(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体箔(12)の表面に活物質(13)が形成された正極シート(11)の前記活物質(13)と負極集電体箔(15)の表面に活物質(16)が形成された負極シート(14)の前記活物質(16)との間にポリマー電解質層(17)が介装され、前記正極集電体箔(12)の一方の側縁(12a)が前記負極集電体箔(15)の一方の側縁(15a)から突出し前記負極集電体箔(15)の他方の側縁(15b)が前記正極集電体箔(12)の他方の側縁(12b)から突出して前記正極シート(11)と前記負極シート(14)が積層されたリチウムイオンポリマー二次電池であって、
前記正極集電体箔(12)の一方の側縁(12a)と前記負極集電体箔(15)の他方の側縁(15b)に対応する前記ポリマー電解質層(17)の両側縁にフィルム状の絶縁性部材(18)が設けられ、
前記絶縁性部材(18)は一方を前記ポリマー電解質層(17)に支持され他方を前記両側縁から突出するように前記両側縁の全長にわたってそれぞれ設けられた
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】
ポリマー電解質層(17)の厚さをｔ1とし、絶縁性部材(18)の厚さをｔ2とするとき、ｔ2／ｔ1が０．０１〜０．７である請求項１記載のリチウムイオンポリマー二次電池。
【請求項３】
負極集電体箔(15)の一方の側縁(15a)から突出する正極集電体箔(12)の突出量及び前記正極集電体箔(12)の他方の側縁(12b)から突出する前記負極集電体箔(15)の突出量をそれぞれｓ1とし、ポリマー電解質層(17)の両側縁から突出する絶縁性部材(18)のそれぞれの突出量をｓ2とするとき、ｓ2／ｓ1が０．０２〜０．８である請求項１又は２記載のリチウムイオンポリマー二次電池。
【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た状態で、その正極シート及び負極シートは積層されてリチウムイオンポリマー二次電池は作られる。
【０００３】
しかし、活物質の間に介装されたポリマー電解質層は比較的薄いため、ポリマー電解質層の端部において積層されたそれぞれの活物質又は集電体箔が積層時のずれにより又は積層された後に加わる外力により接触し、いわゆる内部ショートを生じるおそれがあった。
従来、この端部におけるショートを防止する手段として、負極の端部に対面する正極の端部を、その正極の厚さと同じ厚さを有する絶縁性材料で被覆する非水電解液二次電池が提案されている（特開平３−１２９６７８）。この非水電解液二次電池では、正極の端部が絶縁性材料で被覆されるので、正極及び負極が積層時に僅かにずれても、又は正極又は負極が外力により僅かに変形してもその正極及び負極の端部が直接接触することを回避でき、いわゆる内部ショートの発生を防止できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した非水電解液二次電池では、被覆する絶縁性材料に相当する空間を正極の端部に予め設けておく必要があり、正極の電池として機能する実質的な面積を縮小させて放電容量が減少する不具合がある。
また、一般的なシート状のリチウムイオンポリマー二次電池では、正極シートと負極シートの積層は、活物質の間にポリマー電解質層を介装させた状態で熱圧着することにより行われる。しかし、熱圧着時におけるポリマー電解質層は熱で融解するため、端部におけるポリマー電解質層の端部が融解流出すると、その端部における正極シート及び負極シートが接触してショートするおそれもある。
本発明の目的は、放電容量を減少させることなく内部ショートを確実に防止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。
【０００５】
【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の表面に活物質１３が形成された正極シート１１の活物質１３と負極集電体箔１５の表面に活物質１６が形成された負極シート１４の活物質１６との間にポリマー電解質層１７が介装され、正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａが負極集電体箔１５の一方の側縁１５ａから突出し負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂが正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂから突出して正極シート１１と負極シート１４が積層されたリチウムイオンポリマー二次電池である。
その特徴ある点は、正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａと負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂに対応するポリマー電解質層１７の両側縁にフィルム状の絶縁性部材１８が設けられ、絶縁性部材１８は一方をポリマー電解質層１７に支持され他方を両側縁から突出するように両側縁の全長にわたってそれぞれ設けられたところにある。
