(57)【要約】【課題】  集電箔が切れにくい電池を提供する。【解決手段】  正極活物質の塗布面の面内方向と正極タブの面内方向の成す角度が最も小さい基準正極よりも、前記基準正極から最も離れた位置に積層された正極の層の方が、前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界から、前記正極タブとの接続部までの積層方向と垂直方向の距離が小さいように積層されたチウムイオン二次電池の製造方法。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、
負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、
前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、
複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層し、
前記正極タブには正極端子を電気的に接続し、
前記負極タブには負極端子を電気的に接続し、
前記正極と前記負極と前記セパレータとからなる電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記正極は、前記正極、負極およびセパレータを積層する方向をｚ方向とし、ｚ方向と垂直であって、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、前記正極端子を外装体の外側に引き出した方向をｘ方向と定義した場合に、
正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのｚ方向の距離が最も小さい基準正極における、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのｘ方向の距離よりも、前記基準正極から最もｚ方向に離れた位置に積層した正極における、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部までのｘ方向の距離の方が大きいように積層されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項２】
正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、
負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、
前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、
複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層し、
前記正極タブには正極端子を電気的に接続し、
前記負極タブに負極端子を電気的に接続し、
前記正極と前記負極と前記セパレータとからなる電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とを、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界に絶縁部材を形成し、
前記正極は、前記正極、負極およびセパレータを積層する方向をｚ方向とし、ｚ方向と垂直であって、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、前記正極端子を外装体の外側に引き出した方向をｘ方向と定義した場合に、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのｚ方向の距離が最も小さい基準正極における、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのｘ方向の距離の方が大きいように積層されたことを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。
【請求項３】
前記正極は、前記正極端子に向かって湾曲していることを特徴とする請求項１若しくは２記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動、衝撃に対して影響に対する強度が大きなフィルム外装材で封口したリチウムイオン二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動自転車、電動バイク、電気自動車をはじめとする電池を駆動用電源とする機器には容量が大きな二次電池を収容した電池パックが用いられている。体積エネルギー密度、質量エネルギー密度の両者が大きなリチウムイオン二次電池は駆動用電源用の電池として好適である。
リチウムイオン二次電池には正極と負極をセパレータを介して積層したものを卷回した円柱状のもの、正極と負極をセパレータを介して積層した扁平状ものが知られている。
これらのなかでも扁平状のものは正極、負極の面積を大きくしたり、積層する正極、負極の枚数を増加することによって単位電池当たりの容量を大きくすることが容易であるので、動力用モーター等の電源用の電池として好適である。
【０００３】
