JP2004311351A

JP2004311351A - 板型電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004311351A
Application number: JP2003106777A
Authority: JP
Inventors: Hideki Uematsu; 秀樹上松; Akihiro Fukada; 明宏深田; Tomio Sato; 富雄佐藤
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】両極の絶縁を確実に保持できる構造の板型電池と、その製造方法とを提供する。
【解決手段】集電体に隣接配置された活物質層を含んで構成された正極層および負極層が、セパレータを介して前記活物質層同士が向かい合う配置にて積層された発電要素を有する万丈のリチウムポリマー二次電池１の負極層１０は、負極集電体８の電力取出部８ｔを除く全部がセパレータ３により被覆されている。セパレータ３は、可塑化される前の負極層である負極複合体を含ポリマー溶液に直接浸漬することにより形成される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板型電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、ゲル化固体電解質を有するリチウムポリマー二次電池や、電解液を電極内で膨潤保持可能なリチウムイオン二次電池においては、液漏れの恐れが少ないため、発電要素（セル）を、アルミラミネート外装材で密封することが行なわれている。この手法は、金属製の容器を使用しないで済むため、電池の薄型化が容易である。ただし、薄型化と同時に、正極と負極との絶縁信頼性の確保にも注意を配ることが重要である。
【０００３】
たとえば、下記特許文献１には、シングルセル構造の非水電解質二次電池について、電池内に形成される空隙を、セパレータに兼用されたゲル状のポリマー電解質で埋めるようにして、電極間の絶縁信頼性を高める技術が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２６０７３９号公報（段落［００３９］および図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記特許文献１に記載されている技術は、シングルセル構造の電池には有効であるが、たとえば集電体の両面に電極活物質層が配置される構造の電池にも、はたして適用できるかどうか疑問である。
【０００６】
本発明は、両極の絶縁を確実に保持できる構造の板型電池と、その製造方法とを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明は、各々、集電体と、集電体に隣接配置された活物質層とを含んで構成された正極層および負極層が、セパレータを介して活物質層同士が向かい合う配置にて積層された発電要素を有する板型電池において、正極層および負極層の少なくとも１つは、面内方向に突出した集電体の電力取出部を除いた全部が、電解液を膨潤保持可能なポリマー層で被覆されていることを特徴とする。
【０００８】
上記のように、電極全体をポリマー層で被覆するようにしたので、集電体と活物質層との配置関係によらず、あるいは正極層と負極層との配置関係によらず、確実に絶縁性を確保することができる。このような構成は、絶縁性の確保が大きなテーマの１つである、薄型化された電池に特に有効である。ポリマー層と電極とが密着している形態が特に好ましい。
【０００９】
具体的に、上記したポリマー層は、セパレータに兼用することができる。このようにすれば、ポリマー層を設けるための実質的な部品点数増がないため、コスト高となる恐れもほとんどない。また、セパレータを兼ねるポリマー層は、ゲル状の固体電解質により構成することができる。このようにすれば、発電に寄与するイオンの移動もスムーズである。
【００１０】
また、正極層および負極層の少なくとも１つは、集電体の両側に活物質層が配置されたものとすることができる。このような形態では、集電体の両側に活物質層が配置されているため、異極同士が接触したり、電池の容器に電極が接触したりして短絡が発生しやすい。そのため、既述のようにポリマー層で電極を被覆することが好ましい。
