(57)【要約】【課題】十分な強度を有し積層可能な電極シートを提供する。【解決手段】リチウムイオン電池は、樹脂フィルム１、フィルム１の片面に配置されたアルミニウム蒸着層３、アルミニウム蒸着層３上に塗布された正極活物質層５を有する正極シート７と、フィルム１、フィルム１の片面に配置された銅蒸着層２、銅蒸着層２上に塗布された負極活物質層４、フィルム１の他面に配置されたアルミニウム蒸着層３、アルミニウム蒸着層３上に塗布された正極活物質層５を有する両極シート６と、フィルム１、フィルム１の片面に配置された銅蒸着層２、銅蒸着層２上に塗布された負極活物質層４を有する負極シート８が、セパレータ１１を介して積層された電極群１８を有しており、電極群１８は電解液に浸潤されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン電池に用いられる積層タイプの電極シートであって、
電気絶縁性の樹脂フィルムと、
前記フィルムの片面に配置され、導電材が蒸着された蒸着層と、
前記蒸着層上に塗布された活物質層と、
を備えた電極シート。
【請求項２】
前記蒸着層は銅が蒸着された第１蒸着層、前記活物質層は前記第１蒸着層に塗布された負極活物質層であり、さらに、前記フィルムの他面に配置され、アルミニウムが蒸着された第２蒸着層と、前記第２蒸着層上に塗布された正極活物質層と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電極シート。
【請求項３】
前記蒸着層に、正極リードまたは負極リードが接合されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電極シート。
【請求項４】
請求項１に記載の電極シートを積層したリチウムイオン電池用の電極群であって、
電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、銅が蒸着された蒸着層と、前記蒸着層上に塗布された負極活物質層と、を有する負極シートと、
電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、アルミニウムが蒸着された蒸着層と、前記蒸着層上に塗布された正極活物質層と、を有する正極シートと、
電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、銅が蒸着された第１蒸着層と、前記１蒸着層上に塗布された負極活物質層と、前記フィルムの他面に配置され、アルミニウムが蒸着された第２蒸着層と、前記第２蒸着層上に塗布された正極活物質層と、を有する両極シートと、
を備え、セパレータまたは固体電解質を介して少なくとも１つの前記両極シートが積層されており、該積層された両極シートの一側にセパレータまたは固体電解質を介して前記負極シートが配置され、他側にセパレータまたは固体電解質を介して前記正極シートが配置されたことを特徴とする電極群。
【請求項５】
前記正極シートは前記電極群の最上位側に配置されており、前記負極シートの蒸着層および前記両極シートの第１蒸着層には負極リードが、前記正極シートの蒸着層および両極シートの第２蒸着層には正極リードがそれぞれ接合されており、前記負極および正極リードは、前記正極シートの前記フィルムの他面に配置された集電板までそれぞれ導出されていることを特徴とする請求項４に記載の電極群。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の電極群と、前記電極群を浸潤する電解液と、前記電極群および前記電解液を収容する電池容器とを備えたリチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極シート、電極群およびリチウムイオン電池に係り、特に、リチウムイオン電池に用いられる積層タイプの電極シート、該電極シートを積層したリチウムイオン電池用の電極群、該電極群を備えたリチウムイオン電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、高電圧・高エネルギ密度であり、かつ、貯蔵性能や低温動作性に優れることから、広く民生用の携帯型電気製品に使われている。近時、この電池を大型化し、電気自動車用や家庭用の夜間電力貯蔵装置として活用していくための研究・開発が盛んに行われている。
【０００３】
