多層の膜電極接合体の製造方法及び積層型電池
【課題】正極板及び負極板を容易に精度よく積層できる多層の膜電極接合体の製造方法及び積層型電池を提供する。
【解決手段】本発明は、多層の膜電極接合体１の製造方法であって、正極板２及び負極板７の一の板面又は他の板面のいずれか又は双方に電解液を塗工し固体化又はゲル化して電解質膜を形成する工程と、複数の正極板２を積層して該正極板２の一端部１３を接合する正極板積層体５を形成する工程と、複数の負極板７を積層し該負極板７の一端部２１を接合する負極板積層体１０を形成する工程と、正極板積層体５の一の正極板２をめくった後に、負極板積層体１０の一の負極板７をめくり電解質膜を介在させた状態で正極板２上に積層する工程と、負極板積層体１０の一の負極板７をめくった後に、正極板積層体５の一の正極板２をめくり電解質膜を介在させた状態で負極板７上に積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする。
【解決手段】本発明は、多層の膜電極接合体１の製造方法であって、正極板２及び負極板７の一の板面又は他の板面のいずれか又は双方に電解液を塗工し固体化又はゲル化して電解質膜を形成する工程と、複数の正極板２を積層して該正極板２の一端部１３を接合する正極板積層体５を形成する工程と、複数の負極板７を積層し該負極板７の一端部２１を接合する負極板積層体１０を形成する工程と、正極板積層体５の一の正極板２をめくった後に、負極板積層体１０の一の負極板７をめくり電解質膜を介在させた状態で正極板２上に積層する工程と、負極板積層体１０の一の負極板７をめくった後に、正極板積層体５の一の正極板２をめくり電解質膜を介在させた状態で負極板７上に積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等に用いられる多層の膜電極接合体の製造方法及び積層型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウムイオン二次電池は、正極活物質が正極集電体に塗工された正極板と、負極活物質が負極集電体に塗工された負極板とを、これらの間にセパレータを介装させて積層し、これら正極板、セパレータ及び負極板を積層させた該積層体を電解液と共にケース内に密封するとともに、積層体の正極板と負極板のそれぞれに接続された電極端子をケースから突出させて概略構成されたものであり、前記積層体の製造方法としては、従来より下記特許文献１に開示された方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された積層体の製造方法は、ロール状に巻回された不織布等の電気絶縁性のシートからなるセパレータを、積層ステージ上でつづら折りになるようにジグザグに折り畳むとともに、折り畳むたび毎に正極板及び負極板を該セパレータ上に交互に配置して挟み込むというものである。
また、上記方法により製造された積層体は、電解液と共に可撓性のあるシート状外装体等のケースに封止してリチウムイオン二次電池とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の積層体の製造方法によれば、正極板及び負極板を１枚ずつ保持し積層ステージ上に移動して該ステージ上でセパレータを挟み込みながら積層しているだけで、正極板、負極板及びセパレータが互いに連結しておらず固定されていない。したがって、積層時に正極板、セパレータ及び負極板を正確に位置決めしなければならず、また、正確に位置決めしても、正極板、セパレータ及び負極板が位置ずれして積層不良となることがあり、該積層体の製造効率が悪いという問題があった。
【０００６】
また、正極板及び負極板を保持、移動する機構及びセパレータを移動及び積層するための機構が大掛かりとなるため、装置が大型化して装置のスペース効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
また、前記積層体によりリチウムイオン二次電池を製造する場合には、ケース内に電解液が充填されるため、電解液として用いられる有機溶媒の液漏れに伴う充放電サイクル寿命の低下の可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、正極板、電解質膜及び負極板を精度よく位置決めして効率よく積層できるとともに、製造装置をコンパクトにすることができ、また電解液の液漏れが生じ難い多層の膜電極接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、正極板と負極板との間に電解質膜を介装させつつこれら正極板と負極板とを交互に積層して形成される多層の膜電極接合体の製造方法であって、前記正極板及び前記負極板の一の板面又は他の板面のいずれか一方又は双方に電解液を塗工し固体化又はゲル化して電解質膜を形成する工程と、複数の前記正極板を積層するとともに、これら複数の正極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする正極板積層体を形成する工程と、複数の前記負極板を積層するとともに、これら複数の負極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする負極板積層体を形成する工程と、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくった後に、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記正極板上に前記負極板を積層する工程と、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくった後に、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記負極板上に前記正極板を積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする。
本発明では、複数の正極板がその一端部において接合されており、複数の負極板もその一端部において接合されているため、正極板及び負極板の積層時に位置ずれし難い。また、正極板と負極板とを固体又はゲル状の電解質膜を挟みつつ積層するにあたっても、電解質膜は、予め正極板及び負極板の少なくとも一方の片面又は両面に積層固定されているため、積層を重ねても積層された正極板、電解質膜及び負極板が位置ずれし難い。更に、正極板及び負極板がそれぞれ一端部において接合されているため、積層を重ねるに応じて互いに堅固に噛み合って、積層された正極板、電解質膜及び負極板が位置ずれし難い。また更に、積層して接合された正極板積層体の正極板と負極板積層体の負極板とを交互に積層するものであるため、多層の接合体の製造装置をコンパクトにし易い。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、前記電解質膜を形成する工程の後に、前記正極板積層体が形成され又は前記負極板積層体が形成されることを特徴とする。
本発明では、正極板又は負極板に電解質膜を形成した後に、正極板積層体が形成され又は負極板積層体が形成されるため、正負極板積層工程をより一層効率的に行うことができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、前記正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の前記一端部は、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされていることを特徴とする。
