(57)【要約】【課題】  本発明は、短絡防止層が活物質層と重複することなく配置され、集電体を積層した場合にも不具合が生じない電気化学デバイスを提供する。【解決手段】  本発明は、正極集電本体部４および該正極集電本体部４から延出する正極集電タブ５を具備する正極部材１と、負極集電本体部１２および前記負極集電本体部１２から延出する負極集電体タブ１３を具備する負極部材１１と、交互に積層される前記正極部材１および前記負極部材１１の間に配されるセパレータ１０とによって構成される電気化学デバイス２０において、短絡防止層６が、正極集電本体部４の正極活物質層３に対して所定の間隔をあけて配置されることにある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極集電本体部および該正極集電本体部から延出する正極集電タブを具備する正極部材と、正極集電体よりも大きく形成された負極集電体の両面に負極活性物質層が形成された負極集電本体部および前記負極集電本体部から延出する負極集電体タブを具備する負極部材と、交互に積層される前記正極部材および前記負極部材の間に配されるセパレータとによって構成され、前記正極集電タブの基端部に形成される短絡防止層を具備する電気化学デバイスにおいて、
前記短絡防止層が、前記正極活物質層に対して所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする電気化学デバイス。
【請求項２】
前記短絡防止層は、前記正極活物質層から所定の間隔をあけてインクジェットヘッドによって塗布されて形成されることを特徴とする請求項１記載の電気化学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータなどの携帯型電子機器の電源や、車両用や家庭用の電源として使用される二次電池等に使用される積層型の電気化学デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、携帯電話、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータなどの携帯型電子機器の電源や、車両用や家庭用の電源として使用される二次電池等に使用される積層型の電気化学デバイスであって、この電気化学デバイスは、複数のシート状の正極と複数のシート状の負極がセパレータを介して交互に積層されて形成されるものである。
【０００３】
通常、電気化学デバイスにおいて、正極および負極は、金属箔のみからなるもの、金属箔からなる集電体上に活物質層を形成したもの、発泡金属からなる集電体に活物質を充填したものがあり、特に活物質を有する電極であっても、電気を取り出すための集電タブを接続するために、あるいは直接集電端子に接続するために、電極の端部には、活物質が塗工されず金属製の集電体が露出する部分を有し、この露出した金属部分と、他方の電極の露出した金属部分または活物質層とが短絡した場合、大きな電流が流れ、発熱によって電池が破損に至る可能性がある。これを防止するために、集電体箔上の活物質非塗工部に、活物質層に隣接して短絡防止層を設ける発明がなされた。
【０００４】
特許文献１（特開２０１２−７４３５９号公報）は、製造時や使用時に短絡防止層および／または活物質層が剥離・脱落しにくい電池を提供するもので、正極、負極およびセパレータのうちの少なくとも1つの部材に、γ型アルミナ粒子を含むアルミナ含有層が形成される電池を開示する。このアルミナ含有層は短絡防止層として機能する。特許文献１に開示される発明では、アルミナ含有層に適量の導電剤を加えてアルミナ含有層を非絶縁性としたことによって、正極または負極作製時に生じたバリ等がセパレータを突き破った場合に、アルミナ含有層を介して穏やかな放電を起こさせ、異常な発熱を避けるようにしたものである。
【０００５】
特許文献２（特開２０１５−６０６２６号公報）は、安全性に優れたリチウムイオン二次電池を開示する。このリチウムイオン二次電池において、正極は、本体部と、本体部から突出した本体部よりも幅が狭く、集電タブとなる幅狭部とを有しており、正極の本体部には、集電対の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、正極の幅狭部の少なくとも一部には、集電体に正極合剤層が形成されておらず、負極は、本体部と、本体部から突出した本体部よりも幅が狭く、集電タブとなる幅狭部とを有しており、負極の本体部には、集電対の片面または両面に負極活物質を含む負極合剤層が形成されており、負極の幅狭部の少なくとも一部には、集電体に負極合剤層が形成されておらず、正極の幅狭部のうち、少なくとも負極の負極合剤層とセパレータを介して対向する箇所には、集電体上に短絡防止層が形成される。
