(57)【要約】【課題】生産が簡便である捲回型の電池であって、十分な積層プレス圧力や拘束圧を加えた場合であっても、割れや欠け等の発生が抑制されて歩留まりが向上するとともに、座屈や短絡、あるいは電極合材の脱落等が抑制されて安全性が向上した捲回型電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】押圧および拘束によって電池として機能する平坦部は、そのままの状態を維持させて、電池として機能させない湾曲部には、電極合材を配置しない構造とする。【選択図】図１
2020102311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極シートと、負極シートと、を備える捲回型電池であって、
前記捲回型電池は、湾曲部と平坦部とを有する扁平形状であり、
前記正極シートは、正極集電体上に、正極合材が積層された正極合材塗工部と、前記正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを有し、
前記正極合材未塗工部は、前記湾曲部に配置される、捲回型電池。
【請求項２】
前記正極シートは、
前記正極合材塗工部と前記正極合材未塗工部とが、交互に形成されている、請求項１に記載の捲回型電池。
【請求項３】
前記負極シートは、負極活物質からなるシートである、請求項１または２に記載の捲回型電池。
【請求項４】
前記負極シートは、負極集電体上に、負極合材が積層された負極合材塗工部と、前記負極合材が積層されていない負極合材未塗工部とを有し、
前記平坦部において、前記負極合材塗工部は、前記正極合材塗工部に積層配置されている、請求項１または２に記載の捲回型電池。
【請求項５】
前記負極合材塗工部の面積は、前記正極合材塗工部の面積以上である、請求項４に記載の捲回型電池。
【請求項６】
前記平坦部には、タブが連結される、請求項１〜５いずれかに記載の捲回型電池。
【請求項７】
前記正極シートおよび前記負極シートの少なくとも一方は、表面に、固体電解質層を有する、請求項１〜６いずれかに記載の捲回型電池。
【請求項８】
前記正極シートと前記負極シートとの間には、固体電解質シートおよびセパレータの少なくともいずれかが配置される、請求項１〜７いずれかに記載の捲回型電池。
【請求項９】
前記捲回型電池の最外層は、前記固体電解質シートまたは前記セパレータであり、その内側に前記負極シートが配置される、請求項８に記載の捲回型電池。
【請求項１０】
前記固体電解質シートは、固体電解質からなるシートである、請求項８または９に記載の捲回型電池。
【請求項１１】
正極シートと、負極シートとを備え、湾曲部と平坦部とを有する扁平形状の捲回型電池の製造方法であって、
正極集電体の両面の同位置に、正極合材を間欠的に塗工することにより、正極合材が積層された正極合材塗工部と、前記正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを、交互に形成した正極シートを形成する、正極シート形成工程と、
前記正極シートの端部と、前記負極シートの端部とを重ね合わせて、捲回の始点となる中心平坦部を作製する、中心平坦部形成工程と、
前記中心平坦部から、前記正極シートと、前記負極シートとを、前記正極合材塗工部が同位置に積層されるように捲き回して、捲回構造体を形成する、捲回構造体形成工程と、
前記捲回構造体の前記正極合材塗工部の積層部を挟むように、前記捲回構造体を押圧して平坦部を形成する、押圧工程と、
を含む、捲回型電池の製造方法。
【請求項１２】
前記中心平坦部形成工程では、前記正極シートの端部または前記負極シートの端部を山折りして巻き芯を形成する、請求項１１に記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１３】
前記負極シートは、負極活物質からなるシートである、請求項１１または１２に記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１４】
前記負極シートは、負極集電体上に、負極合材が積層された負極合材塗工部と、前記負極合材が積層されていない負極合材未塗工部とを有し、
前記捲回構造体形成工程では、前記正極合材塗工部と前記負極合材塗工部とが、同位置に積層されるように捲き回す、請求項１１〜１３いずれかに記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１５】
前記負極合材塗工部の面積は、前記正極合材塗工部の面積以上である、請求項１４に記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１６】
前記正極シートおよび前記負極シートの少なくとも一方は、表面に、固体電解質層を有する、請求項１１〜１５いずれかに記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１７】
