(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体の少なくとも一方の面に正極合剤層を形成してなるシート状の正極と、負極集電体の少なくとも一方の面に負極合剤層を形成してなるシート状の負極とを、それらの間に、不織布にポリマー電解質を保持させたポリマー電解質層を介在させて反物状に巻回し、その反物状巻回構造の電極体の巻回中心部から正極端子および負極端子を取り出すポリマー電解質電池において、正極の巻き始め部の正極集電体には正極合剤層を形成せず、正極集電体の露出部分を残し、その正極集電体の露出部分で構成される正極のリード部を、セパレータの存在しない正極間に介在するように、正極合剤層と正極集電体の露出部分との境界部分から折り曲げ、その正極のリード部に正極端子の一方の端部を接続し、かつ負極の巻き始め部の負極集電体には負極合剤層を形成せず、負極集電体の露出部分に残し、その負極集電体の露出部分で構成される負極のリード部を、セパレータの存在しない負極間に介在するように、負極合剤層と負極集電体の露出部分との境界部分から折り曲げ、その負極のリード部に負極端子の一方の端部を接続したことを特徴とするポリマー電解質電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマー電解質電池に関し、さらに詳しくは、特に携帯用電子機器、電気自動車、ロードレベリングなどの電源として使用するのに適したポリマー電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマー電解質電池では、電極および電解質をシート状にすることができ、それによって、Ａ４版、Ｂ５版などの大面積でしかも薄形の電池の作製が可能になり、各種薄形製品への適用が可能になって、電池の使用範囲が大きく広がっている。特にポリマー電解質を用いた電池は、耐漏液性を含めた安全性、貯蔵性が優れており、しかも薄く、フレキシブルであることから、機器の形状に合わせた電池を設計できるという、今までの電池にない特徴をもっている。
【０００３】
このポリマー電解質電池は、通常、アルミニウム箔を芯材にし、内面側に接着層となる熱融着性樹脂フィルムを配置したラミネートフィルムを外装材に用い、得ようとする電気容量に応じて、シート状の電極とシート状のポリマー電解質層とを積層した電極積層体を外装材で封止することによって、薄いシート形電池に仕上げられるのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、例えば、携帯電話、携帯情報電子端末（ＰＤＡ）などの用途に用いるポリマー電解質電池では、上記のようにシート状の正極とシート状の負極とを積層せず、シート状の正極とシート状の負極とをそれらの間にポリマー電解質を介在させて反物状に巻回し、その反物状巻回構造の電極体をアルミニウム箔などの金属箔を芯材にしたラミネートフィルムからなる外装材で封止して電池に仕上げている。
【０００５】
ところで、このような巻回構造の電極体を有する電池としては、リチウムイオン電池が代表的なものとして挙げられるが、このリチウムイオン電池では、巻回構造の電極体の巻き始め部に正極リード体を取り付け、巻き終り部に負極リード体を取り付けて、正極リード体を正極端子としての機能を有する封口板に接続し、負極リード体を負極端子としての機能を有する電池ケースに接続する集電構造が採用されている。つまり、このリチウムイオン電池では、封口板や電池ケースのいずれの部分からも電池応用機器への電気的接続が可能なため、端子間の距離が問題になることがない。
【０００６】
しかしながら、ポリマー電解質電池の場合は正極のリード体や負極のリード体などが直接電池応用機器へのリード端子となるため、上記のようなリチウムイオン電池で採用されている集電構造をそのまま取り入れると、巻回構造の電極体の巻き終り部の位置が一定しないため、端子間隔が一定にならず電池応用機器への接続が困難になってしまう。
【０００７】
そこで、正極端子や負極端子を電極体の巻回中心部から取り出すことが望まれるが、そのようにしようとした場合、正極端子取付部が負極と対向し、また、負極端子取付部も正極と対向してしまうため、電極端子取付部をポリイミドテープで被覆して絶縁しなければならないという問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、正極端子および負極端子を電極体の巻回中心部から取り出すことができるようにするとともに、正極端子および負極端子の位置精度を向上させ、信頼性の高いポリマー電解質電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極集電体の少なくとも一方の面に正極合剤層を形成してなるシート状の正極と、負極集電体の少なくとも一方の面に