(57)【要約】【課題】  ポリマー電解質を用いた場合であっても、初回充電時のガスの発生による電池性能の低下を防止できるポリマー電池を提供する。【解決手段】  集電体４２に正極活物質層４３が電気的に接続されてなる電極４１と、他の集電体４７に負極活物質層４８が電気的に接続されてなる電極４６とにより、正極活物質層４３および負極活物質層４８の間にポリマー電解質層５０が挟まれて構成されるポリマー電池１０であって、負極活物質層４８およびポリマー電解質層５０の少なくとも一方には、負極活物質層４８とポリマー電解質層５０とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝５１が形成されてなるポリマー電池１０。【選択図】            図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体に正極活物質層が電気的に接続されてなる電極と、他の集電体に負極活物質層が電気的に接続されてなる電極とにより、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間にポリマー電解質層が挟まれて構成されるポリマー電池であって、
前記負極活物質層および前記ポリマー電解質層の少なくとも一方には、前記負極活物質層と前記ポリマー電解質層とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝が形成されてなるポリマー電池。
【請求項２】
前記正極活物質層には、リチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれ、
前記負極活物質層には、カーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物が含まれることを特徴とする請求項１に記載のポリマー電池。
【請求項３】
前記電極は、集電体の一方の面に前記正極活物質層が設けられ、他方の面に前記負極活物質層が設けられてなるバイポーラ電極であり、
前記バイポーラ電極間に、前記個体電解質層が挟まれてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポリマー電池。
【請求項４】
前記正極活物質層および前記ポリマー電解質層の少なくとも一方には、前記正極活物質層と前記ポリマー電解質層とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝が形成されてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載のポリマー電池。
【請求項５】
一の集電体上に、正極活物質層を形成して、電極を構成する工程と、
他の集電体上に、負極活物質層を形成して、電極を構成する工程と、
ポリマー電解質層を用意する工程と、
前記負極活物質層および前記ポリマー電解質層の少なくとも一方に、後に互いに接触されたときに接触面の外部まで連通される微細溝を形成する工程と、
前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に前記ポリマー電解質層を挟むように、前記電極および前記ポリマー電解質を積層する工程と、
を有するポリマー電池の製造方法。
【請求項６】
前記電極および前記ポリマー電解質を積層する工程の後、初回充電の際あるいは初回充電の直後に、積層物を超音波加振する工程をさらに有する請求項５に記載のポリマー電池の製造方法。
【請求項７】
前記超音波加振する工程において、同時に前記積層物を加熱する請求項６に記載のポリマー電池の製造方法。
【請求項８】
前記正極活物質層および前記ポリマー電解質層の少なくとも一方に、後に互いに接触されたときに接触面の外部まで連通される微細溝を形成する工程をさらに有する請求項５〜７のいずれか一項に記載のポリマー電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー電解質を有するポリマー電池および該ポリマー電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車、さらには燃料電池自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠である。この電源装置としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。
【０００３】
特に、リチウムイオン二次電池はそのエネルギー密度の高さや繰り返し充放電に対する耐久性の高さから、電動車両に好適と考えられ、各種の開発が鋭意進められている。
【０００４】
しかし、リチウムイオン電池、その中でも特に負極活物質に炭素系材料を用いたリチウムイオン二次電池においては、組み立てた後に最初の充電を行うと、電池内部で反応が起こり、多くの水素、炭化水素、炭素酸化物などのガスが発生する。このようなガスを電池内部に放置すると、電池が膨らみ、または電池内圧が上昇して、積層構造に影響を与え、電池特性低下を引き起こす可能性がある。
【０００５】
この問題を解決するために、電解質の分解を抑制する方法（たとえば、特許文献１、２参照）や、電池全体の圧力や厚さを制御してガスの発生を制御する方法（たとえば、特許文献３、４参照）が知られている。