単位電池の容量を大きくするために、電池要素として積層する正極、負極の数を増加させた場合でも、電池の容積の増加を最小にとどめるためには、正極、負極から取り出した導電接続用の正極タブ、負極引出タブまでの距離を短くすることが必要である。一方で、正極タブ、負極タブを正極引出タブ、負極引出タブまでの長さを、所定の大きさとすることで寸法を適正化することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
リチウムイオン二次電池にあっては、正極とセパレーターを介して対向して配置された負極は、負極の端部に充電時に金属リチウムが析出することがないようにするために、負極を正極よりも大きくするとともに、正極をセパレーター面に垂直に投影した部分を超えて負極が存在するように配置することが不可欠であった。
このために、正極、負極の相互の位置関係を適切に保持した状態で正極集電体、負極集電体から延びる正極タブ、負極タブを正極引出タブ、負極引出タブに最短の距離で接続しようとすると、電池要素の積層体の外面に位置するものほど、正極タブ、負極タブの曲率が大きくなるので、正極タブ、負極タブに大きな力が作用した場合にはこれらが切断する可能性があった。
また、フィルム状外装材を用いる場合には外装材自身が変形しやすいため、タブが存在する部分の外装材が変形した場合には曲率が大きな最外層付近の電極タブに接触するなど、最外層または最外層に近い正極タブ、負極タブが切れる可能性はより高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１４２０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
最外層側の負極ほど曲率が大きくなり、特に正極端に対向する付近での曲率が大きく、負極へのストレスが大きくなる。活物質は必要最小限のバインダーで活物質同士および集電体と結着しているため、正極端に対応する負極活物質表面および内部にクラックが生じる可能性や、活物質が脱落する可能性、さらには集電箔が切れる可能性が大きくなる。一方、曲率を大きくしないためには電極がゆっくりと曲がる程度に余裕をもたせた長さにすることが考えられるが、電池の単位体積あたりの容量を小さくしてしまうという問題が生じる。また、特許文献１では正極側の電極箔の切れについては一切考慮されていない。
そこで本発明は、多数層積み重ねても活物質でのクラック発生や脱落、集電箔の切れが生じにくいリチウムイオン二次電池とその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の課題は、正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層し、前記正極タブには正極端子を電気的に接続し、前記負極タブに負極端子を電気的に接続し、前記正極と前記負極と前記セパレータとからなる電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納したリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記正極は、前記正極、負極およびセパレータを積層する方向をｚ方向とし、ｚ方向と垂直であって前記正極端子を引き出している辺から、対向する負極端子が辺に向かう方向をｘ方向と定義した場合に、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのｚ方向の距離が最も小さい基準正極における、前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのｘ方向の距離よりも、前記基準正極から最もz方向に離れた位置に積層した正極の前記正極タブと前記正極端子との接続部から、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部までのx方向の距離の方が大きいように積層されたリチウムイオン二次電池の製造方法によって解決することができる。
【０００８】
前記基準正極から最も離れた位置に積層された正極の層に向かって、前記境界部から前記接続部までの距離が徐々に小さくなる前記のリチウムイオン二次電池である。
前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部に絶縁部を形成する前記のリチウムイオン二次電池である。
前記正極タブおよび前記負極タブは、前記外装体の同じ辺から引き出される前記のリチウムイオン二次電池である。
前記正極タブおよび前記負極タブは、前記外装体の対抗する辺から別々に引き出される前記のリチウムイオン二次電池である。
【０００９】
正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層され、前記正極タブには正極端子が電気的に接続され、前記負極タブに負極端子が電気的に接続され、前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納されるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記正極は、複数の正極における正極タブの端部を基準に位置合わせされて積層されるリチウムイオン二次電池の製造方法である。
