(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極層及び負極層がポリマー電解質を介してそれぞれ積層されてなる複数の電極シートと、
前記電極シートが積層されてなる電極群と、
前記電極群を収納する外装体と、を備え、
前記電極シートは、
前記正極層に接続されるとともに、積層方向で隣り合う前記電極シートとのシート対向面上に露出する正極ビアと、
前記負極層に接続されるとともに、前記シート対向面上に露出する負極ビアと、を有し、
隣り合う前記電極シートは、前記シート対向面同士が互いに接合されるとともに、前記シート対向面上において、隣り合う前記電極シートの前記正極ビア同士が接続され、隣り合う前記電極シートの前記負極ビア同士が接続されていることを特徴とする電気化学セル。
【請求項２】
前記外装体は、
前記電極群を積層方向の一端側から覆う正極側容器と、
前記電極群を積層方向の他端側から覆う負極側容器と、を備え、
複数の前記電極シートのうち、積層方向の一端側に位置する前記電極シートの前記正極側容器との容器対向面は、前記正極層により構成されるとともに、前記正極側容器に電気的に接続され、
複数の前記電極シートのうち、積層方向の他端側に位置する前記電極シートの前記負極側容器との容器対向面は、前記負極層により構成されるとともに、前記負極側容器に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電気化学セル。
【請求項３】
前記電極群は、積層方向から見た平面視で多角形状を呈していることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電気化学セル。
【請求項４】
前記外装体の内面形状は、前記平面視で円形状を呈し、
前記電極群は、前記平面視で六角形状を呈していることを特徴とする請求項３記載の電気化学セル。
【請求項５】
隣り合う前記電極シートの前記シート対向面のうち、少なくとも一方の前記シート対向面は、前記ポリマー電解質により構成され、
隣り合う前記電極シートの前記シート対向面同士は、前記ポリマー電解質を介して互いに接合されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電気化学セル。
【請求項６】
隣り合う前記電極シートの前記シート対向面は、前記正極層及び前記負極層のうち、同極の電極層により構成され、
隣り合う前記電極シートの前記シート対向面同士は、同極の前記電極層を介して互いに接合されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載の電気化学セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気化学セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種デバイスの電源に用いられる二次電池や、キャパシタ等の電気化学セルとして、正極層及び負極層が電解質を介して交互に積層された積層型の電気化学セルが知られている。この種の電気化学セルとして、例えば下記特許文献１には、固体電解質を介して正極層及び負極層が積層された、いわゆる全個体型の電気化学セルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１９８６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、積層型の電気化学セルにおいて、更なる高容量化を図るには、正極層及び負極層を多層化することが考えられる。
しかしながら、上述した全固体型の電気化学セルにあっては、固体電解質のペースト材と、正極層及び負極層のペースト材と、を積層した後、乾燥・焼成を行う必要があるため、正極層及び負極層の多層化には限界があり、高容量化を図ることが難しかった。
【０００５】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、多層化を簡単に実現できるとともに、多層化に伴う高容量化を図ることができる電気化学セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る電気化学セルは、正極層及び負極層がポリマー電解質を介してそれぞれ積層されてなる複数の電極シートと、前記電極シートが積層されてなる電極群と、前記電極群を収納する外装体と、を備え、前記電極シートは、前記正極層に接続されるとともに、積層方向で隣り合う前記電極シートとのシート対向面上に露出する正極ビアと、前記負極層に接続されるとともに、前記シート対向面上に露出する負極ビアと、を有し、隣り合う前記電極シートは、前記シート対向面同士が互いに接合されるとともに、前記シート対向面上において、隣り合う前記電極シートの前記正極ビア同士が接続され、隣り合う前記電極シートの前記負極ビア同士が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、複数の電極シート同士が積層されて電極群が構成されているため、電極シートの積層数に応じて電極群の厚さ寸法を適宜調整できる。この場合、複数の電極シートの積層により電極群を構成することで、例えば一枚の電極シートにより同等の厚さの電極群を構成した場合に比べて電極シートを高精度に形成できる。これにより、電極群の平面視外形を所望の形状に高精度に形成できる。
また、電極シートの外形形状に応じて電極群の平面視形状が決定されるので、電極群の平面視形状を簡単に調整できる。その結果、設計の自由度を向上させることができる。
しかも、同一の電極シートや、隣り合う電極シートの正極層同士及び負極層同士が、正極ビア及び負極ビアを介してそれぞれ接続されるので、正極層同士及び負極層同士を並列接続することができ、多層化に伴う二次電池の高容量化を図ることができる。
【０００８】
