JP4265014B2

JP4265014B2 - 薄型電池

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Publication number: JP4265014B2
Application number: JP36527198A
Authority: JP
Inventors: 雄之近藤; 真志生渋谷
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2009-05-20
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正極及び負極と、この正極及び負極との間に介在するゲル状電解質層又は固体電解質層とにより構成されてなる薄型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の携帯型電子機器やノート型パーソナルコンピュータ等の薄型電子機器等の電子機器の小型化、軽量化等が進む近年にあっては、この電子機器の電源として、電池が重要な地位を占めている。電源としての電池は、電子機器の小型化、軽量化等を実現するために、軽量でかつ機器内での収納スペースを効率的に利用可能であることが要請される。このような電池として、エネルギー密度、出力密度の大きなリチウム電池が最も好適である。
【０００３】
リチウム電池の中でも形状の自由度が高い電池として、薄型大面積のシート型電池または薄型小面積のカード型電池が望まれている。しかしながら、従来の金属製の外装缶を用いた電池では、薄型大面積のシート型電池を作製することが困難である。
【０００４】
薄型大面積のシート型電池の作製を容易にするために、有機、無機の固体電解質や、高分子ゲルを用いた半固体電解質を用いた、いわゆる非水電解質電池の開発が進められている。この非水電解質電池は、電解質が固定化されるため、金属製の外装缶により電解液を密閉する必要がない。また、非水電解質電池は、電極材と電解質の間に接着力があり、両者の接触を保持できるため、電池素子に対して圧力をかける必要がなくなる。このため、非水電解質電池には、外装に金属製の外装缶に代えてフィルム状の部材を用いることができ、薄型大面積のシート型電池を作製することが容易となる。
【０００５】
上述したシート型電池及びカード型電池を含む薄型電池においては、イオン伝導性が小さく電池への実用化がまだ難しい固体電解質よりも、半固体のいわゆるゲル状電解質を用いたものが注目されている。ゲル状電解質を用いた薄型電池の外装としては、高分子膜や、金属薄膜などから構成されている多層フィルムが用いられている。特に、熱融着樹脂層、金属箔層から構成される防湿性多層フィルムは、熱融着によって容易に密閉構造が実現でき、また多層フィルム自体の強度や気密性が優れ、さらに金属ケースよりも軽量で薄くかつ安価であることからも外装材の候補として有力視されている。
【０００６】
また、上述したゲル状電解質を用いた薄型電池としては、通常のリチウムイオン電池で使用している電極を用いたものがある。具体的には、この薄型電池においては、負極が炭素材料に結着剤を用いて銅箔上に塗布して作製されるとともに、正極がコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムを導電助剤の黒鉛等と混合し、アルミ箔上に塗布して作製される。正極と負極とは、どちらも電極活物質の塗布後、乾燥させ、プレスすることにより作製される。上述した薄型電池は、電極活物質とゲル状電解質を混合して集電体金属箔上に塗布するものに比して、電極と集電体との密着性が良好であり、またエネルギー密度を上げやすく、製造工程も容易なものとなるという利点がある。
【０００７】
上述したように作製される薄型電池の電極は、通常、集電体上に電極活物質層を形成した帯状の電極上に電解質のゲル溶液（ゾル）を塗布してゲル状電解質層を形成し、これを数回巻回したり、積層したりされた後に外装材内に収納する。この場合、正極と負極とは、ゲル状電解質層によって隔離されるため、セパレータが不要となり、電池製造の際のコストを削減するとともに、製造工程を簡略化することができる。
【０００８】
ところで、薄型電池においては、エネルギー密度を向上させるためにゲル状電解質層を薄くすることがある。薄型電池は、ゲル状電解質層を薄くすると、負極及び正極が帯状に裁断された場合に電極端部に生じるバリや、電極端子が負極及び正極の端部に溶接される場合に生じる電極端子との段差が、薄いゲル状電解質層を突き破って他方の電極に触れてしまいショートが生じやすくなる。
