(57)【要約】【課題】本発明は、充放電時に負極が膨張・収縮しても、イオンが正極と負極との隙間から電解液を通って隙間の外に拡散しないようにし、二次電池の性能低下を防止する。【解決手段】本発明に係る二次電池は、正極２１と負極２３とセパレータ２４とを重ね、層状に形成される捲回体２０と、その捲回体２０の正極２１と負極２３とセパレータ２４にしみ込ませた電解液Ｅと、捲回体２０を収納する電池ケース１２とを備える二次電池であって、電解液Ｅがしみ込まれされた捲回体２０と電池ケース１２の内壁面との間には、ゲル状の固体電解質Ｆが充填されて、その捲回体２０が固体電解質Ｆに覆われている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板状の正極と負極と、前記正極と前記負極との間に配置されて両者の接触を防止するセパレータとを重ね、層状に形成される捲回体と、その捲回体の正極と負極とセパレータにしみ込ませた電解液と、前記捲回体を収納する電池ケースとを備える二次電池であって、
前記電解液がしみ込まされた前記捲回体と前記電池ケースの内壁面との間には、ゲル状の固体電解質が充填されて、その捲回体が前記固体電解質に覆われていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載された二次電池であって、
前記捲回体は、ロール状に形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項３】
請求項１に記載された二次電池であって、
前記捲回体は、扁平状に捲かれた状態で形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項４】
請求項１に記載された二次電池であって、
前記捲回体は、複数枚の正極と負極とセパレータとが順番に積層されることにより形成されていることを特徴とする二次電池。
【請求項５】
薄板状の正極と負極と、前記正極と前記負極との間に配置されて両者の接触を防止するセパレータとを重ね、層状に形成される捲回体と、その捲回体の正極と負極とセパレータにしみ込ませた電解液と、前記捲回体を収納する電池ケースとを備える二次電池の製造方法であって、
前記捲回体を電解液に浸漬して、前記正極と負極とセパレータに電解液をしみ込ませる工程と、
ゲル状の固体電解質が溜められた前記電池ケース内に前記電解液をしみ込ませた捲回体を押し込み、その捲回体で前記固体電解質を押しながら前記固体電解質を前記電池ケース内で移動させて、前記捲回体と前記電池ケースの内壁面との間を満たす工程と、
を有することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された二次電池の製造方法であって、
前記捲回体をロール状に形成することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項７】
請求項５に記載された二次電池の製造方法であって、
前記捲回体を扁平状に捲かれた状態で形成することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載された二次電池の製造方法であって、
複数枚の正極と負極とセパレータとを順番に積層することにより前記捲回体を形成することを特徴とする二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄板状の正極と負極と、前記正極と前記負極との間に配置されて両者の接触を防止するセパレータとを重ね、層状に形成される捲回体と、その捲回体の正極と負極とセパレータにしみ込ませた電解液と、前記捲回体を収納する電池ケースとを備える二次電池及びその二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これに関連する従来の二次電池が特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載の二次電池はリチウムイオン電池であり、図９（Ａ）の模式図に示すように、薄板状の酸化物正極１０１と、同じく薄板状の炭素負極１０３と、酸化物正極１０１と炭素負極１０３との間に配置されて両者１０１，１０３の接触を防止する膜状のセパレータ１０４とを有している。そして、酸化物正極１０１と、セパレータ１０４と、炭素負極１０３とが重ねられ、ロール状に捲かれることで捲回体１００が構成される。
