JP4984922B2

JP4984922B2 - 固体電解質電池およびその製造方法

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Description

本発明は、帯状の正極及び負極を固体電解質を介して積層した状態で、その長さ方向に沿って巻回して構成される電極巻回体を備える固体電解質電池およびその製造方法に関する。

近年、カメラ一体型テープレコーダ、携帯電話、携帯用コンピュータ等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、これらの電子機器のポータブル電源となる電池も小型軽量化が要求され、これに対応する電池としてリチウムイオン電池が開発され、工業化されている。この電池は、正極と負極との間のイオン伝導体に多孔質高分子セパレータに電解質溶液を含浸させたものが用いられており、電解液の漏出を防ぐために電池構造全体が重厚な金属容器でパッケージされている。

一方、固体電解質を正極と負極との間のイオン伝導体とした固体電解質電池は、漏液が無いためにパッケージの簡略化による電池の小型軽量化が期待されている。特に、ポリマにリチウム塩を固溶させた高分子固体電解質や、マトリックスポリマに電解質を含んだゲル状の固体電解質（以下、ゲル電解質と称する。）が注目を浴びている。

ゲル電解質を用いたゲル電解質電池１０は、例えば図６に示すように、電極巻回体が外装フィルム１１中に密閉されてなる。この電極巻回体は、帯状の正極１２と、正極１３と対向して配された帯状の負極１３と、正極１２と負極１３との間に配されたゲル電解質層１４とを備える。そして、正極１２と負極１３とはゲル電解質層１４を介して積層され、さらに長手方向に多数回巻回されて電極巻回体とされる。また、正極１２には図示しない正極リードが、負極１３には負極リード１５がそれぞれ接続されている。

そして、このようなゲル電解質電池１０は次のようにして作製できる。

まず、正極１２としては、正極活物質と導電剤と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体の両面に均一に塗布し、乾燥させることにより正極活物質層を形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得る。

つぎに、負極１３としては、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させることにより負極活物質層を形成する。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得る。

また、ゲル電解質層１４としては、非水溶媒と電解質とマトリクスポリマとを含有するゾル状の電解質溶液を、正極シート及び負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、溶媒を除去する。こうして、正極活物質層上及び負極活物質層上にゲル電解質層１４が形成される。

そして、ゲル電解質層１４が形成された正極シートを例えば帯状に切り出す。さらに正極リード溶接部分のゲル電解質層１４及び正極活物質層を削り取り、ここに正極リードを溶接し、ゲル電解質層が形成された帯状の正極１２が得られる。

また、ゲル電解質層が形成された負極シートを例えば帯状に切り出す。さらに負極リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層を削り取り、ここに負極リード１５を溶接し、ゲル電解質層が形成された帯状の負極１３が得られる。

最後に、ゲル電解質層１４が形成された正極１２及び負極１３を積層し、この積層体をその長手方向に多数回巻回することによって電極巻回体を得ることができる。この電極巻回体を、外装フィルム１１で挟み、外装フィルム１１の最外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、電極巻回体を外装フィルム１１中に密閉してゲル電解質電池１０が完成する。

しかしながら、上述のようにして作製される電極巻回体を用いたゲル電解質電池１０では、電極巻回体を外装フィルム１１中に密閉する際に、封口不良を起こしやすいという問題を有している。

帯状の正極１２及び負極１３の幅方向に沿ってこの電極と重なり合って設けられる電極リードは、電池内部抵抗を低減させ、重負荷特性を向上させるために、電極幅いっぱいに溶接されている。

一方、外装フィルム１１の封口は、体積エネルギー密度を向上させるために、電極巻回体と外装フィルム１１との間にできるだけ空間をもたせないようにして行う。このとき、図６中の円Ｂに示すように、電極リードの一端部が外装フィルム１１の封口部にかみ込まれることがある。なお、図６では、負極リード１５の一端部が外装フィルム１１の封口部にかみ込まれた状態を示している。

