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JP3397351B2 - 角型あるいはシート型電池及びその製造方法 - Google Patents

角型あるいはシート型電池及びその製造方法

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JP3397351B2
JP3397351B2 JP33880692A JP33880692A JP3397351B2 JP 3397351 B2 JP3397351 B2 JP 3397351B2 JP 33880692 A JP33880692 A JP 33880692A JP 33880692 A JP33880692 A JP 33880692A JP 3397351 B2 JP3397351 B2 JP 3397351B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、角型及びシート型電池
に関し、特に、高容量型あるいは集積型の角型及びシー
ト型電池の構造及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】エレクトロニクスの進歩に伴い、ヘッド
ホンステレオ，コンパクトディスクプレーヤー，コンパ
クトカメラ，ビデオカメラ，ブック型パーソナルコンピ
ューターなどが普及し、多くの一次電池や二次電池が使
用されている。その使用されている電池の大部分は、円
筒型の電池である。円筒型の電池は、収納する電池ボッ
クスのデッドスペースが多いので、最近は空間を有効に
利用させる為デッドスペースの少ない角型電池も登場し
てきている。しかし、現状では、スパイラル状に卷いた
構造の円筒型電池の方が、角型電池に比べて、極板の面
積を大きくできるために大電流が流せる。又エネルギー
密度が高く、性能面で優れている。また、角型電池に比
べてもスパイラル円筒型は製造が容易である。その為、
大電流が流すことが出来、エネルギー密度が高く、製造
も容易である角型電池の開発が望まれている。
【０００３】図１０はスパイラル円筒型電池の概略断面
図の一例であり、図１１（ａ）は角型電池の概略構成図
の一例で、図１１（ｂ）は従来の角型電池ケース内の概
略電池構成図である。図１０において、９０１は正極活
物質より構成される正極シート、９０２は集電体リー
ド、９０３は負極活物質より構成される負極シート、９
０４は集電体、９０５は電解液を保持したセパレータ
ー、９０６は電池ケース（負極缶）、９０７は正極キャ
ップ、９０８は絶縁ガスケット、９０９は絶縁板、９１
０は絶縁物やセパレーター等、である。スパイラル円筒
型電池では、電池ケース９０６に正極シート９０１とセ
パレーター９０５と負極シート９０３をサンドイッチし
巻いたものを詰めた後、集電体から引き出したリードを
接続し、電解液を添加し、正極キャップ９０７をかぶせ
てある。図１１（ａ）、図１１（ｂ）において、１００
１は正極活物質より構成される正極板、１００２は集電
体、１００３は負極活物質より構成される負極板、１０
０４は集電体、１００５は電解液を保持したセパレータ
ー、１００６は電池ケース（負極缶）、１００７は正極
端子、１００８は絶縁ガスケット、１００９はキャッ
プ、１０１０は集電リード、である。角型電池内では図
１１（ｂ）のように正極板１００１と負極板１００３が
セパレーター１００５を挟んで積層されている。
【０００４】図１０と図１１（ａ）の電池外観形状から
角型電池の方がスパイラル円筒型電池より機器に収納し
た場合のデッドスペースが小さいことがわかる。しか
し、図１０と図１１（ｂ）の構造の比較からスパイラル
円筒型の方が極板の面積を大きくすることができ、電池
本体の体積当たりの充填量も多い。そのため、従来の角
型電池では、極板面積がスパイラル円筒型に比べ小さい
等の為にいまだスパイラル円筒型電池に比べて高電流が
流しにくく、実質的なエネルギー密度も低い。また、製
造工程において、スパイラル円筒型では連続的に正極と
負極の積層ができるのに対して、角型では複数個の正負
の極板を積み重ねるためや複数の集電リードを接続させ
る等のために製造工程が多く複雑になるといった問題を
有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
の問題点を解決し、大電流が流せ、体積当たりのエネル
ギー密度の大きい、製造工程も簡単な角型電池あるいは
シート型電池を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及び作用】本発明者は、上
