(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極集電体、及び前記陽極集電体の両面に形成され陽極活物質を主成分とする陽極シートを含む、電解質が含浸されてなる陽極と、
陰極集電体、及び前記陰極集電体の両面に形成され陰極活物質を主成分とする陰極シートとを含む、電解質が含浸されてなる陰極と、
前記陽極と陰極との間に介在されてこれらを相互絶縁させるセパレータと、
前記陽極集電体の一端部から引出されてなる、Ｖ状に曲がった一つの陽極タップと、
前記陽極タップの端部で溶接された陽極端子と、
前記陰極集電体の一端部から引出されてなる、Ｖ状に曲がった一つの陰極タップと、
前記陰極タップの端部で溶接された陰極端子と、
を含むリチウムポリマー電池であって、前記陽極と陰極は各々一枚の極板よりなり、前記セパレータを介在して巻き取られる方向の切断面が楕円形をなすように巻取られて電池部が形成されることを特徴とするリチウムポリマー電池。
【請求項２】
前記陽極集電体及び陰極集電体はエキスパンドメタルまたはせん孔メタルよりなることを特徴とする請求項１に記載のリチウムポリマー電池。
【請求項３】
前記セパレータはポリエチレンであることを特徴とする請求項１に記載のリチウムポリマー電池。
【請求項４】
可塑剤を含む陽極シート及び陰極シート用活物質スラリーを製造する段階と、
前記活物質スラリーを用いて陽極シート及び陰極シートを製造する段階と、
前記陽極シート及び陰極シートを、陽極集電体の一端部からＶ状に曲がった一つの陽極タップが引出され、前記陽極タップの端部で陽極端子が溶接された前記陽極集電体の両面、及び陰極集電体の一端部からＶ状に曲がった一つの陰極タップが引出され、前記陰極タップの端部で陰極端子が溶接された前記陰極集電体の両面に各々圧着して、各々一枚の陽極と陰極を製造する段階と、
前記陽極と陰極から可塑剤を抽出する段階と、
前記陽極と陰極間に予め可塑剤が抽出されたセパレータを位置させ、巻き取られる方向の切断面が楕円形になるように巻くことにより電池部を完成する段階と、
前記電池部をケースに実装し少量の電解液を注入し電解質を含浸させる段階と、
前記ケースを密封して電池を完成する段階とを含むことを特徴とするリチウムポリマー電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は陽極と陰極とセパレータが積層された組電池（ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  ｂａｔｔｅｒｙ）の構造が改善されてその製造工程がより単純化され改良されたリチウムポリマー電池とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウム二次電池はリチウムの使用形態に従ってリチウム金属電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池に区分できる。この中でリチウムポリマー電池は充電及び放電によって陽極のリチウム酸化物と陰極の炭素との間をリチウムイオンが移動しながら起電力を起こす電池である。この電池は液体電解質よりイオン伝導度が高い固体高分子電解質を使用することによって、他のリチウム電池とは違って爆発の危険性が全くないという長所がある。これ以外にも、この電池は他の電池が有する充電及び放電時発生する副産物によって電池性能が低下するという短所を補完し、また、電池の形態を自由に曲げることもできて次世代電池として注目されている。
【０００３】
図１に示すように、従来のリチウムポリマー電池１０は陽極集電体と前記陽極集電体の少なくとも一面に圧着される陽極活物質層よりなる陽極１１と、陰極集電体と前記陰極集電体の少なくとも一面に圧着される陰極活物質層とよりなる陰極１２と、そして前記陽極１１と陰極１２との間に介在されてこの電極１１、１２を相互絶縁させるセパレータ１３を含む。これらは組電池をなし、前記組電池が複数個積層されて電池１０をなす。
【０００４】
図１に示すように、前記陽極１１と陰極１２各々からは各極板の一縁部に沿って陽極タップ１４と陰極タップ１５が各々引出されており、前記複数個の陽極タップ１４と陰極タップ１５は極板別に集積され、これら集積された陽極タップ１４及び陰極タップ１５はＶ状に曲がっている。そして、前記Ｖ状に曲がった陽極タップ１４及び陰極タップ１５各々からそれら端部が陽極端子１６と陰極端子１７に各々溶接されている。
【０００５】
このような形態の電池部１０はケース１８内に実装される。前記ケース１８には前記電池１０を受容するための空間部１８ａが形成されており、前記陽極端子１６及び陰極端子１７は前記ケース１８の密封時外部に引出される。
