設けられている位置が異なる。図2(a)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の一方の方向から切り欠き部13が形成されている。図2(b)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の他方の方向から切り欠き部13が形成されている。本実施形態では絶縁層12が形成された領域の一方向から切り欠き部13が形成されているため、容易に切り欠き部13を形成することができる。電池素子の積層方向において2つの切り欠き部13を重ね合わせた場合、図2(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域が全て覆われるように、切り欠き部13がそれぞれ配置されている。なお、切り欠き部13は、図9(a)及び(b)に示されるように、絶縁層12の形成された正極活物質層未形成領域の一部が残るように設けられていてもよい。
本実施形態に係る負極は、負極集電体上に負極活物質層が設けられており、負極集電体の一部から負極リード部が引き出されている。本実施形態において、該負極には絶縁層及び切り欠き部は形成されていないが、正極と同様の絶縁層及び切り欠き部が形成されていてもよい。
正極集電体の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、これらの合金等が挙げられる。これらの中でも、正極集電体の材料としてはアルミニウムが好ましい。正極集電体から引き出される正極リード部の材料は、正極集電体と同じ材料を用いることができる。この場合、例えば一枚の金属箔から切り出して正極リード部を有する正極集電体を得ることができる。正極集電体の厚さは、5μm以上、100μm以下が好ましく、10μm以上、50μm以下がより好ましい。
負極集電体の材料としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、またはこれらの合金等が挙げられる。これらの中でも、負極集電体の材料としては銅が好ましい。負極集電体から引き出される負極リード部の材料は、負極集電体と同じ材料を用いることができる。この場合、例えば一枚の金属箔から切り出して負極リード部を有する負極集電体を得ることができる。負極集電体の厚さは、5μm以上、100μm以下が好ましく、7μm以上、50μm以下がより好ましい。
正極活物質層に含まれる正極活物質としては、例えばLiCoO2、LiNiO2、LiNi(1−x)CoxO2、LiNix(CoAl)(1−x)O2、Li2MO3−LiMO2、LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2等の層状酸化物系材料、LiMn2O4、LiMn1.5Ni0.5O4、LiMn(2−x)MxO4等のスピネル系材料、LiMPO4等のオリビン系材料、Li2MPO4F、Li2MSiO4F等のフッ化オリビン系材料、V2O5等の酸化バナジウム系材料等が挙げられる。これらの正極活物質は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。正極活物質層の厚さは、10μm以上、200μm以下が好ましく、20μm以上、100μm以下がより好ましい。
負極活物質層に含まれる負極活物質としては、例えば黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の炭素材料、リチウム金属材料、シリコン、スズ等の合金系材料、Nb2O5、TiO2等の酸化物系材料等が挙げられる。これらの負極活物質は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。負極活物質層の厚さは、10μm以上、200μm以下が好ましく、20μm以上、100μm以下がより好ましい。
正極活物質層及び負極活物質層は、さらに導電剤、バインダーを含んでもよい。導電剤としては、カーボンブラック、炭素繊維、黒鉛等が挙げられる。これらの導電剤は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。バインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子等が挙げられる。これらのバインダーは一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
絶縁層としては、正極と負極との間の短絡を十分に防止できる観点から、粘着テープ、熱融着テープ、並びに絶縁体を含む液の塗布及び乾燥により形成された層からなる群から選択される少なくとも一種であることが好ましい。粘着テープとしては、基材にポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂層が用いられ、該基材の片面に粘着層が設けられたテープ等が挙げられる。熱融着テープとしては、ポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂層が基材に用いられ、熱融着により接着するテープ等が挙げられる。絶縁体としては、ポリイミド、ガラス繊維、ポリエステル、ポリプロピレン等が挙げられる。さらにアルミナ、チタニアなどの無機粒子と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子などのバインダーとの混合物を用いてもよい。これらの材料は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。絶縁体を分散又は溶解させる溶媒は、乾燥により除去できる溶媒であれば特に限定されない。絶縁層の厚さは、1μm以上、200μm以下が好ましく、10μm以上、100μm以下がより好ましい。絶縁層の厚さが1μm以上であることにより、正極と負極との間の短絡を十分に防止でき、かつ、本実施形態の効果が十分に得られる。また、絶縁層の厚さが200μm以下であることにより、電池の部分的な厚みが低減される。絶縁層の幅は、少なくとも絶縁層が正極活物質層と正極活物質層未形成領域との境界部分を覆うことができる幅であれば特に限定されない。しかしながら、正極活物質層未形成領域と対向する負極との間での、金属物の混入等による短絡を防止する観点から、正極活物質未形成領域の負極対向部と、さらに隣接する正極活物質層形成領域とを含む部分が、絶縁層により0.5mm以上、10mm以下の幅で覆われることが好ましい。