【０００６】
特許文献３（特開２０１５−１４１８１２号公報）は、特許文献２と同様の構成の正極及び負極を有すると共に、正極の幅狭部および負極の幅狭部には正極リード及び負極リードがそれぞれ溶接されており、溶接部に電解液を吸収して膨潤する樹脂テープからなる短絡防止層が形成されているリチウムイオン二次電池を開示する。
【０００７】
特許文献４（特開２０１８−４５９５２号公報）は、電気的な短絡を防ぐための絶縁樹脂層を構成する材料の無駄を少なくすることができる電極および電気化学デバイスの製造方法と電極ロールを開示する。特許文献４において、集電体上に活物質層が形成されている塗布部と、活物質層が形成されていない未塗布部とを有する電極製造方法が、長尺の集電体に、集電体の長手方向に沿って複数の活物質層が間隔をおいて並んで位置するように、完結的に活物質層を形成するステップと、塗布部の各々の、長手方向の少なくとも一方の端部上に、塗布部と未塗布部とにまたがるように絶縁樹脂層を形成するステップとを含み、絶縁樹脂層を形成するステップでは、長手方向に公差する方向において部分的にのみ絶縁樹脂層をダイヘッドによって形成することが開示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−７４３５９号公報
【特許文献２】特開２０１５−６０６２６号公報
【特許文献３】特開２０１５−１４１８１２号公報
【特許文献４】特開２０１８−４５９５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来の積層型電気化学デバイスは、電解液内に負極と正極がセパレータを介して交互に重なり合う構造をしており、機能上正極外寸より負極外寸が大きく形成されており、正極集電体と負極電極部との間の短絡を防止するための短絡防止層が形成される。
【００１０】
この短絡防止層の形成については、特許文献１ではダイ塗工法やコンマコート法によって、正極ペースト層のテーパ領域を部分的に被覆することが開示され、特許文献２では、短絡防止層形成用組成物を塗布して形成した塗膜にエネルギー線を照射して短絡防止層を形成することが開示され、特許文献３では短絡防止層を樹脂テープで形成することが開示され、特許文献４では短絡防止層をダイヘッドによって形成することが開示されている。
【００１１】
短絡防止層をテープで形成する場合、タクトタイムが遅いこと、抜き打ち後廃棄されるエリアまで貼り付ける必要があるためテープロスが多いこと、テープを貼り付けるという作業において精度を高めることは難しい（貼付制度が悪い）ため必要エリア以上の幅でテープを貼り付ける必要があること、また貼付制度が悪いため活物質層に重ねて貼る必要があるため、この部分での活物質層に電解液が染み込まず機能しないこと、積層時に活物質層上の絶縁樹脂層が重なるため、体積エネルギー密度が低下すること、などの不具合が生じる。
【００１２】
ダイヘッド（ダイコーター）によって短絡防止層を形成する場合、設備自体が大型化すること、条件出しが難しく歩留まりが悪いこと、長さ精度が悪く必要エリア以上の範囲に塗布する必要があること、また長さ精度が悪いことから活物質層に重ねて塗布する必要があり、重ねて塗布した部分に電解液が染み込まず機能しないこと、などの不具合が生じる。
【００１３】
特に、正電極と接続される活物質層から延出する正極集電体の一部には、正極集電体よりも少し大きめに形成された負極集電体との短絡を防止するために、短絡防止層が形成されるが、従来の方法では寸法精度が悪いため、集電体上に設けられた活物質層の端部の一部に重複するように設けるしかなかった。しかしながら、正極集電体及び負極集電体がセパレータを介して積層方向に積層された場合に、正極集電体の一部が積層方向に圧縮されて正電極と接続されることから、活物質層と短絡防止層との間に力が加わることから、絶縁破壊を起こすという不具合もある。
【００１４】
このため、本発明は、短絡防止層が活物質層と重複することなく配置され、集電体を積層した場合にも不具合が生じない電気化学デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、正極集電体の両面に正極活物質層が形成された正極集電本体部および該正極集電本体部から延出する正極集電タブを具備する正極部材と、正極集電体よりも大きく形成された負極集電体の両面に負極活性物質層が形成された負極集電本体部および前記負極集電本体部から延出する負極集電体タブを具備する負極部材と、交互に積層される前記正極部材および前記負極部材の間に配されるセパレータとによって構成され、前記正極集電タブの基端部に形成される短絡防止層を具備する電気化学デバイスにおいて、前記短絡防止層が、前記正極活物質層に対して所定の間隔をあけて配置されることにある。尚、前記正極集電タブは集合的に正電極端子に接続されると共に、前記負極集電タブは集合的に負電極端子に接続され、電気化学デバイスの正電極端子及び負電極端子として外部と接続されるものである。