【００１０】
正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層され、前記正極タブには正極端子が電気的に接続され、前記負極タブに負極端子が電気的に接続され、前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納されるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、
前記正極は、複数の正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部を基準に位置合わせされて積層されるリチウムイオン二次電池の製造方法を提供するものである。
【００１１】
正極集電体に正極活物質の塗布部と、正極タブとなる正極活物質の非塗布部とを形成して正極とし、負極集電体に負極活物質の塗布部と、負極タブとなる負極活物質の非塗布部とを形成して負極とし、前記正極と前記負極とをセパレータを介して交互に複数層積層し、複数ある前記正極のうち、少なくとも一部の正極における前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部が、積層方向と垂直な方向でそろわないように積層され、前記正極タブには正極端子が電気的に接続され、前記負極タブに負極端子が電気的に接続され、前記電極積層体と、電解液と、前記正極端子と、前記負極端子とが、前記正極端子の一端および前記負極端子の一端を除いて外装体に収納されるリチウムイオン二次電池の製造方法であって、前記正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界に絶縁部材を形成し、前記正極は、複数の正極における正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部を基準に位置合わせされて積層される、リチウムイオン二次電池の製造方法ある。
前記正極を前記正極端子に向かって湾曲させる前記のリチウムイオン二次電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
正極活物質の塗布面の面内方向と正極タブの面内方向の成す角度が最も小さい基準正極よりも、前記基準正極から最も離れた位置に積層された正極の層のほうが、前記正極活物質の塗布部と非塗布部の境界から、前記正極タブとの接続部までの積層方向と垂直方向の距離を小さくしたので、衝撃、振動に対する強度が大きなリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、リチウムイオン二次電池を説明する図である。図１Ａは、平面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ’線での断面図である。
【図２】図２は、図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である。
【図３】図３は、図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である。
【図４】図４は、負極端子側の一部の断面を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の他の実施態様を説明する図であり、図１におけるＣの部分を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施態様の正極と負極を説明する図である。
【図７】図７は、本発明の他の実施態様の正極と負極を説明する図である。
【図８】図８は、フィルム外装電池の評価用ケースを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、リチウムイオン二次電池を説明する図である。図１Ａは、平面図であり、図１Ｂは、図１ＡにおけるＡ−Ａ’線での断面図である。
本発明のリチウムイオン二次電池１００は、正極１と負極６とがセパレータ２０を介して交互に複数層積層された発電要素１１０を備えており、発電要素１１０は電解液（図示せず）と共に可撓性フィルム３０によって外装されている。発電要素１１０には正極端子１１および負極端子１６が電気的に接続されており、前記正極端子１１および前記負極端子１６の一部または全部が可撓性フィルム３０の外部に引き出されている。
【００１５】
正極１にはアルミニウム製の正極集電体２の表裏に正極活物質、導電性助剤、結着剤等を含む組成物を塗布した正極活物質塗布部３が形成されている。
正極活物質塗布部３は、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、ＬｉＦｅＰＯ4等のオリビン系材料等のリチウム遷移金属複合酸化物の１種または２種以上を、カーボンブラック等の導電助剤を混合してポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子等の結着剤を配合した組成物を塗布乾燥することで作製することができる。
【００１６】
