JPH11509359A - 巻回電気化学電池、その製法及びかかる電気化学電池の使用法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電極材を塗布した集電体の形の２種の電極構造と、介在電解質構造との積層体から成る電気化学電池に関する。積層体はコイルに巻回し、少なくとも最初の転回部と最後の転回部での集電体の１つは突出部を有し、この突出部はそれぞれ同じ転回部及び次の又は前の転回部での他の集電体の縁部の少なくとも１つを越えて延びている。第１の集電体は突出部があり、これは第２の集電体箔の縁部の１つを越えて延びている。積層体の第１、第２の縁部のそれぞれに沿ってある集電体の突出部は、必要あれば絶縁性ポリマー材を介在させて互に密着している。

Description

【発明の詳細な説明】 巻回電気化学電池、その製法及びかかる電気化学電池の使用法 本発明は巻回(wound，巻かれた)電気化学電池、その製法、及びかかる電気化 学電池の使用に関する。 幾つかの型式の巻回電気化学電池が当該技術分野では既知であり、文献に記載 されている。一般に、巻回電池はカソード材と、アノード材と、その間に介在す る電解質含有セパレーターとの積層体から成る。積層体はコイル状に巻回され、 集電体に接続され、バッテリー・ケースに収められて電池の機械的安定性と密封 を保持する。 幾つかの電気化学電池では、集電体は積層体の絶対不可欠の部分である。かか る電気化学電池はＰＣＴ出願第ＷＯ８６／０３８８９号に記載されている。この 電気化学電池では、コイル状積層体は、アノード材を塗布した集電体の形をした アノード構造と、カソード材を塗布した集電体の形をしたカソード構造とから成 る。バッテリー全体の抵抗を均一にするため、集電体の１つは電極材のない裸端 がある。この裸端はコイルの他の部材を越えて延びていて、コイルの外側を覆い 、集電体と、コイルがその中に取付けてある金属ケースとの電気的接触を改善す るように配置する。 米国特許第３，７６１，３１４号は、その両面にアノード材を塗布した集電体 又は金属担体の形をしたアノード構造と、その両面にカソード材を塗布した集電 体又は金属担体の形をしたカソード構造とから成るコイル状積層体で構成した類 似の電池を開示している。 このアノード金属担体はアノード材のない裸端があり、この裸端はこの集合体 の１方の縁部から外側に突出している。カソード金属担体はカソード材のない裸 端があり、この裸端はこの集合体の他方の縁部から外側に突出している。アノー ド金属担体とカソード金属担体のそれぞれの縁部は折り曲げて重なり合った鱗状 のフランジ形とし、集合体の対向する末端部で実質的に平面状の弾性的に変形す る領域面を決定し、形成する役を果す。この集合体を金属ケーシング中に密封す るときは、ケーシングのそれぞれの極と集合体の対向する末端部との間の接触が 密になる。 類似のコイル状電気化学電池が米国特許第４，９６３，４４６号に開示されて いる。この電池では、カソード用の箔担体又は集電体の突出露出縁部は刻みが内 側へ間隔を置いて設けられていて、電極を円筒形の金属容器に挿入したあとで、 しかも液状電解質を電池の刻みのすきまの間に注入したあと絶縁リングを電池頂 部へ取付けることがこれにより容易になる。アノードは金属容器壁と底部とに接 触していて、この底部がアノード端子の役を果す。絶縁材がこの壁とカバーと間 に設けてある。カソード用の集電体の縁部は内側に刻みが設けてあるので容器壁 から突出したこれらの露出縁部の絶縁が効果的となり同時にカバー内で加圧接触 まで接触の連続性が良くなる。このカバーがカソード端子の役を果す。 上記の巻回電池のきわ立った性質は極めて安定性が良いこと、コンパクトであ ることであり、更に薄板電極を用いるこの巻回電池の構想からはすぐれた放電／ 充電特性が得られるが、コンパクト性の点ではまだ改善の必要がある。 本発明の目的は、既知の巻回電気化学電池よりも更にコンパクトな巻回電池を 提供することにある。特に、本発明の目的は、公知の電気化学電池と少なくとも 同等の放電／充電特性があり、物理的に安定な軽量の巻回電気化学電池を提供す ることにある。 更に、本発明の巻回電気化学電池は、既知の巻回電気化学電池と少なくとも同 等の放電／充電特性を示し、充分に物理的に安定で通常の包装、運搬、使用環境 下に対処でき、同時に極めて軽量で、小形でもある。 本発明の巻回電気化学電池は請求項１に記載のように形成されている。 用語「コイル縁部」とは最終コイルの縁部を意味し、「積層体の縁部」とはコ イルの１転回又は１巻回毎の縁部を指す。 用語「最初の転回部」と「最終の転回部」とはそれぞれ積層体の第１の転回部 又は巻回部と、最後の転回部又は巻回部を意味する。巻回材料はたとえ積層体が 単独材料単独から成る領域にあっても「積層体」を指すものとする。 積層体の長さは積層体の幅よりも短いこともあり、長いこともある。 請求項に記載の本発明の電気化学電池は極めて安定であり、安定化金属カバー 又はケーシングを必要としないため、既知の巻回バッテリーと較べて極めて小形 で軽量である。 好ましくは、積層体の第１、第２の周回縁部のそれぞれに沿ってある、集電体 の突出部は互に密着されていて、第１、第２の周回密着線の形で第１、第２のコ イル縁部を形成し、これに集電体の突出部がすべて密着している。 