(57)【要約】【課題】正極と負極とセパレータとを上下方向に複数積層した電極体において、負極の負極活物質層と正極の正極活物質層との位置合わせを容易にできる扁平型電池を得る。【解決手段】本発明の扁平型電池は、正極４と負極５との間にセパレータ６を介在させた状態で上下方向に複数積層した電極体１を、ラミネートフィルム３製の外装材２内に収容してある。負極５は、シート状の負極集電体１１の一方の面に金属リチウム製の負極活物質層１０を配置して、負極活物質層１０を配置していない他方の面を内側にして負極集電体１１を上下に折り畳むことで、負極５の上下両側に負極活物質層１０がそれぞれ配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極との間にセパレータを介在させた状態で上下方向に複数積層した電極体を、ラミネートフィルム製の袋状の外装材内に収容した扁平型電池であって、
前記正極および前記負極のうちの一方の電極は、シート状の集電体の一方の面に金属製の活物質層を配置して、該活物質層を配置していない他方の面を内側にして前記集電体を上下に折り畳むことで、前記一方の電極の上下両側に前記活物質層がそれぞれ配置されていることを特徴とする扁平型電池。
【請求項２】
前記セパレータが、扁平四角形状の袋状に形成されていて、該袋状のセパレータ内に前記正極および前記負極のうちの他方の電極が収容されている請求項１記載の扁平型電池。
【請求項３】
前記セパレータは、一枚のシート材を上下に折り畳んで該セパレータの上側部分と下側部分との周縁どうしを接着することで、扁平四角形状の袋状に形成されている請求項２記載の扁平型電池。
【請求項４】
前記セパレータは、二枚のシート材を重ね合わせて、これらシート材の周縁どうしを接着することで、扁平四角形状の袋状に形成されている請求項２記載の扁平型電池。
【請求項５】
前記一方の電極の集電体に、導電性のリードが一体形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の扁平型電池。
【請求項６】
前記袋状のセパレータ内に収容される前記他方の電極は、シート状の集電体の上下面に活物質層を配置することで作製され、
前記他方の電極の集電体には、導電性のリードが一体形成されていて、該リードが、前記袋状のセパレータにおける四辺のうち、いずれかの一辺側から前記セパレータ外へ導出されており、
前記セパレータの前記一辺側には、前記他方の電極の前記リードの基端側を覆うための被覆部が延出されている請求項２ないし５のいずれかに記載の扁平型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池を湾曲させる等の電池の姿勢の自由化を図るためにラミネートフィルム製の袋状の外装材内に、発電要素としての電極体を収容するリチウム一次電池等の扁平型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラミネートフィルム製の袋状の外装材内に電極体を収容する扁平型電池の公知例としては、例えば特許文献１ないし３を挙げることができる。特許文献１の扁平型電池では、シート状の正極とシート状のセパレータとシート状の負極とを上下に重ねて電極体を形成し、該電極体をラミネートフィルム製の袋状の外装材内に収容している。
【０００３】
特許文献２の扁平型電池では、正極集電体の片面に形成された正極活物質層どうしが対向するように正極を屈曲させ、該正極活物質層どうしが対向する面間にセパレータを介して屈曲姿勢の負極を配置して電極体を形成し、該電極体をラミネートフィルム製の袋状の外装材内に収容している。特許文献３の扁平型電池では、セパレータを二つ折りして正極を挟み、セパレータで挟まれた正極と、負極とを交互に複数積層して電極体を形成し、該電極体をラミネートフィルム製の袋状の外装材内に収容している。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１２５０５号公報（図３−４）
【特許文献２】特開２００７−４２５６７号公報（図２）
