リチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法
【課題】大出力を可能にするとともに、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果の高いリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法を得る。
【解決手段】電極活物質を有する正極および負極（１１）と、電解質を保持するセパレータ（１２）と、セパレータに対して正極および負極の少なくともいずれか一方の電極を接合するために用いられ、金属酸化物微粒子を含む接着性樹脂層とを有し、接着性樹脂層は、多角形状に並べられた杭形部（１）の連続集合体（５）で構成され、連続する多角形状のそれぞれは、杭形部によって囲われて形成され、接着性樹脂層が形成されていない空間部（２）を有する。
【解決手段】電極活物質を有する正極および負極（１１）と、電解質を保持するセパレータ（１２）と、セパレータに対して正極および負極の少なくともいずれか一方の電極を接合するために用いられ、金属酸化物微粒子を含む接着性樹脂層とを有し、接着性樹脂層は、多角形状に並べられた杭形部（１）の連続集合体（５）で構成され、連続する多角形状のそれぞれは、杭形部によって囲われて形成され、接着性樹脂層が形成されていない空間部（２）を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極とセパレータを接着したリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法に関するものであり、特に、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果を高めることのできるリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、より大容量で大型のものが求められ、電気自動車、スマートグリッド、あるいは太陽電池などと組み合わせた家庭用の電源などに用いられ始めている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を有していて、電解液に有機溶媒を用いているので、点火源があれば、あるいは高温になれば発火するおそれがある。たとえば、外部から釘などが差し込まれて短絡した場合、あるいは過充電などによって負極に金属リチウムが析出し、析出した金属リチウムを安定化しているＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）層が破れた場合は、内部短絡や大量の熱の発生によって発火になるおそれがある。
【０００４】
過充電などによって負極に析出する金属リチウムは、負極とセパレータとの間の隙間などに生じやすいという性質がある。そこで、電極（特に負極）とセパレータを接着する技術が適用されるようになった。
【０００５】
電極とセパレータとを接着した従来のリチウムイオン電池としては、本願と同一出願人によって出願されたものがある（例えば、特許文献１の実施例１および第２図参照）。
【０００６】
この特許文献１は、平均径０．０１μｍのアルミナ粉末とポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと称す）をＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと称す）に溶解分散させてセパレータに塗布し、厚さ１０μｍ以下の接着層を形成し、電極と接合し乾燥して接着している。負極だけでなく、正極までもセパレータと接着した場合には、リチウムイオン電池を、より強固なものとすることができる。
【０００７】
また、接着層にアルミナなどの金属酸化物微粒子を介在させると、内部短絡した場合にも、セパレータを熱収縮させることなく形を保ち、内部短絡の広がりを防ぐ効果が得られる。しかしながら、セパレータに比べて気孔率が低くなることから、内部抵抗の増大につながり、大電流を流すことが難しかった。
【０００８】
この改善策として、本願と同一出願人によって出願された別の従来技術がある（例えば、特許文献２の第２図参照）。この特許文献２は、接着性樹脂をセパレータにドット状に塗布して電極と接着する方法である。
【０００９】
また、ドット状の接着層を設ける別の改善策を示した従来技術もある（例えば、特許文献３の実施例１参照）。この特許文献３は、平均径０．４μｍアルミナ粉末とＰＶＤＦをアセトンに溶解分散させて、セパレータに塗布して乾燥し、厚さ３μｍの金属酸化物層を形成する。その後、さらにスチレン−ブタジエンゴムが溶解された溶液を、インクジェットで点噴霧し、乾燥させて、ドットの間隔５ｍｍ、ドットの平均厚さ０．５μｍのドットパターン層を形成し、電極との間にドット状の接着層を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開９９−０３６９８１号公報（実施例１および第２図）
【特許文献２】国際公開９９−０４８１６３号公報（第２図）
【特許文献３】特表２０１１−５１２００５号公報（実施例１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献２は、ドット状の接着を用いているため、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果が著しく小さくなるという問題点があった。そして、セパレータの熱収縮の広がりを防止できなければ、負極と正極が直接大きな面積で接触することになり、大電流が流れて、熱暴走が起こるおそれがある。
【００１２】
また、特許文献３は、金属酸化物層の構成材料としては、特許文献１と同じであり、さらにドット状に接着力の強化を図ったに過ぎない。したがって、特許文献１と同様に、セパレータに比べて気孔率が低くなることから、内部抵抗の増大につながり、大電流を流すことが難しいという問題点があった。
【００１３】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、大出力を可能にするとともに、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果の高いリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るリチウムイオン電池は、電極活物質を有する正極および負極と、電解質を保持するセパレータと、セパレータに対して正極および負極の少なくともいずれか一方の電極を接合するために用いられ、金属酸化物微粒子を含む接着性樹脂層とを有して構成されるリチウムイオン電池において、接着性樹脂層は、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体で構成され、連続する多角形状のそれぞれは、杭形部によって囲われて形成され、接着性樹脂層が形成されていない空間部を有するものである。
【００１５】
また、本発明に係るリチウムイオン電池の製造方法は、正極および負極の少なくともいずれかの電極、またはセパレータに、グラビア印刷により連続集合体が構成された接着性樹脂層を形成する第１工程と、セパレータと電極とを接着して乾燥させる第２工程とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法によれば、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体を有する接着性樹脂層を構成し、連続する多角形状が杭形部によって囲われた空間部を形成することで、杭形部によって囲われた空間部では金属酸化物微粒子が含まれていないため大出力を可能にし、内部短絡した際にも、セパレータが熱収縮する範囲が、空間部に限られるため、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果の高いリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池を示す平面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に示す本発明の説明においては、リチウムイオン電池の負極にセパレータを接着する場合についての実施の形態を記載するが、負極と共に正極をセパレータに接着してもよく、正極、負極の両方をセパレータに接着することで、正極と負極のずれが完全に抑制され、リチウム電池の形状が固定されるので、温度や外部圧力に対して強く、より安定性が高められる効果がある。
