JP2001068156A

JP2001068156A - 積層形ポリマー電解質電池

Info

Publication number: JP2001068156A
Application number: JP23644299A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ishida; 修石田; Osamu Watanabe; 修渡辺; Hiroshi Yamamoto; 宏山本; Tetsuo Kawai; 徹夫川合
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-16

Abstract

(57)【要約】【課題】釘刺しや圧壊によって短絡した場合でも、発
煙・発火を防ぎ、安全性の高い積層形ポリマー電解質電
池を提供する。【解決手段】正極集電体の少なくとも一方の面に正極
合剤層を形成してなる正極と、負極集電体の少なくとも
一方の面に負極合剤層を形成してなる負極とを、それぞ
れの間にポリマー電解質層を介在させて積層した積層電
極群を、金属箔を含む外装体で外装する積層形ポリマー
電解質電池において、上記積層電極群の少なくとも一方
の最外層の電極のさらに外側に、絶縁体を介して厚さが
３０μｍ以上の２枚の金属板を配置してなる短絡形成兼
放熱促進ユニットを設け、その短絡形成兼放熱促進ユニ
ットのそれぞれの金属板を異なる極性の電極のリード部
と接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積層形ポリマー電
解質電池に関し、さらに詳しくは、特に携帯用電子機
器、電気自動車、ロードレベリングなどの電源として使
用するのに適した積層形ポリマー電解質電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリマー電解質電池では、電極および電
解質をシート状にすることができ、それによって、Ａ４
版、Ｂ５版などの大面積でしかも薄形の電池の作製が可
能になり、各種薄形製品への適用が可能になるため、電
池に使用範囲が大きく広がっている。特にポリマー電解
質を用いた電池は、耐漏液性を含めた安全性、貯蔵性が
優れており、しかも薄く、フレキシブルであることか
ら、機器の形状に合わせた電池を設計できるという、今
までの電池にない特徴を持っている。

【０００３】このポリマー電解質電池は、通常、アルミ
ニウム箔を芯材にし、内面側に接着層となる熱融着性樹
脂フィルムを配置したラミネートフィルムを外装体に用
い、得ようとする電気容量に応じて、シート状の電極と
シート状のポリマー電解質層とを積層した積層電極群を
外装体で外装することによって、薄いシート形電池に仕
上げられる。

【０００４】この積層形ポリマー電解質電池では、電極
の積層枚数が少なく、電気容量や電気容量密度が低い場
合、すなわち、内在するエネルギーが低い場合には、上
記の優れた安全性が確保される。しかしながら、電極の
積層枚数が多くなって、電気容量や電気容量密度が高く
なると、安全性が充分でなくなり、釘刺しや圧壊などで
電極同士が短絡した場合、大電流が流れ、発熱し、発
煙、発火、破裂などの事故に至る場合のあることが判明
した。

【０００５】上記のような問題は、短絡時に流れる大電
流を積層電極群の外に流し、同時に、熱の放散を速やか
にし、蓄熱を少なくすることによって解決することがで
きる。ところが、積層形ポリマー電解質電池の積層電極
群は、熱伝導の悪いポリマー電解質層を介して正極と負
極が対向し、それらを複数枚重ね、かつ、熱伝導の悪い
熱融着性樹脂フィルムを内面側に配した外装体で外装し
ているため、短絡などの発熱による電池内部での蓄熱が
大きく、内部温度の上昇が大きくなって、発煙、発火、
破裂などの事故に至るものと考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な従来技術の問題点を解決し、電池構造に工夫を凝らす
ことにより、高容量化した場合でも安全性を高め、安全
性の高い積層形ポリマー電解質電池を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極集電体の
少なくとも一方の面に正極合剤層を形成してなる正極
と、負極集電体の少なくとも一方の面に負極合剤層を形
成してなる負極とを、それぞれの間にポリマー電解質層
を介在させて積層した積層電極群を金属箔を含む外装体
で外装する積層形ポリマー電解質電池であって、上記積
層電極群の少なくとも一方の最外層の電極のさらに外側
に、絶縁体を介して厚さが３０μｍ以上の２枚の金属板
を配置してなる短絡形成兼放熱促進ユニットを設け、そ
の短絡形成兼放熱促進ユニットのそれぞれの金属板を異
なる極性の電極のリード部と接続することによって、上
記課題を解決したものである。