【０００６】
前記リチウムポリマー電池１０は色々なタイプに製造できるが、最近実用化が進められている組電池の形態としてはバイセル（Ｂｉ-ｃｅｌｌ）構造が挙げられる。前記バイセル状の組電池は陰極に対してその両面にセパレータが付着され、前記セパレータの外面に陽極が付着される構造である。
【０００７】
図面に示した電池１０はこのようなバイセル状の組電池を多数個積層し、これより陽極タップ１４及び陰極タップ１５を引出してこれらを陽極端子１６及び陰極端子１７に各々溶接することによってなされたものである。
【０００８】
従来の電池１０の製造工程は、以下の過程を含む。多数個の陽極集電体及び陰極集電体が提供される。この集電体の両面に前記言及したように陽極活物質層及び陰極活物質層を各々圧着して陽極１１と陰極１２を製造する。そして、積層された陽極集電体及び陰極集電体から引出される複数個の陽極タップ１４及び陰極タップ１５を各電極タップ別に集積させ、前記電池部１０を前記ケース１８に実装する。
【０００９】
次に、前記集積された陽極タップ１４及び陰極タップ１５の端部を陽極端子１６と陰極端子１７に各々溶接する。
【００１０】
上記の過程で多数個の電極タップ１４、１５中一部が陽極端子１６及び陰極端子１７に正確に連結されない場合が発生する。これにより電池１０の内部抵抗が増し、結果的にリチウムポリマー電池１０の性能に悪影響を及ぼすようになる。
【００１１】
また、前記陽極１１と陰極１２は陽極集電体及び陰極集電体の両面に陽極活物質層及び陰極活物質層が各々形成されている。これにより、前記陽極１１の陰極１２と反対側に形成される陽極活物質層は、前記陽極１１の陰極１２側に形成される陽極活物質層より前記陰極１２に対して相対的に距離が遠ざかるためリチウムイオンの移動が円滑でない。従って、電池１０の高率放電を低下させる結果を招く。
【００１２】
また、陽極１１と陰極１２とその間に介在されるセパレータ１３を有する組電池を製造するためには数回にわたるラミネーション工程が必要で、前記電池１０を製造するためには、完成されたバイセル状の組電池を多数個積層する工程が必ず必要になるので連続的な大量生産に限界があるだけでなく、前記陽極１１、陰極１２及びセパレータ１３を所望する大きさに切断する過程で陽極集電体及び陰極集電体の端部でバー（ｂｕｒｒ）が発生しうる。このようなバーの発生は電池の短絡をもたらし、これにより完成された電池の不良率が高まる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記のような問題点を解決するために創案されたものであって、陽極と陰極とセパレータを巻いて組電池を製造してケースに実装するようにその構造と製造する方法が改善されたリチウムポリマー電池とその製造方法を提供することにその目的がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するために本発明は、リチウムポリマー電池とその製造方法に関して、陽極集電体、及び前記陽極集電体の両面に形成され陽極活物質を主成分とする陽極シートを含む、電解質が含浸されてなる陽極と、陰極集電体、及び前記陰極集電体の両面に形成され陰極活物質を主成分とする陰極シートとを含む、電解質が含浸されてなる陰極と、前記陽極と陰極との間に介在されてこれらを相互絶縁させるセパレータと、前記陽極集電体の一端部から引出されてなる、Ｖ状に曲がった一つの陽極タップと、前記陽極タップの端部で溶接された陽極端子と、前記陰極集電体の一端部から引出されてなる、Ｖ状に曲がった一つの陰極タップと、前記陰極タップの端部で溶接された陰極端子と、を含むリチウムポリマー電池であって、前記陽極と陰極は各々一枚の極板よりなり、前記セパレータを介在して巻き取られる方向の切断面が楕円形をなすように巻取られて形成されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記陽極集電体及び陰極集電体はエキスパンドメタルまたはせん孔メタルよりなることを特徴とする。
【００１６】
また、前記陽極集電体の一端部から一つの陽極タップが引出されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記陰極集電体の一端部から一つの陰極タップが引出されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記セパレータはポリエチレンであることを特徴とする。
【００１９】