【特許文献３】特開２００８−４１６２３号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の扁平型電池では、その図４に示すように正極と負極とがそれぞれ一枚ずつしか積層されていないために、正極と負極との対向面積があまり大きくならず、この分だけ放電電流をあまり大きくできないことになる。特許文献２の扁平型電池では、その図２に示すように正極と負極とが上下複数段に重なるために、正極と負極との対向面積が大きくなって放電電流を大きくできるが、正極を屈曲させた状態で正極活物質層が正確な対向位置になるように、正極活物質層を正極集電体に配置することは容易ではない。このため、特許文献２の扁平型電池では、正極活物質層が適正な対向位置からずれ易く、放電電流を十分には大きくできないおそれがある。
【０００６】
特許文献３の扁平型電池でも、正極と負極とが複数積層されていることで、放電電流を大きくすることができる利点がある。ところで、かかる扁平型電池にあっては、上下の正極間に位置する負極は、例えば負極集電体の上下両面に負極活物質層をそれぞれ配置することで形成されるが、通常、負極集電体の上面に負極活物質層を配置する工程と、負極集電体の下面に負極活物質層を配置する工程とは別々に行われるために、製造誤差で上下の負極活物質層間の位置関係がずれることがある。
【０００７】
このため、負極集電体の上下の各負極活物質層を、該負極の上下に重ねられる正極の正極活物質層にそれぞれ正確に対向させようとすると、例えば、負極の上下の各負極活物質層毎に、その負極に重なる各正極の正極活物質層との位置合わせを行う必要がある。この分だけ、電極体の作製に手間が掛かることになる。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、正極と負極とセパレータとを上下方向に複数積層した電極体において、負極の負極活物質層と正極の正極活物質層との位置合わせを容易にできる扁平型電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、正極４と負極５との間にセパレータ６を介在させた状態で上下方向に複数積層した電極体１を、ラミネートフィルム３製の袋状の外装材２内に収容した扁平型電池を対象とする。そして、正極４および負極５のうちの一方の電極５は、シート状の集電体１１の一方の面に金属製の活物質層１０を配置して、活物質層１０を配置していない他方の面を内側にして集電体１１を上下に折り畳むことで、一方の電極５の上下両側に活物質層１０がそれぞれ配置されるようになっていることを特徴とする。
ここでは、一方の電極を負極として一方の電極に負極５の符号を付したが、一方の電極が正極４であってもよい。
【００１０】
前記セパレータ６は、扁平四角形状の袋状に形成されていて、該袋状のセパレータ６内に正極４および負極５のうちの他方の電極４が収容されているものとすることができる。
ここでは、前述のように一方の電極を負極とし、他方の電極を正極として他方の電極に正極４の符号を付したが、他方の電極が負極５であってもよい。
【００１１】
具体的には、セパレータ６は、一枚のシート材１２を上下に折り畳んで該セパレータ６の上側部分６ａと下側部分６ｂとの周縁どうしを接着することで、扁平四角形状の袋状に形成されている。
【００１２】
また、セパレータ６は、二枚のシート材１２を重ね合わせて、これらシート材１２の周縁どうしを接着することで、扁平四角形状の袋状に形成されるものとすることができる。
【００１３】
一方の電極５の集電体１１には、導電性のリード１９が一体形成されているものとすることができる。
【００１４】
袋状のセパレータ６内に収容される他方の電極４は、シート状の集電体９の上下面に活物質層７を配置することで作製され、該他方の電極４の集電体９に導電性のリード１５が一体形成されていて、該リード１５が、前記袋状のセパレータ６における四辺のうち、いずれかの一辺側１７からセパレータ６外へ導出されている。セパレータ６の一辺側１７には、他方の電極４のリード１５の基端側を覆うための被覆部２０が延出されているものとすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の扁平型電池においては、電極体１の一方の電極５は、集電体１１の一方の面に金属製の活物質層１０を配置して、活物質層１０を配置していない他方の面を内側にして集電体１１を上下に折り畳むことで、該電極５の上下両側に活物質層１０がそれぞれ配置されるので、例えば折り畳みの際に活物質層１０の折り目の位置を適正に管理することで、一方の電極５の上下の活物質層１０の位置関係を正確に合わせることができる。