電極リードの一端部が外装フィルム１１の封口部にかみ込まれてしまうと、この部分では封口不良となってしまう。そして、この封口不良部分や、電極リードのかみ込み時に外装フィルムが受けた破損部分から、外装フィルム１１の内部に湿気が入り込み、ゲル電解質電池１０の電池性能に悪影響を与えてしまう。

本発明は、上述したような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、重負荷特性を低下させること無く、封口時の、外装フィルムへの電極リードのかみ込みを防止し、封口不良を低減させた非水電解質電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の固体電解質電池は、
帯状の正極と、
正極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が正極の幅方向と平行となるように配置され、正極と重なり合った一端部側を正極に接続し、他端側を正極の他方の側縁から突出するように延長して配設された正極リードと、
帯状の負極と、
負極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が負極の幅方向と平行となるように配置され、負極と重なり合った一端部側を負極に接続し、他端側を負極の他方の側縁から突出するように延長して配設された負極リードと、
正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を備え、
正極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺及び負極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺をそれぞれ、正極及び負極の側縁よりも内側に位置させ配設させた正極リード及び負極リードにおいて、正極リード及び負極リードのそれぞれが正極及び負極と重なり合っている部分の長さは、８０％以上とされ、
正極と負極とは、固体電解質層を形成した面側を対向させ、それぞれ長手方向の一方の側縁を対向させるとともに、それぞれの長手方向の他方の側縁から正極リード及び負極リードの他端側を突出させて積層され、且つ長手方向に巻回されてなる電極巻回体を有し、
電極巻回体は、この電極巻回体を覆って密封する電池外装体内に収納されるとともに、電池外装体の封口部から正極リード及び負極リードの他端側を電池外装体の外部に突出させたことを特徴とする。

本発明の固体電解質電池の製造方法は、
正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を備え、セパレータを介して巻回された電極積層体を外装フィルムに収納してなる固体電解質電池の製造方法であって、
正極活物質を含有する正極活物質層が集電体の両面に形成され、該正極活物質層上に固体電解質層が電解質溶液を塗布、冷却して形成される帯状の正極の塗布工程と、
正極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が正極の幅方向と平行となるように配置され、正極と重なり合った一端部側を正極に接続し、他端側を正極の他方の側縁から突出するように延長して配設された正極リードを溶接する溶接工程と、
負極活物質を含有する負極活物質層が集電体の両面に形成され、該負極活物質層上に固体電解質層が電解質溶液を塗布、冷却して形成される帯状の負極の塗布工程と、
負極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が負極の幅方向と平行となるように配置され、負極と重なり合った一端部側を負極に接続し、他端側を負極の他方の側縁から突出するように延長して配設された負極リードを溶接する溶接工程と、
正極と負極とは、固体電解質層を形成した面側を対向させ、それぞれ長手方向の一方の側縁を対向させプレスするとともに、それぞれの長手方向の他方の側縁から正極リード及び負極リードの他端側を突出させて積層され、且つ長手方向に巻回されてなる電極巻回体を形成する巻回工程と、
電極巻回体は、この電極巻回体を覆って密封する電池外装体内に収納されるとともに、電池外装体の封口部から正極リード及び負極リードの他端側を電池外装体の外部に突出させて封口する封口工程とを有し、
正極及び負極の側縁よりも内側に位置させ配設させた正極リード及び負極リードにおいて、正極リード及び負極リードのそれぞれが正極及び負極と重なり合っている部分の長さは、８０％以上であることを特徴とする。

上述したような本発明に係る固体電解質電池では、正極リードと負極リードの少なくとも一方が、正極又は負極と接続される側で、当該正極又は負極の長いほうの端部と対向して配される短辺が当該正極又は負極の長いほうの端部よりも内側にずらして設けられているので、巻回された正極及び負極を電池外装材中に収容する際に、正極リード又は負極リードが電池外装材の封口部にかみ込まれない。

