(57)【要約】【課題】非水電解質電池内部に絶縁性被覆材を設けることなく、内部ショートを防止する。【解決手段】正極端部がセパレータを介して負極と対向する部分、および負極端部がセパレータを介して正極と対向する部分など、内部ショートのおそれのあるそれぞれの部分において、正極端部および負極端部が隣接するセパレータの一部分上にシャットダウン部分を設ける。シャットダウン部分は、セパレータを加熱・加圧することによりセパレータの空孔をつぶして密度を上げ、突き刺し強度を向上させた部分であり、突き刺し強度が２５０ｇｆかつ空孔率が２０％以下となるように構成する。このシャットダウン部分は正極端部および正極活物質塗布端部、ならびに負極端部および負極活物質塗布端部を覆うように設けられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体上に正極活物質が塗布された正極と、負極集電体上に負極活物質が塗布された負極とが、セパレータを介して積層、巻回された電池素子を有する非水電解質電池において、
一方の上記電極の端部がセパレータを介して他方の上記電極と対向する部分において、一方の上記電極の端部と隣接する上記セパレータ上に、上記セパレータがシャットダウンされたシャットダウン部分を設けることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】
上記正極の端部が上記セパレータを介して上記負極と対向する部分において、上記セパレータ上に上記シャットダウン部分が設けられ、
上記負極の端部が上記セパレータを介して上記正極と対向する部分において、上記セパレータ上に上記シャットダウン部分が設けられ、
上記正極活物質および上記負極活物質の塗布端部を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項３】
上記正極および上記負極の両面には、ゲル状または可塑性の電解質が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項４】
上記セパレータは、ポリエチレンからなることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項５】
上記セパレータは、厚さが１μｍ以上９μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【請求項６】
上記シャットダウン部分の突き刺し強度が２５０ｇｆ以上であり、かつ空孔率が２０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非水電解質電池に関し、特に絶縁性被覆材を用いることなく押圧時の正極および負極の短絡を防ぐことのできる構成を有する非水電解質電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ（Videotape recorder：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ポータブル電子機器が多く登場し、それらの小型化および軽量化が図られている。それに伴い、ポータブル電子機器の電源として用いられる電池の需要が急速に伸びており、機器の小型軽量化実現のために、電池設計も軽く、薄型であり、かつ機器内の収容スペースを効率的に使うことが求められている。このような要求を満たす電池として、エネルギー密度および出力密度の大きいリチウムイオン電池が最も好適である。
【０００３】
中でも、形状自由度の高い電池、あるいは薄型大面積のシート型電池、薄型小面積のカード型電池などが望まれているが、従来用いられている金属製の缶を外装として用いる手法では、薄型の電池を作製することが困難である。そこで、アルミラミネートフィルム等のフィルム状外装材を用いて薄型の電池を作製することにより、上述のような電池を得ることが可能となる。
【０００４】
このような電池は、正極と負極とをセパレータを介して積層し、巻回またはつづら折りにした電池素子をラミネートフィルムで外装し、電池素子の周囲を封止して作製したものであり、正極および負極と接続した正極端子および負極端子（以下、特に限定しない場合は電極端子と適宜称する。）がラミネートフィルムの封止部から電池外部に導出されたものである。
【０００５】
このような非水電解質電池の電池容量を効果的に増やす方法のひとつとして、セパレータをより薄くし、このスペース分活物質量を増やす方法が挙げられる。しかしながら、薄いセパレータは強度が弱く、電池が外部から受ける圧力によって破損しやすい。このため、正極および負極が接触してショートするおそれがある。
【０００６】
一方、ゲル状または可塑性を有する電解質を用いた非水電解質電池の場合、電解質が電極に密着しない場合もあるため、液状の電解質（電解液）を用いた場合よりも電気的接触が不充分となる場合がある。このような場合、電解質が全く接触していない電極部分は反応に寄与せず、また電解質が十分に接触しない場合はイオン移動度が十分でないため、本来得られるよりも低い電池容量となってしまう。また、電解質の接触が不充分である場合、電極と電解質との接触抵抗が大きくなり、電池の内部抵抗が増大してしまう。
【０００７】
そこで、ゲル状または可塑性を有する電解質を用いた非水電解質電池では、作製後の電池素子に圧力を加え、電極と電解質とを十分に密着させるようにする。
【０００８】
ところが、このような工程を設けることにより、正極と負極とが接触してショートしやすくなってしまう。これは、電池素子外部から圧力をかけることにより電解質の形状が変形し、電極が接触しやすくなったり、電極集電体端部や電極端子の反りや、切断時に発生したバリが圧力をかけられることによってセパレータを突き破るためである。
