(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が簡略であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する二次電池を効率的に製造する。【解決手段】電気化学素子を、シート状の絶縁性基材の両面に所定のパターンに基づいて導電層を設けて第１集電体および第２集電体を得る工程、前記導電層の上に、それぞれ複数個の第１電極合剤層２２ａおよび第２電極合剤層２２ｂを、前記パターンに対応させて間隙を設けて形成し、第１電極群および第２電極群を得る工程、前記第１電極群および前記第２電極群をセパレータを介して積層し、積層体を得る工程、ならびに、前記積層体を、前記間隙において切断することにより、複数個の積層型極板群を得る工程により製造する。【選択図】        図２
2004253351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）シート状の絶縁性基材の両面に所定のパターンに基づいて導電層を設けて第１集電体および第２集電体を得る工程、
（ｂ）前記導電層の上に、それぞれ複数個の第１電極合剤層および第２電極合剤層を、前記パターンに対応させるとともに間隙を設けて形成し、第１電極群および第２電極群を得る工程、
（ｃ）前記第１電極群および前記第２電極群をセパレータを介して積層し、積層体を得る工程、
（ｄ）前記積層体を、前記間隙において切断することにより、複数個の積層型極板群を得る工程を含む電気化学素子の製造方法。
【請求項２】
前記所定のパターンが、マトリックス状であることを特徴とする請求項１記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項３】
前記所定のパターンが、平行に並ぶストリップ状であることを特徴とする請求項１記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項４】
前記工程（ｂ）の後、前記工程（ｃ）の前に、前記間隙において前記導電層上に、前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層を挟む位置に、絶縁材料部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の電気化学素子の製造方法。
【請求項５】
前記積層型極板群の対向する第１側面および第２側面を金属で被覆し、第１端子および第２端子を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の電気化学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学素子に関し、特にリチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度を有する二次電池の極板群の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、二次電池に対する小型化・軽量化への要望が強まってきている。一方、現行の二次電池は、内部構造が複雑であり、一定容積あたりの製品が有する電気容量を向上させるには限界がある。また、複雑な構造が、電池の信頼性の向上を妨げている面もある。例えば、電極に接続された集電タブまたは集電リードが、電極面における均一な電極反応を妨げる場合がある。また、万一、リードの切断面に通常よりも大きな金属バリが生じた場合には、内部短絡の発生が懸念される。
【０００３】
二次電池は、正極、負極およびセパレータからなる極板群を有し、極板群には、積層型と捲回型がある。積層型の極板群は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層して得られる。また、捲回型の極板群は、長尺の正極と負極とをセパレータを介して捲回して得られる。これらの極板群は、通常、正極と負極の端部が面一に配列した側面を有する。このような側面から短絡を起こさずに電気を取り出すには、集電タブや集電リードが必要となる。
【０００４】
そこで、電池の内部構造を簡略化する観点から、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させ、集電タブや集電リードを介さずに、各側面から直接電気を取り出すことが提案されている。例えば、積層型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材を用いて一体接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、捲回型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板の芯材と板状の集電板とを接合する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２６７０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９４２２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させる場合、１つずつ極板群を作製しなければならず、極板群の製造工程が複雑になる。すなわち、複数の極板群を同時に作製することができないという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものである。本発明によれば、構造が簡略であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する電気化学素子を、同時に複数個を効率的に製造することができる。
【０００８】
すなわち、本発明は、（ａ）シート状の絶縁性基材の両面に所定のパターンに基づいて導電層を設けて第１集電体および第２集電体を得る工程、（ｂ）前記導電層の上に、それぞれ複数個の第１電極合剤層および第２電極合剤層を、前記パターンに対応させるとともに間隙を設けて形成し、第１電極群および第２電極群を得る工程、（ｃ）前記第１電極群および前記第２電極群をセパレータを介して積層し、積層体を得る工程、（ｄ）前記積層体を、前記間隙において切断することにより、複数個の積層型極板群を得る工程を含む電気化学素子の製造方法を提供する。
【０００９】
前記所定のパターンが、マトリックス状であることが有効である。
また、前記所定のパターンが、平行に並ぶ帯（ストリップ）状であることも有効である。
【００１０】
また、本発明に係る電気化学素子の製造方法は、前記工程（ｂ）の後、前記工程（ｃ）の前に、前記間隙において前記導電層上に、前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層を挟む位置に、絶縁材料部を形成する工程を含むことが有効である。