以上説明したように、本発明では、電極リードを、その一端部が電極の長いほうの端部から内側にずれるように溶接することで、電極巻回体を外装材中に密閉する際に、電極リードの、外装材の封口部へのかみ込みを防止することができる。

その結果、本発明では、固体電解質電池の重負荷特性を損なうことなく、外装材の封口不良を低減して、歩留まりを向上することができる。また、本発明では電極リードの外装材へのかみ込みが無い分、外装材を電極巻回体とより密着させることができるため、電池をより小型化することができ、体積エネルギー密度の高い固体電解質電池を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本実施の形態に係るゲル電解質電池の一構成例を図１〜図３に示す。このゲル電解質電池１は、図２及び図３に示す電極積層体５が、絶縁材料からなる外装フィルム６により覆われて密閉されている。この電極積層体５は、図２及び図３に示すように、正極２と、正極２と対向して配された負極３と、正極２と負極３との間に配されたゲル電解質層４とを備える。そして、この電極積層体５は、正極２と負極３とがゲル電解質層４を介して積層されてなる。そして、正極２には正極リード７が、負極３には負極リード８がそれぞれ接続されており、これらの正極リード７と負極リード８とは、図１及び図２に示すように外装フィルム６の周縁部である封口部に挟み込まれている。また、正極リード７及び負極リード８が外装フィルム６と接する部分には、樹脂フィルム９が配されている。

正極２は、図４に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層２ａが、正極集電体２ｂの両面上に形成されている。この正極集電体２ｂとしては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。なお、図４では、正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４が形成された状態を示している。

正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、これら複合酸化物の一部を他の遷移金属で置換したもの、二酸化マンガン、五酸化バナジウムなどのような遷移金属化合物、硫化鉄などの遷移金属カルコゲン化合物を用いることができる。

正極リード７は、略長方形状をしており、正極集電体２ｂの長手方向の一端部であって、ゲル電解質層４及び正極活物質層２ａの非形成部分に、当該正極リード７の長辺が正極集電体２ｂの幅方向と略平行になるように溶接されている。この正極リード７は、例えばアルミニウム箔からなる。

そして、このゲル電解質電池１では、図４に示すように、正極リード７の一方の短辺が、正極集電体２ｂの一方の長いほうの端部から内側に所定の距離ｌ₁だけ内側にずれるように溶接されている。

正極リード７を正極集電体２ｂの長いほうの端部から内側にずらすことで、電極巻回体５を外装フイルム６中に密閉する際に、外装フイルム６の封口部分への正極リード７のかみ込みが無くなる。そして、封口部分への正極リード７のかみ込みに基づく封口不良を大幅に低減することができる。

正極リード７を正極集電体２ｂの端部からずらす量ｌ₁としては、生産性を考えると、少なくとも０．５ｍｍ以上はあることが好ましい。しかし、ｌ₁があまり大きすぎると、その分、正極リード７が正極集電体２ｂと重なり合っている部分の長さ（溶接長さ）ｌ₂が小さくなり、正極リード７と正極集電体２ｂとの接触面積が小さくなる。正極リード７と正極集電体２ｂとの接触面積が小さくなると、正極リード７と正極集電体２ｂとの間の接触抵抗が大きくなり、ゲル電解質電池１の重負荷特性を損なってしまう。

そのため、正極リード７を正極集電体２ｂの端部からずらす結果のｌ₂の値は、正極集電体２ｂの幅の８０％程度と考えられる。

また、負極３は、図５に示すように、負極活物質を含有する負極活物質層３ａが、負極集電体３ｂの両面上に形成されている。この負極集電体３ｂとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。なお、図５では、負極活物質層３ａ上にゲル電解質層４が形成された状態を示している。

負極活物質にはリチウムをドープ、脱ドープできる材料を用いることができる。このようなリチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、熱分解炭素類、コークス類又はアセチレンブラックなどのカーボンブラック類、黒鉛、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成体又は竹焼成体といった炭素材料や、リチウム金属、リチウム合金、あるいはポリアセチレンなどのような導電性ポリマを挙げることができる。