負極合剤層を形成してなるシート状の負極とを、それらの間に、不織布にポリマー電解質を保持させたポリマー電解質層を介在させて反物状に巻回し、その反物状巻回構造の電極体の巻回中心部から正極端子および負極端子を取り出すポリマー電解質電池において、正極の巻き始め部の正極集電体には正極合剤層を形成せず、正極集電体の露出部分を残し、その正極集電体の露出部分で構成される正極のリード部を、セパレータの存在しない正極間に介在するように、正極合剤層と正極集電体の露出部分との境界部分から折り曲げ、その正極のリード部に正極端子の一方の端部を接続し、かつ負極の巻き始め部の負極集電体には負極合剤層を形成せず、負極集電体の露出部分を残し、その負極集電体の露出部分で構成される負極のリード部を、セパレータの存在しない負極間に介在するように、負極合剤層と負極集電体の露出部分との境界部分から折り曲げ、その負極のリード部に負極端子の一方の端部を接続することによって、正極端子および負極端子を電極体の巻回中心部から取り出すことを可能にするとともに、正極端子および負極端子の位置精度を向上させ、上記課題を解決したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明において、正極、負極は公知の構成のものでよいが、ポリマー電解質層はシート状の正極とシート状の負極との間に介在させて反物状に巻回する関係上、ポリマー電解質を不織布などの芯材に保持させたものであることが好ましい。ただし、ポリマー電解質を正極や負極を保持させ、それらの間に不織布などの芯材を介在させてもよいし、また、正極や負極にポリマー電解質を保持させ、それらの間に上記不織布などの芯材にポリマー電解質を保持させたポリマー電解質層を介在させてもよい。
【００１１】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限定されることはない。
【００１２】
実施例１
まず、この実施例１において用いる正極および負極の作製、ゲル化成分含有電解液の調製について先に説明する。
【００１３】
正極の作製：
正極活物質であるＬｉＣｏＯ2 ８０重量部、導電助剤であるアセチレンブラック１０重量部、バインダーであるポリフッ化ビニリデン１０重量部とをＮ−メチルピロリドンを溶媒として均一になるように混合し、正極合剤含有ペーストを調製した。この正極合剤含有ペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って正極合剤層の厚みを調整し、正極合剤層形成部分の面積が５０ｍｍ×１２０ｍｍになるように切断して正極を作製した。ただし、上記正極の作製にあたっては、アルミニウム箔の巻き始め側の端部に正極合剤含有ペーストを塗布せずに、幅５０ｍｍ、長さ１５ｍｍのアルミニウム箔の露出部分を残し、そのアルミニウム箔の露出部分を正極端子などとの接続のためのリード部とし、そのアルミニウム箔からなる正極集電体の露出部分から９０ｍｍのところまでは正極集電体の片面のみに正極合剤層を形成し、そこから正極集電体の末端までは正極集電体の両面に正極合剤層を形成した。そして、カレンダー処理による厚み調整では正極合剤層を正極集電体の片面のみに形成した部分では全厚を７５μｍに調整し、正極合剤層を正極集電体の両面に形成した部分では全厚を１３０μｍに調整した。この正極の正極合剤層を正極集電体の片面のみに形成した部分の縦断面図を図１に模式的に示し、正極合剤層を正極集電体の両面に形成した部分の縦断面図を図２に模式的に示す。図１〜２に示すように、正極１はその一部において正極合剤層１ｂを正極集電体１ａの片面のみに形成し、また、他の部分においては正極合剤層１ｂを負極集電体１ａの両面に形成することによって作製され、そのリード部１ｃは上記正極集電体１ａを構成するアルミニウム箔の一部に正極合剤含有ペーストを塗布せず、アルミニウム箔を露出させることによって構成されている。
【００１４】
負極の作製：
負極活物質である黒鉛７７重量部とカーボトロンＰ（商品名、呉羽化学工業社製、低結晶カーボン）８重量部とバインダーであるポリフッ化ビニリデン１５重量部とをＮ−メチルピロリドンを溶媒として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製し、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って負極合剤層の厚みを調整し、負極合剤層形成部分の面積が５２ｍｍ×１６０ｍｍになるように切断して負極を作製した。ただし、上記負極の作製にあたっては、銅箔の巻き始め側の端部に負極合剤含有ペーストを塗布せず、幅５２ｍｍ、長さ２０ｍｍの銅箔の露出部分を残し、その銅箔の露出部分を負極端子などとの接続のためのリード部とし、その銅箔からなる負極集電体の露出部分から９０ｍｍのところまでは負極集電体の片面のみに負極合剤層を形成し、そこからさらに４０ｍｍの間は負極集電体の両面に負極合剤層を形成し、さらにそこから負極集電体の末端までは負極集電体の片面のみに負極合剤層を形成した。