【００１１】
さらに、本発明に係る電気化学素子の製造方法は、前記積層型極板群の対向する第１側面および第２側面を金属で被覆し、第１端子および第２端子を形成する工程を含むことが有効である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、（ａ）シート状の絶縁性基材の両面に所定のパターンに基づいて導電層を設けて第１集電体および第２集電体を得る工程、（ｂ）前記導電層の上に、それぞれ複数個の第１電極合剤層および第２電極合剤層を、前記パターンに対応させるとともに間隙を設けて形成し、第１電極群および第２電極群を得る工程、（ｃ）前記第１電極群および前記第２電極群をセパレータを介して積層し、積層体を得る工程、ならびに（ｄ）前記積層体を、前記間隙において切断することにより、複数個の積層型極板群を得る工程を含む電気化学素子の製造方法に関する。
【００１３】
本発明に係る電気化学素子の製造方法の主要な工程（ａ）〜（ｄ）を、工程順に説明する。また、その他の工程についても適宜説明する。なお、その他の工程は、本発明に係る製造方法により得られる電気化学素子の構造および用途などに応じ、当業者であれば適宜選択し、組み合わせて行うことができる。また、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００１４】
工程（ａ）
まず、工程（ａ）において、シート状の絶縁性基材の両面に所定のパターンで導電層を設けて第１集電体および第２集電体を得る。
図１に示すように、所望数の集電体シートを与え得る大きさのシート状の絶縁性基材である樹脂シート２１ａを準備し、樹脂シート２１ａの両面の同じ位置に、複数の所定のパターンの導電層を設ける。ここでは、所定のパターンとして、マトリックス状のパターンを説明する。
【００１５】
例えば、所定形状の導電層を、図１に示すように複数行、複数列に樹脂シート上に形成する。このような導電層は、樹脂シートにマトリックス状のマスクを被覆し、マスクから露出する樹脂シートに金属を蒸着させる方法により得ることができる。
樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層２６ａを複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ個の導電層を形成する。このようにして第１集電体を得る。
【００１６】
ここでは、１つの導電層を２つの集電体シートに跨るように形成する場合について説明する。すなわち、２ｎ個の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シートを用いる場合、樹脂シートの片面あたり、ｎ個の導電層が形成される。
第２集電体も同様にして作製すればよい。すなわち、図１に示すように、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ｂの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設け、第２集電体を得る。
【００１７】
ここで、樹脂シートの厚さは、例えば０．５〜５００μｍであることが好ましい。また、導電層の厚さは、０．０１〜１００μｍであることが好ましい。第１電極合剤層の厚さは、特に限定されないが、例えば１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００１８】
樹脂シートとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００１９】
なお、平坦な表面を有する通常の樹脂シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
【００２０】
導電層には、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。なお、第１電極が正極である場合には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましい。また、第１電極が負極である場合には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などが好ましい。
【００２１】
導電層を形成する方法は、例えば樹脂シートにマトリックス状のマスクを被覆し、マスクから露出する樹脂シートに金属を蒸着させる方法により得ることが好ましい。なお、この場合のマスクとは、マトリックス状に開口部を有するシート状のマスクや、蒸着金属の付着を阻害する目的で樹脂シート上にマトリックス状に塗布されたオイルなどである。また、その他にも、樹脂シートにマトリックス状にインクを印刷し、金属を蒸着した後インクとインク上の蒸着金属を洗浄・除去して得る方法や、樹脂シートに金属を蒸着した後、レーザーなどの金属除去手段を用いて得る方法などがあるが、特にこれらの方法に限定されるものではない。
【００２２】
工程（ｂ）
つぎに、前記導電層の上に、それぞれ複数個の第１電極合剤層および第２電極合剤層を、前記パターンに対応させるとともに間隙を設けて形成し、第１電極群および第２電極群を得る。図２の上側に示すように、各導電層の上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層の間には、間隙として合剤を有さない導電層の露出部２３ａを残しておく。
【００２３】
第１電極合剤層は、第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は特に限定されないが、スクリーン印刷、パターン塗工などを採用することが好ましい。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。
【００２４】
なお、図２には、３行３列の電極合剤層が描かれているが、通常はより大きな集電体シート上に、より多くの導電層と電極合剤層が形成される。
第１電極合剤は、第１電極の活物質、導電材、結着剤などを、分散媒と混合することにより調製される。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜をローラで圧延して、合剤密度が高められる。
【００２５】
