JP4594590B2 - 電気化学素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学素子用電極に用いる電極合剤を担持するための集電体シートおよび電気化学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、二次電池に対する小型化・軽量化への要望が強まってきている。一方、現行の二次電池は、内部構造が複雑であり、一定容積あたりの製品が有する電気容量を向上させるには限界がある。また、複雑な構造が、電池の信頼性の向上を妨げている面もある。例えば、電極に接続された集電タブまたは集電リードが、電極面における均一な電極反応を妨げる場合がある。また、万一、リードの切断面に通常よりも大きな金属バリが生じた場合には、内部短絡の発生が懸念される。
【０００３】
二次電池は、正極、負極およびセパレータからなる極板群を有し、極板群には、積層型と捲回型がある。積層型の極板群は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層して得られる。また、捲回型の極板群は、長尺の正極と負極とをセパレータを介して捲回して得られる。これらの極板群は、通常、正極と負極の端部が面一に配列した側面を有する。また、正極と負極には、金属箔のように、全体が導電部からなる集電体シートが用いられている。このような側面から短絡を起こさずに電気を取り出すには、集電タブや集電リードが必要となる。
【０００４】
そこで、電池の内部構造を簡略化する観点から、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させ、集電タブや集電リードを介さずに、各側面から直接電気を取り出すことが提案されている。例えば、積層型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材を用いて一体接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、捲回型の極板群を有する電池では、突出させた同一極性の極板の芯材と板状の集電板とを接合する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２６７０７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９４２２２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電極合剤を担持するための従来の集電体シートは、全体が導電部からなることから、電極合剤の未塗工部は必ず導電性を有するため、内部短絡の可能性が高くなるという問題がある。また、極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させる場合、集電構造が複雑になるため、１つずつ極板群を作製しなければならず、極板群の製造工程が複雑になる。
すなわち、複数の極板群を同時に作製することができないという問題がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、集電体シートの表面に導電部と絶縁部とを共存させることにより、上記問題を改善することを目的とする。本発明によれば、集電体シートの導電部に電極合剤を担持する一方で、絶縁部には電極合剤を担持しないことが可能である。そのような構造によれば、集電体シートの電極合剤の未塗工部は、集電部を除いて絶縁部からなるため、内部短絡の可能性は大きく低減する。また、集電部には、一方の電極の集電体シートの導電部と他方の電極の集電体シートの絶縁部とが交互に配列することが可能であり、集電構造が簡略化される。このように、本発明によれば、集電構造が簡略であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する電気化学素子を提供することができる。また、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。
【０００８】
すなわち、本発明の電気化学素子が具備する電極に用いる電極合剤を担持するための集電体シートは、表面に導電部と絶縁部とを有することを特徴とする。
前記集電体シートの１つとしては、絶縁シートを含み、前記導電部が、前記絶縁シートの表面に形成された導電層からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シートの露出部からなる集電体シート（以下、集電体シートＡという）が挙げられる。
前記集電体シートの１つは、導電シートを含み、前記絶縁部が、前記導電シートの表面に形成された絶縁層からなり、前記導電部が、前記導電シートの露出部からなる集電体シート（以下、集電体シートＢという）が挙げられる。
前記集電体シートの１つは、同一面に沿って配置された導電シート部および絶縁シート部からなり、前記導電部が、導電シート部の表面からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シート部の表面からなる集電体シート（以下、集電体シートＣという）が挙げられる。
【０００９】
本発明は、また、（ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群を有する電気化学素子であって、前記第１電極（ａ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極（ｂ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部が、極板群の第１側面において第１端子と接続され、第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部が、極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子（以下、電気化学素子Ｘという）に関する。
【００１０】
本発明は、また、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、第１集電体シートの導電部および第２集電体シートの絶縁部が、極板群の第１側面において第１端子と接続され、第２集電体シートの導電部および第１集電体シートの絶縁部が、極板群の第２側面において第２端子と接続されている積層型の電気化学素子（以下、電気化学素子Ｙという）に関する。
前記電気化学素子Ｙにおいては、前記極板群の側面の少なくとも１つに、前記第１集電体シートの絶縁部および前記第２集電体シートの絶縁部の両方を配することができる。第１集電体シートの絶縁部および前記第２集電体シートの絶縁部の両方が配されている側面においては、隣接する極板同士の接触が起こらないように、例えば、その側面に沿ってそれぞれの集電体シートの絶縁部が交互に配列している。
【００１１】
前記電気化学素子ＸおよびＹにおいては、前記各集電体シートとして、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかを用いることができる。
第１電極合剤層は、第１集電体シートの導電部に担持することができ、絶縁部には担持しないことができる。また、第２電極合剤層は、第２集電体シートの導電部に担持することができ、絶縁部には担持しないことができる。
【００１２】
前記電気化学素子ＸおよびＹにおいては、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置することが好ましい。
前記電気化学素子ＸおよびＹにおいては、前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設け、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００１３】
前記電気化学素子ＸおよびＹにおいては、前記第１側面および前記第２側面以外の前記極板群の側面に、前記第１集電体シートの絶縁部および前記第２集電体シートの絶縁部を配することができる。
前記電気化学素子ＸおよびＹにおいては、前記極板群は、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有することができる。
【００１４】
本発明には、例えば、以下の電気化学素子が含まれる。
複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記各集電体シートは、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかよりなる電気化学素子（以下、電気化学素子ａという）。
【００１５】