本発明では、正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の一端部が、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされているため、接合代間で導通が確保されることにより、抵抗溶接や導電性ペーストによる接着などの容易な溶接方法を採用することができるとともに、一端部同士を確実に接合することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、積層型電池に関する発明であって、請求項１から３のいずれか一項に記載の多層の膜電極接合体の製造方法により製造された多層の膜電極接合体を用いて形成されたことを特徴とする。
本発明では、多層の膜電極接合体が位置ずれしにくい製造方法とされているため、積層型電池の積層状態が良好となる。また、固体又はゲル状の電解質膜を用いた多層の膜電極接合体が積層型電池に用いられるため、積層型電池の液漏れが発生しない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る多層の膜電極接合体の製造方法によれば、上記した解決手段によって以下の効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、正極板及び負極板がそれぞれ一端部において接合されているため、正極板と負極板とを固体又はゲル状の電解質膜を挟みつつ積層するにあたって位置ずれし難く、かつ積層を重ねるに応じて互いに堅固に噛み合って、積層された正極板、電解質膜及び負極板が位置ずれし難い。したがって、多層の膜電極接合体を簡便に製造することができるとともに、製造効率が高いという効果を奏する。また、積層して接合された正極板積層体の正極板と負極板積層体の負極板とを交互に積層するものであるため、多層の接合体の製造装置をコンパクトにし易いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は、本発明の一実施形態として示した製造方法を用いて製造された多層の膜電極接合体を示した斜視図である。
【図２】は、本発明の一実施形態として示した製造方法を用いて製造された多層の膜電極接合体の構成部材を示した図であり、（ａ）は正極板の平面図、（ｂ）負極板の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態として示した多層の膜電極接合体の製造方法の製造工程の一部を示した模式図である。
【図４】は、本発明の一実施形態として示したリチウムイオン電池を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の製造方法により製造された多層の膜電極接合体を示した斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の一実施形態の製造方法の対象となる多層の膜電極接合体１は、電解液が塗工されて固体又はゲル状の電解質膜（本図においては不図示）が形成された複数の正極板２，２・・を積層し、これら複数の正極板２，２・・の一端部を接合した該接合部３から端子用タブ４を突出させた正極板積層体５と、電解液が塗工されて電解質膜（本図においては不図示）が形成された複数の負極板７，７・・を積層し、これら複数の負極板７，７・・の一端部を接合した該接合部８から端子用タブ９を突出させた負極板積層体１０とを交互に積層して形成されたものである。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、正極板２は、例えば略長方形に形成されたアルミニウム箔からなる正極集電体１１に、短手方向の一端部１３を残して両面に正極活物質層を形成したものである。短手方向の一端部１３は、正極板２，２・・同士を接合する際の接合代となる部分であり、それ以外は電極塗工部１４となっている。
【００１８】
正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電助剤、バインダーとなる結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーにより構成されたものであり、正極集電体１１の電極塗工部１４の両面に塗布されている。
【００１９】
正極活物質としては、例えば一般式ＬｉＭｘＯｙ（ただし、Ｍは金属であり、ｘ及びｙは金属Ｍと酸素Ｏの組成比である）で表される金属酸リチウム化合物が用いられている。具体的には、金属酸リチウム化合物としては、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等が用いられている。
導電助剤としてはアセチレンブラック等が用いられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等が用いられている。
【００２０】
図１に示すように、この正極板２は、正極活物質層が形成されていない一端部１３を同方向に向けて複数積層されている。正極板２の一端部１３は、導通が確保され、例えば抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着等の方法によって厚さ方向に接合される接合部３を形成しており、一端部１３以外の端部は正極板２が互いに分離した開放端１５を形成している。
正極板２の端子用タブ４は、正極板２の一端部１３を一体化した接合部３に接合されて外方に突出するように設けられたものであり、例えばアルミニウム等により形成されているが、正極活物質層が形成されていない接合部３を端子用タブ４として兼用させたものであってもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、負極板７は、例えば略長方形に形成された銅（Ｃｕ）からなる負極集電体２０に、短手方向の一端部２１を残して両面に負極活物質層を形成したものである。短手方向の一端部２１は、負極板７，７・・同士を接合する際の接合代となる部分であり、それ以外は電極塗工部２２となっている。
【００２２】
負極活物質層は、例えば炭素粉末や黒鉛粉末等からなる炭素材料と、ポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーにより構成されたものであり、負極集電体２０の電極塗工部２２の両面に塗布されている。
【００２３】
図１に示すように、この負極板７は、負極活物質層が形成されていない一端部２１を同方向に向けて複数積層されている。負極板７の前記一端部２１は、導通が確保され、例えば抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着等の方法によって厚さ方向に接合される接合部８を形成しており、一端部２１以外の端部は負極板７が互いに分離した開放端２３を形成している。
負極板７の端子用タブ９は、一端部２１を一体化した接合部８に、更に接合されて外方に突出するように設けられたものであり、例えばニッケル等により形成されているが、負極活物質層が形成されていない接合部８を端子用タブ９として兼用させたものであってもよい。
【００２４】
電解質膜６は、正極板２及び負極板７の少なくとも一方の板面に電解液を塗工し固体化又はゲル化させたものである。この電解質膜６は、正極板２及び負極板７の両板面に設けられていることがより好ましい。
【００２５】
電解液は、例えば、高分子マトリックス及び非水電解質液（すなわち、非水溶媒及び電解質塩）からなり、ゲル化されて表面に粘着性を生じるものである。又は、電解液は、高分子マトリックス及び非水溶媒からなり、固体電解質となるものである。いずれの電解液であっても、該電解液が正極板２又は負極板７に塗工された際に粘着性を有するものが用いられる。また、電解液は、正極板２又は負極板７の板面から分離しない自立膜を形成するものであることが好ましい。