【００１９】
以下、本発明のリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。具体的には、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロールと、その接着一体化ロールの中の杭形部の連続集合体および空間部の拡大模式図とを示している。すなわち、この図１においては、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロール１０を示しており、すでに接着一体化が終わった状態のロールの一部を引き出してみた状態を示している。
【００２１】
図１における各符号は、次のものを示している。１は杭形部、２は空間部、３は隙間部、４は空間部の最大直径Ｗ、５は多角形状に並べられた杭形部の連続集合体、６ａは中央部の全面接着部、６ｂは端部の全面接着部、８は負極および全面接着部が塗布されていない銅箔の集電箔部分で、電流端子に加工される部分である。また、９はスリッターを用いて、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロール１０を２つに分断するスリット部、１３は負極とセパレータの接着一体化ロールのロール巻き芯である。
【００２２】
すなわち、図１の構成では、２種類の全面接着部６ａ、６ｂが設けられており、これらの全面接着部によって平行する２辺に囲まれた領域内のそれぞれに、連続集合体５が設けられている。また、図１に示すように、６つの杭形部１によって構成された六角形の中心を通して対向する頂点間の距離のことを最大直径Ｗとしている。
【００２３】
多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５、中央部の全面接着部６ａ、端部の全面接着部６ｂは、後述する図２で示されている負極１１とセパレータ１２との間に介在しているので、本来上からは見えない。ただし、この図１では、分かりやすくするために、破線ではなく、実線で表に現している。以降に示す図３や他の実施の形態で示す図４、図６でも同様である。
【００２４】
負極１１は、幅３００ｍｍ、厚さ１５μｍの電解銅箔の上に、ロールコータを用いて、粒子径５μｍの黒鉛粒子とＳＢＲ（スチレン・ブチレンゴム）をバインダーとする水系のペーストを用いて、２２０ｍｍの幅で１００ｍの長さで厚さ８０μｍの厚さで形成されている。セパレータ１２としては、２３０ｍｍの幅で厚さ２０μｍのロール状のポリエチレン・ポリプロピレン三層セパレータを用いている。
【００２５】
また、杭形部１の乾燥後の厚さは５μｍ、幅は１ｍｍである。空間部の最大直径４は、１０ｍｍで、グラビアロールを用いて塗工される。隙間部３の大きさは１ｍｍである。さらに、中央部の全面接着部６ａの幅は１０ｍｍ、端部の全面接着部６ｂの幅は９ｍｍであり、負極よりも６ｍｍ、セパレータよりも１ｍｍほど外側にはみ出して塗工されている。
【００２６】
ここで、杭形部１と全面接着部６ａ、６ｂは、同時にグラビアロールで塗布することができるが、杭形部１と中央部の全面接着部６ａは、グラビアロールで塗布し、端部の全面接着部６ｂは、ロールコータで塗工するなど、塗り分けてもよい。
【００２７】
杭形部１と全面接着部６ａ、６ｂに用いる金属酸化物微粒子と接着性樹脂を含むペーストには同じものを用いることができる。たとえば、平均粒径０．０１μｍのアルミナ粉末（デグサ製）を１０重量％と、ＰＶＤＦ（エムファントムケムジャパン製）を１０重量％とをＮ−メチルピロリドンに溶解分散させたものを用いることができる。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。具体的には、セパレータ１２側に多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗工して、負極１１と接着させる製造方法を図示している。この図２には、２つの工程として、グラビアロール工程２１および接着ホットロール工程２２が示されている。また、負極１１は、銅箔の両面に負極１１を塗工した負極ロール１１ａとして、ロール状で供給され、セパレータ１２もロール状で供給されている。
【００２９】
図２における具体的な製造手順は、以下のようになる。銅箔の両面に負極１１を塗工した負極ロール１１ａから負極１１を引き出す。一方、セパレータ１２の片面には、グラビアロール工程２１により多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５が塗工される。そして、連続集合体５が塗工されたそれぞれのセパレータ１２を、引き出された負極１１の両面に貼り付けて、接着ホットロール工程２２により接着して乾燥させる。
【００３０】
乾燥温度としては、８０℃程度でよい。接着、乾燥後に、ロール状に巻き取れば、長尺の短冊状の負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０が製造できる。巻き取りも含めた全ての工程がロール状で行われるので、量産化が容易にできる。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池を示す平面模式図である。負極１１および全面接着部６が塗布されていない銅箔の集電箔部分８を巻回して形成した負極端子部３１ａに、負極電流端子部３２ａおよび負極電流端子３３ａを超音波溶接している。同様にして形成された正極端子部３１ｂに、正極電流端子部３２ｂおよび正極電流端子３３ｂを超音波溶接している。そして、アルミニウムもしくはステンレスで構成された容器３０から、電流端子３３ａ、３３ｂを取り出す。
【００３２】
正極については、たとえば、厚さ３５μｍのアルミニウム集電箔の両面に、平均粒径８μｍのＬｉＣｏＯ２９１重量％と黒鉛粉末６重量％とＰＶＤＦ３重量％をＮ−メチルピロリドンに分散させたものをペーストとして塗布乾燥プレスしたもの（正極の厚さは、８０μｍ）を用いることができる。
【００３３】
この図３に示したリチウムイオン電池は、負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０と正極ロールを重ねて巻回装置を用いて巻回することで構成されるが、正極ロールを重ねて巻回する際に、正極ロール側に、多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗布してセパレータ１２側に接着乾燥してもよい。そうすれば、より形状安定性に優れた強固なリチウムイオン電池が得られる。
【００３４】
あるいは、図２の製造工程で、セパレータの片側だけでなく、セパレータの両側に多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗布して、負極と正極を同時に接着乾燥してもよい。
【００３５】
また、図３のリチウムイオン電池には、リチウム塩として六フッ化リン酸リチウム、有機溶媒としてエチレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンの混合溶媒を用いて、電極およびセパレータ内部に真空含浸して容器３０を封止する。
【００３６】
電極とセパレータとを、金属酸化物微粒子を介在させて接着した従来のリチウムイオン電池に比べて、本実施の形態１のリチウム電池は、短時間で電解液を負極１１に浸透させることができる。これは、隙間部３を通じて、電解液が自由に移動できるためである。
【００３７】
電極（１１）とセパレータ１２の接着層は、気孔率がセパレータ１２および負極１１よりも低くなっており、しかも、金属酸化物微粒子が０．０１μｍと小さいので、気孔の大きさも小さく、電解液の浸透速度が極めて遅くなる。これが、電極（１１）とセパレータ１２の接着層の欠点であり、リチウムイオン電池が大型になるほど深刻な問題になる。
【００３８】
しかしながら、本発明の構成によれば、隙間部３を通じて、電解液が自由に移動し、杭形部１の下側の負極１１にも速やかに電解液を浸透させることができ、これが、本発明の大きな効果の１つである。
