JP3439743B2

JP3439743B2 - 非水電解質電池およびその製造法

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Publication number: JP3439743B2
Application number: JP2001019656A
Authority: JP
Inventors: 澄人石田; 啓介田中; 英男海谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2003-08-25
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2002231315A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、外装工程を要さ
ず、一連の工程を連続して行うことができ、工数が少な
く、効率的な非水電解質電池の製造法に関する。特に、
本発明は、薄型で軽量な高エネルギー密度の非水電解質
電池を効率的に製造する方法に関する。

【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、外装が簡略
化され、容量設計が容易であり、接合部の信頼性が高
く、薄型で軽量な高エネルギー密度の非水電解質電池を
効率的に製造できる方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、（１）金属シ
ートの片面にその周縁部を残して第１極性の電極合剤を
付与することにより、第１極性の外側極板を得る工程、
（２）シート状芯材に第２極性の電極合剤を付与するこ
とにより、第２極性の極板を得る工程、（３）２枚の前
記外側極板をそれらの電極合剤が互いに対面するように
配し、それらの間に、少なくとも１枚の前記第２極性の
極板を、セパレータ層を介して挿入する工程、および
（４）対面する外側極板の周縁部同士を接合する工程、
を有する第１極性の外側極板の外面が外装材を構成する
非水電解質電池の製造法に関する。

【００１４】第２極性の極板には、外部へ導出されるリ
ードを形成することが有効である。前記リードのうち、
外側極板の周縁部間に挟持される部位は、絶縁性樹脂で
被膜することが好ましい。

【００１５】本発明は、また、工程（３）が、少なくと
も２枚の前記第２極性の極板を用い、それらの間に、少
なくとも１枚の追加の第１極性の極板を、セパレータ層
を介して挿入する工程を有する非水電解質電池の製造法
に関する。追加の第１極性の極板は、シート状芯材に第
１極性の電極合剤を付与することにより、得ることがで
きる。

【００１６】本発明は、また、工程（１）が、帯状金属
シートの片面に、間欠的に第１極性の電極合剤を付与す
ることにより、複数の第１極性の外側極板が一体化した
集合体を得る工程からなる非水電解質電池の製造法に関
する。この場合、２枚の外側極板のうちの少なくとも一
方は、工程（３）の後に、外側極板が一体化した集合体
から切り離すことが有効である。

【００１７】本発明においては、工程（３）において、
２枚の前記外側極板が一体化した集合体を、第１極性の
電極合剤が、互いに対面するように配し、各外側極板の
間に、少なくとも１枚の前記第２極性の極板を、第１極
性の電極合剤と対面するようにセパレータ層を介して挿
入し、工程（３）の後に、外側極板を切り離すことが好
ましい。

【００１８】第１極性の電極合剤および／または第２極
性の電極合剤は、ポリマー成分および溶剤もしくは液状
の非水電解質からなるゲル形成剤を含むことが好まし
い。また、前記セパレータ層は、ポリマー成分および溶
剤もしくは液状の非水電解質からなるゲル形成剤で形成
することが好ましい。前記ポリマー成分は、液状の非水
電解質を保持してポリマー電解質を形成するマトリック
ス材料の原料であることが有効である。

【００１９】例えば、工程（３）においては、ゲル形成
剤を第１極性の電極合剤および／または第２極性の電極
合剤上に付与してセパレータ層を形成することにより、
第１極性の極板と第２極性の極板との間にセパレータ層
を介在させることが有効である。そして、工程（３）に
続いて、積層された極板とセパレータ層とからなる極板
群を、扁平になるように加圧することが好ましい。この
場合、極板群を８０〜１６０℃に加熱しながら加圧する
ことが好ましい。

【００２０】工程（４）においては、対面する周縁部同
士をレーザー溶接、超音波溶接または樹脂封止により接
合することが有効である。工程（４）で樹脂封止を行う
場合は、予め周縁部に熱可塑性樹脂を付与しておき、前
記加圧と同時に周縁部の接合を行うことが有効である。

【００２１】本発明は、また、工程（４）において、対
面する周縁部間に未接合部位を設け、工程（４）の後
に、前記未接合部位から液状の非水電解質を注液し、次
いで未接合部位を減圧下で接合する工程をさらに有する
非水電解質電池の製造法に関する。

