JP2001093583A - 積層型電池及びその電極の製造方法 - Google Patents

積層型電池及びその電極の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池内部での短絡が防止されており、歩留ま
りが高い積層型電池を提供すること。 【解決手段】 本発明の積層型電池である巻回電極電池
は、正負両極21,22とその間に介在する二枚のセパ
レータ23とからなる巻回電極体を有する。この巻回電
極体では、正負両極21,22の突出部213,223
の根本部分の両面に、絶縁性樹脂からなる絶縁層21
6,226が形成されている。それゆえ、セパレータ2
3の軸長方向の巻ずれに起因して正負両極21,22の
非突出端部が露出しても、絶縁層216,226の存在
により正負両極21,22の突出部213,223の根
本部分との間で短絡することが防止されている。その結
果、電池内部での短絡がなくなる分だけ歩留まりが高く
なるという効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、巻回電極電池など
の積層型電池と、その積層型電池に用いることのできる
電極の製造方法との技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話や携帯ビデオカメラ、携
帯情報端末などの電源として、容積当たり及び重量当た
りのエネルギー密度が高いリチウムイオン二次電池が主
流となりつつあり、電気自動車用のバッテリーとしても
注目を集めている。
【0003】しかし、リチウムイオン二次電池を電気自
動車用として使用する場合には、大電力を提供すること
が要求されるので、通常に行われているタブによる電流
の取り出し方式では、電池の内部抵抗が大きくなり、発
熱の問題や出力不足の問題を生じる。すなわち、単一の
タブによる巻回電極体からの集電によっては、高出力化
への対応は困難であり、不都合であった。かといって、
逆に多数のタブを巻回電極体に溶着しようとすると、多
数のタブを巻回電極体に溶着しつつ巻回していくので、
巻回工程の工数がかさんで生産性が低いという不都合を
生じていた。
【0004】このような不都合を解消する目的で、特開
昭55−80269号公報には、従来技術としての巻回
電極電池が開示されている。
【0005】この巻回電極電池は、巻回軸長方向に沿っ
て互いに反対方向に突出した突出部をもつ帯状の正極板
及び負極板と、正極板及び負極板の間に介在するセパレ
ータとが共に巻かれた巻回電極体を有する。すなわち、
正極板及び負極板の両電極板は、極の異なる該電極板
(異極板)の側端に対して突出させた突出部を有する。
そして正極板及び負極板とには、それぞれ集電体が溶接
されており、正極板及び負極板は、外部に電力を供給す
る正負一対の電極端子とこれらの集電体を介して接続さ
れている。
【0006】それゆえ、従来技術の巻回電極電池によれ
ば、多数のタブの接続を要しないので生産性を低下させ
ることなく製造でき、電気抵抗が少ない集電体をもって
過熱の恐れなしに大出力を発揮することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来技術の巻回電極電池では、前記突出部がセパレータ
の巻きずれにより異極板の側端部に接触して、短絡が生
じることがあり、高い歩留まり率で生産することが難し
かった。例えば、正極板及び負極板とセパレータとの巻
回軸長方向の位置が精密に整合していないと、突出部と
は逆方向の端部である反対端部が隣り合う異極の突出部
と接触し、短絡を生じることがあった。このように、セ
パレータの巻ずれによって露出した負極板の反対端部が
正極板の突出部と接触して、容易に短絡が生じうるの
で、生産過程において不良品率が無視できないほど大き
くなる可能性があった。
【0008】上述のような問題は、巻回電極電池に限ら
ず、例えばコイン型電池のように、それぞれ円板状の形
状をもつ正極板と負極板とをそれらの間にセパレータを
挟んで重ね合わせて形成した積層電極体を備える電池
や、角型電池のように、それぞれ方形板状の形状をもつ
正極板と負極板とをそれらの間にセパレータを挟んで交
互に積層して形成した積層電極体を備える電池など、他
の従来技術の積層型電池においても同様に起こりうる問
題であった。
【0009】すなわち、これらの積層型電池において
も、正極板及び負極板とセパレータとの重ね合わせの位
置が精密に整合していないと、突出部とは逆方向の端部
である反対端部が隣り合う異極の突出部と接触し、短絡
を生じることがあった。その結果、先の巻回電極電池と
同様に、たとえばセパレータの積層ずれによって露出し
た負極板の反対端部が正極板の突出部と接触して、容易
に短絡が生じうるので、生産過程において不良品率が無
視できないほど大きくなる可能性があった。それゆえ、
従来技術の積層型電池では、製品の歩留まり率が十分に
高いとは言えないという不都合があった。
【0010】一方、上記従来技術のいずれの電池におい
ても、使用中において、電池内部の温度が異常に上昇し
てセパレータが縮んでしまう可能性がある。また、振動
等によりセパレータが正極板及び負極板の間の所定位置
からずれてしまう可能性もある。これらの場合において
も、正極板及び負極板のうち異極板の側端に対して突出
させた突出部が、異極板の側端部に接触して短絡が生じ
ることがありうる。
【0011】そこで本発明は、電池内部での短絡が確実
に防止されており、製品の歩留まり率がより高い積層型
電池を提供することを解決すべき課題とする。
【0012】また、こうした積層型電池に用いることが
できる電極を容易に製造できる電極の製造方法を提供す
ることも解決すべき課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発明者らは以下の手段を発明した。
【0014】(第1手段)本発明の第1手段は、請求項
1記載の積層型電池である。
【0015】すなわち、本手段は、シート状の正極板及
び負極板と、該正極板及び該負極板の間に介在するセパ
レータとが積層されてなる積層電極体を有する積層型電
池において、前記正極板及び前記負極板のうち少なくと
も一方は、極の異なる電極板(異極板)の側端に対して
突出した突出部を有し、該突出部は、その少なくとも根
本部分の表面上に短絡防止層をもつことを特徴とする。
該突出部は、前記タブのように電極体とは別に形成され
た導電体を電極板に接合したものであってもよいし、電
極体と同体的に形成されたものであってもよい。該突出
部は、セパレータを介して隣り合う異極板の側端に対し
て突出していることが特に望ましい。
【0016】本手段では、突出部をもつ電極板と、その
電極板の異極板の突出してない側端部(非突出部)とが
接触する可能性がある積層型電池において、その突出部
の根本部分に短絡防止層が配設されている。それゆえ、
正極板と負極板とを積層したときに、セパレータの積層
ずれなどにより非突出部が突出部の根本部分に接触して
も、非突出部と突出部の根本部分との間には短絡防止層
が介在するので、正負両極の間での短絡は防止される。
また、非突出部のバリ等により突出部に非突出部が接触
する恐れがある場合には、突出部の根本部分に短絡防止
層が配設されていれば、同様にして正負両極の間での短
絡は防止される。
【0017】したがって本手段によれば、電池内部での
正負両極の間での短絡は確実に防止されるので、製品の
歩留まり率がより高い積層型電池を提供することができ
るという効果がある。
【0018】本手段では、電池から電力が供給される電
力被供給体の外部リードを積層電極体を構成する正極板
及び負極板に直接接続することもできるが、電力の集電
効率を高めることや、電解液の密封などを目的として、
正極板及び負極板にそれぞれ接続されて外部に電力を供
給する正負一対の電極端子を設けることが望ましい。こ
の場合には、前記正極板及び前記負極板のうち少なくと
も一方の電極板が、異極板の側端から突出して前記電極
端子に接続された突出部を有し、該突出部はその根本部
分の表面上に短絡防止層をもつことが望ましい。
【0019】こうした前記突出部が電極端子に接続され
ている積層型電池においては、セパレータの側端を該突
出部に対して突出させることができない。このように前
記突出部が電極端子に接続されている積層型電池など、
前記突出部をセパレータの側端に対しても突出させざる
を得ない電池においては、該セパレータの少しの積層ず
れが、該突出部と、該突出部を有する電極板の異極板の
側端部との接触を引き起こす恐れがある。こうしたセパ
レータの少しの積層ずれを防ぐことには、多大なコスト
がかかることがある。
【0020】本手段は、前記突出部が、前記異極板の側
端に対してだけでなく、該突出部を有する電極板と前記
異極板との間に介在するセパレータの側端に対しても突
出している電池に特に有効である。すなわち、セパレー
タの少しの積層ずれが生じても、上述のように短絡防止
層が正負両極の間での短絡を確実に防止することができ
る。この短絡防止層は、セパレータの少しの積層ずれを
防ぐことに比べれば、安価に配設することが容易であ
る。それゆえ、製品の歩留まり率がより高い積層型電池
を安価に提供することができるという効果がある。
【0021】特に突出部を電極端子に接続する場合に
は、その接続を容易にするため、電極板の突出部をその
電極端子の方向へ曲げたりするなど突出部を変形させる
ことがある。このような場合、変形させた突出部が、異
極板の側端部に接触しやすくなってしまい、セパレータ
のわずかな積層ずれが、該突出部と、該突出部を有する
電極板の異極板の側端部との接触を引き起こす恐れがあ
る。こうしたセパレータのわずかな積層ずれを防ぐこと
には、極めて多大なコストがかかることがある。本手段
では、このように突出部を電極端子に接続する場合にお
いても、上述のように短絡防止層が正負両極の間での短
絡を確実にかつ安価に防止することができるため、製品
の歩留まり率がより高い積層型電池を安価に提供するこ
とができるという効果がある。
【0022】本手段は、コイン型電池のようにそれぞれ
円板状の形状をもつ正極板と負極板とをそれらの間にセ
パレータを挟んで重ね合わせて形成した積層電極体を備
える電池や、角型電池のように、それぞれ方形板状の形
状をもつ正極板と負極板とをそれらの間にセパレータを
挟んで交互に積層して形成した積層電極体を備える電池
など、公知の積層構造を有する積層型電池に採用するこ
とができる。また、その電池の種類についても特に限定
されるものではなく、リチウム電池など公知の種類の積
層型電池に採用することができる。また、一次電池及び
二次電池のいずれにも採用することができる。
【0023】例えば、本手段をリチウム二次電池に採用
するならば、正極板、負極板、セパレータ及び電解液に
ついては次の材料よりなるものを用いることができる。
【0024】正極板の活物質には、公知の正極活物質を
用いることができる。中でも、LiMn24などのマン
ガン酸リチウムや、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リ
チウムなど、リチウムと遷移金属との複合酸化物を用い
ることが好ましい。これらの複合酸化物は、充電時にお
けるリチウムイオンの放出性(デインターカレート性
能)と、放電時におけるリチウムイオンの吸蔵性(イン
ターカレート性能)とに優れるため、正極板の充放電反
応を優れたものとすることができる。
【0025】また、負極板の活物質には公知の炭素材を
用いることができる。中でも結晶性の高い天然黒鉛や人
造黒鉛などからなるものを用いることが好ましい。この
ような結晶性の高い炭素材は、充電時におけるリチウム
イオンのインターカレート性能と、放電時におけるリチ
ウムイオンのデインターカレート性能とに優れるため、
負極板の充放電反応を優れたものとすることができる。
また、炭素材以外に酸化物及び硫黄化物などを活物質と
して用いてもよい。
【0026】正極板及び負極板のいずれも、電気伝導性
に優れた集電板上に、電極活物質を含む層を形成した電
極板を用いることが好ましい。この場合、前記突出部を
集電板と一体的に形成してもよい。
【0027】セパレータについても、公知の材料からな
るものを用いることができ、例えばポリエチレン、ポリ
プロピレンなどのポリオレフィン系の高分子からなるセ
パレータを用いることができる。
【0028】電解液にも公知のものを用いることができ
る。特に、LiPF6などのリチウム塩をエチレンカー
ボネートなどの有機溶媒に溶解した非水電解液を用いる
ことが好ましい。
【0029】(第2手段)本発明の第2手段は、請求項
2記載の積層型電池である。
【0030】すなわち、本手段は、前述の第1手段にお
いて、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータは、
共に積層された状態で巻かれた巻回電極体を構成し、前
記突出部は、巻回軸長方向に突出していることを特徴と
する。
【0031】積層電極体の中でも巻回電極体では、その
形成途中において巻かれつつある巻回電極体が回転して
いて動的な状態にあるため、セパレータの巻きずれが生
じやすい。また、巻回電極体の形成中に、セパレータの
巻きずれがたとえわずかでも一度生じれば、巻回を続け
るにしたがってその巻きずれが螺旋的に大きくなってい
くこともある。巻回途中に、こうしたセパレータの巻き
ずれを修復することは難しい上に、その巻きずれの拡大
を防ごうとして、巻かれつつあるセパレータを巻きずれ
方向と反対方向に無理にずらすと、セパレータだけでな
く電極板にも異常な応力がかかってしまい、その結果と
して巻回電極体を品質良く形成することができなくなっ
てしまうこともありうる。
【0032】本手段では、上述のようなセパレータの巻
きずれが生じても、非突出部と突出部の根本部分との間
には短絡防止層が介在するので、正負両極の間での短絡
が確実に防止される。それゆえ、セパレータに巻きずれ
があっても、良好な品質が保たれた巻回電極体を容易に
得ることができる。
【0033】本手段においても、前述の第1手段で述べ
たように、外部に電力を供給する正負一対の電極端子を
有することが望ましく、巻回軸芯(芯棒)の少なくとも
一部を電極端子とすることができる。この場合、前記突
出部をその電極端子に接続することができ、突出部は、
内周面及び外周面のうち少なくとも内周面の根本部分に
配設された前記短絡防止層をもつことが好ましい。
【0034】この手段では、非突出部が接触する可能性
がある突出部の両面のうち、少なくとも内周面の根本部
分に短絡防止層が配設されている。それゆえ、突出部が
求心方向に折り曲げられて電極端子と接続される場合
に、非突出部が突出部の根本部分の内周面に接触して
も、非突出部と突出部の根本部分との間には短絡防止層
が介在するので、正負両極の間での短絡は防止される。
また、非突出部のバリ等により突出部の外周面にも非突
出部が接触する恐れがある場合には、突出部の両面の根
本部分に短絡防止層が配設されていれば、同様にして正
負両極の間での短絡は防止される。こうして、セパレー
タに巻回軸長方向の巻ずれが生じた場合などにも、正負
両極の間での短絡が起こることがない。
【0035】したがって本手段によれば、電池内部での
正負両極の間での短絡は確実に防止されるので、製品の
歩留まり率がより高い巻回電極電池を提供することがで
きるという効果がある。
【0036】(第3手段)本発明の第3手段は、請求項