【０００８】すなわち、上記短絡形成兼放熱促進ユニッ
トの金属板と電極のリード部との接続により、釘刺しや
圧壊などによる積層電極群内部での短絡より先に外部短
絡させて、電池電圧を低下させ、化学反応による発熱を
低減させることができる。しかも、それらの金属板が積
層電極群の外側に設けられているので、それらの金属板
により放熱をスムーズに行わせることができる。したが
って、この短絡形成兼放熱促進ユニットの金属板と電極
のリード部との接続により、高容量化した場合でも、安
全性を高めることができ、安全性の高い積層形ポリマー
電解質電池を提供することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明において、短絡形成兼放熱
促進ユニットを構成する金属板は、その材質が特に限定
されることはないが、仮に高温貯蔵や加圧などによって
ポリマー電解質層からの電解液の漏出が生じた場合を考
慮すると、正極に接続する金属板には正極集電体と同じ
アルミニウム板やあるいはステンレス鋼板を用いること
が好ましく、負極に接続する金属板には負極集電体と同
じ銅板やあるいはニッケル板、ステンレス鋼板などを用
いることが好ましい。また、その厚さは３０μｍ以上で
あることが必要である。厚さが３０μｍより薄い場合
は、例えば、釘刺しによって生じる短絡が原因で流れる
大きな電流によって、その接触部分が局部的に発熱、溶
融して電気経路が形成されて短絡が解消され、その用を
なさなくなってしまったり、もうひとつの役目である放
熱促進作用が低下して、放熱が遅くなり蓄熱が大きくな
って、発煙、発火に至ってしまうことがある。ただし、
あまりにも厚くなりすぎると電気容量密度を低下させ、
積層形ポリマー電解質電池の特徴を失わせてしまうおそ
れがあるので、２００μｍ以下が好ましい。そして、そ
の形態は必ずしも非多孔質状である必要はなく、例え
ば、パンチングメタル、網状あるいはラス状メタルなど
の多孔質状のものであってもよい。

【００１０】絶縁体としては、２枚の金属板を電気的に
隔離できればその材質を問わないが、上記金属板の場合
と同様に、高温貯蔵や加圧などによってポリマー電解質
層からの電解液の漏出があった場合を考慮すると、例え
ば、耐有機溶剤性のあるポリエチレン、ポリプロピレ
ン、フッ素系樹脂、ポリイミド、ポリエステル、ポリフ
ェニレンサルファイドなどのプラスチックなどが好まし
い。そして、その形態としては、シート、フィルム、織
布、不織布、網、パンチング、ラス状などのいずれであ
ってもよい。また、その厚さも電気絶縁が可能であれば
薄いほど好ましいが、絶縁の確実性や生産性を考慮する
と、２μｍ以上で２００μｍ以下が好ましい。

【００１１】また、後述の短絡形成兼放熱促進ユニット
作製時の容易さや完成ユニットの可搬性を考慮すると、
２枚の金属板と絶縁体の３者が一体になっていることが
好ましい。そのために、金属板や絶縁体の表面に接着剤
を付着させたものを用いたり、別途接着シートを用意し
て、３者を一体化してもよい。

【００１２】本発明において、短絡形成兼放熱促進ユニ
ットの金属板と電極のリード部との接続とは、それらを
電気的に接続することを意味し、必ずしも短絡形成兼放
熱促進ユニットの金属板と電極のリード部とが直接に接
続していなくてもよく、例えば両者の間のリード体など
を介して接続してもよい。ただし、通常は、複数枚の電
極のリード部の集合体と短絡形成兼放熱促進ユニットの
金属板のリード部とが重ね合わせられ、その状態で外部
端子としての電極端子の一方の端部に接続され、電極端
子の他方の端部は外装体のシール部を通して外部に引き
出される。

【００１３】本発明において、積層電極群を作製するに
あたり、正極、負極、ポリマー電解質層はそれぞれ別々
に作製したものを積層してもよいが、あらかじめ正極ま
たは負極の少なくとも一方の電極をポリマー電解質層で
包囲して、電極とポリマー電解質層とを一体化しておく
ことが好ましい。この場合の形態としては、例えば、ポ
リマー電解質層の支持体となる多孔質シートを袋状にし
て電極を包囲した後、その全体をポリマー電解質の前駆
体であるゲル化成分を含有する電解液に含浸、ゲル化し
て、ポリマー電解質を含有した電極と支持体との一体化
物を作製する場合や、ポリマー電解質を含有した電極
を、多孔質シートの支持体を内在した、短冊状のポリマ
ー電解質シートで挟み込むことによって、電極とポリマ
ー電解質層とを一体化する場合などが挙げられる。さら
に、後者の電極を短冊状のポリマー電解質シートで挟み
込むことにより電極をポリマー電解質層で包囲する場
合、１枚の短冊状のポリマー電解質シートをそのほぼ中
央部で折り返してそのポリマー電解質シートの間に電極
を挟み込むことにより電極をポリマー電解質層で包囲す
る場合と、電極を２枚の短冊状のポリマー電解質シート
の間に挟み込むことにより電極をポリマー電解質層で包
囲する場合とがある。

【００１４】上記の場合において、ポリマー電解質の支
持体となる多孔質シートとしては、例えば、不織布や微
孔性フィルムなどが用いられる。上記不織布としては、
例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、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などの不
織布などが挙げられる。また、微孔性フィルムとして
は、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン
−プロピレン共重合体の微孔性フィルムなどが挙げられ
る。

