(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ帯状の集電体層を有する正極および負極を電解質を間にして積層し、かつ巻回した構造を有する電池素子が、外装部材により覆われてなる偏平形状の電池であって、
前記正極の長手方向の長さが負極のそれよりも長く、前記電池素子の最外周部側の端部付近に前記負極と正極との間に段差を有し、前記外装部材の片面には前記段差を間にしてその両側にそれぞれ開口を有し、前記正極および負極の各集電体層はそれぞれ前記開口を介して電極端子として外部に露出している、電池。
【請求項２】
前記電解質は、高分子化合物と電解質塩とを含有する、請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記外装部材は、高分子化合物を含有する、請求項１記載の電池。
【請求項４】
前記外装部材は、ラミネートフィルムにより構成されている、請求項３記載の電池。
【請求項５】
前記外装部材は、高分子化合物からなるフィルムにより構成されている、請求項３記載の電池。
【請求項６】
前記集電体層は、金属箔により形成されている、請求項１記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極および負極と共に電解質を備えた電池素子が外装部材により覆われてなる電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年になって、カメラ一体型ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）、携帯電話あるいはラップトップコンピュータなどの携帯用電子機器が急速に普及しつつあり、このような電子機器のデバイスとして、電気化学デバイスの更なる高性能化が必要とされている。
【０００３】
従来、二次電池などの電気化学デバイスでは、イオン伝導を司る物質として、水または可燃性の有機溶媒などに電解質塩を溶解させた液状の電解質（以下、電解液という。）が用いられてきた。
【０００４】
図１４は、従来の二次電池の構造の一例を表すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状で、一端部が閉鎖され他端部が開放された電池缶１１１の内部に、帯状の正極１２１と負極１２２とが電解液（図示せず）を含浸したセパレータ１２３を介して巻回された巻回電極体１２０を有している。電池缶１１１の内部には、巻回電極体１２０を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板１１２，１１３がそれぞれ配置されている。電池缶１１１の開放端部には、電池蓋１１４と、この電池蓋１１４の内側に設けられた安全弁機構１１５およびＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）素子１１６とが、ガスケット１１７を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶１１１の内部は密閉されている。
【０００５】
巻回電極体１２０は、センターピン１２４を中心に巻回されており、正極１２１からは正極リード１２５が引き出され、負極１２２からは負極リード１２６が引き出されている。正極リード１２５は安全弁機構１１５に溶接されることにより電池蓋１１４と電気的に接続されており、負極リード１２６は電池缶１１１に溶接され電気的に接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の二次電池では、電解液が用いられるために漏液などの問題があり、金属製の電池缶１１１および電池蓋１１４を用いて気密性を厳重に確保する必要があった。また、そのために、溶接などの煩雑な工程を経て、正極リード１２５および負極リード１２６を取り付けていた。すなわち、一般に、従来の二次電池は重量が大きく、また、製造工程が煩雑であり、形状の自由度も低いという問題があった。
【０００７】
そこで、最近活発に研究がなされている、いわゆる固体電解質などを用いて、煩雑な製造工程を必要としない簡便な構造を有する電池を開発することが望まれている。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡便な構造を有し、容易に製造することができる電池およびその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電池は、それぞれ帯状の集電体層を有する正極および負極を電解質を間にして積層し、かつ巻回した構造を有する電池素子が、外装部材により覆われてなる偏平形状の電池であって、正極の長手方向の長さが負極のそれよりも長く、電池素子の最外周部側の端部付近に負極と正極との間に段差を有し、外装部材の片面には段差を間にしてその両側にそれぞれ開口を有し、正極および負極の各集電体層はそれぞれ開口を介して電極端子として外部に露出している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、負極においてリチウム（Ｌｉ）を吸蔵・離脱する二次電池の例を挙げて説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電池１の平面構造を表すものであり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面構造を表すものである。この電池１は、外装部材１０と、この外装部材１０の内部に収容された電池素子２０とを備えている。電池素子２０は、例えば、正極合剤層２１ａおよび正極集電体層２１ｂを有する薄板状の正極２１と、負極合剤層２２ａおよび負極集電体層２２ｂを有する薄板状の負極２２とが電解質２３を介して積層されたものである。