前記中心平坦部形成工程では、前記正極シートと前記負極シートとの間に、固体電解質シートおよびセパレータの少なくともいずれかを配置して、前記中心平坦部を作製する、請求項１１〜１６いずれかに記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１８】
前記捲回構造体形成工程では、前記捲回構造体の最外層が前記固体電解質シートまたは前記セパレータとなるよう捲き回す、請求項１７に記載の捲回型電池の製造方法。
【請求項１９】
前記固体電解質シートは、固体電解質からなるシートである、請求項１７または１８に記載の捲回型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、捲回型電池および捲回型電池の製造方法に関する。さらに詳しくは、生産が簡便な捲回型でありながら、十分な積層プレス圧力や拘束圧を加えた場合であっても、歩留まりが向上するとともに、その安全性が向上した捲回型電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高エネルギー密度を有する二次電池として、リチウムイオン二次電池が幅広く普及している。リチウムイオン二次電池は、正極と負極との間にセパレータを存在させ、液体の電解質（電解液）を充填した構造を有する。
【０００３】
ここで、リチウムイオン二次電池の電解液は、通常、可燃性の有機溶媒であるため、特に、熱に対する安全性が問題となる場合があった。そこで、有機系の液体の電解質に代えて、無機系の固体の電解質を用いたリチウムイオン固体電池が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
リチウムイオン固体電池は、正極層と負極層との間に、固体の電解質層を配置する構造を有する。通常、正極層および負極層は、電極活物質粉末と固体電解質粉末とを含む電極合材を、集電体となる金属箔等に担持させて形成する。
【０００５】
ここで、リチウムイオン固体電池は、例えば、集電箔の両面に電極合材を塗工した電極シートを製造し、当該電極シートの電極合材の上面に、固体電解質を配置して積層体を構成し、当該積層体を任意の形状に切り出して、所望の大きさの正極電極シートと負極電極シートとを作製し、当該正極電極シートと負極電極シートとを交互に積層した後に、プレス成形する方法で製造されている（特許文献２参照）。
【０００６】
固体電池は、所望の性能を確保、維持するために、電池となる積層体を形成した状態で、高い面圧でのプレス成形、および、その後の高い拘束圧力が必要となる。
【０００７】
別の固体電池の製造方法として、従来の電解液を用いるリチウムイオン二次電池の製造方法に類似の方法も提案されている。特許文献３には、集電箔の両面に電極合材を塗工した電極シートを製造し、当該電極シートの電極合材の上面に、固体電解質を配置して積層体を構成した後に、正極シートおよび負極シートを重ねて捲き回すことにより、捲回型の電池とする方法が提案されている（特許文献３参照）。
【０００８】
特許文献３に記載された方法による捲回型の固体電池は、生産が簡便である点で魅力的である。しかしながら、上記の通り、固体電池には特有の積層プレス、およびその後の拘束圧が必須となることから、その製造過程において割れや欠け等が生じ、歩留まりが悪くなっていた。また、座屈や短絡、あるいは電極合材の脱落等により、その安全性にも不安要素があった。
【０００９】
これに対して、積層プレス圧力や拘束圧を低くして固体電池を製造した場合には、積層界面の密着性が低下し、初期性能の悪い電池となってしまう。また、繰り返しの充放電による膨張・収縮により、積層界面に剥がれが発生し、電池のライフサイクルが短くなるという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−１０６１５４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１１８８７０号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２２２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産が簡便である捲回型の電池であって、十分な積層プレス圧力や拘束圧を加えた場合であっても、割れや欠け等の発生が抑制されて歩留まりが向上するとともに、座屈や短絡、あるいは電極合材の脱落等が抑制されて安全性が向上した捲回型電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、上記課題が、捲回型電池の湾曲部と平坦部とにかかる圧力差、および湾曲部と平坦部との歪み応力により生じていることに着目した。そして、捲回型電池において、押圧および拘束によって電池として機能する平坦部は、そのままの状態を維持させて、電池として機能させない湾曲部には、電極合材を配置しない構造とすれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１３】