3記載の積層型電池である。
【0037】すなわち、本手段は、前述の第1手段及び
第2手段のいずれかの手段において、前記短絡防止層
は、絶縁体よりなることを特徴とする。すなわち、前記
短絡防止層は、突出部の根本部分の表面に形成された絶
縁層である。この絶縁層は、極の突出部の根本部分の表
面に、電解液に不溶性の樹脂をホットメルト法や溶剤キ
ャスト法で塗布したり、絶縁性材料からなるテープを貼
付したり、電絶縁性の酸化被膜を形成したりすることに
より形成することができる。絶縁層によって短絡防止層
が形成されているので、短絡の防止はより確実に行われ
うる。
【0038】したがって本手段によれば、前述の第1手
段及び第2手段の効果をより強化することができるとい
う効果がある。
【0039】(第4手段)本発明の第4手段は、請求項
4記載の積層型電池である。
【0040】本手段は、前述の第1手段乃至第3手段の
いずれかの手段において、前記短絡防止層は、前記突出
部の前記根本部分にまで突出した前記セパレータの端部
で形成されていることを特徴とする。それゆえ、前述の
第1手段乃至第3手段のいずれかの手段に比べて積層電
極体の構成要素が増えることがないので、電池内での正
負両極間の短絡を防止しながら、より安価に積層型電池
を製造することができる。このことは、特に巻回電極電
池において有効に働く。すなわち、巻回電極体の構成要
素が増えることがないので、電池内での正負両極間の短
絡を防止しながら、より安価に巻回電極電池を製造する
ことができる。
【0041】したがって本手段によれば、前述の第1手
段乃至第3手段の効果に加えて、比較的安価に巻回電極
電池を製造することも可能になるという効果がある。
【0042】(第5手段)本発明の第5手段は、請求項
5記載の積層型電池である。
【0043】本手段では、前述の第4手段の手段におい
て、他方の電極板が前記一方の電極板の突出していない
端部の側端に対して突出した突出部を有しており、前記
セパレータは、前記一方の電極板の両側及び該一方の電
極板の前記非突出部を覆う形状を有しており、前記セパ
レータの前記非突出端部を覆う部分は、該非突出部と該
非突出部に隣接する前記他方の電極板の前記突出部の根
本部分との間を隔離していることを特徴とする。
【0044】本手段では、セパレータが一方の電極板の
突出部の根本部分にまで突出しているばかりではなく、
セパレータは該一方の電極板の両側及び非突出部を覆う
形状を有している。それゆえ、セパレータが一方の極の
両面を覆っている構成であるため、2枚のセパレータを
正負両極間に配設する代わりにセパレータに両側を覆わ
れた一方の電極板と他方の電極板とを積層するだけで良
いので、その積層工程が簡素化される。このことは、特
に巻回電極電池において有効に働く。即ち、電極板の巻
回工程ではセパレータに両側を覆われた一方の電極板と
他方の電極板とを巻回するだけで良いので、その巻回工
程が簡素化される。
【0045】また、上記の手段によれば、セパレータの
端部が一方の電極板の突出部の根本部分まで突出して短
絡防止層を形成する構成に加えて、該セパレータは一方
の電極板の非突出部を覆うようにされており、該セパレ
ータの該非突出部を覆う部分は、該非突出部と該非突出
部に隣接する他方の電極板の突出部の根本部分との間を
隔離する構成であるため、一方の電極板の非突出部と他
方の電極板の突出部の根本部分との間での絶縁がより確
実に取られることになる。このことも、特に巻回電極電
池において有効に働く。
【0046】したがって本手段によれば、前述の効果に
加えて、積層工程の工数低減、確実な絶縁性の確保が得
られるという効果がある。
【0047】(第6手段)本発明の第6手段は、請求項
6記載の積層型電池である。
【0048】すなわち、本手段は、前述の第1手段乃至
第5手段のいずれかの手段において、セパレータが、正
極板及び負極板のうち突出部を有する方の電極板の表面
上に一体的に形成された多孔質被膜であることを特徴と
する。この多孔質被膜は、電解質(電解質イオン)を通
過させる大きさの孔(ポア)を有する被膜である。
【0049】本手段では、多孔質被膜がセパレータの役
割を果たすことができる。ここで、通常のフィルムセパ
レータを作製して積層電極体を形成するよりも、電極板
の表面上に一体的に多孔質被膜からなるセパレータを形
成する方が安価である。そればかりではなく、電極板の
積層工程において、二枚のフィルムセパレータを正極板
と負極板との間に介装する必要がなくなるので、その積
層工程がより簡素化され積層工程の工数が低減される。
また、正極板及び負極板のみを整合性良く組み合わせれ
ばよいため、セパレータの積層ズレによる歩留まり率の
低下を防ぐことができる。それゆえ、積層型電池を優れ
た生産性で製造することが可能になる。
【0050】このことは、特に巻回電極電池において有
効に働く。すなわち、通常のフィルムセパレータを作製
して巻回電極体を組み立てるよりも、電極板の表面に一
体的に多孔質膜からなるセパレータを形成する方が安価
である。そればかりではなく、巻回電極体の巻回工程に
おいて、二枚のフィルムセパレータを正極板と負極板と
の間に巻き込む必要がなくなるので、巻回工程がより簡
素化され巻回工程の工数が低減される。また、セパレー
タの巻きズレによる歩留まり率の低下を防ぐことができ
る。その結果、巻回電極電池を優れた生産性で製造する
ことが可能になる。
【0051】したがって本手段によれば、前述の第1手
段乃至第5手段の効果に加えて、よりいっそう安価に積
層型電池を製造することができるようになるという効果
がある。
【0052】なお、本手段は、正極板及び負極板の両極
板が前記突出部を有する場合には、両極板の表面上に前
記多孔質被膜をそれぞれ形成してもよいし、一方の電極
板の表面上にのみ前記多孔質被膜を形成してもよい。
【0053】ところで、本手段における多孔質被膜は、
150℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性高分子と、
150℃以上のガラス転移温度を有する非結晶性熱可塑
性高分子との少なくとも一方の熱可塑性高分子から形成
することが好ましい。このように融点又はガラス転移温
度が150℃以上の熱可塑性高分子からなる多孔質被膜
は、高温、特に150℃以上の温度において、熱収縮な
どの変形や溶融、酸化分解が起こりにくい。すなわち、
本多孔質被膜は、高温に対して耐熱性に優れたものであ
る。
【0054】また、この熱可塑性高分子は、高温におけ
る可塑性に優れるため、本セパレータは、高温、特に1
50以上の温度となったときにその空孔を容易に閉じる
ことができる。そのため、電池が高温となったときのシ
ャットダウン機能を効果的に働かせることができる。
【0055】従って、こうした多孔質被膜が一体的に形
成された電極板を用いれば、電池内の温度が150℃を
超える高温になっても短絡などが生じることがなく、電
池の安全性をさらに向上させることができるという効果
がある。
【0056】(第7手段)本発明の第7手段は、請求項
7記載の積層型電池である。
【0057】すなわち、本手段は、前述の第6手段にお
いて、前記多孔質被膜が、ポリベンズイミダゾール、ポ
リイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポ
リフェニレンエーテル(ポリフェニレンオキシド)、ポ
リアリレート、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフ
ィド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエー
テルケトン、ポリエステル樹脂、ポリエチレンナフタレ
ート、エチレン−シクロオレフィン共重合体、ポリフッ
化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロ
ピレン−テトラフルオロエチレンの共重合体のうちの少
なくとも一種を含むことを特徴とする。
【0058】これらの耐熱性高分子は、150℃以上の
融点又はガラス転移温度を有する耐熱性高分子の中で
も、特に融点又はガラス転移温度が高い高分子である。
それゆえ、こうした多孔質被膜が一体的に形成された電
極板を用いれば、電池内の温度が150℃を超える高温
になっても短絡などが生じることがなく、電池の安全性
をまた、比較的入手しやすく、安価な材料でもある。そ
れゆえ、本手段では、耐熱性に極めて優れた多孔質被膜
を容易にかつ安価に形成できるようになる。すなわち、
こうした多孔質被膜が一体的に形成された電極板を容易
にかつ安価に製造することができるようになる。
【0059】従って、本手段によれば、前述の第6手段
の効果に加えて、電池の安全性が確実に得られるという
効果がある。
【0060】(第8手段)本発明の第8手段は、請求項
8に記載の積層型電池である。
【0061】すなわち、本手段は、前述の第7手段にお
いて、前記ポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレ
ート及びポリエチレンテレフタレートの少なくとも一種
であることを特徴とする。
【0062】本手段によれば、多孔質被膜に微細な孔
(ポア)が均一に形成されるため、電解質が多孔質被膜
を通過しやすくなって、多孔質被膜の抵抗が下がる。そ
の結果、電池の高電流特性などが向上する。
【0063】(第9手段)本発明の第9手段は、請求項
9記載の積層型電池である。
【0064】すなわち、本手段は、前述の第6手段及び
第8手段のいずれかの手段において、前記多孔質被膜
が、その厚み方向に対し、スポンジ状の中央部と、該中
央部に比べて孔径の小さい空孔を緻密に有する表面部と
を備えることを特徴とする。この多孔質被膜では、中央
部がスポンジ状となっているため、サイズの大きい空孔
を有するとともに高い空孔率を有する。そのため、電解
質が極めて移動しやすく、その通過性に極めて優れる。
【0065】一方、中央部に比べて孔径の小さい空孔を
緻密に有する表面部は、負極板におけるデンドライトの
析出を極めて効果的に抑制することができる。また、空
孔の孔径が小さいため、高温となったときにその空孔を
迅速にかつ十分に閉じることができる。それゆえ、電池
が高温となったときのシャットダウン機能をさらに効果
的に働かせることができる。さらに、この表面部は、密
度が高く頑丈であるため、多孔質被膜の機械的強度を大
きなものとすることができる。
【0066】上記のように本多孔質被膜は、電解質の通
過性に極めて優れるとともに、高温においてもシャット
ダウン機能を効果的に働かせることができる。それゆ
え、こうした多孔質被膜が一体的に形成された電極板を
用いれば、電池の負荷特性及び出力特性などの電池性能
をさらに向上させることができる上、ショート及び異常
発熱をさらに効果的に防止することができる。
【0067】したがって本手段によれば、前述の第6手
段乃至第8手段の効果に加えて、電池性能をさらに優れ
たものとすることができる上、電池の安全性についても
さらに向上させることができるという効果がある。
【0068】(第10手段)本発明の第10手段は、請
求項10記載の積層型電池である。
【0069】すなわち、本手段は、前述の第1手段乃至
第9手段のいずれかの手段において、前記正極板及び前
記負極板のうち少なくとも一方は、少なくとも活物質と
結着剤とで構成され、該結着剤は、親水基を有する親水
性高分子材料が該親水基と結合反応した架橋剤を介して
互いに架橋されてなることを特徴とする。
【0070】本手段において活物質を結着する結着剤
は、親水性高分子材料が架橋剤によって強固に架橋され
てなるため、化学的に極めて安定で電解液に溶解したり
反応したりすることがない。それゆえ、電極活物質はそ
の結着剤により長期にわたって安定に結着され、その間
においては良好な電池反応を確実に行うことができる。
【0071】従って、本手段によれば、前述の第1手段
乃至第9手段の効果に加えて、優れた電池性能が長期に
わたって得られるという効果がある。
【0072】本手段においては、電極活物質と、親水基
を有する親水性高分子材料と、該親水基と加水分解反応
を起こして結合可能な官能基を有する架橋剤と、溶媒と
を混合して活物質含有合剤を調製し、その活物質含有合
剤を用いて所定形状の前記電極板を成形することができ
る。
【0073】(第11手段)本発明の第11手段は、請
求項11記載の積層型電池である。
【0074】すなわち、本手段は、シート状の電極本体
と、該電極本体の側端より突出した突出部とを有すると
ともに、該電極本体の表面上に絶縁性の多孔質被膜を有
し、かつ該突出部の少なくとも根本部分の表面上に該多
孔質被膜と一体的に形成された短絡防止層を有する電極
の製造方法であって、前記電極本体と前記突出部とから
なる電極板を形成する電極板形成工程と、高分子材料を
その良溶媒に溶解させて調製した高分子合剤を、該電極
板の前記突出部の根本部分を含む表面に層状に粘着させ
て、その表面上に高分子合剤層を形成する高分子合剤層
形成工程と、前記高分子合剤層を前記高分子材料に対し
て難溶性の液に曝すことにより高分子材料を析出させる
高分子析出工程と、高分子材料を析出させた前記高分子
合剤層を乾燥させて、前記短絡防止層と多孔質被膜とを
得る乾燥工程と、からなることを特徴とする。
【0075】高分子合剤層形成工程においては、前記電
極板の表面上に、高分子材料が微細に分散した層が形成
される。続く高分子析出工程においては、高分子合剤層
中の高分子材料の良溶媒と貧溶媒とが置換するため、高
分子合剤層における高分子材料の溶解性が低くなり、高
分子材料が析出する。次いで、乾燥工程において、高分
子合剤層中に含まれる溶媒が蒸発して短絡防止層とセパ
レータとして機能する多孔質被膜とが得られる。
【0076】電極板形成工程においては、電極本体に加
え、その突出部を追加して形成するだけでよいため、公
知の電極板の形成方法により、その電極板の形成手段を
複雑化させることなく電極本体と突出部とを一体的に有
する電極板を容易にかつ安価に形成することができる。
また、高分子合剤層形成工程、高分子析出工程及び乾燥
工程のいずれの工程についても、簡便な装置(設備)を
用いて極めて容易に作業を進めることができる。それゆ
え、これら各工程についても容易にかつ安価に行うこと
ができる。
【0077】本手段によれば、前述の第6手段乃至第1
0手段のいずれかの手段に用いられ、前記短絡防止層と
前記多孔質被膜とを備えた前記電極を容易にかつ安価に
形成することができるという効果がある。それゆえ、前
述の第6手段乃至第10手段のいずれかの手段の積層型
電池を製造する際に、本手段で製造された電極を用いれ
ば、その積層型電池を安価に製造することができるよう
になる。
【0078】なお、短絡防止層と多孔質被膜との材質を
変えたい場合には、短絡防止層と多孔質被膜とを別々に
形成してもよいが、それらの材質を同じにする場合に
は、それらを同時に形成することが好ましい。短絡防止
層と多孔質被膜とを同時に形成すれば、短絡防止層と多
孔質被膜とを備える電極の形成工程を短縮することがで
き、その電極の生産性を向上させることができるように
なる。その結果、電極をさらに安価に形成することがで
きるようになる。
【0079】本手段での高分子合剤層形成工程、高分子
析出工程及び乾燥工程の各工程については、以下のよう
にそれぞれ行うことができる。 [高分子合剤層形成工程]上記高分子材料として、15
0℃以上の融点を有する結晶性熱可塑性高分子と、15