電解液としては、溶媒に電解質としてのリチウム塩を溶解させた溶液を用いることができる。溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等の鎖状カーボネート、脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン、鎖状エーテル、環状エーテル等が挙げられる。これらの溶媒は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。リチウム塩としては、例えばLiPF6、LiAsF6、LiAlCl4、LiClO4、LiBF4、LiSbF6、LiCF3SO3、LiC4F9CO3、LiC(CF3SO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、LiBr、LiI、LiSCN、LiCl、イミド類等が挙げられる。これらのリチウム塩は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
セパレータとしては、多孔膜、織布、不織布等が挙げられる。セパレータの材料としては、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ナイロン樹脂等が挙げられる。これらの材料は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。セパレータとしては、イオン透過性に優れ、正極と負極とを物理的に隔離する性能に優れている観点から、ポリオレフィン樹脂の多孔膜が好ましい。また、必要に応じて、セパレータは無機物粒子を含む層を備えてもよい。無機物粒子としては、絶縁性の酸化物、窒化物、硫化物、炭化物等の粒子が挙げられる。無機物粒子としてはTiO2、Al2O3の粒子が好ましい。これらの無機物粒子は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
外装容器としては、可撓性フィルムのケース、缶ケース等が挙げられる。これらの中でも、外装容器としては積層型電池の軽量化の観点から可撓性フィルムのケースが好ましい。可撓性フィルムとしては、例えば基材である金属層の少なくとも一方の面に樹脂層が設けられたフィルムが挙げられる。金属層の材料としては、電解液の漏出や外部からの水分の侵入を防止できるバリア性を有する材料を適宜選択することができる。該材料としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等が挙げられる。これらの材料は一種を用いてもよく、二種以上を併用してもよい。外装容器の内側に配置される樹脂層としては、例えば変性ポリオレフィン等を含む熱融着性樹脂層が挙げられる。樹脂層が熱融着性樹脂層である場合には、2枚の可撓性フィルムの熱融着性樹脂層同士を対向させ、電池素子を収納する部分の周囲を熱融着することで、外装容器を形成することができる。外装容器の外側に配置される樹脂層としては、ナイロンフィルム、ポリエステルフィルム等の層が挙げられる。本実施形態に係る電池は部分的な厚みが低減されているため、厚みの均一な外装容器を用いることができる。
正極端子の材料としては、アルミニウム、アルミニウム合金等が挙げられる。負極端子の材料としては、銅、銅合金等が挙げられる。また、負極端子はニッケルメッキが施されていてもよい。正極リード部は、正極端子に超音波溶接等により一か所にまとめて接続することができる。正極リード部を正極端子に一か所にまとめて接続することで、抵抗を減少させることができ、電池特性が向上する。負極リード部及び負極端子についても同様である。正極端子及び負極端子は外装容器の外部に引き出されている。外装容器が熱融着により封止される場合には、正極端子及び負極端子の、外装容器の熱融着部分には、熱融着性の樹脂が予め設けられていてもよい。
(第二の実施形態)
本実施形態は、図4(a)及び(b)に示される正極を用いる以外は、第一の実施形態と同様である。図4(a)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の中央部に穴として切り欠き部13が形成されている。図4(b)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の両方向から左右対称に切り欠き部13が形成されている。電池素子の積層方向において2つの切り欠き部13を重ね合わせた場合、図4(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域が全て覆われるように、切り欠き部13がそれぞれ配置されている。本実施形態では、絶縁層12が形成された領域において左右対称に切り欠き部13が形成されるため、正極リード部3の強度が向上する。
本実施形態は、図4(a)及び(b)に示される正極を用いる以外は、第一の実施形態と同様である。図4(a)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の中央部に穴として切り欠き部13が形成されている。図4(b)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の両方向から左右対称に切り欠き部13が形成されている。電池素子の積層方向において2つの切り欠き部13を重ね合わせた場合、図4(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域が全て覆われるように、切り欠き部13がそれぞれ配置されている。本実施形態では、絶縁層12が形成された領域において左右対称に切り欠き部13が形成されるため、正極リード部3の強度が向上する。