【０００６】
この請求項１に係る発明では、ポリマー電解質層１７の両側縁にその全長にわたって設けられたフィルム状の絶縁性部材１８が、積層時のずれにより又は積層された後に加わる外力によりそれぞれの活物質１３，１６又は集電体箔１２，１５が接触することを防止する。特に、正極シート１１と負極シート１４を熱圧着する際のポリマー電解質層１７に絶縁性部材１８をそれぞれ配置すれば、熱圧着時にポリマー電解質層１７の端部が僅かに融解しても、その端部における正極シート１１及び負極シート１４の間に絶縁性部材１７が介在するのでその正極シート１１及び負極シート１４のそれぞれの活物質１３，１６又は集電体箔１２，１６が接触してショートすることを防止できる。
また、フィルム状の絶縁性部材１８を支持するポリマー電解質層１７の両側縁は依然として電解質層として機能するため、正極シート１１及び負極シート１４のそれぞれの活物質１２，１５の実質的な対面面積は減少しない。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ポリマー電解質層１６の厚さをｔ1とし、絶縁性部材１８の厚さをｔ2とするとき、ｔ2／ｔ1が０．０１〜０．７であ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、ポリマー電解質層１７の厚さｔ1と絶縁性部材１８の厚さｔ2が上述した関係を有することにより、ポリマー電解質層１７の厚さを従来より厚くすることなく絶縁性部材１８を設けることが可能になる。ｔ2／ｔ1が０．０１未満であると正極シート１１及び負極シート１４の絶縁特性が減少し、０．７を越えるとポリマー電解質層１７のイオン伝導率が減少する。なお、ｔ2／ｔ1の好ましい範囲は０．０６〜０．１３である。
【０００８】
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、負極集電体箔１５の一方の側縁１５ａから突出する正極集電体箔１２の突出量及び正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂから突出する負極集電体箔１５の突出量をそれぞれｓ1とし、ポリマー電解質層１７の両側縁から突出する絶縁性部材１８のそれぞれの突出量をｓ2とするとき、ｓ2／ｓ1が０．０２〜０．８である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、正極及び負極集電体箔１２，１５の突出量ｓ1と絶縁性部材１８の突出量が上述の関係を有することにより、放電容量を増大させるために正極シート１１及び負極シート１４を複数積層しても、その絶縁性部材１８はその正極及び負極シート１１，１４の活物質１３，１６又は集電体箔１２，１５が更に積層された正極及び負極シート１１，１４の活物質１３，１６又は集電体箔１２，１５と接触することを確実に防止する。ｓ2／ｓ1が０．０２未満であると積層時のずれにより活物質１３，１６又は集電体箔１２，１５が接触するおそれがあり、０．８を越えると取扱いに支障を来す。なお、ｓ2／ｓ1の好ましい範囲は０．２〜０．８である。
【０００９】
【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に形成された活物質１３と負極集電体箔１５の表面に形成された活物質１６との間に介装される。この実施の形態における正極集電体箔１２はＡｌ箔であり、負極集電体箔１５はＣｕ箔である。また、正極シート１１の活物質１３には例えばＬｉＣｏＯ2が使用され、負極シート１４の活物質１６にはグラファイト系の活物質が使用される。
【００１０】
図１及び図２に示すように、それぞれの活物質１３，１６の集電体箔１２，１５の表面への形成は、活物質１３又は１６を溶液に分散混合して作製したスラリーを正極又は負極集電体箔１２，１５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。正極の活物質１３は正極集電体箔１２の一方の側部１２ａを除いて表面に形成され、負極シート１４の活物質１６は負極集電体箔１５の他方の側部１５ｂを除いて表面に形成される。それぞれの活物質１３，１６の間にポリマー電解質層１７が介装された状態で正極シート１１と負極シート１４は熱圧着により積層される。
図２に示すように、正極及び負極シート１１，１４の熱圧着に際して、それぞれの活物質１３，１６の表面には、後にポリマー電解質層１７を構成する電解質スラリー１９がそれぞれ塗布乾燥される。即ち、正極シート１１と負極シート１４の熱圧着は、活物質１３，１６が表面に形成され、その活物質１３，１６の表面に電解質スラリー１９，１９がそれぞれ塗布乾燥された正極集電体箔１２と負極集電体箔１５を、その電解質スラリー１９，１９が対向するよう重ね合された状態で行われる。なお、電解質スラリー１９は、正極又は負極シート１１，１４のいずれか一方の活物質１３又は１６にのみ塗布乾燥させた場合でも、本発明は効力を有する。
【００１１】