0℃以上のガラス転移温度を有する非結晶性熱可塑性高
分子との少なくとも一方の熱可塑性高分子を用いること
ができる。また、ポリベンズイミダゾール、ポリイミ
ド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェ
ニレンエーテル(ポリフェニレンオキシド)、ポリアリ
レート、ポリアセタール、ポリフェニレンスルフィド、
ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケ
トン、ポリエステル樹脂、ポリエチレンナフタレート、
エチレン−シクロオレフィン共重合体、ポリフッ化ビニ
リデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン
−テトラフルオロエチレンの共重合体のうちの少なくと
も一種を用いることができる。また、ポリエステル樹脂
を用いる場合には、ポリブチレンテレフタレート及びポ
リエチレンテレフタレートの少なくとも一種を用いるこ
とが好ましい。
【0080】また、前記高分子合剤層形成工程で用いる
高分子材料の良溶媒については、特に限定されるもので
はなく、使用する高分子材料に応じて適宜選択すること
ができる。ただし、上記に挙げた高分子材料を含めた多
くの高分子材料では、良溶媒として有機溶媒を用いるこ
とができる。
【0081】本手段においては、良溶媒として特に、N
−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルスルホ
キシド、ジメチルスルホアミド、ジグライム、トルエ
ン、キシレン、ジメチルアセトアミド、ジクロロメタ
ン、シクロヘキサン及びシクロヘキサノンを用いること
ができる。ここに列挙される良溶媒は、高分子材料を溶
解させやすく、特に上記に列挙した高分子材料を良好に
溶解させることができる。それゆえ、高分子合剤の調製
が容易になる。
【0082】さらに、膜厚が均一な多孔質被膜を得るた
めに、高分子合剤に界面活性剤、消泡剤及び表面調製剤
などを添加してもよい。こうした添加物としては、電池
の中で反応性が低く、少量の添加量でも効果のあるフッ
素系又はシリコン系の化合物が好ましい。さらに、多孔
質被膜のポアの形状、大きさ及び分布を適切にするた
め、高分子溶媒に水、アルコール、グリコール、ケト
ン、及びドデカン等のアルカン類などを添加してもよ
い。
【0083】一方、良溶媒の濃度及び温度などの条件に
ついては、高分子材料を良好に分散できるようにそれら
の条件を適切に選択することが好ましい。
【0084】また、高分子合剤は、液状であってもよい
し、ペースト状であってもよい。また、その高分子合剤
を電極板の表面に層状に粘着させる方法も、高分子合剤
の状態に応じて適宜選択することができる。
【0085】高分子合剤がペースト状のものであれば、
ブレードコーター、ロールコーター、ナイフコーター、
ダイコーター、コンマコータ、リバースロールコータ及
びグラビアコータなどの塗布方法により塗布して、高分
子合剤を電極板の表面上に層状に粘着させることができ
る。これらの塗布方法では、高分子溶液が電極板のポア
内の空気と置換しないようにするため、高分子溶液は粘
度の高い溶液であることが好ましい。例えば高分子材料
としてポリエーテルイミドを用いるときには、その溶解
量を高分子溶液全体に対して10〜30重量%(固形分
濃度)とすれば、粘度の高い高分子溶液が得られる。ま
た、増粘剤などを添加することにより、高分子溶液の粘
度を増加させてもよい。
【0086】高分子合剤が液状のものであれば、高分子
合剤を電極板の表面上に噴霧したり、あるいは電極板を
高分子合剤に浸漬して粘着させることができる。後者の
粘着方法では、電極板が高分子溶液から引き上げられた
ときの液切れを良くするために、粘度の低い高分子溶液
を用いることが好ましい。例えば高分子材料としてポリ
エーテルイミドを用いるときには、その溶解量を高分子
溶液全体に対して10重量%以下とすれば、粘度の低い
高分子溶液が得られる。
【0087】他方、高分子合剤がフィルム状に成形され
た高分子フィルムを、電極板の表面上に粘着させてもよ
い(転写)。
【0088】なお、高分子合剤層の層の厚さは、20〜
100μmの範囲が好ましい。また、必要に応じて、カ
レンダロールなどの方法により、高分子合剤層の密度を
所定密度に高めてもよい。 [高分子析出工程]本工程では、高分子溶液が塗布され
た電極板を高分子材料に対して貧溶媒(難溶性の液)に
浸漬したり、あるいはこの液を気相としたガスに暴露し
たりすることにより、高分子材料に対して難溶性の液に
曝すことができる。例えば高分子合剤として液状の用い
た場合には、高分子材料に対して貧溶媒に曝された高分
子合剤はゲル化し、高分子材料が析出する。
【0089】本工程においては、高分子材料の貧溶媒に
ついては特に限定されるものではなく、使用する高分子
材料及びその良溶媒に応じて適宜選択することができ
る。ただし、上記に挙げた高分子材料を含めた多くの高
分子材料では、良溶媒として有機溶媒を用いることが好
ましいため、貧溶媒としては水、アルコ−ル、ケトン及
びドデカン等のアルカン類を用いることが好ましい。
【0090】また、本手段においては、貧溶媒として、
上記に挙げた水、アルコ−ル、ケトンの他に、スルホラ
ン、γ−ブチルラクトン、ホルムアミド、ニトロベンゼ
ン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、
トリクレジルホスフェート及びトリフェニルホスフェー
トを用いることができる。ここに列挙される貧溶媒は2
00℃以上の沸点を有し、上記に列挙した良溶媒よりも
高い沸点を有する。それゆえ、乾燥工程において高分子
材料の相分離を容易になすことができる。
【0091】一方、貧溶媒の濃度及び温度などの条件に
ついては、良溶媒と置換しやすく、かつ高分子材料を良
好に析出させることができるように、それらの条件を適
切に選択することが好ましい。 [乾燥工程]本工程では、恒温槽、熱風乾燥機及び真空
乾燥機などを用いて高分子溶液の溶媒成分を除去するこ
とができる。高分子溶液の溶媒成分が除去されると、析
出した高分子材料が多孔質被膜となる。
【0092】ところで、前記高分子析出工程において、
貧溶媒の材料、濃度及び温度などの条件を適切に選択す
れば、高分子合剤層の厚み方向に対する表面部におい
て、良溶媒と貧溶媒とを急速に置換させることができ
る。このように良溶媒と貧溶媒とを急速に置換させる
と、高分子材料がポリマー凝集を起こし、その高分子材
料が厚み方向に対する中央部よりも微細に析出する。一
方、その中央部においては、良溶媒と貧溶媒との置換は
表面部に比べれば遅いものの比較的速くかつ均質に進む
ため、フィブリルが比較的細く形成され、かつその間隙
(後に空孔となる)が揃った大きさで均一に形成され
る。こうして、高分子合剤層の厚み方向に対する中央部
と表面部とで高分子材料の析出形態の異なった層が得ら
れる。
【0093】次いで、乾燥工程において高分子合剤層を
乾燥すれば、中央部においては、フィブリルの間隙中の
溶媒が除去されて、空孔が揃った大きさで均一に形成さ
れ、スポンジ状の構造体が得られる。一方、表面部にお
いては、微細に析出したポリマー凝集体の間隙中の溶媒
が除去されて、中央部に比べて孔径の小さい空孔を緻密
に有する構造体が得られる。
【0094】こうして、被膜の厚み方向に対して、スポ
ンジ状の中央部と、該中央部に比べて孔径の小さい空孔
を緻密に有する表面部とを備える多孔質被膜を電極板の
表面上に得ることができる。
【0095】従って、本手段によれば、前述の第6手段
乃至第10手段のいずれかの手段に用いられ、かつ前記
多孔質被膜を備えた前記電極を容易にかつ安価に形成す
ることができる効果がある。
【0096】(第12手段)本発明の第12手段は、請
求項12記載の電極の製造方法である。
【0097】すなわち、本手段は、前述の第11手段の
電極板形成工程において、電極活物質と、親水基を有す
る親水性高分子材料と、該親水基と結合反応を起こして
結合可能な架橋剤と、水性溶媒とを混合することによ
り、該親水基と結合反応した架橋剤により該親水性高分
子材料を架橋して架橋高分子体を形成するとともに、該
架橋高分子体を該電極活物質に対して分散させた活物質
含有合剤を調製した後、該活物質含有合剤を用いて該電
極活物質を該架橋高分子体により結着させて前記電極板
を形成することを特徴とする。
【0098】本手段では、電極活物質と親水性高分子材
料と架橋剤と水性溶媒とを、高温条件などの所定条件で
混合したとき、親水性高分子材料が、該親水基と結合反
応した架橋剤を介して架橋され、架橋高分子体が形成さ
れる。この架橋高分子体が電極活物質を結着する。それ
ゆえ、親水基を有する親水性高分子材料と、該親水基と
加水分解反応を起こして結合可能な官能基を有する架橋
剤とが電極活物質層の結着剤となる。水性溶媒として
は、水又は水溶液、アルコールなどを用いることができ
る。
【0099】本手段では、親水性高分子材料を水性溶媒
中に容易に分散させることができる。それゆえ、本手段
においては、水性溶媒を用いて、電極活物質に対して親
水性高分子材料の分散性に優れた活物質含有合剤を容易
に調製することができる。この活物質含有合剤を用いて
電極板を形成すれば、電極活物質に対して親水性高分子
材料がよく分散して存在しているため、電極活物質どう
しの結着性が優れたものとなる。すなわち、電極活物質
どうしが親水性高分子材料により安定に結着されるた
め、その電極板は良好な電池反応を確実に行うことがで
きる。
【0100】また、水性溶媒は、有機溶媒に比べれば不
燃性でかつ揮発性も低いため、安全性の極めて高い溶媒
である。また、人体に対する安全性も高く、取り扱いが
容易である。それゆえ、電極板形成工程を簡便な装置を
用いて容易に行うことができるようになる。さらに、有
機溶媒の溶媒回収処理施設に比べて、簡便な溶媒回収処
理施設で済むようになる。その結果、電極板形成工程に
かかるコストを低く抑えることができるようになる。
【0101】ところで、水性溶媒を用いて活物質含有合
剤を調製する方法としては、特開平4−342966号
公報で開示されているように、ゴム系ラテックスとセル
ロース等の水溶性高分子材料を組み合わせて用いる方法
が知られている。
【0102】しかしながら、この従来の活物質含有合剤
では、活物質含有合剤の集電板に対する濡れ性が十分に
高いものではなかった。それゆえ、集電板に塗り付けた
活物質含有合剤が球状に凝集してしまう(だまになって
しまう)など、集電板の表面上に均一な厚さの活物質合
剤層を形成することが困難であった。また、この活物質
含有合剤よりなる電極活物質層と集電板との接着性も十
分に高いものであるとは言えず、電池を多数回繰り返し
使用するに伴って電極活物質層が集電板から剥離して、
サイクル特性が低下するなど電池性能が低下してしまう
問題もあった。
【0103】本手段では、架橋剤の官能基により活物質
含有結合剤の表面張力が低下する理由により、活物質含
有合剤の集電板に対する濡れ性が上記従来の活物質含有
合剤より高いものとなる。それゆえ、活物質含有合剤を
集電板の表面上に塗布しやすくなり、均一な厚さの活物
質合剤層を形成することが容易となる。
【0104】また、架橋高分子体は、電極活物質に対し
てだけでなく、集電板に対しても結着性に優れるため、
電極活物質どうしだけでなく、電極活物質と集電板とを
良好に結着することができる。それゆえ、電極活物質層
と集電板との接着性も向上させることができる。その結
果、電極活物質層が集電板から剥離しにくくなるため、
電池のサイクル特性を向上させることができるなど、電
池の多数回繰り返し使用する際の電池性能の低下を容易
に防止することができる。
【0105】他方、前述の第11手段においては、電極
板形成工程で形成された電極板の表面に多孔質被膜を一
体的に形成する際に、高分子合剤層形成工程において
は、その電極板が高分子材料の良溶媒に曝され、続く高
分子析出工程においては、高分子合剤層が高分子材料の
貧溶媒に曝される。特に、良溶媒として有機溶媒が用い
られ、かつ貧溶媒として水、アルコ−ル、ケトン及びド
デカン等のアルカン類が用いられる場合には、高分子合
剤層は、油性と水性との性質の大きく異なる溶媒に曝さ
れる。それゆえ、電極板形成工程においては、これら高
分子材料の良溶媒及び貧溶媒に対して非溶解性の電極板
を形成する必要がある。
【0106】親水性高分子材料がその親水基と反応した
架橋剤を介して互いに架橋されて形成された架橋高分子
体は、架橋が強固になされているため、高分子材料の良
溶媒及び貧溶媒のいずれにも溶けにくいものであり、特
に有機溶媒や、水、アルコ−ル、ケトン等に対して非溶
解性である。それゆえ、本手段では、電極板形成工程に
おいて、耐有機溶剤性と耐水性とを併せ持つ電極板を形
成することができる。
【0107】従って本手段によれば、前述の第11手段
の効果に加え、さらに良好な電池反応を確実に行うこと
ができる電極を安価に製造することができるようになる
上、高分子塗布工程、高分子析出工程に用いる溶液の選
択範囲が広くなり、多孔質被膜の膜質制御が容易になる
という効果がある。
【0108】なお、本手段では、使用する架橋剤に応じ
て、活物質含有合剤にpH調製剤などを添加することに
より、架橋剤が活物質合剤に溶解しやすくなるようにし
てもよい。
【0109】また、活物質含有合剤における架橋剤の含
有量としては、親水性高分子材料を良好に架橋できるよ
うに、親水性高分子材料の含有量に応じて適切に選択す
ることが好ましい。また、架橋剤の含有量が電極活物質
の含有量に対して多すぎると、電極活物質の表面を被覆
して、その電極活物質の電池反応性を低下させてしま
い、その結果として、電極の性能を低下させてしまう。
それゆえ、架橋剤の含有量は、親水性高分子材料の含有
量の他、電極活物質の含有量に応じて適切に選択するこ
とが好ましく、さらには、電極活物質の粒子形状や比表
面積などに応じても適切に選択することが好ましい。
【0110】本手段では、次に挙げる2つの手順のうち
いずれかの手順により活物質含有合剤を調製することが
好ましい。
【0111】水性溶媒に架橋剤を所定の濃度で溶解し
た後、所定量の電極活物質を加えてよく攪拌する。続い
て、この溶液に所定量の親水性高分子材料を加えて、よ
く混練してペースト状の活物質含有合剤を得ることがで
きる。
【0112】水性溶媒に所定量の電極活物質を加えて
よく攪拌する。続いて、この溶液に所定量の親水性高分
子材料を加えてよく混練し、ペースト状の活物質含有合
剤を得る。最後に、この活物質含有合剤に架橋剤を混ぜ
合わせる。ここで架橋剤を混ぜ合わせる際、架橋剤が固
体状(粉末状)のものであれば、架橋剤を一旦水性溶媒
に溶解して、活物質含有合剤に混ぜ合わせることが好ま
しい。一方、架橋剤が液状のものであれば、活物質含有
合剤の粘度の大幅な変化を防止するため、架橋剤を原液
のままで混ぜ合わせることが好ましい。
【0113】(第13手段)本発明の第13手段は、請
求項13記載の電極の製造方法である。
【0114】すなわち、本手段は、前述の第12手段の
電極板形成工程において、前記親水基が水酸基であるこ
とを特徴とする。水酸基を介して架橋された親水性高分
子材料は、他の親水基に比べて極性が強いため極めて強
固な架橋構造を形成することができる。それゆえ、本手
段では、良溶媒及び貧溶媒に対する結着剤の非溶解性を
さらに向上させることができ、耐有機溶剤性と耐水性と