【０００９】
そこで、薄型電池において、バリや段差が生じた部分を樹脂テープで覆ってショートを防止する方法が本願出願人によって提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる薄型電池は、図９に示すように、電極集電体５１上に電極活物質層５２を形成した電極５０に樹脂テープ５３を貼り付けた場合、電極５０には、樹脂テープ５３の厚みの分だけ段差が生じる。電極５０に生じた段差は、電極活物質層５２上に形成されるゲル状電解質層（図示は省略する。）の厚みを変える原因となる。すなわち、樹脂テープ５３と電極活物質層５２との段差部分には、塗布したゲル溶液が溜まり、他の部分よりもゲル状電解質層が厚く形成されてしまう。
【００１１】
また、図１０に示すように、平滑な場所やロールギャップでゲル溶液を塗布する場合、樹脂テープ５３の段差によって持ち上げられる部分の電極５０上には、他の部分よりもゲル溶液の塗布厚みが薄くなり、ゲル状電解質層が薄く形成される。
【００１２】
薄型電池は、上述したようなゲル状電解質層の厚みにバラツキが生じることで、電極５０を巻回や積層等することにより外装材内に収納される電池素子を作製する際に、電極５０同士が密着せずに隙間が生じたり、ゲル状電解質層の薄い部分でショートを起こしたりするという問題がある。
【００１３】
また、薄型電池は、ゲル状電解質層が薄く形成された部分により厚くゲル状電解質層を形成したり、電極５０間にセパレータを介在させると、ショートのおそれはなくなるが、無駄に電池自体の厚みが増すため薄型電池のエネルギー密度を低下させるという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、ゲル状電解質層の厚みを一定に保ち、信頼性やエネルギー密度が向上した薄型電池を提供することを目的とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄型電池は、帯状の集電体上に炭素材料を電極活物質層として含む負極と、帯状の集電体上にリチウム遷移金属酸化物を含む電極活物質層として含む正極と、負極及び正極と対向する少なくともゲル状電解質層または固体電解質層を含む電解質層とを有し、負極及び正極は、該負極と該正極が対向する位置で、該負極及び該正極の両端部において、電極活物質層が形成されず集電体が露出している部分を有するとともに、少なくとも一方の端部に電極端子が取り付けられ、集電体が露出している部分及び電極端子上に樹脂テープが貼り付けられ、樹脂テープが電極端子を被覆している部分の厚さが電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以上であり、電極集電体のみを被覆する部分の厚さが上記電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以下である。
【００１６】
本発明に係る薄型電池によれば、負極と正極が対向する位置で、負極及び正極の両端部において、負極及び正極の集電体が露出している部分を有し、少なくとも一方の端部に電極端子が取り付けられ、集電体が露出している部分及び電極端子上に樹脂テープが貼り付けられるとともに、樹脂テープが電極端子を被覆している部分の厚さが電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以上であり、電極集電体のみを被覆する部分の厚さが電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以下となるようにすることにより、電極活物質上に均一の厚さでゲル状電解質層等の固体電解質層を形成することができるため、ゲル状電解質層の界面の接合がよく、ショートの不具合も起こりにくくなり、信頼性や歩留まりが向上する。また、本発明に係る薄型電池によれば、無駄に部分的に電池の厚さが増すことが無くなるため、エネルギー密度が向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る薄型電池の具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
