JP5483587B2 - 電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高い信頼性を有し、生産性が良好な電池と、その製造方法に関するものである。

複数の正極と複数の負極とを交互に積層して構成した電極群を有する電池としては、例えば、外装ケースと封口ケースとガスケットにより構成される電池容器を有し、一般にコイン形電池やボタン形電池と称される扁平形の電池が知られている。

前記のような扁平形電池では、正極および負極に、集電体の片面または両面に正極合剤層や負極合剤層を形成し、かつ集電体の一部を、正極合剤層や負極合剤層を形成せずに露出させ、これを集電タブとして利用し、この集電タブを折り曲げるなどして端子を兼ねる外装ケースや封口ケースとの電気的接続に利用しているものがある。

また、前記のような正極を袋状に成形したセパレータ内に挿入し、負極と積層して構成した電極群を有する扁平形電池も知られている（特許文献１、２）。これらの電池では、袋状のセパレータを形成するにあたり、２枚のセパレータの間にポリエステル樹脂フィルムなどの絶縁性高分子フィルムを配置し、このフィルムの表面に設けた接着成分によって、フィルムとセパレータとを接着したり（特許文献１）、２枚のセパレータ同士を溶着したり（特許文献２）している。

特表２００４−５０９４４３号公報 特開２００８−９１１００号公報

ところで、袋状のセパレータに収容する正極は、例えば、一旦幅広の正極を作製し、これを、ポンチとダイスとを用いて打ち抜く工程を経て得られるものが使用されることが一般的である。この場合、比較的切断し難く変形しやすい集電体の外周部が、切断が容易な正極合剤層の外縁から突出した形で、バリとして残りやすい。

このようなバリの残った正極を袋状のセパレータに収容して電池を構成すると、バリによってセパレータが傷ついて短絡の原因になるなど、電池の信頼性低下を引き起こす虞がある。

よって、こうした正極に残るバリによる前記の問題を回避して、電池の信頼性を確保し、その生産性を高める技術の開発が求められる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い信頼性を有し、生産性が良好な電池と、その製造方法を提供することにある。

前記目的を達成し得た本発明の電池は、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群、および電解液を有する電池であって、前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、前記正極の本体部では、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、平面視で、集電体の外周部が正極合剤層の外縁から突出しており、前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、少なくとも、両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、前記２枚のセパレータは、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有しており、かつ前記２枚のセパレータは、その主体部の周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着した接合部を有していて、一方のセパレータの主体部が正極面に略平行であり、前記正極の本体部における、正極合剤層の外縁から突出している集電体の外周部が、当該正極の両面に配置された２枚のセパレータのうち、主体部が正極面に略平行な方のセパレータ側へ向けて曲がっていることを特徴とするものである。

また、本発明の電池の製造方法は、複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群、および電解液を有する電池を製造する方法であって、集電体の両面の一部に正極合剤層を有するシート状正極を、ポンチおよびダイスを用いて打ち抜いて、集電体の両面に正極合剤層を有する本体部と、平面視で前記本体部から突出しており、前記本体部よりも幅が狭く、集電体に正極合剤層が形成されていない集電タブ部とを有する正極を作製する正極作製工程と、前記正極の両面に熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータを配置し、これらの２枚のセパレータ同士を互いに溶着して接合部を形成するか、または、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなる２枚のセパレータを重ね、これらを互いに溶着して接合部を形成して袋状とし、前記袋状のセパレータ内に前記正極を挿入することで、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有し、かつ主体部の周縁部の少なくとも一部に前記接合部を有していて、一方のセパレータの主体部が正極面に略平行な形状の袋状セパレータ内に前記正極を収容する正極収容工程と、袋状セパレータ内に収容された前記正極を少なくとも含む複数の正極と、複数の負極とを交互に積層して形成した電極群、および電解液を、電池容器内に収容する電池組み立て工程とを有しており、前記正極収容工程において、前記正極を、前記正極作製工程でポンチと接した面が、前記袋状セパレータにおける主体部が正極面に略平行なセパレータの側となるように配置することを特徴とする。