【００２２】本発明は、さらに、上記の製造法で得られ
た第１極性の外側極板の外面が外装材を構成する非水電
解質電池に関する。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明は、金属シートからなり、
対向する２つの主要な平坦部を有する扁平な外装材、前
記平坦部の内面にそれぞれ支持された２つの活物質層を
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セパレータ
層を有する非水電解質電池を効率よく製造するための製
造法に関する。活物質層は、活物質を含む電極合剤を用
いて形成される。

【００２４】本発明の方法で製造される電池の一例の縦
断面図を図１に示す。２枚の第１極性の外側極板１は、
第１極性の活物質層３が内面に、金属シート２が外面に
なるように配されている。この間に芯材５およびその両
面に配された第２極性の活物質層６からなる１枚の第２
極性の極板４が挟持されている。各極板間には、ポリマ
ー電解質を含むセパレータ層７が介在している。第２極
性の極板４を構成する芯材５の延長上にはリード９が形
成されている。そして、外側極板１の周縁部８で挟まれ
たリード９の部位は、絶縁性樹脂１０で被膜されてい
る。

【００２５】本発明の方法で製造される電池の別の一例
の縦断面図を図２に示す。図２の電池は、一対の第１極
性の外側極板１を有し、それらと対面する位置に２枚の
第２極性の極板４を有する。そして、極板４の間には、
芯材２ａおよび第１極性の活物質層３からなり、外側極
板と同じ第１極性を有する追加の第１極性の極板１１が
挟持されている。極板１１と極板４とを交互に集積する
限り、極板の数に限定はなく、容量の異なる類似の電池
を構成できる。従って、活物質層の厚さを適正化して極
板の数を増やすことにより、電池の面積や活物質層の厚
さを増大させることなく、容量を増やすことができる。

【００２６】図２の場合、２つの極板４の芯材５は、リ
ード９と接続されている。リード９は絶縁性樹脂１０を
貫通して電池内から外部に導出されている。一方、極板
１１の芯材２ａは、外側極板の周縁部８の間に挟持され
た状態で外側極板と接続されている。

【００２７】以下、上記のような電池を効率的に製造す
るための方法について説明する。本発明の製造法は、
（１）金属シートの片面の周縁部以外に第１極性の電極
合剤を付与することにより、第１極性の外側極板を得る
工程、（２）シート状芯材に第２極性の電極合剤を付与
することにより、第２極性の極板を得る工程、（３）２
枚の前記外側極板を、第１極性の電極合剤が付与された
側の周縁部が互いに対面するように配し、それらの間
に、少なくとも１枚の前記第２極性の極板を、第１極性
の電極合剤と対面するようにセパレータ層を介して挟持
させる工程、および（４）対面する外側極板の周縁部間
を接合する工程を有する。

【００２８】ここで、電極合剤は、例えば電極活物質、
導電剤、結着剤、溶剤などを配合して調製する。ポリマ
ー電解質、ポリマー成分および溶剤もしくは液状の非水
電解質からなるゲル形成剤、非水電解質などを配合して
もよい。活物質層中にポリマー電解質を含ませると、充
放電特性の向上に効果的である。

【００２９】活物質としては、一般に非水電解質電池で
使用されている全ての活物質を用いることができる。正
極の活物質には、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ
₂Ｏ₄などのリチウム含有遷移金属酸化物が好ましい。ま
た、負極の活物質には、天然または人造の黒鉛が好まし
い。活物質の平均粒径は１〜１００μｍであることが好
ましい。

【００３０】導電剤としては、黒鉛粉末、カーボンブラ
ック等の炭素粉末や、炭素繊維が好ましく用いられる。

【００３１】結着剤としては、非水電解質に対して安定
なフッ素樹脂系ポリマーが好ましい。例えば、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
フロロプロピレンとの共重合体、ポリフッ化ビニリデ
ン、フッ化ビニリデンとヘキサフロロプロピレンとの共
重合体などが好ましい。これらのポリマーは、ゲル形成
剤のポリマー成分としても用いることができる。また、
溶剤としては、Ｎ−メチル−２−ピロリドンが好まし
い。

【００３２】まず、工程（１）について説明する。工程
（１）は、外側極板を得るための工程である。金属シー
トの片面の周縁部以外に第１極性の電極合剤を付与し、
活物質層を形成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帯状金属シートに連続的に塗
布し、複数の外側極板の集合体を得ることが好ましい。
活物質層の厚さは、例えば３０〜３００μｍであること
が好ましい。また、周縁部の幅は、例えば１〜１０ｍｍ
であればよい。

