JP2002260740A

JP2002260740A - 非水電解質電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002260740A
Application number: JP2001060873A
Authority: JP
Inventors: Sumuto Ishida; 澄人石田; Shoichiro Watanabe; 庄一郎渡邊; Keisuke Tanaka; 啓介田中; Hideo Kaiya; 英男海谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ポリマー電解質を有し、外装構造を簡略化し
た、薄型で高エネルギー密度の非水電解質電池を提供す
る。【解決手段】対向する２つの平坦部を有するように折
り曲げられた金属シートからなる扁平な外装材、前記平
坦部の内面に周縁部を残してそれぞれ支持された活物質
層を含む第１極性の極板、前記活物質層と対面する位置
に配された少なくとも１つの第２極性の極板、および第
１極性の極板と第２極性の極板との間に介在するポリマ
ー電解質からなるセパレータ層を用いて非水電解質電池
を構成し、前記外装材の対面する周縁部同士を接合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質電池お
よびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明
は、ポリマー電解質を有し、外装構造を簡略化した、薄
型で高エネルギー密度の非水電解質二次電池およびその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＡＶ機器やパソコン等、電子機器
のコードレス化やポータブル化が進んでいる。これに伴
って、非水電解質を備える高エネルギー密度の非水電解
質電池が多く採用されている。リチウム二次電池は、な
かでも最も実用化が進んだ非水電解質二次電池である。
これらの電池の負極には、各種黒鉛や非晶質炭素など、
リチウムを吸蔵、放出することができ、リチウムに近い
低い電位を示す材料が活物質材料として用いられてい
る。一方の正極には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄な
ど、リチウムを吸蔵、放出することができ、高い電位を
示す多くのリチウム含有遷移金属化合物などが活物質材
料として用いられている。

【０００３】これら非水電解質電池用の極板は、例えば
以下のようにして製造される。まず、活物質に、炭素繊
維やカーボンブラックなどの導電剤、ポリマーのフィラ
ーなどの補強材、結着剤、粘度調整剤などを加え、溶媒
を用いてスラリー状の電極合剤を調製する。これを金属
のシート、メッシュもしくはラス板またはパンチングメ
タルなど、各種形態の集電体または芯材に塗布する。こ
れを必要に応じて、圧延し、乾燥し、所望の形状に裁断
して極板が形成される。

【０００４】非水電解質は、ＬｉＰＦ₆やＬｉＢＦ₄のよ
うなリチウム塩を有機溶媒に溶解して調製される。有機
溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボ
ネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボ
ネート、ジエチルカーボネートなどが用いられる。最近
では、鎖状化合物と環状化合物とからなる混合溶媒が多
用されている。

【０００５】最近の機器の小型化に伴い、面積、体積の
限られたスペースに収容できる軽量な電池が強く求めら
れている。また、充分なエネルギー密度を有し、数ｍｍ
を下回る厚さの電池が求められることも多い。

【０００６】液状の非水電解質を含む電池は、非水電解
質の流出を防止する必要がある。また、極板や非水電解
質などの発電要素を水分を含む大気から遮断する必要が
ある。そのため発電要素は外装材に収納される。初期に
採用された非水電解質電池は、極板をセパレータととも
に渦巻状に巻回したり、積層したりして構成した極板群
を有する。これを円筒型または角型の容器に挿入し、非
水電解質を注入する。そして、外部端子を兼ねる封口板
で容器の開口部を封口すると電池が完成する。しかし、
このような電池構成では、設計上、薄型化が困難であ
る。また、漏液に対する信頼性も低い。

【０００７】近年、液状の非水電解質をポリマーのマト
リックスに保持させてゲル状にしたポリマー電解質が電
池に採用されている。そして、極板をポリマー電解質を
介して積層し、シート状の外装材で包囲した薄型のポリ
マー電池が開発されている。ポリマー電解質を極板間に
配するには、例えば（１）ポリエチレン、ポリプロピレ
ンなどのポリマーからなる微多孔膜を極板間に配し、こ
れに液状の非水電解質を吸収させる方法がある。また、
（２）ゲル形成剤を微多孔膜に含ませて、これに液状の
非水電解質を吸収させる方法もある。ゲル形成剤は、例
えば液状の非水電解質を吸収してゲルを形成するポリマ
ー材料および溶剤から構成される。また、（３）前記ゲ
ル形成剤でセパレータ層を形成し、これに液状の非水電
解質を吸収させる方法もある。また、（４）前記ゲル形
成剤を活物質層上に直接塗布して極板を積層し、乾燥し
たものに、液状の非水電解質を吸収させる方法もある。
さらに、（５）前記ゲル形成剤と非水電解質とを混合し
てポリマー電解質を含む混合物を調製し、これを活物質
層上に塗布して極板を積層する方法も知られている。

【０００８】ポリマー電解質は、イオンを伝達する電解
質としての機能と、極板を隔離するセパレータとしての
機能を持つ。したがって、ポリマー電解質層を正極と負
極の間に介在させれば電池が構成される。正極、負極お
よびポリマー電解質層を順次に配列させた極板群を外装
材内に収容し、セパレータ層に非水電解質を含ませるこ
とによって、極めて薄く、高エネルギー密度の電池を作
製することが可能である。