正極シート１１と負極シート１４の重ね合せは、正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａが負極集電体箔１５の一方の側縁１５ａから突出し、負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂがその正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂから突出するように行われる。このように重ね合せた正極シート１１と負極シート１４を熱圧着すると、活物質１３，１６の表面に塗布乾燥された電解質スラリー１９，１９は熱でそれぞれ融解しその後硬化することにより互いに融合し、図１に示すようなポリマー電解質層１７を形成する。これにより、活物質１３，１６の間にポリマー電解質層１７が介装され、正極集電体箔１２の一方の側縁１２ａが負極集電体箔１５の一方の側縁１５ａから突出し負極集電体箔１５の他方の側縁１５ｂが正極集電体箔１２の他方の側縁１２ｂから突出して正極シート１１と負極シート１４は積層される。
【００１２】
本発明の特徴ある点は、ポリマー電解質層１７の両側縁にフィルム状の絶縁性部材１８が突出してその両側縁の全長にわたってそれぞれ設けられたところにある。この実施の形態における絶縁性部材１８は幅が１０ｍｍで厚さが４μｍのフィルム状に加工されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。図２に示すように、この絶縁性部材１８は、正極シート１１と負極シート１４を重ね合せる際に、活物質１３，１６の表面に塗布乾燥された電解質スラリー１９，１９の間に側部が挟まれるようにその電解質スラリー１９，１９の両側部にそれぞれ配置される。この状態で正極シート１１と負極シート１４を熱圧着すると、図１に示すように、溶融後硬化して形成されたポリマー電解質層１７の両側縁から突出してその両側縁の全長にわたってそれぞれ設けられる。このように、電解質スラリー１９，１９の両側部に絶縁性部材１８をそれぞれ配置した状態で熱圧着すると、ポリマー電解質層１７の端部が融解しても、その端部における正極集電体箔１２及び負極集電体箔１５の間に絶縁性部材１８が介在するのでその正極集電体箔１２及び負極集電体箔１５が接触してショートすることが防止される。
【００１３】
図１に示すように、ポリマー電解質層１７の厚さｔ1は、活物質１３，１６の表面に塗布乾燥する電解質スラリー１９，１９の厚さに比例する。このため、ポリマー電解質層１７の厚さｔ1の調整は、電解質スラリー１９，１９の厚さを調整することにより行われる。従って、その電解質スラリー１９，１９の厚さをを調整することによりポリマー電解質層１７の厚さｔ1の厚さを調整し、絶縁性部材１８の厚さをｔ2とするとき、ｔ2／ｔ1が０．０１〜０．７であるようにその厚さが調整される。なお、図１では一方の絶縁性部材１８の厚さｔ2とその絶縁性部材１８が位置するポリマー電解質層１７の厚さｔ1を示すが、他方の絶縁性部材１８の厚さｔ2とその絶縁性部材１８が位置するポリマー電解質層１７の厚さｔ1との関係も同様にｔ2／ｔ1が０．０１〜０．７であるように調整される。
【００１４】
また、ポリマー電解質層１７の側縁から突出する絶縁性部材１８の突出量は、電解質スラリー１９，１９の間に配置する絶縁性部材１８の位置により定まる。このため、図１に示すように、負極集電体箔１５の突出量をｓ1とし、その負極集電体箔１５に対面するようにポリマー電解質層１７の側縁から突出する絶縁性部材１８のの突出量をｓ2とするとき、ｓ2／ｓ1が０．０２〜０．８になるように絶縁性部材１８は電解質スラリー１９，１９の間に配置されて正極シート１１と負極シート１４が熱圧着される。なお、記号を付さないが、正極集電体箔１２の突出量及びその正極集電体箔１２に対面するようにポリマー電解質層１７の側縁から突出する絶縁性部材１８の突出量との関係も同様に０．０２〜０．８になるように絶縁性部材１８は電解質スラリー１９，１９の間に配置されて正極シート１１と負極シート１４が熱圧着される。
【００１５】
図３に示すように、本実施の形態におけるリチウムイオンポリマー二次電池１０は、放電容量を増大させるために、上述したように積層された正極シート１１と負極シート１４を更に複数組積層し、負極集電体箔１５の一端縁１５ａから突出した正極集電体箔１２に正極端子２１の一端を接続し、正極集電体箔１２の他端縁１２ｂから突出した負極集電体箔１５に負極端子２２の一端を接続する。その後これら複数組の正極及び負極シート１１，１４はパッケージシート２３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２３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２３で複数の積層された正極及び負極シート１１，１４を挟み、真空又は不活性ガス雰囲気中でそのパッケージシート２３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２３は正極端子２１の他端及び負極端子２２の他端がそれぞれそのパッケージシート２３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、パーケージシート２３から引出された正極及び負極端子２１，２２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。