また、負極６には、銅製の負極集電体７の表裏に負極活物質、導電性助剤、結着剤等を含む組成物を塗布した負極活物質塗布部８が形成されている。
負極活物質塗布部８は、充放電時にリチウムイオンを吸蔵、放出する黒鉛、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーンなどの炭素材料や、ケイ素、錫等を含む化合物を、カーボンブラック等の導電助剤を混合してポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、カルボキシメチルセルロース、変性アクリロニトリルゴム粒子等の結着剤を配合した組成物を塗布乾燥することで作製することができる。
【００１７】
正極集電体としてはアルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金等を用いることができ、特にアルミニウムが好ましい。負極集電体としては銅、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金を用いることができる。
セパレータとしては、多孔膜、織布、不織布等があげられ、特にポリプロピレン、ポリエチレン系の多孔膜を１種または２種以上用いることができる。
【００１８】
また、電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類、脂肪族カルボン酸エステル類、γ・ブチロラクトン等のγ・ラクトン類、鎖状エーテル類、環状エーテル類、などの有機溶媒を一種又は二種以上を混合して使用することができ、これらの有機溶媒にＬｉＰＦ6等のリチウム塩を溶解させる。
【００１９】
本発明のリチウムイオン二次電池を外装する可撓性フィルムは、基材となる金属層の表裏面に樹脂層が設けられたものを用いることができる。金属層には電解液の漏出や外部からの水分の侵入を防止する等のバリア性を有するものを選択することができ、アルミニウム、ステンレス鋼などを用いることができる。金属層の少なくとも一方の面には変性ポリオレフィンなどの熱溶着性の樹脂層が設けられ、可撓性フィルムの熱溶着性の樹脂層同士を対向させ、電極積層体を収納する部分の周囲を熱溶着することで外装体を形成する。熱溶着性の樹脂層が形成された面と反対側の面となる外装体表面にはナイロンフィルム、ポリエステルフィルムなどの樹脂層を設けることができる。
正極端子には、アルミニウムやアルミニウム合金で構成されたもの、負極端子には銅や銅合金あるいはそれらにニッケルメッキを施したものなどを用いることができる。それぞれの端子は可撓性フィルムの外部に引き出されるが、それぞれの端子における外装体の周囲を熱溶着する部分に位置する箇所には熱溶着性の樹脂をあらかじめ設けることができる。
【００２０】
正極集電体における正極活物質の非塗布部を正極端子と接続するための正極タブ２ａとし、負極集電体における負極活物質の非塗布部は負極端子と接続するための負極タブ７ａとする。正極タブ同士は正極端子上にまとめられ、正極端子とともに超音波溶接等で互いに接続され、負極タブ同士は負極端子上にまとめられ、負極端子とともに超音波溶接等で互いに接続される。そのうえで、正極端子の一端は可撓性フィルムの外部に引き出され、負極端子の一端も可撓性フィルムの外部に引き出されている。
【００２１】
また、負極活物質塗布部８は、充電時にリチウム金属が負極電極の外周部への析出を防止するために対向する正極活物質塗布部３の外形寸法よりも大きくされている。また、セパレーター２０は、正極、負極の接触を防止するために両者の外形寸法よりも大きい。
【００２２】
本発明のリチウムイオン二次電池は、図１において、正極１、負極６およびセパレータ２０を積層する方向をｚ方向とし、ｚ方向と垂直であって正極端子１１が引き出されている辺から、対向する負極端子が辺に向かう方向をｘ方向と定義する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極タブ２ａが引き出された正極活物質塗布部３の境界面４の正極端子からｘ方向の距離が、ｚ方向の距離が大きいほど大きくしている。
【００２３】
図２は、図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である。
正極１の正極集電体２に形成された正極活物質塗布部３と、正極タブ２ａとして機能する非塗布部との境界部４のうち、正極端子１１に正極タブが接続された部分の正極活物質側に最も近い接続位置１１ａと、活物質の塗布部と非塗布部の境界部４とのｘ方向の距離が最も近い正極を基準正極１ａとした場合、基準正極１ａからｚ方向の距離が大きくなる正極ほど、境界部４までのｘ方向に沿った距離ｂが、接続位置１１ａから前記基準正極１ａの境界部までのｘ方向に沿った距離ａよりも近くなるように正極を配置するのが好ましい。
正極層ごとの境界部４がｘ方向でずれるため、活物質の塗布部と非塗布部による厚みの急激な差が生じることを緩和することが可能となる。ただし、過剰にずらすと正極と負極が対向しない面積が増えることになり電池の容量を低下させるため、ずらし量は必要最小限に留めることが好ましい。
【００２４】
また、この実施態様で説明する電池要素は、負極６の一端は、負極先端を示す負極先端位置線６a上に位置している。
