JP2000315525A

JP2000315525A - 非水系二次電池の製造方法

Info

Publication number: JP2000315525A
Application number: JP11122731A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sakuma; 隆佐久間
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】弾性及び粘着性を有するゲル層が形成された
電極原反を剪断する際に、ゲル層と剪断に用いられる刃
物等との粘着をなくし、電極原反の切り口、特に電極原
反を構成する金属箔集電体の切り口に大きなバリが生じ
ることを防止する。【解決手段】電池原反２０を剪断して正極材６及び負
極材７を作製し、これら正極材６及び負極材７を交互に
積層又は巻回して電池素子３を作製する際に、金属箔集
電体２１上に電極活物質層２２を塗布形成し、さらに電
極活物質層２２上にゲル状電解質層２３を塗布形成した
電極原反２０を作製した後、ゲル状電解質層２３の表面
にシート状部材２４を貼り合わせ、電極原反２０をシー
ト状部材２４とともに剪断することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極材にゲル状電
解質層が塗布、形成された非水系二次電池の製造方法に
関し、さらに詳しくはゲル状電解質層が塗布、形成され
た電極材の原反の剪断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、携帯用電子機器等の駆動電源
としては、経済性の改善や省資源化の目的から二次電池
が使用され、近年、その用途は急速に拡大しつつある。
このような駆動電源として用いられる二次電池に対して
は、携帯用電子機器の小型化、高性能化に伴って、小型
で、軽量かつ高容量であることが要求される。

【０００３】二次電池としては、鉛電池やニッケルカド
ミウム電池などが利用されてきたが、これらは高エネル
ギー密度化や軽量化といった問題を克服できていない。
このため、近年、二次電池は、高エネルギー密度化を達
成するリチウムイオン二次電池が使用されている。リチ
ウムイオン二次電池は、充電時に正極中のリチウムが電
解液を介して負極中に吸蔵され、放電時に負極中のリチ
ウムが電解液を介して正極中に吸蔵されるという電気化
学的な可逆反応を利用したものである。換言すれば、リ
チウムイオン二次電池は、リチウムが正極と負極との間
を行き来することで充放電が行われるものである。

【０００４】リチウムイオン二次電池においては、電解
液にリチウム塩を溶解した非水系溶媒が用いられてお
り、この電解液の漏れを防止することが必要である。こ
のため、例えば図９に示すリチウムイオン二次電池５０
のように、正極リード５１が取り付けられた帯状の正極
材５２と負極リード５３が取り付けられた帯状の負極材
５４とがセパレータ５５を介して積層、巻回された発電
要素５６と、図示しない電解液とが金属製の負極缶５７
内に収納されかつ金属製の正極蓋５８により密閉されて
構成されている。このように、リチウムイオン二次電池
５０は、上述した金属製の負極缶５７及び正極蓋５８の
如き剛性を備えた、いわゆるハード・セルを使用して密
閉することが不可欠である。このため、リチウムイオン
二次電池においては、携帯用電子機器の駆動電源として
要求される軽量化を達成することが困難であり、またハ
ード・セル自体の厚みから、携帯用パーソナルコンピュ
ータのような携帯用電子機器の薄型化に対する足枷とな
っている。

【０００５】上述した問題点を解消すべく、さらなる小
型、軽量化を達成し、安全性の高い二次電池として、ポ
リマー系リチウム二次電池、あるいは単にポリマー電
池、ゲル電池と呼ばれる二次電池の開発が活発に進めら
れ、実用化されている。ポリマー系リチウム二次電池
は、それぞれ集電体上に活物質層が塗布、形成されてな
る正極材と負極材との間に多孔質のセパレータを介する
場合もあるが、基本的には正極材及び負極材に形成され
た活物質層同士を電解液を含浸させたゲル層を介して対
向させている。ポリマー系リチウム二次電池において
は、電解液をゲル層に含浸させる構造とすることで、漏
液のおそれがなくなり、その結果ハード・セルを使用す
る必要がなくなる。このため、ポリマー系リチウム二次
電池は、形状の自由度が向上して軽量化及び薄型化を達
成するとともに、安全性が向上する。