すなわち本発明は、正極シートと、負極シートと、を備える捲回型電池であって、前記捲回型電池は、湾曲部と平坦部とを有する扁平形状であり、前記正極シートは、正極集電体上に、正極合材が積層された正極合材塗工部と、前記正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを有し、前記正極合材未塗工部は、前記湾曲部に配置される、捲回型電池である。
【００１４】
前記正極シートは、前記正極合材塗工部と前記正極合材未塗工部とが、交互に形成されていてもよい。
【００１５】
前記負極シートは、負極活物質からなるシートであってもよい。
【００１６】
前記負極シートは、負極集電体上に、負極合材が積層された負極合材塗工部と、前記負極合材が積層されていない負極合材未塗工部とを有し、前記平坦部において、前記負極合材塗工部は、前記正極合材塗工部に積層配置されていてもよい。
【００１７】
前記負極合材塗工部の面積は、前記正極合材塗工部の面積以上であってもよい。
【００１８】
前記平坦部には、タブが連結されていてもよい。
【００１９】
前記正極シートおよび前記負極シートの少なくとも一方は、表面に、固体電解質層を有していてもよい。
【００２０】
前記正極シートと前記負極シートとの間には、固体電解質シートおよびセパレータの少なくともいずれかが配置されていてもよい。
【００２１】
前記固体電解質シートは、固体電解質からなるシートであってもよい。
【００２２】
前記捲回型電池の最外層は、前記固体電解質シートまたは前記セパレータであり、その内側に前記負極シートが配置されていてもよい。
【００２３】
また別の本発明は、正極シートと、負極シートとを備え、湾曲部と平坦部とを有する扁平形状の捲回型電池の製造方法であって、正極集電体の両面の同位置に、正極合材を間欠的に塗工することにより、正極合材が積層された正極合材塗工部と、前記正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを、交互に形成した正極シートを形成する、正極シート形成工程と、前記正極シートの端部と、前記負極シートの端部とを重ね合わせて、捲回の始点となる中心平坦部を作製する、中心平坦部形成工程と、前記中心平坦部から、前記正極シートと、前記負極シートとを、前記正極合材塗工部が同位置に積層されるように捲き回して、捲回構造体を形成する、捲回構造体形成工程と、前記捲回構造体の前記正極合材塗工部の積層部を挟むように、前記捲回構造体を押圧して平坦部を形成する、押圧工程と、を含む、捲回型電池の製造方法である。
【００２４】
前記中心平坦部形成工程では、前記正極シートの端部または前記負極シートの端部を山折りして巻き芯を形成してもよい。
【００２５】
前記負極シートは、負極活物質からなるシートであってもよい。
【００２６】
前記負極シートは、負極集電体上に、負極合材が積層された負極合材塗工部と、前記負極合材が積層されていない負極合材未塗工部とを有し、前記捲回構造体形成工程では、前記正極合材塗工部と前記負極合材塗工部とが、同位置に積層されるように捲き回してもよい。
【００２７】
前記負極合材塗工部の面積は、前記正極合材塗工部の面積以上であってもよい。
【００２８】
前記正極シートおよび前記負極シートの少なくとも一方は、表面に、固体電解質層を有していてもよい。
【００２９】
前記中心平坦部形成工程では、前記正極シートと前記負極シートとの間に、固体電解質シートおよびセパレータの少なくともいずれかを配置して、前記中心平坦部を作製してもよい。
【００３０】
前記捲回構造体形成工程では、前記捲回構造体の最外層が前記固体電解質シートまたは前記セパレータとなるよう捲き回してもよい。
【００３１】
前記固体電解質シートは、固体電解質からなるシートであってもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の捲回型電池は、生産が簡便な捲回型でありながら、十分な積層プレス圧力や拘束圧を加えた場合であっても、歩留まりが向上するとともに、その安全性も向上した電池となる。
【００３３】
また、高い荷重での積層プレス成形が可能となることから、積層界面の密着性が向上し、その結果、得られる電池のエネルギー密度および出力密度が向上し、また、長寿命化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に係る捲回型電池の断面図である。
【図２】本発明の捲回型電池の構成部品である正極シートの一実施形態を示す図である。
【図３】本発明の捲回型電池の構成部品である負極シートの一実施形態を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る捲回型電池の構成部品である固体電解質シートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００３６】
＜捲回型電池＞
本発明の捲回型電池は、正極シートと負極シートとを備える。本発明の捲回型電池は、湾曲部と平坦部とを有する扁平形状であり、正極シートは、正極集電体上に、正極合材が積層された正極合材塗工部と、正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを有し、正極合材未塗工部は、湾曲部に配置されている。
