電極シート、二次電池および二次電池の製造方法
【課題】樹脂フィルムの両面に形成された導電層を低コストで接続することができる電極シートを提供する。
【解決手段】本発明の電極シートは、樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層がこの順で設けられた正極シートまたは樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層がこの順で設けられた負極シートである電極シートであって、前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が設けられかつ前記正極活物質層および前記負極活物質層が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部を有し、前記折り返し部において前記樹脂フィルムの両面に設けられた各導電層が電気的に接続していることを特徴とする。
【解決手段】本発明の電極シートは、樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層がこの順で設けられた正極シートまたは樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層がこの順で設けられた負極シートである電極シートであって、前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が設けられかつ前記正極活物質層および前記負極活物質層が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部を有し、前記折り返し部において前記樹脂フィルムの両面に設けられた各導電層が電気的に接続してい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、電極シート、二次電池および二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯電話、携帯用パソコン、携帯用カメラ等の小型携帯電子機器の電源として、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池が使用されている。このような二次電池において、特に薄型の小型携帯電子機器には二次電池が用いられている。
【０００３】
従来の二次電池の内部構造は、図５、図６に示すように正極シート１０１と負極シート１０２が微細孔を有するセパレータ１０５を介して交互に配置され、電解液と共に密封されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図５は、従来の積層型二次電池の内部構造の斜視図である。また、図６は、従来の積層型二次電池の概略断面図である。また、図６に示すように正極シート１０１または負極シート１０２は、両面に金属層（導電層１２２）が形成された樹脂フィルム１２１の両面にそれぞれ正極活物質層１２３または負極活物質層１２４が形成されている。また、両面に導電層１２２が形成された樹脂フィルム１２１の代わりに金属箔を使用する二次電池も知られている。なお、樹脂フィルム１２１の両面にそれぞれ正極活物質層１２３または負極活物質層１２４が形成されたものでは、電池重量当たりの電池容量密度が増加するなどの利点がある。また、正極シート１０１および負極シート１０２は、外部端子と接続するための凸部（１１１、１１２）を有しており、この凸部には正極活物質層１２３および負極活物質層１２４が形成されていない。このため、導電層１２２が露出しており、外部端子と接続することができる。
【０００４】
また、両面に導電層１２２が形成された樹脂フィルムを用いた正極シートおよび負極シートでは、両面の導電層１２２を電気的に接続するさまざまな方法がある。
例えば、特許文献２では、正極シート１０１または負極シート１０２の正極活物質層および負極活物質層が形成されていない部分を図６のようにリード（１３１、１３２）で挟み込み冷間圧接、超音波溶接等で取り付けることでシート両面の導電層１２２を電気的に接続している。
【０００５】
また、例えば、図７に示したような特許文献３に記載されているように金属膜（メタリコン）の蒸着をする方法でも、シート両面の導電層１２２を電気的に接続することができる。図７は、引用文献３の二次電池の概略断面図である。なお、図７の二次電池では絶縁性樹脂フィルム１３５が上記の樹脂フィルムとセパレータの機能をしている。具体的に説明すると、図７のように正極シート１０１に形成した導電層１２２と負極シート１０２に形成した導電層１２２がそれぞれ積層したシートの両側面に現れるように導電層１２２を形成し、その両側面全体に金属膜（メタリコン）１３６を蒸着することにより、導電層１２２を電気的に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０２７１１号公報
【特許文献２】特開平１０−２５５７５４号公報
【特許文献３】特開２００３−１９７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の従来技術には以下の問題がある。図６のように電極シートをリードで挟みこんで接続する場合、各電極シートごとにリードを接続する必要があり、さらに複数のリードを相互に接続する必要がある。そのため、部品点数の増加および接続工数の増加によるコストアップが懸念される。
また、図７のように金属膜（メタリコン）を蒸着する方法では、メタリコン技術が用いられているため、金属膜の形成時には前処理が必要になり、リードタイムの増加や材料によるコストアップが懸念される。また、被溶射体である電極シートなどの積層物が高温に曝される危険性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂フィルムの両面に形成された導電層を低コストで接続することができる電極シートを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電極シートは、樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層がこの順で設けられた正極シートまたは樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層がこの順で設けられた負極シートである電極シートであって、前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が設けられかつ前記正極活物質層および前記負極活物質層が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部を有し、前記折り返し部において前記樹脂フィルムの両面に設けられた各導電層が電気的に接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電極シートは、樹脂フィルムの両面に形成された導電層を低コストで接続することができる。具体的に以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態の電極シートである負極シートの概略断面図である。また、図１（ｃ）は図１（ａ）の点線囲んだ部分Ａの拡大図である。また、図２（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図であり（凸部なし）、図２（ｂ）は折り返し部を凸部に形成した本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図である。
図１（ａ）（ｂ）のように本発明の電極シート９は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５又は負極活物質層６がこの順で設けられた電極シートであるため、樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２を電気的に接続する必要がある。このため、本発明の電極シート９は、正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有する。この折り返し部７の拡大図である図１（ｃ）を見ると、一点破線で示した両面の導電層の接触部８で樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２が電気的に接続することが分かる。
【００１０】
このことにより、本発明の電極シート９では、両面の導電層２を接触させるために特別な部品は必要ではないため、低コストで電極シートを製造することができ、製造コストの低減をすることができる。また本発明の電極シートでは、熱などを加える必要もないため、樹脂フィルムなどが高温に曝されるおそれもない。また、この折り返し部７を外部接続端子に超音波溶接等を用いて容易に接合することができるため、本発明の電極シートを用いる二次電池の製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、本発明では、本発明の電極シートを備えた二次電池およびこの二次電池の製造方法も提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の電極シートである負極シートの概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）の点線囲んだ部分Ａの拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図であり（凸部なし）、（ｂ）は折り返し部を凸部に形成した本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の二次電池の概略断面図である。
【図４】（ａ）は、折り返し部をずらして重ねた本発明の一実施形態の二次電池の内部構造の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）をＳ方向から見たときの折り返し部の重なりの概略断面図である。
【図５】従来の積層型二次電池の内部構造の斜視図である。
【図６】従来の積層型二次電池の内部構造の概略断面図である。
【図７】従来の積層型二次電池の内部構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１４】
１．電極シート
本実施形態の電極シート９は、樹脂フィルム１の両面上にそれぞれ導電層２および正極活物質層５がこの順で設けられた正極シート１０または樹脂フィルム１の両面上にそれぞれ導電層２および負極活物質層６がこの順で設けられた負極シート１１である電極シート９であって、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有し、折り返し部７において樹脂フィルム１の両面に設けられた各導電層２が電気的に接続していることを特徴とする。
なお、電極シート９には、正極シート１０と負極シート１１が含まれる。なお、正極シートと負極シートは、活物質層の構成材料が異なるが、それ以外は同じ構成材料を用いることができる。
また、端部とは、電極シート９の端に接する部分である。
また、本実施形態の電極シート９を用いた二次電池は、正極シート１０および負極シート１１の両方に本発明の電極シート９を用いたものに限定されず、正極シート１０または負極シート１１のどちらか一方に本発明の電極シート９を用い、そのほかについては従来通りの金属箔の両面に正極活物質または負極活物質を形成した電極シートを用いてもよい。
以下、本実施形態の電極シートについて説明する。
【００１５】
１−１．正極シート
正極シート１０は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５がこの順で設けられた電極シート９であって、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ正極活物質層５が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有し、折り返し部７において樹脂フィルム１の両面に設けられた導電層２が電気的に接続する。正極シート１０の形状は特に限定されないが、例えば長方形であってもよい。また、図２（ｂ）のように正極シート１０に含まれる折り返し部７を形成した凸部を有してもよい。
【００１６】
１−２．負極シート
負極シート１１は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および負極活物質層６がこの順で設けられた電極シート９であって、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有し、折り返し部７において樹脂フィルム１の両面に設けられた導電層２が電気的に接続する。負極シート１１の形状は特に限定されないが、例えば長方形であってもよい。また、図２（ｂ）のように負極シート１１に含まれる折り返し部７を形成した凸部を有してもよい。
【００１７】
１−３．折り返し部
折り返し部７は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない電極シート９の端部を同方向に２回以上折り返した部分である。つまり、折り返し部分７は、電極シート９の端部を図１（ｃ）のように同方向に２回以上折り返した部分である。図１（ｃ）をみてわかるようにこの端部を同方向に２回以上折り返すと、図１（ｃ）の一点破線で囲んだ部分８で樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２を電気的に接続することができる。
【００１８】
このことにより、樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２を特別な部品も必要なく簡素な構造で電気的に接続することができる。また、熱を加える必要もないので、電極シート９が高温に曝されるおそれもない。また、この折り返し部７を外部接続端子に超音波溶接等を用いて容易に接合することができるため、本発明の電極シートを用いる二次電池の製造コストを低減することができる。