【００１６】
これによって、短絡防止層が前記正極活物質層から所定の間隔で離れて形成されるので、正極集電タブを集合的に接続する場合に生じる短絡防止層にかかる曲げ応力による短絡防止層の破損を防止できるものである。
【００１７】
さらに、前記短絡防止層は、前記正極活物質層から所定の間隔をあけてインクジェットヘッドによって塗布されて形成されることが望ましい。また、インクジェットヘッドによって塗布される短絡防止層の厚さは、５〜６μｍ程度である。
【００１８】
前記短絡防止層を精度良く形成するためには、インクジェットヘッドを使用することが最適である。この場合、インクジェットヘッドにより、所定の位置に塗布剤を噴射塗布することができるため、ダイヘッドに比べて精密に塗布することが可能となるものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、インクジェットヘッドによって短絡保護層を形成することによって、小型設備で短絡保護層を形成することが可能となること、条件出しが必要なくなるため、歩留まりが良く、設備の稼働時間を少なくできること、位置精度が良いため、活物質層に重ねて塗布する必要が無いことなどの効果を奏する。特に短絡防止層が、正極活物質層から所定の範囲離れて形成することができるため、正極集電タブの折れ曲がりに対応可能となることから、短絡防止層の破損を防止できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の電気化学デバイスの正極部材を示した一部拡大断面図であり、図１（ｂ）は実施例1に係る正極部材の平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例1にかかる電気化学デバイスの正極部材の形成方法を示した概略説明図である。
【図３】図３（ａ）は、正極部材にセパレータを重ねた状態を示した説明図であり、図３（ｂ）は、負極部材を示した説明図であり、図３（ｃ）は積層された正極部材およびセパレータに負極部材を重ねた状態を示した説明図であり、図３（ｄ）は本発明の実施例１に係る電気化学デバイスを示した概略平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例２にかかる電気化学デバイスの正極部材の形成方法を示した概略説明図である。
【図５】図５（ａ）は、実施例２に係る正極部材の平面図であり、図５（ｂ）は、正極部材にセパレータを重ねた状態を示した説明図であり、図５（ｃ）は、積層された正極部材およびセパレータに負極部材を重ねた状態を示した説明図であり、図５（ｄ）は本発明の実施例２に係る電気化学デバイスを示した概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１（ａ）は、本発明に係る電気化学デバイスに使用される正極部材１を示す。この正極部材１は、導電性材料からなるシート状の正極集電体２の両面に正極活物質層３が形成された部分である正極集電本体部４と、この正極集電本体部４から所定の幅で延出した正極集電体２からなる正極集電タブ５とを具備する。この正極集電タブ５は、前記正極活物質層３の近傍に短絡防止層６が形成され、さらにその先端部は前記正極集電体２が露出して正電極部７が形成され、例えば図３（ｄ）で示すように電気化学デバイスの正電極端子２２に接続される。本発明によれば、前記短絡防止層６は、前記正極活物質層３と所定の間隔αをあけて配される。このαとしては、この実施例では１ｍｍであることが好ましい。
【００２３】
本発明に実施例１に係る正極部材１は、例えば図１（ｂ）で示すように、正極活物質層３が形成された正極集電本体部４から所定の幅で延出する正極集電タブ５を具備し、この正極集電タブ５は、図３（ｂ）で示すような負極部材１１の負極集電タブ１３と重複しないように延出する。このように実施例１に係る電気化学デバイスでは、図３（ｄ）で示すように、正電極端子２２及び負電極端子２３が同一側部に重複しないように形成される。
【００２４】
