JP4594592B2

JP4594592B2 - Electrochemical element

Info

Publication number: JP4594592B2
Application number: JP2003023620A
Authority: JP
Inventors: 賢西村; 直人荒井; 透大島; 文夫大尾; 宗久生駒; 英男海谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2023-01-31
Also published as: JP2004253144A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子に関し、特にリチウムイオン二次電池などの高エネルギー密度を有する二次電池の極板群の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子・電気機器の小型化・軽量化に伴い、二次電池に対する小型化・軽量化への要望が強まってきている。二次電池の極板群には、積層型と捲回型があり、積層型の極板群は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層して得られる。捲回型の極板群は、長尺の正極と負極とをセパレータを介して捲回して得られる。捲回型の場合、極板群に屈曲部が形成されるため、極板が歪み、反応が不均一になりやすい。積層型の極板群には、極板の歪みの問題はないが、側面での極板間の短絡を防ぐ必要から、正極と負極のいずれよりも面積の大きなセパレータを極板間に介在させた構造を有する。
【０００３】
従来の極板群は構造が複雑なため、電池の信頼性や電気容量の向上を妨げている面もある。例えば、電極に接続された集電タブまたは集電リードが、電極面における均一な電極反応を妨げる場合がある。万一、リードの切断面に通常よりも大きな金属バリが生じた場合には、内部短絡の発生も懸念される。そこで、電池の内部構造を簡略化する観点から、積層型の極板群の側面の１つから正極を突出させ、前記側面とは逆側の側面から負極を突出させ、各側面から直接電気を取り出すことが提案されている。例えば、極板群の側面から突出させた同一極性の極板を、所定の金属部材を用いて一体接合する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１２６７０７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
正極と負極のいずれよりも面積の大きなセパレータを極板間に介在させた構造では、極板群の側面からセパレータの端部が突出するため、体積効率が低くなり、高容量の極板群を得ることが困難である。極板群の側面から同一極性の極板を突出させた構造でも同様に体積効率が低くなる。しかも、これらの構造を有する極板群は、製造工程が複雑になり、信頼性を確保することが困難である。
本発明は、上記状況を鑑みてなされたものであり、体積効率が高く、均整のとれた簡略な構造を有し、信頼性が高く、高い電気容量を有する積層型の電気化学素子を効率良く提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、複数の第１電極と複数の第２電極とをセパレータを介して交互に積層した極板群を有する電気化学素子であって、前記複数の第１電極は、それぞれ第１集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第１電極合剤層からなり、前記複数の第２電極は、それぞれ第２集電体シートおよびこれに担持された少なくとも１つの第２電極合剤層からなり、前記極板群が、前記各集電体シートの端部と前記セパレータの端部とが、実質的に面一に配されている第１側面、第２側面、第３側面および第４側面を有し、前記第１集電体シートおよび前記第２集電体シートが、それぞれ、樹脂シートと前記樹脂シート上に設けられた導電層からなり、前記各第１集電体シートが、表面に前記導電層からなる導電部と前記樹脂シートの露出部からなる絶縁部とを有し、前記各第２集電体シートが、表面に前記導電層からなる導電部と前記樹脂シートの露出部からなる絶縁部とを有し、前記各第１集電体シートの導電部および前記各第２集電体シートの絶縁部が前記第１側面において第１端子と接続され、前記各第２集電体シートの導電部および前記各第１集電体シートの絶縁部が前記第２側面において第２端子と接続され、前記第１側面と前記第２側面とが、互いに前記極板群の反対側に位置する電気化学素子（以下、電気化学素子Ｘという。）に関する。
【０００７】
前記第１集電体シートの片面あたりの面積をＳ（１）、前記第２集電体シートの片面あたりの面積をＳ（２）、前記セパレータの片面あたりの面積をＳ（ｓ）とするとき、Ｓ（１）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（１）×１．０５、Ｓ（２）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（２）×１．０５が満たされることが好ましい。
【０００８】
電気化学素子Ｘにおいては、前記第３側面および第４側面に配された前記各集電体シートの端部を絶縁部とすることができる。
【０００９】
電気化学素子Ｘにおいては、前記第１側面には、前記第１端子と前記第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部を設けることができ、前記第２側面には、前記第２端子と前記第１電極とを絶縁するための第２絶縁材料部を設けることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１に、本実施の形態に係る電気化学素子の積層型極板群の縦断面図を示す。また、図２には、その極板群のａ−ａ線断面図を示す。
この極板群１０は、交互に積層された複数の第１電極１５ａと第２電極１５ｂからなり、第１電極１５ａと第２電極１５ｂとの間には、セパレータ１６が介在している。第１電極１５ａは、第１集電体シート１３ａおよび２つの第１電極合剤層１４ａからなり、第１集電体シート１３ａは、樹脂シート１１ａおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ａからなる。導電層１２ａの表面は第１集電体シートの導電部となり、樹脂シート１１ａの露出部は絶縁部となる。
【００１３】
図１において、極板群１０の各側面では、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されており、図２においても、極板群１０の各側面では、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されている。ただし、各側面において各集電体シートの端部とセパレータの端部とが完全に面一に配されている必要はなく、実質的に面一に配されていればよい。各側面において各集電体シートの端部とセパレータの端部とが完全に面一に配されている場合には、第１集電体シートの片面あたりの面積Ｓ（１）と、第２集電体シートの片面あたりの面積Ｓ（２）と、セパレータの片面あたりの面積Ｓ（ｓ）とは同一となるが、Ｓ（１）＝Ｓ（ｓ）＝Ｓ（２）である必要はなく、Ｓ（１）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（１）×１．０５、Ｓ（２）≦Ｓ（ｓ）≦Ｓ（２）×１．０５を満たせばよい。
【００１４】
極板群１０においては、その側面からセパレータや極板の端部が突出していないため、体積効率が高く、高容量を得ることが可能である。このような極板群は、均整のとれた簡略な構造を有するため、信頼性を確保しやすい。しかも、多くの極板群を同時に製造することができるため、製造コストを削減することが可能である。
【００１５】
図１、２においては、第１集電体シートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”を除く全面に導電層が設けられている。導電層の表面は導電部となることから、その上に第１電極合剤層が設けられている。導電層を有さないシートの端部１１ｘ、１１ｘ’および１１ｘ”は絶縁部となる。端部１１ｘの反対側に位置するシートの端部１２ｘには、集電のために用いる導電層の露出部が残されている。
【００１６】
極板群１０は、２種類の第２電極１５ｂ、１５ｂ’を含んでいる。２つの第１電極１５ａで挟持されている内部の第２電極１５ｂは、極板群における配置が逆であること以外、第１電極１５ａと同様の構造を有する。すなわち、内部の第２電極１５ｂは、第２集電体シート１３ｂおよび２つの第２電極合剤層１４ｂからなり、第２集電体シート１３ｂは、樹脂シート１１ｂおよびその両面に設けられた所定の形状パターンを有する導電層１２ｂからなる。最外部の２つの第２電極１５ｂ’は、樹脂シート１１ｂの両面ではなく、片面に導電層１２ｂと第２電極合剤層１４ｂが設けられていること以外、内部の第２電極と同様の構造を有する。
【００１７】
第２集電体シートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”を除く全面に導電層が設けられている。導電層の表面は導電部となることから、その上に第２電極合剤層が設けられている。導電層を有さないシートの端部１１ｙ、１１ｙ’および１１ｙ”は絶縁部となる。端部１１ｙの反対側に位置する導電層の端部１２ｙには、集電のために用いる導電層の露出部が残されている。
【００１８】
樹脂シートの厚さは、例えば０．５〜５００μｍである。また、導電層の厚さは、例えば０．０１〜１００μｍである。第１電極合剤層の厚さは、例えば１〜１０００μｍである。ただしこれらの厚さは特に限定されない。
平坦な表面を有する通常の樹脂シートを用いてもよく、穿孔体、ラス体、多孔質体、ネット、発泡体、織布、不織布などを用いてもよい。また、表面に凹凸を有する樹脂シートを用いることもできる。
【００１９】
樹脂シートには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレートなどのエステル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。
【００２０】
導電層には、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体を特に限定なく用いることができる。第１電極が正極である場合には、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、炭素などを用いることができ、特に、アルミニウム、アルミニウム合金などが好ましい。第１電極が負極である場合には、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、銅合金、チタンなどを用いることができ、特に、銅、銅合金などが好ましい。
【００２１】
導電層を形成する方法は特に限定されないが、例えば、導電性材料を樹脂シートの表面に蒸着すれば導電層を得ることができる。所定の形状パターンの蒸着膜を形成するには、樹脂シートに所定形状の開口部を有するマスクを被せてから蒸着を行う。
【００２２】
第１集電体シートの導電層の露出部は、極板群１０の第１側面（図１左側）に配されており、その反対側の絶縁部は、極板群１０の第２側面（図１右側）に配されている。図１では、第１側面と第２側面とが互いに極板群の反対側に位置しているが、これらの配置は特に限定されない。一方、第２集電体シートの導電層の露出部は、極板群１０の第２側面に配されており、その反対側の絶縁部は、極板群１０の第１側面に配されている。
【００２３】
このように、同様の構造を有する第１電極と第２電極とが、互いに逆向きに配置されていることから、第１集電体シートの導電層の露出部は、第２集電体シートの絶縁部と隣接する。第２集電体シートの導電層の露出部は、第１集電体シートの絶縁部と隣接する。このような配置であれば、第１電極と第２電極との短絡を防止することが容易である。複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を並列に接続して高容量の極板群を得ることも容易である。ただし、短絡を確実に防止する観点から、第１集電体シートの導電層の露出部に隣接する第２集電体シートの絶縁部および第２集電体シートの導電層の露出部に隣接する第１集電体シートの絶縁部は、幅０．００１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００２４】
極板群１０において、第３側面（図２左側）および第４側面（図２右側）には、それぞれ第１集電体シートの絶縁部および第２集電体シートの絶縁部が面一に配されている。このような構造によれば、極板間に集電体シートよりも大きなセパレータを介在させることなく、第１電極と第２電極との短絡を防止することができる。
【００２５】
図１のように複数の第１集電体シートまたは第２集電体シートの導電層の露出部を並列に接続して高容量の極板群を得る場合、どのような方法で露出部同士を接続してもよいが、例えば、導電性材料の被膜で第１側面と第２側面を被覆する方法を用いることができる。導電性材料の被膜の厚さは、例えば０．０１〜１ｍｍ程度で十分である。こうして得られた導電性材料の被膜は、それぞれ第１端子１７ａおよび第２端子１７ｂとして集電に利用することができる。良好な集電状態を得るためには、導電層の露出部と導電性材料の被膜との接触面積が大きいほど好ましく、導電層の露出部が導電性材料の被膜の内部に０．００１〜１ｍｍの深さまで埋没していることが好ましい。
【００２６】