一方、各正極として同じ大きさの正極を用い、各負極にも同じ大きさのものを用いた場合には、正極端部が負極端部からずれた量だけ、正極が正極端子側にずれることとなる。
リチウムイオン二次電池の場合には、正極のセパレーターを介して対向する部分には必ず負極が存在するように配置することが必要である。正極端子側の正極のずれ量は、負極端子側においても、正極電極に対向する部分には負極電極が存在するという条件を満足するものとすることが不可欠となる。
したがって、大きさが等しい正極と、大きさが等しい負極とを用いる場合には、対向する正極と負極にはこれらの条件を満足するように精度良く配置することが必要となる。
【００２５】
ここで、製造上のばらつきによりそれぞれの正極ごとに境界部の位置、塗布部や非塗布部の長さは公差を有することになるため、ずらす量が小さいときには、基準正極１ａに近い正極の境界部よりも、基準正極よりも遠い正極の境界部の方が接続位置１１ａまで距離が小さくなることがあり得る。本発明において、ｚ０が大きくなるに従いｂが小さくなるという表現は、基準正極から最外層の正極に向かって傾向としてｂが小さなっていくことを意図しており、製造公差によって一部の正極が当該傾向を有しないからといって本発明から除外されるものではない。
【００２６】
また、本発明は積層数が多くなるなど、電極積層体の厚みが大きいときに特に効果が顕著になるため、基準正極１ａからｚ方向に沿った距離が所定以上大きくなった正極について、境界部から接続位置１１ａまでのｘ方向に沿った距離ｂが、基準正極の境界部から集電体接続部までのｘ方向に沿った距離ａよりも近くなるように配置してもよい。基準正極以外の正極をすべてずらすような積層を行うと、積層数が多くなるほどずれ量が多くなり前述したように電池の容量を低下させる原因となり得るため、集電箔が切れやすい最外層に近い側の正極層をずらすことで電池の容量低下を最小限とすることができる。なお、所定以上の距離とは集電体の厚みによっても異なるが、例えば集電箔の厚みが４０μｍ以下のときに、基準正極からｚ方向に沿った距離が最も遠い正極までの距離ｚ０が３ｍｍ以上の電池において好ましく、４ｍｍ以上の電池において特に有効である。電池としても寸法の観点からは集電箔の厚みは可能な限り薄いほど好ましいが、箔の強度や導電性を加味した場合には、集電箔の厚さは７μｍ以上が好ましい。
【００２７】
図１における正極端子付近のＣの部分を説明する拡大図である図３に示すように、当該基準正極からｚ方向に沿った距離が所定以上大きくなった正極は、正極活物質の塗布部を起点に正極端子１１に向かって湾曲させることが好ましい。正極集電体が切れやすい箇所の一つとして、正極活物質と塗布部と非塗布部の境界部４が挙げられるが、それは最外層側の境界部における集電箔の曲率が大きくなるのが原因の一つであり、図３のように最外層側の正極を集電体接続部側にずらしたうえで活物質を起点に正極端子に向かって正極を曲げれば、正極の集電体が切れる可能性を小さくすることができる。
【００２８】
また、図４に負極端子側の一部の断面を説明する図に示すように、負極端子側でも正極１が正極端子側にずらされていることにより、最外層に近い負極６ほど正極活物質の塗布部と対向しない負極活物質塗布部８の長さが大きくなり、正極側の端部もｘ方向に沿った位置が揃っておらず階段状にずれることになるため、負極集電体接続部に向かって湾曲させやすくなる。
【００２９】
図５は、本発明の他の実施態様を説明する図であり、図１におけるＣの部分を示す図である。
正極活物質の塗布部と非塗布部の境界を覆うように絶縁部材４０を形成し、当該絶縁部材４０が形成されている箇所を起点に前記正極集電体接続部に向かって湾曲させることで、集電箔の切れが生じにくい構成となる。絶縁部にも厚みがあるため、絶縁部がｘ方向にずれることで絶縁部同士の重なり厚さが緩和され、活物質の曲率を小さくすることができるという顕著な効果を得ることができる。
【００３０】
図１においては、正極端子１１と負極端子１６が、図６Ａに示す正極１と図６Ｂに示す負極６をセパレータを介して交互に積層することで、フィルム外装電池１００において対向する辺から別々に引き出されているが、正極と負極のタブの幅をそれぞれの電極幅の５０％未満とした図７Ａに示す正極１と図７Ｂに示す負極６をセパレータを介して交互に積層し、正極端子と負極端子とを同一の辺から引き出すこともできる（図示せず）。
【００３１】
可撓性フィルムは、基材となる金属層の表裏面に樹脂層が設けられたものを用いることができる。金属層には電解液の漏出や外部からの水分の侵入を防止する等のバリア性を有するものを選択することができ、アルミニウム、ステンレス鋼などを用いることができる。金属層の少なくとも一方の面には変性ポリオレフィンなどの熱溶着性の樹脂層が設けられ、可撓性フィルムの熱溶着性の樹脂層同士を対向させ、電極積層体を収納する部分の周囲を熱溶着することで外装体を形成する。熱溶着性の樹脂層が形成された面と反対側の面となる外装体表面にはナイロンフィルム、ポリエステルフィルムなどの樹脂層を設けることができる。
【００３２】
