蓄電デバイスとその製造方法
【課題】電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスにおいて、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを効果的に防止するとともに、外包部材の外観不良を防止することが可能な蓄電デバイスとその製造方法を提供する。
【解決手段】正極集電体と負極集電体１２１の端部と正極接続端子３０と負極接続端子４０とが重なる領域において、正極集電体および負極集電体１２１の端部と正極接続端子３０および負極接続端子４０とが接続された接続領域１２１ａと、接続されていない非接続領域１２１ｂとが形成されている。接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０が形成されている。
【解決手段】正極集電体と負極集電体１２１の端部と正極接続端子３０と負極接続端子４０とが重なる領域において、正極集電体および負極集電体１２１の端部と正極接続端子３０および負極接続端子４０とが接続された接続領域１２１ａと、接続されていない非接続領域１２１ｂとが形成されている。接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には蓄電デバイスとその製造方法に関し、特定的には、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、有機ラジカル電池、全固体電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電要素を、可撓性を有する外包部材を用いて収容する蓄電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、たとえば、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスに関しては、多様な用途の拡大に伴って、軽量化、薄型化等の要求が高まっている。
【０００３】
そこで、軽量化、薄型化に優れたリチウムイオン二次電池として、可撓性のラミネートフィルム（積層シートともいう）を用いて蓄電要素を収容したリチウムイオン二次電池が従来から用いられている。ラミネートフィルムは、蓄電要素に面する内側面に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層と、リチウムイオン二次電池の外表面に位置付けられ、合成樹脂からなる外面層と、内面層と外面層との間に配置される中間層から構成される。内面層は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなる。中間層は、たとえば、アルミニウム箔等の可撓性と強度に優れた金属層からなる。外面層は、たとえば、ナイロン、ポリアミド等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂からなる。蓄電要素は、セパレータを介して正極板と負極板とを巻回または交互に積層されてなる。
【０００４】
一方、このようなラミネートフィルムを用いたリチウムイオン二次電池の電池特性においても、高入出力特性、高エネルギー密度、高サイクル特性等が求められている。そこで、蓄電要素として、セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体を用いることで、高入出力特性、高エネルギー密度、高サイクル特性等を満足させることが検討されている。しかしながら、電極積層体は長尺状の電極板を用いる電極巻回体と異なり、複数の短冊状の正極板および負極板を用いるため、製造工程において長尺状の正極板および負極板を個々の短冊状にカットする必要がある。このとき、正極板の正極集電体の端部および負極板の負極集電体の端部にバリや突起などが形成されてしまうと、ラミネートフィルムの内面層が損傷し、集電体の端部とラミネートの金属層とが接触して短絡してしまう恐れがある。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するために、たとえば、特開２０００−５８０１１号公報（以下、特許文献１という）では、扁平型電池において、外部端子箔（正極または負極接続端子）と集電体の端子接続部を熱硬化性樹脂で被覆し、結線部分と外包部材の短絡と、外装ケース（外包部材）の封止信頼性の劣化を抑制することが提案されている。
【０００６】
また、特許第４０６５９１５号公報（以下、特許文献２という）では、リチウム二次電池において、グリッド（電極の集電体）とタブ部材（正極または負極接続端子）の溶接部を絶縁テープで被覆することにより、溶接部またはタブ部材によって包装材（外包部材）が損傷することによって短絡する現象を防止することが提案されている。
【０００７】
さらに、特開２００５−１４９９３８号公報（以下、特許文献３という）では、フィルム外装電池において、正極タブ（正極接続端子）および負極タブ（負極接続端子）の端部のカエリ除去を行うことなく、カエリによる不具合を防止するために、正極集電部および負極集電部と正極タブおよび負極タブとの接合部分に、正極タブおよび負極タブのカエリを被覆するように保護テープが貼り付けられたものが提案されている。
【０００８】
さらに、特開２００２−１７５７９０号公報（以下、特許文献４という）では、扁平電池において、正極板の集電体と正極リード（正極接続端子）、負極板の集電体と負極リード（負極接続端子）、および、これらの接続部を、電解液に不溶性の接着性樹脂で被覆することによって、正極板と負極板とがセパレータを介して絶縁された電極群と、外装ケース（外包部材）とを一体化することが提案されている。また、特許文献４では、外装ケースのシール部と、シール部を臨む電極群の端面とに取り囲まれた空間部に、電解液に不溶性の接着性樹脂を充填し、各リードを接着性樹脂にて被覆することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−５８０１１号公報
【特許文献２】特許第４０６５９１５号公報
【特許文献３】特開２００５−１４９９３８号公報
【特許文献４】特開２００２−１７５７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜３では、正極または負極接続端子と集電体の接続部を樹脂またはテープで被覆する方法が提案されている。しかし、その接続部には段差があるので、凹凸のある接続部を含む集電体の端部全体を樹脂またはテープで被覆しても、段差を小さくすることが困難であるという問題がある。その結果、外包部材の外観形状にも段差が反映されるので、外観不良を生じさせるという問題がある。
【００１１】
特許文献４では、各集電体、各リード、および、これらの接続部を、電解液に不溶性の接着性樹脂で被覆する方法が提案されている。この方法では、各集電体、各リード、および、これらの接続部を予め接着性樹脂で被覆した後、電極群を外装ケースに収納し、外装ケースの開口部より電解液を注入した後に、開口部を熱溶着する。しかし、この方法では、その接続部には段差があるので、凹凸のある接続部を含む集電体の端部全体を樹脂またはテープで被覆しても、段差を小さくすることが困難であるという問題がある。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスにおいて、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを効果的に防止するとともに、外包部材の外観不良を防止することが可能な蓄電デバイスとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に従った蓄電デバイスは、セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、この電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、複数の正極板の正極集電体および複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備える。正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とが形成されている。接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層が形成されている。
【００１４】
この発明の蓄電デバイスにおいては、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層が形成されているので、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを被覆層によって効果的に防止することができる。これにより、接続部が平坦化されるので、接続部が外包部材の金属層に接触することによる短絡を防止することができる。また、接続部に生じる段差を小さくすることにより、外包部材の外観形状に反映される段差を小さくすることができるので、外包部材の外観不良を防止することができる（防止機能）。
【００１５】
また、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部全体を被覆するように被覆層を形成しないで、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部、特に凹部のみを充填するように被覆層が形成されている場合、凹部のみが被覆層によって被覆され、集電体端部の角部（外包部材の封着部に対応する領域）が被覆層によって被覆されないので、被覆層の材料が外包部材の封止性能を低下させる恐れがなくなる。したがって、外包部材の封止性能を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層を形成することができる。
【００１６】
本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が、接続領域と非接続領域とを覆い、上記の外包部材と当接する上面が平坦になるように形成されていてもよい。この場合、接続領域と非接続領域により形成された凹凸を被覆層により平坦化できるので、シール性が向上し、外観不良を防止できる。