【０００９】
このような問題を解決するため、以下の特許文献１には、図１に示すような、基材が絶縁性材料からなる保護テープなどの絶縁性被覆材６ａ〜６ｆを電極上に設けることにより、セパレータ３ａおよび３ｂの破損を防止し、電池内部でのショートを防ぐ電池構成が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２６６９４６号公報
【００１１】
この電池は、正極集電体１ｂ上に正極活物質層１ａが設けられた正極１と、負極集電体１ｂ上に負極活物質層１ａが設けられた負極２とが、セパレータ３ａおよび３ｂと積層された構成を有しており、正極１および負極２のそれぞれには正極端子５ａおよび負極端子５ｂが接続されている。絶縁性被覆材６ａ〜６ｆは、電極同士が接触するおそれのある部分において、電極端部および電極端子部分、ならびに電極端部に対向する部分に設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１のような電池構成とした場合、数十μｍ程度の厚さを有する数枚の絶縁性被覆材を設けることにより、絶縁性被覆材分電池容量を低下させることになってしまう。また、絶縁性被覆材を設けることにより、絶縁性被覆材端部に３０μｍ程度の段差が発生し、電極自体に段差が生じたり、絶縁性被覆材端部に電極を巻回することにより生じる応力が発生し、電極が屈曲して真円性が低下して電池特性の低下につながる場合がある。
【００１３】
したがって、この発明は、電池素子内部に絶縁性被覆材を設けることなく、セパレータの破損および電極同士の接触等によるショートを防ぎ、電池の薄型化が可能な非水電解質電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、この発明では、電極の一方の端部がセパレータを介して他方の電極と対向する部分など、セパレータを破損するおそれがある部分に隣接するセパレータ部分を加熱・加圧することにより、突き刺し強度を向上させて非水電解質電池を作製する。
【００１５】
なお、加熱・加圧することにより設けたシャットダウン部分は、突き刺し強度が２５０ｇｆ以上であり、かつ空孔率が２０％以下となるようにする。
【００１６】
このような方法を用いることにより、絶縁性被覆材を設けることなく電極端部などに隣接する部分のセパレータ強度を向上させることができる
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、電池内部の容積を無駄にすることがなくなり、電池容量の向上が可能となる。また、薄いセパレータを用いた場合であっても加熱・加圧処理を施すことによって突き刺し強度を向上させることができるため、安全性と更なる電池容量の向上を両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図２は、この発明を適用した非水電解質電池の構成の一例を示す模式図である。この非水電解質電池１０は、電池素子２０がラミネートフィルム１８に形成された凹部である電池素子収容部１８ａに収容されて外装されており、電池素子２０の周辺部を封止することにより作製されている。以下、電池素子２０の構成について説明する。
【００２０】
図３に電池素子２０の外観を示す。この電池素子２０は、帯状の正極１１と、セパレータ１３ａと、正極１１と対向して配された帯状の負極１２と、セパレータ１３ｂとを順に積層し、長手方向に巻回されており、正極１１および負極１２の両面には図示しないゲル状電解質が塗布されている。電池素子２０からは正極１１と接続された正極端子１５ａおよび負極１２と接続された負極端子１５ｂが導出されており、正極端子１５ａおよび負極端子１５ｂには後に外装するラミネートフィルム１８との接着性を向上させるために、ポリエチレン（ＰＥ）等からなるシーラント１６ａおよび１６ｂを配置する。
【００２１】
［正極］
正極１１は、正極活物質を含有する正極活物質層１１ａが、正極集電体１１ｂの両面上に形成されたものである。正極集電体１１ｂとしては、例えばアルミニウム（Ａｌ）箔、ニッケル（Ｎｉ）箔あるいは、ステンレス（ＳＵＳ）箔などの金属箔を用いることができる。
【００２２】
正極活物質層１１ａは、例えば正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
【００２３】
正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。例えばリチウムイオン電池を構成する場合、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは、一種以上の遷移金属を表し、ｘは、電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である）を主体とする、リチウムと遷移金属との複合酸化物が用いられる。リチウム複合酸化物を構成する遷移金属としては、コバルト（Ｃｏ），Ｎｉ，マンガン（Ｍｎ）等が用いられる。
【００２４】
このようなリチウム複合酸化物として、具体的には、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2（０＜ｙ＜１）等が挙げられる。また、遷移金属元素の一部を他の元素に置換した固溶体も使用可能である。ＬｉＮｉ0.5Ｃｏ0.5Ｏ2、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2等がその例として挙げられる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れたものである。さらに、正極活物質としてＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを有しない金属硫化物または酸化物を使用しても良い。これらの正極活物質は、単独で用いるか、もしくは複数種を混合して用いてもよい。