この種の電池の電極としては、例えば、厚さが数ミクロンないし数十ミクロンの銅箔（負極集電体）上に、リチウムイオンをインターカレーション可能な炭素（負極活物質）などを含む負極活物質合剤を塗布したものが負極に使用され、厚さが数ミクロンないし数十ミクロンのアルミニウム箔（正極集電体）上に、リチウムイオンをインターカレーション可能なリチウムマンガン複酸化物（正極活物質）などを含む正極活物質合剤を塗布したものが正極に使用されている。また、リチウムイオン電池の電極群は、生産性の良い捲回方式で作製されており、その公知例も多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、捲回方式で電極群を作製した場合、電池の最終形態は円柱状もしくは扁平状となるため、電池を組電池にした場合の単位体積当たりのエネルギ密度が低下する。一方、電極群を積層タイプで作製すれば、組電池にした場合の単位体積当たりのエネルギ密度の高い角型電池を作製することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平５-７４４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、リチウムイオン電池で使用されている電極は、上述したように、薄く強固でないため、縦方向に積み重ねた積層タイプの電池には不向きである。
【０００７】
本発明は上記事案に鑑み、十分な強度を有し積層可能な電極シート、該電極シートを積層した電極群、該電極群を備えたリチウムイオン電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、リチウムイオン電池に用いられる積層タイプの電極シートであって、電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、導電材が蒸着された蒸着層と、前記蒸着層上に塗布された活物質層と、を備える。
【０００９】
第１の態様では、電気絶縁性の樹脂フィルムと、その片面に導電材が蒸着された蒸着層と、蒸着層上に塗布された活物質層とを有しているため、銅箔やアルミニウム箔に活物質を塗布した従来の電極シートの構成に比べ、電極シート全体に厚みを確保することができる。また、樹脂フィルムに蒸着層を形成しその蒸着層に活物質を塗布する構成としたので、電極シートを縦方向に積層した際でも、フィルムが荷重を面で支えることができるので、強度を確保することができる。
【００１０】
本態様において、蒸着層は銅が蒸着された第１蒸着層、活物質層は第１蒸着層に塗布された負極活物質層であり、さらに、フィルムの他面に配置され、アルミニウムが蒸着された第２蒸着層と、第２蒸着層上に塗布された正極活物質層と、を備えるようにしてもよい。また、蒸着層に、正極リードまたは負極リードが接合されていることが好ましい。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の電極シートを積層したリチウムイオン電池用の電極群であって、電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、銅が蒸着された蒸着層と、前記蒸着層上に塗布された負極活物質層と、を有する負極シートと、電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、アルミニウムが蒸着された蒸着層と、前記蒸着層上に塗布された正極活物質層と、を有する正極シートと、電気絶縁性の樹脂フィルムと、前記フィルムの片面に配置され、銅が蒸着された第１蒸着層と、前記１蒸着層上に塗布された負極活物質層と、前記フィルムの他面に配置され、アルミニウムが蒸着された第２蒸着層と、前記第２蒸着層上に塗布された正極活物質層と、を有する両極シートと、を備え、セパレータまたは固体電解質を介して少なくとも１つの前記両極シートが積層されており、該積層された両極シートの一側にセパレータまたは固体電解質を介して前記負極シートが配置され、他側にセパレータまたは固体電解質を介して前記正極シートが配置されたことを特徴とする。
【００１２】
第２の態様では、第１の態様の電極シートを積層して電極群を構成したので、電極群全体として十分な強度を確保することができるとともに、両極シートの数を変えることにより、電圧または容量を変更することが可能となる。本態様において、正極シートは電極群の最上位側に配置されており、負極シートの蒸着層および両極シートの第１蒸着層には負極リードが、正極シートの蒸着層および両極シートの第２蒸着層には正極リードがそれぞれ接合されており、負極および正極リードは、正極シートのフィルムの他面に配置された集電板までそれぞれ導出されているようにしてもよい。
【００１３】
さらに、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、リチウムイオン電池であって、第２の態様の電極群と、前記電極群を浸潤する電解液と、前記電極群および前記電解液を収容する電池容器とを備える。
【００１４】