【００１６】
つまり、本発明では、一方の電極５の活物質層１０は、活物質を集電体１１に塗布して形成する場合よりも高い寸法精度が得られる金属板（又は金属箔）で構成されており、また折り畳んだことで一方の電極５の上下に配置される活物質層１０ａ・１０ｂ（図５（ｂ）参照）は、折り畳む前において集電体１１の同一の面にそれぞれ配置されるため、集電体１１に活物質層１０ａ・１０ｂを配置する操作が同一の工程で行える。したがって、例えば集電体１１の上面に活物質層１０ａを配置する工程と、集電体１１の下面に活物質層１０ｂを配置する工程とを別々に行う場合よりも、活物質層１０ａ・１０ｂどうしの位置関係を容易に合わせることができて、該活物質層１０ａ・１０ｂの位置関係のずれが抑えられる。このため、例えば上側の活物質層１０ａの位置から下側の活物質層１０ｂの位置を正確に把握できる。これにて、例えば上側の活物質層１０ａの位置のみに基づいて、該一方の電極５の上下に重なる他方の電極４の活物質層７の対向位置をそれぞれ合わしても、下側の活物質層１０ｂも下側の他方の電極４の活物質層７に適正に対向する。
【００１７】
すなわち、本発明は、一方の電極５の下側の活物質層１０ｂを、下側の他方の電極４の活物質層７の対向位置に合わせる手間を省略できる。この分だけ本発明は、正負の電極４・５の活物質層７・１０どうしの対向位置を合わせる手間を軽減できながら、正極４と負極５とを適正に対向させて、放電電流を確実に大きくすることができることになる。ここで、前記位置合わせを良好に行うためには、活物質層１０ａ・１０ｂどうしが繋がっていることが好ましいが、集電体１１の折り目部分で活物質層１０が適正に折れ曲がるためには、集電体１１の折り目部分において活物質層１０が切れていて、活物質層１０ａ・１０ｂどうしが離れて配置されていてもよい。
【００１８】
扁平四角形状の袋状のセパレータ６内に他方の電極４が収容されていると、他方の電極４が一方の電極５に接触して正極４と負極５とが短絡することを確実に防止できる。しかも、セパレータ６と該セパレータ６内の他方の電極４とを一つのユニットとして積層できるために、例えば正極４と負極５とセパレータ６とを別々にして重ねる場合に比して、電極体１を効率よく作製することができる。これにて、扁平型電池の製造効率が向上する。
【００１９】
また、他方の電極４が、扁平四角形状の袋状のセパレータ６の上下部分６ａ・６ｂで挟み込まれるので、他方の電極４はセパレータ６に対して動き難くなる。したがって、セパレータ６に対して一方の電極５を位置合わせするだけで、正負の電極４・５の活物質層７・１０どうしを適正に対向させることができる。つまり、本発明は、一方の電極５とセパレータ６との位置合わせを行いながら積層するだけで、他方の電極４と一方の電極５とセパレータ６との三つの位置関係が揃うことになる。これにて、扁平型電池の製造効率が向上する。
【００２０】
一枚のシート材１２を上下に折り畳んでセパレータ６の上側部分６ａと下側部分６ｂとの周縁どうしを接着することで袋状のセパレータ６が形成されていると、折り畳んだシート材１２において、折り目１６を除く他の二辺又は三辺を接着するだけで袋状に形成できるので、この分だけ袋状のセパレータ６を作製するための手間を低減できる。
【００２１】
二枚のシート材１２を重ね合わせて、これらシート材１２の周縁どうしを接着することで袋状のセパレータ６が形成されていると、例えば硬質プラスチック等の折り畳みが容易ではない素材を使って、袋状のセパレータ６を作製することができる。
【００２２】