【００３３】前記金属シートは外側極板の集電体を兼ね
る外装材の外面を構成するため、孔のないものを用い
る。外側極板の内側に形成された活物質層は、外装材の
強度を向上させる効果があるため、厚さ１０μｍ程度の
極めて薄い金属シートも使用可能である。薄い金属シー
トは、活物質層を密着させ、フレキシブルな外側極板を
構成するのに適している。金属シートの厚さは１０〜１
００μｍが好適である。金属シートが厚すぎると、電池
の厚さが増大したり、電池のエネルギー密度が減少した
りする。

【００３４】薄い金属シートを用いる場合、金属シート
の腐食に配慮する必要がある。耐食性の観点から、外側
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。また、外側
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。さらに、金属シート
が鉄または鉄合金からなる場合、その表面はニッケルメ
ッキすることが好ましい。

【００３５】外側極板を構成する金属シートが薄い場
合、これを補強することが電池の安全性を高めるうえで
好ましい。例えば、外部端子用の部分を除いて、外側極
板の外面に樹脂のラミネート層を形成することが有効で
ある。

【００３６】図３は、工程（１）で得られた片面に活物
質層３が形成された金属シート２からなる外側極板１の
一例を示している。金属シート２の周縁部８では金属シ
ートが露出している。周縁部の接合を樹脂封止で行う場
合、例えば図４に示すように、周縁部８を破線の内側の
集電体露出部１４と外側の集電体露出部１５とに区分
し、内側と外側のどちらか一方に、熱可塑性の樹脂を付
与することが好ましい。そして、もう一方の集電体露出
部を超音波溶接やレーザー溶接によって接合すれば、接
合強度が、より高められる。

【００３７】工程（１）では、図５に示すように帯状金
属シートの片面の周縁部以外に間欠的に第１極性の電極
合剤を付与することにより、複数の第１極性の外側極板
が一体化した集合体を得ることが有効である。集合体は
切り離してから用いてもよいが、集合体のまま用いた方
が一連の工程を連続的に行え、効率よく電池を製造でき
る。

【００３８】次に、工程（２）について説明する。工程
（２）は、外側極板の対極である第２極性の極板を得る
工程である。第２極性の電極合剤は、シート状芯材の両
面に付与することが好ましい。芯材としては、金属シー
ト、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。これらの芯材は、
表面をエッチングまたは粗面化したり、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、
芯材は、銅、鉄、銅合金または鉄合金からなることが好
ましい。さらに、芯材が鉄または鉄合金からなる場合、
その表面はニッケルメッキすることが好ましい。また、
第２極性の極板が正極の場合、芯材は、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。

【００３９】第２極性の電極合剤を芯材に付与する方法
は、特に限定されない。例えば、一般的な塗工装置を用
いて、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。

【００４０】第２極性の極板は、外部へ導出されるリー
ドを備えることが好ましい。前記リードは、芯材の一部
を利用して形成することが有効である。リードのうち、
外側極板の周縁部間に挟持される部位には、絶縁性樹脂
を配することが好ましい。

【００４１】次に、工程（３）について説明する。工程
（３）は、第１の極性の外側極板と第２の極性の極板と
をセパレータ層を介して積層する工程である。セパレー
タ層を極板間に配する方法には、予め形成されたフィル
ム状のセパレータを極板間に配する方法がある。また、
セパレータ層の構成材料を極板上に塗布し、その上に他
の極板を重ねる方法もある。後者は、ポリマー電解質か
らなるセパレータ層を形成する場合に有効である。

【００４２】セパレータ層は、ポリマー電解質のみで形
成されていてもよい。また、多孔質材料とポリマー電解
質との複合体でもよい。公知のポリマー電解質は全て本
発明に適用可能である。なかでも液状の非水電解質およ
びそれを保持するポリマーのマトリックス材料からなる
ゲル状の電解質が好ましい。

【００４３】液状の非水電解質としては、溶質を溶解し
た非水溶媒が好ましい。溶質としてはＬｉＰＦ₆、Ｌｉ
ＢＦ₄などの各種リチウム塩が好適である。非水溶媒と
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等が挙げられる。これらは単
独で、または混合して用いられる。

【００４４】前記マトリックス材料を構成するポリマー
としては、ＵＶ照射や加熱により架橋するポリマーが好
ましい。特に、極板群を構成してからポリマーを架橋さ
せる場合は、加熱により架橋するものが好ましい。ま
た、例えば図３に示すように、セパレータ層を活物質上
に形成する場合は、ＵＶ照射により架橋するものを用い
ることができる。具体的には、非水電解質に対して安定
な、フッ素樹脂系ポリマーが好ましい。

