JP2004253144A

JP2004253144A - Electrochemical element

Info

Publication number: JP2004253144A
Application number: JP2003023620A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nishimura; 賢西村; Naoto Arai; 直人荒井; Toru Oshima; 透大島; Fumio Oo; 文夫大尾; Munehisa Ikoma; 宗久生駒; Hideo Kaiya; 英男海谷
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP4594592B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stacked type electrochemical element which has high volumetric efficiency, a well-balanced simple structure, high reliability and a high electric capacity, and a plurality of which can be efficiently manufactured at the same time. <P>SOLUTION: In an electrochemical element having an electrode plate group 10 in which a plurality of first electrodes 15a and second electrodes 15b are alternately stacked through separators 16, each of the first electrodes 15a is composed of a first collector sheet 13a and at least one first electrode mixture layer 14 carried thereby, each of the second electrode 15b is composed of a second collector sheet 13b and at least one second electrode mixture layer 14b carried thereby, and the plate group 10 has a first, a second, a third and a fourth side surfaces in which the end portions of each collector sheet 13a, 13b and the end portions of each separator 16 are arranged in such a state as substantially being flush one another. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子に関し、特にリチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度を有する二次電池の極板群の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、二次電池に対する小型化・軽量化への要望が強まってきている。二次電池の極板群には、積層型と捲回型があり、積層型の極板群は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層して得られる。捲回型の極板群は、長尺の正極と負極とをセパレータを介して捲回して得られる。捲回型の場合、極板群に屈曲部が形成されるため、極板が歪み、反応が不均一になりやすい。積層型の極板群には、極板の歪みの問題はないが、側面での極板間の短絡を防ぐ必要から、正極と負極のいずれよりも面積の大きなセパレータを極板間に介在させた構造を有する。
【０００３】
従来の極板群は構造が複雑なため、電池の信頼性や電気容量の向上を妨げている面もある。例えば、電極に接続された集電タブまたは集電リードが、電極面における均一な電極反応を妨げる場合がある。万一、リードの切断面に通常よりも大きな金属バリが生じた場合には、内部短絡の発生も懸念される。そこで、電池の内部構造を簡略化する観点から、積層型の極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させ、各側面から直接電気を取り出すことが提案されている。例えば、極板群の側面から突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材を用いて一体接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１２６７０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
正極と負極のいずれよりも面積の大きなセパレータを極板間に介在させた構造では、極板群の側面からセパレータの端部が突出するため、体積効率が低くなり、高容量の極板群を得ることが困難である。極板群の側面から同一極性の極板を突出させた構造でも同様に体積効率が低くなる。しかも、これらの構造を有する極板群は、製造工程が複雑になり、信頼性を確保することが困難である。
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものであり、体積効率が高く、均整のとれた簡略な構造を有し、信頼性が高く、高い電気容量を有する積層型の電気化学素子を効率良く提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記極板群が、前記各集電体シートの端部と前記セパレータの端部とが、実質的に面一に配されている第１側面、第２側面、第３側面および第４側面を有する電気化学素子（以下、電気化学素子Ｘという。）に関する。
【０００７】
前記第１集電体シートの片面あたりの面積をＳ（１）、前記第２集電体シートの片面あたりの面積をＳ（２）、前記セパレータの片面あたりの面積をＳ（ｓ）とするとき、Ｓ（１）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（１）×１．０５、Ｓ（２）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（２）×１．０５が満たされることが好ましい。
【０００８】
電気化学素子Ｘにおいては、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シート、および、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートを用いることができる。
電気化学素子Ｘにおいては、前記各第１集電体シートの端部を前記第１側面において第１端子と接続することができ、前記各第２集電体シートの端部を前記第２側面において第２端子と接続することができる。
電気化学素子Ｘにおいては、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部を絶縁部とすることができる。
【０００９】
電気化学素子Ｘにおいては、前記第１側面と前記第２側面とは、互いに前記極板群の反対側に位置することができる。
電気化学素子Ｘにおいては、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設けることができ、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００１０】
本発明は、また、前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第１集電体シートの導電部が前記第１側面において第１端子と接続され、前記各第２集電体シートの導電部が前記第２側面において第２端子と接続され、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置する電気化学素子（以下、電気化学素子ｘという。）に関する。
【００１１】
電気化学素子ｘにおいては、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部を絶縁部とすることができる。
電気化学素子ｘにおいては、前記第１側面に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設けることができ、前記第２側面に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１に、本実施の形態に係る電気化学素子の積層型極板群の縦断面図を示す。また、図２には、その極板群のａ−ａ線断面図を示す。
この極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと第２電極１５ｂからなり、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間には、セパレータ１６が介在している。第１電極１５ａは、第１集電体シート１３ａおよび２つの第１電極合剤層１４ａからなり、第１集電体シート１３ａは、樹脂シート１１ａおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ａからなる。導電層１２ａの表面は第１集電体シートの導電部となり、樹脂シート１１ａの露出部は絶縁部となる。
【００１３】
図１において、極板群１０の各側面では、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されており、図２においても、極板群１０の各側面では、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されている。ただし、各側面において各集電体シートの端部とセパレータの端部とが完全に面一に配されている必要はなく、実質的に面一に配されていればよい。各側面において各集電体シートの端部とセパレータの端部とが完全に面一に配されている場合には、第１集電体シートの片面あたりの面積Ｓ（１）と、第２集電体シートの片面あたりの面積Ｓ（２）と、セパレータの片面あたりの面積Ｓ（ｓ）とは同一となるが、Ｓ（１）＝Ｓ（ｓ）＝Ｓ（２）である必要はなく、Ｓ（１）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（１）×１．０５、Ｓ（２）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（２）×１．０５を満たせばよい。
【００１４】
極板群１０においては、その側面からセパレータや極板の端部が突出していないため、体積効率が高く、高容量を得ることが可能である。このような極板群は、均整のとれた簡略な構造を有するため、信頼性を確保しやすい。しかも、多くの極板群を同時に製造することができるため、製造コストを削減することが可能である。
【００１５】
図１、２においては、第１集電体シートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”を除く全面に導電層が設けられている。導電層の表面は導電部となることから、その上に第１電極合剤層が設けられている。導電層を有さないシートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”は絶縁部となる。端部１１ｘの反対側に位置するシートの端部１２ｘには、集電のために用いる導電層の露出部が残されている。
【００１６】
極板群１０は、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’を含んでいる。２つの第１電極１５ａで挟持されている内部の第２電極１５ｂは、極板群における配置が逆であること以外、第１電極１５ａと同様の構造を有する。すなわち、内部の第２電極１５ｂは、第２集電体シート１３ｂおよび２つの第２電極合剤層１４ｂからなり、第２集電体シート１３ｂは、樹脂シート１１ｂおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ｂからなる。最外部の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面に導電層１２ｂと第２電極合剤層１４ｂが設けられていること以外、内部の第２電極と同様の構造を有する。
【００１７】
第２集電体シートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”を除く全面に導電層が設けられている。導電層の表面は導電部となることから、その上に第２電極合剤層が設けられている。導電層を有さないシートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”は絶縁部となる。端部１１ｙの反対側に位置する導電層の端部１２ｙには、集電のために用いる導電層の露出部が残されている。
【００１８】
樹脂シートの厚さは、例えば０．５〜５００μｍである。また、導電層の厚さは、例えば０．０１〜１００μｍである。第１電極合剤層の厚さは、例えば１〜１０００μｍである。ただしこれらの厚さは特に限定されない。
平坦な表面を有する通常の樹脂シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
【００１９】
樹脂シートには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、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、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００２０】
導電層には、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。第１電極が正極である場合には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましい。第１電極が負極である場合には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などが好ましい。
【００２１】
導電層を形成する方法は特に限定されないが、例えば、導電性材料を樹脂シートの表面に蒸着すれば導電層を得ることができる。所定の形状パターンの蒸着膜を形成するには、樹脂シートに所定形状の開口部を有するマスクを被せてから蒸着を行う。
【００２２】
第１集電体シートの導電層の露出部は、極板群１０の第１側面（図１左側）に配されており、その反対側の絶縁部は、極板群１０の第２側面（図１右側）に配されている。図１では、第１側面と第２側面とが互いに極板群の反対側に位置しているが、これらの配置は特に限定されない。一方、第２集電体シートの導電層の露出部は、極板群１０の第１側面に配されており、その反対側の絶縁部は、極板群１０の第２側面に配されている。
【００２３】
このように、同様の構造を有する第１電極と第２電極とが、互いに逆向きに配置されていることから、第１集電体シートの導電層の露出部は、第２集電体シートの絶縁部と隣接する。第２集電体シートの導電層の露出部は、第１集電体シートの絶縁部と隣接する。このような配置であれば、第１電極と第２電極との短絡を防止することが容易である。複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を並列に接続して高容量の極板群を得ることも容易である。ただし、短絡を確実に防止する観点から、第１集電体シートの導電層の露出部に隣接する第２集電体シートの絶縁部および第２集電体シートの導電層の露出部に隣接する第１集電体シートの絶縁部は、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２４】
極板群１０において、第３側面（図２左側）および第４側面（図２右側）には、それぞれ第１集電体シートの絶縁部および第２集電体シートの絶縁部が面一に配されている。このような構造によれば、極板間に集電体シートよりも大きなセパレータを介在させることなく、第１電極と第２電極との短絡を防止することができる。
【００２５】
図１のように複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を並列に接続して高容量の極板群を得る場合、どのような方法で露出部同士を接続してもよいが、例えば、導電性材料の被膜で第１側面と第２側面を被覆する方法を用いることができる。導電性材料の被膜の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍ程度で十分である。こうして得られた導電性材料の被膜は、それぞれ第１端子１７ａおよび第２端子１７ｂとして集電に利用することができる。良好な集電状態を得るためには、導電層の露出部と導電性材料の被膜との接触面積が大きいほど好ましく、導電層の露出部が導電性材料の被膜の内部に０．００１〜１ｍｍの深さまで埋没していることが好ましい。
【００２６】
このような第１端子と第１側面との間および第２端子と第２側面との間には、第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａおよび第２絶縁材料部１８ｂを設けることができる。第１側面には、第２集電体シートの絶縁部が配され、第２側面には、第１集電体シートの絶縁部が配されているため、絶縁材料部を設けなくても短絡を防止することは可能であるが、さらに絶縁材料部を設けることで、短絡の可能性は大幅に低減する。絶縁材料部の厚さは特に限定されないが、０．００１ｍｍ以上、さらには０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
絶縁材料部を設ける方法は特に限定されないが、例えばスクリーン印刷法により、ペースト状もしくは液状の絶縁材料を、電極合剤層周囲の集電体シート上に塗布することにより設けることができる。フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を、電極合剤層周囲の集電体シート上に貼り付けることにより、絶縁材料部を設けることもできる。図２では、極板群１０の第３側面および第４側面には絶縁材料部が設けられていないが、これらの側面にも絶縁材料部を設けることができる。
【００２８】
絶縁材料部に用いる絶縁材料としては、樹脂、ガラス組成物、セラミックスなどが挙げられる。また、織布や不織布に樹脂を含浸させた複合物などを用いることもできる。樹脂には、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合には、樹脂の塗膜を加熱して硬化させる工程を要する。
【００２９】
絶縁材料部に用いることのできる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、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、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのエステル系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどのエーテル系ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのスルホン系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂などのアクリロニトリル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマー、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系ポリマーなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。また、加熱やＵＶ照射により重合固化して得られるポリマーを用いてもよい。
【００３０】
図１では、第１電極合剤層に比べて第２電極合剤層の方が大きな面積を有している。このような構造は、第１電極合剤層を正極とし、第２電極合剤層を負極とするリチウムイオン二次電池の極板群に適する。第１電極合剤層を負極とし、第２電極合剤層を正極とする場合には、第２電極合剤層に比べて第１電極合剤層の面積を大きくする。
【００３１】
極板群は、電解液とともに所定のケースに収容することができる。電解液の組成は電池の種類に応じて異なるが、リチウムイオン二次電池を得る場合には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させた電解液が用いられる。ケースの形状、材質などは特に限定されない。
【００３２】
次に、複数の極板群１０を同時に製造する方法の一例について、図３を参照しながら説明する。
（イ）第１電極の作製
所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ａを準備する。次いで、樹脂シート２１ａの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設ける。例えば、所定形状の導電層を、図３に示すように複数行、複数列に樹脂シート上に形成する。このような導電層は、樹脂シートにマトリックス状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。
【００３３】