【特許文献１】特開平８−３３９８２４号公報
【特許文献２】特開２００２−３７３６４５号公報
【特許文献３】特開平１１−１１１３３９号公報
【特許文献４】特開２００３−１２３８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記方法は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートまたはジメチルカーボネートなどの液状有機溶媒を液体電解質として用いるリチウムイオン二次電池を前提としている。液状有機溶媒をポリフッ化ビニリデンなどの高分子膜に含浸させたゲル状電解質や、ポリエチレンオキシドなどの真性固体高分子電解質を、いわゆるポリマー電解質として含むリチウムイオン二次電池については考慮していない。
【０００７】
ポリマー電解質は、液体電解質と比較して、成分やガスの透過性が異なっているので、上記従来技術をそのまま適用できない。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ポリマー電解質を用いた場合であっても、初回充電時のガスの発生による電池性能の低下を防止できるポリマー電池および該ポリマー電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のポリマー電池は、集電体に正極活物質層が電気的に接続されてなる電極と、他の集電体に負極活物質層が電気的に接続されてなる電極とにより、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間にポリマー電解質層が挟まれて構成されるポリマー電池であって、前記負極活物質層および前記ポリマー電解質層の少なくとも一方には、前記負極活物質層と前記ポリマー電解質層とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝が形成されてなる。
【００１０】
本発明のポリマー電池の製造方法は、一の集電体上に、正極活物質層を形成して、電極を構成する工程と、他の集電体上に、負極活物質層を形成して、電極を構成する工程と、ポリマー電解質層を用意する工程と、前記負極活物質層および前記ポリマー電解質層の少なくとも一方に、後に互いに接触されたときに接触面の外部まで連通される微細溝を形成する工程と、前記正極活物質層および前記負極活物質層の間に前記ポリマー電解質層を挟むように、前記電極および前記ポリマー電解質を積層する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のポリマー電池によれば、前記負極活物質層と前記ポリマー電解質層とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝が形成されているので、初回充電の際に電池要素内に発生するガスが微細溝から外部に排出される。したがって、発生したガスによる電池性能の低下を防止できる。
【００１２】
本発明のポリマー電池の製造方法によれば、前記負極活物質層と前記ポリマー電解質層とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝を形成するので、初回充電の際に電池要素内に発生するガスが微細溝から外部に排出される。したがって、発生したガスによる電池性能の低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
図１は本発明のポリマー電池を示す図である。
【００１５】
本発明のポリマー電池１０は、電極タブと、外装３０と、電池要素４０とを有する。
【００１６】
電極タブは、正極タブ２１および負極タブ２２を含み、それぞれ電池要素４０に接続され、外装３０の外部に引き出されている。これにより、電池要素４０から電流が引き出される。
【００１７】
外装３０は、２枚のラミネートシートにより形成されている。ラミネートシートは、アルミニウム層の両面が樹脂層で被覆された三層構造を有する。少なくとも一方のラミネートシートは、電池要素４０を内包する空間を設けるために、中高状に加工されている。ラミネートシートの縁は、熱融着等により接着される。これにより、外装３０内部に、電池要素４０が密閉される。
【００１８】
電池要素４０は、正極（電極）４１と、負極（電極）４６の間に、電解質層５０が挟まれてなる。電解質層５０は、ポリマー固体電解質層であり、ポリマー成分を有する高分子ゲル電解質か、あるいは全固体（真性）ポリマー電解質からなる。
【００１９】
正極４１は、正極集電体４２および正極活物質層４３を含む。正極集電体４２上に正極活物質層４３が形成され、相互に電気的に接続されている。正極集電体４２は、たとえば、アルミニウム箔により形成される。
【００２０】
負極４６は、負極集電体４７および負極活物質層４８を含む。負極集電体４７上に負極活物質層４８が形成され、相互に電気的に接続されている。負極集電体４７は、銅箔により形成される。
【００２１】
上記負極活物質層４８および電解質層５０の少なくとも一方には、負極活物質層４８と電解質層５０とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝が形成されている。
【００２２】
微細溝について詳細に説明する。
【００２３】
（微細溝）
