(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電箔と負極集電箔とを接続してなる複合集電箔の少なくとも片面に、上記正極集電箔上に形成された正極活物質層と、上記負極集電箔上に形成された負極活物質層と、上記正極活物質層と上記負極活物質層との間に形成された絶縁部と、が設けられた第一サブアッシーを作製し、
複数枚の上記第一サブアッシーを、絶縁性部材を介して、上記片面の向きが揃いかつ一端から他端に向けて上記正極集電箔と上記負極集電箔とが交互に並ぶように連結してシート状の第二サブアッシーとし、
二枚の上記第二サブアッシーを、一方の上記第二サブアッシーのもつ上記正極活物質層と他方の上記第二サブアッシーのもつ上記負極活物質層とが向かい合うように、熱可塑性樹脂からなる多孔質のセパレータを挟んで対向配置して第三サブアッシー予備体とし、
上記第三サブアッシー予備体を加熱することにより、一方の上記第二サブアッシーのもつ上記絶縁性部材と他方の上記第二サブアッシーのもつ上記絶縁部との間で上記セパレータを液密に熱溶着させて第三サブアッシーとすることを特徴とするバイポーラ型二次電池の製造方法。
【請求項２】
絶縁シートを介して上記第三サブアッシーを巻回する請求項１記載のバイポーラ型二次電池の製造方法。
【請求項３】
上記絶縁部および上記絶縁性部材は熱可塑性樹脂からなる請求項１または２記載のバイポーラ型二次電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項記載の方法により製造され、上記第三サブアッシーには一端から他端にかけて互いに液密に封止された複数のセルが隣接して形成されており、かつ該複数のセルは上記第三サブアッシーの一端から他端に向けて順次電気的に直列に接続されていることを特徴とするバイポーラ型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイポーラ型二次電池の製造方法およびこの方法により製造されたバイポーラ型二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧を得るために、リチウム二次電池等を複数直列に接続したものを一個の電池としたバイポーラ型二次電池が知られている。例えば特開２０００−３０７４６号公報には、正極と負極との間にセパレータを挟んだ電池構成体が複数個同心円状に巻回され、内側の電池構成体から外側の電池構成体に向かって順次電気的に直列に接続されたバイポーラ型リチウムイオン二次電池が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図７は、上記公報に記載されたバイポーラ型リチウムイオン二次電池の一例を示す断面図である。符号１２６ａ〜１２６ｄは電池構成体を示し、それぞれ正極活物質層と負極活物質層とがセパレータ（いずれも図示せず）を介して対向配置された構成を有する。各電池構成体１２６は、ポリプロピレンからなる袋状の絶縁容器１２８によって互いに隔てられている。このバイポーラ型リチウムイオン二次電池は、内側の電池構成体１２６（例えば１２６ａ）の巻回体を絶縁容器１２８に収め、その上から外側の電池構成体１２６（例えば１２６ｂ）を巻回して別の絶縁容器１２８に収める、という手順を繰り返した後、リード線１３０により電池構成体１２６ａ〜１２６ｄを電気的に直列に接続して作製される。
【０００４】
また図８は、上記公報に記載されたバイポーラ型リチウムイオン二次電池の他の例において用いられる電池構成体を示す断面図である。各電池構成体１２６は、正極集電箔１１０の片面に形成された正極活物質１１２と負極集電箔１１４の片面に形成された負極活物質１１６とをセパレータ１１８を介して対向配置し、これを絶縁フィルム１３６で覆ってなる。正極集電箔１１０および負極集電箔１１４の一端は絶縁フィルム１３６の外まで延びて接続部１３２を形成しており、隣接する電池構成体１２６はこの接続部１３２により電気的に直列に接続されている。複数個の電池構成体１２６をこのように接続した後、この接続体を端から巻回してバイポーラ型リチウムイオン二次電池を作製する。
【０００５】
しかし、上記のような構成を有するバイポーラ型リチウムイオン二次電池は製造工程が複雑となる傾向にある。特に図１に示す電池では、各電池構成体１２６を巻回して絶縁容器１２８に収める工程を繰り返すので、高い製造効率を得ることは困難である。また、図２に示す電池では電池構成体１２６と接続部１３２との厚みの差が大きいため、得られた巻回体の内部に隙間が生じて単位体積当たりの電池容量が低下しやすい。
【０００６】