(第三の実施形態)
本実施形態は、図6(a)から(c)に示される正極を用いる以外は、第一の実施形態と同様である。図6(a)から(c)に示される正極の正極リード部3は、第一の実施形態の正極の正極リード部よりも幅が広い。図6(a)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の一方の方向から切り欠き部13が形成されている。図6(c)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の他方の方向から切り欠き部13が形成されている。図6(b)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の中央部に穴として切り欠き部13が形成されている。電池素子の積層方向において3つの切り欠き部13を重ね合わせた場合、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域が全て覆われるように、切り欠き部13がそれぞれ配置されている。本実施形態では、3枚の正極に異なる形状の切り欠き部13が形成され、それぞれの切り欠き部13が積層方向において異なる位置に配置されるため、1枚の正極に形成する切り欠き部13の幅を狭くすることができ、正極リード部3の強度が向上する。
本実施形態は、図6(a)から(c)に示される正極を用いる以外は、第一の実施形態と同様である。図6(a)から(c)に示される正極の正極リード部3は、第一の実施形態の正極の正極リード部よりも幅が広い。図6(a)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の一方の方向から切り欠き部13が形成されている。図6(c)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の他方の方向から切り欠き部13が形成されている。図6(b)に示される正極は、絶縁層12が形成された領域の中央部に穴として切り欠き部13が形成されている。電池素子の積層方向において3つの切り欠き部13を重ね合わせた場合、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域が全て覆われるように、切り欠き部13がそれぞれ配置されている。本実施形態では、3枚の正極に異なる形状の切り欠き部13が形成され、それぞれの切り欠き部13が積層方向において異なる位置に配置されるため、1枚の正極に形成する切り欠き部13の幅を狭くすることができ、正極リード部3の強度が向上する。
(第四の実施形態)
本実施形態は、図8に示されるように、切り欠き部が設けられていない正極1を2枚さらに用いて電池素子を作製する以外は、第一の実施形態と同様である。切り欠き部が設けられていない正極1を併用することで、電池素子の電極の積層数を容易に増やすことができ、電池性能を向上させることができる。本実施形態のように切り欠き部が設けられていない正極を用いる場合には、絶縁層による厚み増加分の合計よりも、切り欠き部による電極厚み減少分の合計の方が大きいことが好ましい。
本実施形態は、図8に示されるように、切り欠き部が設けられていない正極1を2枚さらに用いて電池素子を作製する以外は、第一の実施形態と同様である。切り欠き部が設けられていない正極1を併用することで、電池素子の電極の積層数を容易に増やすことができ、電池性能を向上させることができる。本実施形態のように切り欠き部が設けられていない正極を用いる場合には、絶縁層による厚み増加分の合計よりも、切り欠き部による電極厚み減少分の合計の方が大きいことが好ましい。
(第五の実施形態)
本実施形態は、図9に示されるように、絶縁層が形成された正極活物質未形成領域の一部を切り欠かないこと以外は、第一の実施形態と同様である。正極活物質層の厚みが絶縁層の厚みよりも大きい場合、正極活物質未形成領域上の絶縁層の厚みは電池の部分的な厚みの増加原因とはならないため、切り欠き範囲から除外してもよい。
本実施形態は、図9に示されるように、絶縁層が形成された正極活物質未形成領域の一部を切り欠かないこと以外は、第一の実施形態と同様である。正極活物質層の厚みが絶縁層の厚みよりも大きい場合、正極活物質未形成領域上の絶縁層の厚みは電池の部分的な厚みの増加原因とはならないため、切り欠き範囲から除外してもよい。
(第六の実施形態)
本実施形態は、図10に示されるように、長尺のセパレータ20を用いて、セパレータ20が正極1及び負極6をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにして電池素子を作製した以外は、第一の実施形態と同様である。長尺のセパレータ20を九十九折にして用いることで、正極1、負極6及びセパレータ20の積層構造を容易に維持させることができ、電池素子の作製及び該電池素子の外装容器への収容を容易にすることができる。また、長尺の負極を用いて、該負極が正極及びセパレータをそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにして電池素子を作製してもよい。
本実施形態は、図10に示されるように、長尺のセパレータ20を用いて、セパレータ20が正極1及び負極6をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにして電池素子を作製した以外は、第一の実施形態と同様である。長尺のセパレータ20を九十九折にして用いることで、正極1、負極6及びセパレータ20の積層構造を容易に維持させることができ、電池素子の作製及び該電池素子の外装容器への収容を容易にすることができる。また、長尺の負極を用いて、該負極が正極及びセパレータをそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにして電池素子を作製してもよい。
(第七の実施形態)