【００１９】
折り返し部７は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられた端部であって、正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより形成することができる。また、折り返した形状を保持させるために溶接を行い形状を保持させることもできる。また、折り返し部７の屈折部での切断を防止するために、溶接を行う部分と屈折部との間に一定の間隔をおくこともできる。
本明細書において溶接は、特に限定しないが、例えば超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等が挙げられ、これらのうち冷間圧接、超音波溶接が好ましく、超音波溶接が特に好ましい。
【００２０】
なお、図１では、折り返し部７は、同方向に２回折り返した例を示しているが、本発明には、２回の折り返しに限定されず、３回以上の同方向への折り返した場合でも、２回以上同方向へ折り返した後逆方向に折り返した場合も含まれる。
【００２１】
また、折り返し部７は、該折り返し部７が含まれる正極シート１０または負極シート１１の厚さより薄い厚さを有してもよい。このことにより、電極シート９を用いて二次電池を作成した場合であって、電極シート９などの積層体を外装材（ケース）に入れる場合に、積層体の厚さに合わせた外装材（ケース）を用いることができ、二次電池を小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。
【００２２】
また、折り返し部７は、正極シート１０または負極シート１１の凸部に形成されていてもよい。なお、凸部とは、正極シート１０または負極シート１１の端部に設けられた同一面上の突起部のことである。例えば図２（ｂ）の折り返し部７が形成された凸部である。凸部に折り返し部７を形成することにより、材料の使用量が軽減出来き、軽量化を図ることが出来る。また、溶接量も低減できる。
【００２３】
１−４．樹脂フィルム
樹脂フィルム１は、両面上にそれぞれ導電層２および正極活物質層５または負極活物質層６をこの順で設けることができるものであれば、特に限定されない。また、正極シート１０および負極シート１１に含まれるそれぞれの樹脂フィルム１は、同じ材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。
樹脂フィルム１の材料は、樹脂フィルムであれば特に限定されないが、例えばポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、二軸延伸ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン、ポリアラミド、ポリイミド等が挙げられる。これらの中でも、電池作動中の短絡発熱時（例えば１５０℃程度）において溶融するポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、ポリスチレン等からなる樹脂フィルムを用いることが、内部短絡により局所的な発熱が生じたときに融解し、短絡電流をシャットダウンできるという効果が得られる上で好ましい。
【００２４】
ところで、樹脂フィルム１は、導電層２の支持材であるため、導電層２を形成した樹脂フィルム１の代りに金属フィルムを用いることが考えられる。しかし、樹脂フィルム１を用いることにより二次電池の内部短絡時に短絡電流をシャットダウンできるという利点が得られる。さらに、電極シートの重量を軽減することができるため、電池重量当たりの容量密度が増加するという利点が得られる。このため、本発明では樹脂フィルム上に導電層２を形成した電極シート９を採用している。
樹脂フィルム１の厚さとしては、電極シート９の厚さが厚くなり過ぎないよう、例えば５〜２５μｍ程度が好ましい。
樹脂フィルム２の形状は、特に限定されるものではないが、四角形のものを用いることができ、また、図２（ｂ）のような凸部に折り返し部７を形成するとき、凸部を有する樹脂フィルム１を用いることができる。
【００２５】
１−５．導電層
導電層２は、樹脂フィルム１の両面上に設けられ、正極活物質層５または負極活物質層６と電気的に接合するものであれば、特に限定されない。
また、導電層２は、樹脂フィルム１の両面のそれぞれの全面上に形成してもよい。
また、導電層２は、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池を作製したときに化学変化を生じないものが好ましい。
以下、導電層２の具体例として、リチウムイオン二次電池の導電層２について具体的に説明する。
【００２６】
正極シート１０の導電層２の材料は、例えばステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものを用いることができる。特に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が好ましい。さらには、これらの材料の表面が酸化したものを用いてもよい。
負極シート１１の導電層２の材料は、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、Ａｌ−Ｃｄ合金などを用いることができる。特に、銅あるいは銅合金が好ましい。さらには、これらの材料の表面が酸化したものを用いてもよい。
【００２７】
導電層２は、例えばメッキ法もしくは蒸着法によって樹脂フィルム１の両面全面に形成することができ、その厚さとしては電池特性における抵抗の面から０．５〜１０μｍが好ましく、２〜５μｍ程度がさらに好ましい。
【００２８】
１−６．正極活物質層および負極活物質層
正極活物質層５および負極活物質層６は、正極シート１０および負極シート１１を含む電池の起電反応に関係する物質層であり、樹脂フィルムの両面上にそれぞれ設けられた導電層２の上に設けられたものであれば特に限定されない。また、正極活物質層５および負極活物質層６は、樹脂フィルム１の両面上にそれぞれ設けられた導電層２の全面上に形成されず、正極シート１０または負極シート１１は、正極活物質層５および負極活物質層６が形成されてない端部の領域を有する。この領域を２回以上同方向に折り返すことにより折り返し部を形成することができる。
また、正極活物質層５および負極活物質層６は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の作製しようとする二次電池に応じた公知の材料が用いることができる。
以下、本発明の二次電池の代表的な例としてリチウムイオン二次電池の活物質層について具体的に説明する。
【００２９】
リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質層５の活物質としては、リチウムを含有した酸化物を用いることができる。例えばチタン、モリブデン、銅、ニオブ、バナジウム、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、コバルトもしくはリン等とリチウムの複合酸化物、硫化物またはセレン化物などが好ましく、具体的には、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＣｒＯ2、ＬｉＦｅＯ2、ＬｉＶＯ2およびＬｉＭＰＯ4（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種以上の元素）のうちの１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。
【００３０】
また、負極活物質層６の活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、高結晶黒鉛等の黒鉛系物質、非晶質炭素系物質、Ｎｂ2Ｏ5およびＬｉＴｉＯ4等の金属酸化物うちの少なくとも１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。
【００３１】
さらに、正極活物質層５および負極活物質層６の材料には、上記の活物質に加え、後述の導電剤、増粘剤、結着剤、フィラー、分散剤、イオン導電剤、圧力増強剤およびその他の各種添加剤を用いることができる。
【００３２】
導電層２を形成した樹脂フィルム１の両面に活物質および各種添加剤の混合物を塗布し、樹脂フィルム１の変形または溶融が生じない温度（例えば１００℃程度以下）で乾燥させることにより正極活物質層５または負極活物質層６を形成することができる。このとき、折り返し部７を形成する端部に正極活物質層５または負極活物質層６を形成しないことができる。このことにより、この端部に折り返し部を形成することができ、樹脂フィルム１の両面の導電層２が電気的に接続することができる。また、この端部は、正極シート１０または負極シート１１の同一面上の凸部であってもよい。このことにより、凸部に折り返し部７を形成することができる。
【００３３】
なお、電池組立時において、積層方向両端に位置する電極シートの最外層の活物質層は省略してもよい。
正極活物質層５または負極活物質層６の厚みとしては例えば２０〜１５０μｍ程度が適当であり、５０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００３４】
導電剤としては、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば特に限定されない。例えば天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など）、人工黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、気相成長黒鉛繊維（ＶＧＣＦ）、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物あるいはポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料などを単独またはこれらの混合物として用いることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、ＶＧＣＦ、グラファイトとアセチレンブラックの併用が特に好ましい。
【００３５】
増粘剤としては、少量の添加で液体が高い粘性を持つようになる薬品が好ましく、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダなどのポリカルボン酸系化合物；ポリビニルピロリドンなどのビニルピロリドン構造を有する化合物；ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダ、キサンタンガム、カラギーナン、グアーガム、カンテン、デンプンなどから選択された１種又は２種以上が使用可能であり、中でもカルボキシメチルセルロース塩が好ましい。
増粘剤がカルボキシメチルセルロース塩である場合は、水への溶解性、保存安定性、製造コストなどの点からエーテル化度は０．３〜２．０であることが好ましく、０．４５〜１であることが特に好ましい。
【００３６】
結着剤としては、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ多糖類、熱可塑性樹脂およびゴム弾性を有するポリマーのうちの一種またはこれらの混合物として用いることができる。好ましい例としては、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴムおよびポリエチレンオキシドを挙げることができる。
【００３７】
フィラーは、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ構成されたリチウム二次電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば特に限定されない。例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維を用いることができる。
【００３８】
イオン導電剤は、無機および有機の固体電解質として一般的に知られている。例えばポリエチレンオキサイド誘導体あるいは該誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体、該誘導体を含むポリマー、リン酸エステルポリマー等を用いることができる。
【００３９】
圧力増強剤は、電池の内圧を上げる化合物であり、炭酸塩などを用いることができる。
【００４０】
２．二次電池
図３は、本発明の一実施形態の二次電池の概略断面図である。
本実施形態の二次電池２０は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５がこの順で設けられた本発明の電極シート９である正極シート１０ならびに樹脂フィルム１の両面上に導電層２および負極活物質層６がこの順で設けられた本発明の電極シート９である負極シート１１がセパレータ１２を介して配置され電解液と共に外装材１５で密封されている。また、正極シート１０の折り返し部７および負極シート１１の折り返し部７は、それぞれ異なる接続端子１３に電気的に接続してもよい。
また、本実施形態の二次電池２０の製造方法は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５をこの順で形成し樹脂フィルム１の両面上に導電層２が形成されかつ正極活物質層５が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより正極シート１０を形成する工程と、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および負極活物質層６をこの順で形成し樹脂フィルム１の両面上に導電層２が形成されかつ負極活物質層６が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより負極シート１１を形成する工程と、正極シート１０と負極シート１１をセパレータ１２を介して配置し電解液と共に外装材２０で密封する工程とを備える。