記従来の問題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、分
離された正極あるいは負極を複数領域に設けた絶縁体シ
ートを折りたたんで電池ケースに収納することによっ
て、全極板面積を大きくすることができ、体積当たりの
エネルギー密度を向上でき、生産性も高めることができ
ることを見いだした。
【０００７】本発明の電池は、負極活物質、セパレータ
ー、正極活物質、電解質、集電体を少なくとも有する角
型あるいはシート型電池において、正極活物質から成る
正極と、負極活物質から成る負極とが、絶縁部材の片面
上のみに互いに分離されて設けられていて、集電体を前
記シート状絶縁部材と前記正極及び負極との間、もしく
は前記正極及び負極上に、不連続に設けたことを特徴と
するものである。また、本発明の電池の製造方法は、負
極活物質、セパレーター、正極活物質、電解質、集電体
を少なくとも有する角型あるいはシート型電池の製造方
法において、（１）正極活物質から成る正極と、負極活
物質から成る負極と、を互いに分離して絶縁部材の片面
上に形成した後、前記正極及び負極上に集電体を不連続
に形成する工程と、絶縁部材の片面上に集電体を不連続
に形成した後、該集電体上に正極活物質から成る正極と
負極活物質から成る負極とを分離して形成する工程、の
何れか一方の工程と、（２）前記絶縁部材の前記正極及
び負極が形成されていない領域を曲折させる工程と、を
有することを特徴とするものである。本発明において
は、電極板を薄くでき、かつ電極板面積を大きくでき、
大電流を流すことができるので、短時間に充電する二次
電池に特に有効である。
【０００８】図１から図４は本発明を説明するための図
である。図１（ａ）と（ｂ）は折り畳む前のシート状絶
縁基体上に形成した複数領域の正極と負極である。図１
（ａ）は正極と負極の対を集電体によって並列に接続し
た、並列接続タイプである。図１（ｂ）は正極と負極の
対を集電体によって直列に接続し電池電圧を高めた、単
位セルの直列接続タイプである。図１において、１００
はシート状の絶縁部材、１０１は正極、１０２と１０４
は集電体、１０３は負極、１０６は保護シートである。
絶縁部材１００はセパレーターを兼用してもよい。保護
シート１０６にはセパレーター材を用いてもよい。
【０００９】図１（ａ）ではそれぞれの絶縁部材に対に
なる極が設けてあるが、同一絶縁部材上に設けてもかま
わない。その場合には絶縁部材の材料としては細孔を有
していることが必要で、これによって絶縁部材がセパレ
ーターの機能も果たすことになる。
【００１０】集電体１０２および１０４は、絶縁部材と
正負極の間に設けてもよく、正負極の上に設けてもよ
く、正負極中に設けてもよい。
【００１１】図１（ｂ）では、図のように積層すること
によってそのまま高電圧タイプのシート型電池をつくる
ことが可能である。これによって、高電圧タイプの薄型
電池の製造が可能になる。
【００１２】実際に角型電池を作製する場合には、図１
１（ａ）のような電池ケースに、図１の構成に積層した
複数の単位セルから成るシートを活物質の存在しない領
域で折り畳んで電池ケースに収納し、正負極のリードを
接続して、電解液を注入した後、キャップをかぶせて電
池を作製する。これによって、電極面積を大きくでき、
極板も薄くできるので、大電流が流せる高容量タイプの
電池の製造が可能になる。
【００１３】図１の複数の単位セルを構成したシートの
折り畳み方の例を、図２と図３または図４に示した。
【００１４】図２は、図１(a)のような単位セルの並列
接続タイプのものを屏風状に折り畳む様子を示した模式
図である。図２において、２００はセパレーターを兼用
した絶縁基体、２０１は正極活物質より成る正極、２０
３は負極活物質より成る負極、２０２と２０４は集電
体、である（図２には保護シートは図示していな
い。）。
【００１５】図３は、図１(a)の分離された複数領域に
正極を形成したシート状絶縁基体と分離された複数領域
に負極を形成したシート状絶縁基体を、保護シートで挟
み屏風状に折り畳んだものの概略断面図である。実際の
電池では、角型の電池ケースにこの屏風状に折り畳んだ
ものを組み込むことによって、大電流が流せる容量の大
きな電池を作製でき、容量を向上することができる。図
３において、３００はセパレーターを兼用した絶縁基
体、３０１は正極活物質より成る正極、３０３は負極活
物質より成る負極、３０２と３０４は集電体、３０６は
保護シート、である。３００のセパレーター兼絶縁基体
には、電解質を含有させる。
【００１６】図４は、図２とは異なる方向の内側に、折
り畳む様子を示した模式図である。図４において、４０
