JP2001135306A - 電極及びゲル状電解質電池の製造方法 - Google Patents
電極及びゲル状電解質電池の製造方法Info
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Abstract
を形成する。 【解決手段】 矩形状の電極担体上に、当該電極担体よ
りも幅広のゲル状電解質膜が形成されてなる電極を製造
するに際し、ゲル状電解質膜よりも広い幅を有する第1
の担体とゲル状電解質膜と略同じ幅を有する第2の担体
と電極担体とをこの順に重ね合わせる重ね合わせ工程
と、第2の担体よりも広く且つ第1の担体よりも狭い幅
で電解質組成物を塗布する塗布工程と、第2の担体と電
極担体とを重第1の担体から剥離する第1の剥離工程
と、電解質組成物をゲル化してゲル状電解質膜とするゲ
ル化工程と、ゲル状電解質膜と電極担体とを第2の担体
から剥離する第2の剥離工程とを有する。
Description
電極担体よりも幅広のゲル状電解質膜が形成されてなる
電極の製造方法、及びそのような電極を備えたゲル状電
解質電池の製造方法に関する。
帯電話、携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が
多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、
これらの電子機器のポータブル電源となる電池も小型軽
量化が要求され、これに対応する電池としてリチウムイ
オン電池が開発され、工業化されている。この電池は、
正極と負極との間のイオン伝導体に多孔質高分子セパレ
ータに電解質溶液を含浸させたものが用いられており、
電解液の漏出を防ぐために電池構造全体を重厚な金属容
器でパッケージしている。
オン伝導体とした固体電解質電池は、漏液が無いために
パッケージの簡略化による電池の小型軽量化が期待され
ている。特に、ポリマにリチウム塩を固溶させた高分子
固体電解質や、マトリックスポリマに電解質を含んだゲ
ル状の固体電解質(以下、ゲル状電解質と称する。)が
注目を浴びている。
解質電池は以下のようにして作製できる。
と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体の両面に
均一に塗布し、乾燥させることにより正極活物質層を形
成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シー
トを得る。
剤とを含有する負極合剤を、負極集電体の両面に均一に
塗布して乾燥させることにより負極活物質層を形成す
る。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを
得る。
と電解質塩とマトリクスポリマとを含有するゾル状の電
解質溶液を、正極シート及び負極シートの両面に均一に
塗布して乾燥させ、溶媒を除去する。こうして、正極活
物質層上及び負極活物質層上にゲル状電解質膜が形成さ
れる。
シートを例えば帯状に切り出す。さらに正極リード溶接
部分のゲル状電解質膜及び正極活物質層を削り取り、こ
こに正極リードを溶接し、ゲル状電解質膜が形成された
帯状正極が得られる。
ートを例えば帯状に切り出す。さらに負極リード溶接部
分のゲル状電解質膜及び負極活物質層を削り取り、ここ
に負極リードを溶接し、ゲル状電解質膜が形成された帯
状負極が得られる。
正極及び帯状負極を積層し、この積層体をその長手方向
に多数回巻回することによって電極巻回体を得ることが
できる。この電極巻回体を、外装フィルムで挟み、外装
フィルムの最外周縁部を減圧下で熱融着することによっ
て封口し、電極巻回体を外装フィルム中に密閉してゲル
状電解質電池が完成する。
二次電池において、動作の信頼性を向上させることを目
的として、電極表面に形成するゲル状電解質膜の幅を、
電極の幅よりも広くする構造が取られている。
質膜の幅を上記のようなものとするために、ゲル状電解
質塗工装置の寸法精度や、塗布位置の精度を向上させる
ことが試みられてきたが、この方法ではゲルの粘度や被
塗工物である電極の空隙率や表面粗さの変動により、塗
布されたゲル状電解質膜の寸法精度やその安定性を確保
することが難しく、出来上がったゲル状電解質膜の幅が
広すぎて、電池を組み立てる際にパッケージに収納でき
なかったり、ゲル状電解質膜の幅が電極の幅よりも狭く
なり正極と負極とが短絡するといった不具合が発生し、
初期の目的を達成することが困難であった。
よりも十分広い幅でゲル状電解質膜を形成した後、所望
の寸法になるように、余分なゲル状電解質膜を、電極よ
りローラーカッターなどの刃物で切断したり、ブラシや
スクレーバで掻き落とすことが行われてきたが、本来除
去されずに残されるべきゲル状電解質膜が除去された
り、切断されたゲルが製品中に混入して製品の歩留まり
が低下するなどの問題があった。
みて提案されたものであり、電極上に、精度良く安定し
てゲル状電解質膜を形成することのできる電極の製造方
法及びゲル状電解質電池の製造方法を提供することを目
的とする。
は、矩形状の電極担体上に、当該電極担体よりも幅広の
ゲル状電解質膜が形成されてなる電極を製造するに際
し、上記ゲル状電解質膜よりも広い幅を有する第1の担