本実施の形態として説明する薄型電池１は、ポリマーリチウムイオン二次電池であり、図１及び図２に示すように、アルミニウム箔をポリオレフィンフィルムで挟んだ外装フィルム２に電池素子３を収納してなる。薄型電池１は、外装フィルム２の周縁部分を熱融着部２ａとし、この熱融着部２ａを熱融着して封止されることにより電池素子３を真空包装している。また、薄型電池１は、外装フィルム２の外方に電池素子３の正極及び負極にそれぞれに取り付けた負極端子４ａ及び正極端子４ｂ（以下、併せて電極端子４と称する。）が外部端子として引き出されている。
【００１９】
電池素子３は、上述した電極端子４を例えば抵抗溶接、超音波溶接等の方法により取り付けている。電極端子４は、図１に示すように、外装フィルム２の外方に引き出されるが、その際に外装フィルム２と接する部分に樹脂片５をあてがっている。
【００２０】
外装フィルム２は、防湿性を有するものであればよく上述した構成を有するものの他、例えばナイロンフィルム、アルミニウム箔及びポリエチレンフィルムをこの順に張り合わせて形成されてなるものであってもよい。
【００２１】
また、外装フィルム２は、図１及び図２に示すように、電池素子３を収納する際に１枚のシート型のフィルムの略中央部を折り曲げ、その内側に電池素子３を挟み込む構成としているが、このような構成に限らず、例えば上部フィルムと下部フィルムの２枚のフィルムによって電池素子３を挟み込むものや、袋状に成形したフィルム内に電池素子３を封入する構成のものであってもよい。
【００２２】
なお、本実施の形態にかかる薄型電池１においては、電池素子３を収納する外装材として、厚さ、軽さ、コストの点から好ましいためアルミラミネートフィルムよりなる外装フィルム２を用いたが、これに限らず角形や円筒形の金属缶を外装材として使用してもよい。
【００２３】
電池素子３は、負極及び正極となる２本の帯状の電極材１０により構成される。電池素子３は、これら電極材１０が正極を内周側として平たく渦巻状に巻回して構成される。また、電池素子３は、これら電極材１０がつづら折りして構成されたものでも、積層して構成されたものでもよい。
【００２４】
電極材１０は、図３に示すように、電極集電体１１の両面に電極活物質層１２を形成して構成されている。電極集電体１１は、負極の場合においては、例えば銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔等を使用することができ、正極の場合においては、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔を使用することができる。電極集電体１１は、多孔性金属箔とすることが好ましい。電極材１０は、電極集電体１１を多孔性金属箔とすることで、電極集電体１１と電極活物質層１２との接着強度を高めることができる。このような多孔性金属箔としては、パンチングメタルやエキスパンドメタルの他、エッチング処理によって多数の開口部を形成した金属箔等を使用することができる。
【００２５】
電極活物質層１２は、負極の場合においては、負極活物質として黒鉛や難黒鉛化炭素等の炭素材料を使用することが好適であるが、その他リチウム金属やリチウム合金等も使用可能である。また、電極活物質層１２は、正極の場合においては、正極活物質としてリチウムイオンを可逆に出し入れするリチウム遷移金属酸化物、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、さらにこれらの遷移金属を他の金属に置換したり、他の元素を添加した物質が使用可能である。
【００２６】
なお、電極活物質層１２は、上述した負極活物質又は正極活物質を２種類以上混合して形成してもよい。また、電極活物質層１２を形成するに際して、上述した負極活物質又は正極活物質に公知の導電剤や結着剤等を含有させて形成してもよい。
【００２７】
電極材１０は、図３、図４及び図５に示すように、その長手方向の端部において電極活物質層１２が形成されずに露出している電極集電体１１の表裏に樹脂テープ１３を貼り付けて被覆している。樹脂テープ１３は、電極材１０を所定の長さに裁断する際に生じることのあるバリや、図５（ａ）及び同図（ｂ）に示すように電極端子４を取り付けた場合に生じる電極集電体１１と電極端子４との段差が原因となる電池素子３のショートを防止する。
【００２８】