【００１７】
また、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が導電性を有していてもよい。
【００１８】
この場合、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように導電層が形成されているので、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を導電層によって小さくすることにより、集電体と正極もしくは負極接続端子との電気的な接触抵抗を低減することができる。また、接続領域に生じたバリ等が表面に突出しないように導電層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材の金属層との短絡を防止することができる。
【００１９】
あるいは、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が絶縁性を有していてもよい。
【００２０】
この場合、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように絶縁層が形成されているので、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を絶縁層によって小さくすることにより、接続部が平坦化される。これにより、接続部が外包部材の金属層に接触することによる短絡をより効果的に防止することができる。また、接続領域に生じたバリ等が表面に突出しないように絶縁層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材の金属層との短絡を防止することができる。
【００２１】
さらに、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層がテープ材を含むことが好ましい。
【００２２】
このように構成することにより、テープ材を貼り付けることによって、被覆層を容易に形成することができる。したがって、生産性を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層を形成することができる。
【００２３】
あるいは、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が樹脂を含むことが好ましく、熱可塑性樹脂を含むことがより好ましい。
【００２４】
このように構成することにより、外包部材の内面層が溶融しない程度での温度で熱可塑性を示す樹脂を被覆層の材料に用いると、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部のみを覆うように熱可塑性樹脂を間欠的に塗布することによって被覆層を形成することができる。
【００２５】
この発明に従った蓄電デバイスの製造方法は、以下の前提となる構成を有する蓄電デバイスに適用される。
【００２６】
その蓄電デバイスは、セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、この電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、複数の正極板の正極集電体および複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備える。正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とが形成されている。
【００２７】
本発明の蓄電デバイスの製造方法では、上記の前提となる構成を有する蓄電デバイスにおいて、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層を形成する。
【００２８】
本発明の蓄電デバイスの製造方法においては、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部全体を被覆するように被覆層を形成しないで、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部、特に凹部のみを充填するように被覆層が形成されている場合、凹部のみが被覆層によって被覆され、集電体端部の角部（外包部材の封着部に対応する領域）が被覆層によって被覆されないので、被覆層の材料が外包部材の封止性能を低下させる恐れがなくなる。したがって、外包部材の封止性能を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスにおいて、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを効果的に防止するとともに、外包部材の外観不良を防止することが可能になり、接続部が平坦化されるので、接続部が外包部材の金属層に接触することによる短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるラミネート型リチウムイオン二次電池の一例を示す概略的な平面図である。
【図２】封止前のラミネート型リチウムイオン二次電池において図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。
【図３】封止前のラミネート型リチウムイオン二次電池において図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。
【図４】本発明の蓄電デバイスのもう一つの実施の形態において図３の一部を示す部分断面図である。
【図５】本発明の蓄電デバイスの別の実施の形態において図３の一部を示す部分断面図である。
【図６】本発明の蓄電デバイスのさらに別の実施の形態において図３の一部を示す部分断面図である。
【図７】本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池の内部において、電極積層体のもう一つの実施の形態として、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に平行な方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、この発明の一つの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１に示すように、ラミネート型リチウムイオン二次電池１００は、電極積層体１０と、矩形状を有し、電極積層体１０を収容して封止する上下二枚の可撓性の外包部材２０と、電極積層体１０に電気的に接続されるとともに外包部材２０の外周縁部から互いに対向する方向に導出された正極接続端子３０および負極接続端子４０とから構成される。なお、外包部材２０の四方の外周縁部には熱溶着（ヒートシール）によって封着部２１が形成されている。
【００３３】
図２に示すように、電極積層体１０は、複数の正極板１１と、複数の負極板１２と、各々が複数の正極板１１の各々と複数の負極板１２の各々との間に介在するように配置された複数のセパレータ１３と、図示しない非水電解液とを含む。複数の正極板１１の各々と複数の負極板１２の各々が複数のセパレータ１３の各々を間に介在して交互に積層されている。複数の負極板１２は複数の負極集電体１２１を介して負極接続端子４０に接続されている。複数の負極集電体１２１の端部が負極接続端子４０に超音波溶着によって接続されている。図示されていないが、同様にして、複数の正極板１１も複数の正極集電体を介して正極接続端子３０（図１）に、たとえば、超音波溶着によって接続されている。このようにして、ラミネート型リチウムイオン二次電池１００は、セパレータ１３を介在して正極板１１と負極板１２とを重ね合わせることにより形成された電極積層体１０と、電極積層体１０を収容する可撓性の外包部材２０と、電極積層体１０から延在した正極集電体および負極集電体１２１のそれぞれの端部に、たとえば、超音波溶着によって接続された正極接続端子３０および負極接続端子４０とを備える。
【００３４】
外包部材２０は、電極積層体１０に面する内面側に位置づけられ、合成樹脂からなる内面層と、ラミネート型リチウムイオン二次電池１００の外表面に位置づけられ、合成樹脂からなる外面層と、内面層と外面層との間に配置される、金属層とから構成される単一のフィルム、すなわち、三層構造のラミネートフィルムで形成されている（図２、図３では三層構造は省略している）。内面層は、一例として、ヒートシール可能な熱可塑性樹脂であるポリプロピレンからなり、厚みが３０〜１２０μｍである。金属層は、一例として、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなり、厚みが３０〜５０μｍである。外面層は、一例として、ナイロン（登録商標）からなり、厚みが２０〜４０μｍである。このように構成された外包部材２０は、容易に変形しやすい材料であり、可撓性を有する。なお、ラミネートフィルムは、少なくとも内面層とその外側に配置される金属層とを有するものであればよく、必要に応じて外面層を設ければよい。また、必要に応じて層間にウレタン樹脂等の接着層や他の合成樹脂層を設けてもよい。図１に示すように、外包部材２０は、たとえば、２枚のラミネートフィルムの外周縁部を重ね合わせて熱溶着することによって、封着部２１が四方の外周縁部に形成される。なお、１枚のラミネートフィルムを二つ折りして折り曲げた辺以外の三方を熱溶着してもよい。
【００３５】
図３と図４に示すように、複数の負極集電体１２１の端部が負極接続端子４０に重なる領域が形成されている。重なる領域において、複数の負極集電体１２１の端部が負極接続端子４０に超音波溶着によって接続された接続領域１２１ａと、負極接続端子４０に接続されていない非接続領域１２１ｂとが形成されている。図示されていないが、同様にして、複数の正極集電体の端部が正極接続端子３０（図１）に重なる領域が形成されている。図示されていないが、同様にして、重なる領域において、複数の正極集電体の端部が正極接続端子３０（図１）に超音波溶着によって接続された接続領域と、正極接続端子３０に接続されていない非接続領域とが形成されている。接続領域１２１ａは、非接続領域１２１ｂを間に挟んで複数箇所、配置されている（図３では接続領域１２１ａが３箇所、非接続領域１２１ｂが４箇所）。なお、接続領域１２１ａは抵抗溶接やレーザー溶接で形成されてもよく、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって少なくとも凹凸が形成される接続手段を用いて、例えば、リベットでかしめるなどの機械的接続手段を用いて、接続領域１２１ａが形成されればよい。