体と、上記ゲル状電解質膜と略同じ幅を有する第2の担
体と、上記電極担体とを、この順に重ね合わせる重ね合
わせ工程と、上記重ね合わせ工程で載置された第1の担
体、第2の担体及び電極担体上に、第2の担体よりも広
く、且つ第1の担体よりも狭い幅で電解質組成物を塗布
する塗布工程と、上記塗布工程でゲル状電解質組成物が
塗布された第2の担体と電極担体とを、重ね合わされた
状態で第1の担体から剥離する第1の剥離工程と、上記
第1の剥離工程で第1の担体から剥離された第2の担体
及び電極担体上に塗布された電解質組成物をゲル化して
ゲル状電解質膜とするゲル化工程と、上記ゲル化工程で
ゲル化されたゲル状電解質膜と電極担体とを、第2の担
体から剥離する第2の剥離工程とを有することを特徴と
する。
法では、上記第1の担体、上記第2の担体及び上記電極
担体と、電解質組成物又はゲル状電解質膜との密着性の
差により、ゲル状電解質膜が電極担体から剥離したりす
ることなく、精度良くゲル状電解質膜が電極担体上に形
成される。
法は、矩形状の電極担体上に、当該電極担体よりも幅広
のゲル状電解質膜が形成されてなる電極を備えたゲル状
電解質電池の製造方法において、上記電極を製造するに
際し、上記ゲル状電解質膜よりも広い幅を有する第1の
担体と、上記ゲル状電解質膜と略同じ幅を有する第2の
担体と、上記電極担体とを、この順に重ね合わせる重ね
合わせ工程と、上記重ね合わせ工程で載置された第1の
担体、第2の担体及び電極担体上に、第2の担体よりも
広く、且つ第1の担体よりも狭い幅で電解質組成物を塗
布する塗布工程と、上記塗布工程でゲル状電解質組成物
が塗布された第2の担体と電極担体とを、重ね合わされ
た状態で第1の担体から剥離する第1の剥離工程と、上
記第1の剥離工程で第1の担体から剥離された第2の担
体及び電極担体上に塗布された電解質組成物をゲル化し
てゲル状電解質膜とするゲル化工程と、上記ゲル化工程
でゲル化されたゲル状電解質膜と電極担体とを、第2の
担体から剥離する第2の剥離工程とを有することを特徴
とする。
電池の製造方法では、上記第1の担体、上記第2の担体
及び上記電極担体と、電解質組成物又はゲル状電解質膜
との密着性の差により、ゲル状電解質膜が電極担体から
剥離したりすることなく、精度良くゲル状電解質膜が電
極担体上に形成される。
て説明する。
電池の一構成例を図1及び図2に示す。このゲル状電解
質電池1は、帯状の正極2と、正極2と対向して配され
た帯状の負極3と、正極2と負極3との間に配されたゲ
ル状電解質膜4とを備える。そして、このゲル状電解質
電池1は、正極2と負極3とがゲル状電解質膜4を介し
て積層されるとともに長手方向に巻回された、図3に示
す電極巻回体5が、絶縁材料からなる外装フィルム6に
より覆われて密閉されている。そして、正極2には正極
端子7が、負極3には負極端子8がそれぞれ接続されて
おり、これらの正極端子7と負極端子8とは、外装フィ
ルム6の周縁部である封口部に挟み込まれている。
を含有する正極活物質層2aが、正極集電体2bの両面
上に形成されている。この正極集電体2bとしては、例
えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
ッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、これら複合酸
化物の一部を他の遷移金属で置換したもの、二酸化マン
ガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、
硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物を用いることが
できる。
a上に、後述するゲル状電解質膜4aが形成された状態
を示している。
活物質を含有する負極活物質層3aが、負極集電体3b
の両面上に形成されている。この負極集電体3bとして
は、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
プできる材料を用いることができる。このようなリチウ
ムをドープ、脱ドープできる材料としては、熱分解炭素
類、コークス類、アセチレンブラックなどのカーボンブ
ラック類、黒鉛、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有
機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成
体、竹焼成体といった炭素材料や、リチウム金属、リチ
ウム合金、あるいはポリアセチレンなどのような導電性
ポリマを挙げることができる。
a上に、後述するゲル状電解質膜4bが形成された状態
を示している。
クスポリマとと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有す
る。
iBF4、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3
SO2)2N、LiC4F9SO3等を単独又は混合して使
用することができる。
以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な
構造は限定されない。このマトリクスポリマとしては、
例えばポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロ
ピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキ
サイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢
酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メ
チル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−
ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチ
レン、ポリカーボネート等が挙げられる。
ト、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシ
エタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロ
フラン、1,3−ジオキサン、酢酸メチル、プロピオン
酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネート等の非水溶媒を単独又は
混合して用いることができる。
電池1では、図4に示すように、正極2の正極活物質層
2a上に、当該正極2の幅よりも広い幅でゲル状電解質
膜4aが形成されている。また、図5に示すように、負
極3の負極活物質層3a上に、当該負極3の幅よりも広
い幅でゲル状電解質膜4bが形成されている。そして、
このゲル状電解質電池1では、図2及び図3に示すよう
に、正極2と負極3とは、ゲル状電解質膜4を介して積
層されるとともに長手方向に巻回され電極巻回体5とさ
れている。
製造方法について説明する。
剤とを含有する正極合剤を、正極集電体2bとなる例え
ばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥する
ことにより正極活物質層2aが形成されて正極シートが
作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結
着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の
添加剤等を添加することができる。そして、正極活物質
層2aが形成された正極シートを、所定幅にスリットし
て正極リボンとする。
ゲル状電解質膜4aを形成する。ゲル状電解質膜4を形
成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非
水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリ
クスポリマを添加し、よく撹拌してマトリクスポリマを
溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。
上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することに
よりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質2a上
にゲル状電解質膜4aが形成される。
形成方法については、後に詳述する。
極リボンを所定の長さに切り出す。そして、正極リード
が溶接される部分のゲル状電解質膜4a及び正極活物質
2a層を削り取り、ここに例えばアルミニウム製のリー
ド線を溶接して正極端子7とする。このようにしてゲル
状電解質膜4aが形成された帯状の正極2が得られる。
含有する負極合剤を、負極集電体3bとなる例えば銅箔
等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活
物質層3aが形成されて負極シートが作製される。上記
負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いること
ができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加す
ることができる。そして、負極活物質層3aが形成され
た負極シートを、所定幅にスリットして負極リボンとす
る。
ゲル状電解質膜4bを形成する。ゲル状電解質膜4を形
成するには、まず上記と同様にして調製された電解質溶
液を負極活物質層上に所定量塗布する。続いて、室温に
て冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、
負極活物質3b上にゲル状電解質膜4bが形成される。
形成方法については、後に詳述する。
極リボンを所定の長さに切り出す。そして、負極リード
が溶接される部分のゲル状電解質膜4b及び負極活物質
層3aを削り取り、ここに例えばニッケル製のリード線
を溶接して負極端子8とする。このようにしてゲル状電
解質膜4bが形成された帯状の負極3が得られる。
の正極2と負極3とを、ゲル状電解質膜4a,4bが形
成された側を対向させて張り合わせてプレスし、電極積
層体とする。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回
