(57)【要約】リチウム−金属又はリチウム−合金からなる電極と、リチウムイオンをインターカレートする活物質を有する電極と、前記の２つの電極間のセパレータと、前記の電極及びセパレータを取り囲み、２つの電極用のコネクタ部を備えたケーシングを備えた電池、特に平板状電池において、電極の少なくとも１つが折り畳みにより形成された多層体であり、かつ個々の折り畳みの間の活物質の層厚が同じである電池、特に平板状電池。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム−金属又はリチウム−合金からなる電極と、リチウムイオンをインターカレートする活物質を有する電極と、前記の２つの電極間のセパレータと、前記の電極及びセパレータを取り囲み前記の２つの電極用のコネクタ部を備えたケーシングとを有する電池、特に平板状電池において、電極（１；２；３）の少なくとも１つが、折り畳みにより形成された多層体であり、個々の折り畳み層の間の活物質（４；１２，１３）の層厚が同じであることを特徴とする電池、特に平板状電池。
【請求項２】
折り畳みがレポレロ式折り畳み（図２）である、請求項１記載の電池。
【請求項３】
折り畳みが巻き付け式折り畳み（図４）である、請求項１記載の電池。
【請求項４】
電極（１）がイオン透過性の支持体（５）を有し、前記の支持体の両面はそれぞれ同じ層厚の活物質（４）の層で覆われている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電池。
【請求項５】
電極（２、図３）がイオン透過性の支持体（５）を有し、前記の支持体の両面はそれぞれ異なる層厚の活物質（１２，１３）の層で覆われている、請求項１及び２のいずれか１項記載の電池。
【請求項６】
支持体（５）の片面が活物質の薄い層（１３）で覆われている、請求項５記載の電池。
【請求項７】
支持体（５）のもう一方の面の１つおきの折り畳みフィールドが活物質の厚い層（１２）で覆われている、請求項５又は６記載の電池。
【請求項８】
支持体（５）の一方の面上の薄い層（１３）が、支持体（５）の他方の面上の厚い層（１２）の厚さの半分である、請求項５から７までのいずれか１項記載の電池。
【請求項９】
多層体が少なくとも２つの折り畳みフィールドを有する、請求項２から８までのいずれか１項記載の電池。
【請求項１０】
多層体が少なくとも４つの折り畳みフィールドを有する、請求項２から８までのいずれか１項記載の電池。
【請求項１１】
活物質（４；１２，１３）の層厚が２５〜１５０μｍである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電池。
【請求項１２】
活物質（４；１２，１３）の層厚が４０〜１１０μｍである、請求項１１記載の電池。
【請求項１３】
折り畳みにより形成された多層体の全体の厚さが５００μｍよりも薄い、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、リチウム−金属又はリチウム−合金からなる第１の電極と、リチウムイオンをインターカレートする活物質を有する第２の電極と、前記の２つの電極間のセパレータと、前記の電極及びセパレータを取り囲み前記の２つの電極用のコネクタ部を備えたケーシングとを有する電池、特に平板状電池に関する。
【０００２】
この種の電池の場合には、リチウムをインターカレートする活物質を有する電極を有効に放電もしくは急速に再充電させるという問題がある、それというのもこの活物質を支持する支持体材料は限定的な質量でのみ使用されるためである。従って、すでに、電極の電流の導電性を改善するために電極を電気的伝導材で積層することが提案されている（ＵＳ５，４７０，３５７）。しかしながら、それによってもせいぜい電流の伝導性の緩やかな改善が生じるだけである。同様にこの種の公知の電池の場合に、ランタイムの向上のために電極の比較的多い質量が必要であるという点で電流容量と電池のランタイムとの間に矛盾する状態が生じる。この比較的多い質量は、イオン移動（長い行路）に関して、ひいては電極の内部抵抗に関して不利に影響する。
【０００３】
ＵＳ５２１９６７３からは、電池セルが全体で多層体として形成されており、かつ巻物状に構成されている電池が公知である。この場合でも、電極は所望の多さの質量を有することができないという一般的な対立が生じる、それというのも、イオン移動はこの質量において内部抵抗の上昇を引き起こしかねないためである。
【０００４】
ＵＳ４８３０９４０には、個々の折り畳み内にカソードプレートを収容するためにアノードを縦長の帯状物として構成させ、複数回折り畳んでいる電池が記載されている。このように、共通のケーシング内に収納されているコンパクトなセルが形成される。このカソード及びここに提案されたヘビ状に取り巻くアノードには複数箇所のコネクタが設けられているが、セルを複数の層の形で配置することによりセルの内部抵抗は高まる。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の電池において、
−　電流伝導性もしくは再充電が決定的に改善され、
−　電極の内部抵抗が最適化され、
−　電流容量が高められ及び
−　ランタイムが延長された
電池を提供することであった。
【０００６】
前記の課題は、本発明において、少なくとも活物質を支持する電極が折り畳みにより形成された多層体であり、かつ折り畳み層の間の活物質の層厚が同じであることにより解決される。このようにして、電極の支持体は活物質を複数回通り抜けることが達成される。それにより、個々の折り畳み層の間の活物質層内の内部抵抗は最適化される（イオン移動）。同時にこのように形成されたセルの電流容量は高められる、それというのも電極の表面積が著しく拡大されるためである。同様に、同時にセルのランタイムは著しく向上する、それというのも電極中で著しく多くの活物質が使用されるためである。
【０００７】
