JP2002216847A - リチウムイオンポリマー二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部ショートを確実に防止して放電容量を拡
大するとともに、放電容量のサイクル特性を向上する。 【解決手段】 正極集電体箔１２の表面に正極活物質１
３が形成された正極シート１１の正極活物質と、負極集
電体箔１５の表面に負極活物質１６が形成された負極シ
ート１４の負極活物質との間にポリマー電解質層１７を
介装して正極シート及び負極シートが積層された電極体
２０からなるリチウムイオンポリマー二次電池である。
その特徴ある構成は、電極体が帯状であってかつ１又は
２回以上折畳まれて形成され、折畳まれた電極体の折目
の外側に位置する正極シートの正極集電体箔又は負極シ
ートの負極集電体箔のいずれか一方又は双方にそれぞれ
切込みを設けるか、或いは正極シート又は負極シートの
いずれか一方又は双方にそれぞれ電気的に遮断しないよ
うに切込みを設けたところにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電解質層
を介装して正極シート及び負極シートが積層された電極
体からなるリチウムイオンポリマー二次電池に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年のビデオカメラやノート型パソコン
等のポータブル機器の普及により薄型の電池に対する需
要が高まっている。この薄型の電池として、正極シート
と負極シートを積層して形成されたリチウムイオンポリ
マー二次電池が知られている。この正極シートは、正極
集電体箔の表面に活物質を形成することにより作られ、
負極シートは負極集電体箔の表面に活物質を形成するこ
とにより作られる。正極シートの活物質と負極シートの
活物質の間にはポリマー電解質層が介装される。この電
池では、それぞれの活物質における電位差を電流として
取出すための正極端子及び負極端子が正極集電体箔及び
負極集電体箔に設けられ、このように積層されたものを
パッケージで密閉することによりリチウムイオンポリマ
ー二次電池が形成される。このリチウムイオンポリマー
二次電池ではパッケージから引出された正極端子及び負
極端子を電池の端子として使用することにより所望の電
気が得られるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このリチウム
イオンポリマー二次電池の放電容量を増大させるには正
極シート及び負極シートの面積を拡大させる必要があ
る。この正極シート及び負極シートの面積を単純に拡大
するだけでは薄いけれども比較的広い面積を有する電池
になり、その取扱いが困難になる不具合がある。この点
を解消するために、拡大した正極シート及び負極シート
を所望の大きさに折畳むことも考えられる。しかし、正
極シート及び負極シートを積層した状態で折畳むと、折
目部分におけるにおける正極シート又は負極シートに撓
みが生じ、その部分におけるシートが電解質層から剥離
して電極と電解質界面の有効表面積が減少して放電容量
が減少するとともに、電池内部に抵抗を生じさせて放電
容量のサイクル特性を悪化させる不具合がある。また、
撓みが比較的大きい場合にはその部分で正極シート及び
負極シートが直接接触する、いわゆる内部ショートが生
じる問題点もある。本発明の目的は、内部ショートを確
実に防止して放電容量を拡大するとともに、放電容量の
サイクル特性を向上し得るリチウムイオンポリマー二次
電池を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、正極集電体箔１２の表面に正極活物
質１３が形成された正極シート１１の正極活物質１３
と、負極集電体箔１５の表面に負極活物質１６が形成さ
れた負極シート１４の負極活物質１６との間にポリマー
電解質層１７を介装して正極シート１１及び負極シート
１４が積層された電極体２０からなるリチウムイオンポ
リマー二次電池の改良である。その特徴ある構成は、電
極体２０が帯状であってかつ１又は２回以上折畳まれて
形成され、折畳まれた電極体２０の折目の外側に位置す
る正極シート１１の正極集電体箔１２又は負極シート１
４の負極集電体箔１５のいずれか一方又は双方にそれぞ
れ切込みを設けたところにある。この請求項１に係る発
明では、帯状の電極体２０を折畳むので、放電容量を拡
大してもその大きさを拡大することはない。折畳まれた
電極体２０の折目の外側に位置する正極シート１１の正
極集電体箔１２又は負極シート１４の負極集電体箔１５
のいずれか一方又は双方にそれぞれ切込みを設けたの
で、折目部分における正極シート１１又は負極シート１
４に撓みが生じることを防止し、撓みに起因する放電容
量の減少を抑えるとともに、内部ショートを防止する。
また、ポリマー電解質層１７は帯状の正極シート１１の
正極活物質１３と負極シート１４の負極活物質１６との
間に介装して形成されるので、折畳み構造によりポリマ
ー電解質層１７の間に挟持された正極シート１１及び負
極シート１４における活物質はそれぞれ同一の電解質を
共有していることになり、各活物質間の内部インピーダ
ンスが均一化してサイクル特性は向上する。