図３に示すように、樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層２６ａを複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ個の導電層を形成する。次に、図４に示すように、各導電層２６ａの上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ａを残しておく。図４には、３行３列の電極合剤層が描かれているが、通常はより大きな集電体シート上に、より多くの導電層と電極合剤層が形成される。
【００３４】
第１電極合剤層は、第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は特に限定されないが、スクリーン印刷、パターン塗工などを採用することが好ましい。ペーストが塗工されていない導電層の露出部は、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。第１電極合剤は、第１電極の活物質、導電材、結着剤などを、分散媒と混合することにより調製される。ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜をローラで圧延して、合剤密度が高められる。
【００３５】
第１電極がリチウムイオン二次電池の正極である場合、活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を好ましく用いることができる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＮｉ_１−ｙＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｆＶ_１−ｆＯ_ｚ、Ｌｉ_ｘＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_ｚ（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ）、Ｌｉ_ｘＣｏ_ａＮｉ_ｂＭ_ｃＯ_ｚ（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｒ）、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎ_{２（１−ｙ）}Ｍ_２ｙＯ_４（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ）などを挙げることができる。ただし、ｘ値は電池の充放電により、０≦ｘ≦１．２の範囲で変化する。また、０≦ｙ≦１、０．９≦ｆ≦０．９８、１．９≦ｚ≦２．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ＜１である。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
第１電極がリチウムイオン二次電池の負極である場合、活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な有機化合物や無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。炭素材料としては、コークス、熱分解炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長系）、不定形炭素、有機化合物焼成体などが挙げられる。これらのうちでは、特に、天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。
【００３７】
導電材には、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛などが用いられる。また、結着剤には、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アクリル系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどを用いることができる。
【００３８】
極板群において第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる第１電極合剤層の周縁部、すなわち極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に沿って絶縁材料を塗工する。ここでもパターン塗工を行うことが好ましい。このような絶縁材料の塗工は必ずしも必要ではなく、任意に行えばよいが、絶縁材料を塗工した方が短絡の可能性を低減することができる。極板群の第３側面および第４側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部にも、絶縁材料を被覆してもよい。図１の極板群１０を得る場合には、極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に絶縁材料を塗工する。塗工された絶縁材料は、極板群において、第１絶縁材料部を形成する。
【００３９】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極は、第１電極と同様の方法で作製することができる。すなわち所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ｂの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設け、各導電層の上に、第２電極合剤層２２ｂを２つずつ形成する。２つの第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。ペーストが塗工されていない導電層の露出部は、極板群において第２端子との接続部２４ｂとなる。片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極は、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製することができる。
【００４０】
（ハ）極板群の作製
作製された複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体とを、セパレータを介して積層する。このとき第１電極の第１電極合剤層２２ａと第２電極の第２電極合剤層２２ｂとを互いに対面させてこれらを積層する。第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料は、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部２３ｂと対面させる。両最外面には、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスする。このようにして複数の極板スタックからなる集合体を得ることができる。
【００４１】
セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーやガラス繊維などからなる織布や不織布を用いることができる。固体電解質やゲル電解質をセパレータとして用いることもできる。固体電解質には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどをマトリックス材料として用いることができる。ゲル電解質としては、例えば、後述の非水電解液をポリマー材料からなるマトリックスに保持させたものを用いることができる。マトリックスを形成するポリマー材料には、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とのコポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドとの混合物を用いることが好ましい。
【００４２】
複数の極板スタックからなる集合体は、極板スタック毎に分割する。第１電極および第２電極は、図４に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部は、切断によって端子との接続部２４ａ、２４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部２５ａ、２５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されているが、異なる極性の電極の導電部同士が各側面において対面することはない。
【００４３】
従来から一般的に用いられている金属箔を集電体シートとして用いて上記のような方法を適用すると、切断時に生じる金属バリが問題となる。金属バリは、セパレータを突き破り、内部短絡を引き起こす大きな原因となる。そこで、金属バリの発生を防ぐことが重要となるが、金属バリを生じることなく金属箔を切断することは著しく困難である。一方、樹脂シートからなる集電体シートを用いる場合、切断面のほとんどが樹脂で占められているため、金属バリを生じることがない。そのため電気化学素子の信頼性は大幅に向上する。
【００４４】
第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に配列する第１側面を、導電性材料の被膜で被覆すれば、第１端子が得られる。例えば、溶融もしくは半溶融状態の金属微粒子を第１側面に吹き付けることにより、第１側面を金属被膜で被覆することができる。こうして形成された金属被膜は、自動的に第１集電体シートの導電層の露出部と電気的に接続される。第１側面に配された第２電極合剤層の端面には、絶縁材料が塗工されているため、金属被膜と第２電極との短絡は起こらない。第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に配列する第２側面も、上記と同様に金属被膜で被覆することにより、第２端子を得ることができる。
極板群の第３側面および第４側面は、そのままの状態でもよいが、絶縁材料で被覆することが好ましい。
【００４５】
第１端子もしくは第２端子が正極端子となる場合には、金属微粒子としてアルミニウム粉末を用いることが好ましい。また、第１端子もしくは第２端子が負極端子となる場合には、金属微粒子として銅粉末を用いることが好ましい。
【００４６】
図５に示されるような複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体を用いて、極板群の集合体を得ることもできる。このような第１電極からなる集合体を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ａの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を形成する。このような導電層は、樹脂シートに帯状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。ここでも集電体シート３１ａには、電極合剤層２列分の大きさの導電層を複数列形成する。すなわち２ｎ列の電極合剤層を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ列の導電層を形成する。
【００４７】
各帯状導電層の上には、帯状の第１電極合剤層３２ａを２列ずつ形成する。２列の帯状第１電極合剤層３２ａの間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ａを残しておく。帯状の第１電極合剤層３２ａは、上記と同様の第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は積層型極板群の場合と同様である。ペーストが塗工されていない導電層の露出部３３ａは第１端子との接続部３４ａとなる。
【００４８】
第２電極からなる集合体を得る場合にも、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ｂの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を設け、各導電層の上に、帯状の第２電極合剤層３２ｂを２列ずつ形成する。２列の帯状の第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ｂを残しておく。ペーストが塗工されていない導電層の露出部は第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００４９】
このような極板群の集合体を、図５に示す矢印方向に沿って極板スタックごとに分割すると、導電層の露出部は、切断によって端子との接続部３４ａ、３４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部３５ａ、３５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されているが、第１側面と第２側面においては、異なる極性の電極の導電部同士が各側面において対面することはない。一方、第３側面および第４側面には、電極合剤層の断面が露出することになる。電極合剤層の断面が露出する極板群の第３側面と第４側面は、絶縁材料で被覆することにより、短絡を防止することができる。
【００５０】
得られた極板群は、必要に応じて所定形状のケースに所定の電解液とともに収容する。ケースには、例えば、ステンレス鋼板、アルミニウム板などを所定形状に加工したもの、両面に樹脂被膜を有するアルミニウム箔（アルミニウムラミネートシート）、樹脂ケースなどが用いられる。電気化学素子が、例えばリチウムイオン二次電池の場合、電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌである。
【００５１】
非水溶媒には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、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、エチルプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのγ−ラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの非環状エーテル、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそれらのフッ化物などを用いることができる。これらは複数種を組み合わせて用いることが好ましい。特に、環状カーボネートと非環状カーボネートを含む混合物、環状カーボネートと非環状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルを含む混合物などが好ましい。
【００５２】
リチウム塩には、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２、ＬｉＰＦ_３（ＣＦ_３）_３、ＬｉＰＦ_３（Ｃ_２Ｆ_５）_３などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、少なくともＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの大きさの極板群であれば、上記のような製造法によって効率よく製造することができる。
【００５３】
【実施例】
《実施例１》
以下の要領で積層型のリチウムイオン二次電池を作製した。
（イ）第１電極の作製
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅の蒸着膜を形成した。銅の蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００５４】
活物質の球状黒鉛（黒鉛化メソフェーズ小球体）１００重量部と、結着剤のスチレンブタジエンゴム３重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第１電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×４６ｍｍの第１電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、電極合剤層を有さない銅の蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００５５】
得られた第１電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００５６】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのＰＥＴシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムの蒸着膜を形成した。Ａｌ蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００５７】
活物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）１００重量部と、導電材のアセチレンブラック３重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第２電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×４５ｍｍの第２電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、合剤を有さないＡｌの蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００５８】
得られた第２電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
次に、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極を、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製した。
【００５９】
（ハ）極板群の作製
両面に第１電極合剤層を有する第１電極からなる集合体２つで、両面に第２電極合剤層を有する第２電極からなる集合体１つを、セパレータを介して挟持した。このとき第１電極合剤層と第２電極合剤層とを互いに対面させ、また、第１電極における蒸着膜の露出部およびポリフッ化ビニリデンを、それぞれ第２電極におけるポリフッ化ビニリデンおよび蒸着膜の露出部と対面させた。両最外面に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスした。その結果、複数の極板スタックからなる集合体が得られた。
【００６０】
切断位置を、第１電極における蒸着膜の露出部の中心、第２電極における蒸着膜の露出部の中心に合わせて、複数の極板スタックからなる集合体を極板スタック毎に分割した。その結果、一連の塗工・積層工程により、一度に３６個もの極板スタックを得ることができた。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されていた。
【００６１】
１つの側面（第１側面）には、第１集電体シートの蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。その反対側の第２側面には、第２集電体シートの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。残りの２つの側面（第３側面と第４側面）には、各集電体シートのＰＥＴの露出部が配列していた。
【００６２】
第１集電体シートの銅の蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第１側面に、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、銅膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。この銅膜はそのまま負極端子として用いた。
【００６３】
第２集電体シートのＡｌの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第２側面に、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、アルミニウム膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。このアルミニウム膜はそのまま正極端子として用いた。
【００６４】
こうして得られた極板群の銅膜とアルミニウム膜に、それぞれリード線を接続し、外部の充放電装置を用いて、充放電試験を行った。ここで用いた電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比３０：７０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ_６を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。
【００６５】
［評価］
充放電は、２０℃雰囲気中で行った。
充電および放電は、それぞれ電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ^２の電流モードで行った。充電終止電圧は４．２Ｖとした。放電終止電圧は３．０Ｖとした。上記条件によって得られた電気容量は９００ｍＡｈであった。
【００６６】