【０００９】例えば、特開２０００−６７８５０号公報
には、ポリマー電解質を含むセパレータ層を介して極板
を一体化する技術が開示されている。特開２０００−１
２０８４号公報には、集電体の片面に活物質層を有する
正極板と負極板を、活物質層を内側に対峙させ、ポリマ
ー電解質からなるセパレータ層を介して一体化した極板
群が開示されている。また、特開平１１−２６５６９９
号公報には、ガス抜きのための安全機構を備えた袋状の
ポリマーフィルムからなる外装材に、ポリマー電解質を
含むセパレータ層を介して積層された極板群を収納した
構成が開示されている。さらに、特表平９−５０６２０
８号公報では、集電体の片面に活物質層を有する正極板
と負極板の間にポリマー電解質を介在させて変形可能な
極板群を形成している。ここでは、扁平な渦巻状の極板
群を構成し、これを外部端子を備えた封筒状の外装材に
収納した構成が開示されている。

【００１０】特開２０００−１５６２０９号公報、特開
２０００−２２３１０８号公報には、集電体の片面に活
物質層を有する２つの極板と両面に活物質層が形成され
た１つの極板とからなる極板群が開示されている。前者
の極板は活物質層が互いに対峙するように配置され、こ
れらがセパレータ層を介して１つの後者の対極を挟持し
ている。この極板群は、樹脂のラミネート層を有する金
属箔からなる外装材で包囲されている。各集電体に接続
されたリードは、外装材の封止部から外部に導出されて
おり、外装材の外周部は気密に封止されている。１つの
対極の代わりに、一対の対極を両端に配するように正極
と負極を交互に積層した極板群を挟持した構成も知られ
ている。

【００１１】上述した従来の薄型電池は、いずれも積層
した極板群を極板とは別の外装材によって包囲したもの
である。極板とは別の外装材を用いるという発想に基づ
く限り、電池の薄型化やエネルギー密度の向上には限界
がある。また、外装の簡略化、およびそれに伴う製造工
程の簡略化にも限界がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電池の厚さ
の削減と面積の縮小の両方を達成することができる新し
い構造の非水電解質電池、およびその合理的な製造法を
提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、対向する２つ
の平坦部を有するように折り曲げられた金属シートから
なる扁平な外装材、前記平坦部の内面に周縁部を残して
それぞれ支持された活物質層を含む第１極性の極板、前
記活物質層と対面する位置に配された少なくとも１つの
第２極性の極板、および第１極性の極板と第２極性の極
板との間に介在するポリマー電解質からなるセパレータ
層を有し、前記外装材の対面する周縁部同士が接合され
た非水電解質電池に関する。

【００１４】本発明は、また、前記第２極性の極板を少
なくとも２つ有し、それらの間に前記セパレータ層を介
して挟持された少なくとも１つの追加の第１極性の極板
を有する非水電解質電池に関する。

【００１５】本発明は、さらに、（１）外装材を兼ねる
金属シートからなる集電体の片面の、その集電体を２つ
に折り曲げるための折り目予定位置に対して対称な位置
に、集電体の周縁部を残して、それぞれ第１極性の活物
質層を形成することにより、第１極性の極板を得る工
程、（２）金属シートからなる集電体の両面に第２極性
の活物質層を形成することにより、第２極性の極板を得
る工程、（３）前記第１極性の極板を、その活物質層が
対面するように前記折り目予定位置で折り曲げ、前記第
１極性の活物質層間に少なくとも１つの前記第２極性の
極板をポリマー電解質からなるセパレータ層を介して挟
み込む工程、および（４）対面する第１極性の極板の集
電体の周縁部同士を接合する工程を有する非水電解質電
池の製造方法に関する。

【００１６】ここで、工程（３）が、前記第１極性の活
物質層間に少なくとも２つの前記第２極性の極板を挟み
込む工程である場合、工程（３）では、さらに、各々の
前記第２極性の極板間に追加の第１極性の極板を前記セ
パレータ層を介して挟み込む工程を行うことが好まし
い。

【００１７】また、工程（３）では、前記第１極性の活
物質層または前記第２極性の活物質層上にポリマー電解
質からなるセパレータ層の原料を塗布することにより、
前記セパレータ層を形成する工程を行うことが有効であ
る。

【００１８】本発明は、さらにまた、工程（１）で用い
る前記集電体が帯状であり、前記折り目予定位置がその
集電体の長さ方向に対して平行であり、かつ、工程
（１）が、前記折り目予定位置に沿って前記第１極性の
活物質層を間欠的に形成することにより、第１極性の極
板の集合体を得る工程からなる非水電解質電池の製造方
法に関する。

【００１９】この場合、工程（３）では、それぞれの第
１極性の極板が前記折り目予定位置で折り曲げ可能なよ
うに、前記集合体の各々の切断予定位置のうちの前記折
り目予定位置から一方の集電体端部までを切り離し、他
方の切断予定位置は切り離さず、第１極性の極板が繋が
った状態で工程（３）を連続的に行うことが好ましい。
そして、工程（４）の後に残りの切断予定位置を切り離
すことが有効である。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１図１に、本発明の非水電解質電池の一例の平面図を示
す。図１に示した扁平形状の非水電解質電池では、第１
極性の極板１の集電体が、外装材を兼ねている。従っ
て、さらなる外装材で極板を包囲する必要がなく、従来
の電池と比べて厚さを飛躍的に削減できる。対面する第
１極性の極板１を構成する集電体の周縁部８は、互いに
接合されている。