【００２６】
高分子マトリックスとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のアルキレンエーテルをはじめ、ポリエステル、ポリアミン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン等が用いられる。
【００２７】
非水溶媒は、γ−ブチロラクトン等のラクトン化合物；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、メチルエチルカーボネート等の炭酸エステル化合物；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステル化合物；テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；アセトニトリル等のニトリル化合物；スルホラン等のスルホン化合物、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物等、単独または２種類以上を混合して調製される。
【００２８】
また、電解液を固体電解質膜にする場合には、アセトニトリル等のニトリル化合物；テトラヒドロフラン等のエーテル化合物：ジメチルホルムアミド等のアミド系化合物を単独または２種類以上を混合して調製される。
電解質塩としては、特に限定されないが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が使用できる。
【００２９】
次に、多層の膜電極接合体１の本実施形態の製造方法について図２，図３を用いて説明する。この多層の膜電極接合体１の製造方法は、図２に示すように、（Ｉ）正極板２及び負極板７それぞれの一の板面又は他の板面のいずれか又は双方に電解液を塗工し、固体化又はゲル化して電解質膜６を形成する工程と、（ＩＩ）図３（ａ）に示すように、複数の正極板２，２・・を積層するとともに、これら複数の正極板２，２の一端部１３を抵抗溶接等により接合して閉じ、他端部を開放端１５とする正極板積層体５を形成する工程と、（ＩＩＩ）図３（ｂ）に示すように、複数の負極板７，７・・を積層するとともに、これら複数の負極板７，７・・の一端部２１を接合して閉じ、他端部を開放端２３とする負極板積層体１０を形成する工程と、（ＩＶ）図３（ｃ）に示すように、正極板積層体５の一の正極板２をめくった後に、負極板積層体１０の一の負極板７をめくり電解質膜６を介在させた状態で正極板２上に負極板７を積層する工程と、負極板積層体１０の一の負極板７をめくった後に、正極板積層体５の一の正極板２をめくり電解質膜６を介在させた状態で負極板７上に正極板２を積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを備えている。
【００３０】
（Ｉ）電解質膜を形成する工程
正極板２及び負極板７に電解質膜６を形成する工程においては、まず予め正極板２及び負極板７を形成しておく。
正極板２の形成においては、アルミニウム箔等を用いて正極集電体１１とし、該正極集電体１１に図２（ａ）に示すような接合部３と電極塗工部１４とを設定する。そして、電極塗工部１４の両面に正極用スラリーを塗布し、乾燥させて正極集電体１１上に正極活物質層を設けロール状にした正極シートを作製しておく。この正極シートを延出し、所定の寸法で順次切断または打ち抜きし、図２（ａ）に示す正極板２を得る。なお、正極用スラリーの塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
そして、この正極板２の片面又は両面の板面に、電解液を塗布し、冷却して図３（ａ）に示す固体又はゲル状の電解質膜６を形成する。
又は、ゲル状の電解質膜６は、正極シートを作製した時点、すなわち電極塗工部１４の両面に正極用スラリーを塗布し、乾燥させて正極活物質層とした後に同正極シート上に形成しておいてもよく、このように正極シート状にゲル状の電解質膜６を形成しておいたものをロール状にしておき、所定の大きさに切り出して正極板２を作製してもよい。
【００３１】
負極板７の形成においては、銅箔等を用いて、負極集電体２０とし、該負極集電体２０に図２（ｂ）に示すような接合部８と電極塗工部２２とを設定する。そして、電極塗工部２２の両面に負極用スラリーを塗布し、乾燥させて負極集電体２０上に負極活物質層を設けロール状にした負極シートを作製しておく。この負極シートを延出し、所定の寸法で順次切断又は打ち抜きし、図２（ｂ）に示す負極板７を得る。なお、負極用スラリーの塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
そして、この負極板７の片面又は両面の板面に、電解液を塗布し、冷却して図３（ｂ）に示す固体又はゲル状の電解質膜６を形成する。
ゲル状の電解質膜６は、負極シートを作製した時点、すなわち電極塗工部２２の両面に負極用スラリーを塗布し、乾燥させて負極活物質層とした後に同負極シート上に形成しておいてもよく、このように負極シート状にゲル状の電解質膜６を形成しておいたものをロール状にしておき、所定の大きさに切り出して負極板７を作製してもよい。
【００３２】
なお、正極板２及び負極板７は、電解液を塗工する前に、乾燥炉等で十分に水分を飛ばして乾燥し、電解液の塗工を良好に行えるようにしておく。
【００３３】
（ＩＩ）正極板積層体を形成する工程
図３（ａ）に示すように、正極板積層体５を形成するに際しては、上記電解質膜６が板面に形成された正極板２を、接合部３が一方向を向くようにして複数積層し、これら複数の正極板２，２・・の一端部１３，１３・・を抵抗溶接，導電性ペーストによる接着，超音波溶接，導電性の粘着剤を塗布した金属テープ等の導電性テープによる貼着等の方法により接合して正極板積層体５を得る。なお、電解質膜６が正極板２の一方の板面に形成されている場合には、この一方の板面を一方向に向けて正極板２同士の間に電解質膜６が必ず介装されるように積層する。正極板積層体５において一体となるよう接合された接合部３には、例えばアルミニウム等よりなる端子用タブ４を溶接により接合し、正極板２の外方に向けて突出させるか、正極活物質層が形成されていない接合部３を端子用タブ４と兼用させる。
【００３４】
（ＩＩＩ）負極板積層体を形成する工程
負極板積層体１０は、正極板積層体５と略同様の方法で作製される。
すなわち、図３（ｂ）に示すように、上記の電解質膜６が形成された負極板７を、接合部８が一方向を向くようにして複数積層し、これら複数の負極板７，７・・の一端部２１，２１・・を抵抗溶接，導電性ペーストによる接着，超音波溶接，導電性テープによる貼着等の方法により接合して負極板積層体１０を得る。なお、電解質膜６が負極板７の一方の板面に形成されている場合には、この一方の板面を一方向に向けて負極板７同士の間に電解質膜６が必ず介装されるように積層する。負極板積層体１０において、一体となるよう接合された接合部８には、例えばニッケル等よりなる端子用タブ９を溶接により接合し、負極板７の外方に向けて突出させるか、負極活物質層が形成されていない接合部８を端子用タブ９と兼用させる。
この負極板積層体１０の負極板７は、正極板積層体５の正極板２の積層よりも一枚多く積層されている。
【００３５】
（ＩＶ）正負極板積層工程
正負極板積層工程においては、正極板積層体５及び負極板積層体１０のそれぞれの接合部３，８を平行に対向させて、図３（ｃ）に示すように、これら接合部３，８をそれぞれ軸として正極板２，２・・及び負極板７，７・・を反転させる。