【００３７】
本発明において、「湾曲部」とは、正極シートと負極シートとを積層した積層体を捲回して扁平形状とした構造体において、湾曲した部位（Ｒ部）をいい、「平坦部」とは、上記構造体における「湾曲部」以外の部位をいう。本発明の捲回型電池においては、「平坦部」に、積層プレス圧力が加えられる。
【００３８】
本発明の捲回型電池の種類は、特に限定されるものではない。液体の電解質を備える液系の電池であっても、固体またはゲル状の電解質を備える固体電池であってもよい。また、固体またはゲル状の電解質を備える電池とする場合には、電解質は、有機系であっても無機系であってもよい。
【００３９】
本発明の捲回型電池の一実施形態を、図１に示す。図１は、本発明の捲回型電池１０の断面図である。本発明の一実施形態である捲回型電池１０は、扁平形状であり、中央部に平坦部Ｂと、その両側部に湾曲部Ａ１およびＡ２を有する。
【００４０】
図１に示される捲回型電池１０は、正極シート１と、負極シート５と、固体電解質シート７、および固体電解質シート９を、その構成部品として含む。正極シート１は、正極集電体の上に正極合材層が積層された正極合材塗工部２と、正極合材層を有さない正極合材未塗工部３とを有する。そして、正極シート１の片面の正極合材塗工部２と、負極シート５との間には、固体電解質シート７が配置され、正極シート１のもう片面の正極合材塗工部２と、負極シート５との間には、固体電解質シート９が配置され、これらが長尺方向へ捲き回されて、捲回型電池１０となっている。
【００４１】
図１に示される捲回型電池１０においては、平坦部Ｂのみに正極合材塗工部２が配置され、捲回型電池１０の端部となる湾曲部Ａ１およびＡ２には、正極合材未塗工部３が配置されるため、湾曲部Ａ１およびＡ２には、正極合材は存在していない。
【００４２】
なお、図１に図示される矢印は、捲回型電池１０の平坦部Ｂに加える積層プレスの方向である。特に固体電池は、所望の性能を確保、維持するために、電池となる積層体を形成した状態で、高い面圧でのプレス成形、および、その後の高い拘束圧力が必要となる。図１に示される捲回型電池１０においては、その平坦部Ｂを挟み込むように、矢印方向から、必要な押圧を加える。
【００４３】
したがって、捲回型電池１０は、積層プレスによって、湾曲部Ａ１およびＡ２と平坦部Ｂとの間に圧力差が生じており、歪み応力が発生することとなる。すなわち、湾曲部Ａ１およびＡ２には圧力がからないため、その抵抗値は大きいものとなっている。しかしながら、湾曲部Ａ１およびＡ２には正極合材が存在していないため、電池として機能しない領域となり、電池性能に影響はない。
【００４４】
図１に示される一実施形態に係る捲回型電池１０は、固体電解質シート７と固体電解質シート９の２枚の固体電解質シートを用いて形成されている。そして、捲回型電池１０においては、固体電解質シート９によって捲回型電池１０の外周が被覆された構成となっている。そして、固体電解質シート９の内側に、負極シート５が配置されている。
【００４５】
図１に示される捲回型電池のように、本発明の捲回型電池が固体電解質シートを有する構成である場合には、最外層に固体電解質シートが配置され、その内側に負極シートが配置されることが好ましい。この構成とすることにより、電池の安全性を向上することができる。
【００４６】
［正極シート］
本発明の捲回型電池の構成部品となる正極シートは、正極集電体上に、正極合材層が積層された構成である。本発明において正極合材層は、正極集電体の全面に形成されるのではなく、間欠的に形成されることを特徴とする。その結果、本発明の捲回型電池の構成部品となる正極シートは、正極集電体上に、正極合材が積層された正極合材塗工部と、正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを有する。
【００４７】
図２は、本発明の捲回型電池の構成部品である正極シートの一実施形態を示す図である。図２に示されるように、正極シート１は、正極集電体上に、正極合材が積層された正極合材塗工部２と、正極合材が積層されていない正極合材未塗工部３とを有しており、正極合材塗工部２と正極合材未塗工部３とは、交互に形成されている。
【００４８】
（正極集電体）
本発明の捲回型電池の構成部品となる正極シートを構成する正極集電体は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池の正極集電体として公知のものを適用することができる。
【００４９】
正極集電体の材料としては、例えば、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕ等の金属材料等が挙げられる。また、正極集電体の形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、不織布状、発泡状等を挙げることができる。また、密着性を高めるために、集電体の表面にカーボン等が配置されていてもよいし、表面が粗化されていてもよい。その厚みについても特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。