【０００６】上述したポリマー系リチウム二次電池は、
広幅の集電体上に正極又は負極活物質を分散した懸濁液
を所望のパターンに塗布してなる活物質層上に、さらに
高分子ゲル電解質を塗布してなるゲル層を形成して電極
原反を作製する。その後、広幅の電極原反を所定の幅又
は大きさに剪断し、正極及び負極を交互に積層又は巻回
して、正極リード、負極リードを取り付けて電池セルの
発電要素となる電池素子を作製する。

【０００７】ポリマー系リチウム二次電池においては、
電極原反を所定の幅又は大きさに剪断する方法として、
一般的には、スリッターを用いて裁断する方法や、適当
な隙間を有する雄型と雌型とが上下するダイスを備える
プレス機を用いて打ち抜く方法等が知られている。スリ
ッターは、丸刃とされた上刃と下刃とを備えて構成さ
れ、これら上刃と下刃との間に適当な食い込みと接触圧
力を与え、搬送されてくる電極原反を回転する上刃と下
刃との間で所定の幅に裁断する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ポリマー系リチウム二次電池においては、上述した電池
電極の剪断方法では弾性及び粘着性を有するゲル層が電
極原反の表面に形成されているため、裁断又は打ち抜き
の際に、裁断用の上刃及び下刃又は打ち抜き用のダイス
がゲル層に粘着し、剪断が困難となる。

【０００９】また、ポリマー系リチウム二次電池におい
ては、上述した電池電極の剪断方法で電極原反を剪断し
た場合、その切り口は極めて悪く、特に集電体として用
いられるアルミニウム箔や銅箔等の金属箔の切り口にバ
リが生じ、重なり合う対極電極間でショート発生しやす
くなるという問題がある。

【００１０】そこで、本発明は、弾性及び粘着性を有す
るゲル層が形成された電極原反を剪断する際に、ゲル層
と剪断に用いられる刃物等との粘着をなくし、電極原反
の切り口、特に電極原反を構成する金属箔集電体の切り
口にバリが生じることを防止する二次電池の製造方法を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
本発明に係る二次電池の製造方法は、電池原反を剪断し
て負極材及び正極材を作製し、これら負極材及び正極材
を交互に積層又は巻回して発電要素を作製する場合に、
金属箔集電体上に電極活物質層を塗布形成し、さらに電
極活物質層上にゲル状電解質層を塗布形成した電極原反
を作製した後、ゲル状電解質層の表面にシート状部材を
貼り合わせ、電極原反をシート状部材とともに剪断する
ことを特徴とする。

【００１２】上述した本発明に係る二次電池の製造方法
は、弾性及び粘着性を有するゲル状電解質層上にシート
状部材を貼り付け、このシート状部材とともに電極原反
を剪断することにより、電極原反を剪断する際に用いる
刃物等がゲル状電解質層に粘着せず、発生するバリの大
きさを小さく抑えるとともに、このバリの発生を原因と
する内部ショートの発生が抑制される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る非水系二次電
池の製造方法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。

【００１４】先ず、本実施の形態に係る非水系二次電池
の製造方法の説明に先立ち、該製造方法によって製造さ
れる二次電池１について説明する。二次電池１は、図１
に示すように、ヒートシーリングされたアルミニウム製
のラミネートフィルム２内に発電要素たる電池素子３が
収納されて構成される。二次電池１は、電池素子３の負
極側に接続された負極リード４及び正極側に接続された
正極リード５がラミネートフィルム２内から引き出され
て外部端子とされている。

【００１５】電池素子３は、図２に示すように、正極材
６と負極材７とがそれぞれ表裏に対極の電極材が対向す
るように構成されている。電池素子３は、詳しい図示は
省略するが、例えば帯状の正極材６と負極材７とが重ね
合わされかつ巻回されて構成されている。