勿論、反対の極性の電極構造は互に物理的接触はしていない。物理的接触は電 池を短絡し、従って、上述の如く、第１と第２の集電体箔の電極材非塗布部は不 導電性材料を用いて互に隔離させることができる。この不導電性材料は好ましく はポリマー材料、例えば、ホットメルト型接着剤の形をとるものである。 かかるホットメルト型接着剤は、集電体の密着突出部間の介在絶縁材として使 用できるが、他の材料、例えばポリオレフィン箔も隔離材として又絶縁材として 使用できる。 集電体の突出部密着用にホットメルト型接着剤を使用すると、あとで説明する ように電池の製造が極めて容易になる。 好ましいホットメルト型接着剤又はグルーは、アクリル樹脂、ポリアミド、ポ リエステル、酢酸エチレンビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンから成る熱可 塑性ポリマー群、及び熱可塑性エラストマーから選ばれる。 熱硬化性ポリマー、例えばエポキシド、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリ コーンをベースとする接着剤系も使用できる。 上記の密着材は必要あれば金属又はカーボン充填して電気的接続を形成させる 。 本発明の電気化学電池の好ましい実施態様では、第２の集電体はまた少なくと も最初の転回部及び／又は最後の転回部で第１の集電体箔の第１及び／又は第２ の縁部を越えて延びた突出部があり、好ましくはこの突出部の一部又は全体には 電極材は存在しない。 この好ましい実施態様では特に物理的安定性があり、通常の包装、運搬、使用 の環境下での処置に耐えることができる。 集電体の突出部に電極材が存在する状況下では、非導電性で水不透過性の膜、 好ましくはポリオレフィン材料の膜で電極を覆い、この電極から電極気孔性を一 切除去することがこの材料を密着させる前に必要である。 電極は如何なる種類のものでも、如何なる既知の組合せのものでもよい。好ま しくは、第１と第２の電極材の１つはアノード材であり、第１と第２の電極材の 他の１つはカソード材である。 カソード材は、電気化学的活性材として好ましくは１種以上のスピネル型リチ ウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物又はバ ナジウム酸化物、好ましくはＶ₆Ｏ₁₃、又は二硫化チタンから成る。アノード材 は電気化学的活性材として好ましくはＬｉ層間挿入(Li-intercalated)炭素材か ら成る。 かかるカソード材、アノード材及び電解質材料は当該技術では熟知のものであ る。 本発明の電気化学電池の電解質構造は、その目的を達成できる限り、即ちイオ ン伝導を行い、電子伝導を防止する限り如何なる形のものでも、如何なる種類の ものでもよい。電解質構造は好ましくは液状又は固体状又は固定化電解質から作 った微孔性プラスチック膜の形であり、更に好ましくは、電解質構造は下記のも のから成る。 ・ ＣＩＯ₄−，ＣＦ₃ＳＯ₃−，ＡｓＦ₆−，ＰＦ₆−若しくはＢＦ₄−のアルカリ 塩又は第４級アンモニウム塩又はかかるアルカリ又はアンモニウム塩の任意の混 合物であり、好ましくは、ＬｉＡｓＦ₆，ＬｉＰＦ₆，Ｎ（Ｅｔ）₄ＰＦ₆，又はＮ （Ｂｕ）₄ＰＦ₆又はこれらの任意の混合物である塩； ・ 脂環式カーボネート類、脂肪族カーボネート類、ラクトン類、エステル類、 グリム類から成る群から選ばれた任意の溶媒又はその混合物； ・ ポリマー、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ カーボネート又はセルローズから作った多孔性構造から成るセパレーター；必要 あれば、 ・ １つ以上の重合性官能基を含有するモノマー又はオリゴマーの紫外線又は加 熱誘起重合で作った架橋又は非架橋、好ましくは非架橋ポリマー。このポリマー は更に好ましくは非架橋性ポリエステル、ポリウレタン、ポリエーテル又はポリ アクリレートである。 集電体は固体の導電性材料から成るものとする。好ましくは、集電体は互に独 立して導電性箔、好ましくは金属箔、特にアルミニウム、銅又はニッケルの箔か ら選ばれる。箔の厚さは任意であるが、集電体の厚さは好ましくは５〜４０μm 、一番好ましくは５〜２５μmである。 本発明の電気化学電池は好ましくはそのコイルが少なくとも３転回して成るも のであるが、更に好ましくは少なくとも５転回して成るものである。 物理的に巻回が可能なだけの多くの回数の転回から成るものでもよいが、転回 数は７〜２０が特に好ましく、８〜１５が一番好ましい。 本発明の好ましい実施態様では、少なくとも最初の転回部、好ましくは少なく とも最初の５転回部（コイルの第１の５転回部）での積層体は第１の集電体箔単 独から成る。少なくともこの最初の１転回部又は複数の転回部でのこの第１の集 電体箔の幅は好ましくは第２の集電体箔の幅よりも広く、この第２の集電体箔の 第１の転回部の縁部の片方又は両方を越えて延びていて、突出部を形成する。こ の第１の集電体箔のこの又はこれらの最初の１転回部又は複数の転回部はコイル の中心軸とは反対側の面に電極材を塗布してもよいが、好ましくは電極材非塗布 部とする。 