WO2004062003A1 - 電気化学素子 - Google Patents

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WO2004062003A1
WO2004062003A1 PCT/JP2003/015757 JP0315757W WO2004062003A1 WO 2004062003 A1 WO2004062003 A1 WO 2004062003A1 JP 0315757 W JP0315757 W JP 0315757W WO 2004062003 A1 WO2004062003 A1 WO 2004062003A1
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current collector
terminal
collector sheet
insulating
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Ken Nishimura
Naoto Arai
Toru Oshima
Fumio Daio
Munehisa Ikoma
Hideo Kaiya
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical device, and more particularly to an improvement in an electrode group of a secondary battery having a high energy density such as a lithium ion secondary battery.
  • the current secondary battery has a complicated internal structure, and there is a limit to improving the electric capacity of a product per fixed volume.
  • the complicated structure has hindered the improvement of battery reliability.
  • a current collection tab or current lead connected to the electrode may prevent a uniform electrode reaction on the electrode surface.
  • a metal spar larger than usual occurs on the cut surface of the lead, there is a concern that an internal short circuit may occur.
  • the secondary battery has an electrode group including a positive electrode, a negative electrode, and a separator.
  • the electrode group includes a stacked type and a wound type.
  • a stacked electrode plate group is obtained by alternately stacking a positive electrode and a negative electrode via a separator.
  • the wound electrode group is obtained by winding a long positive electrode and a negative electrode through a separator.
  • These electrode groups usually have side surfaces on which the ends of the positive electrode and the negative electrode are arranged flush. To extract electricity from such a side without causing a short circuit, a current collecting tab or current collecting lead is required.
  • the positive electrode protrudes from one of the side surfaces of the electrode plate group, and the negative electrode protrudes from the side surface opposite to the side surface. It has been proposed to extract electricity directly from each side without going through a power tab or current collecting lead.
  • a protruding electrode plate of the same polarity is integrated using a predetermined metal member.
  • a joining technique has been proposed.
  • a protruding core material of an electrode plate of the same polarity and a plate-shaped current collector are disclosed. Techniques for joining plates have been proposed.
  • the electrode groups must be manufactured one by one.
  • the manufacturing process becomes complicated. That is, there is a problem that a plurality of electrode groups cannot be manufactured at the same time.
  • an object of the present invention is to provide an electrochemical device having a simple structure, high thermal reliability, and high electric capacity. Another object of the present invention is to provide an electrochemical device capable of efficiently producing a plurality of devices at the same time. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above situation. According to the present invention, it is possible to provide an electrochemical device having a simple structure, high reliability, and high electric capacity. According to the present invention, a plurality of electric The element can be manufactured efficiently.
  • the present invention relates to an electrode comprising: (a) at least one first electrode; (b) at least one second electrode; and (c) an electrode comprising a separator interposed between the first and second electrodes.
  • An electrochemical device having a plate group,
  • the present invention relates to an electrochemical device, wherein the electrode plate group includes a PTC element.
  • the first electrode (a) includes a first current collector sheet having a conductive portion and a remarkable portion, and at least one first electrode mixture layer supported on the first current collector sheet.
  • the second electrode (b) includes: Preferably, the second current collector sheet includes a conductive portion and an insulating portion, and at least one second electrode mixture layer carried on the second current collector sheet.
  • the electrode group may be a stacked electrode group obtained by stacking the first electrode, the second electrode, and the separator, and the first electrode, the second electrode, and the It may be a wound type electrode group obtained by stacking and winding a separator.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first side surface of the stacked electrode group, and the second current collector is provided.
  • a conductive portion of the sheet is connected to a second terminal on a second side surface of the stacked electrode group; an insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second side surface; It is preferable that one insulating portion is disposed on the first side surface.
  • the PTC element is in a sheet shape.
  • the PTC element is arranged on the first side surface or the second side surface, the PTC element is arranged in parallel with the first electrode, the second electrode, and the separator in the stacked electrode group. May be. Of course, it may be arranged by being laminated on the outermost part of the above-mentioned laminated electrode group. Further, an insulating portion of the first current collector sheet and an insulating portion of the second current collector sheet are provided on side surfaces of the stacked electrode plate group other than the first side surface and the second side surface. Is preferably arranged.
  • an insulating portion of the first current collector sheet and / or an insulating portion of the second current collector sheet are disposed in addition to the first side surface and the second side surface. It is preferable to have a side that is
  • first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the stacked electrode plate group.
  • a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode is provided between the first terminal and the first side surface, and the second terminal and the second It is preferable that a second insulating material portion for insulating the second terminal from the first electrode is provided between the side surface and the second terminal.
  • the electrode group is a wound electrode group
  • the conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal at a first bottom surface of the wound electrode plate group
  • a conductive portion of the current collector sheet is connected to a second terminal on a second bottom surface of the wound electrode group; an insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second bottom surface;
  • an insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first bottom surface.
  • the PTC element has a disk shape.
  • the PTC element is arranged on the first bottom surface or the second bottom surface.
  • a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode is provided between the first terminal and the first bottom surface, and the second terminal and the second It is preferable that a second insulating material portion for insulating the second terminal from the first electrode is provided between the bottom surface and the second terminal.
  • the present invention relates to an electrochemical device having a wound type electrode plate group.
  • the first electrode includes a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one first electrode mixture layer supported by the first current collector sheet.
  • the second electrode includes a second current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one second electrode mixture layer carried on the second current collector sheet.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first bottom surface of the electrode plate group, and a conductive portion of the second current collector sheet is connected to a second terminal on a second bottom surface of the electrode plate group.
  • An insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second bottom surface, an insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first bottom surface, and a PTC element is further provided.
  • the PTC element is connected to one of the first terminal and the second terminal in series.
  • the PTC element has a plate shape or a disk shape. Further, it is preferable that the PTC element is disposed on the first bottom surface or the second bottom surface.
  • the present invention relates to an electrochemical element having a wound electrode plate group in which a first electrode and a second electrode are wound with a separator interposed therebetween.
  • the first electrode includes a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one first electrode mixture layer carried on the first current collector sheet.
  • the second electrode includes a second current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one second electrode mixture layer carried on the second current collector sheet.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first bottom surface of the electrode plate group, and a conductive portion of the second current collector sheet is connected to a second terminal of the electrode group. Connected to the second terminal on the bottom surface.
  • the insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second bottom surface, and the insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first bottom surface.
  • the present invention relates to an electrochemical device having a stacked electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via a separator.
  • the plurality of first electrodes are each composed of a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one first electrode mixture layer carried on the first current collector sheet.
  • the plurality of second electrodes include a second current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one second electrode mixture layer carried on the second current collector sheet.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first side surface of the electrode plate group, and a conductive portion of the second current collector sheet is connected to a second terminal of the electrode group. Connected to the second terminal on the side.
  • An insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second side surface, an insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first side surface, and further includes a P
  • the PTC element is connected in series to one of the first terminal and the second terminal.
  • the PTC element is preferably in a sheet shape.
  • the PTC element is disposed so as to be laminated on the outermost part of the electrode plate group. It may be arranged on the first side surface or the second side surface.
  • the present invention relates to an electrochemical device having a stacked electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via a separator.
  • the plurality of first electrodes are each composed of a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one first electrode mixture layer carried on the first current collector sheet.
  • the plurality of second electrodes include a second current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one second electrode supported on the second current collector sheet. It consists of a mixture layer.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first side surface of the electrode plate group, and a conductive portion of the second current collector sheet is connected to a second terminal of the electrode group. Connected to the second terminal on the side. An insulating portion of the first current collector sheet is disposed on the second side surface, and an insulating portion of the second current collector sheet is disposed on the first side surface.
  • a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode is provided between the first terminal and the first side surface, and the second terminal and the second side surface are provided with a first insulating material portion.
  • a second insulating material portion for insulating the second terminal from the first electrode is provided between the second terminal and the first electrode, and further includes a PTC element.
  • the present invention relates to an electrochemical element having a stacked electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via a separator.
  • the plurality of first electrodes include a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, respectively, and at least one first electrode mixture layer carried on the first current collector sheet.
  • the plurality of second electrodes include a second current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, and at least one second electrode mixture layer carried on the second current collector sheet.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first side surface of the electrode group, and a conductive portion of the second current collector sheet is a second terminal on a second side surface of the electrode group.
  • Is connected to Insulating portions of the first current collector sheet are arranged on all side surfaces except the first side surface of the electrode plate group, and insulating portions of the second current collector sheet are disposed on the second side of the electrode plate group. It is arranged on all sides except the two sides, and has a PTC element.
  • the present invention relates to an electrochemical device having an electrode group in which a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes are alternately stacked via a separator.
  • the plurality of first electrodes include a first current collector sheet having a conductive portion and an insulating portion, respectively, and at least one first electrode mixture layer carried on the first current collector sheet.
  • the plurality of second electrodes are each a second electrode having a conductive portion and an insulating portion. It is composed of an electric conductor sheet and at least one second electrode mixture layer carried on the electric conductor sheet.
  • a conductive portion of the first current collector sheet is connected to a first terminal on a first side surface of the electrode plate group, and a conductive portion of the second current collector sheet is connected to a second side surface of the electrode plate group. Connected to the second terminal. Insulating portions of the first current collector sheet are disposed on all side surfaces except the first side surface of the electrode plate group, and insulating portions of the second current collector sheet are disposed on the second side surface of the electrode plate group. It is arranged on all sides except.
  • a first insulating material portion for insulating the first terminal and the second electrode is provided between the first terminal and the first side surface, and the second terminal and the second side surface are provided. And a second insulating material portion for insulating the second terminal from the first electrode, and further includes a PTC element.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a laminated electrode group according to the present invention.
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a stacked electrode group including a PTC element according to the present invention.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a stacked electrode group including a PTC element according to the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing cut portions of an assembly made up of a first electrode and an assembly made up of a second electrode.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing cut portions of an assembly made of another first electrode and an assembly made of another second electrode.
  • FIG. 6 is a schematic longitudinal sectional view of a wound electrode plate group according to the present invention.
  • FIG. 7 is a conceptual longitudinal sectional view of a wound electrode group including a PTC element according to the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, an example of an electrochemical device having a stacked electrode group will be described.
  • FIG. 1 shows a vertical sectional view of a stacked electrode group of an electrochemical device from which the PTC device is omitted.
  • This electrode plate group 10 is composed of a plurality of first electrodes 15a and a plurality of second and 15b electrodes alternately stacked, and the first electrode 15a and the second electrode 15b There is an intermediary of Separation 16.
  • the first electrode 15a includes a first current collector sheet 13a and two first electrode mixture layers 14a.
  • the first current collector sheet 13a includes a resin sheet 11a and conductive layers 12a having a predetermined shape pattern provided on both surfaces thereof. That is, the first current collector sheet 13a has a conductive part and an insulating part according to the shape pattern of the conductive layer.
  • the conductive layer 12a is provided on the entire surface except for the end 11X of the resin sheet or on the entire surface except for the end 11X and the end located on the front and back of FIG.
  • a first electrode mixture layer 14a is provided on the conductive layer 12a.