本発明の目的は、単位体積当たりの電池容量の高いバイポーラ型二次電池を効率よく製造することのできるバイポーラ型二次電池の製造方法、およびこの方法により製造されたバイポーラ型二次電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載のバイポーラ型二次電池は、正極集電箔と負極集電箔とを接続してなる複合集電箔の少なくとも片面に、上記正極集電箔上に形成された正極活物質層と、上記負極集電箔上に形成された負極活物質層と、上記正極活物質層と上記負極活物質層との間に形成された絶縁部と、が設けられた第一サブアッシーを作製し、
複数枚の上記第一サブアッシーを、絶縁性部材を介して、上記片面の向きが揃いかつ一端から他端に向けて上記正極集電箔と上記負極集電箔とが交互に並ぶように連結してシート状の第二サブアッシーとし、
二枚の上記第二サブアッシーを、一方の上記第二サブアッシーのもつ上記正極活物質層と他方の上記第二サブアッシーのもつ上記負極活物質層とが向かい合うように、熱可塑性樹脂からなる多孔質のセパレータを挟んで対向配置して第三サブアッシー予備体とし、
上記第三サブアッシー予備体を加熱することにより、一方の上記第二サブアッシーのもつ上記絶縁性部材と他方の上記第二サブアッシーのもつ上記絶縁部との間で上記セパレータを液密に熱溶着させて第三サブアッシーとすることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載のバイポーラ型二次電池の製造方法は、請求項１記載の方法において、絶縁シートを介して上記第三サブアッシーを巻回することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載のバイポーラ型二次電池の製造方法は、請求項１または２記載の方法において、上記絶縁部および上記絶縁性部材は熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。
【００１０】
そして、請求項４記載のバイポーラ型二次電池は、請求項１から３のいずれか一項記載の方法により製造され、上記第三サブアッシーには一端から他端にかけて互いに液密に封止された複数のセルが隣接して形成されており、かつ該複数のセルは上記第三サブアッシーの一端から他端に向けて順次電気的に直列に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施態様を説明する。
本発明の製造方法に用いられる第一サブアッシー１の構成を図１に示す。正極集電箔１１の片面には正極活物質層１４が形成され、負極集電箔１２の片面には負極活物質層１５が形成されている。この正極集電箔１１の端部と負極集電箔１２の端部とを、両活物質層が同じ側を向くように例えば抵抗溶接により接続して、正極集電箔１１と負極集電箔１２とが接続部１３にて接続された複合集電箔１０を作製する。この複合集電箔１０の片面において、正極活物質層１４と負極活物質層１５との間には所定の隙間が設けられており、この隙間に熱可塑性樹脂を例えば静電塗装することにより絶縁部１６を形成する。
なお、予め正極集電箔１１と負極集電箔１２とを接続した後に、この複合集電箔１０上に正極活物質層１４、負極活物質層１５および絶縁部１６を任意の順序で形成してもよい。
【００１２】
次いで、図２に示すように、複数枚の第一サブアッシー１を、正極活物質層１４および負極活物質層１５が形成された面が同じ側を向き、かつ正極集電箔１１と負極集電箔１２とが交互に並ぶように連結して、シート状の第二サブアッシー２を作製する。この連結は、第一サブアッシー１ｂの正極集電箔１１には第一サブアッシー１ａ負極集電箔１２が、第一サブアッシー１ｂの負極集電箔１２には第一サブアッシー１ｃの正極集電箔１１が隣接するようにして複数枚の第一サブアッシー１を並設配置し、これらの間に熱可塑性樹脂からなるテープ（絶縁性部材）２１を配して、両側の第一サブアッシー１とテープ２１とを加熱溶着させる等の方法により行うことができる。このとき、隣接する第一サブアッシー１間の短絡を防止するため、両第一サブアッシー１の間がテープ２１を構成する熱可塑性樹脂によって隔てられるように熱溶着させることが好ましい。また、粘着機能を有するテープ２１を用いて、このテープ２１を並設配置された第一サブアッシー１の片面および他面からそれぞれ貼り付けることにより第二サブアッシー２を作製してもよい。あるいは、隣接する第一サブアッシー１をホットメルト型接着剤等により連結してもよい。
【００１３】
その後、図３に示すように、二枚の第二サブアッシー２ａ、２ｂを、正極活物質層１４と負極活物質層１５とがそれぞれ向かい合うように、熱可塑性樹脂からなる多孔質のセパレータ３１を挟んで対向配置して第三サブアッシー予備体３’を構成する。このとき、絶縁部１６と絶縁性部材２１とがほぼ対向するように第二サブアッシー２ａと２ｂとの位置合わせを行うことが好ましい。