複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられており、前記各集電体シートは、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかよりなる電気化学素子（以下、電気化学素子ｂという）。
【００１６】
複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第１側面以外の全側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第２側面以外の全側面に配されており、前記各集電体シートは、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかよりなる電気化学素子（以下、電気化学素子ｃという）に関する。
【００１７】
複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２側面において第２端子と接続され、前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第１側面以外の全側面に配され、前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の前記第２側面以外の全側面に配され、前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられており、前記各集電体シートは、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかよりなる電気化学素子（以下、電気化学素子ｄという）。
【００１８】
第１電極と第２電極とをセパレータを介して捲回した極板群を有する電気化学素子であって、前記第１電極は、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極は、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１底面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２底面において第２端子と接続され、前記各集電体シートは、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかよりなる電気化学素子（以下、電気化学素子ｅという）。
【００１９】
第１電極と第２電極とをセパレータを介して捲回した極板群を有する電気化学素子であって、前記第１電極は、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記第２電極は、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が前記極板群の第１底面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が前記極板群の第２底面において第２端子と接続され、前記第１端子と前記第１底面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２底面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられており、前記各集電体シートは、上記集電体シートＡ〜Ｃのいずれかよりなる電気化学素子（以下、電気化学素子ｆという）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
本実施の形態では、表面に導電部と絶縁部とを有する集電体シートであって、絶縁シートを含み、前記導電部が、前記絶縁シートの表面に形成された導電層からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シートの露出部からなる集電体シート（集電体シートＡ）について説明する。
図５に、集電体シートＡ５０の上面図を示す。また、図６（ａ）に、集電体シートＡのａ−ａ線断面図を示し、図７（ａ）に、集電体シートＡのｂ−ｂ線断面図を示す。
集電体シートＡは、絶縁シート５３および絶縁シート５３の両面に設けられた導電層５４からなり、導電層５４の表面は導電部５１となり、絶縁シート５３の露出部は絶縁部５２となる。
このように、集電体シートＡの表面においては、導電部と絶縁部とが共存しているため、絶縁部が電極合剤未塗工部となる場合には、内部短絡発生の可能性が大きく低減する。例えば、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すように、電極合剤５５を導電部５１だけに設けた場合、電極合剤未塗工部６１、６２では、絶縁シートの表面が露出する。しかし、これらの露出部は絶縁性であるため、内部短絡の直接の原因になることがない。
一方、導電層の露出部６３は、集電に用いる端子との接続箇所として用いることができる。
【００２１】
なお、絶縁シートの厚さは、例えば０．５〜５００μｍであることが好ましい。また、導電層の厚さは、０．０１〜１００μｍであることが好ましい。
ここで、絶縁シートとしては、例えば樹脂シートを用いることができる。樹脂シートに用いる樹脂には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００２２】
なお、平坦な表面を有する通常の絶縁シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する絶縁シートを用いることもできる。
【００２３】
導電層には、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。なお、正極に用いるための集電体シートの導電層には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることが好ましい。また、負極に用いるための集電体シートの導電層には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などを用いることが好ましい。
【００２４】
導電層を形成する方法は、特に限定されないが、例えば導電性材料を絶縁シートに蒸着させることに形成することができる。その際、所定の形状パターンの蒸着膜が形成されるように、絶縁シートに所定形状の開口部を有するマスクを被せてから蒸着を行うことが好ましい。
【００２５】
実施の形態２
本実施の形態では、表面に導電部と絶縁部とを有する集電体シートであって、導電シートを含み、前記絶縁部が、前記導電シートの表面に形成された絶縁層からなり、前記導電部が、前記導電シートの露出部からなる集電体シートＢについて説明する。
図８に、集電体シートＢ８０の上面図を示す。また、図９（ａ）に、集電体シートＢのａ−ａ線断面図を示し、図１０（ａ）に、集電体シートＢのｂ−ｂ線断面図を示す。
集電体シートＢは、導電シート８３および導電シート８３の両面に設けられた絶縁層８４からなり、絶縁層８４の表面は絶縁部８２となり、導電シート８３の露出部は導電部８１となる。
このように、集電体シートＢの表面においては、導電部と絶縁部とが共存しているため、絶縁部が電極合剤未塗工部となる場合には、内部短絡発生の可能性が大きく低減する。例えば、図９（ｂ）、図１０（ｂ）に示すように、電極合剤８５を導電部８１だけに設けた場合、電極合剤未塗工部９１、９２では、絶縁層の表面が露出する。しかし、これらの露出部は絶縁性であるため、内部短絡の直接の原因になることがない。
一方、導電シートの露出部９３は、集電に用いる端子との接続箇所として用いることができる。
【００２６】
なお、導電シートの厚さは、例えば０．５〜５００μｍであることが好ましい。また、絶縁層の厚さは、０．０１〜１００μｍであることが好ましい。
ここで、導電シートとしては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。例えば金属シートなどを用いることができる。
【００２７】
正極に用いるための導電シートには、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などを用いることが好ましい。また、負極に用いるための導電シートには、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などを用いることが好ましい。なお、単独材料からなる導電シートを用いてもよく、２種以上からなる合金シート、メッキシートなどを用いてもよい。
【００２８】
なお、平坦な表面を有する通常の導電シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する導電シートを用いることもできる。
【００２９】