ここで、第１電極がリチウムイオン二次電池の正極である場合、活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を好ましく用いることができる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、ＬｉｘＣｏＯｚ、ＬｉｘＮｉＯｚ、ＬｉｘＭｎＯｚ、ＬｉｘＣｏｙＮｉ１−ｙＯｚ、ＬｉｘＣｏｆＶ１−ｆＯｚ、ＬｉｘＮｉ１−ｙＭｙＯｚ（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ）、ＬｉｘＣｏａＮｉｂＭｃＯｚ（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｒ）、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉｘＭｎ２（１−ｙ）Ｍ２ｙＯ４（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ）などを挙げることができる。ただし、ｘ値は電池の充放電により、０≦ｘ≦１．２の範囲で変化する。また、０≦ｙ≦１、０．９≦ｆ≦０．９８、１．９≦ｚ≦２．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ＜１である。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
第１電極群をリチウムイオン二次電池の負極に用いる場合、活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な有機化合物や無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２７】
炭素材料としては、コークス、熱分解炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長系）、不定形炭素、有機化合物焼成体などが挙げられる。これらのうちでは、特に、天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。
【００２８】
導電材には、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛などが用いられる。また、結着剤には、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アクリル系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどを用いることができる。
【００２９】
ここで、前記工程（ｂ）の後、後述する工程（ｃ）の前に、前記間隙において前記導電層上に、前記第１電極合剤層および前記第２電極合剤層を挟む位置に、絶縁材料部を形成する工程を行うのが好ましい。
すなわち、極板群を構成した場合に第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる第１電極合剤層の周縁部に沿って、絶縁材料を塗工する。ここでもパターン塗工を行うことが好ましい。
【００３０】
第１電極合剤層の周縁部のその他の部分にも、絶縁材料を被覆してもよいが、第１集電体シートの導電層の露出部の全体が覆われないようにする。図２のような極板群を得る場合には、第１電極合剤層の周縁部のうち、少なくとも導電層の露出部側の反対側に、絶縁材料を塗工する。なお、絶縁材料の塗工は必ずしも必要ではなく、任意に行えばよい。ここで塗工した絶縁樹脂は、極板群において、第１絶縁材料部を形成する。
【００３１】
また、第２電極群も上記第１電極群と同様に作製すればよい。
さらに、後述する工程（ｃ）によって得る積層体においては、積層体の両端部それぞれに、片面だけに第１電極合剤層を有する第１電極群、および片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極群を、それぞれ第１電極合剤層および第２電極合剤層を内側に向けて積層することが有効である。これは、最外層に電極合剤層を露出させないためである。
【００３２】
この場合、積層体の最外層に前記集電体が露出してもよいが、前記導電層を設けずに、前記絶縁性基材を露出させてもよい。この片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極群についても、他方の面に導電層、第１電極合剤層または第２電極合剤層、および絶縁材料などを設けないこと以外、上記と同様の方法で作製することができる。
【００３３】
工程（ｃ）
次に、前記第１電極群および前記第２電極群をセパレータを介して積層し、積層体を得る。
前記工程（ｂ）によって作製された第１電極群と第２電極群とを、セパレータを介して積層する。このとき、第１電極群に含まれる第１電極合剤層２２ａと第２電極群に含まれる第２電極合剤層２２ｂとが互いに対面するようにこれらを積層する。
【００３４】
また、第１電極群における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料が、それぞれ第２電極群における絶縁材料および導電層の露出部２３ｂと対面するように両極板を配置する。そして、両最外面に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極群を配し、これらで内側の電極群を挟持し、全体をプレスする。その結果、複数の積層型電極群を含む積層体が得られる。
【００３５】
なお、セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーやガラス繊維などからなる織布や不織布を用いることができる。
また、固体電解質やゲル電解質をセパレータとして用いることもできる。
固体電解質には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどをマトリックス材料として用いることができる。
【００３６】
また、ゲル電解質としては、例えば、後述の非水電解液をポリマー材料からなるマトリックスに保持させたものを用いることができる。マトリックスを形成するポリマー材料には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドとの混合物を用いることが好ましい。
【００３７】
工程（ｄ）
そして、前記積層体を、前記間隙において切断することにより、複数個の積層型極板群を得る。
複数の極板スタックからなる集合体を、極板スタックごとに分割する。このとき、第１電極および第２電極は、図２に示す矢印方向に沿って、前記間隙において切断される。導電層の露出部である間隙に対応する集電体シートの切断部は、端子との接続部２４ａ、２４ｂとなり、その反対側の樹脂シートの露出部に対応する切断部２５ａ、２５ｂは絶縁部となる。
【００３８】
従来から一般的に用いられている金属箔からなる集電体の場合、切断時に生じる金属バリが問題となる。金属バリは、セパレータを突き破り、内部短絡を引き起こす大きな原因となるからである。従って、金属バリの発生を防ぐことが重要となるが、金属バリを生じることなく金属箔を切断することは著しく困難である。一方、樹脂シートからなる集電体シートを用いる場合、切断面のほとんどが樹脂で占められているため、金属バリを生じることがない。従って、電気化学素子の信頼性を大幅に向上させることができる。
【００３９】