【０００５】請求項２に係る発明は、図３に示すよう
に、正極集電体箔１２の表面に正極活物質１３が形成さ
れた正極シート１１の正極活物質１３と、負極集電体箔
１５の表面に負極活物質１６が形成された負極シート１
４の負極活物質１６との間にポリマー電解質層１７を介
装して正極シート１１及び負極シート１４が積層された
電極体２０からなるリチウムイオンポリマー二次電池の
改良である。その特徴ある構成は、電極体２０が帯状で
あってかつ１又は２回以上折畳まれて形成され、折畳ま
れた電極体２０の折目の外側に位置する正極シート１１
又は負極シート１４のいずれか一方又は双方にそれぞれ
電気的に遮断しないように切込みを設けたところにあ
る。請求項２に係る発明では、折畳まれた電極体２０の
折目の外側に位置する正極シート１１又は負極シート１
４のいずれか一方又は双方にそれぞれ電気的に遮断しな
いように切込みを設けたので、前述した請求項１と同様
に折目部分における正極シート１１又は負極シート１４
に撓みが生じることを防止し、撓みに起因する放電容量
の減少を抑えるとともに、内部ショートを防止する。

【０００６】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
係る発明であって、図４に示すように、ポリマー電解質
層１７が正極シート又は負極シート１４の正極活物質又
は負極活物質１６のいずれか一方又は双方の少なくとも
一辺を被覆するリチウムイオンポリマー二次電池であ
る。この請求項３に係る発明では、活物質とポリマー電
解質層１７の接触面積が拡大し、活物質の電極としての
面積が増大して内部インピーダンスが減少する。また、
比較的乾燥しやすい活物質の縁部をポリマー電解質層１
７が被覆するので、そのポリマー電解質層１７がその部
分における乾燥を防止して内部抵抗の増加を抑制して放
電容量のサイクル特性及び高率充放電特性を更に向上さ
せる。

【０００７】請求項４に係る発明は、請求項１ないし３
いずれかに係る発明であって、図２に示すように、帯状
の正極集電体箔又は負極集電体箔１５の一方の側縁１５
ａが複数の負極集電体箔又は正極集電体箔１２の一方の
側縁１２ａから突出し複数の負極集電体箔又は正極集電
体箔１２の他方の側縁１２ｂが帯状の正極集電体箔又は
負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂから突出して積層
され、正極集電体箔の複数の突出部１２ｃを相互に接続
する正極端子２３が設けられ、負極集電体箔１５の複数
の突出部１５ｃを相互に接続する負極端子２１が設けら
れたリチウムイオンポリマー二次電池である。一般的な
リチウムイオンポリマー二次電池では、それぞれの活物
質における電位差を電流として取出すための正極端子及
び負極端子を正極及び負極集電体箔の一箇所に設ける
が、この請求項３に係る発明では、その端子２１，２３
を容易に設けることができ、リチウムイオンポリマー二
次電池の製作を比較的容易にする。更に、複数の突出部
を相互に接続するため、長い帯状電極内部に低抵抗で、
均一な電流が流れることができ、大電流での充放電も可
能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に本発明の第１の実施の形態を
図面に基づいて詳しく説明する。図１に示すように、リ
チウムイオンポリマー二次電池１０は、正極シート１１
と負極シート１４との間にポリマー電解質層１７を介装
し、その正極シート１１及び負極シート１４を積層した
電極体２０からなる。正極シート１１は正極集電体箔１
２の表面に正極活物質１３が形成されたものであり、負
極シート１４は負極集電体箔１５の表面に負極活物質１
６が形成されたものである。また、ポリマー電解質層１
７は正極集電体箔１２に形成された正極活物質１３と負
極集電体箔１５の表面に形成された負極活物質１６との
間に介装される。このリチウムイオンポリマー二次電池
１０は、放電容量を拡大するために帯状の電極体２０を
用い、その帯状の電極体２０は１又は２回以上折畳まれ
る。折畳まれた電極体２０はその折目の外側に位置する
正極集電体箔１２又は負極集電体箔１５のいずれか一方
又は双方にそれぞれに切込みが設けられている。なお、
この実施の形態における負極集電体箔１５はＣｕ箔であ
り、負極活物質１６には炭素系の活物質が使用される。
また、正極集電体箔１２はＡｌ箔であり、正極活物質１
３には例えばＬｉＣｏＯ₂が使用される。