絶縁層には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００３０】
絶縁層を形成する方法は、特に限定されないが、例えば絶縁材料を導電シートに蒸着させることに形成することができる。その際、所定の形状パターンの蒸着膜が形成されるように、導電シートに所定形状の開口部を有するマスクを被せてから蒸着を行うことが好ましい。また、導電シートの所定箇所を、絶縁テープ、樹脂フィルムなどの絶縁材料で被覆することにより、絶縁層を形成することもできる。
【００３１】
実施の形態３
本実施の形態では、表面に導電部と絶縁部とを有する集電体シートであって、同一面に沿って配置された導電シート部および絶縁シート部からなり、前記導電部が、導電シート部の表面からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シート部の表面からなる集電体シートについて説明する。
図１１に、集電体シートＣ１１０の上面図を示す。また、図１２（ａ）に、集電体シートＣのａ−ａ線断面図を示し、図１３（ａ）に、集電体シートＣのｂ−ｂ線断面図を示す。
集電体シートＣは、同一面に沿って配置された導電シート部１１３および絶縁シート部１１４からなり、導電シート部１１３の表面が導電部１１１となり、絶縁シート部１１４の表面が絶縁部１１２となる。
このように、集電体シートＣの表面においては、導電部と絶縁部とが共存しているため、絶縁部が電極合剤未塗工部となる場合には、内部短絡発生の可能性が大きく低減する。例えば、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示すように、電極合剤１１５を導電部１１１だけに設けた場合、電極合剤未塗工部１２１、１２２では、絶縁シート部の表面が露出する。しかし、これらの露出部は絶縁性であるため、内部短絡の直接の原因になることがない。
一方、導電シート部の露出部１２３は、集電に用いる端子との接続箇所として用いることができる。
【００３２】
なお、導電シート部の厚さは、例えば０．５〜５００μｍであることが好ましい。ここで、導電シート部としては、構成された電池において化学変化を起こさない電子伝導体を特に限定なく用いることができる。例えば金属シートなどを用いることができる。
【００３３】
正極に用いるための導電シート部には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などからなる導電シートを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などからなる導電シートを用いることが好ましい。また、負極に用いるための導電シート部には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などを用いることが好ましい。なお、単独材料からなる導電シートを用いてもよく、２種以上からなる合金シート、メッキシートなどを用いてもよい。
【００３４】
なお、平坦な表面を有する通常の導電シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する導電シート部を用いることもできる。
【００３５】
また、導電シート部の厚さは、例えば０．５〜５００μｍであることが好ましい。ここで、絶縁シート部としては、例えば樹脂シートなどの絶縁シートを用いることができる。また、樹脂シートに用いる樹脂には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００３６】
なお、平坦な表面を有する通常の絶縁シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する絶縁シート部を用いることもできる。
【００３７】
導電シート部と絶縁シート部とを接続する方法は、特に限定されないが、例えば導電シートの端部に、絶縁シートの端部を溶着させることに形成することができる。また、接着剤を用いて、導電シートの端部に、絶縁シートの端部を接着させることもできる。
【００３８】
実施の形態４
本実施の形態では、集電体シートＡを用いた場合を例にとって、積層型の極板群を有する電気化学素子の一例について説明する。
図１に、本実施の形態に係る電気化学素子の積層型極板群の縦断面図を示す。
この極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと複数の第２電極１５ｂからなり、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間には、セパレータ１６が介在している。
第１電極１５ａは、第１集電体シート１３ａおよび２つの第１電極合剤層１４ａからなり、第１集電体シート１３ａは、樹脂シート１１ａおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ａからなる。すなわち、第１集電体シート１３ａは、導電層の形状パターンに応じて導電部と絶縁部とを有する。
【００３９】
図１においては、樹脂シートの一端部１１ｘを除く全面もしくは端部１１ｘと図１の紙面裏表に位置する端部を除く全面に導電層が設けられている。導電層の上には、第１電極合剤層が設けられている。図１の第１集電体シートにおいては、導電層を有さない樹脂シートの端部１１ｘもしくは端部１１ｘと図１の紙面裏表に位置する端部が絶縁部として機能する。端部１１ｘの反対側に位置する導電層の端部１２ｘには、導電層の露出部が残されている。
【００４０】
なお、樹脂シートの厚さは、例えば０．５〜５００μｍであることが好ましい。また、導電層の厚さは、０．０１〜１００μｍであることが好ましい。第１電極合剤層の厚さは、特に限定されないが、例えば１〜１０００μｍであることが好ましい。
【００４１】
図１の極板群には、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’が含まれている。
２つの第１電極１５ａで挟持されている内部の第２電極１５ｂは、極板群における配置が逆であること以外、第１電極１５ａと同様の構造を有する。すなわち、内部の第２電極１５ｂは、第２集電体シート１３ｂおよび２つの第２電極合剤層１４ｂからなり、第２集電体シート１３ｂは、樹脂シート１１ｂおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ｂからなる。第２集電体シートは、導電層の形状パターンに応じた導電部と絶縁部とを有する。
図１の第２集電体シートにおいては、導電層を有さない樹脂シートの端部１１ｙもしくは端部１１ｙと図１の紙面裏表に位置する端部が絶縁部として機能する。端部１１ｙの反対側に位置する導電層の端部１２ｙには、導電層の露出部が残されている。
【００４２】
一方、最外部の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面に導電層１２ｂと第２電極合剤層１４ｂが設けられていること以外、内部の第２電極と同様の構造を有する。
【００４３】
第１集電体シートの導電層の露出部は、前記極板群の第１側面、すなわち図１左側に配されており、その反対側の絶縁部は、前記極板群の第２側面、すなわち図１右側に配されている。図１では、第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置しているが、第１側面と前記第２側面の配置は、これに限定されるわけではない。一方、第２集電体シートの導電層の露出部は、前記極板群の第１側面に配されており、その反対側の絶縁部は、前記極板群の第２側面に配されている。
【００４４】
このように、図１では、同様の構造を有する第１電極と第２電極とが、互いに逆向きに配置されている。従って、第１集電体シートの導電層の露出部は、第２集電体シートの絶縁部と隣接し、第２集電体シートの導電層の露出部は、第１集電体シートの絶縁部と隣接している。このような配置であれば、第１電極と第２電極との短絡を防止することが容易である。また、複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を互いに接続し、並列接続の高容量電池を得ることも容易である。
ただし、短絡を確実に防止する観点からは、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上の絶縁部を電極に設けることが好ましい。
【００４５】
複数の第１集電体シートおよび第２集電体シートの導電層の露出部は、それぞれどのような方法で接続してもよい。例えば、図１に示すように、導電性材料で第１側面と第２側面を被覆する方法を好ましく用いることができる。導電性材料の被膜の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍ程度で十分である。この場合、導電性材料と導電層の露出部とを接続すると同時に、導電性材料を第１端子１７ａまたは第２端子１７ｂとして用いることができる。