【００５０】
（正極合材）
本発明の正極シートにおいて、正極集電体上に積層される電極合材は、特に限定されるものではなく、電池を作製する際に用い得るものであればよい。
【００５１】
正極合材は、少なくとも正極活物質を含有するものであり、さらに、固体電解質、導電助剤、結着剤等が配合されてもよい。正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＣｏＯ４、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＰＯ４、硫化リチウム、硫黄等を挙げることができる。
【００５２】
（正極合材塗工部と正極合材未塗工部）
本発明の捲回型電池の構成部品となる正極シートは、正極合材層が、正極集電体の上に間欠的に形成されている。その結果、正極シートは、正極合材が積層された正極合材塗工部と、正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを有する。そして、本発明の捲回型電池においては、正極合材塗工部が積層されるように、捲き回して捲回構造体を形成し、その後に捲回構造体の正極合材塗工部の積層部を挟んで押圧することで、正極合材塗工部の積層部にて捲回型電池の平坦部を形成し、正極合材未塗工部は湾曲部に配置されることとなる。
【００５３】
したがって、本発明の捲回型電池は、湾曲部に正極合材層を有さない。これにより、湾曲部に負極合材層が配置された場合であっても、湾曲部が電池の機能を発現することはなく、例えば、負極合材が剥がれた場合であっても短絡を防ぐことができ、電池の安全性を向上させることができる。また、正極合材塗工部の積層部のみに、高い荷重での積層プレスが可能となることから、電池として機能する部分の積層界面の密着性を向上させることができ、その結果、得られる電池のエネルギー密度および出力密度を向上させ、また、長寿命化を実現することができる。
【００５４】
図２に示される本発明の一実施形態に係る正極シートにおいては、正極合材塗工部２と正極合材未塗工部３とは、交互に形成されており、図中のＬ１とＬ２は、正極合材塗工部２同士の間隔を示すものである。図２に示される正極シートの場合には、捲き回されて捲回構造体を形成する際に、正極合材塗工部２が同位置に積層されるようにする。その後、形成した捲回構造体において、正極合材塗工部２が積層した部分を挟んで押圧して、捲回型電池の平坦部とする。これにより、正極合材未塗工部３は、ひとつ置きに、捲回型電池の両端のいずれかの湾曲部（図１においては、Ａ１とＡ２）に配置される。
【００５５】
本発明に用いられる正極シートにおいては、正極合材塗工部の大きさや、正極合材塗工部同士の間隔は、構成する電池の大きさ等に応じて、適宜設定することができる。例えば、捲き回して構造体を形成する際に、構造体の両端部となる湾曲部（図１においては、Ａ１とＡ２）の大きさを異ならせることも可能であり、その場合には、正極合材塗工部同士の間隔をひとつ置きに異ならせる。すなわち、図２における正極合材塗工部２同士の間隔Ｌ１とＬ２とを、交互に異ならせることで、得られる捲回型電池の湾曲部の大きさを、左右で異ならせることができる。
【００５６】
また、本発明に用いられる正極シートは、表面に、固体電解質層を有していてもよい。固体電解質層は、少なくとも正極合材塗工部の表面を被覆するように配置されていればよい。正極シートが固体電解質層を有することにより、電池を作製する際に、固体電解質シートやセパレータを用いる必要がなくなり、生産工程を簡略化することができる。
【００５７】
正極シートにおいて、正極合材塗工部上に配置される固体電解質としては、正極と負極との間でリチウムイオン伝導が可能なものであればよい。例えば、酸化物系電解質や硫化物系電解質、リチウム含有塩等の無機系の固体電解質、ポリエチレンオキシド等のポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等が挙げられる。また、固体電解質は、必要に応じて結着剤等を含んでいてもよい。
【００５８】
［負極シート］
本発明の捲回型電池の構成部品となる負極シートは、負極活物質層の集電を行う機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出することができるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、金属リチウム、リチウム合金、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、酸化シリコン、シリコン、およびグラファイト等の炭素材料等を挙げることができる。
【００５９】