【００１９】
外装部材１０は、例えば２枚の矩形状のフィルム１０ａ，１０ｂ（図２参照）により構成されている。これらの２枚のフィルム１０ａ，１０ｂは例えば同一の大きさであり、各外縁部が、融着あるいは接着剤により互いに密着されている。なお、外装部材１０の端部と電池素子２０との間の空隙には、封止材３０が充填されており、封止材３０を介して外装部材１０と電子素子２０とが密着している。
【００２０】
この外装部材１０の、正極２１、より詳細には正極集電体層２１ｂに隣接する部分には、開口１１が設けられている。また、負極２２、より詳細には負極集電体層２２ｂに隣接する部分には、開口１２が設けられている。従って、正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂは、これらの開口１１，１２を介して部分的に露出している。正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂの露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、それぞれ電極端子として機能するようになっている。
【００２１】
なお、図１および図２では四角形状の開口１１，１２を示したが、開口１１，１２の形状は、四角形に限らず、円形状などの他の形状であってもよい。また、開口１１および開口１２の形状がそれぞれ異なっていてもよい。
【００２２】
外装部材１０（フィルム１０ａ，１０ｂ）は、例えば、高分子化合物膜と金属膜と高分子化合物膜とをこの順に張り合わせたラミネートフィルムにより形成されている。高分子化合物膜の構成材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂，ナイロン（ポリアミド系の合成樹脂），酢酸ビニル系樹脂，アクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂が挙げられる。また、金属膜は、外装部材１０の内部に外気（特に、水分）が侵入することを防止する機能を有することが好ましく、アルミニウム（Ａｌ）箔などが適当である。外気の侵入を防止するのは、外気に含まれる水や窒素とリチウムとの反応による電池性能の低下を防ぐためである。
【００２３】
外装部材１０は、また、上述したラミネートフィルムに代えて、高分子化合物のみよりなる、例えば厚さ５０μｍ程度のフィルムにより構成することもできる。このような薄いフィルムを用いると、金属材料やラミネートフィルムにより構成された外装部材を用いた場合に比べて、電池１の体積エネルギー密度を高めることができる。また、後述する製造時の外装部材融着工程において、簡単に融着することができるという利点もある。なお、高分子化合物としては、上述したラミネートフィルムの高分子化合物膜の構成材料と同様のものを用いることができる。
【００２４】
正極２１は、例えば、アルミニウム箔よりなる正極集電体層２１ｂの電解質２３側の面に正極合剤層２１ａが設けられた構造を有している。正極合剤層２１ａは、例えば、正極活物質と、黒鉛などの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含有して構成されている。正極活物質としては、例えば、リチウム複合酸化物もしくはリチウム複合硫化物が好ましい。特に、エネルギー密度を高くするには、Ｌｉx ＭＯ2 を主体とするリチウム複合酸化物が好ましい。Ｍは一種以上の遷移金属が好ましく、具体的には、コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種が好ましい。また、ｘは通常０．０５≦ｘ≦１．１２の範囲内の値である。なお、正極集電体層２１ｂは、集電体として機能することに加えて、外気の侵入を防止する役割も果たしている。
【００２５】
なお、正極２１は、図２に示したような構造に限らず、最も外装部材１０側に正極集電体層２１ｂが設けられていれば他の構造であってもよい。例えば、図３に示したように、正極集電体層２１ｂおよび正極合剤層２１ａに加えて、正極合剤層２１ａの電解質側に、更に、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄが交互に設けられた構造の正極２１Ａとしてもよい。ちなみに、図３には、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄをそれぞれ２層ずつ設けた例を示したが、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄは、それぞれ１層ずつであってもよいし、それぞれ３層以上ずつ設けられていてもよい。