【００１６】正極材６は、金属酸リチウム化合物の正極
活物質と導電性を稼ぐためのアセチレンブラック等の導
電剤をポリフッ化ビニリデン等の結着剤とともに分散し
て正極合剤を調整し、この正極合剤をアルミニウム箔等
の導電性を有する金属箔からなる正極集電体８にの両面
に薄膜状に塗布し、乾燥させて正極活物質層９が形成さ
れる。

【００１７】負極材７は、リチウムイオンを吸蔵する炭
素材料として結晶化の低い炭素粉末や結晶化の高い黒鉛
粉末をポリフッ化ビニリデン等の結着剤とともに分散し
て負極合剤を調整し、この負極合剤を銅箔等の導電性を
有する金属箔からなる負極集電体１０に薄膜状に塗布
し、乾燥させて負極活物質層１１が形成される。

【００１８】正極材６及び負極材７には、正極活物質層
５又は負極活物質層８上にそれぞれゲル状電解質層１２
が形成される。ゲル状電解質層１２は、図２に示すよう
に、正極材６と負極材７とを重ねた際に正極活物質層９
と負極活物質層１１との間に介在する。

【００１９】ゲル状電解質層１２は、樹脂と、この樹脂
を膨潤させる溶媒と、電解質とにより構成されている。
樹脂としては、ポリフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロ
プロピレン−フッ化ビニリデン共重合体やポリアクリロ
ニトリル等を使用する。溶媒としては、γ−ブチロラク
トンやエチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
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等を使用する。電解質として
は、六フッ化リン酸リチウム、過塩素酸リチウム、四フ
ッ化ホウ酸リチウム等のリチウム塩等を使用する。

【００２０】上述した構成を有する二次電池１において
は、先ず電池素子３を構成する正極材６及び負極材７が
作製される。正極材６及び負極材７は、広幅の電極原反
２０が所定幅を有する複数条の帯状に剪断されることに
より作製される。電極原反２０は、帯状の正極６及び負
極７の原反であり、正極６及び負極７と同様の構成を有
する。すなわち、電極原反２０は、図３に示すように、
正極集電体８又は負極集電体１０となる金属箔２１上に
正極活物質層９又は負極活物質層１１となる活物質層２
２が形成され、さらにこの活物質層２２上にゲル状電解
質層１２となるゲル層２３が形成されている。

【００２１】電極原反２０は、巻出し工程、剪断工程及
び巻き取り工程を経て帯状の正極材６又は負極材７とさ
れる。

【００２２】電極原反２０は、巻出し工程において、図
４に示すように、原反巻出しローラ３０及びこの原反巻
出しローラ３０から巻き出された電極原反２０の走行方
向を案内するガイドローラ３１によって、剪断工程が行
われるスリッター３２に対して供給される。

【００２３】電極原反２０には、上述した巻出し工程に
おいてその表面、すなわちゲル層２３上にシート状部材
２４が貼り付けられる。シート状部材２４は、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等を材料とするプラスチ
ックフィルムや電極原反２０との貼り付け面にテフロン
等の剥離性のよい樹脂等がコーティングされた紙、又は
ゴムシート等を使用する。シート状部材２４は、その引
張弾性率が２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上のものを使用す
る。シート状部材２４は、上述したように引張弾性率が
２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上のものを使用するが、剪断し
易さ等を考慮すると、引張弾性率の範囲が２００ｋｇｆ
／ｍｍ²〜７００ｋｇｆ／ｍｍ²程度のものがより好適で
ある。

【００２４】シート状部材２４は、スリッター３２の上
流側に配設されたシート巻き出しローラ３３から巻き出
されかつガイドローラ３４によって走行方向を案内され
る。シート状部材２４は、巻出しローラ３０から供給さ
れる電極原反２０とともにスリッター３２の上流側に配
設されるニップローラ３５に引き込まれ、電極原反２０
に形成されたゲル層２３に密着する。