一方の電極５の集電体１１にリード１９が一体形成されていると、集電体１１とリード１９とを同時に作製することができる。つまり、例えばリード１９を集電体１１とは別体で形成して、該リード１９を集電体１１に取り付ける場合よりも、電極体１の製造効率が向上する。これにて扁平角型電池の製造効率が向上する。
【００２３】
他方の電極４の集電体９にリード１５が一体形成され、該リード１５が、袋状のセパレータ６の一辺側１７から導出され、セパレータ６の一辺側１７にリード１５の基端側を覆うための被覆部２０が延出されていると、集電体９とリード１５とを同時に作製することができ、これによっても電極体１の製造効率が向上して、扁平角型電池の製造効率が向上する。また、被覆部２０によってリード１５が、一方の電極５に接触して短絡すること等を確実に防止することができる。この分だけ扁平型電池の歩留まりがよくなって、扁平角型電池の製造効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１ないし図６に、本発明に係る扁平型電池を示す。この扁平型電池は、図３に示すように、発電要素の電極体１および非水電解液を扁平四角形状の袋状の外装材２内に収容する。外装材２は、二枚の四角形状のラミネートフィルム３・３の周縁どうしを熱溶着することで袋状に形成される。該ラミネートフィルム３は、例えば、内面側から熱融着性フィルムと金属箔と保護フィルムとを順に積層して形成される。熱融着性フィルムは、変性ポリオレフィンフィルム等からなり、金属箔は、アルミニウム箔やステンレス箔等からなり、保護フィルムは、ポリエステルフィルム等からなる。ラミネートフィルム３の厚さ寸法は約１００μｍである。本発明に係る扁平型電池は、縦方向の寸法が３０ｍｍ、横方向の寸法が２０ｍｍである。
【００２５】
電極体１は、図１に示すように、四角形状の正極４（図４参照）と四角形状の負極５（図５（ａ）参照）とをセパレータ６を介在させた状態で上下方向に交互に複数積層することで直方体形状に構成される。図１では、正極４が３層、負極５が４層になっている。正極４は、二酸化マンガン等の正極活物質を含有する正極活物質層７を、アルミニウムやステンレス等の金属箔等からなるシート状の正極集電体９の上下両面に配置することで作製される。正極４の厚さ寸法は１５０μｍである。
【００２６】
負極５は、図１および図５（ｂ）に示すように、金属リチウムやリチウムとアルミニウムとの合金等の金属板製の負極活物質層１０を、銅等の金属箔等からなるシート状の負極集電体１１の上下両面における一方の面に配置し、負極活物質層１０を配置していない他方の面を内側にして負極集電体１１を上下に折り畳んで構成してある。これにて、負極活物質層１０が負極５の上下両側にそれぞれ配置される。負極５の負極活物質層１０の厚さ寸法は５０μｍ、負極集電体１１の厚さ寸法は８〜２０μｍである。
【００２７】
最上段の負極５は、負極集電体１１を折り畳んでおらず、負極集電体１１の下面側のみに負極活物質層１０が配置される。また最下段の負極５も、負極集電体１１を折り畳んでおらず、負極集電体１１の上面側のみに負極活物質層１０が配置される。なお、最上段および最下段の負極５の負極集電体１１は、外装材２の内面側の熱融着性フィルムにそれぞれ接触するが、該熱融着性フィルムが絶縁性を有するために外装材２の金属箔と短絡することがない。
【００２８】
セパレータ６は、絶縁性に優れたポリエチレンやポリプロピレン等からなる微多孔性薄膜で構成してあって、リチウムイオンが透過可能になっている。つまり、セパレータ６は、図４に示すように、一枚の長方形状の微多孔性薄膜のシート材１２を、正極４を挟み込むようにして上下に折り畳み、該セパレータ６の上側部分６ａと下側部分６ｂとの周縁どうしを熱溶着等によって接着することで扁平四角形状の袋状（図６参照）に形成される。これにて、扁平四角形状の袋状のセパレータ６内に正極４が収容される。袋状のセパレータ６の縦横方向の各寸法は、正極４の縦横方向の各寸法よりも大きくなっている。シート材１２の厚さ寸法は１６μｍである。
【００２９】