なお、良好な集電状態を得るためには、導電層の露出部と導電性材料との接触面積が大きい方が好ましく、導電層の露出部が導電性材料の被膜の内部に０．００１〜１ｍｍの深さまで食い込んでいることが好ましい。
【００４６】
このような第１端子と第１側面との間および第２端子と第２側面との間には、第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａおよび第２絶縁材料部１８ｂが設けられていることが好ましい。
第１側面には、第２集電体シートの絶縁部が配され、第２側面には、第１集電体シートの絶縁部が配されているため、絶縁材料部を設けなくても短絡を防止することは容易であるが、絶縁材料部を設けることで二次電池の信頼性は大幅に向上する。絶縁材料部の厚さは、特に限定されないが、０．００１ｍｍ以上、さらには０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
絶縁材料部を形成する方法は、特に限定されないが、例えばスクリーン印刷法により、ペースト状もしくは液状の絶縁材料を所定位置に塗布することにより、形成することができる。また、フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を所定位置に貼り付けたりすることにより、絶縁材料部を形成することができる。
【００４７】
ここで、絶縁材料部に用いる絶縁材料としては、樹脂、ガラス組成物、セラミックスなどが挙げられる。また、織布や不織布に樹脂を含浸させた複合物などを用いることもできる。
樹脂には、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合には、樹脂の塗膜を加熱して硬化させる工程を要する。
【００４８】
絶縁材料部に用いることのできる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのエステル系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどのエーテル系ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのスルホン系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂などのアクリロニトリル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマー、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。また、加熱やＵＶ照射により重合固化して得られるポリマーを用いてもよい。
【００４９】
図１では、第１電極合剤層よりも第２電極合剤層の方が、大きな面積を有している。リチウムイオン二次電池の場合、第１電極合剤層を正極とし、第２電極合剤層を負極とするこのような構造を採用することが好ましい。一方、第１電極合剤層を負極とし、第２電極合剤層を正極とする場合には、第２電極合剤層よりも第１電極合剤層の面積を大きくすることが好ましい。
【００５０】
上記のような極板群は、多くの場合、電解液とともに所定のケースに収容して用いられる。
電解液は、電池の種類に応じて異なるが、リチウムイオン二次電池の場合には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させて調製した電解液が用いられる。
ケースの形状、材質などは特に限定されない。
【００５１】
次に、上記のような積層型極板群の製造法の一例について、図２を参照しながら説明する。
（イ）第１電極の作製
まず、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ａを準備する。次いで、樹脂シート２１ａの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設ける。例えば、所定形状の導電層を、図２に示すように複数行、複数列に樹脂シート上に形成する。このような導電層は、例えば、樹脂シートにマトリックス状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより、得ることができる。
ここでは、１つの導電層を２つの集電体シートに跨るように形成する場合について説明する。すなわち、２ｎ個の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シートを用いる場合、樹脂シートの片面あたり、ｎ個の導電層が形成される。
【００５２】
次に、各導電層の上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ａを残しておく。
第１電極合剤層は、第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は特に限定されないが、スクリーン印刷、パターン塗工などを採用することが好ましい。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。
なお、図２には、３行３列の電極合剤層が描かれているが、通常はより大きな集電体シート上に、より多くの導電層と電極合剤層が形成される。
第１電極合剤は、第１電極の活物質、導電材、結着剤などを、分散媒と混合することにより調製される。
その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜をローラで圧延して、合剤密度が高められる。
【００５３】
ここで、第１電極がリチウムイオン二次電池の正極である場合、活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を好ましく用いることができる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、ＬｉxＣｏＯz、ＬｉxＮｉＯz、ＬｉxＭｎＯz、ＬｉxＣｏyＮｉ1-yＯz、ＬｉxＣｏfＶ1-fＯz、ＬｉxＮｉ1-yＭyＯz（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ）、ＬｉxＣｏaＮｉbＭcＯz（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｒ）、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎ2(1-y)Ｍ2yＯ4（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ）などを挙げることができる。ただし、ｘ値は電池の充放電により、０≦ｘ≦１．２の範囲で変化する。また、０≦ｙ≦１、０．９≦ｆ≦０．９８、１．９≦ｚ≦２．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ＜１である。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００５４】
第１電極がリチウムイオン二次電池の負極である場合、活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な有機化合物や無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。炭素材料としては、コークス、熱分解炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長系）、不定形炭素、有機化合物焼成体などが挙げられる。これらのうちでは、特に、天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。
【００５５】
導電材には、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛などが用いられる。また、結着剤には、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アクリル系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどを用いることができる。
【００５６】
次に、極板群を構成した場合に第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる第１電極合剤層の周縁部に沿って、絶縁材料を塗工する。ここでもパターン塗工を行うことが好ましい。第１電極合剤層の周縁部のその他の部分にも、絶縁材料を被覆してもよいが、第１集電体シートの導電層の露出部の全体が覆われないようにする。図１のような極板群を得る場合には、第１電極合剤層の周縁部のうち、少なくとも導電層の露出部側の反対側に、絶縁材料を塗工する。