【００２１】外装材を兼ねる第１極性の極板の内部に収
容されている第２極性の極板にはリードを接続し、第１
極性の極板と絶縁された状態で外部に導出する必要があ
る。図１は、第２極性の極板用リード９を、絶縁性樹脂
１０を介して第１極性の極板を構成する集電体の周縁部
８に挟み込んで導出した場合を示している。

【００２２】一方、第１極性の極板用リードは、必要に
応じて、電池作製後に外装材となる、第１極性の極板を
構成する集電体の任意の部分に接続することができる。
図１は、第１極性の極板用リード１５を、第１極性の極
板１を構成する集電体の周縁部８に挟み込んで導出した
場合を示している。

【００２３】図２に、図１のＩ−Ｉ線における断面の一
例を示す。また、図３に、図１のII−II線における断面
の一例を示す。図２、３において、金属シートからなる
第１極性の極板１の集電体２は、外装材を構成してお
り、その内側に形成されている第１極性の活物質層３
は、セパレータ層７を介して第２極性の活物質層６と対
面している。活物質層６は、第２極性の極板４の集電体
５の両面に形成されており、それぞれが両側の第１極性
の活物質層３と対面している。ここでは、第２極性の極
板用リード９は、第２極性の極板４の集電体５の一部を
利用して形成されている。また、第１極性の極板１を構
成する集電体２の周縁部の内側には、熱可塑性樹脂など
からなる樹脂層１４が形成されている。ただし、対面す
る樹脂層１４は、加熱工程を経ているため、互いに溶着
している。樹脂層１４と絶縁性樹脂１０には、同じ材料
を用いることができる。

【００２４】一方、図４に、図１のIII−III線における
断面の一例を示す。本発明の非水電解質電池では、外装
材を兼ねる第１極性の極板１の集電体２が折り目１８で
折り曲げられていることから、図４に示すように、折り
目１８に対応する部位には、接合のためのスペースを要
しない。従って、その分だけ電池の面積が削減される。
また、樹脂層の形成などの工程を簡略化することができ
る。

【００２５】図２〜４に示されるような扁平形の非水電
解質電池は、例えば以下のようにして製造することがで
きる。（ｉ）工程（１）まず、第１極性の極板の製造法について述べる。第１極
性の極板は、外装材を兼ねる金属シートからなる集電体
の片面に、第１極性の活物質層を形成することで得られ
る。第１極性の活物質層は、集電体の折り目予定位置に
対して対称な位置に、接合のための周縁部を残して形成
する。

【００２６】第１極性の極板の集電体に用いる金属シー
トは、電池の外装材を兼ねるため、孔を有さないもので
ある。ここで、金属シートには、フィルム状の金属も含
まれる。金属シートの厚さは、活物質層がその片面に塗
布されることから、通常の外装材に用いられるものより
薄くてもよく、例えば１０μｍ程度でもよい。なお、金
属シートは、厚すぎると電池のエネルギー密度が減少す
るため、１０〜１００μｍが望ましいといえる。

【００２７】金属シートの材質は、耐食性を考慮して選
択する必要がある。例えば、第１極性の極板が正極であ
る場合、金属シートは、アルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなることが好ましい。一方、第１極性の極板
が負極である場合、金属シートは、銅、鉄、銅合金また
は鉄合金からなることが好ましい。また、鉄や鉄合金を
用いる場合には、その金属シートの表面をニッケルメッ
キすることが好ましい。必要に応じて金属シートの外面
には、樹脂のラミネート層を設けることもできる。ま
た、活物質層を形成する内面には、導電性樹脂からなる
フィルム層を形成することができる。

【００２８】第１極性の活物質層には、一般に非水電解
質電池で使用されている全ての活物質の中から任意に選
択したものを用いることができる。第１極性の極板が正
極である場合、活物質としては、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮ
ｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄などのリチウム含有遷移金属酸化
物が好適である。また、第１極性の極板が負極である場
合、活物質としては、各種の黒鉛系炭素材料や非晶質炭
素材料を単独で、または混合して用いることができる。

【００２９】活物質に、必要に応じて導電剤、結着剤、
溶剤または分散媒などを添加して混練すると、ペースト
状の合剤を得ることができる。そして、この合剤を集電
体に付与することで、第１極性の極板を得ることができ
る。合剤を金属シートに付与する方法は、特に限定され
ない。例えば、一般的な塗工装置を用いて、長い帯状の
金属シートの片面に、その折り目予定位置に沿って、第
１極性の活物質層を間欠的かつ連続的に形成し、複数の
第１極性の極板の集合体を得ることが効率的である。活
物質層の厚さは、例えば３０〜３００μｍであることが
好ましい。また、接合のために残す集電体の周縁部の幅
は、例えば１〜１０ｍｍであればよい。

【００３０】導電剤には、黒鉛粉末、カーボンブラッ
ク、炭素繊維などが用いられる。また、結着剤には、非
水電解質に対して安定なフッ素樹脂が好ましい。前記フ
ッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン、テト
ラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンの共重
合体、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキ
サフルオロプロピレンの共重合体などが挙げられる。こ
れらのフッ素樹脂を用いて合剤を調製する場合、分散媒
としてＮ−メチル−２−ピロリドンを用いることが好ま
しい。