を併せ持つ電極板を形成することができる。
【0115】従って、本手段によれば、前述の第12手
段の効果に加え、高分子塗布工程に用いる良溶媒と、高
分子析出工程に用いる貧溶媒との両方の溶媒の選択範囲
がさらに広くなり、短絡防止層と多孔質被膜との膜質制
御がいっそう容易になるという効果がある。
【0116】なお、本手段においては、架橋剤には、水
酸基と結合反応を起こして結合可能な官能基を有するも
のを用いる。
【0117】(第14手段)本発明の第14手段は、請
求項14記載の電極の製造方法である。
【0118】すなわち、本手段は、前述の第13手段に
おいて、前記親水性高分子材料が、カルボキシメチルセ
ルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリ
ビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、ポリエチレンオ
キサイドのうちの少なくとも一種であることを特徴とす
る。
【0119】これらの親水性高分子材料は、いずれも水
酸基を有する上、比較的入手しやすく、安価な材料でも
ある。それゆえ、本手段では、良溶媒及び貧溶媒に対し
て非溶解性に優れた電極板を容易にかつ安価に形成でき
るようになる。
【0120】また、これらの親水性高分子材料はいずれ
も耐有機溶剤性に特に優れ、有機溶剤に対する電極板の
非溶解性を極めて優れたものとすることができる。それ
ゆえ、高分子合剤層形成工程において、良溶媒として有
機溶媒を用いた場合に、その良溶媒に対する非溶解性を
極めて優れたものとすることができる。
【0121】従って本手段によれば、前述の第13手段
の効果に加え、高分子塗布工程に用いる良溶媒の選択範
囲がさらに広くなり、短絡防止層と多孔質被膜との膜質
制御がいっそう容易になるとともに、短絡防止層と多孔
質被膜とを備えた電極を容易にかつ安価に製造すること
ができるようになるという効果がある。
【0122】なお、本手段では、カルボキシメチルセル
ロース、メチルセルロース、エチルセルロース、ポリビ
ニルアルコール、ポリエチレンオキサイドは、ナトリウ
ム塩などの塩の形態で用いてもよい。
【0123】(第15手段)本発明の第15手段は、請
求項15記載の電極の製造方法である。
【0124】すなわち、本手段は、前述の第12手段乃
至第14手段のいずれかの手段において、前記架橋剤が
親水基を有することを特徴とする。本手段で用いる架橋
剤は親水性を有するため、水性溶媒に良く溶かすことが
できる。それゆえ、活物質含有合剤中に良く分散して、
前記親水性高分子材料を効果的に架橋することができ
る。
【0125】特に本手段では、架橋剤として、ビニル
系、グリシドキシ系、アミノ系、ジアミド系及びウレイ
ド系の官能基を有するものを用いることが好ましい。こ
れらの架橋剤は、水又はpH7の水溶液に対して高い親
和性を有する。それゆえ、水又はpH7の水溶液に容易
に溶解させることができるため、活物質含有合剤にpH
調製剤などを添加する必要がなくなる。その結果、活物
質含有合剤の調製にかかるコストを低く抑えることがで
きるようになる。
【0126】また、上記に列挙した官能基の中でも、ア
ミノ系及びジアミド系の官能基がより好ましい官能基で
ある。これらの官能基はいずれも耐還元性に優れるた
め、電極が強い還元電位で使用されても、親水性高分子
材料の架橋が維持される。それゆえ、電極における電極
活物質及び集電板の結着性が低下することが防止され
る。
【0127】(第16手段)本発明の第16手段は、請
求項16記載の電極の製造方法である。
【0128】すなわち、本手段は、前述の第12手段乃
至第15手段のいずれかの手段において、前記架橋剤
が、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、尿
素ホルマリン樹脂、メチロールメラミン樹脂、グリオキ
ザール、タンニン酸のうちの少なくとも一種であること
を特徴とする。
【0129】これらの架橋剤は、親水性高分子材料の水
酸基に対して反応性に優れた官能基を有するため、親水
性高分子材料を効果的に架橋させることができる。それ
ゆえ、親水性高分子材料をさらに容易にかつ確実に架橋
することができるようになる。すなわち、前述の第14
手段に対して、親水性高分子材料の架橋密度がさらに向
上して、親水性高分子材料の架橋をいっそう強固なもの
とすることができる。その結果、良溶媒及び貧溶媒に対
する電極板の非溶解性をさらに向上させることができる
ようになる。
【0130】また、これらの架橋剤は、比較的入手しや
すく、安価な材料でもある。それゆえ、良溶媒及び貧溶
媒に対して非溶解性に優れた電極板を容易にかつ安価に
形成できるようになる。
【0131】従って本手段によれば、前述の第12手段
乃至第14手段の効果に加え、高分子塗布工程に用いる
良溶媒と、高分子析出工程に用いる貧溶媒との両方の溶
媒の選択範囲がさらに広くなり、短絡防止層と多孔質被
膜との膜質制御がいっそう容易になるとともに、短絡防
止層と多孔質被膜とを備えた電極を容易にかつ安価に製
造することができるようになるという効果がある。
【0132】ところで、本手段では、上記に列挙した架
橋剤の中でもシランカップリング剤を用いることが好ま
しい。シランカップリング剤はアルコキシ基を有し、こ
のアルコキシ基が活物質含有合剤中で加水分解すること
により、シラノール基を生成する。このシラノール基
は、水酸基と結合反応しやすいため、水酸基を有する親
水性高分子を効果的に架橋することができる。それゆ
え、水酸基を有する親水性高分子材料の架橋を極めて強
固なものとすることができる。また、シラノール基は、
活物質含有合剤の濡れ性を向上させることができる。そ
れゆえ、活物質含有合剤を集電板の表面上に塗布しやす
くなり、均一な厚さの活物質合剤層を形成することが容
易となる。
【0133】また、シランカップリング剤の中でも、ビ
ニル系、グリシドキシ系、アミノ系、ジアミド系及びウ
レイド系の官能基をもつものが好ましく、さらにはアミ
ノ系及びジアミド系の官能基をもつものがより好まし
い。こうしたシランカップリング剤として例えば、γ−
アミノプロピルトリエトキシシランを挙げることができ
る。こうしたシランカップリング剤は、活物質含有合剤
中に分散しやすく、前記親水性高分子材料を効果的に架
橋することができる。
【0134】なお、活物質含有合剤におけるシランカッ
プリング剤の含有量としては、前述の第11手段で述べ
た架橋剤の含有量の限定理由と同じ理由により、親水性
高分子材料及び電極活物質の使用量、並びに電極活物質
の粒子形状及び比表面積などに応じて適切に選択するこ
とが好ましい。特に、活物質含有合剤全体を100重量
%とすると、シランカップリング剤の含有量を4重量%
以下にすることが好ましい。シランカップリング剤の含
有量が4重量%を超えると、電極活物質の表面を被覆し
すぎて、その電極活物質の電池反応性を低下させてしま
う。
【0135】(第17手段)本発明の第17手段は、請
求項17記載の電極の製造方法である。
【0136】すなわち、本手段は、前述の第12手段乃
至第16手段のいずれかの手段において、前記活物質含
有合剤に含まれる前記架橋剤が、前記親水性高分子材料
に含まれる前記親水基と結合反応する官能基を、該親水
基の数と同数以上有することを特徴とする。
【0137】本手段では、架橋剤は親水性高分子材料に
含まれる親水基を全て又はほとんど全て架橋反応させる
ことができる。すなわち、前述の第12乃至第16手段
に対して、親水性高分子材料の架橋密度がさらに向上し
て、親水性高分子材料の架橋をいっそう強固なものとす
ることができる。その結果、良溶媒及び貧溶媒に対する
電極板の非溶解性をさらに向上させることができるよう
になる。
【0138】したがって本手段によれば、前述の第12
手段乃至第16手段の効果に加え、高分子塗布工程に用
いる良溶媒と、高分子析出工程に用いる貧溶媒との両方
の溶媒の選択範囲がさらに広くなり、短絡防止層と多孔
質被膜との膜質制御がいっそう容易になるという効果が
ある。
【0139】例えば、カルボキシルメチルセルロース:
672(OH)2OCH2COONaにシランカップ
リング剤:H2NC36Si(OC2 5 3 を添加す
る場合であれば、カルボキシルメチルセルロースナトリ
ウム塩の分子量が242、水に溶解した状態での水酸基
の数は3であり、一方シランカップリング剤の分子量が
221、加水分解基の数が3であることから、シランカ
ップリング剤の添加量としてはカルボキシルメチルセル
ロースの重量の(221/3)/(242/3)=0.
91倍以上にすることが望ましい。
【0140】(第18手段)本発明の第18手段は、請
求項18記載の電極の製造方法である。
【0141】すなわち、本手段は、前述の第11乃至第
17手段において、前記高分子合剤が、前記高分子材料
と塩とが互いに分散されてなることを特徴とする。
【0142】本手段では、高分子析出工程において、塩
が貧溶媒中に抽出されて、多孔質被膜に電解質が通過で
きる孔が形成されやすくなる。その結果、電解質の通過
性に優れた多孔質被膜を電極板の表面上に容易に形成す
ることができるようになる。また、塩の添加量を選択す
るだけで、多孔質被膜の孔径を容易に制御することがで
きるようになる。
【0143】したがって本手段によれば、前述の第11
乃至第17手段の効果に加え、電解質の通過性に優れた
多孔質被膜を備える前記電極を容易に形成することがで
きるという効果がある。本手段で製造された電極を積層
型電池に用いれば、高い出力特性を得ることが容易とな
り、優れた電池性能を得ることが容易となる。
【0144】(第19手段)本発明の第19手段は、請
求項19記載の電極の製造方法である。
【0145】すなわち、本手段は、前述の第18手段に
おいて、前記塩が、塩化リチウム、硝酸リチウム、ヨウ
化リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、リチウム
ビストリフルオロメチルスルホニルイミド、6フッ化ひ
酸リチウムの少なくとも一種であることを特徴とする。
これらのリチウム塩は、貧溶媒への溶解性に優れるた
め、塩が貧溶媒中に抽出されやすくなり、多孔質被膜に
電解質が通過できる孔がさらに形成されやすくなる。ま
た、これらのリチウム塩は、比較的入手しやすく、安価
な材料でもある。それゆえ、電解質の通過性に優れた多
孔質被膜を容易にかつ安価に形成できるようになる。
【0146】従って本手段によれば、前述の第18手段
の効果に加え、電解質の通過性に優れた多孔質被膜を備
える前記電極を安価に形成することができるという効果
がある。
【0147】ところで、本手段で製造された電極をリチ
ウム二次電池に用いたとき、多孔質被膜中にこれらのリ
チウム塩が残っていたとしても、その残存リチウム塩と
電解液に含まれるリチウム塩とが反応することなどを防
ぐことができる。また、多孔質被膜中に含まれるこれら
の塩が仮に電解液中に溶け出したとしても、電極反応に
与える影響はなく、優れた電池性能が維持される。
【0148】(第20手段)本発明の第20手段は、請
求項20記載の電極の製造方法である。
【0149】すなわち、本手段は、前述の第18手段及
び第19手段のいずれかの手段において、前記高分子合
剤は、前記高分子材料を100重量部とすると、前記塩
を5重量部以上含有することを特徴とする。高分子合剤
に含まれるリチウム塩の濃度が5重量部を下回ると、多
孔質被膜に形成される孔の径が小さくなり過ぎて電解質
の優れた通過性を得ることが難しくなる。その結果、積
層型電池において、高い出力特性を得ることが難しくな
るなど、優れた電池性能を得ることが難しくなってしま
う。本手段では、リチウム塩の濃度を5重量部以上に制
御するため、多孔質被膜に形成される孔を、電解質を通
過させるのに十分な大きさの径で形成することが容易に
なる。それゆえ、電解質の優れた通過性をもつ多孔質被
膜を形成することが容易となる。
【0150】したがって本手段によれば、前述の第18
手段及び第19手段の効果に加え、電解質の優れた通過
性をもつ電極を容易に製造することができるという効果
がある。
【0151】一方、高分子合剤に含まれるリチウム塩の
濃度は、前記高分子材料を100重量部とすると、前記
塩を20重量部以下とすることがさらに望ましい。リチ
ウム塩の濃度が20重量部を上回ると、多孔質被膜の孔
が大きくなり過ぎて、多孔質被膜のシャットダウン機能
などの性能を優れたものとすることが難しくなってしま
う。この手段では、リチウム塩の濃度を20重量部以下
に制御するため、多孔質被膜に形成される孔を、シャッ
トダウン機能を働かせるのに十分な大きさの径で形成す
ることが容易になる。それゆえ、シャットダウン機能な
どの性能に優れた多孔質被膜を形成することが容易とな
る。
【0152】したがって、この手段によれば、前述の第
18手段及び第19手段の効果に加え、シャットダウン
機能などの性能に優れた多孔質被膜をもつ電極を容易に
製造することができるという効果がある。
【0153】
【発明の実施の形態】本発明の巻回電極電池の実施の形
態については、当業者に実施可能な理解が得られるよ
う、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
【0154】
【実施例1】(実施例1の構成)本発明の実施例1とし
ての巻回電極電池は、図1に示すように、大きく分けて
両端に正電極端子13及び負電極端子14をもつ芯棒1
と、正極板21、負極板22及び二枚のセパレータ23
からなる巻回電極体2と、ケース3とから構成されてい
る。
【0155】芯棒1は、巻回電極体2の巻回軸芯であ
り、巻回軸長方向の両端に互いに背向してケース3から
突出して外部に電力を供給する正負一対の正電極端子1
3及び負電極端子14を有する。すなわち芯棒1は、正
電極端子13と、負電極端子14と、両電極端子13,
14の間に介在し両電極端子13,14を絶縁して連結
する絶縁性の連結ピン15とから構成されている。
【0156】正電極端子13は、有底略中空円筒状の金
属部材であり、中間部に形成されケース3の内側に位置
するフランジ11と、外周面に雄ねじが形成された有底
の先端部とを有する。負電極端子14は、正電極端子1
3と同様の構成の部材である。連結ピン15は、合成樹
脂製の略円筒状部材であり、中間部に正電極端子13と
負電極端子14とを分離する大径部を有し、両電極端子
13,14に嵌合して両者13,14を連結する。
【0157】巻回電極体2は、帯状の正極板21及び負
極板22と、両極21,22の間にそれぞれ介在し両極
21,22とともに巻かれている二枚の帯状のセパレー
タ23とからなる。すなわち巻回電極体2は、正極板2
1及び負極板22と二枚のセパレータ23とが、芯棒1
を軸としてその周りに巻回されて構成されている。
【0158】正極板21は、突出部213を形成する帯
状のアルミニウム箔からなる集電板211と、集電板2
11の両面の矩形の領域に塗布されたリチウムマンガン
酸化物等の正極活物質層212とからなる。同様に負極
板22は、突出部223を形成する帯状の銅箔からなる
集電板221と、集電板211の両面の矩形の領域に塗
布されたカーボン等の負極活物質層222とからなる。
二枚のセパレータ23は、平面形が帯状に形成されたポ
リエチレン(ポリプロピレン等でも良い)から形成され
た薄いフィルム状の多孔性樹脂シートである。
【0159】正極板21の突出部213と負極板22の
