(57)【要約】【課題】電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制し得る固体電解質系の積層電池を提供する。【解決手段】正極、負極ともに２辺のみ絶縁部材が設けられた絶縁部を設け、正極の絶縁部と負極の絶縁部とが９０度ずれた状態で積層されてなる積層電池。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極ともに２辺のみ絶縁部材が設けられた絶縁部を設け、正極の絶縁部と負極の絶縁部とが９０度ずれた状態で積層されてなる積層電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層電池に関し、さらに詳しくは正極の絶縁部と負極の絶縁部とを特定の構造とすることにより絶縁されていない端面が必ず絶縁部材に接して正極と負極との絶縁を確保した積層電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高電圧および高エネルギー密度を有する電池としてリチウム電池が実用化されている。リチウム電池の用途が広い分野に拡大していることおよび高性能の要求から、リチウム電池の更なる性能向上のために様々な研究が行われている。
その中で、従来用いられてきた非水電解液系のリチウム電池に比べて非水電解液を用いないため、非水電解液を用いる場合の安全性向上のために必要なシステムを簡略化し得て構造の自由度が増し補器の数を減らすことができる等の多くの利点を有し得ることから、電解質層として固体電解質層を備えた全固体電池の実用化が期待されている。
【０００３】
しかし、全固体電池の実用化が実現するためには様々な改良が必要である。
その１つとして、積層電池において拘束や振動などにより電極に力が加わることによる正極と負極との短絡の発生を防止乃至抑制し得る構造の開発が挙げられる。
一方、前記の積層電池の構造の開発に適用し得ると推測される技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、正極電極と負極電極とをセパレータを介して対向させて積層した積層型二次電池において、正極活物質層と負極活物質層の面積が異なり、小面積の電極の集電体の外周部の隣接する少なくとも２辺に活物質層が塗布されていない活物質非塗布部が形成されており、活物質非塗布部の集電体面が絶縁性物質層で被覆され、該絶縁性物質層の活物質層に面する側とは反対側の端面および比較大面積電極の端面を電極面と垂直に交わる同一平面上に配置して積層した積層型二次電池が記載されており、具体例として比較小面積の正極電極の外周部の隣接する４辺に活物質層が塗布されていない活物質非塗布部が形成された積層型二次電池が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、帯状の素電池シートと帯状の負極集電体とが互いの折り曲げ線が９０度の角度となるように重ね合わされた後、素電池と接合部とが互いに重なり合うように、それぞれの折り曲げ線で交互に折り畳まれて形成されている非水固体電解質電池が記載されており、具体例として正極活物質層と負極活物質層とが素電池の側面で接触しないように正・負の活物質層の少なくとも一方を固体電解質層よりも小さく形成した例が示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３には、帯状に形成されて折り返された正極板と、正極板と交叉する方向に設置されて折り返された負極板とが、軸線上で交叉するとともに交互に配置された状態で、両極板間に電解質層を形成し、交互に配置された領域を打抜き、切り出された正極板と負極板との間に電解質層を介装させて得られる多層の膜電極接合体が記載されている。
【０００７】
しかし、非水系電池の場合にはフィルム状のセパレータで絶縁することが多いため問題が生じないとしても、固体電解質系の積層電池に前記特許文献に記載の技術を適用すると拘束や振動などにより電極に力が加わった場合に、正負極の短絡が生じる恐れがある。
このため、拘束や振動などにより電極に力が加わっても端部において良好な絶縁性を有して、電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制し得る固体電解質系の積層電池を得ることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２３６９９４号公報
【特許文献２】特開２０１１−０６５９１３号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３７９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、本発明の目的は、電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制し得る固体電解質系の積層電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、正極、負極ともに２辺のみ絶縁部材が設けられた絶縁部を設け、正極の絶縁部と負極の絶縁部とが９０度ずれた状態で積層されてなる積層電池に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制し得る固体電解質系の積層電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施態様の積層電池の部分的平面模式図とその拡大断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施態様の積層電池の製造方法の工程を示す模式図である。
【図３】図３は、従来の積層電池の一例の断面模式図である。
【図４】図４は、従来の積層電池の製造方法の工程を示す模式図である。