【００３１】（ii）工程（２）次に、第２極性の極板の製造法について述べる。第２極
性の極板は、第２極性の活物質層を金属シートからなる
集電体の両面に形成することにより得ることができる。
金属シートとしては、孔を有さない金属シートや金属フ
ィルムの他に、金属メッシュ、パンチングメタル、金属
ラス板など、任意の形態のものを使用できる。これらの
金属シートは、表面をエッチングしたり、粗面化した
り、導電剤を付与したりして用いてもよい。第２極性の
極板が負極の場合、金属シートは、銅、鉄、銅合金また
は鉄合金からなることが好ましい。また、鉄や鉄合金を
用いる場合には、シートの表面をニッケルメッキするこ
とが好ましい。一方、第２極性の極板が正極の場合、金
属シートは、アルミニウムまたはアルミニウム合金から
なることが好ましい。

【００３２】第２極性の活物質層は、第１極性の活物質
層と同様に形成することができる。ただし、第２極性の
活物質層と第１極性の活物質層の極性は異なる。どちら
を正極とし、また、負極とするかは任意である。

【００３３】合剤を金属シートに付与する方法は、特に
限定されない。例えば、一般的な塗工装置を用いて、長
い帯状金属シートに連続的に合剤を塗布し、複数の第２
極性の極板の集合体を得、これを裁断することが好まし
い。活物質層の厚さは、例えば３０〜３００μｍである
ことが好ましい。

【００３４】第２極性の極板には、予め集電体の一部を
利用して外部へ導出されるリードを形成することが好ま
しい。また、リードのうち、第１極性の極板の集電体の
周縁部間に挟持される部位は、絶縁性樹脂で被覆するこ
とが好ましい。

【００３５】（iii）工程（３）次に、第１極性の極板で第２極性の極板を挟み込む工程
について述べる。工程（３）では、第１極性の極板を、
その活物質層が対面するように折り目予定位置で折り曲
げ、第１極性の活物質層間に少なくとも１つの第２極性
の極板をポリマー電解質からなるセパレータ層を介して
挟み込む。

【００３６】ポリマー電解質からなるセパレータ層を、
第１極性の活物質層と第２極性の活物質層との間に配す
るには、例えば以下の方法がある。まず、布状の不織布
にポリマー電解質またはその原料を含浸させたものを活
物質層間に配する方法がある。また、ポリマー電解質ま
たはその原料からなる粘度の高いセパレータ層の原料
を、第１極性の活物質層および第２極性の活物質層の少
なくとも一方の上に塗布する方法も挙げられる。後者の
方法では、ポリマー電解質やその原料を溶剤と混合する
ことにより、塗布工程に好適な粘度の原料組成物を調製
すればよい。後者の方法は、極板の積層および一体化が
容易であり、極板群の形成工程を自動化するうえで好ま
しい。

【００３７】ここで、ポリマー電解質とは、ポリマー材
料からなる固体またはゲル状の電解質を意味する。例え
ば、ＵＶ照射や加熱によって架橋するポリマー材料から
なるマトリックスに、液状の非水電解質を保持させたも
のが好ましく用いられる。架橋するポリマー材料は、非
水電解質に対する化学的な耐久性を有し、高電圧の充放
電の繰り返しに堪え得るものであることが好ましい。上
記観点からは、フッ素樹やそのアイオノマーが適してい
る。例えば、ポリフッ化ビニリデンや、ポリフッ化ビニ
リデンに低分子のヘキサフルオロプロピレンを共重合さ
せた材料が好適である。

【００３８】ポリマー材料からなるマトリックスに保持
させる液状の非水電解質としては、一般に非水電解質電
池で用いられている従来公知の材料を限定なく用いるこ
とができる。例えば、ＬｉＰＦ₆やＬｉＢＦ₄などのリチ
ウム塩を溶解したエチレンカーボネート、ジメチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカー
ボネート、ジエチルカーボネートなどの溶媒が好適であ
る。

【００３９】ポリマー電解質からなるセパレータ層は、
予めポリマー材料と溶剤の混合物からセパレータを形成
し、得られたセパレータに後の工程で液状の非水電解質
を含浸させることにより、形成することもできる。この
場合、ポリマー材料は、Ｎ−メチル−２−ピロリドンな
どの溶剤と混合して、成形や塗布工程に好適な粘度の組
成物を調製すればよい。この組成物には、さらにジブチ
ルフタレートなどのオイル成分を混合することもでき
る。この場合、得られたセパレータをヘキサンやアセト
ンなどの溶剤で洗浄すると、多くの微孔がセパレータ中
に形成される。

【００４０】セパレータ層の厚さは任意であるが、薄す
ぎると極板群を加圧して一体化する際に極板間が短絡す
るおそれがあり、厚すぎると電池の内部抵抗の上昇を招
く。セパレータ層の好ましい厚さは１０〜２００μｍで
ある。

【００４１】セパレータ層の原料には、ポリマー材料や
液状成分の他に、アルミナやシリカなどの絶縁性の粉末
を混合することが有効である。これらの粉末は、セパレ
ータ層が極板間を隔離する機能を高める効果を有する。