【００２５】シート状部材２４が密着された電極原反２
０は、スリッター３２において剪断工程が行われ、複数
条の帯状の正極材６又は負極材７に剪断される。スリッ
ター３２は、図５に示すように、供給された電極原反２
０を挟み込んで剪断する上刃３６と下刃３７とを備えて
構成される。上刃３６と下刃３７とは、供給された電極
原反２０に貼り付けられたシート状部材２４に接する刃
部３６ａ、３７ａが鋭く形成されていない、いわゆる丸
刃である。スリッター３２は、刃部３６ａ、３７ａ同士
が適当量重なり合うように配設されかつ上刃カラー３８
に設けられた板バネやサラバネ等の弾性体３９によって
接触圧力が与えられた上刃３６と下刃３７とのが回転す
ることにより、上刃３６と下刃３７との間に供給されて
くる電極原反２０を剪断する。

【００２６】上述したスリッター３２により電極原反２
０が剪断されて作製された複数条の帯状の正極材６又は
負極材７は、巻取り工程において、走行方向を案内する
ガイドローラ４０を経て原反巻取りローラ４１によって
一条ずつ巻き取られる。巻き取り工程においては、貼り
付けられたシート状部材２４を正極材６及び負極材７と
ともに原反巻取りローラ４１で巻き取っても良く、また
シート状部材２４を剥がして正極材６及び負極材７のみ
を原反巻取りローラ４１で巻き取ってもよい。シート状
部材２４を正極材６及び負極材７から剥がして巻き取る
場合には、図４に示すように、スリッター３０の下流側
に配設されたガイドローラ４２を経てシート巻取りロー
ラ４３によって正極材６及び負極材７と別個にシート状
部材２４を巻き取る構成とする。

【００２７】二次電池１においては、上述した巻き取り
工程において巻き取られた正極材６及び負極材７に正極
リード４、負極リード５を取り付けて重ね合わせ、とも
に巻回することにより電池素子３が作製される。二次電
池１は、電池素子３をラミネートフィルム２で包み、ラ
ミネートフィルム２の周囲にヒートシーリングを施すこ
とにより電池素子３を密閉して製造される。

【００２８】上述したように広幅の電極原反２０を帯状
に剪断して作製される正極材６の剪断面の状態について
説明する。正極材６の剪断面６ａには、図６に示すよう
に、特に正極集電体８に同図中矢印で示す剪断方向と同
一の方向に突き出るバリ１３が発生する。なお、図示は
省略するが負極７においても上述した正極６と同様に剪
断面においてバリ１３が生じる。

【００２９】図７は、電極原反２０のゲル層２３上に貼
り合わせて一緒に剪断されるシート状部材２４の引張弾
性率と、切り口に発生したバリ１３の大きさを示したグ
ラフであり、縦軸に発生したバリ１３の大きさ、横軸に
シート状部材２４の引張弾性率を示している。図７中Ａ
点においては引張弾性率１５〜２０ｋｇｆ／ｍｍ²のＰ
Ｅからなるプラスチックフィルムを、Ｂ点においては引
張弾性率９０ｋｇｆ／ｍｍ²のＰＰからなるプラスチッ
クフィルムを、Ｃ点においては延伸処理を施した引張弾
性率２００〜２７０ｋｇｆ／ｍｍ²のＰＥからなるプラ
スチックフィルムを、Ｄ点においては引張弾性率５００
〜７００ｋｇｆ／ｍｍ²のＰＥＴからなるプラスチック
フィルムをシート状部材２４として使用したときの剪断
面に発生したバリ１３の大きさを示す。

【００３０】二次電池１においては、図７に示すよう
に、引張弾性率が２００ｋｇｆ／ｍｍ²以上のプラスチ
ックフィルムを用いたＣ点、Ｄ点及びＥ点において、剪
断面に発生するバリ１３が極めて小さくなっていること
が判断できる。