電極材１０は、電極集電体１１が露出し、樹脂テープ１３を貼り付ける部分が２ｍｍ〜１２ｍｍ程度であることが望ましい。電極材１０は、露出する電極集電体が上述した範囲よりも短いと良好な粘着力をもって樹脂テープ１３を貼り付けることができず、また長すぎると電極材１０自体の体積が増えるため、薄型電池１のエネルギー密度が低下してしまう。
【００２９】
電極材１０は、露出した電極集電体１１の少なくとも表裏面を樹脂テープ１３によって被覆していればよく、図４（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、電極集電体１１の側面、すなわち樹脂テープ１３を貼り付ける部分と垂直をなす部分を被覆していなくともよい。但し、電極材１０の端部に電極端子４が取り付けられた場合には、図５（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、電極端子４と他方の電極との接触を防止するため、電極材１０よりも幅広でかつ露出した電極集電体１１よりも長い樹脂テープ１３によって外装フィルム２の外方に引き出される部分を除いて電極端子４を被覆する必要がある。
【００３０】
具体的には、電極材１０に貼り付ける樹脂テープ１３は、図３（ａ）及び図５（ａ）に示すように、その幅Ｗ₁が電極材１０の幅Ｗ₂よりも幅広のものか、図４（ａ）に示すように、その幅Ｗ₁が電極材１０の幅Ｗ₂と同じものを使用する。より具体的には、樹脂テープ１３は、その貼付幅Ｗ₁が電極材１０の幅Ｗ₂よりも片側で０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度、両側で１ｍｍ〜６ｍｍ程度幅広のものまで使用可能であるが、片側１ｍｍ〜２ｍｍ幅広のものであれば十分である。
【００３１】
また、電極材１０には、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、電極材１０に樹脂テープ１３を貼り付けた部分の総厚Ｈ₁が電極活物質層１２のみを形成した部分の厚さＨ₂以下になる樹脂テープ１３を使用する。電極材１０は、樹脂テープ１３を貼り付けた部分の厚さＨ₁が少なくとも電極活物質１２のみを形成した部分の厚さＨ₂以下にすることで、電極活物質層１２上から樹脂テープ１３上にわたって形成されるゲル状電解質層を均一の厚さで塗布して、形成することができる。樹脂テープ１３は、十分な強度があれば薄い方が望ましく、厚さが１０μｍ〜１００μｍの範囲のものが好適であるが、例えば電極活物質層１２の厚さが５０μｍの場合には５０μｍまたはそれ以下の厚さのものを使用する。
【００３２】
なお、図５（ｂ）に示すように、電極材１０の端部に電極端子４を取り付けた場合には、電極端子４を被覆する部分の総厚Ｈ₃が電極活物質１２のみを形成した部分の厚さＨ₂以上であっても、他の部分、すなわち電極集電体１１のみを被覆する部分の総厚Ｈ₁が電極活物質１２のみを形成した部分の厚さＨ₂以下であればよい。
【００３３】
電極材１０は、電極活物質層１２を形成した部分と樹脂テープ１３を貼り付けた部分との厚さが同じか、または樹脂テープ１３を貼り付けた部分の方が薄いため、ゲル状電解質層を一定の厚みで電極活物質層１２上から樹脂テープ１３上にわたって形成することが可能である。このため、薄型電池１においては、電極材１０に形成されるゲル状電解質層同士の界面の接合がよく、ショート等の不具合も起こりにくくなる。また、薄型電池１においては、ゲル状電解質層が一定の厚みで塗布され部分的に電極材１０上に形成したゲル状電解質層の厚みが増すことがないため、エネルギー密度が向上する。
【００３４】
樹脂テープ１３は、電解液に使われる炭酸エステルなどに対して安定であればよく、ポリオレフィン、ナイロン、ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエステル、ポリイミド等が使用できる。樹脂テープ１３は、接着剤等により貼り付けられて負極集電体１１を被覆している。接着剤は、電解液に対して溶解等することにより、樹脂テープ１３が負極集電体１１から剥離することがなければいかなるものでも使用できる。また、樹脂テープ１３は、ポリエチレン、ポリプロピレン等が使用される場合は、熱融着性の樹脂であるため、熱融着によって貼り付けることも可能である。
【００３５】
上述したような樹脂テープ１３は、貼り付ける場所が帯状の電極材の両端部の２箇所であるが、電池素子３を構成する際に、正極と負極とが対向する位置関係にない場合は貼り付けなくともよい。例えば、負極と正極とを平たく渦巻状に巻回して電池素子３を形成する際に、巻芯側で正極を数回巻いてから負極と正極とを巻回する場合には、正極の巻回し端部は負極と対向する位置にないため樹脂テープ１３は省略し得る。