【００４２】ポリマー電解質は、各活物質層中にも付与
することが好ましい。活物質層中にポリマー電解質を含
ませると、活物質層の内部に、イオン伝導性を有するネ
ットワークが効果的に形成される。また、セパレータ層
と各極板との接合強度も高められる。ポリマー電解質を
活物質層中へ付与するには、例えばポリマー電解質やそ
の原料を活物質層を形成するための合剤に混合すればよ
い。また、ポリマー電解質やその原料を溶剤で希釈して
活物質層に含浸させることもできる。

【００４３】図５に、工程（３）で途中まで第１極性の
極板を折り曲げた状態の未完成の非水電解質電池を示
す。図５において、第１極性の極板１は、その内面の折
り目１８に対して対称な位置に、２つの第１極性の活物
質層３を有している。活物質層３の周囲には、活物質が
付与されない周縁部８が接合用部位として残されてい
る。ここでは図示されていないが、周縁部８のうち、折
り目１８に対応する辺を除く３辺に、接合用の樹脂層を
配することが好ましい。なお、溶接などの接合方法を採
用する場合は、樹脂層の形成は不要である。

【００４４】第１極性の活物質層３の上には、セパレー
タ層７が配置されており、セパレータ層７の上にはリー
ド９を備えた第２極性の極板４が載置されている。リー
ド９のうち集電体２の周縁部８に挟持される部位は、絶
縁性樹脂１０で被覆されている。また、集電体２の周縁
部８には第１極性の極板用リード１５の端部が載置され
ている。

【００４５】上記配置が完了した段階で、第１極性の極
板１を折り目１８で折り曲げることにより、積層極板群
が形成される。作業の精度を高め、作業性を改善する為
には、第１極性の極板１の集電体２に予め折り目１８を
設けておくことが好ましい。極板群は、積層後に加圧
し、各要素を充分に密着させて一体化することが好まし
い。セパレータ層や活物質層がポリマー電解質の原料で
ある未架橋のポリマー材料を含んでいる場合は、それが
架橋する温度で極板群を加圧することによって、ポリマ
ー電解質の生成と極板群の一体化を同時に進行させるこ
とが好ましい。ポリマー材料の架橋温度としては、８０
℃から１３０℃が適温である。

【００４６】（iv）工程（４）つぎに、積層極板群の周囲のうち、樹脂層が対面してい
る３辺を樹脂層の融点以上の温度で加圧し、対面する活
物質層３の周縁部間を気密に接合する。必要に応じて上
記接合部には注液口となる未接合部位を設ける。この場
合、注液口から電池内部を減圧し、次いで液状の非水電
解質を注入することができる。注液後には注液口を封止
する。電池内部を減圧すると、内部空間がセパレータ層
の構成材料で充満される。このような構成は強度が強
く、短絡の可能性も少ない。

【００４７】第１極性の極板の周縁部間の接合方法に
は、樹脂層による接合の他に、超音波やレーザーを用い
た溶接を採用することもできる。また、異なる接合方法
を組み合わせてもよい。接合に用いる樹脂は、絶縁性
で、非水電解質に対して安定で、加熱により接着力を発
揮する樹脂が用いられる。例えば、エポキシ樹脂などの
熱硬化性樹脂やポリオレフィンなどの熱可塑性樹脂が適
用可能である。作業性は後者が優れている。接合用の樹
脂は、できるだけ融点が高いことが望ましく、ポリエチ
レンやポリプロピレンが好適である。超音波やレーザー
を用いた溶接方法は、直接的に金属の集電体間を接合す
るため、樹脂を用いる場合に比べて、接合に要する周縁
部のスペースを削減することができる。

【００４８】実施の形態２ここでは、複数の第１極性の極板の集合体を用いて連続
的に電池を製造する場合について説明する。図６に、第
１極性の極板の集合体をそのまま用いた場合の工程
（３）の進行状況を示す。製造工程は矢印の方向に進行
する。まず、帯状の集電体の折り目１８に対して対称な
位置に、第１極性の活物質層３が形成される。この際、
必要に応じて、活物質層の周囲、すなわち第１極性の極
板の周縁部８に、接合用の樹脂層や第１極性の極板用リ
ード１５が配備される。なお、接合用の樹脂層は図示さ
れていない。

【００４９】次いで、活物質層３の表面を覆うようにセ
パレータ層７が付与される。ポリマー電解質やその原料
を含む布状の不織布を配備することもできるが、この連
続的な製造工程では、ポリマー電解質やその原料を含む
組成物を活物質層上に塗布することが有効である。

【００５０】次いで、セパレータ層の上に、第２極性の
極板４が載置される。極板４には、予め第２極性の極板
用リード９を形成しておき、さらに、その第１極性の極
板１の周縁部に挟持される部位を絶縁性樹脂１０で被覆
しておく。次いで、帯状集電体の切断予定位置１７のう
ち、折り目１８から一方の集電体端部までが切り離され
る。そして、折り目１８で第１極性の極板が折り曲げら
れ、一方の活物質層３が第２極性の極板４の上に重ねら
れる。集電体の切断予定位置の一部を切り離すことなく
折り曲げることも可能であるが、一部を切り離す方が作
業性と信頼性の観点から好ましい。その後、極板群は上
下方向に加圧される。

