巻回型電池およびその製造方法
【課題】 電池の体積効率を向上でき、かつ製造コストを削減できる巻回型電池を提供する。
【解決手段】 巻回型電池１０は、集電体の両面に正極活物質層が形成された帯状の正極１と集電体の両面に負極活物質層が形成された帯状の負極５とがセパレータ３を介して、内周側のセパレータ３の一端と正極１の一端とがほぼ同じ位置から巻回されてなる。すなわち、電極よりも延出された不要なセパレータが巻回された部分が存在しない、従来よりも簡素化された構造をとる。
【解決手段】 巻回型電池１０は、集電体の両面に正極活物質層が形成された帯状の正極１と集電体の両面に負極活物質層が形成された帯状の負極５とがセパレータ３を介して、内周側のセパレータ３の一端と正極１の一端とがほぼ同じ位置から巻回されてなる。すなわち、電極よりも延出された不要なセパレータが巻回された部分が存在しない、従来よりも簡素化された構造をとる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、正極と負極とがセパレータを介して巻回されてなる巻回型電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機器や携帯型ゲーム機器などの電子機器は、小型化、高性能化が進んでおり、これに伴い電源として用いられる電池の高エネルギー密度化、高容量化が求められている。リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、特に有望である。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、円筒形、角型など用途に合わせて種々の形状を作製することが可能であり、いずれも帯状に形成された正極部材と、負極部材及びセパレータとを交互に重ね合わせた積層電極体を巻芯に巻き付ける、いわゆる巻回方式によって作製される。
【０００４】
図９は、従来の巻回型電池の構造を表した模式図である。図９に示すように、巻回型電池１１０は、集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる帯状の正極１０１と、集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる帯状の負極１０５とが、セパレータ１０３を介して多数回数巻回されてなる。正極１０１の両面には、ゲル電解質層１０２が形成されている。負極１０５の両面には、ゲル電解質層１０４が形成されている。正極１０１の一端には、正極タブ１０６が接合され、負極１０５の一端には、負極タブ１０７が接合される。
【０００５】
図９において、参照符号１０８ａ〜１０８ｆは、絶縁性を備えた被覆剤（以下、保護テープと適宜称する）である。電池の内部ショートの発生を低減するため、正極１０１の端部に接合された正極タブ１０６を被覆する保護テープ１０８ａが貼着され、対向する部分の負極１０５を覆うように保護テープ１０８ｂ、保護テープ１０８ｆが貼着される。また、負極１０５の端部のゲル電解質層１０４から露出する部分を被覆する保護テープ１０８ｃが貼着され、対向する部分の正極１０１を覆うように保護テープ１０８ｄ、保護テープ１０８ｅが貼着される。
【０００６】
図１０は、従来の巻回型電池の正極および負極を引き延ばした状態の一部拡大断面図である。図１０に示すように、負極１１１は、負極集電体１１５の両面に負極活物質層１１４が積層されてなる。内部ショートの発生を防止するため、負極１１１と正極１１２とを分け隔てるためのセパレータ１１３を備える。
【０００７】
図１０に示すように、正極１１２は、正極集電体１１６の両面に正極活物質層１１７が積層されてなる。正極集電体１１６の一端には、正極タブ１１９が例えばスポット溶接などにより接合されて、設けられる。正極タブ１１９は、厚みを有し、特に内部ショート発生の要因となるおそれがあるので、保護テープ１２０によって被覆される。
【０００８】
図１１は、従来の巻回型電池の製造方法を説明するための図である。図１１に示すように、この巻回装置は、原反Ｒ１２１と、原反Ｒ１２１から導出される正極１２１、セパレータＳ１２１、負極１２２およびセパレータＳ１２２とから構成される。原反Ｒ１２１には、正極１２１、セパレータＳ１２１、負極１２２、セパレータＳ１２２がそれぞれ巻き取られている。ゲル電解質電池の場合は、例えば、予めゲル電解質が塗布された正極および負極を巻き取ったものが使用される。
【０００９】
巻回型電池１１０は、原反Ｒ１２１から導出されるセパレータＳ１２１およびセパレータＳ１２２を例えば巻き芯１２３に予め巻き付け、正極１２１と負極１２２とを入れて、その後巻芯１２３で所定回数巻回することにより、作製される。下記の特許文献１には、従来の巻回型電池の製造方法が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−３２１２２０号公報
【００１１】
予め巻き芯１２３に巻き付けたセパレータＳ１２１およびセパレータＳ１２２は、図１０において、ＬａおよびＬｂで示される。ＬａおよびＬｂは、負極活物質層１１４より延出された部分であり、セパレータとして機能する必要のない部分である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来の巻回型電池は、不要なセパレータが存在していたため、電池の体積効率を下げていた。また、セパレータは、非常に高価なものであり、従来は、このように不要なセパレータ部分ＬａおよびＬｂが配置される構造であったので、電池の製造コストが高くなっていた。
【００１３】
したがって、この発明の目的は、電池の体積効率を向上でき、かつ製造コストを削減できる巻回型電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、この発明は、
帯状集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極と、
帯状集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる負極と、
正極と負極との間に介在された電解質およびセパレータとを備え、
正極と負極とがセパレータを介して巻回されてなる巻回型電池であって、
巻回型電池の内周側のセパレータの一端と正極の一端とが、またはセパレータの一端と負極の一端とがほぼ同じ位置から巻回されてなることを特徴とする巻回型電池である。
【００１５】
この発明は、
正極および負極の両面にゲル電解質層を形成し、
正極および負極の少なくとも一方のゲル電解質層上にセパレータを載置し、巻回することを特徴とする巻回型電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、巻回型電池の内周側のセパレータの一端と正極の一端とが、またはセパレータの一端と負極の一端とが、ほぼ同じ位置から巻回されてなることを特徴とする巻回型電池であるので、電池の体積効率を向上でき、かつ製造コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、この発明の一実施形態の巻回型電池を模式的に表した斜視図である。この巻回型電池は、電解質がゲル電解質の巻回型電池を表している。図１に示すように、巻回型電池１０は、負極４１と正極４２とがセパレータ４３を介して積層され、巻回されている。
【００１９】
巻回型電池１０は、絶縁材料からなる外装フィルムにより覆われて密閉されている。負極４１および正極４２の両面には、ゲル電解質層４６が形成されている。正極４２の両面のゲル電解質層４６上には、セパレータ４３が載置され重ね着けられている。タブ４５は、帯状の負極４１および正極４２のそれぞれの一端部に接合されている。
【００２０】
タブ４５の接合は、例えばスポット溶接により行う。タブ４５の接合は、巻回後に限定されるものでなく、巻回前に行ってもよい。タブ４５は、図示を略した外装フィルムの周縁部である封口部に挟み込まれる。また、タブ４５が外装フィルムと接する部分には、樹脂フィルムが配されている。