このような第１端子と第１側面との間および第２端子と第２側面との間には、第１端子と第２電極とを絶縁するための第１絶縁材料部１８ａおよび第２絶縁材料部１８ｂを設けることができる。第１側面には、第２集電体シートの絶縁部が配され、第２側面には、第１集電体シートの絶縁部が配されているため、絶縁材料部を設けなくても短絡を防止することは可能であるが、さらに絶縁材料部を設けることで、短絡の可能性は大幅に低減する。絶縁材料部の厚さは特に限定されないが、０．００１ｍｍ以上、さらには０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
絶縁材料部を設ける方法は特に限定されないが、例えばスクリーン印刷法により、ペースト状もしくは液状の絶縁材料を、電極合剤層周囲の集電体シート上に塗布することにより設けることができる。フィルム状もしくはテープ状の絶縁材料を、電極合剤層周囲の集電体シート上に貼り付けることにより、絶縁材料部を設けることもできる。図２では、極板群１０の第３側面および第４側面には絶縁材料部が設けられていないが、これらの側面にも絶縁材料部を設けることができる。
【００２８】
絶縁材料部に用いる絶縁材料としては、樹脂、ガラス組成物、セラミックスなどが挙げられる。また、織布や不織布に樹脂を含浸させた複合物などを用いることもできる。樹脂には、熱可塑性樹脂を用いてもよく、熱硬化性樹脂を用いてもよい。熱硬化性樹脂を用いる場合には、樹脂の塗膜を加熱して硬化させる工程を要する。
【００２９】
絶縁材料部に用いることのできる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンなどのオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリカーボネートなどのエステル系ポリマー、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミドなどのエーテル系ポリマー、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどのスルホン系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂などのアクリロニトリル系ポリマー、ポリフェニレンサルファィドなどのチオエーテル系ポリマー、ポリスチレンなどの芳香族ビニル系ポリマー、ポリイミド、アラミド樹脂などの窒素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素ポリマー、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル系ポリマーなどを挙げることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせたコポリマー、ポリマーアロイ、ポリマーブレンドなどを用いてもよい。また、加熱やＵＶ照射により重合固化して得られるポリマーを用いてもよい。
【００３０】
図１では、第１電極合剤層に比べて第２電極合剤層の方が大きな面積を有している。このような構造は、第１電極合剤層を正極とし、第２電極合剤層を負極とするリチウムイオン二次電池の極板群に適する。第１電極合剤層を負極とし、第２電極合剤層を正極とする場合には、第２電極合剤層に比べて第１電極合剤層の面積を大きくする。
【００３１】
極板群は、電解液とともに所定のケースに収容することができる。電解液の組成は電池の種類に応じて異なるが、リチウムイオン二次電池を得る場合には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させた電解液が用いられる。ケースの形状、材質などは特に限定されない。
【００３２】
次に、複数の極板群１０を同時に製造する方法の一例について、図３を参照しながら説明する。
（イ）第１電極の作製
所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ａを準備する。次いで、樹脂シート２１ａの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設ける。例えば、所定形状の導電層を、図３に示すように複数行、複数列に樹脂シート上に形成する。このような導電層は、樹脂シートにマトリックス状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。
【００３３】
図３に示すように、樹脂シート２１ａには、電極２つ分の大きさの導電層２６ａを複数個形成する。すなわち２ｎ個の電極を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ個の導電層を形成する。次に、図４に示すように、各導電層２６ａの上に、第１電極合剤層２２ａを２つずつ形成する。２つの第１電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ａを残しておく。図４には、３行３列の電極合剤層が描かれているが、通常はより大きな集電体シート上に、より多くの導電層と電極合剤層が形成される。
【００３４】
第１電極合剤層は、第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は特に限定されないが、スクリーン印刷、パターン塗工などを採用することが好ましい。ペーストが塗工されていない導電層の露出部は、極板群の構成後には、第１端子との接続部２４ａとなる。第１電極合剤は、第１電極の活物質、導電材、結着剤などを、分散媒と混合することにより調製される。ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜をローラで圧延して、合剤密度が高められる。
【００３５】
第１電極がリチウムイオン二次電池の正極である場合、活物質としては、例えば、リチウム含有遷移金属酸化物を好ましく用いることができる。リチウム含有遷移金属酸化物としては、例えば、Ｌｉ_xＣｏＯ_z、Ｌｉ_xＮｉＯ_z、Ｌｉ_xＭｎＯ_z、Ｌｉ_xＣｏ_yＮｉ_1-yＯ_z、Ｌｉ_xＣｏ_fＶ_1-fＯ_z、Ｌｉ_xＮｉ_1-yＭ_yＯ_z（Ｍ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ）、Ｌｉ_xＣｏ_aＮｉ_bＭ_cＯ_z（Ｍ＝Ｔｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｚｒ）、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_xＭｎ_2(1-y)Ｍ_2yＯ₄（Ｍ＝Ｎａ、Ｍｇ、Ｓｃ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｐｂ、Ｓｂ）などを挙げることができる。ただし、ｘ値は電池の充放電により、０≦ｘ≦１．２の範囲で変化する。また、０≦ｙ≦１、０．９≦ｆ≦０．９８、１．９≦ｚ≦２．３、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１、０≦ｃ＜１である。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
第１電極がリチウムイオン二次電池の負極である場合、活物質としては、例えば、リチウム、リチウム合金、金属間化合物、炭素材料、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な有機化合物や無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物などを好ましく用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。炭素材料としては、コークス、熱分解炭素、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ、黒鉛化メソフェーズ小球体、気相成長炭素、ガラス状炭素、炭素繊維（ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、気相成長系）、不定形炭素、有機化合物焼成体などが挙げられる。これらのうちでは、特に、天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。
【００３７】
導電材には、例えば、アセチレンブラックなどのカーボンブラック、黒鉛などが用いられる。また、結着剤には、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、アクリル系樹脂、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンターポリマーなどを用いることができる。
【００３８】
極板群において第２集電体シートの導電層の露出部と隣接することになる第１電極合剤層の周縁部、すなわち極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に沿って絶縁材料を塗工する。ここでもパターン塗工を行うことが好ましい。このような絶縁材料の塗工は必ずしも必要ではなく、任意に行えばよいが、絶縁材料を塗工した方が短絡の可能性を低減することができる。極板群の第３側面および第４側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部にも、絶縁材料を被覆してもよい。図１の極板群１０を得る場合には、極板群の第２側面に配されることになる第１電極合剤層の周縁部に絶縁材料を塗工する。塗工された絶縁材料は、極板群において、第１絶縁材料部を形成する。
【００３９】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極は、第１電極と同様の方法で作製することができる。すなわち所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート２１ｂの両面の同じ位置に、複数の所定の形状パターンの導電層を設け、各導電層の上に、第２電極合剤層２２ｂを２つずつ形成する。２つの第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部２３ｂを残しておく。ペーストが塗工されていない導電層の露出部は、極板群において第２端子との接続部２４ｂとなる。片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極は、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製することができる。
【００４０】
（ハ）極板群の作製
作製された複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体とを、セパレータを介して積層する。このとき第１電極の第１電極合剤層２２ａと第２電極の第２電極合剤層２２ｂとを互いに対面させてこれらを積層する。第１電極における導電層の露出部２３ａおよび絶縁材料は、それぞれ第２電極における絶縁材料および導電層の露出部２３ｂと対面させる。両最外面には、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスする。このようにして複数の極板スタックからなる集合体を得ることができる。
【００４１】
セパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマーやガラス繊維などからなる織布や不織布を用いることができる。固体電解質やゲル電解質をセパレータとして用いることもできる。固体電解質には、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイドなどをマトリックス材料として用いることができる。ゲル電解質としては、例えば、後述の非水電解液をポリマー材料からなるマトリックスに保持させたものを用いることができる。マトリックスを形成するポリマー材料には、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーなどを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのうちでは、特に、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリフッ化ビニリデンとポリエチレンオキサイドとの混合物を用いることが好ましい。
【００４２】
複数の極板スタックからなる集合体は、極板スタック毎に分割する。第１電極および第２電極は、図４に示す矢印方向に沿って切断される。導電層の露出部は、切断によって端子との接続部２４ａ、２４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部２５ａ、２５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されているが、異なる極性の電極の導電部同士が各側面において対面することはない。
【００４３】
従来から一般的に用いられている金属箔を集電体シートとして用いて上記のような方法を適用すると、切断時に生じる金属バリが問題となる。金属バリは、セパレータを突き破り、内部短絡を引き起こす大きな原因となる。そこで、金属バリの発生を防ぐことが重要となるが、金属バリを生じることなく金属箔を切断することは著しく困難である。一方、樹脂シートからなる集電体シートを用いる場合、切断面のほとんどが樹脂で占められているため、金属バリを生じることがない。そのため電気化学素子の信頼性は大幅に向上する。
【００４４】