【００２６】
負極２２は、例えば、銅（Ｃｕ）箔よりなる負極集電体層２２ｂの電解質２３側の面に負極合剤層２２ａが設けられた構造を有している。負極合剤層２２ａは、例えば、リチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料と、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤とを含んで構成されている。リチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料としては、例えば、炭素質材料，金属酸化物，あるいは高分子材料のいずれか１種または２種以上を含んで構成されたものが挙げられる。中でも炭素質材料は、充放電時に生じる結晶構造の変化が非常に少ないので好ましい。なお、炭素質材料としては、例えば、熱分解炭素類、ピッチコークス，ニードルコークス，石油コークスもしくは石炭コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類，有機高分子化合物焼成体（例えば、フェノール樹脂またはフラン樹脂を焼成したもの）、炭素繊維あるいは活性炭などが挙げられる。また、金属酸化物としては酸化スズ（ＳｎＯ2 ）などが挙げられ、高分子材料としてはポリアセチレンやポリピロールなどが挙げられる。ちなみに、これらの負極材料に代えて、リチウム金属あるいはリチウム合金により構成することも可能である。
【００２７】
なお、負極２２も図２に示したような構造に限らず、正極２１と同様に、最も外装部材１０側に負極集電体層２２ｂが設けられていれば、他の構造のものであってもよい。
【００２８】
電解質２３は、例えば、マトリクス高分子化合物に電解質塩としてリチウム塩を分散させたもの（いわゆる、高分子固体電解質）である。この高分子固体電解質は、優れたフィルム成型性を有しているので、これを用いれば形状選択性の自由度が高くなる。
【００２９】
マトリクス高分子化合物としては、例えば、ポリビニリデンフルオロライド，ビニリデンフルオロライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体，ビニリデンフルオロライドとテトラフルオロエチレンとの共重合体あるいはビニリデンフルオロライドとトリフルオロエチレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはその架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、またはアクリレート系高分子化合物が適当であり、これらのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。
【００３０】
リチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣｌＯ4 ，ＬｉＡｓＦ6 ，ＬｉＢ（Ｃ6 Ｈ5 ）4 ，ＬｉＣｌ，ＬｉＢｒ，ＬｉＣＨ3 ＳＯ3 ，ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 ，ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ3 ）2 ，ＬｉＣ4 Ｆ9 ＳＯ3 ，ＬｉＣＦ3 ＣＯ2 ，ＬｉＮ（ＣＦ3 ＣＯ2 ）2 が適当であり、これらのうちの１種または２種以上が混合して用いられる。
【００３１】
次に、この電池１の製造方法について説明する。
【００３２】
まず、正極活物質と導電剤と結着剤とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散して正極合剤スラリーとしたのち、この正極合剤スラリーを例えばアルミニウム箔からなる正極集電体層２１ｂの片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して正極合剤層２１ａを形成することにより、正極２１を作製する。
【００３３】
次いで、例えばリチウムを吸蔵および離脱することが可能な材料と結着剤とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンなどの溶剤に分散して負極合剤スラリーとしたのち、この負極合剤スラリーを例えば銅箔からなる負極集電体層２２ｂの片面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極合剤層２２ａを形成することにより、負極２２を作製する。
【００３４】
なお、図３に示したような複数の合剤層および集電体層を有する構造の正極２１Ａを作製する場合には、更に、正極合剤層２２ａの正極集電体層２２ｂの反対側の面に、正極集電体層２１ｃおよび正極合剤層２１ｄを順次形成する。