「第２の集電体の第１の転回部」とは第２の集電体をも構成する積層体の一番 内側の転回部を意味する。 本発明の別の又は同じ好ましい実施態様では、少なくとも最後の転回部、好ま しくは少なくとも最後の５転回部（コイルの最後の５転回部）での積層体は第２ の集電体箔単独から成る。少なくともこの又はこれらの最後の１転回部又は複数 回の転回部での第の集電体箔の幅は好ましくは第１の集電体箔の幅よりも広く、 第１の集電体箔の最後の１転回部の両側の縁部を越えて延びていて、突出部を形 成する。第２の集電体箔のこの最後の１転回部又は複数の転回部では、コイルの 中心軸に面する面に電極材を塗布してもよいが、好ましくは電極材非被覆部とす る。 「第１の集電体の最後の１転回部」とは、第１の集電体をも構成する積層体の 一番外側の転回部を意味する。 極めて好ましい実施態様では、積層体の第１、第２の縁部のそれぞれに沿って ある第１の集電体の突出部は、積層体の第１、第２の縁部に沿ってある第２の集 電体の突出部に密着してより、この密着部は電池の第１、第２周回縁部のそれぞ れに沿って延びている。更に好ましくは、この周回縁部はまたコイルの軸孔の縁 部を決定する。 この実施態様では、積層体のそれぞれの第１、第２の縁部の少なくとも１つに 沿ってある、第２の集電体箔の最後の１転回部又は複数の転回部での突出部は、 内側に、好ましくは軸孔中に折り曲げて、電池の内面に密着させるか又は最初の 転回部の突出部の外面に密着接触させることも好ましい。 「電子の内面」とは、軸孔に面する壁面を意味し、「最初の転回部の突出部の 外面」とは、軸孔とは反対の、最初の転回部での積層体の突出部の表面を意味す る。 上記の好ましい実施態様では、電池は、電池の外面を正の端子とし、その内面 を負の端子とすることが好ましく又はこれの逆でもよい。 本発明の電気化学電池の別の好ましい実施態様では、第１の集電体箔は突出部 が第２の集電体箔を越えて実質的に第１の縁部の全長に亙って延びている、また 、第２の集電体箔は突出部が第１の集電体箔を越えて実質的に第２の縁部の全長 に亙って延びている。第１の集電体箔の突出部は、好ましくは周回縁部と芯線に 沿って自己密着している。また、第２の集電体箔の突出部は、好ましくは周回縁 部と芯線に沿って自己密着している。 「芯線」とは、コイル軸に直角の線を意味する。 更に好ましくは、電池は芯線と平面をなしている実質的に平坦なコイルとして 形成されている。好ましくは、電池は、本質的に平坦な長方形の芯部材を有する 。 芯部材は、例えば、対向面が平坦で、裏面が若干丸味を帯びた２枚の実質的に 長方形の板の形をした平坦な芯部材でもよい。芯部材は、任意の適当な形のもの でもよく、任意の種類の材料、例えばポリマー材、又は圧縮セルロース繊維材か ら作ってもよい。 また、この実施態様は、好ましくは絶縁カバー膜を含み、この膜は、集電体箔 の突出部を除き、電池を覆うものである。 この絶縁カバー膜は好ましくは、ポリマー膜、一番好ましくは、ポリオレフィ ン膜である。このカバー膜は好ましくは、電池に接着する。 更に、本発明は、請求項１９に記載の工程から成る巻回電気化学電池の製造法 に関する。 本発明の方法を用いると、かかる電気化学電池が極めて簡単に、経済的に有利 に製造できる。特に、電気化学電池が本方法では極めて簡単な装置を用いて製造 できるという長所がある。 集電体の突出部は、好ましくは接着で、一番好ましくは、ホットメルト型接着 剤を用いて密着する。 好ましいホットメルト型接着剤は前述したものである。密着は、接着剤を塗布 した集電体の突出部を好ましくは１０⁵〜１０⁸N／m²の圧力下、２０〜１８０℃ の温度で２〜６００秒間プレスして行う。 接着剤は、積層体を巻回する前に突出部に塗布するのがよく、巻回後、突出部 を一緒に所望の形状にプレスし、若しホットメルト型接着剤を用いるときは、上 記のように必要に応じて加熱する。 任意の介在絶縁材と任意の絶縁カバー膜も巻回前に接着剤を塗布してもよく、 巻回後、これらの部分を一緒に所望の形状にプレスし、若しホットメルト型接着 剤を用いるときは、必要に応じて加熱する。 巻回工程の制御を容易にするため、積層体は好ましくは、巻回後に除去できる 部材上に巻付ける。 好ましい実施態様では、積層体を棒状部材に巻付ける。更に好ましくは、積層 体を円筒状マンドレル上に巻付けて、実質的に円筒状の軸孔を有する電気化学電 池を形成する。この実施態様では、本方法は好ましくは更に第１および／又は第 ２の集電体箔の最後の転回部又は複数の転回部での突出部を、積層体のそれぞれ の第１、第２の縁部の少なくとも１つに沿って内側に折り曲げ、更に好ましくは 内側に折り曲げて軸孔内に入れ、これらの内側に折り曲げた部分を電池の内面又 は最初の転回部での突出部の外面に密着させる工程を含む。 この実施態様の変形では、積層体を平坦な芯に巻付ける。この実施態様では、 集電体の突出部は好ましくは、例えば介在接着剤と一緒にプレスして電池を密封 する。更に、この実施態様の方法は、更に電気絶縁性カバー膜を、好ましくは接 着剤を塗布した上で、巻回バッテリー積層体上に巻付ける工程を含む。 