ここで、前記積層型極板群の対向する第１側面および第２側面を金属で被覆し、第１端子および第２端子を形成する工程を行うのが好ましい。
第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に配列する側面を、金属で被覆する。例えば、溶融もしくは半溶融状態の金属微粒子を前記側面に吹き付けることにより、前記側面を金属で被覆することができる。
【００４０】
前記側面おいて、第２電極の端面には絶縁材料が塗工されているため、金属被膜と第２電極との短絡は起こらない。こうして形成された金属被膜は、第１集電体シートの導電層の露出部とだけ電気的に接続される。
第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に配列する側面についても、上記と同様に金属で被覆する。
【００４１】
端子が正極端子となる場合には、上記金属微粒子としてアルミニウム粉末を用いることが好ましい。また、端子が負極端子となる場合には、上記金属微粒子として銅粉末を用いることが好ましい。
【００４２】
第１集電体シートの導電層と電気的に接続された金属の被膜および第２集電体シートの導電層と電気的に接続された金属の被膜は、それぞれ第１端子および第２端子として機能する。一方、端子を有さない極板群の側面は、そのままの状態でもよいが、できれば多孔質な絶縁材料で被覆することが好ましい。
このようにして、本発明に係る電気化学素子を得ることができる。
【００４３】
これらの工程を経て得られる本発明に係る電気化学素子の概略断面図を図３に示す。この積層型極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと複数の第２電極１５ｂで構成され、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間には、セパレータ１６が介在している。
第１電極１５ａは、第１集電体シート１３ａおよび２つの第１電極合剤層１４ａで構成され、第１集電体シート１３ａは、樹脂シート１１ａおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ａで構成される。すなわち、第１集電体シート１３ａは、導電層の形状パターンに応じて導電部と絶縁部とを有する。
【００４４】
図３においては、樹脂シートの一端部１１ｘを除く全面もしくは端部１１ｘと図３の紙面裏表に位置する端部を除く全面に導電層が設けられている。導電層の上には、第１電極合剤層が設けられている。図１の第１集電体シートにおいては、導電層を有さない樹脂シートの端部１１ｘもしくは端部１１ｘと図１の紙面裏表に位置する端部が絶縁部として機能する。端部１１ｘの反対側に位置する導電層の端部１２ｘには、導電層の露出部が残されている。
【００４５】
ここで、前記工程（ａ）における所定のパターンが、並行に並ぶ帯（ストリップ）状である場合について説明する。この場合は、図４に示されるような複数の第１電極群と第２電極群とを作製することによって、極板群の集合体を得ることができる。
【００４６】
このような第１電極群を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ａの両面の同じ位置に、複数行の帯状の導電層を形成する。このような導電層は、例えば、樹脂シートに帯状のマスクを被せ、マスクから露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより、得ることができる。ここでも、１つの帯状導電層を２つの帯状集電体シートに跨るように形成する。すなわち、２ｎ個の帯状集電体シートを与え得る大きさの樹脂シートを用いる場合、樹脂シートの片面あたり、ｎ個の帯状導電層を形成する。
【００４７】
次に、各帯状導電層の上に、帯状の第１電極合剤層３２ａを２つずつ形成する。２つの帯状第１電極合剤層３２ａの間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ａを間隙として残しておく。帯状の第１電極合剤層３２ａは、上記と同様の第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は上述の場合と同様である。このときペーストが塗工されなかった導電層の露出部３３ａは、第１端子との接続部３４ａとなる。
【００４８】
また、第２電極群を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ｂの両面の同じ位置に、複数行の帯状の導電層を設け、各導電層の上に、帯状の第２電極合剤層３２ｂを２つずつ形成する。２つの帯状の第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ｂを残しておく。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００４９】
このような極板群の集合体である積層体を、図４に示す矢印方向に沿って、個々の積層型極板群ごとに分割すると、導電層の露出部に対応する集電体シートの切断部は、端子との接続部３４ａ、３４ｂとなり、その反対側の樹脂シートの露出部に対応する切断部３５ａ、３５ｂは絶縁部となり、他の切断部においては合剤の断面が露出することになる。この場合、合剤の断面が露出する極板群の側面は、多孔質な絶縁材料で封止することが好ましい。
【００５０】
上述のようにして得られた積層型極板群は、必要に応じて所定形状のケースに所定の電解液とともに収容される。ケースには、例えば、ステンレス鋼板、アルミニウム板などを所定形状に加工したもの、両面に樹脂被膜を有するアルミニウム箔（アルミニウムラミネートシート）、樹脂ケースなどが用いられる。
電気化学素子が、例えばリチウムイオン二次電池の場合、電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましい。
【００５１】
非水溶媒には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのγ−ラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの非環状エーテル、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそれらのフッ化物などを用いることができる。これらは複数種を組み合わせて用いることが好ましい。特に、環状カーボネートと非環状カーボネートを含む混合物、環状カーボネートと非環状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルを含む混合物などが好ましい。
【００５２】
リチウム塩には、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、少なくともＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