第１集電体シートの導電層の露出部と第２集電体シートの絶縁部とが交互に配列する第１側面を、導電性材料の被膜で被覆すれば、第１端子が得られる。例えば、溶融もしくは半溶融状態の金属微粒子を第１側面に吹き付けることにより、第１側面を金属被膜で被覆することができる。こうして形成された金属被膜は、自動的に第１集電体シートの導電層の露出部と電気的に接続される。第１側面に配された第２電極合剤層の端面には、絶縁材料が塗工されているため、金属被膜と第２電極との短絡は起こらない。第２集電体シートの導電層の露出部と第１集電体シートの絶縁部とが交互に配列する第２側面も、上記と同様に金属被膜で被覆することにより、第２端子を得ることができる。
極板群の第３側面および第４側面は、そのままの状態でもよいが、絶縁材料で被覆することが好ましい。
【００４５】
第１端子もしくは第２端子が正極端子となる場合には、金属微粒子としてアルミニウム粉末を用いることが好ましい。また、第１端子もしくは第２端子が負極端子となる場合には、金属微粒子として銅粉末を用いることが好ましい。
【００４６】
図５に示されるような複数の第１電極からなる集合体と複数の第２電極からなる集合体を用いて、極板群の集合体を得ることもできる。このような第１電極からなる集合体を得る場合、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ａの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を形成する。このような導電層は、樹脂シートに帯状の開口部を有するマスクを被せ、開口部から露出する樹脂シート部分に金属を蒸着させることにより得ることができる。ここでも集電体シート３１ａには、電極合剤層２列分の大きさの導電層を複数列形成する。すなわち２ｎ列の電極合剤層を得ようとするときには、樹脂シートに片面あたりｎ列の導電層を形成する。
【００４７】
各帯状導電層の上には、帯状の第１電極合剤層３２ａを２列ずつ形成する。２列の帯状第１電極合剤層３２ａの間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ａを残しておく。帯状の第１電極合剤層３２ａは、上記と同様の第１電極合剤からなるペーストを、導電層の中央部を除く全面に塗工することにより形成される。塗工方法は積層型極板群の場合と同様である。ペーストが塗工されていない導電層の露出部３３ａは第１端子との接続部３４ａとなる。
【００４８】
第２電極からなる集合体を得る場合にも、所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート３１ｂの両面の同じ位置に、複数列の帯状の導電層を設け、各導電層の上に、帯状の第２電極合剤層３２ｂを２列ずつ形成する。２列の帯状の第２電極合剤層の間には、合剤を有さない導電層の露出部３３ｂを残しておく。ペーストが塗工されていない導電層の露出部は第２端子との接続部３４ｂとなる。
【００４９】
このような極板群の集合体を、図５に示す矢印方向に沿って極板スタックごとに分割すると、導電層の露出部は、切断によって端子との接続部３４ａ、３４ｂを形成し、その反対側の樹脂シートの露出部は、切断によって絶縁部３５ａ、３５ｂを形成する。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されているが、第１側面と第２側面においては、異なる極性の電極の導電部同士が各側面において対面することはない。一方、第３側面および第４側面には、電極合剤層の断面が露出することになる。電極合剤層の断面が露出する極板群の第３側面と第４側面は、絶縁材料で被覆することにより、短絡を防止することができる。
【００５０】
得られた極板群は、必要に応じて所定形状のケースに所定の電解液とともに収容する。ケースには、例えば、ステンレス鋼板、アルミニウム板などを所定形状に加工したもの、両面に樹脂被膜を有するアルミニウム箔（アルミニウムラミネートシート）、樹脂ケースなどが用いられる。電気化学素子が、例えばリチウムイオン二次電池の場合、電解液には、非水溶媒にリチウム塩を溶解させたものが用いられる。電解液におけるリチウム塩濃度は、例えば０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌである。
【００５１】
非水溶媒には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどの非環状カーボネート、蟻酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどのγ−ラクトン、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などの非環状エーテル、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフランなどの環状エーテル、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリオクチルなどのアルキルリン酸エステルやそれらのフッ化物などを用いることができる。これらは複数種を組み合わせて用いることが好ましい。特に、環状カーボネートと非環状カーボネートを含む混合物、環状カーボネートと非環状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルを含む混合物などが好ましい。
【００５２】
リチウム塩には、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、Ｌｉ₂Ｂ₁₀Ｃｌ₁₀、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＰＦ₃（ＣＦ₃）₃、ＬｉＰＦ₃（Ｃ₂Ｆ₅）₃などを用いることができる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよいが、少なくともＬｉＰＦ６を用いることが好ましい。
例えば、縦１〜３００ｍｍ、幅１〜３００ｍｍ、厚さ０．０１〜２０ｍｍの大きさの極板群であれば、上記のような製造法によって効率よく製造することができる。
【００５３】
【実施例】
《実施例１》
以下の要領で積層型のリチウムイオン二次電池を作製した。
（イ）第１電極の作製
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）のシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６５ｍｍ×４６ｍｍ）の銅の蒸着膜を形成した。銅の蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００５４】
活物質の球状黒鉛（黒鉛化メソフェーズ小球体）１００重量部と、結着剤のスチレンブタジエンゴム３重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第１電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３２ｍｍ×４６ｍｍの第１電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第１電極合剤層の間には、幅１ｍｍの溝状に、電極合剤層を有さない銅の蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００５５】
得られた第１電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第１電極合剤層を有する第１電極の集合体を得た。
【００５６】
（ロ）第２電極の作製
両面に第２電極合剤層を有する第２電極を作製した。
横１９８ｍｍ、縦２８２ｍｍ、厚さ７μｍのＰＥＴシートを準備した。次いで、マトリックス状の開口部を有するマスクを用いて、ＰＥＴシートの両面の同じ位置に、３行６列に配列する複数の矩形（６４ｍｍ×４５ｍｍ）のアルミニウムの蒸着膜を形成した。Ａｌ蒸着膜の厚さは、０．１μｍとした。
【００５７】
活物質のコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ₂）１００重量部と、導電材のアセチレンブラック３重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン７重量部と、分散媒である適量のカルボキシメチルセルロース水溶液とを混合することにより、第２電極合剤からなるペーストを調製した。このペーストを各蒸着膜の中央部を除く全面に塗工した。その結果、各蒸着膜の上に、３１ｍｍ×４５ｍｍの第２電極合剤層が２つずつ形成された。２つの第２電極合剤層の間には、幅２ｍｍの溝状に、合剤を有さないＡｌの蒸着膜の露出部を残した。その後、ペーストの塗膜を乾燥し、乾燥後の塗膜を厚さ７０μｍになるまでローラで圧延した。
【００５８】
得られた第２電極合剤層の周縁部のうち、蒸着膜の露出部に隣接する部分の反対側の部分に、絶縁材料として、幅０．３ｍｍのポリフッ化ビニリデンを塗工した。こうして両面に６行６列の第２電極合剤層を有する第２電極の集合体を得た。
次に、片面だけに第２電極合剤層を有する第２電極を、他方の面に導電層、第２電極合剤層および絶縁材料を設けないこと以外、上記と同様の方法で作製した。
【００５９】
（ハ）極板群の作製
両面に第１電極合剤層を有する第１電極からなる集合体２つで、両面に第２電極合剤層を有する第２電極からなる集合体１つを、セパレータを介して挟持した。このとき第１電極合剤層と第２電極合剤層とを互いに対面させ、また、第１電極における蒸着膜の露出部およびポリフッ化ビニリデンを、それぞれ第２電極におけるポリフッ化ビニリデンおよび蒸着膜の露出部と対面させた。両最外面に、片面だけに第２電極合剤層を有する一対の第２電極を配し、これらで内側の電極を挟持し、全体をプレスした。その結果、複数の極板スタックからなる集合体が得られた。
【００６０】
切断位置を、第１電極における蒸着膜の露出部の中心、第２電極における蒸着膜の露出部の中心に合わせて、複数の極板スタックからなる集合体を極板スタック毎に分割した。その結果、一連の塗工・積層工程により、一度に３６個もの極板スタックを得ることができた。こうして得られた極板スタックの４つの側面においては、各集電体シートの端部とセパレータの端部とが面一に配されていた。
【００６１】
１つの側面（第１側面）には、第１集電体シートの蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。その反対側の第２側面には、第２集電体シートの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部が交互に配列していた。残りの２つの側面（第３側面と第４側面）には、各集電体シートのＰＥＴの露出部が配列していた。
【００６２】
第１集電体シートの銅の蒸着膜の露出部と第２集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第１側面に、半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。その結果、第１側面に、厚さ０．５ｍｍの銅膜が形成された。銅の蒸着膜の露出部は、銅膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。この銅膜はそのまま負極端子として用いた。
【００６３】
第２集電体シートのＡｌの蒸着膜の露出部と第１集電体シートのＰＥＴの露出部とが交互に配列する第２側面に、半溶融状態のアルミニウム微粒子を吹き付けた。その結果、第２側面に、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム膜が形成された。Ａｌの蒸着膜の露出部は、アルミニウム膜の内部に深さ０．２ｍｍまで埋没していた。このアルミニウム膜はそのまま正極端子として用いた。
【００６４】
こうして得られた極板群の銅膜とアルミニウム膜に、それぞれリード線を接続し、外部の充放電装置を用いて、充放電試験を行った。ここで用いた電解液は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）とを体積比３０：７０で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆を１モル／Ｌの濃度で溶解して調製した。
【００６５】
［評価］
充放電は、２０℃雰囲気中で行った。
充電および放電は、それぞれ電極面積に対して２．５ｍＡ／ｃｍ²の電流モードで行った。充電終止電圧は４．２Ｖとした。放電終止電圧は３．０Ｖとした。上記条件によって得られた電気容量は９００ｍＡｈであった。
【００６６】
なお、比較として、従来から用いられている銅箔からなる芯材を用いて負極を作製し、アルミニウム箔からなる芯材を用いて正極を作製したところ、同様の容量の電池を得るためには、電池の容積が実施例１のリチウムイオン二次電池の１．２倍となった。このことから、本発明によれば、電気化学素子の容量あたりのエネルギー密度を、従来よりも高められることが明らかとなった。また、実施例１のリチウムイオン二次電池を落下させて機械的衝撃を与えても、内部短絡に由来する電圧降下などの異常は認められなかった。
【００６７】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、均整のとれた簡略な構造を有するため信頼性が高く、かつ、体積効率が高いため高容量を有する積層型の電気化学素子を効率良く提供することができる。このような電気化学素子を含む非水電解液二次電池を用いることにより、信頼性の高い携帯電話、携帯情報端末機器、カムコーダ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、携帯音響機器、電気自動車、ロードレベリング用電源などの機器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る積層型極板群の縦断面図である。