また、本発明に係る電気化学セルにおいて、前記外装体は、前記電極群を積層方向の一端側から覆う正極側容器と、前記電極群を積層方向の他端側から覆う負極側容器と、を備え、複数の前記電極シートのうち、積層方向の一端側に位置する前記電極シートの前記正極側容器との容器対向面は、前記正極層により構成されるとともに、前記正極側容器に電気的に接続され、複数の前記電極シートのうち、積層方向の他端側に位置する前記電極シートの前記負極側容器との容器対向面は、前記負極層により構成されるとともに、前記負極側容器に電気的に接続されていてもよい。
この構成によれば、電極群が、容器側対向面それぞれを構成する正極層及び負極層を介して正極側容器及び負極側容器に電気的に接続されているため、電極群と各容器とを簡単、かつ確実に接続することができる。その結果、電気的信頼性を確保することができる。
【０００９】
また、本発明に係る電気化学セルにおいて、前記電極群は、積層方向から見た平面視で多角形状を呈していてもよい。
この構成によれば、電極シートよりも外形が大きい母材シートから、複数の電極シートを得る場合に、例えば隣り合う電極シートの辺部分同士を重ね合わせた状態で、電極シートを打ち抜くことで、電極シートを円形状に打ち抜く場合に比べて、母材シートのうち、隣り合う電極シート間に形成されるスクラップ部分を小さくすることができる。これにより、母材シートを有効活用することができるので、製造コストの削減が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る電気化学セルにおいて、前記外装体の内面形状は、前記平面視で円形状を呈し、前記電極群は、前記平面視で六角形状を呈していてもよい。
この構成によれば、母材シートから複数の電極シートを得る場合に、隣り合う電極シート間に形成されるスクラップ部分を確実に小さくすることができ、製造コストの更なる削減が可能となる。
また、内面形状が平面視で円形状の外装体内に、平面視で六角形状の電極群が収納されるので、上述した製造コストの削減を図った上で、外装体に対する電極群の体積効率を確保できる。なお、電極群と外装体の内面との間には、隙間が形成されることになるので、電気化学セルの充放電に伴う膨張時に電極群と外装体の内面とが干渉するのも抑制できる。
【００１１】
また、本発明に係る電気化学セルにおいて、隣り合う前記電極シートの前記シート対向面のうち、少なくとも一方の前記シート対向面は、前記ポリマー電解質により構成され、隣り合う前記電極シートの前記シート対向面同士は、前記ポリマー電解質を介して互いに接合されてもよい。
この構成によれば、シート対向面がポリマー電解質により構成されているため、電極層がポリマー電解質によって被覆されることになる。これにより、電極層を保護することができるので、ハンドリング性を向上させるとともに、歩留まりを向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る電気化学セルにおいて、隣り合う前記電極シートの前記シート対向面は、前記正極層及び前記負極層のうち、同極の電極層により構成され、隣り合う前記電極シートの前記シート対向面同士は、同極の前記電極層を介して互いに接合されてもよい。
この構成によれば、同極の電極層を介して電極シート同士を直接接合することで、ポリマー電解質を介して各電極シートを接合する構成に比べて薄型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、多層化を簡単に実現できるとともに、多層化に伴う高容量化を図ることができる電気化学セルを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る二次電池において、図３のＩ−Ｉ線に相当する断面図である。
【図２】電極群の分解断面図である。
【図３】正極集電層の平面図である。
【図４】正極接続層の平面図である。
【図５】負極接続層の平面図である。
【図６】負極集電層の平面図である。
【図７】電極群の概略平面図である。
【図８】母材シートをポリマー電解質側から見た平面図である。
【図９】二次電池の製造方法において、セット工程を説明するための工程図である。
【図１０】実施形態の他の構成に係る二次電池において、図２に相当する分解断面図である。
【図１１】実施形態の他の構成に係る電極群の拡大断面図である。
【図１２】実施形態の他の構成に係る母材シートをポリマー電解質側から見た平面図である。
【図１３】実施形態の他の構成に係る母材シートをポリマー電解質側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明の電気化学セルとして、二次電池の一種であるポリマーリチウムイオン二次電池（以下、単に二次電池という）を例にして説明する。また、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
［二次電池］
図１は、図３のＩ−Ｉ線に相当する二次電池１の断面図である。
図１に示すように、本実施形態の二次電池１は、いわゆるボタン型の二次電池１であって、外装体２と、外装体２内に収納された電極群３と、を備えている。
【００１６】
＜外装体＞
外装体２は、平面視で円形状を呈している。具体的に、外装体２は、有底筒状の正極側容器１１と、ガスケット１２を介して正極側容器１１に組み付けられるとともに、正極側容器１１との間に収納空間Ｓを画成する有頂筒状の負極側容器１３と、を有している。図示の例において、正極側容器１１及び負極側容器１３は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置している。以下、この共通軸を軸線Ｏといい、軸線Ｏ方向に沿う負極側容器１３側を上側といい、正極側容器１１側を下側といい、軸線Ｏ方向から見た平面視で軸線Ｏに直交する方向を径方向といい、軸線Ｏ回りに周回する方向を周方向という。
【００１７】
正極側容器１１及び負極側容器１３は、例えばステンレス等の板材を絞り加工等して形成されている。図示の例において、正極側容器１１の内径は、負極側容器１３の外径よりも大きくなっている。
ガスケット１２は、軸線Ｏと同軸状に配置された環状とされ、正極側容器１１の周壁部１１ａ内に嵌合されている。ガスケット１２には、負極側容器１３の周壁部１３ａを保持する溝部１４が全周に亘って形成されている。そして、負極側容器１３は、周壁部１３ａがガスケット１２の溝部１４内に保持された状態で、正極側容器１１の周壁部１１ａを径方向の内側にカシメることで正極側容器１１に固定されている。なお、ガスケット１２は、樹脂材料（例えば、ポリプロピレン（ＰＰ））等の絶縁性を有する材料により構成されている。