突出部223とは、巻回軸長方向に対して互いに反対側
に突出して形成されている。ここで、両突出部213,
223は、各集電板211,221のうち活物質21
2,222を塗布されていない金属箔部分を指してお
り、活物質212,222は、正極板21及び負極板2
2の集電板211,221のうち、それぞれセパレータ
23によって分離される矩形の領域にしか塗布されてい
ない。
【0160】正負両極21,22の突出部213,22
3は、それぞれ、内周面及び外周面の根本部分に所定の
幅で配設された短絡防止層である絶縁層216,226
をもつ。絶縁層216,226は、電解液に対して不溶
性の樹脂であるポリエチレンをホットメルト法で薄く塗
布して形成されている。
【0161】それゆえ、図2に示すように、正負両極2
1,22の突出部213,223は、それぞれ他方の極
の非突出部215,225との間にセパレータ23が挟
まっている。すなわち、一方の極の突出部213,22
3と他方の極の非突出部215,225との間は、セパ
レータ23によって絶縁されているが、それだけではな
く、絶縁層216,226によっても絶縁されている。
【0162】したがって、巻回工程において巻ずれが起
こり、セパレータ23が一方の極の突出部213,22
3と他方の極の非突出部215,225との間から外れ
てしまった場合にも、絶縁層216,226の存在によ
り両極21,22の間の短絡は防止される。すなわち、
正極板21の突出部213は、その根本部分の表面に形
成されている絶縁層216によって、負極板22の非突
出部225と短絡することが確実に防止されている。同
様に、負極板22の突出部223は、その根本部分の表
面に形成されている絶縁層226によって、正極板21
の非突出部215と短絡することが確実に防止されてい
る。
【0163】本実施例の巻回電極電池は、図3に示すよ
うに、巻回電極体2の正極板21の突出部213に半径
方向の全ての箇所で接続されているとともに正電極端子
13に接続された二枚の集電体214(図1には一枚の
みを表示)を有する。正極板21用の集電体214は、
正極板21の突出部213を形成するアルミニウム箔と
同系の材料であるアルミニウム板からなり、厚さ1mm
程度の矩形のテープ状の導電部材である。集電体214
は、ほぼ全体に渡って正極板21の突出部213の先端
部に半径方向の全ての箇所で抵抗溶接されているととも
に、求心方向の端部で正電極端子13にも抵抗溶接され
ている。
【0164】同様に、巻回電極体2の負極板22の突出
部223には、二枚の集電体214(図1には一枚のみ
を表示)が、半径方向の全ての箇所で接続されていると
ともに、負極端子部14に接続されている。負極板22
用の集電体224は、負極板22の突出部223を形成
する銅箔と同系の材料である銅板からなり、厚さ1mm
程度の矩形のテープ状の導電部材である。集電体224
は、ほぼ全体にわたって負極板22の突出部223の先
端部に半径方向の全ての箇所で抵抗溶接されているとと
もに、求心方向の端部で負極端子部14にも抵抗溶接さ
れている。
【0165】なお、突出部213の各先端部と集電体2
14とを抵抗溶接する際には、扇状の集電体214を突
出部213の各先端部に広く当接させて通電するか、も
しくは幅のある櫛の歯状の電極集合体を突出部213の
各部の間に挿入して通電する。この溶接方法は、負極板
22の突出部223と集電体224(図1参照)との抵
抗溶接をする際にも、同様に行われる。
【0166】ケース3は、再び図1に示すように、金属
製の筒部31と、筒部31の両端の開口部を封止する二
枚の円盤状の蓋部32とから構成されている。両蓋部3
2には中央部に貫通孔が形成されており、同貫通孔から
正電極端子13及び負電極端子14の突部12がそれぞ
れ突出していて、両突部12にそれぞれ平ワッシャ状の
ナット34が螺合して各電極端子13,14をそれぞれ
各蓋部32に固定している。なお、各電極端子13,1
4及びナット34とケース3の各蓋部32との間には、
それぞれ絶縁パッキング33が配設されてケース3を気
密にシールしているとともに、各電極端子13,14と
ケース3とを絶縁している。
【0167】(実施例1の作用効果)本実施例の巻回電
極電池は、以上のように構成されているので、以下のよ
うな作用効果を発揮する。
【0168】前述のように、巻回電極電池においては、
巻回工程において巻ずれが起こり、セパレータ23が一
方の極の突出部213,223と他方の極の非突出部2
15,225との間から外れてしまう場合がありうる。
そのような場合にも、再び図2に示すように、絶縁層2
16,226の存在により両極21,22の間の短絡は
防止される。すなわち、正極板21の突出部213は、
その根本部分の表面に形成されている絶縁層216によ
って、負極板22の非突出部225と短絡することが確
実に防止されている。また、巻ずれ時に正極板21が図
2の下方にずれてその非突出部215が負極板22の突
出部223に接触するような事態が生じても負極板22
の絶縁層226によってその事態が回避される。同様
に、負極板22の突出部223は、その根本部分の表面
に形成されている絶縁層226によって、正極板21の
非突出部215と短絡することが確実に防止されてい
る。
【0169】したがって、本実施例の巻回電極電池によ
れば、電池内部での正負両極間での短絡が確実に防止さ
れるので、電池内部での短絡による不良品の発生率が低
下して製品の歩留まり率が向上するという効果がある。
【0170】(実施例1の各種変形態様)前述の実施例
1では、絶縁層216,226はポリエチレンのホット
メルト法による塗布によって突出部213,223の両
面の根本部分に形成されていたが、他の樹脂を用いたり
他の塗布方法によって塗布する変形態様の実施も可能で
ある。
【0171】電解液に不溶性の樹脂としては、たとえ
ば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンエ
ーテル等がある。その他にも、ポリベンゾイミダゾー
ル、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミイミ
ド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホ
ン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリメチルペ
ンテン、アラミド、ポリビニリデンフロライド、ポリア
ミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリアリレート、ポリアセタール等々を使
用しても良い。いずれの樹脂を使用するかは、電解液の
性質、耐熱温度、加工性及びコスト等を勘案して決定す
る。
【0172】絶縁層216,226を形成する方法とし
ては、ホットメルト法や溶剤キャスト法等で塗布する方
法と、樹脂製のテープを粘着剤により貼り付ける方法等
とがある。その他にも、正極板21及び負極板22を形
成する金属箔の突出部213,223の根本部分の表面
を酸化させ、絶縁性の酸化被膜を形成するなどの方法も
ある。
【0173】なお、集電体214,224は、三枚以上
あっても良く、あるいは他の形状をした集電体であって
も良い。また、突出部213,223との接続方法は、
抵抗溶接に限定されるものではなく、レーザ溶接または
超音波溶接などの接続方法であっても良い。
【0174】
【実施例2】(実施例2の構成)実施例2としての巻回
電極電池は、図4に示すように、負極板22の両面を覆
い突出部223の根本部分をも覆うセパレータ23をも
つ。すなわち、セパレータ23は、負極板22の突出部
223の根本部分にまで突出して同根本部分を覆ってお
り、短絡防止層を形成している。
【0175】そればかりではなく、負極板22の両面を
覆う二枚のセパレータ23は、負極板22の非突出部2
25の端面に当接する部分で、互いに融着しており、融
着部231を形成している。融着部231は、巻回電極
体の巻回工程以前に負極板22に接合されたセパレータ
23の端部が、一対のホットローラに挟まれて融着され
ている。融着部231では、多孔質のセパレータ23の
孔のうち大半がふさがり、おおむね絶縁性になってい
る。
【0176】実施例2の巻回電極電池その他の部分の構
成は、前述の実施例1の構成と同様である。
【0177】(実施例2の作用効果)本実施例では、負
極板22に対して両面から二枚のセパレータ23が接合
された状態で巻回工程が行われるので、セパレータ23
の巻ずれが起こらない。
【0178】それゆえ、図5に示すように、負極板22
の突出部223の根本部分は、両面とも、セパレータ2
3によって覆われているので、巻ずれにより正極板21
の非突出部21が図5の下方へずれたとしても正極板2
1の非突出部215が負極板22の突出部223に接触
することがなく、短絡が防止されている。また、負極板
22の非突出部225は、二枚のセパレータ23の融着
部231で覆われているので、たとえ巻ずれが起こった
としても正極板21の突出部213に接触することがな
く、短絡が防止されている。
【0179】したがって、本実施例の巻回電極電池によ
っても、電池内部での正負両極間での短絡が確実に防止
されるので、電池内部での短絡による不良品の発生率が
低下して製品の歩留まり率が向上するという効果があ
る。
【0180】
【実施例3】(実施例3の構成)本発明の実施例3とし
ての巻回電極電池は、図6に示すように、正負両極2
1,22の両面に、突出部213,223の根本部分に
至るまで、多孔質被膜217,227が形成されてい
る。すなわち、セパレータは、正極板21及び負極板2
2の電極表面に一体的に形成された多孔質被膜217,
227である。換言すれば、前述の実施例1及び実施例
2のフィルムセパレータ23に代わって、フィルムセパ
レータ23と同様の作用をする多孔質被膜217,22
7が、正負両極21,22の表面に付着して一体的に形
成されている。
【0181】実施例3の巻回電極電池その他の部分の構
成は、前述の実施例1の構成と同様である。
【0182】(実施例3の製造方法)本実施例の正負両
極21,22に形成された多孔質被膜217,227
は、次のような形成方法で形成される。
【0183】先ず、固形分濃度が25%になるように、
ポリフェニレンエーテル(商品名NOLYL PPO5
34/GEプラスチック社製)を、Nメチルピリドン中
に110℃で溶解させ、高分子溶液が得られた。次に、
正負の電極を形成するアルミ箔及び銅箔の表面に塗布さ
れた活物質の上から、正負両極21,22に同高分子溶
液がブレードコータによって塗布された。
【0184】しかる後、前記高分子溶液が塗布された正
負両極21,22は、水中に3分間浸漬され、水中から
引き上げられて乾燥させられ、水分が除去された。こう
して、厚さ約25μmの多孔質被膜217,227が、
正負両極21,22の表面に形成された。
【0185】(実施例3の作用効果)多孔質被膜21
7,227は、図7に示すように、正負両極21,22
の突出部213,223の根本部分にまで形成されてい
る。それゆえ、突出部213,223と非突出部21
5,225との間には多孔質被膜217,227が介在
して短絡を防止している。したがって、本実施例の巻回
電極電池においては、電池内部での正負両極21,22
の間の短絡が有効に防止されている。
【0186】そればかりではなく、二枚のフィルムセパ
レータ23がなく、巻回工程において巻回されるのは多
孔質被膜217,227をもつ正負両極21,22の二
枚だけであるので、巻回工程が簡素化される。また、セ
パレータ23の巻ずれを生じる恐れもなくなる。
【0187】したがって、本実施例の巻回電極電池によ
れば、前述の実施例1,2と同様に電池内での短絡が防
止されているのみならず、巻回電極体の巻回工程が簡素
化されて巻ずれが防止され、歩留まりがさらに向上する
という効果がある。
【0188】(実施例3の変形態様)前述の多孔質被膜
217,227を形成する高分子材料としては、適用す
る巻回電極電池の電解液に不溶な各種の樹脂を使用する
ことができる。たとえば、ポリエチレンやポリプロピレ
ンのような通常セパレータ23の材料に使用される樹脂
の使用が可能である。その他にも、ポリベンゾイミダゾ
ール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミイミ
ド、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリア
セタール、ポリアミド、ポリフェニレンスルフィド、ポ
リエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケト
ン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリエチレンナフタレート、エチレン−シク
ロオレフィン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フッ化
ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオ
ロエチレン共重合体、その他の樹脂の使用が可能であ
る。
【0189】一方、前記高分子溶液を製造するための溶
剤としては、Nメチルピロリドン、ジメチルスルホキシ
ド、ジメチルスルホアミド、ジメチルアセトアミド、ト
ルエン、キシレン、シクロヘキサン、ヘプタン等が使用
可能である。溶剤の選定は、前記樹脂の種類に合わせて
行われる。
【0190】ここで、前記高分子溶液の粘度を塗布に適
した大きさに調整する目的で、前記溶剤にメチルセルロ
ース、ポリエチレンオキシド、またはポリビニルアルコ
ール等の増粘剤を少量添加しても良い。また、均質で均
一な厚さの膜を得るために、界面活性剤、消泡剤あるい
は表面調整剤等を前記溶剤に添加しても良い。さらに、
多孔質被膜217,227の強度を向上させる目的で、
グラスファイバーまたはカーボンファイバー等の無機繊
維や、アラミド、ポリフェニレンスルフィドまたはポリ
エステル等の高分子繊維を前記溶剤に添加しても良い。
【0191】さらにまた、より微細な孔が無数に形成さ
れた多孔質被膜を電極表面に形成する目的で、前記高分
子溶液に塩を加えても良い。塩としてはリチウム塩が望
ましく、たとえば、塩化リチウム、硝酸リチウム、ヨウ
化リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、リチウム
ビストリフルオロメチルスルホニルイミド及び六フッ化
ひ酸リチウムなどが望ましい。このような塩の含有量と
しては、前記高分子材料を100重量部とすると、5〜
20重量部であることがより望ましい。
【0192】以上のようにして得られた高分子溶液から
多孔質被膜217,227を形成する方法としては、先
ず、塗布方法としてダイコータを用いる方法の他に、ロ
ールコータまたはナイフコータを用いる方法がある。ま
た、正負両極21,22の表面に多孔質被膜217,2
27を析出させる方法としては、前述のように高分子溶
液中の樹脂が溶けずに溶剤だけが溶け込む貧溶媒中に浸
漬する方法のほかに、貧溶媒の蒸気で満たされた雰囲気
中に暴露する方法がある。このような方法を取ることに
より、高分子溶液を分散液化した後、ゲル化して樹脂を
析出するに至らせることができる。析出した樹脂は、緻
密なスキン層を表面に形成し、内部には空孔率が大きな