【００３１】また、図８は、剪断面に発生したバリ１３
の大きさと、二次電池１において生じる内部ショートと
の関係を示したグラフであり、横軸にバリの大きさ、縦
軸に二次電池１に用いられた電池素子３の任意の１０箇
所の部位において発生したショートの数を示している。
二次電池１は、図６に示すように、剪断面に発生したバ
リ１３の大きさが大きくなるほど、交互に隣接する対極
の電極が接し易くなる内部ショートが発生する確率が上
昇することが判断できる。

【００３２】以上の結果から、引張弾性率が２００ｋｇ
ｆ／ｍｍ²以上のシート状部材２４を用いた場合には、
電極原反２０の切り口、特に金属集電体の部分の剪断面
に生じるバリ１３の大きさが小さくなって二次電池１に
おけるショートの発生が抑えられ、安定した性能の二次
電池１を得ることができる。また、反対に引張弾性率が
２００ｋｇｆ／ｍｍ²に満たないプラスチックフィルム
をシート状部材２４として用いた場合には、剪断に用い
る刃物とゲル層２３とが粘着し、剪断面に大きなバリ１
３が生じて、ショートの発生する確率が上昇するため、
二次電池１の性能も劣化する。

【００３３】なお、上述した二次電池１の製造方法は、
電極原反２０をスリッター３０によって剪断する場合に
ついて説明したが、スリッター３０以外の装置によって
剪断する場合にも適用される。また、上述した二次電池
１の製造方法は、所定の大きさを有する矩形状に電極原
反２０を剪断する場合にも適用される。さらに、上述し
た二次電池１の製造方法においては、二次電池１の形状
やシート状部材２４の種類に応じて電極原反２０の剪断
後の形状や剪断のための装置が適宜変更可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明にかか
る二次電池の製造方法は、電極原反を所定の大きさや幅
に剪断する際に、シート状部材を貼り付けてこのシート
状部材とともに電極原反の剪断を行うため、弾性及び粘
着性を有するゲル状電解質層に剪断に用いる刃物等が接
着しない。したがって、本発明に係る二次電池の製造方
法によれば、剪断面に発生するバリの大きさが小さくな
り、二次電池において生じる内部ショートを抑制する。

【図面の簡単な説明】

【図１】二次電池の斜視図である。

【図２】電池素子の要部縦断面図である。

【図３】電極原反の要部縦断面図である。

【図４】電極原反が剪断される状態を示す図である。

【図５】スリッターで電極原反が剪断される状態を示す
図である。

【図６】剪断面に発生するバリの状態を説明するための
斜視図である。

【図７】シート状部材の引張弾性率と電極原反の切り口
に生じるバリの大きさとの関係を示す特性図である。

【図８】電極原反の切り口に生じるバリの大きさと二次
電池において発生するショートとの関係を示す特性図で
ある。

【図９】従来の二次電池の構造を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１二次電池，２ラミネートフィルム，３電池素
子，６正極材，７負極材，２０電極原反，２１
金属箔，２２活物質層，２３ゲル層，２４シート状
部材，３０原反巻出しローラ，３２スリッター，４
１原反巻取りローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池原反を剪断して負極材及び正極材を
作製し、これら負極材及び正極材を交互に積層又は巻回
して発電要素を作製する非水系二次電池の製造方法にお
いて、金属箔集電体上に電極活物質層を塗布形成し、さらに上
記電極活物質層上にゲル状電解質層を塗布形成して上記
電極原反を作製した後、上記ゲル状電解質層の表面にシート状部材を貼り合わ
せ、上記電極原反を上記シート状部材とともに剪断すること
を特徴とする非水系二次電池の製造方法。
【請求項２】上記シート状部材は、引張弾性率が２０
０ｋｇｆ／ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１
に記載の非水系二次電池の製造方法。