【００３６】
図２と図３に示すように、外包部材２０の封止前においては、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０が形成されている。この実施形態では、図３に示すように、被覆層５０が、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとを覆うように形成されている。図示されていないが、正極集電体の端部においても同様に被覆層５０が形成されている。
【００３７】
封着されていない外周縁部に形成された開口部を通じて外包部材２０の内部に電解液を注入した後、開口部が真空シールされて、その外周縁部が熱溶着により封着されると、図２の二点鎖線で示すように、外包部材２０が被覆層５０を覆うように形成される。図示されていないが、正極集電体の端部においても同様に外包部材２０が被覆層５０を覆うように形成される。
【００３８】
以上のように構成された本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００においては、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０が形成されているので、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材２０に接触することによって外包部材２０が損傷することを被覆層５０によって効果的に防止することができる。これにより、接続部が平坦化されるので、接続部が外包部材２０の金属層に接触することによる短絡を防止することができる。また、接続部に生じる段差を小さくすることにより、外包部材２０の外観形状に反映される段差を小さくすることができるので、外包部材２０の外観不良を防止することができる（防止機能）。なお、後述するが、図５に示される導電性の被覆層５１も上記の防止機能を有する。
【００３９】
また、図４に示すように、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部全体を被覆するように被覆層を形成しないで、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部、特に凹部である接続領域１２１ａのみを充填するように被覆層５０が形成されている場合、超音波溶着部のみが被覆層５０によって被覆され、集電体端部の角部（外包部材２０の封着部２１に対応する領域）が被覆層５０によって被覆されないので、被覆層５０の材料が外包部材２０の封止性能を低下させる恐れがなくなる、したがって、外包部材２０の封止性能を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層５０を形成することができる。なお、後述するが、図６に示される導電性の被覆層５１によっても上記の作用効果を達成することができる。
【００４０】
図３と図４に示すように、被覆層５０が絶縁性を有している場合、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように絶縁層が形成されているので、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との接続部に生じる段差を絶縁層によって小さくすることにより、接続部が平坦化される。これにより、接続部が外包部材２０の金属層に接触することによる短絡をより効果的に防止することができる。また、超音波溶着によって接続領域１２１ａに生じたバリ等が表面に突出しないように絶縁層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材２０の金属層との短絡を防止することができる。
【００４１】
また、本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００において、図５と図６に示すように被覆層５１が導電性を有している場合、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように導電層が形成されているので、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との接続部に生じる段差を導電層によって小さくすることにより、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との電気的な接触抵抗を低減することができる。また、超音波溶着によって接続領域１２１ａに生じたバリ等が表面に突出しないように導電層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材２０の金属層との短絡を防止することができる。
【００４２】
また、図３と図５に示すように、被覆層５０、５１が接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとを覆い、外包部材２０と当接する上面が平坦になるように形成されていてもよい。この場合、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂにより形成された凹凸を被覆層５０、５１により平坦化できるので、シール性が向上し、外観不良を防止できる。
【００４３】
さらに、被覆層５０、５１がテープ材を含むように構成することにより、テープ材を貼り付けることによって、被覆層５０、５１を容易に形成することができる。したがって、生産性を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層５０、５１を形成することができる。
【００４４】
あるいは、被覆層５０が絶縁性樹脂を含むように、被覆層５１が導電性樹脂を含むように構成してもよい。被覆層５０が絶縁性のポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂を含むように構成してもよい。外包部材２０の内面層が溶融しない程度での温度で熱可塑性を示す樹脂を被覆層５０、５１の材料に用いると、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部のみを覆うように熱可塑性樹脂を間欠的に塗布することによって被覆層５０を形成することができる。
【００４５】
なお、本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００の製造方法においては、まず、複数の正極１１と、複数の負極１２と、各々が複数の正極１１の各々と複数の負極１２の各々との間に介在するように複数のセパレータ１３を配置する。このようにして電極積層体１０を作製する。その後、集電体の端部と正極接続端子３０および負極接続端子４０とを、接続領域１２１ａにおいて超音波溶着によって接続する。そして、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０、５１を形成する。さらに、電極積層体１０を外包部材２０の内部に収納する。外包部材２０は、たとえば、２枚のラミネートフィルムの縁部を重ね合わせて熱溶着することによって、封着部２１を三方の外周縁部に形成し、正極接続端子３０や負極接続端子４０が導出されない一方の外周縁部を封着せずに開口部を形成する。この開口部を通じて非水電解液を外包部材２０の内部に注入した後、開口部を熱溶着する。このようにして、本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００が製造される。
【００４６】
上記の実施形態では、図２〜図６に示されるように、負極接続端子４０は、集電体の端部が集積された箇所の下面にて超音波溶着により接続されるが、負極接続端子４０は、集電体が集積された箇所の上面にて超音波溶着により接続されてもよく、あるいは、集電体が集積された箇所の内部に挿入されるように配置して超音波溶着により接続されてもよい。
【００４７】
なお、上記のラミネート型リチウムイオン二次電池１００の例では、電極積層体１０の構成として正極１１と負極１２との間に一枚のセパレータ１３を介在させているが、複数枚のセパレータを介在させてもよい。複数枚のセパレータの材質は同種でも異種でもよい。また、正極と負極との間に長尺状のセパレータを九十九折りにして介在させてもよい。図７に示すように、電極積層体１０は複数の正極板１１と、複数の負極板１２と、正極板１１と負極板１２との間に介在するように配置されたセパレータ１３と、図示しない非水電解液とを含む。複数の正極板１１および複数の負極板１２は短冊状を有し、セパレータ１３は長尺状を有し、セパレータ１３を九十九折り（ジグザグ状）にして、複数の正極板１１および複数の負極板１２が交互に積層されている。また、セパレータ１３の最外周は電極積層体１０を包囲するように周回されている。なお、セパレータ１３の外周の周回数は特に限定されない。さらに、電極積層体が、長尺状のセパレータを介在して、長尺状の正極と長尺状の負極とが扁平状に巻回されることにより形成された巻回体でもよい。
【００４８】
正極板１１は、正極接続端子３０に接続される側の端部を除いて、正極活物質を含む正極合材層が正極集電体の両面上に形成されることによって構成される。負極板１２は、負極接続端子４０に接続される側の端部を除いて、負極活物質を含む負極合材層が負極集電体の両面上に形成されることによって構成される。
【００４９】
たとえば、正極板１１は、正極活物質と結着剤と必要に応じて導電助剤とを有機溶媒中で混錬してなる正極スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面上に均一に塗布し、乾燥して、正極合材層を正極集電体の両面上に形成することにより作製される。