なお、比較として、従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて負極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて正極を作製したところ、同様の容量の電池を得るためには、電池の容積が実施例１のリチウムイオン二次電池の１．２倍となった。このことから、本発明によれば、電気化学素子の容量あたりのエネルギー密度を、従来よりも高められることが明らかとなった。また、実施例１のリチウムイオン二次電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下などの異常は認められなかった。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、均整のとれた簡略な構造を有するため信頼性が高く、かつ、体積効率が高いため高容量を有する積層型の電気化学素子を効率良く提供することができる。このような電気化学素子を含む非水電解液二次電池を用いることにより、信頼性の高い携帯電話、携帯情報端末機器、カムコーダ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯音響機器、電気自動車、ロードレベリング用電源などの機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型極板群の縦断面図である。
【図２】図１のａ−ａ線断面図である。
【図３】第１電極または第２電極の集合体を得るための集電体シートの上面図である。
【図４】第１電極および第２電極からなる集合体の斜視図である。
【図５】別の第１電極および第２電極からなる集合体の斜視図である。
【符号の説明】
１０極板群
１１ａ、ｂ樹脂シート
１１ｘ、ｘ’、ｘ” 樹脂シートの端部
１１ｙ、ｙ’、ｙ” 樹脂シートの端部
１２ａ、ｂ導電層
１２ｘ、ｙ導電層の端部
１３ａ第１集電体シート
１３ｂ第２集電体シート
１４ａ第１電極合剤層
１４ｂ第２電極合剤層
１５ａ第１電極
１５ｂ、ｂ’ 第２電極
１６セパレータ
１７ａ第１端子
１７ｂ第２端子
１８ａ第１絶縁材料部
１８ｂ第２絶縁材料部
２１ａ、ｂ樹脂シート
２２ａ第１電極合剤層
２２ｂ第２電極合剤層
２３ａ、ｂ導電層の露出部
２４ａ第１端子との接続部
２４ｂ第２端子との接続部
２５ａ、ｂ樹脂シートの露出部に対応する絶縁部
２６ａ導電層
３１ａ、ｂ樹脂シート
３２ａ帯状の第１電極合剤層
３２ｂ帯状の第２電極合剤層
３３ａ、ｂ導電層の露出部
３４ａ第１端子との接続部
３４ｂ第２端子との接続部
３５ａ、ｂ樹脂シートの露出部に対応する絶縁部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical device having an electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked with a separator interposed therebetween, and particularly to a secondary battery having a high energy density such as a lithium ion secondary battery. The present invention relates to improvement of a battery electrode group.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization and weight reduction of electronic and electric devices, demands for miniaturization and weight reduction of secondary batteries are increasing. The electrode group of the secondary battery includes a stacked type and a wound type. The stacked electrode group is obtained by alternately stacking a positive electrode and a negative electrode via a separator. The wound electrode plate group is obtained by winding a long positive electrode and a negative electrode via a separator. In the case of the wound type, since a bent portion is formed in the electrode plate group, the electrode plate is distorted, and the reaction tends to be non-uniform. The stacked electrode group has no problem of electrode plate distortion, but it is necessary to prevent a short circuit between the electrode plates on the side, so a separator with a larger area than either the positive electrode or the negative electrode is interposed between the electrode plates. It has a structure.
[0003]
The conventional electrode group has a complicated structure, which hinders improvement in battery reliability and electric capacity. For example, a current collecting tab or a current collecting lead connected to the electrode may prevent a uniform electrode reaction on the electrode surface. If a metal burr larger than usual occurs on the cut surface of the lead, an internal short circuit may occur. Therefore, from the viewpoint of simplifying the internal structure of the battery, the positive electrode protrudes from one of the side surfaces of the stacked electrode group, the negative electrode protrudes from the side surface opposite to the side surface, and electricity is directly transmitted from each side surface. It has been proposed to take it out. For example, a technique has been proposed in which electrode plates of the same polarity protruding from the side surface of an electrode plate group are integrally joined using a predetermined metal member (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-126707 A
[Problems to be solved by the invention]
In a structure in which a separator having a larger area than any of the positive electrode and the negative electrode is interposed between the electrode plates, the end of the separator protrudes from the side surface of the electrode plate group. Difficult to obtain. Even in a structure in which electrode plates of the same polarity protrude from the side surfaces of the electrode group, the volume efficiency is similarly reduced. In addition, the electrode group having these structures has a complicated manufacturing process, and it is difficult to ensure reliability.
The present invention has been made in view of the above circumstances, has a high volumetric efficiency, has a well-balanced simple structure, is highly reliable, and efficiently provides a stacked electrochemical element having a high electric capacity. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is an electrochemical device having an electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked with a separator interposed therebetween, wherein each of the plurality of first electrodes is a first electrode. A current collector sheet and at least one first electrode mixture layer carried on the current collector sheet, wherein the plurality of second electrodes are respectively a second current collector sheet and at least one second electrode mixture layer carried on the second current collector sheet; A first side, a second side, and a third side in which the electrode plate group is formed such that an end of each of the current collector sheets and an end of the separator are substantially flush with each other. And an electrochemical device having a fourth side surface (hereinafter, referred to as an electrochemical device X).
[0007]
The area per side of the first current collector sheet is S (1), the area per side of the second current collector sheet is S (2), and the area per side of the separator is S (s). At this time, it is preferable that S (1) ≦ S (s) ≦ S (1) × 1.05 and S (2) ≦ S (s) ≦ S (2) × 1.05 are satisfied.
[0008]
In the electrochemical element X, a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion on the surface and a second current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion on the surface can be used.
In the electrochemical device X, an end of each of the first current collector sheets can be connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets can be connected to the second side surface. Can be connected to the second terminal.
In the electrochemical device X, an end of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface can be an insulating portion.
[0009]
In the electrochemical device X, the first side surface and the second side surface may be located on opposite sides of the electrode plate group.
In the electrochemical device X, a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode can be provided on the first side surface, and the second insulating side can be provided on the second side surface. A second insulating material portion for insulating the terminal from the first electrode may be provided.
[0010]
In the present invention, each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface. A conductive portion of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface; a conductive portion of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface; The present invention relates to an electrochemical device (hereinafter, referred to as an electrochemical device x) in which one side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group.
[0011]
In the electrochemical device x, an end of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface can be an insulating portion.
In the electrochemical device x, a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode can be provided on the first side surface, and the second terminal is provided on the second side surface. A second insulating material portion for insulating the first electrode may be provided.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1
FIG. 1 shows a longitudinal sectional view of a stacked electrode group of the electrochemical device according to the present embodiment. FIG. 2 is a sectional view of the electrode group taken along line aa.
The electrode group 10 includes a plurality of first electrodes 15a and second electrodes 15b that are alternately stacked, and a separator 16 is interposed between the first electrodes 15a and the second electrodes 15b. The first electrode 15a includes a first current collector sheet 13a and two first electrode mixture layers 14a. The first current collector sheet 13a has a predetermined shape pattern provided on the resin sheet 11a and both surfaces thereof. Of the conductive layer 12a. The surface of the conductive layer 12a becomes a conductive part of the first current collector sheet, and the exposed part of the resin sheet 11a becomes an insulating part.
[0013]
In FIG. 1, on each side of the electrode group 10, the end of each current collector sheet and the end of the separator are arranged flush with each other. In FIG. 2, on each side of the electrode group 10, The end of each current collector sheet and the end of the separator are flush with each other. However, the end of each current collector sheet and the end of the separator do not need to be completely flush with each other on each side surface, but may be substantially flush with each other. When the end of each current collector sheet and the end of the separator are completely flush with each other on each side surface, the area S (1) per side of the first current collector sheet and the second The area S (2) per side of the current collector sheet and the area S (s) per side of the separator are the same, but it is not necessary that S (1) = S (s) = S (2). Instead, S (1) ≦ S (s) ≦ S (1) × 1.05 and S (2) ≦ S (s) ≦ S (2) × 1.05 may be satisfied.
[0014]
In the electrode plate group 10, since the end portions of the separator and the electrode plate do not protrude from the side surfaces, the volume efficiency is high and a high capacity can be obtained. Such an electrode group has a well-balanced and simple structure, so that it is easy to ensure reliability. In addition, since a large number of electrode groups can be manufactured at the same time, manufacturing costs can be reduced.