また、前記電池部はその長さ方向の切断面が楕円形をなすように巻かれることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、可塑剤を含む陽極シート及び陰極シート用活物質スラリーを製造する段階と、前記活物質スラリーを用いて陽極シート及び陰極シートを製造する段階と、前記陽極シート及び陰極シートを、陽極集電体の一端部からＶ状に曲がった一つの陽極タップが引出され、前記陽極タップの端部で陽極端子が溶接された前記陽極集電体の両面、及び陰極集電体の一端部からＶ状に曲がった一つの陰極タップが引出され、前記陰極タップの端部で陰極端子が溶接された前記陰極集電体の両面に各々圧着して、各々一枚の陽極と陰極を製造する段階と、前記陽極と陰極から可塑剤を抽出する段階と、前記陽極と陰極間に予め可塑剤が抽出されたセパレータを位置させ、巻き取られる方向の切断面が楕円形になるように巻くことにより電池部を完成する段階と、前記電池部をケースに実装し少量の電解液を注入し電解質を含浸させる段階と、前記ケースを密封して電池を完成する段階とを含むことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して本発明の一実施例に係るリチウムポリマー電池とこれを製造する方法を詳細に説明する。
【００２２】
図２は本発明に係るリチウムポリマー電池２０を示すものである。
【００２３】
前記リチウムポリマー電池２０は陽極活物質層が陽極集電体に圧着された形態の陽極２１と、陰極活物質層が陰極集電体に圧着された形態の陰極２２と、前記陽極２１と陰極２２との間に介在されるセパレータ２３とを含んでいる。
【００２４】
前記陽極２１と陰極２２からは陽極タップ２４と陰極タップ２５が各々引出されており、前記陽極タップ２４及び陰極タップ２５はその端部が陽極端子２６と陰極端子２７に溶接されている。
【００２５】
また、前記陽極２１と陰極２２及びセパレータ２３で構成されたリチウムポリマー電池２０はケース２８内に実装される。前記ケース２８内には前記電池部２０を受容できる空間部２８ａが形成されている。前記電池部２０の陽極端子２６及び陰極端子２７はケース２８の密封時外部に引出される。
【００２６】
ここで、前記電池部２０の構造をより詳細に図３に示す。
【００２７】
前記陽極２１はアルミニウム材質のエキスパンドメタルよりなる陽極集電体２１ａと、前記陽極集電体２１ａの両面に圧着され陽極活物質層を主成分とする陽極シート２１ｂとを含む。そして、前記陽極集電体２１ａの一縁部から陽極タップ２４が引出されている。
【００２８】
セパレータ２３を介在して前記陽極２１と対向する面に設けられる陰極２２は銅材質のエキスパンドメタルやせん孔メタルよりなる陰極集電体２２ａと、前記陰極集電体２２ａの両面に圧着される陰極活物質層を主成分とする陰極シート２２ｂとを含む。そして、前記陽極タップ２４の場合のように陰極集電体２２ａの一縁部から陰極タップ２５が引出されている。
【００２９】
本発明の特徴を用いれば、陽極と陰極及びセパレータを所定サイズの薄板に切断し、これを順次に積層する従来の技術とは異なり、前記セパレータ２３を介在して一枚の陽極２１と陰極２２を巻いて組立てるワインディング工程を通じて電池２０が完成される。これにより電池を製造する工程も変わる。
【００３０】
図４は、このようなリチウムポリマー電池２０の製造工程を示す順序図である。
【００３１】
本発明に係るリチウムポリマー電池２０の製造方法は次の通りである。
【００３２】
まず、陽極シート２１ｂと陰極シート２２ｂ用活物質を主成分とするスラリーを製造する（Ｓ１０）。
【００３３】
前記陽極シート２１ｂ用活物質スラリーはアセトンのような有機溶媒にバインダーとしてＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｆｌｕｏｒｉｄｅ）１０ｗｔ％、可塑剤としてＤＢＰ（ｄｉｂｕｔｙｌ  ｐｈｔｈａｌａｔｅ）１５〜１８ｗｔ％、カーボンブラックのような導電材２〜５ｗｔ％を添加し、陽極活物質としてリチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムマンガン酸化物のようなリチウム複合酸化物を７０ｗｔ％程度溶かし、十分に撹拌して粘度２００００〜３００００ｃＰを有するように製造する。
【００３４】
一方、前記陰極シート２２ｂ用活物質スラリーはＮＭＰ（Ｎ-Ｍｅｔｈｙｌ-２-Ｐｙｒｒｏｌｉｄｏｎｅ）のような有機溶媒に陽極シート２１ｂ用活物質スラリー製造に使われたようなバインダーと可塑剤及び導電材を添加し、陰極活物質のカーボンを７０ｗｔ％程度溶かして粘度２００００〜３００００ｃＰを有するように製造する。
【００３５】
このように製造された活物質スラリーは公知のようにドクターブレード方式を用いて薄膜状の陽極シート２１ｂと陰極シート２２ｂに製造する（Ｓ２０）。
【００３６】