０はセパレーターを兼用した絶縁基体、４０１は正極活
物質より成る正極、４０３は負極活物質より成る負極、
４０２と４０４は集電体、である（図４には保護シート
は図示していない。）。
【００１７】 ＜絶縁部材上に設けた複数領域の正負極の作製方法＞絶縁部材上に集電体を先に設ける場合 単位セルを並列接続する場合には図１(a)のように連続
した集電体を絶縁部材上に設ける。単位セルを直列接続
する場合には、図１(b)のように一定の間隔に不連続の
集電体を、電池を組む時に対抗する電極部の集電体が重
なるように、配置する。上記絶縁部材上に集電体を設け
た後に、活物質を用いて正極と負極を集電体上の分離し
た複数領域に形成する。
【００１８】正負極の上に集電体を設ける場合 先に、絶縁部材上に活物質を用いて正極と負極を集電体
上の分離した複数領域に形成する。その後、単位セルを
並列接続する場合には連続した集電体を絶縁部材上に設
ける。単位セルを直列接続する場合には、一定の間隔に
不連続の集電体を、電池を組む時に対抗する電極部の集
電体が重なるように、配置して設ける。
【００１９】同一絶縁部材の同一面上に正極と負極を設ける場合 同一絶縁部材の同一面上に複数の正極と負極を構成し
て、図１(a)のような単位セルの並列接続タイプのシー
トを作製する方法の例を説明するための図を、図５、図
６、及び図７に示した。図１(b)の単位セルの直列接続
タイプの場合にも適用できる。
【００２０】図５は、同一絶縁基体上に正極と負極を分
離された複数領域に形成した一例である。図５におい
て、５００は絶縁基体、５０１は正極、５０３は負極、
５０２と５０４は集電体、である。Ａ−Ｂに沿って折り
畳むことによって、並列接続された複数の単位セルを構
成することができる。上記折り畳む方向としては内側と
外側の二通りあり、図７の(a)と(b)はこの二通りを図示
した模式図である。図７において、７００は絶縁基体、
７０１は正極、７０３は負極、７０２と７０４は集電
体、７０５はセパレーター、である。図７(b)の場合に
は、７００の絶縁基体がセパレーターを兼用することが
できる。
【００２１】図６は、単位セルの並列接続タイプのもの
を作製するために、同一絶縁基体上に正極と負極を分離
された複数領域に形成した（図５とは異なる一例）。図
６において、６００は絶縁基体、６０１は正極、６０３
は負極、６０２と６０４は集電体、である。Ｃ−Ｄに沿
って折り畳むことによって、並列接続された複数の単位
セルを構成することができる。
【００２２】上述した図５，６，７による作製手法を採
用することによって、単位セルを構成する正極と負極の
位置合わせが容易になり、製造工程も簡略化することが
できる。
【００２３】［電池の構成材料］絶縁部材 絶縁部材の材料としては、ガラス、セラミックス、有機
樹脂などが使用できる。有機樹脂材料としては、ポリエ
チレン，ポリプロポレン，フッ素樹脂，ポリイミド，ポ
リアミド，塩化ビニル，ポリウレタン、ポリスチレンな
どが挙げられる。角型電池形状等を作製する場合には、
折り畳むので、可とう性を有している必要がある。絶縁
部材をセパレーターとして兼用する場合には、ミクロポ
ア構造を持ち、保液性を有するものが好ましい。
【００２４】絶縁部材を折り畳んで使用する場合には、
折り畳む箇所の絶縁部材に切れ目をいれておいた方が、
折り畳み易くなるし、電池ケースに収納した後の応力の
発生が抑えられる。絶縁部材の切れ目は、絶縁部材が折
り畳み易くなるものであれば、任意の形状でよい。
【００２５】また、活物質あるいは集電体を設ける絶縁
体の表面は、密着性を向上させるために、コロナ放電処
理、プラズマ処理、カップリング剤による処理、エッチ
ング処理、などの処理を施すのが望ましい。プラズマ処
理のプラズマの原料ガスとしては、水素，酸素，窒素，
アルゴン，アンモニア，炭化水素などのガスを用いるこ
とができる。カップリング剤としては、シランカップリ
ング剤、チタネートカップリング剤などが使用できる。
【００２６】絶縁基体には導電材で集電電極のパターン
が予め形成されていてもよい。導電材の集電電極パター
ンはメッキや蒸着法あるいは導電ペーストの印刷にて形
成できる。
【００２７】集電体 集電体材質としては、カーボン、ステンレススチール、
チタン、ニッケル、銅、白金、金などの導電材が使用出
来る。集電体形状としては、繊維状，多孔状またはメッ
シュ状などが使用できる。
【００２８】集電体の設け方としては、絶縁基体上や絶
縁基体に設けた正負極上に、直接導電材をメッキあるい
は蒸着する方法、繊維状，多孔状またはメッシュ状の導
電材シートを超音波融着あるいは圧着させる方法、など