【００２１】
図２は、この発明の一実施形態の巻回型電池の構造を表した模式図である。図２に示すように、巻回型電池１０は、内周側のセパレータ３の一端と正極１の一端とがほぼ同じ位置となるように、正極１と負極５とがセパレータ３を介して多数回数巻回されてなる。なお、内周側のセパレータ３の一端と正極１の一端とがほぼ同じ位置にあるとは、内周側のセパレータ３の一端が正極活物質層の一端から正極の一端との間に位置することをいう。
【００２２】
正極１は、例えば、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の両面に形成された正極活物質層とからなる。正極集電体の両面に設けられた正極活物質層の長さはそれぞれ異なる。具体的には、体積効率の向上のため、正極１の最外周には、正極活物質層が設けられず、正極集電体の片面が露出している部分（以下、片面露出部と称する）を有するのに対して、正極１の内周には、正極活物質層が両面に設けられている。正極活物質層上には、ゲル電解質層２が形成される。また、正極１の内周側および外周側の端部には、正極活物質層に覆われず正極集電体が露出した部分（以下、正極集電体露出部と称する）が設けられている。
【００２３】
内周側の正極集電体露出部には、正極タブ６が溶接されている。そして、この正極タブ６を覆うように、内周側の正極集電体露出部の一端が保護テープ８ａで被覆されている。このように保護テープ８ａを設けることで、正極１と負極５との接触を避け、内部ショートの発生を防止できる。
【００２４】
正極の両側に配されるセパレータ３は、第１および第２のセパレータとからなり、正極集電体の両面に設けられた、それぞれの長さが異なる正極活物質層の長さに応じて規定され、第１のセパレータと第２のセパレータとの長さは異なる。具体的には、例えば、正極集電体の両面に設けられた正極活物質層の長さとほぼ同じに選定されている。ここで、２枚のセパレータのうち、巻回型電池１０の中心から近い方を第１のセパレータ、中心から遠い方を第２のセパレータと称する。このように、２枚のセパレータを用いて、それぞれの長さを正極活物質層の長さに応じて異なるように選択することで、セパレータの使用量を必要最小限に抑えることができる。第１のセパレータは、正極１の最外周における片面露出部に対向しており、第２のセパレータより長い。
【００２５】
負極５は、例えば、帯状の形状を有する負極集電体と、この負極集電体の両面に形成された負極活物質層とからなる。負極集電体の両面に設けられた負極活物質層の長さはそれぞれ異なる。負極活物質層上には、ゲル電解質層４が形成される。また、負極５の内周側および外周側の端部には、負極活物質層に覆われず負極集電体が露出した部分（以下、負極集電体露出部と称する）が設けられている。負極５は、正極１より更に内側から巻回されている。
【００２６】
また、内周側の負極集電体露出部には、負極タブ７が溶接されている。そして、内周側の負極集電体露出部には、内周側の正極集電体露出部の一端および正極タブ６に対向する位置に保護テープ８ｂおよび８ｆを有する。
【００２７】
巻回型電池１０は、電極よりも延出されたセパレータの先行巻きされた部分が存在せず、従来より簡素化した構造を有する。この結果、電池の体積効率を向上できる。
【００２８】
（正極）
図３は、この発明の一実施形態の正極の一部拡大断面図である。図３に示すように、正極２４は、例えば正極活物質層２７がアルミニウム箔等の金属泊である正極集電体２８の両面に形成されている。
【００２９】
正極活物質層２７上には、ゲル電解質層２６が形成されており、このゲル電解質層２６上にセパレータ２５が載置され重ね着けられている。
【００３０】
正極集電体２８の一端部には、正極タブ２９が溶接されている。正極タブ２９は、保護テープ３０によって被覆されている。保護テープ３０で正極タブ２９を覆うことによって、内部ショートの発生を抑制でき、歩留まりを向上できる。
【００３１】
図３に示すように、セパレータ２５は、正極活物質層２７上に形成されたゲル電解質層２６にのみ載置され重ね着けられているのが好ましい。ゲル電解質層２６は、正極活物質層２７上にのみ重なっているので、セパレータ２５を必要最小限に抑えることができ、この結果、製造コストを削減でき、且つ電池の体積効率を向上し、電池容量を増大できる。
【００３２】
セパレータ２５は、ゲル電解質層２６上に載置されると電解液を吸収してゲル電解質層２６に貼り付くので、セパレータ２５をゲル電解質層２６に、容易に重ね着けることができる。また、ゲル電解質層２６にセパレータ２５が重ね着けられることにより、巻きずれなく巻回できる。
【００３３】
正極活物質層２７は、十分な量のＬｉを含むものが望ましい。例えば、一般式ＬｉＭXＯY（ただしＭはＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｖ，Ｔｉの少なくとも１種を表す。）で表される、リチウムと遷移金属からなる複合金属酸化物やＬｉを含んだ層間化合物等を好適に用いることができる。
【００３４】
（負極）
図４は、この発明の一実施形態の負極の一部拡大断面図である。図４に示すように、負極２１は、負極活物質層２３が負極集電体２２の両面に積層されている。負極活物質層２３上には、ゲル電解質層が形成されている。負極集電体２２としては、例えば、銅箔などの金属箔を用いる。
【００３５】
負極活物質層２３としては、対リチウム金属２．０Ｖ以下の電位で電気化学的にリチウムをドープ・脱ドープする材料であれば、何れの材料でも用いることができる。例えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等）、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等の炭素質材料を用いる。
【００３６】
また、リチウムと合金を形成可能な金属およびその合金も用いることができる。例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の比較的電位が卑な電位でリチウムをドープ脱ドープする酸化物やその他窒化物なども同様に用いることができる。
【００３７】
（セパレータ）
セパレータ２５としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系微多孔膜を用いる。
【００３８】
（電解質）
ゲル電解質層２６は、電解質が非水溶媒に溶解された非水電解液がマトリックスポリマにてゲル化されてなる。
【００３９】
非水電解液としては、有機溶媒（非水溶媒）に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水電解液は、有機溶媒と電解質とを適宜組み合わせて調整される。有機溶媒としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも用いることができる。例示するならば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−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−ジオキソラン、４メチル１，３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等である。
【００４０】
マトリックスポリマとしては、非水電解液を吸収してゲル化するものであれば、種々の高分子を用いることができる。例えば、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、また、ポリ（アクリルニトリル）等を使用できる。マトリックスポリマとしては、特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが望ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性を付与する。
【００４１】