捲回体１００は電池ケース１０６内に収納され、さらにその電池ケース１０６内には電解液Ｅが注入される。これにより、捲回体１００の酸化物正極１０１と炭素負極１０３とセパレータ１０４に電解液Ｅがしみ込むようになる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７‐３０５３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウムイオン電池の放電時には、図９（Ｂ）の原理図に示すように、炭素負極１０３に吸蔵されているリチウム原子がイオン化し、リチウムイオンが電解液Ｅを通って酸化物正極１０１に到達し、リチウム化合物となって酸化物正極１０１に貯蔵される。このとき、炭素負極１０３は収縮するようになる。
リチウムイオン電池の充電時には、酸化物正極１０１のリチウム化合物が分離され、リチウムイオンが電解液Ｅを通って炭素負極１０３に到達し、リチウム原子となって炭素負極１０３に貯蔵される。充電時には炭素負極１０３は膨張するようになる。
前述のように、酸化物正極１０１と炭素負極１０３とはセパレータ１０４を介して積層される構成のため、急速な充放電時に炭素負極１０３が膨張・収縮をすると、酸化物正極１０１と炭素負極１０３との隙間寸法が変化する。これにより、酸化物正極１０１と炭素負極１０３との隙間内に位置するリチウムイオンが電解液Ｅを通って隙間の外に拡散する。これにより、酸化物正極１０１と炭素負極１０３との間を移動するリチウムイオンの数が減少して、リチウムイオン電池の内部抵抗が増加し、電池性能が低下する。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の技術的課題は、急速な充放電時に負極が膨張・収縮しても、イオンが正極と負極との隙間から電解液を通って前記隙間の外に拡散しないようにして、二次電池の性能が低下しないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題は、各請求項の発明によって解決される。
請求項１の発明は、薄板状の正極と負極と、前記正極と前記負極との間に配置されて両者の接触を防止するセパレータとを重ね、層状に形成される捲回体と、その捲回体の正極と負極とセパレータにしみ込ませた電解液と、前記捲回体を収納する電池ケースとを備える二次電池であって、前記電解液がしみ込まされた前記捲回体と前記電池ケースの内壁面との間には、ゲル状の固体電解質が充填されて、その捲回体が前記固体電解質に覆われていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によると、電解液をしみ込ませた捲回体と電池ケースの内壁面との間には、ゲル状の固体電解質が充填されて、その捲回体が前記固体電解質に覆われている。即ち、前記捲回体の周囲は電解液よりもイオンが移動し難い性質の固体電解質によって覆われている。このため、急速な充放電により正極と負極との隙間寸法が変化しても、イオンがその隙間内から電解液を通って隙間の外まで拡散し難くなる。したがって、充放電時に正極と負極間を移動するイオンの数が減少することがなく、二次電池の内部抵抗が増加しない。即ち、急速に充放電を行っても二次電池の性能が低下しなくなる。
【０００８】
請求項２の発明によると、捲回体は、ロール状に形成されていることを特徴とする。
請求項３の発明によると、捲回体は、扁平状に捲かれた状態で形成されていることを特徴とする。
請求項４の発明によると、捲回体は、複数枚の正極と負極とセパレータとが順番に積層されることにより形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、薄板状の正極と負極と、前記正極と前記負極との間に配置されて両者の接触を防止するセパレータとを重ね、層状に形成される捲回体と、その捲回体の正極と負極とセパレータにしみ込ませた電解液と、前記捲回体を収納する電池ケースとを備える二次電池の製造方法であって、前記捲回体を電解液に浸漬して、前記正極と負極とセパレータに電解液をしみ込ませる工程と、ゲル状の固体電解質が溜められた前記電池ケース内に前記電解液をしみ込ませた捲回体を押し込み、その捲回体で前記固体電解質を押しながら前記固体電解質を前記電池ケース内で移動させて、前記捲回体と前記電池ケースの内壁面との間を満たす工程とを有することを特徴とする。
このため、電解液をしみ込ませた捲回体を容易に固体電解質で覆うことができるようになる。
【００１０】