【００３９】
なお、中央部の全面接着部６ａと端部の全面接着部６ｂについては、電解液の浸透が遅くなるが、これらの部位は、図３に示すように、巻回セルの両端に位置するので、電解液が最初に浸透してくる位置にあり、全体としての浸透時間に大きな影響を及ぼすほどではない。
【００４０】
図３のリチウムイオン電池の出力性能を調べたところ、３ｋＷ／ｋｇの出力密度が得られ、内部抵抗も１ｍΩ以下と低く、大きな出力が得られることが確認できた。これは、杭形部１の金属酸化物層によって邪魔されることなく、空間部２によって、大きな出力が得られるためであり、リチウムイオンは、空間部２から杭形部１の下の負極１１に回りこんで、杭形部１の下の負極１１も同様に高出力で充放電できる。
【００４１】
次に、満充電状態で、太さ３ｍｍの鉄くぎを、釘刺し試験機を用いて中央部に刺した後、完全放電した上で、ドライボックス内で分解調査した。その結果、内部短絡による高温化に起因するセパレータ１２の融着は、最大直径Ｗ＝１０ｍｍの空間部２にとどまっており、ちょうど、杭形部１のところで、溶融が停止していて、隙間部３を通じて、隣接する空間部２には波及していないことが確認できた。これにより、本発明の効果が確認できた。
【００４２】
以上のように、実施の形態１によれば、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体を有する接着性樹脂層を構成し、連続する多角形状が杭形部によって囲われた空間部を形成している。このような構成により、杭形部によって囲われた空間部では金属酸化物微粒子が含まれていないため、大出力が可能となる。さらに、内部短絡した際にも、セパレータが熱収縮する範囲が、空間部に限られるため、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果を高めることが可能となる。
【００４３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。具体的には、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロールと、その接着一体化ロールの中の杭形部の連続集合体および空間部の拡大模式図とを示している。
【００４４】
先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図４の構成は、杭形部１によって構成される多角形の形状が、六角形ではなく三角形になっている点が異なっている。さらに、幅５ｍｍの斜め方向の全面接着部７ａが新たに追加して形成されている。ここで、空間部２の最大直径Ｗは５ｍｍであり、隙間部３の大きさは０．５ｍｍである。
【００４５】
すなわち、図４の構成では、３種類の全面接着部６ａ、６ｂ、７ａが設けられており、これらの全面接着部によって３辺が囲まれた領域内のそれぞれに、連続集合体５が設けられている。また、図４に示すように、３つの杭形部１によって構成された三角形の高さのことを最大直径Ｗとしている。
【００４６】
ここで、新たに設けられている斜め方向の全面接着部７ａは、万一、内部短絡によって隙間部３を通って、セパレータ１２の熱収縮が伝播しても、その伝播を食い止める働きをする。斜め方向の全面接着部７ａでは、内部抵抗が高くなり、また、電解液の浸透も遅くなるが、全体の面積から比べるとわずかであり、大きな影響は及ぼさない。
【００４７】
また、連続集合体５は、３本の杭形部１で囲われた三角形状の集合体となっているため、先の実施の形態１のように６本の杭形部１で囲われた六角形状の集合体に比べると、隙間部３が多いこととなる。従って、多少ではあるが、セパレータ１２の熱収縮が隙間部３を通じて伝播しやすい。しかしながら、斜め方向の全面接着部７ａによって、大きな伝播を食い止めることができる。
【００４８】
また、本実施の形態２における連続集合体５は、３本の杭形部１で囲われた三角形状の集合体であるため、斜め方向の全面接着部７ａと形状をマッチングさせ、余分な隙間部３や空間を生じさせないことが可能となる。さらに、三角形状の集合体は、先の実施の形態１における六角形状の集合体に比べて、模様が極めて単純であり、グラビア印刷での型の制作を安価にすることができる。もちろん、斜め方向の全面接着部７ａもグラビア印刷での型で簡単に制作できる。
【００４９】
なお、図４の構成は、先の実施の形態１における図２の製造工程を用いて製造することができるが、セパレータ１２への塗工ではなく、負極１１の両面への塗工で製造することもできる。図５は、本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。
【００５０】
具体的には、セパレータ１２側ではなく、負極１１の両面へ多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗工して、上下２つのセパレータ１２と接着させる製造方法を図示している。すなわち、図５では、セパレータ１２に連続集合体５を塗工するグラビアロール工程２１の代わりに、負極１１の両面へ連続集合体５を塗工する両面グラビア塗工工程２３が用いられている。このような図５に示した製法によっても、先の実施の形態１と同様にして、長尺の短冊状の負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０を制作することができる。
【００５１】
以上のように、実施の形態２によれば、連続集合体が３本の杭形部で囲われた三角形状の集合体で構成されるとともに、斜め方向の全面接着部をさらに備えて構成されている。この斜め方向の全面接着部の働きにより、セパレータの熱収縮が隙間部を通じて伝播することを食い止めることができる。
【００５２】
すなわち、斜め方向の全面接着部、中央部の全面接着部、もしくは端部の全面接着部によって３辺が囲われた領域に連続集合体が設けられているので、リチウム電池がより強固に形状固定され、セパレータの熱収縮の伝播を確実にとめることができる。
【００５３】
さらに、三角形状という極めて単純な模様として杭形部を配置し、その配置とマッチングさせて斜め方向の全面接着部を設けることで、グラビア印刷での型の制作を安価にすることが可能となる。
【００５４】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。具体的には、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロールと、その接着一体化ロールの中の杭形部の連続集合体および空間部の拡大模式図とを示している。
【００５５】
先の実施の形態２における図４の構成と比較すると、本実施の形態３における図６の構成は、杭形部１によって構成される多角形の形状が、三角形ではなく四角形になっている点が異なっている。さらに、斜め方向の全面接着部７ａの代わりに、横方向の厚さ５ｍｍの横方向の全面接着部７ｂが新たに追加して形成されている。ここで、空間部の最大直径Ｗは７ｍｍであり、隙間部３の大きさは１．５ｍｍである。
【００５６】
すなわち、図６の構成では、３種類の全面接着部６ａ、６ｂ、７ｂが設けられており、これらの全面接着部によって４辺が囲まれた領域内のそれぞれに、連続集合体５が設けられている。また、図６に示すように、４つの杭形部１によって構成された四角形の、対向する杭形部１間の距離のことを最大直径Ｗとしている。
【００５７】
ここで、新たに設けられている横方向の全面接着部７ｂは、先の実施の形態２における斜め方向の全面接着部７ａと同様に、万一、内部短絡によって隙間部３を通って、セパレータ１２の熱収縮が伝播しても、その伝播を食い止める働きをする。横方向の全面接着部７ｂでは、内部抵抗が高くなり、また、電解液の浸透も遅くなるが、全体の面積から比べるとわずかであり、大きな影響は及ぼさない。
【００５８】
さらに、横方向の全面接着部７ｂを用いる利点は、長尺の短冊状の負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０を単セル単位で切断する場合に、この横方向の全面接着部７ｂの上で切断することができる点にある。このような切断ができることで、多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体を、巻回セルの巻き始め、巻き終わり部分を含めて、四角形状に並べられた杭形部の連続集合体の４辺を横方向の全面接着部７ｂ、中央部の全面接着部６ａ、もしくは端部の全面接着部６ｂによって囲うことができる。この結果、リチウム電池がより強固に形状固定され、セパレータの熱収縮の伝播を確実に止めることができる。