【００４１】
以下、本実施形態の二次電池２０について説明する。
本発明の二次電池２０は、上記の構造を有するリチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池に適用可能である。また、本発明の二次電池は、積層構造であっても捲回構造であってもよい。
【００４２】
２−１．正極シートおよび負極シート
正極シート１０および負極シート１１は、「１．」〜「１−６．」で説明した電極シートを用いることができる。正極シート１０および負極シート１１はセパレータ１２を介して配置される。また、正極シート１０の正極活物質層５が形成された領域と負極シート１１の負極活物質層６が形成された領域は、同じ形状のシートであってもよい。
【００４３】
また、正極シート１０および負極シート１１のうち少なくとも一方は複数であり、正極シート１０および負極シート１１は交互に配置されてもよい。このことにより電池の容量を大きくすることができる。正極シート１０および負極シート１１の合計枚数は特に限定されないが、例えば、３〜５０枚であり、好ましくは５〜２０枚である。
【００４４】
また、正極シート１０と負極シート１１の折り返し部７が重ならないように配置することができる。このことにより正極シート１０の折り返し部７と負極シートの折り返し部７の接触を防止することができ、リーク電流を防止することができる。例えば、図３のように正極シート１０と負極シート１１の折り返し部７が重ならないように、それぞれの折り返し部７が反対側になるように配置することができる。
【００４５】
また、正極シート１０または負極シート１１を複数積層する場合、正極シート１０または負極シート１１がそれぞれ有する折り返し部７が重なるように正極シート１０および負極シート１１を配置することができる。このことにより複数の正極シート１０の導電層２または複数の負極シート１１の導電層２をそれぞれ電気的に接続することができる。例えば、図３の負極シート１１の折り返し部７のように複数の負極シート１１の折り返し部７が重なるように配置することができる。
【００４６】
また、正極シート１０の折り返し部７または負極シート１１の折り返し部７はそれぞれ異なる接続端子１３に電気的に接続することができる。このことにより正極シート１０と負極シート１１の間で生じる起電力を外部で利用することができる。
【００４７】
また、複数の折り返し部７または複数の折り返し部７と接続端子１３は重ねて溶接し接合することができる。なお、溶接部１７とはこの重ねて溶接した部分である。なお溶接部は、接続端子１３と折り返し部７を共に溶接してもよく、複数の折り返し部７のみで溶接してもよい。また、正極溶接部１８とは、正極シート１０の折り返し部７を重ねて溶接した部分であり、負極溶接部１９とは、負極シート１１の折り返し部７を重ねて溶接した部分である。また、正極溶接部１８および負極溶接部１９は、折り返し部７と接続端子１３を重ねて溶接した部分であってもよい。
溶接の方法は特に限定されないが、例えば超音波溶接である。
また、接続端子１３は、導電性物質からなり、正極シート１０および負極シート１１を含む電池の起電力を外部で利用することができるものであれば特に限定されない。
【００４８】
また、溶接部１７は、３つ以上の折り返し部７を有し、第１の折り返し部は、隣接する第２の折り返し部の一部と重なり、第２の折り返し部は、第１の折り返し部と重ならない部分で隣接する第３の折り返し部と重なってもよい。溶接部１７をこの構成にすることにより、各正極シートまたは各負極シートの導電層２を電気的に接続することができ、さらに各正極シートまたは各負極シートの折り返し部７を直接接続端子１３に接続させることが容易であり、安定した接続が出来る。この一例を図面をつかって説明する。図４（ａ）は、本発明の一実施形態の二次電池の概略平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の矢印Ｓの方向から見た溶接部１７の概略断面図である。なお、図４の実施形態では、７つの正極シート１０と７つの負極シート１１をセパレータ１２を介して配置した二次電池である。また、各正極シート又は各負極シートは、折り返し部７が形成された凸部を有している。図４（ａ）（ｂ）のように折り返し部７が３つ以上重なる部分ができないように溶接部１７を形成することができる。このように折り返し部７を重ねて接続端子１３に溶接することにより各折り返し部７を電気的に接合することができ、また、各折り返し部７を直接接続端子１３に溶接することができる。
【００４９】
２−２．セパレータ
セパレータ１２は、正極シート１０と負極シート１１の電気的接触を防止することができ、電解液が透過可能であれば特に限定されない。
セパレータ１２は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等のオレフィン系樹脂からなる微多孔フィルムを単一あるいは複合して用いることができ、必要に応じて不織布などの安価なセパレータを用いることも可能である。また、例えばアラミド樹脂からなる耐熱性に優れたセパレータを使用すれば、安全性が向上して好ましい。
【００５０】
また、セパレータ１２の厚みは、例えば５〜１００μｍ程度が適当であり、１０〜３０μｍ程度が好ましい。また、セパレータ１２の空隙率は、例えば、３０〜９０％程度が適当であり、４０〜８０％程度が好ましい。なお、厚みが５μｍより薄くなるとセパレータ１２の機械的強度が不足し、電池の内部短絡の原因となるので好ましくなく、１００μｍより厚くなると正極シート１０と負極シート１１の間の距離が長くなり、電池の内部抵抗が高くなるので好ましくない。また、空隙率が３０％より低いと、電解液の含有量が減り電池の内部抵抗が高くなるので好ましくなく、９０％より高いと、正極シート１０と負極シート１１が物理的な接触を起こしてしまい、電池の内部短絡の原因となるので好ましくない。ここで、セパレータ１２の厚みおよび空隙率は、マイクロメーターで厚さを、電子天秤で重量を測定して、セパレータの密度を算出し、その樹脂の真密度との比率から測定した値を意味する。
【００５１】
また、セパレータ１２は、樹脂フィルム１より高い軟化温度を有してもよい。セパレータ１２の軟化温度が樹脂フィルムの軟化温度より高い方が、電池内部への異物混入等による内部短絡が発生し電池内で異常電流が流れて異常発熱した際に、樹脂フィルム１が溶断して電流パスが遮断されるため、電池の内部短絡部の拡大を防ぐことが可能であるため好ましい。
【００５２】
２−３．外装材
外装材１５は、正極シート１０および負極シート１１をセパレータ１２を介して配置したものを電解液と共に密封することができれば特に限定されない。
外装材１５（電池ケース）は、例えば鉄、ステンレススチール、アルミニウム、鉄にニッケルメッキしたもの等の金属製の缶を用いることができ、アルミニウム箔を樹脂でラミネートしたフィルムにて角筒型または薄い扁平筒型に形成したものも用いることができる。なお、外装材に金属製の缶など導電性のものを用いる場合、正極シートと負極シートが短絡電流を生じさせないため、絶縁体を間に挟むことができる。
【００５３】
２−４．電解液
電解液は、正極活物質層５および負極活物質層６と電池反応をすることができるイオンを含むものであれば特に限定されない。
電解液は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の作製しようとする二次電池に応じた公知の材料が用いられる。
以下、本発明の二次電池の代表的な例としてリチウムイオン二次電池の電解液について具体的に説明する。
【００５４】
電解液は、例えばリチウム塩を含む非水電解液が用いられる。
また、リチウムイオン二次電池で使用されるリチウム塩としては、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、トリフルオロ酢酸リチウム(ＬｉＣＦ3ＣＯＯ)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）等のリチウム塩が挙げられ、これら単独もしくは、これらの２種以上を混合して用いることができる。非水電解質の塩濃度は、例えば０．５〜３ｍｏｌ／Ｌが好適である。
【００５５】
また、非水電解液の代わりに前記電解液をポリマーマトリックス中に保持したゲル電解質なども用いることが可能である。ポリマーマトリックスとしては、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体を基本構造とし、末端に多官能アクリレートを有する化合物を架橋したものが好適である。これは、物理架橋ゲルに比べて強固な架橋構造を有するため、ゲルからの非水電解液の染み出し等が少なく、電池の信頼性が高くなるからである。
【００５６】
非水電解液用溶媒としては、非水電解質用溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン（以下、ＧＢＬと略称することがある）、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられ、これら単独もしくは、これらの２種以上を混合して用いることができる。特に、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）が含まれているのが好ましい。
【００５７】
また、安全性向上のためにイオン性液体を用いることも可能である。さらに、電極上に良好な皮膜を形成させるためや、充放電の安定性向上のために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）を添加することも可能である。
【００５８】
３．効果実証実験
３−１．第１の二次電池作製実験
図３のような内部構造を有する積層構造のリチウムイオン電池を作製した。
【００５９】
３−１−１．正極シートの作製
まず、樹脂フィルム１である厚さ２０μｍ、大きさ１６０ｍｍ×７０ｍｍのポリプロピレン製のフィルムの両面の全面上にそれぞれ導電層２であるＡｌの蒸着をおこない、２μｍの導電層２を形成した。その後、図２（ａ）のように導電層２を形成した樹脂フィルムの折り返し部を形成する端部以外の部分の両面に厚さ約８０μｍの正極活物質層５を塗布法により長方形に形成した。なお、正極活物質層５は、正極活物質であるオリビン型リン酸鉄リチウムに導電剤と結着剤及び増粘材を加えたものを塗布することにより形成した。その後、正極活物質層５が形成されていない部分を５ｍｍ幅で２回同方向に折り返し樹脂フィルム１の両面の導電層２を電気的に接続し、超音波溶接により固定した。なお、この効果実証実験における超音波溶接はAmTech製 ULTRASONIC WELDER ATP-2020Eを用い、振幅：３６μｍ、圧力：４００ｋ、時間：０．４ｓとした。
【００６０】
３−１−２．負極シートの作製
次に、樹脂フィルム１である厚さ２０μｍ、大きさ１６９ｍｍ×７８ｍｍのポリプロピレン製のフィルムの両面の全面上にそれぞれ導電層２であるＣｕの蒸着をおこない、２μｍの導電層２を形成した。その後、図２（ａ）のように導電層２を形成した樹脂フィルム１の折り返し部を形成する端部以外の部分の両面に厚さ約７０μｍの負極活物質層を塗布法により形成した。なお、負極活物質層６は、負極活物質である天然黒鉛に導電剤と結着剤及び増粘材を加えたものを塗布することにより形成した。なお、正極活物質層５が形成された領域と負極活物質層６が形成された領域は、重ねたときにほぼ同じ形状になるように形成した。その後、負極活物質層６が形成されていない部分を５ｍｍ幅で２回同方向に折り返し樹脂フィルム１の両面の導電層２を電気的に接続し、超音波溶接により固定した。また、同様方法で同一形状の負極シートをもう一枚形成した。
【００６１】
３−１−３．発電要素の作製
次に図３のように１枚の正極シート１０の両面がセパレータ１２を介してそれぞれ負極シート１１と隣接するように積層した。また、図３のように正極シート１０の正極活物質層５を形成した領域と負極シート１１の負極活物質層６を形成した領域とが重なるように積層し、正極シート１０の折り返し部７と負極シート１１の折り返し部７がそれぞれ反対になるように積層した。なおセパレータ１２は、正極シート１０と負極シート１１が電気的に接触することがないように積層した。また、セパレータ１２は、ポリプロピレン製多孔質フィル製で厚み２５μｍ、空隙率５０％、大きさ１３８ｍｍ×７８ｍｍのものを用いた。その後、図３のように正極シート１０と負極シート１１の間の２つのセパレータ１２を正極シート１０を挟みこむように正極シート１０の折り返し部７と反対側で熱溶着した。このことにより正極シート１０の端部と負極シート１１の導電層２との間で短絡電流が流れるのを防止した。その後、正極シート１０の折り返し部７を正極の接続端子１３に重ねて超音波溶接した。また、２つの負極シート１１の各折り返し部７を重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００６２】
３−１−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００６３】
３−１−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、０．４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シートおよび負極シートの全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００６４】
３−２．第２の二次電池作製実験