スポンジ層を形成して、セパレータとしての作用をもつ
多孔質被膜217,227を形成するに至る。
【0193】前記貧溶媒としては、前記溶剤の種類によ
るが、水、アルコール、ケトン及びドデカン等のアルカ
ン類等の使用が可能である。また、前記溶剤と前記貧溶
媒との組み合わせ如何によって、形成された多孔質被膜
217,227の前記スキン層の孔径や空孔率、厚さ等
を適正に設定することが可能である。なお、前記高分子
溶液がゲル化した後、溶剤及び貧溶媒を除去する目的
で、正負両極21,22を恒温槽または真空乾燥機等で
乾燥させるとよい。また、多孔質被膜217,227の
膜厚及び空孔率等を調整する目的で、多孔質被膜21
7,227が形成された正負両極21,22に、ロール
プレスまたは平板プレス等を施しても良い。
【0194】
【実施例4】(実施例4の構成)本発明の実施例4とし
ての巻回電極電池は、図8に示すように、負極板22の
両面が多孔質被膜227に覆われており、正極板21は
多孔質被膜に覆われてはいない。また、負極板22は両
面が多孔質被膜227に覆われているばかりではなく、
非突出部225も多孔質被膜227が熱圧着された絶縁
層228で覆われている。絶縁層228は、多孔質被膜
227を負極板22の両面に形成する際に、負極板22
の非突出部225にも多孔質被膜227が厚く形成され
るように高分子溶液が塗布され、しかる後、多孔質被膜
227の形成後に熱圧着によって形成されている。
【0195】実施例4の巻回電極電池その他の部分の構
成は、前述の実施例1の構成と同様である。
【0196】(実施例4の作用効果)本実施例の巻回電
極電池では、図9に示すように、負極板22の突出部2
23の根本部分まで多孔質被膜227によって覆われて
いるので、仮に正極板21が図9の下方にずれたとして
も正極板21の電極が露出した非突出部215と負極板
22との間での短絡が防止されている。さらに、負極板
22の非突出部225が絶縁層228よって覆われてい
るので、正極板21の電極が露出した突出部213と負
極板22の非突出部225との間での短絡も防止されて
いる。
【0197】ここで、多孔質被膜227は負極板22に
のみ形成されており、正極板21には形成されていない
ので、多孔質被膜227の形成に要する工数は前述の実
施例3と比較して半減している。また、多孔質被膜22
7の材料も前述の実施例3と比較して半減している。そ
れゆえ、本実施例での多孔質被膜227及び絶縁層22
8の形成に要する費用は、実施例3でのほぼ半分とする
ことができる。
【0198】また、実施例3と同様に、巻回電極体の巻
回工程も簡素化されている。
【0199】そればかりではなく、セパレータの作用を
もつ多孔質被膜227が正負両極21,22の間に一層
しか配設されないので、電池の内部抵抗が低減され、よ
り大出力を得ることが可能になる。
【0200】したがって、本実施例の巻回電極電池によ
れば、前述の各実施例と同様に歩留まりが向上するばか
りではなく、最大出力も向上し、より安価に製品を提供
することが可能になるという効果がある。
【0201】(実施例4の変形態様)本実施例では、多
孔質被膜227及び絶縁層228が負極板22に形成さ
れていたが、負極板22に形成する代わりに正極板21
に形成する変形態様が実施可能である。本変形態様によ
っても、実施例4と同様の作用効果が得られる。
【0202】
【実施例5】(実施例5の構成)本発明の実施例5とし
ての巻回電極体は、図10に示すように、前述の実施例
1の正極板21と同様の正極板21と、前述の実施例3
と同様の負極板22とを有し、フィルム状のセパレータ
23はこれを有しない。
【0203】すなわち、実施例1と同様に、正極板21
の突出部213の根本部分には、両面に絶縁層216が
形成されている。また、実施例3と同様に、負極板22
の両面には、突出部223の根本部分に至るまで多孔質
被膜227が形成されている。
【0204】実施例5の巻回電極電池その他の部分の構
成は、前述の実施例1の構成と同様である。
【0205】(実施例5の作用効果)本実施例では、図
11に示すように、正負両極21,22の間で短絡が防
止されている。すなわち、正極板21の突出部213の
根本部分には両面に絶縁層216が形成されているの
で、負極板22の非突出部225と正極板21の突出部
213との間は絶縁されており、よほど大きな巻ずれが
ない限り短絡が生じることはない。また、負極板22の
突出部223の両面には、根本部分に至るまで多孔質被
膜227が形成されているので、正極板21が図11の
下方にずれたとしても正極板21の突出部223と負極
板22の非突出部215との間での短絡が防止されてい
る。
【0206】なお、フィルム状のセパレータ23は使用
されていないので、巻回電極体の巻回工程は簡素化され
ている。
【0207】したがって、本実施例の巻回電極電池によ
れば、前述の各実施例と同様に、電池内部での短絡が防
止されているので歩留まりが向上するという効果があ
る。
【0208】(実施例5の変形態様)本実施例は、実施
例1と実施例3との組み合わせによって成立した実施例
である。本実施例と同様に、実施例1ないし実施例4の
うち適正な実施例を組み合わせることにより、新たな実
施例ないし変形態様を構成することが可能である。
【0209】
【実施例6】(実施例6の構成)本実施例の積層型電池
は、図12にその構造を概略的に示すように、リチウム
イオンを放出及び吸蔵することができる円板状の正極板
310と、正極板310から放出されたリチウムイオン
を吸蔵及び放出できる円板状の負極板320とが積層さ
れてなる積層電極体300と、正極板310及び負極板
320の間に介在する電解液340とを備えるコイン型
のリチウムイオン二次電池である。
【0210】正極板310、負極板320及び電解液3
30は、ステンレスよりそれぞれなる正極ケース340
及び負極ケース350を組み合わせて形成された空間内
に固定されている。その空間は、ポリプロピレンよりな
るガスケット360により密封されている。すなわち、
正極ケース340及び負極ケース350は、外部に電力
を供給する正負一対の電極端子として働く。
【0211】[正極板の構成]正極板310は、アルミ
ニウムよりなる円板状の正極集電板312上に、LiM
24が含まれる正極活物質層314が一体的に形成さ
れてなる電極板である。この正極板310は、次のよう
にして形成したものである。
【0212】正極活物質としてLiMn24粉末を用意
するとともに、導電材として人造黒鉛からなる炭素粉末
(KS−15)を用意した。また、結着剤としてポリビ
ニリデンフロライド(PVDF)を用意し、分散溶媒と
してNMPを用意した。これらLiMn24粉末及び炭
素粉末をPVDFとともにNMPに加え、よく混ぜ合わ
せてスラリー様の正極用合剤を得た。ここでは、LiM
24粉末、炭素粉末及びPVDFを87:10:3の
重量比で配合した。
【0213】その一方で、正極板310を構成するのに
必要な正極集電板312の所定面積よりも大きな面積を
有するアルミニウム箔を用意した。このアルミニウム箔
の片面上に、先に調製した正極用合剤を塗布して正極合
剤層を形成した。この正極合剤層を、正極集電板312
もろとも高温槽で十分に乾燥させた後、プレス処理して
所定の密度にして正極活物質層314を得た。
【0214】最後に、この正極活物質層314が形成さ
れたアルミニウム箔を、打ち抜きプレスにより、所定形
状(φ14mmの円板状)に打ち抜いて、正極集電板3
12と負極活物質層314とからなる正極板310を得
た。
【0215】[負極板の構成]負極板320は、銅箔よ
りなる負極集電板322上に、炭素材を含む負極活物質
層324が形成された電極板であり、正極板310と対
向する負極本体部320aと、正極板310の側端に対
して突出した突出部320bとを一体的に有する。この
突出部320bは、その表面上に短絡防止層326aを
もつ。なお、本電池では、正極板310に対して反対側
に位置する負極板320の表面が負極ケース350に接
着されており、その突出部320bも負極ケース350
に接着されている。
【0216】また、負極板320は、短絡防止層326
aと同体的に形成された多孔質被膜326をその表面上
に一体的に有する。この多孔質被膜326は、正極板3
10及び負極板320の間に介在するように配置され、
正極板310と負極板320とを隔離して絶縁するとと
もに、電解液に含まれる電解質を通過させるセパレータ
として働く。
【0217】この多孔質被膜326を表面上に備えた負
極板320の製造方法については、後に詳しく説明する
ことにする。
【0218】一方、電解液330は、エチレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートとをそれぞれ所定の割合で
混合して得た溶媒に、電解質としてLiPF6を1モル
/リットルの濃度で溶解して調製したものである。
【0219】正極板310及び負極板を、それぞれ正極
ケース340及び負極ケース350に溶接して溶接体を
形成し、これらの溶接体を組み合わせた。続いて電解液
330を正極板310及び負極板320の間に注入した
後、ガスケット6、6で密封して、図12に示されるコ
イン型電池を完成した。
【0220】(負極板の製造方法)上記の電池に用いた
負極板320は、以下のようにして製造したものであ
る。 [電極形成工程]負極活物質としてメソフェーズマイク
ロビーズ(MCMB)粉末を用意した。また、結着剤と
して、SBRラテックスと、親水性高分子材料であるカ
ルボキシルメチルセルロースナトリウム塩と、架橋剤で
あるシランカップリング剤とをそれぞれ用意した。それ
らを、MCMB:SBRラテックス:カルボキシルメチ
ルセルロースナトリウム塩:シランカップリング剤=9
5:3:1:1の固形分比率で配合し、水を分散媒(溶
媒)として用い、よく混合してペースト状の負極活物質
含有合剤(負極用合剤)を調製した。その一方で、負極
板320を構成するのに必要な負極集電板322の所定
面積よりも大きな面積を有する銅箔を用意した。
【0221】次いで、この銅箔の片面上に、先に調製し
た負極用合剤をブレードコーターを用いて塗布し、負極
合剤層を形成した。
【0222】この負極合剤層を銅箔もろとも高温槽で乾
燥させることにより、負極合剤層中の水分を揮発させて
除去し、負極合剤層を固化させた。続いて、この固化さ
せた負極合剤層を所定の密度となるようにプレス成形
し、さらに恒温槽で110℃×1時間加熱することによ
り、カルボキシルメチルセルロースナトリウム塩とシラ
ンカップリング剤との架橋反応を促進し、耐有機溶剤性
及び耐水性に優れた負極活物質層324を銅箔上に得
た。
【0223】最後に、この負極活物質層324が形成さ
れた銅箔を、打ち抜きプレスにより、突出部320bを
構成する集電板部分を有するように所定形状(φ15m
mの円板状)に打ち抜いて、負極本体部320aと突出
部320bとが一体となった負極板を得た。 [高分子合剤層形成工程]先ず、高分子材料であるポリ
フェニレンエーテル(GEプラスチック社製、PPO5
34)と、リチウムイミド塩であるリチウムビストリフ
ルオロスルホニルイミドと、それらの分散媒であるNM
Pとを、それぞれ25:5:75の重量比で混合して高
分子合剤を調製した。また、増粘剤を所定量加えて、高
分子合剤の粘度を調整した。なお、この高分子合剤の調
製後に、所定の加熱方法により高分子合剤を100℃の
温度まで除々に昇温させて、ポリフェニレンエーテルと
リチウムビストリフルオロスルホニルイミドとを合剤中
に均一に溶解させた。
【0224】こうして得られた高分子合剤を、ブレード
コータを用いて先の電極形成工程で得た負極板の負極本
体部と突出部との負極活物質層322上に所定厚さで塗
布して、高分子合剤層を形成した。なお、負極活物質層
322上に塗布された高分子合剤は、その高粘度により
負極活物質層322の空孔内の空気と置換することはな
かった。 [高分子析出工程]高分子合剤層が形成された負極板を
エタノール中に浸漬して、NMPとエタノールとの置換
と同時に、高分子合剤層中のリチウムビストリフルオロ
スルホニルイミドの抽出を行った。その結果、高分子合
剤層がゲル化し、この高分子合剤層中にポリフェニレン
エーテルが均質に析出した。 [乾燥工程]ポリフェニレンエーテルが析出した高分子
合剤層に、80℃の熱風を吹きかけ、その高分子合剤層
を乾燥させた。その結果、高分子合剤層が多孔質の層と
なって短絡防止層326aを同体的に有する多孔質被膜
326が得られた。
【0225】こうして、短絡防止層326aを同体的に
有する多孔質被膜326が表面に一体的に形成された負
極板320を得た。
【0226】なお、本例で形成された多孔質被膜326
は、実施例3で形成された多孔質被膜217,227よ
りも、空孔をさらに微細に有するものであった。このよ
うな多孔質被膜が形成されたのは、高分子材料の貧溶媒
に可溶な塩が高分子合剤に加えられており、この塩が貧
溶媒に抽出されて、高分子合剤層の多孔質化が促進され
たものと考えられる。
【0227】また、この多孔質被膜326は、その厚み
方向に対し、スポンジ状の中央部と、該中央部に比べて
孔径の小さい空孔を緻密に有する表面部とを備えるもの
であった。このような多孔質被膜が形成された理由とし
て、次のことが考えられる。
【0228】高分子合剤層形成工程においては、高分子
材料が微細に分散した高分子合剤層が負極板の表面上に
形成される。続く、高分子析出工程においては、高分子
合剤層中の良溶媒と貧溶媒とが置換するが、このとき、
高分子合剤層の表面部においては、良溶媒と貧溶媒とが
急速に置換するため、高分子材料がポリマー凝集を起こ
し、その高分子材料が中央部よりも微細に析出する。一
方、中央部においては、良溶媒と貧溶媒との置換は表面
部に比べれば遅いものの比較的速くかつ均質に進むた
め、高分子材料がフィブリル状にかつ比較的細く析出
し、かつその間隙(後に空孔となる)が揃った大きさで
均一に析出する。こうして、中央部と表面部とで高分子
材料の析出形態の異なった高分子合剤層が得られる。
【0229】そして、次の乾燥工程において、高分子合
剤層中に含まれる溶媒が蒸発して多孔質となる。このと
き、中央部においては、フィブリルの間隙中の溶媒が除
去されて、空孔が揃った大きさで均一に形成され、スポ
ンジ状の構造体が得られる。一方、表面部においては、
微細に析出したポリマー凝集体の間隙中の溶媒が除去さ
れて、中央部に比べて孔径の小さい空孔を緻密に有する
構造体が得られる。
【0230】こうして、厚さ方向に対して、スポンジ状
の中央部と、該中央部に比べて孔径の小さい空孔を緻密
に有する表面部とを備える多孔質被膜が形成されたもの
と考えられる。
【0231】(実施例6の作用効果)多孔質被膜326
は、図12に示したように、負極板320の突出部上に
形成されている。それゆえ、負極板320の突出部32
0bと正極板310の側端部(非突出部)との間には短
絡防止層326a(多孔質被膜326)が介在して短絡
を防止している。したがって、本実施例の積層型電池に
おいては、電池内部での正極板310及び負極板320
の間の短絡が有効に防止されている。
【0232】また、正極板310の非突出部に、打ち抜
きによるバリが生じていても、負極板320の突出部3
20bに短絡防止層326aが配設されているため、同
様にして正負両極の間での短絡は防止される。
【0233】したがって本実施例の積層型電池によれ