【００４５】フッ素樹脂系ポリマーのなかでも、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
ロピレンとの共重合体などが、特に好ましい。これらの
ポリマーとＮ−メチル−２−ピロリドンなどの溶剤との
混合物は、任意に粘度を調整できるため、セパレータ層
の形成に適したゲル形成剤である。

【００４６】ジブチルフタレート等のオイル成分をゲル
形成剤に混合することができる。この場合、セパレータ
層を形成後、エーテル、ヘキサン、アセトン等の溶剤で
洗浄してオイル成分を除去する。そうすると、多くの微
孔がセパレータ層中に形成される。このようなセパレー
タ層は、薄い極板群の中でも液状の非水電解質を速やか
に吸収するので、効果的にゲル化が進行する。セパレー
タ層の形成方法として、ゲル形成剤から微多孔膜を作製
し、それを極板間に配する方法は有効である。ゲル形成
剤を活物質層の表面に塗布してセパレータ層を形成する
方法も有効である。

【００４７】セパレータ層の構成材料にアルミナ、シリ
カ等の粉末を混合してもよい。これらの粉末は、積層さ
れ、加圧された極板群において、極板間の隔離を確実に
する役割を担う。

【００４８】例えば、適量のゲル形成剤またはポリマー
電解質を外側極板の活物質層上に付与し、外側極板間に
少なくとも１枚の第２極性の極板を挟持させて加熱しな
がら加圧することにより、全ての極板とセパレータ層と
を一体化することが有効である。このとき加熱の温度は
８０〜１６０℃であることが好ましい。また、極板群の
加圧の前に、熱可塑性樹脂を外側極板の周縁部に配備し
ておけば、加圧と同時に周縁部の接合が可能である。そ
の後、さらに超音波溶接、レーザー溶接等を行うことも
できる。

【００４９】極板群が加圧により一体化された電池は、
扁平で強度が強く、優れた特性を有する。特に好ましく
は、活物質層およびセパレータ層に電解質を含まないゲ
ル形成剤を含ませて極板群を形成し、ゲル形成剤のポリ
マー成分が架橋する温度下で加圧によりこれらを一体化
する。そして、乾燥後、活物質層およびセパレータ層に
液状の非水電解質を吸収させると、高性能で強度の高い
薄型電池が得られる。

【００５０】図３や図６に示すように、外側極板の活物
質層３は、完全にセパレータ層７で覆うことが有効であ
る。そして、２枚のセパレータ層を有する外側極板で１
枚の第２極性の極板を挟持すれば、図７に示すような極
板群が得られる。また、工程（３）において、２枚の第
２極性の極板を用い、それらの間にセパレータ層を介し
て少なくとも１枚の追加の第１極性の極板を挟持させれ
ば、図８に示すような極板群が得られる。

【００５１】工程（３）においては、外側極板が一体化
した集合体を用いることが有効である。一方の外側極板
のみが集合体のままである場合、工程（３）では、図９
に示すような極板群の集合体が得られる。また、両側の
外側極板が集合体である場合、図１１のように第２極性
の極板を外側極板の間に挿入すれば、図９に示すような
極板群の集合体が得られる。間欠的に配列された極板群
の集合体は、任意の時点で切り離してよいが、周縁部の
少なくとも一部を接合してから切り離すことが好まし
い。

【００５２】次に、工程（４）について説明する。工程
（４）は、対面する外側極板の周縁部間を接合するため
の工程である。接合は、レーザー溶接、超音波溶接また
は樹脂封止により行うことが有効である。なかでも図４
に示すように周縁部８を樹脂封止用と溶接用の部位に区
分けし、樹脂封止と溶接とを組み合わせて接合すること
が特に好ましい。

【００５３】一連の工程を効率よく行うには、予め工程
（１）で外側極板の周縁部に樹脂層１４ａを形成してお
き、工程（３）で、図１０に示すような極板群の集合体
を形成することが好ましい。そして、複数の極板群の接
合をまとめて行い、図１２に示すような電池の集合体を
製造する。そして最後に電池を切り離すことが好まし
い。

【００５４】非水電解質を含まないセパレータ層が極板
間に配されている場合には、対面する周縁部間に未接合
部位を設け、工程（４）の後に前記未接合部位から液状
の非水電解質を注液すればよい。