【００３６】
また、図６（ａ）及び同図（ｂ）に示すように、電極材１０の端部以外にも電極活物質１２が少なくとも片面に形成されずに、電極集電体１１が露出している部分がある場合においても、樹脂テープ１３を貼り付けてもよい。
【００３７】
電池素子３は、正極と負極との活物質層上に形成したゲル状電解質層により絶縁するため、セパレータを不要とする構成とされているが、より安全を期すために、セパレータを介在させてもよい。。
【００３８】
負極及び正極には、上述した集電体の両面に形成された活物質層上にゲル状電解質層を形成する。ゲル状電解質層は、非水溶媒として、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキサン、酢酸メチル、プロピレン酸メチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソール、４−ブロモベラトロール等を単独若しくは２種類以上の混合溶媒として使用することができる。
【００３９】
なお、非水溶媒としては、この他外装フィルム２として防湿性ラミネートフィルムを使用した場合、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、又はγ−ブチルラクトン、２，４−ジフルオロアニソール、２，６−ジフルオロアニソール、４−ブロモベラトロール等の沸点が１５０℃以上の溶媒を組み合わせて使用することが好ましい。
【００４０】
ゲル状電解質層を形成するには、電解質塩として、例えばＬｉＣｌ、ｌｉＢｒ、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢ（Ｃ₆Ｈ₅）₄、Ｌｉ（ＣＨ₃ＳＯ₃）、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等のリチウム塩を使用することができる。
【００４１】
ゲル状電解質層は、ゲル状電解質に用いられる高分子材料として、ポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニリデンの共重合体を使用することができ、共重合モノマーとしては、例えば、ヘキサフルオロプロピレンやテトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００４２】
ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、この他に例えば、ポリアクリロニトリル及びポリアクリロニトリルの共重合体を使用することができる。共重合モノマー（ビニル系モノマー）としては、例えば、酢酸ビニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、イタコン酸、水素化メチルアクリレート、水素化エチルアクリレート、アクリルアミド、塩化ビニル、フッ化ビニリデン、塩化ビニリデン等を挙げることができる。さらに、アクリロニトリルブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ポリエチレンプロピレンジエンスチレン樹脂、アクリロニトリル塩化ビニル樹脂、アクリロニトリルメタアクリレート樹脂、アクリロニトリルアクリレート樹脂等を使用することができる。
【００４３】
また、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、上述した材料の他ポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニリデンの共重合体を使用することができる。共重合モノマーとしては、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロエチレン等を挙げることができる。
【００４４】
さらに、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、ポリエチレンオキサイド及びポリエチレンオキサイドの共重合体を使用することができる。共重合モノマーとしては、例えば、ポリプロピレンオキサイド、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等を挙げることができる。
【００４５】