[0015]
1 and 2, a conductive layer is provided on the entire surface except for the end portions 11x, 11x 'and 11x "of the first current collector sheet. Since the surface of the conductive layer is a conductive portion, it is placed on the conductive layer. A first electrode mixture layer is provided, and the end portions 11x, 11x ', and 11x "of the sheet having no conductive layer become insulating portions. An exposed portion of the conductive layer used for current collection is left at the end 12x of the sheet opposite to the end 11x.
[0016]
The electrode group 10 includes two types of second electrodes 15b and 15b '. The inner second electrode 15b sandwiched between the two first electrodes 15a has the same structure as the first electrode 15a, except that the arrangement in the electrode group is reversed. That is, the inner second electrode 15b is composed of the second current collector sheet 13b and the two second electrode mixture layers 14b, and the second current collector sheet 13b is formed of the resin sheet 11b and the predetermined surfaces provided on both surfaces thereof. Of the conductive layer 12b having the following pattern. The outermost two second electrodes 15b 'have the same structure as the inner second electrode except that the conductive layer 12b and the second electrode mixture layer 14b are provided on one surface, not on both surfaces of the resin sheet 11b. Having.
[0017]
A conductive layer is provided on the entire surface of the second current collector sheet except for the end portions 11y, 11y ', and 11y ". Since the surface of the conductive layer becomes a conductive portion, a second electrode mixture layer is formed thereon. The ends 11y, 11y ', and 11y "of the sheet having no conductive layer serve as insulating portions. An exposed portion of the conductive layer used for current collection is left at an end 12y of the conductive layer located on the opposite side of the end 11y.
[0018]
The thickness of the resin sheet is, for example, 0.5 to 500 μm. The thickness of the conductive layer is, for example, 0.01 to 100 μm. The thickness of the first electrode mixture layer is, for example, 1 to 1000 μm. However, their thickness is not particularly limited.
A normal resin sheet having a flat surface may be used, or a perforated body, lath body, porous body, net, foam, woven fabric, nonwoven fabric, or the like may be used. Alternatively, a resin sheet having irregularities on the surface can be used.
[0019]
Resin sheets include, for example, olefin polymers such as polyethylene, polypropylene, and polymethylpentene; ester polymers such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexylene dimethylene terephthalate, and polyarylate; and thioether-based polymers such as polyphenylene sulfide. Polymers, aromatic vinyl polymers such as polystyrene, nitrogen-containing polymers such as polyimide and aramid resin, and fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride can be used. These may be used alone, or a copolymer, a polymer alloy, a polymer blend or the like in which two or more kinds are combined may be used.
[0020]
For the conductive layer, an electronic conductor that does not cause a chemical change in the configured battery can be used without particular limitation. When the first electrode is a positive electrode, for example, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, carbon, or the like can be used, and particularly, aluminum, an aluminum alloy, or the like is preferable. When the first electrode is a negative electrode, for example, stainless steel, nickel, copper, a copper alloy, titanium, or the like can be used, and particularly, copper, a copper alloy, or the like is preferable.
[0021]
The method for forming the conductive layer is not particularly limited. For example, the conductive layer can be obtained by depositing a conductive material on the surface of the resin sheet. In order to form a vapor deposition film having a predetermined pattern, vapor deposition is performed after covering a resin sheet with a mask having an opening having a predetermined shape.
[0022]
The exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet is disposed on the first side surface (the left side in FIG. 1) of the electrode plate group 10, and the opposite insulating portion is provided on the second side surface (the left side surface of the electrode plate group 10). (Right side in FIG. 1). In FIG. 1, the first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group from each other, but their arrangement is not particularly limited. On the other hand, the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet is disposed on the first side surface of the electrode plate group 10, and the opposite insulating portion is disposed on the second side surface of the electrode plate group 10. I have.
[0023]
As described above, since the first electrode and the second electrode having the same structure are arranged in opposite directions, the exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet is formed by the second current collector sheet. Adjacent to the insulation part. The exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet is adjacent to the insulating portion of the first current collector sheet. With such an arrangement, it is easy to prevent a short circuit between the first electrode and the second electrode. It is also easy to connect the exposed portions of the conductive layers of the plurality of first current collector sheets or the second current collector sheets in parallel to obtain a high-capacity electrode group. However, from the viewpoint of reliably preventing a short circuit, the insulating portion of the second current collector sheet adjacent to the exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet and the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet are adjacent to the exposed portion. The width of the insulating portion of the first current collector sheet to be formed is preferably 0.001 mm or more, and more preferably 0.1 mm or more.
[0024]
In the electrode plate group 10, the insulating portion of the first current collector sheet and the insulating portion of the second current collector sheet are flush with each other on the third side surface (left side in FIG. 2) and the fourth side surface (right side in FIG. 2). Are arranged. According to such a structure, a short circuit between the first electrode and the second electrode can be prevented without interposing a separator larger than the current collector sheet between the electrode plates.
[0025]
When the exposed portions of the conductive layers of the plurality of first current collector sheets or the second current collector sheets are connected in parallel to obtain a high-capacity electrode group as shown in FIG. May be connected. For example, a method of covering the first side surface and the second side surface with a coating of a conductive material can be used. The thickness of the coating of the conductive material is, for example, about 0.01 to 1 mm. The coating of the conductive material thus obtained can be used as a first terminal 17a and a second terminal 17b for current collection. In order to obtain a good current collecting state, it is preferable that the contact area between the exposed portion of the conductive layer and the coating of the conductive material is large, and the exposed portion of the conductive layer is 0.001 to 1 mm inside the coating of the conductive material. Is preferably buried to a depth of
[0026]
Between the first terminal and the first side surface and between the second terminal and the second side surface, a first insulating material portion 18a for insulating the first terminal from the second electrode and a second insulating material are provided. A material portion 18b can be provided. Since the insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first side surface and the insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second side surface, short-circuiting can be performed without providing an insulating material portion. Can be prevented, but by further providing an insulating material portion, the possibility of a short circuit is greatly reduced. The thickness of the insulating material portion is not particularly limited, but is preferably 0.001 mm or more, and more preferably 0.01 mm or more.
[0027]
The method of providing the insulating material portion is not particularly limited, but it can be provided, for example, by applying a paste or liquid insulating material onto the current collector sheet around the electrode mixture layer by a screen printing method. By attaching a film-shaped or tape-shaped insulating material on the current collector sheet around the electrode mixture layer, the insulating material portion can be provided. In FIG. 2, the third and fourth side surfaces of the electrode plate group 10 are not provided with an insulating material portion, but these side surfaces can also be provided with an insulating material portion.
[0028]
Examples of the insulating material used for the insulating material portion include a resin, a glass composition, and ceramics. Further, a composite material in which a woven fabric or a nonwoven fabric is impregnated with a resin can be used. As the resin, a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used. When a thermosetting resin is used, a step of heating and curing the resin coating film is required.
[0029]