【００２５】
また、導電剤としては、例えばカーボンブラックあるいはグラファイトなどの炭素材料等が用いられる。また、結着剤としては、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等が用いられる。
【００２６】
上述の正極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより正極活物質層１１ａが形成される。なお、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン等が用いられる。
【００２７】
正極１１は、正極集電体１１ｂの一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された正極端子１５ａを有している。この正極端子１５ａは金属箔、網目状のものが望ましいが、電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。正極端子１５ａの材料としては、例えばアルミニウム等が挙げられる。
【００２８】
［負極］
負極１２は、負極活物質を含有する負極活物質層１１ａが、負極集電体１２ｂの両面上に形成されたものである。負極集電体１２ｂとしては、例えば銅（Ｃｕ）箔，ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。
【００２９】
負極活物質層１１ａは、例えば負極活物質と、必要であれば導電剤と、結着剤とを含有して構成されている。これらを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体上に均一に塗布し、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層が形成される。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、正極活物質と同様に、その混合比は問わない。
【００３０】
負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料または金属系材料と炭素系材料との複合材料が用いられる。具体的に、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料としてはグラファイト、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素等が挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。さらに、リチウムをドープ・脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2等の酸化物を使用することができる。
【００３１】
また、リチウムを合金化可能な材料としては多様な種類の金属等が使用可能であるが、金属リチウム単体もしくはこれらの合金がよく用いられる。金属リチウムを使用する場合は、必ずしも粉体を結着剤で塗布膜にする必要はなく、圧延したリチウム金属箔を集電体に圧着する方法でも構わない。
【００３２】
結着剤としては、例えばポリフッ化ビニリデン、スチレンブタジエンゴム等が用いられる。また、溶剤としては、例えばＮ−メチルピロリドン、メチルエチルケトン等が用いられる。
【００３３】
上述の負極活物質、結着剤、導電剤を均一に混合して負極合剤とし、溶剤中に分散させてスラリー状にする。次いで、正極と同様の方法により負極集電体上に均一に塗布した後、高温で乾燥させて溶剤を飛ばすことにより負極活物質層１２ａが形成される。
【００３４】
負極１２も正極１１と同様に、負極集電体の一端部にスポット溶接または超音波溶接で接続された負極端子１５ｂを有しており、この負極端子１５ｂは電気化学的および化学的に安定であり、導通がとれるものであれば金属でなくとも問題はない。負極端子１５ｂの材料としては、例えば銅、ニッケル等が挙げられる。
【００３５】
なお、正極端子１５ａおよび負極端子１５ｂは同じ方向から導出されていることが好ましいが、短絡等が起こらず電池性能にも問題がなければ、どの方向から導出されていても問題はない。また、正極端子１５ａおよび負極端子１５ｂの接続箇所は、電気的接触がとれているのであれば取り付ける場所、取り付ける方法は上記の例に限られない。
【００３６】
［電解質］
電解質としては、リチウムイオン電池に一般的に使用される電解質塩と有機溶媒が使用可能であり、ゲル状および可塑性を有する電解質の他、電解液も使用可能である。
【００３７】
非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、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、ジプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は１種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。
【００３８】