上記の方式で製造された陽極シート２１ｂ及び陰極シート２２ｂは希望する長さに切断し、切断された前記陽極シート２１ｂ及び陰極シート２２ｂを陽極集電体２１ａ及び陰極集電体２２ａの表面にラミネーティングさせる。
【００３７】
即ち、前記陽極シート２１ｂはアルミニウム材質のエキスパンドメタルやせん孔メタルよりなる陽極集電体２１ａの両面に、前記陰極シート２２ｂは銅材質のエキスパンドメタルやせん孔メタルよりなる陰極集電体２２ａの両面に各々密着させて、熱と圧力を加えたローラー間を通過させて各々一枚の陽極２１と陰極２２を製造する（Ｓ３０）。
【００３８】
次いで、前記陽極２１と陰極２２をエーテルのような有機溶媒に浸し、撹拌過程を経る。約３０分程度の撹拌過程で前記陽極２１及び陰極２２に存在する可塑剤のＤＢＰが抽出され、前記可塑剤が抽出した空間に電解質が含浸する空間が発生する（Ｓ４０）。
【００３９】
次に、前記陽極２１及び陰極２２を高温、望ましくは真空炉で１２０℃の温度付近で１２時間程度焼成して乾燥させ、完成された陽極２１及び陰極２２間に予め可塑剤が抽出されたセパレータ２３を位置させる（Ｓ５０）。
【００４０】
この時、前記セパレータ２３としてはポリエチレン（ＰＥ）を使用することが望ましい。前記ポリエチレン膜は周知のようにリチウムイオンが微細孔を通じて陽極と陰極を往来して充電及び放電を遂行できる素材である。
【００４１】
陽極２１、セパレータ２３、陰極２２順に位置させた電池部はワインディング装置（図示せず）を用いて一緒に巻取られる（Ｓ６０）。この時、前記電池部は巻き取られる方向の切断面が楕円形になるように巻くことが有利である（図２参照）。これにより、前記電池部はケース内にコンパクトに受容される。
【００４２】
次に、前記空間部２８ａ内に完成した電池部を実装し、所定量の電解液を注入する（Ｓ７０）。
【００４３】
このように電解液の含浸が完了すれば、密封してリチウムポリマー電池２０を完成させる（Ｓ８０）。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明のように本発明に係るリチウムポリマー電池とその製造方法によれば次のような効果を得ることができる。
【００４５】
第一に、セパレータのラミネーティング工程と、陽極及び陰極を所定大きさの薄板に切断して積層する工程なく一枚の陽極及び陰極を使用して連続的な巻取過程で電池を完成するので電池を製造する工程や時間が大幅簡素化される。
【００４６】
第二に、陽極集電体及び陰極集電体の切断工程がないので端部で頻繁に発生するバーによる短絡の問題を除去することができ、電池の不良率を抑えられる。
【００４７】
第三に、陽極と陰極を製造した状態で可塑剤抽出が可能になって抽出にかかる時間を大きく短縮できる。
【００４８】
第四に、陽極タップ及び陰極タップが各々一つずつだけ引出されて陽極及び陰極端子に溶接すればよいので溶接不良率を大幅抑えられる。
【００４９】
第五に、セパレータを介在して両側に陽極と陰極が位置するため電池反応が向上し、結果的にエネルギー密度が５〜１０％程度増加し、極板の活用率の増加で高率放電率が１０％前後向上する。
【００５０】
本発明は図面に示した一実施例を参考として説明されたが、これは例示的なことに過ぎず、本技術分野の通常の知識を有する者であればこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能な点を理解するはずである。従って、本発明の真の技術的保護範囲は請求範囲の技術的思想により決まるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のリチウムポリマー電池を示す分離斜視図である。
【図２】  本発明に係るリチウムポリマー電池を示す分離斜視図である。
【図３】  図２の組電池を示す一部切除分離斜視図である。
【図４】  本発明のリチウムポリマー電池を製造工程順に示す順序図である。
【符号の説明】
２０…リチウムポリマー電池          ２１…陽極
２２…陰極                          ２３…セパレータ
２４…陽極タップ                    ２５…陰極タップ
２６…陽極端子                      ２７…陰極端子
２８…ケース                        ２８ａ…空間部
２１ａ…陽極集電体                  ２１ｂ…陽極シート
２２ａ…陰極集電体                  ２２ｂ…陰極シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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