負極シート１１の折り返し部７を凸部に形成した積層構造のリチウムイオン電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第２の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００６５】
３−２−１．正極シートの作製
「３−１−１」の記載と同様の方法により同じ正極シートを合計９枚作製した。なお、正極シート１０の折り返し部７は図２（ａ）のように作製した。
【００６６】
３−２−２．負極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成した以外は「３−１−２」の記載と同様の方法で同じ負極シート１１を合計１０枚作製した。
なお、負極シート１１に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００６７】
３−２−３．発電要素の作製
正極シート１０を９枚用い、折り返し部７を凸部に形成した負極シート１１を１０枚用いた以外は「３−１−３」の記載と同様の方法で、発電要素を作製した。
９枚の正極シート１０と１０枚の負極シート１１をセパレータ１２を介して積層した。その後、各正極シート１０の折り返し部７を重ねて正極の接続端子１３に超音波溶接した。また、凸部に形成した負極シート１１の折り返し部７を重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００６８】
３−２−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００６９】
３−２−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シート１０及び負極シート１１の全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００７０】
３−３．第３の二次電池作製実験
正極シート１０の折り返し部７を凸部に形成した積層構造のリチウムイオン電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第３の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００７１】
３−３−１．正極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成した以外は「３−１−１」の記載と同様の方法により同じ正極シート１０を合計９枚作製した。
なお、正極シート１０に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００７２】
３−３−２．負極シートの作製
「３−１−２」の記載と同様の方法で同じ負極シート１１を合計１０枚作製した。なお、負極シート１１の折り返し部７は、図２（ａ）のように作製した。
【００７３】
３−３−３．発電要素の作製
折り返し部７を凸部に形成した正極シート１０を９枚用い、負極シート１１を１０枚用いた以外は「３−１−３」の記載と同様の方法で、発電要素を作製した。
９枚の正極シート１０と１０枚の負極シート１１をセパレータ１２を介して積層した。その後、凸部に形成した各正極シート１０の折り返し部７を重ねて正極の接続端子１３に超音波溶接した。また、負極シート１１の折り返し部７を重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００７４】
３−３−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００７５】
３−３−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シート１０及び負極シート１１の全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００７６】
３−４．第４の二次電池作製実験
捲回構造のリチウムイオン二次電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第４の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００７７】
３−４−１．正極シートの作製
「３−１−１」の記載と同様の方法により正極シート１０を作製した。なお、正極シート１０の折り返し部７は図２（ａ）のように作製した。また、正極シート１０の樹脂フィルム１は１４３０ｍｍ×７０ｍｍの大きさのものを用いた。
【００７８】
３−４−２．負極シートの作製
「３−１−２」の記載と同様の方法により負極シート１１を作製した。なお、負極シート１１の折り返し部７は図２（ａ）のように作製した。また、負極シート１１の樹脂フィルム１は１４４０ｍｍ×７２ｍｍの大きさのものを用いた。
【００７９】
３−４−３．発電要素の作製
次に、正極シート１０と負極シート１１をセパレータ１２を介して積層し、さらにもう一枚のセパレータ１２を正極シート１０を挟み込むように積層した。この積層体を捲回させ、発電要素を作製した。なお、セパレータ１２は、１４４０ｍｍ×７８ｍｍの大きさのものを用いた。
【００８０】
３−４−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液３０［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは８５［ｍｍ］×５０［ｍｍ］、厚さ２５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００８１】
３−４−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シート１０及び負極シート１１の全てが正負極用の接続端子と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００８２】
３−５．第５の二次電池作製実験
正極シート１０および負極シート１１の折り返し部７を凸部に形成した積層構造のリチウムイオン二次電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第５の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００８３】
３−５−１．正極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成したこと、および凸部が図４（ａ）（ｂ）のようになること以外は「３−１−１」の記載と同様の方法により同じ正極シート１０を合計５枚作製した。
なお、正極シート１０に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、凸部は、図４（ａ）（ｂ）のように隣接する凸部同士は重なるが、３つの凸部が重ならないような位置関係のものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００８４】
３−５−２．負極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成したこと、および凸部が図４（ａ）（ｂ）のようになること以外は「３−１−２」の記載と同様の方法で同じ負極シート１１を合計６枚作製した。
なお、負極シート１１に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、凸部は、図４（ａ）（ｂ）のように隣接する凸部同士は重なるが、３つの凸部が重ならないような位置関係のものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００８５】
３−５−３．発電要素の作製
折り返し部７を凸部に形成した正極シート１０を５枚用い、負極シート１１を６枚用い、正極シート１０および負極シート１１の折り返し部７が図４（ａ）（ｂ）のように重なるようにした以外は「３−１−３」の記載と同様の方法で、発電要素を作製した。
５枚の正極シート１０と６枚の負極シート１１をセパレータ１２を介して積層した。その後、凸部に形成した各正極シート１０の折り返し部７を図４（ａ）（ｂ）のように重ねて正極の接続端子１３に超音波溶接した。また、負極シート１１の折り返し部７を図４（ａ）（ｂ）のように重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００８６】
３−５−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００８７】
３−５−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、２Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シートおよび負極シートの全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００８８】
３−６．振動実験
振動試験は、第１〜第５の二次電池作製実験それぞれの得られたリチウムイオン二次電池を満充電にし、３軸方向（ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向）に、それぞれ、周波数：５〜２００〜５［Ｈｚ］、加速ピーク：１〜８〜１［ｇｎ］の条件で、１５分間×１２回（合計９時間）に亘って振動を与える試験を実施した。振動試験の結果および第１〜第５の二次電池作製実験の結果を表１に示す。
振動試験の結果では、いずれの二次電池でも異常は見られず、すべての正極シート１０および負極シート１１は、正負極用の接続端子１３と、それぞれが電気的に接続されていることが分かった。
【００８９】
【表１】
【符号の説明】
【００９０】
１：樹脂フィルム ２：導電層 ５：正極活物質層 ６：負極活物質層 ７：折り返し部 ８：両面の導電層の接触部 ９：電極シート １０：正極シート（電極シート） １１：負極シート（電極シート） １２：セパレータ １３：接続端子 １５：外装材 １７：溶接部 １８：正極溶接部 １９：負極溶接部 ２０：二次電池
１０１：正極シート １０２：負極シート １０５：セパレータ １１１：凸部（正極） １１２：凸部（負極） １２１：樹脂フィルム １２２：導電層 １２３：正極活物質層 １２４：負極活物質層 １３１：リード（負極） １３２：リード（正極） １３５：絶縁性樹脂フィルム １３６：金属膜（メタリコン）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極シート、二次電池および二次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば携帯電話、携帯用パソコン、携帯用カメラ等の小型携帯電子機器の電源として、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池が使用されている。このような二次電池において、特に薄型の小型携帯電子機器には二次電池が用いられている。
【０００３】
従来の二次電池の内部構造は、図５、図６に示すように正極シート１０１と負極シート１０２が微細孔を有するセパレータ１０５を介して交互に配置され、電解液と共に密封されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図５は、従来の積層型二次電池の内部構造の斜視図である。また、図６は、従来の積層型二次電池の概略断面図である。また、図６に示すように正極シート１０１または負極シート１０２は、両面に金属層（導電層１２２）が形成された樹脂フィルム１２１の両面にそれぞれ正極活物質層１２３または負極活物質層１２４が形成されている。また、両面に導電層１２２が形成された樹脂フィルム１２１の代わりに金属箔を使用する二次電池も知られている。なお、樹脂フィルム１２１の両面にそれぞれ正極活物質層１２３または負極活物質層１２４が形成されたものでは、電池重量当たりの電池容量密度が増加するなどの利点がある。また、正極シート１０１および負極シート１０２は、外部端子と接続するための凸部（１１１、１１２）を有しており、この凸部には正極活物質層１２３および負極活物質層１２４が形成されていない。このため、導電層１２２が露出しており、外部端子と接続することができる。
【０００４】
また、両面に導電層１２２が形成された樹脂フィルムを用いた正極シートおよび負極シートでは、両面の導電層１２２を電気的に接続するさまざまな方法がある。
例えば、特許文献２では、正極シート１０１または負極シート１０２の正極活物質層および負極活物質層が形成されていない部分を図６のようにリード（１３１、１３２）で挟み込み冷間圧接、超音波溶接等で取り付けることでシート両面の導電層１２２を電気的に接続している。
【０００５】
また、例えば、図７に示したような特許文献３に記載されているように金属膜（メタリコン）の蒸着をする方法でも、シート両面の導電層１２２を電気的に接続することができる。図７は、引用文献３の二次電池の概略断面図である。なお、図７の二次電池では絶縁性樹脂フィルム１３５が上記の樹脂フィルムとセパレータの機能をしている。具体的に説明すると、図７のように正極シート１０１に形成した導電層１２２と負極シート１０２に形成した導電層１２２がそれぞれ積層したシートの両側面に現れるように導電層１２２を形成し、その両側面全体に金属膜（メタリコン）１３６を蒸着することにより、導電層１２２を電気的に接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１０２７１１号公報
【特許文献２】特開平１０−２５５７５４号公報
【特許文献３】特開２００３−１９７１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述の従来技術には以下の問題がある。図６のように電極シートをリードで挟みこんで接続する場合、各電極シートごとにリードを接続する必要があり、さらに複数のリードを相互に接続する必要がある。そのため、部品点数の増加および接続工数の増加によるコストアップが懸念される。