本発明によれば、高い信頼性を有し、生産性が良好な電池と、その製造方法を提供することができる。

本発明の電池の一例を模式的に表す縦断面図である。 図１の要部断面拡大図である。 本発明の電池に係る正極の一例を模式的に表す平面図である。 本発明の電池に係るセパレータの一例を模式的に表す平面図である。 図１および図２に示す電池に係る正極、およびその両面に配置されたセパレータの、要部断面を模式的に表す図である。 図５の要部拡大図である。

図１および図２に、本発明の電池の一例を模式的に示す。図１および図２に示す電池は、電池容器を構成する外装ケース２と封口ケース３とが、絶縁ガスケット４を介してカシメ封口されて形成された空間内に、電極群および電解液が収容された構造の電池、すなわち、扁平形電池の例である。そして、図１は、電池における電池容器および絶縁ガスケット４部分の断面を表す縦断面図であり、図２は図１の要部を拡大し、更に電極群の部分を断面にしたものである。

なお、電池業界においては、高さより径の方が大きい扁平形電池をコイン形電池と呼んだり、ボタン形電池と呼んだりしているが、そのコイン形電池とボタン形電池との間に明確な差はなく、本明細書でいう扁平形電池には、コイン形電池、ボタン形電池のいずれもが含まれる。

図１および図２に示す電池は、正極５および負極６を、それらの平面が電池の扁平面に略平行（平行を含む）となるように積層した積層型の電極群と、電解液（図示しない）とが、外装ケース２、封口ケース３および絶縁ガスケット４により形成される空間（密閉空間）内に収容されている。封口ケース３は、外装ケース２の開口部に絶縁ガスケット４を介して嵌合しており、外装ケース２の開口端部が内方に締め付けられ、これにより絶縁ガスケット４が封口ケース３に当接することで、外装ケース２の開口部が封口されて電池内部が密閉構造となっている。外装ケース２および封口ケース３は、ステンレス鋼などの金属製であり、絶縁ガスケット４は、ナイロンなどの絶縁性を有する樹脂製である。

図３に正極５の平面図を模式的に示しているが、正極５は、本体部５ａと、平面視で、本体部５ａから突出した、本体部５ａよりも幅（図３中上下方向の長さ）の狭い集電タブ部５ｂとを有している。

正極５の本体部５ａは、集電体５２の片面または両面に、正極合剤層５１が形成されている。そして、正極５の集電タブ部５ｂは、集電体５２表面に正極合剤層が形成されておらず、集電体５２が露出している。

正極５の本体部５ａでは、集電体５２の外周部が、正極５の作製時（幅広の正極から打ち抜いた際）に残ったバリとして、正極合剤層５１の外縁から突出している。

また、負極についても、例えば正極５と同様に、本体部と、平面視で、本体部から突出した、本体部よりも幅の狭い集電タブとを有する構造とすることができ、この場合、図１や図２に示すように、負極６の本体部６ａには、集電体６２の片面または両面に、負極剤層６１を形成する。また、負極６の集電タブ部６ｂは、集電体６２表面に負極剤層が形成されておらず、集電体６２が露出している。

図１および図２に示す電池では、電極群の上下両端が負極６Ｂ、６Ｂとなっており、これらの負極６Ｂ、６Ｂは、集電体６２の片面（電池内側の面）にのみ、負極剤層６１を有している。そして、電極群における図中上側の負極６Ｂの集電体６２の露出面が、封口ケース３の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図１および図２に示す電池では、封口ケース３は負極端子を兼ねている。

そして、電極群の有する全ての負極６（集電体６２の両面に負極剤層６１が形成された負極６Ａおよび集電体６２の片面に負極剤層６１が形成された負極６Ｂ）は、それらの集電タブ部６ｂを介して互いに電気的に接続している。なお、各負極６の集電タブ部６ｂの接続は、例えば溶接により行うことができる。

また、図１および図２に示す電池では、各正極５の集電タブ部５ｂが互いに電気的に接続され、かつ外装ケース２の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接することで、電気的に接続している。すなわち、図１および図２に示す電池では、外装ケース２は正極端子を兼ねている。なお、図１および図２に示す電池では、電極群の最下部に位置する負極６Ｂと、正極端子を兼ねる外装ケース２とを絶縁する目的で、これらの間にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シール８が配置されている。