【００１１】
また、好適な態様において本発明にかかる板型電池は、発電要素を収容する外装材をさらに備える。その外装材は、発電要素側に樹脂層が形成された樹脂ラミネート金属箔にて構成されており、樹脂層が溶融接着部に兼用されることで外装材が封口され、発電要素が外装材で密封される。一方、ポリマー層は、集電体の面内外方に食み出ている外周部が凸曲面状を呈しており、かつその外周部が活物質層よりも薄肉に調整される。
【００１２】
可撓性を有する外装材で発電要素を密封する構成においては、外装材の金属箔に発電要素が直接接触しやすいという問題がある。外装材には、発電要素に接する側に樹脂層が形成されているが、封口時において、その樹脂層が必要以上に広範囲で溶融される場合がある。この場合、図１０の模式図に示すように、樹脂層４１を突き破って発電要素２０が金属箔４０に接触するという不具合が発生しやすい。この不具合は、それぞれ集電体５４，５６と活物質層５５，５７からなる電極６０，６１の側方に延出したセパレータ５３の端部５３ｓ、さらには集電体５４，５６の角が尖っていることで、起こりやすくなっていると考えられる。ところが、図１１の模式図に示すように、本発明にかかる電池では、集電体８と活物質層９，９とからなる電極１０の側方を覆うポリマー層３（セパレータ）がなめらかな凸曲面状を呈しているため、樹脂層４１を突き破って金属箔４０に接触するといった不具合が起こりにくくなっている。
【００１３】
ところで、リチウムイオン電池のようなエネルギー密度の高い電池に関していえば、発熱時におけるセパレータの収縮を考慮した設計が必要である。セパレータは、イオンの通過を許容する多数の微孔を有する。そのため、セパレータは、温度の上昇とともに微孔を塞ぐ方向に収縮する傾向を持つ。セパレータが収縮して異極同士が接触したりすると、電池として機能しなくなる。したがって、図８に示すように、正極５０および負極５１の外周部にセパレータ５２が密着せず、開放されているような従来の電池では、セパレータ５２には必ず収縮マージン５２ｓが設けられる。そのため、電池の内部に不可避的なデッドスペースが生じてしまう。
【００１４】
ところが、図９の模式図に示すように、集電体８の電力取出部８ｔを除く全部がポリマー層３（セパレータ）で被覆されている場合、ポリマー層３の収縮が起きても電極１０の略全体がポリマー層３に被覆されていることに大きな変化はなく、異極同士の短絡に至る可能性が、まず無い。つまり、設計時に収縮マージンを考慮する必要が全くない。そして、収縮マージン分のスペースを電池内部に設ける必要が無いので、発電量を左右する活物質層９の体積をより稼ぐことができる。
【００１５】
別の好適な態様において、発電要素は、断面がＵ字形状の集電体を有するとともに、そのＵ字集電体の内側に沿うように活物質層が配置された第１の電極層と、第１の電極層とは反対の極性を有するとともに、集電体の両側に１対の活物質層が配置されてポリマー層で被覆された第２の電極層とを含んで構成され、第２の電極層は、ゲル状の固体電解質により構成されたポリマー層をセパレータとして機能させる形で、Ｕ字形状を有する第１の電極層のＵ字の内側に配置されている。
【００１６】
発電要素を、上記のようなＵ形状とすると、同じ容量の電池であっても組立前の部品点数を減らせるため、コストの低減には有利である。ただし、Ｕ字状を呈するための折り曲げ部近傍では電極同士の短絡が生じやすい。そこで、本発明のように、Ｕ字の内側に介挿される形となる電極層を、セパレータを兼用した固体電解質でくるむようにすれば、短絡の恐れを大幅に減じることができる。
【００１７】
また、本発明の板型電池の製造方法は、集電体と、集電体に組み合わされた活物質フィルムとを含んで構成された正極複合体および負極複合体の少なくとも１つを、含ポリマー溶液に接触させることにより、面内方向に突出した集電体の電力取出部を除く全部をくるむポリマー層を形成する工程と、正極複合体および負極複合体を、少なくとも一方を被覆するポリマー層を介して各極の活物質フィルム同士が向かい合う配置で積層して発電要素を組立てる工程と、ポリマー層にイオン伝導性を付与する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記方法で作製される発電要素においては、正極複合体および負極複合体の少なくとも１つをポリマー層で被覆して、絶縁信頼性を向上させるものである。