【図２】図１のａ−ａ線断面図である。
【図３】第１電極または第２電極の集合体を得るための集電体シートの上面図である。
【図４】第１電極および第２電極からなる集合体の斜視図である。
【図５】別の第１電極および第２電極からなる集合体の斜視図である。
【符号の説明】
１０極板群
１１ａ、ｂ樹脂シート
１１ｘ、ｘ’、ｘ” 樹脂シートの端部
１１ｙ、ｙ’、ｙ” 樹脂シートの端部
１２ａ、ｂ導電層
１２ｘ、ｙ導電層の端部
１３ａ第１集電体シート
１３ｂ第２集電体シート
１４ａ第１電極合剤層
１４ｂ第２電極合剤層
１５ａ第１電極
１５ｂ、ｂ’ 第２電極
１６セパレータ
１７ａ第１端子
１７ｂ第２端子
１８ａ第１絶縁材料部
１８ｂ第２絶縁材料部
２１ａ、ｂ樹脂シート
２２ａ第１電極合剤層
２２ｂ第２電極合剤層
２３ａ、ｂ導電層の露出部
２４ａ第１端子との接続部
２４ｂ第２端子との接続部
２５ａ、ｂ樹脂シートの露出部に対応する絶縁部
２６ａ導電層
３１ａ、ｂ樹脂シート
３２ａ帯状の第１電極合剤層
３２ｂ帯状の第２電極合剤層
３３ａ、ｂ導電層の露出部
３４ａ第１端子との接続部
３４ｂ第２端子との接続部
３５ａ、ｂ樹脂シートの露出部に対応する絶縁部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochemical element having an electrode plate group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via separators, and more particularly, a secondary having a high energy density such as a lithium ion secondary battery. The present invention relates to improvement of a battery electrode group.
[0002]
[Prior art]
As electronic and electric devices become smaller and lighter, there is an increasing demand for smaller and lighter secondary batteries. The electrode plate group of the secondary battery includes a stacked type and a wound type, and the stacked type electrode plate group is obtained by alternately stacking a positive electrode and a negative electrode via a separator. The wound electrode plate group is obtained by winding a long positive electrode and a negative electrode through a separator. In the case of the wound type, since the bent portion is formed in the electrode plate group, the electrode plate is distorted and the reaction tends to be non-uniform. Although there is no problem of distortion of the electrode plates in the stacked type electrode plate group, a separator having a larger area than either the positive electrode or the negative electrode is interposed between the electrode plates because it is necessary to prevent a short circuit between the electrode plates on the side surface. Has a structure.
[0003]
Since the conventional electrode plate group has a complicated structure, there is also a problem that hinders improvement of battery reliability and electric capacity. For example, a current collecting tab or current lead connected to the electrode may prevent a uniform electrode reaction at the electrode surface. If a larger metal burr than usual occurs on the cut surface of the lead, an internal short circuit may occur. Therefore, from the viewpoint of simplifying the internal structure of the battery, the positive electrode protrudes from one of the side surfaces of the stacked electrode plate group, the negative electrode protrudes from the side surface opposite to the side surface, and electricity is directly supplied from each side surface. It is proposed to take it out. For example, a technique has been proposed in which electrode plates having the same polarity that are projected from the side surfaces of the electrode plate group are integrally joined using a predetermined metal member (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-126707
[Problems to be solved by the invention]
In a structure in which a separator having a larger area than either the positive electrode or the negative electrode is interposed between the electrode plates, the end portion of the separator protrudes from the side surface of the electrode plate group. It is difficult to obtain. Even in the structure in which the electrode plates having the same polarity are projected from the side surfaces of the electrode plate group, the volume efficiency is similarly lowered. In addition, the electrode plate group having these structures has a complicated manufacturing process, and it is difficult to ensure reliability.
The present invention has been made in view of the above situation, and has a volumetric efficiency, a well-balanced simple structure, high reliability, and a stacked electrochemical device having a high electric capacity. The purpose is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention is an electrochemical element having an electrode plate group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via separators, wherein each of the plurality of first electrodes is a first electrode. A current collector sheet and at least one first electrode mixture layer supported on the current collector sheet, and the plurality of second electrodes are respectively a second current collector sheet and at least one second electrode mixture supported on the second current collector sheet. A first side surface, a second side surface, and a third side surface, each comprising an agent layer, wherein the electrode plate group includes an end portion of each current collector sheet and an end portion of the separator that are substantially flush with each other. and a fourth side surface, the first current collector sheet and said second current collector sheet, respectively, Ri Do a conductive layer provided on the resin sheet and the resin sheet, the respective first current collector The body sheet has a conductive portion made of the conductive layer on the surface and the resin sheet. Each of the second current collector sheets has a conductive portion made of the conductive layer and an insulating portion made of an exposed portion of the resin sheet on the surface, A conductive portion of one current collector sheet and an insulating portion of each second current collector sheet are connected to the first terminal on the first side surface, and the conductive portion of each second current collector sheet and each first current collector. is connected to the insulating part of the collector sheet and the second terminal in the second aspect, wherein the first side surface and the second side surface, an electrochemical device (hereinafter you positioned on the opposite side of the electrode plate group together electrically Chemical element X).