なお、絶縁材料の塗工は必ずしも必要ではなく、任意に行えばよい。
ここで塗工した絶縁樹脂は、極板群において、第１絶縁材料部を形成する。
【００５７】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極は、第１電極と同様の方法で作製することができる。すなわち、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ｂの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設け、各導電層の上に、第２電極合剤層２２ｂを２つずつ形成する。２つの第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第２端子との接続部２４ｂとなる。
また、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極についても、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製することができる。
【００５８】
（ハ）極板群の作製
作製された複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体とを、セパレータを介して積層する。このとき、第１電極の第１電極合剤層２２ａと第２電極の第２電極合剤層２２ｂとが互いに対面するようにこれらを積層する。また、第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料が、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部２３ｂと対面するように両極板を配置する。そして、両最外面に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスする。その結果、複数の極板スタックからなる集合体が得られる。
【００５９】
なお、セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーやガラス繊維などからなる織布や不織布を用いることができる。
また、固体電解質やゲル電解質をセパレータとして用いることもできる。
固体電解質には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどをマトリックス材料として用いることができる。
また、ゲル電解質としては、例えば、後述の非水電解液をポリマー材料からなるマトリックスに保持させたものを用いることができる。マトリックスを形成するポリマー材料には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドとの混合物を用いることが好ましい。
【００６０】
次に、複数の極板スタックからなる集合体を、極板スタックごとに分割する。このとき、第１電極および第２電極は、図２に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部に対応する集電体シートの切断部は、端子との接続部２４ａ、２４ｂとなり、その反対側の樹脂シートの露出部に対応する切断部２５ａ、２５ｂは絶縁部となる。
ここで、従来から一般的に用いられている金属箔からなる集電体の場合、切断時に生じる金属バリが問題となる。金属バリは、セパレータを突き破り、内部短絡を引き起こす大きな原因となるからである。従って、金属バリの発生を防ぐことが重要となるが、金属バリを生じることなく金属箔を切断することは著しく困難である。
一方、樹脂シートからなる集電体シートを用いる場合、切断面のほとんどが樹脂で占められているため、金属バリを生じることがない。従って、電気化学素子の信頼性を大幅に向上させることができる。
【００６１】
次に、第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に配列する側面を、金属で被覆する。例えば、溶融もしくは半溶融状態の金属微粒子を前記側面に吹き付けることにより、前記側面を金属で被覆することができる。前記側面において、第２電極の端面には絶縁材料が塗工されているため、金属被膜と第２電極との短絡は起こらない。こうして形成された金属被膜は、第１集電体シートの導電層の露出部とだけ電気的に接続される。
第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に配列する側面についても、上記と同様に金属で被覆する。
【００６２】
ここで、端子が正極端子となる場合には、上記金属微粒子としてアルミニウム粉末を用いることが好ましい。また、端子が負極端子となる場合には、上記金属微粒子として銅粉末を用いることが好ましい。
【００６３】
第１集電体シートの導電層と電気的に接続された金属の被膜および第２集電体シートの導電層と電気的に接続された金属の被膜は、それぞれ第１端子および第２端子として機能する。
一方、端子を有さない極板群の側面は、そのままの状態でもよいが、できれば多孔質な絶縁材料で被覆することが好ましい。
【００６４】
図３に示されるような複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体を用いて、極板群の集合体を得ることもできる。
このような第１電極からなる集合体を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ａの両面の同じ位置に、複数行の帯状の導電層を形成する。このような導電層は、例えば、樹脂シートに帯状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより、得ることができる。ここでも、１つの帯状導電層を２つの帯状集電体シートに跨るように形成する。すなわち、２ｎ個の帯状集電体シートを与え得る大きさの樹脂シートを用いる場合、樹脂シートの片面あたり、ｎ個の帯状導電層を形成する。
【００６５】
次に、各帯状導電層の上に、帯状の第１電極合剤層３２ａを２つずつ形成する。２つの帯状第１電極合剤層３２ａの間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ａを残しておく。帯状の第１電極合剤層３２ａは、上記と同様の第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は積層型極板群の場合と同様である。このときペーストが塗工されなかった導電層の露出部３３ａは、第１端子との接続部３４ａとなる。
【００６６】
また、第２電極からなる集合体を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ｂの両面の同じ位置に、複数行の帯状の導電層を設け、各導電層の上に、帯状の第２電極合剤層３２ｂを２つずつ形成する。２つの帯状の第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ｂを残しておく。このとき合剤からなるペーストが塗工されなかった導電層の露出部は、極板群の構成後には、第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００６７】
このような極板群の集合体を、図３に示す矢印方向に沿って、極板スタックごとに分割すると、導電層の露出部に対応する集電体シートの切断部は、端子との接続部３４ａ、３４ｂとなり、その反対側の樹脂シートの露出部に対応する切断部３５ａ、３５ｂは絶縁部となり、他の切断部においては合剤の断面が露出することになる。この場合、合剤の断面が露出する極板群の側面は、多孔質な絶縁材料で封止することが好ましい。
【００６８】
得られた極板群は、必要に応じて所定形状のケースに所定の電解液とともに収容される。ケースには、例えば、ステンレス鋼板、アルミニウム板などを所定形状に加工したもの、両面に樹脂被膜を有するアルミニウム箔（アルミニウムラミネートシート）、樹脂ケースなどが用いられる。
電気化学素子が、例えばリチウムイオン二次電池の場合、電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすることが好ましい。
【００６９】