【００５３】
上記のような製造法によれば、例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの範囲であれば、任意の大きさの極板群を効率よく製造することができる。
上述のようにして得られる本発明に係る電気化学素子は、少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群を有する電気化学素子であって、前記第１電極は、導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極（ｂ）は、導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなる。
【００５４】
前記第１集電体シートの導電部は前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部は前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記第２側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記第１側面に配されていることが好ましい。
【００５５】
前記第１側面および前記第２側面以外の前記極板群の側面にも、前記第１集電体シートの絶縁部および前記第２集電体シートの絶縁部が配されていてもよい。
すなわち、前記極板群は、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有することができる。
前記第１側面と前記第２側面とは、互いに前記極板群の反対側に位置することが好ましい。
前記第１端子と前記第１側面との間には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設けることができる。また、前記第２端子と前記第２側面との間には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００５６】
換言すると、本発明に係る電気化学素子は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記第２側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記第１側面に配されている。
【００５７】
また、本発明に係る電気化学素子は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記第２側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記第１側面に配され、前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている。
【００５８】
本発明に係る電気化学素子は、また、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第１側面以外の全側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第２側面以外の全側面に配されている。
【００５９】
さらに、また、本発明に係る電気化学素子は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第１側面以外の全側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第２側面以外の全側面に配され、前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている。
以下に、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。
【００６０】
【実施例】
《実施例》
本実施例では、以下の要領で積層型のリチウムイオン二次電池を作製した。
工程（ａ）
まず、シート状の絶縁性基材の両面に所定のパターンに基づいて導電層を設けて第１集電体および第２集電体を得た。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅の蒸着膜を形成し、第１集電体を得た。銅の蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
つぎに、横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのＰＥＴシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムの蒸着膜を形成し、第２集電体を得た。Ａｌ蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００６１】
工程（ｂ）
つぎに前記導電層の上に、それぞれ複数個の第１電極合剤層および第２電極合剤層を、前記パターンに対応させて間隙を設けて形成し、第１電極群および第２電極群を得た。
活物質の球状黒鉛（黒鉛化メソフェーズ小球体）１００重量部と、結着剤のスチレンブタジエンゴム３重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第１電極合剤からなるペーストを調製した。
そして、ペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×４６ｍｍの第１電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、合剤を有さない銅の蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
次に、第１電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして、両面に６行６列の第１電極合剤層を有する第１電極群を得た。
【００６２】
次に、活物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）１００重量部と、導電材のアセチレンブラック３重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第２電極合剤からなるペーストを調製した。
そして、ペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×４５ｍｍの第２電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、合剤を有さないＡｌの蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
