JP2001052681A - ポリマー電解質電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極のリード部と電極端子または電極端子へ
のリード体との接合時の位置合わせが容易であって、生
産性が優れたポリマー電解質電池を提供する。 【解決手段】 金属箔の少なくとも一方の面に正極活物
質含有層を形成してなるシート状の正極と金属箔の少な
くとも一方の面に負極活物質含有層を形成してなるシー
ト状の負極とをシート状のポリマー電解質層を介在させ
て積層したものを電極群とし、この電極群を最内層が熱
融着フィルムで構成されている外装材で密封するポリマ
ー電解質電池において、上記正極または負極のいずれか
一方の電極のリード部の幅を電極端子または電極端子へ
のリード体の幅よりも広くしてポリマー電解質電池を構
成する。

Description

【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、電極のリード部と電極端子
または電極端子へのリード体との接合時の位置合わせが
容易であって、生産性が優れ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の特徴は、電極群を
構成する電極およびポリマー電解質層が薄いシート状で
あって、薄形化が容易で可撓性に優れた電池が得られる
ことにある。このポリマー電解質電池の薄い電極は、薄
い金属箔の少なくとも一方の面に活物質含有層を活物質
含有ペーストの塗布・ゲル化によって形成することによ
り得られ、通常、生産性の面から長い連続シート状のも
のを原反にしている。そして、電池に組み込む際には、
電極は上記長尺の原反の打抜きなどによって所望の形状
にされるが、その際、活物質含有層の形成部と活物質含
有層の形成されていない部分とにまたがるように打ち抜
き、活物質含有層が形成されていない幅の狭い部分を電
極のリード部にしている。

【０００３】しかしながら、上記のように、電極のリー
ド部は非常に薄い金属箔で構成されているため、それを
そのまま電池の外部端子となる正極端子や負極端子など
の電極端子として用いると、機械的強度が低いために破
損が生じやすく、実用性を欠くことになる。そのため、
電極のリード部よりも厚い金属板で別途作製した電極端
子の一方の端部を上記電極のリード部に接合し、該電極
端子の他方の端部を電池外部に引き出し、それを電池使
用機器との接合に用いるのが一般的である。

【０００４】そして、このポリマー電解質電池におい
て、より高容量の電池を得るには、複数枚の正極と複数
枚の負極とをそれぞれの間にポリマー電解質層を介在さ
せて積層し、その積層電極群を前記と同様の外装材で密
封して積層形のポリマー電解質電池を作製している。こ
のような積層形ポリマー電解質電池では、電極のリード
部も複数枚になるため、リード部の積層体と電極端子と
を直接接合せず、リード部と電極端子との間にリード体
を介在させ、そのリード体の一方の端部をリード部の積
層体と接合し、そのリード体の他方の端部を電極端子の
一方の端部に接合している。

【０００５】ところで、電極のリード部と電極端子また
は電極端子へのリード体（上記のような電極のリード部
と電極端子との間に介在させるリード体を「電極端子へ
のリード体」という）との接合は、機械的強度の確保や
この部分での電圧低下をより小さくするためには、面積
の広い方が好ましい。ところが、電極のリード部の幅と
電極端子またはリード体の幅が同じ場合、所望の接合面
積を確保しようとすれば、それらを接合する際の位置合
わせや、接合装置のヘッドの当たる位置制御を厳密に行
なければならず、そのため、生産性が低下するという問
題があった。

【０００６】

【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、電極のリード部の幅と電
極端子または電極端子へのリード体の幅との関係を適切
にすることによって、それらの接合時の位置合わせを容
易にし、生産性が優れたポリマー電解質電池を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電極のリード
部の幅を電極端子または電極端子へのリード体の幅より
も大きくすることによって、電極のリード部と電極端子
または電極端子へのリード体との接合に際して、それら
の位置合わせが比較的ラフであっても、所望の接合面積
が確実に得られるようにして、上記課題を解決したもの
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明において、正極の集電体と
なる金属箔としては、例えば、アルミニウム箔、ステン
レス鋼箔などが用いられるが、特にアルミニウム箔が好
ましい。そして、この正極の集電体としての金属箔の厚
みとしては、正極の厚みを薄くすることと強度の確保と
いう観点から１０〜２０μｍが好ましい。