本発明の有利な実施態様によると、前記の折り畳みがレポレロ式折り畳み（Ｌｅｐｏｒｅｌｌｏｆａｌｔｕｎｇ）である。この場合、本発明によると、レポレロ（Ｌｅｐｏｒｅｌｌｏ）を形成する支持体がイオン透過性であり、その両面が同じ層厚の活物質の層でそれぞれ覆われているのが有利である。レポレロの個々の折り畳み面の間の活物質の全体の層厚が常に同じである。それにより均質な電流の分配が達成される。
【０００８】
本発明によると、レポレロの両面が異なる層厚の活物質の層でそれぞれ覆われていることも可能である、この場合、レポレロの一方の面が活物質の薄い層で覆われており、もう一方の面の折り畳みフィールドが１つおきに活物質の厚い層で覆われているのが有利である。層厚比が１：２の場合に、レポレロの個々の折り畳み面の間の活物質の全体の厚さは同じになる。
【０００９】
本発明の他の詳細、特徴及び利点は、本発明の可能な実施態様の添付の図面との関連で次の記載から生じる。
【００１０】
図１は本発明による構造を有する電池の断面図。
【００１１】
図２は本発明の第１の可能な実施態様を示す断面図。
【００１２】
図３は本発明のもう１つの可能な実施態様を示す斜視図。
【００１３】
図４は巻き付け式折り畳みを有する本発明による１実施態様の断面図。
【００１４】
本発明による電池（図１）は、例えばリチウムをインターカレートする材料からなる第１の電極１；２；３を収容するためのケーシング部８と、例えばリチウム−金属又はその合金からなる他の電極７を収容するためのケーシング部１０と、２つの電極間に配置されたセパレータ６とを有する。２つのケーシング部８及び１０は図示されていないコネクタ部を有し、１４の箇所で適当な方法で相互に結合されもしくは絶縁されている。電極（１；２；３）の少なくとも１つはこの場合に本発明により形成されている。
【００１５】
図２に示された実施態様において、電極１は電流伝導体として用いる支持体５を有する。この支持体５はイオン透過性であり、公知のように金属箔、延伸金属、金属ネット、導電性多孔シート、不織布材料又はプラスチックフォームから形成され、その両面が同じ層厚の活物質４の層で被覆されている。本発明により、リチウムイオンをインターカレートする活物質４用の支持体５を備えた電極がレポレロとして折り畳まれており、図２に図示された実施態様により両面がそれぞれ活物質４の層で覆われている。本発明により、電極１の効率は支持体５を折り畳むことにより全活物質が複数回貫通されることによって決定的に向上する、それというのも、レポレロの個々の折り畳み面の間の間隔が等しい多層体が生じるためである。このことは、活物質４の層厚がレポレロの両面で同じである場合に有利に達成される。
【００１６】
図３に示された本発明の実施態様において、レポレロを形成する支持体５の一方の面と他方の面上の活物質の層厚が異なることによって、同様の結果が達成される。この場合、レポレロの一方の面が活物質の薄い層１３で覆われており、レポレロの他方の面の１つおきの折り畳み面が活物質の厚い層１２で覆われている。この実施態様において、薄い層１３の層厚は、厚い層１２の層厚の半分の厚さであり、レポレロの折り畳み時に、レポレロの個々の折り畳み面の間で同じ厚さの活物質の全体の層厚が生じる。
【００１７】
平板状電池の場合には特に、レポレロの折り畳み回数が制限される。従って、本発明の場合に、レポレロにより形成される多層体が２つの折り畳み面を有するのが有利である。しかしながら、レポレロが４つ以上の折り畳み面を有し、その際、活物質の層厚が２５〜１５０μｍの間にあるのが特に有利である。４０〜１１０μｍの層厚が特に有利である。この場合、本発明の場合に、電池の電極１により形成される多層体の全体の層厚が５００μｍを下回るのが好ましい。
【００１８】
本発明による電池の特別な利点は、活物質４；１２，１３中のイオン移動行路の減少の結果、放電もしくは再充電の際の負荷量の向上である。さらに、電極１；２；３の多層体としての構造は、電極のひいては全体として電池の機械的安定性を著しく高める。
【００１９】
本発明による電池は、図示された実施態様に制限されるものではなく、請求項１に記載された発明思想の全ての他の態様も包含する。
【００２０】
電極３の折り畳みは、図４に示されたように巻き付け式折り畳みであってもよく、この場合個々の巻き付け層はしばしば任意に形成することができる。本発明による電池が平板状電池の形を有していない場合、電極３が形成する多層体は巻き付けロールの形で構成されることもできる。本発明の範囲を逸脱せずに、レポレロ式折り畳みと巻き付け式折り畳みとを複合した多層体を形成することもできる。担体５も図面に示された帯状物の形に拘束されない。むしろ、活物質４が支持体５の両面で同じ層厚を有する場合には例えばＬ字型又は十字形であることができる。
【００２１】
本発明の範囲を逸脱せずに、活物質からなる層の表面が相応して相容性の定着材で被覆され、その結果、折り畳み時に相互に積み重ねられた層間の強固な結合が生じる。従って、多層体は自立しており、かつ全体として電池の機械的安定性に著しく寄与する。
【００２２】
さらに、支持体５の第１の折り畳み面１５が被覆されておらず、かつケーシング部８もしくはケーシング部のコネクタ部に直接当接している場合が有利である。しかしながら、支持体５の少なくとも一端が５１もしくは５２の形に延長されており、ケーシング部８と導電性に接触していることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による構造を有する電池の断面図
【図２】
本発明の第１の可能な実施態様を示す断面図
【図３】
本発明のもう１つの可能な実施態様を示す斜視図
【図４】
巻き付け式折り畳みを有する本発明による１実施態様の断面図
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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