また、リチウム塩としては通常の電池電解液に用いられる材料を使用することが可能である。具体的には、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ3、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＮＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6等を挙げることができるが、酸化安定性の点からＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4が望ましい。これらリチウム塩は単独で用いても複数種を混合して用いても良い。リチウム塩を溶解する濃度として、上記溶媒に溶解することができる濃度であれば問題ないが、リチウムイオン濃度が非水溶媒に対して０．４ｍｏｌ／ｋｇ以上、２．０ｍｏｌ／ｋｇ以下の範囲であることが好ましい。
【００３９】
ゲル状電解質を用いる場合は、上述の電解液をマトリクスポリマでゲル化して用いる。マトリクスポリマは、上記非水溶媒に上記電解質塩が溶解されてなる非水電解液に相溶可能であり、ゲル化できるものであればよい。このようなマトリクスポリマとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリルを繰り返し単位に含むポリマーが挙げられる。このようなポリマーは、１種類を単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００４０】
その中でも特に好ましいのは、マトリクスポリマとして、ポリフッ化ビニリデンまたはポリフッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが７．５％以下の割合で導入された共重合体である。このようなポリマーは、数平均分子量が５．０×１０5から７．０×１０5（５０万〜７０万）の範囲であるか、または重量平均分子量が２．１×１０5から３．１×１０5（２１万〜３１万）の範囲であり、固有粘度が１．７から２．１の範囲とされている。
【００４１】
［セパレータ］
セパレータ１３は、例えばポリエチレン（ＰＥ）あるいはポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されており、これら２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
【００４２】
このとき、セパレータの厚さは１〜９μｍが好ましい。セパレータは、厚さが１μｍ未満であると膜の機械的強度が低下してしまい、後述するようにセパレータを加熱・加圧しても充分な突き刺し強度が得られず電池内部でショートが発生してしまう。また、厚さが１０μｍを超えた場合、１００サイクル後の容量劣化が著しくなってしまう。また、活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下する。
【００４３】
［電池の作製］
上述のようにして作製したゲル状電解質溶液を正極１１および負極１２に均一に塗布し、正極活物質層および負極活物質層に含浸させた後、常温で保存するか、もしくは乾燥工程を経てゲル状電解質層を形成する。次いで、ゲル状電解質層を形成した正極１１および負極１２を用い、正極１１、セパレータ１３ａ、負極１２、セパレータ１３ｂの順に積層して巻回し、電池素子２０とする。
【００４４】
このとき、巻回後の電池素子２０において、正極または負極のいずれかの電極の端部が、セパレータを介してもう一方の電極と対向し、接触するおそれのある部分において、電極端部に隣接するセパレータの一部分に加熱・加圧処理を施し、セパレータの空孔をつぶして密度を上げることにより、突き刺し強度を向上させるようにする。この明細書では、セパレータに対してこのような加熱・加圧処理を施し、セパレータ強度を向上させることをシャットダウンと称する。
【００４５】
図４に、電池素子巻回時の様子を示す。参照符号２１は、素子巻回部であり、参照符号２２はセパレータ加熱処理部である。素子巻回部２１では、正極１１、セパレータ１３ａ、負極１２、セパレータ１３ｂを積層して巻芯２３を用いて巻回する。また、セパレータ加熱処理部２２では、セパレータの上下から加圧しながら加熱することにより、所望の部分のセパレータをシャットダウンさせるようにする。
【００４６】
なお、シャットダウン部分は、突き刺し強度が２５０ｇｆ以上、かつシャットダウン部分の空孔率が２０％以下となるようにする。セパレータの厚さに関わらず、シャットダウン部分の突き刺し強度が２５０ｇｆ以上かつ空孔率が２０％以下となるように構成することにより、安全性が確保される。また、セパレータのシャットダウン位置は、必要に応じて、電極端部に隣接するセパレータ部分以外にも設けることができる。
【００４７】
図５に、このようにして作製した電池素子２０の断面を示す。参照符号１７ａ〜１７ｄで示す部分はシャットダウン部分である。なお、特に限定しない場合はシャットダウン部分１７と適宜称する。また、正極１１および負極１２の両面にはゲル状電解質が塗布されているが、図５では図示しない。
【００４８】
図５に示すように、巻回後の電池素子２０において、セパレータ１３ａおよび１３ｂのシャットダウン部分１７ａおよび１７ｂ、ならびにシャットダウン部分１７ｃおよび１７ｄが、セパレータを破損するおそれのある正極１１の端部および負極１２の端部それぞれを覆うようにして配置されている。
【００４９】
シャットダウン部分１７は、シャットダウン処理を施さない他のセパレータ部分よりも充分に強い強度を有し、従来用いていた絶縁性被覆材を用いることなく電池内部でのショートを防止することができる。
【００５０】
また、シャットダウン部分１７は、正極活物質層１１ａおよび負極活物質層１２ａの端部も覆うように構成することが望ましい。活物質塗布端部は、活物質層形成時に中央部に比べて盛り上がったり、突起が形成され易いが、乾燥前の活物質スラリーは粘度が高く活物質自身のレベリングで平滑化されないことが多い。このため、乾燥後の活物質塗布端部がセパレータを破損するおそれのあるエッジ状になることがあり、電極端部のバリ同様に危険である。このため、活物質塗布端部に対向する部分にもシャットダウン部分１７を配置することにより、より安全性を高めることができる。