【００１５】不織布は、空孔率が高く、ゲル化成分を含
有する電解液を含浸させやすいので、好適に使用できる
ことから、不織布を支持体として用いる場合について詳
述すると、この不織布としては、例えば、坪量が１２ｇ
／ｍ²で厚さが３０μｍという非常に薄い不織布を用い
ることができる。

【００１６】このような不織布は、薄いために引っ張り
強度をはじめとする機械的強度が低く、単体では取り扱
いにくいが、例えば、袋状にし、その袋状の不織布に電
極を収容することにより電極を包囲して、不織布と電極
とを一体化させることにより電極の強度で不織布の強度
不足を補うことができる。また、袋状にしなくても、短
冊状の不織布をそのほぼ中央部で折り返してその不織布
の間に電極を挟み込むことにより電極を不織布で包囲し
て電極と不織布とを一体化させることや２枚の短冊状の
不織布を重ね合わせその一端をシールしてその不織布の
間に電極を挟み込むことにより電極を支持体で包囲して
電極と不織布とを一体化させることによっても、電極の
強度で不織布の強度不足を補うことができ、電池組立時
の作業性の向上や内部抵抗の減少、負荷特性の向上を達
成できる。また、支持体として微孔性フィルムを用いる
場合も、上記不織布の場合と同様である。

【００１７】上記のように、不織布などの多孔質シート
からなる支持体で電極を包囲して電極と支持体とを一体
化し、それにゲル化成分を含有する電解液を含浸させて
ゲル化させることにより、電極とポリマー電解質層との
間が、それぞれ単独でゲル化して電極とポリマー電解質
シートにしてから積層するよりも、界面の接着状態が良
好で、層間に気泡、異物などが介在することが少ないの
で、界面でのイオン移動がスムーズになり、正極と負極
間の反応性が向上する。また、正極、負極のいずれかの
一方の電極を支持体で包囲することによって、物理的セ
パレートの役割も果たすことができる。

【００１８】そして、正極または負極のいずれかの一方
の電極をポリマー電解質層で包囲して電極とポリマー電
解質層とを一体化させればよいが、その際、正極をポリ
マー電解質層で包囲して正極とポリマー電解質層とを一
体化させると、負極をポリマー電解質層で包囲する場合
より、電池容量を大きくすることができる。すなわち、
通常、デンドライトの発生の防止や安全性の確保から負
極を正極より大きくすることが一般に行われているので
正極をポリマー電解質層で包囲すれば、負極をポリマー
電解質層で包囲するより、ポリマー電解質層の寸法を小
さくでき、その結果、電池容量を大きくすることができ
る。また、負極をポリマー電解質層で包囲して負極とポ
リマー電解質層とを一体化させる場合も、負極とポリマ
ー電解質層との界面状態を均一にすることができるの
で、正極の場合と同様に、反応性の向上に効果がある。

【００１９】さらに、正極および負極の両電極をポリマ
ー電解質層で包囲すると、そのぶんポリマー電解質層の
厚みは増加するが、両電極ともポリマー電解質層と一体
化するため、正極、負極のいずれについても分極を減少
させることができ、充放電時の反応をスムーズに進行さ
せることができるので、負荷特性を大幅に向上させるこ
とができる。

【００２０】本発明において、電極とポリマー電解質層
との一体化とは、電極とポリマー電解質層との間に気泡
や異物などを含まないで、電極とポリマー電解質層とを
密接させることを意味していて、不可分に接着させるこ
となどを意味するものではない。

【００２１】上記不織布などの多孔質シートからなる支
持体を袋状にする場合、その袋状体は、例えば、四角形
状のものとして説明すると、通常、一辺が開口し、他の
三辺がシールされているが、そのシールにあたって、連
続的にシールすることは必ずしも要求されず、不連続に
シールしたものであってもよい。

【００２２】電極を袋状の支持体に収容するにあたっ
て、あらかじめ支持体を袋状にしておくことは要求され
ず、電極を短冊状の支持体（例えば、長さが電極の長さ
の２倍以上で、幅が電極の幅より広いサイズの短冊状の
支持体）の長さ方向のほぼ中央部より一方の側に載置
し、他方の幅を折返し（つまり、電極がほぼ中央部で折
り返した支持体間に挟み込まれる状態にし）、その幅方
向の両側部を連続的または不連続的にシールして、電極
が袋状の支持体に収容された状態にすればよい。

【００２３】また、２枚の支持体を重ね合わせてその一
端をシールしてその間に電極を挟み込む場合も、あらか
じめシールしておくことは要求されず、電極を１枚の短
冊状の支持体（例えば、長さが電極の長さより長く、幅
が電極の幅より広いサイズの短冊状の支持体）に載置
し、もう１枚の短冊状の支持体をその上にのせ、それら
の支持体の一端を連続的または不連続的にシールして、
電極が支持体の間に挟み込まれた状態にすればよい。