そして、カレンダー処理による厚み調整では、負極合剤層を負極集電体の片面のみに形成した部分では全厚を７５μｍに調整し、負極合剤層を負極集電体の両面に形成した部分では全厚を１３０μｍに調整した。この負極合剤層を負極集電体の片面のみに形成部分の縦断面図を図３に模式的に示し、負極合剤層を負極集電体の両面に形成した部分の縦断面図を図４に模式的に示す。図３〜４に示すように、負極２はその一部において負極合剤層２ｂを負極集電体２ａの片面のみに形成し、他の部分においては負極合剤層２ｂを負極集電体２ａの両面に形成することによって作製され、そのリード部２ｃは上記負極集電体２ａを構成する銅箔の一部に負極合剤含有ペーストを塗布せず、銅箔を露出させて構成されている。
【００１５】
ゲル化成分含有電解液の調製：
プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ6 を１．２２ｍｏｌ／ｌ溶解させることによって調製した電解液に開始剤として２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド〔商品名：ルシリンＴＰＯ、ビーエーエスエフジャパン（株）製〕をあらかじめモノマー成分に対して２重量％加えて溶解しておき、そこにジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを使用開始１０分前に濃度が６重量％になるように加えて混合し、ゲル化成分を含有する電解液を調製した。このゲル化成分を含有する電解液を上記標題のように「ゲル化成分含有電解液」と簡略化して表現する。
【００１６】
上記のように作製した正極をポリマー電解質の支持体となる不織布で包んで、正極と支持体とを一体化しておき、その全体にゲル化成分含有電解液を含浸させ、ゲル化して、ポリマー電解質保持正極を得た。その作製方法の詳細を次に示す。
【００１７】
ポリマー電解質保持正極の作製：
支持体としては、厚さ３０μｍ、坪量１２ｇ／ｍ2 のポリブチレンテレフタレート不織布〔ＮＫＫ社製、ＭＢ１２３０（商品名）〕を用いた。
【００１８】
まず、正極の正極合剤層を正極集電体の両面に形成した部分では、その両面、つまり、両面の正極合剤層の表面を上記ポリブチレンテレフタレート不織布で覆い、正極合剤層を正極集電体の片面のみに形成した部分では、その正極合剤層の表面を上記ポリブチレンテレフタレート不織布で覆った。
【００１９】
この正極と支持体とを一体化した正極ユニットを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸漬して正極ユニットにゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエチレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、そのポリエチレン製袋の両面から、フュージョンＵＶシステムズ・ジャパン（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ／ｃｍ2 の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー成分を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状ポリマー電解質とした。このポリマー電解質層を保持させた正極と支持体との一体化物を袋から取り出し、そのリード部に付着したゲル状ポリマー電解質を取り除いて、ポリマー電解質保持正極を得た。
【００２０】
このポリマー電解質保持正極において正極合剤層が正極集電体の片面のみに形成されている部分の断面図を図５に模式的に示し、正極合剤層が正極集電体の両面に形成されている部分の断面図を図６に模式的に示す。図５〜６において、３はポリマー電解質層で、３ａはポリブチレンテレフタレート不織布からなる支持体である。これらの図５〜６においては、ゲル状のポリマー電解質３が支持体３ａの周囲に形成されているかのように図示されているが、実際には、正極ユニットへのゲル化成分含有電解液の含浸時に上記ゲル化成分含有電解液が多孔質の不織布で構成されている支持体の内部に侵入し、さらに正極の内部の空孔部分にも侵入し、そこで重合とゲル化が行われてゲル状のポリマー電解質になっている。しかし、そのように図示することはできないので、これらの図においては上記のように模式的な図にしている。
【００２１】
また、上記のようにして作製した負極をポリマー電解質の支持体となる不織布で包んで、負極と支持体を一体化しておき、その全体にゲル化成分含有電解液を含浸させ、ゲル化して、ポリマー電解質保持負極を得た。その作製方法の詳細を次に示す。