【００５０】
一般的に正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。
【００５１】
リチウムイオン二次電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等の金属硫化物または酸化物を使用することができる。また、リチウムイオン二次電池の正極活物質としてＬｉＭｘＯ２（化学式中、Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上、１．１０以下である）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（化学式中、０＜ｙ＜１である）、Ｌｉ１＋ａ（ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ）Ｏ２−ｂ（化学式中、−０．１＜ａ＜０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、−０．１＜ｂ＜０．１）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を挙げることができる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れた正極活物質となる。正極板１１を作製するために、これらの正極活物質の複数種をあわせて使用してもよい。
【００５２】
また、上記の正極合材に含有される結着剤としては、通常、リチウムイオン二次電池の正極合材に用いられている公知の結着剤を用いることができ、上記の正極合材には、導電助剤や酸化物等、公知の添加剤を添加することができる。
【００５３】
たとえば、負極板１２は、負極活物質と結着剤と必要に応じて導電助剤とを有機溶媒中で混錬してなる負極スラリーを、銅箔またはアルミニウム箔からなる負極集電体の両面上に均一に塗布し、乾燥して、負極合材層を負極集電体の両面上に形成することにより作製される。
【００５４】
リチウムイオン二次電池を構成する場合、負極活物質としては、難黒鉛化炭素系材料やグラファイト系材料等の炭素材料を使用することができる。具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。上記のコークス類には、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等がある。また、上記の有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。上述した炭素材料のほか、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や、ＳｎＯ２等のＳｎ酸化物系や、Ｓｎ５Ｃｕ６等のＳｎ合金系や、ＳｉＭｇ２等のＳｉ合金系や、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（チタン酸リチウム）等の酸化物を使用することもできる。
【００５５】
また、上記の負極合材に含有される結着剤としては、通常、リチウムイオン二次電池の負極合材に用いられている公知の結着剤を用いることができ、上記の負極合材には、導電助剤や酸化物等、公知の添加剤を添加することができる。
【００５６】
非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解して調製される。電解質としては、たとえば、非水溶媒中にＬｉＰＦ６を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解したものが使用される。ＬｉＰＦ６以外の電解質としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６等のリチウム塩を挙げることができる。これらの中でも、電解質として特にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４を用いることが酸化安定性の点から望ましい。このような電解質は、非水溶媒中に、０．１ｍｏｌ／Ｌ〜３．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解されて用いられることが好ましく、０．５ｍｏｌ／Ｌ〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解されて用いられることがさらに好ましい。非水溶媒としては、たとえば、炭酸プロピレンと炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを体積比で５〜２０：２０〜３０：６０〜７０の割合で混合したものが使用される。その他の非水溶媒としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン等の環状炭酸エステル；炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等の鎖状炭酸エステル；プロピオン酸メチル、酪酸メチル等のカルボン酸エステル；γ−ブチルラクトン、スルホラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル類等を使用することができる。これらの非水溶媒は単独で使用してもよく、複数種を混合して使用してもよい。これらの中でも、非水溶媒として特に炭酸エステルを用いることが酸化安定性の点から好ましい。
【００５７】
なお、上記の二次電池の例では、正極板と負極板との間に一枚のセパレータを介在させているが、複数枚のセパレータを介在させてもよい。複数枚のセパレータの材質は同種でも異種でもよい。セパレータの材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂の単独またはその組み合わせや、ポリオレフィン系樹脂にシリカやアルミナなどのセラミックを添加したものや、ポリエチレンテレフタレートや、セルロース、不織布等が用いられる。なお、セパレータは多孔質のものが用いられる。
【００５８】
上記の実施の形態では、本発明を蓄電デバイスの一例としてリチウムイオン二次電池１００に適用した例について説明したが、少なくとも電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスであれば、本発明を適用することができ、たとえば、リチウムイオン二次電池の他に、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、電気二重層キャパシタなどに本発明を適用することができる。
【００５９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の蓄電デバイスは、特に集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、外包部材の外観不良を防止することが可能になるので、電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスとして、たとえば、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、電気二重層キャパシタなどの品質向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０：電極積層体、１１：正極、１２：負極、１３：セパレータ、２０：外包部材、５０，５１：被覆層、１００：ラミネート型リチウムイオン二次電池、１２１：負極集電体、１２１ａ：接続領域、１２１ｂ：非接続領域。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には蓄電デバイスとその製造方法に関し、特定的には、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、有機ラジカル電池、全固体電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電要素を、可撓性を有する外包部材を用いて収容する蓄電デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、たとえば、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスに関しては、多様な用途の拡大に伴って、軽量化、薄型化等の要求が高まっている。
【０００３】
そこで、軽量化、薄型化に優れたリチウムイオン二次電池として、可撓性のラミネートフィルム（積層シートともいう）を用いて蓄電要素を収容したリチウムイオン二次電池が従来から用いられている。ラミネートフィルムは、蓄電要素に面する内側面に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層と、リチウムイオン二次電池の外表面に位置付けられ、合成樹脂からなる外面層と、内面層と外面層との間に配置される中間層から構成される。内面層は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなる。中間層は、たとえば、アルミニウム箔等の可撓性と強度に優れた金属層からなる。外面層は、たとえば、ナイロン、ポリアミド等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂からなる。蓄電要素は、セパレータを介して正極板と負極板とを巻回または交互に積層されてなる。
【０００４】
一方、このようなラミネートフィルムを用いたリチウムイオン二次電池の電池特性においても、高入出力特性、高エネルギー密度、高サイクル特性等が求められている。そこで、蓄電要素として、セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体を用いることで、高入出力特性、高エネルギー密度、高サイクル特性等を満足させることが検討されている。しかしながら、電極積層体は長尺状の電極板を用いる電極巻回体と異なり、複数の短冊状の正極板および負極板を用いるため、製造工程において長尺状の正極板および負極板を個々の短冊状にカットする必要がある。このとき、正極板の正極集電体の端部および負極板の負極集電体の端部にバリや突起などが形成されてしまうと、ラミネートフィルムの内面層が損傷し、集電体の端部とラミネートの金属層とが接触して短絡してしまう恐れがある。