【０００９】図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、負極
活物質１６の負極集電体箔１５の表面への具体的な形成
手順は、負極活物質を溶媒に分散混合して調製した負極
活物質スラリーを帯状の負極集電体箔１５の上面にドク
ターブレード法により塗布して乾燥することにより行わ
れる。ここでドクターブレード法とは、セラミックスを
シート状に成型する方法の１つであり、キャリアフィル
ムやエンドレスベルト等のキャリア上に載せて運ばれる
スリップの厚さをドクターブレードと呼ばれるナイフエ
ッジとキャリアとの間隔を調整することによってシート
の厚さを精密に制御する方法である。ドクターブレード
法の代わりにコンマロールやロールを用いたコーティン
グ法も可能である。一方、負極活物質１６は他方の側部
１５ｂを除いて表面である図における負極集電体箔１５
の上面に形成され、ポリマー電解質層１７はその負極活
物質１６の上面に電解質スラリーを塗布乾燥することに
より作られる。ポリマー電解質層１７はこの負極活物質
１６を被覆する面積を有するように形成される。具体的
には、図４（ｃ）に示すように、電解質スラリーを負極
活物質１６を覆うように塗布し、その後乾燥することに
より負極活物質１６を被覆する面積に形成される。

【００１０】正極シート１１の作製手順は、前述した負
極シート１４の作製手順と同様にして行われる。具体的
には、正極活物質を溶媒に分散混合して調製した正極活
物質スラリーをドクターブレード法により塗布して乾燥
することにより正極集電体箔１２の上面に正極活物質１
３を形成する。正極活物質１３は正極集電体箔１２の一
方の側部を除いて形成され、ポリマー電解質層１７はこ
の正極活物質１３を被覆する面積を有するように形成さ
れる。このポリマー電解質層１７は電解質スラリーを正
極活物質１３を覆うように塗布し、その後乾燥すること
により正極活物質１３を被覆する面積に形成される。

【００１１】次いで図５に示すように、ポリマー電解質
層１７を間に介装して正極シート１１及び負極シート１
４が積層される。この積層は熱圧着により行われる。即
ち、負極シート１４に正極シート１１を配置し、その状
態で所定の温度に加熱された反対方向にそれぞれ回転す
る一対のローラ１９，１９間に図の実線矢印に示すよう
に通過させ、ポリマー電解質層１７を介装した状態で正
極シート１１及び負極シート１４を熱圧着する。正極シ
ート１１の負極シート１４上への配置は、帯状の負極集
電体箔１５の一方の側縁１５ａが帯状の正極集電体箔１
２の一方の側縁１２ａから突出し、帯状の正極集電体箔
１２の他方の側縁１２ｂが帯状の負極集電体箔１５の他
方の側縁１５ｂから突出するように配置される。この熱
圧着により帯状の電極体２０が形成される。

【００１２】次に、図６に示すように、帯状の電極体２
０が折畳まれたときに折目の外側に位置する部分にそれ
ぞれ切込みを入れる。電極体２０をキャリアベルトなど
の移動体に載せ、上下に設けられたローラーにより電極
体２０を水平に保持しながら移動させて、電極体２０が
折畳まれたときに折目の外側に位置する部分に上下から
それぞれブレードを当てて切込みを形成する。切込みは
正極及び負極集電体箔に相応する厚さまでブレードを当
てることにより形成される。

【００１３】図７に示すように、電極体２０の折畳み
は、折目の間隔に相応する所定のピッチで切込みを設け
た部分を交互に折曲げることにより行われる。このよう
に折畳むと、複数の負極集電体箔１５の一方の側縁１５
ａは複数の正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａから突
出し、複数の正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂは複
数の負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂから突出した
状態で積層される。

【００１４】一方、図２及び図７に示すように、複数の
正極集電体箔１２の一端１２ａから突出した負極集電体
箔１５の複数の突出部１５ｃにはこの突出部１５ｃを相
互に接続する負極端子２１の一端が止め金具２２により
設けられ、複数の負極集電体箔１５の他端縁１５ｂから
突出した正極集電体箔１２の複数の突出部１２ｃにはこ
の突出部１２ｃを相互に接続する正極端子２３の一端が
止め金具２２により設けられる。