その他、ゲル状電解質に用いられる高分子材料としては、ポリエーテル変性シロキサン、及びその共重合体を使用することができる。
【００４６】
上述したゲル状電解質に用いられる高分子材料は、これらを単独又は２種類以上を混合して使用することができる。
【００４７】
なお、上述したゲル状電解質層においては、固体電解質としてゲル状の固体電解質を用いたものとして説明したが、ゲル状の固体電解質に限定されるものではなく、固体電解質として上述した電解質塩を含有する非水溶媒を膨潤した高分子材料からなる高分子固体電解質であってもよい。
【００４８】
【実施例】
本発明に係る薄型電池について、以下のようにして作製した実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例４について試験を行った。なお、本発明に係る薄型電池は以下に示す実施例１〜実施例４の電池に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４９】
実施例１
まず、実施例１の薄型電池を以下のようにして作製した。
【００５０】
正極は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）９０重量％、粉状ポリフッ化ビニリデン３重量％、粉状黒鉛７重量％をＮメチルピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒として分散させた後、正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布し、１００℃条件下にて２４時間減圧乾燥して作製した。さらに、適当に加圧したロールプレスにより圧縮し、これを６４０ｍｍ×１１８ｍｍに切り出した。なお、正極の厚みは両面塗布の全厚で１１０μｍである。
【００５１】
負極は、人造黒鉛９１重量％、紛状ポリフッ化ビニリデン９重量部％を用い、ＮＭＰに分散させた後、負極集電体となる厚さ１０μｍの銅箔の両面に塗布し、１２０℃条件下にて２４時間減圧乾燥して作製した。さらに適当に加圧したロールプレスにより圧縮し、８００ｍｍ〜１２０ｍｍに切り出した。なお、負極の厚みは両面塗布の全厚で１００μｍである。
【００５２】
負極用電極端子は、直径５０μｍ銅線又はニッケル線を７５μｍ間隔で編んだ金属網を裁断して、プレスして作製し、負極集電体未塗布部分に溶接した。正極側は、アルミニウムを用いて負極側と同様に作製した。電極端子の厚みはどちらも４０μｍである。
【００５３】
電解質には、以下のようにして得たＰＶｄｆ系ゲル状電解質を用いた。
【００５４】
ヘキサフルオロプロピレンを重量比７％含む共重合体であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄｆ）、電解液、ポリマーの溶剤であるジメチルカーボネート（ＤＭＣ）を重量比１：５：８の割合で混合し、７０℃条件下で撹拌して溶解した。
【００５５】
電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）を重量比ＥＣ＝４２％、ＰＣ＝１５％、ＧＢＬ＝４３％で混合し、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）を溶媒に対し１ｍｏｌ／ｋｇとなるように調整した。
【００５６】
正極、負極それぞれの活物質層上に、ポリマー、電解液、溶剤からなるゾル状態のゲル状電解質をバーコーターを用いて塗布し、７０℃条件下の恒温槽で溶剤を揮発させて、厚みが電極上ほぼ３０μｍ〜４０μｍとなるゲル状電解質層を形成した。
【００５７】
そして、正極、負極それぞれのゲル状電解質層を介して活物質面をあわせるように平たく巻いて電池素子を作製した。
【００５８】
電池素子は、電極端子を取り付けた部分に予め厚さ３０μｍのポリエチレンテレフタレートテープを貼り付けて端部を保護するようにした。正極の巻終わり端部もゲルを傷つけてショートすることがないように、同じようにテープで端部を保護した。その際、正極活物質層を除いてから正極集電体にテープを貼り、完全に集電体部分を被覆した。なお、電極端子を取り付けた部分には、正極活物質を塗布していない。
【００５９】
その後、電池素子をアルミニウム箔をポリオレフィンフィルムでサンドイッチした汎用ラミネートフィルムで真空包装することによって薄型電池を作製した。
【００６０】
実施例２