Examples of resins that can be used for the insulating material portion include olefin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, and polymethylpentene; polyethylene-based terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexylene dimethylene terephthalate, polyarylate, and ester-based polymers such as polycarbonate; Ether polymers such as ethylene oxide, polypropylene oxide, polyacetal, polyphenylene ether, polyetheretherketone, and polyetherimide; sulfone polymers such as polysulfone and polyethersulfone; acrylonitrile polymers such as polyacrylonitrile, AS resin and ABS resin; and polyphenylene Thioether polymers such as sulfide, aromatic vinyl polymers such as polystyrene Chromatography, polyimide, nitrogen-containing polymer, such as aramid resin, polytetrafluoroethylene, fluorine polymers such as polyvinylidene fluoride, acrylic polymers such as polymethyl methacrylate and the like. These may be used alone, or a copolymer, a polymer alloy, a polymer blend or the like in which two or more kinds are combined may be used. Further, a polymer obtained by polymerization and solidification by heating or UV irradiation may be used.
[0030]
In FIG. 1, the second electrode mixture layer has a larger area than the first electrode mixture layer. Such a structure is suitable for an electrode group of a lithium ion secondary battery having the first electrode mixture layer as a positive electrode and the second electrode mixture layer as a negative electrode. When the first electrode mixture layer is a negative electrode and the second electrode mixture layer is a positive electrode, the area of the first electrode mixture layer is larger than that of the second electrode mixture layer.
[0031]
The electrode group can be accommodated in a predetermined case together with the electrolytic solution. Although the composition of the electrolytic solution varies depending on the type of battery, when a lithium ion secondary battery is obtained, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent is used. The shape and material of the case are not particularly limited.
[0032]
Next, an example of a method for simultaneously manufacturing the plurality of electrode groups 10 will be described with reference to FIG.
(A) Preparation of First Electrode A resin sheet 21a large enough to provide a desired number of current collector sheets is prepared. Next, a plurality of conductive layers having a predetermined shape pattern are provided at the same position on both surfaces of the resin sheet 21a. For example, conductive layers of a predetermined shape are formed on a resin sheet in a plurality of rows and a plurality of columns as shown in FIG. Such a conductive layer can be obtained by covering a resin sheet with a mask having a matrix-shaped opening and depositing a metal on the resin sheet portion exposed from the opening.
[0033]
As shown in FIG. 3, a plurality of conductive layers 26a each having a size of two electrodes are formed on the resin sheet 21a. That is, to obtain 2n electrodes, n conductive layers are formed on one side of the resin sheet. Next, as shown in FIG. 4, two first electrode mixture layers 22a are formed on each conductive layer 26a. An exposed portion 23a of the conductive layer having no mixture is left between the two first electrode mixture layers. Although FIG. 4 illustrates the electrode mixture layers in three rows and three columns, usually, more conductive layers and electrode mixture layers are formed on a larger current collector sheet.
[0034]
The first electrode mixture layer is formed by applying a paste made of the first electrode mixture to the entire surface of the conductive layer except for the central portion. The coating method is not particularly limited, but it is preferable to adopt screen printing, pattern coating, or the like. The exposed portion of the conductive layer on which the paste is not applied becomes a connection portion 24a with the first terminal after the electrode plate group is formed. The first electrode mixture is prepared by mixing an active material of the first electrode, a conductive material, a binder and the like with a dispersion medium. The coating film of the paste is dried, and the dried coating film is rolled by a roller to increase the mixture density.
[0035]
When the first electrode is the positive electrode of a lithium ion secondary battery, for example, a lithium-containing transition metal oxide can be preferably used as the active material. Examples of the lithium-containing transition metal oxides, for _{_{_{_{example, Li x CoO z, Li x}}}} NiO z, Li x MnO z, Li x Co y Ni 1-y O z, Li x Co f V 1-f O z, Li x _{_{_{_{Ni 1-y M y O z}}}} (M = Ti, V, Mn, Fe), Li x Co a Ni b M c O z (M = Ti, Mn, Al, Mg, Fe, Zr), Li x Mn 2 O ₄ , Li _x Mn _{2 (1-y)} M _2y O ₄ (M = Na, Mg, Sc, Y, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Cu, Zn, Al, Pb, Sb), etc. be able to. However, the x value changes in the range of 0 ≦ x ≦ 1.2 due to charging and discharging of the battery. Also, 0 ≦ y ≦ 1, 0.9 ≦ f ≦ 0.98, 1.9 ≦ z ≦ 2.3, a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, and 0 ≦ c <1. is there. These may be used alone or in combination of two or more.
[0036]
When the first electrode is a negative electrode of a lithium ion secondary battery, examples of the active material include lithium, a lithium alloy, an intermetallic compound, a carbon material, an organic compound or an inorganic compound capable of inserting and extracting lithium ions, and a metal complex. And an organic polymer compound can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Carbon materials include coke, pyrolytic carbon, natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads, graphitized mesophase spherules, vapor-grown carbon, glassy carbon, carbon fibers (polyacrylonitrile, pitch, cellulose, Vapor-phase growth system), amorphous carbon, and an organic compound fired body. Among these, natural graphite and artificial graphite are particularly preferred.
[0037]
As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black, graphite, or the like is used. Further, as the binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, an acrylic resin, styrene butadiene rubber, ethylene propylene terpolymer and the like can be used.
[0038]
In the electrode group, the first electrode to be arranged on the peripheral portion of the first electrode mixture layer that is adjacent to the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet, that is, on the second side surface of the electrode group. An insulating material is applied along the periphery of the mixture layer. Here, it is preferable to perform pattern coating. Such application of the insulating material is not always necessary, and may be performed arbitrarily. However, applying the insulating material can reduce the possibility of a short circuit. A peripheral portion of the first electrode mixture layer to be disposed on the third side surface and the fourth side surface of the electrode plate group may be coated with an insulating material. When obtaining the electrode plate group 10 of FIG. 1, an insulating material is applied to the peripheral portion of the first electrode mixture layer to be disposed on the second side surface of the electrode plate group. The applied insulating material forms a first insulating material portion in the electrode plate group.
[0039]
(B) Production of the second electrode The second electrode having the second electrode mixture layer on both surfaces can be produced in the same manner as the first electrode. That is, a plurality of conductive layers of a predetermined shape pattern are provided at the same position on both sides of a resin sheet 21b having a size capable of providing a desired number of current collector sheets, and a second electrode mixture layer 22b is provided on each conductive layer. Are formed two by two. An exposed portion 23b of the conductive layer having no mixture is left between the two second electrode mixture layers. The exposed portion of the conductive layer to which the paste is not applied becomes a connection portion 24b with the second terminal in the electrode plate group. The second electrode having the second electrode mixture layer on only one side can be manufactured in the same manner as described above, except that the conductive layer, the second electrode mixture layer, and the insulating material are not provided on the other side.
[0040]
(C) Manufacture of an electrode group An assembly made of a plurality of first electrodes and an assembly made of a plurality of second electrodes are laminated with a separator interposed therebetween. At this time, the first electrode mixture layer 22a of the first electrode and the second electrode mixture layer 22b of the second electrode face each other and are stacked. The exposed portion 23a of the conductive layer and the insulating material in the first electrode face the insulating material and the exposed portion 23b of the conductive layer in the second electrode, respectively. On both outermost surfaces, a pair of second electrodes having a second electrode mixture layer only on one side are arranged, the inner electrodes are sandwiched by these, and the whole is pressed. In this way, an aggregate composed of a plurality of electrode plate stacks can be obtained.
[0041]