【０００５】
そこで、これらの問題を解決するために、たとえば、特開２０００−５８０１１号公報（以下、特許文献１という）では、扁平型電池において、外部端子箔（正極または負極接続端子）と集電体の端子接続部を熱硬化性樹脂で被覆し、結線部分と外包部材の短絡と、外装ケース（外包部材）の封止信頼性の劣化を抑制することが提案されている。
【０００６】
また、特許第４０６５９１５号公報（以下、特許文献２という）では、リチウム二次電池において、グリッド（電極の集電体）とタブ部材（正極または負極接続端子）の溶接部を絶縁テープで被覆することにより、溶接部またはタブ部材によって包装材（外包部材）が損傷することによって短絡する現象を防止することが提案されている。
【０００７】
さらに、特開２００５−１４９９３８号公報（以下、特許文献３という）では、フィルム外装電池において、正極タブ（正極接続端子）および負極タブ（負極接続端子）の端部のカエリ除去を行うことなく、カエリによる不具合を防止するために、正極集電部および負極集電部と正極タブおよび負極タブとの接合部分に、正極タブおよび負極タブのカエリを被覆するように保護テープが貼り付けられたものが提案されている。
【０００８】
さらに、特開２００２−１７５７９０号公報（以下、特許文献４という）では、扁平電池において、正極板の集電体と正極リード（正極接続端子）、負極板の集電体と負極リード（負極接続端子）、および、これらの接続部を、電解液に不溶性の接着性樹脂で被覆することによって、正極板と負極板とがセパレータを介して絶縁された電極群と、外装ケース（外包部材）とを一体化することが提案されている。また、特許文献４では、外装ケースのシール部と、シール部を臨む電極群の端面とに取り囲まれた空間部に、電解液に不溶性の接着性樹脂を充填し、各リードを接着性樹脂にて被覆することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−５８０１１号公報
【特許文献２】特許第４０６５９１５号公報
【特許文献３】特開２００５−１４９９３８号公報
【特許文献４】特開２００２−１７５７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１〜３では、正極または負極接続端子と集電体の接続部を樹脂またはテープで被覆する方法が提案されている。しかし、その接続部には段差があるので、凹凸のある接続部を含む集電体の端部全体を樹脂またはテープで被覆しても、段差を小さくすることが困難であるという問題がある。その結果、外包部材の外観形状にも段差が反映されるので、外観不良を生じさせるという問題がある。
【００１１】
特許文献４では、各集電体、各リード、および、これらの接続部を、電解液に不溶性の接着性樹脂で被覆する方法が提案されている。この方法では、各集電体、各リード、および、これらの接続部を予め接着性樹脂で被覆した後、電極群を外装ケースに収納し、外装ケースの開口部より電解液を注入した後に、開口部を熱溶着する。しかし、この方法では、その接続部には段差があるので、凹凸のある接続部を含む集電体の端部全体を樹脂またはテープで被覆しても、段差を小さくすることが困難であるという問題がある。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスにおいて、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを効果的に防止するとともに、外包部材の外観不良を防止することが可能な蓄電デバイスとその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に従った蓄電デバイスは、セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、この電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、複数の正極板の正極集電体および複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備える。正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とが形成されている。接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層が形成されている。
【００１４】
この発明の蓄電デバイスにおいては、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層が形成されているので、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを被覆層によって効果的に防止することができる。これにより、接続部が平坦化されるので、接続部が外包部材の金属層に接触することによる短絡を防止することができる。また、接続部に生じる段差を小さくすることにより、外包部材の外観形状に反映される段差を小さくすることができるので、外包部材の外観不良を防止することができる（防止機能）。
【００１５】
また、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部全体を被覆するように被覆層を形成しないで、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部、特に凹部のみを充填するように被覆層が形成されている場合、凹部のみが被覆層によって被覆され、集電体端部の角部（外包部材の封着部に対応する領域）が被覆層によって被覆されないので、被覆層の材料が外包部材の封止性能を低下させる恐れがなくなる。したがって、外包部材の封止性能を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層を形成することができる。
【００１６】
本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が、接続領域と非接続領域とを覆い、上記の外包部材と当接する上面が平坦になるように形成されていてもよい。この場合、接続領域と非接続領域により形成された凹凸を被覆層により平坦化できるので、シール性が向上し、外観不良を防止できる。
【００１７】
また、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が導電性を有していてもよい。
【００１８】
この場合、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように導電層が形成されているので、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を導電層によって小さくすることにより、集電体と正極もしくは負極接続端子との電気的な接触抵抗を低減することができる。また、接続領域に生じたバリ等が表面に突出しないように導電層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材の金属層との短絡を防止することができる。
【００１９】
あるいは、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が絶縁性を有していてもよい。
【００２０】
この場合、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように絶縁層が形成されているので、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を絶縁層によって小さくすることにより、接続部が平坦化される。これにより、接続部が外包部材の金属層に接触することによる短絡をより効果的に防止することができる。また、接続領域に生じたバリ等が表面に突出しないように絶縁層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材の金属層との短絡を防止することができる。
【００２１】
さらに、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層がテープ材を含むことが好ましい。
【００２２】
このように構成することにより、テープ材を貼り付けることによって、被覆層を容易に形成することができる。したがって、生産性を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層を形成することができる。
【００２３】
あるいは、本発明の蓄電デバイスにおいて、被覆層が樹脂を含むことが好ましく、熱可塑性樹脂を含むことがより好ましい。
【００２４】
このように構成することにより、外包部材の内面層が溶融しない程度での温度で熱可塑性を示す樹脂を被覆層の材料に用いると、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部のみを覆うように熱可塑性樹脂を間欠的に塗布することによって被覆層を形成することができる。
【００２５】
この発明に従った蓄電デバイスの製造方法は、以下の前提となる構成を有する蓄電デバイスに適用される。
【００２６】
その蓄電デバイスは、セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、この電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、複数の正極板の正極集電体および複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備える。正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と正極接続端子および負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とが形成されている。
【００２７】