【００５１】対面する第１極性の極板の周縁部間の接合
は、極板群を切り離してから行ってもよいが、切り離す
ことなく行うことが好ましい。そして、所定の工程を経
て接合、封止が完了した後、電池を集合体から切り離せ
ばよい。

【００５２】実施の形態３ここでは、第２極性の極板を２つ有し、それらの間にセ
パレータ層を介して挟持された少なくとも１つの追加の
第１極性の極板を有する非水電解質電池について説明す
る。ただし、第２極性の極板の数と追加の第１極性の極
板の数は任意であり、追加の第１極性の極板と第２極性
の極板とがセパレータ層を介して対面するように配置さ
れていればよい。すなわち、正極と負極とが交互に配置
されていればよい。

【００５３】図１に示す電池を上記に相当する電池と見
た場合の図１のＩ−Ｉ線における断面の一例を図７に示
す。また、図８に、図１に示す電池を上記に相当する電
池と見た場合の図１のII−II線における断面の近傍の一
例を示す。また、図９に、図１に示す電池を上記に相当
する電池と見た場合の図１のIII−III線における断面の
一例を示す。

【００５４】図７では、外装材を兼ねる第１極性の極板
１の内側に、２枚の第２極性の極板４が収容されてお
り、それらの間にはセパレータ層７を介して追加の第１
極性の極板１１が挟持されている。追加の第１極性の極
板１１は、金属シートからなる集電体２ａの両面に第１
極性の活物質層３を有し、それぞれの活物質層が第２極
性の活物質層６と対面するように構成されている。第２
極性の極板４の集電体５は、一本の第２極性の極板用リ
ード９に接続されている。また、追加の第１極性の極板
の集電体２ａの延長上には、第１極性の極板用リード１
５が形成されており、リード１５は外装材を構成する第
１極性の極板１の集電体２の周縁部に挟持されている。

【００５５】上記のような非水電解質電池は、例えば以
下のように工程（３）を行えば得ることができる。ま
ず、外装材を兼ねる第１極性の極板の活物質層上に、そ
れぞれセパレータ層を形成する。そして、一方のセパレ
ータ層上に、第２極性の極板、セパレータ層、追加の第
１極性の極板、セパレータ層、第２極性の極板およびセ
パレータ層を順次に載置または形成する。その後、上記
と同様にして、外装材を兼ねる第１極性の極板の集電体
を折り目で折り曲げ、接合工程を行えばよい。

【００５６】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説
明する。《実施例１》本実施例では、正極を第１極性の極板とす
る図２〜４に示すような１スタックの電池を製造した。

【００５７】（ｉ）外装材を兼ねる第１極性の極板の製
造正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂、導電剤としての炭素
粉末、９０重量％のフッ化ビニリデン単位と１０重量％
のヘキサフルオロプロピレン単位を有する共重合体、お
よびＮ−メチル−２−ピロリドンを混合して正極用合剤
を得た。活物質：導電剤：共重合体の重量比率は１０
０：５：８とした。幅２００ｍｍの帯状で、厚さ３０μ
ｍのアルミニウム製フィルムを集電体として用いた。こ
の集電体の片面に、外部端子の接続予定位置を除いて、
厚さ５０μｍのポリプロピレンからなるラミネート層を
形成した。

【００５８】次いで、上記集電体のもう一方の面の折り
目予定位置に対して対称な位置に、図６に示すように、
それぞれ間欠的に正極用合剤を塗布し、正極活物質層を
２列に連続的に形成した。形成された活物質層は、それ
ぞれ厚さ１２０μｍで、８６ｍｍ×８６ｍｍの正方形状
とした。折り目予定位置は、帯状の集電体の長さ方向に
対して並行であり、集電体を均等に２つに仕切る位置に
設定した。

【００５９】列方向に設けた活物質層間の間隔は１８ｍ
ｍであり、幅方向に設けた活物質層間の折り目予定位置
を含む間隔は７ｍｍである。その結果、外装材を兼ねる
正極の集合体を得た。

【００６０】（ii）負極の製造負極活物質としての黒鉛粉末、導電剤としてのカーボン
ブラック、９０重量％のフッ化ビニリデン単位と１０重
量％のヘキサフルオロプロピレン単位を有する共重合
体、およびＮ−メチル−２−ピロリドンを混合して負極
用合剤を得た。活物質：導電剤：共重合体の重量比率は
１００：８：１４とした。

【００６１】幅１５０ｍｍの帯状で、厚さ１０μｍの銅
製のフィルムを集電体として用いた。その両面に、正極
の場合と同様の導電層を形成した。そして、その上にそ
れぞれ厚さ１２８μｍの負極用合剤を塗布して負極活物
質層を形成し、帯状の負極の集合体を得た。この集合体
から、複数の８８×８８ｍｍの正方形状の負極を切り出
した。負極の集電体にはニッケルのリードを接続した。
そして、リードの正極の周縁部と接することとなる部位
を、絶縁性樹脂で被覆した。

【００６２】（iii）極板群の製造図６に示すように、各正極活物質層上に、ポリマー電解
質の原料からなるセパレータ層を形成した。具体的に
は、９０重量％のフッ化ビニリデン単位と１０重量％の
ヘキサフルオロプロピレン単位を有する共重合体および
Ｎ−メチル−２−ピロリドンからなる混合物を、正極活
物質層上に正極用合剤が完全に覆われるように、８９×
８９ｍｍの正方形状に塗布し、乾燥させて、厚さおよそ
２５μｍのセパレータ層を形成した。