  • the end 11X or end 11X of the resin sheet having no conductive layer and the end located on the front and back of the sheet of Fig. 1 Functions as an insulating part.
  • An exposed portion of the conductive layer is left at an end 12X of the conductive layer located on the opposite side to the end 11X.
  • the thickness of the resin sheet is preferably, for example, 0.5 to 500 m. Further, the thickness of the conductive layer is preferably from 0.01 to 100 m.
  • the thickness of the first electrode mixture layer is not particularly limited, but is preferably, for example, 1 to 100 mm.
  • an olefin polymer such as polyethylene, polypropylene, polymethylpentene, an ester polymer such as polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexylene dimethylene lentephthalate, polyarylate, etc.
  • thioether polymers such as polyphenylene sulfide, aromatic vinyl polymers such as polystyrene, nitrogen-containing polymers such as polyimide and alamide resins, and fluorine polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride. It can. These may be used alone, or a copolymer, polymer alloy, polymer blend, or the like in which two or more kinds are combined may be used.
  • a normal resin sheet having a flat surface may be used, or a perforated body, a lath body, a porous body, a net, a foam, a woven fabric, a nonwoven fabric, or the like may be used. Further, a resin sheet having irregularities on the surface can also be used.
  • an electronic conductor that does not cause a chemical change in the configured battery can be used without particular limitation.
  • the first electrode is a positive electrode, for example, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, titanium, carbon, or the like can be used, and particularly, aluminum, an aluminum alloy, or the like is preferable.
  • the first electrode is a negative electrode, for example, stainless steel, nickel, copper, a copper alloy, titanium, or the like can be used, and particularly, copper, a copper alloy, or the like is preferable.
  • the method for forming the conductive layer is not particularly limited.
  • the conductive layer can be formed by depositing a conductive material on a resin sheet. At this time, it is preferable to perform vapor deposition after covering the resin sheet with a mask having an opening having a predetermined shape so that a vapor deposition film having a predetermined shape pattern is formed.
  • the electrode group in FIG. 1 includes two types of second electrodes 15b and 15b '.
  • the inner 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 group is reversed. That is, the inner second electrode 15b includes a second current collector sheet 13b and two second electrode mixture layers 14b. And the second current collector The gate 13b includes a resin sheet 11b and conductive layers 12b having a predetermined shape pattern provided on both surfaces thereof. The second current collector sheet has a conductive portion and an insulating portion according to the shape pattern of the conductive layer.
  • the end 11y or the end 11y of the resin sheet having no conductive layer and the end located on the front and back of FIG. Functions as an insulating part.
  • An exposed portion of the conductive layer is left at an end 12 y of the conductive layer located on the opposite side to the end 11 y.
  • the outermost two second electrodes 15 b ′ are not provided with the conductive layer 12 b and the second electrode mixture layer 14 b on one side but on both sides of the resin sheet 11 b. It has the same structure as the internal second electrode.
  • the exposed portion of the conductive layer 12a of the first current collector sheet 13a is arranged on the first side surface of the electrode group, that is, on the left side of FIG. 1, and the insulating portion on the opposite side is It is arranged on the second side surface of the electrode plate group, that is, on the right side in FIG. In FIG. 1, the first side surface and the second side surface are located on opposite sides of the electrode plate group.
  • the arrangement of the first side surface and the second side surface is not limited to this.
  • the exposed part of the conductive layer 12b of the second current collector sheet 13b is disposed on the first side surface of the electrode group, and the insulating part on the opposite side is the electrode group. On the second side.
  • the first electrode 15a and the second electrode 15b having the same structure are arranged in opposite directions. Therefore, the exposed portion of the conductive layer 12a of the first current collector sheet 13a is adjacent to the insulating portion of the second current collector sheet 13b, and the second current collector sheet 13a The exposed part of the conductive layer 12b of b is adjacent to the insulating part of the first current collector sheet 13a.
  • an insulating portion having a width of 0.01 mm or more, preferably 0.1 mm or more on the electrode.
  • the exposed portions of the conductive layers of the plurality of first current collector sheets and the second current collector sheets may be connected by any method.
  • a method of covering the first side surface and the second side surface with a conductive material can be preferably used.
  • the thickness of the coating of the conductive material is, for example, about 0.01 to 1 mm.
  • the conductive material can be used as the first terminal 17a or the second terminal 17b.
  • the contact area between the exposed portion of the conductive layer and the conductive material be large. Further, it is preferable that the exposed portion of the conductive layer penetrates the inside of the coating of the conductive material to a depth of 0.001 to 1 mm.
  • a first insulating material portion 18a for insulating the first terminal and the second electrode, respectively, is provided.
  • a second insulating material portion 18b for insulating the second terminal and the first electrode is provided.
  • the insulating portion of the second current collector sheet is provided on the first side surface, and the insulating portion of the first current collector sheet is provided on the second side surface. For this reason, it is easy to prevent a short circuit without providing an insulating material part, but by providing an insulating material part, the reliability of the secondary battery is greatly improved.
  • the thickness of the insulating material portion is not particularly limited, but is preferably 0.01 mm or more, and more preferably 0.01 mm or more.
  • the method of forming the insulating material portion is not particularly limited.
  • the insulating material portion can be formed by applying a paste or liquid insulating material to a predetermined position by a screen printing method.
  • examples of the insulating material used for the insulating material portion include a resin, a glass composition, and ceramics.
  • a composite material in which a woven fabric or a nonwoven fabric is impregnated with a resin can be used.
  • thermoplastic resin a thermoplastic resin or a thermosetting resin may be used.
  • thermosetting resin a step of heating and curing the resin coating film is required.
  • Examples of the resin that can be used for the insulating material portion include polyethylene polymers, polypropylene, polyolefin polymers such as polymethylpentene, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polycyclohexylene dimethylene terephthalate, polyarylate, and polycarbonate. Ester polymers, polyethylene oxides, polypropylene oxides, polyacetals, polyphenylene ethers, polyether ether ketones, ether polymers such as polyether imides, sulfone polymers such as polysulfone and polyether sulfone, and polyacryloyl.
  • Acrylonitrile polymers such as nitrile, AS resin and ABS resin, thioether polymers such as polyphenylene sulfide, and polystyrene
  • Nitrogen-containing polymers such as aromatic vinyl polymers, polyimides and alamide resins, fluorine polymers such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, and acrylyl polymers such as polymethyl methacrylate can be used. These may be used alone, or a copolymer, a polymer alloy, a polymer blend or the like in which two or more kinds are combined may be used. Further, a polymer obtained by polymerization and solidification by heating or UV irradiation may be used.
  • the second electrode mixture layer has a larger area than the first electrode mixture layer. have.
  • the first electrode mixture layer is used as a positive electrode and the second electrode mixture layer is used as a negative electrode.
  • the area of the first electrode mixture layer is preferably larger than that of the second electrode mixture layer.
  • FIGS. 2 and 3 show longitudinal sectional views of a stacked electrode group including a PTC element.
  • the laminated electrode group 10 shown in FIG. 2 has the same structure as the laminated electrode group 10 shown in FIG. 1, and includes a PTC element 19 joined to the first terminal 17a.
  • the laminated electrode group 10 shown in FIG. 3 has the same structure as the laminated electrode group 10 shown in FIG. 1 and is stacked and arranged on the outermost part of the laminated electrode group 10. PTC element 19 is provided.
  • the electrode group as described above is often used in a predetermined case together with an electrolytic solution.
  • the electrolyte varies depending on the type of battery.
  • an electrolyte prepared by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent is used.
  • the shape and material of the case are not particularly limited.
  • a resin sheet 21a having a size capable of providing a desired number of current collector sheets is prepared.
  • a plurality of conductive layers of a predetermined shape pattern are provided at the same position on both surfaces of the resin sheet 21a.
  • conductive layers having a predetermined shape are formed on a resin sheet in a plurality of rows and a plurality of columns as shown in FIG.
  • Such a conductive layer is formed, for example, by covering a resin sheet with a mask having a matrix-shaped opening and depositing metal on the resin sheet portion exposed from the opening. More can be obtained.
  • An exposed part 23a of the conductive layer having no mixture is left between the two first electrode mixture layers 22a.
  • the first electrode mixture layer 22a is formed by applying a paste made of the first electrode mixture to the entire surface of the conductive layer except for the central part.
  • the coating method is not particularly limited, but it is preferable to adopt screen printing, pattern coating, or the like. At this time, the exposed portion of the conductive layer on which the paste made of the mixture was not applied becomes a connection portion 24a with the first terminal after the electrode group is formed.
  • FIG. 4 shows the electrode mixture layers in three rows and three columns, usually, more conductive layers and electrode mixture layers are formed on a larger current collector sheet. You.
  • the first electrode mixture is prepared by mixing an active material, a conductive material, a binder and the like of the first electrode with a dispersion medium.
  • the paste coating is dried, and the dried coating is rolled with a roller to increase the mixture density.
  • the first electrode is a positive electrode of a lithium ion secondary battery
  • a lithium-containing transition metal oxide can be preferably used as the active material.
  • the lithium-containing transition metal oxide for example,
  • active materials include lithium, lithium alloys, intermetallic compounds, carbon materials, organic compounds and inorganic compounds capable of occluding and releasing lithium ions, and metal complexes.
  • 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 spherules, vapor-grown carbon, glassy carbon, carbon fibers (polyacrylonitrile, pitch, cellulose) System, vapor-phase growth system), amorphous carbon, and an organic compound fired body. Of these, natural graphite and artificial graphite are particularly preferred.
  • the conductive material for example, carbon black such as acetylene black, graphite, or the like is used.
  • 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.
  • an insulating material is applied along the periphery of the first electrode mixture layer that is adjacent to the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet when the electrode group is formed.
  • Other parts of the periphery of the first electrode mixture layer may be coated with an insulating material, but the first current collector The entire exposed portion of the conductive layer of the sheet is not covered.
  • an insulating material is applied to at least the side of the peripheral portion of the first electrode mixture layer opposite to the exposed portion side of the conductive layer.
  • the application of the insulating material is not always necessary, and may be arbitrarily performed.
  • the insulating resin applied here forms the first insulating material portion in the electrode plate group.
  • the second electrode having the second electrode mixture layer on both surfaces can be manufactured in the same manner as the first electrode. That is, a plurality of conductive layers of a predetermined shape pattern are provided at the same position on both surfaces of a resin sheet 21 b having a size capable of providing a desired number of current collector sheets. Two second electrode mixture layers 22b are formed. An exposed portion 23b of the conductive layer having no mixture is left between the two second electrode mixture layers. At this time, the exposed portion of the conductive layer to which the paste made of the mixture has not been applied becomes a connection portion 24b with the second terminal after the electrode group is formed.
  • the second electrode having the second electrode mixture layer on only one side is manufactured in the same manner as described above, except that the conductive layer, the second electrode mixture layer, and the insulating material are not provided on the other side. be able to.
  • the PTC element in the present invention is configured by sandwiching a conductive sheet between a first metal plate and a second metal plate.
  • the conductive sheet includes a matrix of a polymer material and a conductive filler.
  • various materials can be used as the polymer material.
  • the degree of crystallinity is preferably at least 30%, more preferably at least 50%.