【００５１】
このようにして作製した電池素子２０を、図２で示すようにラミネートフィルム１８で外装し、電池素子２０の周囲を封止して非水電解質電池１０を作製する。この非水電解質電池１０は、電池内部に絶縁性被覆材を用いないため、体積効率を向上させることができ、従来の電池と同様の安全性も維持することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、この発明を実施例により具体的に説明する。
【００５３】
（１）シャットダウン部分の突き刺し強度および空孔率
まず、安全性を確保できるシャットダウン部分の突き刺し強度および空孔率を測定する。
【００５４】
（ｉ）突き刺し強度の測定
巻回後の電池素子において、図５に示す電池素子と同様に、セパレータを介して一方の電極端部が他方の電極と対向する部分にシャットダウン部分が配置されるようにして電池素子を作製する。このとき、シャットダウン部分の突き刺し強度を１５０ｇｆ，２００ｇｆ，２５０ｇｆ，３００ｇｆ，３５０ｇｆ，４００ｇｆとして電池素子を作製する。ゲル状電解質と電極とを充分に接触させるために電池素子外部から圧力をかけた後、ラミネートフィルムで外装して非水電解質電池を作製した。
【００５５】
このような非水電解質電池を突き刺し強度ごとに１０００個作製し、内部ショート発生率を測定した。上述のような電池のそれぞれについて充電を行い、充電ができない電池については内部ショートが発生している電池とした。
【００５６】
図６に、（ｉ）の測定の結果を示す。図６から分かるとおり、シャットダウン部分の突き刺し強度２００ｇｆ以下の場合、内部ショート発生率が９０％を超えるのに対し、シャットダウン部分の突き刺し強度が２５０ｇｆ以上の場合、内部ショート発生率が略０％となり、充分な安全性を確保できることがわかった。
【００５７】
（ii）空孔率の測定
シャットダウン部分の空孔率を５％，１０％，２０％，２５％とした以外は（ｉ）突き刺し強度の測定の場合と同様にして非水電解質電池を作製し、内部ショート発生率を測定した。
【００５８】
図７に、（ii）の測定の結果を示す。図７から分かるとおり、シャットダウン部分の空孔率が２５％の場合、内部ショート発生率が９０％を超えるのに対し、シャットダウン部分の空孔率が２０％以下の場合は内部ショート発生率が略０％となり、充分な安全性を確保できることがわかった。
【００５９】
（２）電池性能の測定
次いで、セパレータ厚さやシャットダウン部分の配置位置をそれぞれ変えて非水電解質電池を作製し、電池性能を確認する。まず、電池素子を作製する。
【００６０】
［正極の作製］
コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９２重量％と、粉状ポリフッ化ビニリデン３重量％と、粉状黒鉛５重量％とを均一に混合して正極合剤を調製し、これをＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリーとした。このスラリーを、正極集電体となるＡｌ箔の両面に均一に塗布し、１００℃で２４時間減圧乾燥することにより正極活物質層を形成した。
【００６１】
次いで、これをロールプレス機で加圧成形することにより正極シートとし、当該正極シートを帯状に切り出して正極とし、活物質の不塗布部分に幅３ｍｍのＡｌリボンのリードを溶接した。
【００６２】
［負極の作製］
人造黒鉛９１重量％と、粉状ポリフッ化ビニリデン９重量％とを均一に混合して負極合剤を調製し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリーとした。次に、このスラリーを負極集電体となる銅箔の両面に均一に塗布し、１２０℃で２４時間減圧乾燥することにより負極活物質層を形成した。
【００６３】
次いで、これをロールプレス機で加圧成形することにより負極シートとし、当該負極シートを帯状に切り出して負極とし、物質の不塗布部分に幅３ｍｍのＮｉリボンのリードを溶接した。
【００６４】
［ゲル状電解質の作製］
ヘキサフルオロプロピレンが６．９％の割合で共重合されたポリフッ化ビニリデンと、非水電解液と、希釈溶剤のジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを混合し、撹拌、溶解させてゾル状の電解質溶液を得た。電解液にはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートを６：４の重量比で混合し、０．８ｍｏｌ／ｋｇのＬｉＰＦ6と０．２ｍｏｌ／ｋｇのＬｉＢＦ4を溶解して作製した。混合比は，ポリフッ化ビニリデン：電解液：ＤＭＣ＝１：６：１２の重量比とした。次いで、得られたゾル状の電解質溶液を正極及び負極の両面に均一に塗布した。次いで、５０℃で３分間乾燥させた後、溶剤を除去して正極及び負極の両面にゲル状電解質層を形成した。
【００６５】
続いて、両面にゲル状電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル状電解質層が形成された帯状の負極とを、セパレータを介して積層し、長手方向に巻回することにより電池素子を作製し、ラミネートフィルムで外装して非水電解質電池とした。このとき、突き刺し強度２５０ｇｆ以上かつ、空孔率２０％以下のシャットダウン部分を有するセパレータ、もしくはシャットダウン部分なしのセパレータのいずれかを用い、シャットダウン部分なしのセパレータを用いる場合には保護テープを併用した。また、シャットダウン部分または保護テープの配置位置、およびセパレータの厚さをそれぞれ変えて電池素子を作製した。