して電極巻回体5とする。
らなる外装フィルム6によってパックするとともに、正
極端子7と負極端子8とを封口部に挟み込むことによ
り、ゲル状電解質電池1が完成する。
負極リボン上へのゲル状電解質膜の形成方法について説
明する。なお、以下の説明では、正極リボン上へゲル状
電解質膜を形成する場合を例に挙げて説明するが、負極
リボン上へゲル状電解質膜を形成する場合にも、同様に
して行うことができる。
0と、担体11と、正極リボン12とをこの順に載置す
る。このとき、図6中A−B線で示される、平板10、
担体11及び正極リボン12の長手方向の中心線がそれ
ぞれ一致するように、平板10、担体11及び正極リボ
ン12を重ね合わせる。
当該正極リボン12上に形成されるゲル状電解質膜の幅
よりも広い幅t3を有している。
ないもので、且つ、形成されるゲル状電解質膜との密着
性が、担体11とゲル状電解質膜との密着性よりも高い
ものであれば、特に限定されるものではない。このよう
な平板10の材質としては、例えば金属やガラス等が挙
げられる。
成されるゲル状電解質膜13aの幅と略等しい幅t2を
有している。すなわち、担体11の幅t2は、正極リボ
ン12の幅t1よりも広く、且つ、平板10の幅t3より
も狭くなされている。また、担体11の厚さについて
は、所望の強度が得られる範囲で可能な限り薄いことが
好ましい。
ル状電解質膜との密着性が、正極リボン12とゲル状電
解質膜との密着性よりも低いものであれば、特に限定さ
れるものではない。このような担体11の材質として
は、例えば金属や合成樹脂等が好適である。
れた平板10、担体11及び正極リボン12上に、ゾル
状の電解質溶液13を塗布する。このとき、電解質溶液
13の塗布幅t4は、担体11の幅t2よりも広く、且
つ、平板10の幅t3よりも狭くなるようにする。
層された平板10、担体11及び正極リボン12上に電
解質溶液13が塗布された状態で、担体11及び正極リ
ボン12を、平板10から剥離する。
膜との密着性は、担体11よりも平板10の方が高いの
で、平板10上であって担体11よりも幅広の部分、す
なわち担体11からはみ出して塗布された電解質溶液1
3は、平板10上に付着し残留する。これにより、担体
11上には、当該担体11上に載置された正極リボン1
2上を亘って、担体11と略同じ幅で電解質溶液13が
塗布されていることとなる。
布されたゾル状の電解質溶液13をゲル化させてゲル状
電解質膜13aとする。
正極リボン12及びゲル状電解質膜13aを、担体11
から剥離する。このとき、上述したように、ゲル状電解
質膜13aとの密着性は、担体11よりも正極リボン1
2の方が高いので、担体11上であって正極リボン12
よりも幅広の部分、すなわち正極リボン12からはみ出
して形成されたゲル状電解質膜13aは、密着性の差に
より、正極リボン12とともに担体11から剥離され
る。
当該正極リボン12の幅よりも広い幅で、ゲル状電解質
膜13aが形成される。
2、平板10及び担体11と、ゲル状電解質膜13aと
の密着性の差を利用しているので、ゲル状電解質膜13
aが正極リボン12から剥離したりすることなく、精度
良くゲル状電解質膜13aを正極リボン12上に形成す
ることができる。そのため、上述したような方法では、
本来除去されずに残されるべきゲル状電解質膜13aが
除去されたり、切断されたゲル状電解質膜13aが製品
中に混入したりといったことがない。
解質膜13aの幅は、担体11の幅と略同じ幅に形成さ
れるので、担体11の幅を調節することにより、ゲル状
電解質膜13aの幅を簡単に所望の値にすることができ
る。
極と帯状の負極とが、ゲル状電解質膜を介して積層さ
れ、長手方向に巻回されてなる電極巻回体を用いた電池
を例に挙げ、その電池を作製する場合について説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、ゲル状電
解質膜を介して積層された帯状の正極と帯状の負極とを
つづら折りにした電極体を用いた電池を作製する場合
や、矩形状の正極と矩形状の負極とが、ゲル状電解質膜
を介して積層されてなる積層電極体を用いた電池を作製
する場合等についても適用可能である。
ゲル電解質電池1は、円筒型、角型等、その形状につい
ては特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の
種々の大きさにすることができる。また、本発明は、一
次電池についても二次電池についても適用可能である。
方法により、電極リボン上にゲル状電解質膜を形成し
た。
幅方向の中心が一致するように積層して巻回ロールに巻
回した。
m、幅が62mm、厚さが0.05mmのポリプロピレ
ンフィルムを用いた。また、電極リボンは、長さが15
0m、幅が60mm、厚さが0.15mmであった。
ンを、幅が100mmの塗布ドラム表面を走行させなが
ら、ドクターブレード装置を用いて、担体及び電極リボ
ンの表面に厚さ20μmで電解質溶液を塗布した。上記
ドクターブレード装置の吐出口の幅は70mmである。
も狭く、且つ、担体の幅よりも広くなるように、電解質
溶液が担体及び電極リボン上に塗布された。
離れることにより、担体及び電極リボンは、塗布ドラム