  • polymer materials include polyolefins such as low-density polyethylene, medium-density polyethylene, high-density polyethylene and polypropylene, olefin-based copolymers such as copolymers of ethylene and propylene, polyamides, polyesters, fluorine-based polymers, and the like. And the like. Of these, polyolefins are preferred, polyethylene is more preferred, and high density polyethylene is more preferred.
  • the matrix of the polymer material may be composed of a plurality of polymer materials.
  • Examples of the conductive filler constituting the conductive sheet together with the polymer material include a metal filler such as Ni or Cu, a graphite, a carbon black such as a benzene black or an acetylene black, or a glass. And conductive fibers such as carbon fiber or metal fiber, or a mixture thereof.
  • conductive fillers made of glassy carbon are preferred.
  • granular glassy carbon obtained by firing a spherical phenol resin in an inert atmosphere at a temperature of 100 ° C. or more is more preferable.
  • the average particle size of the conductive filler used in the present invention is preferably from 1 to 50, and more preferably from 5 to 20 x m. If the average particle size is less than 1 m, the specific resistance at the peak tends to be small. On the other hand, if the average particle size is more than 50 m, sparks tend to occur between the particles.
  • examples of the metal plate used in the present invention include metal plates such as gold, silver, copper, aluminum, nickel, stainless steel, iron, iron alloy, and copper alloy. Of these, nickel, copper, aluminum and stainless steel are particularly preferred. In addition, dissimilar metals are added to the surface. It does not matter. It is more preferable to use a nickel foil or a nickel plating foil, whose resistance is unlikely to increase due to oxidation during thermocompression bonding.
  • the mixing ratio of the polymer material and the conductive filler constituting the conductive sheet is preferably 20:80 to 80:20, more preferably 30:70 to 70:30 by weight. . If the polymer material is less than 20% by weight, the strength of the conductive sheet tends to be weak, and if it exceeds 80% by weight, sufficient conductivity may not be obtained.
  • the conductive sheet may include inorganic fillers such as alumina, aluminum hydroxide, calcium carbonate, magnesium carbonate, talc, and glass beads, an antioxidant, and a flame retardant as long as the effects of the present invention are not impaired. Can also be added.
  • the conductive sheet and the metal plate can be joined by thermocompression bonding as described later, but an adhesive layer may be provided.
  • Binders that form an adhesive layer interposed between the conductive sheet and the metal plate include, for example, acrylic resin, polyester resin, polyurethane resin, phenol resin, epoxy resin, chloroprene rubber, nitrile rubber, epoxy phenol, butyral phenol , Nitrilephenol, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-acrylate copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-maleic acid copolymer, ethylene-maleic anhydride-grafted copolymer Polymers, ethylene-glycidyl methacrylate biel terpolymer, ionomer copolymer, and various polymer alloys.
  • a polymer material and a conductive filler are mixed using a kneader, a roll mill, a Banbury mixer, a melt kneading device such as a plast mill or an extruder, or a drive blending device such as a Henschel mixer. Pre-mix. Then, the obtained mixture is heated and pressed.
  • the conductive sheet is manufactured by molding using a melt molding method such as shape, extrusion molding or injection molding.
  • the conductive sheet can be manufactured in one step by melt molding without going through the premixing step.
  • the molding temperature during melt molding is preferably from the melting point of the polymer material to the melting point + 150 ° C., more preferably from the melting point + 10 ° C. to the melting point + 100 ° C.
  • the temperature is lower than the melting point, uniform mixing tends to be impossible, and when the temperature is higher than the melting point + 150 ° C, the polymer material tends to deteriorate. .
  • thermocompression bonding Next, the conductive sheet and the two metal plates are joined by thermocompression bonding.
  • the pressure and temperature at this time can be appropriately selected by those skilled in the art according to the type of the polymer material and the like.
  • a method such as a roll coater, a brush coating, a spatula coating, a spray, a screen printing, and a heat and pressure molding method may be used. You can choose the forming method.
  • a method such as a roll coater, a brush coating, a spatula coating, a spray, a screen printing, and a heat and pressure molding method may be used.
  • methods such as brush coating, spatula coating, and screen printing may be used.
  • both sides of the conductive sheet are sandwiched between the metal sheets so that the adhesive layer is interposed between the conductive sheet and the metal sheet, and then the metal sheet is formed on the conductive sheet by heating and pressing. What is necessary is just to join.
  • the temperature and pressure at this time can also be appropriately selected by those skilled in the art according to the type of the binder and the like.
  • the size and thickness of the PTC element in the present invention vary depending on the size, standard, overvoltage, overcurrent, etc. of the electrode plate group. Can be adjusted.
  • the fabricated aggregate including the plurality of first electrodes and the aggregate including the plurality of second electrodes are stacked via a separator.
  • the first electrode mixture layer 22a of the first electrode and the second electrode mixture layer 22b of the second electrode are laminated so as to face each other.
  • the bipolar plate is arranged so that 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.
  • a pair of second electrodes having a second electrode mixture layer only on one side are arranged on both outermost surfaces, and the inner electrodes are sandwiched by these, and the whole is pressed. As a result, an aggregate consisting of a plurality of electrode stacks is obtained.
  • a woven or nonwoven fabric made of a polymer such as polyethylene or polypropylene or glass fiber can be used.
  • a solid electrolyte or a gel electrolyte can be used as a separator.
  • solid electrolyte for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, or the like can be used as a matrix material.
  • the gel electrolyte for example, a gel electrolyte in which a non-aqueous electrolyte described later is held in a matrix made of a polymer material can be used.
  • 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.
  • the aggregate consisting of multiple electrode stacks is divided for each electrode stack.
  • the first electrode and the second electrode are cut along the arrow direction shown in FIG.
  • the cut part of the current collector sheet corresponding to the exposed part of the conductive layer is the connection part 24a, 24b with the terminal, and the cut part 25a, 2 corresponding to the exposed part of the resin sheet on the opposite side.
  • 5b is an insulating part.
  • metal burrs generated during cutting pose a problem.
  • Metal burrs can break through the separation and cause a major internal short circuit. Therefore, it is important to prevent the generation of metal burrs, but it is extremely difficult to cut metal foil without generating metal burrs.
  • a side surface on 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 is covered with a metal.
  • the side surface can be coated with a metal by spraying molten or semi-molten metal fine particles onto the side surface. Since the insulating material is applied to the end surface of the second electrode on the side surface, no short circuit occurs between the metal film and the second electrode. The metal film thus formed is electrically connected only to the exposed portion of the conductive layer of the first current collector sheet.
  • the side surfaces on 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 are also covered with metal in the same manner as described above.
  • the terminal when the terminal is a positive electrode terminal, it is preferable to use aluminum powder as the metal fine particles.
  • the terminal is a negative electrode terminal, it is preferable to use copper powder as the metal fine particles.
  • the metal coating electrically connected to the conductive layer of the first current collector sheet and the metal coating electrically connected to the conductive layer of the second current collector sheet are the first terminal and the second terminal, respectively. Functions as a terminal.
  • the side surfaces of the electrode group having no terminals may be left as they are, but it is preferable to cover with a porous insulating material if possible.
  • An assembly of electrode groups can also be obtained using an assembly consisting of a plurality of first electrodes and an assembly consisting of a plurality of second electrodes as shown in FIG.
  • a plurality of rows of strip-shaped 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, for example, by covering a resin sheet with a mask having a strip-shaped opening and depositing a metal on the resin sheet portion exposed from the opening.
  • one strip-shaped conductive layer is formed so as to straddle two strip-shaped current collector sheets. That is, when a resin sheet having a size capable of providing 2 n band-shaped current collector sheets is used, n band-shaped conductive layers are formed on one side of the resin sheet.
  • two 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 band-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 of the conductive layer except for the central portion.
  • the coating method is the same as that for the laminated electrode group.
  • the exposed portion 33a of the conductive layer on which the paste is not applied becomes a connection portion 34a with the first terminal.
  • a plurality of rows of strip-shaped conductive layers are provided at the same position on both sides of the resin sheet 31 b having a size capable of providing a desired number of current collector sheets, and each conductive sheet is provided.
  • Two strip-shaped second electrode mixture layers 32b are formed on each of the layers. No mixture between the two strip-shaped second electrode mixture layers The exposed portion 33b of the conductive layer is left. At this time, the exposed portion of the conductive layer on which the paste made of the mixture has not been applied becomes a connection portion 34b with the second terminal after the electrode group is formed.
  • the cut portion of the current collector sheet corresponding to the exposed portion of the conductive layer becomes The connection parts to the terminals are 34a and 34b.
  • the cut portions 35a and 35b corresponding to the exposed portions of the resin sheet on the opposite side become insulating portions, and the cross sections of the mixture are exposed at the other cut portions.
  • the PTC element 19 is connected to the position shown in FIGS.
  • This bonding may be performed so that the PTC element 19 is connected in series to one of the terminals.
  • the bonding can be performed by using the above-described adhesive layer in the production of the PTC element itself.
  • the obtained electrode group is accommodated in a case having a predetermined shape together with a predetermined electrolyte as needed.
  • a case for example, a stainless steel plate, an aluminum plate, or the like processed into a predetermined shape, an aluminum foil (aluminum laminated sheet) having a resin coating on both sides, a resin case, and the like are used.
  • the electrochemical element is, for example, a lithium ion secondary battery
  • an electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent is used.
  • the lithium salt concentration in the electrolytic solution is preferably, for example, 0.5 to 1.5 mol 1 ZL.
  • Non-aqueous solvents include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and cyclic carbonates such as pinylene carbonate, dimethyl carbonate, getyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
  • Non-cyclic compounds such as ethylpropyl carbonate, methylpropyl carbonate, methyl isopropyl carbonate and dipropyl carbonate; aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate and ethyl propionate; ⁇ one Puchiroraku tons, r one lactone such as Ryoichi Parerorakuton, 1, 2-dimethoxy E Tan, 1, 2-Jietokishetan, acyclic ether, such as ethoxymethoxy E Tan, tetrahydrofuran, ring-like, such as 2-methylcyclohexyl tetrahydrofuran Alkyl phosphates such as ether
  • a mixture containing a cyclic carbonate and a non-cyclic carbonate a mixture containing a cyclic carbonate, a non-cyclic carbonate and an aliphatic carboxylic acid ester are preferable.
  • L i 2 B! OC 1 io, L i N (C 2 F 5 S ⁇ 2 ) 2 , L i PF 3 (CF 3 ) 3 , L i PF 3 (C 2 F 5 ) 3 etc. can be used . These may be used alone or in combination of two or more.
  • a pole having an arbitrary size within a range of 1 to 300 mm in length, 1 to 300 mm in width, and 0.01 to 20 mm in thickness for example, a pole having an arbitrary size within a range of 1 to 300 mm in length, 1 to 300 mm in width, and 0.01 to 20 mm in thickness.
  • the plate group can be manufactured efficiently.
  • FIG. 6 is a partial conceptual view of the wound electrode group drawn around the first electrode. Further, the PTC element, the mixture layer on the outer peripheral side, the electrode plate, and the like are omitted. Have been.
  • FIG. 7 shows a conceptual diagram of a wound electrode plate group including the PTC element 43.