また、図７のように金属膜（メタリコン）を蒸着する方法では、メタリコン技術が用いられているため、金属膜の形成時には前処理が必要になり、リードタイムの増加や材料によるコストアップが懸念される。また、被溶射体である電極シートなどの積層物が高温に曝される危険性がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂フィルムの両面に形成された導電層を低コストで接続することができる電極シートを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の電極シートは、樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層がこの順で設けられた正極シートまたは樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層がこの順で設けられた負極シートである電極シートであって、前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が設けられかつ前記正極活物質層および前記負極活物質層が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部を有し、前記折り返し部において前記樹脂フィルムの両面に設けられた各導電層が電気的に接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電極シートは、樹脂フィルムの両面に形成された導電層を低コストで接続することができる。具体的に以下に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略断面図であり、図１（ｂ）は、本発明の一実施形態の電極シートである負極シートの概略断面図である。また、図１（ｃ）は図１（ａ）の点線囲んだ部分Ａの拡大図である。また、図２（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図であり（凸部なし）、図２（ｂ）は折り返し部を凸部に形成した本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図である。
図１（ａ）（ｂ）のように本発明の電極シート９は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５又は負極活物質層６がこの順で設けられた電極シートであるため、樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２を電気的に接続する必要がある。このため、本発明の電極シート９は、正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有する。この折り返し部７の拡大図である図１（ｃ）を見ると、一点破線で示した両面の導電層の接触部８で樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２が電気的に接続することが分かる。
【００１０】
このことにより、本発明の電極シート９では、両面の導電層２を接触させるために特別な部品は必要ではないため、低コストで電極シートを製造することができ、製造コストの低減をすることができる。また本発明の電極シートでは、熱などを加える必要もないため、樹脂フィルムなどが高温に曝されるおそれもない。また、この折り返し部７を外部接続端子に超音波溶接等を用いて容易に接合することができるため、本発明の電極シートを用いる二次電池の製造コストを低減することができる。
【００１１】
また、本発明では、本発明の電極シートを備えた二次電池およびこの二次電池の製造方法も提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の電極シートである負極シートの概略断面図であり、（ｃ）は（ａ）の点線囲んだ部分Ａの拡大図である。
【図２】（ａ）は、本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図であり（凸部なし）、（ｂ）は折り返し部を凸部に形成した本発明の一実施形態の電極シートである正極シートの概略平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の二次電池の概略断面図である。
【図４】（ａ）は、折り返し部をずらして重ねた本発明の一実施形態の二次電池の内部構造の概略平面図であり、（ｂ）は（ａ）をＳ方向から見たときの折り返し部の重なりの概略断面図である。
【図５】従来の積層型二次電池の内部構造の斜視図である。
【図６】従来の積層型二次電池の内部構造の概略断面図である。
【図７】従来の積層型二次電池の内部構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
【００１４】
１．電極シート
本実施形態の電極シート９は、樹脂フィルム１の両面上にそれぞれ導電層２および正極活物質層５がこの順で設けられた正極シート１０または樹脂フィルム１の両面上にそれぞれ導電層２および負極活物質層６がこの順で設けられた負極シート１１である電極シート９であって、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有し、折り返し部７において樹脂フィルム１の両面に設けられた各導電層２が電気的に接続していることを特徴とする。
なお、電極シート９には、正極シート１０と負極シート１１が含まれる。なお、正極シートと負極シートは、活物質層の構成材料が異なるが、それ以外は同じ構成材料を用いることができる。
また、端部とは、電極シート９の端に接する部分である。
また、本実施形態の電極シート９を用いた二次電池は、正極シート１０および負極シート１１の両方に本発明の電極シート９を用いたものに限定されず、正極シート１０または負極シート１１のどちらか一方に本発明の電極シート９を用い、そのほかについては従来通りの金属箔の両面に正極活物質または負極活物質を形成した電極シートを用いてもよい。
以下、本実施形態の電極シートについて説明する。
【００１５】
１−１．正極シート
正極シート１０は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５がこの順で設けられた電極シート９であって、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ正極活物質層５が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有し、折り返し部７において樹脂フィルム１の両面に設けられた導電層２が電気的に接続する。正極シート１０の形状は特に限定されないが、例えば長方形であってもよい。また、図２（ｂ）のように正極シート１０に含まれる折り返し部７を形成した凸部を有してもよい。
【００１６】
１−２．負極シート
負極シート１１は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および負極活物質層６がこの順で設けられた電極シート９であって、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部７を有し、折り返し部７において樹脂フィルム１の両面に設けられた導電層２が電気的に接続する。負極シート１１の形状は特に限定されないが、例えば長方形であってもよい。また、図２（ｂ）のように負極シート１１に含まれる折り返し部７を形成した凸部を有してもよい。
【００１７】
１−３．折り返し部
折り返し部７は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられかつ正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない電極シート９の端部を同方向に２回以上折り返した部分である。つまり、折り返し部分７は、電極シート９の端部を図１（ｃ）のように同方向に２回以上折り返した部分である。図１（ｃ）をみてわかるようにこの端部を同方向に２回以上折り返すと、図１（ｃ）の一点破線で囲んだ部分８で樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２を電気的に接続することができる。
【００１８】
このことにより、樹脂フィルム１の両面上のそれぞれの導電層２を特別な部品も必要なく簡素な構造で電気的に接続することができる。また、熱を加える必要もないので、電極シート９が高温に曝されるおそれもない。また、この折り返し部７を外部接続端子に超音波溶接等を用いて容易に接合することができるため、本発明の電極シートを用いる二次電池の製造コストを低減することができる。
【００１９】
折り返し部７は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２が設けられた端部であって、正極活物質層５および負極活物質層６が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより形成することができる。また、折り返した形状を保持させるために溶接を行い形状を保持させることもできる。また、折り返し部７の屈折部での切断を防止するために、溶接を行う部分と屈折部との間に一定の間隔をおくこともできる。
本明細書において溶接は、特に限定しないが、例えば超音波溶接、抵抗溶接、レーザー溶接等が挙げられ、これらのうち冷間圧接、超音波溶接が好ましく、超音波溶接が特に好ましい。
【００２０】
なお、図１では、折り返し部７は、同方向に２回折り返した例を示しているが、本発明には、２回の折り返しに限定されず、３回以上の同方向への折り返した場合でも、２回以上同方向へ折り返した後逆方向に折り返した場合も含まれる。
【００２１】
また、折り返し部７は、該折り返し部７が含まれる正極シート１０または負極シート１１の厚さより薄い厚さを有してもよい。このことにより、電極シート９を用いて二次電池を作成した場合であって、電極シート９などの積層体を外装材（ケース）に入れる場合に、積層体の厚さに合わせた外装材（ケース）を用いることができ、二次電池を小さくすることができる。また、製造コストを低減することもできる。
【００２２】
また、折り返し部７は、正極シート１０または負極シート１１の凸部に形成されていてもよい。なお、凸部とは、正極シート１０または負極シート１１の端部に設けられた同一面上の突起部のことである。例えば図２（ｂ）の折り返し部７が形成された凸部である。凸部に折り返し部７を形成することにより、材料の使用量が軽減出来き、軽量化を図ることが出来る。また、溶接量も低減できる。
【００２３】
１−４．樹脂フィルム
樹脂フィルム１は、両面上にそれぞれ導電層２および正極活物質層５または負極活物質層６をこの順で設けることができるものであれば、特に限定されない。また、正極シート１０および負極シート１１に含まれるそれぞれの樹脂フィルム１は、同じ材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。
樹脂フィルム１の材料は、樹脂フィルムであれば特に限定されないが、例えばポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、二軸延伸ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン、ポリアラミド、ポリイミド等が挙げられる。これらの中でも、電池作動中の短絡発熱時（例えば１５０℃程度）において溶融するポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、ポリスチレン等からなる樹脂フィルムを用いることが、内部短絡により局所的な発熱が生じたときに融解し、短絡電流をシャットダウンできるという効果が得られる上で好ましい。
【００２４】
ところで、樹脂フィルム１は、導電層２の支持材であるため、導電層２を形成した樹脂フィルム１の代りに金属フィルムを用いることが考えられる。しかし、樹脂フィルム１を用いることにより二次電池の内部短絡時に短絡電流をシャットダウンできるという利点が得られる。さらに、電極シートの重量を軽減することができるため、電池重量当たりの容量密度が増加するという利点が得られる。このため、本発明では樹脂フィルム上に導電層２を形成した電極シート９を採用している。
樹脂フィルム１の厚さとしては、電極シート９の厚さが厚くなり過ぎないよう、例えば５〜２５μｍ程度が好ましい。
樹脂フィルム２の形状は、特に限定されるものではないが、四角形のものを用いることができ、また、図２（ｂ）のような凸部に折り返し部７を形成するとき、凸部を有する樹脂フィルム１を用いることができる。
【００２５】
１−５．導電層
導電層２は、樹脂フィルム１の両面上に設けられ、正極活物質層５または負極活物質層６と電気的に接合するものであれば、特に限定されない。
また、導電層２は、樹脂フィルム１の両面のそれぞれの全面上に形成してもよい。
また、導電層２は、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池を作製したときに化学変化を生じないものが好ましい。
以下、導電層２の具体例として、リチウムイオン二次電池の導電層２について具体的に説明する。
【００２６】
正極シート１０の導電層２の材料は、例えばステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、炭素などの他に、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたものを用いることができる。特に、アルミニウムあるいはアルミニウム合金が好ましい。さらには、これらの材料の表面が酸化したものを用いてもよい。