本発明にかかる方法においては、正極複合体および／または負極複合体に、含ポリマー溶液を接触させるようにしている。そのため、比較的簡単に正極複合体および／または負極複合体の全部（電力取出部を除く）に、隈なくポリマー層を形成できる。また、ポリマー層は、セパレータとして機能させることができる。つまり、上記本発明の方法によれば、電極複合体に直接セパレータを形成することとなるので、予めフィルム状に成形したセパレータを熱圧着させる方法に比べ、電極複合体との結合性が良好である。そのため、二次電池に本発明を採用する場合には、内部抵抗の低減、充放電サイクル性能の向上を見込める。
【００１９】
具体的に、ポリマー層を形成する工程は、正極複合体および／または負極複合体を含ポリマー溶液に浸漬する浸漬工程と、該浸漬工程後に、正極複合体および／または負極複合体を乾燥させる乾燥工程とを含む。このような方法によれば、ワーク（電極複合体）の一括処理（バッチ処理）が極めて容易である。したがって、ポリマー層を設けることに起因する生産性の低下や、コストの増大を極力抑えることができる。
【００２０】
また、含ポリマー溶液の粘度を調整することにより、ポリマー層の形成厚さ調整を行うとよい。この方法によれば、ポリマー層の形成厚さの制御が極めて容易である。なお、含ポリマー溶液の粘度調整は、該溶液に含有されるポリマー濃度の調整により行うとよい。
【００２１】
ポリマー層を形成する工程は、複数回の浸漬工程と、複数回の乾燥工程とを含み、それら複数回の浸漬工程と乾燥工程とが交互に行われる。そして、少なくとも１組の互いに異なる乾燥工程において、正極複合体および／または負極複合体の鉛直方向に対する姿勢を互いに異ならせる手法を採用できる。この手法によれば、ポリマー層の厚さの均一化を図ることが可能となる。
【００２２】
また、好適な態様において、ポリマー層は、第１の電極層を構成するべき第１集電体の両面に第１活物質フィルムが配置された第１電極複合体を、含ポリマー溶液に浸漬することにより形成される。そして、発電要素を組立てる工程は、第１の電極層とは反対極性の第２の電極層を構成するべき第２集電体の一方の面側に第２活物質フィルムが配置された第２電極複合体を作製する工程と、第２電極複合体を面内で等分した一方の部分に第１電極複合体を載置したのち、他方の部分が第１電極複合体に被さるように折り畳み、第２電極複合体にＵ字形状を付与する工程とを、さらに含む。
【００２３】
上記のように発電要素をＵ字形状とするならば、１対の正極複合体および負極複合体から、バイセル（厚さ方向に２組の最小発電単位を有する構造）を構成することができることは従来から知られている。Ｕ字形状を有する発電要素に関していえば、非捲回型の電池でバイセルを構成する場合に比べ、部品点数の実質減による優位性はある。ただし、Ｕ字形状を形成するための折り曲げ部での、セパレータと活物質層との結合性や絶縁性といった性能上の不利がある。ところが、本発明にかかる方法によれば、セパレータに兼用されるポリマー層により被覆された電極複合体を予め作製し、それをＵ字の内側に介挿するような形態で発電要素を組立てるため、Ｕ字形状を形成するための折り曲げ部に残留する応力を小さくできる。したがって、セパレータと活物質層との結合性を十分確保できるとともに、絶縁性不良となる可能性を低くすることができる。なお、第２電極複合体についていえば、集電体のうち、Ｕ字断面を形成に寄与する折り曲げ部には、活物質層を非配置とすれば、より好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
図１に示すのは、本発明の板型電池の断面模式図であり、本実施形態ではリチウムポリマー二次電池１（以下、単に電池１という）を例示している。電池１は、発電要素であるセル２が、外装材４の中に密封された構造を有する。セル２は、負極層１０の上下にセパレータ３（ポリマー層）を介して正極層７，７を積層した構造を有し、図２の上面図に示すように、全体として方形状をなしている。なお、正極層７と負極層１０とは、極性が相互に入れ替わってもよい。
【００２５】