【０００９】正極のリード部は、通常、正極作製時に金
属箔の一部に正極活物質含有層を形成せずに金属箔の露
出部を残すことによって設けられる。

【００１０】外部端子としての正極端子には、電池使用
機器との接続の容易さなどから、ニッケルまたはニッケ
ルメッキをした鉄、銅、ステンレス鋼などの金属の箔や
リボンなどが好ましく、その厚みは２０〜３００μｍ、
特に４０〜２００μｍが好ましい。また、上記正極端子
とリード部とを直接に接合せずにリード体を介在させる
場合、そのリード体としては、アルミニウム製のものを
用いることが好ましく、そのリード体の厚みとしては、
上記正極端子の場合と同様に、２０〜３００μｍ、特に
４０〜２００μｍが好ましい。

【００１１】上記正極のリード部と正極端子またはリー
ド体との接合方法としては、例えば、超音波溶接、抵抗
溶接、レーザー溶接などが好適に採用される。

【００１２】負極の集電体としてなる金属箔は、例え
ば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔などが用いられ
るが、特に銅箔が好ましい。この負極の集電体となる金
属箔の厚みとしては、前記正極の場合と同様の理由によ
り、５〜２０μｍが好ましく、また、負極のリード部
も、通常、負極作製時に金属箔の一部に負極活物質含有
層を形成せずに金属箔の露出部を残すことによって設け
られる。

【００１３】負極側の外部端子としての負極端子には、
正極端子と同様にニッケルまたはニッケルメッキした
鉄、銅、ステンレス鋼などの金属の箔やリボンなどが好
適に用いられ、その厚みとしては、前記正極端子の場合
と同様に、２０〜３００μｍ、特に４０〜２００μｍが
好ましい。また、リード体を負極のリード部と負極端子
との間に介在させる場合、そのリード体としては銅製の
ものを用いることが好ましく、そのリード体の厚みとし
ては、上記負極端子の場合と同様に、２０〜３００μ
ｍ、特に４０〜２００μｍが好ましい。

【００１４】上記負極のリード部と負極端子または負極
端子へのリード体との接合方法としては、例えば、超音
波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接などが好適に採用され
る。

【００１５】この種の電池の製造において、電極のリー
ド部と電極端子または電極端子へのリード体との位置決
め精度は、通常、±１ｍｍ程度である。従って、電極の
リード部の幅は電極端子またはリード体の幅より１ｍｍ
以上広ければよく、リード部の幅が広いほど位置決め精
度が低くてもよいことになるが、電極のリード部の位置
決め精度が低いということは、正極と負極との位置ズレ
につながり、その結果、正極と負極とのポリマー電解質
層を介しての接触状態を悪くし、電池性能の低下を招
き、特に容量密度（ｍＡｈ／ｃｃ）の低下が大きくなる
ので、電極のリード部の幅は電極端子またはリード体の
幅より１ｍｍ以上でそれぞれの電極のリード部が接触し
ない範囲であればできるだけ広くするのが好ましい。た
だし、それぞれの電極のリード部間のすき間は２ｍｍ程
度あればよい。なお、本発明において、電極端子または
電極端子へのリード体の幅を電極のリード部の幅より広
くせず、電極のリード部の幅を電極端子または電極端子
へのリード体の幅より広くしているのは、電極端子また
は電極端子へのリード体が１枚であるのに対して、電極
のリード部は複数枚であるため、位置ズレを起こす機会
が多いという理由によるものである。

【００１６】正極、負極、ポリマー電解質層などは、こ
の種の電池における通常の構成のものでよく、外装材も
最内層が熱融着性樹脂で構成されていれば特に限定され
ることなく、従来と同様の構成のものを用いることがで
きるが、この外装材について具体的に例示すると、例え
ば、ナイロンフィルムまたはポリエステルフィルム−ア
ルミニウムフィルム−変性ポリオレフィンフィルムから
なる三層構造のラミネートフィルムが適していて、上記
変性ポリオレフィンフィルムが最内層（この最内層とは
使用時に最内層にするという意味であって、ラミネート
フィルム中の内部の層を意味するものではない）に位置
し、熱融着性樹脂で構成されている。