本発明の実施例１に係る正極部材１は、例えば図２に示すように、導電性材料からなる長尺の正極集電シート２Ａの長手方向に所定の間隔で正極活物質を、例えばダイ式コーターを使用して塗布し、正極活物質部３Ａが形成される。また、正極活物質部３Ａと所定の間隔α（約１ｍｍ）をあけて短絡防止層６を形成するための絶縁樹脂がインクジェットヘッドによって塗布され、５〜６μｍ程度の短絡防止部６Ａが形成される。その後、図２の破線で示す部分を型抜きすることによって、図１（ｂ）で示す正極部材１が製造されるものである。
【００２５】
本発明に係る電気化学デバイスは、上述した正極部材１に、図３（ａ）で示すように、絶縁材料からなるセパレータ１０が積層される。さらにこのセパレータ１０には、図３（ｃ）に示されに負極部材１１が積層される。以上の工程の繰り返しにより、図３（ｃ）で示すようなユニットが構成される。
【００２６】
尚、前記負極部材１１は、図３（ｂ）で示されるように、前記正極部材１の正極活物質層３より少し大きめの負極活物質層１２が形成された負極集電本体部１５と、さらに負極集電本体部１５より所定の幅で前記正極集電タブ５と重複しないように延出する負極集電タブ１３とを具備する。
【００２７】
以上により、正極部材１及び負極部材１１はセパレータ１０を介して積層され、電解液で満たされた前記ケース２１内に収納される。そして、前記正極集電タブ５の先端の正電極部７は集合的に接続されて正電極端子２２となり、さらに前記負極集電タブ１３の先端の負電極部１４は集合的に接続されて負電極端子２３となって、電気化学デバイス２０が構成されるものである。
【実施例２】
【００２８】
本発明に実施例２に係る正極部材１’は、例えば図５（ａ）で示すように、正極活物質層３が形成された正極集電本体部４から同一の幅で一方の方向に延出する正極集電タブ５を具備する。これに対応して実施例２に係る負極部材１１’は、図５（ｃ）において示されるように、負極活物質層１２が形成された負極集電本体部１５と、この負極集電本体部１５から同一の幅で正極集電タブ５と反対側に延出する負極集電タブ１３とを具備する。これによって、実施例２に係る電気化学デバイスでは、図５（ｄ）で示すように、正電極端子２２’及び負電極端子２３’が対向する方向に延出するように形成される。
【００２９】
本発明の実施例２に係る正極部材１は、例えば図４に示すように、導電性材料からなる長尺の正極集電シート２Ｂの長手方向に所定の間隔で正極活物質を、例えばダイ式コーターを使用して塗布し、正極活物質部３Ｂが形成される。また、正極活物質部３Ｂと所定の間隔α（約１ｍｍ）をあけて短絡防止層６を形成するための絶縁樹脂がインクジェットヘッドによって塗布されて、５〜６μｍ程度の厚さを有する短絡防止部６Ｂが形成される。その後、図２の破線で示す部分を型抜きすることによって、図５（ａ）で示す正極部材１’が製造されるものである。
【００３０】
本発明に係る電気化学デバイスは、上述した正極部材１’に、図５（ｂ）で示すように、絶縁材料からなるセパレータ１０が積層される。さらにこのセパレータ１０には、負極部材１１’が積層される。
【００３１】
以上により、正極部材１’及び負極部材１１’はセパレータ１０を介して積層され、電解液で満たされた前記ケース２１内に収納される。そして、前記正極集電タブ５の先端の正電極部７は集合的に接続されて正電極端子２２’となり、さらに前記負極集電タブ１３の先端の負電極部１４は集合的に接続されて負電極端子２３’となって、電気化学デバイス２０’が構成されるものである。
【００３２】
以上の構成により、本発明によれば、絶縁防止層６が前記正極活物質層３と所定の間隔（約１ｍｍ程度）をあけて配されることから、正極集電タブ５の絶縁防止層６と前記正極活物質層３との間が屈曲自在となるため、絶縁防止層６の破損を防止できるため、正極部材１と負極部材１１との間の短絡を確実に防止することができるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１，１’  正極部材
２  正極集電体
２Ａ，２Ｂ  正極集電シート
３  正極活物質層
３Ａ，３Ｂ  正極活物質部
４  正極集電本体部
５  正極集電タブ
６  短絡防止層
６Ａ，６Ｂ  短絡防止部
７  正電極部
１０  セパレータ
１１  負極部材
１２  負極活物質層
１３  負極集電タブ
１４  負電極部
１５  負極集電本体部
２０、２０’  電気化学デバイス
２１  ケース
２２，２２’  正電極端子
２３、２３’  負電極端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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