電解質塩としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも用いることができる。例示するならば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6，ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＣＨ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2等が挙げられる。
【００４２】
固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。無機固体電解質は、窒化リチウム、ヨウ化リチウムが挙げられる。高分子固体電解質は、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物からなる。高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系などを単独または分子中に共重合若しくは混合して用いることができる。
【００４３】
この一実施形態では、電解質としてゲル電解質を備える巻回型電池について説明するが、この発明は、この一実施形態に限定されるものではない。例えば、電解質として電解液を備える巻回型電池にもこの発明を適用可能である。
【００４４】
図５は、液系電池の正極の一部拡大断面図である。図５に示すように、正極２４は、ゲル電解質層２６を有していない。正極活物質層２７は、正極集電体２８の両面に積層されている。正極活物質層２７上には、セパレータ２５が重ね着けられている。正極集電体２８の一端部には、正極タブ２９が溶接されている。
【００４５】
正極活物質層２７上にセパレータ２５を重ね着ける方法としては、例えば、電解液等により、セパレータ２５を予め湿らしておいて、正極活物質層２７上に載置して重ね着ける方法、または、接着剤により、正極活物質上層２７にセパレータを重ね着ける方法
が挙げられる。接着剤としては、例えば公知の接着剤を用いることができる。
【００４６】
図５に示す正極２４において、正極活物質層２７のみを覆うように、セパレータ２５が重ね着けられるので、正極２４よりも延出されたセパレータの先行巻きされた部分が存在せず、巻回型電池１０は、従来より簡素化した構造を有し、電池の体積効率を向上できる。
【００４７】
図６は、液系電池の負極の一部拡大断面図である。図６に示すように、この発明による負極２１は、負極活物質層２３が負極集電体２２の両面に形成されている。負極集電体２２の一端部には、負極タブ３１が溶接されている。
【００４８】
（作製方法）
図７は、この発明の一実施形態の巻回型電池の製造方法の一例を説明するための図である。図７に示すように、例えば、この巻回装置は、負極４１が導出される原反Ｒ１と、正極４２が導出される原反Ｒ１と、巻芯４４とを備える。
【００４９】
ゲル電解質電池においては、例えば、予め塗布することにより、ゲル電解質層４６が両面に形成された電極が原反Ｒ１に巻回される。塗布の方法としては、公知の方法を用いることができる。ゲル電解質層４６には、セパレータ４３が載置される。セパレータ４３がゲル電解質層４６に載置されると、セパレータ４３は、湿った状態となり、ゲル電解質層４６に容易に重ね着けることができる。
【００５０】
ゲル電解質４６の塗布およびセパレータ４３の重ね着けは、原反Ｒ１を形成する前に限定されず、原反Ｒ１を形成する後に行ってもよい。原反Ｒ１から導出する負極４１と、正極４２とが、巻芯４４に巻き付けられて、その後、所定回数巻回されることにより、巻回型電池が作製される。
【００５１】
図７に示す巻回型電池の製造方法は、セパレータ４３を予め電極に重ね着けて巻回するので、従来４つ必要であった原反Ｒ１を２つに削減できる。したがって、巻回装置の構成をより簡略にすることができる。
【００５２】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図８は、この発明の他の実施形態の巻回型電池１０の構造を表した模式図である。この発明の他の実地形態の巻回型電池１０では、図８に示すように、セパレータ３は、正極１の一端をその両面側から覆うように正極１の近傍位置から巻回されている。参照符号１１の示す部分は、上述の一実施形態のセパレータに比して延長されている部分を示す。これ以外の巻回型電池１０の構成は、上述の一実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
この発明の他の実施形態の巻回型電池１０では、正極１の一端と正極タブ６とを、保護テープ８とセパレータ３により保護するので、巻回型電池１０に対して繰り返し圧力が加えられた場合にも、内部ショートの発生をより抑制できる。したがって、上述の一実施形態よりも耐久性を更に向上できるという利点を得ることができる。
【００５４】
また、内周側のセパレータ３を延長して正極タブ６上に重ねた構造となすことにより、巻き始めに、セパレータ３と正極１とを同時にチャックでき、この結果、巻回型電池１０の製造が容易なものとなる。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例によりこの発明を説明する。具体的に化合物名や数値等を例示して説明しているが、この発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００５６】
＜実施例１＞
まず、以下のように、負極を作製した。フィラーとなる石炭系コークス１００重量部に、バインダーとなるコールタール系ピッチ３０重量部加え、約１００℃で混合した。その後、プレスにて圧縮成型し、炭素成型体の前駆体を得た。次に、この前駆体を１０００℃以下で熱処理して得た炭素材料成型体に、さらに２００℃以下で溶融させたバインダーピッチを含浸し、１０００℃以下で熱処理するという、ピッチ含浸／焼成工程を数回繰り返した。そして、この炭素成型体を不活性雰囲気で２８００℃にて熱処理し、黒鉛化成型体を得た後、粉砕分級し試料粉末を作製した。
【００５７】
ここで、得られた黒鉛材料についてＸ線回折測定を行った。その結果、（００２）面の面間隔は、０．３３７ｎｍであり、（００２）面のｃ軸結晶子厚みは、５０．０ｎｍであった。ピクノメータ法による真密度は２．２３であり、ＢＥＴ法による比表面積が１．６ｍ2／ｇ、レーザ回折法による粒度分布は平均粒径が３３．０μｍ、累積１０％粒径が１３．３μｍ、累積５０％粒径が３０．６μｍ、累積９０％粒径が５５．７μｍ、黒鉛粒子の破壊強度の平均値が７．１ｋｇｆ／ｍｍ2、嵩密度が０．９８ｇ／ｃｍ3であった。
【００５８】
そして、上記混合試料粉末９０重量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、溶剤となるＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリー（ペースト状）にした。
【００５９】
負極集電体には、厚さ１０μｍの帯状の銅箔を用い、負極合剤スラリーをこの集電体の両面に塗布、乾燥させた後、一定圧力で圧縮成型して８００ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに切り出して帯状負極を作製した。
【００６０】
負極タブは、直径５０μｍの銅線又はニッケル線を７５μｍ間隔で編んだ金属網を裁断して作製した。この負極タブを負極集電体未塗布部にスポット溶接することにより、外部接続用の端子とした。
【００６１】
正極は、以下に述べるように作製した。まず、正極活物質を作製した。炭酸リチウム０．５モルと、炭酸コバルト１モルとを混合し、この混合物を、空気中、温度８８０℃で５時間焼成した。得られた材料についてＸ線回折測定を行った結果、ＪＣＰＤＳファイルに登録されたＬｉＣｏＯ2のピークとほぼ一致していた。
【００６２】
このＬｉＣｏＯ2を粉砕し、平均粒径８μｍの粉末とした。そして、このＬｉＣｏＯ2粉末９５重量部と、炭酸リチウム粉末５重量部とを混合し、この混合物９１重量部と、導電剤として鱗片状黒鉛６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー（ペースト状）にした。