  • a disk-shaped PTC element 43 is attached to a second terminal 42 on one bottom surface of the wound electrode group.
  • the PTC element 43 is also formed by sandwiching the conductive sheet 43c between the first metal plate 43a and the second metal plate 43b.
  • the first electrode used for the wound electrode group has the same structure as the first electrode used for the laminated electrode group, except that it has a band shape. Therefore, the manufacturing method of the first electrode is almost the same as that of the stacked type.
  • an aggregate composed of the same first electrodes as shown in FIG. 5 is manufactured.
  • an insulating material is applied to at least the side of the peripheral portion of the first electrode mixture layer opposite to the exposed portion side of the conductive layer. This portion is adjacent to the exposed portion of the conductive layer of the second current collector sheet in the electrode group.
  • a disk-shaped PTC element is manufactured by the same method as described above.
  • An assembly made up of the first electrode and an assembly made up of the second electrode are wound via a separator 40.
  • the electrodes are arranged such that the strip-shaped first electrode mixture layer 32a and the second electrode mixture layer 32b face each other.
  • the bipolar plates are arranged such that the exposed portion of the conductive layer and the insulating material in the first electrode face the insulating material and the exposed portion of the conductive layer in the second electrode, respectively.
  • a length consisting of a plurality of wound electrode groups that are alternately arranged in the opposite direction A cylindrical assembly is obtained.
  • the long cylindrical assembly is divided for each electrode plate group.
  • exposed portions of the conductive layer of the first current collector sheet and insulating portions of the second current collector sheet are alternately arranged concentrically.
  • exposed portions of the conductive layer of the second current collector sheet and insulating portions of the first current collector sheet are alternately arranged concentrically.
  • the bottom surface where the exposed portions of the conductive layers of the first current collector sheet are arranged and the bottom surface where the exposed portions of the conductive layers of the second current collector sheet are arranged are the same as above.
  • the first terminal 41 and the second terminal 42 can be formed by coating each with a metal.
  • a short circuit between the metal film and the second electrode does not occur.
  • a short circuit between the metal film and the first electrode does not occur.
  • a stacked lithium ion secondary battery was manufactured in the following manner.
  • PET polyethylene terephthalate
  • a thickness of 7 ⁇ m was prepared.
  • a mask having a matrix-shaped opening a plurality of rectangular (65 mm x 46 mm) copper vapor-deposited films arranged in 3 rows and 6 columns were placed at the same position on both sides of the PET sheet. Formed. The thickness of the deposited copper film was 0.1 lm.
  • the paste was applied to the entire surface except for the center of each deposited film.
  • two 32 mm ⁇ 46 mm first electrode mixture layers were formed on each deposited film.
  • an exposed portion of a copper vapor-deposited film having no mixture was left in a groove shape having a width of l mm.
  • the coating film of the paste was dried, and the dried coating film was rolled by a roller until the thickness became 70.
  • a PET sheet having a width of 198 mm, a length of 282 mm and a thickness of 7 m was prepared.
  • a mask having a matrix-shaped opening a plurality of rectangular (64 mm x 45 mm) aluminum vapor-deposited films arranged in three rows and six columns were deposited at the same position on both sides of the PET sheet. Formed.
  • the thickness of the A1 vapor deposited film was 0.1 m.
  • lithium cobalt oxide active material Li C O_ ⁇ 2
  • a paste composed of the second electrode mixture was prepared by mixing an appropriate amount of an aqueous solution of carboxymethyl cellulose. Then, the paste was applied to the entire surface except for the center of each deposited film. As a result, two 31 mm ⁇ 45 mm second electrode mixture layers were formed on each of the deposited films. Between the two second electrode mixture layers, an exposed portion of the A1 vapor-deposited film having no mixture was left in a groove shape having a width of 2 mm. Thereafter, the coating film of the paste was dried, and the dried coating film was rolled with a roller to a thickness of 70 m.
  • a second electrode having a second electrode mixture layer only on one side was prepared 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. .
  • a nickel thin plate having a thickness of about 25 m was bonded to both surfaces of the conductive sheet by thermocompression bonding to obtain a PTC element.
  • two aggregates composed of the first electrodes having the first electrode mixture layer on both sides, and one aggregate composed of the second electrodes having the second electrode mixture layer on both sides are separated via a separator. Pinched.
  • the bipolar plates were arranged such that the first electrode mixture layer and the second electrode mixture layer faced each other.
  • the bipolar plates were arranged such that the exposed portion of the deposited film and the polyvinylidene fluoride on the first electrode faced the exposed portion of the polyvinylidene fluoride and the deposited film on the second electrode, respectively.
  • a pair of second electrodes having a second electrode mixture layer only on one side were arranged, and the inner electrode was sandwiched by these, and the whole was pressed.
  • an assembly consisting of multiple electrode stacks was obtained.
  • an assembly made up of a plurality of electrode plate stacks is formed by associating the cutting position with the center of the exposed portion of the deposited film on the first electrode and the center of the exposed portion of the deposited film on the second electrode. Each was divided.
  • a series of coating and laminating processes yielded as many as 36 electrode stacks at a time.
  • Semi-molten copper fine particles were sprayed on the side surfaces where the exposed portions of the deposited copper film of the first current collector sheet and the PET resin portions of the second current collector sheet were alternately arranged.
  • a copper film having a thickness of 0.5 mm was formed on the side surface.
  • the exposed portion of the copper vapor deposition film had penetrated into the copper film to a depth of 0.2 mm.
  • This copper film can be used as it is as a negative electrode terminal.
  • 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 performed using an external charge / discharge device.
  • Electrolyte solution used herein include ethylene force one Poneto (EC) and Echirumechi Rukaponeto (EMC) in a volume ratio of 3 0: 7 in a mixed solvent were mixed at 0, dissolving the L i PF 6 at a concentration of 1 mol / L Prepared.
  • EC ethylene force one Poneto
  • EMC Echirumechi Rukaponeto
  • the charging and discharging were performed in a 20 ° C. atmosphere.
  • the electric capacity obtained under the above conditions was 900 mAh.