第３の態様では、電池容器内に第１の態様の電極シートを積層した電極群を電解液に浸潤させて収容したので、十分な強度を有し、単位体積当たりのエネルギ密度が高い電池を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電気絶縁性の樹脂フィルムと、その片面に銅またはアルミニウムが蒸着された蒸着層と、蒸着層上に塗布された活物質層とを有しているため、電極シート全体に厚みを確保することができるとともに、樹脂フィルムに蒸着層を形成しその蒸着層に活物質を塗布する構成としたので、電極シートを縦方向に積層した際でも、フィルムが荷重を面で支え、強度を確保することができる、という効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明を角型リチウムイオン電池に適用した実施の形態について説明する。
【００１７】
（構成）
図１に示すように、本実施形態のリチウムイオン電池２０は、角型の電池缶１６を有しており、電池缶１６内には後述する電極群１８（図７参照）が図示しない非水電解液に浸潤され収容されている。電池缶１６の上部開口は、電池蓋１７に接着ないし溶着されて封口されている。電池缶１６および電池蓋１７は本発明の電池容器に対応するが、それらの材質には、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）等の高分子樹脂やステンレススチール等の金属を用いることができる。電池蓋１７には正極端子１２および負極端子１４が立設されている。
【００１８】
図７に示すように、電極群１８は、３種類の電極シート、すなわち、両極シート６、正極シート７、負極シート８が縦方向に積層されることで構成されている。
【００１９】
図２に示すように、両極シート６は、その中心に、平面矩形状ないし正方形状の電気絶縁性の樹脂フィルム１、例えば、ポリプロピレンフィルム、を支持母材ないし基材として有している。樹脂フィルム１の片面（図２に示す樹脂フィルム１の上面）側には、導電材としての銅が蒸着された銅蒸着層２（第１蒸着層）が形成されている。また、銅蒸着層２上には、リチウムイオンをインターカレーション可能な、例えば、非晶質炭素等の負極活物質などを含む負極活物質合剤が塗布された負極活物質層４が形成されている。一方、樹脂フィルム１の他面（図２に示す樹脂フィルム１の下面）側には、導電材としてのアルミニウムが蒸着されたアルミニウム蒸着層３（第２蒸着層）が形成されている。アルミニウム蒸着層３上には、リチウムイオンをインターカレーション可能な、例えば、リチウムマンガン複酸化物等の正極活物質などを含む正極活物質合剤が塗布された正極活物質層５が形成されている。
【００２０】
図３に示すように、正極シート７は、平面矩形状ないし正方形状で、例えば、ポリプロピレンフィルム等の電気絶縁性の樹脂フィルム１を支持母材ないし基材として有している。樹脂フィルム１の片面（図３に示す樹脂フィルム１の下面）側には、導電材としてのアルミニウムが蒸着されたアルミニウム蒸着層３が形成されている。アルミニウム蒸着層３上には、リチウムイオンをインターカレーション可能な、例えば、リチウムマンガン複酸化物等の正極活物質などを含む正極活物質合剤が塗布された正極活物質層５が形成されている。
【００２１】
図４に示すように、負極シート８は、平面矩形状ないし正方形状で、例えば、ポリプロピレンフィルム等の電気絶縁性の樹脂フィルム１を支持母材ないし基材として有している。樹脂フィルム１の片面（図４に示す樹脂フィルム１の上面）側には、導電材としての銅が蒸着された銅蒸着層２が形成されている。また、銅蒸着層２上には、リチウムイオンをインターカレーション可能な、例えば、非晶質炭素等の負極活物質などを含む負極活物質合剤が塗布された負極活物質層４が形成されている。
【００２２】
両極シート６、正極シート７、負極シート８（以下、これらを総称して電極シートという。）の銅蒸着層２には負極リード１０が溶接されており、アルミニウム蒸着層３には正極リード９が溶接されている。図５および図６に示すように、溶接箇所は、電極シートを積層した際に端子同士が重ならないように、少しずつ位置がずらされている。
【００２３】
図７に示すように、電極シートは必要な電池容量または電池電圧に応じて複数枚積層して使用する。図７では、説明を簡単にするために、最上位側に正極シート７、その下に両極シート６、最下位側に負極シート８を積層した例を示しているが、両極シート６を複数枚積層するようにしてもよい。電極シートは積層して使用されるため、絶縁のために電極シート間に、例えば、多孔質のセパレータ１１が挿入されている。本実施形態では、電極シートのユニット化を図るため、図２および図３に示すように、両極シート６の最下位側、正極シート７の最下位側に、それぞれセパレータ１１が配置されている。なお、セパレータ１１の代わりにポリマ電解質などの固体電解質を用いるようにしてもよい。
【００２４】