本発明の捲回型電池に用いられる負極シートは、例えば図３の負極シート５に示されるように、負極活物質そのものからなるシートであることが好ましい。負極活物質からなるシートの場合には、正極シートおよび固体電解質シートやセパレータとともに捲き回して捲回構造体を構成する際に、正極合材塗工部のみの配置を調整することで、本発明の捲回型電池を製造することができる。この時、得られる捲回型電池の湾曲部には、負極活物質が存在することとなるが、湾曲部には正極活物質が存在していないことから、湾曲部が電池としての機能を発現することはない。
【００６０】
また、本発明の捲回型電池に用いられる負極シートは、負極集電体の上に、負極合材層が形成されている構成であってもよい。この場合には、負極合材層は、負極集電体の全面に形成されていても、正極シートと同様に、間欠的に形成されていてもよい。
【００６１】
なお、負極合材層を、負極集電体の上に間欠的に形成する場合には、負極合材が積層された負極合材塗工部と、負極合材が積層されていない負極合材未塗工部とを有することが好ましい。そして、正極シートおよび固体電解質シートとともに負極シートを捲き回して捲回構造体を構成する際には、固体電解質シートを挟んで、負極合材塗工部が正極合材塗工部に積層配置され、負極合材未塗工部が湾曲部に配置されるように調整することが望ましい。
【００６２】
負極シートが集電体を含む場合に、負極集電体は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池の負極集電体として公知のものを適用することができる。負極集電体としては、例えば、Ｃｕ、ＳＵＳ、Ｎｉ、Ｔｉ等の材料が挙げられ、形状としては、例えば、箔状、板状、メッシュ状、不織布状、発泡状等を挙げることができる。また、密着性を高めるために、集電体の表面にカーボン等が配置されていてもよいし、粗化されていてもよい。負極集電体は、その厚みについても特に限定されるものではなく、必要に応じて適宜選択することができる。
【００６３】
また、負極合材についても、特に限定されるものではなく、電池を作製する際に用い得るものであればよい。少なくとも負極活物質を含有していればよく、必要に応じて、固体電解質、導電助剤、結着剤等を含有してもよい。
【００６４】
なお、負極合材層が積層された構成の負極シートである場合には、負極合材塗工部の面積は、正極シートの正極合材塗工部の面積以上であることが好ましい。正極合材塗工部が負極合材塗工部よりも小さい場合には、これらを積層配置して捲回構造体とした後のプレスにより、正極合材塗工部が負極合材塗工部の内側に埋没し、負極合材塗工部の端部に割れが発生する場合がある。また、負極合材塗工部の面積を、正極シートの正極合材塗工部の面積以上とすることで、電析を回避することができる。
【００６５】
なかでは、負極合材塗工部の面積と正極合材塗工部の面積とは同一であることが好ましい。面積が同一であれば、積層プレスの圧力を均一にかけることができ、抵抗値を低減することができる。
【００６６】
さらに、本発明に用いられる負極シートは、表面に、固体電解質層を有していてもよい。負極シートが固体電解質層を有する場合には、固体電解質層は、少なくとも負極合材塗工部の表面を被覆するように配置されていればよい。負極シートが負極活物質そのものからなるシートである場合には、固体電解質層は、負極シート全体に積層されていてもよい。負極シートが固体電解質層を有することにより、電池を作製する際に、固体電解質シートやセパレータを用いる必要がなくなり、生産工程を簡略化することができる。
【００６７】
負極シートが固体電解質層を有する場合には、固体電解質としては、上記した正極シートに用いられるものと同一であっても異なっていてもよい。正極と負極との間でリチウムイオン伝導が可能なものであればよく、例えば、酸化物系電解質や硫化物系電解質、リチウム含有塩等の無機系の固体電解質、ポリエチレンオキシド等のポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等が挙げられる。また、固体電解質は、必要に応じて結着剤等を含んでいてもよい。
【００６８】
［固体電解質シート］
本発明の捲回型電池には、任意の構成部品として、固体電解質シートが用いられていてもよい。本発明の捲回型電池に固体電解質シートを用いる場合には、固体電解質シートは、正極シートと負極シートとの間に配置する。なお、上記した正極シートおよび負極シートの少なくとも一方が、固体電解質層を有する場合には、固体電解質シートは用いなくとも、本発明の捲回型電池を構成することができる。
【００６９】
本発明に用いられる固体電解質シートは、特に限定されるものではなく、例えば、無機系固体電解質と結着剤とからなる緻密なシートや、ポリプロピレン、セルロース、ガラス等で構成された不織布等の多孔質シートに、固体電解質を埋め込んで複合化したシート、あるいは、有機系の固体電解質シート等が挙げられる。
【００７０】