がある。
【００２９】＜正負極の形成方法＞活物質と導電体粉と
結着剤を混合して、必要に応じて溶媒を添加して適度の
粘度のペーストに調製し、絶縁基体上の複数領域に塗布
し、乾燥硬化して形成する。塗布方法としては、スクリ
ーン印刷、コーター、スプレー、電着などによってコー
ティングする方法がある。ただし、負活物質がリチウム
のように柔らかくてそれ自体に導電性がある場合には、
この限りでなく、導電体粉も結着剤も用いなくてもよ
く、圧着することによって絶縁基体上に負極を形成する
ことができる。
【００３０】導電体粉 導電体粉の役割は、活物質が導電性に乏しい場合に、電
子伝導を補助し、集電を容易にすることである。
【００３１】導電体粉としては、アセチレンブラック，
ケッチェンブラック，グラファイト粉などの各種炭素
材、ニッケル，チタン，銅，ステンレススチール，など
の金属材料が使用できる。導電体粉の活物質に対する混
合重量比率は１以下が好ましい。
【００３２】結着剤 結着剤は、活物質の成形性が悪い場合に、活物質粉同士
を接着し、充放電サイクルにおいてクラックが生じて集
電体から脱落するのを防ぐ役割を有している。結着剤の
材料としては、電解液が非水の場合、溶媒に安定な、フ
ッ素樹脂，ポリエチレン，ポリプロピレン，シリコーン
樹脂などが挙げられる。上記樹脂は、液状または溶液
状、あるいは低融点のものを使用した方が、結着剤の極
中の含有率を下げることができ、電池の容量を向上する
ことができる。液状あるいは溶媒に溶解する樹脂の具体
例としては、ポリエチレンやポリプロピレンのほかに、
エーテル結合を有するフッ素樹脂やシリコーン樹脂が挙
げられる。特に、エーテル結合を有するフッ素樹脂を使
用した場合は溶媒に溶解させて低濃度で使用できるため
に、正極中の含有率を極力下げるとともに空隙率を上げ
ることができる。
【００３３】水溶液系電解液を用いる場合には親水処理
を施した方がよい。電解液が水溶液の場合には、他の結
着剤として、セルロース，ポリ酢酸ビニル，ポリエチレ
ングリッコール，ポリエチレンオキサイド，なども使用
できる。
【００３４】活物質 ［非水溶媒系電池］負極活物質としては、リチウムある
いはリチウム合金，ナトリウム，などが挙げられる。リ
チウム合金としては、マグネシウム，アルミニウム，カ
リウム，ナトリウム，カルシウム，亜鉛，鉛，などとリ
チウムの合金が挙げられる。正極活物質としては、遷移
金属酸化物，遷移金属硫化物，塩素，フッ化黒鉛，塩化
チオニル，二酸化イオウ，イオウ，などが一般に用いら
れる。遷移金属酸化物や遷移金属硫化物の遷移金属元素
としては、部分的にｄ殻あるいはｆ殻を有する元素で、
Sc,Y,ランタノイド，アクチノイド,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,C
r,Mo,W,Mn,Tc,Re,Fe,Ru,Os,Co,Rh,,Ir,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag,
Auを用いる。主には、第一遷移系列金属のTi,V,Cr,Mn,F
e,Co,Ni,Cu を使用する。
【００３５】［水溶液系電池］負極活物質としては、
鉛，カドミウム，水素吸蔵合金，亜鉛，鉄，マグネシウ
ム，などが挙げられる。正極活物質としては、酸化鉛，
酸化水酸化ニッケル，酸化銀，二酸化マンガン，酸素，
臭素，塩素，塩化銀，塩化鉛，塩化銅，などが挙げられ
る。
【００３６】セパレーター セパレーターとしては、負極と正極の短絡を防ぐ役割を
持っている。また、電解液を保持する役目を有する場合
もある。セパレターは電池反応に関与するイオンが移動
できる細孔を有し、電解液に不溶で安定である必要があ
るため、ガラス，ポリプロピレン，ポリエチレン，フッ
素樹脂，ポリアミドなどの不織布あるいはミクロポア構
造の材料のものが用いられる。
【００３７】電解質 電解質はそのままの状態で使用する場合のほかに、溶媒
に溶解した溶液や溶液にポリマーなどのゲル化剤を添加
して固定化したものを使用する。一般的には、溶媒に電
解質を溶かした電解液を多孔性のセパレーターに保液さ
せて使用する。
【００３８】電解質または電解質溶液（電解液）の導電
率は高ければ高いほど好ましく、少なくも２５℃での導
電率は１×１０-3S/cm以上あることが望ましく、５×１
０-3S/cm以上あることがより好ましい。
【００３９】［非水溶媒系電池の場合］電解質は、Ｈ2
ＳＯ4，ＨＣｌ，ＨＮＯ3などの酸、リチウムイオン（Ｌ
ｉ+）とルイス酸イオン（ＢＦ4 -，ＰＦ6 -，ＡｓＦ6 -，
ＣｌＯ4 -）から成る塩、およびこれらの混合塩を用い