【００６３】
正極集電体として、厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔を用い、上記正極合剤スラリーをこの集電体の両面に均一に塗布、乾燥させた後、一定圧力で圧縮成型して６４０ｍｍ×１１８ｍｍの大きさに切り出して帯状正極を作製した。
【００６４】
正極タブは、直径５０μｍのアルミニウム線を７５μｍ間隔で編んだ金属網を裁断して作製した。この正極タブを負極集電体未塗布部にスポット溶接することにより、外部接続用の端子とした。
【００６５】
電解質には、ＰＶｄＦ系ゲル電解質を用いた。まず、フッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが７重量％の割合で共重合された、分子量が重量平均分子量で７０万のポリマ（Ａ）と３１万のポリマ（Ｂ）とを、Ａ：Ｂ＝９：１の重量比で混合したマトリックスポリマを作製した。そして、マトリックスポリマと非水電解液とポリマの溶剤であるジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とをそれぞれ重量比１：４：８の割合で混合したものを７０℃にて攪拌し溶解させゾル状の電解質とした。
【００６６】
電解液には、非水溶媒として、ＥＣ（エチレンカーボネート）：ＰＣ（プロピレンカーボネート）とを重量比で６０：４０となるように混合し、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を用い、０．８ｍｏｌ／ｋｇとなるように調製した。
【００６７】
次に、このゾル状の電解質をバーコーターを用いて塗布し、７０度の恒温槽で溶剤を揮発させて、正極及び負極の面上にゲル電解質層を形成した。そして、形成されたゲル電解質層上にセパレータを貼り付け、セパレータがゲル電解質層部分のみ重ねられた構造とした。その後、この正極と負極とを積層し、平たく巻回して、扁平型の巻回型電池素子を作製し、この電池素子をラミネートフィルムに減圧封入することにより、厚さ３．８ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのゲル電解質電池（実施例１）を作製した。
【００６８】
＜実施例２＞
内周部のセパレータを負極タブ上に重ねた構造とした以外は、実施例１と同様の手法により、厚さ３．８ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのゲル電解質電池（実施例２）を作製した。
【００６９】
＜比較例１＞
実施例１と同様の手法により、正極、負極、セパレータを作製し、負極、正極、セパレータを巻回する際に、まず金属製の巻き芯に、セパレータを１．５周分巻き芯として、負極を挿入し、半周した後正極を挿入し、所定回数巻回して、巻回型電池素子を作製し、実施例１と同様にこの電池素子をラミネートフィルムに減圧封入することにより、厚さ３．８ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのゲル電解質電池（比較例１）を作製した。
【００７０】
＜評価＞
実施例１、実施例２および比較例１の電池容量と実施例１、実施例２の比較例１に対する内周セパレータの削減枚数および厚みの削減を測定した後、測定結果をまとめた表を作成した。下記の表１は、実施例１、実施例２および比較例１の内周セパレータの削減枚数、厚みの削減、電池容量を表している。
【００７１】
【表１】
【００７２】
実施例１は、表１に示すように、比較例１と比べて内周セパレータが１０枚分削減されていた。実施例１は、１枚２０μｍのセパレータを使用しており、厚みを２００μｍ薄くできた。また、実施例１の電池容量は８６０ｍＡｈであった。
【００７３】
以上より、実施例１は、比較例１と比べて厚み２００μｍに相当する量の活物質を充填でき、その結果、比較例１の電池容量８００ｍＡｈより６０ｍＡｈ増量できることがわかった。
【００７４】
実施例２は、表１に示すように、実施例１と異なりタブ上にもセパレータが重なっており、比較例１と比べて内周セパレータが８枚分削減されていた。実施例２は、１枚２０μｍのセパレータを使用しており、厚みを１６０μｍ削減できた。また、実施例２の電池容量は、８５３ｍＡｈであった。
【００７５】
以上より、実施例２は、比較例１と比べて厚み１６０μｍに相当する量の活物質を充填でき、その結果、比較例１の電池容量８００ｍＡｈより５３ｍＡｈ増量できることがわかった。
【００７６】
また、実施例２は、タブ上のセパレータの重なり部分が増加しており、増加分セパレータが必要となるので、電池容量の増量は、実施例１より若干少なくなることがわかった。しかしながら、実施例２は、巻き始めにセパレータと正極を同時にチャックできるので、製造しやすいというメリットがあることがわかった。
【００７７】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、正極だけではなく、セパレータを予め負極に重ね付けることもできる。また、この発明の適用できる電池の構造は、扁平型に限定されず、円筒形、角型とこの発明の範囲内で、あらゆる構造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の巻回型電池を模式的に表した斜視図である。
【図２】この発明の巻回型電池の構造を表した模式図である。
【図３】この発明の正極の一部拡大断面図である。
【図４】この発明の負極の一部拡大断面図である。
【図５】この発明の正極の他の例の一部拡大断面図である。
【図６】この発明の負極の他の例の一部拡大断面図である。
【図７】この発明の巻回型電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図８】この発明の巻回型電池の他の例の構造を表した模式図である。
【図９】従来の巻回型電池の構造を表した模式図である。
【図１０】従来の正極および負極の一部拡大断面図である。
【図１１】従来の巻回型電池の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、２４、４２・・・正極
２、４、２６、４６・・・ゲル電解質層
３、２５、４３・・・セパレータ
５、２１、４１・・・負極
６、２９・・・正極タブ
７、３１・・・負極タブ
８、３０・・・保護テープ
１０・・・巻回型電池
２２・・・負極集電体
２３・・・負極活物質層
２７・・・正極活物質層
２８・・・正極集電体
４４・・・巻芯
４５・・・タブ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、正極と負極とがセパレータを介して巻回されてなる巻回型電池およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機器や携帯型ゲーム機器などの電子機器は、小型化、高性能化が進んでおり、これに伴い電源として用いられる電池の高エネルギー密度化、高容量化が求められている。リチウムイオン二次電池は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、特に有望である。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、円筒形、角型など用途に合わせて種々の形状を作製することが可能であり、いずれも帯状に形成された正極部材と、負極部材及びセパレータとを交互に重ね合わせた積層電極体を巻芯に巻き付ける、いわゆる巻回方式によって作製される。
【０００４】
図９は、従来の巻回型電池の構造を表した模式図である。図９に示すように、巻回型電池１１０は、集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる帯状の正極１０１と、集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる帯状の負極１０５とが、セパレータ１０３を介して多数回数巻回されてなる。正極１０１の両面には、ゲル電解質層１０２が形成されている。負極１０５の両面には、ゲル電解質層１０４が形成されている。正極１０１の一端には、正極タブ１０６が接合され、負極１０５の一端には、負極タブ１０７が接合される。