上記の実施態様では、電気化学電池は、電池の第１の電極構造面の突出部を第 １のコイル縁部内の負の端子とし、第２の電極構造の突出部を第２のコイル縁部 内の正の端子とすることが好ましく又この逆でもよい。 本発明の電気化学電池は、如何なる種類のバッテリ応用装置、例えば玩具、音 楽器具、コンピューター、ポータブル工具、電話で使用できる。請求項に記載の 電気化学電池の好ましい用途は補聴器での使用である。 本発明の電気化学電池は極めて小型、軽量であり、軸孔付で製造できるので、 この用途は特に有利である。 本発明を以下に図面を参照して詳述する。 図１は、巻回工程前の本発明の電気化学電池の管状の実施態様を製造するため の積層体の組立図である。 図２は、図１に示す積層体の電極構造と電解質構造を概略的に示す。 図３は、密着工程での図１の巻回積層体の概略図である。 図４は、図１の巻回密着積層体の概略図である。 図５は、切断線Ｖ−Ｖに沿った図４の電気化学電池の断面図である。 図６は、切断線Ｖ−Ｖに沿った図４の電気化学電池の１変形の断面図である。 図７は、巻回工程前の本発明の電気化学電池の平坦な実施態様を製造するため の積層体の組立図である。 図８は、図９の切断線Ｘ−Ｘに沿い、図７に示す積層体から製造した巻回電気 化学電池の断面図である。 図９は、図７に示す積層体から製造した巻回電気化学電池の概略図である。 図１〜図６を参照して本発明を説明するが、図は本発明の電気化学電池の部材 と第１の好ましい実施態様と、その製造を示す。この実施態様は、アノード材か ら成る第１の電極構造２００と、カソード材から成る第２の電極構造２３０と、 上記アノード構造とカソード構造との間に配置されたものと、カソード構造上に 配置されたものからそれぞれ成る２つの電解質構造２２０，２２１とから成る積 層体から作られる。アノード材とカソード材は互に交換できる。 電極構造２００，３３０、及び電解質構造２２０，２２１は帯状物（ストリッ プ）として示されている。 電極構造２００，２３０は長さと幅があって、その長さ方向にそれぞれ延びた 第１の縁部２０１，２３１と、第２の縁部２０２，２３２とがあり、また、その 幅方向にそれぞれ延びた第１の末端部２０３，２３３と第２の末端部２０４，２ ３４とがある。電極構造２００，２３０はそれぞれ第１、第２の集電体金属箔か ら成り、これはこの情況下ではそれぞれ銅箔とアルミニウム箔であり、その第１ の面の少なくとも１部と２０５，２３５とその第２の面（図示していない）の少 なくとも１部に電極材が塗布されている。 第１の集電体には突出部２０６があり、これは第２の集電体箔の第１の縁部２ ３１を越えて延びている。更に、第１の電極構造２００のその第１の末端部２０ ３から延びていて、第１の電極構造２００のその末端部２０４から延びた部分よ りも幅が広い部分には電極材は存在していない。第２の集電体には、第１、第２ の突出部２３６，２３６′があり、第１の集電体箔のそれぞれの第１の縁部２０ １と第２の縁部２０２を越えて延びている。更に、第２の電極構造２３０のその 第２の末端部２３４から延びていて、第２の電極構造のその第１の末端部２３３ から延びた部分よりも幅が広い部分には電極材料は存在していない。 電解質構造２２０，２２１はそれぞれ長さと幅があり、その長さ方向に沿って 延びた第１の縁部２２２，２２６と第２の縁部２２３，２２７と、その幅方向に 沿って延びた第１の末端部２２４，２２８と第２末端部２２５，２２９とがある 。電解質構造２２０，２２１の長さはそれぞれ電極構造２００，２３０の塗布部 ２０５，２３５の長さよりも若干長く、電解質構造２２０，２２１の幅はそれぞ れ電極構造２００，２３０の塗布部２０５，２３５の幅よりも若干広い。 電極構造２００，２３０と電解質構造２２０，２２１は図１に示すように上面 に互に重ねる。軸方向スリット線２４１がある円筒状のマンドレルの形の芯部材 ２４０を巻回工程で用いる。第１の集電体単独から成る積層体の第１の末端部２ ０３をスリット２４１内に挿入し、芯部材２４０を積層体全部が巻回するまで回 転させる。巻回工程前に突出部２０６，２３６，２３６′を接着剤（図示してい ない）で塗布しておく。 巻回工程後、円筒状マンドレル２４０を除去し、突出部２０６，２３６，２３ ６′を第１、第２の周回密着線に沿って密着して、図３に示す第１、第２のコイ ル縁部２１０，２１１とする。第２の集電体２３６の第１の突出部２３６を内側 に折り曲げて第１の集電体の突出部２０３の外面２０７と接触させる。これらの 突出部２３６，２０３は巻回体中で、例えば加熱して互に密着させ、および自己 密着させる。使用接着剤に絶縁効果があるときは、突出部２０３，２３６間に更 に絶縁体を介在させる必要はない。そうでないときは、電池の短絡を防止するた め、第２の集電体の第１の突出部２３６と第１の集電体の突出部２０３との間に 絶縁体を介在させることが必要である。第２の集電体２３０の第２の突出部２３ ６′は内側に折り曲げて電池の軸孔２５０中に入れ、接着剤を用いて電池の内面 ２０８に密着させる。更に、突出部２３６′は巻回物中で自己密着させる。若し 、使用接着剤に絶縁効果があるときは、突出部２３６′と内面２０８との間に更 に絶縁体を介在させることが必要はなく、若しそうでないときは、電池の短絡を 防止するため絶縁体を介在させることが必要である。 