図２は電池要素の断面図、図３は図２の３−３線に沿った断面図である。なお、図３では、微細溝をわかりやすくするために誇張して表現している。
【００２４】
図２に拡大して示すように、電解質層５０の負極活物質層４８側の表面に、複数の微細溝５１が形成されている。微細溝５１は、図３に示すように、電池要素４０の外部まで連通されている。したがって、初回充電したときに電池要素４０内発生したガスは、微細溝５１を通じて、電池要素４０外部に誘導される。微細溝５１は、たとえば、電解質層５０を予めロールプレスすることにより形成される。微細溝５１は、たとえば、深さ１０μｍの断面三角形状に２００μｍ間隔に形成される。
【００２５】
なお、微細溝５１は、電解質層５０の表面ではなく、負極活物質層４８の電解質層５０側の表面に形成されてもよい。また、負極活物質層４８および電解質層５０の両方の表面に微細溝５１が設けられてもよい。これにより、ガスの逃げ道を広くできる。
【００２６】
（製造方法）
次に、本発明のポリマー電池１０の製造方法について説明する。
【００２７】
図４は電池要素を積層する様子を示す図、図５はポリマー電池の斜視図、図６はポリマー電池を初回充電する様子を示す図である。
【００２８】
最初に、正極４１が形成される。正極４１は、正極集電体４２上に正極活物質層４３が形成されてなる。
【００２９】
次に、負極４６が形成される。負極４６は、負極集電体４７上に負極活物質層４８が形成されてなる。
【００３０】
電解質層５０が用意される。そして、電解質層５０の一方の表面に、ロールプレスにより所定の深さの微細溝５１が所定間隔に形成される。
【００３１】
そして、図４に示すように、電解質層５０の微細溝５１が形成されていない面が正極４１に当接するように、正極４１上に電解質層５０が重ねられる。電解質層５０には、さらに、負極４６が重ねられる。これにより、電解質層５０が、正極４１の正極活物質層４３および負極４６の負極活物質層４８の間に挟まれ、図１〜図３に示すような電池要素４０が形成され、負極活物質層４８と電解質層５０との接触面には、微細溝５１が設けられる。
【００３２】
電池要素４０の正極４１に上述の正極タブ２１が、負極４６に負極タブ２２がそれぞれ接続され、該電極タブ２１、２２が引き出されるように、上述の外装３０により電池要素４０が密閉される。以上のようにして、図１および図４に示すようなポリマー電池１０が一旦、製造される。
【００３３】
（作用）
次に、本発明のポリマー電池１０の作用について説明する。
【００３４】
上記のように、本発明のポリマー電池１０は、負極活物質層４８と電解質層５０との接触面に微細溝５１が設けられている。ポリマー電池１０は、一旦電池として製造された後に、初回の充電がされる。
【００３５】
初回充電により、水素、炭化水素、炭素酸化物などのガスが発生する。発生したガスは、微細溝５１を通って、電極内部から、電池要素４０外部に排出される。ガスは、電池要素４０外部で外装３０内に溜まっている。したがって、作業者により、一度、外装３０に穴が開けられるなどして、外装３０が開封され、外装３０内からガス抜きが行われる。ガス抜きの後、減圧状態で、外装３０の開封された部分が樹脂などにより塞がれる。
【００３６】
なお、初回充電時またはガス抜き時には、ポリマー電池１０は、図５に示すように、加振台６０上に配置され、超音波振動により加振される場合がある。また、ポリマー電池１０は、ガス抜き時に、加熱される場合もある。
【００３７】
以上のように、初回充電により発生するガスのガス抜きまで終えて、完全なポリマー電池が作製される。
【００３８】
（効果）
以上のように作製されたポリマー電池１０によれば、次のような効果が得られる。
【００３９】
本発明のポリマー電池１０では、初回充電時に発生したガスが、微細溝５１を通じて、電池要素４０外部に排出される。したがって、発生したガスが電極と電解質層５０との界面を押し広げ、電池性能が低下するという事態を防止できる。つまり、初回充電後も、電池性能を維持できる。
【００４０】
さらに、初回充電またはガス抜きの時に超音波振動を加えるので、発生したガスの気泡が微細溝まで運ばれて電池要素４０外部に排出されやすくなる。結果として、ガス抜きをより確実に達成でき、電池性能の低下をより防止できる。
【００４１】
また、ガス抜きの際に加熱することにより、電解質層５０中の気泡の移動がより活発になるので、微細溝まで気泡をより確実に運ぶことができ、ガスの排出を促進できる。結果として、ガス抜きをより確実に達成でき、電池性能の低下をより防止できる。
【００４２】
（変形例）
なお、上記実施形態では、電極として正極４１と負極４６を用意し、該正極４１と負極４６の間にポリマー電解質層５０を設けて、ポリマー電池１０を構成していた。しかし、本発明のように微細溝５１を形成した電解質層５０は、上記のような電池以外にも適用できる。たとえば、バイポーラ電極を含むバイポーラ電池にも適用できる。
【００４３】
図７はバイポーラ電池の電池要素を組み立てる様子を示す図、図８はバイポーラ電池の電池要素を示す図である。
【００４４】
バイポーラ電池を構成する場合、まず、図７に示すように、バイポーラ電極７０を形成する。バイポーラ電極７０の形成には、集電体７１の一方の面に正極活物質層４３を設け、他方の面に負極活物質層４８を設ける。
【００４５】
電解質層５０が用意される。電解質層５０の一方の表面に、ロールプレスにより所定の深さの微細溝５１が所定間隔に形成される。