【００５５】一般に、ポリマー電解質は、可燃性の非水
溶媒を含んでいる。電池が短絡したり、充電回路が故障
したりすると、異常に大きな電流値で長時間にわたり電
池が過充電されることがある。この場合、電池の温度が
異常に上昇し、非水電解質が分解されて可燃性のガスを
発生する。そして、電池が膨れたり、電池機能が低下す
る場合がある。これを回避するために、電池を搭載する
機器の回路には、過電流遮断素子が接続される。過電流
遮断素子としては、例えば温度ヒューズや正の温度抵抗
係数を有する素子（以下、ＰＴＣ素子という）が好まし
い。ＰＴＣ素子は、温度の上昇によって抵抗が増大し、
電流を遮断または減少させる機能を有する。

【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。ここで説明する電池は、いずれもおよそ縦１０
ｃｍ×横１０ｃｍの扁平型である。

【００５７】《実施例１》本実施例では、正極を外側極
板とする図１に示すような１スタックの電池を製造し
た。（ｉ）外側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、および結着剤としても機能するゲル形成剤を混合
して正極用合剤とした。ゲル形成剤としては、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と、Ｎ−メチル−２
−ピロリドンとの混合物を用いた。１００重量部の共重
合体に対してＮ−メチル−２−ピロリドンを７０重量部
加えた。活物質：導電剤：共重合体の重量比率は１０
０：５：８とした。

【００５８】幅１５０ｍｍの帯状で、厚さ３０μｍのア
ルミニウム製フィルム状集電体を金属シートとして用い
た。その片面の中央に、図５に示すように厚さ１５０μ
ｍの正極用合剤を間欠的に塗布し、複数の８６×８６ｍ
ｍの正方形状の正極活物質層を連続的に形成して外側極
板の集合体を得た。各正極活物質層の間には、およそ１
７ｍｍの間隔を設けた。集電体の外面には、外部端子用
の部分を除いて樹脂のラミネート層を形成した。このラ
ミネート層はポリプロピレンからなり、厚さ５０μｍで
ある。

【００５９】（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
ブラックおよび正極用合剤に用いたのと同じゲル形成剤
を混合して負極用合剤とした。活物質：導電剤：共重合
体の重量比率は１００：８：１４とした。

【００６０】幅１５０ｍｍの帯状で、厚さ１０μｍの銅
製のフィルム状集電体をシート状芯材として用いた。そ
の両面に、それぞれ厚さ１２５μｍの負極用合剤を塗布
して負極活物質層を形成し、帯状の負極板を得た。この
負極板から、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、リードの外側極板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。

【００６１】（iii）極板群の製造図６に示すように、各正極活物質層上に、ゲル形成剤か
らなるセパレータ層７を形成した。具体的には、正極用
合剤に用いたのと同じゲル形成剤を、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。次に、幅１５０ｍｍの外側極
板の集合体から、幅７ｍｍの集電体露出部からなる周縁
部８を有する外側極板の集合体を切り出した。周縁部８
は、内側の集電体露出部１４と外側の集電体露出部１５
とに区分し、内側には、厚さ４０μｍのポリプロピレン
製のフィルム１４ａを配した。

【００６２】図１１に示すように、２枚の外側極板の集
合体を正極活物質層を有する側の周縁部が互いに対面す
るように配し、各外側極板の間に１枚の負極を正極活物
質層と対面するように挟持させた。そして、積層された
極板群を、表面温度が１２０℃になるまで６０ｇｆ／ｃ
ｍ²の加圧下で加熱し、扁平に一体化して、図１０に示
すような極板群の集合体を得た。

【００６３】（iv）周縁部の接合極板群の集合体の周縁部を、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設けた。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ゲル形成剤をゲル化さ
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ＬｉＰＦ ₆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１２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。

【００６４】《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。
このようにして従来からの現行品に相当する密閉構造の
電池Ａを得た。

【００６５】《実施例２》外側極板の集電体の外面に樹
脂のラミネート層を形成しなかったこと以外、実施例１
の電池Ｂと同様にして、密閉構造の電池Ｃを得た。

【００６６】《実施例３》本実施例では、正極を外側極
板とする図２に示すような２スタックの電池を製造し
た。（ｉ）追加の正極の製造幅１５０ｍｍの帯状で、厚さ３０μｍのアルミニウム製
フィルム状集電体の両面に、外側極板に用いたのと同じ
正極用合剤を塗布し、集電体の両面にそれぞれ厚さ１２
０μｍの活物質層を形成した。得られた帯状極板から、
リードを備えた８６×８６ｍｍの正方形状の追加の正極
を打ち抜いた。