両面塗布の負極の厚みを１８０μｍ、正極の厚みを２００μｍで作製し、電極端部に貼るテープに厚さ８０μｍのポリイミドテープを用いた以外は、実施例１の電池と同様に作製した。
【００６１】
実施例３
両面塗布の負極の厚みを６０μｍ、正極の厚みを６５μｍで作製し、電極端部に貼るテープに厚さ２０μｍのポリエチレンテレフタレートテープを用いた以外は、実施例１の電池と同様に作製した。
【００６２】
実施例４
ゲル状電解質層の厚さを各電極上１５μｍとするとともに、厚さ１５μｍの多孔質ポリエチレンフィルムセパレータを正極、負極間に介在させた以外は実施例１の電池と同様に作製した。
【００６３】
比較例１
実施例１と同様に電池を作製したが、電極端部にテープ類を一切貼らずに電池を作製した。電極活物質は、電極端子を接続する部分のみ除去した。
【００６４】
比較例２
実施例１と同様に電池を作製したが、電極端部と電極端子との溶接部を除いて、電極活物質を除去せずに活物質上に直接ポリエステルテープを貼って電池を作製した。
【００６５】
比較例３
両面塗布の負極の厚みを６０μｍ、正極の厚みを６５μｍで作製し、電極端部に貼るテープに厚さ９５μｍのポリイミドテープ（商品名：カプトン）を用いた以外は、全て実施例１と同様に電池を作製した。
【００６６】
比較例４
ゲル状電解質層の厚さを各電極上１５μｍとするとともに、厚さ１５μｍの多孔質ポリエチレンフィルムセパレータを正極、負極間に介在させた以外は比較例３の電池と同様に作製した。
【００６７】
評価
上述したように作製した実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例４の薄型電池について、満充電した後に、開路状態で電池電圧を測定し、これが０に近づくかどうかでショートの有無を判断した。なお、充電は、０．２Ｃ（５時間で電池の定格容量になる電流値）で４．２Ｖの低電流低電圧充電を行い、１２時間で充電終了とした。実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例４の各電池の試験結果を図７及び表１に示す。
【００６８】
【表１】

【００６９】
図７及び表１に示すように、実施例１〜実施例４及び比較例４の各電池においては、電池電圧にほとんど変化が見られず、ショートが起きていないことが判断できる。これに対し、比較例１〜比較例３の各電池は、時間が経過するに従い、電池電圧が減少しており、ショートが起きていることが判断できる。
【００７０】
また、上述した実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例４を用いて電池のサイクル特性についての試験を行った。
【００７１】
サイクル特性の試験は、各電池作製後に０．２Ｃ（５時間で電池の定格容量になる電流値）で４．２Ｖの定電流定電圧充電を行い、１２時間で充電終了とし、０．２Ｃで３Ｖまで放電し、この充放電を５回繰り返し行った。この後、０．５Ｃ（２時間で電池の定格容量になる電流値）、４．２Ｖの定電流定電圧充電を行い、３時間で充電終了とし、放電は、０．５Ｃの定電流放電で電池電圧３Ｖで終了した。充電と放電とは、それぞれの終了後１５分の間隔をおいて続行した。図８に各電池の毎回の放電容量を示す。
【００７２】
実施例１〜実施例４及び比較例４では、図８に示すように、３００サイクル後に初回の容量の約８０％を維持しているのに対し、比較例１〜比較例３においてはいずれもこれを下回っている。
【００７３】
また、試験終了後に実施例１〜実施例４及び比較例１〜比較例４の電池を解体したところ、比較例１及び比較例２の電池からは、電極端部のゲル状電解質層の厚みムラに起因すると思われるシワがあり、その部分においてリチウムの析出が認められ、比較例３からは、小さなシワが確認された。実施例１〜実施例４の電池には、いずれもシワやリチウムの析出は認められなかった。
【００７４】
なお、比較例４においては、正極と負極との間にセパレータが介在しているので電池電圧の低下やサイクロ特性の劣化が確認されなかった。しかしながら、比較例４は、同様にセパレータが介在された実施例４に比して電極に貼り付けたテープが厚いため、テープを貼り付けた部分が貼り付けていない活物質層のみの部分に比して６０μｍ〜７０μｍ程厚くなっており、実施例４の電池よりもエネルギー密度が低いことが確認された。
【００７５】