【０００５】
図９において、参照符号１０８ａ〜１０８ｆは、絶縁性を備えた被覆剤（以下、保護テープと適宜称する）である。電池の内部ショートの発生を低減するため、正極１０１の端部に接合された正極タブ１０６を被覆する保護テープ１０８ａが貼着され、対向する部分の負極１０５を覆うように保護テープ１０８ｂ、保護テープ１０８ｆが貼着される。また、負極１０５の端部のゲル電解質層１０４から露出する部分を被覆する保護テープ１０８ｃが貼着され、対向する部分の正極１０１を覆うように保護テープ１０８ｄ、保護テープ１０８ｅが貼着される。
【０００６】
図１０は、従来の巻回型電池の正極および負極を引き延ばした状態の一部拡大断面図である。図１０に示すように、負極１１１は、負極集電体１１５の両面に負極活物質層１１４が積層されてなる。内部ショートの発生を防止するため、負極１１１と正極１１２とを分け隔てるためのセパレータ１１３を備える。
【０００７】
図１０に示すように、正極１１２は、正極集電体１１６の両面に正極活物質層１１７が積層されてなる。正極集電体１１６の一端には、正極タブ１１９が例えばスポット溶接などにより接合されて、設けられる。正極タブ１１９は、厚みを有し、特に内部ショート発生の要因となるおそれがあるので、保護テープ１２０によって被覆される。
【０００８】
図１１は、従来の巻回型電池の製造方法を説明するための図である。図１１に示すように、この巻回装置は、原反Ｒ１２１と、原反Ｒ１２１から導出される正極１２１、セパレータＳ１２１、負極１２２およびセパレータＳ１２２とから構成される。原反Ｒ１２１には、正極１２１、セパレータＳ１２１、負極１２２、セパレータＳ１２２がそれぞれ巻き取られている。ゲル電解質電池の場合は、例えば、予めゲル電解質が塗布された正極および負極を巻き取ったものが使用される。
【０００９】
巻回型電池１１０は、原反Ｒ１２１から導出されるセパレータＳ１２１およびセパレータＳ１２２を例えば巻き芯１２３に予め巻き付け、正極１２１と負極１２２とを入れて、その後巻芯１２３で所定回数巻回することにより、作製される。下記の特許文献１には、従来の巻回型電池の製造方法が記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平１０−３２１２２０号公報
【００１１】
予め巻き芯１２３に巻き付けたセパレータＳ１２１およびセパレータＳ１２２は、図１０において、ＬａおよびＬｂで示される。ＬａおよびＬｂは、負極活物質層１１４より延出された部分であり、セパレータとして機能する必要のない部分である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来の巻回型電池は、不要なセパレータが存在していたため、電池の体積効率を下げていた。また、セパレータは、非常に高価なものであり、従来は、このように不要なセパレータ部分ＬａおよびＬｂが配置される構造であったので、電池の製造コストが高くなっていた。
【００１３】
したがって、この発明の目的は、電池の体積効率を向上でき、かつ製造コストを削減できる巻回型電池およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、この発明は、
帯状集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極と、
帯状集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる負極と、
正極と負極との間に介在された電解質およびセパレータとを備え、
正極と負極とがセパレータを介して巻回されてなる巻回型電池であって、
巻回型電池の内周側のセパレータの一端と正極の一端とが、またはセパレータの一端と負極の一端とがほぼ同じ位置から巻回されてなることを特徴とする巻回型電池である。
【００１５】
この発明は、
正極および負極の両面にゲル電解質層を形成し、
正極および負極の少なくとも一方のゲル電解質層上にセパレータを載置し、巻回することを特徴とする巻回型電池の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、巻回型電池の内周側のセパレータの一端と正極の一端とが、またはセパレータの一端と負極の一端とが、ほぼ同じ位置から巻回されてなることを特徴とする巻回型電池であるので、電池の体積効率を向上でき、かつ製造コストを削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、この発明の一実施形態の巻回型電池を模式的に表した斜視図である。この巻回型電池は、電解質がゲル電解質の巻回型電池を表している。図１に示すように、巻回型電池１０は、負極４１と正極４２とがセパレータ４３を介して積層され、巻回されている。
【００１９】
巻回型電池１０は、絶縁材料からなる外装フィルムにより覆われて密閉されている。負極４１および正極４２の両面には、ゲル電解質層４６が形成されている。正極４２の両面のゲル電解質層４６上には、セパレータ４３が載置され重ね着けられている。タブ４５は、帯状の負極４１および正極４２のそれぞれの一端部に接合されている。
【００２０】
タブ４５の接合は、例えばスポット溶接により行う。タブ４５の接合は、巻回後に限定されるものでなく、巻回前に行ってもよい。タブ４５は、図示を略した外装フィルムの周縁部である封口部に挟み込まれる。また、タブ４５が外装フィルムと接する部分には、樹脂フィルムが配されている。
【００２１】
図２は、この発明の一実施形態の巻回型電池の構造を表した模式図である。図２に示すように、巻回型電池１０は、内周側のセパレータ３の一端と正極１の一端とがほぼ同じ位置となるように、正極１と負極５とがセパレータ３を介して多数回数巻回されてなる。なお、内周側のセパレータ３の一端と正極１の一端とがほぼ同じ位置にあるとは、内周側のセパレータ３の一端が正極活物質層の一端から正極の一端との間に位置することをいう。
【００２２】
正極１は、例えば、帯状の形状を有する正極集電体と、この正極集電体の両面に形成された正極活物質層とからなる。正極集電体の両面に設けられた正極活物質層の長さはそれぞれ異なる。具体的には、体積効率の向上のため、正極１の最外周には、正極活物質層が設けられず、正極集電体の片面が露出している部分（以下、片面露出部と称する）を有するのに対して、正極１の内周には、正極活物質層が両面に設けられている。正極活物質層上には、ゲル電解質層２が形成される。また、正極１の内周側および外周側の端部には、正極活物質層に覆われず正極集電体が露出した部分（以下、正極集電体露出部と称する）が設けられている。
【００２３】
内周側の正極集電体露出部には、正極タブ６が溶接されている。そして、この正極タブ６を覆うように、内周側の正極集電体露出部の一端が保護テープ８ａで被覆されている。このように保護テープ８ａを設けることで、正極１と負極５との接触を避け、内部ショートの発生を防止できる。
【００２４】
正極の両側に配されるセパレータ３は、第１および第２のセパレータとからなり、正極集電体の両面に設けられた、それぞれの長さが異なる正極活物質層の長さに応じて規定され、第１のセパレータと第２のセパレータとの長さは異なる。具体的には、例えば、正極集電体の両面に設けられた正極活物質層の長さとほぼ同じに選定されている。ここで、２枚のセパレータのうち、巻回型電池１０の中心から近い方を第１のセパレータ、中心から遠い方を第２のセパレータと称する。このように、２枚のセパレータを用いて、それぞれの長さを正極活物質層の長さに応じて異なるように選択することで、セパレータの使用量を必要最小限に抑えることができる。第１のセパレータは、正極１の最外周における片面露出部に対向しており、第２のセパレータより長い。
【００２５】