【００６３】次に、各々の正極の２つの活物質層を囲む
ように、幅５ｍｍ、厚さ５０μｍのポリプロピレン製の
フィルムを配した。次いで、一方の列のセパレータ層上
に、順次に上記負極を載置した。そして、順次に正極の
集合体の切断予定位置のうち、折り目予定位置から一方
の集電体端部までを切り離し、折り目予定位置で正極を
折り曲げた。その結果、一方の正極活物質層がセパレー
タ層を介して負極上に重ねられ、正極の周縁部に配され
たポリプロピレン製のフィルム同士が対面した。その
後、積層された極板群を、順次にその表面温度が１２０
℃になるまで６０ｇｆ／ｃｍ²の加圧下で加熱し、扁平
に一体化した。

【００６４】（iv）周縁部の接合各正極の折り目に相当する部位以外の周縁部を２２０±
５℃、１０ｋｇｆ／ｃｍ²で３秒間加圧し、周縁部に配
したポリプロピレン製のフィルムを溶融させて接合し
た。ただし、非水電解質を注液するための未接合部位を
残した。未接合部位から、減圧下、非水電解質を注液
し、６０℃以上に加温し、極板およびセパレータ層中の
共重合体をゲル化させた。非水電解質は、エチレンカー
ボネートとジエチルカーボネートとを体積比１：１の割
合で混合した溶媒に、１ｍｏｌ／リットルのＬｉＰＦ₆
を溶解して調製した。その後、電池内部を減圧し、未接
合部位を封止した。その結果、図１に示すような、完全
な密閉構造の電池Ｂの集合体を得た。集合体は最後に切
り離した。こうして、１００ｍｍ×９６ｍｍの正方形状
で、厚さ０．６ｍｍの公称容量５６０ｍＡｈの電池Ｐを
得た。

【００６５】《実施例２》幅２００ｍｍの帯状で、厚さ
３０μｍのアルミニウム製フィルムを正極の集電体とし
て用い、列方向に設けた活物質層間の間隔を１２ｍｍと
し、幅方向に設けた活物質層間の折り目予定位置を含む
間隔を７ｍｍとし、正極の周縁部の接合を、ポリプロピ
レン製のフィルムを用いずに超音波溶接により行ったこ
と以外、実施例１と同様にして、９５ｍｍ×９３ｍｍの
正方形状で、厚さ０．６ｍｍの公称容量５６０ｍＡｈの
電池Ｑを得た。

【００６６】《実施例３》幅２００ｍｍの帯状で、厚さ
３０μｍのアルミニウム製フィルムを正極の集電体とし
て用い、列方向に設けた活物質層間の間隔を１０ｍｍと
し、幅方向に設けた活物質層間の折り目予定位置を含む
間隔を８ｍｍとし、正極の周縁部の接合を、ポリプロピ
レン製のフィルムを用いずにレーザー溶接により行った
こと以外、実施例１と同様にして、９４ｍｍ×９２ｍｍ
の正方形状で、厚さ０．６ｍｍの公称容量５６０ｍＡｈ
の電池Ｒを得た。

【００６７】《比較例１》実施例１で得た極板群と同じ
極板群であって、集合体から切り離されたものを、さら
にＡｌ箔とポリプロピレンからなる厚さ１５０μｍの外
装材で包んで密封した。ただし、外側極板も外装材内に
包囲されるため、正極にもリードを接続した。そして、
正極リードと負極リードを外装材から外部に導出した。
このようにして１００ｍｍ×９６ｍｍの正方形状で、厚
さ０．９ｍｍの公称容量５６０ｍＡｈの電池Ｓを得た。

【００６８】電池Ｐ〜Ｓの重量減少率、保存後の容量維
持率、およびサイクル後の容量維持率を以下のように測
定した。（重量減少率）電池を２０℃で１Ｃの電流値で充電し、
電池電圧が４．２Ｖに達してからは定電圧で電流値が
０．０５Ｃになるまで充電を続けた。次いで、充電状態
の電池を６０℃で１０００時間を保存した。そして、保
存前の重量に対する保存後の重量減少量の割合を調べ
た。

【００６９】（保存後の容量維持率）重量減少率を測定
後の電池を２０℃で０．２Ｃの電流値で放電した。そし
て、保存前の電池の放電容量に対する保存後の電池の放
電容量の割合を調べた。

【００７０】（サイクル後の容量維持率）電池を２０℃
で１Ｃの電流値で充電し、電池電圧が４．２Ｖに達して
からは定電圧で電流値が０．０５Ｃになるまで充電を続
けた。次いで、充電状態の電池を２０℃で１Ｃの電流値
で電池電圧が３Ｖになるまで放電した。この操作を５０
０回繰り返した。そして、１回目の放電容量に対する５
００回目の放電容量の割合を調べた。