そして、負極板積層体１０の負極板７，７・・同士が電解質膜６により融着している場合には、該負極板積層体１０を加熱して電解質膜６を僅かに溶融させ、電解質膜６によって互いに融着した負極板積層体１０の負極板７，７・・同士を分離して負極板積層体１０の最上部に位置する負極板７を捲り反転させて接合部３，８間に配置し、次いで、正極板積層体５の最上部に位置する正極板２をめくって電解質膜６を介装させるようにして正極板２を積層する。この際、上記と同様に、正極板積層体５の正極板２，２・・同士が電解質膜６により融着している場合には、正極板積層体５を加熱して電解質膜６によって互いに融着した正極板２，２・・を分離しておく。
また、正極板２と負極板７とは、それぞれの電極塗工部１４，２２すなわち正極活物質層と負極活物質層同士が互いに対向して重なり合うように積層する。
同様にして、正極板２の電極塗工部１４に電解質膜６を介装させた状態で負極板７を積層する。
【００３６】
このように、正極板２，電解質膜６，負極板７，電解質膜６，正極板２・・と電解質膜６を介装させながら正極板２と負極板７とを交互に積層していくことによって、多層の膜電極接合体１を得る。この場合、負極板積層体１０には、正極板積層体５の正極板２の枚数よりも１枚多く負極板７が積層されているため、多層の膜電極接合体１の最外層に位置する電極板は、負極板７，７となる。
このようにして多層の膜電極接合体１を形成することにより、最外層に正極板２を位置させることにより生じ得るリチウムの樹枝状析出物(デンドライト)の発生を防止してショート等の不具合を引き起こすおそれを回避することができる。なお、左記デンドライトの発生は、多層の膜電極接合体１の最外層に正極板２が位置し、かつ正極板２の外方を向く（すなわち負極板７に対向していない）板面に正極活物質層が形成されている場合であるので、多層の膜電極接合体１の正極板２と負極板７の双方の枚数を調整せず正極板２を最外層に位置させる場合であっても、該最外層に位置する正極板２の外方を向く板面に正極活物質層を形成しないことによっても、デンドライトの発生を防止してショート等の不具合を引き起こすおそれを回避することができる。
上記のようにして多層の膜電極接合体１を作製した場合には、一端部１３が接合されて連結固定された複数の正極板２，２・・と、一端部２１が接合されて連結固定された複数の負極板７，７・・とを用いて積層しているため、積層時に正極板２及び負極板７が位置ずれし難く、また相互に挟み込んだ状態となるため、積層を重ねるにしたがって各正極板２及び負極板７が動き難くなり、交互に積層された正極板２及び負極板７の積層体自身が堅固に位置決めされた状態となる。
【００３７】
上記の方法で得られた多層の膜電極接合体１は、図４に示すように、正極板積層体５の接合部３と負極板積層体１０の接合部８との双方に接続された端子用タブ４，９を外方に突出させた状態で、例えばラミネートフィルム２５等のケースで包装し、外周を封止してリチウムイオン二次電池Ａ等の積層型電池となる。
【００３８】
以上のように、本発明の多層の膜電極接合体１の製造方法によれば、一端部１３が接合されて連結固定された複数の正極板２，２と、一端部２１が接合されて連結固定された複数の負極板７，７・・とを用いて積層するため、正極板２と負極板７の積層過程において位置ずれを生じ難く、積層を精度よく、簡単かつ効率的に行うことができるという効果が得られる。
【００３９】
また、積層を重ねるにしたがって相互に挟み込む状態となるため正極板２及び負極板７が一層動き難くなり、積層された多層の膜電極接合体１が位置ずれし難くなる。したがって、積層状態が良好な多層の膜電極接合体１を効率よく製造することができるという効果が得られる。
【００４０】
また、正極板２、電解質膜６及び負極板７の積層において、正極板２と負極板７との位置決めは、それぞれの接合部３，８を対向させるだけでよく、かつ、正極板２及び負極板７に予め電解質膜６が形成されているため正極板積層体５の正極板２及び負極板積層体１０の負極板７をめくって重ねていくだけのシンプルな方法で積層が行われる。したがって、多層の膜電極接合体１の製造を精度よく簡便にすることができるとともに、製造効率を高めることができるという効果を奏する。
【００４１】
また、正極板積層体５及び負極板積層体１０を形成する工程と、正負極板積層体を形成する工程とを分離して、作業を単純化させることができるため、作業効率を一層高められるという効果が得られる。
【００４２】
また、複雑な位置決め機構及び正極板及び負極板を保持及び移動させる機構が不用となり、多層の膜電極接合体１の製造装置をコンパクトにすることができ、設備のスペース効率を上げることができるという効果が得られる。
【００４３】
また、上記の作用及び効果を奏する多層の膜電極接合体１をリチウムイオン二次電池２６等の積層型電池に適用することにより、積層状態が良好で液漏れせず、かつ製造費用を抑えた好適な積層型電池を製造することができるという効果が得られる。
【００４４】
また更に、上記実施形態においては、正極板積層体５と負極板積層体１０の各接合部３，８を平行にして対向させた位置関係で正極板２と負極板７とを積層しているが、この位置関係に限定されるものではなく、正極板２と負極板７とを積層して電極塗工部１３１４，２２同士を重ね合わせることができるのであれば、例えば直交する方向など、接合部３と接合部８との間で角度を持たせた配置関係にして正極板２と負極板７とを交互に積層してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、ゲル状の電解質膜６は、正負極板積層工程の前に正極板２及び負極板７の板面に形成されているが、この方法に限定されるものではなく、正負極板積層工程において、すなわち正極板積層体５の正極板２と負極板積層体１０の負極板７とを交互に積層する際に、積層された正極板２及び負極板７の上面に電解液を塗布し乾燥させて形成してもよい。かかる方法の場合には、電解液として速やかにゲル化するものを採用するのが望ましい。
【符号の説明】
【００４６】
１ 多層の膜電極接合体
２ 正極板
３ 接合部
５ 正極板積層体
６ 電解質膜
７ 負極板
８ 接合部
１０ 負極板積層体
１３ 一端部（接合代）
１４ 電極塗工部
１５ 開放端
２１ 一端部（接合代）
２２ 電極塗工部
２３ 開放端
Ａ リチウムイオン二次電池（積層型電池）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池等に用いられる多層の膜電極接合体の製造方法及び積層型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、リチウムイオン二次電池は、正極活物質が正極集電体に塗工された正極板と、負極活物質が負極集電体に塗工された負極板とを、これらの間にセパレータを介装させて積層し、これら正極板、セパレータ及び負極板を積層させた該積層体を電解液と共にケース内に密封するとともに、積層体の正極板と負極板のそれぞれに接続された電極端子をケースから突出させて概略構成されたものであり、前記積層体の製造方法としては、従来より下記特許文献１に開示された方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に記載された積層体の製造方法は、ロール状に巻回された不織布等の電気絶縁性のシートからなるセパレータを、積層ステージ上でつづら折りになるようにジグザグに折り畳むとともに、折り畳むたび毎に正極板及び負極板を該セパレータ上に交互に配置して挟み込むというものである。