負極リード８は、略長方形状をしており、負極集電体３ｂの長手方向の一端部であって、ゲル電解質層４及び負極活物質層３ａの非形成部分に、当該負極リード８の長辺が負極集電体３ｂの幅方向と略平行になるように溶接されている。この負極リード８は、例えばニッケル箔からなる。

そして、このゲル電解質電池１では、図５に示すように、負極リード８の一方の短辺が、負極集電体３ｂの一方の長いほうの端部から内側に所定の距離ｌ₃だけ内側にずれるように溶接されている。

負極リード８を負極集電体３ｂの一方の長いほうの端部から内側にずらすことで、電極巻回体５を外装フイルム６中に密閉する際に、図２中の円Ａに示すように、外装フイルム６の封口部分への負極リード８のかみ込みが無くなる。そして、封口部分への負極リード８のかみ込みに基づく封口不良を大幅に低減することができる。

負極リード８を負極集電体３ｂの端部からずらす量ｌ₃としては、生産性を考えると、少なくとも０．５ｍｍ以上はあることが好ましい。しかし、ｌ₃があまり大きすぎると、その分、負極リード８の溶接長さｌ₄が小さくなり、負極リード８と負極集電体３ｂとの接触面積が小さくなる。負極リード８と負極集電体３ｂとの接触面積が小さくなると、負極リード８と負極集電体３ｂとの間の接触抵抗が大きくなり、ゲル電解質電池１の重負荷特性を損なってしまう。

そのため、負極リード８を負極集電体３ｂの端部からずらす結果のｌ₄の値は、負極集電体３ｂの幅の８０％程度と考えられる。

ゲル電解質層４は、電解質と、マトリクスポリマとと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。

電解質は、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、Ｌｉ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ、ＬｉＣ₄Ｆ₉ＳＯ₃等を単独又は混合して使用することができる。

マトリクスポリマは、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な構造は限定されない。このマトリクスポリマとしては、例えばポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート等が挙げられる。

膨潤溶媒としては、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、γ−ブチロラクトン、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、プロピオン酸メチル、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等の非水溶媒を単独又は混合して用いることができる。

つぎに、このようなゲル電解質電池１の製造方法について説明する。

まず、正極２としては、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２ｂとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより正極活物質層２ａが形成されて正極シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。

次に、正極シートの正極活物質層２ａ上にゲル電解質層４を形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく撹拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。

次に、この電解質溶液を正極活物質層２ａ上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質２ａ上にゲル電解質層４が形成される。

次に、ゲル電解質層４が形成された正極シートを帯状に切り出す。そして、正極リード７が溶接される部分のゲル電解質層４及び正極活物質２ａ層を削り取り、ここに例えばアルミニウムからなる略長方形状の正極リード７を溶接する。このとき、正極リード７の一方の短辺が、切り出された正極シートの一方の長いほうの端部からｌ1だけ内側にずれるように溶接する。このようにしてゲル電解質層４が形成された帯状の正極２が得られる。なお、正極リード７の正極集電体２ｂへの取り付けには、超音波溶接、スポット溶接又はレーザ溶接等、公知の溶接方法を使用することができる。

また、負極３は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体３ｂとなる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質層３ａが形成されて負極シートが作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。

次に、負極シートの負極活物質層３ｂ上にゲル電解質層４を形成する。ゲル電解質層４を形成するには、まず上記と同様にして調製された電解質溶液を負極活物質層上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、負極活物質３ａ上にゲル電解質層４が形成される。