A woven or nonwoven fabric made of an olefin polymer such as polyethylene or polypropylene, glass fiber, or the like can be used for the separator. A solid electrolyte or a gel electrolyte can be used as the separator. For the solid electrolyte, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, or the like can be used as a matrix material. As the gel electrolyte, for example, a gel electrolyte in which a non-aqueous electrolyte described later is held in a matrix made of a polymer material can be used. As the polymer material forming the matrix, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is particularly preferable to use a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or a mixture of polyvinylidene fluoride and polyethylene oxide.
[0042]
An assembly made up of a plurality of electrode stacks is divided for each electrode stack. The first electrode and the second electrode are cut along the arrow direction shown in FIG. The exposed portions of the conductive layer form connection portions 24a and 24b with terminals by cutting, and the exposed portions of the resin sheet on the opposite side form insulation portions 25a and 25b by cutting. On the four side surfaces of the electrode plate stack thus obtained, the ends of the current collector sheets and the ends of the separators are arranged flush with each other. I do not meet.
[0043]
When the above-mentioned method is applied using a metal foil generally used conventionally as a current collector sheet, metal burrs generated at the time of cutting become a problem. Metal burrs break through the separator and are a major cause of internal short circuits. Therefore, it is important to prevent the generation of metal burrs, but it is extremely difficult to cut the metal foil without generating metal burrs. On the other hand, when a current collector sheet made of a resin sheet is used, since most of the cut surface is occupied by the resin, no metal burr occurs. Therefore, the reliability of the electrochemical device is greatly improved.
[0044]
A first terminal can be obtained by coating the first side surface on which the exposed portions of the conductive layer of the first current collector sheet and the insulating portions of the second current collector sheet are alternately arranged with a coating of a conductive material. For example, the first side surface can be covered with a metal coating by spraying molten or semi-molten metal fine particles on the first side surface. The metal film thus formed is automatically electrically connected to the exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet. Since the insulating material is applied to the end surface of the second electrode mixture layer disposed on the first side surface, a short circuit between the metal film and the second electrode does not occur. The second side surface on which the exposed portions of the conductive layer of the second current collector sheet and the insulating portions of the first current collector sheet are alternately arranged is also covered with a metal coating in the same manner as described above, thereby obtaining the second terminal. be able to.
The third side surface and the fourth side surface of the electrode plate group may be left as they are, but are preferably covered with an insulating material.
[0045]
When the first terminal or the second terminal is a positive terminal, it is preferable to use aluminum powder as the metal fine particles. When the first terminal or the second terminal is a negative terminal, it is preferable to use copper powder as metal fine particles.
[0046]
An assembly of electrode groups can also be obtained using an assembly consisting of a plurality of first electrodes and an assembly consisting of a plurality of second electrodes as shown in FIG. In order to obtain an aggregate including such first electrodes, a plurality of rows of strip-shaped conductive layers are formed at the same position on both surfaces of a resin sheet 31a having a size capable of providing a desired number of current collector sheets. Such a conductive layer can be obtained by covering a resin sheet with a mask having a strip-shaped opening and depositing a metal on the resin sheet portion exposed from the opening. Here, a plurality of rows of conductive layers each having a size corresponding to two rows of the electrode mixture layer are formed on the current collector sheet 31a. That is, to obtain 2n rows of electrode mixture layers, n rows of conductive layers are formed on one side of the resin sheet.
[0047]
On each strip-shaped conductive layer, two strip-shaped first electrode mixture layers 32a are formed. The exposed portion 33a of the conductive layer having no mixture is left between the two rows of band-shaped first electrode mixture layers 32a. The strip-shaped first electrode mixture layer 32a is formed by applying a paste made of the same first electrode mixture as described above to the entire surface of the conductive layer except for the central portion. The coating method is the same as in the case of the laminated electrode group. The exposed portion 33a of the conductive layer on which the paste is not applied becomes a connection portion 34a with the first terminal.
[0048]
Also in the case of obtaining an aggregate composed of the second electrodes, a plurality of rows of strip-shaped conductive layers are provided at the same position on both sides of the resin sheet 31b having a size capable of providing a desired number of current collector sheets, and A band-shaped second electrode mixture layer 32b is formed on each of the two rows. An exposed portion 33b of the conductive layer having no mixture is left between the two rows of band-shaped second electrode mixture layers. The exposed portion of the conductive layer where the paste is not applied becomes a connection portion 34b with the second terminal.
[0049]
When such an assembly of electrode groups is divided for each electrode plate stack along the arrow direction shown in FIG. 5, the exposed portions of the conductive layer form connection portions 34a and 34b with terminals by cutting, and The exposed portions of the resin sheet on the opposite side form insulating portions 35a and 35b by cutting. In the four side surfaces of the electrode plate stack thus obtained, the end of each current collector sheet and the end of the separator are arranged flush with each other, but the first side and the second side have different polarities. The conductive portions of the electrodes do not face each other. On the other hand, the cross section of the electrode mixture layer is exposed on the third side surface and the fourth side surface. By covering the third side surface and the fourth side surface of the electrode plate group where the cross section of the electrode mixture layer is exposed with an insulating material, a short circuit can be prevented.
[0050]
The obtained electrode plate group is accommodated in a case having a predetermined shape together with a predetermined electrolyte as needed. As the case, for example, a stainless steel plate, an aluminum plate or the like processed into a predetermined shape, an aluminum foil (aluminum laminated sheet) having a resin coating on both surfaces, a resin case, or the like is used. When the electrochemical element is, for example, a lithium ion secondary battery, an electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent is used. The lithium salt concentration in the electrolyte is, for example, 0.5 to 1.5 mol / L.
[0051]
Non-aqueous solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, and dipropyl carbonate. Aliphatic carbonates such as cyclic carbonate, methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate; γ-lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; 1,2-dimethoxyethane; Acyclic ethers such as ethoxyethane and ethoxymethoxyethane, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyl-tetrahydrofuran, dimethylsulfoxy , 1,3-dioxolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, alkyl phosphate esters and their fluorides, such as trioctyl phosphate can be used. These are preferably used in combination of a plurality of types. In particular, a mixture containing a cyclic carbonate and an acyclic carbonate, a mixture containing a cyclic carbonate, an acyclic carbonate, and an aliphatic carboxylic acid ester are preferable.
[0052]
Lithium salts include LiPF ₆ , LiBF ₄ , LiClO ₄ , LiAlCl ₄ , LiSbF ₆ , LiSCN, LiCl, LiCF ₃ SO ₃ , LiCF ₃ CO ₂ , LiAsF ₆ , LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ and Li ₂ B ₁₀ Cl ₁₀ , LiN (C ₂ F ₅ SO ₂ ) ₂ , LiPF ₃ (CF ₃ ) ₃ , LiPF ₃ (C ₂ F ₅ ) _{3 and the} like can be used. These may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use at least LiPF6.
For example, an electrode plate group having a length of 1 to 300 mm, a width of 1 to 300 mm, and a thickness of 0.01 to 20 mm can be efficiently manufactured by the above manufacturing method.
[0053]
【Example】
<< Example 1 >>
A laminated lithium ion secondary battery was manufactured in the following manner.
(A) Preparation of First Electrode A sheet of polyethylene terephthalate (hereinafter, referred to as PET) having a width of 198 mm, a length of 282 mm, and a thickness of 7 μm was prepared. Next, a plurality of rectangular (65 mm × 46 mm) copper vapor-deposited films arranged in three rows and six columns were formed at the same position on both sides of the PET sheet using a mask having a matrix-shaped opening. The thickness of the copper deposition film was 0.1 μm.
[0054]