【００４６】
そして、バイポーラ電極７０間に電解質層５０を挟む。このとき、バイポーラ電極７０の負極活物質層４８と、微細溝５１が形成された電解質層５０の一面とが当接される。
【００４７】
このようにして、図８に示す電池要素４０を形成する。積層の端部に配置される電極は、上述の正極４１および負極４６と同様に、片面に正極活物質層４３または負極活物質層４８が形成されている。
【００４８】
形成された電池要素に電極タブを接続し、外装により密閉することによって、バイポーラ電池を構成できる。
【００４９】
本発明をバイポーラ電池に適用することによって、体積当りのエネルギー密度および出力密度が高い電池が得られる。
【００５０】
なお、本発明のポリマー電池の構成は、特に説明したものを除き、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。以下に、このポリマー電池に使用することのできる集電体４２、４７、正極活物質層４３、負極活物質層４８、電解質等について参考までに説明する。
【００５１】
［集電体］
集電体は、正極に用いる正極集電体と、負極に用いる負極集電体とがあり、特に限定されないが、いずれも通常は金属箔が用いられる。正極集電体は、ステンレス、アルミニウム等が用いられ、負極集電体は、銅、ステンレス等が用いられることが多い。
【００５２】
集電体の厚さは、特に限定されないが、通常は１〜１００μｍ程度である。
［正極活物質層］
正極活物質層は、正極活物質、バインダー、導電助剤を含む。
【００５３】
正極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される、リチウムと遷移金属との複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。正極活物質層活物質としてリチウム一遷移金属複合酸化物を用いることにより、積層型電池の反応性、サイクル耐久性を向上させ、低コストにすることができる。
【００５４】
正極活物質の粒径は、ポリマー電池の電極抵抗を低減するために、電解質が固体でない溶液タイプのリチウムイオン電池で一般に用いられる粒径よりも小さいものを使用するとよい。具体的には、正極活物質の平均粒径が０．１〜５μｍであるとよい。
【００５５】
導電助剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト等、銅粉、銀粉などやそれらの混合物からなる金属粉が挙げられる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００５６】
正極活物質層における、正極活物質、バインダー、導電助剤の配合量は、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。
【００５７】
正極活物質層の厚さは、特に限定するものではなく、配合量について述べたように、電池の使用目的（出力重視、エネルギー重視など）、イオン伝導性を考慮して決定すべきである。一般的な正極活物質層の厚さは５〜５００μｍ程度である。
【００５８】
［負極活物質層］
負極活物質層は、負極活物質、バインダーを含む。負極活物質の種類以外は、基本的に「正極活物質」の項で記載した内容と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００５９】
負極活物質としては、溶液系のリチウムイオン電池でも使用される負極活物質を用いることができる。ただし、本発明のポリマー電池は固体高分子電解質が用いられるため、固体高分子電解質での反応性を考慮すると、カーボンもしくはリチウムと金属酸化物もしくは金属との複合酸化物が好ましい。より好ましくは、負極活物質はカーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物である。さらに好ましくは、遷移金属はチタンである。つまり、負極活物質は、チタン酸化物またはチタンとリチウムとの複合酸化物であることがさらに好ましい。
【００６０】
負極活物質層活物質としてカーボンもしくはリチウムと遷移金属との複合酸化物を用いることにより、積層型電池の反応性、サイクル耐久性を向上させ、低コストにすることができる。
【００６１】
［電解質層］
イオン伝導性を有する高分子から構成される層であり、イオン伝導性を示すのであれば材料は限定されない。本発明では、真性ポリマー電解質または高分子ゲル電解質を用いる。
【００６２】
真性ポリマー電解質としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。固体高分子電解質層中には、イオン伝導性を確保するために支持塩（リチウム塩）が含まれる。支持塩としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、またはこれらの混合物などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。ＰＥＯ、ＰＰＯのようなポリアルキレンオキシド系高分子は、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などのリチウム塩をよく溶解しうる。また、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度が発現する。