次に、ゲル電解質層４が形成された負極シートを帯状に切り出す。そして、正極リード７が溶接される部分のゲル電解質層４及び負極活物質層３ａを削り取り、ここに例えばニッケルからなる略長方形状の負極リード８を溶接する。このとき、負極リード８の一方の短辺が、切り出された負極シートの一方の長いほうの端部からｌ₃だけ内側にずれるように溶接する。このようにしてゲル電解質層４が形成された帯状の負極３が得られる。なお、負極リード８の負極集電体３ｂへの取り付けには、超音波溶接、スポット溶接又はレーザ溶接等、公知の溶接方法を使用することができる。

そして、以上のようにして作製された帯状の正極２と負極３とを、ゲル電解質層４が形成された側を対向させて張り合わせてプレスし、電極積層体とする。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回して電極巻回体５とする。

最後に、この電極巻回体５を、絶縁材料からなる外装フィルム６で挟み、正極リード７及び負極リード８と外装フィルム６とが重なる部分に樹脂フィルムを配する。そして、外装フィルム６の外周縁部を封口し、正極リード７と負極リード８とを外装フィルム６の封口部に挟み込むとともに電極巻回体５を外装フィルム６中に密閉することによりゲル電解質電池１が完成する。

以上のようにして作製されるゲル電解質電池１では、電極巻回体５を外装フイルム６中に密閉する際に、封口部分への正極リード７又は負極リード８のかみ込みが無くなり、封口不良を大幅に低減することができる。そして、このゲル電解質電池１では、封口不良部分や外装フィルム６の破損部分から外装フィルム６の内部に湿気が入り込むことが無いため、電池内部に入り込んだ湿気により電池性能を損なうことがない。

上述したような本実施の形態に係るゲル電解質電池１は、円筒型、角型等、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。

なお、上述した実施の形態では、固体電解質電池として、膨潤溶媒を含有し、ゲル状の固体電解質を用いたゲル電解質電池１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、膨潤溶媒を含有しない固体電解質を用いた固体電解質電池についても適用可能である。また、本発明は、一次電池についても二次電池についても適用可能である。

本発明の効果を確認すべく、ゲル電解質電池を作製し、その特性を評価した。

〈実施例１〉
まず、正極を次のようにして作製した。

正極を作製するには、まず、炭酸リチウムを０．５モルと、炭酸コバルトを１モルとを混合し、９００℃の空気中で５時間焼成することにより正極活物質となるＬｉＣｏＯ₂を得た。このＬｉＣｏＯ₂を９１重量部と、導電剤としてグラファイトを６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンを３重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて正極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして正極シートを得た。このときの正極活物質の密度は３．６ｇ／ｃｍ³であった。

次に、正極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、まず、炭酸エチレンを４２．５重量部と、炭酸プロピレンを４２．５重量部と、ＬｉＰＦ₆を１５重量部とを混合して可塑剤とした。この可塑剤を３０重量部と、マトリクスポリマーとして、ビニリデンフルオライドとヘキサフルオロプロピレンが重合比で９７対３で共重合されたものを１０重量部と、テトラヒドロフランを６０重量部とを混合して溶解させることにより、ゾル状の電解質溶液を得た。

次に、この電解質溶液を正極シートの両面に均一に塗布した後、乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、正極活物質層上に厚さ１００μｍのゲル電解質層を形成した。

そして、ゲル電解質層が形成された正極シートを、５０ｍｍ×２６０ｍｍの部分に５０ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び正極活物質層は削り取り、ここにアルミニウムからなる略長方形状の正極リードを、その一方の短辺が、切り出された正極シートの一方の長いほうの端部から１ｍｍ内側になるように溶接した。このようにして、両面に１００μｍの厚さのゲル電解質層が形成された帯状の正極を得た。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は、４９ｍｍである。

次に、負極を次のようにして作製した。

負極を作製するには、まず、黒鉛を９０重量部と、ポリフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー状とした。このスラリーを、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させて負極活物質層を形成した。乾燥後にロールプレス機でプレスして負極シートを得た。このときの負極活物質の密度は１．６ｇ／ｃｍ³であった。