負極層１０は、金属箔または金属メッシュで構成された薄板状の負極集電体８の両面に、負極活物質層９，９を重ね合わせた構造を有する。負極集電体８は、外周の一辺に突出する形で電力取出部８ｔが設けられている。そして、この電力取出部８ｔを除く全部（全面）がセパレータ３により被覆されている。すなわち、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である図３（ただし正極層７，７は記載省略）に示すように、負極活物質層９の側面部についても、セパレータ３に被覆されている。
【００２６】
他方、正極層７は、金属箔または金属メッシュで構成された薄板状の正極集電体５と、正極活物質層６とを重ね合わせた構造を有する。１対の正極活物質層６，６は、負極層１０の両側にそれぞれ配置されている。正極集電体５は、負極層１０の一方の面側から他方の面側に回りこむようにＵ字形状に折り曲げられている。すなわち、単一部材として構成された正極集電体５は、負極層１０の一方の面側に配置された正極活物質層６と、他方の面側に配置された正極活物質層６とに兼用されている。
【００２７】
正極集電体５は、ＡｌまたはＡｌ合金により構成されていることが好ましい。負極集電体８は、ＣｕまたはＣｕ合金により構成されていることが好ましい。正極集電体５の電力取出部５ｔおよび負極集電体８の電力取出部８ｔには、帯状の端子リード１２，１３の一端がそれぞれ接続されている。端子リード１２，１３は、外装材４の封口部１１（溶融接着部）を経て外側に延び出ている。
【００２８】
正極活物質層６は、正極活物質、導電助剤および高分子基質（ポリマー）を含んで構成される。同様に、負極活物質層９は、負極活物質、導電助剤および高分子基質を含んで構成される。セパレータ３、正極活物質層６および負極活物質層９は多孔質形態を有し、ＬｉＰＦ_６などのリチウム塩を、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートのような有機溶媒に溶解させた非水電解液が含浸（ゲル化）されている。
【００２９】
正極活物質層６および負極活物質層９を構成するポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）などのフッ素樹脂や、あるいはこれらのフッ素樹脂の共重合体を使用することができる。
【００３０】
正極活物質層６を構成する正極活物質としては、ＬｉＭｎＯ_２やＬｉＣｏＯ_２などの遷移金属リチウム酸化物を使用できる。負極活物質層９を構成する負極活物質としては、メソフューズカーボン材などの黒鉛系炭素材料が好適である。また、導電助剤（導電性物質）としてはアセチレンブラックなどの導電性カーボンを使用できる。
【００３１】
セル２を収容する外装材４は、可撓性を有し、アルミニウムなどの金属箔の両面に樹脂層を設けたシート状のものである。外側に露出する樹脂層としては、たとえばポリエチレンテレフタラートや２軸延伸ナイロンなどが使用され、内側の樹脂層には、ポリエチレンやポリプロピレンなど、熱融着性と、電解液に対する耐性とを備える材料が使用される。内側の樹脂層を溶融させると、溶融した樹脂が接着剤として機能する。封口部１１は、そのような機能を持つ樹脂層により形成される。
【００３２】
図３の断面図に示すように、セパレータ３は、負極集電体８の面内外方に位置する外周部３ｋ，３ｋが凸曲面状を呈している。そして、面内方向に関する、外周部３ｋ，３ｋの厚さｄ２は、電池厚さ方向に関する負極活物質層９の厚さＤよりも小である。具体的に、外周部３ｋ，３ｋの厚さｄ２は、たとえば５μｍ以上１００μｍ以下に調整されているとよい。外周部３ｋ，３ｋの厚さｄ２が、上記範囲内であることにより、正極との短絡防止作用を十分に得られ、尚且つ活物質層の体積も十分に確保できる。
【００３３】
また、電力取出部８ｔを除く負極層１０の全体がセパレータ３で被覆されている場合、セパレータ３が収縮したとしても、負極層１０がセパレータ３から食み出ることは有り得ず、正極層７との短絡に至る可能性がほとんど無い。つまり、セパレータ３に温度上昇時の収縮マージンを設ける必要が無く、その分、活物質層９の体積を稼げるようになっている。また、セパレータ３が、負極層１０の面内外方に大きく延出していないので、セル２を外装材４で密封する際のヒートシール工程を行いやすくなる。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態の電池１においては、正極集電体５のうちＵ字断面の形成に寄与する折り曲げ部５ｋには、正極活物質層６を非配置としており、非折り曲げ領域において負極層１０の上と下に正極活物質層６を１層ずつ配置するようにしている。これに加え、負極活物質層９がセパレータ３により包囲されているので、セル２は、Ｕ字形状であっても異極同士の短絡が発生しにくい構造となっている。