【００２２】
ポリマー電解質保持負極の作製：
支持体としては、前記ポリマー電解質保持正極の場合と同様に厚さ３０μｍ、坪量１２ｇ／ｍ2 のポリブチレンテレフタレート不織布〔ＮＫＫ社製、ＭＢ１２３０（商品名）〕を用いた。
【００２３】
そして、負極の負極合剤層を負極集電体の両面に形成した部分では、その両面、つまり、両面の負極合剤層の表面を上記ポリブチレンテレフタレート不織布で覆い、負極合剤層を負極集電体の片面のみに形成した部分では、その負極合剤層の表面を上記ポリブチレンテレフタレート不織布で覆った。
【００２４】
この負極と支持体とを一体化した負極ユニットを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸漬して、ゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエチレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、ポリエチレン製の袋の両面から、フュージョンＵＶシステムズ・ジャパン（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ／ｃｍ2 の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー成分を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状ポリマー電解質とした。このゲル状ポリマー電解質を保持させた負極と支持体との一体化物を袋から取り出し、そのリード部に付着したゲル状ポリマー電解質を取り除いて、ポリマー電解質保持負極を得た。
【００２５】
このポリマー電解質保持負極において負極合剤層が負極集電体の片面のみに形成されている部分の断面図を図７に模式的に示し、負極合剤層が負極集電体の両面に形成されている部分の断面図を図８に示す。図７〜８においても、３はポリマー電解質で、３ａはポリブチレンテレフタレート不織布からなる支持体である。これらの図７〜８においても、前記ポリマー電解質保持正極の場合と同様に、ゲル状のポリマー電解質３が支持体３ａの周囲に形成されているかのように図示されているが、実際には、負極ユニットへのゲル化成分含有電解液の含浸時に上記ゲル化成分含有電解液が多孔質の不織布で構成されている支持体の内部に侵入し、さらに負極の内部の空孔部分にも侵入し、そこで重合とゲル化が行われてゲル状のポリマー電解質になっている。しかし、そのように図示することはできないので、これらの図においては上記のように模式的な図にしている。
【００２６】
つぎに、上記ポリマー電解質保持正極の巻き始め側となる端部の正極集電体の露出部分で構成される正極のリード部を外側（巻回の径方向外方側）に折り曲げ、その正極のリード部に正極端子の一方の端部を溶接して接続し、その折り曲げられたリード部が正極間に挟まれるように正極を折り返し、負極側ではポリマー電解質保持負極の巻き始め側となる端部の負極集電体の露出部分で構成される負極のリード部を外側に折り曲げ、その負極のリード部に負極端子の一方の端部を溶接して接続し、その折り曲げられたリード部が負極間に挟まれるように負極を折り返し、その状態で上記ポリマー電解質保持正極とポリマー電解質保持負極とを反物状に巻回して反物状巻回構造の電極体を作製した。
【００２７】
上記反物状巻回構造の電極体の横断面図を図９に示す。図９に示すように、ポリマー電解質保持正極１０の巻き始め側の端部における正極集電体の露出部分で構成される正極のリード部１ｃは外側（巻回の径方向外方側）に折り曲げられ、その折り曲げられたリード部１ｃに正極端子４の一方の端部が接続されている。そして、ポリマー電解質保持負極２０の巻き始め側の端部における負極集電体の露出部分で構成される負極のリード部２ｃは外側に折り曲げられ、その折り曲げられたリード部２ｃに負極端子５の一方の端部が接続され、その状態でポリマー電解質保持正極１０とポリマー電解質保持負極２０とが反物状に巻回されて反物状巻回構造の電極体にされている。つまり、この反物状巻回構造の電極体においては、正極１にポリマー電解質３を保持させたポリマー電解質保持正極１０と負極２にポリマー電解質３を保持させたポリマー電解質保持負極２０とを巻回しているので、正極１と負極２との間にポリマー電解質３を介在させた状態で反物状に巻回されて反物状巻回構造の電極体にされていることになる。
【００２８】