【００１７】電極は、通常、活物質含有ペーストを集電
体となる金属箔に塗布・ゲル化することによって金属箔
の表面に活物質含有層を形成することによって作製され
る。上記活物質含有ペーストや活物質含有層は、必須成
分として活物質を含有するものであればよく、それ以外
にバインダーや、必要に応じて導電助剤、増粘剤などを
含有していてもよい。

【００１８】

【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明により具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。

【００１９】実施例１ まず、次の、、に示すように、正極、負極、隔離
体となるポリマー電解質層を作製した。

【００２０】正極：正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂
粉末４０重量部、導電助剤としての鱗片状黒鉛粉末８重
量部およびバインダーとしてのポリフッ化ビニリデン
（以下、「ＰＶｄＦ」と略す）粉末５重量部を乾式で混
合した後、さらに１．２２Ｍ（ｍｏｌ／ｌ）のＬｉＰＦ
₆ を含むエチレンカーボネート／プロピレンカーボネー
ト（以下、「ＥＣ／ＰＣ」と略す）（５０／５０）溶液
２５重量部を加えて混合して調製した活物質含有ペース
トを、集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔の両
面にそれぞれ７５μｍの厚さに塗布した後、１２０℃で
２０分間加熱してアルミニウム箔の両面に正極活物質含
有層を形成することにより（上記加熱によりＰＶｄＦが
溶融し、温度が低下すると上記ＰＶｄＦがゲル化し、そ
の際に溶媒も含み全体がＰＶｄＦに取り込まれた状態で
非流動化して柔軟性のある正極活物質含有層が形成され
る）、シート状の正極を作製した。この正極はいわゆる
両面塗布正極である。また、これとは別に、積層電極群
の最外層に配置するための正極として、アルミニウム箔
の片面に上記正極活物質含有ペーストを塗布し、上記と
同様に加熱して集電体となるアルミニウム箔の片面のみ
に正極活物質含有層を形成することにより、いわゆる片
面塗布正極も作製した。ただし、いずれの場合において
も、リード部にする部分には正極活物質含有ペーストを
塗布せず、アルミニウム箔を露出させておいた。上記Ｅ
Ｃ／ＰＣ（５０／５０）はエチレンカーボネート（Ｅ
Ｃ）とプロピレンカーボネート（ＰＣ）との比が体積比
で５０：５０の混合溶媒であることを示している。

【００２１】負極：球状黒鉛粉末４０重量部、鱗片状
黒鉛粉末４重量部およびＰＶｄＦ粉末５重量部を乾式で
混合した後、さらに１．２２ＭのＬｉＰＦ₆ を含むＥＣ
／ＰＣ（５０／５０）溶液５重量部を加えて混合して調
製した負極活物質含有ペーストを、集電体となる厚さ２
０μｍの銅箔の両面にそれぞれ７５μｍの厚さに塗布し
た後、１２０℃で２０分間加熱して銅箔の両面に負極活
物質含有層を形成することにより、シート状のいわゆる
両面塗布負極を作製した。また、正極の場合と同様に、
積層電極群の最外層に配置するための負極として、銅箔
の片面に上記負極活物質含有ペーストを塗布し、上記と
同様に加熱して集電体となる銅箔の片面のみに負極活物
質含有層を形成することにより、いわゆる片面塗布負極
を作製した。ただし、いずれの負極においても、リード
部にする部分には活物質含有ペーストを塗布せず、銅箔
を露出させておいた。

