(57)【要約】【課題】折畳まれた帯状の正極シート又は負極シートの折目における電解質層から電解液が揮発することを抑制して電池性能の低下を防止するとともに、その部分に加わる外部からの衝撃を緩和する。【解決手段】正極シート１１又は負極シート１４が帯状であって正極活物質１３又は負極活物質１６表面にポリマー電解質層１７を有した状態で１又は２回以上折畳まれて形成され、折畳まれた正極シート１１又は負極シート１４の折目を除くポリマー電解質層１７の間にそれぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の負極シート１４又は正極シート１１が挟持される。外部に露出するポリマー電解質層１７を覆うように正極シート１１又は負極シート１４の折目がフィルム２６で被覆される。フィルム２６がポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレートからなる。【選択図】  図１
2004207119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体箔(12)の表面に正極活物質(13)が形成された正極シート(11)と、負極集電体箔(15)の表面に負極活物質(16)が形成された負極シート(14)と、前記正極活物質(13)と前記負極活物質(16)との間に介装されたポリマー電解質層(17)と、前記ポリマー電解質層(17)を介して積層された前記正極シート(11)及び前記負極シート(14)を密封するパッケージシート(24)とを備え、
前記正極シート(11)又は負極シート(14)が帯状であって前記正極活物質(13)又は前記負極活物質(16)表面に前記ポリマー電解質層(17)を有した状態で１又は２回以上折畳まれて形成され、前記折畳まれた正極シート(11)又は負極シート(14)の折目を除く前記ポリマー電解質層(17)の間にそれぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の負極シート(14)又は正極シート(11)が挟持されたリチウムイオンポリマー二次電池において、
外部に露出する前記ポリマー電解質層(17)を覆うように前記正極シート(11)又は負極シート(14)の折目がフィルム(26)で被覆されたことを特徴とするリチウムイオンポリマー二次電池。
【請求項２】
フィルム(26)がポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレートからなる請求項１記載のリチウムイオンポリマー二次電池。
【請求項３】
折畳まれた正極シート(11)又は負極シート(14)の最上層と最下層の外表面に単一のフィルム(26)の両端部が積層されて前記正極シート(11)又は負極シート(14)の折目が前記フィルム(26)で被覆された請求項１又は２記載のリチウムイオンポリマー二次電池。
【請求項４】
フィルム(26)に粘着材層(27)が積層され、前記粘着材層(27)を介して前記フィルム(26)が前記正極シート(11)又は負極シート(14)の折目を被覆する請求項１３記載のリチウムイオンポリマー二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマー電解質層を介装して正極シート及び負極シートを積層したリチウムイオンポリマー二次電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年のビデオカメラやノート型パソコン等のポータブル機器の普及により薄型の電池に対する需要が高まっている。この薄型の電池として、正極シートと負極シートを積層して形成されたリチウムイオンポリマー二次電池が知られている。この正極シートは、正極集電体箔の表面に活物質を形成することにより作られ、負極シートは負極集電体箔の表面に活物質を形成することにより作られる。正極シートの活物質と負極シートの活物質の間にはポリマー電解質層が介装される。この電池では、それぞれの活物質における電位差を電流として取出すための正極端子及び負極端子が正極集電体箔及び負極集電体箔に設けられ、このように積層されたものをパッケージで密閉することによりリチウムイオンポリマー二次電池が形成される。このリチウムイオンポリマー二次電池ではパッケージから引出された正極端子及び負極端子を電池の端子として使用することにより所望の電気が得られるようになっている。
【０００３】
