(57)【要約】 【課題】  効率よく生産でき信頼性の優れた積層型二次電池およびその製造方法を提供する。【解決手段】  表裏面で塗布部の面積が異なる正極１０４および負極３、４を積層した場合にも、正極１０４の塗布部の端面は負極３、４の塗布部の端面から常に内側の位置に存在する積層型二次電池とする。  【選択図】  図１
2008300141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の負極集電体の片側端部に非塗布部を有し前記負極集電体の両面に負極活物質層が塗布され、表面の塗布面積より裏面の塗布面積が大きい負極電極と、
平板状の正極集電体の片側端部に非塗布部を有し前記正極集電体の両面に正極活物質層が塗布され、表面の塗布面積より裏面の塗布面積が小さい正極電極とを、
上方から見て負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の外側に位置するように積層されたことを特徴とする積層型二次電池。
【請求項２】
前記負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、前記正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の０．５〜５ｍｍ外側に位置するように積層されたことを特徴とする請求項１に記載の積層型二次電池。
【請求項３】
平板状の負極集電体の表面に間欠的に負極活物質を塗布し負極活物質層を形成する工程と、間欠的に形成された表面のそれぞれの負極活物質層の終端部より開始部側に０．１〜５ｍｍの位置から裏面の負極活物質の塗布を開始し負極活物質層を形成する工程と、
平板状の正極集電体の表面に間欠的に正極活物質を塗布し正極活物質層を形成する工程と、間欠的に形成された表面のそれぞれの正極活物質層の終端部より開始部側と反対側に０．１〜５ｍｍの位置から裏面の正極活物質の塗布を開始し正極活物質層を形成する工程と、
前記負極活物質層の表面の開始部と前記正極活物質層の表面の開始部とをそれぞれ基準点として所定の寸法で切断し短冊状の負極電極と短冊状の正極電極を形成する工程と、
上方から見て前記負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、前記正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の外側に位置するように負極電極と正極電極とを積層する工程とを含むことを特徴とする積層型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、複数枚の平板状の正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した積層型二次電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型二次電池は、金属箔などからなる集電体上に活物質層を形成したシート状の電極面積が異なる正極電極と負極電極とをセパレータを介して積層した積層体を外装材で覆い封止する構造で構成される。
【０００３】
近年、電気自動車の普及やハリブリット自動車の普及に伴って二次電池の高容量化と共に高いレートでの放電が可能な積層型二次電池への要求が高まっているが同時に安全性への要求も高まっている。
【０００４】
ラミネートフィルムで外装する積層型二次電池では、金属ケースを用いた電池に比べ製造工程が容易であるが、その発電素子となる積層体の積層位置は高い精度で形成する技術が要求されていた。
【０００５】
すなわち、安全性の観点から従来、セパレータを介した正極電極と負極電極においては正極電極の正極活物質が負極電極の負極活物質の内側に配置される構造としている（例えば特許文献１）。また充放電容量等特性面からもこのような構造が好ましい。
【０００６】
正極電極および負極電極の電極塗工方法は様々な方式があるが、スリットから電極スラリーを塗出して塗工するスリットダイコーターによる塗工方式は薄膜の塗工および塗工厚みの均一性に優れているため、よく用いられている。なお、正極電極および負極電極の電極塗工方法は同様なのでここでは負極を用いて塗工方法について説明する。図５は従来の塗工方法により片面に塗布した負極を説明する平面図であり、図６は従来の塗工方法により両面に塗布した負極を説明する平面図であり、図７は従来の塗工方法による両面に塗布した負極のスリット切断を説明する平面図である。従来の負極の塗工では、間欠塗工を行うが、間欠塗工の塗布開始時には、図５に示すように集電体１０上の表面塗布部１（なお図面上の表面塗布部には斜線を付した。以下も同様。）の塗工開始部１１の幅方向の中央部に凹部１１ａが形成され、塗布終了時には塗工終了部１２の幅方向の中央部に凸部１２ｂが形成される傾向が見られる。