固体電解質シートに用いられる固体電解質としては、正極と負極との間でリチウムイオン伝導が可能なものであればよく、例えば、酸化物系電解質や硫化物系電解質、リチウム含有塩等の無機系の固体電解質、ポリエチレンオキシド等のポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等が挙げられる。また、固体電解質は、必要に応じて結着剤等を含んでいてもよい。固体電解質に含まれる各物質の組成比については、電池が適切に作動可能であれば、特に限定されるものではない。
【００７１】
本発明の捲回型電池に固体電解質シートを用いる場合には、例えば、少なくとも２枚の固体電解質シートを用いて、１枚の固体電解質シートを負極シートの片面に配置し、もう１枚の固体電解質シートを負極シートのもう片面に配置する態様が挙げられる。このとき、２枚の固体電解質シートの材料は、同一であっても、異なっていてもよい。
【００７２】
あるいは、１枚の固体電解質シートを用いて、負極シートまたは正極シートのいずれかの表裏面に配置する態様が挙げられる。
【００７３】
図４（ａ）および（ｂ）に、図１に示される捲回型電池１０を構成する固体電解質シート７および固体電解質シート９を示す。図１に示される捲回型電池１０においては、固体電解質シート７は、負極シート５の片面の正極シート１の正極合材塗工部２との間に配置され、固体電解質シート９は、負極シート５のもう片面の正極シート１の正極合材塗工部２との間に配置される。そして、これらが長尺方向へ捲き回されて、捲回型電池１０が形成されている。
【００７４】
本発明の捲回型電池が固体電解質シートを有する場合には、安全性を向上させる目的で、固体電解質シートにて捲回型電池の外周を被覆し、最外層を固体電解質シートとすることが好ましい。そして、固体電解質シートの内側に、負極シートを配置することが好ましい。
【００７５】
図１に示される捲回型電池１０においては、固体電解質シート９によって捲回型電池１０の外周が被覆された構成となっている。そして、固体電解質シート９の内側に、負極シート５が配置されている。
【００７６】
［セパレータ］
本発明の捲回型電池には、任意の構成部品として、セパレータが用いられていてもよい。本発明の捲回型電池がセパレータを有する場合には、セパレータは、正極シートと負極シートとの間に配置する。セパレータを用いることにより、本発明の捲回型電池は、液体の電解質を用いる態様とすることが可能となる。
【００７７】
本発明の捲回型電池に用いられるセパレータは、電解液等を含浸できるものであれば特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池のセパレータとして公知のセパレータを適用することができる。例えば、不織布や多孔性フィルム等の多孔質シートが挙げられる。
【００７８】
セパレータの材料についても特に限定されるものではなく、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、エチレン−プロピレン共重合体、セルロース等が挙げられる。
【００７９】
また、セパレータ坪量や厚みは、特に限定されるものではなく、捲回型電池の要求性能等に応じて、適宜設定することができる。
【００８０】
［電解液］
本発明の捲回型電池が液体の電解質を備える電池の場合には、電解液が用いられる。本発明の捲回型電池に用いられる電解液は、特に限定されるものではなく、リチウムイオン二次電池に用いられる公知の電解液を適用することができる。
【００８１】
電解液を構成する溶媒としては、例えば、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等が挙げられ、これらを混合して用いてもよい。また、電解液を構成する電解質としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４等のリチウム含有塩や、ＬｉＴＦＳｉ等のリチウム含有イオン液体が挙げられ、これらを混合して用いてもよい。また、電解液は、必要に応じて添加剤等を含んでいてもよい。
【００８２】
［その他の構成］
本発明の捲回型電池には、電池としての機能を発現させるためのその他の構成を、任意に含んでいてもよい。例えば、捲回型電池の平坦部には、正極タブおよび負極タブが連結されることが好ましい。
【００８３】
また、本発明の捲回型電池の外装形態は、特に限定されるものではない。例えば、金属缶に封入して缶セルとしても、アルミ等のラミネートシートに封入してラミセルとしてもよい。
【００８４】
＜捲回型電池の製造方法＞
本発明の捲回型電池の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、正極シート形成工程と、中心平坦部形成工程と、捲回構造体形成工程と、押圧工程と、を含む方法が挙げられる。
【００８５】
［正極シート形成工程］
正極シート形成工程は、正極集電体の両面の同位置に、正極合材を間欠的に塗工することにより、正極合材が積層された正極合材塗工部と、正極合材が積層されていない正極合材未塗工部とを、交互に形成する工程である。
【００８６】
正極合材を間欠的に塗工する方法としては、特に限定されるものではない。例えば、正極活物質を含む正極合材を形成し、当該正極合材を間欠塗工によって正極集電体上に塗布し、その後に、乾燥および圧延する方法が挙げられる。