負極シート１１の導電層２の材料は、例えばステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、アルミニウム、炭素などの他に、銅やステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタンあるいは銀を処理させたもの、Ａｌ−Ｃｄ合金などを用いることができる。特に、銅あるいは銅合金が好ましい。さらには、これらの材料の表面が酸化したものを用いてもよい。
【００２７】
導電層２は、例えばメッキ法もしくは蒸着法によって樹脂フィルム１の両面全面に形成することができ、その厚さとしては電池特性における抵抗の面から０．５〜１０μｍが好ましく、２〜５μｍ程度がさらに好ましい。
【００２８】
１−６．正極活物質層および負極活物質層
正極活物質層５および負極活物質層６は、正極シート１０および負極シート１１を含む電池の起電反応に関係する物質層であり、樹脂フィルムの両面上にそれぞれ設けられた導電層２の上に設けられたものであれば特に限定されない。また、正極活物質層５および負極活物質層６は、樹脂フィルム１の両面上にそれぞれ設けられた導電層２の全面上に形成されず、正極シート１０または負極シート１１は、正極活物質層５および負極活物質層６が形成されてない端部の領域を有する。この領域を２回以上同方向に折り返すことにより折り返し部を形成することができる。
また、正極活物質層５および負極活物質層６は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の作製しようとする二次電池に応じた公知の材料が用いることができる。
以下、本発明の二次電池の代表的な例としてリチウムイオン二次電池の活物質層について具体的に説明する。
【００２９】
リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質層５の活物質としては、リチウムを含有した酸化物を用いることができる。例えばチタン、モリブデン、銅、ニオブ、バナジウム、マンガン、クロム、ニッケル、鉄、コバルトもしくはリン等とリチウムの複合酸化物、硫化物またはセレン化物などが好ましく、具体的には、ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＣｒＯ2、ＬｉＦｅＯ2、ＬｉＶＯ2およびＬｉＭＰＯ4（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅから選ばれる少なくとも１種以上の元素）のうちの１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。
【００３０】
また、負極活物質層６の活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、高結晶黒鉛等の黒鉛系物質、非晶質炭素系物質、Ｎｂ2Ｏ5およびＬｉＴｉＯ4等の金属酸化物うちの少なくとも１つ以上を単独または複数種組み合わせて用いることができる。
【００３１】
さらに、正極活物質層５および負極活物質層６の材料には、上記の活物質に加え、後述の導電剤、増粘剤、結着剤、フィラー、分散剤、イオン導電剤、圧力増強剤およびその他の各種添加剤を用いることができる。
【００３２】
導電層２を形成した樹脂フィルム１の両面に活物質および各種添加剤の混合物を塗布し、樹脂フィルム１の変形または溶融が生じない温度（例えば１００℃程度以下）で乾燥させることにより正極活物質層５または負極活物質層６を形成することができる。このとき、折り返し部７を形成する端部に正極活物質層５または負極活物質層６を形成しないことができる。このことにより、この端部に折り返し部を形成することができ、樹脂フィルム１の両面の導電層２が電気的に接続することができる。また、この端部は、正極シート１０または負極シート１１の同一面上の凸部であってもよい。このことにより、凸部に折り返し部７を形成することができる。
【００３３】
なお、電池組立時において、積層方向両端に位置する電極シートの最外層の活物質層は省略してもよい。
正極活物質層５または負極活物質層６の厚みとしては例えば２０〜１５０μｍ程度が適当であり、５０〜１００μｍ程度が好ましい。
【００３４】
導電剤としては、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ構成された電池において、化学変化を起こさない電子伝導性材料であれば特に限定されない。例えば天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など）、人工黒鉛などのグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、気相成長黒鉛繊維（ＶＧＣＦ）、炭素繊維、金属繊維などの導電性繊維類、銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉類、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物あるいはポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料などを単独またはこれらの混合物として用いることができる。これらの導電剤のなかで、アセチレンブラック、ＶＧＣＦ、グラファイトとアセチレンブラックの併用が特に好ましい。
【００３５】
増粘剤としては、少量の添加で液体が高い粘性を持つようになる薬品が好ましく、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダなどのポリカルボン酸系化合物；ポリビニルピロリドンなどのビニルピロリドン構造を有する化合物；ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダ、キサンタンガム、カラギーナン、グアーガム、カンテン、デンプンなどから選択された１種又は２種以上が使用可能であり、中でもカルボキシメチルセルロース塩が好ましい。
増粘剤がカルボキシメチルセルロース塩である場合は、水への溶解性、保存安定性、製造コストなどの点からエーテル化度は０．３〜２．０であることが好ましく、０．４５〜１であることが特に好ましい。
【００３６】
結着剤としては、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ多糖類、熱可塑性樹脂およびゴム弾性を有するポリマーのうちの一種またはこれらの混合物として用いることができる。好ましい例としては、でんぷん、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴムおよびポリエチレンオキシドを挙げることができる。
【００３７】
フィラーは、一般的に電池材料として用いられるものであり、かつ構成されたリチウム二次電池において、化学変化を起こさない繊維状材料であれば特に限定されない。例えばポリプロピレン、ポリエチレンなどのオレフィン系ポリマー、ガラス、炭素などの繊維を用いることができる。
【００３８】
イオン導電剤は、無機および有機の固体電解質として一般的に知られている。例えばポリエチレンオキサイド誘導体あるいは該誘導体を含むポリマー、ポリプロピレンオキサイド誘導体、該誘導体を含むポリマー、リン酸エステルポリマー等を用いることができる。
【００３９】
圧力増強剤は、電池の内圧を上げる化合物であり、炭酸塩などを用いることができる。
【００４０】
２．二次電池
図３は、本発明の一実施形態の二次電池の概略断面図である。
本実施形態の二次電池２０は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５がこの順で設けられた本発明の電極シート９である正極シート１０ならびに樹脂フィルム１の両面上に導電層２および負極活物質層６がこの順で設けられた本発明の電極シート９である負極シート１１がセパレータ１２を介して配置され電解液と共に外装材１５で密封されている。また、正極シート１０の折り返し部７および負極シート１１の折り返し部７は、それぞれ異なる接続端子１３に電気的に接続してもよい。
また、本実施形態の二次電池２０の製造方法は、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および正極活物質層５をこの順で形成し樹脂フィルム１の両面上に導電層２が形成されかつ正極活物質層５が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより正極シート１０を形成する工程と、樹脂フィルム１の両面上に導電層２および負極活物質層６をこの順で形成し樹脂フィルム１の両面上に導電層２が形成されかつ負極活物質層６が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより負極シート１１を形成する工程と、正極シート１０と負極シート１１をセパレータ１２を介して配置し電解液と共に外装材２０で密封する工程とを備える。
【００４１】
以下、本実施形態の二次電池２０について説明する。
本発明の二次電池２０は、上記の構造を有するリチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の二次電池に適用可能である。また、本発明の二次電池は、積層構造であっても捲回構造であってもよい。
【００４２】
２−１．正極シートおよび負極シート
正極シート１０および負極シート１１は、「１．」〜「１−６．」で説明した電極シートを用いることができる。正極シート１０および負極シート１１はセパレータ１２を介して配置される。また、正極シート１０の正極活物質層５が形成された領域と負極シート１１の負極活物質層６が形成された領域は、同じ形状のシートであってもよい。
【００４３】
また、正極シート１０および負極シート１１のうち少なくとも一方は複数であり、正極シート１０および負極シート１１は交互に配置されてもよい。このことにより電池の容量を大きくすることができる。正極シート１０および負極シート１１の合計枚数は特に限定されないが、例えば、３〜５０枚であり、好ましくは５〜２０枚である。
【００４４】
また、正極シート１０と負極シート１１の折り返し部７が重ならないように配置することができる。このことにより正極シート１０の折り返し部７と負極シートの折り返し部７の接触を防止することができ、リーク電流を防止することができる。例えば、図３のように正極シート１０と負極シート１１の折り返し部７が重ならないように、それぞれの折り返し部７が反対側になるように配置することができる。
【００４５】
また、正極シート１０または負極シート１１を複数積層する場合、正極シート１０または負極シート１１がそれぞれ有する折り返し部７が重なるように正極シート１０および負極シート１１を配置することができる。このことにより複数の正極シート１０の導電層２または複数の負極シート１１の導電層２をそれぞれ電気的に接続することができる。例えば、図３の負極シート１１の折り返し部７のように複数の負極シート１１の折り返し部７が重なるように配置することができる。
【００４６】
また、正極シート１０の折り返し部７または負極シート１１の折り返し部７はそれぞれ異なる接続端子１３に電気的に接続することができる。このことにより正極シート１０と負極シート１１の間で生じる起電力を外部で利用することができる。
【００４７】
また、複数の折り返し部７または複数の折り返し部７と接続端子１３は重ねて溶接し接合することができる。なお、溶接部１７とはこの重ねて溶接した部分である。なお溶接部は、接続端子１３と折り返し部７を共に溶接してもよく、複数の折り返し部７のみで溶接してもよい。また、正極溶接部１８とは、正極シート１０の折り返し部７を重ねて溶接した部分であり、負極溶接部１９とは、負極シート１１の折り返し部７を重ねて溶接した部分である。また、正極溶接部１８および負極溶接部１９は、折り返し部７と接続端子１３を重ねて溶接した部分であってもよい。
溶接の方法は特に限定されないが、例えば超音波溶接である。
また、接続端子１３は、導電性物質からなり、正極シート１０および負極シート１１を含む電池の起電力を外部で利用することができるものであれば特に限定されない。
【００４８】
また、溶接部１７は、３つ以上の折り返し部７を有し、第１の折り返し部は、隣接する第２の折り返し部の一部と重なり、第２の折り返し部は、第１の折り返し部と重ならない部分で隣接する第３の折り返し部と重なってもよい。溶接部１７をこの構成にすることにより、各正極シートまたは各負極シートの導電層２を電気的に接続することができ、さらに各正極シートまたは各負極シートの折り返し部７を直接接続端子１３に接続させることが容易であり、安定した接続が出来る。この一例を図面をつかって説明する。図４（ａ）は、本発明の一実施形態の二次電池の概略平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の矢印Ｓの方向から見た溶接部１７の概略断面図である。なお、図４の実施形態では、７つの正極シート１０と７つの負極シート１１をセパレータ１２を介して配置した二次電池である。また、各正極シート又は各負極シートは、折り返し部７が形成された凸部を有している。図４（ａ）（ｂ）のように折り返し部７が３つ以上重なる部分ができないように溶接部１７を形成することができる。このように折り返し部７を重ねて接続端子１３に溶接することにより各折り返し部７を電気的に接合することができ、また、各折り返し部７を直接接続端子１３に溶接することができる。
【００４９】
２−２．セパレータ
セパレータ１２は、正極シート１０と負極シート１１の電気的接触を防止することができ、電解液が透過可能であれば特に限定されない。
セパレータ１２は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等のオレフィン系樹脂からなる微多孔フィルムを単一あるいは複合して用いることができ、必要に応じて不織布などの安価なセパレータを用いることも可能である。また、例えばアラミド樹脂からなる耐熱性に優れたセパレータを使用すれば、安全性が向上して好ましい。