図４、図５に示す密着仕上げ電気化学電池は、正端子は電池の外面であり、負 端子は電池の内面２０８である。内側に折り曲げた部分は、折り曲げた部を平面 にするための折り目線２３８がある。 図４、図５の電気化学電池の１変形を図６に示す。この電気化学電池は図４、 図５の電気化学電池とは電池を若干プレスして長円形にした点のみ異なる。 図７〜図９を参照して本発明を説明する。図は本発明の電気化学電池の部材と 第２の好ましい実施態様及びその製造を示す。この実施態様はアノード材から成 る第１の電極構造３００と、カソード材から成る第２の電極構造３３０と、カソ ード構造の下に設かれたものと、アノード構造とカソード構造との間に介在させ たものからそれぞれ成る２つの電解質構造３２０，３２１とから成る積層体から 作る。アノード材とカソード材は互に交換できる。 電極構造３００，３３０、及び電解質構造３２０，３２１は帯状物（ストリッ プ）として示されている。 電極構造３００，３３０は長さと幅があって、その長さ方向にそれぞれ延びた 第１の縁部３０１，３３１と、第２の縁部３０２，３３２とがあり、また、その 幅方向にそれぞれ延びた第１の末端部３０３，３３３と第２の末端部３０４，３ ３４とがある。電極構造３００，３３０はそれぞれ第１、第２の集電体金属箔か ら成り、これはこの状況下ではそれぞれ銅箔とアルミニウム箔であり、その第１ の面の少なくとも１部３０５，３３５とその第２の面（図示していない）の１部 に電極材料が塗布されている。 第１の集電体には突出部３０６があり、これは第２の集電体箔の第２の縁部３ ３２を越えてその全長に亙って延びている。この突出部３０６には電極材は存在 しない。第２の集電体には、突出部３３６があり、第１の集電体箔の第１の縁部 ３０１を越えてその全長に亙り延びている。この突出部３３６には電極材は存在 しない。この第２の電極構造３３０は、第１の電極構造３００よりも短い。 電解質構造３２０，３２１はそれぞれ長さと幅があり、その長さ方向に沿って 延びた第１の縁部３２２，３２６と第２の縁部３２３，３２７と、その幅方向に 沿って延びた第１の末端部３２４，３２８と第２の末端部３２５，３２９とがあ る。電解質構造３２０，３２１の長さはそれぞれ第１の電極構造３００の塗布部 ３０５の長さよりも若干長く、電解質構造３２０，３２１の幅はそれぞれ電極構 造３００，３３０の塗布部３０５，３３５の幅よりも若干広い。 電極構造３００，３３０と電解質構造３２０，３２１は図７に示すように上面 を互に重ねて、電極構造の第１の末端部３０４，３３４が重なりあうようにする 。ポリマー・カバー膜の帯状物３５０を積層体の下に置いて第２の末端部を覆う 。このカバー膜は電解質構造３２０，３２１のどれよりも広く、また充分に長い ので巻回積層体の外面を覆うことができる。 対向面３４１が平坦で裏面３４２が若干丸味を帯びた２枚の実質的に長方形の 板の形をした平坦な芯部材３４０を巻回工程で用いる。第１の電極構造３００と 電解質構造３２０，３２１から成る積層体の第１の末端部を２枚の板３４０の間 に挿入し、この芯部材３４０を、積層体全部とカバー膜が巻上げられるまで回転 させる。巻回工程の前に、突出部３０６，３３６と、巻回されたとき積層体に面 するカバー膜の膜面に接着剤（図示していない）を塗布しておく。 巻回工程のあと、突出部３０６，３３６を一緒にプレスして巻回物中の第１、 第２の周回縁部に沿い、互に平行な第１、第２芯線に沿って自己密着させて、図 ８、図９に示す第１、第２のコイル縁部３１０，３１１にする。電池は短絡の危 険がないので、絶縁効果のある接着剤を用いたり、突出部の巻回物間に又は芯線 中に更に絶縁体を設けたりすることは必要ない。事実、導電性接着剤は接触を改 善できる。 図９に示す密封仕上げ電気化学電池は、電池の第１の電極構造の突出部３０６ が第１のコイル縁部３１０の負端子となり、第２の電極構造の突出部３３６が第 ２のコイル縁部３１１の正端子となる。 下記の実施例は本発明の電気化学電池の異なる２種の好ましい実施態様の製造 を示す。 例１ 実質的に平坦な長方形の電気化学電池を下記のようにして製造する。 厚さ15μm、長さ４５０mm、幅９３mmの銅ストリップの両面に、コークス、Ｌ ｉＰＦ₆、結合材としてフッ化ポリビニリデンから成るアノード材の５８μm厚の 層を塗布する。但し、３mmの第１縁部は塗布しないままにしておく。 ＬｉＰＦ₆１１０重量部、炭酸エチレンとトリグリムの１：１溶媒混合物７１０ 重量部、アクリル酸２−（２−エトキシエトキシ）エチル２００重量部、酸化ポ リエチレン３０重量部から成る熱硬化性電解質を備えた厚さ３０μm、長さ４５ ０mmの幅９２mmのミクロ微孔質プラスチック膜〔セルガート(celgard)２５００ 〕を上記の銅ストリップの上に置く。上記のプラスチック膜の両方の突出部はそ れぞれ幅が１mmあり、銅ストリップの塗布部の第１、第２の縁部を越えて広がっ ている。次いで、両面にカーボンブラックとＬｉＭｎ₂Ｏ₄の混合物から成るカソ ード材を厚さ１０８μmの層として塗布した、厚さ１５μm、長さ４５０mm幅９３ mmのアルミニウムストリップ（但し、３mmの第２の縁部は塗布しないでおく）を 、上記のプラスチック膜の上に置いて、未塗布の縁部を銅ストリップの第１の縁 部と反対方向にある銅ストリップの第２の縁部を越えて下側に突出させる。