一方、このリチウムイオンポリマー二次電池の放電容量を増大させるには正極シート及び負極シートの面積を拡大させる必要がある。正極シート及び負極シートの面積を拡大させたリチウムイオンポリマー二次電池として、正極シート又は負極シートを帯状にし、この活物質表面にポリマー電解質層を有した状態で１又は２回以上折畳み、その折畳まれた正極シート又は負極シートの折目を除くポリマー電解質層の間にそれぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の負極シート又は正極シートを挟持されたものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）。このリチウムイオンポリマー二次電池では、帯状の正極シート又は負極シートを折畳むので、その外形形状を拡大することはなく、放電容量を拡大することができるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−０２８２７３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、活物質表面にポリマー電解質層を有した状態で帯状の正極シート又は負極シートを折畳むと、その折畳まれた正極シート又は負極シートの折畳んだ折目ではポリマー電解質層が外部に表出することになる。このポリマー電解質層には、電解液が含まれているため、電解質層がその折目から外部に表出すると、その折目における電解質層から電解液が揮発して電解液の不足を引き起こし、電池性能が低下する不具合がある。また、電解質層がゲル状である場合にはその折目に外部から衝撃が加わるとその折目における電解質層がダメージを受け、電池性能の低下や短絡の危険がある。
本発明の目的は、折畳まれた帯状の正極シート又は負極シートの折目における電解質層から電解液が揮発することを抑制して電池性能の低下を防止するとともに、その部分に加わる外部からの衝撃を緩和し得るリチウムイオンポリマー二次電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、正極集電体箔１２の表面に正極活物質１３が形成された正極シート１１と、負極集電体箔１５の表面に負極活物質１６が形成された負極シート１４と、正極活物質１３と負極活物質１６との間に介装されたポリマー電解質層１７と、ポリマー電解質層１７を介して積層された正極シート１１及び負極シート１４を密封するパッケージシート２４とを備え、正極シート１１又は負極シート１４が帯状であって正極活物質１３又は負極活物質１６表面にポリマー電解質層１７を有した状態で１又は２回以上折畳まれて形成され、折畳まれた正極シート１１又は負極シート１４の折目を除くポリマー電解質層１７の間にそれぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の負極シート１４又は正極シート１１が挟持されたリチウムイオンポリマー二次電池の改良である。
その特徴ある構成は、外部に露出するポリマー電解質層１７を覆うように正極シート１１又は負極シート１４の折目がフィルム２６で被覆されたところにある。
【０００７】
この請求項１に係る発明では、正極シート１１又は負極シート１４の折目における比較的乾燥しやすいポリマー電解質層１７をフィルム２６が被覆するので、その折目におけるポリマー電解質層１７から電解液が揮発することをそのフィルム２６が防止する。その結果、その折目におけるポリマー電解質層１７の乾燥は抑制され、放電容量のサイクル特性及び高率充放電特性を安定させる。また、このフィルム２６の存在によりその折目に加わる外部からの衝撃を緩和することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、フィルム２６がポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレートからなるリチウムイオンポリマー二次電池である。
この請求項２に係る発明では、折目におけるポリマー電解質層１７の乾燥を十分に抑制することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、折畳まれた正極シート１１又は負極シート１４の最上層と最下層の外表面に単一のフィルム２６の両端部が積層されて正極シート１１又は負極シート１４の折目がフィルム２６で被覆されたリチウムイオンポリマー二次電池である。
この請求項３に係る発明では、正極シート１１又は負極シート１４の折目における全てのポリマー電解質層１７を単一のフィルム２６が被覆するので、その被覆が容易になる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、フィルム２６に粘着材層２７が積層され、粘着材層２７を介してフィルム２６が正極シート１１又は負極シート１４の折目を被覆するリチウムイオンポリマー二次電池である。