【００２２】ポリマー電解質層：２−エトキシエチル
アクリレート５０重量部、トリエチレングリコールジメ
タクリレート１３重量部およびエチレングリコールエチ
ルカーボネートメタクリレート３３重量部を混合した
後、さらに過酸化ベンゾイル５重量部および１．２２Ｍ
のＬｉＰＦ₆ を含むＥＣ／ＰＣ（５０／５０）溶液３５
重量部を加えて混合し、過酸化ベンゾイルが完全に溶解
した後、その中に厚さ６０μｍ、坪量３０ｇ／ｍ² のポ
リブチレンテレフタレート不織布を浸漬した。溶液が上
記不織布に完全に浸潤した後、浸漬後の不織布を７５μ
ｍの隙間を有する２枚のガラス板の間に挟み込み、７５
℃で２０分間加熱してシート状のポリマー電解質層を作
製した。

【００２３】上記正極は両面塗布正極を３枚用い、片面
塗布正極を１枚用い、負極は両面塗布負極を３枚用い、
片面塗布負極を１枚用い、また、ポリマー電解質層は７
枚用いて、それらの正極、負極、ポリマー電解質層を、
負極、ポリマー電解質層、正極、………負極、ポリマー
電解質層、正極の順に、正極４枚、負極４枚、ポリマー
電解質層７枚を積層し、積層電極群を作製した。

【００２４】図１に上記積層電極群とそれに付随する部
材の平面図を模式的に示す。また、図２に本実施例１の
ポリマー電解質電池の正極のリード部と正極端子へのリ
ード体との接続部分およびその近傍の断面図を模式的に
示す。上記積層電極群は、正極４枚、ポリマー電解質層
７枚および負極４枚で構成されるが、図１のように平面
として視認できるのは、そのうちの最上部の正極１、ポ
リマー電解質層３の一部、負極２の一部（負極２のリー
ド部２ｃ）であるが、この図１に基づいて、正極１、負
極２、ポリマー電解質層３を説明すると、次の通りであ
る。なお、図１には、上記積層電極群などと外装材との
位置関係を明確にするために外装材４の一部を一点鎖線
で示している。

【００２５】正極１は最上部にあって、ドットを付して
示され、その下にポリマー電解質層３が配置し、さらに
その下に負極２が配置している。そして、正極１より負
極２の方が面積が大きく、その負極２よりポリマー電解
質層３の方が面積が大きく、ポリマー電解質層３は正極
１と負極２とを隔離する機能も有している。

【００２６】正極１のリード部１ｃは正極１の集電体で
あるアルミニウム箔の露出部で構成され、その幅は８ｍ
ｍで、長さは９ｍｍであり、正極１が４枚用いられてい
ることから、リード体１ｃは、図２に示すように、リー
ド体との接合に際して、４枚の積層体にされる。

【００２７】リード体７は上記リード部１ａと正極端子
５とを接続するもので、厚み１００μｍのアルミニウム
製リボンで構成され、その幅は５ｍｍで、長さは７．５
ｍｍであり、リード部１ｃの幅が前記のように８ｍｍで
あることから、リード部１ｃの幅の方がリード体７の幅
より３ｍｍ広く、このリード体７の一方の端部は上記正
極１のリード部１ｃの積層体と超音波溶接によって接合
され、リード体７の他方の端部は正極端子５の一方の端
部に超音波溶接によって接合されている。

【００２８】正極端子５は厚さ４０μｍのニッケルリボ
ンで構成され、その一方の端部は外装材４のシール部分
４ａのところで前記アルミニウム製のリード体７の端部
と超音波溶接によって接合され、他方の端部は外装材４
のシール部分４ａより外部に引き出されていて、いわゆ
る外部端子として電池使用機器との接続に使用される。
なお、図示していないが、この正極端子５とリード体７
との接合部には、ポリイミドテープなどの絶縁テープを
巻いて、それらのバリによる短絡が生じないようにして
おくことが好ましい。

【００２９】外装材４は、ナイロンフィルム−アルミニ
ウムフィルム−変性ポリオレフィンフィルムの三層構造
のラミネートフィルムで構成され、２枚使用されてい
て、その一方は上記積層電極群を収容するために容器状
に形成され、他方がその封口蓋の役割を果たすようにな
っている。