【００３５】
正極層７と負極層１０とを隔離するセパレータ３は、ゲル状の固体電解質により構成されており、イオン伝導性を有する。具体的には、たとえばＰＶＤＦやＨＦＰ、あるいはそれらの共重合体といったフッ素樹脂系のポリマー材料に、既述の非水電解液が含浸されたものとすることができる。ただし、ＳｉＯ_２などの絶縁フィラーに代表される添加剤を混入させてもよい。
【００３６】
次に、図１に示した電池１の製造方法について説明する。
まず、図４中に示す負極複合体１０ａの作製手順を簡単に説明する。負極複合体１０ａは、負極層１０となるものであって、図１に示すような積層型の電池１の製造に使用される部品である。最初に、アセトンなどの有機溶媒と、活物質、導電助剤、可塑剤および高分子基質等の材料を混錬して、活物質ペーストを調整する。この活物質ペーストを予め帯状に成形して、自立性を有する活物質フィルムを作製する。この活物質フィルムを、同じく帯状に成形した集電体の一方の面側に熱圧着させる。同様の手順で、反対の面側にも活物質フィルムを熱圧着させたのち、方形状に切断することにより負極複合体１０ａを得ることができる。なお、ドクターブレード法やスクリーン印刷法により活物質ペーストを集電体の片面に直接塗布したのち乾燥させ、その後、反対側にも同様に活物質ペーストを塗布し、乾燥、熱圧着および切断の各工程を経ることにより負極複合体１０ａを作製することもできる。
【００３７】
次に、図４に示すように、負極複合体１０ａを含ポリマー溶液３０に浸漬する。含ポリマー溶液３０は、ＰＶＤＦやＨＦＰ、あるいはそれらの共重合体などのフッ素系ポリマーと、ジブチルフタレートなどの可塑剤と、ＳｉＯ_２などの絶縁フィラーと、Ｎ−メチルピロリゾンなどの溶媒とを混合して、高粘度に調整されたものである。この含ポリマー溶液３０の粘度を調整することにより、セル２を組立てる前の負極複合体１０ａを被覆するポリマー層３ａの厚さ、ひいては製品（電池１）となったときのセパレータ３の厚さを調整することができる。含ポリマー溶液３０の粘度は、フッ素系ポリマーと溶媒との質量混合比を変化させることにより調節できる。なお、負極複合体１０ａのうち、負極集電体８の電力取出部８ｔについては、含ポリマー溶液３０と非接触とする。
【００３８】
なお、含ポリマー溶液３０を負極複合体１０ａに吹き付けたり、塗布したりする方法もあるが、設備コストや生産性を考慮すると、本実施形態のように直接浸漬する方法を採用することが望ましい。含ポリマー溶液３０に直接浸漬させる方法によれば、負極集電体８の両側に配置された負極活物質フィルム９ａの表面に多少の凹凸が生じていても、含ポリマー溶液３０が隈なく入り込んで、負極活物質フィルム９ａと未可塑化ポリマー層３ａとの緻密な結着を実現できるからである。このことは、高い充放電サイクル性能を得ることにつながる。
【００３９】
図４に示すように、含ポリマー溶液３０への浸漬後、浸漬槽３２より運び出された負極複合体１０ａは、乾燥される。これにより、負極複合体１０ａを包囲する未可塑化ポリマー層３ａが形成される。なお、図５に示すように負極複合体１０ａを含ポリマー溶液３０に浸漬する工程と、負極複合体１０ａを乾燥させる工程とを交互に複数回繰り返して、未可塑化ポリマー層３ａの厚さ制御を行うようにしてもよい。また、含ポリマー溶液３０に直接浸漬させる工程と、含ポリマー溶液３０を負極複合体１０ａに吹き付けたり、塗布したりする工程とを組み合わせて行うことも好適である。
【００４０】