【００５９】
電極の端部や巻き始め、巻き終わりは、形状が不安定になりやすく、対極との接触のリスクの高い部位である。そこで、このような部位を全面接着部６ａ、６ｂ、７ｂで保護することによって、より安定性の高いリチウムイオン電池を得ることができる。
【００６０】
以上のように、実施の形態３によれば、連続集合体が４本の杭形部で囲われた四角形状の集合体で構成されるとともに、横方向の全面接着部をさらに備えて構成されている。この横方向の全面接着部の働きにより、セパレータの熱収縮が隙間部を通じて伝播することを食い止めることができる。
【００６１】
すなわち、横方向の全面接着部、中央部の全面接着部、もしくは端部の全面接着部によって４辺が囲われた領域に連続集合体が設けられているので、リチウム電池がより強固に形状固定され、セパレータの熱収縮の伝播を確実にとめることができる。
【００６２】
さらに、四角形状として杭形部を配置し、その配置とマッチングさせて横方向の全面接着部を設けることで、単セル単位で切断する場合に、横方向の全面接着部上で切断することができる。この結果、電極の端部や巻き始め、巻き終わりで形状を安定化させることが可能となる。
【００６３】
なお、上述した実施の形態１〜３における寸法や形状関係について、適切な条件を以下にまとめて示す。
空間部２の最大直径Ｗについては、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が望ましい。１ｍｍを下回ると、杭形部１が突起状になることもあって、平坦性が保てず、セパレータ１２と電極（１１）との密着性が悪化する。一方、１０ｍｍを超えると、セパレータ１２の熱収縮の伝播の影響が横方向だけでなく、巻回している隣接電極にも及ぶようになるので、望ましくない。
【００６４】
また、杭形部１が互いに隣接する間の隙間部３としては、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下が望ましい、０．１ｍｍを下回ると、電解液の移動が困難になり、電解液の浸透が遅くなる。一方、２ｍｍを超えると、セパレータ１２の熱収縮の伝播の影響が、横方向に広がるおそれがある。
【００６５】
また、杭形部１の幅としては、０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下が望ましい。０．１ｍｍを下回ると、セパレータと電極との接着力が著しく弱くなる。一方、５ｍｍを超えると、電解液の回りこみが難しくなり、電解液の浸透が遅くなり、内部抵抗が増大する。
【００６６】
また、略長方形状をした杭形部１の軸方向の先端部は、凸になっていることが望ましい。凸にすることで、セパレータの熱収縮の伝播が、より制限され、より起こりにくくなる。また、グラビア印刷が容易になる。
【００６７】
また、上述した実施の形態１〜３では、金属酸化物微粒子としてアルミナを用いた例を示したが、シリカや酸化チタンなど他の金属酸化物微粒子を用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００６８】
また、上述した実施の形態１〜３では、接着性樹脂として、ＰＶＤＦを用いた例を示したが、ＳＢＲ（スチレン・ブチレンゴム）やアクリル系ゴムバインダーを用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００６９】
また、上述した実施の形態１〜３では、多角形状として、正六角形、正三角形、正四角形（正方形）の３つのパターンを示したが、これに限らず、長方形、二等辺三角形、五角形、八角形などの多角形であってもよく、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７０】
１ 杭形部、２ 空間部、３ 隙間部、４ 最大直径Ｗ、５ 連続集合体、６ａ 中央部の全面接着部、６ｂ 端部の全面接着部、７ａ 斜め方向の全面接着部、７ｂ 横方向の全面接着部、８ 集電箔部分、９ スリット部、１０ 接着一体化ロール、１１ 負極、１１ａ 負極ロール、１２ セパレータ、１３ ロール巻き芯、２１ グラビアロール工程、２２ 接着ホットロール工程、２３ 両面グラビア塗工工程、３０容器、３１ａ 負極端子部、３２ａ 負極電流端子部、３３ａ 負極電流端子、３１ｂ 正極端子部、３２ｂ 正極電流端子部、３３ｂ 正極電流端子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極とセパレータを接着したリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法に関するものであり、特に、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果を高めることのできるリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は、より大容量で大型のものが求められ、電気自動車、スマートグリッド、あるいは太陽電池などと組み合わせた家庭用の電源などに用いられ始めている。
【０００３】
リチウムイオン電池は、高いエネルギー密度を有していて、電解液に有機溶媒を用いているので、点火源があれば、あるいは高温になれば発火するおそれがある。たとえば、外部から釘などが差し込まれて短絡した場合、あるいは過充電などによって負極に金属リチウムが析出し、析出した金属リチウムを安定化しているＳＥＩ（Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）層が破れた場合は、内部短絡や大量の熱の発生によって発火になるおそれがある。
【０００４】
過充電などによって負極に析出する金属リチウムは、負極とセパレータとの間の隙間などに生じやすいという性質がある。そこで、電極（特に負極）とセパレータを接着する技術が適用されるようになった。
【０００５】
電極とセパレータとを接着した従来のリチウムイオン電池としては、本願と同一出願人によって出願されたものがある（例えば、特許文献１の実施例１および第２図参照）。
【０００６】
この特許文献１は、平均径０．０１μｍのアルミナ粉末とポリフッ化ビニリデン（以下、ＰＶＤＦと称す）をＮ−メチルピロリドン（以下、ＮＭＰと称す）に溶解分散させてセパレータに塗布し、厚さ１０μｍ以下の接着層を形成し、電極と接合し乾燥して接着している。負極だけでなく、正極までもセパレータと接着した場合には、リチウムイオン電池を、より強固なものとすることができる。
【０００７】
また、接着層にアルミナなどの金属酸化物微粒子を介在させると、内部短絡した場合にも、セパレータを熱収縮させることなく形を保ち、内部短絡の広がりを防ぐ効果が得られる。しかしながら、セパレータに比べて気孔率が低くなることから、内部抵抗の増大につながり、大電流を流すことが難しかった。
【０００８】
この改善策として、本願と同一出願人によって出願された別の従来技術がある（例えば、特許文献２の第２図参照）。この特許文献２は、接着性樹脂をセパレータにドット状に塗布して電極と接着する方法である。
【０００９】
また、ドット状の接着層を設ける別の改善策を示した従来技術もある（例えば、特許文献３の実施例１参照）。この特許文献３は、平均径０．４μｍアルミナ粉末とＰＶＤＦをアセトンに溶解分散させて、セパレータに塗布して乾燥し、厚さ３μｍの金属酸化物層を形成する。その後、さらにスチレン−ブタジエンゴムが溶解された溶液を、インクジェットで点噴霧し、乾燥させて、ドットの間隔５ｍｍ、ドットの平均厚さ０．５μｍのドットパターン層を形成し、電極との間にドット状の接着層を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開９９−０３６９８１号公報（実施例１および第２図）
【特許文献２】国際公開９９−０４８１６３号公報（第２図）