この請求項４に係る発明では、折畳まれた正極シート１１又は負極シート１４の最上層と最下層の外表面にフィルム２６の端部を積層するだけの単純な作業で正極シート１１又は負極シート１４の折目における全てのポリマー電解質層１７を被覆することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１に示すように、リチウムイオンポリマー二次電池１０は、正極シート１１と負極シート１４との間にポリマー電解質層１７を介装し、その正極シート１１及び負極シート１４を積層したものである。正極シート１１は正極集電体箔１２の表面に正極活物質１３が形成されたものであり、負極シート１４は負極集電体箔１５の表面に負極活物質１６が形成されたものである。また、ポリマー電解質層１７は正極集電体箔１２に形成された正極活物質１３と負極集電体箔１５の表面に形成された負極活物質１６との間に介装される。このリチウムイオンポリマー二次電池１０は、放電容量を拡大するために帯状の負極集電体箔１５を用い、その帯状の負極集電体箔１５は活物質表面１６にポリマー電解質層１７を有した状態で折畳まれる。なお、この実施の形態における負極集電体箔１５はＣｕ箔であり、負極集電体箔１５の負極活物質１６にはグラファイト系の活物質が使用される。
【００１２】
図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、負極活物質１６の負極集電体箔１５の表面への具体的な形成手順は、活物質を溶液に分散混合して作製したスラリーを帯状の負極集電体箔１５の上面にドクターブレード法により塗布して乾燥することにより行われる。一方、負極活物質１６は他方の側部１５ｂを除いて表面である図における負極集電体箔１５の上面に形成され、ポリマー電解質層１７はその負極活物質１６の上面に電解質スラリーを塗布乾燥することにより作られる。ポリマー電解質層１７はこの負極活物質１６を被覆する面積を有するように形成される。具体的には、図６（ｃ）に示すように、電解質スラリーを負極活物質１６を覆うように塗布し、その後乾燥することにより負極活物質１６を被覆する面積に形成される。
図１に戻って、リチウムイオンポリマー二次電池１０は、折畳まれた負極シート１４の折目を除くポリマー電解質層１７の間にそれぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の正極シート１１が挟持される。挟持される正極シート１１の正極活物質１３の表面にもポリマー電解質層１７が形成される、この実施の形態における正極集電体箔１２はＡｌ箔であり、正極活物質１３には例えばＬｉＣｏＯ2が使用される。
【００１３】
具体的な正極シート１１の作製手順は、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、活物質を溶液に分散混合したスラリーをドクターブレード法により塗布して乾燥することにより後に正極集電体箔になる帯状のＡｌ箔１８の上面に先ず正極活物質１３を形成する。正極活物質１３はＡｌ箔１８の一方の側部を除いて形成され、ポリマー電解質層１７はこの正極活物質１３を被覆する面積を有するように形成される。具体的には、図５（ｃ）に示すように、電解質スラリーは正極活物質１３を覆うように塗布し、その後乾燥することにより正極活物質１３を被覆する面積に形成される。その後図５（ｄ）に示すように、正極活物質１３及びポリマー電解質層１７を有する帯状のＡｌ箔１８は、その正極活物質１３及びポリマー電解質層１７とともに負極シート１４の折畳み面積に相応した面積を有するように切断される。これにより、正極集電体箔１２の表面に正極活物質１３が形成され、その正極活物質１３表面にポリマー電解質層１７を有する所定の面積の正極シート１１が複数枚作られる。
【００１４】
次いで図４に示すように、ポリマー電解質層１７を間に介装して正極シート１１及び負極シート１４が積層される。この積層は熱圧着により行われる。即ち、負極シート１４に折目の間隔に相応する所定のピッチで複数の正極シート１１を配置し、その状態で所定の温度に加熱された反対方向にそれぞれ回転する一対のローラ１９，１９間に図の実線矢印に示すように通過させ、ポリマー電解質層１７を介装した状態で正極シート１１及び負極シート１４を熱圧着する。複数の正極シート１１の負極シート１４上への配置は、帯状の負極集電体箔１５の一方の側縁１５ａが複数の正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａから突出し、複数の正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂがその帯状の負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂから突出するように、またそれぞれの正極シート１１が負極シート１４の折目に相当する部分をあけて配置される。
【００１５】