負極５は、例えば、帯状の形状を有する負極集電体と、この負極集電体の両面に形成された負極活物質層とからなる。負極集電体の両面に設けられた負極活物質層の長さはそれぞれ異なる。負極活物質層上には、ゲル電解質層４が形成される。また、負極５の内周側および外周側の端部には、負極活物質層に覆われず負極集電体が露出した部分（以下、負極集電体露出部と称する）が設けられている。負極５は、正極１より更に内側から巻回されている。
【００２６】
また、内周側の負極集電体露出部には、負極タブ７が溶接されている。そして、内周側の負極集電体露出部には、内周側の正極集電体露出部の一端および正極タブ６に対向する位置に保護テープ８ｂおよび８ｆを有する。
【００２７】
巻回型電池１０は、電極よりも延出されたセパレータの先行巻きされた部分が存在せず、従来より簡素化した構造を有する。この結果、電池の体積効率を向上できる。
【００２８】
（正極）
図３は、この発明の一実施形態の正極の一部拡大断面図である。図３に示すように、正極２４は、例えば正極活物質層２７がアルミニウム箔等の金属泊である正極集電体２８の両面に形成されている。
【００２９】
正極活物質層２７上には、ゲル電解質層２６が形成されており、このゲル電解質層２６上にセパレータ２５が載置され重ね着けられている。
【００３０】
正極集電体２８の一端部には、正極タブ２９が溶接されている。正極タブ２９は、保護テープ３０によって被覆されている。保護テープ３０で正極タブ２９を覆うことによって、内部ショートの発生を抑制でき、歩留まりを向上できる。
【００３１】
図３に示すように、セパレータ２５は、正極活物質層２７上に形成されたゲル電解質層２６にのみ載置され重ね着けられているのが好ましい。ゲル電解質層２６は、正極活物質層２７上にのみ重なっているので、セパレータ２５を必要最小限に抑えることができ、この結果、製造コストを削減でき、且つ電池の体積効率を向上し、電池容量を増大できる。
【００３２】
セパレータ２５は、ゲル電解質層２６上に載置されると電解液を吸収してゲル電解質層２６に貼り付くので、セパレータ２５をゲル電解質層２６に、容易に重ね着けることができる。また、ゲル電解質層２６にセパレータ２５が重ね着けられることにより、巻きずれなく巻回できる。
【００３３】
正極活物質層２７は、十分な量のＬｉを含むものが望ましい。例えば、一般式ＬｉＭXＯY（ただしＭはＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｖ，Ｔｉの少なくとも１種を表す。）で表される、リチウムと遷移金属からなる複合金属酸化物やＬｉを含んだ層間化合物等を好適に用いることができる。
【００３４】
（負極）
図４は、この発明の一実施形態の負極の一部拡大断面図である。図４に示すように、負極２１は、負極活物質層２３が負極集電体２２の両面に積層されている。負極活物質層２３上には、ゲル電解質層が形成されている。負極集電体２２としては、例えば、銅箔などの金属箔を用いる。
【００３５】
負極活物質層２３としては、対リチウム金属２．０Ｖ以下の電位で電気化学的にリチウムをドープ・脱ドープする材料であれば、何れの材料でも用いることができる。例えば、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等）、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック類等の炭素質材料を用いる。
【００３６】
また、リチウムと合金を形成可能な金属およびその合金も用いることができる。例えば、酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等の比較的電位が卑な電位でリチウムをドープ脱ドープする酸化物やその他窒化物なども同様に用いることができる。
【００３７】
（セパレータ）
セパレータ２５としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系微多孔膜を用いる。
【００３８】
（電解質）
ゲル電解質層２６は、電解質が非水溶媒に溶解された非水電解液がマトリックスポリマにてゲル化されてなる。
【００３９】
非水電解液としては、有機溶媒（非水溶媒）に電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることができる。非水電解液は、有機溶媒と電解質とを適宜組み合わせて調整される。有機溶媒としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも用いることができる。例示するならば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−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−ジオキソラン、４メチル１，３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等である。
【００４０】
マトリックスポリマとしては、非水電解液を吸収してゲル化するものであれば、種々の高分子を用いることができる。例えば、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、また、ポリ（アクリルニトリル）等を使用できる。マトリックスポリマとしては、特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を用いることが望ましい。電解質塩を含有させることによりイオン導電性を付与する。
【００４１】
電解質塩としては、この種の電池に用いられるものであればいずれも用いることができる。例示するならば、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6，ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＬｉＣＨ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2等が挙げられる。
【００４２】
固体電解質としては、リチウムイオン導電性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電解質いずれも用いることができる。無機固体電解質は、窒化リチウム、ヨウ化リチウムが挙げられる。高分子固体電解質は、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物からなる。高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系などを単独または分子中に共重合若しくは混合して用いることができる。
【００４３】
この一実施形態では、電解質としてゲル電解質を備える巻回型電池について説明するが、この発明は、この一実施形態に限定されるものではない。例えば、電解質として電解液を備える巻回型電池にもこの発明を適用可能である。
【００４４】
図５は、液系電池の正極の一部拡大断面図である。図５に示すように、正極２４は、ゲル電解質層２６を有していない。正極活物質層２７は、正極集電体２８の両面に積層されている。正極活物質層２７上には、セパレータ２５が重ね着けられている。正極集電体２８の一端部には、正極タブ２９が溶接されている。
【００４５】
正極活物質層２７上にセパレータ２５を重ね着ける方法としては、例えば、電解液等により、セパレータ２５を予め湿らしておいて、正極活物質層２７上に載置して重ね着ける方法、または、接着剤により、正極活物質上層２７にセパレータを重ね着ける方法
が挙げられる。接着剤としては、例えば公知の接着剤を用いることができる。
【００４６】
図５に示す正極２４において、正極活物質層２７のみを覆うように、セパレータ２５が重ね着けられるので、正極２４よりも延出されたセパレータの先行巻きされた部分が存在せず、巻回型電池１０は、従来より簡素化した構造を有し、電池の体積効率を向上できる。
【００４７】