そして、ポリマー電解質保持正極１０における１０ａの部分は、正極１の負極集電体１ａの片面にのみ正極合剤層１ｂを形成した部分であってポリマー電解質層を形成しなかった側（つまり、正極集電体１ａ側）を示し、また、ポリマー電解質保持正極２０における２０ａの部分は負極２の負極集電体２ａの片面にのみ負極合剤層２ｂを形成した部分であってポリマー電解質を形成しなかった側（つまり、負極集電体２ａ側）を示している。そして、図示していないが、上記反物状巻回構造の電極体をナイロンフィルム−アルミニウム箔−変性ポリオレフィンフィルムの３層ラミネートフィルムからなる外装材で封止して幅５０ｍｍ、長さ７０ｍｍ、厚さ２ｍｍで正極端子４のフリー側の端部と負極端子５のフリー側の端部とが同一方向に引き出されたポリマー電解質電池を作製した。
【００２９】
比較例１
ポリマー電解質保持正極は上記実施例１の場合と同様の構成にし、正極端子の一方の端部を巻き始め部の正極のリード部に接続し、ポリマー電解質保持負極は上記実施例１の場合とは異なり負極集電体の巻き終り部に負極合剤層を形成せずに負極集電体の露出部分を残し、その負極集電体の露出部分で構成される負極のリード部に負極端子の一方の端部を接続した以外は、実施例１と同様にポリマー電解質電池を作製した。
【００３０】
上記実施例１の電池および比較例１の電池をそれぞれ５０個ずつ製造し、その正極端子と負極端子との間の距離を測定し、上記距離が規格値（２０±１ｍｍ）から外れる電池個数を調べた。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
0004121053.tif 000002
【００３２】
表１に示すように、実施例１は製造した５０個の電池のいずれも正極端子と負極端子との間の距離が適正で規格外になるものがまったくなかったが、比較例１は製造した５０個の電池のうち１７個の電池が正極端子と負極端子との間の距離が規格外になった。つまり、実施例１は比較例１に比べて正極端子と負極端子との間の距離のバラツキが少なく、実施例１は正極端子および負極端子の位置精度が高かった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、正極端子と負極端子との間の距離のバラツキが少なく、正極端子および負極端子の位置精度の高いポリマー電解質電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる正極の正極合剤層を正極集電体の片面のみに形成した部分を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる正極の正極合剤層を正極集電体の両面に形成した部分を模式的に示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる負極の負極合剤層を負極集電体の片面のみに形成した部分を模式的に示す縦断面図である。
【図４】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる負極の負極合剤層を負極集電体の両面に形成した部分を模式的に示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いるポリマー電解質保持正極であって正極合剤層が正極集電体の片面のみに形成されている部分を模式的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いるポリマー電解質保持正極であって正極合剤層が正極集電体の両面に形成されている部分を模式的に示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いるポリマー電解質保持負極であって負極合剤層が負極集電体の片面のみに形成されている部分を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いるポリマー電解質保持負極であって負極合剤層が負極集電体の両面に形成されている部分を模式的に示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる反物状巻回構造の電極体を模式的に示す横断面図である。
【符号の説明】
１    正極
１ａ  正極集電体
１ｂ  正極合剤層
１ｃ  リード部
２    負極
２ａ  負極集電体
２ｂ  負極合剤層
２ｃ  リード部
３    ポリマー電解質層
３ａ  支持体
４    正極端子
５    負極端子
１０  ポリマー電解質保持正極
２０  ポリマー電解質保持負極
【図１】
0004121053.tif 000003
【図２】
0004121053.tif 000004
【図３】
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【図４】
0004121053.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004121053.tif 000010
【図９】
0004121053.tif 000011