から剥離される。このとき、担体の幅よりも広い部分の
電解質溶液が塗布ドラム表面に残留するが、これは塗布
ロールに接するスクレーバで除去した。
電解質膜とされ、さらに、電極リボンが担体から剥離さ
れることにより、電極リボン上に、当該電極リボンの幅
よりも両側にそれぞれ1.0mmずつ広いゲル状電解質
膜が形成された。
ることにより、本来除去されずに残されるべきゲル状電
解質膜が除去されたり、切断されたゲルが製品中に混入
して歩留まりが低下するなどの不具合を起こすことなく
所望のゲル状電解質膜を作製することができた。
第2の担体と、ゲル状電解質膜との密着性の差を利用し
ているので、ゲル状電解質膜が電極担体から剥離したり
することなく、精度良くゲル状電解質膜を電極担体上に
形成することができる。そのため、本発明では、本来除
去されずに残されるべきゲル状電解質膜が除去された
り、切断されたゲル状電解質膜が製品中に混入したりと
いったことがない。
及びゲル状電解質電池を安定して形成することができ、
さらに、それらの歩留まりを向上することができる。
図である。
斜視図である。
て説明する図であり、平板と、担体と、正極リボンとを
重ね合わせた状態を示す平面図である。
て説明する図であり、重ね合わされた平板、担体及び正
極リボン上に電解質溶液を塗布した状態を示す平面図で
ある。
いて説明する図であり、担体及び正極リボンを、平板か
ら剥離した状態を示す平面図である。
る。
いて説明する図であり、正極リボンを担体から剥離した
状態を示す平面図である。
る。
ゲル状電解質膜、5 電極巻回体、 6 外装フィル
ム、 7 正極端子、 8 負極端子、 10 平板、
11 担体、 12 正極リボン、 13 電解質溶
液
Claims (8)
- 【請求項1】 矩形状の電極担体上に、当該電極担体よ
りも幅広のゲル状電解質膜が形成されてなる電極を製造
するに際し、 上記ゲル状電解質膜よりも広い幅を有する第1の担体
と、上記ゲル状電解質膜と略同じ幅を有する第2の担体
と、上記電極担体とを、この順に重ね合わせる重ね合わ
せ工程と、 上記重ね合わせ工程で載置された第1の担体、第2の担
体及び電極担体上に、第2の担体よりも広く、且つ第1
の担体よりも狭い幅で電解質組成物を塗布する塗布工程
と、 上記塗布工程でゲル状電解質組成物が塗布された第2の
担体と電極担体とを、重ね合わされた状態で第1の担体
から剥離する第1の剥離工程と、 上記第1の剥離工程で第1の担体から剥離された第2の
担体及び電極担体上に塗布された電解質組成物をゲル化
してゲル状電解質膜とするゲル化工程と、 上記ゲル化工程でゲル化されたゲル状電解質膜と電極担
体とを、第2の担体から剥離する第2の剥離工程とを有
することを特徴とする電極の製造方法。 - 【請求項2】 上記塗布工程において、上記電解質組成
物は、ゾル状であることを特徴とする請求項1記載の電
極の製造方法。 - 【請求項3】 上記第1の剥離工程において、上記第1
の担体は、上記電解質組成物との密着性が、上記第2の
担体と上記電解質組成物との密着性よりも高いものであ
ることを特徴とする請求項1記載の電極の製造方法。 - 【請求項4】 上記第2の剥離工程において、 上記第
2の担体は、上記ゲル状電解質膜との密着性が、上記電
極担体とゲル状電解質膜との密着性よりも低いものであ
ることを特徴とする請求項1記載の電極の製造方法。 - 【請求項5】 矩形状の電極担体上に、当該電極担体よ
りも幅広のゲル状電解質膜が形成されてなる電極を備え
たゲル状電解質電池の製造方法において、 上記電極を製造するに際し、 上記ゲル状電解質膜よりも広い幅を有する第1の担体
と、上記ゲル状電解質膜と略同じ幅を有する第2の担体
と、上記電極担体とを、この順に重ね合わせる重ね合わ
せ工程と、 上記重ね合わせ工程で載置された第1の担体、第2の担
体及び電極担体上に、第2の担体よりも広く、且つ第1
の担体よりも狭い幅で電解質組成物を塗布する塗布工程
と、 上記塗布工程でゲル状電解質組成物が塗布された第2の
担体と電極担体とを、重ね合わされた状態で第1の担体
から剥離する第1の剥離工程と、 上記第1の剥離工程で第1の担体から剥離された第2の
担体及び電極担体上に塗布された電解質組成物をゲル化
してゲル状電解質膜とするゲル化工程と、 上記ゲル化工程でゲル化されたゲル状電解質膜と電極担
体とを、第2の担体から剥離する第2の剥離工程とを有
することを特徴とするゲル状電解質電池の製造方法。 - 【請求項6】 上記塗布工程において、上記電解質組成
物は、ゾル状であることを特徴とする請求項5記載のゲ
ル状電解質電池の製造方法。 - 【請求項7】 上記第1の剥離工程において、上記第1
の担体は、上記電解質組成物との密着性が、上記第2の
担体と電解質組成物との密着性よりも高いものであるこ
とを特徴とする請求項5記載のゲル状電解質電池の製造
方法。 - 【請求項8】 上記第2の剥離工程において、上記第2
の担体は、上記ゲル状電解質膜との密着性が、上記電極
担体とゲル状電解質膜との密着性よりも低いものである
こと。を特徴とする請求項5記載のゲル状電解質電池の
製造方法。
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