  • a negative electrode was manufactured using a core material made of copper foil, which has been conventionally used, and a positive electrode was manufactured using a core material made of aluminum foil.
  • the capacity of the battery was 1.2 times that of the lithium ion secondary battery of Example 1. From this, it has been clarified that according to the present invention, the energy density per capacity of the electrochemical element can be increased as compared with the related art.
  • the structure of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is simple, and it is not necessary to use a current collecting tab and a current collecting lead.
  • a high electrochemical element can be provided.
  • a plurality of electrochemical devices can be efficiently manufactured at the same time.

Abstract

　本発明によれば、（ａ）少なくとも１つの第１電極、（ｂ）少なくとも１つの第２電極、および（ｃ）第１電極と第２電極との間に介在するセパレータからなる極板群を有し、前記極板群がＰＴＣ素子を具備する電気化学素子を用いることにより、構造が簡略であり、信頼性が高く、高い電気容量を有する二次電池を効率的に製造することが可能となる。

Description

明 細 書 電気化学素子 技術分野
本発明は、 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 高工ネルギ" "密度を有する二次電池の極板群の改良に関する。 背景技術
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。 一方、 現行の二次電池は、 内部構 造が複雑であり、 一定容積あたりの製品が有する電気容量を向上させる には限界がある。 また、 複雑な構造が、 電池の信頼性の向上を妨げてい 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。 また、 万一、 リ一 ドの切断面に通常よりも大きな金属パリが生じた場合には、 内部短絡の 発生が懸念される。
二次電池は、 正極、 負極およびセパレー夕からなる極板群を有し、 極 板群には、 積層型と捲回型がある。 積層型の極板群は、 正極と負極とを セパレ一夕を介して交互に積層して得られる。 また、 捲回型の極板群は、 長尺の正極と負極とをセパレー夕を介して捲回して得られる。 これらの 極板群は、 通常、 正極と負極の端部が面一に配列した側面を有する。 こ のような側面から短絡を起こさずに電気を取り出すには、 集電タブや集 電リードが必要となる。
そこで、 電池の内部構造を簡略化する観点から、 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、 集 電タブや集電リ一ドを介さずに、 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、 特開 2 0 0 1— 1 2 6 7 0 7号公報では、 積 層型の極板群を有する電池において、 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。 また、 特開 2 0 0 0 - 2 9 4 2 2 2号公報では、 捲回型の極板群を有する電池にお いて、 突出させた同一極性の極板の芯材と板状の集電板とを接合する技 術が提案されている。
しかし、 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る場合、 1つずつ極板群を作製しなければな らず、 極板群の製造工程が複雑になる。 すなわち、 複数の極板群を同時 に作製することができないという問題がある。
また、 従来から、 電池が充放電されている状態においては、 電池内に ジュール熱が発生する。 この場合、 充放電される電流が大きい程発生す る熱も多くなり、 電池を構成する部品が熱によって損傷を受け得るとい う問題がある。 また、 特にリチウム電池などの高出力の電池などは、 短 絡すると大電流が流れ、 電池の温度がかなり上昇してしまうという問題 がある。
そこで、 本発明は、 構造が簡略であり、 熱的な信頼性が高く、 高い電 気容量を有する電気化学素子を提供することを目的とする。 また、 効率 良く同時に複数個製造することができる電気化学素子を提供することを 目的とする。 発明の開示
本発明は、 上記状況を鑑みてなされたものである。 本発明によれば、 構造が簡略であり、 信頼性が高く、 高い電気容量を有する電気化学素子 を提供することができる。 また、 本発明によれば、 同時に複数の電気化 学素子を効率的に製造することができる。
すなわち、 本発明は、 （ a ) 少なくとも 1つの第 1電極、 （b ) 少な くとも 1つの第 2電極、 および （ c ) 第 1電極と第 2電極との間に介在 するセパレー夕からなる極板群を有する電気化学素子であって、
前記極板群が P T C素子を具備することを特徴とする電気化学素子に 関する。
前記第 1電極 （a ) は、 導電部と絶録部とを有する第 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、 前記第 2電極 （b ) は、 導電部と絶縁部とを有する第 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電極合剤層からなるのが 好ましい。
また、 前記極板群は、 前記第 1電極、 前記第 2電極および前記セパレ 一夕を積層して得られる積層型極板群であってもよく、 前記第 1電極、 前記第 2電極および前記セパレー夕を積層して捲回して得られる捲回型 極板群であってもよい。
前記極板群が積層型極板群の場合、 前記第 1集電体シ一卜の導電部が 前記積層型極板群の第 1側面において第 1端子と接続され、 前記第 2集 電体シートの導電部が前記積層型極板群の第 2側面において第 2端子と 接続され、 前記第 1集電体シートの絶縁部が前記第 2側面に配され、 前 記第 2集電体シ一トの絶縁部が前記第 1側面に配されているのが好まし い。
前記 P T C素子がシート状であるのが好ましい。
そして、 前記 P T C素子は、 前記第 1側面または前記第 2側面に配置 されていても、 前記積層型極板群において、 前記第 1電極、 前記第 2電 極および前記セパレー夕に平行に配置されていてもよい。 もちろん、 前 記積層型極板群の最外部に積層して配置されていてもよい。 また、 前記第 1側面および前記第 2側面以外の前記積層型極板群の側 面に、 前記第 1集電体シ一トの絶縁部および前記第 2集電体シ一卜の絶 緣部が配されているのが好ましい。
また、 前記積層型極板群が、 前記第 1側面および前記第 2側面以外に、 前記第 1集電体シートの絶縁部および/または前記第 2集電体シ一卜の 絶縁部が配されている側面を有するのが好ましい。
また、 前記第 1側面と前記第 2側面とが、 互いに前記積層型極板群の 反対側に位置するのが好ましい。
また、 前記第 1端子と前記第 1側面との間に、 前記第 1端子と前記第 2電極とを絶縁するための第 1絶縁材料部が設けられており、 前記第 2 端子と前記第 2側面との間に、 前記第 2端子と前記第 1電極とを絶縁す るための第 2絶縁材料部が設けられているのが好ましい。
一方、 前記極板群が捲回型極板群の場合、 前記第 1集電体シートの導 電部が前記捲回型極板群の第 1底面において第 1端子と接続され、 前記 第 2集電体シ一トの導電部が前記捲回型極板群の第 2底面において第 2 端子と接続され、 前記第 1集電体シートの絶縁部が前記第 2底面に配さ れ、 前記第 2集電体シ一トの絶縁部が前記第 1底面に配されているのが 好ましい。
また、 前記 P T C素子が円板状であるのが好ましい。
そして、 前記 P T C素子が、 前記第 1底面または前記第 2底面に配置 されているのが好ましい。
また、 前記第 1端子と前記第 1底面との間に、 前記第 1端子と前記第 2電極とを絶縁するための第 1絶縁材料部が設けられており、 前記第 2 端子と前記第 2底面との間に、 前記第 2端子と前記第 1電極とを絶縁す るための第 2絶縁材料部が設けられているのが好ましい。
換言すると、 本発明は、 第 1電極と第 2電極とをセパレー夕を介して 捲回した捲回型極板群を有する電気化学素子に関する。 そして、 前記第 1電極は、 導電部と絶縁部とを有する第 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電極合剤層からなる。 前記第 2電極は、 導電部と絶縁部とを有する第 2集電体シ一卜およびこれに担持された少 なくとも 1つの第 2電極合剤層からなる。 前記第 1集電体シートの導電 部が前記極板群の第 1底面において第 1端子と接続され、 前記第 2集電 体シートの導電部が前記極板群の第 2底面において第 2端子と接続され る。 前記第 1集電体シートの絶縁部が前記第 2底面に配され、 前記第 2 集電体シ一トの絶縁部が前記第 1底面に配され、 さらに P T C素子を具 備する。
捲回型極板群の場合、 前記 P T C素子が、 前記第 1端子および前記第 2端子のいずれかに直列に接続されているのが好ましい。
また、 前記 P T C素子が平板状または円板状であるのが好ましい。 また、 前記 P T C素子が、 前記第 1底面または前記第 2底面に配置さ れているのが好ましい。
また、 本発明は、 第 1電極と第 2電極とをセパレータを介して捲回し た捲回型極板群を有する電気化学素子に関する。 そして、 前記第 1電極 は、 導電部と絶縁部とを有する第 1集電体シ一トおよびこれに担持され た少なくとも 1つの第 1電極合剤層からなる。 前記第 2電極は、 導電部 と絶縁部とを有する第 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電極合剤層からなる。 前記第 1集電体シ一卜の導電部が前 記極板群の第 1底面において第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シ一 トの導電部が前記極板群の第 2底面において第 2端子と接続される。 前 記第 1集電体シ一トの絶縁部が前記第 2底面に配され、 前記第 2集電体 シートの絶縁部が前記第 1底面に配される。 前記第 1端子と前記第 1底 面との間に、 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 材料部が設けられており、 前記第 2端子と前記第 2底面との間に、 前記 第 2端子と前記第 1電極とを絶縁するための第 2絶縁材料部が設けられ ており、 さらに P T C素子を具備する。
さらに、 本発明は、 複数の第 1電極と複数の第 2電極とをセパレ一夕 を介して交互に積層した積層型極板群を有する電気化学素子に関する。 そして、 前記複数の第 1電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有する第 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 層からなる。 前記複数の第 2電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有す る第 2集電体シ一トおよびこれに担持された少なくとも 1つの第 2電極 合剤層からなる。 前記第 1集電体シ一トの導電部が前記極板群の第 1側 面において第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シ一トの導電部が前記 極板群の第 2側面において第 2端子と接続される。 前記第 1集電体シ一 トの絶縁部が前記第 2側面に配され、 前記第 2集電体シ一トの絶縁部が 前記第 1側面に配され、 さらに P T C素子を具備する。
積層型極板群の場合も、 前記 P T C素子が、 前記第 1端子および前記 第 2端子のいずれかに直列に接続されているのが好ましい。
また、 前記 P T C素子がシート状であるのが好ましい。
また、 前記 P T C素子が、 前記極板群の最外部に積層して配置されて いるのが好ましい。 前記第 1側面または前記第 2側面に配置されてもよ い。
さらに、 本発明は、 複数の第 1電極と複数の第 2電極とをセパレー夕 を介して交互に積層した積層型極板群を有する電気化学素子に関する。 そして、 前記複数の第 1電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有する第 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 層からなる。 前記複数の第 2電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有す る第 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 合剤層からなる。 前記第 1集電体シ一トの導電部が前記極板群の第 1側 面において第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シ一トの導電部が前記 極板群の第 2側面において第 2端子と接続される。 前記第 1集電体シ一 卜の絶縁部が前記第 2側面に配され、 前記第 2集電体シ一トの絶緣部が 前記第 1側面に配される。 前記第 1端子と前記第 1側面との間に、 前記 第 1端子と前記第 2電極とを絶縁するための第 1絶緣材料部が設けられ ており、 前記第 2端子と前記第 2側面との間に、 前記第 2端子と前記第 1電極とを絶縁するための第 2絶縁材料部が設けられており、 さらに P T C素子を具備する。
また、 本発明は、 複数の第 1電極と複数の第 2電極とをセパレー夕を 介して交互に積層した積層型極板群を有する電気化学素子に関する。 そ して、 前記複数の第 1電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有する第 1 集電体シ一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 からなる。 前記複数の第 2電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有する 第 2集電体シ一卜およびこれに担持された少なくとも 1つの第 2電極合 剤層からなる。 前記第 1集電体シートの導電部が前記極板群の第 1側面 において第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シートの導電部が前記極 板群の第 2側面において第 2端子と接続される。 前記第 1集電体シ一ト の絶縁部が前記極板群の前記第 1側面以外の全側面に配され、 前記第 2 集電体シ一トの絶縁部が前記極板群の前記第 2側面以外の全側面に配さ れ、 さらに P T C素子を具備する。