【００２４】ポリマー電解質層を構成するための電解液
としては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸
メチル、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、γ−ブチロラクトン、エチ
レングリコールサルファイト、１，２−ジメトキシエタ
ン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２−
メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの
有機溶媒に、例えば、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ ₆、Ｌｉ
ＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣ₄Ｆ
₉ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂、Ｌｉ₂Ｃ₂Ｆ₄（Ｓ
Ｏ₃）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃
ＳＯ₂）₃、ＬｉＣ_nＦ_2n+1ＳＯ₃（ｎ≧２）、Ｌｉ
Ｎ（ＲｆＯＳＯ₂）₂〔ここでＲｆはフルオロアルキル
基〕などの無機イオン塩を溶解させることによって調製
したものが使用される。この無機イオン塩の電解液中の
濃度としては、０．５〜１．５ｍｏｌ／ｌ、特に０．９
〜１．２５ｍｏｌ／ｌが好ましい。

【００２５】また、電解液をポリマー電解質に変化させ
るゲル化成分としては、例えば、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、
フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体などの
ように直鎖状のポリマーを加熱することにより電解液に
溶解させた後、冷却することによって電解液をゲル化さ
せるポリマーや、活性光線で重合可能な二重結合を一分
子あたり２個以上含みモノマーまたはプレポリマーを主
成分とする架橋性組成物などが挙げられる。

【００２６】上記活性光線で重合可能なモノマーとして
は、まず、二重結合を一分子あたり２個有するモノマー
（二官能架橋性モノマー）として、例えば、１，３−ブ
タンジオールジアクリレート、１，４−ブタンジオール
ジアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレ
ート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレン
グリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジ
アクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレー
ト、ポリエチレングリコールジアクリレート、プロピレ
ングリコールジアクリレート、ジプロピレングリコール
ジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレ
ート、エトキシ化ビスフェノールＡジアクリレート、ノ
ボラックジアクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグ
リコールジアクリレートなどの二官能アクリレートおよ
び上記アクリレートと同様の二官能メタクリレートなど
が挙げられる。

【００２７】また、活性光線で重合可能な二重結合を一
分子あたり３個有するモノマー（三官能架橋性モノマ
ー）としては、例えば、トリス（２−ヒドロキシエチ
ル）イソシアヌレートトリアクリレート、トリメチロー
ルプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロー
ルプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールト
リアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパン
トリアクリレート、プロポキシ化グリセリルトリアクリ
レート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパンア
クリレートなどの三官能アクリレートおよび上記アクリ
レートと同様の三官能メタクリレートなどが挙げられ
る。

【００２８】そして、活性光線で重合可能な二重結合を
一分子あたり４個以上有するモノマー（四官能以上の架
橋性モノマー）としては、例えば、ペンタエリスリトー
ルテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテト
ラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテト
ラアクリレート、ジペンタエリスリトールヒドロキシペ
ンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアク
リレートなどの四官能以上のアクリレートおよび上記ア
クリレートと同様の四官能以上のメタクリレートなどが
挙げられる。

【００２９】また、活性光線で重合可能な二重結合を２
個以上、好ましくは４個以上有するプレポリマーとして
は、例えば、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレ
ート、ポリエステルアクリレートのプレポリマーなどが
挙げられ、前記のモノマーに代えて用いることができ
る。

【００３０】本発明において、上記の活性光線で重合可
能な二重結合を一分子あたり２個以上有するモノマーま
たはプレポリマーは、主成分として用いられておればよ
く、例えばゲル硬さなどの物性調整のために一官能モノ
マーなども併用することができる。また、二官能モノマ
ーと六官能モノマーとを混合するというような使い方も
できる。

【００３１】本発明において、活性光線で重合可能な二
重結合を一分子あたり２個以上有するモノマーまたはプ
レポリマーを主成分とする架橋性組成物とは、上記架橋
性組成物を活性光線で重合可能な二重結合を一分子あた
り２個以上有するモノマーまたはプレポリマーのみで構
成する場合と、一官能モノマーなどと活性光線で重合可
能な二重結合を一分子あたり２個以上有するモノマーま
たはプレポリマーとを併用する場合の両者を含むが、後
者のように活性光線で重合可能な二重結合を一分子あた
り２個以上有するモノマーまたはプレポリマーを一官能
モノマーなどと併用する場合、その架橋性組成物におい
て、活性光線で重合可能な二重結合を一分子あたり２個
以上有するモノマーまたはプレポリマーが５０重量％以
上、特に７０重量％以上であることが好ましい。また、
架橋性組成物はそれを構成するものがすべて架橋性でな
くてもよく、全体として架橋性であればよく、例えば、
必要に応じて他の成分を添加することもできる。