ば、電池内部での正負両極の間での短絡は確実に防止さ
れるので、製品の歩留まり率がより高い積層型電池を提
供することができるという効果がある。
【0234】そればかりではなく、正極板310と負極
板320との間にフィルムセパレータがなく、電池の組
立工程(電極の積層工程)において積層されるのは、正
極板310と、多孔質被膜326をもつ負極板320だ
けであるので、電池の組立工程が簡素化される。また、
セパレータの積層ずれが生じる恐れもなくなる。
【0235】したがって、本実施例の積層型電池によれ
ば、電池内での短絡が防止されているのみならず、電池
の組立工程が簡素化されて積層ずれが防止され、歩留ま
りがさらに向上するという効果がある。
【0236】(評価方法)以上のようにして作製した積
層型電池を、表1に示す充放電条件により充放電を繰り
返し、サイクル毎にその放電容量を測定した。その測定
結果を図13に示す。なお、図13では、測定された放
電容量を、正極活物質1g当たりの量に換算して示し
た。
【0237】
【表1】
【0238】図13より、正極活物質1g当たりの初期
容量は101(mAh/g)と高い値であることがわか
る。この結果より、本実施例の積層型電池が高容量を有
することがわかる。
【0239】このような結果が得られたのは、微細な孔
を均質に有する上、厚み方向に対して、スポンジ状の中
央部と、該中央部に比べて孔径の小さい空孔を緻密に有
する表面部とを備える多孔質被膜326が一体的に形成
された負極板320を用いたためであると考えられる。
すなわち、多孔質被膜326での電解質の通過がスムー
ズになされ、電池の負荷特性及び出力特性が向上したも
のと考えられる。
【0240】
【実施例7】本実施例では、高分子析出工程において、
貧溶媒として水を用いたことの他は、実施例6と同様に
して、多孔質被膜が表面に一体的に形成された負極を製
造した。
【0241】本実施例で形成された多孔質被膜は、均一
な大きさの孔径の空孔を均一な分布で有し、空孔の実質
的な開口率が大きくなっているものであった。このよう
な多孔質被膜が形成されたのは、高分子析出工程におい
て、貧溶媒として水を用いたことにより、良溶媒である
NMPと貧溶媒との置換速度が遅くなって、均一な大き
さの孔径の空孔が均一な分布で形成され、かつ空孔の実
質的な開口率が大きくなったものと考えられる。
【0242】次いで、この負極を用い、実施例6と同様
にして、リチウムイオン二次電池であってコイン型の積
層型電池を作製した。この積層型電池を表1に示す充放
電条件により充放電を繰り返し、サイクル毎にその放電
容量を測定した。その測定結果を図13に併せて示す。
なお、本実施例についても、実施例6と同様に、測定さ
れた放電容量を正極活物質1g当たりの量に換算して、
図13に示した。
【0243】図13に示すように、正極活物質1g当た
りの初期容量は106(mAh/g)と高い値であっ
た。この結果より、本実施例の積層型電池は、実施例6
の積層型電池よりもさらに高容量を有することがわか
る。
【0244】このような結果が得られたのは、均一な大
きさの孔径の空孔を均一な分布で有し、かつ空孔の実質
的な開口率が大きくなっている多孔質被膜が形成された
負極を用いたため、その多孔質被膜における電解質の通
過が、実施例6で形成された多孔質被膜よりもさらにス
ムーズになされるようになったことが考えられる。その
結果、積層型電池の大電流放電時の電池特性が向上した
と考えられる。
【0245】
【実施例8】以下のようにして形成した負極を用いた他
は、実施例6と同様にして積層型電池を作製した。
【0246】先ず、負極活物質としてMCMB粉末を用
意した。また、結着剤として、SBRラテックスと、親
水性高分子材料であるカルボキシルメチルセルロースと
をそれぞれ用意した。それらを、MCMB:SBRラテ
ックス:カルボキシルメチルセルロース=95:4.
7:0.3の固形分比率で配合し、水を分散媒(溶媒)
として用い、よく混合してペースト状の負極活物質含有
合剤(負極用合剤)を調製した。その一方で、負極を構
成するのに必要な負極集電板の所定面積よりも大きな面
積を有する銅箔を用意した。
【0247】次いで、この銅箔の片面上に、先に調製し
た負極用合剤をブレードコーターを用いて塗布し、負極
合剤層を形成した。
【0248】この負極合剤層を負極集電板もろとも高温
槽で乾燥させることにより、負極合剤層中の水分を揮発
させて除去し、負極合剤層を固化させた。続いて、この
固化させた負極合剤層を所定の密度となるようにプレス
成形して、負極活物質層を銅箔上に得た。
【0249】最後に、この負極活物質層が形成された銅
箔を、打ち抜きプレスにより、突出部を構成する集電板
部分を有するように所定形状(φ15mmの円板状)に
打ち抜いて、負極本体部と突出部とが一体となった負極
板を得た。
【0250】次いで、この負極板の表面上に多孔質被膜
を次のようにして形成した。
【0251】先ず、固形分濃度が25重量%のポリフェ
ニレンエーテル(GEプラスチック社製、PPO53
4)と、リチウムビストリフルオロメチルスルホニルイ
ミドとをそれぞれNMPに溶解して、ペースト状の高分
子合剤を調製した。なお、本実施例では、ポリフェニレ
ンエーテルの含有量を100重量部とすると、リチウム
ビストリフルオロメチルスルホニルイミドが20重量部
含有されるように、高分子合剤を調製した。
【0252】こうして得られた高分子合剤を、先に得た
負極板の表面上にブレードコータを用いてほぼ均一な厚
さで一様に塗布して高分子合剤層を形成した。この高分
子合剤層を負極板もろとも水中に2分間浸漬し、引き上
げて乾燥した。その結果、負極板上に、短絡防止層を同
体的に有する多孔質被膜が形成された。
【0253】この多孔質被膜の表面を走査型電子顕微鏡
(SEM)を用いて観察した結果、図14のSEM写真
に写されているように、最大孔径が80nmの空孔が緻
密に形成されていることがわかった。
【0254】一方、その多孔質被膜の断面をSEMを用
いて観察した結果、図15のSEM写真に写されている
ように、多孔質被膜が電極板上に一体的に形成されてい
ることがわかった。
【0255】次いで、多孔質被膜の表面付近の厚み方向
の断面をさらに詳細に観察した結果、表面より1μm以
内では図16のSEM写真に写されているように、小さ
な空孔が緻密に形成されていることが確認できるととも
に、フィブリルが比較的細く、長径及び短径も比較的揃
っていることがわかった。
【0256】また、多孔質被膜の中央付近の厚み方向の
断面をさらに詳細に観察した結果、図17のSEM写真
に写されているように、空孔がスポンジの空孔のように
存在していることがわかった。
【0257】従って、本実施例で形成された多孔質被膜
は、SEMによる観察の結果、その厚み方向に対して、
スポンジ状の中央部と、該中央部に比べて孔径の小さい
空孔を緻密に有する表面部とを備えていることがわかっ
た。
【0258】
【実施例9】負極板の表面上に次の高分子合剤を用いて
多孔質被膜を形成した他は、実施例8と同様にして負極
を製造した。
【0259】ポリフェニレンエーテルの含有量を100
重量部とすると、リチウムビストリフルオロメチルスル
ホニルイミドが10重量部含有されるように高分子合剤
を調製した。
【0260】こうして製造された負極を用いて、実施例
6と同様にして積層型電池を作製した。
【0261】
【実施例10】負極板の表面上に次の高分子合剤を用い
て多孔質被膜を形成した他は、実施例8と同様にして負
極を製造した。
【0262】ポリフェニレンエーテルの含有量を100
重量部とすると、リチウムビストリフルオロメチルスル
ホニルイミドが5重量部含有されるように高分子合剤を
調製した。
【0263】こうして製造された負極を用いて、実施例
6と同様にして積層型電池を作製した。
【0264】
【実施例11】負極板の表面上に次の高分子合剤を用い
て多孔質被膜を形成した他は、実施例8と同様にして負
極を製造した。
【0265】固形分濃度が25重量%のポリフェニレン
エーテル(GEプラスチック社製、PPO534)をN
MPに溶解して、ペースト状の高分子合剤を調製した。
すなわち、本実施例では、リチウムビストリフルオロメ
チルスルホニルイミドを含有させずに高分子合剤を調製
した。この高分子合剤を用いて、実施例8と同様にして
多孔質被膜を負極板の表面上に形成した。
【0266】こうして製造された負極を用いて、実施例
6と同様にして積層型電池を作製した。
【0267】
【実施例8〜11の積層型電池の評価】上記のように作
製された実施例8〜11の各積層型電池について、次の
充放電条件によってそれぞれ放電容量を測定した。
【0268】1mA/cm2 の定電流、4.2Vの定電
圧で合計4時間充電した後、0.5〜12mA/cm2
の定電流で放電を行った。各積層型電池の放電容量の測
定結果をそれぞれ表2及び図18に示す。なお、図18
では、測定された放電容量を、正極合剤1g当たりの量
に換算して示した。
【0269】
【表2】
【0270】表2及び図18より、実施例8〜10の各
積層型電池では、いずれも実施例11の積層型電池に比
較して、放電負荷特性に優れていることがわかった。従
って、この結果から、リチウム塩として、リチウムビス
トリフルオロメチルスルホニルイミドを用いることによ
り、表面の緻密な層の多孔質化が可能になることがわか
った。
【0271】また、表2及び図18より、実施例8〜1
0の積層型電池では、低電流及び高電流のいかなる電流
によっても実施例11の積層型電池よりも大きな放電容
量が得られることがわかる。また、実施例8〜10の積
層型電池の中でも、実施例8の積層型電池では、高電流
になっても容量の低下が少ないことがわかる。これらの
結果から、高分子合剤の調製の際、高分子材料の含有量
を100重量部として、リチウム塩の含有量を5〜20
重量部にすると、低電流及び高電流のいかなる電流によ
っても十分に高い放電容量を容易に得られることがわか
る。
【0272】
【実施例12】本実施例の積層型電池は、図19にその
構造を概略的に示すように、負極板320’の構成と、
多孔質被膜326の代わりに負極板320’とは別に形
成されたセパレータ380が用いられていることとの他
は実施例6と同じ構成の積層型電池である。この積層型
電池では、負極板320’が、正極活物質層314より
も大きな径を有する負極集電体322’と、正極活物質
層314よりも小さな径を有する負極活物質層324’
とから構成されている。それゆえ、負極集電体322’
の周縁部322bが、正極板310の側端に対して突出
している突出部となっている。また、セパレータ380
は、正極活物質層314と負極活物質層324’との間
に介在しており、このセパレータ380はポリプロピレ
ンより形成されている。
【0273】本実施例では、負極集電体322’の周縁
部322bの根本部分の表面上に、負極活物質層32
4’と同じ層の厚さの短絡防止層370が形成されてい
る。この短絡防止層370は、親水性高分子材料である
水分散性のフッ素樹脂と、水溶性高分子からなる増粘剤
とを用いて調製したペーストを塗布、乾燥、焼き付ける
などして形成することができる。
【0274】本実施例の積層型電池においては、セパレ
ータ380が積層ずれを起こしても、負極集電体32
2’の周縁部322b(負極板の突出部)と正極活物質
層324’の側端部(正極板の側端部)との間には短絡
防止層370が介在して正負両極の短絡を防止してい
る。
【0275】また、正極板の側端部に、打ち抜きによる
バリが生じていても、負極集電体322’の周縁部32
2b上に短絡防止層370が配設されているため、同様
にして正負両極の間での短絡は防止される。
【0276】したがって本実施例の積層型電池によれ
ば、電池内部での正負両極の間での短絡は確実に防止さ
れるので、製品の歩留まり率がより高い積層型電池を提
供することができるという効果がある。
【0277】
【実施例13】本実施例の積層型電池は、図20に示す
ように略直方体状の積層電極体を備える角型のリチウム
二次電池である。この積層電極体は、図26に示すよう
に、それぞれ略方形状の正極板410及び負極板420
とが交互に積層されたものである。 {正極板の構成}正極板410は、図21に示すよう
に、長方板状の正極本体410aと、短冊状の突出部4
10bとから構成されている。
【0278】正極本体410aは、アルミニウム箔より
なる方形板状の正極集電部412上に、LiMn24
含まれる正極活物質層414が一体的に形成されてな
る。
【0279】また、突出部410bは、金属箔よりな
り、かつ正極本体410aを構成する正極集電部412
と一体的に形成されたもので、正極端子(図示せず)に
接続される。この突出部410bは、正極集電部412
と同体的に形成してもよい。この突出部410bの根本
部分の表面上には、絶縁体よりなる短絡防止層416が
形成されている。 {正極板の形成方法}例えば、この正極板410は次の
ようにして形成することができる。
【0280】正極活物質としてLiMn24粉末を用意
するとともに、導電材として人造黒鉛からなる炭素粉末
(KS−15)を用意する。また、結着剤としてポリビ
ニリデンフロライド(PVDF)を用意し、分散溶媒と
してNMPを用意する。これらLiMn24粉末及び炭
素粉末をPVDFとともに所定の配合割合でNMPに加
え、よく混ぜ合わせてスラリー様の正極用合剤を得る。
【0281】その一方で、図22に示すように、正極本
体を構成する正極集電部412と、突出部410bとが
同体的に形成された正極集電板を用意する。この正極集
電板は、シート状のアルミニウム箔をプレス打ち抜き法
などにより打ち抜いて形成することができる。この正極
集電板の正極集電部412の両面上に、先に調製した正
極用合剤を塗布して正極合剤層を形成する。この正極合
剤層を高温槽で十分に乾燥させた後、プレス処理により
所定の密度にして、図23に示す正極活物質層414を
得る。
【0282】この正極活物質層414が形成された集電
板の突出部410bの根本部分に、親水性高分子材料で
ある水分散性のフッ素樹脂と、水溶性高分子からなる増
粘剤とを用いて調製したペーストを塗布、乾燥、焼き付
けるなどして短絡防止層を形成する。こうして、図21
に示した正極板を得ることができる。 {負極板の構成}負極板420は、図24に示すよう
に、長方板状の負極本体420aと、短冊状の突出部4
20bとから構成されている。
【0283】負極本体420aは、銅箔よりなる方形板
状の負極集電部422上に、炭素材が含まれる負極活物
質層424が一体的に形成されてなる。
【0284】また、突出部420bは、金属箔よりな
り、かつ正極本体420aを構成する負極集電部422
と一体的に形成されたもので、負極端子(図示せず)に
接続される。この突出部420bは、負極集電部422
と同体的に形成してもよい。この負極活物質層424及
び突出部420bの根本部分の表面上には、多孔質被膜
426が形成されている。突出部420bの根本部分の
表面上に形成された多孔質被膜の部分が、短絡防止層4
26aに相当する。 {負極板の製造方法}例えば、この負極板420は次の
ようにして形成することができる。
【0285】先ず、負極活物質としてMCMB粉末を用
意する。また、結着剤として、SBRラテックスと、親
水性高分子材料であるカルボキシルメチルセルロースと
をそれぞれ用意する。それらを、MCMB:SBRラテ
ックス:カルボキシルメチルセルロース=95:4.