また、 本発明は、 複数の第 1電極と複数の第 2電極とをセパレー夕を 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する。 そして、 前記複数の第 1電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有する第 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 る。 前記複数の第 2電極は、 それぞれ導電部と絶縁部とを有する第 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 らなる。 前記第 1集電体シ一トの導電部が前記極板群の第 1側面におい て第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シートの導電部が前記極板群の 第 2側面において第 2端子と接続される。 前記第 1集電体シ一トの絶縁 部が前記極板群の前記第 1側面以外の全側面に配され、 前記第 2集電体 シートの絶縁部が前記極板群の前記第 2側面以外の全側面に配される。 前記第 1端子と前記第 1側面との間に、 前記第 1端子と前記第 2電極と を絶縁するための第 1絶縁材料部が設けられており、 前記第 2端子と前 記第 2側面との間に、 前記第 2端子と前記第 1電極とを絶縁するための 第 2絶縁材料部が設けられており、 さらに P T C素子を具備する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る積層型極板群の縦断面図である。
図 2は、 P T C素子を含む本発明に係る積層型極板群の縦断面図であ る。
図 3は、 P T C素子を含む本発明に係る積層型極板群の縦断面図であ る。
図 4は、 第 1電極からなる集合体と第 2電極からなる集合体の切断箇 所を示す概念図である。
図 5は、 別の第 1電極からなる集合体と別の第 2電極からなる集合体 の切断箇所を示す概念図である。
図 6は、 本発明に係る捲回型極板群の縦断面概念図である。
図 7は、 P T C素子を含む本発明に係る捲回型極板群の縦断面概念図 である。 発明を実施するための最良の形態 まず、 積層型の極板群を有する電気化学素子の一例について説明する。 図 1に、 P T C素子を省略した電気化学素子の積層型極板群の縦断面 図を示す。
この極板群 1 0は、 交互に積層された複数の第 1電極 1 5 aと複数の 第 2 ,電極 1 5 bからなり、 第 1電極 1 5 aと第 2電極 1 5 bとの間には、 セパレー夕 1 6が介在している。
第 1電極 1 5 aは、 第 1集電体シ一ト 1 3 aおよび 2つの第 1電極合 剤層 1 4 aからなる。 第 1集電体シ一ト 1 3 aは、 樹脂シート 1 1 a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 1 2 aか らなる。 すなわち、 第 1集電体シ一ト 1 3 aは、 導電層の形状パターン に応じて導電部と絶縁部とを有する。
図 1において、 樹脂シートの端部 1 1 Xを除く全面または端部 1 1 X と図 1の紙面裏表に位置する端部を除く全面に導電層 1 2 aが設けられ ている。 導電層 1 2 aの上には、 第 1電極合剤層 1 4 aが設けられてい る。'図 1の第 1集電体シ一ト 1 3 aにおいては、 導電層を有さない樹脂 シー の端部 1 1 Xもしくは端部 1 1 Xと図 1の紙面裏表に位置する端 部が絶縁部として機能する。 端部 1 1 Xの反対側に位置する導電層の端 部 1 2 Xには、 導電層の露出部が残されている。
なお、 樹脂シートの厚さは、 例えば 0 . 5〜5 0 0 mであることが 好ましい。 また、 導電層の厚さは、 0 . 0 1〜 1 0 0 mであることが 好ましい。 第 1電極合剤層の厚さは、 特に限定されないが、 例えば 1〜 1 0 0 0 M mであることが好ましい。
ここで、 樹脂シートとしては、 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ォレフィン系ポリマー、 ポリエチレンテ レフタレ一卜、 ポリブチレンテレフタレート、 ポリシクロへキシレンジ メチ 'レンテレフ夕レート、 ポリアリレートなどのエステル系ポリマ一、 ポリフエ二レンサルフアイ ドなどのチォ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、 ァラミ ド樹脂などの 窒素含有ポリマー、 ポリ 4フッ化工チレン、 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、 ポリマーァロイ、 ポリマ一 ブレンドなどを用いてもよい。
なお、 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。
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。 なお、 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、 アルミニゥ ム合金などが好ましい。 また、 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。
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 樹脂シートに蒸着させることに形成することができる。 その際、 所定の 形状パターンの蒸着膜が形成されるように、 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ことが好ましい。
一方、 図 1の極板群には、 2種類の第 2電極 1 5 b、 1 5 b ' が含ま れている。
2つの第 1電極 1 5 aで挟持されている内部の第 2電極 1 5 bは、 極 板群における配置が逆であること以外、 第 1電極 1 5 aと同様の構造を 有する。 すなわち、 内部の第 2電極 1 5 bは、 第 2集電体シート 1 3 b および 2つの第 2電極合剤層 1 4 bからなる。 そして、 第 2集電体シ一 ト 1 3 bは、 樹脂シート 1 1 b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 1 2 bからなる。 第 2集電体シートは、 導電層 の形状パターンに応じた導電部と絶縁部とを有する。
図 1の第 2集電体シ一ト 1 3 bにおいては、 導電層を有さない樹脂シ 一トの端部 1 1 yもしくは端部 1 1 yと図 1の紙面裏表に位置する端部 が絶縁部として機能する。 端部 1 1 yの反対側に位置する導電層の端部 1 2 yには、 導電層の露出部が残されている。
一方、 最外部の 2つの第 2電極 1 5 b ' は、 樹脂シート 1 1 bの両面 ではなく、 片面に導電層 1 2 bと第 2電極合剤層 1 4 b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。
第 1集電体シ一ト 1 3 aの導電層 1 2 aの露出部は、 前記極板群の第 1側面、 すなわち図 1左側に配されており、 その反対側の絶縁部は、 前 記極板群の第 2側面、 すなわち図 1右側に配されている。 図 1では、 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している。 しかし、 第 1側面と前記第 2側面の配置は、 これに限定されるわけでは ない。 一方、 第 2集電体シ一ト 1 3 bの導電層 1 2 bの露出部は、 前記 極板群の第 1側面に配されており、 その反対側の絶縁部は、 前記極板群 の第 2側面に配されている。
すなわち、 図 1では、 同様の構造を有する第 1電極 1 5 aと第 2電極 1 5 bとが、 互いに逆向きに配置されている。 従って、 第 1集電体シ一 ト 1 3 aの導電層 1 2 aの露出部は、 第 2集電体シ一ト 1 3 bの絶縁部 と隣接し、 第 2集電体シート 1 3 bの導電層 1 2 bの露出部は、 第 1集 電体シ一ト 1 3 aの絶縁部と隣接している。 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。 また、 複数 の第 1集電体シ一トまたは第 2集電体シ一トの導電層の露出部を互いに 接続し、 並列接続の高容量電池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は、 幅 0 . 0 0 l mm以上、 好ましくは 0 . 1 mm以上の絶縁部を電極に設けることが好ましい。 複数の第 1集電体シ一トおよび第 2集電体シ一トの導電層の露出部は、 それぞれどのような方法で接続してもよい。 例えば、 図 1に示すように、 導電性材料で第 1側面と第 2側面を被覆する方法を好ましく用いること ができる。 導電性材料の被膜の厚さは、 例えば 0 . 0 1〜l mm程度で 十分である。 この場合、 導電性材料と導電層の露出部とを接続すると同 時に、 導電性材料を第 1端子 1 7 aまたは第 2端子 1 7 bとして用いる ことができる。
なお、 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 との接触面積が大きい方が好ましい。 また、 導電層の露出部が導電性材 料の被膜の内部に 0 . 0 0 l〜l mmの深さまで食い込んでいることが 好ましい。
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、 それぞれ第 1端子と第 2電極とを絶縁するための第 1絶縁材料 部 1 8 aおよび第 2端子と第 1電極とを絶縁するための第 2絶縁材料部 1 8 bが設けられていることが好ましい。
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。 このため、 絶縁材料部を設 けなくても短絡を防止することは容易であるが、 絶縁材料部を設けるこ とで二次電池の信頼性は大幅に向上する。 絶縁材料部の厚さは、 特に限 定されないが、 0 . 0 0 l mm以上、 さらには 0 . 0 1 mm以上である ことが好ましい。
絶縁材料部を形成する方法は、 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所定位置に塗布 することにより、 形成することができる。 また、 フィルム状もしくはテ ープ状の絶縁材料を所定位置に貼り付けることにより、 絶縁材料部を形 成することができる。
ここで、 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、 織布ゃ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。
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ォレフィン系ポリマー、 ポリエ チレンテレフタレ一卜、 ポリブチレンテレフ夕レート、 ポリシクロへキ シレンジメチレンテレフタレート、 ポリアリレー卜、 ポリカーボネート などのエステル系ポリマー、 ポリエチレンォキシド、 ポリプロピレンォ キシド、 ポリアセタール、 ポリフエ二レンエーテル、 ポリエーテルエー テルケトン、 ポリエーテルイミ ドなどのェ一テル系ポリマー、 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 二トリル、 A S樹脂、 A B S樹脂などのアクリロニトリル系ポリマ一、 ポリフエ二レンサルフアイ ドなどのチォ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、 ァラミ ド樹脂などの 窒素含有ポリマー、 ポリ 4フッ化工チレン、 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ァクリル系ポリマー 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、 ポリマーァロイ、 ポリマ一ブレンドなどを用 いてもよい。 また、 加熱や U V照射により重合固化して得られるポリマ 一を用いてもよい。
図 1では、 第 1電極合剤層よりも第 2電極合剤層の方が、 大きな面積 を有している。 リチウムイオン二次電池の場合、 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このような構造を採用することが好 ましい。 一方、 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電極合剤層よりも第 1電極合剤層の面積を大きくする ことが好ましい。
次に、 P T C素子を具備する積層型極板群の縦断面図を図 2および 3 に示す。 図 2に示す積層型極板群 1 0は、 図 1に示す積層型極板群 1 0 と同じ構造を有するとともに、 第 1端子 1 7 aに接合された P T C素子 1 9を具備する。 また、 図 3に示す積層型極板群 1 0は、 図 1に示す積 層型極板群 1 0と同じ構造を有するとともに、 積層型極板群 1 0の最外 部に積層して配置された P T C素子 1 9を具備する。
上記のような極板群は、 多くの場合、 電解液とともに所定のケースに 収容して用いられる。
電解液は、 電池の種類に応じて異なるが、 リチウムイオン二次電池の 場合には、 非水溶媒にリチウム塩を溶解させて調製した電解液が用いら れる。
ケースの形状、 材質などは特に限定されない。
次に、 上記のような積層型極板群の製造法の一例について、 図 4を参 照しながら説明する。
(ィ） 第 1電極の作製
まず、 所望数の集電体シートを与え得る大きさの樹脂シート 2 1 aを 準備する。 次いで、 樹脂シート 2 1 a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 4 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、 例えば、 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。
ここでは、 1つの導電層を 2つの集電体シ一トに跨るように形成する 場合について説明する。 すなわち、 2 n個の集電体シートを与え得る大 きさの樹脂シートを用いる場合、 樹脂シートの片面あたり、 n個の導電 層が形成される。
次に、 各導電層の上に、 第 1電極合剤層 2 2 aを 2つずつ形成する。
2つの第 1電極合剤層 2 2 aの間には、 合剤を有さない導電層の露出部 2 3 aを残しておく。
第 1電極合剤層 2 2 a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。 このとき合剤からなるペース卜が塗工されなかった導電層の 露出部は、 極板群の構成後には、 第 1端子との接続部 24 aとなる。 なお、 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 り大きな集電体シ一ト上に、 より多くの導電層と電極合剤層が形成され 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。
その後、 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。
ここで、 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、
L i xC o〇z、 L i xN i 0 z> L i xMn Oz、 L i XC o yN i i-yO z, L i xC o fVi-fOz, L i xN i i-yMyO z (M=T i、 V、 Mn、
F e ) 、 L i xC o aN i bMcO z (M = T i、 Mn、 A l、 Mg、 F e、 Z r ) 、 L i xMn 2〇4、 L i xMri2 (i - y) M2yO 4 (M = N a、 M g、 S c、 Y、 F e、 C o、 N i、 T i、 Z r、 C u、 Z n、 A l、 P b、 S b) 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≤ χ≤ 1. 2の範囲で変化す る。 また、 0≤y≤ l、 0. 9≤ f ≤ 0. 9 8、 1. 9≤ z≤ 2. 3、 a + b + c = l、 0≤ a≤ 1. 0≤ b≤ 1 , 0 c< l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。
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 ゥムイオンを吸蔵，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。