【００８７】
また、本発明においては、正極シート形成工程において、少なくとも正極合材塗工部の上に、固体電解質層を形成してもよい。固体電解質層の形成方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。
【００８８】
［中心平坦部形成工程］
中心平坦部形成工程は、正極シート形成工程で得られた正極シートの端部と、負極シートの端部とを重ね合わせて、捲回の始点となる中心平坦部を作製する工程である。
【００８９】
正極シートと負極シートとの間には、必要に応じて、固体電解質シートおよびセパレータの少なくともいずれかを配置してもよい。
【００９０】
中心平坦部形成工程では、正極シートの端部または負極シートの端部を山折りして、巻き芯を形成してもよい。巻き芯を形成することにより、巻き芯を軸として、捲回することが可能となる。
【００９１】
なお、巻き芯を形成する場合には、中心平坦部は、山折りした正極シートに負極シートを重ね合わせる形態か、山折りした負極シートに正極シートを重ね合わせる形態か、山折りした正極シートと山折りした負極シートとを重ね合わせる形態となる。山折りした巻き芯の内側（中心）には、固体電解質シートもしくはセパレータのいずれかが配置されていてもよい。
【００９２】
図１に示される本発明の一実施形態に係る捲回型電池１０では、中心平坦部形成工程において、負極シート５の片面に固体電解質シート７を配置し、もう片面に固体電解質シート９を配置した後に、端部を山折りして巻き芯を形成し、固体電解質シート９の外側に正極シート１を重ね合わせて、中心平坦部を作製している。
【００９３】
本発明においては、負極シートとしては、負極活物質そのものからなるシートであっても、負極集電体の上に、負極合材層が形成されている構成であってもよい。負極集電体の上に、負極合材層が形成された構成とする場合には、負極合材塗工部の面積は、正極合材塗工部の面積以上とすることが好ましい。
【００９４】
また、本発明においては、負極シートとして、表面に、固体電解質層を有するものを用いてもよい。負極シートが固体電解質層を有する場合には、固体電解質層は、少なくとも負極合材塗工部の表面を被覆するように配置されていればよい。負極シートが負極活物質そのものからなるシートである場合には、固体電解質層は、負極シート全体に積層されていてもよい。固体電解質層の形成方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法を適用することができる。
【００９５】
［捲回構造体形成工程］
捲回構造体形成工程は、中心平坦部形成工程で作製した中心平坦部を始点として、正極シートと、負極シートとを、正極合材塗工部が同位置に積層されるように捲き回して、捲回構造体を形成する工程である。なお、捲回構造体形成工程においては、必要に応じて、固体電解質シートおよびセパレータの少なくともいずれかを、正極シートと負極シートの間に配置した状態で、捲き回してもよい。
【００９６】
負極シートとして、負極集電体の上に負極合材層が形成されている構成のシートを用いる場合には、捲回構造体形成工程において、負極合材塗工部が、正極合材塗工部に積層配置されるように調整して、捲回構造体を形成することが好ましい。
【００９７】
また、本発明においては、安全性を向上させる目的で、電池の最外層を固体電解質シートまたはセパレータとすることが望ましい。このため、十分な長さを有する固体電解質シートまたはセパレータを用いて捲き回し、固体電解質シートまたはセパレータの端部にて被覆された捲回構造体を作製することが好ましい。
【００９８】
図１に示される捲回型電池１０は、ほぼ同じ長さの固体電解質シート９と固体電解質シート７とを用いて、捲回構造体形成工程においては、固体電解質シート９が捲回型電池１０の外周を被覆した態様となるように捲き回す。これにより、固体電解質シート９の内側に、負極シート５が配置されることとなる。
【００９９】
［押圧工程］
押圧工程は、捲回構造体形成工程で得られた捲回構造体の正極合材塗工部の積層部を挟むように、捲回構造体を押圧して平坦部を形成する工程である。平坦部の形成と同時に、湾曲部が形成される。
【０１００】
図１に示される矢印は、捲回構造体を押圧する方向を示すものである。図１に示される実施形態においては、正極合材塗工部２が積層された領域を挟んで、捲回構造体に圧力をかけることにより、平坦部Ｂ、ならびに湾曲部Ａ１およびＡ２を作製し、捲回型電池１０が作製されている。
【符号の説明】
【０１０１】
１    正極シート
２    正極合材塗工部
３    正極合材未塗工部
５    負極シート
７、９    固体電解質シート
１０  捲回型電池
Ａ１、Ａ２    湾曲部
Ｂ    平坦部
Ｌ１、Ｌ２    正極合材未塗工部の間隔
【図１】
2020102311.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020102311.tif 000006