[0007]
The area per side of the first current collector sheet is S (1), the area per side of the second current collector sheet is S (2), and the area per side of the separator is S (s). It is preferable that S (1) ≦ S (s) ≦ S (1) × 1.05 and S (2) ≦ S (s) ≦ S (2) × 1.05 are satisfied.
[0008]
Electricity in the air a chemical element X, wherein arranged in the third side and a fourth side end portion of the current collector sheet may be an insulating portion.
[0009]
In electrical chemical element X, wherein the first side surface, wherein the first terminal and the second electrode may be provided a first insulating material portion for insulating, in the second aspect, the first A second insulating material part for insulating the two terminals from the first electrode can be provided.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
In FIG. 1, the longitudinal cross-sectional view of the laminated type electrode group of the electrochemical element which concerns on this Embodiment is shown. FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrode plate group taken along the line aa.
The electrode plate group 10 includes a plurality of first electrodes 15a and second electrodes 15b that are alternately stacked, and a separator 16 is interposed between the first electrode 15a and the second electrode 15b. The first electrode 15a includes a first current collector sheet 13a and two first electrode mixture layers 14a. The first current collector sheet 13a has a resin sheet 11a and a predetermined shape pattern provided on both surfaces thereof. It consists of a conductive layer 12a. The surface of the conductive layer 12a becomes a conductive portion of the first current collector sheet, and the exposed portion of the resin sheet 11a becomes an insulating portion.
[0013]
In FIG. 1, on each side of the electrode plate group 10, the end of each current collector sheet and the end of the separator are arranged flush with each other. The end portions of the current collector sheets and the end portions of the separators are arranged flush with each other. However, the end portions of the current collector sheets and the end portions of the separators need not be completely flush with each other as long as they are substantially flush with each other. When the end portions of the current collector sheets and the end portions of the separators are completely flush with each other on each side surface, the area S (1) per one side of the first current collector sheet and the second The area S (2) per side of the current collector sheet is the same as the area S (s) per side of the separator, but it is necessary that S (1) = S (s) = S (2). S (1) ≦ S (s) ≦ S (1) × 1.05 and S (2) ≦ S (s) ≦ S (2) × 1.05 may be satisfied.
[0014]
In the electrode group 10, since the end portions of the separator and the electrode plate do not protrude from the side surfaces, the volume efficiency is high and a high capacity can be obtained. Such an electrode plate group has a simple and well-structured structure, so that it is easy to ensure reliability. Moreover, since many electrode plate groups can be manufactured at the same time, the manufacturing cost can be reduced.
[0015]
1 and 2, a conductive layer is provided on the entire surface of the first current collector sheet except for the end portions 11x, 11x ′ and 11x ″. Since the surface of the conductive layer becomes a conductive portion, the conductive layer is formed on the conductive layer. The first electrode mixture layer is provided.The end portions 11x, 11x ′, and 11x ″ of the sheet that does not have the conductive layer are insulating portions. The exposed portion of the conductive layer used for current collection remains at the end portion 12x of the sheet located on the opposite side of the end portion 11x.
[0016]
The electrode plate group 10 includes two types of second electrodes 15b and 15b ′. The internal second electrode 15b sandwiched between the two first electrodes 15a has the same structure as the first electrode 15a except that the arrangement in the electrode plate group is reversed. That is, the internal second electrode 15b includes a second current collector sheet 13b and two second electrode mixture layers 14b, and the second current collector sheet 13b is a resin sheet 11b and a predetermined provided on both surfaces thereof. The conductive layer 12b has the following shape pattern. The outermost two second electrodes 15b ′ have the same structure as the inner second electrode except that the conductive layer 12b and the second electrode mixture layer 14b are provided on one side, not on both sides of the resin sheet 11b. Have
[0017]
A conductive layer is provided on the entire surface excluding the end portions 11y, 11y ′ and 11y ″ of the second current collector sheet. Since the surface of the conductive layer becomes a conductive portion, the second electrode mixture layer is formed thereon. The end portions 11y, 11y ′ and 11y ″ of the sheet having no conductive layer are insulating portions. An exposed portion of the conductive layer used for current collection remains at the end 12y of the conductive layer located on the opposite side of the end 11y.
[0018]
The thickness of the resin sheet is, for example, 0.5 to 500 μm. Moreover, the thickness of a conductive layer is 0.01-100 micrometers, for example. The thickness of the first electrode mixture layer is, for example, 1 to 1000 μm. However, these thicknesses are not particularly limited.
A normal resin sheet having a flat surface may be used, and a perforated body, a lath body, a porous body, a net, a foam, a woven fabric, a non-woven fabric, or the like may be used. Moreover, the resin sheet which has an unevenness | corrugation on the surface can also be used.
[0019]
Examples of the resin sheet include olefin polymers such as polyethylene, polypropylene and polymethylpentene, ester polymers such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexylene dimethylene terephthalate and polyarylate, and thioethers such as polyphenylene sulfide. Polymers, aromatic vinyl polymers such as polystyrene, nitrogen-containing polymers such as polyimide and aramid resin, and fluoropolymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride can be used. These may be used singly or may be a copolymer, polymer alloy, polymer blend or the like combining two or more.
[0020]
As the conductive layer, an electronic conductor that does not cause a chemical change in the constructed battery can be used without any particular limitation. When the first electrode is a positive electrode, for example, stainless steel, aluminum, aluminum alloy, titanium, carbon and the like can be used, and aluminum, aluminum alloy and the like are particularly preferable. When the first electrode is a negative electrode, for example, stainless steel, nickel, copper, copper alloy, titanium, and the like can be used, and copper, copper alloy, and the like are particularly preferable.
[0021]
The method for forming the conductive layer is not particularly limited. For example, the conductive layer can be obtained by depositing a conductive material on the surface of the resin sheet. In order to form a vapor deposition film having a predetermined shape pattern, vapor deposition is performed after covering a resin sheet with a mask having openings having a predetermined shape.
[0022]
The exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet is disposed on the first side surface (left side in FIG. 1) of the electrode plate group 10, and the opposite insulating portion is the second side surface of the electrode plate group 10 ( The right side of FIG. In FIG. 1, the first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group, but their arrangement is not particularly limited. On the other hand, the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet is disposed on the second side surface of the electrode plate group 10, and the insulating portion on the opposite side is disposed on the first side surface of the electrode plate group 10. Yes.
[0023]
Thus, since the 1st electrode and 2nd electrode which have the same structure are arrange | positioned in the mutually reverse direction, the exposed part of the conductive layer of a 1st electrical power collector sheet | seat is a 2nd electrical power collector sheet | seat Adjacent to the insulation. The exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet is adjacent to the insulating portion of the first current collector sheet. With such an arrangement, it is easy to prevent a short circuit between the first electrode and the second electrode. It is also easy to obtain a high-capacity electrode plate group by connecting in parallel the exposed portions of the conductive layers of the plurality of first current collector sheets or second current collector sheets. However, from the viewpoint of reliably preventing a short circuit, the insulating part of the second current collector sheet adjacent to the exposed part of the conductive layer of the first current collector sheet and the exposed part of the conductive layer of the second current collector sheet The insulating part of the first current collector sheet that is made is preferably 0.001 mm or more in width, more preferably 0.1 mm or more.
[0024]
In the electrode plate group 10, the insulating portion of the first current collector sheet and the insulating portion of the second current collector sheet are flush with the third side surface (left side in FIG. 2) and the fourth side surface (right side in FIG. 2), respectively. It is arranged. According to such a structure, a short circuit between the first electrode and the second electrode can be prevented without interposing a separator larger than the current collector sheet between the electrode plates.
[0025]
When the exposed portions of the conductive layers of the plurality of first current collector sheets or the second current collector sheets are connected in parallel as shown in FIG. For example, a method of covering the first side surface and the second side surface with a film of a conductive material can be used. The thickness of the conductive material coating is, for example, about 0.01 to 1 mm. The coating of the conductive material thus obtained can be used for current collection as the first terminal 17a and the second terminal 17b, respectively. In order to obtain a good current collecting state, it is preferable that the contact area between the exposed portion of the conductive layer and the coating of the conductive material is larger, and the exposed portion of the conductive layer is 0.001 to 1 mm inside the coating of the conductive material. It is preferable to be buried to a depth of.