【００１８】
＜電極群＞
図２は電極群３の分解断面図である。
図１、図２に示すように、電極群３は、複数の電極シート２１〜２３が軸線Ｏ方向で積層された積層型とされている。具体的に、本実施形態の電極群３は、第１電極シート２１、中間電極シート２２、及び第２電極シート２３が下方から上方（積層方向の一端側から他端側）にかけて順に積層されて構成されている。なお、以下の説明では、各電極シート２１〜２３間で同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００１９】
第１電極シート２１は、正極活物質を含む第１正極層（正極層）３１、及び負極活物質を含む第１負極層（負極層）３２がポリマー電解質３３を介して交互に積層されている。なお、第１電極シート２１において、第１正極層３１及び第１負極層３２は、同じ層数積層されている。
第１正極層３１は、電極群３の最下層（容器側対向面）を構成する正極集電層３４と、ポリマー電解質３３間に配置された正極接続層３５と、を有している。
【００２０】
図３は正極集電層３４の平面図であり、図４は正極接続層３５の平面図である。
図１〜図３に示すように、正極集電層３４は、正極側容器１１の底壁部１１ｂ上に配置され、正極側容器１１に電気的に接続されている。
図１、図２、図４に示すように、正極接続層３５には、正極接続層３５を軸線Ｏ方向に貫通する逃げ孔３６が、軸線Ｏ方向に直交する面内方向で間隔をあけて千鳥状に配列されている。
【００２１】
図５は、負極接続層４１の平面図である。
図１、図２、図５に示すように、第１負極層３２は、正極接続層３５に対して軸線Ｏ方向の両側にポリマー電解質３３を介して配置された負極接続層４１を有している。負極接続層４１には、負極接続層４１を軸線Ｏ方向に貫通する逃げ孔４２が上述した面内方向で間隔をあけて千鳥状に形成されている。本実施形態において、上述した正極接続層３５及び負極接続層４１の逃げ孔３６，４２は、それぞれ同等の内径とされている。さらに、図１に示すように、各接続層３５，４１の逃げ孔３６，４２は、異極の接続層３５，４１の逃げ孔３６，４２と軸線Ｏ方向で重ならない位置（具体的には、面内方向において異極の接続層３５，４１の各逃げ孔３６，４２間に位置する部分）に形成されている。なお、第１電極シート２１において、各負極接続層４１のうち最上層に位置する負極接続層４１は、上述した正極接続層３５よりも上方に位置している。
【００２２】
図１、図２に示すように、ポリマー電解質３３は、ポリエチレンオキシド等のホストポリマーにリチウム支持塩を添加したドライ系ポリマー電解質、ポリフッ化ビニリデン等のマトリックスポリマーに電解液が含有されたゲル系ポリマー電解質、及びメタクリル酸メチル等のビニルモノマーにＥＭＩＴＦＳＩ等のイオン液体を加えてその場重合させたイオンゲル電解質のいずれかが利用できるが、実用温度域（−２０℃〜６０℃）でイオン伝導度が高く、耐酸化性が良いことから特にゲル系ポリマー電解質が良い。
ゲル系ポリマー電解質のマトリックスポリマーには、ポリエチレンオキシド、ポリメタクリル酸メチル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン−パーフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン−トリフルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン−フルオロエチレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン−プロピレンコポリマー、これらの誘導体、さらにこれらの共重合体や、混合物等を用いることができる。特に、ポリフッ化ビニリデンやポリフッ化ビニリデンーヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレンコポリマーは熱可塑性であり、さらに、電極等の構成材料を劣化させない温度で圧着可能であるため、各電極シート２１〜２３を良好に圧着することができる。さらにこれらの材料は、積層体（後述する母材シート７０）を作製する工程時は電解液を含まないゲル化前の状態で扱うことができ、積層体を作製した後にゲル化工程を行うことが可能であるため、積層体を作製しやすい。また、可塑剤であるジブチルフタレートをシート作製時に添加し、積層体を作製した後に、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン等の無極性有機溶媒で抽出することによってマトリックスポリマーを多孔構造とすることができ、電解液の保液率を向上させ、イオン伝導度を高めることが可能である。
電解液には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−ｎ−ブチルカーボネート、メチル−ｔ−ブチルカーボネート、ジ−ｉ−プロピルカーボネート、ｔ−ブチル−ｉ−プロピルカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ―バレロラクトン、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸エチル等のエステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシメタン、ジエトキシエタン等のエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、スルホラン、テトラメチエルスルホラン等のスルホラン類、１、３−ジオキソラン等のジオキソラン類等の有機溶媒にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳｉＦ６、ＬｉＡｌＦ４、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＦ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＴＦＳＩ，ＬｉＢＥＴＩ等のリチウム支持塩を溶解したリチウムイオン電池で一般的に使用される電解液を用いることができるが、電解液の材料はこれらに限られない。