【００３０】そして、正極端子５とリード体７との接合
は、上記２枚の外装材４のシール部分４ａのところで行
われ、そのシール部分４ａには、図１には示していない
が、図２に示すように、シール材９が配設されていて、
それによって電池内部が密封化されるようになってい
る。つまり、正極端子５やリード体７との接合部が介在
しないところでの外装材４のシール部分４ａでは、外装
材４の変性ポリオレフィンフィルム同士の熱融着により
電池内部の密封化が達成できるが、上記正極端子５とリ
ード体７との接合部が介在する部分では、外装材４の変
性ポリオレフィンフィルムの熱融着だけでは隙間が生じ
やすくなるので、シール材９を配設して、電池内部の密
封化を確保できるようにするのである。そして、上記シ
ール材９としては、例えばアイオノマーなどの熱融着性
樹脂が好適に用いられる。

【００３１】上記のように、正極端子５とリード体７と
の接合部分が外装材４ａのシール部分４ａのところに配
置するようにしているのは、ニッケルとアルミニウムと
ではその間に電解液が介在すると局部電池を形成してア
ルミニウムの腐食が生じるので、ニッケル製の正極端子
５とアルミニウム製のリード体７との間に電解液が介在
しないようにするためである。

【００３２】すなわち、正極端子５は電池使用機器との
ハンダ付けなどによる接合の都合上、ニッケルで構成さ
れ、正極１の集電体となる金属箔にはアルミニウムが用
いられ、正極１のリード部１ｃ、リード体７ともアルミ
ニウムで構成されているので、局部電池の形成によるア
ルミニウムの腐食を避けるためには、正極端子５とリー
ド体７との接合部を電解液にさらされない位置で接合し
ておくことが望ましいからである。

【００３３】負極２のリード部２ｃは負極２の集電体で
ある銅箔の露出部で構成され、その幅は９ｍｍで、長さ
は７．５ｍｍであり、負極２が４枚用いられていること
から、図示こそしていないが、リード部２ｃはリード体
８との接合に際して、４枚の積層体にされる。

【００３４】この負極側のリード体８は上記負極のリー
ド部２ｃと負極端子６とを接続するもので、厚み４０μ
ｍの銅製リボンで構成され、その幅は５ｍｍで、長さは
７．５ｍｍであり、リード部２ｃの幅が前記のように９
ｍｍであることから、リード部２ｃの幅の方がリード体
８の幅より４ｍｍ広く、このリード体８の一方の端部は
上記負極２のリード部２ｃの積層体に超音波溶接によっ
て接合され、リード体８の他方の端部は負極端子６の一
方の端部に超音波溶接によって接合されている。

【００３５】図３はこの実施例１のポリマー電解質電池
を模式的に示す断面図であり、上記正極１を４枚、負極
２を４枚、ポリマー電解質層３を７枚用いて積層電極群
が構成され、その積層電極群をナイロンフィルム−アル
ミニウムフィルム−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４で密封することに
よりポリマー電解質電池が構成されている。ただし、こ
の図３では、負極端子６の引き出し方向を図１の場合と
は異ならせて図示している。つまり、この種のポリマー
電解質電池では、通常、正極端子５と負極端子６とを図
１に示すように両者の間に短絡防止に必要な間隔を設け
つつ同一方向に引き出しているが、図３において、それ
を忠実に図示しようとすると、負極端子６が正極端子５
の後側になって図示できなくなるので、図３において
は、負極端子６の引き出し方向を１８０°転換させて、
正極端子５と負極端子６とが反対方向に引き出されてい
るかのごとく電池を図示している。

【００３６】上記積層電極群は、正極１、ポリマー電解
質層３および負極２からなるユニットセルを４個積層し
たものに相当するが、上記正極１や負極２の構成を示す
ために、上記ユニットセルのうちの内側の１個のユニッ
トセルを取り出し、その要部を図４に示す。