正極端子には、アルミニウムやアルミニウム合金で構成されたもの、負極端子には銅や銅合金あるいはこれらにニッケルメッキを施したものなどを用いることができる。それぞれの端子は可撓性フィルムの外部に引き出されるが、それぞれの端子における外装体の周囲を熱溶着性する部分に位置する箇所には熱溶着性の樹脂をあらかじめ設けることができる。
正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部に形成する絶縁部材には、ポリイミド、ガラス繊維、ポリエステル、ポリプロピレンあるいはこれらを含有する組成物を用いることができ、これらの部材に熱を加えて境界部に溶着させたり、ゲル状の樹脂を境界部に塗布、乾燥させることで絶縁部材を形成することができるが、特にこれらに限られるものではない。  絶縁部材の厚みは、体積効率の観点からは厚みが小さいものほど好ましいが、絶縁性や強度を加味すると特に７μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１５μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。
【００３３】
さらに、基準正極に対して最外層側の正極層をずらすことで、絶縁部材による局所的な厚みの増大が緩和され、電池の厚み方向の大きさを小さくすることができる。また、厚み方向の大きさをこれまでの電池と同じにするならば、これまでの絶縁部材よりも厚みが大きいものを用いることも可能である。
タブである集電箔の切れ易さはタブの幅や厚みによっても影響を受けるが、本発明は幅２００ｍｍ以下、厚みが４０μｍ以下の集電箔、特に厚み２０μｍ以下の薄い集電箔において顕著な効果があることが確認できた。
【実施例】
【００３４】
実施例１
正極の作製
活物質としてマンガン酸リチウムとニッケル酸リチウムとを含む複合酸化物を用い、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてＰＶｄＦを用い、これらを有機溶媒中に分散したスラリーを準備した。このスラリーを、正極集電体である厚さ２０μｍのアルミニウム箔に連続的に塗布・乾燥し、正極集電体の塗布部２と、塗布しない非塗布部とを備える正極ロールを作成した。
この正極ロールを、図６Ａに示すように正極端子と接続するためのタブとなる非塗布部を残して、縦２２０ｍｍ、横９５ｍｍ  活物質の片面の厚さ８０μｍの正極を作製した。
【００３５】
負極の作製
活物質として黒鉛、導電剤としてカーボンブラック、バインダーとしてＰＶｄＦを用い、これらを有機溶媒中に分散したスラリーを準備した。このスラリーを、負極集電体である厚さ１０μｍの銅箔に連続的に塗布・乾燥し、負極集電体の塗布部と、塗布しない非塗布部とを備える負極ロール作製した。
この負極ロールを、図６Ｂに示すように負極端子と接続するためのタブとなる非塗布部を残して、縦２２５ｍｍ、横１００ｍｍ  活物質の片面の厚さ６０μｍの電極を作製した。
【００３６】
発電要素の作製
縦２３０ｍｍ、横１０５ｍｍ  厚さ２５μｍのポリプロピレン製セパレーターを配置して、活物質の境界部から、正極活物質側に最も近い正極タブと正極端子との接続位置、すなわち図２で示す接続位置１１ａまでの距離１４ｍｍの発電要素を作製した。
得られた正極２９枚と負極３０枚とを、ポリプロピレンとポリエチレンの２層構造からなる厚さ３０μｍのセパレータを介して負極が最外層になるように交互に積層し、厚さ１０ｍｍの積層体を得た。
【００３７】
正極の各層の非塗布部はアルミ製の正極端子上にまとめられて溶接され、負極の各層の非塗布部には銅の表面にニッケルメッキを施した負極端子上にまとめられて溶接した。
この積層の際、正極タブの端面を一致させるように積層することで、図のように正極端子から遠い正極ほど電極活物質の塗布部と非塗布部の境界線が、ｘ方向において正極端子側に近づくように配置される。このとき正極集電箔接続部から基準正極の境界部までのｘ方向の距離が、正極集電箔接続部から基準正極の境界部に至るまでの正極タブの沿面距離よりも近くなるようにし、正極活物質は湾曲させずに正極集電体のみをわずかに湾曲させた状態で正極端子を配置した。なお、基準正極は積層方向の中心となる１５枚目の正極になるようにした。一方、負極タブは負極活物質の塗布部と非塗布部の境界部４の端面を一致させるように積層した。その結果、最も外側の電極は基準電極に対して０．７ｍｍのずれが生じた。
【００３８】
フィルム外装電池の作製
作製した発電要素は基準正極が積層方向の中心となっているため、可撓性フィルムの両方に電極積層体の外形に対応した収容部が設けられている。正極端子の一端および負極端子の一端が可撓性フィルムの外部に引き出されるようにした状態で、２枚の可撓性フィルムの周囲を熱溶着して電極積層体を可撓性フィルムの内部に収容した。このとき、まずは正極端子および負極端子の引き出される辺とは異なる１辺だけは熱溶着せず、電解液を注液するための開口部とした。次いで、前記開口部から電解液を注入して十分に含浸させた後に、さらに前記開口部を熱溶着することで可撓性フィルムの周囲すべてを熱溶着した。
【００３９】
評価試験
作製したフィルム外装電池を評価用ケースに収容して評価を行った。
評価用ケース８０は電池載置部を有する箱部８０ａと、当該箱部の蓋となる蓋部とを篏合したものであって、図８にその外観を示す。