また、上記方法により製造された積層体は、電解液と共に可撓性のあるシート状外装体等のケースに封止してリチウムイオン二次電池とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の積層体の製造方法によれば、正極板及び負極板を１枚ずつ保持し積層ステージ上に移動して該ステージ上でセパレータを挟み込みながら積層しているだけで、正極板、負極板及びセパレータが互いに連結しておらず固定されていない。したがって、積層時に正極板、セパレータ及び負極板を正確に位置決めしなければならず、また、正確に位置決めしても、正極板、セパレータ及び負極板が位置ずれして積層不良となることがあり、該積層体の製造効率が悪いという問題があった。
【０００６】
また、正極板及び負極板を保持、移動する機構及びセパレータを移動及び積層するための機構が大掛かりとなるため、装置が大型化して装置のスペース効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
また、前記積層体によりリチウムイオン二次電池を製造する場合には、ケース内に電解液が充填されるため、電解液として用いられる有機溶媒の液漏れに伴う充放電サイクル寿命の低下の可能性があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みて、正極板、電解質膜及び負極板を精度よく位置決めして効率よく積層できるとともに、製造装置をコンパクトにすることができ、また電解液の液漏れが生じ難い多層の膜電極接合体の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、正極板と負極板との間に電解質膜を介装させつつこれら正極板と負極板とを交互に積層して形成される多層の膜電極接合体の製造方法であって、前記正極板及び前記負極板の一の板面又は他の板面のいずれか一方又は双方に電解液を塗工し固体化又はゲル化して電解質膜を形成する工程と、複数の前記正極板を積層するとともに、これら複数の正極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする正極板積層体を形成する工程と、複数の前記負極板を積層するとともに、これら複数の負極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする負極板積層体を形成する工程と、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくった後に、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記正極板上に前記負極板を積層する工程と、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくった後に、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記負極板上に前記正極板を積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする。
本発明では、複数の正極板がその一端部において接合されており、複数の負極板もその一端部において接合されているため、正極板及び負極板の積層時に位置ずれし難い。また、正極板と負極板とを固体又はゲル状の電解質膜を挟みつつ積層するにあたっても、電解質膜は、予め正極板及び負極板の少なくとも一方の片面又は両面に積層固定されているため、積層を重ねても積層された正極板、電解質膜及び負極板が位置ずれし難い。更に、正極板及び負極板がそれぞれ一端部において接合されているため、積層を重ねるに応じて互いに堅固に噛み合って、積層された正極板、電解質膜及び負極板が位置ずれし難い。また更に、積層して接合された正極板積層体の正極板と負極板積層体の負極板とを交互に積層するものであるため、多層の接合体の製造装置をコンパクトにし易い。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、前記電解質膜を形成する工程の後に、前記正極板積層体が形成され又は前記負極板積層体が形成されることを特徴とする。
本発明では、正極板又は負極板に電解質膜を形成した後に、正極板積層体が形成され又は負極板積層体が形成されるため、正負極板積層工程をより一層効率的に行うことができる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、前記正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の前記一端部は、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされていることを特徴とする。
本発明では、正極板又は負極板のいずれか一方又は双方の一端部が、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされているため、接合代間で導通が確保されることにより、抵抗溶接や導電性ペーストによる接着などの容易な溶接方法を採用することができるとともに、一端部同士を確実に接合することができる。
【００１２】
請求項４の発明は、積層型電池に関する発明であって、請求項１から３のいずれか一項に記載の多層の膜電極接合体の製造方法により製造された多層の膜電極接合体を用いて形成されたことを特徴とする。
本発明では、多層の膜電極接合体が位置ずれしにくい製造方法とされているため、積層型電池の積層状態が良好となる。また、固体又はゲル状の電解質膜を用いた多層の膜電極接合体が積層型電池に用いられるため、積層型電池の液漏れが発生しない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る多層の膜電極接合体の製造方法によれば、上記した解決手段によって以下の効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、正極板及び負極板がそれぞれ一端部において接合されているため、正極板と負極板とを固体又はゲル状の電解質膜を挟みつつ積層するにあたって位置ずれし難く、かつ積層を重ねるに応じて互いに堅固に噛み合って、積層された正極板、電解質膜及び負極板が位置ずれし難い。したがって、多層の膜電極接合体を簡便に製造することができるとともに、製造効率が高いという効果を奏する。また、積層して接合された正極板積層体の正極板と負極板積層体の負極板とを交互に積層するものであるため、多層の接合体の製造装置をコンパクトにし易いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は、本発明の一実施形態として示した製造方法を用いて製造された多層の膜電極接合体を示した斜視図である。
【図２】は、本発明の一実施形態として示した製造方法を用いて製造された多層の膜電極接合体の構成部材を示した図であり、（ａ）は正極板の平面図、（ｂ）負極板の平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態として示した多層の膜電極接合体の製造方法の製造工程の一部を示した模式図である。
【図４】は、本発明の一実施形態として示したリチウムイオン電池を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の製造方法により製造された多層の膜電極接合体を示した斜視図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の一実施形態の製造方法の対象となる多層の膜電極接合体１は、電解液が塗工されて固体又はゲル状の電解質膜（本図においては不図示）が形成された複数の正極板２，２・・を積層し、これら複数の正極板２，２・・の一端部を接合した該接合部３から端子用タブ４を突出させた正極板積層体５と、電解液が塗工されて電解質膜（本図においては不図示）が形成された複数の負極板７，７・・を積層し、これら複数の負極板７，７・・の一端部を接合した該接合部８から端子用タブ９を突出させた負極板積層体１０とを交互に積層して形成されたものである。