【００１６】
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、ポリマー電解質層１７の両側縁にその全長にわたって設けられたフィルム状の絶縁性部材１８が、積層時のずれにより又は積層された後に加わる外力により正極及び負極シート１１，１４のそれぞれの活物質１３，１６又は集電体箔１２，１５が接触することを防止する。一方、フィルム状の絶縁性部材１８を支持するポリマー電解質層１７の両側縁は依然として電解質層として機能するため、正極シート１１及び負極シート１４のそれぞれの活物質１３，１６の対面面積はこの絶縁性部材１８を設けることによっては減少しない。このため、従来の二次電池に比較して放電容量を減少させることなく内部ショートを確実に防止できる。
【００１７】
また、ポリマー電解質層１７の厚さｔ1と絶縁性部材１８の厚さｔ2の関係が０．０１〜０．７であるので、ポリマー電解質層１７の厚さを従来より厚くすることなく絶縁性部材１８を設けることが可能になる。このため、この絶縁性部材１８を設けることに起因してリチウムイオンポリマー二次電池が大型化することもない。
更に、正極及び負極集電体箔１２，１５の突出量ｓ1と絶縁性部材１８の突出量ｓ2の関係が０．０２〜０．８であるので、放電容量を増大させるために正極シート１１及び負極シート１４を複数組積層しても、その絶縁性部材１８はその正極及び負極シート１１，１４のそれぞれの活物質１３，１６又は集電体箔１２，１５が更に積層された正極及び負極シート１１，１４のそれぞれの活物質１３，１６又は集電体箔１２，１６と接触することを確実に防止する。この結果、内部ショートを確実に防止しつつ放電容量を容易に拡大することができる。
【００１８】
なお、上述した実施の形態では、正極及び負極シート１１，１４の活物質１３，１６表面にそれぞれ電解質スラリー１９，１９を塗布乾燥した後熱圧着したが、ポリマー電解質層１７の両側縁に絶縁性部材１８をそれぞれ設けられる限り、正極又は負極シート１１，１４のいずれか一方の活物質の表面には電解質スラリーを塗布乾燥しなくても良い。
また、上述した実施の形態では、フィルム状の絶縁性部材１８として幅が１０ｍｍで厚さが４μｍのフィルム状に加工されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を示したが、絶縁性部材はこのＰＥＴ以外にポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリイミド、ポリエーテルイミド及びテフロン等であっても良い。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ポリマー電解質層の両側縁にフィルム状の絶縁性部材を両側縁から突出してその両側縁の全長にわたってそれぞれ設けたので、この絶縁性部材が、積層時のずれにより又は積層された後に加わる外力により、正極及び負極シートのそれぞれの活物質又は集電体箔が接触することを防止する。その一方、フィルム状の絶縁性部材を支持するポリマー電解質層の両側縁は依然として電解質層として機能するため、正極シート及び負極シートのそれぞれの活物質の対面面積はこの絶縁性部材を設けることによっては減少しない。この結果、従来の二次電池に比較して放電容量を減少させることなく内部ショートを確実に防止できる。
【００２０】
また、ポリマー電解質層の厚さと絶縁性部材の厚さを所定の関係で形成すれば、ポリマー電解質層の厚さを従来より厚くすることなく絶縁性部材を設けることが可能になり、リチウムイオンポリマー二次電池を大型化させることなく内部ショートを確実に防止できる。
更に、正極及び負極シートのそれぞれの集電体箔の突出量と絶縁性部材の突出量を所定の関係で設ければ、放電容量を増大させるために正極シート及び負極シートを複数組積層しても、その絶縁性部材はその正極及び負極シートのそれぞれの活物質又は集電体箔が更に積層された正極及び負極シートのそれぞれの活物質又は集電体箔と接触することを確実に防止する。この結果、内部ショートを確実に防止しつつ放電容量を容易に拡大したリチウムイオンポリマー二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層された正極及び負極シートの断面図。
【図２】その正極及び負極シートが積層される状態を示す分解斜視図。
【図３】その二次電池の構成を示す断面図。
【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
１２ａ  一方の側縁
１２ｂ  他方の側縁
１３  活物質
１４  負極シート
１５  負極集電体箔
１５ａ  一方の側縁
１６ｂ  他方の側縁
１６  活物質
１７  ポリマー電解質層
１８  絶縁性部材
ｔ1  電解質層の厚さ
ｔ2  絶縁性部材の厚さ
ｓ1  正極又は負極集電体箔の突出量
ｓ2  絶縁性部材の突出量
【図１】
0003864621.tif 000002
【図２】
0003864621.tif 000003
【図３】
0003864621.tif 000004