【００３５】
正極２１および負極２２を作製したのち、例えば、ポリエチレンオキサイドなどのエーテル系高分子化合物と、リチウム塩と、溶媒とを用意する。続いて、これらを混合し、得られた混合溶液を、正極合剤層２１ａおよび負極合剤層２２ａにそれぞれ塗布して所定の時間放置したのち、例えば、減圧雰囲気中において８０℃で１０分間乾燥することにより溶媒を除去し、高分子化合物にリチウム塩が分散されたいわゆる高分子固体電解質（電解質２３）を得る。ここで、混合溶液を塗布する際に、正極合剤層２１ａおよび負極合剤層２２ａに混合溶液を含浸させることが好ましい。これにより、電解質の一部が正極合剤層２１ａおよび負極合剤層２２ａの内部に入り込み、正極２１および負極２２と電解質２３との密着強度が高くなるので、正極２１および負極２２と電解質２３との電気的な接触状態が良好になるからである。
【００３６】
なお、エーテル系高分子化合物としては、オリゴ・オキシエチレンなどの側鎖を有する化合物またはエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのランダム共重合体などの結晶性の低いアモルファスポリマを用いることが好ましい。更には、高分子鎖の末端に、アクリレート基，活性水素基あるいはアリル基などの架橋可能な官能基を有しているものを用いることが好ましい。
【００３７】
電解質２３を形成したのち、正極２１の電解質２３を形成した面と負極２２の電解質２３を形成した面とが対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着する。これにより、正極２１と負極２２とが電解質２３を介して積層された電池素子２０が作製される。
【００３８】
次いで、図４に示したように、例えば、外装部材１０としてのポリエチレンあるいはポリプロピレンよりなるポリマシート１０ｃ，１０ｄを２枚用意する。そののち、ポリマシート１０ｃに多数の例えば四角形状の開口１１を形成すると共に、ポリマシート１０ｄに多数の例えば四角形状の開口１２を形成する。具体的には、例えば、所定の開口形状を有するカッターでポリマシート１０ｃ，１０ｄを打ち抜くことにより、各ポリマシート１０ｃ，１０ｄの幅方向および長手方向に、所定の間隔を隔てて、開口１１，１２をそれぞれ形成する。
【００３９】
既に述べたように、開口１１，１２の形状は、四角形に限らず他の形状であってもよく、また、面積および形成位置などについても適宜に設定することができる。この開口１１，１２の形状などに応じて、電極端子の形状，面積および位置などを所望のものとすることができる。
【００４０】
ポリマシート１０ｃ，１０ｄに開口１１，１２を形成したのち、図５に示したように、ポリマシート１０ｃの各開口１１およびポリマシート１０ｄの各開口１２に対応するように、開口１１，１２と例えば同数の電池素子２０をポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとの間に挟み込む。このとき、ポリマシート１０ｃと正極集電体層２１ｂとが接し、ポリマシート１０ｄと負極集電体層２２ｂとが接するように電子素子２０を配置する。これにより、開口１１から正極集電体層２１ｂが露出し、開口１２から負極集電体層２２ｂが露出する。なお、図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面に対応するものである。
【００４１】
最後に、図６に示したように、例えば減圧雰囲気中において、各々の電池素子２０を収容するように、ポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとを融着すると共に、隣接する電池素子２０間において、ポリマシート１０ｃ，１０ｄを切断する。なお、ここでは、ポリマシート間に封止剤３０を充填することにより、封止剤３０を介して電池素子２０の側面とポリマシート１０ｃ，１０ｄとが密着するようにする。このとき、レーザ照射を行えば、ポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとを熱融着することができ、かつポリマシート１０ｃ，１０ｄを切断することもできるので、レーザを用いることが好ましい。ちなみに、融着方法としては、ポリマシート１０ｃ，１０ｄに熱を加えるかまたは超音波を伝播させて熱融着する方法などの簡便な方法を用いることもできる。
【００４２】
次に、この電池１の作用について説明する。
【００４３】
この電池１では、充電を行うと、正極２１からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質２３を介して負極２２に吸蔵される。放電を行うと、負極２２からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質２３を介して正極２１に吸蔵される。ここでは、正極集電体層２１ｂが正極端子として、負極集電体層２２ｂが負極端子としてそれぞれ機能するので、充電の際には、外部からのエネルギーが正極集電体層２１ｂまたは負極集電体層２２ｂから電池素子２０に供給され、放電の際には、正極集電体層２１ｂまたは負極集電体層２２ｂを介してエネルギーが取り出される。