本実施形態では、図11に示されるように、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層方向から見て部分的に重なっており、正極リード部3の先端は積層方向から見て全体が重なっている。このような形状の正極を第一の実施形態と同様に作製する以外は第一の実施形態と同様である。本実施形態では、正極の絶縁層が形成された領域に切り欠き部は設けられていないが、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層した際にずれるように配置されているため、2枚の正極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅は小さい。本実施形態では、絶縁層が形成された領域を切り欠くことなく、絶縁層の積層部分の厚みを低減することができる。本実施形態では2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層方向から見て部分的に重なっているが、積層方向から見て重ならないようにしてもよい。
本実施形態では、図11に示されるように、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層方向から見て部分的に重なっており、正極リード部3の先端は積層方向から見て全体が重なっている。このような形状の正極を第一の実施形態と同様に作製する以外は第一の実施形態と同様である。本実施形態では、正極の絶縁層が形成された領域に切り欠き部は設けられていないが、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層した際にずれるように配置されているため、2枚の正極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅は小さい。本実施形態では、絶縁層が形成された領域を切り欠くことなく、絶縁層の積層部分の厚みを低減することができる。本実施形態では2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層方向から見て部分的に重なっているが、積層方向から見て重ならないようにしてもよい。
[積層型電池の製造方法]
本実施形態に係る積層型電池の製造方法は、集電体の表面上に活物質層を形成し、集電体上に活物質層が形成された電極部と、集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、を備える電極を得る工程と、前記電極の、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて絶縁層を形成することで、第1の極性の電極を得る工程と、前記第1の極性の電極の、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部を切り欠いて切り欠き部を形成する工程と、前記第1の極性の電極の少なくとも2枚を、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極と積層する工程と、を含む積層型電池の製造方法であって、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。該方法によれば、本実施形態に係る積層型電池を容易に製造することができる。
本実施形態に係る積層型電池の製造方法は、集電体の表面上に活物質層を形成し、集電体上に活物質層が形成された電極部と、集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、を備える電極を得る工程と、前記電極の、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて絶縁層を形成することで、第1の極性の電極を得る工程と、前記第1の極性の電極の、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部を切り欠いて切り欠き部を形成する工程と、前記第1の極性の電極の少なくとも2枚を、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極と積層する工程と、を含む積層型電池の製造方法であって、積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている。該方法によれば、本実施形態に係る積層型電池を容易に製造することができる。
(電極作製工程)
本工程では、集電体の表面上に活物質層を形成して電極を得る。リード部となる部分を有する集電体は、一枚の金属箔から切り出すことで作製することができる。また、リード部となる部分を有する集電体は、集電体にリード部となる部分を接続させることで作製してもよい。活物質層は、例えば活物質、導電剤及びバインダーをN−メチルピロリドン等の溶媒に分散させた溶液を集電体上に塗布して乾燥することで形成することができる。活物質層は集電体の一方の面に形成してもよく、両面に形成してもよい。
本工程では、集電体の表面上に活物質層を形成して電極を得る。リード部となる部分を有する集電体は、一枚の金属箔から切り出すことで作製することができる。また、リード部となる部分を有する集電体は、集電体にリード部となる部分を接続させることで作製してもよい。活物質層は、例えば活物質、導電剤及びバインダーをN−メチルピロリドン等の溶媒に分散させた溶液を集電体上に塗布して乾燥することで形成することができる。活物質層は集電体の一方の面に形成してもよく、両面に形成してもよい。
(絶縁層形成工程)
本工程では、電極部とリード部との境界領域に、活物質層から活物質層未形成領域にかけて絶縁層を形成する。これにより、第1の極性の電極を得る。絶縁層として粘着テープ、熱融着テープ等のテープを用いる場合には、該テープを貼り付けることで絶縁層を形成することができる。また、絶縁体を溶媒に分散又は溶解させた液を塗布し、乾燥させることにより絶縁層を形成してもよい。