なお、このセパレータ３１は、あらかじめ電解液を含浸させた後に第二サブアッシー２ａ、２ｂの間に配置してもよく、また後述する熱溶着を行った後にセパレータ３１に電解液を含浸させてもよい。
【００１４】
そして、絶縁部１６と絶縁性部材２１とが対向する個所に、第三サブアッシー予備体３’の両側から熱を加え、この部分のセパレータ３１を溶かして多孔質体の孔を塞ぐとともに、このセパレータ３１と絶縁部１６および絶縁性部材２１とを熱溶着させて第三サブアッシー３を得る。この第三サブアッシー３内には、上記熱溶着により形成された熱溶着部３２によって、図４における左右方向（第三サブアッシー３の長手方向）が液密に区画された複数のセルＣ（電池構成体）が形成されている。各セルＣの正極集電箔１１は一方の側に隣接するセルＣの負極集電箔１２と接続された複合集電箔１０であり、またこのセルＣの負極集電箔１２は他方の側に隣接するセルＣの正極集電箔１１と接続された複合集電箔１０である。したがって、これらのセルＣは図４の左端から右端にかけて順次電気的に直列に接続されている。
【００１５】
さらに、電解液の移動によるセルＣ間の短絡を確実に防止するため、第三サブアッシー３を構成する各セルＣを液密に封止することが好ましい。この封止方法としては、図５および図６に示すように、第三サブアッシー３の周囲を熱可塑性樹脂等からなる絶縁シート４１で覆う方法等が用いられる。あるいは、図６における左右方向（第三サブアッシー３の幅方向）の両端のみを絶縁シート４１で覆ってもよい。
【００１６】
この第三サブアッシーを、例えば任意の形態に変形させて電池容器に収めることにより、バイポーラ型二次電池を製造することができる。第三サブアッシーを電池容器に収める際の形態としては巻回、折り畳み、積層等が挙げられ、巻回することが好ましい。この巻回等の変形は、集電箔の接触や電解液の移動等によるセル間の短絡を防止するために、絶縁シート等の絶縁手段を介して行うことが好ましい。なお、この絶縁シートは各セルを液密に封止する役割をも担ってもよい。また、複数枚の第三サブアッシーを直列または並列に接続したものを任意の形態で電池容器に収めることにより、一つのバイポーラ型二次電池を製造することもできる。
上記第三サブアッシーは、全体としてほぼ平坦なシート状であるので、巻回時等における取り扱い性に優れるとともに、隙間の少ない巻回体等を作製しやすいため電池容器内の空間を有効に利用することができる。また、各セルは隣接するセルと複合集電箔を共有することによって直列接続されているので、リード線などを介して直列接続する構成に比べて電池の内部抵抗を低減することができる。
【００１７】
なお、上記実施態様では絶縁部１６、絶縁性部材２１およびセパレータ３１としていずれも熱可塑性樹脂を用いたが、セパレータ３１と絶縁部１６および絶縁性部材２１とを液密に熱溶着させることができれば、絶縁部１６および絶縁性部材２１として熱可塑性樹脂以外の材料（例えば熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂等からなる絶縁性材料）を使用してもよい。ただし、セパレータ３１との熱溶着性や、得られた第三サブアッシー３に巻回または折り畳みなどの変形を加える場合における追従性（可撓性）の点から、絶縁部１６および絶縁性部材２１としては熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。この熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース系材料等から選択される一種または二種以上を使用することができる。
また、正極活物質層および／または負極活物質層は、通常は上記実施態様のように集電箔の片面にのみ形成されることが好ましいが、他のセル等との短絡を防ぐことのできる構成であれば、集電箔の両面に活物質層を設けてもよい。
【００１８】
本発明の製造方法は、バイポーラ型リチウム二次電池の製造方法等として好適である。このバイポーラ型リチウム二次電池を構成する材料としては、従来のリチウム二次電池と同様のもの等を用いればよい。