【００４４】
このように本実施の形態に係る電池１によれば、電解質２３として漏液のおそれがないいわゆる高分子固体電解質を用い、外装部材１０に開口１１，１２を設けることにより、正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂを部分的に露出させるようにしたので、正極集電体層２１ｂおよび負極集電体層２２ｂをそれぞれ電極端子として利用することができる。よって、従来の電池のようにリード線を備える必要がなく、簡便な構造とすることができる。また、製造時に煩雑な端子形成工程を必要としないので、容易に製造することができ、生産性を向上させることができる。更に、外装部材１０の融着に関わる工程を簡素化することができる点からも、生産性を向上させることができる。
【００４５】
また、リード線を備える必要がないので、電池１の小型化を図ることができると共に、体積エネルギー密度を向上させることができる。
【００４６】
なお、上述した構成を有する電池１は、例えば、図７に示したように、開口に金ペーストまたは銀ペーストなどを充填することにより形成された連結部２を介して、直列に連結することができる。このように、本実施の形態に係る電池１は、電極積層方向の厚さが薄いので、電池１を積層して連結し、複数の電池１よりなるバッテリーパックを構成する場合などに用いると有効である。
【００４７】
［第２の実施の形態］
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る電池３の断面構造を表すものである。この電池３は、第１の実施の形態の電池１の外装部材１０に代えて外装部材５０を備えたこと、および負極２２に代えて負極５２を備えたことを除き、他は第１の実施の形態と同一の構成，作用および効果を有している。よって、ここでは第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
負極５２は、例えば、負極端子として機能する負極集電体層５２ｂと、この負極集電体層５２ｂの電解質２３側の面に設けられた負極合剤層５２ａと、負極集電体層５２ｂよりも外装部材５０側に設けられた負極集電体層５２ｃおよび負極合剤層５２ａとを有している。なお、負極合剤層５２ａおよび負極集電体層５２ｂ，５２ｃの構成材料としては、例えば、第１の実施の形態の負極合剤層２２ａおよび負極集電体層２２ｂの構成材料と同様のものをそれぞれ用いることができる。
【００４９】
負極集電体層５２ｂは、外装部材５０の内部から、外装部材５０の端部の接合部分を介して外部に向かって導出されている。この負極集電体層５２ｂと外装部材５０とは、外気の侵入が防止されるように十分に密着している。この負極集電体層５２ｂは、メッシュ状のものであることが好ましい。外装部材５０との密着性を向上させることができるからである。
【００５０】
本実施の形態では、外装部材５０の外部に導出された負極集電体層５２ｂが負極端子となるので、外装部材５０の負極側には、開口（第１の実施の形態の開口１２に対応する開口）が設けられていない。なお、正極側には、第１の実施の形態と同様の開口５１が設けられている。
【００５１】
次に、この電池３の製造方法について説明する。
【００５２】
まず、第１の実施の形態と同様にして正極２１を作製する。次いで、第１の実施の形態と同様にして負極合剤スラリーを調製したのち、この負極合剤スラリーを例えば銅箔からなる負極集電体層５２ｂの一端部を除いた両面に塗布し乾燥させ、圧縮成型して負極合剤層５２ａを形成する。続いて、一方の負極合剤層５２ａの負極集電体層５２ｂと反対側の面に、例えば銅箔を配置して負極集電体層５２ｃとし、更に負極合剤層５２ａおよび負極集電体層５２ｃを順次形成して、負極５２を作製する。
【００５３】
正極２１および負極５２を作製したのち、正極合剤層２１ａおよび負極合剤層５２ａの表面に電解質２３を例えば塗布し、正極２１および負極５２の電解質２３を塗布した面が対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着する。
【００５４】
次いで、例えば、外装部材５０としてのポリエチレンあるいはポリプロピレンよりなる２枚のポリマシートを２枚用意する。そののち、一方のポリマシートに、第１の実施の形態と同様にして例えば多数の開口５１を形成する。続いて、ポリマシートの各開口５１と電池素子とが対応するように例えば開口５１と同数の電池素子を２枚のポリマシートの間に挟み込む。最後に、例えば減圧雰囲気中において、各々の電池素子を収容するようにポリマシートの外縁部同士を融着すると共に、隣接する電池素子間において、ポリマシートを切断する。なお、本実施の形態においても、各ポリマシート間に封止剤３０を充填することにより、封止剤３０を介して電子素子の側面とポリマシートとが密着するようにする。
【００５５】