【００３２】そして、必要に応じ、重合開始剤として、
例えば、ベンゾイン類、ベンゾインアルキルエーテル
類、ベンゾフェノン類、ベンゾイルフェニルフォスフィ
ンオキサイド類、アセトフェノン類、チオキサントン
類、アントラキノン類などを使用することができる。さ
らに重合開始剤の増感剤としてアルキルアミン類、アミ
ノエステル類なども使用することができる。

【００３３】本発明において、活性光線としては、例え
ば、紫外線（ＵＶ）、電子線（ＥＢ）、可視光線、遠紫
外線などを使用することができる。

【００３４】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみ
に限定されることはない。

【００３５】実施例１まず、この実施例１において用いる正極および負極の作
製、ゲル化成分含有電解液の調製について先に説明す
る。

【００３６】正極の作製：正極活物質であるＬｉＣｏＯ
₂８０重量部、導電助剤であるアセチレンブラック１０
重量部、バインダーであるポリフッ化ビニリデン１０重
量部とをＮ−メチルピロリドンを溶剤として均一になる
ように混合し、正極合剤含有ペーストを調製した。この
正極合剤含有ペーストを正極集電体となる厚さ２０μｍ
のアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥した後、カレン
ダー処理を行って、全厚が１３０μｍになるように正極
合剤層の厚みを調整し、正極合剤層形成部分の面積が７
０ｍｍ×４０ｍｍになるように切断して正極を作製し
た。ただし、上記正極の作製にあたっては、アルミニウ
ム箔の一部に正極合剤含有ペーストを塗布せず、アルミ
ニウム箔の露出部を残し、そのアルミニウム箔の露出部
を正極端子などとの接続のためのリード部とした。この
正極の断面図を図１に模式的に示す。図１に示すよう
に、この正極１は正極集電体１ａの両面に正極合剤層１
ｂを形成することによって作製され、そのリード部１ｃ
は上記正極集電体１ａを構成するアルミニウム箔の一部
に正極合剤含有ペーストを塗布せず、アルミニウム箔を
露出させることによって構成されている。

【００３７】負極Ａの作製：負極活物質である黒鉛９０
重量部とポリフッ化ビニリデン１０重量部とをＮ−メチ
ルピロリドンを溶剤として均一になるように混合して負
極合剤含有ペーストを調製し、厚さ１０μｍの銅箔から
なる負極集電体の両面に塗布し、乾燥した後、カレンダ
ー処理を行って全厚が１３０μｍになるように負極合剤
層の厚みを調整し、負極合剤層形成部分の面積が７２ｍ
ｍ×４２ｍｍになるように切断して負極Ａを作製した。
上記切断は負極端子などとの接続部分となるリード部を
電極の幅方向に対して中央位置になるようにした。ま
た、上記正極の場合と同様に、負極Ａの作製にあたって
も、銅箔の一部に負極合剤含有ペーストを塗布せず、銅
箔の露出部を残し、その銅箔の露出部を負極端子などと
の接続のためのリード部とした。このようにして作製し
た負極Ａは、負極合剤層が負極集電体の両面に形成され
た、いわゆる両面塗布負極と呼ばれるものである。この
負極Ａの断面図を図２に模式的に示す。図２に示すよう
に、負極Ａは、負極集電体２ａの両面に負極合剤層２ｂ
を形成することによって作製され、そのリード部２ｃは
上記負極集電体２ａを構成する銅箔の一部に負極合剤含
有ペーストを塗布せず、銅箔を露出させて構成されてい
る。なお、図示にあたっては、この負極Ａおよび後述の
負極Ｂとも同一の参照符号２を付して示す。

【００３８】負極Ｂの作製：上記負極Ａの場合と同様の
負極合剤含有ペーストを厚さ１０μｍの銅箔からなる負
極集電体の片面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理
を行って全厚が７０μｍになるように負極合剤層の厚み
を調整し、負極合剤層形成部分の面積が７２ｍｍ×４２
ｍｍになるように切断して負極Ｂを作製した。この負極
Ｂの作製にあたっても、銅箔の一部に負極合剤含有ペー
ストを塗布せず、銅箔の露出部を残し、その銅箔の露出
部を負極端子などとの接続のためのリード部とした。こ
のようにして作製した負極Ｂは、負極合剤層が負極集電
体の片面のみに形成された、いわゆる片面塗布負極と呼
ばれるものである。この負極Ｂの断面図を図３に模式的
に示す。図３に示すように、この負極Ｂは負極集電体２
ａの片面のみに負極合剤層２ｂを形成することによって
作製されている。