By mixing 100 parts by weight of spherical graphite (graphitized mesophase small spheres) as an active material, 3 parts by weight of styrene-butadiene rubber as a binder, and an appropriate amount of an aqueous solution of carboxymethylcellulose as a dispersion medium, the first electrode mixture is mixed. Was prepared. This paste was applied to the entire surface of each deposited film except the central portion. As a result, two 32 mm x 46 mm first electrode mixture layers were formed on each of the deposited films. Between the two first electrode mixture layers, the exposed portion of the copper vapor deposition film having no electrode mixture layer was left in a groove shape having a width of 1 mm. Thereafter, the coating film of the paste was dried, and the dried coating film was rolled with a roller until the thickness became 70 μm.
[0055]
A 0.3 mm-wide polyvinylidene fluoride having a width of 0.3 mm was applied as an insulating material to a portion of the peripheral portion of the obtained first electrode mixture layer opposite to a portion adjacent to the exposed portion of the deposited film. Thus, an assembly of first electrodes having first electrode mixture layers of 6 rows and 6 columns on both surfaces was obtained.
[0056]
(B) Preparation of second electrode A second electrode having a second electrode mixture layer on both surfaces was prepared.
A PET sheet having a width of 198 mm, a length of 282 mm, and a thickness of 7 μm was prepared. Next, a plurality of rectangular (64 mm × 45 mm) aluminum vapor-deposited films arranged in three rows and six columns were formed at the same position on both sides of the PET sheet using a mask having a matrix-shaped opening. The thickness of the Al deposited film was 0.1 μm.
[0057]
100 parts by weight of lithium cobalt oxide (LiCoO ₂ ) as an active material, 3 parts by weight of acetylene black as a conductive material, 7 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of carboxymethyl cellulose aqueous solution as a dispersion medium are mixed. Thus, a paste composed of the second electrode mixture was prepared. This paste was applied to the entire surface of each deposited film except the central portion. As a result, two second electrode mixture layers each having a size of 31 mm × 45 mm were formed on each deposited film. Between the two second electrode mixture layers, an exposed portion of a vapor-deposited Al film having no mixture was left in a groove shape having a width of 2 mm. Thereafter, the coating film of the paste was dried, and the dried coating film was rolled with a roller until the thickness became 70 μm.
[0058]
A 0.3 mm-wide polyvinylidene fluoride as an insulating material was applied to a portion of the peripheral portion of the obtained second electrode mixture layer opposite to a portion adjacent to the exposed portion of the deposited film. Thus, an assembly of second electrodes having second electrode mixture layers of 6 rows and 6 columns on both surfaces was obtained.
Next, a second electrode having the second electrode mixture layer only on one side was prepared in the same manner as described above, except that the conductive layer, the second electrode mixture layer, and the insulating material were not provided on the other side.
[0059]
(C) Production of an electrode plate group Two aggregates composed of first electrodes having a first electrode mixture layer on both surfaces, and one aggregate composed of a second electrode having a second electrode mixture layer on both surfaces, It was sandwiched via a separator. At this time, the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer face each other, and the exposed portion of the vapor deposition film and the polyvinylidene fluoride of the first electrode are respectively connected to the polyvinylidene fluoride and the vapor deposition film of the second electrode. Faced with the exposed part. A pair of second electrodes having a second electrode mixture layer only on one side were arranged on both outermost surfaces, and the inside electrodes were sandwiched by these, and the whole was pressed. As a result, an aggregate composed of a plurality of electrode plate stacks was obtained.
[0060]
The assembly made up of a plurality of electrode plate stacks was divided for each electrode plate stack according to the cutting position of the center of the exposed portion of the deposited film on the first electrode and the center of the exposed portion of the deposited film on the second electrode. As a result, as many as 36 electrode plate stacks could be obtained at one time by a series of coating and laminating steps. On the four side surfaces of the electrode plate stack thus obtained, the end of each current collector sheet and the end of the separator were arranged flush.
[0061]
On one side surface (first side surface), exposed portions of the deposited film of the first current collector sheet and exposed portions of PET of the second current collector sheet were alternately arranged. On the opposite second side surface, exposed portions of the deposited film of the second current collector sheet and exposed portions of PET of the first current collector sheet were alternately arranged. The exposed portions of PET of each current collector sheet were arranged on the remaining two side surfaces (the third side surface and the fourth side surface).
[0062]
Copper particles in a semi-molten state were sprayed on the first side face where the exposed portions of the deposited copper film of the first current collector sheet and the exposed portions of PET of the second current collector sheet were alternately arranged. As a result, a copper film having a thickness of 0.5 mm was formed on the first side surface. The exposed portion of the copper vapor deposition film was buried inside the copper film to a depth of 0.2 mm. This copper film was used as it was as a negative electrode terminal.
[0063]
Semi-molten aluminum fine particles were sprayed on the second side face where the exposed portions of the Al vapor deposition film of the second current collector sheet and the exposed portions of PET of the first current collector sheet were alternately arranged. As a result, an aluminum film having a thickness of 0.5 mm was formed on the second side surface. The exposed portion of the Al deposition film was buried in the aluminum film to a depth of 0.2 mm. This aluminum film was used as it was as a positive electrode terminal.
[0064]
Lead wires were respectively connected to the copper film and the aluminum film of the electrode plate group thus obtained, and a charge / discharge test was performed using an external charge / discharge device. The electrolytic solution used here was prepared by dissolving LiPF ₆ at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) mixed at a volume ratio of 30:70.
[0065]
[Evaluation]
The charge and discharge were performed in a 20 ° C. atmosphere.
Charging and discharging were performed in a current mode of ^2.5 mA / cm ² with respect to the electrode area, respectively. The charge termination voltage was set to 4.2V. The discharge end voltage was 3.0 V. The electric capacity obtained under the above conditions was 900 mAh.
[0066]
As a comparison, a negative electrode was manufactured using a core material made of a conventionally used copper foil, and a positive electrode was manufactured using a core material made of an aluminum foil. The capacity of the battery was 1.2 times that of the lithium ion secondary battery of Example 1. From this, it has been clarified that according to the present invention, the energy density per capacity of the electrochemical element can be increased as compared with the related art. Further, even when the lithium ion secondary battery of Example 1 was dropped and subjected to mechanical shock, no abnormality such as a voltage drop due to an internal short circuit was found.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently provide a stacked electrochemical device having a high reliability because of having a simple structure that is well-balanced, and having high volume efficiency. it can. By using a non-aqueous electrolyte secondary battery including such an electrochemical element, a highly reliable mobile phone, a portable information terminal device, a camcorder, a personal computer, a PDA, a portable audio device, an electric vehicle, a power source for road leveling Such devices can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a laminated electrode group according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line aa of FIG.
FIG. 3 is a top view of a current collector sheet for obtaining an aggregate of a first electrode or a second electrode.
FIG. 4 is a perspective view of an assembly including a first electrode and a second electrode.
FIG. 5 is a perspective view of another aggregate including a first electrode and a second electrode.
[Explanation of symbols]
10 Electrode group 11a, b Resin sheet 11x, x ', x "End 11y of resin sheet, y', y" End 12a of resin sheet, b Conductive layer 12x, y End 13a of conductive layer First collection Current collector sheet 13b Second current collector sheet 14a First electrode mixture layer 14b Second electrode mixture layer 15a First electrode 15b, b 'Second electrode 16 Separator 17a First terminal 17b Second terminal 18a First insulating material Part 18b Second insulating material part 21a, b Resin sheet 22a First electrode mixture layer 22b Second electrode mixture layer 23a, b Exposed part 24a of conductive layer Connection part to first terminal 24b Connection part to second terminal 25a, b Insulating portions 26a corresponding to exposed portions of resin sheet Conductive layers 31a, b Resin sheet 32a First electrode mixture layer 32b in a band Second electrode mixture layer 33a in a band, b Exposed portion 34a of conductive layer First Connection part 34b with terminal Connection part 35a, b with second terminal Insulation part corresponding to exposed part of resin sheet