また、ゲル系ポリマー電解質には、高温時のゲルの流動性を抑制し、強度向上のためにシリカやアルミナ等の無機微粒子を加えてもよい。
【００２３】
このような材料により作製されるポリマー電解質３３は、第１正極層３１及び第１負極層３２間に介在して、第１正極層３１及び第１負極層３２間を隔離する。さらに、ポリマー電解質３３は、各負極接続層４１のうち、最上層に位置する負極接続層４１上にも形成され、第１電極シート２１の最上層（中間電極シート２２とのシート対向面）を構成している。なお、本実施形態のポリマー電解質３３は、上述した各接続層３５，４１の逃げ孔３６，４２内にも充填されている。
【００２４】
図２に示すように、第１電極シート２１には、各第１正極層３１（正極集電層３４及び正極接続層３５）同士を並列接続する第１正極ビア４４と、各第１負極層３２（負極接続層４１）同士を並列接続する第１負極ビア４５と、が形成されている。
第１正極ビア４４は、第１電極シート２１において、負極接続層４１の逃げ孔４２と軸線Ｏ方向で重なる部分を軸線Ｏ方向に沿って延設されている。具体的に、図２〜図５に示すように、第１正極ビア４４は、ポリマー電解質３３及び正極接続層３５を貫通するとともに、正極接続層３５に電気的に接続されている。
【００２５】
第１正極ビア４４は、その下端部が正極集電層３４に電気的に接続され、上端面が第１電極シート２１の上面（シート対向面）上で露出している。また、図２、図５に示すように、第１正極ビア４４は、外径が負極接続層４１における逃げ孔４２の内径よりも小さくなっており、逃げ孔４２内でポリマー電解質３３を介して負極接続層４１と隔離されている。なお、第１正極ビア４４の下端部は、正極集電層３４に電気的に接続されていれば、正極集電層３４を貫通していても、貫通していなくても構わない。
【００２６】
図２、図４に示すように、第１負極ビア４５は、第１電極シート２１において、正極接続層３５の逃げ孔３６と軸線Ｏ方向で重なる部分を軸線Ｏ方向に沿って延設されている。具体的に、第１負極ビア４５は、ポリマー電解質３３及び負極接続層４１を貫通して、各負極接続層４１に電気的に接続されている。第１負極ビア４５は、その下端面が最下層の負極接続層４１に接続され、上端面が第１電極シート２１の上面（シート対向面）上で露出している。また、第１負極ビア４５は、外径が正極接続層３５における逃げ孔３６の内径よりも小さくなっており、逃げ孔３６内でポリマー電解質３３を介して正極接続層３５と隔離されている。
【００２７】
図２に示すように、中間電極シート２２は、中間正極層（正極層）５１及び中間負極層（負極層）５２がポリマー電解質３３を介して交互に積層されている。なお、中間電極シート２２において、中間正極層５１及び中間負極層５２は、同じ層数積層されている。
【００２８】
図２、図４に示すように、中間正極層５１は、上述した第１電極シート２１の正極接続層３５と同様の構成とされた複数の正極接続層３５を有している。この場合、正極接続層３５の逃げ孔３６は、各電極シート２１，２２間において、面内方向で同等の位置に形成されている。
図２、図５に示すように、中間負極層５２は、上述した第１電極シート２１の負極接続層４１と同様の構成とされた複数の負極接続層４１を有している。この場合、負極接続層４１の逃げ孔４２は、各電極シート２１，２２間において、面内方向で同等の位置に形成されている。なお、中間電極シート２２において、各負極接続層４１のうち最上層の負極接続層４１は、各正極接続層３５のうち最上層の正極接続層３５よりも上方に位置している。
【００２９】
ポリマー電解質３３は、各接続層３５，４１間に介在して、各接続層３５，４１間を隔離するとともに、中間電極シート２２における最上層及び最下層を構成している。
【００３０】
図２、図４、図５に示すように、中間電極シート２２には、各正極接続層３５（中間正極層５１）同士を並列接続する中間正極ビア５４と、各負極接続層４１（中間負極層５２）同士を並列接続する中間負極ビア５５と、が形成されている。
中間正極ビア５４は、上述した第１正極ビア４４と同軸上に配置され、中間電極シート２２において、負極接続層４１の逃げ孔４２と軸線Ｏ方向で重なる部分を軸線Ｏ方向に沿って延設されている。具体的に、中間正極ビア５４は、ポリマー電解質３３及び正極接続層３５を貫通するとともに、各正極接続層３５に電気的に接続されている。中間正極ビア５４の上下端面は、中間電極シート２２の上下面（シート対向面）でそれぞれ露出している。中間正極ビア５４は、外径が上述した第１正極ビア４４と同等の外径となっており、負極接続層４１の逃げ孔４２内でポリマー電解質３３を介して負極接続層４１と隔離されている。
【００３１】
中間負極ビア５５は、上述した第１負極ビア４５と同軸上に配置され、中間電極シート２２において、正極接続層３５の逃げ孔３６と軸線Ｏ方向で重なる部分を軸線Ｏ方向に沿って延設されている。具体的に、中間負極ビア５５は、ポリマー電解質３３及び負極接続層４１を貫通するとともに、各負極接続層４１に電気的に接続されている。中間負極ビア５５の上下端面は、中間電極シート２２の上下面（シート対向面）でそれぞれ露出している。中間負極ビア５５は、外径が上述した第１負極ビア４５と同等の外径となっており、正極接続層３５の逃げ孔３６内でポリマー電解質３３を介して正極接続層３５と隔離されている。
【００３２】
図１、図２に示すように、第１電極シート２１及び中間電極シート２２は、ポリマー電解質３３のうち第１電極シート２１の最上層を構成するポリマー電解質３３、及び中間電極シート２２のうち最下層を構成するポリマー電解質３３を介して互いに接合されている。このとき、各第１正極ビア４４及び各中間正極ビア５４のうち、面内方向で対応する第１正極ビア４４及び各中間正極ビア５４同士が互いに接続される。さらに、各第１負極ビア４５及び各中間負極ビア５５のうち、面内方向で対応する各第１負極ビア４５及び各中間負極ビア５５同士が互いに接続される。これにより、第１電極シート２１及び中間電極シート２２の正極層３１，５１及び負極層３２，５２同士が、正極ビア４４，５４及び負極ビア４５，５５を介してそれぞれ並列接続される。