このように本実施の形態に係る電池３によれば、負極集電体層５２ｂの長さを負極合剤層５２ａおよび負極集電体層５２ｃよりも長くして、負極集電体層５２ｂを外装部材５０の外部に導出するようにしたので、負極集電体層５２ｂを負極端子として利用することができる。また、第１の実施の形態と同様に、正極集電体層２１ｂを正極端子として利用することができる。よって、簡便な構造とすることができる。また、製造時に、煩雑な端子形成工程やを必要としないことや、外装部材１０の融着に関わる工程を簡素化できることから、生産性を向上させることができる。
【００５６】
［第３の実施の形態］
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る電池４の断面構造を表すものである。この電池４は、第１の実施の形態と同様の外装部材１０と、外装部材１０の内部に収容された電極体６０と導電体層７１，７２とを備えている。電極体６０は、例えば、正極６１と負極６２とを電解質（例えば、いわゆる高分子固体電解質）６３を介して積層して構成したものである。
【００５７】
導電体層７１は、例えば、正極６１と外装部材１０との間に、これらとそれぞれ隣接するように配設されており、アルミニウム箔などの金属箔により形成されている。この導電体層７１は、厚さが例えば１０μｍ以上であり、正極６１と電気的に接続されている。外装部材１０の導電体層７１に隣接する領域の一部には、開口１１が設けられており、導電体層７１は、開口１１を介して部分的に露出している。導電体層７１の露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、正極端子として機能するようになっている。また、導電体層７１は、正極６１の集電体としても機能する。
【００５８】
導電体層７２は、例えば、負極６２と外装部材１０との間に、これらとそれぞれ隣接するように配設されており、銅箔などの金属箔により形成されている。この導電体層７２は、厚さが例えば１０μｍ以上であり、負極６２と電気的に接続されている。外装部材１０の導電体層７２に隣接する領域の一部には、開口１２が設けられており、導電体層７２は、開口１２を介して部分的に露出している。導電体層７２の露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、負極端子として機能するようになっている。また、導電体層７２は、負極６２の集電体としても機能する。
【００５９】
なお、導電体層７１，７２は、アルミニウム箔や銅箔に限らず、ニッケル，ステンレスあるいは鉄（Ｆｅ）など導電性を有している材料であれば他の材料により構成することも可能である。
【００６０】
正極６１は、第１の実施の形態の正極２１と同様の正極活物質を含有している。この正極６１は、例えば、第１の実施の形態と同様に、合剤層と集電体層とにより構成されている。また、本実施の形態では、導電体層７１が正極集電体の機能を有しているので、合剤層のみにより構成することもできる。同様に、負極６２においても、合剤層および集電体層により構成することもできるし、合剤層のみにより構成することもできる。ちなみに、負極合剤層は、第１の実施の形態の負極合剤層２２ｂと同様の材料を用いて形成することができる。
【００６１】
なお、電解質６３および封止剤３０は、第１の実施の形態の電解質２３および封止剤３０とそれぞれ同一の構成、作用および効果を有しているので、ここではその説明を省略する。
【００６２】
次に、この電池４の製造方法について説明する。
【００６３】
まず、例えば、第１の実施の形態と同様にして正極合剤スラリーを調製し、この正極合剤スラリーを例えばアルミニウム箔の両面に塗布して乾燥させ、圧縮成型して正極６１を作製する。次いで、第１の実施の形態と同様にして負極合剤スラリーを調製し、この負極合剤スラリーを例えば銅箔の両面に塗布して乾燥させ、圧縮成型して負極６２を作製する。
【００６４】
正極６１および負極６２を作製したのち、例えば第１の実施の形態と同様にして電解質６３を調製し、正極６１および負極６２に電解質６３を塗布する。続いて、正極６１の電解質６３を形成した面と負極６２の電解質６３を形成した面とが対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着する。これにより、正極６１と負極６２とが電解質６３を介して積層された電極体６０が作製される。
【００６５】
次いで、図１０に示したように、ポリマシート１０ｃ，１０ｂを２枚用意し、多数の開口１１，１２をそれぞれ形成する。続いて、各開口１１に対応するように、例えば、開口１１と同数のアルミニウム箔をポリマシート１０ｃに融着して、導電体層７１を形成する。また、各開口１２に対応するように、例えば、開口１２と同数の銅箔をポリマシート１０ｄに融着して、導電体層７２を形成する。
【００６６】
このようにして、ポリマシート１０ｃと導電体層７１、およびポリマシート１０ｄと導電体層７２とをそれぞれ一体化したのち、導電体層７１，７２に対応するように電極体６０をポリマシート１０ｃとポリマシート１０ｄとの間に挟み込む。それ以降の工程は、第１の実施の形態と同様である。
【００６７】
次に、この電池４の作用について説明する。
【００６８】