【００６６】
このとき、シャットダウン部分または保護テープの配置位置は、以下のＡ〜ＤおよびＡ´〜Ｄ´のようにする。
【００６７】
まず、シャットダウン部分を設けたセパレータを用いた場合、図５に示すシャットダウン部分１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの全てを設けた場合をＡ、シャットダウン部分を全く設けない場合をＢ、シャットダウン部分１７ａおよび１７ｂのみを設けた場合をＣ、シャットダウン部分１７ｃおよび１７ｄのみを設けた場合をＤとする。
【００６８】
また、シャットダウン部分なしのセパレータと保護テープとを併用する場合、図１に示す保護テープ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの全てを設けた場合をＡ´、保護テープを全く設けない場合をＢ´、セパレータを介して他の電極と対向する電極端部にのみ保護テープ６ａおよび６ｄを設けた場合をＣ´、Ｃ´で保護テープを貼った電極端部にセパレータを介して対向する部分にのみ保護テープ６ｂ，６ｃ，６ｅ，６ｆを設けた場合をＤ´とする。
【００６９】
＜実施例１＞
シャットダウン部分を有する厚さ１μｍのセパレータを用い、シャットダウン部分の配置位置をＡとして電池素子を作製した。
【００７０】
＜実施例２＞
セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７１】
＜実施例３＞
セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７２】
＜比較例１＞
セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７３】
＜比較例２＞
セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７４】
＜比較例３＞
シャットダウン部分の配置位置をＢとし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７５】
＜比較例４＞
シャットダウン部分の配置位置をＢとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７６】
＜比較例５＞
シャットダウン部分の配置位置をＢとし、セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７７】
＜比較例６＞
シャットダウン部分の配置位置をＢとし、セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７８】
＜比較例７＞
シャットダウン部分の配置位置をＢとし、セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００７９】
＜比較例８＞
シャットダウン部分の配置位置をＣとし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８０】
＜比較例９＞
シャットダウン部分の配置位置をＣとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８１】
＜比較例１０＞
シャットダウン部分の配置位置をＣとし、セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８２】
＜比較例１１＞
シャットダウン部分の配置位置をＣとし、セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８３】
＜比較例１２＞
シャットダウン部分の配置位置をＣとし、セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８４】
＜比較例１３＞
シャットダウン部分の配置位置をＤとし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８５】
＜比較例１４＞
シャットダウン部分の配置位置をＤとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８６】
＜比較例１５＞
シャットダウン部分の配置位置をＤとし、セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８７】
＜比較例１６＞
シャットダウン部分の配置位置をＤとし、セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８８】
＜比較例１７＞
シャットダウン部分の配置位置をＤとし、セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００８９】
＜比較例１８＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＡ´とし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９０】
＜比較例１９＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＡ´とする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９１】
＜比較例２０＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＡ´とし、セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９２】