ここで、請求項６に示すように、捲回体をロール状に形成しても良いし、請求項７に示すように、捲回体を扁平状に捲かれた状態で形成しても良い。さらに、請求項８に示すように、複数枚の正極と負極とセパレータとを順番に積層することにより捲回体を形成することも可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、急速な充放電に正極と負極との隙間寸法が変化しても、正極と負極間のイオン数がほとんど減少することがなく、二次電池の性能が低下することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態）
以下、図１から図６に基づいて本発明の実施形態１に係る二次電池の説明を行なう。本実施形態に係る二次電池は、リチウムイオン電池であり、図１に前記リチウムイオン電池の全体模式縦断面図が示されている。図２はリチウムイオン電池の捲回体の正面図、図３は図１のリチウムイオン電池をIII-III矢視方向から見た模式図である。また、図４〜図６はリチウムイオン電池の各製造工程を表す模式図である。
【００１３】
＜リチウムイオン電池の構成について＞
リチウムイオン電池１０は、図１〜図３に示すように、捲回体２０と、その捲回体２０を収納する電池ケース１２と、電解液Ｅ、及びゲル状の固体電解質Ｆとから構成されている。
捲回体２０は、リチウムイオン電池１０の正側、負側の電極を構成する部材であり、図３に示すように、薄板状の正極２１と、同じく薄板状の負極２３と、前記正極２１と負極２３との間に挟まれる膜状のセパレータ２４とを備えている。
【００１４】
正極２１は、図４に示すように、例えば、アルミ箔から構成された帯状の正極集電体２１ａと、その正極集電体２１ａの表裏両面に塗布された酸化物層２１ｘとから構成されている。そして、例えば、正極集電体２１ａの右端縁が酸化物層２１ｘから一定幅で露出するように構成されている。ここで、酸化物層２１ｘとしては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物等が使用される。
負極２３は、例えば、銅箔から構成された帯状の負極集電体２３ｃと、その負極集電体２３ｃの表裏両面に塗布された炭素（黒鉛）層２３ｙとから構成されている。そして、負極集電体２３ｃの例えば左端縁が炭素層２３ｙから一定幅で露出するように構成されている。
【００１５】
セパレータ２４は、正極２１と負極２３とが接触しないように保持する膜状部材であり、その正極２１と負極２３間でリチウムイオンが電解液Ｅを介して自由に移動できるように構成されている。セパレータ２４の材料としては、例えば、微多孔性ポリプロピレン等が使用される。
正極２１と負極２３とセパレータ２４とは、図４に示すように、正極２１の酸化物層２１ｘとセパレータ２４と負極２３の炭素層２３ｙとが積層された状態で、図５に示すように、正極２１を外側にしてロール状に捲かれる。そして、正極２１と負極２３とセパレータ２４とがロール状に捲かれた後、図１、図２に示すように、正極２１の正極集電体２１ａの露出部分に正極端子部材２１ｔが、例えば、超音波溶接等により接合される。また、負極２３の負極集電体２３ｃの露出部分に、同じく負極端子部材２３ｔが接合される。この状態で、捲回体２０が完成する（図２参照）。
【００１６】
＜リチウムイオン電池１０の製造方法について＞
捲回体２０が完成すると、図６（Ａ）に示すように、その捲回体２０が容器１５に貯留された電解液Ｅに浸漬される。これにより、図３に示すように、捲回体２０の正極２１、負極２３、セパレータ２４には電解液Ｅがしみ込むようになる。ここで、電解液Ｅには、例えば、ＬｉＰＦ６を溶解したＥＣ（エチレンカーボネイト）系の電解液、あるいはＰＣ（プロピレンカーボネイト）系の電解液が使用される。
次に、電解液Ｅをしみ込ませた捲回体２０が、図６（Ｂ）に示すように、上部開放形の電池ケース１２に収納される。ここで、電池ケース１２内には、所定量のゲル状の固体電解質Ｆが予め溜められている。そして、捲回体２０が電池ケース１２内に押し込まれることで、ゲル状の固体電解質Ｆが捲回体２０に押され、その捲回体２０の電池ケース１２の内壁面との隙間Ｓｐ（図１参照）に回り込むようになる。即ち、電解液Ｅをしみ込ませた捲回体２０は、図３に示すように、ゲル状の固体電解質Ｆによって覆われる。そして、捲回体２０がゲル状の固体電解質Ｆに覆われた状態で電池ケース１２の開口部が蓋材（図示省略）によって塞がれ、リチウムイオン電池１０が完成する（図１参照）。
ここで、ゲル状の固体電解質Ｆは、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としてはエーテル系高分子やフッ素系高分子等が使用される。固体電解質Ｆは電解液Ｅと比較してリチウムイオンが移動（拡散）し難いという性質があるため、正極２１と負極２３との隙間Ｓｔからリチウムイオンが前記捲回体２０の外に拡散し難くなる。