【００１７】
図２（ａ）に示すように、正極板２は、例えば略長方形に形成されたアルミニウム箔からなる正極集電体１１に、短手方向の一端部１３を残して両面に正極活物質層を形成したものである。短手方向の一端部１３は、正極板２，２・・同士を接合する際の接合代となる部分であり、それ以外は電極塗工部１４となっている。
【００１８】
正極活物質層は、例えば正極活物質と、導電助剤、バインダーとなる結着剤を溶媒に分散させてなる正極用スラリーにより構成されたものであり、正極集電体１１の電極塗工部１４の両面に塗布されている。
【００１９】
正極活物質としては、例えば一般式ＬｉＭｘＯｙ（ただし、Ｍは金属であり、ｘ及びｙは金属Ｍと酸素Ｏの組成比である）で表される金属酸リチウム化合物が用いられている。具体的には、金属酸リチウム化合物としては、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等が用いられている。
導電助剤としてはアセチレンブラック等が用いられ、結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等が用いられている。
【００２０】
図１に示すように、この正極板２は、正極活物質層が形成されていない一端部１３を同方向に向けて複数積層されている。正極板２の一端部１３は、導通が確保され、例えば抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着等の方法によって厚さ方向に接合される接合部３を形成しており、一端部１３以外の端部は正極板２が互いに分離した開放端１５を形成している。
正極板２の端子用タブ４は、正極板２の一端部１３を一体化した接合部３に接合されて外方に突出するように設けられたものであり、例えばアルミニウム等により形成されているが、正極活物質層が形成されていない接合部３を端子用タブ４として兼用させたものであってもよい。
【００２１】
図２（ｂ）に示すように、負極板７は、例えば略長方形に形成された銅（Ｃｕ）からなる負極集電体２０に、短手方向の一端部２１を残して両面に負極活物質層を形成したものである。短手方向の一端部２１は、負極板７，７・・同士を接合する際の接合代となる部分であり、それ以外は電極塗工部２２となっている。
【００２２】
負極活物質層は、例えば炭素粉末や黒鉛粉末等からなる炭素材料と、ポリフッ化ビニリデンのような結着剤とを溶媒に分散させてなる負極用スラリーにより構成されたものであり、負極集電体２０の電極塗工部２２の両面に塗布されている。
【００２３】
図１に示すように、この負極板７は、負極活物質層が形成されていない一端部２１を同方向に向けて複数積層されている。負極板７の前記一端部２１は、導通が確保され、例えば抵抗溶接や超音波溶接、テープによる貼着等の方法によって厚さ方向に接合される接合部８を形成しており、一端部２１以外の端部は負極板７が互いに分離した開放端２３を形成している。
負極板７の端子用タブ９は、一端部２１を一体化した接合部８に、更に接合されて外方に突出するように設けられたものであり、例えばニッケル等により形成されているが、負極活物質層が形成されていない接合部８を端子用タブ９として兼用させたものであってもよい。
【００２４】
電解質膜６は、正極板２及び負極板７の少なくとも一方の板面に電解液を塗工し固体化又はゲル化させたものである。この電解質膜６は、正極板２及び負極板７の両板面に設けられていることがより好ましい。
【００２５】
電解液は、例えば、高分子マトリックス及び非水電解質液（すなわち、非水溶媒及び電解質塩）からなり、ゲル化されて表面に粘着性を生じるものである。又は、電解液は、高分子マトリックス及び非水溶媒からなり、固体電解質となるものである。いずれの電解液であっても、該電解液が正極板２又は負極板７に塗工された際に粘着性を有するものが用いられる。また、電解液は、正極板２又は負極板７の板面から分離しない自立膜を形成するものであることが好ましい。
【００２６】
高分子マトリックスとしては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のアルキレンエーテルをはじめ、ポリエステル、ポリアミン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン等が用いられる。
【００２７】
非水溶媒は、γ−ブチロラクトン等のラクトン化合物；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、メチルエチルカーボネート等の炭酸エステル化合物；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等のカルボン酸エステル化合物；テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル化合物；アセトニトリル等のニトリル化合物；スルホラン等のスルホン化合物、ジメチルホルムアミド等のアミド化合物等、単独または２種類以上を混合して調製される。
【００２８】
また、電解液を固体電解質膜にする場合には、アセトニトリル等のニトリル化合物；テトラヒドロフラン等のエーテル化合物：ジメチルホルムアミド等のアミド系化合物を単独または２種類以上を混合して調製される。
電解質塩としては、特に限定されないが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が使用できる。
【００２９】
次に、多層の膜電極接合体１の本実施形態の製造方法について図２，図３を用いて説明する。この多層の膜電極接合体１の製造方法は、図２に示すように、（Ｉ）正極板２及び負極板７それぞれの一の板面又は他の板面のいずれか又は双方に電解液を塗工し、固体化又はゲル化して電解質膜６を形成する工程と、（ＩＩ）図３（ａ）に示すように、複数の正極板２，２・・を積層するとともに、これら複数の正極板２，２の一端部１３を抵抗溶接等により接合して閉じ、他端部を開放端１５とする正極板積層体５を形成する工程と、（ＩＩＩ）図３（ｂ）に示すように、複数の負極板７，７・・を積層するとともに、これら複数の負極板７，７・・の一端部２１を接合して閉じ、他端部を開放端２３とする負極板積層体１０を形成する工程と、（ＩＶ）図３（ｃ）に示すように、正極板積層体５の一の正極板２をめくった後に、負極板積層体１０の一の負極板７をめくり電解質膜６を介在させた状態で正極板２上に負極板７を積層する工程と、負極板積層体１０の一の負極板７をめくった後に、正極板積層体５の一の正極板２をめくり電解質膜６を介在させた状態で負極板７上に正極板２を積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを備えている。
【００３０】
（Ｉ）電解質膜を形成する工程
正極板２及び負極板７に電解質膜６を形成する工程においては、まず予め正極板２及び負極板７を形成しておく。
正極板２の形成においては、アルミニウム箔等を用いて正極集電体１１とし、該正極集電体１１に図２（ａ）に示すような接合部３と電極塗工部１４とを設定する。そして、電極塗工部１４の両面に正極用スラリーを塗布し、乾燥させて正極集電体１１上に正極活物質層を設けロール状にした正極シートを作製しておく。この正極シートを延出し、所定の寸法で順次切断または打ち抜きし、図２（ａ）に示す正極板２を得る。なお、正極用スラリーの塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