この電池１では、充電を行うと、正極６１からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質６３を介して負極６２に吸蔵される。放電を行うと、負極６２からリチウムがイオンとなって離脱し、電解質６３を介して正極６１に吸蔵される。ここでは、導電体層７１が正極端子として、導電体層７２が負極端子としてそれぞれ機能するので、充電の際には、外部からのエネルギーが導電体層７１または導電体層７２を介して電極体６０に供給され、放電の際には、導電体層７１または導電体層７２を介してエネルギーが取り出される。
【００６９】
このように本実施の形態に係る電池４によれば、正極６１と外装部材１０との間に導電体層７１を設け、負極６２と外装部材１０との間に導電体層７２を設け、これらの導電体層７１，７２を部分的に露出させるようにしたので、導電体層７１，７２をそれぞれ電極端子として利用することができる。よって、簡便な構造とすることができる。また、リード線を備える必要がないので、電池４の小型化を図ることができると共に、体積エネルギー密度を向上させることができる。更に、製造時に煩雑な端子形成工程などを必要としないので、容易に製造することができ、生産性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態の電池４においても、例えば開口１１，１２に金ペーストまたは銀ペーストなどをそれぞれ充填することにより、電池同士を連結することができる。
【００７１】
［第４の実施の形態］
図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る電池５の平面構造を表すものであり、図１２は、図１１のXII −XII 線に沿った断面構造を表すものである。この電池５は、外装部材８０と、外装部材の内部に収容された電池素子９０とを備えている。なお、外装部材８０の端部と電池素子９０の側面とは、封止材３０を介して密着している。電池素子９０は、例えば、帯状の正極９１と負極９２とが電解質９３を介して積層され、巻回されている。ここでは正極９１を内側にして巻回されており、正極９１の長手方向の長さは、負極９２のそれよりも長くなっている。
【００７２】
正極９１は、例えば正極集電体層９１ｂと、この正極集電体層９１ｂの電解質９３側に設けられた正極合剤層９１ａとを有している。なお、正極集電体層９１ｂおよび正極合剤層９１ａは、第１の実施の形態の正極集電体層２１ｂおよび正極合剤層２１ａと同様にしてそれぞれ構成される。
【００７３】
負極９２は、例えば、正極９１と同様に、負極集電体層９２ｂと、負極集電体層９２ｂの電解質９３側に設けられた負極合剤層９２ａとを有している。なお、負極集電体層９２ｂおよび負極合剤層９２ａは、第１の実施の形態の負極集電体層２２ｂおよび負極合剤層２２ａと同様にしてそれぞれ構成される。
【００７４】
既に述べたように、正極９１の長さは負極９２の長さよりも長いので、巻回された電池素子９０の最外周部側の端部付近には、正極９１と負極９２との間に段差Ｓが生じている。この段差Ｓよりも端部側では、正極９１、より詳細には正極集電体層９１ｂが、電池素子９０の最も外側に位置している。また、段差Ｓよりも端部と反対側では、負極９２、より詳細には負極集電体層９２ｂが、電池素子９０の最も外側に位置している。
【００７５】
本実施の形態では、外装部材８０の、上述した段差Ｓの端部側およびその反対側に対応する領域に、開口８１，８２がそれぞれ設けられており、正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂは、開口８１，８２を介してそれぞれ部分的に露出している。正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂの露出部分は、外部と電気的に接続可能であり、それぞれ電極端子として機能するようになっている。
【００７６】
なお、電解質９３および封止剤３０は、第１の実施の形態の電解質２３および封止剤３０とそれぞれ同一の構成、作用および効果を有しているので、ここではその説明を省略する。また、本実施の形態に係る電池５の作用は、第１の実施の形態の電池１と同様であるので、その説明は省略する。
【００７７】
このように本実施の形態に係る電池５によれば、正極９１と正極９１よりも長さが短い負極９２とを巻回して、最外周部側の端部近傍において、外装部材の開口８１，８１を介して正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂをそれぞれ部分的に露出させるようにしたので、正極集電体層９１ｂおよび負極集電体層９２ｂをそれぞれ電極端子として利用することができる。
【００７８】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記第１ないし第３の実施の形態では、レーザなどを用いてポリマシート１０ｃ，１０ｄを切断するようにしたが、その際、図１３に示したように、切断する箇所に、予めミシン（ステッチ）Ｍを入れておくと、ポリマシートを容易に切断することができる。このとき、集電体層あるいは導電体層のパターンが、ミシンＭとミシンＭとの間隔よりも小さくなるように、ミシンＭを所定の間隔で設けることが好ましい。各ポリマシート１０ｃ，１０ｄを融着し、電池素子２０（電極体６０）を封止する際ののりしろを設けることができるからである。