【００３３】
第２電極シート２３は、第２正極層（正極層）６１及び第２負極層（負極層）６２がポリマー電解質３３を介して交互に積層されている。なお、第２電極シート２３において、第２正極層６１及び第２負極層６２は、同じ層数積層されている。
第２正極層６１は、上述した第１電極シート２１の正極接続層３５と同様の構成とされた複数の正極接続層３５を有している。この場合、正極接続層３５の逃げ孔３６は、各電極シート２１〜２３間において、面内方向で同等の位置に形成されている。
【００３４】
図６は負極集電層６３の平面図である。
図１、図６に示すように、第２負極層６２は、電極群３の最上層（容器側対向面）を構成する負極集電層６３と、ポリマー電解質３３間に配置された負極接続層４１と、を有している。
負極集電層６３は、負極側容器１３における天壁部１３ｂに電気的に接続されている。
図２、図５に示すように、負極接続層４１には、上述した電極シート２１，２２における負極接続層４１の逃げ孔４２と面内方向で同等の位置に逃げ孔４２が形成されている。なお、第２電極シート２３において、負極接続層４１は、上述した正極接続層３５のうち、最下層に位置する正極接続層３５よりも上方に位置している。
【００３５】
図２に示すように、ポリマー電解質３３は、第２正極層６１及び第２負極層６２間に介在して、第２正極層６１及び第２負極層６２間を隔離している。さらに、ポリマー電解質３３は、各正極接続層３５のうち、最下層に位置する正極接続層３５の下面にも形成され、第２電極シート２３の最下層（中間電極シート２２とのシート対向面）を構成している。
【００３６】
第２電極シート２３には、各第２正極層６１（正極接続層３５）同士を並列接続する第２正極ビア６４と、各第２負極層６２（負極接続層４１及び負極集電層６３）同士を並列接続する第２負極ビア６５と、が形成されている。
図２、図４、図５に示すように、第２正極ビア６４は、上述した各正極ビア４４，５４と同軸上に配置されるとともに、第２電極シート２３において、負極接続層４１の逃げ孔４２と軸線Ｏ方向で重なる部分を軸線Ｏ方向に沿って延設されている。具体的に、第２正極ビア６４は、ポリマー電解質３３及び正極接続層３５を貫通するとともに、各正極接続層３５に電気的に接続されている。第２正極ビア６４は、その上端部が最上層の正極集電層３４内で終端し、下端面が第２電極シート２３の下面（シート対向面）上で露出している。また、第２正極ビア６４の外径は、負極接続層４１における逃げ孔４２の内径よりも小さくなっており、逃げ孔４２内でポリマー電解質３３を介して負極接続層４１と隔離されている。
【００３７】
第２負極ビア６５は、上述した各負極ビア４５，５５と同軸上に配置され、第２電極シート２３において、正極接続層３５の逃げ孔３６と軸線Ｏ方向で重なる部分を軸線Ｏ方向に沿って延設されている。具体的に、第２負極ビア６５は、ポリマー電解質３３及び負極接続層４１を貫通するとともに、負極接続層４１に電気的に接続されている。
【００３８】
第２負極ビア６５は、その上端部が負極集電層６３に電気的に接続され、下端面が第２電極シート２３の下面（シート対向面）上で露出している。また、第２負極ビア６５の外径は、正極接続層３５における逃げ孔３６の内径よりも小さくなっており、逃げ孔３６内でポリマー電解質３３を介して正極接続層３５と隔離されている。なお、第２負極ビア６５の上端部は、負極集電層６３に電気的に接続されていれば、正極集電層３４を貫通していても、貫通していなくても構わない。
【００３９】
中間電極シート２２及び第２電極シート２３は、ポリマー電解質３３のうち中間電極シート２２の最上層を構成するポリマー電解質３３、及び第２電極シート２３のうち最下層を構成するポリマー電解質３３を介して互いに接合されている。このとき、各中間正極ビア５４及び各第２正極ビア６４のうち、面内方向で対応する中間正極ビア５４及び第２正極ビア６４同士が互いに接続される。さらに、各中間負極ビア５５及び各第２負極ビア６５のうち、面内方向で対応する中間負極ビア５５及び第２負極ビア６５同士が互いに接続される。これにより、中間電極シート２２及び第２電極シート２３の正極層５１，６１及び負極層５２，６２同士がそれぞれ並列接続される。
【００４０】
このように、本実施形態の電極群３は、複数の電極シート２１〜２３が軸線Ｏ方向で積層されとともに、各正極層４１，５１，６１同士及び各負極層４２，５２，６２同士が正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５を介して互いに並列接続されている。そして、電極群３は、積層方向を軸線Ｏ方向に一致させた状態で、収納空間Ｓ内に収納されている。さらに、電極群３は、第１電極シート２１の正極集電層３４を介して正極側容器１１に接続されるとともに、第２電極シート２３の負極集電層６３を介して負極側容器１３に接続されている。
【００４１】
図７は電極群３の概略平面図である。
ここで、図７に示すように、電極群３は、軸線Ｏ方向から見た平面視で六角形状を呈している。具体的に、電極群３は、外形が負極側容器１３における周壁部１３ａの内形（平面視における内面形状）よりも小さくなっており、負極側容器１３の周壁部１３ａに対して径方向に間隔をあけた状態で収納空間Ｓ内に収納されている。この場合、電極群３の各頂点部分は、隣り合う頂点部分間を接続する辺部分よりも負極側容器１３の周壁部１３ａに対して径方向に近接している。図３〜図６に示すように、本実施形態では、電極群３の各頂点部分に正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５の何れかが位置している。なお、電極群３の外周面に、電極群３を径方向の外側から囲繞する図示しない絶縁部材を配設し、電極群３と負極側容器１３との間の絶縁を図るように構成しても構わない。
【００４２】
［二次電池の製造方法］
次に、上述した二次電池１の製造方法について説明する。