【００１５】図１及び図２に示すように、このように折
畳まれた帯状の電極体２０はパッケージシート２４で密
封される。この実施の形態におけるパッケージシート２
４はポリプロピレンがラミネートされたアルミニウム箔
であり、一対のパッケージシート２４で折畳まれた帯状
の電極体２０を挟み、真空雰囲気中でパッケージシート
２４の周囲を熱圧着することにより密封される。一対の
パッケージシート２４は正極端子２３の他端及び負極端
子２１の他端がそれぞれそのパッケージシート２４の外
部に表出するように周囲が熱圧着され、このようにして
作られたリチウムイオンポリマー二次電池１０は、パッ
ケージシート２４から引出された正極及び負極端子２
１，２３の他端を電池の端子として使用することにより
所望の電気を得ることができる。

【００１６】このように構成されたリチウムイオンポリ
マー二次電池１０は、面積を拡大させた帯状の電極体２
０を折畳むので、比較的小型薄型の状態のまま放電容量
を拡大できる。また、折畳まれた電極体２０の折目の外
側に位置する正極集電体箔１２又は負極集電体箔１５の
いずれか一方又は双方にそれぞれ切込みを設けたので、
折畳むことにより折目に撓みを生じても折目の外側に設
けた切込みから正極集電体箔１２又は負極集電体箔１５
が分離されるため、撓みによるシートが電解質層から剥
離する不具合を防止できる。また、ポリマー電解質層１
７が正極シート１１の正極活物質１３及び負極シート１
４の負極活物質１６をそれぞれ被覆する面積を有するよ
うにしたので、有効電極面積が増大して内部抵抗を更に
減少させることができる。更に、乾燥しやすい活物質の
端部を被覆するポリマー電解質層１７がその端部に生じ
る内部抵抗の増加を抑制させて放電容量のサイクル特性
及び高率充放電特性を向上することができる。

【００１７】本発明の第２の実施の形態を図２に基づい
て説明する。図２において、図１と同一符号は同一構成
要素を示す。この実施の形態では、次の点が第１の実施
の形態と相違する。即ち、折畳まれた電極体２０の折目
の外側に位置する正極シート１１又は負極シート１４の
いずれか一方又は双方にそれぞれ電気的に遮断しないよ
うに切込みを設ける。上記以外の構成は第１の実施の形
態と同様である。第１の実施の形態と比較して、第２の
実施の形態では折畳まれた電極体２０の折目の外側に位
置する正極シート１１又は負極シート１４のいずれか一
方又は双方にそれぞれ電気的に遮断しないように外側の
一部分に切込みを入れることにより、正極集電体箔１２
又は負極集電体箔１５のいずれか一方又は双方にそれぞ
れ切込みが入るため、第１の実施の形態と同様の効果を
有し、更に正極活物質１３又は負極活物質１６のいずれ
か一方又は双方にそれぞれ電気的に遮断しないように外
側の一部分にも切込みが入るので、活物質を有効活用で
きるため、より一層の容量向上をもたらす。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、放
電容量を拡大するために面積を拡大させた帯状の電極体
を折畳むので、比較的小型薄型の状態のまま放電容量を
拡大できる。また、折畳まれた電極体の折目の外側に位
置する正極集電体箔又は負極集電体箔のいずれか一方又
は双方にそれぞれ切込みを設けたので、折畳んだことに
よって生じる折目部分における正極シート又は負極シー
トの引っ張りや撓みによる電解質層から剥離する不具合
を防止できる。また、ポリマー電解質層を帯状の正極シ
ートの正極活物質と負極シートの負極活物質との間に介
装して形成するので、折畳み構造によりポリマー電解質
層の間に挟持された正極シート及び負極シートにおける
活物質はそれぞれ同一の電解質を共有していることにな
り、各活物質間の内部インピーダンスが均一化してサイ
クル特性は向上することができる。

【００１９】また、ポリマー電解質層が活物質を被覆す
る面積を有していれば、有効電極面積が増大して内部抵
抗を更に減少させ、被覆するポリマー電解質層が活物質
の端部における乾燥を防止して経時変化に伴う内部抵抗
の増加を防ぐ。この結果、放電容量のサイクル特性及び
高率充放電特性を向上することができる。

【００２０】更に、正極シートの複数の突出部を相互に
接続するように正極端子を設け、負極シートの複数の突
出部を相互に接続するように負極端子を設ければ、それ
ぞれの活物質における電位差を電流として取出すための
正極端子及び負極端子を設ける作業が単純になり、いわ
ゆる低コストで高容量のリチウムイオンポリマー二次電
池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の二次電池を示す図２のＡ−Ａ線断面
図。