る。上記支持電解質のほかには、ナトリウムイオン，カ
リウムイオン，テトラアルキルアンモニウムイオン，な
どの陽イオンとルイス酸イオンとの塩も使用できる。上
記塩は、減圧下で加熱したりして、十分な脱水と脱酸素
を行っておくことが望ましい。
【００４０】電解質の溶媒としては、アセトニトリル，
ベンゾニトリル，プロピレンカーボネイト，エチレンカ
ーボネート，ジメチルホルムアミド，テトラヒドロフラ
ン，ニトロベンゼン，ジクロロエタン，ジエトキシエタ
ン，クロロベンゼン，γ−ブチロラクトン，ジオキソラ
ン，スルホラン，ニトロメタン，ジメチルサルファイ
ド，ジメチルサルオキシド，ジメトキシエタン，ギ酸メ
チル，３−メチル−２−オキダゾリジノン，２−メチル
テトラヒドロフラン，二酸化イオウ，塩化ホスホリル，
塩化チオニル，塩化スルフリル，など、およびこれらの
混合液が使用できる。
【００４１】上記溶媒は、活性アルミナ，モレキュラー
シーブ，五酸化リン，塩化カルシウムなどで脱水する
か、溶媒によっては、不活性ガス中でアルカリ金属共存
下で蒸留して不純物除去と脱水をも行うのがよい。
【００４２】電解液の漏洩を防止するために、ゲル化す
ることが好ましい。ゲル化剤としては電解液の溶媒を吸
収して膨潤するようなポリマーを用いるのが望ましく、
ポリエチレンオキサイドやポリビニルアルコール、ポリ
アクリルアミドなどのポリマーが用いられる。
【００４３】［水溶液系電池の場合］電解質としては、
鉛電池の場合には硫酸、アルカリ電池の場合には水酸化
カリウム，水酸化ナトリウム，水酸化リチウム，水酸化
アンモニウム，アルカリ及び臭化亜鉛の塩，などが使用
される。
【００４４】電解液の漏洩を防止するために、ゲル化す
ることが好ましい。ゲル化剤としては電解液の溶媒を吸
収して膨潤するようなポリマーを用いるのが望ましく、
ポリエチレンオキサイド，ポリビニルアルコール，ポリ
アクリルアミドなどのポリマーやデンプンが用いられ
る。
【００４５】＜負極あるいは正極の被覆＞負極活物質に
リチウムあるいは亜鉛を用いた電池の場合には、充電時
に短絡の要因となるデンドライトの発生が起きるので、
これを防止するために、負極または正極あるいは負極と
正極の表面を、電池反応に関与するイオンが透過する皮
膜で被覆した方が電池のサイクル寿命を伸ばすことがで
きる。
【００４６】被覆材としては、大環状化合物誘導体のポ
リマー，芳香族炭化水素誘導体のポリマー，フッ素樹
脂，シリコーン樹脂，チタン樹脂，ポリオレフィン，あ
るいは無機酸化物，窒化物，炭化物，ハロゲン化物など
が使用できる。大環状化合物誘導体のポリマー，芳香族
炭化水素誘導体のポリマー，フッ素樹脂での正極の被覆
は、特にリチウム二次電池に有効である。
【００４７】電池ケース 電池ケースには、出力端子を兼用する金属材料を外装缶
として使用するほか、プラスチックの樹脂材ケースも使
用出来る。
【００４８】外装缶やキャップの材料としては、ステン
レススチール、特にチタンクラッドステンレスや銅クラ
ッドステンレス、亜鉛、ニッケルメッキ鋼板などが用い
られる。
【００４９】プラスチックケースとしては、ポリプロピ
レンやポリエチレンなどのプラスチックス、あるいは金
属やガラス繊維とプラスチックの複合材を用いることが
できる。
【００５０】絶縁パッキング 絶縁パッキングの材料としては、フッ素樹脂、ポリアミ
ド樹脂、ポリスルフォン樹脂、各種ゴムなどが使用でき
る。
【００５１】封口 封口方法としては、絶縁パッキングなどのガスケットを
用いたかしめ以外にも、接着剤、溶接、半田付けなどの
方法が用いられる。
【００５２】絶縁板 電池内の絶縁隔離のために使用する絶縁板の材料として
は、各種有機樹脂材料やセラミックス等が用いられる。
【００５３】安全弁 電池の内圧が高まったときの安全策としては、ゴム，ス
プリング，金属ボールなどを利用した安全弁を設ける。
【００５４】＜電池の作製＞リチウム電池，ニッケルカ
ドミウム電池，ニッケル水素吸蔵合金電池，ニッケル亜
鉛電池，鉛電池，空気電池，などの作製する電池に合わ
せて、活物質と電解質を選択し、前述した方法で、複数
の単位セルの並列タイプあるいは直列タイプのシートを
作製し、セパレーターと保護シートを挟み、電池ケース
に合わせて適宜折り畳んで電池ケースに収納し、正極と
負極のリードを電池端子に接続し電解液を注入後、封缶
して作製する。
【００５５】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
る。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。
【００５６】（実施例１）電池内で単位セルを複数個並