図６は、液系電池の負極の一部拡大断面図である。図６に示すように、この発明による負極２１は、負極活物質層２３が負極集電体２２の両面に形成されている。負極集電体２２の一端部には、負極タブ３１が溶接されている。
【００４８】
（作製方法）
図７は、この発明の一実施形態の巻回型電池の製造方法の一例を説明するための図である。図７に示すように、例えば、この巻回装置は、負極４１が導出される原反Ｒ１と、正極４２が導出される原反Ｒ１と、巻芯４４とを備える。
【００４９】
ゲル電解質電池においては、例えば、予め塗布することにより、ゲル電解質層４６が両面に形成された電極が原反Ｒ１に巻回される。塗布の方法としては、公知の方法を用いることができる。ゲル電解質層４６には、セパレータ４３が載置される。セパレータ４３がゲル電解質層４６に載置されると、セパレータ４３は、湿った状態となり、ゲル電解質層４６に容易に重ね着けることができる。
【００５０】
ゲル電解質４６の塗布およびセパレータ４３の重ね着けは、原反Ｒ１を形成する前に限定されず、原反Ｒ１を形成する後に行ってもよい。原反Ｒ１から導出する負極４１と、正極４２とが、巻芯４４に巻き付けられて、その後、所定回数巻回されることにより、巻回型電池が作製される。
【００５１】
図７に示す巻回型電池の製造方法は、セパレータ４３を予め電極に重ね着けて巻回するので、従来４つ必要であった原反Ｒ１を２つに削減できる。したがって、巻回装置の構成をより簡略にすることができる。
【００５２】
次に、この発明の他の実施形態について説明する。図８は、この発明の他の実施形態の巻回型電池１０の構造を表した模式図である。この発明の他の実地形態の巻回型電池１０では、図８に示すように、セパレータ３は、正極１の一端をその両面側から覆うように正極１の近傍位置から巻回されている。参照符号１１の示す部分は、上述の一実施形態のセパレータに比して延長されている部分を示す。これ以外の巻回型電池１０の構成は、上述の一実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
この発明の他の実施形態の巻回型電池１０では、正極１の一端と正極タブ６とを、保護テープ８とセパレータ３により保護するので、巻回型電池１０に対して繰り返し圧力が加えられた場合にも、内部ショートの発生をより抑制できる。したがって、上述の一実施形態よりも耐久性を更に向上できるという利点を得ることができる。
【００５４】
また、内周側のセパレータ３を延長して正極タブ６上に重ねた構造となすことにより、巻き始めに、セパレータ３と正極１とを同時にチャックでき、この結果、巻回型電池１０の製造が容易なものとなる。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例によりこの発明を説明する。具体的に化合物名や数値等を例示して説明しているが、この発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
【００５６】
＜実施例１＞
まず、以下のように、負極を作製した。フィラーとなる石炭系コークス１００重量部に、バインダーとなるコールタール系ピッチ３０重量部加え、約１００℃で混合した。その後、プレスにて圧縮成型し、炭素成型体の前駆体を得た。次に、この前駆体を１０００℃以下で熱処理して得た炭素材料成型体に、さらに２００℃以下で溶融させたバインダーピッチを含浸し、１０００℃以下で熱処理するという、ピッチ含浸／焼成工程を数回繰り返した。そして、この炭素成型体を不活性雰囲気で２８００℃にて熱処理し、黒鉛化成型体を得た後、粉砕分級し試料粉末を作製した。
【００５７】
ここで、得られた黒鉛材料についてＸ線回折測定を行った。その結果、（００２）面の面間隔は、０．３３７ｎｍであり、（００２）面のｃ軸結晶子厚みは、５０．０ｎｍであった。ピクノメータ法による真密度は２．２３であり、ＢＥＴ法による比表面積が１．６ｍ2／ｇ、レーザ回折法による粒度分布は平均粒径が３３．０μｍ、累積１０％粒径が１３．３μｍ、累積５０％粒径が３０．６μｍ、累積９０％粒径が５５．７μｍ、黒鉛粒子の破壊強度の平均値が７．１ｋｇｆ／ｍｍ2、嵩密度が０．９８ｇ／ｃｍ3であった。
【００５８】
そして、上記混合試料粉末９０重量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、溶剤となるＮ−メチルピロリドンに分散させてスラリー（ペースト状）にした。
【００５９】
負極集電体には、厚さ１０μｍの帯状の銅箔を用い、負極合剤スラリーをこの集電体の両面に塗布、乾燥させた後、一定圧力で圧縮成型して８００ｍｍ×１２０ｍｍの大きさに切り出して帯状負極を作製した。
【００６０】
負極タブは、直径５０μｍの銅線又はニッケル線を７５μｍ間隔で編んだ金属網を裁断して作製した。この負極タブを負極集電体未塗布部にスポット溶接することにより、外部接続用の端子とした。
【００６１】
正極は、以下に述べるように作製した。まず、正極活物質を作製した。炭酸リチウム０．５モルと、炭酸コバルト１モルとを混合し、この混合物を、空気中、温度８８０℃で５時間焼成した。得られた材料についてＸ線回折測定を行った結果、ＪＣＰＤＳファイルに登録されたＬｉＣｏＯ2のピークとほぼ一致していた。
【００６２】
このＬｉＣｏＯ2を粉砕し、平均粒径８μｍの粉末とした。そして、このＬｉＣｏＯ2粉末９５重量部と、炭酸リチウム粉末５重量部とを混合し、この混合物９１重量部と、導電剤として鱗片状黒鉛６重量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量部とを混合して正極合剤を調製し、Ｎ−メチルピロリドンに分散させてスラリー（ペースト状）にした。
【００６３】
正極集電体として、厚さ２０μｍの帯状のアルミニウム箔を用い、上記正極合剤スラリーをこの集電体の両面に均一に塗布、乾燥させた後、一定圧力で圧縮成型して６４０ｍｍ×１１８ｍｍの大きさに切り出して帯状正極を作製した。
【００６４】
正極タブは、直径５０μｍのアルミニウム線を７５μｍ間隔で編んだ金属網を裁断して作製した。この正極タブを負極集電体未塗布部にスポット溶接することにより、外部接続用の端子とした。
【００６５】
電解質には、ＰＶｄＦ系ゲル電解質を用いた。まず、フッ化ビニリデンにヘキサフルオロプロピレンが７重量％の割合で共重合された、分子量が重量平均分子量で７０万のポリマ（Ａ）と３１万のポリマ（Ｂ）とを、Ａ：Ｂ＝９：１の重量比で混合したマトリックスポリマを作製した。そして、マトリックスポリマと非水電解液とポリマの溶剤であるジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とをそれぞれ重量比１：４：８の割合で混合したものを７０℃にて攪拌し溶解させゾル状の電解質とした。
【００６６】
電解液には、非水溶媒として、ＥＣ（エチレンカーボネート）：ＰＣ（プロピレンカーボネート）とを重量比で６０：４０となるように混合し、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）を用い、０．８ｍｏｌ／ｋｇとなるように調製した。
【００６７】
次に、このゾル状の電解質をバーコーターを用いて塗布し、７０度の恒温槽で溶剤を揮発させて、正極及び負極の面上にゲル電解質層を形成した。そして、形成されたゲル電解質層上にセパレータを貼り付け、セパレータがゲル電解質層部分のみ重ねられた構造とした。その後、この正極と負極とを積層し、平たく巻回して、扁平型の巻回型電池素子を作製し、この電池素子をラミネートフィルムに減圧封入することにより、厚さ３．８ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのゲル電解質電池（実施例１）を作製した。
【００６８】
＜実施例２＞
内周部のセパレータを負極タブ上に重ねた構造とした以外は、実施例１と同様の手法により、厚さ３．８ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのゲル電解質電池（実施例２）を作製した。