【００１７】
＜本実施形態に係るリチウムイオン電池１０の長所について＞
本実施形態に係るリチウムイオン電池１０によると、電解液Ｅをしみ込ませ捲回体２０と電池ケース１２の内壁面との間には、ゲル状の固体電解質Ｆが充填されて、その捲回体２０が固体電解質Ｆに覆われている。即ち、捲回体２０の周囲は電解液Ｅよりもリチウムイオンが移動し難い性質の固体電解質Ｆによって覆われている。このため、急速な充放電により正極２１と負極２３との隙間Ｓｔ寸法が変化しても、リチウムイオンがその隙間Ｓｔ内から電解液Ｅを通って隙間Ｓｔの外まで拡散し難くなる。したがって、充放電時に正極２１と負極２３間を移動するリチウムイオンの数が減少することがなく、リチウムイオン電池１０の内部抵抗が増加しない。即ち、急速に充放電を行ってもリチウムイオン電池１０の性能が低下しなくなる。
【００１８】
また、捲回体２０を電解液Ｅに浸漬して、正極２１と負極２３とセパレータ２４間に電解液Ｅをしみ込ませた後、ゲル状の固体電解質Ｆが溜められた電池ケース１２内に捲回体２０を押し込み、その捲回体２０で固体電解質Ｆを押しながら固体電解質Ｆを電池ケース１２内で移動させて、捲回体２０と電池ケース１２の内壁面との間に充填する。このため、電解液Ｅをしみ込ませた捲回体２０を容易に固体電解質Ｆで覆うことができる。
【００１９】
＜変更例＞
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本実施形態では、正極２１の酸化物層２１ｘとセパレータ２４と負極２３の炭素層２３ｙとを積層した状態でロール状に捲くことにより捲回体２０を形成する例を示したが、図７に示すように、正極２１の酸化物層２１ｘとセパレータ２４と負極２３の炭素層２３ｙとを積層した状態で扁平状に捲くことも可能である。さらに、本実施形態では、一枚の帯状の正極２１、セパレータ２４、及び負極２３とを積層して捲くことにより捲回体２０を形成する例を示したが、図８に示すように、複数枚の正極２１、セパレータ２４、及び負極２３とを順番に重ねて捲回体２０を形成することも可能である。この場合、各々の正極２１の端縁を電気的に接続し、各々の負極２３の端縁を電気的に接続する必要がある。
また、本実施形態では、ゲル状の固体電解質Ｆを電池ケース１２内に挿入した後、その電池ケース１２内に電解液Ｅをしみ込ませた捲回体２０を押し込むことで、その捲回体２０により前記固体電解質Ｆを押し出して捲回体２０と電池ケース１２との隙間Ｓｐに埋める例を示した。もしくは、電解液Ｅをしみ込ませた捲回体２０を電池ケース１２内に収納した後、ゲル状の固体電解質Ｆに圧力を加えてその電池ケース１２内に注入する方法でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施形態１に係るリチウムイオン電池の全体模式縦断面図である。
【図２】リチウムイオン電池の捲回体の正面図である。
【図３】図１のリチウムイオン電池をIII-III矢視方向から見た模式図である。
【図４】リチウムイオン電池の捲回体の製造工程を表す模式図である。
【図５】リチウムイオン電池の捲回体の製造工程を表す模式図である。
【図６】リチウムイオン電池の製造工程を表す模式図（Ａ図）（Ｂ図）である。
【図７】変更例に係るリチウムイオン電池の模式図である。
【図８】変更例に係るリチウムイオン電池の模式図である。
【図９】従来のリチウムイオン電池の模式図（Ａ図）、及びリチウムイオン電池の動作原理を表す模式図（Ｂ図）である。
【符号の説明】
【００２１】
１２・・・・電池ケース
２０・・・・捲回体
２１・・・・正極
２１ｘ・・・酸化物層
２３・・・・負極
２３ｙ・・・炭素層
２４・・・・セパレータ
Ｅ・・・・・電解液
Ｆ・・・・・固体電解質
Ｓｐ・・・・隙間
Ｓｔ・・・・隙間
【図１】
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【図２】
2010140801.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010140801.tif 000008
【図７】
2010140801.tif 000009
【図８】
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【図９】
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