【００３９】ゲル化成分含有電解液の調製：プロピレン
カーボネートとエチレンカーボネートとの体積比１：１
の混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１．２２ｍｏｌ／ｌ溶解させ
ることによって調製した電解液に、開始剤として２，
４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィン
オキサイド〔商品名：ルシリンＴＰＯ、ビーエーエスエ
フジャパン（株）製〕をあらかじめモノマー成分に対し
て２重量％加えて溶解しておき、そこにジペンタエリス
リトールヘキサアクリレートを使用開始１０分前に濃度
が６重量％になるように加えて混合し、ゲル化成分を含
有する電解液を調製した。このゲル化成分を含有する電
解液を上記標題のように「ゲル化成分含有電解液」と簡
略化して表現する。

【００４０】上記のように作製した正極をポリマー電解
質層の支持体となる不織布で包んで、正極と支持体とを
一体化しておき、その全体にゲル化成分含有電解液を含
浸させ、ゲル化して、ポリマー電解質含有正極ユニット
を得た。負極は不織布で包むことなく、ゲル化成分含有
電解液を含浸させ、ゲル化して、ポリマー電解質含有負
極を得た。それらの作製方法の詳細を次に示す。

【００４１】ポリマー電解質含有正極ユニットの作製：
支持体としては、厚さ３０μｍ、坪量１２ｇ／ｍ²のポ
リブチレンテレフタレート不織布〔ＮＫＫ社製、ＭＢ１
２３０（商品名）〕を用い、これを長さ×幅が１４４ｍ
ｍ×４２ｍｍの短冊状に切断した。

【００４２】そして、正極の正極合剤層形成部分とリー
ド部とにまたがるようにして、厚さ５０μｍ、幅３ｍｍ
のポリイミドテープをその両面から貼着し、短絡の防止
および端子の強度保持を図った。また、リード部の正極
端子との接続に用いる部分のすべての表面を、熱により
接着面の粘着性が失われる熱剥離テープで被覆した後、
この正極を上記ポリブチレンテレフタレート不織布の長
さ方向の中央部より左側の部分に載置し、右側の部分を
折り返して正極を覆った後、その幅方向の両側部を熱融
着器〔商品名：ポリシーラー、富士イパルス（株）製〕
でシールして支持体としてのポリブチレンテレフタレー
ト不織布を袋状にし、両者を密接させて正極と支持体と
を一体化した。この正極と支持体とを一体化した正極ユ
ニットを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸
漬して正極ユニットにゲル化成分含有電解液を含浸させ
た後、ポリエチレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、
そのポリエチレン製袋の両面から、フュージョンＵＶシ
ステムズ・ジャパン（株）製の紫外線照射装置を用い
て、紫外線を１Ｗ／ｃｍ²の照度で１０秒間照射し、電
解液中のモノマー成分を重合させるとともに、電解液を
ゲル化してゲル状ポリマー電解質とした。このポリマー
電解質層と正極との一体化物を袋から取り出し、そのリ
ード部の正極端子との接続に用いる部分に１５０℃の熱
風を吹き付けることによって熱剥離テープを該部分から
剥がし、ポリマー電解質保持正極ユニットを得た。

【００４３】ポリマー電解質含有負極Ａの作製：上記の
ように作製した負極Ａの負極合剤層形成部分とリード部
とにまたがるようにして、厚さ５０μｍ、幅３ｍｍのポ
リイミドテープをその両面から貼着し、短絡の防止およ
び端子の強度保持を図った。また、リード部の負極端子
との接続に用いる部分のすべての表面を、熱により接着
面の粘着性が失われる熱剥離テープで被覆した後、この
負極Ａを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸
漬して、ゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエ
チレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、ポリエチレン
製の袋の両面から、フュージョンＵＶシステムズ・ジャ
パン（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ
／ｃｍ²の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー
成分を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状
ポリマー電解質とした。このゲル状ポリマー電解質を保
持させた負極Ａを袋から取り出し、そのリード部の負極
端子との接続に用いる部分に１５０℃の熱風を吹き付け
ることによって熱剥離テープを該部分から剥がし、ポリ
マー電解質含有負極Ａを得た。

【００４４】ポリマー電解質含有負極Ｂの作製：上記の
ように作製した負極Ｂの負極合剤層形成部分とリード部
とにまたがるようにして、厚さ５０μｍ、幅３ｍｍのポ
リイミドテープをその両面から貼着し、短絡の防止およ
び端子の強度保持を図った。また、リード部の負極端子
との接続に用いる部分のすべての表面を、熱により接着
面の粘着性が失われる熱剥離テープで被覆した後、この
負極Ｂを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸
漬して、ゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエ
チレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、そのポリエチ
レン製袋の外側から、上記負極Ｂの負極合剤層形成部分
が配置する側にフュージョンＵＶシステムズ・ジャパン
（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ／ｃ
ｍ²の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー成分
を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状ポリ
マー電解質とした。このゲル状ポリマー電解質を保持さ
せた負極Ｂを袋から取り出し、そのリード部の負極端子
との接続に用いる部分に１５０℃の熱風を吹き付けるこ
とによって熱剥離テープを該部分から剥がし、ポリマー
電解質含有負極Ｂを得た。