上記 のプラスチック膜と類似し、類似の電解質を備えた第２のプラスチック膜を上記 アルミニウムストリップ上に置き、上記プラスチックの幅１mmの両突出部はそれ ぞれアルミニウムストリップの塗布部の第１、第２の縁部を越えて延びている。 次いで、ホットメルト型接着剤（３Ｍ No．３７９７）の幅１．５mmの２条の筋 を銅ストリップとアルミニウムストリップのそれぞれの相対して突出した縁部の 上面に付着させる。 得られたバッテリー積層体を幅３３．７mm、厚さ２．０mmの平坦な芯に巻付け る。ホットメルト型接着剤（３Ｍ No．３７９７）を塗布した幅９２mmのカバー 膜を約１回半このバッテリー積層体に巻付けて積層体上に絶縁層を形成する。 銅箔とアルミ箔の巻回電池の対向末端部が突出した突出部を高温工具で１０⁷ Ｎ／m²下、１４０℃で２０秒間プレスして電池を密封する。この部分は、所望の 長さに型抜きしてそれぞれ製品としての電気化学電池の負端子と正端子とする。 得られた電気化学電池を気密に密封し、特に集電体箔は水不透過性シールとな る。 例２ 軸孔がある実質的に円筒状の電気化学電池を下記のようにして製造する。 厚さ１５μmの長さ１６２mmの銅箔（前半１００mmの長さまでの幅は５mm、後 半６２mmの長さまでの幅は７mm）の前半１００mmの長さの両面にコークス、 ＬｉＰＦ₆、結合剤としてのポリフッ化ビニリデンの混合物から成るアノード材 を厚さ５８μmの層として塗布する。上記ストリップの長さ６２mmの残部は前記 １００mmの前半部の第１の縁部から１方向に２mmだけ突出しており、この突出部 の下面にホットメルト型接着剤（３Ｍ No．３７９２）を塗布する。微孔性プラ スチック膜（セルガード２５００）のストリップ（１００mm×６mm）を前記集電 体の塗布部上に重ねる。このプラスチック膜の幅０．５mmの両突出部はそれぞれ 銅ストリップの塗布部の第１、第２の縁部から突出している。このプラスチック 膜はＬｉＰＦ₆１１０重量部、炭酸エチレンとトリグリムの１：１溶媒混合物７ １０重量部、酢酸２−（２−エトキシエトキシ）エチル２００重量部、酸化ポリ エチレン３０重量部から成る熱硬化性電解質を備えている。厚さ１５μmの長さ １４５mmのアルミニウム箔ストリップ（前半４５mmの長さまでは幅１１mm、後半 １００mmの長さの幅は５mm）の後半１００mmの長さの両面に、カーボンブラック と ＬｉＭｎ₂Ｏ₄との混合物から成るカソード材を１０８μm厚の層で塗布する 。このストリップの長さ４５mmの残部は長さ１００mmの後半部の第１、第２の縁 部から３mmだけ突出していて、この残部の上面にホットメルト型接着剤（３Ｍ No．３７９２）を塗布する。このアルミニウム箔をプラスチック膜上に重ね、 その塗布部がプラスチック膜を覆い、未塗布アルミニウムストリップの上記長さ ４５mmの残部は銅ストリップの突出部の反対方向に積層体から突出している。 最後に、第２のプラスチック膜（セルガード２５００）のストリップ（１００ mm×６mm）をこのアルミニウム集電体の塗布部上に重ねる。このプラスチック膜 の幅が０．５mmである両突出部はそれぞれアルミニウムストリップの塗布部の第 １、第２の縁部から突出している。このプラスチックストリップは上記の電解質 を備えている。 得られたバッテリー積層体を、アノード集電体の６２mmの後半部が突出してい る末端部を出発点として円筒状マンドレル（直径：３．６mm）に巻付ける。従っ て、最初の転回では突出銅箔部だけが巻取られ、最後の転回ではアルミ箔突出部 だけが巻取られる。巻回工程のはじめの段階では、マンドレルは１４０℃の温度 に加熱されていて、銅箔突出部から形成した管内の接着剤を融解させる。同様に 、巻回工程は電池を熱処理して完了する。これは巻回電池に１４０℃に加熱した ロープをプレスして行う。これはアルミニウム箔から形成した外管内の接着剤を 融解させるために行う。 この最後の熱処理の後、巻回電池からマンドレルを引抜く。製造工程のこの段 階では、電池は鋼内管を有し、これは電池の１方の末端部のみの位置で巻回バッ テリー積層体から突出しており、またアルミニウム外管を有し、これは電池の両 末端部の位置で巻回バッテリー積層体から突出している。 銅管の突出部のない末端部の位置のアルミニウム外管の突出部は折り曲げて電 池の軸孔内に入れ、電池を密封し、負の端子とする。アルミニウム管の突出部は 内側に折り曲げて銅内管の突出部の外面に被せて電池を密封し、正の端子とする 。 得られた電気化学電池は気密に密封され、特に集電体金属箔は水不透過性シー ルとなる。