ここでは、ポリマー電解質３３の材料に、上述したポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマーを用いた二次電池１の製造方法を記す。なお、後述する積層工程までの各工程において、ポリマー電解質３３は、ゲル化前（電解液なし）の状態のグリーンシートによって作製するものとする。
【００４３】
（１：シート作製工程）
シート作製工程では、各電極シート２１〜２３を構成するグリーンシートを作製する。ここでは、電解質グリーンシート、正極グリーンシート、及び負極グリーンシートを作製する。
【００４４】
まず、電解質グリーンシートは、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマーとジブチルフタレート、シリカ微粒子を重量比４５：４５：１０で適量のアセトンに溶解し、離形フィルムにキャスト、乾燥することで作製する。
【００４５】
また、正極グリーンシートは、電極材料としてＬｉＣｏＯ２、導電助剤としてアセチレンブラック、ポリフッ化ビニリデンーヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ジブチルフタレートを重量比８５：５：５：５として、さらに適量のアセトンで混合してスラリー状にし、離形フィルムにキャスト、乾燥することで作製する。
【００４６】
また、負極グリーンシートは、電極材料として人造黒鉛、ポリフッ化ビニリデンーヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ジブチルフタレートを重量比９０：５：５として、さらに適量のアセトンで混合してスラリー状にし、離形フィルムにキャスト、乾燥することで作製する。
【００４７】
（２：ビア形成工程）
次に、シート作製工程によって得られた各グリーンシートに対して、ビア（例えば、正極ビア４４，５４，６４や負極ビア４５，５５，６５）を形成する。この工程では、各グリーンシートを厚さ方向で並列接合するために、電解質グリーンシート、正極グリーンシート、負極グリーンシートのそれぞれに穴を形成する。穴を形成する際は、レーザー加工機（例えばパナソニックデバイスＳＵＮＸ製、ＬＰ−Ｖ１５Ｕ）を用いる。なお、ビアの密度を上げるために、正極グリーンシート、及び負極グリーンシートそれぞれのビアをスクリーン印刷機で印刷することも可能である。
【００４８】
（３：積層工程）
所望のパターンに基づいてビアが形成された電解質グリーンシート、正極グリーンシート、及び負極グリーンシートを積層機でそれぞれ積層する。熱圧着条件は１３０℃とする。なお、ここまでの工程は、全て大気下で行っている。
【００４９】
（４：打ち抜き工程）
図８は、母材シート７０をポリマー電解質３３側から見た平面図である。
続いて、各グリーンシートが積層された状態の積層体（母材シート７０）に対して、打ち抜き工程を実施する。具体的には、図８に示すように、第１電極シート２１と同様の層構成からなるとともに、外形が第１電極シート２１よりも大きい矩形状の母材シート７０を、第１電極シート２１の外形に合わせて打ち抜く。このとき、隣り合う第１電極シート２１同士において、辺部分の一辺同士が重なり合うように、複数の第１電極シート２１を順次打ち抜いていく（図８中鎖線参照）。これにより、複数の第１電極シート２１が母材シート７０から隙間なく形成される。
【００５０】
なお、母材シート７０において、第１正極ビア４４及び第１負極ビア４５は、面内方向のうち、一方向に間隔をあけて交互に並んでビア列を構成するとともに、このビア列が一方向に直交する他方向に間隔をあけて配列されている。さらに、他方向で隣り合うビア列の同極のビア（正極ビア４４同士及び負極ビア４５同士）は、半ピッチずつずれて配列されている。すなわち、正極ビア４４及び負極ビア４５は、面内方向のうち、一方向及び他方向に間隔をあけて交互に配列されている。
【００５１】
続いて、上述した第１電極シート２１と同様の方法により、中間電極シート２２及び第２電極シート２３を形成する。すなわち、中間電極シート２２及び第２電極シート２３それぞれと同様の層構成からなる母材シート７０を、中間電極シート２２及び第２電極シート２３の外形に合わせて打ち抜く。
【００５２】
（５：電極群形成工程）
次に、各電極シート２１〜２３を積層して電極群３を形成する。まず、第１電極シート２１上に中間電極シート２２を積層する。具体的には、図２に示すように、第１電極シート２１と中間電極シート２２とを面内方向で位置合わせし、その後両者を軸線Ｏ方向に接近移動させる。このとき、第１電極シート２１及び中間電極シート２２間において、対応する正極ビア４４，５４及び負極ビア４５，５５同士が面内方向で同等の位置に配置されるように、両電極シート２１，２２を位置合わせする。これにより、第１電極シート２１及び中間電極シート２２が、第１電極シート２１の最上層及び中間電極シート２２の最下層を構成するポリマー電解質３３を介して接合される。さらに、対応する正極ビア４４，５４及び負極ビア４５，５５同士が、各電極シート２１，２２間で接続される。
【００５３】
続いて、第１電極シート２１及び中間電極シート２２の積層体に第２電極シート２３を積層する。具体的には、上述した第１電極シート２１及び中間電極シート２２の積層方法と同様の方法により、中間電極シート２２上に第２電極シート２３を積層する。
以上により、電極群３が完成する。電極群３の完成後、積層体内のジブチルフタレートをジエチルエーテルで抽出し、乾燥する。なお、乾燥以降の工程はドライ環境下で行う。
【００５４】
（６：セット工程）
図９は、二次電池１の製造方法において、セット工程を説明するための工程図である。
次に、図９に示すように、電極群３を正極側容器１１内にセットする。具体的には、電極群３の正極集電層３４と正極側容器１１とを軸線Ｏ方向で対向させた状態で、電極群３と正極側容器１１とを軸線Ｏ方向に相対的に接近移動させ、正極集電層３４を底壁部１１ｂ上にセットし、電解液を滴下し、マトリックスポリマーをゲル化する。
【００５５】
続いて、負極側容器１３を正極側容器１１に固定する。具体的には、負極側容器１３の周壁部１３ａをガスケット１２の溝部１４内に挿入した後、正極側容器１１の周壁部１１ａを径方向の内側に向けてカシメる。