図３に示すように、このように正極シート１１が積層された負極シート１４の折畳みは、正極シート１１が配置されていない負極シート１４の折目を交互に折曲げることにより行われる。このように折畳むと、帯状の負極集電体箔１５の一方の側縁１５ａは複数の正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａから突出し、複数の正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂは帯状の負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂから突出した状態で積層される。図１に示すように、このように折畳まれた負極シート１４の折目を除くポリマー電解質層１７の間には、それぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の正極シート１１が挟持される。一方、図２及び図３に示すように、複数の正極集電体箔１２の一端１２ａから突出した負極集電体箔１５の複数の突出部１５ｃにはこの突出部１５ｃを相互に接続する負極端子２１の一端が止め金具２２により設けられ、負極集電体箔１５の他端縁１５ｂから突出した正極集電体箔１２の複数の突出部１２ｃにはこの突出部１２ｃを相互に接続する正極端子２３の一端が止め金具２２により設けられる。
【００１６】
図１に示すように、負極活物質１６の表面にポリマー電解質層１７を有した状態で帯状の負極シート１４を折畳むと、その折畳まれた負極シート１４の折畳んだ一方の折目ではポリマー電解質層１７が外部に表出する。図１及び図３に示すように、この外部に露出するポリマー電解質層１７を覆うように負極シート１４の折目はフィルム２６で被覆される。この実施の形態におけるフィルム２６はポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレートからなり、厚さが０．０１〜０．２ｍｍ好ましくは０．０２〜０．０８ｍｍのフィルム２６が使用される。図３に示すように、このフィルム２６の幅は帯状の負極シート１４の幅と略同一または僅かに大きく形成され、粘着材層２７（図１）が積層される。図１に示すように、この粘着材層２７が積層されたフィルム２６の両端部は、折畳まれた負極シート１４の最上層と最下層の外表面に積層され、フィルム２６の両端部における粘着材層２７がその最上層と最下層の外表面に接着されることにより、負極シート１４の折目はそのフィルム２６により被覆される。
【００１７】
図１及び図２に示すように、このように折畳まれた帯状の負極シート１４は複数の正極シート１４とともにパッケージシート２４で密封される。この実施の形態におけるパッケージシート２４はポリプロピレンがラミネートされたアルミニウム箔であり、一対のパッケージシート２４で折畳まれた帯状の負極シート１４を複数の正極シート１１とともに挟み、真空雰囲気中でパッケージシート２４の周囲を熱圧着することにより密封される。一対のパッケージシート２４は正極端子２３の他端及び負極端子２１の他端がそれぞれそのパッケージシート２４の外部に表出するように周囲が熱圧着され、このようにして作られたリチウムイオンポリマー二次電池１０は、パッケージシート２４から引出された正極及び負極端子２１，２３の他端を電池の端子として使用することにより所望の電気を得ることができる。
【００１８】
このように構成されたリチウムイオンポリマー二次電池１０は、外部に露出するポリマー電解質層１７を覆うように正極シート１１又は負極シート１４の折目をフィルム２６で被覆したので、負極シート１４の折目におけるポリマー電解質層１７から電解液が揮発することをそのフィルム２６が防止する。その結果、その折目におけるポリマー電解質層１７の乾燥は抑制され、放電容量のサイクル特性及び高率充放電特性が安定し、その信頼性を向上させることができる。特にこの実施の形態では、フィルム２６が電解液の揮発を有効に防止するポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレートからなるので、折目におけるポリマー電解質層１７の乾燥を十分に抑制することができる。
【００１９】
また、フィルム２６に粘着材層２７を積層し、折畳まれた正極シート１１又は負極シート１４の最上層と最下層の外表面に単一のフィルム２６の両端部を積層することにより負極シート１４の折目を単一のフィルム２６で被覆するので、折畳まれた負極シート１４の最上層と最下層の外表面にフィルム２６の端部を積層するだけの単純な作業で、その折目における全てのポリマー電解質層１７を被覆することができ、このフィルム２６の存在によりその折目に加わる外部からの衝撃を緩和することができる。
【００２０】