２つの集電体間に存在する接着剤は電池の短絡を防止するのに充分な 電気絶縁性がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｈ０１Ｍ 10/04 Ｗ 10/40 10/40 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１、第２のコイル縁部があるコイルとして形成され、長さと、幅と、そ の長さ方向に沿って延びた第１、第２の縁部と、その幅方向に沿って延びた第１ 、第２の末端部とがある巻回積層体から成り、積層体は少なくとも最初の転回と 最後の転回でその第１の末端部からその第２の末端部までその長さ方向に巻回さ れてる巻回電気化学電池であって、前記積層体は、長さと、幅と、厚さと、その 長さ方向に沿って延びた第１、第２の縁部と、その幅方向に沿って延びた第１、 第２の末端部とがある第１の電極構造（この第１の電極構造は第１の集電体箔か ら成り、少なくともその第１の面の１部と、その第２の面の１部に第１の電極材 が塗布されている）と；長さと、幅と、厚さと、その長さ方向に沿って延びた第 １、第２の縁部と、その幅方向に沿って延びた第１、第２の末端部とがある第２ の電極構造（この第２の電極構造は第２の集電体箔から成り、少なくともその第 １の面の１部と、その第２の面の１部に第２の電極材が塗布されている）と；第 １、第２の電極材間に介在させて、第１、第２の電極材を互に離隔させる電解質 構造と；必要あれば第１、第２の集電体箔の電極材未塗布部を互に離隔させる材 料とから成り、少なくとも最初の転回部と最後の転回部での集電体の１つは突出 部を有し、この突出部は同一の転回部、及び次の転回部又は前の転回部でのそれ ぞれ他の集電体の縁部の少なくとも１つから突出したものであり、少なくとも最 初の転回部及び／又は最後の転回部での第１の集電体は突出部を有し、これは第 ２の集電体箔の第１及び／又は第２の縁部から突出したものであり、この突出部 の１部又は全部には電極材が存在していないものであり、積層体のそれぞれの第 １、第２の縁部の方向の集電体の突出部は必要あれば絶縁性ポリマー材を介在さ せて互に密着している、巻回電気化学電池。 ２．第２の集電体は突出部を有し、この突出部は少なくとも最初の転回部及び ／又は最後の転回部での第１の集電体箔の第１及び／又は第２の縁部から突出し たものであり、この突出部の好ましくは１部又は全部には電極材が存在していな い、請求項１記載の巻回電気化学電池。 ３．第１、第２の電極材の一方がアノード材であり、第１、第２の電極材の他 方がカソード材である、請求項１又は２に記載の巻回電気化学電池。 ４．電解質系がＣＩＯ₄−、ＣＦ₃ＳＯ₃−、ＡｓＦ₆−、ＰＦ₆−又はＢＦ₄−の アルカリ塩又は第４級アンモニウム塩であるか、又はかかるアルカリ又はアンモ ニウム塩の任意の混合物、好ましくはＡｓＦ₆、ＬｉＰＦ₆、Ｎ（Ｅｔ）₄ＰＦ₆又 はＮ（Ｂｕ）₄ＰＦ₆又はこれらの任意の混合物である塩と；脂環式カーボネート 類、脂肪族カーボネート類、ラクトン類、エステル類クライム類から成る群から 選ばれた任意の溶媒又はその混合物と；ポリマー、好ましくはポリエチレン、ポ リプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート又はセルローズから作った多孔 性構造体から成るセパレーターと；必要あれば、１つ又はそれ以上の重合性官能 基を含有するモノマー又はオリゴマーの紫外線又は加熱誘起重合で製造した架橋 又は非架橋、好ましくは非架橋ポリマーで、重合体好ましくは非架橋ポリエステ ル、ポリウレタン又はポリアクリレートである）とから成る、請求項１〜３のい ずれか１項に記載の巻回電気化学電池。 ５．積層体のそれぞれの第１、第２の縁部の方向の集電体突出部がホット・メ ルト型接着剤を用いて互に密着している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の 巻回電気化学電池。 ６．集電体は互に独立して導電性箔、好ましくは金属箔、特にアルミニウム箔 、銅箔又はニッケル箔から選ばれる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気 化学電池。 ７．集電体は厚さが５〜４０μm、好ましくは５〜２５μmである、請求項６記 載の電気化学電池。 ８．カソード材が電気化学的活性材として、１種以上のスピネル型リチウムマ グネシウム酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物又はバナ ジウム酸化物、好ましくはＶ₆Ｏ₁₃又は二硫化チタンから成る、る、請求項１〜 ７のいずれか１項に記載の電気化学電池。 ９．アノード材が電気化学的活性材としてＬｉ層間挿入炭素材から成る、請求 項１〜８のいずれか１項に記載の巻回電気化学電池。 10．積層体は、少なくとも５転回、好ましくは７〜２０転回、一番好ましくは ８〜１５転回巻回する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の巻回電気化学電池 。 11．少なくとも最初の１転回部、好ましくは少なくとも最初の５転回部の積層 体は、第１の集電体単独から成り、少なくともこの最初の１転回部又は複数の転 回部での第１の集電体箔の幅が第２の集電体箔よりも広く、第２の集電体箔の最 初の１転回部の一方又は両方の縁部を越えて延びていて突出部を形成し、第１の 集電体箔のこの／これらの最初の１転回部又は複数の転回部は電極材未塗布部で ある、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の巻回電気化学電池。 12．