図７および図８に示すように、電極シートの銅蒸着層２に溶接された負極リード１０、アルミニウム蒸着層３に溶接された正極リード９は、それぞれ、正極シート７の樹脂フィルム１の他面（図３に示す樹脂フィルム１の上面）側に配置された負極集電板１５、正極集電板１３まで導出され、端部が溶接されている。負極集電板１５および正極集電板１３は平面略Ｌ字状の形状を有しており、それぞれ、銅、アルミニウムが蒸着されることで形成されたものである。なお、本実施形態では、電池容量を大きくするために、電極シートから導出されたリードを並列接続した例を示したが、電池電圧を大きくするために、直列ないし直列接続するようにしてもよい。負極集電板１５および正極集電板１３を正極シート７の樹脂フィルム１の他面に配置することで、電池目的に応じて正極リード、負極リードの接続形態を容易に変更することができる。
【００２５】
図８に示すように、負極集電板１５および正極集電板１３の中央部、すなわち、電極群１８の上面隅部には、負極導出部２４、正極導出部２２が配置されている。負極導出部２４、正極導出部２２は、それぞれ導電部材を介して、上述した正極端子１２、負極端子１４に接続されている。
【００２６】
なお、非水電解液には、例えば、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネートおよびジエチルカーボネートの混合溶媒に六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を加えたものを用いることができる。
【００２７】
（効果等）
次に、本実施形態のリチウムイオン電池２０の効果等について説明する。
【００２８】
本実施形態のリチウムイオン電池２０は、電極シートを縦方向に積層して電極群１８を構成している。電極シートは、正極シート７、負極シート８の場合、樹脂フィルム１と、その片面に銅またはアルミニウムが蒸着された蒸着層と、蒸着層上に塗布された活物質層とを有しており、両極シート６の場合、さらに、その他面にアルミニウムまたは銅が蒸着された蒸着層と、蒸着層上に塗布された活物質層とを有している。樹脂フィルム１を支持母材ないし基材としているため、銅箔やアルミニウム箔に活物質を塗布した従来の電極シートの構成に比べ、電極シート全体に厚みを確保することができる。また、支持母材ないし基材の樹脂フィルム１に蒸着層を形成しその蒸着層に活物質を塗布する構成としたので、電極シートを縦方向に積層した際でも、支持母材ないし基材の樹脂フィルム１１が荷重を面で支えることができるので、強度を確保することができる。
【００２９】
また、電極群１８は、上述したように、強度を有する電極シートを積層して構成されているので、電極群全体として十分な強度を確保することができる。また、両極シート６の数を変えることにより、電池容量を変更することが可能となるとともに、必要に応じて、正極集電板１３、負極集電板１５を変えることにより、電池電圧を変更することが可能となる。
【００３０】
従って、本実施形態のリチウムイオン電池２０では、積層タイプの電池本来の機能である高エネルギ密度を確保することができるとともに、従来、遜色していた強度に対して十分な対策を講じたので、捲回タイプと同様の寿命を確保することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では銅蒸着層２やアルミニウム蒸着層３を示したが、例えば、ニッケル等の他の導電材を蒸着したり、合金により蒸着層を形成するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は十分な強度を有し積層可能な電極シート、該電極シートを積層した電極群、該電極群を備えたリチウムイオン電池を提供するものであるため、電極シート、電極群、リチウムイオン電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明が適用可能な実施形態のリチウムイオン電池の外観斜視図である。
【図２】実施形態のリチウムイオン電池の電極群を構成する両極シートの側面図である。
【図３】実施形態のリチウムイオン電池の電極群を構成する正極シートの側面図である。
【図４】実施形態のリチウムイオン電池の電極群を構成する負極シートの側面図である。
【図５】正極リードの溶接位置がずらされた状態を模式的に示す平面図である。
【図６】負極リードの溶接位置がずらされた状態を模式的に示す平面図である。
【図７】実施形態のリチウムイオン電池の電極群の側面図である。
【図８】実施形態のリチウムイオン電池の電極群の平面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  樹脂フィルム
２  銅蒸着層
３  アルミニウム蒸着層
４  負極活物質層
５  正極活物質層
６  両極シート
７  正極シート
８  負極シート
９  正極リード
１０  負極リード
１１  セパレータ
１３  正極集電板
１５  負極集電板
１６  電池缶
１７  電池蓋
１８  電極群
２０  リチウムイオン電池
【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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