【特許文献３】特表２０１１−５１２００５号公報（実施例１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献２は、ドット状の接着を用いているため、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果が著しく小さくなるという問題点があった。そして、セパレータの熱収縮の広がりを防止できなければ、負極と正極が直接大きな面積で接触することになり、大電流が流れて、熱暴走が起こるおそれがある。
【００１２】
また、特許文献３は、金属酸化物層の構成材料としては、特許文献１と同じであり、さらにドット状に接着力の強化を図ったに過ぎない。したがって、特許文献１と同様に、セパレータに比べて気孔率が低くなることから、内部抵抗の増大につながり、大電流を流すことが難しいという問題点があった。
【００１３】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、大出力を可能にするとともに、内部短絡した場合に、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果の高いリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るリチウムイオン電池は、電極活物質を有する正極および負極と、電解質を保持するセパレータと、セパレータに対して正極および負極の少なくともいずれか一方の電極を接合するために用いられ、金属酸化物微粒子を含む接着性樹脂層とを有して構成されるリチウムイオン電池において、接着性樹脂層は、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体で構成され、連続する多角形状のそれぞれは、杭形部によって囲われて形成され、接着性樹脂層が形成されていない空間部を有するものである。
【００１５】
また、本発明に係るリチウムイオン電池の製造方法は、正極および負極の少なくともいずれかの電極、またはセパレータに、グラビア印刷により連続集合体が構成された接着性樹脂層を形成する第１工程と、セパレータと電極とを接着して乾燥させる第２工程とを備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法によれば、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体を有する接着性樹脂層を構成し、連続する多角形状が杭形部によって囲われた空間部を形成することで、杭形部によって囲われた空間部では金属酸化物微粒子が含まれていないため大出力を可能にし、内部短絡した際にも、セパレータが熱収縮する範囲が、空間部に限られるため、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果の高いリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池を示す平面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。
【図６】本発明の実施の形態３におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に示す本発明の説明においては、リチウムイオン電池の負極にセパレータを接着する場合についての実施の形態を記載するが、負極と共に正極をセパレータに接着してもよく、正極、負極の両方をセパレータに接着することで、正極と負極のずれが完全に抑制され、リチウム電池の形状が固定されるので、温度や外部圧力に対して強く、より安定性が高められる効果がある。
【００１９】
以下、本発明のリチウムイオン電池およびリチウムイオン電池の製造方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。具体的には、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロールと、その接着一体化ロールの中の杭形部の連続集合体および空間部の拡大模式図とを示している。すなわち、この図１においては、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロール１０を示しており、すでに接着一体化が終わった状態のロールの一部を引き出してみた状態を示している。
【００２１】
図１における各符号は、次のものを示している。１は杭形部、２は空間部、３は隙間部、４は空間部の最大直径Ｗ、５は多角形状に並べられた杭形部の連続集合体、６ａは中央部の全面接着部、６ｂは端部の全面接着部、８は負極および全面接着部が塗布されていない銅箔の集電箔部分で、電流端子に加工される部分である。また、９はスリッターを用いて、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロール１０を２つに分断するスリット部、１３は負極とセパレータの接着一体化ロールのロール巻き芯である。
【００２２】
すなわち、図１の構成では、２種類の全面接着部６ａ、６ｂが設けられており、これらの全面接着部によって平行する２辺に囲まれた領域内のそれぞれに、連続集合体５が設けられている。また、図１に示すように、６つの杭形部１によって構成された六角形の中心を通して対向する頂点間の距離のことを最大直径Ｗとしている。
【００２３】
多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５、中央部の全面接着部６ａ、端部の全面接着部６ｂは、後述する図２で示されている負極１１とセパレータ１２との間に介在しているので、本来上からは見えない。ただし、この図１では、分かりやすくするために、破線ではなく、実線で表に現している。以降に示す図３や他の実施の形態で示す図４、図６でも同様である。
【００２４】
負極１１は、幅３００ｍｍ、厚さ１５μｍの電解銅箔の上に、ロールコータを用いて、粒子径５μｍの黒鉛粒子とＳＢＲ（スチレン・ブチレンゴム）をバインダーとする水系のペーストを用いて、２２０ｍｍの幅で１００ｍの長さで厚さ８０μｍの厚さで形成されている。セパレータ１２としては、２３０ｍｍの幅で厚さ２０μｍのロール状のポリエチレン・ポリプロピレン三層セパレータを用いている。
【００２５】
また、杭形部１の乾燥後の厚さは５μｍ、幅は１ｍｍである。空間部の最大直径４は、１０ｍｍで、グラビアロールを用いて塗工される。隙間部３の大きさは１ｍｍである。さらに、中央部の全面接着部６ａの幅は１０ｍｍ、端部の全面接着部６ｂの幅は９ｍｍであり、負極よりも６ｍｍ、セパレータよりも１ｍｍほど外側にはみ出して塗工されている。
【００２６】
ここで、杭形部１と全面接着部６ａ、６ｂは、同時にグラビアロールで塗布することができるが、杭形部１と中央部の全面接着部６ａは、グラビアロールで塗布し、端部の全面接着部６ｂは、ロールコータで塗工するなど、塗り分けてもよい。
【００２７】
杭形部１と全面接着部６ａ、６ｂに用いる金属酸化物微粒子と接着性樹脂を含むペーストには同じものを用いることができる。たとえば、平均粒径０．０１μｍのアルミナ粉末（デグサ製）を１０重量％と、ＰＶＤＦ（エムファントムケムジャパン製）を１０重量％とをＮ−メチルピロリドンに溶解分散させたものを用いることができる。
【００２８】
図２は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。具体的には、セパレータ１２側に多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗工して、負極１１と接着させる製造方法を図示している。この図２には、２つの工程として、グラビアロール工程２１および接着ホットロール工程２２が示されている。また、負極１１は、銅箔の両面に負極１１を塗工した負極ロール１１ａとして、ロール状で供給され、セパレータ１２もロール状で供給されている。
【００２９】
図２における具体的な製造手順は、以下のようになる。銅箔の両面に負極１１を塗工した負極ロール１１ａから負極１１を引き出す。一方、セパレータ１２の片面には、グラビアロール工程２１により多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５が塗工される。そして、連続集合体５が塗工されたそれぞれのセパレータ１２を、引き出された負極１１の両面に貼り付けて、接着ホットロール工程２２により接着して乾燥させる。