＜比較例２１＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＡ´とし、セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９３】
＜比較例２２＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＡ´とし、セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９４】
＜比較例２３＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＢ´とし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９５】
＜比較例２４＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＢ´とする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９６】
＜比較例２５＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＢ´セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９７】
＜比較例２６＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＢ´セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９８】
＜比較例２７＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＢ´セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【００９９】
＜比較例２８＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＣ´とし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１００】
＜比較例２９＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＣ´とする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０１】
＜比較例３０＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＣ´とし、セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０２】
＜比較例３１＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＣ´とし、セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０３】
＜比較例３２＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＣ´とし、セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０４】
＜比較例３３＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＤ´とし、セパレータ厚さを０．７μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０５】
＜比較例３４＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＤ´とする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０６】
＜比較例３５＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＤ´とし、セパレータ厚さを５μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０７】
＜比較例３６＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＤ´とし、セパレータ厚さを９μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０８】
＜比較例３７＞
シャットダウン部分なしのセパレータを用い、保護テープの配置位置をＤ´とし、セパレータ厚さを１２μｍとする以外は実施例１と同様にして電池素子を作製した。
【０１０９】
次いで、ゲル状電解質を電極に充分に密着させるために、電池素子外部から圧力をかけた後、ラミネートフィルムで外装して非水電解質電池とした。
【０１１０】
（iii）内部ショート発生率の測定
このような電池を各実施例および比較例ごとに１０００個作製し、内部ショート発生率を測定した。各実施例および比較例のそれぞれについて電池の充電を行い、充電ができない電池については内部ショートが発生している電池とした。
【０１１１】
以下の表１に、測定の結果を示す。
【０１１２】
【表１】
2007134149.tif 000003
【０１１３】
比較例１から分かるとおり、セパレータ厚さが０．７μｍの場合、全ての部分にシャットダウン部分を配置しても内部ショート発生率が高い。また、セパレータ厚さが１μｍ以上の場合は、全ての部分にシャットダウン部分を配置されていれば絶縁テープを用いた場合と同様に電池の内部ショートを防ぐことができることがわかる。
【０１１４】
（iV）電池厚さの測定