Claims

複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、
前記複数の第１電極は、それぞれ第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
前記複数の第２電極は、それぞれ第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
前記極板群が、前記各集電体シートの端部と前記セパレータの端部とが、実質的に面一に配されている第１側面、第２側面、第３側面および第４側面を有する電気化学素子。An electrochemical device having an electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked with a separator interposed therebetween,
The plurality of first electrodes each include a first current collector sheet and at least one first electrode mixture layer supported on the first current collector sheet,
The plurality of second electrodes each include a second current collector sheet and at least one second electrode mixture layer supported on the second current collector sheet,
The electrode plate group includes a first side surface, a second side surface, a third side surface, and a fourth side surface in which an end of each of the current collector sheets and an end of the separator are substantially flush with each other. Electrochemical device having.

前記第１集電体シートの片面あたりの面積をＳ（１）、前記第２集電体シートの片面あたりの面積をＳ（２）、前記セパレータの片面あたりの面積をＳ（ｓ）とするとき、
Ｓ（１）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（１）×１．０５
Ｓ（２）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（２）×１．０５
を満たしている請求項１記載の電気化学素子。The area per side of the first current collector sheet is S (1), the area per side of the second current collector sheet is S (2), and the area per side of the separator is S (s). When
S (1) ≦ S (s) ≦ S (1) × 1.05
S (2) ≦ S (s) ≦ S (2) × 1.05
The electrochemical device according to claim 1, which satisfies the following.

前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有する請求項１記載の電気化学素子。The electrochemical device according to claim 1, wherein each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on a surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on a surface. .

前記各第１集電体シートの端部が前記第１側面において第１端子と接続されており、前記各第２集電体シートの端部が前記第２側面において第２端子と接続されている請求項１記載の電気化学素子。An end of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface. The electrochemical device according to claim 1.

前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部が絶縁部からなる請求項１記載の電気化学素子。The electrochemical device according to claim 1, wherein an end portion of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface is formed of an insulating portion.

前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部が絶縁部からなる請求項１記載の電気化学素子。Each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on a surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on a surface. 2. The electrochemical device according to claim 1, wherein an end portion of each of the current collector sheets arranged on four side surfaces is formed of an insulating portion.

前記各第１集電体シートの端部が前記第１側面において第１端子と接続されており、前記各第２集電体シートの端部が前記第２側面において第２端子と接続されており、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置している請求項１記載の電気化学素子。An end of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface. The electrochemical device according to claim 1, wherein the first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group.

前記各第１集電体シートの端部が前記第１側面において第１端子と接続されており、前記各第２集電体シートの端部が前記第２側面において第２端子と接続されており、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１記載の電気化学素子。An end of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface. The first side is provided with a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode, and the second side is provided with the second terminal and the first electrode on the second side. 2. The electrochemical device according to claim 1, further comprising a second insulating material portion for insulating the electrode.

前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第１集電体シートの導電部が前記第１側面において第１端子と接続され、前記各第２集電体シートの導電部が前記第２側面において第２端子と接続され、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置する請求項１記載の電気化学素子。Each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface. A conductive portion of a body sheet is connected to a first terminal on the first side surface, a conductive portion of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface, and the first side surface and the second side surface are connected to each other. The electrochemical device according to claim 1, wherein a side surface is located on a side opposite to the electrode group.

前記各第１集電体シートの端部が前記第１側面において第１端子と接続されており、前記各第２集電体シートの端部が前記第２側面において第２端子と接続されており、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置し、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１記載の電気化学素子。An end of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface. The first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group, and the first side surface has a first terminal for insulating the first terminal and the second electrode. The electrochemical device according to claim 1, wherein an insulating material portion is provided, and a second insulating material portion for insulating the second terminal and the first electrode is provided on the second side surface.

前記各第１集電体シートの端部が前記第１側面において第１端子と接続されており、前記各第２集電体シートの端部が前記第２側面において第２端子と接続されており、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部が絶縁部からなり、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１記載の電気化学素子。An end of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface. And an end portion of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface is formed of an insulating portion. The first side surface is provided to insulate the first terminal and the second electrode. 2. The electric device according to claim 1, wherein a first insulating material portion is provided, and a second insulating material portion for insulating the second terminal and the first electrode is provided on the second side surface. 3. Chemical element.

前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第１集電体シートの導電部が前記第１側面において第１端子と接続され、前記各第２集電体シートの導電部が前記第２側面において第２端子と接続され、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置し、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部が絶縁部からなる請求項１記載の電気化学素子。Each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface. A conductive portion of a body sheet is connected to a first terminal on the first side surface, a conductive portion of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface, and the first side surface and the second side surface are connected to each other. 2. The electrochemical device according to claim 1, wherein a side surface is located on a side opposite to the electrode plate group, and an end of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface is formed of an insulating portion. .

前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第１集電体シートの導電部が前記第１側面において第１端子と接続され、前記各第２集電体シートの導電部が前記第２側面において第２端子と接続され、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置し、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１記載の電気化学素子。Each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface. A conductive portion of a body sheet is connected to a first terminal on the first side surface, a conductive portion of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface, and the first side surface and the second side surface are connected to each other. A first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode from each other, wherein the first side surface is located on a side opposite to the electrode group; The electrochemical device according to claim 1, wherein a second insulating material portion for insulating the second terminal and the first electrode is provided on the second side surface.

前記各第１集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に導電部と絶縁部とを有し、前記各第１集電体シートの導電部が前記第１側面において第１端子と接続され、前記各第２集電体シートの導電部が前記第２側面において第２端子と接続され、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置し、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部が絶縁部からなり、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１記載の電気化学素子。Each of the first current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface, and each of the second current collector sheets has a conductive portion and an insulating portion on the surface. A conductive portion of a body sheet is connected to a first terminal on the first side surface, a conductive portion of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface, and the first side surface and the second side surface are connected to each other. Side surfaces are located on opposite sides of the electrode plate group from each other, and an end of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface includes an insulating portion. A first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode is provided, and a second side surface for insulating the second terminal and the first electrode is provided on the second side surface. The electrochemical device according to claim 1, further comprising an insulating material portion.

前記各第１集電体シートの端部が前記第１側面において第１端子と接続されており、前記各第２集電体シートの端部が前記第２側面において第２端子と接続されており、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置しており、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部が絶縁部からなり、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１記載の電気化学素子。An end of each of the first current collector sheets is connected to a first terminal on the first side surface, and an end of each of the second current collector sheets is connected to a second terminal on the second side surface. The first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group, and an end of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface is The first side surface is provided with a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode on the first side surface, and the second terminal is provided on the second side surface with the second terminal. The electrochemical device according to claim 1, further comprising a second insulating material portion for insulating the first electrode.