次に、第２電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして、両面に６行６列の第２電極合剤層を有する第２電極群を得た。
一方、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極についても、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製した。
【００６３】
工程（ｃ）
ついで、前記第１電極群および前記第２電極群をセパレータを介して積層し、積層体を得た。
両面に第１電極合剤層を有する第１電極群２つで、両面に第２電極合剤層を有する第２電極群１つを、セパレータを介して挟持した。このとき、第１電極合剤層と第２電極合剤層とが互いに対面するように、また、第１電極群における蒸着膜の露出部およびポリフッ化ビニリデンが、それぞれ第２電極群におけるポリフッ化ビニリデンおよび蒸着膜の露出部と対面するように、両極板を配置した。そして、両最外面に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスした。その結果、複数の積層型電極群を含む積層体が得られた。
【００６４】
工程（ｄ）
前記積層体を、前記間隙において切断することにより、複数個の積層型極板群を得た。
切断位置を、第１電極における蒸着膜の露出部の中心、第２電極における蒸着膜の露出部の中心に対応させて、複数の極板スタックからなる集合体を極板スタック毎に分割した。その結果、一連の塗工・積層工程により、一度に３６個もの極板スタックを得ることができた。
その後、第１集電体シートの銅の蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴ樹脂部とが交互に配列する側面に、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。このとき、銅の蒸着膜の露出部が、銅膜の内部に深さ０．２ｍｍまで食い込んでいた。この銅膜は、そのまま負極端子として用いることができる。
【００６５】
次に、第２集電体シートのＡｌの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴ樹脂部とが交互に配列する側面に、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。このとき、Ａｌの蒸着膜の露出部が、アルミニウム膜の内部に深さ０．２ｍｍまで食い込んでいた。このアルミニウム膜は、そのまま正極端子として用いることができる。
こうして得られた積層型極板群の銅膜と、アルミニウム膜とに、それぞれリード線を接続し、外部の充放電装置を用いて、充放電試験を行った。
ここで用いた電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比３０：７０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。
【００６６】
［評価］
充放電は、２０℃雰囲気中で行った。
充電および放電は、それぞれ電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ２の電流モードで行った。充電終止電圧は４．２Ｖとした。放電終止電圧は３．０Ｖとした。上記条件によって得られた電気容量は９００ｍＡｈであった。
なお、比較として、従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて負極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて正極を作製したところ、同様の容量の電池を得るためには、電池の容積が実施例のリチウムイオン二次電池の１．２倍となった。このことから、本発明によれば、電気化学素子の容量あたりのエネルギー密度を、従来よりも高められることが明らかとなった。
また、実施例のリチウムイオン二次電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下などの異常は認められなかった。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、正極端子や負極端子の構造が簡略であり、集電タブや集電リードを用いる必要はないため、小型でも高い電気容量を有し、信頼性の高い電気化学素子を提供することができる。そして、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。このような電気化学素子を含む非水電解液二次電池を用いることにより、信頼性の高い携帯電話、携帯情報端末機器、カムコーダ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯音響機器、電気自動車、ロードレベリング用電源などの機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る製造方法において、絶縁性基材の上に所定のパターンに基づいて導電層を設ける様子を説明するための図である。
【図２】本発明に係る製造方法において、集電体の導電層の上に合剤層を設ける様子を説明するための図である。
【図３】本発明に係る製造方法によって得られる電気化学素子である積層型電極群の概略断面図である。
【図４】本発明に係る製造方法において、集電体の導電層の上に合剤層を設ける様子を説明するための別の図である。
【符号の説明】
１０        積層型極板群
１１ａ、ｂ  樹脂シート
１１ｘ、ｙ  樹脂シートの端部
１２ａ、ｂ  導電層
１２ｘ、ｙ  導電層の端部
１３ａ      第１集電体シート
１３ｂ      第２集電体シート
１４ａ      第１電極合剤層
１４ｂ      第２電極合剤層
１５ａ      第１電極
１５ｂ、ｂ’第２電極
１６        セパレータ
１７ａ      第１端子
１７ｂ      第２端子
１８ａ      第１絶縁材料部
１８ｂ      第２絶縁材料部
２１ａ、ｂ  樹脂シート
２２ａ      第１電極合剤層
２２ｂ      第２電極合剤層
２３ａ、ｂ  導電層の露出部
２４ａ      第１端子との接続部
２４ｂ      第２端子との接続部
２５ａ、ｂ  樹脂シートの露出部に対応する切断部
３１ａ、ｂ  樹脂シート
３２ａ      帯状の第１電極合剤層
３２ｂ      帯状の第２電極合剤層
３３ａ、ｂ  導電層の露出部
３４ａ      第１端子との接続部
３４ｂ      第２端子との接続部
３５ａ、ｂ  樹脂シートの露出部に対応する切断部
４０        セパレータ
【図１】
2004253351.tif 000003
【図２】
2004253351.tif 000004
【図３】
2004253351.tif 000005
【図４】
2004253351.tif 000006