本工程では、電極部とリード部との境界領域に、活物質層から活物質層未形成領域にかけて絶縁層を形成する。これにより、第1の極性の電極を得る。絶縁層として粘着テープ、熱融着テープ等のテープを用いる場合には、該テープを貼り付けることで絶縁層を形成することができる。また、絶縁体を溶媒に分散又は溶解させた液を塗布し、乾燥させることにより絶縁層を形成してもよい。
(切り欠き部形成工程)
本工程では、絶縁層が形成された領域の少なくとも一部を切り欠いて切り欠き部を形成する。切り欠き部は、例えば打ち抜き加工等により形成することができる。なお、電極作製時にリード部となる部分を有さない集電体を用い、打ち抜き加工時に切り欠き部と同時にリード部を形成してもよい。切り欠き部の形成は、切り欠かれた部分の断面において、活物質層や集電体が露出しないように行われることが好ましい。なお、リード部を有する電極に切り欠き部を形成し、その後に絶縁層を形成してもよい。
本工程では、絶縁層が形成された領域の少なくとも一部を切り欠いて切り欠き部を形成する。切り欠き部は、例えば打ち抜き加工等により形成することができる。なお、電極作製時にリード部となる部分を有さない集電体を用い、打ち抜き加工時に切り欠き部と同時にリード部を形成してもよい。切り欠き部の形成は、切り欠かれた部分の断面において、活物質層や集電体が露出しないように行われることが好ましい。なお、リード部を有する電極に切り欠き部を形成し、その後に絶縁層を形成してもよい。
(電池素子作製工程)
本工程では、第1の極性の電極の少なくとも2枚を、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極と積層して電池素子を得る。なお、第六の実施形態のように、長尺の負極を用いて、該負極が正極及びセパレータをそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにすることで、電池素子を作製してもよい。また、長尺のセパレータを用いて、該セパレータが正極及び負極をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにすることで、電池素子を作製してもよい。
本工程では、第1の極性の電極の少なくとも2枚を、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極と積層して電池素子を得る。なお、第六の実施形態のように、長尺の負極を用いて、該負極が正極及びセパレータをそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにすることで、電池素子を作製してもよい。また、長尺のセパレータを用いて、該セパレータが正極及び負極をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにすることで、電池素子を作製してもよい。
例えば積層型リチウムイオン二次電池を作製する場合には、その後、各リード部を端子に一か所にまとめて接続し、外装容器内に前記電池素子及び前記電解液を収容することで、本実施形態に係る積層型リチウムイオン二次電池を得ることができる。
以下、本実施形態の具体例を示すが、本実施形態はこれらに限定されない。
[実施例1]
(正極の作製)
図2(a)及び(b)に示される形状を有する正極を作製した。まず、正極活物質としてLiMn2O4とLiNi0.8Co0.1Al0.1O2との混合物、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてPVdFを用意した。これらの混合物をN−メチルピロリドンに分散させてスラリーを得た。該スラリーを、厚さ20μmのアルミニウムを主成分とする2枚の正極集電体の両面に塗布して乾燥し、厚さ80μmの正極活物質層2を形成した。その後、正極部と正極リード部3との境界領域に、正極活物質層から正極活物質層未形成部にかけて、絶縁層12として幅10mm、厚さ30μmのポリプロピレン製の粘着テープを貼り付けた。さらに、図2(a)及び(b)に示されるように、絶縁層12が形成された領域の一部を打ち抜き加工により切り欠いて、切り欠き部13を形成した。得られた図2(a)及び(b)に示される正極の形状は、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部13を重ね合わせた場合、図2(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域を全て覆う形状であった。
(正極の作製)
図2(a)及び(b)に示される形状を有する正極を作製した。まず、正極活物質としてLiMn2O4とLiNi0.8Co0.1Al0.1O2との混合物、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてPVdFを用意した。これらの混合物をN−メチルピロリドンに分散させてスラリーを得た。該スラリーを、厚さ20μmのアルミニウムを主成分とする2枚の正極集電体の両面に塗布して乾燥し、厚さ80μmの正極活物質層2を形成した。その後、正極部と正極リード部3との境界領域に、正極活物質層から正極活物質層未形成部にかけて、絶縁層12として幅10mm、厚さ30μmのポリプロピレン製の粘着テープを貼り付けた。さらに、図2(a)及び(b)に示されるように、絶縁層12が形成された領域の一部を打ち抜き加工により切り欠いて、切り欠き部13を形成した。得られた図2(a)及び(b)に示される正極の形状は、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部13を重ね合わせた場合、図2(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域を全て覆う形状であった。
(負極の作製)
負極活物質として表面が非晶質炭素で被覆された黒鉛、バインダーとしてPVdFを用意した。これらの混合物をN−メチルピロリドンに分散させてスラリーを得た。該スラリーを、負極集電体である厚さ15μmの銅箔の両面に塗布して乾燥し、厚さ55μmの負極活物質層を形成した。これにより、負極リード部を有する3枚の負極を得た。