【００３７】このユニットセルは積層電極群の内側のも
のであるため、正極１、負極２ともいわゆる両面塗布電
極が用いられていて、図４に示すように、正極１は集電
体となる金属箔（この実施例１のものはアルミニウム箔
である）１ａの両面に正極活物質含有層１ｂを形成する
ことによって構成され、そのアルミニウム箔の正極活物
質含有層が形成されていない部分がリード部１ｃを構成
している。また、負極２は集電体となる金属箔（この実
施例１のものは銅箔である）２ａの両面に負極活物質含
有層２ｂを形成することによって構成され、その銅箔の
負極活物質含有層が形成されていない部分がリード部２
ｃを構成している。

【００３８】なお、図１〜図４はいずれも模式的に図示
したものであり、特定のものを除き、各構成部分の寸法
やその比率は必ずしも正確ではない。

【００３９】比較例１ 正極のリード部の幅をいずれも５ｍｍにし、負極のリー
ド部の幅をいずれも５ｍｍにした（つまり、正極のリー
ド部の幅と正極側のリード体の幅を同幅にし、負極のリ
ード部の幅と負極側のリード体の幅とを同幅にした）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。

【００４０】上記実施例１の電池および比較例１の電池
をそれぞれ１００個ずつ製造し、その歩留りを調べた結
果を表１に示す。なお、上記実施例１の電池および比較
例１の電池の製造はオンラインで同スピードで行い、ま
た、歩留りを算出する基礎となる良品、不良品の判定
は、電極のリード部とそのリード体との接合状態を顕微
鏡で観察することによって行った。

【００４１】

【表１】

【００４２】表１に示すように、実施例１の電池は、比
較例１の電池に比べて、歩留りが高く、生産性が優れて
いた。

【００４３】なお、ポリマー電解質層の作製にあたって
は、上記実施例で示した場合以外に、例えば、ポリマー
がゲル化するものや、ラジカル重合型の不飽和ポリエス
テル、または、ラジカル重合型のアクリル系エポキシア
クリレート、ウレタンアクリレート、ポリエステルアク
リレート、アルキッドアクリレート、シリコンアクリレ
ートなどの光硬化性樹脂を紫外線あるいは電子線を用い
て重合して電解液をゲル化させるものを利用してもよ
い。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、電極
のリード部と電極端子または電極端子へのリード体との
接合に際して、その位置合わせを容易にし、生産性の高
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おけ
る積層電極群およびその近傍を模式的に示す断面図であ
る。

【図２】本発明の実施例１のポリマー電解質電池の正極
のリード体と正極端子へのリード体との接続部分および
その近傍を模式的に示す断面図である。

【図３】本発明の実施例１のポリマー電解質電池を模式
的に示す断面図である。

【図４】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に使用
されている積層電極群のうち１つのユニットセルを取り
出して、その要部を模式的に示す断面図である。

【符号の説明】

１ 正極 １ａ 金属箔 １ｂ 正極活物質含有層 １ｃ リード部 ２ 負極 ２ａ 金属箔 ２ｂ 負極活物質含有層 ２ｃ リード部 ３ ポリマー電解質層 ４ 外装材 ４ａ シール部分 ５ 正極端子 ６ 負極端子 ７ 正極側のリード体 ８ 負極側のリード体 ９ シール材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属箔の少なくとも一方の面に正極活物
   質含有層を形成してなるシート状の正極と金属箔の少な
   くとも一方の面に負極活物質含有層を形成してなるシー
   ト状の負極とをシート状のポリマー電解質層を介在させ
   て積層したものを電極群とし、この電極群を最内層が熱
   融着フィルムで構成されている外装材で密封するポリマ
   ー電解質電池において、上記正極または負極のいずれか
   一方の電極のリード部の幅が電極端子または電極端子へ
   のリード体の幅よりも広いことを特徴とするポリマー電
   解質電池。
2. 【請求項２】 正極のリード部の幅が正極端子または正
   極端子へのリード部の幅より広く、負極のリード部の幅
   が負極端子または負極端子へのリード部の幅より広い請
   求項１記載のポリマー電解質電池。
3. 【請求項３】 正極および負極がそれぞれ複数枚であっ
   て、その複数枚の正極と複数枚の負極とをそれぞれの間
   にポリマー電解質層を介して積層した積層電極群を有す
   る請求項１または２記載のポリマー電解質電池。