【００６３】
また、高分子ゲル電解質は、一般的に、イオン伝導性を有する全固体高分子電解質に、電解液を保持させたものをいう。高分子ゲル電解質により電解質層を形成する場合、電解液を０重量％より多く、かつ９８重量％以下保持する。電解液（電解質塩および可塑剤）としては、特に制限されるべきものではなく、従来既知の各種電解液を適宜使用することができるものである。例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩の中から選ばれる、少なくとも１種類のリチウム塩（電解質塩）を含み、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチルの中から選ばれる少なくともから１種類または２種以上を混合した、非プロトン性溶媒等の可塑剤（有機溶媒）を用いたものなどが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００６４】
なお、本願では、リチウムイオン伝導性を有しない高分子の骨格中に、同様の電解液を保持させたものも、前記高分子ゲル電解質に含まれるものとする。用いられる電解液（電解質塩および可塑剤）の種類等は特に制限されない。
【００６５】
イオン導伝性を有する固体高分子電解質としては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が挙げられる。
【００６６】
高分子ゲル電解質に用いられるリチウムイオン導伝性を持たない高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが使用できる。ただし、これらに限られるわけではない。
【００６７】
また、電解質層が高分子ゲル電解質からなる場合、前記電解質層は、高分子ゲル原料溶液を不織布などのセパレータに含浸させた後、上記の種々の方法を用いて重合することにより形成されたものであってもよい。セパレータを用いることにより、電解液の充填量を高めることができるとともに、電池内部の熱伝導性が確保される。
【００６８】
［ラミネートシート］
ラミネートシートは電池の外装３０材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。
【００６９】
熱融着性樹脂としては、たとえばポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等を用いることができる。金属箔としては、たとえばＡｌ箔、Ｎｉ箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリエステルやポリアミド（ナイロン（登録商標））など、ポリアミド系合成繊維等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロン（登録商標）の積層フィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＥＶＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；アイオノマー／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素４０を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装３０材に付与する。ラミネートシートは、ヒートシール、インパルスシール、超音波融着、高周波融着等の熱融着を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。
【００７０】
（実施例）
次に、実際に本発明を適用した上記ポリマー電池１０を製作して評価を行った実施例について説明する。
【００７１】
＜サンプル作製＞
実施例として、仕様が異なる実施例１〜４のポリマー電池を作成した。
【００７２】
作成したポリマー電池の共通する構成は、次の通りである。
【００７３】
（電解質層）
前駆体としてポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体のオリゴマーと１０００ｐｐｍの重合開始剤からなる溶液を石英ガラス基板に挟み、紫外線を１５分照射して前駆体を架橋させ、５０μｍの固体電解質層５０を形成する。その後、形成された電解質層５０の一方の表面に、ロールプレスにより、深さ１０μｍの断面三角形状の微細溝を２００μｍ間隔に形成した。
【００７４】
（正極）
正極の形成のために、次の材料を混合して正極スラリーを作成した。混合する材料は、正極活物質としてＬｉＭｎ２Ｏ４（２２重量％）、導電助剤としてアセチレンブラック（６重量％）、電解質の前駆体としてポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体のオリゴマー（１８重量％）、支持塩としてＬｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ（９重量％）、スラリー粘度調整用溶媒としてＮ−メチルピロリドン（４５重量％）、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル（微量）である。
【００７５】