非水溶媒には、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、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、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、エチルプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのγ−ラクトン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどの非環状エーテル、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそれらのフッ化物などを用いることができる。これらは複数種を組み合わせて用いることが好ましい。特に、環状カーボネートと非環状カーボネートを含む混合物、環状カーボネートと非環状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルを含む混合物などが好ましい。
【００７０】
リチウム塩には、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2、Ｌｉ2Ｂ10Ｃｌ10、ＬｉＮ（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2、ＬｉＰＦ3（ＣＦ3）3、ＬｉＰＦ3（Ｃ2Ｆ5）3などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、少なくともＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
【００７１】
上記のような製造法によれば、例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの範囲であれば、任意の大きさの極板群を効率よく製造することができる。
【００７２】
次に、図４に示すような捲回型極板群の製造法の一例について説明する。図４は、第１電極を中心に描かれた捲回型極板群の部分的な概念図であり、更に外周側の合剤層や極板等は省略されている。
（イ）第１電極の作製
捲回型極板群に用いる第１電極は、帯状の形状を有すること以外、積層型極板群に用いる第１電極と同様の構造を有する。従って、第１電極の製造法は積層型の場合とほぼ同様である。
例えば、図３に示したのと同様の第１電極からなる集合体を作製する。次に、上記と同様に、第１電極合剤層の周縁部のうち、少なくとも導電層の露出部側の反対側に、絶縁材料を塗工する。この部分は、極板群において、第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる。
（ロ）第２電極の作製
ここでも、図３に示したのと同様の第２電極からなる集合体を作製する。
【００７３】
（ハ）極板群の作製
第１電極からなる集合体と第２電極からなる集合体とを、セパレータ４０を介して捲回する。このとき、帯状の第１電極合剤層３２ａと第２電極合剤層３２ｂとが互いに対面するように電極を配置する。また、第１電極における導電層の露出部および絶縁材料が、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部と対面するように両極板を配置する。その結果、交互に逆向きに配列した複数の捲回型極板群からなる長尺筒状の集合体が得られる。
【００７４】
次に、長尺筒状の集合体を、極板群ごとに分割する。このような極板群の一方の側面（底面）には、第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に、同心円状に配列しており、他方の側面（底面）には、第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に、同心円状に配列している。
【００７５】
そこで、第１集電体シートの導電層の露出部が配列している底面および第２集電体シートの導電層の露出部が配列している底面を、上記と同様に、それぞれ金属で被覆することにより、第１端子４１および第２端子４２を形成することができる。
なお、第１端子側では、第２電極の端面に絶縁材料が塗工されているため、金属の被膜と第２電極との短絡は起こらないし、第２端子側では、第１電極の端面に絶縁材料が塗工されているため、金属の被膜と第１電極との短絡は起こらない。
【００７６】
【実施例】
《実施例１》
本実施例では、以下の要領で積層型のリチウムイオン二次電池を作製した。
（イ）第１電極の作製
まず、横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅の蒸着膜を形成した。銅の蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００７７】
次に、活物質の球状黒鉛（黒鉛化メソフェーズ小球体）１００重量部と、結着剤のスチレンブタジエンゴム３重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第１電極合剤からなるペーストを調製した。
そして、ペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×４６ｍｍの第１電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、合剤を有さない銅の蒸着膜の露出部を残した。
その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００７８】
次に、第１電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして、両面に６行６列の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００７９】
（ロ）第２電極の作製
まず、両面に第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのＰＥＴシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムの蒸着膜を形成した。Ａｌ蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００８０】
次に、活物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）１００重量部と、導電材のアセチレンブラック３重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第２電極合剤からなるペーストを調製した。
そして、ペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×４５ｍｍの第２電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、合剤を有さないＡｌの蒸着膜の露出部を残した。
その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００８１】
次に、第２電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして、両面に６行６列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
【００８２】
一方、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極についても、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製した。
【００８３】
（ハ）極板群の作製
まず、両面に第１電極合剤層を有する第１電極からなる集合体２つで、両面に第２電極合剤層を有する第２電極からなる集合体１つを、セパレータを介して挟持した。このとき、第１電極合剤層と第２電極合剤層とが互いに対面するように、また、第１電極における蒸着膜の露出部およびポリフッ化ビニリデンが、それぞれ第２電極におけるポリフッ化ビニリデンおよび蒸着膜の露出部と対面するように、両極板を配置した。そして、両最外面に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスした。その結果、複数の極板スタックからなる集合体が得られた。
【００８４】
次に、切断位置を、第１電極における蒸着膜の露出部の中心、第２電極における蒸着膜の露出部の中心に対応させて、複数の極板スタックからなる集合体を極板スタック毎に分割した。その結果、一連の塗工・積層工程により、一度に３６個もの極板スタックを得ることができた。
【００８５】
第１集電体シートの銅の蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴ樹脂部とが交互に配列する側面に、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。このとき、銅の蒸着膜の露出部が、銅膜の内部に深さ０．２ｍｍまで食い込んでいた。この銅膜は、そのまま負極端子として用いることができる。