本発明の蓄電デバイスの製造方法では、上記の前提となる構成を有する蓄電デバイスにおいて、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層を形成する。
【００２８】
本発明の蓄電デバイスの製造方法においては、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部全体を被覆するように被覆層を形成しないで、接続領域と非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部、特に凹部のみを充填するように被覆層が形成されている場合、凹部のみが被覆層によって被覆され、集電体端部の角部（外包部材の封着部に対応する領域）が被覆層によって被覆されないので、被覆層の材料が外包部材の封止性能を低下させる恐れがなくなる。したがって、外包部材の封止性能を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスにおいて、集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材に接触することによって外包部材が損傷することを効果的に防止するとともに、外包部材の外観不良を防止することが可能になり、接続部が平坦化されるので、接続部が外包部材の金属層に接触することによる短絡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるラミネート型リチウムイオン二次電池の一例を示す概略的な平面図である。
【図２】封止前のラミネート型リチウムイオン二次電池において図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。
【図３】封止前のラミネート型リチウムイオン二次電池において図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。
【図４】本発明の蓄電デバイスのもう一つの実施の形態において図３の一部を示す部分断面図である。
【図５】本発明の蓄電デバイスの別の実施の形態において図３の一部を示す部分断面図である。
【図６】本発明の蓄電デバイスのさらに別の実施の形態において図３の一部を示す部分断面図である。
【図７】本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池の内部において、電極積層体のもう一つの実施の形態として、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に平行な方向から見た断面を拡大して示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、この発明の一つの実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１に示すように、ラミネート型リチウムイオン二次電池１００は、電極積層体１０と、矩形状を有し、電極積層体１０を収容して封止する上下二枚の可撓性の外包部材２０と、電極積層体１０に電気的に接続されるとともに外包部材２０の外周縁部から互いに対向する方向に導出された正極接続端子３０および負極接続端子４０とから構成される。なお、外包部材２０の四方の外周縁部には熱溶着（ヒートシール）によって封着部２１が形成されている。
【００３３】
図２に示すように、電極積層体１０は、複数の正極板１１と、複数の負極板１２と、各々が複数の正極板１１の各々と複数の負極板１２の各々との間に介在するように配置された複数のセパレータ１３と、図示しない非水電解液とを含む。複数の正極板１１の各々と複数の負極板１２の各々が複数のセパレータ１３の各々を間に介在して交互に積層されている。複数の負極板１２は複数の負極集電体１２１を介して負極接続端子４０に接続されている。複数の負極集電体１２１の端部が負極接続端子４０に超音波溶着によって接続されている。図示されていないが、同様にして、複数の正極板１１も複数の正極集電体を介して正極接続端子３０（図１）に、たとえば、超音波溶着によって接続されている。このようにして、ラミネート型リチウムイオン二次電池１００は、セパレータ１３を介在して正極板１１と負極板１２とを重ね合わせることにより形成された電極積層体１０と、電極積層体１０を収容する可撓性の外包部材２０と、電極積層体１０から延在した正極集電体および負極集電体１２１のそれぞれの端部に、たとえば、超音波溶着によって接続された正極接続端子３０および負極接続端子４０とを備える。
【００３４】
外包部材２０は、電極積層体１０に面する内面側に位置づけられ、合成樹脂からなる内面層と、ラミネート型リチウムイオン二次電池１００の外表面に位置づけられ、合成樹脂からなる外面層と、内面層と外面層との間に配置される、金属層とから構成される単一のフィルム、すなわち、三層構造のラミネートフィルムで形成されている（図２、図３では三層構造は省略している）。内面層は、一例として、ヒートシール可能な熱可塑性樹脂であるポリプロピレンからなり、厚みが３０〜１２０μｍである。金属層は、一例として、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなり、厚みが３０〜５０μｍである。外面層は、一例として、ナイロン（登録商標）からなり、厚みが２０〜４０μｍである。このように構成された外包部材２０は、容易に変形しやすい材料であり、可撓性を有する。なお、ラミネートフィルムは、少なくとも内面層とその外側に配置される金属層とを有するものであればよく、必要に応じて外面層を設ければよい。また、必要に応じて層間にウレタン樹脂等の接着層や他の合成樹脂層を設けてもよい。図１に示すように、外包部材２０は、たとえば、２枚のラミネートフィルムの外周縁部を重ね合わせて熱溶着することによって、封着部２１が四方の外周縁部に形成される。なお、１枚のラミネートフィルムを二つ折りして折り曲げた辺以外の三方を熱溶着してもよい。
【００３５】
図３と図４に示すように、複数の負極集電体１２１の端部が負極接続端子４０に重なる領域が形成されている。重なる領域において、複数の負極集電体１２１の端部が負極接続端子４０に超音波溶着によって接続された接続領域１２１ａと、負極接続端子４０に接続されていない非接続領域１２１ｂとが形成されている。図示されていないが、同様にして、複数の正極集電体の端部が正極接続端子３０（図１）に重なる領域が形成されている。図示されていないが、同様にして、重なる領域において、複数の正極集電体の端部が正極接続端子３０（図１）に超音波溶着によって接続された接続領域と、正極接続端子３０に接続されていない非接続領域とが形成されている。接続領域１２１ａは、非接続領域１２１ｂを間に挟んで複数箇所、配置されている（図３では接続領域１２１ａが３箇所、非接続領域１２１ｂが４箇所）。なお、接続領域１２１ａは抵抗溶接やレーザー溶接で形成されてもよく、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって少なくとも凹凸が形成される接続手段を用いて、例えば、リベットでかしめるなどの機械的接続手段を用いて、接続領域１２１ａが形成されればよい。
【００３６】
図２と図３に示すように、外包部材２０の封止前においては、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０が形成されている。この実施形態では、図３に示すように、被覆層５０が、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとを覆うように形成されている。図示されていないが、正極集電体の端部においても同様に被覆層５０が形成されている。
【００３７】
封着されていない外周縁部に形成された開口部を通じて外包部材２０の内部に電解液を注入した後、開口部が真空シールされて、その外周縁部が熱溶着により封着されると、図２の二点鎖線で示すように、外包部材２０が被覆層５０を覆うように形成される。図示されていないが、正極集電体の端部においても同様に外包部材２０が被覆層５０を覆うように形成される。
【００３８】
以上のように構成された本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００においては、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０が形成されているので、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との接続部に生じる段差を小さくすることにより、その接続部が外包部材２０に接触することによって外包部材２０が損傷することを被覆層５０によって効果的に防止することができる。これにより、接続部が平坦化されるので、接続部が外包部材２０の金属層に接触することによる短絡を防止することができる。また、接続部に生じる段差を小さくすることにより、外包部材２０の外観形状に反映される段差を小さくすることができるので、外包部材２０の外観不良を防止することができる（防止機能）。なお、後述するが、図５に示される導電性の被覆層５１も上記の防止機能を有する。
【００３９】
また、図４に示すように、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部全体を被覆するように被覆層を形成しないで、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部、特に凹部である接続領域１２１ａのみを充填するように被覆層５０が形成されている場合、超音波溶着部のみが被覆層５０によって被覆され、集電体端部の角部（外包部材２０の封着部２１に対応する領域）が被覆層５０によって被覆されないので、被覆層５０の材料が外包部材２０の封止性能を低下させる恐れがなくなる、したがって、外包部材２０の封止性能を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層５０を形成することができる。なお、後述するが、図６に示される導電性の被覆層５１によっても上記の作用効果を達成することができる。
【００４０】