そして、この正極板２の片面又は両面の板面に、電解液を塗布し、冷却して図３（ａ）に示す固体又はゲル状の電解質膜６を形成する。
又は、ゲル状の電解質膜６は、正極シートを作製した時点、すなわち電極塗工部１４の両面に正極用スラリーを塗布し、乾燥させて正極活物質層とした後に同正極シート上に形成しておいてもよく、このように正極シート状にゲル状の電解質膜６を形成しておいたものをロール状にしておき、所定の大きさに切り出して正極板２を作製してもよい。
【００３１】
負極板７の形成においては、銅箔等を用いて、負極集電体２０とし、該負極集電体２０に図２（ｂ）に示すような接合部８と電極塗工部２２とを設定する。そして、電極塗工部２２の両面に負極用スラリーを塗布し、乾燥させて負極集電体２０上に負極活物質層を設けロール状にした負極シートを作製しておく。この負極シートを延出し、所定の寸法で順次切断又は打ち抜きし、図２（ｂ）に示す負極板７を得る。なお、負極用スラリーの塗布後は、必要に応じてプレスを行ってもよい。
そして、この負極板７の片面又は両面の板面に、電解液を塗布し、冷却して図３（ｂ）に示す固体又はゲル状の電解質膜６を形成する。
ゲル状の電解質膜６は、負極シートを作製した時点、すなわち電極塗工部２２の両面に負極用スラリーを塗布し、乾燥させて負極活物質層とした後に同負極シート上に形成しておいてもよく、このように負極シート状にゲル状の電解質膜６を形成しておいたものをロール状にしておき、所定の大きさに切り出して負極板７を作製してもよい。
【００３２】
なお、正極板２及び負極板７は、電解液を塗工する前に、乾燥炉等で十分に水分を飛ばして乾燥し、電解液の塗工を良好に行えるようにしておく。
【００３３】
（ＩＩ）正極板積層体を形成する工程
図３（ａ）に示すように、正極板積層体５を形成するに際しては、上記電解質膜６が板面に形成された正極板２を、接合部３が一方向を向くようにして複数積層し、これら複数の正極板２，２・・の一端部１３，１３・・を抵抗溶接，導電性ペーストによる接着，超音波溶接，導電性の粘着剤を塗布した金属テープ等の導電性テープによる貼着等の方法により接合して正極板積層体５を得る。なお、電解質膜６が正極板２の一方の板面に形成されている場合には、この一方の板面を一方向に向けて正極板２同士の間に電解質膜６が必ず介装されるように積層する。正極板積層体５において一体となるよう接合された接合部３には、例えばアルミニウム等よりなる端子用タブ４を溶接により接合し、正極板２の外方に向けて突出させるか、正極活物質層が形成されていない接合部３を端子用タブ４と兼用させる。
【００３４】
（ＩＩＩ）負極板積層体を形成する工程
負極板積層体１０は、正極板積層体５と略同様の方法で作製される。
すなわち、図３（ｂ）に示すように、上記の電解質膜６が形成された負極板７を、接合部８が一方向を向くようにして複数積層し、これら複数の負極板７，７・・の一端部２１，２１・・を抵抗溶接，導電性ペーストによる接着，超音波溶接，導電性テープによる貼着等の方法により接合して負極板積層体１０を得る。なお、電解質膜６が負極板７の一方の板面に形成されている場合には、この一方の板面を一方向に向けて負極板７同士の間に電解質膜６が必ず介装されるように積層する。負極板積層体１０において、一体となるよう接合された接合部８には、例えばニッケル等よりなる端子用タブ９を溶接により接合し、負極板７の外方に向けて突出させるか、負極活物質層が形成されていない接合部８を端子用タブ９と兼用させる。
この負極板積層体１０の負極板７は、正極板積層体５の正極板２の積層よりも一枚多く積層されている。
【００３５】
（ＩＶ）正負極板積層工程
正負極板積層工程においては、正極板積層体５及び負極板積層体１０のそれぞれの接合部３，８を平行に対向させて、図３（ｃ）に示すように、これら接合部３，８をそれぞれ軸として正極板２，２・・及び負極板７，７・・を反転させる。
そして、負極板積層体１０の負極板７，７・・同士が電解質膜６により融着している場合には、該負極板積層体１０を加熱して電解質膜６を僅かに溶融させ、電解質膜６によって互いに融着した負極板積層体１０の負極板７，７・・同士を分離して負極板積層体１０の最上部に位置する負極板７を捲り反転させて接合部３，８間に配置し、次いで、正極板積層体５の最上部に位置する正極板２をめくって電解質膜６を介装させるようにして正極板２を積層する。この際、上記と同様に、正極板積層体５の正極板２，２・・同士が電解質膜６により融着している場合には、正極板積層体５を加熱して電解質膜６によって互いに融着した正極板２，２・・を分離しておく。
また、正極板２と負極板７とは、それぞれの電極塗工部１４，２２すなわち正極活物質層と負極活物質層同士が互いに対向して重なり合うように積層する。
同様にして、正極板２の電極塗工部１４に電解質膜６を介装させた状態で負極板７を積層する。
【００３６】
このように、正極板２，電解質膜６，負極板７，電解質膜６，正極板２・・と電解質膜６を介装させながら正極板２と負極板７とを交互に積層していくことによって、多層の膜電極接合体１を得る。この場合、負極板積層体１０には、正極板積層体５の正極板２の枚数よりも１枚多く負極板７が積層されているため、多層の膜電極接合体１の最外層に位置する電極板は、負極板７，７となる。
このようにして多層の膜電極接合体１を形成することにより、最外層に正極板２を位置させることにより生じ得るリチウムの樹枝状析出物(デンドライト)の発生を防止してショート等の不具合を引き起こすおそれを回避することができる。なお、左記デンドライトの発生は、多層の膜電極接合体１の最外層に正極板２が位置し、かつ正極板２の外方を向く（すなわち負極板７に対向していない）板面に正極活物質層が形成されている場合であるので、多層の膜電極接合体１の正極板２と負極板７の双方の枚数を調整せず正極板２を最外層に位置させる場合であっても、該最外層に位置する正極板２の外方を向く板面に正極活物質層を形成しないことによっても、デンドライトの発生を防止してショート等の不具合を引き起こすおそれを回避することができる。
上記のようにして多層の膜電極接合体１を作製した場合には、一端部１３が接合されて連結固定された複数の正極板２，２・・と、一端部２１が接合されて連結固定された複数の負極板７，７・・とを用いて積層しているため、積層時に正極板２及び負極板７が位置ずれし難く、また相互に挟み込んだ状態となるため、積層を重ねるにしたがって各正極板２及び負極板７が動き難くなり、交互に積層された正極板２及び負極板７の積層体自身が堅固に位置決めされた状態となる。
【００３７】
上記の方法で得られた多層の膜電極接合体１は、図４に示すように、正極板積層体５の接合部３と負極板積層体１０の接合部８との双方に接続された端子用タブ４，９を外方に突出させた状態で、例えばラミネートフィルム２５等のケースで包装し、外周を封止してリチウムイオン二次電池Ａ等の積層型電池となる。
【００３８】
以上のように、本発明の多層の膜電極接合体１の製造方法によれば、一端部１３が接合されて連結固定された複数の正極板２，２と、一端部２１が接合されて連結固定された複数の負極板７，７・・とを用いて積層するため、正極板２と負極板７の積層過程において位置ずれを生じ難く、積層を精度よく、簡単かつ効率的に行うことができるという効果が得られる。
【００３９】
また、積層を重ねるにしたがって相互に挟み込む状態となるため正極板２及び負極板７が一層動き難くなり、積層された多層の膜電極接合体１が位置ずれし難くなる。したがって、積層状態が良好な多層の膜電極接合体１を効率よく製造することができるという効果が得られる。