【０００７】
上述のように表面の塗工をおこない片面に塗布した負極を巻き取った後、裏面について塗工すると、図６に示すように表面塗布部１と裏面塗布部２（なお図面上の裏面塗布部には破線の斜線を付した。以下も同様。）との関係は表面の塗工開始部と裏面の塗工終了部、表面の塗工終了部１２と裏面の塗工開始部２１が重なることになるため、表面の凹部１１ａと裏面の凸部、表面の凸部１２ｂと裏面の凹部が重なる構造となる。
【０００８】
両面の塗工を行ったのち、積層型二次電池では図７に示すように負極を必要な寸法にするため短冊状にスリットして用いる。図７では端部の短冊状負極３、５と中央部の短冊状負極４の３枚にスリットしている場合を示す（一点鎖線がスリット線７１を示す）が端部の短冊状負極３、５および、中央部の短冊状負極４では表面の塗布部が裏面の塗布部に対してずれて塗布されている。図８は従来の短冊状負極の正面図であり、図８（ａ）は端部の短冊状負極の正面図、図８（ｂ）は中央部の短冊状負極の正面図である。図８（ａ）に示すようにスリット後の端部の短冊状負極３、５では表面の塗布部が裏面に対して左側にずれて塗布され、図８（ｂ）に示すように中央部の短冊状負極４では逆に表面の塗布部が裏面に対して右側にずれて塗布されている。
【０００９】
この短冊状負極を積層する前にはそれぞれの負極について寸法を合わせるため切断を行う。このとき、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、表面の塗工開始部１１を基準点６、８として一定の距離をとって切断線７、９を設けるようにしている。この場合、表面と裏面の塗布端がずれた状態で負極の切断を行なうことになり、端部の短冊状負極３においては、図８（ａ）に示すように表面の塗布部に対し裏面の塗布部が短い状態で切断され、中央部の短冊状負極４では図８（ｂ）に示すように表面の塗布部に対し裏面の塗布部が長い状態で切断される。なお塗工開始部側では集電体に外部接続端子を接続するため非塗布部を設けている。
【００１０】
図９は、従来の正極と負極を積層する際の積層体の模式正面図である。上述のように切断した、表裏面で塗布部の寸法が異なる負極と、同様に製造された表裏面で塗布部の寸法が異なる正極とを積層するに当たり正極、負極の集電体の非塗布部は反対側に位置するように、正極、負極それぞれの表面の塗布部の寸法を基準として正極の塗布部が負極の塗布部の内側に配置されるように積層すると、図９に示すように、短冊状正極１０４の表面の基準点１０８と切断線１０９は短冊状負極３、４の表面の基準点６、８と切断線７、９の間に入ることになるが、端部の短冊状負極３の裏面と短冊状正極１０４の表面との位置関係、および短冊状正極１０４の裏面と中央部の短冊状負極４の表面との位置関係では正極の塗布部が負極の塗布部の内側に配置されない逆転箇所１４、１５が形成される場合がある。このように正極の塗布部の端面が負極の塗布部の端面に覆われていない場合には安全上、および性能上の観点で問題となることから不良品として取り扱うため、生産効率が悪くなる問題があった。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２２８５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題はダイコーターなど優れた塗膜を形成する塗工方法を用いて正極および負極を作製し、積層する場合においても負極の塗布部が正極の塗布部を覆い、効率よく生産でき信頼性の優れた積層型二次電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため本発明の積層型二次電池は、平板状の負極集電体の片側端部に非塗布部を有し前記負極集電体の両面に負極活物質層が塗布され、表面の塗布面積より裏面の塗布面積が大きい負極電極と、平板状の正極集電体の片側端部に非塗布部を有し前記正極集電体の両面に正極活物質層が塗布され、表面の塗布面積より裏面の塗布面積が小さい正極電極とを、上方から見て負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の外側に位置するように積層されたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の積層型二次電池は、前記負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、前記正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の０．