次に、負極上にゲル電解質層を形成した。ゲル電解質層を形成するには、上述と同様にして調製された電解質溶液を、負極シートの両面に均一に塗布して乾燥させ、テトラヒドロフランを除去した。このようにして、負極活物質層上に厚さ１００μｍのゲル電解質層を形成した。

そして、ゲル電解質層が形成された負極シートを、５２ｍｍ×３００ｍｍの部分に５２ｍｍ×５ｍｍのリード溶接部分がついている形に切り出した。リード溶接部分のゲル電解質層及び負極活物質層は削り取り、ここにニッケルからなる略長方形状の負極リードを、その一方の短辺が、切り出された負極シートの一方の長いほうの端部から１ｍｍ内側になるように溶接した。このようにして、両面に１００μｍの厚さのゲル電解質層が形成された帯状の負極を得た。なお、このときの負極リードの溶接長さｌ₄は、５１ｍｍである。

次に、上述のようにして作製された、両面にゲル電解質層が形成された帯状の正極と、両面にゲル電解質層が形成された帯状の負極とを積層して積層体とし、さらにこの積層体をその長手方向に巻回することにより電極巻回体を得た。

次に、この電極巻回体を、最外層から順に２５μｍ厚のナイロンと４０μｍ厚のアルミニウムと３０μｍ厚のポリプロピレンとが積層されてなる外装フィルムで挟んだ。なお、このとき、正極リード及び負極リードと外装フィルムとが重なる部分にポリエチレンフィルムを配した。そして、外装フィルムの外周縁部を減圧下で熱融着することによって封口し、正極リードと負極リードとを外装フィルムの封口部に挟み込むとともに電極巻回体を外装フィルム中に密閉した。このようにしてゲル電解質電池を完成した。

〈実施例２〉
正極リードを、その一方の短辺が正極シートの一方の長いほうの端部から５ｍｍ内側になるように溶接し、かつ、負極リードを、その一方の短辺が負極シートの一方の長いほうの端部から５ｍｍ内側になるように溶接したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は４５ｍｍであり、負極リードの溶接長さｌ₄は４７ｍｍである。

〈実施例３〉
正極リードを、その一方の短辺が正極シートの一方の長いほうの端部から１０ｍｍ内側になるように溶接し、かつ、負極リードを、その一方の短辺が負極シートの一方の長いほうの端部から１０ｍｍ内側になるように溶接したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は４０ｍｍであり、負極リードの溶接長さｌ₄は４２ｍｍである。

〈比較例１〉
正極リードを、その一方の短辺が正極シートの一方の長いほうの端部から２０ｍｍ内側になるように溶接し、かつ、負極リードを、その一方の短辺が負極シートの一方の長いほうの端部から２０ｍｍ内側になるように溶接したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は３０ｍｍであり、負極リードの溶接長さｌ₄は３２ｍｍである。

〈比較例２〉
正極リードを、その一方の短辺が正極シートの一方の長いほうの端部から３０ｍｍ内側になるように溶接し、かつ、負極リードを、その一方の短辺が負極シートの一方の長いほうの端部から３０ｍｍ内側になるように溶接したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は２０ｍｍであり、負極リードの溶接長さｌ₄は２２ｍｍである。

〈比較例３〉
正極リードを、その一方の短辺が正極シートの一方の長いほうの端部から１ｍｍ外側になるように溶接し、かつ、負極リードを、その一方の短辺が負極シートの一方の長いほうの端部から１ｍｍ外側になるように溶接したこと以外は、実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は５０ｍｍであり、負極リードの溶接長さｌ₄は５２ｍｍである。

〈比較例４〉
正極リードを、その一方の短辺が正極シートの一方の長いほうの端部と重なるように溶接し、かつ、負極リードを、その一方の短辺が負極シートの一方の長いほうの端部と重なるように溶接したこと以外は実施例１と同様にしてゲル電解質電池を作製した。なお、このときの正極リードの溶接長さｌ₂は５０ｍｍであり、負極リードの溶接長さｌ₄は５２ｍｍである。