【００８６】
次に、第２集電体シートのＡｌの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴ樹脂部とが交互に配列する側面に、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。その結果、前記側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。このとき、Ａｌの蒸着膜の露出部が、アルミニウム膜の内部に深さ０．２ｍｍまで食い込んでいた。このアルミニウム膜は、そのまま正極端子として用いることができる。
【００８７】
こうして得られた極板群の銅膜と、アルミニウム膜とに、それぞれリード線を接続し、外部の充放電装置を用いて、充放電試験を行った。
ここで用いた電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比３０：７０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。
【００８８】
［評価］
充放電は、２０℃雰囲気中で行った。
充電および放電は、それぞれ電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ2の電流モードで行った。充電終止電圧は４．２Ｖとした。放電終止電圧は３．０Ｖとした。上記条件によって得られた電気容量は９００ｍＡｈであった。
なお、比較として、従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて負極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて正極を作製したところ、同様の容量の電池を得るためには、電池の容積が実施例１のリチウムイオン二次電池の１．２倍となった。このことから、本発明によれば、電気化学素子の容量あたりのエネルギー密度を、従来よりも高められることが明らかとなった。
また、実施例１のリチウムイオン二次電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下などの異常は認められなかった。
【００８９】
《実施例２》
第１電極の集電体シートを以下のように作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍの銅からなる導電シートを準備した。次いで、複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）のマスクを導電シートの表面に３行６列に配置し、マスク周囲の導電シートの表面の露出部を、ポリエチレンテレフタレートのシートで被覆した。ポリエチレンテレフタレートのシートの厚さは、２５μｍとした。こうして、導電シートの両面の同じ位置に、ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁層を設けた。
【００９０】
次に、第２電極の集電体シートを以下のように作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのアルミニウムからなる導電シートを準備した。次いで、複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のマスクを導電シートの表面に３行６列に配置し、マスク周囲の導電シートの表面の露出部を、ポリエチレンテレフタレートのシートで被覆した。ポリエチレンテレフタレートのシートの厚さは、２５μｍとした。こうして、導電シートの両面の同じ位置に、ポリエチレンテレフタレートからなる絶縁層を設けた。
【００９１】
上述の集電体シートをそれぞれ用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、実施例１と同様に評価した。その結果、実施例２のリチウムイオン二次電池の電気容量は９００ｍＡｈであり、実施例２のリチウムイオン二次電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下などの異常は認められなかった。
【００９２】
《実施例３》
第１電極の集電体シートを以下のように作製した。
３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）のマトリックス状の開口部を有するポリエチレンテレフタレートからなる枠体を準備した。枠体の外寸は横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍとした。
この枠体の開口部に、複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅からなる導電シート（厚さ７μｍ）を嵌め込み、枠体と導電シートを接着剤で固定した。こうして、導電部と絶縁部を有する第１電極の集電体シートを得た。
【００９３】
次に、第２電極の集電体シートを以下のように作製した。
３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のマトリックス状の開口部を有するポリエチレンテレフタレートからなる枠体を準備した。枠体の外寸は横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍとした。
この枠体の開口部に、複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムからなる導電シート（厚さ７μｍ）を嵌め込み、枠体と導電シートを接着剤で固定した。こうして、導電部と絶縁部を有する第２電極の集電体シートを得た。
【００９４】
上述の集電体シートをそれぞれ用いたこと以外、実施例１と同様にして、リチウムイオン二次電池を作製し、実施例１と同様に評価した。その結果、実施例３のリチウムイオン二次電池の電気容量は９００ｍＡｈであり、実施例３のリチウムイオン二次電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下などの異常は認められなかった。
【００９５】
【発明の効果】
上述のように、本発明の電気化学素子においては、集電体シートの表面に導電部と絶縁部とが共存することから、集電体シートの導電部に電極合剤を担持する一方で、絶縁部には電極合剤を担持しないことが可能である。このような構造によれば電気化学素子の内部短絡の可能性は大きく低減する。また、本発明によれば、正極端子や負極端子の構造が簡略であり、集電タブや集電リードを用いる必要はないため、小型でも高い電気容量を有し、信頼性の高い電気化学素子を提供することができる。そして、本発明によれば、同時に複数の電気化学素子を効率的に製造することができる。このような電気化学素子を含む非水電解液二次電池を用いることにより、信頼性の高い携帯電話、携帯情報端末機器、カムコーダ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯音響機器、電気自動車、ロードレベリング用電源などの機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型極板群の縦断面図である。
【図２】第１電極からなる集合体と第２電極からなる集合体の切断箇所を示す概念図である。
【図３】別の第１電極からなる集合体と別の第２電極からなる集合体の切断箇所を示す概念図である。
【図４】本発明に係る捲回型極板群の縦断面概念図である。
【図５】本発明に係る集電体シートＡの上面図である。
【図６】集電体シートＡのａ−ａ線断面図（ａ）および導電部に電極合剤を設けた集電体シートＡのａ−ａ線断面図（ｂ）である。
【図７】集電体シートＡのｂ−ｂ線断面図（ａ）および導電部に電極合剤を設けた集電体シートＡのｂ−ｂ線断面図（ｂ）である。
【図８】本発明に係る集電体シートＢの上面図である。
【図９】集電体シートＢのａ−ａ線断面図（ａ）および導電部に電極合剤を設けた集電体シートＢのａ−ａ線断面図（ｂ）である。
【図１０】集電体シートＢのｂ−ｂ線断面図（ａ）および導電部に電極合剤を設けた集電体シートＢのｂ−ｂ線断面図（ｂ）である。
【図１１】本発明に係る集電体シートＣの上面図である。
【図１２】集電体シートＣのａ−ａ線断面図（ａ）および導電部に電極合剤を設けた集電体シートＣのａ−ａ線断面図（ｂ）である。
【図１３】集電体シートＣのｂ−ｂ線断面図（ａ）および導電部に電極合剤を設けた集電体シートＣのｂ−ｂ線断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１０ 極板群