列接続した角型リチウム電池を以下の手順でアルゴンガ
ス下で作製した。
【００５７】まず、ポリプロピレン不織布の折り畳む箇
所にミシン目の切り目を入れた後、表面をコロナ放電処
理した。二酸化マンガンに、アセチレンブラック、ニッ
ケル超微粉体、ルミフロン（旭硝子社製フッ素樹脂）を
混合しキシレンを添加し粘度を調製して、正極活物質ペ
ーストを調製した。
【００５８】上記表面処理したポリプロピレン不織布上
の複数の正極形成領域に、スクリーン印刷機で、調製し
た正極活物質ペーストを印刷し、その上にリード付きニ
ッケルメッシュの集電体シートを配置し、乾燥した。つ
いで、単位負極の大きさに切断した複数枚のリチウム箔
をリード付きニッケルメッシュ集電体シートの圧着した
ものを旭硝子社製ルミフロン薄膜で被覆し、正極を印刷
したポリプロピレン不織布上の負極形成領域に配置し
た。次に、正極と負極と集電体を設けたポリプロピレン
不織布の上に、ポリプロピレンフィルムの保護シートを
重ね、ロールプレス機で圧着し膜厚を調整した後、１０
０℃で熱処理し、図６のような正極と負極を複数並べた
パターンのシートを作製した。このシートを図６の単位
シートに切断した。図６中の、６００がポリプロピレン
不織布、６０１が正極活物質から成る正極、６０３がリ
チウム負極、６０２と６０４がニッケル集電体である。
【００５９】得られた図６の単位シートの正極と負極の
パターンの間のＣ−Ｄの位置で、図７（ｂ）のように折
り畳みその間にミクロポア構造のポリプロピレンフィル
ムを挟み、さらに、図２のように屏風状に折り畳んで、
図３の単位セルの並列接続タイプを作製した。つぎに、
図１０（ａ）のような角型電池のチタンクラッドステン
レス製電池ケースに収納して、正極と負極の集電体のリ
ード部を電池端子に接続し、プロピレンカーボネートと
ジメトキシエタンの等量混合溶媒に四フッ化ホウ酸リチ
ウム塩を１Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）溶解して調製した電解液を
注入した後、絶縁パッキングとチタンクラッドステンレ
ス製キャップをはめ、かしめて、サイズ１４ミリ×１４
ミリ×４９．５ミリの角型電池を作製した。
【００６０】作製した角型電池の１０時間率放電を行
い、容量を算出したところ、単三（ＡＡ）サイズの円筒
型の電池に比較して、４０％の容量増を達成していた。
また、正極及び負極の厚みを薄く形成することができ、
面積を大きくできたので、スパイラル円筒型電池同様の
大電流も流すことが容易になった。又、従来の角型電池
に比べ製造工程が容易になった。
【００６１】（実施例２）電池内部で単位セル２組を直
列接続した集積型シート型リチウム電池を以下の手順
で、アルゴンガス雰囲気下で作製した。
【００６２】図８において、コロナ放電処理したミクロ
ポア構造を有するポリプロピレンフィルム８００上に、
実施例１と同じ方法で調製した二酸化マンガンペースト
を、スクリーン印刷でポリプロピレンフィルム上の正極
形成領域８０１に印刷した。ついで、ニッケル箔のリー
ド付きニッケルメッシュ集電体８０２を載せ、ニッケル
メッシュ集電体８０４を圧着したリチウム箔をプロピレ
ンフィルム上の負極形成領域８０３に載せ、乾燥した。
次に、アルミ箔を樹脂フィルムでラミネートしたアルミ
ラミネートフィルムとポリプロピレン不織布のセパレー
ターでサンドイッチし、加熱ロールに通して圧着した。
各正極と負極の箇所のセパレーターに実施例１と同じ電
解液をしみ込ませた後、Ｅ−Ｆの箇所で折り畳み、図９
（ａ）のように正極と負極の周辺のアルミラミネートフ
ィルムとポリプロピレンフィルム及びセパレーターを融
着した。図９（ａ）はラミネートして得られた電池の断
面構成図である。図８と図９（ａ）において、８００は
ポリプロピレンフィルム、８０１は正極、８０３は負
極、８０２と８０４は集電体、８０５はセパレーター、
８０６はアルミラミネートフィルム、８０７は融着部、
である。上記融着工程は、隣合う単位セル間を融着部８
０７で分離するためである。この分離がないと電池内で
直列化ができていても、隣合う正極と負極間で起電力が
発生し、単位セルの２倍の電圧は出なくなる。
【００６３】次に、得られたアルミラミネート電池のリ
ードを正極端子と負極端子に接続した後、ポリプロピレ
ン樹脂の電池ケースに封入して、厚さ３ミリメートルの
シート型リチウム電池を作製した。図９（ｂ）はラミネ
ート電池から構成する電池の概略構成図である。図９
（ｂ）において、８０６はアルミラミネートフィルム、
８０８は正極端子、８０９は負極端子、８１０はリー
ド、８１１は電池ケース、８１２は安全弁、８１３はラ