【００６７】（ii）極板群の製造追加の正極の両面に、正極用合剤に用いたのと同じゲル
形成剤を、正極用合剤が完全に覆われるように塗布し、
乾燥させて、厚さおよそ２５μｍのセパレータ層を形成
した。この追加の正極を、実施例１で製造した負極２枚
で挟持した。一方、実施例１で製造した外側極板の集合
体２枚を正極活物質層を有する側の周縁部が互いに対面
するように配し、各外側極板の間に負極２枚で挟持され
た追加の正極を正極活物質層と対面するように挟持させ
た。そして、積層された極板群を、表面温度が１２０℃
になるまで６０ｇｆ／ｃｍ²の加圧下で加熱し、扁平に
一体化して、極板群の集合体を得た。

【００６８】（iii）周縁部の接合追加の正極のリードを外側極板の周縁部間に挟んで外側
極板に導通させたこと以外、電池Ｂと同様に周縁部の接
合を行い、密閉構造の電池Ｄを得た。

【００６９】《実施例４》外側極板の製造工程におい
て、各正極活物質層の間に、およそ９ｍｍの間隔を設
け、さらに幅１５０ｍｍの外側極板の集合体から、幅３
ｍｍの集電体露出部からなる周縁部８を有する外側極板
の集合体を切り出した。そして、樹脂封止による接合を
行わず、外側極板の対面する周縁部間の接合を超音波溶
接で行った。以上の点以外は、実施例１の電池Ｂと同様
にして、密閉構造の電池Ｅを得た。接合部となる周縁部
の幅を３ｍｍに縮小したのは、超音波溶接による接合は
強度が高いからである。

【００７０】《実施例５》外側極板の製造工程におい
て、各正極活物質層の間に、およそ７ｍｍの間隔を設
け、さらに幅１５０ｍｍの外側極板の集合体から、幅２
ｍｍの集電体露出部からなる周縁部８を有する外側極板
の集合体を切り出した。そして、樹脂封止による接合を
行わず、外側極板の対面する周縁部間の接合をレーザー
溶接で行った。以上の点以外は、実施例１の電池Ｂと同
様にして、密閉構造の電池Ｆを得た。接合部となる周縁
部の幅を２ｍｍに縮小したのは、レーザー溶接による接
合は、強度がさらに高いからである。

【００７１】《実施例６》電池Ｂにおいて、外側極板の
周縁部８のうち、ポリプロピレン製のフィルムを配さな
かった外側の集電体露出部１５をレーザー溶接で接合
し、電池Ｇを得た。すなわち、電池Ｇでは、内側の集電
体露出部１４が樹脂封止により、外側の集電体露出部１
５がレーザー溶接により接合されているため、接合の信
頼性が電池Ｂよりも向上している。

【００７２】《実施例７》電池Ｂにおいて、外側極板の
周縁部８のうち、ポリプロピレン製のフィルムを配さな
かった外側の集電体露出部１５を超音波溶接で接合し、
電池Ｈを得た。すなわち、電池Ｈでは、内側の集電体露
出部１４が樹脂封止により、外側の集電体露出部１５が
超音波溶接により接合されているため、接合の信頼性が
電池Ｂよりも向上している。

【００７３】《実施例８》電池内部から導出される負極
のリード上に電流遮断温度が１５０℃のＰＴＣ素子を接
続した。また、ＰＴＣ素子を非水電解質に対する耐性を
有する絶縁性樹脂で封止し、外側極板の周縁部間に挟持
させた。以上の点以外は、実施例１の電池Ｂと同様にし
て、密閉構造の電池Ｉを得た。上記電池Ａ〜Ｉの構成お
よびエネルギー密度を表１に示す。

【００７４】

【表１】

【００７５】電池Ａ〜Ｉの重量減少率、保存後の容量回
復率、および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。結果を表２に示す。

【００７６】（容量回復率）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。結果を表２に示す。

【００７７】（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５００回繰り返
した。そして、１回目の放電容量に対する５００回目の
放電容量の割合を調べた。結果を表２に示す。

【００７８】

【表２】

【００７９】表１および２において、本発明に係る電池
はいずれもエネルギー密度が高く、しかも従来の現行品
と同等以上の容量回復率や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。

【００８０】《実施例９》周縁部を２２０±５℃、５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²で３秒間加圧して接合したこと以外、実施
例１の電池Ｂと同様にして、密閉構造の電池Ｊを得た。