負極活物質として表面が非晶質炭素で被覆された黒鉛、バインダーとしてPVdFを用意した。これらの混合物をN−メチルピロリドンに分散させてスラリーを得た。該スラリーを、負極集電体である厚さ15μmの銅箔の両面に塗布して乾燥し、厚さ55μmの負極活物質層を形成した。これにより、負極リード部を有する3枚の負極を得た。
(積層型リチウムイオン二次電池の作製)
図3に示されるように、得られた2枚の正極1と3枚の負極6とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して交互に積層して電池素子を得た。各正極リード部3を正極リード端子に一か所にまとめて接続した。また、各負極リード部8を負極リード端子に一か所にまとめて接続した。図1に示されるように、電池素子を可撓性フィルムからなる外装容器30に電解液と共に収容することで、厚さ8mmの積層型リチウムイオン二次電池を得た。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
図3に示されるように、得られた2枚の正極1と3枚の負極6とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して交互に積層して電池素子を得た。各正極リード部3を正極リード端子に一か所にまとめて接続した。また、各負極リード部8を負極リード端子に一か所にまとめて接続した。図1に示されるように、電池素子を可撓性フィルムからなる外装容器30に電解液と共に収容することで、厚さ8mmの積層型リチウムイオン二次電池を得た。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例2]
実施例1と同様に図4(a)及び(b)に示される形状を有する正極を作製した。図4(a)及び(b)に示される正極の形状は、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部13を重ね合わせた場合、図4(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域を全て覆う形状であった。該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。なお、本実施例における電池素子の構成を図5に示す。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
実施例1と同様に図4(a)及び(b)に示される形状を有する正極を作製した。図4(a)及び(b)に示される正極の形状は、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部13を重ね合わせた場合、図4(c)に示されるように、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域を全て覆う形状であった。該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。なお、本実施例における電池素子の構成を図5に示す。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例3]
実施例1と同様に図6(a)から(c)に示される形状を有する正極を作製した。図6(a)から(c)に示される正極の形状は、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部13を重ね合わせた場合、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域を全て覆う形状であった。また、実施例1と同様に負極を4枚作製した。図7に示されるように、得られた3枚の正極1と4枚の負極6とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して交互に積層して電池素子を得た以外は、実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、3枚の正極1の絶縁層が全て重なる領域がなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
実施例1と同様に図6(a)から(c)に示される形状を有する正極を作製した。図6(a)から(c)に示される正極の形状は、電池素子の積層方向において全ての切り欠き部13を重ね合わせた場合、積層方向から見て、切り欠き前の絶縁層12が形成された正極活物質層形成領域を全て覆う形状であった。また、実施例1と同様に負極を4枚作製した。図7に示されるように、得られた3枚の正極1と4枚の負極6とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して交互に積層して電池素子を得た以外は、実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、3枚の正極1の絶縁層が全て重なる領域がなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例4]
実施例1と同様に図2(a)及び(b)に示される形状を有する正極を作製した。また、切り欠き部を設けない以外は、実施例1と同様に正極を2枚作製した。さらに、実施例1と同様に負極を5枚作製した。図8に示されるように、得られた4枚の正極1と5枚の負極6とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して交互に積層して電池素子を得た以外は、実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、4枚の正極1の絶縁層が全て重なる領域がなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