図３と図４に示すように、被覆層５０が絶縁性を有している場合、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように絶縁層が形成されているので、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との接続部に生じる段差を絶縁層によって小さくすることにより、接続部が平坦化される。これにより、接続部が外包部材２０の金属層に接触することによる短絡をより効果的に防止することができる。また、超音波溶着によって接続領域１２１ａに生じたバリ等が表面に突出しないように絶縁層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材２０の金属層との短絡を防止することができる。
【００４１】
また、本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００において、図５と図６に示すように被覆層５１が導電性を有している場合、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように導電層が形成されているので、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との接続部に生じる段差を導電層によって小さくすることにより、集電体と正極接続端子３０もしくは負極接続端子４０との電気的な接触抵抗を低減することができる。また、超音波溶着によって接続領域１２１ａに生じたバリ等が表面に突出しないように導電層によって平坦化されるので、バリ等の突出部が接触することによる外包部材２０の金属層との短絡を防止することができる。
【００４２】
また、図３と図５に示すように、被覆層５０、５１が接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとを覆い、外包部材２０と当接する上面が平坦になるように形成されていてもよい。この場合、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂにより形成された凹凸を被覆層５０、５１により平坦化できるので、シール性が向上し、外観不良を防止できる。
【００４３】
さらに、被覆層５０、５１がテープ材を含むように構成することにより、テープ材を貼り付けることによって、被覆層５０、５１を容易に形成することができる。したがって、生産性を低下させることがなく、上記の防止機能を有する被覆層５０、５１を形成することができる。
【００４４】
あるいは、被覆層５０が絶縁性樹脂を含むように、被覆層５１が導電性樹脂を含むように構成してもよい。被覆層５０が絶縁性のポリエチレン、ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂を含むように構成してもよい。外包部材２０の内面層が溶融しない程度での温度で熱可塑性を示す樹脂を被覆層５０、５１の材料に用いると、超音波溶着による接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部のみを覆うように熱可塑性樹脂を間欠的に塗布することによって被覆層５０を形成することができる。
【００４５】
なお、本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００の製造方法においては、まず、複数の正極１１と、複数の負極１２と、各々が複数の正極１１の各々と複数の負極１２の各々との間に介在するように複数のセパレータ１３を配置する。このようにして電極積層体１０を作製する。その後、集電体の端部と正極接続端子３０および負極接続端子４０とを、接続領域１２１ａにおいて超音波溶着によって接続する。そして、接続領域１２１ａと非接続領域１２１ｂとによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層５０、５１を形成する。さらに、電極積層体１０を外包部材２０の内部に収納する。外包部材２０は、たとえば、２枚のラミネートフィルムの縁部を重ね合わせて熱溶着することによって、封着部２１を三方の外周縁部に形成し、正極接続端子３０や負極接続端子４０が導出されない一方の外周縁部を封着せずに開口部を形成する。この開口部を通じて非水電解液を外包部材２０の内部に注入した後、開口部を熱溶着する。このようにして、本発明のラミネート型リチウムイオン二次電池１００が製造される。
【００４６】
上記の実施形態では、図２〜図６に示されるように、負極接続端子４０は、集電体の端部が集積された箇所の下面にて超音波溶着により接続されるが、負極接続端子４０は、集電体が集積された箇所の上面にて超音波溶着により接続されてもよく、あるいは、集電体が集積された箇所の内部に挿入されるように配置して超音波溶着により接続されてもよい。
【００４７】
なお、上記のラミネート型リチウムイオン二次電池１００の例では、電極積層体１０の構成として正極１１と負極１２との間に一枚のセパレータ１３を介在させているが、複数枚のセパレータを介在させてもよい。複数枚のセパレータの材質は同種でも異種でもよい。また、正極と負極との間に長尺状のセパレータを九十九折りにして介在させてもよい。図７に示すように、電極積層体１０は複数の正極板１１と、複数の負極板１２と、正極板１１と負極板１２との間に介在するように配置されたセパレータ１３と、図示しない非水電解液とを含む。複数の正極板１１および複数の負極板１２は短冊状を有し、セパレータ１３は長尺状を有し、セパレータ１３を九十九折り（ジグザグ状）にして、複数の正極板１１および複数の負極板１２が交互に積層されている。また、セパレータ１３の最外周は電極積層体１０を包囲するように周回されている。なお、セパレータ１３の外周の周回数は特に限定されない。さらに、電極積層体が、長尺状のセパレータを介在して、長尺状の正極と長尺状の負極とが扁平状に巻回されることにより形成された巻回体でもよい。
【００４８】
正極板１１は、正極接続端子３０に接続される側の端部を除いて、正極活物質を含む正極合材層が正極集電体の両面上に形成されることによって構成される。負極板１２は、負極接続端子４０に接続される側の端部を除いて、負極活物質を含む負極合材層が負極集電体の両面上に形成されることによって構成される。
【００４９】
たとえば、正極板１１は、正極活物質と結着剤と必要に応じて導電助剤とを有機溶媒中で混錬してなる正極スラリーを、アルミニウム箔からなる正極集電体の両面上に均一に塗布し、乾燥して、正極合材層を正極集電体の両面上に形成することにより作製される。
【００５０】
一般的に正極活物質としては、目的とする電池の種類に応じて金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を用いることができる。
【００５１】
リチウムイオン二次電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等の金属硫化物または酸化物を使用することができる。また、リチウムイオン二次電池の正極活物質としてＬｉＭｘＯ２（化学式中、Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上、１．１０以下である）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（化学式中、０＜ｙ＜１である）、Ｌｉ１＋ａ（ＮｉｘＣｏｙＭｎｚ）Ｏ２−ｂ（化学式中、−０．１＜ａ＜０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、−０．１＜ｂ＜０．１）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を挙げることができる。これらのリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度が優れた正極活物質となる。正極板１１を作製するために、これらの正極活物質の複数種をあわせて使用してもよい。
【００５２】
また、上記の正極合材に含有される結着剤としては、通常、リチウムイオン二次電池の正極合材に用いられている公知の結着剤を用いることができ、上記の正極合材には、導電助剤や酸化物等、公知の添加剤を添加することができる。
【００５３】
たとえば、負極板１２は、負極活物質と結着剤と必要に応じて導電助剤とを有機溶媒中で混錬してなる負極スラリーを、銅箔またはアルミニウム箔からなる負極集電体の両面上に均一に塗布し、乾燥して、負極合材層を負極集電体の両面上に形成することにより作製される。
【００５４】
リチウムイオン二次電池を構成する場合、負極活物質としては、難黒鉛化炭素系材料やグラファイト系材料等の炭素材料を使用することができる。具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。上記のコークス類には、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等がある。また、上記の有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。上述した炭素材料のほか、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や、ＳｎＯ２等のＳｎ酸化物系や、Ｓｎ５Ｃｕ６等のＳｎ合金系や、ＳｉＭｇ２等のＳｉ合金系や、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（チタン酸リチウム）等の酸化物を使用することもできる。
【００５５】
また、上記の負極合材に含有される結着剤としては、通常、リチウムイオン二次電池の負極合材に用いられている公知の結着剤を用いることができ、上記の負極合材には、導電助剤や酸化物等、公知の添加剤を添加することができる。
【００５６】