【００７９】
また、上記各実施の形態では、マトリクス高分子化合物にリチウム塩を分散させた電解質を用いるようにしたが、固体状の無機電解質を用いるようにしてもよい。また、高分子化合物に電解液を保持させたゲル状に電解質を用いることもできる。但し、その場合には、水分が少なく、粘度の高いものであることが好ましい。
【００８０】
また、上記各実施の形態では、正極集電体層をアルミニウム箔により構成し、負極集電体層を銅箔により構成するようにしたが、各集電体層は、電気化学的に安定な他の導電性材料により構成するようにしてもよい。このような材料としては、例えば、ニッケルおよびステンレスが挙げられる。
【００８１】
また、上記各実施の形態では、外装部材同士を融着により密着させる場合について説明したが、接着剤を用いて密着させる方法などの他の方法を用いて密着させるようにしてもよい。
【００８２】
また、上記各実施の形態では、露出部分を有する集電体層あるいは導電体層と外装部材とが隣接している場合について説明したが、集電体層あるいは導電体層と外装部材との間に他の層が設けられていても、外装部材の開口を介して、集電体層あるいは導電体層が部分的に露出するようにすれば、本発明の効果を得ることができる。
【００８３】
更に、上記第３実施の形態では、正極６１および負極６２の両方の側に導電体層７１，７２を設けるようにしたが、第２の実施の形態と同様にして、一方の電極においては、集電体層を外装部材の外部に導出して、これを電極端子とするようにしてもよい。
【００８４】
加えて、上記各実施の形態では、負極においてリチウムを吸蔵・離脱する二次電池（リチウムイオン二次電池）を例に挙げて説明したが、本発明は、リチウムイオン以外の電荷担体を用いた電池についても広く適用される。
【００８５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電池によれば、巻回構造を有する電池素子の最外周部側の端部付近に負極と正極との間に段差を設け、かつ、外装部材の片面に段差を間にしてその両側にそれぞれ開口を設け、正極および負極の各集電体層をそれぞれ開口を介して電極端子として外部に露出させるようにしたので、集電体層を電極端子として利用することができる。よって、電極端子としてのリード線などを備える必要がなく、簡便な構造とすることができるという効果を奏する。また、電池の小型化を図ることができると共に、体積エネルギー密度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電池の構成を表す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した電池の正極の変形例に係る正極の構造を表す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電池の製造方法の一工程を説明するための平面図である。
【図５】図４に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を説明するための断面図である。
【図７】図１に示した電池を連結させた際の構成を表す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電池の構成を表す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る電池の構成を表す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る電池の製造方法の一工程を説明するための平面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る電池の構成を表す平面図である。
【図１２】図１１のXII −XII 線に沿った断面図である。
【図１３】本発明の第１〜第３の実施の形態に係る電池の他の製造方法の一工程を説明するための平面図である。
【図１４】従来の電池の一構成例を表す断面図である。
【符号の説明】
１，３，４，５…電池、２…連結部、１０，５０，８０…外装部材、１０ｃ，１０ｄ…ポリマシート、１１，１２，５１，８１，８２…開口、２０，９０…電池素子、２１，２１Ａ，６１，９１…正極、２１ａ，２１ｄ，９１ａ…正極合剤層、２１ｂ，２１ｃ，９１ｂ…正極集電体層、２２，９２…負極、２２ａ，９２ａ…負極合剤層、２２ｂ，９２ｂ…負極集電体層、２３，６３，９３…電解質、３０…封止剤、６０…電極体、７１，７２…導電体層
【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】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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