正極集電体４２の片面に正極スラリーを塗布し、１１０℃×４時間かけて熱重合により硬化させて正極を形成した。なお、正極集電体４２には、厚さ２０μｍのステンレス箔を用いた。
【００７６】
（負極）
負極の形成のために、次の材料を混合して負極スラリーを作成した。混合する材料は、負極活物質として、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（１４重量％）、導電助剤としてアセチレンブラック（４重量％）、電解質の前駆体としてポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体のオリゴマー（２０重量％）、支持塩としてＬｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ（１１重量％）、スラリー粘度調整用溶媒としてＮ−メチルピロリドン（５１重量％）、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル（微量）である。
【００７７】
負極集電体４７の片面に負極スラリーを塗布し、１１０℃×４時間かけて熱重合により硬化させて負極を形成した。なお、負極集電体４７には、厚さ２０μｍのステンレス箔を用いた。
【００７８】
（製造）
上記作製した正極４１と負極４６を、固体電解質層５０を挟み込むように貼り合わせた。この際、電解質層５０の微細溝５１を形成した面を負極４６側にして貼り合わせて、電池要素４０を形成した。電池要素をラミネートシートにより挟み込んで外装３０内に収納し、外装３０の開口部を減圧状況で封止することによりポリマー電池１０を作製した。
【００７９】
次の実施例１〜４では、作製したポリマー電池１０を初回充電し、ガス抜きする際の処理が異なる。
【００８０】
（実施例１）
実施例１では、作製したポリマー電池を２．７Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧（ＣＶ）で、合計１５時間充電した。次に、外装であるラミネートシートを開封し、常温でガス抜きを行った。ガス抜きは、ポリマー電池を減圧容器中の平板上に置き、重しを上面に載せて容器内を減圧することにより行った。
【００８１】
（実施例２）
実施例２では、作製したポリマー電池を２．７Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧（ＣＶ）で、合計１５時間充電した。次に、外装であるラミネートシートを開封し、実施例１と同様に重石を載せて、常温でガス抜きを行った。充電の終了直前、すなわち、ガス抜きの直前に、ポリマー電池に対して超音波加振を約１０分間実施した。
【００８２】
（実施例３）
実施例３では、作製したポリマー電池を２．７Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧（ＣＶ）で、合計１５時間充電した。次に、外装であるラミネートシートを開封し、実施例１と同様に重石を載せて、常温でガス抜きを行った。ガス抜きの際には、減圧容器ごと超音波加振を約１０分間実施した。
【００８３】
（実施例４）
実施例４では、作製したポリマー電池を２．７Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧（ＣＶ）で、合計１５時間充電した。次に、外装であるラミネートシートを開封し、実施例１と同様に重石を載せて、５０℃でガス抜きを行った。ガス抜きの際には、減圧容器ごと超音波加振を約１０分間実施した。
【００８４】
（比較例）
比較例として、電解質層に微細溝を形成しないこと以外は、実施例１と同様のポリマー電池を作製した。作製したポリマー電池を２．７Ｖまで定電流充電（ＣＣ）し、その後、定電圧（ＣＶ）で、合計１５時間充電した。次に、外装であるラミネートシートを開封し、常温でガス抜きを行った。ガス抜きは、ポリマー電池を減圧容器中の平板上に置き、重しを上面に載せて容器内を減圧することにより行った。
【００８５】
＜充放電試験＞
以上のように作製した各実施例１〜４および比較例のポリマー電池について、充放電試験を行った。
【００８６】
ポリマー電池を０．２Ｃで１．５Ｖまで放電を行い、それぞれの電池容量を測定し、再び０．２Ｃで２．７Ｖまで定電流（ＣＣ）−定電圧（ＣＶ）充電を行った。次に２Ｃで再度１．５Ｖまで放電を行い、電池容量を測定した。
【００８７】
＜評価＞
図９および図１０は比較例に対する実施例１〜４の放電容量の割合を示す図である。
【００８８】
０．２Ｃでの比較例の放電容量を１としたときに、実施例１〜４の放電容量を図９に示す。また、０．２Ｃでの比較例の放電容量を１としたときに、実施例１〜４の２Ｃでの放電容量を図１０に示す。
【００８９】
図９に示すように、各実施例１〜４のポリマー電池は、比較例と比べていずれも放電容量比が向上しているのがわかる。また、図１０に示すように、各実施例１〜４のポリマー電池は、２Ｃでの放電容量比も比較例に比べていずれも放電容量が向上しているのがわかる。
【００９０】
実施例１〜４同士を比較すると、超音波加振を加えた実施例２〜４の方が、実施例１よりも放電容量比が高い。特に、高温で加熱しながら超音波加振を行った実施例４が最も高い放電容量比を示している。
【００９１】