ミネート電池の内圧が高まって膨らんだ場合に穴を開け
てラミネート電池内の圧を抜くためのピン、である。
【００６４】得られたシート型リチウム電池の電池電圧
は、単一電池で６ボルトを出力した。
【００６５】（実施例３）実施例１と同様な方法で、電
池内で単位セルを複数個並列接続した角型のニッケル水
素吸蔵合金電池を以下の手順で作製した。
【００６６】まず、ポリアミド不織布の折り畳む箇所に
ミシン目の切り目を入れた後、表面をコロナ放電処理し
た。Ｍｍ（ミッシュメタル）−Ｎｉ−Ｔｉ−Ｚｒ−Ｍｎ
−Ｖ−Ｃｏ合金粉に、葉片状黒鉛、ニッケル超微粉体、
ポリエチレン粉、ポリビニルアルコール粉を、混合しテ
トラヒドロフランを添加して、粘度を調整して負極活物
質ペーストを調製した。水酸化ニッケルに、フレーク状
と球状及び針状の各種形状のニッケル粉、一酸化コバル
ト、葉片状黒鉛、ポリエチレン粉、ポリビニルアルコー
ル粉を、混合しテトラヒドロフランを添加して、粘度を
調整して正極活物質ペーストを調製した。
【００６７】上記表面処理したポリアミド不織布上の複
数の正極と負極形成領域に、スクリーン印刷機で、調製
した正極活物質ペースト及び負極活物質ペーストを印刷
し、その上にリード付きニッケルメッシュの集電体シー
トを配置し、乾燥した。次に、正極と負極と集電体を設
けたポリアミド不織布の上に、ポリエステルフィルムの
保護シートを重ね、ロールプレス機で圧着し膜厚を調整
した後、１００℃で熱処理し、図６のようなパターンを
複数並べたパターンのシートを作製した。このシートを
図６の単位シートに切断した。
【００６８】得られた図６の単位シートの正極と負極の
パターンの間のＣ−Ｄの位置で、図７（ｂ）のように折
り畳み、その間に親水処理したミクロポア構造のプロピ
レンフィルムを挟み、さらに、図２のように屏風状に折
り畳んで、図３の単位セルの並列接続タイプを作製し
た。つぎに、図１１（ａ）のような角型電池のチタンク
ラッドステンレス製電池ケースに収納して、正極と負極
の集電体のリード部を電池端子に溶接し、水酸化リチウ
ムを添加した水酸化カリウムの６Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）水溶
液を電解液としてを注入した後、絶縁パッキングとチタ
ンクラッドステンレス製キャップをはめ、かしめて、サ
イズ１４．５ミリ×７．５ミリ×４８．４ミリの角型電
池を作製した。
【００６９】作製した角型電池の１０時間率放電を行
い、容量を算出したところ、図１１（ｂ）の積層型電池
に比較して、２０％の容量増を達成していた。
【００７０】（実施例４）実施例とほぼ同一の手順で、
ニッケルカドミウム電池を作製した。
【００７１】実施例３において、負極活物質として水素
吸蔵合金粉の代わりに、酸化カドミウム粉を使用して、
負極活物質ペーストを調製した以外は、実施例３と同様
にして、サイズ２３ミリ×１４．７ミリ×６７ミリの角
型ニッケルカドミウム電池を作製した。
【００７２】作製した角型電池の１０時間率放電を行
い、容量を算出したところ、図１１（ｂ）の積層型電池
に比較して、１５％の容量増を達成していた。
【００７３】以上、実施例１，３，４から、本発明の電
池構造を採用することによって、円筒型電池及び積層構
造の角型電池より容量の高い電池を作製することができ
ることがわかった。さらに、実施例２から、電池内で単
位セルを集積化し電池電圧を高めた電池を、容易に作製
することも可能であることがわかった。
【００７４】
【発明の効果】本発明によれば、角型あるいはシート型
電池において、スパイラル構造の円筒型電池と同等のエ
ネルギー密度を達成することができかつ大電流も流せ、
電池の収納スペースのデッドスペースを極力削減するこ
とができる。さらに、単一電池でも集積化できるため
に、高い電池電圧を達成することが可能になる。また、
角型電池の製造工程も簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を説明するための模式図
【図２】本発明を説明するための模式図
【図３】本発明の電池ケース内の断面構造の一例を示し
た概略図である。
【図４】本発明を説明するための模式図
【図５】本発明の電池を作製する手法例を説明するため
の図である。
【図６】本発明の電池を作製する手法例を説明するため
の図である。
【図７】本発明の電池を作製する手法例を説明するため
の図である。
【図８】本発明のシート型電池及び作製手順の一例を説
明するための模式図である。
【図９】本発明のシート型電池及び作製手順の一例を説
明するための模式図である。
【図１０】スパイラル円筒型電池の概略断面図である。