実施例1と同様に図2(a)及び(b)に示される形状を有する正極を作製した。また、切り欠き部を設けない以外は、実施例1と同様に正極を2枚作製した。さらに、実施例1と同様に負極を5枚作製した。図8に示されるように、得られた4枚の正極1と5枚の負極6とを、厚さ25μmのポリプロピレンからなるセパレータ20を介して交互に積層して電池素子を得た以外は、実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、4枚の正極1の絶縁層が全て重なる領域がなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例5]
絶縁層として幅10mm、厚さ30μmのポリプロピレン製の熱融着テープを用いた以外は、実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
絶縁層として幅10mm、厚さ30μmのポリプロピレン製の熱融着テープを用いた以外は、実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例6]
正極部と正極リード部3との境界領域に、正極活物質層から正極活物質層未形成部にかけて、絶縁体であるアルミナと、バインダーとしてのPVdFとがN−メチルピロリドンに分散された溶液を塗布し、乾燥することで、幅10mm、厚さ20μmの絶縁層を形成した。それ以外は実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
正極部と正極リード部3との境界領域に、正極活物質層から正極活物質層未形成部にかけて、絶縁体であるアルミナと、バインダーとしてのPVdFとがN−メチルピロリドンに分散された溶液を塗布し、乾燥することで、幅10mm、厚さ20μmの絶縁層を形成した。それ以外は実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例7]
図9に示されるように、絶縁層が形成された正極活物質未形成領域の一部を切り欠かなかったこと以外は、実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なり部分が少なくなり、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
図9に示されるように、絶縁層が形成された正極活物質未形成領域の一部を切り欠かなかったこと以外は、実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なり部分が少なくなり、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例8]
厚さ25μmのポリプロピレンからなる長尺のセパレータ20を用いて、図10に示されるように、セパレータ20が正極1及び負極6をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにして電池素子を得た。該電池素子を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
厚さ25μmのポリプロピレンからなる長尺のセパレータ20を用いて、図10に示されるように、セパレータ20が正極1及び負極6をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれるようにして電池素子を得た。該電池素子を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、切り欠き部の存在により、絶縁層が形成された領域の重なりがなく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
[実施例9]
図11に示されるように、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層方向から見て部分的に重なり、正極リード部3の先端が、積層方向から見て全体が重なるようにした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層した際にずれるように配置されているため、2枚の正極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅は小さく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
図11に示されるように、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層方向から見て部分的に重なり、正極リード部3の先端が、積層方向から見て全体が重なるようにした以外は、実施例1と同様に正極を作製した。また、該正極を用いた以外は実施例1と同様に積層型リチウムイオン二次電池を作製した。該二次電池は絶縁層が形成されているため、正極活物質層未形成領域と負極との間の短絡が防止された。さらに、2枚の正極の絶縁層が形成された領域が、積層した際にずれるように配置されているため、2枚の正極のリード部先端の重なり幅に対して、絶縁層が形成された領域の重なり幅は小さく、絶縁層の積層部分において厚みの増加が抑制されたため、電気的な特性および信頼性の高い二次電池が得られた。
この出願は、2014年3月25日に出願された日本出願特願2014−61776を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
1 正極
2 正極活物質層
3 正極リード部
4 正極集電体
5 接続部
6 負極
7 負極活物質層
8 負極リード部
9 負極集電体
10 接続部
11 正極端子
12 絶縁層
13 切り欠き部
16 負極端子
20 セパレータ
30 外装容器
100 積層型リチウムイオン二次電池
2 正極活物質層
3 正極リード部
4 正極集電体
5 接続部
6 負極
7 負極活物質層
8 負極リード部
9 負極集電体
10 接続部
11 正極端子
12 絶縁層