例えば、正極集電箔としてはアルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔等の金属箔を用いることができ、このうちアルミニウム箔を用いることが好ましい。正極活物質層としては、ＬｉＭｎ２Ｏ４等のリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉＯ２等のリチウムニッケル酸化物、ＬｉＣｏＯ２等のリチウムコバルト酸化物、ＬｉＦｅＯ２等のリチウム鉄酸化物等からなる正極活物質と、カーボンブラック、黒鉛、ピッチコークス等からなる導電化材と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等からなる結着剤と、からなるもの等を用いることができる。
【００１９】
また、負極集電箔としてはアルミニウム箔、ニッケル箔、銅箔等の金属箔を用いることができ、このうち銅箔を用いることが好ましい。負極活物質層としては、アモルファスカーボン、グラファイト等の炭素材料あるいはＳｉ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属とＬｉとの合金または酸化物等からなる負極活物質、およびＰＶＤＦ等の結着剤を含有するもの等を用いることができる。あるいは、負極として金属リチウムを用いてもよい。
【００２０】
電解液としては、従来のリチウム二次電池に用いられる各種非プロトン性溶媒から選択される一種または二種以上、例えばエチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン、１，２−ジメチルエタン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、酢酸メチル、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）等を用いることができる。また電解質としては、従来のリチウムイオン二次電池に用いられる各種リチウム塩、例えばＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＳｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３等を用いることができ、これらのうちＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４が好ましい。電解液中における電解質濃度は通常０．０５〜１０ｍｏｌ／Ｌ程度であり、好ましくは０．１〜５ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の製造方法では、二枚のシート状の第二サブアッシーをセパレータを介して対向配置させた後、このセパレータを熱溶着させることにより各セルを区画して第三サブアッシーを作製し、この第三サブアッシーを例えば電池容器に収めてバイポーラ型二次電池を構成する。この第三サブアッシーは、全体としてほぼ平坦なシート状であるので、電池容器に収める際等における取り扱い性に優れる。また、電池容器への充填性を高くしやすいため、高容量の（単位体積当たりの電池容量の高い）電池を得ることができる。さらに、各セルは隣接するセルと複合集電箔を共有することによって直列に接続されているので、リード線などを介して接続する構成に比べて電池の内部抵抗を低減することができる。
本発明のバイポーラ型二次電池は、本発明の製造方法により製造されているので、高電圧かつ高容量の電池とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法における第一サブアッシーの一例を示す断面図である。
【図２】本発明の製造方法における第二サブアッシーの一例を示す断面図である。
【図３】本発明の製造方法における第三サブアッシー予備体の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の製造方法における第三サブアッシーの一例を示す断面図である。
【図５】第三サブアッシーを構成するセルを液密に封止した一例を示す断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】従来のバイポーラ型リチウムイオン二次電池の一例を示す断面図である。
【図８】従来のバイポーラ型リチウムイオン二次電池の他の例において用いられる電池構成体を示す断面図である。
【符号の説明】
１；第一サブアッシー、１０；複合集電箔、１１；正極集電箔、１２；負極集電箔、１３；接続部、１４；正極活物質層、１５；負極活物質層、１６；絶縁部、２；第二サブアッシー、２１；テープ（絶縁性部材）、３’；第三サブアッシー予備体、３；第三サブアッシー、３１；セパレータ、３２；熱溶着部、４１；絶縁シート、Ｃ；セル。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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