7:0.3の固形分比率で配合し、水を分散媒(溶媒)
として用い、よく混合してペースト状の負極活物質含有
合剤(負極用合剤)を調製する。その一方で、負極本体
を構成する負極集電部422と、突出部420bとが同
体的に形成された負極集電板を用意する。この負極集電
板は、シート状の銅箔をプレス打ち抜き法などにより打
ち抜いて形成することができる。
【0286】次いで、この負極集電板の両面上に、先に
調製した負極用合剤をブレードコーターを用いて塗布
し、負極合剤層を形成する。この負極合剤層を高温槽で
乾燥させることにより、負極合剤層中の水分を揮発させ
て除去し、負極合剤層を固化させる。続いて、この固化
させた負極合剤層を所定の密度となるようにプレス成形
して、図25に示すように負極集電部422上に負極活
物質層424を得る。
【0287】こうして、負極本体420aと突出部42
0bとが一体となった負極板を得る。次いで、この負極
板の表面上に多孔質被膜426を次のようにして形成す
る。
【0288】先ず、固形分濃度が25重量%のポリフェ
ニレンエーテル(GEプラスチック社製、PPO53
4)と、リチウムビストリフルオロメチルスルホニルイ
ミドとをそれぞれNMPに溶解して、ペースト状の高分
子合剤を調製した。なお、本実施例では、リチウムビス
トリフルオロメチルスルホニルイミドが、合剤全体を1
00重量%とすると5重量%含有されるように、高分子
合剤を調製する。
【0289】こうして得られた高分子合剤を、先に得た
負極板の表面上にブレードコータを用いてほぼ均一な厚
さで一様に塗布して高分子合剤層を形成する。この高分
子合剤層を水中に2分間浸漬し、引き上げて乾燥する。
その結果、負極板上に、短絡防止層426aを同体的に
有する多孔質被膜426が形成される。 {電池の作製}以上のようにして得られた正極板410
及び負極板420を、図26に示すように、それぞれの
突出部410b、420bが重なり合わないように交互
に積層して、図20に示した積層電極体を形成する。
【0290】この電極積層体を所定の電槽に挿着し、実
施例6と同様にして調製した電解液を電槽内に注入す
る。電極端子が形成された蓋を、電極端子を積層電極体
に接続して、電槽に取り付ける。こうして角型のリチウ
ム二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例1としての巻回電極電池の全体構成を
示す断面斜視図である。
【図2】 実施例1の巻回電極体の構成を概略的に示す
断面模式図である。
【図3】 実施例1の巻回電極体と集電板等とを模式的
に示す側断面図である。
【図4】 実施例2としての巻回電極電池の全体構成を
示す断面斜視図である。
【図5】 実施例2の巻回電極体の構成を示す断面模式
図である。
【図6】 実施例3としての巻回電極電池の全体構成を
示す断面斜視図である。
【図7】 実施例3の巻回電極体の構成を示す断面模式
図である。
【図8】 実施例4としての巻回電極電池の全体構成を
示す断面斜視図である。
【図9】 実施例4の巻回電極体の構成を示す断面模式
図である。
【図10】実施例5としての巻回電極電池の全体構成を
示す断面斜視図である。
【図11】実施例5の巻回電極体の構成を示す断面模式
図である。
【図12】実施例6の積層型電池の構成を示す縦断面図
である。
【図13】実施例6及び実施例7の各積層型電池の充放
電サイクル特性をそれぞれ示すグラフである。
【図14】 実施例8の積層型電池において、その負極
に形成された多孔質被膜の表面の様子を10万倍に拡大
して示すSEM写真である。
【図15】 実施例8の積層型電池において、その負極
に形成された多孔質被膜の断面を2000倍に拡大して
示すSEM写真である。
【図16】 実施例8の積層型電池において、その負極
に形成された多孔質被膜の表面付近の厚み方向の断面を
5万倍に拡大して示すSEM写真である。
【図17】 実施例8の積層型電池において、その負極
に形成された多孔質被膜の中央付近の厚み方向の断面を
5万倍に拡大して示すSEM写真である。
【図18】 実施例8〜11の各積層型電池について、
それらの放電負荷特性をそれぞれ示すグラフである。
【図19】 実施例12の積層型電池の構成を示す縦断
面図である。
【図20】 実施例13の積層型電池において、その積
層電極体を示す斜視図である。
【図21】 実施例13積層型電池において、その積層
電極体を構成する正極板を示す図である。(a)は正極
板の正面図。(b)は(a)のA−A’における断面
図。
【図22】 実施例13の積層型電池において、その正
極板の正極集電板を示す正面図である。
【図23】 実施例13の積層型電池において、正極集
電板上に正極活物質層が形成された様子を示す図であ
る。(a)はその正面図。(b)は(a)のA−A’に
おける断面図。
【図24】 実施例13積層型電池において、その積層
電極体を構成する負極板を示す図である。(a)は負極
板の正面図。(b)は(a)のA−A’における断面
図。
【図25】 実施例13の積層型電池において、負極集
電板上に負極活物質層が形成された様子を示す図であ
る。(a)はその正面図。(b)は(a)のA−A’に
おける断面図。
【図26】 実施例13の積層型電池において、正極板
と負極板とを積層している様子(それらの電極板を重ね
合わせている様子)を示す斜視図である。
【符号の説明】
1:芯棒 13:正電極端子 11:フランジ 12:突部 14:負電極端子 15:連結ピン2:巻回電極体 21:正極板 211:集電板(アルミニウム箔) 212:正極活
物質層 213:突出部 215:非突出部 216:絶縁
層 217:多孔質被膜 22:負極板 221:集電板(銅箔) 222:負極活物質層 223:突出部 225:非突出部 226:絶縁
層 227:多孔質被膜 228:絶縁層 23:セパレータ(二枚の多孔性樹脂シート) 23
1:融着部 214:集電体(アルミニウム製) 224:集電体
(銅製) 3:ケース 31:筒部 32:蓋部 33:絶縁パッキング
34:ナット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/04 H01M 10/04 W (72)発明者 天野 忠義 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 細川 徳一 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 新開 竜一郎 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 山田 学 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 Fターム(参考) 5H003 AA01 AA04 AA08 AA10 BA03 BB11 5H021 BB12 CC00 CC17 EE02 EE08 EE10 EE15 HH02 HH10 5H022 AA09 AA18 CC19 KK03 5H028 AA05 BB07 CC05 CC08 CC10 CC12 EE06 HH02 HH05 5H029 AJ02 AJ12 AJ14 AK03 AL06 AL07 AM03 AM07 BJ02 BJ03 BJ14 CJ11 CJ22 DJ01 DJ04 DJ05 DJ07 DJ13 EJ12 HJ01 HJ04 HJ10

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シート状の正極板及び負極板と、該正極
    板及び該負極板の間に介在するセパレータとが積層され
    てなる積層電極体を有する積層型電池において、 前記正極板及び前記負極板の両電極板のうち少なくとも
    一方の該電極板は、の異なる該電極板の側端に対して
    突出した突出部を有し、該突出部は、その少なくとも根
    本部分の表面上に短絡防止層をもつことを特徴とする積
    層型電池。
  2. 【請求項2】 前記正極板、前記負極板及び前記セパレ
    ータは、共に積層された状態で巻かれた巻回電極体を構
    成し、前記突出部は、巻回軸長方向に突出している請求
    項1に記載の積層型電池。
  3. 【請求項3】 前記短絡防止層は、絶縁体よりなる請求
    項1及び請求項2のいずれかに記載の積層型電池。
  4. 【請求項4】 前記短絡防止層は、前記突出部の前記根
    本部分にまで突出した前記セパレータの端部で形成され
    ている請求項1乃至3のいずれかに記載の積層型電池。
  5. 【請求項5】 他方の電極板が前記一方の電極板の突出
    していない端部の側端に対して突出した突出部を有して
    おり、前記セパレータは、前記一方の電極板の両側及び
    該一方の電極板の前記非突出部を覆う形状を有してお
    り、前記セパレータの前記非突出端部を覆う部分は、該
    非突出部と該非突出部に隣接する前記他方の電極板の前
    記突出部の根本部分との間を隔離している請求項4に記
    載の積層型電池。
  6. 【請求項6】 前記セパレータは、前記正極板及び前記
    負極板のうち前記突出部を有する方の電極板の表面上に
    一体的に形成された多孔質被膜である請求項1乃至5の
    いずれかに記載の積層型電池。
  7. 【請求項7】 前記多孔質被膜は、ポリベンズイミダゾ
    ール、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイ
    ミド、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリ
    アセタール、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテル
    スルホン、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエ
    ステル樹脂、ポリエチレンナフタレート、エチレン−シ
    クロオレフィン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、フッ
    化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフル
    オロエチレンの共重合体のうちの少なくとも一種を含む
    請求項6に記載の積層型電池。
  8. 【請求項8】 前記ポリエステル樹脂は、ポリブチレン
    テレフタレート、ポリエチレンテレフタレートの少なく
    とも一方である請求項7に記載の積層型電池。
  9. 【請求項9】 前記多孔質被膜は、その厚み方向に対
    し、スポンジ状の中央部と、該中央部に比べて孔径の小
    さい空孔を緻密に有する表面部とを備えている請求項6
    乃至8のいずれかに記載の積層型電池。
  10. 【請求項10】 前記正極板及び前記負極板のうち少な
    くとも一方は、少なくとも活物質と結着剤とで構成さ
    れ、該結着剤は、親水基を有する親水性高分子材料が該
    親水基と結合反応した架橋剤を介して互いに架橋されて
    なる請求項1乃至9のいずれかに記載の積層型電池。
  11. 【請求項11】 シート状の電極本体と、該電極本体の
    側端より突出した突出部とを有するとともに、該電極本
    体の表面上に絶縁性の多孔質被膜を有し、かつ該突出部
    の少なくとも根本部分の表面上に該多孔質被膜と一体的
    に形成された短絡防止層を有する電極の製造方法であっ
    て、 前記電極本体と前記突出部とからなる電極板を形成する
    電極板形成工程と、 高分子材料をその良溶媒に溶解させて調製した高分子合
    剤を、該電極板の前記突出部の根本部分を含む表面に層
    状に粘着させて、その表面上に高分子合剤層を形成する
    高分子合剤層形成工程と、 前記高分子合剤層を前記高分子材料に対して難溶性の液
    に曝すことにより高分子材料を析出させる高分子析出工
    程と、 高分子材料を析出させた前記高分子合剤層を乾燥させ
    て、前記短絡防止層と多孔質被膜とを得る乾燥工程と、 からなることを特徴とする電極の製造方法。
  12. 【請求項12】 前記電極板形成工程においては、電極
    活物質と、親水基を有する親水性高分子材料と、該親水
    基と結合反応を起こして結合可能な架橋剤と、水性溶媒
    とを混合することにより、該親水基と結合反応した架橋
    剤により該親水性高分子材料を架橋して架橋高分子体を
    形成するとともに、該架橋高分子体を該電極活物質に対
    して分散させた活物質含有合剤を調製した後、該活物質
    含有合剤を用いて該電極活物質を該架橋高分子体により
    結着させて前記電極板を形成する請求項11に記載の電
    極の製造方法。
  13. 【請求項13】 前記親水基は水酸基である請求項12
    に記載の電極の製造方法。
  14. 【請求項14】 前記親水性高分子材料は、カルボキシ
    メチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロー
    ス、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、ポリエ
    チレンオキサイドのうちの少なくとも一種である請求項
    13に記載の電極の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記架橋剤は、親水基を有する請求項
    12乃至14のいずれかに記載の電極の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記架橋剤は、シランカップリング
    剤、チタンカップリング剤、尿素ホルマリン樹脂、メチ
    ロールメラミン樹脂、グリオキザール及びタンニン酸の
    うちの少なくとも一種である請求項12乃至15のいず
    れかに記載の電極の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記活物質含有合剤に含まれる前記架
    橋剤は、前記親水性高分子材料に含まれる前記親水基と
    結合反応する官能基を、該親水基の数と同数以上有する
    請求項12乃至16のいずれかに記載の電極の製造方
    法。
  18. 【請求項18】 前記高分子合剤は、前記高分子材料と
    塩とが互いに分散してなる請求項11乃至17のいずれ
    かに記載の電極の製造方法。
  19. 【請求項19】 前記塩は、塩化リチウム、硝酸リチウ
    ム、ヨウ化リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、
    リチウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド、6
    フッ化ひ酸リチウムの少なくとも一種である請求項18
    に記載の電極の製造方法。
  20. 【請求項20】 前記高分子合剤は、前記高分子材料を
    100重量部とすると、前記塩を5重量部以上含有する
    請求項18及び請求項19のいずれかに記載の電極の製
    造方法。
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