【００８１】《実施例１０》周縁部を２２０±５℃、１
５ｋｇｆ／ｃｍ²で３秒間加圧して接合したこと以外、
実施例１の電池Ｂと同様にして、密閉構造の電池Ｋを得
た。

【００８２】《実施例１１》周縁部を２２０±５℃、１
５ｋｇｆ／ｃｍ²で３秒間加圧して接合したこと以外、
実施例１の電池Ｂと同様にして、密閉構造の電池Ｌを得
た。

【００８３】電池Ｊ〜Ｌの重量減少率、保存後の容量回
復率、および容量維持率を上記と同様に測定した。結果
を表３に示す。

【００８４】

【表３】

【００８５】表３において、周縁部にかかる圧力が５ｋ
ｇｆ／ｃｍ²と低い電池Ｊは、重量減少率が高く、保存
後の容量回復率や容量維持率も著しく低くなっている。
一方、周縁部にかかる圧力が１０〜１５ｋｇｆ／ｃｍ²
と充分である場合には、電池の性能が顕著に向上してい
る。このことは、同じ極性を有する外側極板同士を接合
できるという本発明の電池構造の優位性を示している。
すなわち、周縁部同士の接合に起因する微小短絡の問題
が起こり得ない本発明の電池においては、接合部に充分
な圧力をかけることができるため、電池の信頼性が格段
に向上する。なお、周縁部にかかる圧力が２０ｋｇｆ／
ｃｍ²である電池Ｌは電池性能が低くなっている。これ
は圧力が高すぎてポリプロピレン製フィルムの溶融物が
外部にはみ出し、接合部の信頼性が低下したためと考え
られる。

【００８６】《実施例１２》正極活物質層の厚さを１０
０μｍにしたこと以外、実施例１の電池Ｂと同様にし
て、密閉構造の電池Ｍを得た。

【００８７】《実施例１３》正極活物質層の厚さを３０
０μｍにしたこと以外、実施例１の電池Ｂと同様にし
て、密閉構造の電池Ｎを得た。

【００８８】電池Ｂ、ＭおよびＮの放電特性を以下のよ
うに測定した。（２Ｃ／０．２比）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２Ｃの電流値で電池電圧が３Ｖにな
るまで放電した。そして、再び電池を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０．２Ｃの電流値で電池
電圧が３Ｖになるまで放電した。後者の放電で得られた
放電容量に対する前者の放電で得られた放電容量の比を
求めた。結果を表４に示す。

【００８９】（１Ｃ／０．２比）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。そして、再び電池を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０．２Ｃの
電流値で電池電圧が３Ｖになるまで放電した。後者の放
電で得られた放電容量に対する前者の放電で得られた放
電容量の比を求めた。結果を表４に示す。

【００９０】

【表４】

【００９１】表４は、活物質層の厚さが増大すると、放
電特性、特に高率放電特性が低下することを示してい
る。従来、薄型の電池の容量を高める手段としては、活
物質層を厚く形成する方法が採用されていたが、表４の
結果が示すように、活物質層が厚くなると、高率放電特
性が損なわれる。一方、本発明の電池では、活物質層を
一対の外側極板に分けて支持させている。そのため電池
容量を高めるために活物質層を厚く形成する必要がな
い。

【００９２】

【発明の効果】本発明の製造法によれば、外側極板の集
電体が外装材の外面を構成するので、外装が簡略化され
た薄型電池が得られる。また、外側極板は内面に活物質
層を有するため、外装材が活物質層で補強されているこ
とになる。従って、薄い金属シートの適用が可能であ
り、電池がよりコンパクトになる。

【００９３】本発明の製造法によれば、同じ極性の外側
極板が両端に配置され、これらの周縁部間が接合される
ため、接合時に短絡が発生することがない。また、超音
波溶接やレーザー溶接が適用可能である。従って、接合
部位の信頼性の高い電池が得られる。また、金属が露出
した周縁部の形成や周縁部を対面させる位置あわせは容
易であり、電池の製造が容易になる。

【００９４】以上のように、本発明の製造法によれば、
外装が簡略化され、容量設計が容易であり、接合部の信
頼性が高く、薄型で軽量な高エネルギー密度の非水電解
質電池を効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造法で得られた非水電解質電池の一
例の縦断面図である。