【図１１】角型電池の概略構成図である。
【符号の説明】
１００ 絶縁基体 ２００，４００ セパレーター兼絶縁基体 １０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７
０１，８０１，９０１，１００１ 正極 １０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，７
０３，８０３，９０３，１００３ 負極 １０２，１０４，２０２，２０４，３０２，３０４，４
０２，４０４，５０２，５０４，６０２，６０４，８０
２，８０４，９０４，１００２，１００４ 集電体 １０６，３０６，８０６ 保護フィルム ７０５，８０５９０５，１００５ セパレーター ８０７ 分離部 ８０８ 正極端子 ８０９ 負極端子 １００７ 出力端子 ８１０，９０２，１１０ 集電リード ９０７，１００９ 正極キャップ ８１１ 電池ケース ９０６，１００６ 外装缶 ９０８，１００８ 絶縁ガスケット ８１２ 安全弁 ８１３ ピン ９０９ 絶縁板
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 6/00 - 6/22 H01M 10/00 - 10/40

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 負極活物質、セパレーター、正極活物
    質、電解質、集電体を少なくとも有する角型あるいはシ
    ート型電池において、 正極活物質から成る正極と、負極活物質から成る負極と
    が、絶縁部材の片面上のみに互いに分離されて設けられ
    ていて、集電体を前記絶縁部材と前記正極及び負極との
    間、もしくは前記正極及び負極上に、不連続に設けたこ
    とを特徴とする電池。
  2. 【請求項２】 前記絶縁部材は、活物質の存在しない領
    域の少なくとも一部に曲折部を有することを特徴とする
    請求項１に記載の電池。
  3. 【請求項３】 前記絶縁部材が、屏風状であることを特
    徴とする請求項２記載の電池。
  4. 【請求項４】 前記正極と前記負極とが、前記絶縁部材
    上に交互に設けてあることを特徴とする請求項１に記載
    の電池。
  5. 【請求項５】 前記絶縁部材を介して前記正極と前記負
    極とが、対向していることを特徴とする請求項１及至４
    のいずれか１項に記載の電池。
  6. 【請求項６】 前記集電体が、前記絶縁部材より小面積
    であることを特徴とする請求項１及至５のいずれか１項
    に記載の電池。
  7. 【請求項７】 前記集電体が、前記絶縁部材の複数の分
    離された領域に、規則性よく設けてあり、電池ケース内
    で単位セルの直列化がされていることを特徴とする請求
    項１及至６のいずれか１項に記載の電池。
  8. 【請求項８】 前記絶縁部材が、細孔を有しセパレータ
    ーの役割を持つことを特徴とする請求項１及至７のいず
    れか１項に記載の電池。
  9. 【請求項９】 前記絶縁部材が、２シート以上の複数枚
    から構成されていることを特徴とする請求項１及至８の
    いずれか１項に記載の電池。
  10. 【請求項１０】 前記正極あるいは負極は、活物質を主
    成分とする物質の絶縁部材への塗布によって形成されて
    いることを特徴とする請求項１及至９のいずれか１項に
    記載の電池。
  11. 【請求項１１】 前記曲折部の少なくとも一部が他の絶
    縁部材部分より薄くなっていることを特徴とする請求項
    ２に記載の電池。
  12. 【請求項１２】 前記曲折部の少なくとも一部に切れ目
    を有していることを特徴とする請求項２に記載の電池。
  13. 【請求項１３】 負極活物質、セパレーター、正極活物
    質、電解質、集電体を少なくとも有する角型あるいはシ
    ート型電池の製造方法において、 （１）正極活物質から成る正極と、負極活物質から成る
    負極と、を互いに分離して絶縁部材の片面上に形成した
    後、前記正極及び負極上に集電体を不連続に形成する工
    程と、絶縁部材の片面上に集電体を不連続に形成した
    後、該集電体上に正極活物質から成る正極と負極活物質
    から成る負極とを分離して形成する工程、の何れか一方
    の工程と、 （２）前記絶縁部材の前記正極及び負極が形成されてい
    ない領域を曲折させる工程と、を有することを特徴とす
    る電池の製造方法。
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