【００３０】
乾燥温度としては、８０℃程度でよい。接着、乾燥後に、ロール状に巻き取れば、長尺の短冊状の負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０が製造できる。巻き取りも含めた全ての工程がロール状で行われるので、量産化が容易にできる。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１におけるリチウムイオン電池を示す平面模式図である。負極１１および全面接着部６が塗布されていない銅箔の集電箔部分８を巻回して形成した負極端子部３１ａに、負極電流端子部３２ａおよび負極電流端子３３ａを超音波溶接している。同様にして形成された正極端子部３１ｂに、正極電流端子部３２ｂおよび正極電流端子３３ｂを超音波溶接している。そして、アルミニウムもしくはステンレスで構成された容器３０から、電流端子３３ａ、３３ｂを取り出す。
【００３２】
正極については、たとえば、厚さ３５μｍのアルミニウム集電箔の両面に、平均粒径８μｍのＬｉＣｏＯ２９１重量％と黒鉛粉末６重量％とＰＶＤＦ３重量％をＮ−メチルピロリドンに分散させたものをペーストとして塗布乾燥プレスしたもの（正極の厚さは、８０μｍ）を用いることができる。
【００３３】
この図３に示したリチウムイオン電池は、負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０と正極ロールを重ねて巻回装置を用いて巻回することで構成されるが、正極ロールを重ねて巻回する際に、正極ロール側に、多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗布してセパレータ１２側に接着乾燥してもよい。そうすれば、より形状安定性に優れた強固なリチウムイオン電池が得られる。
【００３４】
あるいは、図２の製造工程で、セパレータの片側だけでなく、セパレータの両側に多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗布して、負極と正極を同時に接着乾燥してもよい。
【００３５】
また、図３のリチウムイオン電池には、リチウム塩として六フッ化リン酸リチウム、有機溶媒としてエチレンカーボネートと１，２−ジメトキシエタンの混合溶媒を用いて、電極およびセパレータ内部に真空含浸して容器３０を封止する。
【００３６】
電極とセパレータとを、金属酸化物微粒子を介在させて接着した従来のリチウムイオン電池に比べて、本実施の形態１のリチウム電池は、短時間で電解液を負極１１に浸透させることができる。これは、隙間部３を通じて、電解液が自由に移動できるためである。
【００３７】
電極（１１）とセパレータ１２の接着層は、気孔率がセパレータ１２および負極１１よりも低くなっており、しかも、金属酸化物微粒子が０．０１μｍと小さいので、気孔の大きさも小さく、電解液の浸透速度が極めて遅くなる。これが、電極（１１）とセパレータ１２の接着層の欠点であり、リチウムイオン電池が大型になるほど深刻な問題になる。
【００３８】
しかしながら、本発明の構成によれば、隙間部３を通じて、電解液が自由に移動し、杭形部１の下側の負極１１にも速やかに電解液を浸透させることができ、これが、本発明の大きな効果の１つである。
【００３９】
なお、中央部の全面接着部６ａと端部の全面接着部６ｂについては、電解液の浸透が遅くなるが、これらの部位は、図３に示すように、巻回セルの両端に位置するので、電解液が最初に浸透してくる位置にあり、全体としての浸透時間に大きな影響を及ぼすほどではない。
【００４０】
図３のリチウムイオン電池の出力性能を調べたところ、３ｋＷ／ｋｇの出力密度が得られ、内部抵抗も１ｍΩ以下と低く、大きな出力が得られることが確認できた。これは、杭形部１の金属酸化物層によって邪魔されることなく、空間部２によって、大きな出力が得られるためであり、リチウムイオンは、空間部２から杭形部１の下の負極１１に回りこんで、杭形部１の下の負極１１も同様に高出力で充放電できる。
【００４１】
次に、満充電状態で、太さ３ｍｍの鉄くぎを、釘刺し試験機を用いて中央部に刺した後、完全放電した上で、ドライボックス内で分解調査した。その結果、内部短絡による高温化に起因するセパレータ１２の融着は、最大直径Ｗ＝１０ｍｍの空間部２にとどまっており、ちょうど、杭形部１のところで、溶融が停止していて、隙間部３を通じて、隣接する空間部２には波及していないことが確認できた。これにより、本発明の効果が確認できた。
【００４２】
以上のように、実施の形態１によれば、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体を有する接着性樹脂層を構成し、連続する多角形状が杭形部によって囲われた空間部を形成している。このような構成により、杭形部によって囲われた空間部では金属酸化物微粒子が含まれていないため、大出力が可能となる。さらに、内部短絡した際にも、セパレータが熱収縮する範囲が、空間部に限られるため、セパレータの熱収縮の広がりを防止する効果を高めることが可能となる。
【００４３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。具体的には、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロールと、その接着一体化ロールの中の杭形部の連続集合体および空間部の拡大模式図とを示している。
【００４４】
先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図４の構成は、杭形部１によって構成される多角形の形状が、六角形ではなく三角形になっている点が異なっている。さらに、幅５ｍｍの斜め方向の全面接着部７ａが新たに追加して形成されている。ここで、空間部２の最大直径Ｗは５ｍｍであり、隙間部３の大きさは０．５ｍｍである。
【００４５】
すなわち、図４の構成では、３種類の全面接着部６ａ、６ｂ、７ａが設けられており、これらの全面接着部によって３辺が囲まれた領域内のそれぞれに、連続集合体５が設けられている。また、図４に示すように、３つの杭形部１によって構成された三角形の高さのことを最大直径Ｗとしている。
【００４６】
ここで、新たに設けられている斜め方向の全面接着部７ａは、万一、内部短絡によって隙間部３を通って、セパレータ１２の熱収縮が伝播しても、その伝播を食い止める働きをする。斜め方向の全面接着部７ａでは、内部抵抗が高くなり、また、電解液の浸透も遅くなるが、全体の面積から比べるとわずかであり、大きな影響は及ぼさない。
【００４７】
また、連続集合体５は、３本の杭形部１で囲われた三角形状の集合体となっているため、先の実施の形態１のように６本の杭形部１で囲われた六角形状の集合体に比べると、隙間部３が多いこととなる。従って、多少ではあるが、セパレータ１２の熱収縮が隙間部３を通じて伝播しやすい。しかしながら、斜め方向の全面接着部７ａによって、大きな伝播を食い止めることができる。
【００４８】
また、本実施の形態２における連続集合体５は、３本の杭形部１で囲われた三角形状の集合体であるため、斜め方向の全面接着部７ａと形状をマッチングさせ、余分な隙間部３や空間を生じさせないことが可能となる。さらに、三角形状の集合体は、先の実施の形態１における六角形状の集合体に比べて、模様が極めて単純であり、グラビア印刷での型の制作を安価にすることができる。もちろん、斜め方向の全面接着部７ａもグラビア印刷での型で簡単に制作できる。
【００４９】
なお、図４の構成は、先の実施の形態１における図２の製造工程を用いて製造することができるが、セパレータ１２への塗工ではなく、負極１１の両面への塗工で製造することもできる。図５は、本発明の実施の形態２におけるリチウムイオン電池の製造方法を示す模式図である。
【００５０】