シャットダウン部分および保護テープが全ての部分に配置された実施例１〜実施例３および比較例１、比較例２ならびに比較例１８〜比較例２２のそれぞれについて、各１０００個ずつ電池厚さを測定し、電池厚さの平均を求めた。
【０１１５】
以下の表２に、測定の結果を示す。
【０１１６】
【表２】
2007134149.tif 000004
【０１１７】
また、セパレータ厚さが同じ実施例１および比較例１９、実施例２および比較例２０、実施例３および比較例２１、比較例１および比較例１８、比較例２および比較例２２の電池の厚さ同士を比較し、電池厚さ減少率を測定した。
【０１１８】
以下の表３に、測定の結果を示す。
【０１１９】
【表３】
2007134149.tif 000005
【０１２０】
ここで、セパレータ厚さが０．７μｍの比較例１および比較例１８では、内部ショートが多発してしまい、電池の作製ができなかった。
【０１２１】
上述の結果より、従来の保護テープを用いた電池と比較して、シャットダウン部分を設けた電池は、それぞれ約２％電池厚さを減少させることができることがわかる。
【０１２２】
（Ｖ）電池容量劣化率の測定
上述の測定（iV）で用いた各電池について、充電電圧４．２Ｖ、充電電流７００ｍＡで定電圧定電流充電を３時間行った後、１Ｃでの放電を行い、電圧が３．０Ｖとなった時点で放電を終了し、このときの電池容量を測定した。次いで、この充放電サイクルを１００サイクル繰り返した後再度電池容量を測定し、以下の式のようにして電池容量劣化率［％］を測定した。
【０１２３】
電池容量劣化率［％］＝{（１サイクル目の電池容量）−（１００サイクル目の電池容量）}／（１サイクル目の電池容量）×１００
【０１２４】
以下の表４に、測定の結果を示す。
【０１２５】
【表４】
2007134149.tif 000006
【０１２６】
ここで、測定（iV）と同様に、セパレータ厚さが０．７μｍの場合、内部ショートが多発してしまい、電池の作製ができなかった。
【０１２７】
上記結果より、セパレータ厚さが１２μｍの場合、シャットダウンセパレータ、保護テープの使用に関わらず電池容量の劣化が大きいことが分かる。
【０１２８】
このように、上述の測定（iii）〜（Ｖ）より、突き刺し強度が２５０ｇｆ以上であり、かつ空孔率が２０％以下であるシャットダウン部分を有する厚さ１μｍ以上９μｍ以下のセパレータを用いることにより、電池内部でのショートを防止し、かつ薄型化が可能であり、電池容量の劣化も抑制した高品質の非水電解質電池を作製することができることがわかる。
【０１２９】
以上、この発明の一実施の形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１３０】
例えば、上述の一実施の形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。
【０１３１】
また、製造工程上必要な外部からの押圧や、電池の温度上昇など、電池内部の圧力が上昇し、かつ電極端部または活物質塗布端部などによるセパレータの破損、電極の接触等が考えられる電池であれば、いずれもこの発明を適用することにより効果を得ることができる。電池素子も巻回型に限らず、電極を屈曲させた屈曲型等、いずれの場合においても用いることができる。また、二次電池に限ったものではなく、上述のような構成を有する電池であれば一次電池にも適用することができる。
【０１３２】
また、今回、セパレータをシャットダウンするにあたってセパレータを加圧・加熱する方法を用いたが、シャットダウン部分の突き刺し強度が２５０ｇｆ以上かつ空孔率が２０％以下となるようにシャットダウン部分を設けることができればこの方法に限らない。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】従来のように、保護テープを用いた電池素子の断面図である。
【図２】この発明を適用した非水電解質電池の構成の一例を示す模式図である。
【図３】この発明を適用した非水電解質電池の電池素子の構成の一例を示す模式図である。
【図４】この発明を適用した非水電解質電池の電池素子の巻回工程の一例を示す模式図である。
【図５】この発明を適用した非水電解質電池の電池素子の断面図である。
【図６】セパレータのシャットダウン部分の突き刺し強度と電池内部ショート発生率の関係を示すグラフである。
【図７】セパレータのシャットダウン部分の空孔率と電池内部ショート発生率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３４】
１，１１・・・正極
１ａ，１１ａ正極活物質層
１ｂ，１１ｂ・・・正極集電体
２，１２・・・負極
２ａ，１２ａ・・・負極活物質層
２ｂ，１２ｂ・・・負極集電体
３ａ，３ｂ，１３ａ，１３ｂ・・・セパレータ
５ａ，１５ａ・・・正極端子
５ｂ，１５ｂ・・・負極端子
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ・・・絶縁性被覆材
１０・・・非水電解質電池
１６ａ，１６ｂ・・・シーラント
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ・・・シャットダウン部分
１８・・・ラミネートフィルム
１８ａ・・・電池素子収容部
２０・・・電池素子
２１・・・素子巻回部
２２・・・セパレータ加熱処理部
２３・・・巻芯
【図１】
2007134149.tif 000007
【図２】
2007134149.tif 000008
【図３】
2007134149.tif 000009
【図４】
2007134149.tif 000010
【図５】
2007134149.tif 000011
【図６】
2007134149.tif 000012
【図７】
2007134149.tif 000013