これにより、負極側容器１３が正極側容器１１に固定され、上述した二次電池１が完成する。なお、ガスケット１２がセットされた負極側容器１３に対して、電極群３をセットし、その後正極側容器１１を負極側容器１３に固定する方法であっても構わない。
【００５６】
このように、本実施形態では、複数の電極シート２１〜２３同士が積層されて電極群３が構成されているため、電極シート２１〜２３の積層数に応じて電極群３の厚さ寸法を適宜調整できる。この場合、複数の電極シート２１〜２３の積層により電極群３を構成することで、例えば一枚の電極シートにより同等の厚さの電極群を構成した場合に比べて母材シート７０からの打ち抜き等を高精度に行うことができる。これにより、電極群３の平面視外形を所望の形状に高精度に形成できる。
また、電極シート２１〜２３の外形形状に応じて電極群３の平面視形状が決定されるので、例えば母材シート７０から打ち抜く電極シート２１〜２３の外形形状に合わせて電極群３の平面視形状を簡単に調整できる。その結果、設計の自由度を向上させることができる。
【００５７】
特に、本実施形態では、複数の電極シート２１〜２３同士が半固体状のポリマー電解質３３を介して接合されているため、各電極シート２１〜２３の多層化を簡単に実現できる。さらに、各電極シート２１〜２３のシート対向面がポリマー電解質３３により構成されているため、正極接続層３５や負極接続層４１がポリマー電解質３３によって被覆されることになる。これにより、正極接続層３５や負極接続層４１を保護することができるので、ハンドリング性を向上させるとともに、歩留まりを向上させることができる。
しかも、同一の電極シート２１〜２３、及び隣り合う電極シート２１〜２３の正極層３１，５１，６１同士及び負極層３２，５２，６２同士が、正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５を介してそれぞれ接続される。そのため、正極層３１，５１，６１同士及び負極層３２，５２，６２同士を並列接続することができ、多層化に伴う二次電池１の高容量化を図ることができる。
【００５８】
また、第１電極シート２１が正極集電層３４を介して正極側容器１１に電気的に接続されるとともに、第２電極シート２３が負極集電層６３を介して負極側容器１３に電気的に接続されているため、電極群３と各容器１１，１３とを簡単、かつ確実に接続することができる。その結果、電気的信頼性を確保することができる。
【００５９】
さらに、電極群３が平面視で六角形状を呈しているため、例えば母材シート７０に対して各第１電極シート２１の辺部分を重ね合わせて打ち抜き等を行うことで、隣り合う第１電極シート２１間にスクラップ部分を発生させずに、複数の第１電極シート２１を母材シート７０から得ることができる。そのため、母材シート７０全体を有効活用することができるので、製造コストの削減が可能となる。
また、内面形状が平面視で円形状の外装体２内に、平面視で六角形状の電極群３が収納されているので、上述した製造コストの削減を図った上で、外装体２に対する電極群３の体積効率を確保できる。なお、電極群３と外装体２（負極側容器１３）の内面との間には、隙間が形成されることになるので、二次電池１の充放電に伴う膨張時に電極群３と外装体２の内面とが干渉するのも抑制できる。
【００６０】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上述した実施形態では、第１電極シート２１、中間電極シート２２、及び第２電極シート２３からなる３層構成の電極群３について説明したが、これに限られない。例えば、第１電極シート２１及び第２電極シート２３が積層されてなる２層構成の電極群としてもよく、４層以上の電極群としても構わない。なお、４層以上の電極群を形成する場合は、第１電極シート２１及び第２電極シート２３間に介在する中間電極シート２２の積層数を調整することが好ましい。
【００６１】
また、上述した実施形態では、第１電極シート２１の正極集電層３４と、第２電極シート２３の負極集電層６３と、を介して電極群３が外装体２に電気的に接続された構成について説明したが、これに限られない。すなわち、電極群３と外装体２との接続方法は、適宜設計変更が可能である。
【００６２】
さらに、上述した実施形態では、電極群３を平面視六角形状に形成した場合について説明したが、これに限らず、円形状であっても、六角形状以外の多角形状であっても構わない。なお、電極群３を多角形状とした場合であっても、母材シート７０上において、隣り合う電極シートの辺部分を重ね合わせて打ち抜くことで、電極シートを円形状に形成する場合に比べてスクラップ部分を小さくすることができる。
また、上述した実施形態では、母材シート７０上において、隣り合う電極シートの辺部分同士を重ね合わせて打ち抜く構成について説明したが、打ち抜き方法は適宜設計変更が可能である。例えば、隣り合う電極シートの辺部分同士を近接させた状態で打ち抜いても構わない。
さらに、電極シートは、打ち抜き以外の方法によって母材シート７０から分離させても構わない。
また、上述した実施形態では、電極シートの外形よりも大きい母材シート７０から複数の電極シートを得る場合について説明したが、これに限られない。すなわち、電極シートを一層ずつ形成しても構わない。この場合であっても、複数の電極シートを積層して電極群を構成することで、例えば一枚の電極シートにより同等の厚さの電極群を構成する場合に比べて各電極シートを高精度に形成できる。
【００６３】
また、上述した実施形態では、各電極シートのうち、双方のシート対向面にポリマー電解質が形成された構成について説明したが、これに限られない。すなわち、少なくとも一方の電極シートのうち、一方のシート対向面にポリマー電解質を形成し、このポリマー電解質を介して電極シート同士を接合しても構わない。
【００６４】