【図２】その二次電池を示す図１のＢ−Ｂ線断面図。

【図３】本発明の別の二次電池を示す図２のＡ−Ａ線断
面図。

【図４】その正極シートの製造工程を示す図。

【図５】その負極シートに正極シートが熱圧着される状
態を示す斜視図。

【図６】その電極体に切込みを入れる工程を示す図。

【図７】その二次電池の構成を示す分解斜視図。

【符号の説明】

１０ リチウムイオンポリマー二次電池 １１ 正極シート １２ 正極集電体箔 １２ａ 一方の側縁 １２ｂ 他方の側縁 １２ｃ 突出部 １３ 正極活物質 １４ 負極シート １５ 負極集電体箔 １５ａ 一方の側縁 １５ｂ 他方の側縁 １５ｃ 突出部 １６ 負極活物質 １７ ポリマー電解質層 ２０ 電極体 ２１ 負極端子 ２３ 正極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 正 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者 樋上 晃裕 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 (72)発明者 竹内 さわ子 埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地 三菱 マテリアル株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5H017 AA03 AS02 BB14 CC01 EE01 EE05 HH04 HH05 5H022 AA09 CC03 CC12 CC15 CC16 CC23 EE01 EE04 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AJ06 AJ14 AK03 AL06 AM01 AM16 BJ04 BJ15 CJ03 CJ04 CJ06 DJ01 DJ07 EJ01 HJ07 HJ12 5H050 AA02 AA07 AA08 AA19 BA18 CA08 CB07 DA07 DA08 FA06 FA18 GA03 GA04 GA08 HA07 HA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極集電体箔(12)の表面に正極活物質(1
   3)が形成された正極シート(11)の前記正極活物質(13)
   と、負極集電体箔(15)の表面に負極活物質(16)が形成さ
   れた負極シート(14)の前記負極活物質(16)との間にポリ
   マー電解質層(17)を介装して前記正極シート(11)及び前
   記負極シート(14)が積層された電極体(20)からなるリチ
   ウムイオンポリマー二次電池において、 前記電極体(20)が帯状であってかつ１又は２回以上折畳
   まれて形成され、 前記折畳まれた電極体(20)の折目の外側に位置する正極
   シート(11)の正極集電体箔(12)又は負極シート(14)の負
   極集電体箔(15)のいずれか一方又は双方にそれぞれ切込
   みを設けたことを特徴とするリチウムイオンポリマー二
   次電池。
2. 【請求項２】 正極集電体箔(12)の表面に正極活物質(1
   3)が形成された正極シート(11)の前記正極活物質(13)
   と、負極集電体箔(15)の表面に負極活物質(16)が形成さ
   れた負極シート(14)の前記負極活物質(16)との間にポリ
   マー電解質層(17)を介装して前記正極シート(11)及び前
   記負極シート(14)が積層された電極体(20)からなるリチ
   ウムイオンポリマー二次電池において、 前記電極体(20)が帯状であってかつ１又は２回以上折畳
   まれて形成され、 前記折畳まれた電極体(20)の折目の外側に位置する正極
   シート(11)又は負極シート(14)のいずれか一方又は双方
   にそれぞれ電気的に遮断しないように切込みを設けたこ
   とを特徴とするリチウムイオンポリマー二次電池。
3. 【請求項３】 ポリマー電解質層(17)が正極シート(11)
   又は負極シート(14)の正極活物質(13)又は負極活物質(1
   6)のいずれか一方又は双方の少なくとも一辺を被覆する
   請求項１又は２記載のリチウムイオンポリマー二次電
   池。
4. 【請求項４】 帯状の正極集電体箔又は負極集電体箔(1
   5)の一方の側縁(15a)が複数の負極集電体箔又は正極集
   電体箔(12)の一方の側縁(12a)から突出し前記複数の負
   極集電体箔又は正極集電体箔(12)の他方の側縁(12b)が
   前記帯状の正極集電体箔又は負極集電体箔(15)の他方の
   側縁(15b)から突出して積層され、前記正極集電体箔の
   複数の突出部(12c)を相互に接続する正極端子(23)が設
   けられ、前記負極集電体箔(15)の複数の突出部(15c)を
   相互に接続する負極端子(21)が設けられた請求項１ない
   し３いずれか記載のリチウムイオンポリマー二次電池。