１１ａ、ｂ 樹脂シート
１１ｘ、ｙ 樹脂シートの端部
１２ａ、ｂ 導電層
１２ｘ、ｙ 導電層の端部
１３ａ 第１集電体シート
１３ｂ 第２集電体シート
１４ａ 第１電極合剤層
１４ｂ 第２電極合剤層
１５ａ 第１電極
１５ｂ、ｂ’ 第２電極
１６ セパレータ
１７ａ 第１端子
１７ｂ 第２端子
１８ａ 第１絶縁材料部
１８ｂ 第２絶縁材料部
２１ａ、ｂ 樹脂シート
２２ａ 第１電極合剤層
２２ｂ 第２電極合剤層
２３ａ、ｂ 導電層の露出部
２４ａ 第１端子との接続部
２４ｂ 第２端子との接続部
２５ａ、ｂ 樹脂シートの露出部に対応する切断部
３１ａ、ｂ 樹脂シート
３２ａ 帯状の第１電極合剤層
３２ｂ 帯状の第２電極合剤層
３３ａ、ｂ 導電層の露出部
３４ａ 第１端子との接続部
３４ｂ 第２端子との接続部
３５ａ、ｂ 樹脂シートの露出部に対応する切断部
４０ セパレータ
４１ 第１端子
４２ 第２端子
５１ 導電部
５２ 絶縁部
５３ 絶縁シート
５４ 導電層
５５ 電極合剤
６１、６２ 電極合剤未塗工部
６３ 導電層の露出部
８１ 導電部
８２ 絶縁部
８３ 導電シート
８４ 絶縁層
８５ 電極合剤
９１、９２ 電極合剤未塗工部
９３ 導電シートの露出部
１１１ 導電部
１１２ 絶縁部
１１３ 導電シート部
１１４ 絶縁シート部
１１５ 電極合剤
１２１、１２２ 電極合剤未塗工部
１２３ 導電シート部の露出部

Claims (14)

  1. （ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群を有する電気化学素子であって、
    前記第１電極（ａ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
    前記第２電極（ｂ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
    前記各集電体シートが、絶縁シートを含み、前記導電部が、前記絶縁シートの表面に形成された導電層からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シートの露出部からなり、
    前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子。
  2. （ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群を有する電気化学素子であって、
    前記第１電極（ａ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
    前記第２電極（ｂ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
    前記各集電体シートが、導電シートを含み、前記絶縁部が、前記導電シートの表面に形成された絶縁層からなり、前記導電部が、前記導電シートの露出部からなり、
    前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子。
  3. （ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群を有する電気化学素子であって、
    前記第１電極（ａ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
    前記第２電極（ｂ）は、表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
    前記各集電体シートが、同一面に沿って配置された絶縁シート部および導電シート部からなり、前記導電部が、導電シート部の表面からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シート部の表面からなり、
    前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子。
  4. 前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置する請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
  5. 前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
  6. 前記第１側面および前記第２側面以外の前記極板群の側面に、前記第１集電体シートの絶縁部および前記第２集電体シートの絶縁部が配されている請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
  7. 前記極板群が、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有する請求項１〜３のいずれかに記載の電気化学素子。
  8. 複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、
    前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
    前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
    前記各集電体シートが、絶縁シートを含み、前記導電部が、前記絶縁シートの表面に形成された導電層からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シートの露出部からなり、
    前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子。
  9. 複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、
    前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
    前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
    前記各集電体シートが、導電シートを含み、前記絶縁部が、前記導電シートの表面に形成された絶縁層からなり、前記導電部が、前記導電シートの露出部からなり、
    前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子。
  10. 複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、
    前記複数の第１電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、
    前記複数の第２電極は、それぞれ表面に導電部と絶縁部とを有する第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、
    前記各集電体シートが、同一面に沿って配置された絶縁シート部および導電シート部からなり、前記導電部が、導電シート部の表面からなり、前記絶縁部が、前記絶縁シート部の表面からなり、
    前記第１集電体シートの導電部および前記第２集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第１側面において第１端子と接続され、前記第２集電体シートの導電部および前記第１集電体シートの絶縁部が、前記極板群の第２側面において第２端子と接続されている電気化学素子。
  11. 前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置する請求項８〜１０のいずれかに記載の電気化学素子。
  12. 前記第１端子と前記第１側面との間に、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部が設けられており、前記第２端子と前記第２側面との間に、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部が設けられている請求項８〜１０のいずれかに記載の電気化学素子。
  13. 前記第１側面および前記第２側面以外の前記極板群の側面に、前記第１集電体シートの絶縁部および前記第２集電体シートの絶縁部が配されている請求項８〜１０のいずれかに記載の電気化学素子。
  14. 前記極板群が、前記第１側面および前記第２側面以外に、前記第１集電体シートの絶縁部および／または前記第２集電体シートの絶縁部が配されている側面を有する請求項８〜１０のいずれかに記載の電気化学素子。
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