【００７１】電池Ｐ〜Ｓの重量減少率、保存後の容量維
持率およびサイクル後の容量維持率の結果を電池Ｐ〜Ｓ
のエネルギー密度および厚さとともに表１に示す。

【００７２】

【表１】

【００７３】表１において、本発明に係る電池はいずれ
も薄くてエネルギー密度が高く、しかも比較例の電池と
同等以上の容量維持率を示している。また、周縁部の接
合を溶接により行った電池は、いずれも重量減少率が低
く、電池の密閉性が高いことがわかる。このことは、本
発明の電池の信頼性が従来に比べて格段に向上したこと
を意味する。さらに、本発明のように、折り曲げ構造を
採用することによって、接合に要する正極の周縁部の幅
を削減することができ、結果として、電池面積の削減が
可能であることがわかる。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、外装構
造が簡略化され、薄型でエネルギー密度が高く、従来に
比べて厚さと面積が削減された電池を、簡単で工数の少
ない製造法により得ることができる。本発明は、小型化
が進む電子機器に適用可能な電池を提供するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非水電解質二次電池の平面図である。

【図２】図１のＩ−Ｉ線における断面の一例を示す図で
ある。

【図３】図１のII−II線における断面の一例を示す図で
ある。

【図４】図１のIII−III線における断面の一例を示す図
である。

【図５】工程（３）で途中まで第１極性の極板を折り曲
げた状態の未完成の非水電解質電池を示す図である。

【図６】第１極性の極板の集合体を用いた場合の工程
（３）の進行状況を示す図である。

【図７】図１のＩ−Ｉ線における断面の他の一例を示す
図である。

【図８】図１のII−II線における断面の他の一例を示す
図である。

【図９】図１のIII−III線における断面の他の一例を示
す図である。

【符号の説明】

１第１極性の極板２第１極性の極板の集電体３第１極性の活物質層４第２極性の極板５第２極性の極板の集電体６第２極性の活物質層７セパレータ層８周縁部９第２極性の極板用リード１０絶縁性樹脂１１追加の第１極性の極板１４樹脂層１５第１極性の極板用リード１７切断予定位置１８折り目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中啓介大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者海谷英男大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA09 CC06 DD13 5H017 AA03 AS01 AS06 BB00 CC01 5H029 AJ03 AJ05 AJ14 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ04 CJ03 DJ03 DJ07 DJ12 EJ12 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する２つの平坦部を有するように折
り曲げられた金属シートからなる扁平な外装材、前記平
坦部の内面に周縁部を残してそれぞれ支持された活物質
層を含む第１極性の極板、前記活物質層と対面する位置
に配された少なくとも１つの第２極性の極板、および第
１極性の極板と第２極性の極板との間に介在するポリマ
ー電解質からなるセパレータ層を有し、前記外装材の対
面する周縁部同士が接合された非水電解質電池。
【請求項２】前記第２極性の極板を少なくとも２つ有
し、それらの間に前記セパレータ層を介して挟持された
少なくとも１つの追加の第１極性の極板を有する請求項
１記載の非水電解質電池。
【請求項３】（１）外装材を兼ねる金属シートからな
る集電体の片面の、その集電体を２つに折り曲げるため
の折り目予定位置に対して対称な位置に、集電体の周縁
部を残して、それぞれ第１極性の活物質層を形成するこ
とにより、第１極性の極板を得る工程、（２）金属シー
トからなる集電体の両面に第２極性の活物質層を形成す
ることにより、第２極性の極板を得る工程、（３）前記
第１極性の極板を、その活物質層が対面するように前記
折り目予定位置で折り曲げ、前記第１極性の活物質層間
に少なくとも１つの前記第２極性の極板をポリマー電解
質からなるセパレータ層を介して挟み込む工程、および
（４）対面する第１極性の極板の集電体の周縁部同士を
接合する工程を有する非水電解質電池の製造方法。
【請求項４】工程（３）が、前記第１極性の活物質層
間に少なくとも２つの前記第２極性の極板を挟み込む工
程であり、さらに、各々の前記第２極性の極板間に追加
の第１極性の極板を前記セパレータ層を介して挟み込む
工程を有する請求項３記載の非水電解質電池の製造方
法。
【請求項５】工程（３）が、さらに、前記第１極性の
活物質層または前記第２極性の活物質層上にポリマー電
解質からなるセパレータ層の原料を塗布することによ
り、前記セパレータ層を形成する工程を有する請求項３
記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項６】工程（１）で用いる前記集電体が帯状で
あり、前記折り目予定位置がその集電体の長さ方向に対
して平行であり、かつ、工程（１）が、前記折り目予定
位置に沿って前記第１極性の活物質層を間欠的に形成す
ることにより、第１極性の極板の集合体を得る工程から
なる請求項３記載の非水電解質電池の製造方法。
【請求項７】工程（１）で用いる前記集電体が帯状で
あり、前記折り目予定位置が集電体の長さ方向に対して
平行であり、かつ、工程（１）が、前記折り目予定位置
に沿って前記第１極性の活物質層を間欠的に形成するこ
とにより、第１極性の極板の集合体を得る工程からな
り、工程（３）が、さらに、それぞれの第１極性の極板
が前記折り目予定位置で折り曲げ可能なように、前記集
合体の各々の切断予定位置のうちの前記折り目予定位置
から一方の集電体端部までを切り離す工程を有し、か
つ、工程（３）が連続的に行われ、工程（４）の後に残
りの切断予定位置を切り離す請求項３記載の非水電解質
電池の製造方法。