具体的には、セパレータ１２側ではなく、負極１１の両面へ多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体５を塗工して、上下２つのセパレータ１２と接着させる製造方法を図示している。すなわち、図５では、セパレータ１２に連続集合体５を塗工するグラビアロール工程２１の代わりに、負極１１の両面へ連続集合体５を塗工する両面グラビア塗工工程２３が用いられている。このような図５に示した製法によっても、先の実施の形態１と同様にして、長尺の短冊状の負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０を制作することができる。
【００５１】
以上のように、実施の形態２によれば、連続集合体が３本の杭形部で囲われた三角形状の集合体で構成されるとともに、斜め方向の全面接着部をさらに備えて構成されている。この斜め方向の全面接着部の働きにより、セパレータの熱収縮が隙間部を通じて伝播することを食い止めることができる。
【００５２】
すなわち、斜め方向の全面接着部、中央部の全面接着部、もしくは端部の全面接着部によって３辺が囲われた領域に連続集合体が設けられているので、リチウム電池がより強固に形状固定され、セパレータの熱収縮の伝播を確実にとめることができる。
【００５３】
さらに、三角形状という極めて単純な模様として杭形部を配置し、その配置とマッチングさせて斜め方向の全面接着部を設けることで、グラビア印刷での型の制作を安価にすることが可能となる。
【００５４】
実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３におけるリチウムイオン電池の構造を示す説明図である。具体的には、長尺の短冊状の負極とセパレータの接着一体化ロールと、その接着一体化ロールの中の杭形部の連続集合体および空間部の拡大模式図とを示している。
【００５５】
先の実施の形態２における図４の構成と比較すると、本実施の形態３における図６の構成は、杭形部１によって構成される多角形の形状が、三角形ではなく四角形になっている点が異なっている。さらに、斜め方向の全面接着部７ａの代わりに、横方向の厚さ５ｍｍの横方向の全面接着部７ｂが新たに追加して形成されている。ここで、空間部の最大直径Ｗは７ｍｍであり、隙間部３の大きさは１．５ｍｍである。
【００５６】
すなわち、図６の構成では、３種類の全面接着部６ａ、６ｂ、７ｂが設けられており、これらの全面接着部によって４辺が囲まれた領域内のそれぞれに、連続集合体５が設けられている。また、図６に示すように、４つの杭形部１によって構成された四角形の、対向する杭形部１間の距離のことを最大直径Ｗとしている。
【００５７】
ここで、新たに設けられている横方向の全面接着部７ｂは、先の実施の形態２における斜め方向の全面接着部７ａと同様に、万一、内部短絡によって隙間部３を通って、セパレータ１２の熱収縮が伝播しても、その伝播を食い止める働きをする。横方向の全面接着部７ｂでは、内部抵抗が高くなり、また、電解液の浸透も遅くなるが、全体の面積から比べるとわずかであり、大きな影響は及ぼさない。
【００５８】
さらに、横方向の全面接着部７ｂを用いる利点は、長尺の短冊状の負極１１とセパレータ１２の接着一体化ロール１０を単セル単位で切断する場合に、この横方向の全面接着部７ｂの上で切断することができる点にある。このような切断ができることで、多角形状に並べられた杭形部１の連続集合体を、巻回セルの巻き始め、巻き終わり部分を含めて、四角形状に並べられた杭形部の連続集合体の４辺を横方向の全面接着部７ｂ、中央部の全面接着部６ａ、もしくは端部の全面接着部６ｂによって囲うことができる。この結果、リチウム電池がより強固に形状固定され、セパレータの熱収縮の伝播を確実に止めることができる。
【００５９】
電極の端部や巻き始め、巻き終わりは、形状が不安定になりやすく、対極との接触のリスクの高い部位である。そこで、このような部位を全面接着部６ａ、６ｂ、７ｂで保護することによって、より安定性の高いリチウムイオン電池を得ることができる。
【００６０】
以上のように、実施の形態３によれば、連続集合体が４本の杭形部で囲われた四角形状の集合体で構成されるとともに、横方向の全面接着部をさらに備えて構成されている。この横方向の全面接着部の働きにより、セパレータの熱収縮が隙間部を通じて伝播することを食い止めることができる。
【００６１】
すなわち、横方向の全面接着部、中央部の全面接着部、もしくは端部の全面接着部によって４辺が囲われた領域に連続集合体が設けられているので、リチウム電池がより強固に形状固定され、セパレータの熱収縮の伝播を確実にとめることができる。
【００６２】
さらに、四角形状として杭形部を配置し、その配置とマッチングさせて横方向の全面接着部を設けることで、単セル単位で切断する場合に、横方向の全面接着部上で切断することができる。この結果、電極の端部や巻き始め、巻き終わりで形状を安定化させることが可能となる。
【００６３】
なお、上述した実施の形態１〜３における寸法や形状関係について、適切な条件を以下にまとめて示す。
空間部２の最大直径Ｗについては、１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が望ましい。１ｍｍを下回ると、杭形部１が突起状になることもあって、平坦性が保てず、セパレータ１２と電極（１１）との密着性が悪化する。一方、１０ｍｍを超えると、セパレータ１２の熱収縮の伝播の影響が横方向だけでなく、巻回している隣接電極にも及ぶようになるので、望ましくない。
【００６４】
また、杭形部１が互いに隣接する間の隙間部３としては、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下が望ましい、０．１ｍｍを下回ると、電解液の移動が困難になり、電解液の浸透が遅くなる。一方、２ｍｍを超えると、セパレータ１２の熱収縮の伝播の影響が、横方向に広がるおそれがある。
【００６５】
また、杭形部１の幅としては、０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下が望ましい。０．１ｍｍを下回ると、セパレータと電極との接着力が著しく弱くなる。一方、５ｍｍを超えると、電解液の回りこみが難しくなり、電解液の浸透が遅くなり、内部抵抗が増大する。
【００６６】
また、略長方形状をした杭形部１の軸方向の先端部は、凸になっていることが望ましい。凸にすることで、セパレータの熱収縮の伝播が、より制限され、より起こりにくくなる。また、グラビア印刷が容易になる。
【００６７】
また、上述した実施の形態１〜３では、金属酸化物微粒子としてアルミナを用いた例を示したが、シリカや酸化チタンなど他の金属酸化物微粒子を用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００６８】
また、上述した実施の形態１〜３では、接着性樹脂として、ＰＶＤＦを用いた例を示したが、ＳＢＲ（スチレン・ブチレンゴム）やアクリル系ゴムバインダーを用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００６９】
また、上述した実施の形態１〜３では、多角形状として、正六角形、正三角形、正四角形（正方形）の３つのパターンを示したが、これに限らず、長方形、二等辺三角形、五角形、八角形などの多角形であってもよく、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７０】
１ 杭形部、２ 空間部、３ 隙間部、４ 最大直径Ｗ、５ 連続集合体、６ａ 中央部の全面接着部、６ｂ 端部の全面接着部、７ａ 斜め方向の全面接着部、７ｂ 横方向の全面接着部、８ 集電箔部分、９ スリット部、１０ 接着一体化ロール、１１ 負極、１１ａ 負極ロール、１２ セパレータ、１３ ロール巻き芯、２１ グラビアロール工程、２２ 接着ホットロール工程、２３ 両面グラビア塗工工程、３０容器、３１ａ 負極端子部、３２ａ 負極電流端子部、３３ａ 負極電流端子、３１ｂ 正極端子部、３２ｂ 正極電流端子部、３３ｂ 正極電流端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極活物質を有する正極および負極と、
電解質を保持するセパレータと、
前記セパレータに対して前記正極および前記負極の少なくともいずれか一方の電極を接合するために用いられ、金属酸化物微粒子を含む接着性樹脂層と
を有して構成されるリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体で構成され、