[0026]
Between the first terminal and the first side surface and between the second terminal and the second side surface, the first insulating material portion 18a and the second insulation for insulating the first terminal and the second electrode are provided. The material part 18b can be provided. Since the insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first side surface and the insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second side surface, a short circuit can be achieved without providing an insulating material portion. However, by further providing an insulating material portion, the possibility of a short circuit is greatly reduced. The thickness of the insulating material portion is not particularly limited, but is preferably 0.001 mm or more, and more preferably 0.01 mm or more.
[0027]
The method for providing the insulating material portion is not particularly limited, but for example, it can be provided by applying a paste-like or liquid insulating material on the current collector sheet around the electrode mixture layer by screen printing. An insulating material part can also be provided by sticking a film-like or tape-like insulating material on the current collector sheet around the electrode mixture layer. In FIG. 2, the insulating material portion is not provided on the third side surface and the fourth side surface of the electrode plate group 10, but the insulating material portion can also be provided on these side surfaces.
[0028]
Examples of the insulating material used for the insulating material portion include a resin, a glass composition, and ceramics. Moreover, the composite etc. which impregnated resin to the woven fabric and the nonwoven fabric can also be used. As the resin, a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used. When using a thermosetting resin, the process of heating and hardening the coating film of resin is required.
[0029]
Resins that can be used for the insulating material part include olefin polymers such as polyethylene, polypropylene, and polymethylpentene, ester polymers such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexylene dimethylene terephthalate, polyarylate, and polycarbonate, poly Ether polymers such as ethylene oxide, polypropylene oxide, polyacetal, polyphenylene ether, polyether ether ketone and polyetherimide, sulfone polymers such as polysulfone and polyethersulfone, acrylonitrile polymers such as polyacrylonitrile, AS resin and ABS resin, polyphenylene Thioether polymers such as sulfides, aromatic vinyl polymers such as polystyrene Chromatography, polyimide, nitrogen-containing polymer, such as aramid resin, polytetrafluoroethylene, fluorine polymers such as polyvinylidene fluoride, acrylic polymers such as polymethyl methacrylate and the like. These may be used singly or may be a copolymer, polymer alloy, polymer blend or the like combining two or more. Further, a polymer obtained by polymerization and solidification by heating or UV irradiation may be used.
[0030]
In FIG. 1, the second electrode mixture layer has a larger area than the first electrode mixture layer. Such a structure is suitable for an electrode plate group of a lithium ion secondary battery in which the first electrode mixture layer is a positive electrode and the second electrode mixture layer is a negative electrode. When the first electrode mixture layer is a negative electrode and the second electrode mixture layer is a positive electrode, the area of the first electrode mixture layer is made larger than that of the second electrode mixture layer.
[0031]
The electrode plate group can be accommodated in a predetermined case together with the electrolytic solution. The composition of the electrolytic solution varies depending on the type of battery, but when obtaining a lithium ion secondary battery, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent is used. The shape and material of the case are not particularly limited.
[0032]
Next, an example of a method for simultaneously manufacturing a plurality of electrode plate groups 10 will be described with reference to FIG.
(A) Production of first electrode A resin sheet 21a having a size capable of providing a desired number of current collector sheets is prepared. Next, a plurality of conductive layers having a predetermined shape pattern are provided at the same position on both surfaces of the resin sheet 21a. For example, the conductive layer having a predetermined shape is formed on the resin sheet in a plurality of rows and a plurality of columns as shown in FIG. Such a conductive layer can be obtained by covering the resin sheet with a mask having a matrix-like opening and depositing a metal on the resin sheet exposed from the opening.
[0033]
As shown in FIG. 3, a plurality of conductive layers 26a having a size corresponding to two electrodes are formed on the resin sheet 21a. That is, when obtaining 2n electrodes, n conductive layers are formed on one side of the resin sheet. Next, as shown in FIG. 4, two first electrode mixture layers 22a are formed on each conductive layer 26a. An exposed portion 23a of the conductive layer having no mixture is left between the two first electrode mixture layers. In FIG. 4, the electrode mixture layer of 3 rows and 3 columns is drawn, but usually more conductive layers and electrode mixture layers are formed on a larger current collector sheet.
[0034]
The first electrode mixture layer is formed by applying a paste made of the first electrode mixture to the entire surface except for the central portion of the conductive layer. The coating method is not particularly limited, but it is preferable to employ screen printing, pattern coating, or the like. The exposed portion of the conductive layer to which the paste is not applied becomes the connection portion 24a with the first terminal after the electrode plate group is configured. The first electrode mixture is prepared by mixing the active material, conductive material, binder, and the like of the first electrode with a dispersion medium. The coating film of the paste is dried, and the dried coating film is rolled with a roller to increase the mixture density.
[0035]
When the first electrode is a positive electrode of a lithium ion secondary battery, for example, a lithium-containing transition metal oxide can be preferably used as the active material. Examples of the lithium-containing transition metal oxides, for _{_{_{example, Li x CoO z, Li x}}} NiO z, Li x MnO z, Li x Co y Ni 1-y O z, Li x Co f V 1-f O z, Li x _{_{_{Ni 1-y M y O z}}} (M = Ti, V, Mn, Fe), Li x Co a Ni b M c O z (M = Ti, Mn, Al, Mg, Fe, Zr), Li x Mn 2 O ₄ , Li _x Mn _{2 (1-y)} M _2y O ₄ (M = Na, Mg, Sc, Y, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Cu, Zn, Al, Pb, Sb) be able to. However, the x value varies in the range of 0 ≦ x ≦ 1.2 depending on the charge / discharge of the battery. Also, 0 ≦ y ≦ 1, 0.9 ≦ f ≦ 0.98, 1.9 ≦ z ≦ 2.3, a + b + c = 1, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1, 0 ≦ c <1 is there. These may be used alone or in combination of two or more.
[0036]
When the first electrode is a negative electrode of a lithium ion secondary battery, examples of the active material include lithium, a lithium alloy, an intermetallic compound, a carbon material, an organic compound that can occlude / release lithium ions, an inorganic compound, and a metal complex. Organic polymer compounds and the like can be preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Carbon materials include coke, pyrolytic carbon, natural graphite, artificial graphite, mesocarbon microbeads, graphitized mesophase microspheres, vapor grown carbon, glassy carbon, carbon fibers (polyacrylonitrile, pitch, cellulose, Vapor phase growth system), amorphous carbon, and organic compound fired body. Of these, natural graphite and artificial graphite are particularly preferable.
[0037]
As the conductive material, for example, carbon black such as acetylene black, graphite or the like is used. As the binder, for example, a fluororesin such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, an acrylic resin, a styrene butadiene rubber, an ethylene propylene terpolymer, and the like can be used.
[0038]
In the electrode plate group, the first electrode to be disposed on the peripheral portion of the first electrode mixture layer that is adjacent to the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet, that is, on the second side surface of the electrode plate group. An insulating material is applied along the periphery of the mixture layer. Here too, it is preferable to perform pattern coating. The application of such an insulating material is not necessarily required and may be performed arbitrarily, but the possibility of a short circuit can be reduced by applying the insulating material. You may coat | cover an insulating material also in the peripheral part of the 1st electrode mixture layer which will be distribute | arranged to the 3rd side surface and 4th side surface of an electrode group. When the electrode plate group 10 of FIG. 1 is obtained, an insulating material is applied to the peripheral edge portion of the first electrode mixture layer to be disposed on the second side surface of the electrode plate group. The coated insulating material forms a first insulating material portion in the electrode plate group.
[0039]
(B) Production of the second electrode The second electrode having the second electrode mixture layer on both surfaces can be produced in the same manner as the first electrode. That is, a plurality of conductive layers having a predetermined pattern are provided at the same position on both surfaces of the resin sheet 21b having a size capable of providing a desired number of current collector sheets, and the second electrode mixture layer 22b is provided on each conductive layer. Are formed two by two. An exposed portion 23b of the conductive layer having no mixture is left between the two second electrode mixture layers. The exposed portion of the conductive layer to which the paste is not applied becomes a connection portion 24b with the second terminal in the electrode plate group. The second electrode having the second electrode mixture layer only on one side can be produced by the same method as described above except that the conductive layer, the second electrode mixture layer and the insulating material are not provided on the other side.
[0040]
(C) Production of electrode plate group The produced assembly composed of a plurality of first electrodes and the assembly composed of a plurality of second electrodes are laminated via a separator. At this time, the first electrode mixture layer 22a of the first electrode and the second electrode mixture layer 22b of the second electrode face each other and are laminated. The exposed portion 23a of the conductive layer and the insulating material in the first electrode face the insulating material and the exposed portion 23b of the conductive layer in the second electrode, respectively. On both outermost surfaces, a pair of second electrodes having a second electrode mixture layer is disposed only on one side, the inner electrodes are sandwiched between these, and the whole is pressed. In this way, an assembly composed of a plurality of electrode plate stacks can be obtained.