【００４５】短絡形成兼放熱促進ユニットの作製：正極
集電体（この場合の正極集電体にはリード部となる部分
も含んでいる）と同じ形状、寸法に打ち抜いた厚さ５０
μｍのアルミニウム板、負極集電体（この場合の負極集
電体にはリード部となる部分も含んでいる）と同じ形
状、寸法に打ち抜いた厚さ５０μｍの銅板および絶縁体
として７４ｍｍ×４４ｍｍに打ち抜いた厚さ２０μｍの
ポリイミドフィルムを用意し、ポリイミドフィルムを中
央にしてアルミニウム板と銅板とが対向するように密着
させ、短絡形成兼放熱促進ユニットを得た。図４にその
位置関係を平面図で示す。図４に示すように、上記のよ
うに作製した短絡形成兼放熱促進ユニット３０は、絶縁
体３１を介して２枚の金属板３２と金属板３３とを配置
することによって構成されていて、この図４に示すもの
では、上側に配置する金属板３２にはアルミニウム板が
使用され、下側に配置する金属板３３には銅板が使用さ
れ、絶縁体３１にポリイミドフィルムが使用されてい
る。

【００４６】つぎに、前記のようにして作製したポリマ
ー電解質保持正極ユニット５枚と、ポリマー電解質保持
負極Ａ４枚と、ポリマー電解質保持負極Ｂ２枚と、短絡
形成兼放熱促進ユニットを２枚用意し、短絡形成兼放熱
促進ユニット、ポリマー電解質保持負極Ｂ、ポリマー電
解質保持正極ユニット、ポリマー電解質保持負極Ａ、ポ
リマー電解質保持正極ユニット、ポリマー電解質保持負
極Ａ、ポリマー電解質保持正極ユニット、ポリマー電解
質保持負極Ａ、ポリマー電解質保持正極ユニット、ポリ
マー電解質保持負極Ａ、ポリマー電解質保持正極ユニッ
ト、ポリマー電解質保持負極Ｂ、短絡形成兼放熱促進ユ
ニットの順に積層して積層電極群を得た。この時、２セ
ットの短絡形成兼放熱促進ユニットの銅板と２枚のポリ
マー電解質保持負極Ｂの負極合剤層は、いずれも積層電
極群の内部側を向くように積層した。つまり、２枚のポ
リマー電解質保持負極Ｂの厚さ１０μｍの銅箔からなる
負極集電体と２セットの短絡形成兼放熱促進ユニットの
アルミニウム板は、いずれも積層電極群の外面側に向く
ように配置した。

【００４７】この短絡形成兼放熱促進ユニットを最外層
に配置した積層電極群を図５に基づき説明すると、一番
下側に短絡形成兼放熱促進ユニット３０が配置し、その
上にポリマー電解質保持負極２０（このポリマー電解質
保持負極２０は、負極Ｂ、つまり、片面塗布負極にポリ
マー電解質を保持させたものである）、ポリマー電解質
保持正極ユニット１０、ポリマー電解質保持負極２０、
ポリマー電解質保持正極ユニット１０、ポリマー電解質
保持負極２０、ポリマー電解質保持正極ユニット１０、
ポリマー電解質保持負極２０、ポリマー電解質保持正極
ユニット１０、ポリマー電解質保持負極２０、ポリマー
電解質保持正極ユニット１０、ポリマー電解質保持負極
２０（このポリマー電解質保持負極２０は、負極Ｂ、つ
まり、片面塗布負極にポリマー電解質を保持させたもの
である）、短絡形成兼放熱促進ユニット３０の順に積層
されている。そして、図中、ポリマー電解質保持正極ユ
ニット１０の周囲の白抜き部分はポリマー電解質保持正
極ユニット１０の作製にあたって正極の周囲に支持体と
して不織布を配置したことを示すために図示したもので
ある。

【００４８】この積層電極群を外装体で外装したときの
短絡形成兼放熱促進ユニットの一方の金属板および負極
のリード部と負極端子との接続状態を図６に模式的に示
す。図６に示すように、負極のリード部２ｃと短絡形成
兼放熱促進ユニット３０の金属板３３（この実施例では
銅板）のリード部３３ａとは並列接続されてまとめら
れ、負極端子６の一方の端部に接続され、負極端子６の
他方の端部は外装体４、４間のシール部を通過して外部
に引き出されている。また、上記積層電極群を外装体で
外装したときの短絡形成兼放熱促進ユニットの他方の金
属板および正極のリード部と正極端子との接続状態を図
７に模式的に示す。図７に示すように、この正極側も負
極側の場合と同様に、正極のリード部１ｃと短絡形成兼
放熱促進ユニット３０の金属板３２（この実施例ではア
ルミニウム板）のリード部３２ａとは並列接続されてま
とめられ、正極端子５の一方の端部に接続され、正極端
子５の他方の端部は外装体４、４間のシール部を通過し
て外部に引き出されている。