【００５０】
また、セパレータ１２の厚みは、例えば５〜１００μｍ程度が適当であり、１０〜３０μｍ程度が好ましい。また、セパレータ１２の空隙率は、例えば、３０〜９０％程度が適当であり、４０〜８０％程度が好ましい。なお、厚みが５μｍより薄くなるとセパレータ１２の機械的強度が不足し、電池の内部短絡の原因となるので好ましくなく、１００μｍより厚くなると正極シート１０と負極シート１１の間の距離が長くなり、電池の内部抵抗が高くなるので好ましくない。また、空隙率が３０％より低いと、電解液の含有量が減り電池の内部抵抗が高くなるので好ましくなく、９０％より高いと、正極シート１０と負極シート１１が物理的な接触を起こしてしまい、電池の内部短絡の原因となるので好ましくない。ここで、セパレータ１２の厚みおよび空隙率は、マイクロメーターで厚さを、電子天秤で重量を測定して、セパレータの密度を算出し、その樹脂の真密度との比率から測定した値を意味する。
【００５１】
また、セパレータ１２は、樹脂フィルム１より高い軟化温度を有してもよい。セパレータ１２の軟化温度が樹脂フィルムの軟化温度より高い方が、電池内部への異物混入等による内部短絡が発生し電池内で異常電流が流れて異常発熱した際に、樹脂フィルム１が溶断して電流パスが遮断されるため、電池の内部短絡部の拡大を防ぐことが可能であるため好ましい。
【００５２】
２−３．外装材
外装材１５は、正極シート１０および負極シート１１をセパレータ１２を介して配置したものを電解液と共に密封することができれば特に限定されない。
外装材１５（電池ケース）は、例えば鉄、ステンレススチール、アルミニウム、鉄にニッケルメッキしたもの等の金属製の缶を用いることができ、アルミニウム箔を樹脂でラミネートしたフィルムにて角筒型または薄い扁平筒型に形成したものも用いることができる。なお、外装材に金属製の缶など導電性のものを用いる場合、正極シートと負極シートが短絡電流を生じさせないため、絶縁体を間に挟むことができる。
【００５３】
２−４．電解液
電解液は、正極活物質層５および負極活物質層６と電池反応をすることができるイオンを含むものであれば特に限定されない。
電解液は、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル・水素蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池等の作製しようとする二次電池に応じた公知の材料が用いられる。
以下、本発明の二次電池の代表的な例としてリチウムイオン二次電池の電解液について具体的に説明する。
【００５４】
電解液は、例えばリチウム塩を含む非水電解液が用いられる。
また、リチウムイオン二次電池で使用されるリチウム塩としては、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、トリフルオロ酢酸リチウム(ＬｉＣＦ3ＣＯＯ)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド（ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2）等のリチウム塩が挙げられ、これら単独もしくは、これらの２種以上を混合して用いることができる。非水電解質の塩濃度は、例えば０．５〜３ｍｏｌ／Ｌが好適である。
【００５５】
また、非水電解液の代わりに前記電解液をポリマーマトリックス中に保持したゲル電解質なども用いることが可能である。ポリマーマトリックスとしては、ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドの共重合体を基本構造とし、末端に多官能アクリレートを有する化合物を架橋したものが好適である。これは、物理架橋ゲルに比べて強固な架橋構造を有するため、ゲルからの非水電解液の染み出し等が少なく、電池の信頼性が高くなるからである。
【００５６】
非水電解液用溶媒としては、非水電解質用溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン（以下、ＧＢＬと略称することがある）、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられ、これら単独もしくは、これらの２種以上を混合して用いることができる。特に、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）が含まれているのが好ましい。
【００５７】
また、安全性向上のためにイオン性液体を用いることも可能である。さらに、電極上に良好な皮膜を形成させるためや、充放電の安定性向上のために、ビニレンカーボネート（ＶＣ）やシクロヘキシルベンゼン（ＣＨＢ）を添加することも可能である。
【００５８】
３．効果実証実験
３−１．第１の二次電池作製実験
図３のような内部構造を有する積層構造のリチウムイオン電池を作製した。
【００５９】
３−１−１．正極シートの作製
まず、樹脂フィルム１である厚さ２０μｍ、大きさ１６０ｍｍ×７０ｍｍのポリプロピレン製のフィルムの両面の全面上にそれぞれ導電層２であるＡｌの蒸着をおこない、２μｍの導電層２を形成した。その後、図２（ａ）のように導電層２を形成した樹脂フィルムの折り返し部を形成する端部以外の部分の両面に厚さ約８０μｍの正極活物質層５を塗布法により長方形に形成した。なお、正極活物質層５は、正極活物質であるオリビン型リン酸鉄リチウムに導電剤と結着剤及び増粘材を加えたものを塗布することにより形成した。その後、正極活物質層５が形成されていない部分を５ｍｍ幅で２回同方向に折り返し樹脂フィルム１の両面の導電層２を電気的に接続し、超音波溶接により固定した。なお、この効果実証実験における超音波溶接はAmTech製 ULTRASONIC WELDER ATP-2020Eを用い、振幅：３６μｍ、圧力：４００ｋ、時間：０．４ｓとした。
【００６０】
３−１−２．負極シートの作製
次に、樹脂フィルム１である厚さ２０μｍ、大きさ１６９ｍｍ×７８ｍｍのポリプロピレン製のフィルムの両面の全面上にそれぞれ導電層２であるＣｕの蒸着をおこない、２μｍの導電層２を形成した。その後、図２（ａ）のように導電層２を形成した樹脂フィルム１の折り返し部を形成する端部以外の部分の両面に厚さ約７０μｍの負極活物質層を塗布法により形成した。なお、負極活物質層６は、負極活物質である天然黒鉛に導電剤と結着剤及び増粘材を加えたものを塗布することにより形成した。なお、正極活物質層５が形成された領域と負極活物質層６が形成された領域は、重ねたときにほぼ同じ形状になるように形成した。その後、負極活物質層６が形成されていない部分を５ｍｍ幅で２回同方向に折り返し樹脂フィルム１の両面の導電層２を電気的に接続し、超音波溶接により固定した。また、同様方法で同一形状の負極シートをもう一枚形成した。
【００６１】
３−１−３．発電要素の作製
次に図３のように１枚の正極シート１０の両面がセパレータ１２を介してそれぞれ負極シート１１と隣接するように積層した。また、図３のように正極シート１０の正極活物質層５を形成した領域と負極シート１１の負極活物質層６を形成した領域とが重なるように積層し、正極シート１０の折り返し部７と負極シート１１の折り返し部７がそれぞれ反対になるように積層した。なおセパレータ１２は、正極シート１０と負極シート１１が電気的に接触することがないように積層した。また、セパレータ１２は、ポリプロピレン製多孔質フィル製で厚み２５μｍ、空隙率５０％、大きさ１３８ｍｍ×７８ｍｍのものを用いた。その後、図３のように正極シート１０と負極シート１１の間の２つのセパレータ１２を正極シート１０を挟みこむように正極シート１０の折り返し部７と反対側で熱溶着した。このことにより正極シート１０の端部と負極シート１１の導電層２との間で短絡電流が流れるのを防止した。その後、正極シート１０の折り返し部７を正極の接続端子１３に重ねて超音波溶接した。また、２つの負極シート１１の各折り返し部７を重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００６２】
３−１−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００６３】
３−１−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、０．４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シートおよび負極シートの全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００６４】
３−２．第２の二次電池作製実験
負極シート１１の折り返し部７を凸部に形成した積層構造のリチウムイオン電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第２の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００６５】
３−２−１．正極シートの作製
「３−１−１」の記載と同様の方法により同じ正極シートを合計９枚作製した。なお、正極シート１０の折り返し部７は図２（ａ）のように作製した。
【００６６】
３−２−２．負極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成した以外は「３−１−２」の記載と同様の方法で同じ負極シート１１を合計１０枚作製した。
なお、負極シート１１に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００６７】
３−２−３．発電要素の作製
正極シート１０を９枚用い、折り返し部７を凸部に形成した負極シート１１を１０枚用いた以外は「３−１−３」の記載と同様の方法で、発電要素を作製した。
９枚の正極シート１０と１０枚の負極シート１１をセパレータ１２を介して積層した。その後、各正極シート１０の折り返し部７を重ねて正極の接続端子１３に超音波溶接した。また、凸部に形成した負極シート１１の折り返し部７を重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００６８】
３−２−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００６９】
３−２−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シート１０及び負極シート１１の全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００７０】
３−３．第３の二次電池作製実験
正極シート１０の折り返し部７を凸部に形成した積層構造のリチウムイオン電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第３の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００７１】
３−３−１．正極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成した以外は「３−１−１」の記載と同様の方法により同じ正極シート１０を合計９枚作製した。
なお、正極シート１０に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００７２】
３−３−２．負極シートの作製
「３−１−２」の記載と同様の方法で同じ負極シート１１を合計１０枚作製した。なお、負極シート１１の折り返し部７は、図２（ａ）のように作製した。
【００７３】
３−３−３．発電要素の作製
折り返し部７を凸部に形成した正極シート１０を９枚用い、負極シート１１を１０枚用いた以外は「３−１−３」の記載と同様の方法で、発電要素を作製した。
９枚の正極シート１０と１０枚の負極シート１１をセパレータ１２を介して積層した。その後、凸部に形成した各正極シート１０の折り返し部７を重ねて正極の接続端子１３に超音波溶接した。また、負極シート１１の折り返し部７を重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００７４】
３−３−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００７５】
３−３−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シート１０及び負極シート１１の全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００７６】
３−４．第４の二次電池作製実験
捲回構造のリチウムイオン二次電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第４の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００７７】
３−４−１．正極シートの作製
「３−１−１」の記載と同様の方法により正極シート１０を作製した。なお、正極シート１０の折り返し部７は図２（ａ）のように作製した。また、正極シート１０の樹脂フィルム１は１４３０ｍｍ×７０ｍｍの大きさのものを用いた。
【００７８】
３−４−２．負極シートの作製
「３−１−２」の記載と同様の方法により負極シート１１を作製した。なお、負極シート１１の折り返し部７は図２（ａ）のように作製した。また、負極シート１１の樹脂フィルム１は１４４０ｍｍ×７２ｍｍの大きさのものを用いた。
【００７９】
３−４−３．発電要素の作製
次に、正極シート１０と負極シート１１をセパレータ１２を介して積層し、さらにもう一枚のセパレータ１２を正極シート１０を挟み込むように積層した。この積層体を捲回させ、発電要素を作製した。なお、セパレータ１２は、１４４０ｍｍ×７８ｍｍの大きさのものを用いた。
【００８０】