13 切り欠き部
16 負極端子
20 セパレータ
30 外装容器
100 積層型リチウムイオン二次電池
Claims (17)
- 第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、
前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、
積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている積層型電池。 - 積層方向から見て、前記第1の極性の電極のリード部先端の重なり幅に対して、前記絶縁層が形成された領域の重なり幅が小さい請求項1に記載の積層型電池。
- 前記第1の極性の電極が、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部に切り欠き部を有する請求項1又は2に記載の積層型電池。
- 前記第1の極性の電極は、前記切り欠き部として2種類以上の形状を有する請求項3に記載の積層型電池。
- 前記電池素子の積層方向において全ての切り欠き部を重ね合わせた場合、積層方向から見て、該切り欠き部は切り欠き前の絶縁層が形成された活物質層形成領域を全て覆う請求項3又は4に記載の積層型電池。
- 前記切り欠き部が、前記絶縁層及び前記活物質層が形成された領域の少なくとも一部に設けられている請求項3から5のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記電池素子が、さらに前記切り欠き部を有さない第1の極性の電極を備える請求項3から6のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記絶縁層が、粘着テープ、熱融着テープ、並びに絶縁体を含む液の塗布及び乾燥により形成された層からなる群から選択される少なくとも一種である請求項1から7のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記第1の極性の電極が正極であり、前記第2の極性の電極が負極である請求項1から8のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記第1の極性の電極が、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部に穴を有する請求項1から9のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記第1の極性の電極の少なくとも3枚が、第2の極性の電極にそれぞれセパレータを介して積層された電池素子を備える請求項1から10のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記第2の極性の電極が、前記第1の極性の電極及び前記セパレータをそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれている請求項1から11のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記セパレータが、前記第1の極性の電極及び前記第2の極性の電極をそれぞれ交互に間に挟んで折りたたまれている請求項1から11のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記積層型電池がリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、リチウムイオンキャパシタ、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池、リチウムメタル二次電池又はリチウムポリマー電池である請求項1から13のいずれか1項に記載の積層型電池。
- 前記電池素子が前記第2の極性の電極を少なくとも2枚備え、
前記第2の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、
積層方向から見て、前記第2の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第2の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている請求項1から14のいずれか1項に記載の積層型電池。 - 第1の極性の電極の少なくとも2枚が、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極に積層された電池素子を備える積層型電池であって、
前記第1の極性の電極が、集電体上に活物質層が形成された電極部と、前記集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて配置された絶縁層と、を備え、
積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されており、
少なくとも一部が異なる位置に形成されることにより、前記絶縁層の積層部分の厚みが低減された積層型電池。 - 集電体の表面上に活物質層を形成し、集電体上に活物質層が形成された電極部と、集電体上に活物質層が形成されていないリード部と、を備える電極を得る工程と、
前記電極の、前記電極部と前記リード部との境界領域に、前記活物質層から活物質層未形成領域にかけて絶縁層を形成することで、第1の極性の電極を得る工程と、
前記第1の極性の電極の、前記絶縁層が形成された領域の少なくとも一部を切り欠いて切り欠き部を形成する工程と、
前記第1の極性の電極の少なくとも2枚を、それぞれセパレータを介して第2の極性の電極と積層する工程と、
を含む積層型電池の製造方法であって、
積層方向から見て、前記第1の極性の電極の前記絶縁層と他の前記第1の極性の電極の前記絶縁層とが、少なくとも一部が異なる位置に形成されている積層型電池の製造方法。
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