【００４９】外装体は、保護フィルム、金属箔、熱融着
性樹脂フィルムの３層ラミネートフィルムからなり、こ
の実施例では、上記保護フィルムとして厚さ３０μｍの
ナイロンフィルムが用いられており、金属箔としては厚
さ５０μｍのアルミニウム箔が用いられ、熱融着性樹脂
フィルムとしては厚さ３０μｍの変性ポリオレフィンフ
ィルムが用いられていて、上記ナイロンフィルムはアル
ミニウム箔の損傷や腐食を防ぎ、アルミニウム箔は水分
やガスの透過を阻止し、変性ポリオレフィンフィルムは
接着層として作用する。この外装体４は２枚用いられ、
両者とも同じ構成のものであるが、そのうちの一方は上
記積層電極群を収容しやすいように、あらかじめ鍔付き
の容器状に成形され、他方はプレート状をしていて、そ
れぞれ変性ポリオレフィンフィルムを内面側にして、積
層電極群の周囲に配置し、その接合部を加熱して変性ポ
リオレフィンフィルムを熱融着させてシールしている。

【００５０】比較例１積層電極群の両方の最外層に短絡形成兼放熱促進ユニッ
トを配置しなかったほかは、実施例１と同様に積層形ポ
リマー電解質電池を作製した。

【００５１】上記実施例１および比較例１の電池の表面
に熱電対を貼り付け、Ｖブロックの上に載せ、軸部の直
径３ｍｍのステンレス鋼製釘を５ｍｍ／秒の速度で積層
電極群に対して直角に突き刺し、電池の最高到達温度を
測定した。その結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１に示すように、実施例１の電池は最高
到達温度が１２２℃であって発煙・発火がなかった。こ
れに対して、短絡形成兼放熱促進ユニットを設けていな
い比較例１の電池は最高到達温度が２００℃以上であっ
て、発熱反応が暴走するとされている１５０℃よりもか
なり高くなり、また、発煙・発火を起こすものがあっ
た。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、釘刺
しや圧壊によって短絡した場合でも、発煙・発火を防
ぎ、安全性の高い積層形ポリマー電解質電池を提供する
ことができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
に用いる正極を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
に用いる負極Ａを模式的に示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
に用いる負極Ｂを模式的に示す断面図である。

【図４】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
に用いる短絡形成兼放熱促進ユニットの構成部材の位置
関係を模式的に示す図で、（ａ）はその平面図、（ｂ）
はそのＸ−Ｘ線断面図の要部拡大図である。

【図５】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
に用いる短絡形成兼放熱促進ユニットを最外層に配置し
た積層電極群を模式的に示す断面図である。

【図６】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
において、負極のリード部および短絡形成兼放熱促進ユ
ニットの一方の金属板と負極端子との接続状態を模式的
に示す断面図である。

【図７】本発明の実施例１の積層形ポリマー電解質電池
において、正極のリード部および短絡形成兼放熱促進ユ
ニットの他方の金属板と正極端子との接続状態を模式的
に示す断面図である。

【符号の説明】

１正極１ａ正極集電体１ｂ正極合剤層１ｃリード部２負極２ａ負極集電体２ｂ負極合剤層２ｃリード部３ポリマー電解質層４外装体５正極端子６負極端子１０ポリマー電解質保持正極ユニット２０ポリマー電解質保持負極３０短絡形成兼放熱促進ユニット３１絶縁体３２金属板３２ａリード部３３金属板３３ａリード部

フロントページの続き (72)発明者山本宏大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内 (72)発明者川合徹夫大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号日立マクセル株式会社内Ｆターム(参考） 5H022 AA09 BB11 CC05 CC08 CC09 CC19 EE01 KK03 5H029 AJ03 AJ12 AK03 AL07 AM00 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ04 BJ12 BJ22 BJ27 CJ05 CJ22 DJ02 DJ05 DJ07 EJ01 EJ12 HJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極集電体の少なくとも一方の面に正極
合剤層を形成してなる正極と、負極集電体の少なくとも
一方の面に負極合剤層を形成してなる負極とを、それぞ
れの間にポリマー電解質層を介在させて積層した積層電
極群を、金属箔を含む外装体で外装する積層形ポリマー
電解質電池であって、上記積層電極群の少なくとも一方
の最外層の電極のさらに外側に、絶縁体を介して厚さが
３０μｍ以上の２枚の金属板を配置してなる短絡形成兼
放熱促進ユニットを設け、その短絡形成兼放熱促進ユニ
ットのそれぞれの金属板を異なる極性の電極のリード部
と接続したことを特徴とする積層形ポリマー電解質電
池。