【図５】図５は、従来の他の積層電池の製造方法の工程を示す模式図である。
【図６】図６は、従来のさらに他の積層電池の製造方法の工程を示す模式図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施態様の積層電池を説明するための製造方法の工程を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明のさらに他の実施態様の積層電池を説明するための製造方法の工程を示す模式図である。
【図９】図９は、本発明のさらに他の実施態様の積層電池を説明するための製造方法の工程を示す模式図である。
【図１０】図１０は、本発明のさらに他の実施態様の積層電池を説明するための製造方法の工程を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳説する。
本発明の実施態様の積層電池１は、図１、２に示すように、正極２、負極３ともに２辺のみ絶縁部材が設けられた絶縁部４、５を設け、正極２と負極３との間には固体電解質層（図示せず）が積層され、正極の絶縁部４と負極の絶縁部５とが９０度ずれた状態で積層されてなる構成により、絶縁されていない端部が必ず絶縁部材に接する構造であることで電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制する絶縁性を有し得る。また、前記の積層電池は、製造の際に複雑な工程を必要としないという利点がある。
【００１４】
本発明の実施態様の積層電池は、例えば、図２に示すように、１．ダイ塗工等を用いて２辺のみ絶縁部材が設けられた絶縁部および未塗工部を有する正極、負極を作製する工程→２．１個の電池形状に１辺に未塗工部を残して打ち抜く打ち抜き工程→３．正極、負極を正極の絶縁部と負極の絶縁部が９０度ずれた状態で重ねて積層する工程  によって得られるものである。
なお、図２において、正極と負極との間には固体電解質層（図示せず）が積層されている。
【００１５】
これに対して、従来の一例の積層電池１０は、図３に示すように、正極２、負極３ともに絶縁部が設けられておらず、なるべく薄くすべき固体電解質層６のみで端部の絶縁保証を図るため、電極に加わる力に起因する短絡が発生しやすい。
【００１６】
あるいは、従来法による積層電池は、図４に示すように、１．ダイ塗工等を用いて塗工部と未塗工部とからなる電極を作製する工程→２．打ち抜き工程→３．絶縁処理の工程がディスペンサーなどで絶縁部材を端部のみに成形する工程からなる方法（例１）によって得られるものである。得られる積層電池は、絶縁部材を吐出するための吐出装置又は電極を設置するテーブルをＸＹ軸方向に動かす必要があるため、タクトタイム０．５秒程度での高速絶縁形成が必要であるが現実に実施すると難しく、工程上に難点がある。
【００１７】
あるいは、従来法による積層電池は、図５に示すように、１．ダイ塗工等を用いて塗工部と未塗工部とからなる電極を作製する工程→２．打ち抜き工程→３．絶縁処理の工程がフィルムなどの絶縁性材料からなる絶縁性額縁を、抜いた電極の周囲に積層して成形する工程からなる方法（例２）によって得られるものである。得られる積層電池は、絶縁部材からなる額縁を追加で積層するため、さらなる高速積層が必要であり、また額縁の中心部分が不要となり破棄されるため、部材のロスが多くなるという難点がある。
【００１８】
あるいは、従来法による積層電池は、図６に示すように、１．ダイ塗工等を用いて塗工部と未塗工部とからなる電極を作製する工程→２．打ち抜き工程→３．絶縁処理の工程が多積層後に絶縁部材を端部に成形する工程からなる方法（例３）によって得られるものである。得られる積層電池は、一括で成形できるため、簡易的な工法であるという利点がある。しかし、工法自体は簡易であるが、積層過程で短絡してしまう事態を防止することが困難である。
【００１９】
本発明の実施態様の積層電池として、図７に示すように、図１に示す積層電池と比較して正極のタブ位置を変更したものが挙げられる。
また、本発明の実施態様の積層電池として、図８に示すように、図１に示す積層電池と比較して正負極のタブ面積を増加したものが挙げられる。
また、本発明の実施態様の積層電池として、図９に示すように、図１に示す積層電池と異なりタブが不要であるバイポーラ電極が挙げられる。
【００２０】
本発明の他の実施態様の積層電池として、図１０に示すように、１．ダイ塗工等を用いて２辺のみ絶縁部材が設けられた絶縁部および未塗工部を有する正極、負極の電極を各々
作製する工程→２．打ち抜き工程→３．正極、負極を正極の絶縁部と負極の絶縁部が９０度ずれた状態で、且つ正極と負極との間に固体電解質層（図示せず）を介在させて、重ねて積層する工程によって得られるものであり、図１に示す積層電池と比較して正極のタブ位置を変更したものが挙げられる。
前記の積層電池は、１．ダイ塗工等を用いて電極を作製する工程において、３列同時に塗工できるため、時間のロスがないという利点があり、また積層するだけで端部の絶縁が保証され得る。
【００２１】
本発明の実施態様の積層電池における各部材の寸法としては、任意の値を有し得て制限を受けないが、例えば典型的には図１に示すように、打ち抜いた後の正極において、正極電極面積が７０ｘ７５ｍｍ、２辺の絶縁部の幅が各々５ｍｍ、未塗工部が２０ｘ２０ｍｍであって、打ち抜いた後の負極において、負極電極面積が７５ｘ７０ｍｍ、２辺の絶縁部の幅が各々５ｍｍ、未塗工部が２０ｘ２０ｍｍであり得る。
また、電極の厚みをＴとし、絶縁部の厚みをＺとして、Ｔ≧Ｚ≧Ｔ／２であることが好適である。
【００２２】
前記の積層電池の正極用の集電体として金属箔、例えばＳＵＳ箔、Ａｌ箔を、前記の負極用の集電体として金属箔、例えばＳＵＳ箔、Ｃｕ箔を用い得る。