５〜５ｍｍ外側に位置するように積層されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の積層型二次電池の製造方法は、平板状の負極集電体の表面に間欠的に負極活物質を塗布し負極活物質層を形成する工程と、間欠的に形成された表面のそれぞれの負極活物質層の終端部より開始部側に０．１〜５ｍｍの位置から裏面の負極活物質の塗布を開始し負極活物質層を形成する工程と、平板状の正極集電体の表面に間欠的に正極活物質を塗布し正極活物質層を形成する工程と、間欠的に形成された表面のそれぞれの正極活物質層の終端部より開始部側と反対側に０．１〜５ｍｍの位置から裏面の正極活物質の塗布を開始し正極活物質層を形成する工程と、前記負極活物質層の表面の開始部と前記正極活物質層の表面の開始部とをそれぞれ基準点として所定の寸法で切断し短冊状の負極電極と短冊状の正極電極を形成する工程と、上方から見て前記負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、前記正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の外側に位置するように負極電極と正極電極とを積層する工程を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の積層型二次電池およびその製造方法によれば表裏面で塗布部の面積が異なる正極および負極を積層した場合にも、正極の塗布部の端面は負極の塗布部の端面から常に内側の位置に存在するため、信頼性が高く、生産効率の良い積層型二次電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。図２は本発明による積層型電池の負極電極の両面塗布後の平面図であり、図３は本発明による積層型電池の正極電極の両面塗布後の平面図である。
【００１８】
図２に示すように負極電極は、負極集電体たとえば厚さ１０μｍの銅箔からなる集電体１０上に負極活物質が形成された表面塗布部１と裏面塗布部２から構成される。負極電極は、グラファイト粉末からなる負極活物質をＰＶＤＦからなる結着剤とともにスラリー状となるよう調整した合剤を負極の集電体１０上に片面ずつ間欠塗工により両面に塗布、乾燥し、表面塗布部１と裏面塗布部２を形成し、その後ロールプレス機により圧延し、所定の寸法にスリット切断することで短冊状負極が形成される。
【００１９】
また、正極活物質層は、図３に示すように、正極集電体たとえば厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔からなる集電体１１０上に正極活物質が形成された表面塗布部１０１と裏面塗布部１０２から構成される。正極電極はコバルト酸リチウムからなる正極活物質に、ＰＶＤＦからなる結着剤とアセチレンブラックからなる導電剤を添加してスラリー状となるように調整した合剤を正極の集電体１１０上に片面ずつ間欠塗工により両面に塗布、乾燥し、表面塗布部１０１と裏面塗布部１０２を形成し、その後ロールプレス機により圧延し、所定の寸法にスリット切断することで短冊状正極が形成される。
【００２０】
次に負極電極の形成についてさらに詳細に説明する。図４は本発明の短冊状負極の正面図であり、図４（ａ）は端部の短冊状負極の正面図であり、図４（ｂ）は中央部の短冊状負極の正面図である。図２に示すように負極電極の形成において表面塗布部１には塗工開始部１１で中央部に凹部が形成され、塗工終了部１２で中央部に凸部が形成される。表面の塗工終了後、裏面の塗工に際して、塗工開始部は表面の塗工終了部１２から塗工開始部１１側にずらした位置から塗工を行う。ずらす距離は中央部を基点として０．１〜５ｍｍが好ましい。これは塗工開始部が湾曲する構造上、中央部でのずれが最小となり、端部で最大となるためである。中央部でずらす距離が０．１〜５ｍｍの場合、端部でのずれは０．１〜１０ｍｍとなることがある。塗工終了後スリットにより得られる端部の短冊状負極は図４（ａ）に示すように表面の塗布部が裏面に対して右側にずれて塗布され、中央部の短冊状負極も図４（ｂ）に示すように表面の塗布部が裏面に対して右側にずれて塗布されている。
【００２１】
この短冊状負極を積層する前には、それぞれの負極について寸法を合わせるため切断を行うがこのとき、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように表面の塗工開始部１１を基準点６、８として一定の距離をとって切断線７、９を設け切断すると、端部の短冊状負極、中央部の短冊状負極とも表面の塗工開始部１１の基準点６、８の裏面においては必ず塗布部がある構造となる。このようにして表面の塗布面積より裏面の塗布面積が大きな負極電極が得られる。
【００２２】