なお、上述した実施の形態では、正極及び負極活物質１３，１６及びポリマー電解質層１７を負極及び正極集電体箔１２，１５の表面である一方の面に塗布乾燥し、帯状の負極シート１４の一方の面に所定のピッチで複数の正極シート１１を熱圧着して正極シート１１が配置されていない負極シート１４の折目を交互に折曲げたが、図８に示すように、正極及び負極活物質１３，１６及びポリマー電解質層１７を負極及び正極集電体箔１２，１５の上下の双方の面にそれぞれ塗布乾燥した帯状の負極シート１４の上下の双方の面に所定のピッチで複数の正極シート１１を熱圧着し、図７に示すように、正極シート１１が配置されていない負極シート１４の折目を交互に折曲げたリチウムイオンポリマー二次電池であってもよい。但し、図７に示すように、負極及び正極集電体箔１２，１５の表面である両面に正極活物質１３，１６及びポリマー電解質層１７をそれぞれ塗布乾燥した帯状の負極又は正極シート１４、１１を交互に折曲げると、折畳んだ両側にポリマー電解質層１７が露出することになるため、この両側の外部に露出するポリマー電解質層１７を覆うように負極シート１４の折目をフィルム２６で被覆することが必要である。
【００２１】
また、上述した実施の形態では、帯状の負極シート１４を折畳む場合を示したが、図示しないが、帯状の正極シートをポリマー電解質層を有した状態で１又は２回以上折畳み、折畳まれた正極シートの折目を除くポリマー電解質層の間にそれぞれ折畳み面積に相応した面積を有する複数の負極シートを挟持してもよい。この場合、上述した実施の形態では、挟持される正極シート１１がその正極活物質１３表面にポリマー電解質層１７を有する場合を説明したが、このように、帯状の正極シートを折畳む場合には、挟持される負極シートの活物質表面にポリマー電解質層が形成される。
また、上述した実施の形態では、挟持される正極シート１１がその正極活物質１３表面にポリマー電解質層１７を有する場合を説明したが、図示しないが、負極シートの活物質表面にポリマー電解質層を介装して正極シートが積層可能である限り、正極シートの活物質表面にポリマー電解質層を予め形成しなくても良い。
更に、図４に正極シートと負極シートの双方の片面に活物質及びポリマー電解質層を設けた例を示し、また図８に正極シートと負極シートの双方の両面に活物質及びポリマー電解質層を設けた例を示したが、本発明はこれらに限らず、正極シート又は負極シートの一方の両面に活物質及びポリマー電解質層を設け、正極シート又は負極シートの他方の片面に活物質及びポリマー電解質層を設けてもよい。この場合、片面に活物質及びポリマー電解質層を有するシートは帯状のシートであることが好ましい。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、外部に露出するポリマー電解質層を覆うように正極シート又は負極シートの折目をフィルムで被覆するので、その折目におけるポリマー電解質層から電解液が揮発することをそのフィルムが防止する。その結果、その折目におけるポリマー電解質層の乾燥は抑制され、放電容量のサイクル特性及び高率充放電特性を安定させ、その信頼性を向上させることができる。この場合、フィルムがポリプロピレン、ポリエチレン又はポリエチレンテレフタレートからなるものであれば、その折目におけるポリマー電解質層の乾燥を十分に抑制することができる。
【００２３】
また、フィルムに粘着材層を積層し、折畳まれた正極シート又は負極シートの最上層と最下層の外表面に単一のフィルムの両端部が積層するようにすれば、折畳まれた正極シート又は負極シートの最上層と最下層の外表面にフィルムの端部を積層するだけの単純な作業で正極シート又は負極シートの折目における全てのポリマー電解質層を被覆することができ、その作業性が向上する。また、本発明のリチウムイオン二次電池では、このフィルムの存在によりその折目に加わる外部からの衝撃を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の二次電池を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】その二次電池を示す図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】その二次電池の構成を示す分解斜視図。
【図４】その負極シートに正極シートが熱圧着される状態を示す斜視図。
【図５】その正極シートの製造工程を示す図。
【図６】その負極シートの製造工程を示す図。
【図７】本発明の別の二次電池を示す図１に対応する断面図。
【図８】その別の二次電池における負極シートに正極シートが熱圧着される状態を示す図４に対応する斜視図。
【符号の説明】
１０  リチウムイオンポリマー二次電池
１１  正極シート
１２  正極集電体箔
１３  正極活物質
１４  負極シート
１５  負極集電体箔
１６  負極活物質
１７  ポリマー電解質層
２４  パッケージシート
２６  フィルム
２７  粘着材層
【図１】
2004207119.tif 000003
【図２】
2004207119.tif 000004
【図３】
2004207119.tif 000005
【図４】
2004207119.tif 000006
【図５】
2004207119.tif 000007
【図６】
2004207119.tif 000008
【図７】
2004207119.tif 000009
【図８】
2004207119.tif 000010