各正極４の正極集電体９には、図１および図６に示すように、横方に延びる導電性の正極リード１５が一体形成される。正極リード１５は、セパレータ６においてシート材１２の折り目１６の反対側に位置する一辺側１７からセパレータ６外へ導出されている。各負極５の負極集電体１１には、図２および図６に示すように、横方に延びる導電性の負極リード１９が一体形成される。
【００３０】
前記セパレータ６の一辺側１７には、図４および図６に示すように、正極リード１５の基端側を覆うための被覆部２０が延出される。つまり、セパレータ６の上側部分６ａおよび下側部分６ｂの一辺側１７には、上側被覆部２０ａおよび下側被覆部２０ｂがそれぞれ延出しており、上下の被覆部２０ａ・２０ｂによって正極リード１５の基端側が上下から挟まれて被覆される（図１参照）。各正極４の正極リード１５は、図１に示すように、先端側を一まとめにした状態で、正極タブ２１の基端部に超音波溶接等で接続される。正極タブ２１は、アルミニウムとニッケルとのクラッド材等からなり、図３に示すように正極タブ２１の先端側が外装材２の一辺２２から導出される。
【００３１】
各負極５の負極リード１９は、図２に示すように、先端側を一まとめにした状態で、負極タブ２３の基端部に超音波溶接等で接続される。負極タブ２３は、銅とニッケルとのクラッド材等からなり、図３に示すように負極タブ２３の先端側が外装材２の一辺２２から導出される。
【００３２】
負極５の負極活物質層１０を正極４の正極活物質層７に確実に対面させて、積層時の位置ずれに起因する短絡等を防止できるように、負極活物質層１０の縦横方向の各寸法が、正極活物質層７の縦横方向の各寸法よりも大きくなっている。さらに負極活物質層１０の縦横方向の各寸法は、袋状のセパレータ６の縦横方向の各寸法以上になっている。これにて、負極５でセパレータ６の上下両面のいずれか一方の面全体を覆ったときには、該負極５の負極活物質層１０が、セパレータ６内の正極４の正極活物質層７に確実に対面することになる。
【００３３】
本発明の扁平型電池の組み立てを図１および図６を参照して説明する。図６に示すように、最上段の負極５と最下段の負極５との間に、正極４を収容した袋状のセパレータ６と、負極５とを交互に複数積層する。次いで、各正極４の正極リード１５の先端側どうしを一まとめに束ねた状態で、超音波溶接等で正極タブ２１に接続する。また、各負極５の負極リード２６の先端側どうしを一まとめに束ねた状態で、超音波溶接等で負極タブ２３に接続する。
【００３４】
そして、電極体１を挟み込むように二枚のラミネートフィルム３・３を上下に重ねるとともに、該上下のラミネートフィルム３・３の四辺のうち、外装材２の一辺２２を構成する上下のラミネートフィルム３・３の各一辺側で、正極タブ２１および負極タブ２３を挟み込む。この状態で、上下のラミネートフィルム３・３は、前記外装材２の一辺２２を構成するラミネートフィルム３・３の一辺を含む三辺が熱溶着される。これにて、正極タブ２１および負極タブ２３が、外装材２の一辺２２に固定される。
【００３５】
次いで、熱溶着されていない上下のラミネートフィルム３・３の残りの一辺から非水電解液を注入したのち、該ラミネートフィルム３・３の残りの一辺が熱溶着される。これにて、袋状の外装材２が密封される。これによって図３に示す本発明の扁平型電池の組み立てが完了する。非水電解液は、例えば、プロピレンカーボネートとジメトキシエタンとを混合した溶媒に、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 を溶解させて作製した。
【００３６】
このように、電極体１の負極５は、負極集電体１１および負極活物質層１０を上下に折り畳むことで該負極５の上下両側に繋がる負極活物質層１０を配置している。このため、折り畳みの際に負極活物質層１０の折り目の位置を適正に管理することで、負極５の上下の負極活物質層１０の位置関係を正確に合わせることができる。つまり、図５（ｂ）に示すように、折り畳んだことで上下に配置される負極活物質層１０ａ・１０ｂは、折り畳む前において負極集電体１１の同一の面にそれぞれ配置されるため、負極集電体１１に負極活物質層１０ａ・１０ｂを配置する操作が同一の工程で行える。