少なくとも最後の１転回部、好ましくは少なくとも最後の５転回部の積層 体は第２の集電体箔単独から成り、少なくともこの／これらの最後の１転回部又 は複数の転回部の第２の集電体箔の幅は第１の集電体箔よりも広く、第１の集電 体箔の最後の１転回部の両方の縁部を越えて延びていて突出部を形成し、第２の 集電体箔のこの／これらの最後の１転回部又は複数の転回部は電極材未塗布部で ある、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の巻回電気化学電池。 13．積層体の第１、第２縁部のそれぞれに沿ってある第１の集電体箔の突出部 は、積層体の第１、第２の縁部のそれぞれに沿ってある第２の集電体箔の突出部 に密着しており、この密着部は、電池の第１、第２の周回縁部のそれぞれに沿っ て延びている、請求項１１又は１２に記載の巻回電気化学電池。 14．電池には軸孔がある、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の巻回電気 化学電池。 15．積層体の第１、第２の縁部のそれぞれの少なくとも１つに沿ってある第１ 及び／又は第２の集電体箔の最後の１転回部又は複数の転回部の突出部は内側に 折り曲げられて好ましくは軸孔中に入れ、電池の内面に密着させ又は最初の転回 部の突出部の外面と密着接触させてある、請求項１１〜１４のいずれか１項に記 載の巻回電気化学電池。 16．第１の集電体箔は突出部があり、これは第２の集電体箔を越えて第１の縁 部の全長に実質的に沿って延びており、第２の集電体箔は突出部があり、これは 第１の集電体箔を越えて第２の縁部の全長に実質的に沿って延びており、第１の 集電体箔の突出部は巻回物中で自己密着しており、第２の集電体箔の突出部は巻 回物中で自己密着している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の巻回電気化 学電池。 17．集電体箔の突出部を除き電池を覆う絶縁性カバー膜を更に含む、請求項１ ６記載の巻回電気化学電池。 18．電池が本質的に平坦な長方形芯部材がある実質的に平坦なコイルとして形 成されている請求項１６又は１７に記載の巻回電気化学電池。 19．ｉ）長さと、幅と、その長さ方向に沿って延びた第１、第２の縁部と、そ の幅方向に沿って延びた第１、第２の末端部とがある、バッテリー積層体であっ て、このバッテリー積層体は、長さと、幅と、厚さと、その長さ方向に沿って延 びた第１、第２の縁部と、その幅方向に沿って延びた第１、第２の末端部とがあ る第１の電極構造（この第１の電極構造は第１の集電体箔から成り、少なくとも その第１の面の１部とその第２の面の１部に第１の電極材が塗布されている）と ；長さと、幅と、厚さと、その長さ方向に沿って延びた第１、第２の縁部と、そ の幅方向に沿って延びた第１、第２の末端部とがある第２の電極構造（この第２ の電極構造は第２の集電体箔から成り、少なくともその第１の面の１部とその第 ２の面の１部に第２の電極材が塗布されている）と；第１、第２の電極材間に介 在させて第１、第２の電極材を互に離隔させる電解質構造と；必要あれば第１、 第２の集電体箔の電極材未塗布部を互に離隔させる材料とから成るものを用意す る工程と、 ii）積層体の長さ方向で第１の末端部から第２の末端部まで積層体を巻回し、 少なくとも最初の転回と最後の転回で集電体の１つが、同一の転回部及び次の又 は前の転回部での他の集電体の縁部の少なくとも１つを越えて延びている突出部 があるようにし、最初の転回部及び／又は最後の転回部で第１の集電体は、第２ の集電体箔の第１及び／又は第２の縁部を越えて延びている突出部があるように し、この突出部の１部又は全体は電極材が存在しないようにする工程と、 iii）積層体の第１、第２の縁部のそれぞれに沿ってある集電体の突出部を、 必要あれば絶縁材を介在させて互に密着させる工程とから成る、請求項１〜１８ のいずれか１項に記載の巻回電気化学電池の製法。 20．突出部を接着して、好ましくはホットメルト型接着剤を用いて密着させる 、請求項１９記載の方法。 21．積層体を棒状部材に巻付ける、好ましくは積層体を円筒状マンドレルに巻 付けて実質的に円筒状の軸孔がある電池を形成する、請求項１〜１５のいずれか １項に記載の巻回電気化学電池製造用である、請求項１９又は２０に記載の方法 。 22．第１及び／又は第２の集電体箔の最後の１転回部又は複数の転回部での突 出部を、積層体の第１、第２の縁部のそれぞれの少なくとも１つに沿って内側に 折り曲げて好ましくは軸孔に入れ、これらの部分を電池の内面に又は最初の転回 部での突出部の外面に接触させて密着させ、これらの部分を一緒に密着させる工 程を更に含む、請求項２１に記載の方法。 23．積層体を平坦な芯上に巻付ける、請求項１〜１０、１６〜１８のいずれか １項に記載の巻回電気化学電池製造用である、請求項１９又は２０に記載の方法 。 24．集電体の突出部を一緒にプレスして電池を密封する工程を含む、請求項２ ３記載の方法。 25．電気的絶縁性カバー膜を巻回バッテリー積層体上に巻付ける工程を含む、 請求項２３又は２４に記載の方法。 26．請求項１〜１８のいずれか１項に記載の電気化学的電池の補聴器での使用 法。