[0041]
As the separator, a woven fabric or a non-woven fabric made of an olefin polymer such as polyethylene or polypropylene or glass fiber can be used. A solid electrolyte or gel electrolyte can also be used as a separator. For the solid electrolyte, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide or the like can be used as the matrix material. As the gel electrolyte, for example, a nonaqueous electrolyte solution described later can be used which is held in a matrix made of a polymer material. As the polymer material for forming the matrix, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is particularly preferable to use a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, or a mixture of polyvinylidene fluoride and polyethylene oxide.
[0042]
An assembly composed of a plurality of electrode plate stacks is divided for each electrode plate stack. The first electrode and the second electrode are cut along the arrow direction shown in FIG. The exposed portion of the conductive layer forms connection portions 24a and 24b with the terminals by cutting, and the exposed portion of the resin sheet on the opposite side forms insulating portions 25a and 25b by cutting. In the four side surfaces of the electrode plate stack thus obtained, the end portions of the current collector sheets and the end portions of the separators are arranged flush with each other, but the conductive portions of electrodes of different polarities are arranged on the side surfaces. There is no face to face.
[0043]
When the above-described method is applied using a metal foil that has been generally used as a current collector sheet, metal burrs generated during cutting become a problem. Metal burrs break through the separator and cause a major short circuit. Therefore, it is important to prevent the occurrence of metal burrs, but it is extremely difficult to cut the metal foil without causing metal burrs. On the other hand, when a current collector sheet made of a resin sheet is used, since most of the cut surface is occupied by the resin, no metal burrs are generated. As a result, the reliability of the electrochemical device is greatly improved.
[0044]
A first terminal can be obtained by covering the first side surface in which the exposed portions of the conductive layer of the first current collector sheet and the insulating portions of the second current collector sheet are alternately arranged with a coating of a conductive material. For example, the first side surface can be coated with the metal film by spraying molten or semi-molten metal fine particles on the first side surface. The metal film thus formed is automatically electrically connected to the exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet. Since the insulating material is coated on the end surface of the second electrode mixture layer disposed on the first side surface, a short circuit between the metal film and the second electrode does not occur. The second side surface in which the exposed portions of the conductive layer of the second current collector sheet and the insulating portions of the first current collector sheet are alternately arranged is also covered with a metal film in the same manner as described above to obtain the second terminal. be able to.
The third side surface and the fourth side surface of the electrode plate group may be left as they are, but are preferably covered with an insulating material.
[0045]
When the first terminal or the second terminal is a positive electrode terminal, it is preferable to use aluminum powder as the metal fine particles. When the first terminal or the second terminal is a negative electrode terminal, it is preferable to use copper powder as the metal fine particles.
[0046]
An assembly of electrode plate groups can also be obtained using an assembly composed of a plurality of first electrodes and an assembly composed of a plurality of second electrodes as shown in FIG. When obtaining such an assembly composed of the first electrodes, a plurality of rows of strip-like conductive layers are formed at the same position on both surfaces of the resin sheet 31a having a size capable of providing a desired number of current collector sheets. Such a conductive layer can be obtained by covering a resin sheet with a mask having a strip-shaped opening and depositing a metal on the resin sheet exposed from the opening. Also in this case, a plurality of conductive layers having a size corresponding to two rows of electrode mixture layers are formed on the current collector sheet 31a. That is, when obtaining 2n rows of electrode mixture layers, n rows of conductive layers are formed on one side of the resin sheet.
[0047]
Two rows of strip-shaped first electrode mixture layers 32a are formed on each strip-shaped conductive layer. An exposed portion 33a of the conductive layer having no mixture is left between the two rows of strip-shaped first electrode mixture layers 32a. The strip-shaped first electrode mixture layer 32a is formed by applying a paste made of the same first electrode mixture as described above to the entire surface excluding the central portion of the conductive layer. The coating method is the same as in the case of the laminated electrode plate group. The exposed portion 33a of the conductive layer to which the paste is not applied becomes a connection portion 34a with the first terminal.
[0048]
Even when obtaining an assembly composed of the second electrodes, a plurality of rows of strip-like conductive layers are provided at the same positions on both surfaces of the resin sheet 31b having a size capable of providing a desired number of current collector sheets. On top, two rows of strip-shaped second electrode mixture layers 32b are formed. An exposed portion 33b of the conductive layer having no mixture is left between the two rows of strip-shaped second electrode mixture layers. The exposed portion of the conductive layer to which the paste is not applied becomes a connection portion 34b with the second terminal.
[0049]
When such an assembly of electrode plates is divided into electrode plate stacks along the direction of the arrows shown in FIG. 5, the exposed portions of the conductive layer are cut to form connection portions 34a and 34b with terminals, The exposed portion of the opposite resin sheet forms insulating portions 35a and 35b by cutting. In the four side surfaces of the electrode plate stack thus obtained, the end portions of the current collector sheets and the end portions of the separators are arranged flush with each other, but the first side surface and the second side surface have different polarities. The conductive portions of the electrodes do not face each other on each side surface. On the other hand, the cross section of the electrode mixture layer is exposed on the third side surface and the fourth side surface. The third side surface and the fourth side surface of the electrode plate group where the cross section of the electrode mixture layer is exposed can be prevented from being short-circuited by being covered with an insulating material.
[0050]
The obtained electrode plate group is housed together with a predetermined electrolyte in a case having a predetermined shape as necessary. As the case, for example, a stainless steel plate, an aluminum plate or the like processed into a predetermined shape, an aluminum foil (aluminum laminate sheet) having a resin film on both sides, a resin case, or the like is used. In the case where the electrochemical element is, for example, a lithium ion secondary battery, an electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a nonaqueous solvent is used. The lithium salt concentration in the electrolytic solution is, for example, 0.5 to 1.5 mol / L.
[0051]
Nonaqueous solvents include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, non-dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, and the like. Cyclic carbonate, aliphatic carboxylic acid ester such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-lactone such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-di Acyclic ethers such as ethoxyethane and ethoxymethoxyethane, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 2-methyl-tetrahydrofuran, dimethylsulfoxy , 1,3-dioxolane, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, alkyl phosphate esters and their fluorides, such as trioctyl phosphate can be used. These are preferably used in combination. In particular, a mixture containing a cyclic carbonate and an acyclic carbonate, a mixture containing a cyclic carbonate, an acyclic carbonate, and an aliphatic carboxylic acid ester are preferred.
[0052]
Lithium salts include LiPF ₆ , LiBF ₄ , LiClO ₄ , LiAlCl ₄ , LiSbF ₆ , LiSCN, LiCl, LiCF ₃ SO ₃ , LiCF ₃ CO ₂ , LiAsF ₆ , LiN (CF ₃ SO ₂ ) ₂ , Li ₂ B _10. _{_{Cl 10, LiN (C 2 F}} 5 SO 2) 2, LiPF 3 (CF 3) 3, LiPF 3 (C 2 F 5) 3 or the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more, but at least LiPF6 is preferably used.
For example, if the electrode plate group has a size of 1 to 300 mm in length, 1 to 300 mm in width, and 0.01 to 20 mm in thickness, it can be efficiently manufactured by the above manufacturing method.
[0053]
【Example】
Example 1
A stacked lithium ion secondary battery was produced in the following manner.
(A) Production of first electrode A sheet of polyethylene terephthalate (hereinafter referred to as PET) having a width of 198 mm, a length of 282 mm, and a thickness of 7 μm was prepared. Next, a plurality of rectangular (65 mm × 46 mm) copper deposited films arranged in 3 rows and 6 columns were formed at the same positions on both sides of the PET sheet using a mask having a matrix-shaped opening. The thickness of the copper vapor deposition film was 0.1 μm.
[0054]
By mixing 100 parts by weight of active material spherical graphite (graphitized mesophase spherules), 3 parts by weight of styrene butadiene rubber as a binder, and an appropriate amount of an aqueous carboxymethyl cellulose solution as a dispersion medium, the first electrode mixture is mixed. A paste consisting of was prepared. This paste was applied to the entire surface except for the central portion of each deposited film. As a result, two 32 mm × 46 mm first electrode mixture layers were formed on each deposited film. Between the two 1st electrode mixture layers, the exposed part of the copper vapor deposition film which does not have an electrode mixture layer was left in the groove | channel shape of width 1mm. Thereafter, the coating film of the paste was dried, and the dried coating film was rolled with a roller until the thickness became 70 μm.
[0055]
Polyvinylidene fluoride having a width of 0.3 mm was applied as an insulating material to a portion on the side opposite to the portion adjacent to the exposed portion of the deposited film in the peripheral portion of the obtained first electrode mixture layer. Thus, a first electrode assembly having a first electrode mixture layer of 6 rows and 6 columns on both surfaces was obtained.
[0056]
(B) Production of second electrode A second electrode having a second electrode mixture layer on both surfaces was produced.