フィルム外装電池の正極端子と負極端子にはそれぞれ、ねじ止め用の穴８１，８２が設けられており、それぞれの穴に評価用ケースに設けられた正極端子を係止するピンと負極端子を係止するピンとを挿入し、フィルム外装電池１００を評価用ケースに固定した。
その後、蓋部を篏合させて、評価用ケースの外部から、負極端子から正極端子の方向に対して１５Ｇの加速度で衝撃を加えたときの、境界部の正極タブの状態を２０個のフィルム外装電池について観察した。
【００４０】
その結果、正極タブが切断した電池を確認することはできず、正極タブのうちの１枚だけが１００μｍ未満のわずかな切れが生じていたが、製品の特性や信頼性に影響するようなものではなかった。これは、正極の境界部が一致するのを緩和しているため、活物質の塗布部と非塗布部との段差分だけ正極端子側の正極端部および負極端部が基準正極側にずれることができるため、境界部における箔の切断が防がれたと思われ、１枚だけにわずかな切れが生じたのは、集電箔をわずかに撓ませていたために、衝撃を与えた際に１枚の正極タブに一瞬大きな負荷がかかったものと考えられる。
【００４１】
実施例２
正極と負極を正極タブの端面を一致させるように積層する際に、活物質の境界部から正極活物質側に最も近い接続位置、すなわち図２における１１ａまでの距離８ｍｍとして、基準正極と最外層の正極のずれが１．３ｍｍになるように配置し、正極が集電体接続部に向かってわずかに湾曲するようにした点を除き、実施例１と同様にフィルム外装電池を作製し、評価した。
評価の結果、正極タブが切断されたり、その一部に切れが生じたりした電池を確認することはできなかった。
これは、実施例１に比べて正極集電箔が伸びた状態で正極端子が配置されていたので、負荷が複数の正極に分散されるとともに、正極の端部が正極集電体接続部に向かって湾曲しているので境界部における曲率が小さいために、境界部における切断や微細な切れが発生するのを防いだと思われる。
【００４２】
実施例３
基準正極から数えて１１層目までは積層ずれがないように積層し、１２層目から１５層目までの正極について、０．５ｍｍずつ正極端子側に近づくように配置した以外は、実施例１と同様にフィルム外装電池を作製、評価した。なお１２層目〜１５層目の正極は、正極集電体接続部に向かって湾曲した状態になっている。
実施例２と同様にフィルム外装電池を作製、評価した。なお、基準正極の集電体接続部が形成されている面から、最外層の境界部における集電体までのｚ方向の距離は４ｍｍだった。なお正極における最外層は正極集電体接続部に向かって湾曲された状態になっている。
評価の結果、正極タブが切断されたり、その一部に切れが生じたりした電池を確認することはできなかった。
なお、本実施例においては、自動組立装置に変位量を設定することで積層した。
【００４３】
実施例４
正極活物質の塗布部と非塗布部の境界部に、厚さ３０μｍ、幅５ｍｍの絶縁部材を形成した点を除き、実施例３と同様にフィルム外装電池を作製して評価した。
評価の結果、正極タブが切断されたり、その一部に切れが生じたりした電池を確認することはできなかった。また、後述する比較例に比べて電極の厚みも小さくすることができた。
【００４４】
比較例１
正極と負極とを、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界線がＸ方向において一致するようにした点を除き、実施例１と同様にしてフィルム外装電池を作製し、評価を行った。評価の結果、２０個のうち５個のフィルム外装電池のタブが切断されており、５個のフィルム外装電池の正極タブに２〜５ｍｍ程度の切れが生じていることが確認された。
【００４５】
比較例２
正極と負極とを、正極活物質の塗布部と非塗布部の境界線がＸ方向において一致するようにした点を除き、実施例４と同様にフィルム外装電池を作製し、評価を行った。評価の結果、２０個のうち８個のフィルム外装電池のタブが切断されており、６個のフィルム外装電池の正極タブに２〜５ｍｍ程度の切れが生じていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明のフィルム状外装材で外装したリチウムイオン二次電池は、衝撃力に対しての耐力が大きいので電動自転車、電気自動車等の振動、衝撃を受ける可能性のある分野での電気エネルギーの供給源として好適である。
【符号の説明】
【００４７】
１００・・・リチウムイオン二次電池、１・・・正極、１ａ・・・基準正極、２・・・正極集電体、２ａ・・・正極タブ、３・・・正極活物質塗布部、４・・・境界部、６・・・負極、６a・・・負極先端位置線、７・・・負極集電体、８・・・負極活物質塗布部、１１・・・正極端子、１１ａ・・・正極活物質側に最も近い接続位置、１６・・・負極端子、２０・・・セパレーター、１００・・・フィルム外装電池、１１０・・・発電要素、３０・・・可撓性フィルム、４０・・・絶縁部材、８０・・・評価用ケース、８０ａ・・・箱部、８１，８２・・・ねじ止め用の穴
【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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