前記の正極を構成する正極層に含有される正極活物質としては、Ｌｉを挿入することができる材料、例えばコバルト酸リチウムやＬｉＮＯなどの公知の正極活物質を適宜用い得る。また、正極層に含有される固体電解質としては任意の硫化物固体電解質、例えばＬｉ２Ｓ：Ｐ２Ｓ５＝５０：５０〜１００：０（質量比）となるようにＬｉ２ＳおよびＰ２Ｓ５を混合して得られる硫化物固体電解質、あるいは酸化物電解質など任意の固体電解質を用い得る。
また、正極層は結着用バインダー、例えばポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂や導電材、例えばアセチレンブラックなどを含有し得る。
前記正極層の厚みは、特に制限されないが、例えば０．１〜１０００μｍの範囲であり得る。
【００２３】
前記の負極を構成する負極層に含有される負極活物質としては、Ｌｉを挿入することができる材料、例えばグラファイトなどの公知のカーボン系負極合材を用い得る。また、負極層に含有される固体電解質としては正極層に適用され得る硫化物固体電解質あるいは酸化物固体電解質などを用い得る。
また、負極層は結着用バインダー、例えばポリフッ化ビニリデンなどのフッ素含有樹脂や導電材、例えばアセチレンブラックなどを含有し得る。
前記負極層の厚みは、特に制限されないが例えば０．１〜１０００μｍの範囲であり得る。
【００２４】
前記の固体電解質層に用いられる固体電解質としては、特に限定されず前記の正極層および負極層に適用され得る硫化物固体電解質あるいは酸化物固体電解質を用い得る。
前記固体電解質層の厚みは、電解質の種類や電池の構成などによって異なるが、例えば０．３〜１０００μｍ、中でも０．３〜３００μｍ程度であり得る。
【００２５】
本発明の実施態様において、絶縁部材としては、耐熱性樹脂材料、例えばナイロン６、ナイロン４６、ナイロン６６等の脂肪族ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン等のスーパーエンジニアリングプラスチックなどや、絶縁性セラミックス材料、例えば、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3等が挙げられる。
【００２６】
前記の正極集電体および負極集電体は、外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電タブを用いて接続し得る。
【００２７】
本発明の実施態様の積層電池は、アルミニウムやステンレスなどの金属を基材とするラミネートパックや、ＳＵＳなどの缶のような外装、さらには既知のＬｉイオン電池、Ｌｉ電池で用いられる一般的な外装体で保護してもよい。
【００２８】
本発明の実施態様の積層電池によれば、拘束や振動などにより電極に力が加わっても端部において良好な絶縁性を有して、電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制し得る固体電解質系の積層電池を得ることができる。
【実施例】
【００２９】
以下、本発明の実施例を示す。
以下の実施例は単に説明するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００３０】
実施例１
絶縁部材、電極、絶縁部材をダイ塗工により３列同時に塗工して中央部の大部分の面積を占める塗工部と両側の小面積を占める未塗工部を有するシート状の電極（正極、負極）を作製した後、１個の電池の大きさに打ち抜く際に、正極として図７における２辺の絶縁部の一方の右下にタブ位置を想定して未塗工部を打ち抜き、負極についても同様に図７における２辺の絶縁部の一方の下側右の位置に同一寸法の形状のタブ位置を想定して未塗工部を打ち抜き、積層して積層電池を作製する。この積層電池の製造工程の一例を図７に示す。図７において、平面図を（ａ）に、斜視図を（ｂ）に示す。
【００３１】
実施例２
絶縁部材、電極、絶縁部材をダイ塗工により３列同時に塗工して中央部の大部分の面積を占める塗工部と両側の小面積を占める未塗工部を有するシート状の電極（正極、負極）を作製した後、１個の電池の大きさに打ち抜く際に、正極として図８における２辺の絶縁部の一方の右側全部にタブ位置を想定して未塗工部を打ち抜き、負極についても同様に図８における２辺の絶縁部の一方の下側全部にタブ位置を想定して未塗工部を打ち抜き、積層して積層電池を作製する。この積層電池の製造工程の一例を図８に示す。図８において、平面図を（ａ）に、斜視図を（ｂ）に示す。
【００３２】
実施例３
絶縁部材、電極、絶縁部材をダイ塗工により３列同時に塗工して中央部の大部分の面積を占める塗工部と両側の小面積を占める未塗工部を有するシート状の電極（正極、負極）を作製した後、１個の電池の大きさに打ち抜く際に、バイポーラ電極を想定して、タブが不要であるので未塗工部を有しない正極、負極を打ち抜き、積層してバイポーラ型の積層電池を作製する。この積層電池の製造工程の一例を図９に示す。図９において、平面図を（ａ）に、斜視図を（ｂ）に示す。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によって、絶縁されていない端部が必ず絶縁部材に接する構造であることで電極に加わる力に起因する短絡を防止乃至は抑制する絶縁性を有し得る積層電池を得ることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    本発明の実施態様の積層電池
２    正極
３    負極
４    １辺の絶縁部
５    他辺の絶縁部
６    固体電解質層
１０    従来の一例の積層電池
【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】
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【図１０】
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