このような結果から、超音波加振により発生したガスが微細溝まで運ばれやすく、放出されやすいことがわかる。特に高温の場合は、電解質中のガスの移動がより容易になっていることがわかる。
【００９２】
また、実施例２、３を比較すると、ガス抜き前に超音波振動を加えるよりも、ガス抜き時に超音波振動を加える方が、ガスの排出を多くし、放電容量比が高くなっていることがわかる。
【００９３】
以上より、ガス抜きの際にポリマー電池を加振および加熱することにより、従来よりも最も電池特性を向上できることがわかる。その次に、ガス抜き時に加振することがよく、さらに次に、ガス抜き直前に加振することがよい。ただし、加振および加熱を加えなくても、微細溝が形成されているために、従来よりも電池特性を格段に向上できることがわかる。
【００９４】
なお、上記実施形態では、負極活物質層４８および電解質層５０の少なくとも一方には、負極活物質層４８と電解質層５０とが互いに接触する接触面に、外部まで連通する微細溝が形成されている場合を示している。しかし、これに限定されない。正極活物質層４３および電解質層５０の接触面にも、外部まで連通する微細溝を設けてもよい。この場合、正極側で発生するガスも電池要素外部に導ける。ガス発生による電池性能の低下をより確実に防止できる。
【００９５】
（第２実施形態）
第２実施形態では、上記第１実施形態のポリマー電池１０を複数個、並列および／または直列に接続して、組電池を構成する。
【００９６】
図１１は第２実施形態に係る組電池の斜視図である。
【００９７】
図１１に示すように組電池１００は、上述した第１実施形態によるポリマー電池１０を複数個接続したものである。電池同士は、導電バーにより各電池の電極２１および２２が接続されている。この組電池１００には電極ターミナル１０１および１０２が、電極として一側面に設けられている。
【００９８】
この組電池１００においては、電池１０を複数個接続する際の接続方法として、超音波溶接、熱溶接、レーザー溶接、リベット、かしめ、電子ビームなどを用いることができる。このような接続方法をとることで、長期的信頼性のある組電池１００を製造することができる。
【００９９】
組電池１００によれば、前述した第１実施形態〜第４実施形態に係るポリマー電池１０を用いて組電池化することで、高容量、高出力と得ることができ、しかも一つひとつの電池の信頼性が高いため、組電池としての長期的信頼性を向上させることができる。
【０１００】
なお、組電池としてのポリマー電池１０の接続は、複数個全て並列に接続してもよいし、また、ポリマー電池１０を複数個全て直列に接続してもよく、さらに、直列接続と並列接続とを組み合わせても良い。
【０１０１】
（第３実施形態）
第３実施形態では、上記第１実施形態のポリマー電池１０または第２実施形態の組電池１００を駆動用電源として搭載して、車両を構成する。ポリマー電池１０または組電池をモータ用電源として用いる車両としては、たとえば電気自動車、ハイブリッド自動車など、車輪をモータによって駆動している自動車である。
【０１０２】
参考までに、図１２に、組電池１００を搭載する自動車１１０の概略図を示す。自動車に搭載される組電池１００は、上記説明した特性を有する。このため、組電池１００を搭載してなる自動車は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても充分な出力を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明のポリマー電池を示す図である。
【図２】電池要素の断面図、図３は図２の３−３線に沿った断面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】電池要素を積層する様子を示す図である。
【図５】ポリマー電池の斜視図である。
【図６】ポリマー電池を初回充電する様子を示す図である。
【図７】バイポーラ電池の電池要素を組み立てる様子を示す図である。
【図８】バイポーラ電池の電池要素を示す図である。
【図９】比較例に対する実施例１〜４の放電容量の割合を示す図である。
【図１０】比較例に対する実施例１〜４の放電容量の割合を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る組電池の斜視図である。
【図１２】組電池を搭載する自動車の概略図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０…ポリマー電池、
２１…正極タブ、
２２…負極タブ、
３０…外装、
４０…電池要素、
４１…正極、
４２…正極集電体、
４３…正極活物質層、
４６…負極、
４７…負極集電体、
４８…負極活物質層、
５０…ポリマー電解質層、
５１…微細溝、
６０…加振台、
７０…バイポーラ電極、
７１…集電体、
１００…組電池、
１０１、１０２…電極ターミナル、
１１０…自動車。
【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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【図９】
2006202680.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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