非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解して調製される。電解質としては、たとえば、非水溶媒中にＬｉＰＦ６を１．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解したものが使用される。ＬｉＰＦ６以外の電解質としては、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６等のリチウム塩を挙げることができる。これらの中でも、電解質として特にＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４を用いることが酸化安定性の点から望ましい。このような電解質は、非水溶媒中に、０．１ｍｏｌ／Ｌ〜３．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解されて用いられることが好ましく、０．５ｍｏｌ／Ｌ〜２．０ｍｏｌ／Ｌの濃度で溶解されて用いられることがさらに好ましい。非水溶媒としては、たとえば、炭酸プロピレンと炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを体積比で５〜２０：２０〜３０：６０〜７０の割合で混合したものが使用される。その他の非水溶媒としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン等の環状炭酸エステル；炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等の鎖状炭酸エステル；プロピオン酸メチル、酪酸メチル等のカルボン酸エステル；γ−ブチルラクトン、スルホラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のエーテル類等を使用することができる。これらの非水溶媒は単独で使用してもよく、複数種を混合して使用してもよい。これらの中でも、非水溶媒として特に炭酸エステルを用いることが酸化安定性の点から好ましい。
【００５７】
なお、上記の二次電池の例では、正極板と負極板との間に一枚のセパレータを介在させているが、複数枚のセパレータを介在させてもよい。複数枚のセパレータの材質は同種でも異種でもよい。セパレータの材質としては、ポリプロピレン、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂の単独またはその組み合わせや、ポリオレフィン系樹脂にシリカやアルミナなどのセラミックを添加したものや、ポリエチレンテレフタレートや、セルロース、不織布等が用いられる。なお、セパレータは多孔質のものが用いられる。
【００５８】
上記の実施の形態では、本発明を蓄電デバイスの一例としてリチウムイオン二次電池１００に適用した例について説明したが、少なくとも電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスであれば、本発明を適用することができ、たとえば、リチウムイオン二次電池の他に、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、電気二重層キャパシタなどに本発明を適用することができる。
【００５９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明の蓄電デバイスは、特に集電体と正極もしくは負極接続端子との接続部に生じる段差を小さくすることにより、外包部材の外観不良を防止することが可能になるので、電極積層体を収容するために可撓性の外包部材を用いた蓄電デバイスとして、たとえば、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、電気二重層キャパシタなどの品質向上に寄与することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０：電極積層体、１１：正極、１２：負極、１３：セパレータ、２０：外包部材、５０，５１：被覆層、１００：ラミネート型リチウムイオン二次電池、１２１：負極集電体、１２１ａ：接続領域、１２１ｂ：非接続領域。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、
少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、前記電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、
前記複数の正極板の正極集電体および前記複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、前記外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備え、
前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とが形成され、
前記接続領域と前記非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層が形成されている、蓄電デバイス。
【請求項２】
前記被覆層が、前記接続領域と前記非接続領域とを覆い、前記外包部材と当接する上面が平坦になるように形成されている、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記被覆層が導電性を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記被覆層が絶縁性を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記被覆層がテープ材を含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記被覆層が樹脂を含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記被覆層が熱可塑性樹脂を含む、請求項６に記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、前記電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、前記複数の正極板の正極集電体および前記複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、前記外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備え、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とを含む蓄電デバイスの製造方法であって、
前記接続領域と前記非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層を形成する工程を有する、蓄電デバイスの製造方法。
【請求項１】
セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、
少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、前記電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、
前記複数の正極板の正極集電体および前記複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、前記外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備え、
前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、前記正極集電体および前記負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とが形成され、
前記接続領域と前記非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層が形成されている、蓄電デバイス。
【請求項２】
前記被覆層が、前記接続領域と前記非接続領域とを覆い、前記外包部材と当接する上面が平坦になるように形成されている、請求項１に記載の蓄電デバイス。
【請求項３】
前記被覆層が導電性を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
【請求項４】
前記被覆層が絶縁性を有する、請求項１または請求項２に記載の蓄電デバイス。
【請求項５】
前記被覆層がテープ材を含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
【請求項６】
前記被覆層が樹脂を含む、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蓄電デバイス。
【請求項７】
前記被覆層が熱可塑性樹脂を含む、請求項６に記載の蓄電デバイス。
【請求項８】
セパレータを介在して複数の正極板と複数の負極板とを交互に積層させることにより形成された電極積層体と、少なくとも熱可塑性樹脂からなる内面層と前記内面層の外側に配置される金属層とを有し、前記電極積層体を収容する可撓性の外包部材と、前記複数の正極板の正極集電体および前記複数の負極板の負極集電体のそれぞれの端部に接続されるとともに、前記外包部材の外周縁部から導出された正極接続端子および負極接続端子とを備え、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが重なる領域において、正極集電体および負極集電体のそれぞれの端部と前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれとが接続された接続領域と、接続されていない非接続領域とを含む蓄電デバイスの製造方法であって、
前記接続領域と前記非接続領域とによって形成された凹凸にて少なくとも凹部を充填するように被覆層を形成する工程を有する、蓄電デバイスの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１２９２６３（Ｐ２０１１−１２９２６３Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３９２２（Ｐ２００９−２８３９２２）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]