正極電極の形成については、図３に示すように、表面の塗工終了後、裏面の塗工に際して、塗工開始部は表面の塗工終了部から塗工開始部の反対側にずらした位置から塗工を行う。ずらす距離は０．１〜５ｍｍが好ましい。正極においても負極の場合と同様に塗工開始部が湾曲する構造となるためである。塗工終了後スリットにより得られる端部の短冊状正極は表面の塗布部が裏面に対してずれて塗布され、表面の塗工開始部を基準点として一定の距離を取って切断線を設け切断すると、端部の短冊状正極、中央部の短冊状正極とも表面の塗工開始部の基準点の裏面においては必ず塗布部がない構造となる。このようにして表面の塗布面積より裏面の塗布面積が小さな正極電極が得られる。ここで正極のスリット幅は負極より狭く、また正極の表面の基準点から切断線までの距離は、負極の表面の基準点から切断線までの距離より短く設定しておく。
【００２３】
上記のように作製した正極電極と負極電極の間にセパレータとしてポリエチレン不織布を介して所定の数量だけ対向させて積層させた積層体からなる電池要素を作製する。図１は、本発明の正極電極と負極電極を積層する際の積層体の模式正面図である。図１においてセパレータは図示省略してあるが、正極電極と負極電極を積層する際には、上方から見て負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の外側に位置するように積層する。このとき負極電極の表面の負極活物質層の塗布外周位置が、正極電極の表面の正極活物質層の塗布外周位置の０．５〜５ｍｍ外側に位置するように積層されることが好ましい。積層作業において、正極活物質は必ず負極活物質の内側に位置することが、重要であり、その内側への位置は負極より１〜２ｍｍ程度が望ましい。また、積層作業での位置の精度は±２ｍｍとした場合、合計で４ｍｍとなるためマージンをとって５ｍｍとすることが好ましい。
【００２４】
負極電極及び正極電極の電極活物質の非塗布部に外部接続タブを接合させる。外部接続タブの幅はタブ引出し部の外装体の辺の長さの４／５〜２／５としておくとよい。これは、外装体の接合部の熱融着される箇所を外装体の１／５とした場合、タブ幅はその残り全ての幅を最大とし、２／５を最小とする。これはタブ幅が狭いと、タブ自体の持つ抵抗で効率よく電流を取り出せないために一定以上のタブ幅を必要とするためである。その後、外装を行う。外装フィルムは、ナイロン／アルミ／ポリプロピレンの３層構造をもつアルミラミネートフィルムであり、電池要素を収納するためフィルムに絞り加工による収納部をポリプロピレン側が凹状となるように設けた。上記電池要素を外装フィルムの電池要素収納部に収納し、もう一方の外装フィルムで電池要素を覆い、接合部を重ね合わせて熱融着によって外装体の周囲３辺を融着する。融着されていない１辺より電池要素収納部に電解液を注液した後、真空にて熱融着機によって封止をおこないフィルム外装の積層型二次電池を作製する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の正極電極と負極電極を積層する際の積層体の模式正面図。
【図２】本発明による積層型電池の負極電極の両面塗布後の平面図。
【図３】本発明による積層型電池の正極電極の両面塗布後の平面図。
【図４】本発明の短冊状負極の正面図、図４（ａ）は端部の短冊状負極の正面図、図４（ｂ）は中央部の短冊状負極の正面図。
【図５】従来の塗工方法により片面に塗布した負極を説明する平面図。
【図６】従来の塗工方法により両面に塗布した負極を説明する平面図。
【図７】従来の塗工方法による両面に塗布した負極のスリット切断を説明する平面図。
【図８】従来の短冊状負極の正面図、図８（ａ）は端部の短冊状負極の正面図、図８（ｂ）は中央部の短冊状負極の正面図。
【図９】従来の正極と負極を積層する際の積層体の模式正面図。
【符号の説明】
【００２６】
１、１０１    表面塗布部
２、１０２    裏面塗布部
３、５ （端部の短冊状）負極
４  （中央部の短冊状）負極
６、８、１０８ 基準点
７、９、１０９ 切断線
１０、１１０ 集電体
１１，２１  塗工開始部
１１ａ    凹部
１２    塗工終了部
１２ｂ    凸部
１４、１５ 逆転箇所
７１  スリット線
１０４  （短冊状）正極
【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】
2008300141.tif 000008
【図７】
2008300141.tif 000009
【図８】
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【図９】
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