【００４０】
また、正極板２、電解質膜６及び負極板７の積層において、正極板２と負極板７との位置決めは、それぞれの接合部３，８を対向させるだけでよく、かつ、正極板２及び負極板７に予め電解質膜６が形成されているため正極板積層体５の正極板２及び負極板積層体１０の負極板７をめくって重ねていくだけのシンプルな方法で積層が行われる。したがって、多層の膜電極接合体１の製造を精度よく簡便にすることができるとともに、製造効率を高めることができるという効果を奏する。
【００４１】
また、正極板積層体５及び負極板積層体１０を形成する工程と、正負極板積層体を形成する工程とを分離して、作業を単純化させることができるため、作業効率を一層高められるという効果が得られる。
【００４２】
また、複雑な位置決め機構及び正極板及び負極板を保持及び移動させる機構が不用となり、多層の膜電極接合体１の製造装置をコンパクトにすることができ、設備のスペース効率を上げることができるという効果が得られる。
【００４３】
また、上記の作用及び効果を奏する多層の膜電極接合体１をリチウムイオン二次電池２６等の積層型電池に適用することにより、積層状態が良好で液漏れせず、かつ製造費用を抑えた好適な積層型電池を製造することができるという効果が得られる。
【００４４】
また更に、上記実施形態においては、正極板積層体５と負極板積層体１０の各接合部３，８を平行にして対向させた位置関係で正極板２と負極板７とを積層しているが、この位置関係に限定されるものではなく、正極板２と負極板７とを積層して電極塗工部１３１４，２２同士を重ね合わせることができるのであれば、例えば直交する方向など、接合部３と接合部８との間で角度を持たせた配置関係にして正極板２と負極板７とを交互に積層してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、ゲル状の電解質膜６は、正負極板積層工程の前に正極板２及び負極板７の板面に形成されているが、この方法に限定されるものではなく、正負極板積層工程において、すなわち正極板積層体５の正極板２と負極板積層体１０の負極板７とを交互に積層する際に、積層された正極板２及び負極板７の上面に電解液を塗布し乾燥させて形成してもよい。かかる方法の場合には、電解液として速やかにゲル化するものを採用するのが望ましい。
【符号の説明】
【００４６】
１ 多層の膜電極接合体
２ 正極板
３ 接合部
５ 正極板積層体
６ 電解質膜
７ 負極板
８ 接合部
１０ 負極板積層体
１３ 一端部（接合代）
１４ 電極塗工部
１５ 開放端
２１ 一端部（接合代）
２２ 電極塗工部
２３ 開放端
Ａ リチウムイオン二次電池（積層型電池）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板との間に電解質膜を介装させつつこれら正極板と負極板とを交互に積層して形成される多層の膜電極接合体の製造方法であって、
前記正極板及び前記負極板の一の板面又は他の板面のいずれか一方又は双方に電解液を塗工し固体化又はゲル化して電解質膜を形成する工程と、
複数の前記正極板を積層するとともに、これら複数の正極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする正極板積層体を形成する工程と、
複数の前記負極板を積層するとともに、これら複数の負極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする負極板積層体を形成する工程と、
前記正極板積層体の一の前記正極板をめくった後に、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記正極板上に前記負極板を積層する工程と、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくった後に、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記負極板上に前記正極板を積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする多層の膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、
前記電解質膜を形成する工程の後に、前記正極板積層体が形成され又は前記負極板積層体が形成されることを特徴とする多層の膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、
前記正極板又は負極板のいずれか又は双方の前記一端部は、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされていることを特徴とする多層の膜電極接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の多層の膜電極接合体の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする積層型電池。
【請求項１】
正極板と負極板との間に電解質膜を介装させつつこれら正極板と負極板とを交互に積層して形成される多層の膜電極接合体の製造方法であって、
前記正極板及び前記負極板の一の板面又は他の板面のいずれか一方又は双方に電解液を塗工し固体化又はゲル化して電解質膜を形成する工程と、
複数の前記正極板を積層するとともに、これら複数の正極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする正極板積層体を形成する工程と、
複数の前記負極板を積層するとともに、これら複数の負極板の一端部を接合して閉じ、他端部を開放端とする負極板積層体を形成する工程と、
前記正極板積層体の一の前記正極板をめくった後に、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記正極板上に前記負極板を積層する工程と、前記負極板積層体の一の前記負極板をめくった後に、前記正極板積層体の一の前記正極板をめくり電解質膜を介在させた状態で前記負極板上に前記正極板を積層する工程とを交互に行う正負極板積層工程とを有することを特徴とする多層の膜電極接合体の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、
前記電解質膜を形成する工程の後に、前記正極板積層体が形成され又は前記負極板積層体が形成されることを特徴とする多層の膜電極接合体の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の多層の膜電極接合体の製造方法であって、
前記正極板又は負極板のいずれか又は双方の前記一端部は、正極活物質層又は負極活物質層が形成されていない接合代とされていることを特徴とする多層の膜電極接合体の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の多層の膜電極接合体の製造方法を用いて製造されたことを特徴とする積層型電池。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１９０５６７（Ｐ２０１２−１９０５６７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０８８１（Ｐ２０１１−５０８８１）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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