したがって、例えば負極集電体１１の上面に負極活物質層１０ａを配置する工程と、集電体１１の下面に負極活物質層１０ｂを配置する工程とを別々に行う場合よりも、負極活物質層１０ａ・１０ｂどうしの位置関係を容易に合わせることができて、負極活物質層１０ａ・１０ｂの位置関係のずれが抑えられる。したがって、上側の負極活物質層１０ａの位置から下側の負極活物質層１０ｂの位置を正確に把握できる。これにて、例えば上側の負極活物質層１０ａの位置のみに基づいて、該負極５の上下に重なる正極４の正極活物質層７の対向位置をそれぞれ合わしても、下側の負極活物質層１０ｂも下側の正極４の正極活物質層７に適正に対向する。つまり、本発明は、負極５の下側の負極活物質層１０ｂを、下側の他方の電極４の活物質層７の対向位置に合わせる手間を省略できる。
【００３７】
また、正極４が袋状のセパレータ６内に収容されるので、正極４が負極５に接触して正極４と負極５とが短絡することを確実に防止できる。正極４が扁平袋状のセパレータ６の上下部分６ａ・６ｂで挟み込まれているために、正極４がセパレータ６に対して動き難くなっている。したがって、セパレータ６と正極４との位置関係を特定できる。このため、例えば袋状のセパレータ６の縦横方向の各寸法と、負極５の縦横方向の各寸法とを等しくしておくことで、セパレータ６と負極５との間での位置合わせを行うだけで、正極４と負極５とを適正に対向させることができる。
【００３８】
正極４と負極５とを上下方向に複数積層して電極体１を形成してあるので、正極４と負極５との対向面積が大きくなり、これに伴って放電電流を大きくすることができる。電極体１がラミネートフィルム３製の外装材２内に収容されているので、扁平型電池を湾曲させる等の電池の姿勢の自由化を図ることができる。
【００３９】
なお、正極リード１５は、セパレータ６におけるシート材１２の折り目１６および前記一辺側１７を除く他の二辺のいずれかからセパレータ６外へ導出してもよい。セパレータ６は、例えば二枚のシート材１２を重ね合わせて、これらシート材１２の周縁どうしを接着することで扁平四角形状の袋状に形成してもよい。また、正極４の厚さ寸法および縦横方向の各寸法よりも僅かに厚さ寸法および縦横方向の各寸法が大きい扁平四角形状の枠体を設け、該枠体内に正極４を収容した状態で、枠体の上下面にそれぞれシート材１２を接着して、扁平四角形状の袋状のセパレータ６を形成してもよい。該枠体は、絶縁性の樹脂等で形成される。
【００４０】
正極リード１５および負極リード１９を正極４および負極５とは別体に形成しておき、この正極リード１５および負極リード１９を正極４および負極５にそれぞれ溶接してもよい。セパレータ６の被覆部２０に代えて、絶縁テープで正極４の正極リード１５の基端側を覆ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る扁平型電池を示す図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】本発明の扁平型電池の斜視図である。
【図４】本発明に係るセパレータの作製を説明するための斜視図である。
【図５】（ａ）は本発明に係る負極の斜視図、（ｂ）は負極の側面図である。
【図６】本発明に係る電極体の組み立てを説明するための斜視図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  電極体
２  外装材
３  ラミネートフィルム
４  正極
５  負極
６  セパレータ
６ａ  上側部分
６ｂ  下側部分
７  正極活物質層
９  正極集電体
１０  負極活物質層
１１  負極集電体
１２  シート材
１５  正極リード
１７  一辺側
１９  負極リード
２０  被覆部
【図１】
2009224102.tif 000003
【図２】
2009224102.tif 000004
【図３】
2009224102.tif 000005
【図４】
2009224102.tif 000006
【図５】
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【図６】
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