なお、負極複合体１０ａの乾燥中に、表面に付着された含ポリマー溶液３０が重力の影響を受けるため、未可塑化ポリマー層３ａの厚さ、ひいてはセパレータ３の厚さにバラツキが生じることを考え得る。そこで、形成されるポリマー層３ａに厚さバラツキが生じないように、負極集電体１０ａの姿勢を変化させながら、乾燥工程を行うことを提案できる。また、図５に示すように、１つの負極複合体１０ａについて、含ポリマー溶液３０への浸漬工程と、乾燥工程とを繰り返して複数回行う場合には、鉛直方向に対する負極複合体１０ａの姿勢を各乾燥工程で互いに異ならせるようにしてもよい。また、含ポリマー溶液３０に浸漬する際の負極複合体１０ａの姿勢を、複数回繰り返される浸漬工程において互いに異ならせるようにしてもよい。
【００４１】
次に、図６−▲１▼に示すように、金属メッシュからなる正極集電体５の片面に負極側と同様の手法にて、正極活物質フィルム６ａを配置するとともに、所定形状に切断して正極複合体７ａを得る。図１に示したように、本実施形態の電池１は、Ｕ字状に折り曲げられた正極集電体５を備えている。したがって、正極集電体５のうち、折り曲げ部５ｋとなる部分には活物質非配置領域５ｗが設定され、活物質非配置領域５ｗを挟んで左右、つまり正極集電体５の面内を等分する基準線Ｏを挟んで左右に、１対の正極活物質フィルム６ａ，６ａが配置される。
【００４２】
正極集電体５の上に正極活物質フィルム６ａを配置する方法としては、負極側と同様に、ドクターブレード法等により予め成形した帯状の正極活物質フィルム６ａを、正極集電体５に熱圧着させる方法を採用できる。なお、活物質ペーストをスクリーン印刷法により帯状の正極集電体５の上に直接印刷および乾燥させる方法によれば、別々に作製した活物質フィルムを同一の正極集電体５に並べて圧着させる煩わしさを回避できる。
【００４３】
次に、上記のようにして作製した正極複合体７ａの上に、別途作製した負極複合体１０ａを配置する。具体的には、図６−▲２▼に示すように、活物質非配置領域５ｗを挟んで配置された左右の正極活物質フィルム６ａのいずれか一方の上に、未可塑化ポリマー層３ａを有する負極複合体１０ａを位置決めして載置する。その後、正極複合体７ａのうち、負極複合体１０ａを載置した側とは反対側部分を、負極複合体１０ａに被せるようにして旋回させる。そして、正極複合体７ａ、未可塑化ポリマー層３ａおよび負極複合体１０ａを相互に熱圧着することにより、図６−▲３▼に示すように、セル２となるべき積層体２ａが得られる。
【００４４】
積層体２ａには、電力取出用の端子リード１２，１３が取り付けられる。そして、積層体２ａをメタノール等の溶媒に浸漬し、各電極複合体７ａ，１０ａおよびポリマー層３ａに含まれる可塑剤を抽出および除去するとともに、リチウム塩を含有する非水電解液を含浸させると（膨潤保持させる）、セル２を得ることができる。なお、非水電解液を含浸させる工程は、可塑化処理を行って多孔質化された積層体２ａを外装材４に収容させたのちに行われる。そして、セル２が密封されるように、外装材４を封口すれば、図１に示すリチウムポリマー二次電池１が得られる。
【００４５】
なお、以上の説明においては、負極層１０のみをセパレータ３で被覆するようにしたが、図７に示すように、集電体５’，５’，８の電力取出部５ｔ，５ｔ，８ｔを除く、正極層７’，７’と負極層１０との両者をセパレータ３（ポリマー層）で被覆するようにしてもよい。図７の電池１００が有するセル２’は、前述したＵ字形状を呈しておらず、１対の正極層７’，７’で、負極層１０を挟んだ形となっている。正極層７’，７’および負極層１０に密着形成されたセパレータ３は、前述した手順（図４および図５参照）にて得られるものである。このような電池１００は、折り曲げ力が加わった際の耐短絡性能も非常に高く、温度上昇時のセパレータ３の収縮対策も万全であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板型電池の断面模式図。
【図２】セルの上面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図（負極層およびセパレータ）。
【図４】ポリマー層の形成手順を示す工程説明図。
【図５】より好適なポリマー層の形成手順を示す工程説明図。
【図６】セルの組立手順を示す工程説明図。
【図７】本発明にかかる板型電池の別形態を示す断面模式図。
【図８】従来の電池に不可欠な構成を示す模式図。
【図９】本発明の有意な効果を示す模式図。
【図１０】従来の電池を作製する際に発生しやすい不具合点を示す模式図。
【図１１】本発明の有意な効果を示す模式図。
【符号の説明】
１，１００リチウムポリマー二次電池