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、 ポリテトラフルォロエチレンなどのフッ素樹脂、 ァク.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。
次に、 極板群を構成した場合に第 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。 第 1電極合剤層の 周縁部のその他の部分にも、 絶縁材料を被覆してもよいが、 第 1集電体 シ一卜の導電層の露出部の全体が覆われないようにする。 図 1のような 極板群を得る場合には、 第 1電極合剤層の周縁部のうち、 少なくとも導 電層の露出部側の反対側に、 絶縁材料を塗工する。
なお、 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。 ここで塗工した絶縁樹脂は、 極板群において、 第 1絶縁材料部を形成 する。
(口） 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 きさの樹脂シ一ト 2 1 b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 2 2 b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 2 3 bを残しておく。 このとき合剤からなるペーストが塗工されな かった導電層の露出部は、 極板群の構成後においては、 第 2端子との接 続部 2 4 bとなる。
また、 片面だけに第 2電極合剤層を有する第 2電極についても、 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。
(八） P T C素子の作製
本発明における P T C素子は、 第 1金属板および第 2金属板で導電性 シートを挟持することによって構成されている。 導電性シートは、 ポリ マー材料のマトリックスと導電性フィラーとを含む。
ここで、 前記ポリマー材料としては、 種々のものを用いることができ るが、 例えば示差走査熱量解析 （D S C ) により測定した結晶化度が少 なくとも 1 0 %の結晶性ポリマーを用いるのが好ましい。 結晶化度は、 好ましくは 3 0 %以上、 さらに好ましくは 5 0 %以上である。 かかるポリマー材料としては、 例えば低密度ポリエチレン、 中密度ポ リエチレン、 高密度ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレ フィン、 エチレンとプロピレンのコポリマーなどのォレフィン系共重合 体、 ポリアミ ド、 ポリエステル、 フッ素系ポリマー、 ならびにこれらの 変性物などが挙げられる。 これらのなかでもポリオレフィンが好ましく、 ポリエチレンがより好ましく、 さらに高密度ポリエチレンが好ましい。 なお、 ポリマー材料のマトリックスは、 複数のポリマー材料で構成して もよい。
前記ポリマー材料とともに導電性シートを構成する導電性フィラーと しては、 N i もしくは C uなどの金属フイラ一、 グラフアイ ト、 ケツチ ェンブラックもしくはアセチレンブラックなどのカーボンブラックもし くはグラッシ一力一ボンなどの炭素系の導電性フィラー、 炭素繊維もし くは金属繊維などの導電性繊維、 またはこれらの混合物などが挙げられ る。
これらのなかでも、 グラッシ一カーボンからなる導電性フィラ一が好 ましい。 そのなかでも、 特に、 球状フエノール樹脂を不活性雰囲気中、 1 0 0 0 °C以上の温度で焼成して得られる粒状グラッシ一カーボンがよ り好ましい。
本発明で用いる導電性フィラーの平均粒径は 1〜5 0 が好ましく、 5〜2 0 x mがより好ましい。 平均粒径 1 m未満の場合は、 ピーク時 の比抵抗が小さくなる傾向にあり、 一方、 5 0 mより大きい場合は、 粒子間で火花が発生し易くなるからである。
次に、 本発明において用いる金属板としては、 例えば金、 銀、 銅、 ァ ルミ二ゥム、 ニッケル、 ステンレス鋼、 鉄、 鉄合金および銅合金などの 金属板が挙げられる。 これらのなかでも、 特に、 ニッケル、 銅、 アルミ ニゥムおよびステンレス鋼が好ましい。 また、 表面に異種金属をメツキ しても構わない。 熱圧着時における酸化により抵抗が上昇しにくぃニッ ケル箔またはニッケルメツキ箔を使用することがより好ましい。
導電性シ一トを構成するポリマー材料と導電性フィラーの混合比は、 重量比で 2 0 : 8 0〜 8 0 : 2 0が好ましく、 3 0 : 7 0〜 7 0 : 3 0 がより好ましい。 ポリマー材料が 2 0重量％未満では、 導電性シートの 強度が弱くなる傾向にあり、 8 0重量％を超えると十分な導電性が得ら れ難いことがあるからである。 また、 導電性シ一卜には、 本発明の効果 を損なわない範囲で、 アルミナ、 水酸化アルミニウム、 炭酸カルシウム、 ケィ酸マグネシウム、 タルクおよびガラスビーズなどの無機フィラー、 酸化防止剤、 および難燃剤などを添加することもできる。
本発明の P T C素子においては、 導電性シートと金属板とは、 後述す るように熱圧着によって接合することができるが、 接着層を設けてもよ い。
導電性シートと金属板との間に介在させる接着層を形成するバインダ 一としては、 例えばアクリル樹脂、 ポリエステル樹脂、 ポリウレタン樹 脂、 フエノール樹脂、 エポキシ樹脂、 クロロプレンゴム、 二トリルゴム、 エポキシフエノール、 ブチラールフエノール、 二トリルフエノール、 ェ チレン一酢酸ビニル共重合体、 エチレンーァクリル酸エステル共重合体、 エチレン—アクリル酸共重合体、 エチレン一マレイン酸共重合体、 ェチ レン一無水マレイン酸グラフト化共重合体、 エチレン—メタクリル酸グ リシジルー酢酸ビエル三元共重合体、 アイオノマー共重合体、 および各 種ポリマーァロイなどが挙げられる。
P T C素子を作製するためには、 まずポリマー材料と導電性フィラー とを、 ニーダ一、 ロールミル、 バンバリ一ミキサー、 プラストミルまた は押出機などの溶融混練装置や、 ヘンシェルミキサーなどのドライブレ ンド装置を用いて予備混合する。 ついで、 得られた混合物を加熱加圧成 形、 押し出し成形または射出成形などの溶融成形法を用いて成形するこ とにより導電性シートを製造する。
また、 上記予備混合工程を経ることなく、 溶融成形することにより一 段階で導電性シートを製造することもできる。 しかし、 ポリマ一材料と 導電性フイラ一とがより均一に混合された導電性シ一トを得るためには、 予備混合を行うことが好ましい。'溶融成形 （溶融混練を含む） 時の成形 温度としては、 ポリマー材料の融点〜融点 + 1 5 0 °Cが好ましく、 融点 + 1 0 °C〜融点 + 1 0 0 °Cがより好ましい。 融点より低い温度の場合は 均一な混合ができない傾向にあり、 融点 + 1 5 0 °Cより高い温度ではポ リマー材料が劣化する傾向にあるからである。 。
次に、 導電性シートと 2枚の金属板とを熱圧着により接合する。 この ときの圧力および温度については、 ポリマー材料の種類などに応じて、 当業者が適宜選択することができる。
接着層を形成する場合は、 例えばロールコ一ター、 刷毛塗り、 へら塗 り、 スプレー、 スクリーン印刷および加熱加圧成形などの方法が挙げら れ、 接着層とするバインダ一の形態に合わせて任意に形成方法を選ぶこ とができる。 例えば、 バインダーがペースト状およびェマルジヨン状の 場合は、 刷毛塗り、 へら塗りおよびスクリーン印刷などの方法が挙げら れる。
そして、 接着層を形成した後、 接着層が導電性シートと金属板の間に 介在するようにして導電性シートの両面を金属板で挟み、 次いで加熱加 圧成形することにより導電性シートに金属板を接合すればよい。 この際 の温度および圧力についても、 バインダーの種類などに応じて、 当業者 が適宜選択することができる。
本発明における P T C素子の大きさおよび厚さは、 極板群の大きさ、 規格、 過電圧および過電流などによって異なるが、 当業者であれば適宜 調整することができる。
(二） 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、 セパレー夕を介して積層する。 このとき、 第 1電極の第 1 電極合剤層 2 2 aと第 2電極の第 2電極合剤層 2 2 bとが互いに対面す るようにこれらを積層する。 さらに、 第 1電極における導電層の露出部 2 3 aおよび絶縁材料が、 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 2 3 bと対面するように両極板を配置する。 そして、 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、 全体をプレスする。 その結果、 複数の極板 スタックからなる集合体が得られる。
なお、 セパレー夕には、 ポリエチレン、 ポリプロピレンなどのォレフ イン系ポリマ一やガラス繊維などからなる織布ゃ不織布を用いることが できる。
また、 固体電解質やゲル電解質をセパレー夕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 ォキサイ ドなどをマトリックス材料として用いることができる。
また、 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へ キサフルォ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へキサフルォロプロピレン 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。
次に、 複数の極板スタックからなる集合体を、 極板スタックごとに分 割する。 このとき、 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。 導電層の露出部に対応する集電体シートの切断部は、 端子との接続部 2 4 a、 2 4 bとなり、 その反対側の樹脂シートの露出 部に対応する切断部 2 5 a、 2 5 bは絶縁部となる。
ここで、 従来から一般的に用いられている金属箔からなる集電体の場 合、 切断時に生じる金属バリが問題となる。 金属バリは、 セパレ一夕を 突き破り、 内部短絡を引き起こす大きな原因となるからである。 従って、 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。 従つ て、 電気化学素子の信頼性を大幅に向上させることができる。
次に、 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側面を、 金属で被覆する。 例えば、 溶融もしくは 半溶融状態の金属微粒子を前記側面に吹き付けることにより、 前記側面 を金属で被覆することができる。 前記側面おいて、 第 2電極の端面には 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。 こうして形成された金属被膜は、 第 1集電体シートの導電層の露 出部とだけ電気的に接続される。
第 2集電体シ一トの導電層の露出部と第 1集電体シートの絶縁部とが 交互に配列する側面についても、 上記と同様に金属で被覆する。
ここで、 端子が正極端子となる場合には、 上記金属微粒子としてアル ミニゥム粉末を用いることが好ましい。 また、 端子が負極端子となる楊 合には、 上記金属微粒子として銅粉末を用いることが好ましい。 第 1集電体シ一トの導電層と電気的に接続された金属の被膜および第 2集電体シートの導電層と電気的に接続された金属の被膜は、 それぞれ 第 1端子および第 2端子として機能する。
一方、 端子を有さない極板群の側面は、 そのままの状態でもよいが、 できれば多孔質な絶縁材料で被覆することが好ましい。
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、 所望数の集電体シ一 トを与え得る大きさの樹脂シート 3 1 aの両面の同じ位置に、 複数行の 帯状の導電層を形成する。 このような導電層は、 例えば、 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、 得られる。 ここでも、 1つの帯状導 電層を 2つの帯状集電体シートに跨るように形成する。 すなわち、 2 n 個の帯状集電体シートを与え得る大きさの樹脂シートを用いる場合、 樹 脂シートの片面あたり、 n個の帯状導電層を形成する。
次に、 各帯状導電層の上に、 帯状の第 1電極合剤層 3 2 aを 2つずつ 形成する。 2つの帯状第 1電極合剤層 3 2 aの間には、 合剤を有さない 導電層の露出部 3 3 aを残しておく。 帯状の第 1電極合剤層 3 2 a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。 このときペーストが塗工されなかった導電層の露出部 3 3 aは、 第 1端子との接続部 3 4 aとなる。
また、 第 2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 3 1 bの両面の同じ位置に、 複数行の帯状 の導電層を設け、 各導電層の上に、 帯状の第 2電極合剤層 3 2 bを 2つ ずつ形成する。 2つの帯状の第 2電極合剤層の間には、 合剤を有さない 導電層の露出部 3 3 bを残しておく。 このとき合剤からなるペース卜が 塗工されなかった導電層の露出部は、 極板群の構成後には、 第 2端子と の接続部 3 4 bとなる。
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、 導電層の露出部に対応する集電体シ一トの切 断部は、 端子との接続部 3 4 a、 3 4 bとなる。 そして、 その反対側の 樹脂シートの露出部に対応する切断部 3 5 a、 3 5 bは絶縁部となり、 他の切断部においては合剤の断面が露出することになる。 この場合、 合 剤の断面が露出する極板群の側面は、 多孔質な絶縁材料で封止すること が好ましい。
そして、 最終的に、 図 2および 3に示す位置に、 P T C素子 1 9を接 合する。 この接合は、 P T C素子 1 9がいずれかの端子に直列に繋がれ るようにすればよく、 例えば、 P T C素子そのものの作製において上述 した接着層などを用いることによって行うことができる。
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 ともに収容される。 ケースには、 例えば、 ステンレス鋼板、 アルミニゥ 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二 ゥム箔 （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 . 5 m o 1 Z Lとすることが好ま しい。
非水溶媒には、 エチレン力一ポネート、 プロピレンカーボネート、 ブ チレンカーボネート、 ピニレンカーボネートなどの環状カーボネー卜、 ジメチルカーボネート、 ジェチルカーボネート、 ェチルメチルカーポネ 一卜、 ェ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 力一ポネート、 蟻酸メチル、 酢酸メチル、 プロピオン酸メチル、 プロピ オン酸ェチルなどの脂肪族カルボン酸エステル、 ァ一プチロラク トン、 了一パレロラクトンなどの r一ラクトン、 1， 2—ジメトキシェタン、 1， 2—ジエトキシェタン、 エトキシメトキシェタンなどの非環状エー テル、 テトラヒドロフラン、 2—メチルー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—ジォキソラン、 リン酸ト リメチル、 リン酸トリェチル、 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、 環状カーポネ一トと非環状カーポネ 一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。
リチウム塩には、 L i P F 6、 L i B F4、 L i C l 〇4、
L i A l C l L i S b F 6 L i S CN、 L i C l、 L i C F 3S 03、 L i C F 3C〇2、 L i A s F6、 L i N (C F 3S 02) 2、