A PET sheet having a width of 198 mm, a length of 282 mm, and a thickness of 7 μm was prepared. Next, a plurality of rectangular (64 mm × 45 mm) aluminum vapor deposition films arranged in 3 rows and 6 columns were formed at the same positions on both sides of the PET sheet using a mask having a matrix-like opening. The thickness of the Al vapor deposition film was 0.1 μm.
[0057]
Mix 100 parts by weight of lithium cobaltate (LiCoO ₂ ) as an active material, 3 parts by weight of acetylene black as a conductive material, 7 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, and an appropriate amount of an aqueous carboxymethylcellulose solution as a dispersion medium. Thus, a paste made of the second electrode mixture was prepared. This paste was applied to the entire surface except for the central portion of each deposited film. As a result, two 31 mm × 45 mm second electrode mixture layers were formed on each deposited film. Between the two 2nd electrode mixture layers, the exposed part of the vapor deposition film of Al which does not have a mixture was left in the groove shape of width 2mm. Thereafter, the coating film of the paste was dried, and the dried coating film was rolled with a roller until the thickness became 70 μm.
[0058]
Polyvinylidene fluoride having a width of 0.3 mm was applied as an insulating material to a portion on the side opposite to the portion adjacent to the exposed portion of the deposited film in the peripheral portion of the obtained second electrode mixture layer. Thus, an assembly of second electrodes having a second electrode mixture layer of 6 rows and 6 columns on both surfaces was obtained.
Next, a second electrode having a second electrode mixture layer only on one side was produced in the same manner as described above except that the conductive layer, the second electrode mixture layer and the insulating material were not provided on the other side.
[0059]
(C) Production of the electrode plate group Two assemblies comprising the first electrode having the first electrode mixture layer on both surfaces, and one assembly comprising the second electrode having the second electrode mixture layer on both surfaces, It was pinched via a separator. At this time, the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer face each other, and the exposed portion of the vapor deposition film and the polyvinylidene fluoride in the first electrode are the same as the polyvinylidene fluoride and the vapor deposition film in the second electrode, respectively. It was made to face the exposed part. A pair of second electrodes having a second electrode mixture layer on only one side was disposed on both outermost surfaces, and the inner electrodes were sandwiched between them, and the whole was pressed. As a result, an assembly composed of a plurality of electrode plate stacks was obtained.
[0060]
The assembly composed of a plurality of electrode plate stacks was divided for each electrode plate stack so that the cutting position was aligned with the center of the exposed portion of the deposited film in the first electrode and the center of the exposed portion of the evaporated film in the second electrode. As a result, as many as 36 electrode plate stacks could be obtained at a time through a series of coating and laminating processes. On the four side surfaces of the electrode plate stack thus obtained, the end portions of the current collector sheets and the end portions of the separators were arranged flush with each other.
[0061]
On one side surface (first side surface), exposed portions of the deposited film of the first current collector sheet and exposed portions of PET of the second current collector sheet were alternately arranged. On the opposite second side surface, the exposed portions of the deposited film of the second current collector sheet and the exposed portions of PET of the first current collector sheet were alternately arranged. On the remaining two side surfaces (the third side surface and the fourth side surface), the exposed portions of PET of each current collector sheet were arranged.
[0062]
Semi-molten copper fine particles were sprayed on the first side surface where the exposed portions of the copper deposited film of the first current collector sheet and the exposed portions of the PET of the second current collector sheet were alternately arranged. As a result, a copper film having a thickness of 0.5 mm was formed on the first side surface. The exposed portion of the copper deposited film was buried to a depth of 0.2 mm inside the copper film. This copper film was used as a negative electrode terminal as it was.
[0063]
Semi-molten aluminum fine particles were sprayed on the second side surface where the exposed portions of the Al deposited film of the second current collector sheet and the exposed portions of the PET of the first current collector sheet were alternately arranged. As a result, an aluminum film having a thickness of 0.5 mm was formed on the second side surface. The exposed portion of the Al vapor deposition film was buried to a depth of 0.2 mm inside the aluminum film. This aluminum film was used as it is as a positive electrode terminal.
[0064]
Lead wires were respectively connected to the copper film and the aluminum film of the electrode plate group thus obtained, and a charge / discharge test was conducted using an external charge / discharge device. The electrolytic solution used here was prepared by dissolving LiPF ₆ at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed at a volume ratio of 30:70.
[0065]
[Evaluation]
Charging / discharging was performed in a 20 ° C. atmosphere.
Charging and discharging were performed in a current mode of ^2.5 mA / cm ² with respect to the electrode area. The end-of-charge voltage was 4.2V. The final discharge voltage was 3.0V. The electric capacity obtained under the above conditions was 900 mAh.
[0066]
As a comparison, when a negative electrode was produced using a core material made of copper foil, which was conventionally used, and a positive electrode was made using a core material made of aluminum foil, in order to obtain a battery having the same capacity The volume of the battery was 1.2 times that of the lithium ion secondary battery of Example 1. From this, it became clear that according to the present invention, the energy density per capacity of the electrochemical device can be increased as compared with the conventional case. Further, even when the lithium ion secondary battery of Example 1 was dropped and subjected to mechanical shock, no abnormality such as a voltage drop due to an internal short circuit was observed.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently provide a stacked electrochemical device having a simple and well-structured structure, high reliability, and high volumetric efficiency because of high volumetric efficiency. it can. By using a non-aqueous electrolyte secondary battery including such an electrochemical element, a highly reliable mobile phone, portable information terminal device, camcorder, personal computer, PDA, portable acoustic device, electric vehicle, power source for load leveling Etc. can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a laminated electrode plate group according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along line aa in FIG.
FIG. 3 is a top view of a current collector sheet for obtaining an assembly of first electrodes or second electrodes.
FIG. 4 is a perspective view of an assembly including a first electrode and a second electrode.
FIG. 5 is a perspective view of an assembly composed of another first electrode and a second electrode.
[Explanation of symbols]
10 electrode plate group 11a, b resin sheet 11x, x ', x "resin sheet end 11y, y', y" resin sheet end 12a, b conductive layer 12x, y conductive layer end 13a first collection Electric sheet 13b Second current collector sheet 14a First electrode mixture layer 14b Second electrode mixture layer 15a First electrode 15b, b 'Second electrode 16 Separator 17a First terminal 17b Second terminal 18a First insulating material Part 18b Second insulating material part 21a, b Resin sheet 22a First electrode mixture layer 22b Second electrode mixture layer 23a, b Exposed part 24a of conductive layer Connection part 24b with first terminal Connection part with second terminal 25a, b Insulating portion 26a corresponding to the exposed portion of the resin sheet Conductive layer 31a, b Resin sheet 32a Strip-shaped first electrode mixture layer 32b Strip-shaped second electrode mixture layer 33a, b Exposed portion 34a of conductive layer Terminal connection part 34b Connection portion 35a, b with second terminal Insulation portion corresponding to exposed portion of resin sheet

Claims

An electrochemical element having an electrode plate group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via separators,
Each of the plurality of first electrodes includes a first current collector sheet and at least one first electrode mixture layer supported on the current collector sheet,
Each of the plurality of second electrodes includes a second current collector sheet and at least one second electrode mixture layer carried on the current collector sheet,
The electrode plate group includes a first side surface, a second side surface, a third side surface, and a fourth side surface in which an end portion of each of the current collector sheets and an end portion of the separator are disposed substantially flush with each other. Have
Wherein the first current collector sheet and the second current collector sheet, respectively, Ri Do a conductive layer provided on the resin sheet and the resin sheet,
Each of the first current collector sheets has a conductive portion made of the conductive layer and an insulating portion made of an exposed portion of the resin sheet on the surface,
Each of the second current collector sheets has a conductive portion made of the conductive layer and an insulating portion made of an exposed portion of the resin sheet on the surface,
A conductive portion of each of the first current collector sheets and an insulating portion of each of the second current collector sheets are connected to the first terminal on the first side surface;
The conductive portion of each second current collector sheet and the insulating portion of each first current collector sheet are connected to the second terminal on the second side surface,
Wherein the first side surface and the second side surface, an electrochemical device you positioned on the opposite side of the electrode plate group together.

The area per side of the first current collector sheet is S (1), the area per side of the second current collector sheet is S (2), and the area per side of the separator is S (s). When
S (1) ≦ S (s) ≦ S (1) × 1.05
S (2) ≦ S (s) ≦ S (2) × 1.05
The electrochemical device according to claim 1, wherein:

The electrochemical element according to claim 1, wherein an end portion of each of the current collector sheets disposed on the third side surface and the fourth side surface is an insulating portion formed of an exposed portion of the resin sheet.

The front Symbol first aspect, wherein the first and the first insulating material portion to insulate terminal and a second electrode is provided, wherein the second side surface, wherein said second terminal first electrode The electrochemical element according to claim 1, wherein a second insulating material portion is provided for insulating the two.