以上のようにして作製された実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例４のゲル電解質電池について、封口不良発生率及び放電容量を調べた。なお、測定はそれぞれの電池５０個ずつについて行った。

充放電試験としては、まず、ポテンシオガルバノスタットを用い、９０ｍＡで定電流充電を開始し、閉回路電圧が４．２Ｖに到達した時点で定電圧充電に切り替えた。充電開始から８時間経った時点で充電を終了した。続いて、９０ｍＡで定電流放電を行い、閉回路電圧が３．０Ｖに達した時点で放電を終了した。なお、このとき、実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例４の電池で封口不良の無いものについては、いずれも放電容量が４５０ｍＡｈであることが確認された。

また、上記の充放電試験と同条件で再び充電を行った後、１３５０ｍＡで定電流放電を行い、閉回路電圧が３．０Ｖに達した時点で放電を終了した。そして、各電池について１３５０ｍＡ放電の放電容量を測定した。

以上のようにして、実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例４の電池について測定された封口不良発生率及び放電容量を表１にまとめて示す。なお、表１に示されている放電容量の値は、実施例１〜実施例３、比較例１及び比較例２の場合は５０個の電池について測定された値の平均値であり、比較例３及び比較例４の場合は、封口不良の見られなかった電池について測定された値の平均値である。

表１から明らかなように、電極リードの一方の短辺を電極の長いほうの端部から内側にずらした実施例１〜実施例３、比較例１及び比較例２の電池では、封口不良が全く見られていない。一方、電極リードの一方の短辺を電極の長いほうの端部から外側にずらした比較例３の電池や、電極リードの一方の短辺を電極の幅方向の端部と重ねた比較例４の電池では、封口不良が発生している。

従って、電極リードの一方の短辺を電極の長いほうの端部から内側にずらすことで、電極巻回体を外装フイルム中に密閉する際に、封口部分への電極リードのかみ込みを無くして封口不良を大幅に低減することができることがわかった。

また、電極リードの一方の短辺を電極の長いほうの端部から内側にずらしても、電極リードを電極の全幅に亘って溶接した場合に比べても、良好な重負荷特性が維持されていることがわかる。しかし、電極リードをずらす量があまり大きすぎると、電極リードの溶接面積が小さくなるため、抵抗が増し、重負荷特性を損なってしまう。

本発明の固体電解質電池の一構成例を示す斜視図である。図１中、Ｘ−Ｙ線における断面図である。正極及び負極が電極巻回体とされた状態を示す斜視図である。正極の一構成例を示す斜視図である。負極の一構成例を示す斜視図である。従来の固体電解質電池の一構成例を示す断面図である。