L i 2B !oC 1 io, L i N (C2F 5S〇2) 2、 L i P F 3 (C F 3) 3、 L i P F 3 (C 2F 5) 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
L i P F 6を用いることが好ましい。
上記のような製造法によれば、 例えば、 縦 l〜 3 0 0 mm、 幅 1〜 3 0 0 mm、 厚さ 0. 0 1〜 2 0 mmの範囲であれば、 任意の大きさの 極板群を効率よく製造することができる。
次に、 図 6に示すような捲回型極板群の製造法の一例について説明す る。 なお、 図 6は、 第 1電極を中心に描かれた捲回型極板群の部分的な 概念図であり、 更に P TC素子、 外周側の合剤層および極板等は省略さ れている。
そして、 図 7に、 P T C素子 4 3を含む捲回型極板群の概念図を示す。 図 7に示すように、 円板状の P T C素子 4 3が、 捲回型極板群の一方の 底面にある第 2端子 4 2に貼付されて配置されている。 この P T C素子 4 3も、 導電性シート 4 3 cを第 1金属板 4 3 aおよび第 2金属板 4 3 bで挟持することによって構成されている。
(ィ） 第 1電極の作製 ，
捲回型極板群に用いる第 1電極は、 帯状の形状を有すること以外、 積 層型極板群に用いる第 1電極と同様の構造を有する。 従って、 第 1電極 の製造法は積層型の場合とほぼ同様である。
例えば、 図 5に示したのと同様の第 1電極からなる集合体を作製する。 次に、 上記と同様に、 第 1電極合剤層の周縁部のうち、 少なくとも導電 層の露出部側の反対側に、 絶縁材料を塗工する。 この部分は、 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。
(口） 第 2電極の作製
ここでも、 図 5に示したのと同様の第 2電極からなる集合体を作製す る。
ひヽ） P T C素子の作製
ここでは、 上述と同様の方法によって円板状の P T C素子を作製する。 (二） 極板群の作製
第 1電極からなる集合体と第 2電極からなる集合体とを、 セパレー夕 4 0を介して捲回する。 このとき、 帯状の第 1電極合剤層 3 2 aと第 2 電極合剤層 3 2 bとが互いに対面するように電極を配置する。 また、 第 1電極における導電層の露出部および絶縁材料が、 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と対面するように両極板を配置す る。 その結果、 交互に逆向きに配列した複数の捲回型極板群からなる長 尺筒状の集合体が得られる。
次に、 長尺筒状の集合体を、 極板群ごとに分割する。 このような極板 群の一方の側面 （底面） には、 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、 同心円状に配列している。 また、 他方の側面 （底面） には、 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、 同心円状に配列している。
そこで、 第 1集電体シ一卜の導電層の露出部が配列している底面およ び第 2集電体シ一トの導電層の露出部が配列している底面を、 上記と同 様に、 それぞれ金属で被覆することにより、 第 1端子 4 1および第 2端 子 4 2を形成することができる。 また、 第 1端子側では、 第 2電極の端 面に絶縁材料が塗工されているため、 金属の被膜と第 2電極との短絡は 起こらない。 また、 第 2端子側では、 第 1電極の端面に絶縁材料が塗工 されているため、 金属の被膜と第 1電極との短絡は起こらない。 実施例 1
本実施例では、 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。
(ィ） 第 1電極の作製
まず、 横 1 9 8 mm, 縦 2 8 2 mm , 厚さ 7 ^ mのポリエチレンテレ フタレート （以下、 P E T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、 P E T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 （ 6 5 mm X 4 6 mm ) の銅 の蒸着膜を形成した。 銅の蒸着膜の厚さは、 0 . l ^ mとした。
次に、 活物質の球状黒鉛 （黒鉛化メソフェーズ小球体） 1 0 0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 カルポ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。
そして、 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、 3 2 mm x 4 6 mm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 l mmの溝状に、 合剤 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 7 0 にな るまでローラで圧延した。
次に、 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 . 3 mm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。
(口） 第 2電極の作製
まず、 両面に第 2電極合剤層を有する第 2電極を作製した。
横 1 9 8 mm、 縦 2 8 2 mm、 厚さ 7 mの P E T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、 P E Tシ一 トの両面の同じ位置に、 3行 6列に配列する複数の矩形 （ 6 4 mm X 4 5 mm) のアルミニウムの蒸着膜を形成した。 A 1蒸着膜の厚さは、 0 . 1 mとした。
次に、 活物質のコバルト酸リチウム （L i C o〇2) 1 0 0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ポ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。 そして、 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、 3 1 mm x 4 5 mm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 2 mmの溝状に、 合剤 を有さない A 1 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 7 0 mにな るまでローラで圧延した。
次に、 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 . 3 mm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。
一方、 片面だけに第 2電極合剤層を有する第 2電極についても、 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。
( ) P T C素子の作製
ポリマ一材料である高密度ポリエチレン （熱変形温度 4 8で） 8 0重 量部およびケッチェンブラック （吸油量 1 2 0 0 m 1 / 1 0 0 g ) 2 0 重量部を混合し、 厚さ 5 0 mのシート状に押出成形して、 導電性シー トを得た。
ついで、 導電性シートの両面に、 厚さ約 2 5 mのニッケル薄板を熱 圧着により接合し、 P T C素子を得た。
(二） 極板群の作製
まず、 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 —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 が互いに対面するように、 両極板を配置した。 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が、 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するように、 両 極板を配置した。 そして、 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。 次に、 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対応させて、 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 3 6個もの極板スタックを得ることができた。 第 1集電体シ一トの銅の蒸着膜の露出部と第 2集電体シ一トの P E T 樹脂部とが交互に配列する側面に、 半溶融状態の銅微粒子を吹き付けた。 その結果、 前記側面に、 厚さ 0 . 5 mmの銅膜が形成された。 このとき、 銅の蒸着膜の露出部が、 銅膜の内部に深さ 0 . 2 mmまで食い込んでい た。 この銅膜は、 そのまま負極端子として用いることができる。
次に、 第 2集電体シートの A 1 の蒸着膜の露出部と第 1集電体シート の P E T樹脂部とが交互に配列する側面に、 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、 前記側面に、 厚さ 0 . 5 mmのアルミ ニゥム膜が形成された。 このとき、 A 1の蒸着膜の露出部が、 アルミ二 ゥム膜の内部に深さ 0 . 2 mmまで食い込んでいた。 このアルミニウム 膜は、 そのまま正極端子として用いることができる。 最後に、 前記集合 体の側面に形成された銅膜に、 上述のようにして作製した P T C素子の 接合素子を、 スポッ ト溶接により接合した。
こうして得られた極板群の銅膜と、 アルミニウム膜とに、 それぞれリ —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、 エチレン力一ポネート （E C ) とェチルメチ ルカーポネート （E M C ) とを体積比 3 0 ： 7 0で混合した混合溶媒に、 L i P F 6を 1モル/ Lの濃度で溶解して調製した。
[評価]
充放電は、 2 0 °C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 . 5 m A / c m2の電 流モードで行った。 充電終止電圧は 4 . 2 Vとした。 放電終止電圧は 7
31
3 . 0 Vとした。 上記条件によって得られた電気容量は 9 0 0 m A hで あった。
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。 この場合、 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。 次に、 P T C素子の効果を確認すべく、 過充電試験および外部短絡試 験を行った。 本発明に係る電気化学素子においては、 極板群の近傍に P T C素子が設けられている。 このため、 電気化学素子の異常発熱を効 果的に感知して回路を遮断し、 電気化学素子の安全性を高めることがで きた。 産業上の利用の可能性
上述のように、 本発明によれば、 正極端子や負極端子の構造が簡略で あり、 集電タブゃ集電リードを用いる必要はないため、 小型でも高い電 気容量を有し、 信頼性の高い電気化学素子を提供することができる。 そ して、 本発明によれば、 同時に複数の電気化学素子を効率的に製造する 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、 P D A、 携帯音響機器、 電気自動車、 口 一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。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ( a ) 少なくとも 1つの第 1電極、 （b ) 少なくとも 1つの第 2電 極、 および （c ) 第 1電極と第 2電極との間に介在するセパレー夕から なる極板群を有する電気化学素子であって、
前記極板群が P T C素子を具備することを特徴とする電気化学素子。
2 . 前記第 1電極 （ a ) は、 導電部と絶縁部とを有する第 1集電体シ一 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、 前記第 2電極 （b ) は、 導電部と絶縁部とを有する第 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電極合剤層からなる請求 の範囲第 1項記載の電気化学素子。
3 . 前記極板群が、 前記第 1電極、 前記第 2電極および前記セパレー夕 を積層して得られる積層型極板群である請求の範囲第 1または 2項記載 の電気化学素子。
4 . 前記第 1集電体シートの導電部が前記積層型極板群の第 1側面にお いて第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シートの導電部が前記積層型 極板群の第 2側面において第 2端子と接続され、 前記第 1集電体シ一ト の絶縁部が前記第 2側面に配され、 前記第 2集電体シ一トの絶縁部が前 記第 1側面に配されている請求の範囲第 3項記載の電気化学素子。
5 . 前記 P T C素子がシート状である請求の範囲第 3または 4項記載の 電気化学素子。
6 . 前記 P T C素子が、 前記第 1側面または前記第 2側面に配置されて いる請求の範囲第 3〜 5項のいずれかに記載の電気化学素子。
7 . 前記 P T C素子が、 前記積層型極板群において、 前記第一の電極、 前記第 2電極および前記セパレー夕に平行に配置されている請求の範囲 第 3〜 5項のいずれかに記載の電気化学素子。
8 . 前記第 1側面および前記第 2側面以外の前記積層型極板群の側面に、 前記第 1集電体シートの絶縁部および前記第 2集電体シートの絶縁部が 配されている請求の範囲第 3項記載の電気化学素子。
9 . 前記積層型極板群が、 前記第 1側面および前記第 2側面以外に、 前 記第 1集電体シ一トの絶縁部および/または前記第 2集電体シ一トの絶 縁部が配されている側面を有する請求の範囲第 3項記載の電気化学素子。
1 0 . 前記第 1側面と前記第 2側面とが、 互いに前記積層型極板群の反 対側に位置する請求項の範囲第 3項記載の電気化学素子。
1 1 . 前記第 1端子と前記第 1側面との間に、 前記第 1端子と前記第 2 電極とを絶縁するための第 1絶縁材料部が設けられており、 前記第 2端 子と前記第 2側面との間に、 前記第 2端子と前記第 1電極とを絶縁する ための第 2絶縁材料部が設けられている請求の範囲第 3項記載の電気化 学素子。
1 2 . 前記極板群が、 前記第 1電極、 前記第 2電極および前記セパレ一 タを積層して捲回して得られる捲回型極板群である請求の範囲第 1また は 2項記載の電気化学素子。
1 3 . 前記第 1集電体シートの導電部が前記捲回型極板群の第 1底面に おいて第 1端子と接続され、 前記第 2集電体シ一トの導電部が前記捲回 型極板群の第 2底面において第 2端子と接続され、 前記第 1集電体シ一 トの絶縁部が前記第 2底面に配され、 前記第 2集電体シ一トの絶縁部が 前記第 1底面に配されている請求の範囲第 1 2項記載の電気化学素子。
1 4 . 前記 P T C素子が平板状または円板状である請求の範囲第 1 2ま たは 1 3項記載の電気化学素子。
1 5 . 前記 P T C素子が、 前記第 1底面または前記第 2底面に配置され ている請求の範囲第 1 2〜 1 4項のいずれかに記載の電気化学素子。
1 6 . 前記第 1端子と前記第 1底面との間に、 前記第 1端子と前記第 2 電極とを絶縁するための第 1絶縁材料部が設けられており、 前記第 2端 子と前記第 2底面との間に、 前記第 2端子と前記第 1電極とを絶縁する ための第 2絶縁材料部が設けられている請求の範囲第 1 2項記載の電気 化学素子。
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