さらに、隣り合う電極シートのシート対向面を、正極層及び負極層のうち同極の電極層により構成し、これら電極層を介して電極シートのシート対向面同士を互いに接合しても構わない。具体的に、図１０に示す電極群３において、第１電極シート２１の最上層は負極接続層４１により構成され、第２電極シート２３の最下層は負極接続層４１により構成されている。また、中間電極シート２２の最上層及び最下層は、それぞれ負極接続層４１により構成されている。各電極シート２１〜２３は、軸線Ｏ方向で対向する負極接続層４１を介して互いに接合され、電極群３を構成する。なお、各電極シート２１〜２３のシート対向面を正極接続層３５により構成し、各正極接続層３５を介して各電極シート２１〜２３を互いに接合しても構わない。
この構成によれば、同極の電極層を介して電極シート２１〜２３同士を直接接合することで、ポリマー電解質３３を介して各電極シート２１〜２３を接合する構成に比べて薄型化を図ることができる。
【００６５】
上述した実施形態では、各正極ビア４４，５４，６４及び各負極ビア４５，５５，６５の外径が軸線Ｏ方向の全体に亘って一様された構成について説明したが、これに限られない。例えば図１１に示すように、各正極ビア（図１１では正極ビア４４，５４のみ示す）のうち、シート対向面に露出する部分に、それ以外の部分よりも拡径された拡径部１００を設けても構わない。
この構成によれば、各電極シート２１〜２３間において、各正極ビア４４，５４，６４同士の接合面積を増加させることができ、接触抵抗を低減することができる。なお、図示の例では、正極ビア４４，５４に拡径部１００を設けた構成について説明したが、これに限らず、正極ビア６４に拡径部を設けても、各負極ビア４５，５５，６５に拡径部を設けても構わない。
【００６６】
また、電極シート上において、正極ビア及び負極ビアのレイアウトは、適宜設計変更が可能である。
上述した実施形態では、電極シート２１〜２３において、各頂点部分に正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５の何れかが位置するように母材シート７０を打ち抜く構成について説明したが、これに限られない。例えば図１２に示すように、母材シート７０を打ち抜く際に、正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５を横断しないように、正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５をレイアウトしても構わない。この場合には、電極シート２１〜２３において、正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５が各電極シート２１〜２３の外周面に露出しないので、各正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５を保護できる。また、母材シート７０を打ち抜く際、正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５の欠けや破損等を抑制できる。
【００６７】
また、図１３に示すように、同一の母材シート７０から形成される電極シート２１〜２３が何れも同じ構成となるように、正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５をレイアウトしても構わない。この構成によれば、同一の母材シート７０から形成される電極シート２１〜２３に互換性を持たせることが可能になり、電気的特性や生産性を安定させることができる。さらに、図１２や図１３のような正極ビア４４，５４，６４及び負極ビア４５，５５，６５のレイアウトの他に、六角形状の電極シート２１〜２３の中心に対して、これらのビアを３回回転対称や、更に好ましくは６回回転対称となるようにレイアウトしてもよい。
具体的には、一枚の電極シート２１〜２３の内側において、六角形状の電極シートの中心に、重心が重なるように、３つの正極ビア、及び３つの負極ビアを、それぞれ正三角形の頂点に配置するようなレイアウトが挙げられる（この場合は３回回転対称）。また、６回回転対称となるように各々のビアをレイアウトする場合は、製造プロセスにおいて、電極シート同士の位置合わせを行う必要がなく、互換性を確保できるので、生産性を向上させることが可能になる。
【００６８】
さらに、各電極シートにおいて、正極層及び負極層の積層数は、適宜設計変更が可能である。
また、外装体２の構成は、電極群３が収納可能であれば、適宜設計変更が可能である。この場合、例えばラミネートフィルム等を用いて電極群３を収納しても構わない。
また、上述した実施形態では、電気化学セルの一例として、二次電池を例に挙げて説明したが、キャパシタや一次電池であってもよい。また、各正極層３１，５１，６１や負極層３２，５２，６２、ポリマー電解質３３に用いる材料についても、適宜変更が可能である。
【００６９】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した各変形例を適宜組み合わせても構わない。
【符号の説明】
【００７０】
１…二次電池
２…外装体
３…電極群
１１…正極側容器
１３…負極側容器
２１…第１電極シート（電極シート）
２２…中間電極シート（電極シート）
２３…第２電極シート（電極シート）
３１…第１正極層（正極層）
３２…第１負極層（負極層）
３３…ポリマー電解質
３４…正極集電層（正極層）
３５…正極接続層（正極層、電極層）
４１…負極接続層（負極層、電極層）
４４…第１正極ビア（正極ビア）
４５…第１負極ビア（負極ビア）
５１…中間正極層（正極層）
５２…中間負極層（負極層）
５４…中間正極ビア（正極ビア）
５５…中間負極ビア（負極ビア）
６１…第２正極層（正極層）
６２…第２負極層（負極層）
６３…負極集電層（負極層）
６４…第２正極ビア（正極ビア）
６５…第２負極ビア（負極ビア）
【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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【図１１】
0006579359.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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