符号の説明

１ゲル電解質電池、２正極、３負極、４ゲル電解質層、５電極巻回体、６外装フィルム、７正極リード、８負極リード

Claims

帯状の正極と、
上記正極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、上記側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が上記正極の幅方向と平行となるように配置され、上記正極と重なり合った一端部側を上記正極に接続し、他端側を上記正極の他方の側縁から突出するように延長して配設された正極リードと、
帯状の負極と、
上記負極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、上記側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が上記負極の幅方向と平行となるように配置され、上記負極と重なり合った一端部側を上記負極に接続し、他端側を上記負極の他方の側縁から突出するように延長して配設された負極リードと、
上記正極及び上記負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を備え、
上記正極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺及び上記負極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺をそれぞれ、上記正極及び上記負極の側縁よりも内側に位置させ配設させた上記正極リード及び上記負極リードにおいて、上記正極リード及び上記負極リードのそれぞれが上記正極及び上記負極と重なり合っている部分の長さは、８０％以上とされ、
上記正極と上記負極とは、上記固体電解質層を形成した面側を対向させ、それぞれ長手方向の一方の側縁を対向させるとともに、それぞれの長手方向の他方の側縁から上記正極リード及び上記負極リードの他端側を突出させて積層され、且つ上記長手方向に巻回されてなる電極巻回体を有し、
上記電極巻回体は、この電極巻回体を覆って密封する電池外装体内に収納されるとともに、上記電池外装体の封口部から上記正極リード及び上記負極リードの他端側を上記電池外装体の外部に突出させたことを特徴とする固体電解質電池。
上記電池外装体の封口部において、上記電池外装体と上記正極リード及び上記負極リードとの間に樹脂フィルムが介在されていることを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
上記固体電解質層は、膨潤溶媒を含有し、ゲル状であることを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
上記固体電解質層は、上記正極及び上記負極の活物質層の少なくとも一方の面に該活物質層全面に分布するように電解質溶液を塗布・冷却して形成されてなることを特徴とする請求項１記載の固体電解質電池。
正極及び負極の少なくとも一方の面に形成された固体電解質層を備え、セパレータを介して巻回された電極積層体を外装フィルムに収納してなる固体電解質電池の製造方法であって、
正極活物質を含有する正極活物質層が集電体の両面に形成され、該正極活物質層上に固体電解質層が電解質溶液を塗布、冷却して形成される帯状の正極の塗布工程と、
上記正極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、上記側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が上記正極の幅方向と平行となるように配置され、上記正極と重なり合った一端部側を上記正極に接続し、他端側を上記正極の他方の側縁から突出するように延長して配設された正極リードを溶接する溶接工程と、
負極活物質を含有する負極活物質層が集電体の両面に形成され、該負極活物質層上に固体電解質層が電解質溶液を塗布、冷却して形成される帯状の負極の塗布工程と、
上記負極の長手方向の一方の側縁に対向する短辺を、上記側縁よりも内側に位置させるとともに、長辺が上記負極の幅方向と平行となるように配置され、上記負極と重なり合った一端部側を上記負極に接続し、他端側を上記負極の他方の側縁から突出するように延長して配設された負極リードを溶接する溶接工程と、
上記正極と上記負極とは、上記固体電解質層を形成した面側を対向させ、それぞれ長手方向の一方の側縁を対向させプレスするとともに、それぞれの長手方向の他方の側縁から上記正極リード及び上記負極リードの他端側を突出させて積層され、且つ上記長手方向に巻回されてなる電極巻回体を形成する巻回工程と、
上記電極巻回体は、この電極巻回体を覆って密封する電池外装体内に収納されるとともに、上記電池外装体の封口部から上記正極リード及び上記負極リードの他端側を上記電池外装体の外部に突出させて封口する封口工程とを有し、
上記正極及び上記負極の側縁よりも内側に位置させ配設させた上記正極リード及び上記負極リードにおいて、上記正極リード及び上記負極リードのそれぞれが上記正極及び上記負極と重なり合っている部分の長さは、８０％以上であることを特徴とする固体電解質電池の製造方法。
上記封口工程において、上記電池外装体と、上記正極リード及び上記負極リードとの間に樹脂フィルムを介在させることを特徴とする請求項５記載の固体電解質電池の製造方法。
上記固体電解質層は、膨潤溶媒を含有し、ゲル状であることを特徴とする請求項５記載の固体電解質電池の製造方法。
上記帯状の正極の塗布工程では、上記正極活物質層全面に分布するように上記電解質溶液を塗布、冷却することにより、上記固体電解質層を形成し、
上記帯状の負極の塗布工程では、上記負極活物質層全面に分布するように上記電解質溶液を塗布、冷却することにより、上記固体電解質層を形成する
ことを特徴とする請求項５記載の固体電解質電池の製造方法。
上記封口工程では、第１の電池外装体と第２の電池外装体とにより上記電極巻回体を挟み、上記第１の電池外装体と上記第２の電池外装体の外周縁部を融着することにより、上記巻回電極体を上記電池外装体により密封することを特徴とする請求項５記載の固体電解質電池の製造方法。