３−４−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液３０［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは８５［ｍｍ］×５０［ｍｍ］、厚さ２５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００８１】
３−４−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、４Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シート１０及び負極シート１１の全てが正負極用の接続端子と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００８２】
３−５．第５の二次電池作製実験
正極シート１０および負極シート１１の折り返し部７を凸部に形成した積層構造のリチウムイオン二次電池の作製を行った。
なお、「３−１」で説明した第１の二次電池作製実験についての説明は、以下の説明に矛盾しない限り第５の二次電池作製実験にも当てはまる。
【００８３】
３−５−１．正極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成したこと、および凸部が図４（ａ）（ｂ）のようになること以外は「３−１−１」の記載と同様の方法により同じ正極シート１０を合計５枚作製した。
なお、正極シート１０に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、凸部は、図４（ａ）（ｂ）のように隣接する凸部同士は重なるが、３つの凸部が重ならないような位置関係のものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００８４】
３−５−２．負極シートの作製
図２（ｂ）のように折り返し部７を凸部に形成したこと、および凸部が図４（ａ）（ｂ）のようになること以外は「３−１−２」の記載と同様の方法で同じ負極シート１１を合計６枚作製した。
なお、負極シート１１に用いる樹脂フィルム１は折り返し部７を作成することができる凸部を有するものを用いた。また、凸部は、図４（ａ）（ｂ）のように隣接する凸部同士は重なるが、３つの凸部が重ならないような位置関係のものを用いた。また、折り返し部７は、導電層２を形成した凸部を同方向に２回以上折り返すことにより形成した。
【００８５】
３−５−３．発電要素の作製
折り返し部７を凸部に形成した正極シート１０を５枚用い、負極シート１１を６枚用い、正極シート１０および負極シート１１の折り返し部７が図４（ａ）（ｂ）のように重なるようにした以外は「３−１−３」の記載と同様の方法で、発電要素を作製した。
５枚の正極シート１０と６枚の負極シート１１をセパレータ１２を介して積層した。その後、凸部に形成した各正極シート１０の折り返し部７を図４（ａ）（ｂ）のように重ねて正極の接続端子１３に超音波溶接した。また、負極シート１１の折り返し部７を図４（ａ）（ｂ）のように重ねて負極の接続端子１３に超音波溶接した。このことにより発電要素を得た。
【００８６】
３−５−４．二次電池の作製
得られた発電要素を外装材２０であるアルミニウム製の缶に入れ、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶媒（ＥＣ：ＤＥＣ＝３０：７０（体積比））にＬｉＰＦ6を１［ｍｏｌ／Ｌ］になるように溶かした電解液２５［ｇ］を注入し、安全弁付蓋をレーザ溶接してリチウムイオン二次電池を得た。なお、電池のサイズは１８０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］、厚さ５［ｍｍ］であった。
また、同様の二次電池を４個作製し、合計５つの二次電池とした。
【００８７】
３−５−５．二次電池の容量測定
作製した５つのリチウムイオン二次電池の充放電を以下の条件で行って電池容量を確認したところ、電池容量は、２Ａｈと理論値の９５〜９８％であった。このことから、二次電池における正極シートおよび負極シートの全てが正負極用の接続端子１３と、それぞれ電気的に接続されていること分かった。
充電条件：［ＣＣ／ＣＶ、終止電圧：４．２Ｖ、レート：０．１Ｃ、０．１Ａで終了］、放電条件：［ＣＣ、終止電圧：３．０Ｖ、レート：０．１Ｃ］、充放電回数：２０回
【００８８】
３−６．振動実験
振動試験は、第１〜第５の二次電池作製実験それぞれの得られたリチウムイオン二次電池を満充電にし、３軸方向（ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向）に、それぞれ、周波数：５〜２００〜５［Ｈｚ］、加速ピーク：１〜８〜１［ｇｎ］の条件で、１５分間×１２回（合計９時間）に亘って振動を与える試験を実施した。振動試験の結果および第１〜第５の二次電池作製実験の結果を表１に示す。
振動試験の結果では、いずれの二次電池でも異常は見られず、すべての正極シート１０および負極シート１１は、正負極用の接続端子１３と、それぞれが電気的に接続されていることが分かった。
【００８９】
【表１】
【符号の説明】
【００９０】
１：樹脂フィルム ２：導電層 ５：正極活物質層 ６：負極活物質層 ７：折り返し部 ８：両面の導電層の接触部 ９：電極シート １０：正極シート（電極シート） １１：負極シート（電極シート） １２：セパレータ １３：接続端子 １５：外装材 １７：溶接部 １８：正極溶接部 １９：負極溶接部 ２０：二次電池
１０１：正極シート １０２：負極シート １０５：セパレータ １１１：凸部（正極） １１２：凸部（負極） １２１：樹脂フィルム １２２：導電層 １２３：正極活物質層 １２４：負極活物質層 １３１：リード（負極） １３２：リード（正極） １３５：絶縁性樹脂フィルム １３６：金属膜（メタリコン）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層がこの順で設けられた正極シートまたは樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層がこの順で設けられた負極シートである電極シートであって、
前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が設けられかつ前記正極活物質層および前記負極活物質層が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部を有し、前記折り返し部において前記樹脂フィルムの両面に設けられた各導電層が電気的に接続していることを特徴とする電極シート。
【請求項２】
前記折り返し部は、該折り返し部が含まれる前記正極シートまたは前記負極シートの厚さより薄い厚さを有する請求項１に記載の電極シート。
【請求項３】
請求項１または２に記載の前記正極シートおよび前記負極シートがセパレータを介して配置され電解液と共に外装材で密封された二次電池。
【請求項４】
前記正極シートおよび前記負極シートのうち少なくとも一方は複数であり、前記正極シートおよび前記負極シートは交互に配置された請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
複数の前記折り返し部を重ねて溶接した溶接部をさらに有する請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記溶接部と共に溶接された接続端子をさらに含む請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記正極シートおよび前記負極シートは複数でありかつ各正極シートおよび各負極シートが前記折り返し部を有し、
前記溶接部は、各正極シートの前記折り返し部を重ねて溶接した正極溶接部および各負極シートの前記折り返し部を重ねて溶接した負極溶接部を含む請求項５または６に記載の二次電池。
【請求項８】
前記正極シートまたは前記負極シートは前記折り返し部が形成された凸部を有する請求項５〜７のいずれか１つに記載の二次電池。
【請求項９】
前記溶接部は、３つ以上の前記折り返し部を有し、
第１の折り返し部は、隣接する第２の折り返し部の一部と重なり、第２の折り返し部は、第１の折り返し部と重ならない部分で隣接する第３の折り返し部と重なる請求項８に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記セパレータは、前記樹脂フィルムより高い軟化温度を有する請求項３〜９のいずれか１つに記載の二次電池。
【請求項１１】
請求項３〜１０のいずれか１つに記載の二次電池であるリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層をこの順で形成し前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が形成されかつ前記正極活物質層が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより該樹脂フィルムの両面上の各導電層が電気的に接続した正極シートを形成する工程と、
樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層をこの順で形成し前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が形成されかつ前記負極活物質層が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより該樹脂フィルムの両面上の各導電層が電気的に接続した負極シートを形成する工程と、
前記正極シートと前記負極シートをセパレータを介して配置し電解液と共に外装材で密封する工程とを備える二次電池の製造方法。
【請求項１】
樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層がこの順で設けられた正極シートまたは樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層がこの順で設けられた負極シートである電極シートであって、
前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が設けられかつ前記正極活物質層および前記負極活物質層が設けられていない端部を同方向に２回以上折り返した折り返し部を有し、前記折り返し部において前記樹脂フィルムの両面に設けられた各導電層が電気的に接続していることを特徴とする電極シート。
【請求項２】
前記折り返し部は、該折り返し部が含まれる前記正極シートまたは前記負極シートの厚さより薄い厚さを有する請求項１に記載の電極シート。
【請求項３】
請求項１または２に記載の前記正極シートおよび前記負極シートがセパレータを介して配置され電解液と共に外装材で密封された二次電池。
【請求項４】
前記正極シートおよび前記負極シートのうち少なくとも一方は複数であり、前記正極シートおよび前記負極シートは交互に配置された請求項３に記載の二次電池。
【請求項５】
複数の前記折り返し部を重ねて溶接した溶接部をさらに有する請求項４に記載の二次電池。
【請求項６】
前記溶接部と共に溶接された接続端子をさらに含む請求項５に記載の二次電池。
【請求項７】
前記正極シートおよび前記負極シートは複数でありかつ各正極シートおよび各負極シートが前記折り返し部を有し、
前記溶接部は、各正極シートの前記折り返し部を重ねて溶接した正極溶接部および各負極シートの前記折り返し部を重ねて溶接した負極溶接部を含む請求項５または６に記載の二次電池。
【請求項８】
前記正極シートまたは前記負極シートは前記折り返し部が形成された凸部を有する請求項５〜７のいずれか１つに記載の二次電池。
【請求項９】
前記溶接部は、３つ以上の前記折り返し部を有し、
第１の折り返し部は、隣接する第２の折り返し部の一部と重なり、第２の折り返し部は、第１の折り返し部と重ならない部分で隣接する第３の折り返し部と重なる請求項８に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記セパレータは、前記樹脂フィルムより高い軟化温度を有する請求項３〜９のいずれか１つに記載の二次電池。
【請求項１１】
請求項３〜１０のいずれか１つに記載の二次電池であるリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】
樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および正極活物質層をこの順で形成し前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が形成されかつ前記正極活物質層が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより該樹脂フィルムの両面上の各導電層が電気的に接続した正極シートを形成する工程と、
樹脂フィルムの両面上にそれぞれ導電層および負極活物質層をこの順で形成し前記樹脂フィルムの両面上に前記導電層が形成されかつ前記負極活物質層が形成されていない端部を同方向に２回以上折り返すことにより該樹脂フィルムの両面上の各導電層が電気的に接続した負極シートを形成する工程と、
前記正極シートと前記負極シートをセパレータを介して配置し電解液と共に外装材で密封する工程とを備える二次電池の製造方法。
【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２０１０−１８６６９７（Ｐ２０１０−１８６６９７Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３１４６３（Ｐ２００９−３１４６３）
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１３日（２００９．２．１３）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]