【００６９】
＜比較例１＞
実施例１と同様の手法により、正極、負極、セパレータを作製し、負極、正極、セパレータを巻回する際に、まず金属製の巻き芯に、セパレータを１．５周分巻き芯として、負極を挿入し、半周した後正極を挿入し、所定回数巻回して、巻回型電池素子を作製し、実施例１と同様にこの電池素子をラミネートフィルムに減圧封入することにより、厚さ３．８ｍｍ、幅３５ｍｍ、高さ６２ｍｍのゲル電解質電池（比較例１）を作製した。
【００７０】
＜評価＞
実施例１、実施例２および比較例１の電池容量と実施例１、実施例２の比較例１に対する内周セパレータの削減枚数および厚みの削減を測定した後、測定結果をまとめた表を作成した。下記の表１は、実施例１、実施例２および比較例１の内周セパレータの削減枚数、厚みの削減、電池容量を表している。
【００７１】
【表１】
【００７２】
実施例１は、表１に示すように、比較例１と比べて内周セパレータが１０枚分削減されていた。実施例１は、１枚２０μｍのセパレータを使用しており、厚みを２００μｍ薄くできた。また、実施例１の電池容量は８６０ｍＡｈであった。
【００７３】
以上より、実施例１は、比較例１と比べて厚み２００μｍに相当する量の活物質を充填でき、その結果、比較例１の電池容量８００ｍＡｈより６０ｍＡｈ増量できることがわかった。
【００７４】
実施例２は、表１に示すように、実施例１と異なりタブ上にもセパレータが重なっており、比較例１と比べて内周セパレータが８枚分削減されていた。実施例２は、１枚２０μｍのセパレータを使用しており、厚みを１６０μｍ削減できた。また、実施例２の電池容量は、８５３ｍＡｈであった。
【００７５】
以上より、実施例２は、比較例１と比べて厚み１６０μｍに相当する量の活物質を充填でき、その結果、比較例１の電池容量８００ｍＡｈより５３ｍＡｈ増量できることがわかった。
【００７６】
また、実施例２は、タブ上のセパレータの重なり部分が増加しており、増加分セパレータが必要となるので、電池容量の増量は、実施例１より若干少なくなることがわかった。しかしながら、実施例２は、巻き始めにセパレータと正極を同時にチャックできるので、製造しやすいというメリットがあることがわかった。
【００７７】
この発明は、上述したこの発明の実施形態に限定されるものでは無く、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、正極だけではなく、セパレータを予め負極に重ね付けることもできる。また、この発明の適用できる電池の構造は、扁平型に限定されず、円筒形、角型とこの発明の範囲内で、あらゆる構造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の巻回型電池を模式的に表した斜視図である。
【図２】この発明の巻回型電池の構造を表した模式図である。
【図３】この発明の正極の一部拡大断面図である。
【図４】この発明の負極の一部拡大断面図である。
【図５】この発明の正極の他の例の一部拡大断面図である。
【図６】この発明の負極の他の例の一部拡大断面図である。
【図７】この発明の巻回型電池の製造方法の一例を説明するための図である。
【図８】この発明の巻回型電池の他の例の構造を表した模式図である。
【図９】従来の巻回型電池の構造を表した模式図である。
【図１０】従来の正極および負極の一部拡大断面図である。
【図１１】従来の巻回型電池の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、２４、４２・・・正極
２、４、２６、４６・・・ゲル電解質層
３、２５、４３・・・セパレータ
５、２１、４１・・・負極
６、２９・・・正極タブ
７、３１・・・負極タブ
８、３０・・・保護テープ
１０・・・巻回型電池
２２・・・負極集電体
２３・・・負極活物質層
２７・・・正極活物質層
２８・・・正極集電体
４４・・・巻芯
４５・・・タブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極と、
帯状集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる負極と、
上記正極と上記負極との間に介在された電解質およびセパレータとを備え、
上記正極と上記負極とが上記セパレータを介して巻回されてなる巻回型電池であって、
上記巻回型電池の内周側の上記セパレータの一端と上記正極の一端とが、または上記セパレータの一端と上記負極の一端とが、ほぼ同じ位置から巻回されてなることを特徴とする巻回型電池。
【請求項２】
請求項１において、
上記セパレータは、第１および第２のセパレータからなり、
上記正極および上記負極のうち最外周側となる電極は、当該電極の両面に形成された活物質層の長さが異なり、
上記電極の両面に形成された活物質層の長さに応じて、第１および第２のセパレータの長さが異なるように選択されていることを特徴とする巻回型電池。
【請求項３】
請求項１において、
上記正極活物質および上記負極活物質は、リチウムイオンをドープ・脱ドープし得る活物質であることを特徴とする巻回型電池。
【請求項４】
正極および負極の両面にゲル電解質層を形成し、
上記正極および上記負極の少なくとも一方の上記ゲル電解質層上にセパレータを載置し、巻回することを特徴とする巻回型電池の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
上記正極および上記負極は、帯状集電体の両面に活物質が積層されてなり、
上記活物質は、リチウムイオンをドープ・脱ドープし得る活物質であることを特徴とする巻回型電池の製造方法。
【請求項１】
帯状集電体の両面に正極活物質層が形成されてなる正極と、
帯状集電体の両面に負極活物質層が形成されてなる負極と、
上記正極と上記負極との間に介在された電解質およびセパレータとを備え、
上記正極と上記負極とが上記セパレータを介して巻回されてなる巻回型電池であって、
上記巻回型電池の内周側の上記セパレータの一端と上記正極の一端とが、または上記セパレータの一端と上記負極の一端とが、ほぼ同じ位置から巻回されてなることを特徴とする巻回型電池。
【請求項２】
請求項１において、
上記セパレータは、第１および第２のセパレータからなり、
上記正極および上記負極のうち最外周側となる電極は、当該電極の両面に形成された活物質層の長さが異なり、
上記電極の両面に形成された活物質層の長さに応じて、第１および第２のセパレータの長さが異なるように選択されていることを特徴とする巻回型電池。
【請求項３】
請求項１において、
上記正極活物質および上記負極活物質は、リチウムイオンをドープ・脱ドープし得る活物質であることを特徴とする巻回型電池。
【請求項４】
正極および負極の両面にゲル電解質層を形成し、
上記正極および上記負極の少なくとも一方の上記ゲル電解質層上にセパレータを載置し、巻回することを特徴とする巻回型電池の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
上記正極および上記負極は、帯状集電体の両面に活物質が積層されてなり、
上記活物質は、リチウムイオンをドープ・脱ドープし得る活物質であることを特徴とする巻回型電池の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２６０９０４（Ｐ２００６−２６０９０４Ａ）
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７５４９２（Ｐ２００５−７５４９２）
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２８日（２００６．９．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１６日（２００５．３．１６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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