連続する前記多角形状のそれぞれは、前記杭形部によって囲われて形成され、前記接着性樹脂層が形成されていない空間部を有する
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、前記空間部を含まない領域に形成された全面接着部を有し、前記連続集合体の少なくとも２辺が前記全面接着部によって囲われている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項３】
請求項２に記載のリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、前記連続集合体を構成する多角形状が３本の杭形部で囲われた三角形状で形成されており、前記連続集合体の３辺が前記全面接着部によって囲われている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項４】
請求項２に記載のリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、前記連続集合体を構成する多角形状が４本の杭形部で囲われた四角形状で形成されており、前記連続集合体の４辺が前記全面接着部によって囲われている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記空間部は、最大直径が１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下で形成される
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記杭形部は、隣接する杭形部との間に０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の隙間部を有する
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記杭形部は、幅が０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下で形成される
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記杭形部は、軸方向の先端が凸状になっている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項９】
請求項１に記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記正極および前記負極の少なくともいずれかの電極、または前記セパレータに、グラビア印刷により前記連続集合体が構成された前記接着性樹脂層を形成する第１工程と、
前記セパレータと前記電極とを接着して乾燥させる第２工程と
を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記第１工程は、前記連続集合体を形成する際に、前記空間部を含まない領域に、前記連続集合体の少なくとも２辺を囲うように全面接着部を形成し、
前記第２工程による接着、乾燥後に、前記全面接着部の上を切断する第３工程
をさらに有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記電極および前記セパレータのそれぞれは、長尺の短冊状で形成され、
前記第１工程は、長尺方向の両端および中央の３箇所に前記全面接着部を形成し、
前記第３工程は、中央に形成された前記全面接着部の上をスリットして、２つの長尺の短冊状に分割する
ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１】
電極活物質を有する正極および負極と、
電解質を保持するセパレータと、
前記セパレータに対して前記正極および前記負極の少なくともいずれか一方の電極を接合するために用いられ、金属酸化物微粒子を含む接着性樹脂層と
を有して構成されるリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、多角形状に並べられた杭形部の連続集合体で構成され、
連続する前記多角形状のそれぞれは、前記杭形部によって囲われて形成され、前記接着性樹脂層が形成されていない空間部を有する
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項２】
請求項１に記載のリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、前記空間部を含まない領域に形成された全面接着部を有し、前記連続集合体の少なくとも２辺が前記全面接着部によって囲われている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項３】
請求項２に記載のリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、前記連続集合体を構成する多角形状が３本の杭形部で囲われた三角形状で形成されており、前記連続集合体の３辺が前記全面接着部によって囲われている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項４】
請求項２に記載のリチウムイオン電池において、
前記接着性樹脂層は、前記連続集合体を構成する多角形状が４本の杭形部で囲われた四角形状で形成されており、前記連続集合体の４辺が前記全面接着部によって囲われている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記空間部は、最大直径が１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下で形成される
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記杭形部は、隣接する杭形部との間に０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下の隙間部を有する
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記杭形部は、幅が０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下で形成される
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池において、
前記杭形部は、軸方向の先端が凸状になっている
ことを特徴とするリチウムイオン電池。
【請求項９】
請求項１に記載のリチウムイオン電池の製造方法であって、
前記正極および前記負極の少なくともいずれかの電極、または前記セパレータに、グラビア印刷により前記連続集合体が構成された前記接着性樹脂層を形成する第１工程と、
前記セパレータと前記電極とを接着して乾燥させる第２工程と
を有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記第１工程は、前記連続集合体を形成する際に、前記空間部を含まない領域に、前記連続集合体の少なくとも２辺を囲うように全面接着部を形成し、
前記第２工程による接着、乾燥後に、前記全面接着部の上を切断する第３工程
をさらに有することを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のリチウムイオン電池の製造方法において、
前記電極および前記セパレータのそれぞれは、長尺の短冊状で形成され、
前記第１工程は、長尺方向の両端および中央の３箇所に前記全面接着部を形成し、
前記第３工程は、中央に形成された前記全面接着部の上をスリットして、２つの長尺の短冊状に分割する
ことを特徴とするリチウムイオン電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２６０８１（Ｐ２０１３−２６０８１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１１７８（Ｐ２０１１−１６１１７８）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]