２，２’ セル（発電要素）
３セパレータ（ポリマー層）
３ｋセパレータの外周部
４外装材
５，５’ 正極集電体
５ｔ，８ｔ電力取出部
６正極活物質層
６ａ正極活物質フィルム
７，７’ 正極層
８負極集電体
９負極活物質層
９ａ負極活物質フィルム
１０負極層
１０ａ負極複合体
３０含ポリマー溶液
４０金属箔
４１樹脂層

Claims

各々、集電体と、集電体に隣接配置された活物質層とを含んで構成された正極層および負極層が、セパレータを介して前記活物質層同士が向かい合う配置にて積層された発電要素を有する板型電池において、前記正極層および負極層の少なくとも１つは、面内方向に突出した前記集電体の電力取出部を除いた全部が、電解液を膨潤保持可能なポリマー層で被覆されていることを特徴とする板型電池。
前記ポリマー層は、前記セパレータに兼用されている請求項１記載の板型電池。
前記セパレータを兼ねる前記ポリマー層が、ゲル状の固体電解質を含んで構成されている請求項２記載の板型電池。
前記正極層および負極層の少なくとも１つは、前記集電体の両側に前記活物質層が配置されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の板型電池。
前記発電要素を収容する外装材をさらに備え、前記外装材は、前記発電要素側に樹脂層が形成された樹脂ラミネート金属箔にて構成されており、
前記樹脂層が接着剤として機能することで前記外装材が封口され、前記発電要素が前記外装材で密封される一方、
前記ポリマー層は、前記集電体の面内外方に位置する外周部が凸曲面状を呈しており、かつ前記外周部が前記活物質層よりも薄肉である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の板型電池。
前記発電要素は、断面がＵ字形状の集電体を有するとともに、そのＵ字集電体の内側に沿うように活物質層が配置された第１の電極層と、前記第１の電極層とは反対の極性を有するとともに、集電体の両側に１対の活物質層が配置されて前記ポリマー層で被覆された第２の電極層とを含んで構成され、
前記第２の電極層は、ゲル状の固体電解質を含んで構成された前記ポリマー層をセパレータとして機能させる形で、Ｕ字形状を有する前記第１の電極層のＵ字の内側に配置されている請求項１記載の板型電池。
各々、集電体と、集電体に組み合わされた活物質フィルムとを含んで構成された正極複合体および負極複合体の少なくとも１つを、含ポリマー溶液に接触させることにより、面内方向に突出した前記集電体の電力取出部を除く全部をくるむポリマー層を形成する工程と、
前記正極複合体および前記負極複合体を、少なくとも一方を被覆する前記ポリマー層を介して各極の前記活物質フィルム同士が向かい合う配置で積層して発電要素を組立てる工程と、
前記ポリマー層にイオン伝導性を付与する工程と、
を含むことを特徴とする板型電池の製造方法。
前記ポリマー層を形成する工程は、前記正極複合体および／または負極複合体を前記含ポリマー溶液に浸漬する浸漬工程と、該浸漬工程後に、前記正極複合体および／または負極複合体を乾燥させる乾燥工程とを含む請求項７記載の板型電池の製造方法。
前記含ポリマー溶液の粘度を調整することにより、前記ポリマー層の形成厚さ調整を行う請求項８記載の板型電池の製造方法。
前記ポリマー層を形成する工程は、複数回の前記浸漬工程と、複数回の前記乾燥工程とを含み、それら複数回の前記浸漬工程と前記乾燥工程とが交互に行われ、
少なくとも１組の互いに異なる乾燥工程において、前記正極複合体および／または前記負極複合体の鉛直方向に対する姿勢を互いに異ならせる請求項８または９記載の板型電池の製造方法。
前記ポリマー層は、第１の電極層を構成するべき第１集電体の両面に第１活物質フィルムが配置された第１電極複合体を、含ポリマー溶液に浸漬することにより形成され、
前記発電要素を組立てる工程は、前記第１の電極層とは反対極性の第２の電極層を構成するべき第２集電体の一方の面側に第２活物質フィルムが配置された第２電極複合体を作製する工程と、
前記第２電極複合体を面内で等分した一方の部分に前記第１電極複合体を載置したのち、他方の部分が前記第１電極複合体に被さるように折り畳み、前記第２電極複合体にＵ字形状を付与する工程とを、さらに含む請求項７記載の板型電池の製造方法。