【図２】本発明の製造法で得られた非水電解質電池の別
の一例の縦断面図である。

【図３】金属シートの片面に活物質層が形成され、その
上にセパレータ層が配された外側極板の一例を示す図で
ある。

【図４】破線で周縁部の区分の仕方の一例が示され、金
属シートの片面に活物質層が形成され、その上にセパレ
ータ層が配された外側極板の一例を示す図である。

【図５】切断前の外側極板の一例を示す断面図である。

【図６】セパレータ層が配された切断前の外側極板の一
例を示す断面図である。

【図７】極板群の一例を示す縦断面図である。

【図８】極板群の別の一例を示す縦断面図である。

【図９】切断前の極板群の集合体の一例を示す縦断面図
である。

【図１０】切断前の極板群の別の集合体の一例を示す縦
断面図である。

【図１１】切断前の極板群の集合体の一例の内部構成を
示す斜視図である。

【図１２】切断前の電池の集合体の一例を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１外側極板２金属シート２ａ追加の第１極性の極板の芯材３第１極性の活物質層４第２極性の極板５第２極性の極板の芯材６第２極性の活物質層７セパレータ層８外側極板の周縁部９リード１０絶縁性樹脂１１追加の第１極性の極板１４内側の集電体露出部１４ａポリプロピレン製フィルム１５外側の集電体露出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−345599（ＪＰ，Ａ) 特開平11−297280（ＪＰ，Ａ) 特開平５−251082（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 10/40 H01M 2/02 H01M 2/16 H01M 4/70

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）金属シートの片面にその周縁部を
残して第１極性の電極合剤を付与することにより、第１
極性の外側極板を得る工程、（２）シート状芯材に第２
極性の電極合剤を付与することにより、第２極性の極板
を得る工程、（３）２枚の前記外側極板をそれらの電極
合剤が互いに対面するように配し、それらの間に、少な
くとも１枚の前記第２極性の極板を、セパレータ層を介
して挿入する工程、および（４）対面する外側極板の周
縁部同士を接合する工程を有する、第１極性の外側極板
の外面が外装材を構成する非水電解質電池の製造法。
【請求項２】工程（３）において、少なくとも２枚の
前記第２極性の極板を用い、それらの間に、少なくとも
１枚の追加の第１極性の極板を、セパレータ層を介して
挿入する工程を有する請求項１記載の非水電解質電池の
製造法。
【請求項３】工程（１）が、帯状金属シートの片面に
間欠的に第１極性の電極合剤を付与することにより、複
数の第１極性の外側極板が一体化した集合体を得る工程
からなる請求項１記載の非水電解質電池の製造法。
【請求項４】２枚の外側極板のうちの少なくとも一方
は、工程（３）の後に、外側極板が一体化した集合体か
ら切り離す請求項３記載の非水電解質電池の製造法。
【請求項５】工程（３）が、２枚の前記外側極板が一
体化した集合体を第１極性の電極合剤が互いに対面する
ように配し、各外側極板の間に、少なくとも１枚の前記
第２極性の極板を、第１極性の電極合剤と対面するよう
にセパレータ層を介して挿入する工程であり、工程
（３）の後に外側極板を切り離す請求項３記載の非水電
解質電池の製造法。
【請求項６】第１極性の電極合剤および／または第２
極性の電極合剤が、ポリマー成分および溶剤もしくは液
状の非水電解質からなるゲル形成剤を含む請求項１記載
の非水電解質電池の製造法。
【請求項７】前記セパレータ層を、ポリマー成分およ
び溶剤もしくは液状の非水電解質からなるゲル形成剤で
形成する請求項１記載の非水電解質電池の製造法。
【請求項８】前記ポリマー成分が、液状の非水電解質
を保持してポリマー電解質を形成するマトリックス材料
の原料である請求項６または７記載の非水電解質電池。
【請求項９】工程（３）が、さらにポリマー成分およ
び溶剤もしくは液状の非水電解質からなるゲル形成剤を
第１極性の電極合剤および／または第２極性の電極合剤
上に付与して前記セパレータ層を形成する工程を有する
請求項１記載の非水電解質電池の製造法。
【請求項１０】工程（３）に続いて、積層された極板
とセパレータ層とからなる極板群を、扁平になるように
加圧する工程を有する請求項９記載の非水電解質電池の
製造法。
【請求項１１】前記加圧を８０〜１６０℃で行う請求
項１０記載の非水電解質電池の製造法。
【請求項１２】工程（４）において、接合をレーザー
溶接、超音波溶接または樹脂封止により行う請求項１記
載の非水電解質電池の製造法。
【請求項１３】工程（４）において、対面する周縁部
間に未接合部位を設け、工程（４）の後に、前記未接合
部位から液状の非水電解質を注液し、次いで未接合部位
を減圧下で接合する工程をさらに有する請求項１記載の
非水電解質電池の製造法。
【請求項１４】請求項１〜１３のいずれかに記載の製
造法で得られた第１極性の外側極板の外面が外装材を構
成する非水電解質電池。