このように、電極端部をテープで覆うことにより電池内部のショートが回避できること、なおかつ電極にテープを貼った部分の厚さを電極のその他の部分の厚さと同等以下にすることによって、電池内部の微小なショートさえも防止でき、電池のエネルギー密度、信頼性の向上が図られることが明らかになった。また、セパレータを用いてさらにショートの防止を期す場合であっても、電極が無駄に厚くなることを抑え、エネルギー密度が向上することが明らかになった。
【００７６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明に係る薄型電池によれば、負極と正極が対向する位置で、負極及び正極の両端部において、電極の電極集電体が露出した部分を有し、少なくとも一方の端部に電極端子が取り付けられ、集電体が露出している部分及び電極端子上を樹脂テープで被覆しかつ、樹脂テープが電極端子を被覆している部分の厚さが電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以上であり、電極集電体のみを被覆する部分の厚さが電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以下にすることにより、電極上に塗布して形成するゲル状電解質層の厚みを一定にすることができるため、ゲル状電解質層の界面の接合がよく、ショートの不具合も起こりにくくなり、信頼性や歩留まりの向上を図ることができる。また、本発明に係る薄型電池によれば、無駄に部分的に電池の厚さが増すことが無いため、エネルギー密度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】薄型電池の外装フィルムに電池素子を収納する前の状態を示す斜視図である。
【図２】薄型電池の斜視図である。
【図３】（ａ）は、電極材の平面図であり、（ｂ）は、電極材の縦断面図である。
【図４】（ａ）は、電極材の平面図であり、（ｂ）は、電極材の側面図である。
【図５】（ａ）は、端部に電極端子が取り付けられた電極材の平面図であり、（ｂ）は、同電極材の縦断面図である。
【図６】（ａ）は、端部以外に樹脂テープが貼り付けられた電極材の平面図であり、（ｂ）は、同電極材の縦断面図である。
【図７】実施例及び比較例の薄型電池の電池電圧の変化を示す特性図である。
【図８】実施例及び比較例の薄型電池のサイクル特性の変化を示す特性図である。
【図９】薄型電池に用いられる従来の電極材の縦断面図である。
【図１０】薄型電池に用いられる従来の電極材の縦断面図である。
【符号の説明】
１薄型電池，２外装フィルム，３電池素子，１０電極材，１１電極集電体，１２電極活物質層，１３樹脂テープ，

Claims

帯状の集電体上に炭素材料を電極活物質層として含む負極と、
帯状の集電体上にリチウム遷移金属酸化物を含む電極活物質層として含む正極と、
上記負極及び上記正極と対向する少なくともゲル状電解質層または固体電解質層を含む電解質層とを有し、
上記負極及び上記正極は、該負極と該正極が対向する位置で、該負極及び該正極の両端部において、上記電極活物質層が形成されず上記集電体が露出している部分を有するとともに、少なくとも一方の端部に電極端子が取り付けられ、上記集電体が露出している部分及び上記電極端子上に樹脂テープが貼り付けられ、
上記樹脂テープが上記電極端子を被覆している部分の厚さが上記電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以上であり、上記電極集電体のみを被覆する部分の厚さが上記電極活物質層のみを形成した部分の厚さ以下である薄型電池。
上記ゲル状電解質層が、ポリフッ化ビニリデン及びポリフッ化ビニリデンの共重合であり、
上記負極、上記正極及び上記電解質層が、アルミニウム箔をポリオレフィンフィルムで挟んだ外装フィルムからなる外装容器に収容された請求項１記載の薄型電池。
巻芯側で上記正極を数回巻いてから、上記負極と上記正極とを平たく渦巻状に巻回してなる電池素子を有する請求項１又は請求項２記載の薄型電電池。
上記樹脂テープは、その幅寸法が上記負極及び上記正極の集電体の幅寸法よりも大きい請求項１乃至請求項３の何れか一項記載の薄型電池。
上記負極には、負極活物質として黒鉛、難黒鉛化性炭素、リチウム金属又はリチウム合金のいずれかが用いられ、上記正極には、正極活物質として可逆にリチウムを脱挿入できる化合物が用いられる請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の薄型電池。