図４に、本発明の電池に係るセパレータの平面図を模式的に示す。なお、図４では、セパレータ７とともに、正極、負極およびセパレータが積層された積層型の電極群とした場合を想定して、セパレータ７の下に配置される正極５を点線で示し、それらの更に下側に配置される負極に係る集電タブ部６ｂを一点鎖線で示し、電極群に係る各構成要素の位置ずれを抑えるための結束テープ９を二点鎖線で示している。また、図４に示す正極５は、電極群において、その両側（両面）が負極と対向するものであり、図４では図示していないが、電極群とした場合、セパレータ７の上側（図中手前方向）には、少なくとも負極が配置される。

図４に示すように、セパレータ７と、正極５（図中点線で表示）を介してその下側（図中奥行き方向）に配置される他のセパレータとは、その周縁部において互いに溶着された接合部７ｃ（図中、格子模様で表示）を有している。すなわち、セパレータ７と、その下側に配置されたセパレータとは、周縁部で互いに溶着されて袋状となっており、その内部に正極５を収容している。

セパレータ７は、正極５の本体部５ａ全面を覆う主体部７ａ（すなわち、正極５の本体部５ａよりも平面視での面積が大きな主体部７ａ）と、主体部７ａから突出し、正極５の集電タブ部５ｂの、本体部５ａとの境界部を少なくとも含む部分を覆う張り出し部７ｂとを有している。そして、セパレータ７の主体部７ａの周縁部の少なくとも一部に、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ（セパレータ７と、正極５の下側に配置されたセパレータ）同士を互いに溶着した接合部７ｃを設けている。

本発明の電池では、前記のように、正極の両面に配置された２枚のセパレータを接合するための接合部を、セパレータの主体部の周縁部に設けるが、セパレータの張り出し部の周縁部（セパレータの張り出し部の周縁部のうち、主体部からの突出方向に沿う部分）にも接合部を設けてもよい。

接合部７ｃは、２枚のセパレータの周縁部同士を直接溶着して形成してもよいが、２枚のセパレータの間に熱可塑性樹脂で構成される層を介在させ、この層を介して２枚のセパレータを溶着することにより形成してもよい。ただし、後者の場合、セパレータ間に介在させる層を構成する熱可塑性樹脂の種類と、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の種類によっては、接合部の強度が小さくなる場合があるため、セパレータ間に介在させる層は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成されたものを使用することが好ましい。すなわち、セパレータ同士を直接溶着したり、セパレータを構成する熱可塑性樹脂と同種の樹脂で構成される層を介してセパレータ同士を溶着したりした場合には、接合部の強度がセパレータ自身の強度とほぼ同等となるため、例えば、電池の使用時に振動などによって生じる虞のある接合部での剥離が良好に抑制でき、更に信頼性の高い電池とすることができる。

なお、セパレータの主体部に係る周縁部は、全てが接合部となっていてもよいが、例えば、図４に示すように、周縁部の一部を、セパレータ同士を溶着せずに非溶着部７ｄ、７ｄとして残してもよい。２枚のセパレータを溶着して袋状とした後に、その中に正極を収容したり、１枚のセパレータの上に正極を配置し、その正極の上に更にセパレータを配置して、セパレータの周縁部を溶着して袋状としたセパレータの中に正極を収容したりした場合、セパレータ内に空気が残留することがある。しかし、このような正極を用いて電池を製造する場合、外装ケースと封口ケースとをかしめる際に、前記の残留空気が、非溶着部７ｄ、７ｄを通じてセパレータ外へ良好に排出されるため、セパレータ内の残留空気による問題（発電時の反応が不均一になって容量が低下するなどの問題）の発生を防止できる。

セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、電池の生産性の低下を抑える観点から、その個数は１〜５個程度とすることが好ましい。また、セパレータの周縁部に非溶着部を設ける場合、セパレータの主体部に係る非溶着部の外縁の長さが、セパレータの主体部に係る外縁の全長さ（張り出し部を除く外縁の全長さ）の１５〜６０％程度することが好ましい。すなわち、セパレータの主体部においては、その外縁の全長さのうちの４０％以上（好ましくは７０％以上）が接合部であることが好ましく、これにより、セパレータ同士の接合強度を良好に確保することができる。

図５に、図１および図２に示す電池に係る正極（正極の本体部）、およびその両面に配置されたセパレータ（セパレータの主体部）の、要部断面を模式的に表している。なお、図５に示す断面は、例えば、図４におけるＩ−Ｉ線断面の一部（接合部７ｃを含む部分）に相当する。

本発明の電池では、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ７、７のうちの一方（図中下側のセパレータ７）の主体部が、正極５面（正極５の平面）に略平行（平行を含む。以下同じ。）となっている。

２枚のセパレータ７、７を接合して形成された袋状セパレータに正極を収容すると、セパレータ７の内面が正極に係る正極合剤層５１の角部に当接する［図５では、前記の当接箇所を円で囲んで示している］。この場合、例えば、図中上側のセパレータ７の、正極５の外縁（正極５の本体部の外縁）よりも図中左側の部分において下方へ向かう角度（内角）、および図中下側のセパレータ７の、正極５の外縁（正極５の本体部の外縁）よりも図中左側の部分において上方へ向かう角度（内角）が、図５で示す場合よりも小さくなり、図中円で示す部分における正極合剤層５１、５１の角部へ当接するセパレータ７、７内面の内角が小さくなると、前記当接箇所において、セパレータ７、７の内面に傷が生じて内部短絡の原因となるなど、電池の信頼性が低下したり、正極合剤層５１、５１の角部が欠落して容量低下が生じたりする虞がある。特に、１枚のセパレータの上に正極を置き、更にその上にセパレータを重ね、両セパレータの周縁部を加熱プレスなどして溶着して接合部を形成する際には、セパレータ７の内面が正極合剤層５１の角部に強く押し付けられるため、前記の問題が発生しやすい。

しかし、正極５の両面の配置された２枚のセパレータ７、７のうち、その主体部が正極５面に略平行なセパレータ７（図中下側のセパレータ７）は、正極合剤層５１にセパレータ７が当接する箇所（図中、円で囲んだ箇所）において、正極合剤層５１の角部へ当接するセパレータ７の内角が非常に大きくなる。そのため、これらの接触によるセパレータ７内面の傷つきや正極合剤層５１の角部の欠落を良好に抑制でき、電池の信頼性を高めることができる。

そして、本発明の電池では、正極５の本体部における、正極合剤層５１の外縁から突出している集電体５２の外周部（すなわちバリ）が、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ７、７のうち、主体部が正極５面に略平行な方のセパレータ７（図５中、下側のセパレータ）へ向けて曲がるように、正極５および２枚のセパレータ７、７を配置する。

例えばポンチとダイスとを使用して、幅広の正極から図３に示すような平面形状の正極５を打ち抜いた場合、バリとして残る集電体５２の外周部は、通常、打ち抜きの際のポンチの移動方向（以下、「打ち抜き方向」という）の反対側に向けて曲がりやすい。

前記の通り、本発明の電池においては、正極の両面に配置する２枚のセパレータを袋状とするにあたり、一方のセパレータを正極面に略平行にすることから、他方のセパレータの正極外縁より外側の部分は、図５に示すように前記一方のセパレータに向けて曲げられる。そのため、正極におけるバリの曲がる向きが、前記他方のセパレータ（正極面に略平行ではない方のセパレータ）側であると、バリとセパレータとの距離が近くなることから、バリによってセパレータが傷つきやすくなる虞があり、それにより電池の内部短絡が生じるなど、電池の信頼性や生産性が低下する虞がある。

これに対し、本発明の電池では、図５に示しているように、正極５におけるバリ（集電体５２の外周部）の曲がった向きを、正極面に略平行なセパレータ７側としており、これにより、バリとセパレータとの距離をより長くし、バリによるセパレータの傷つきを良好に抑制して、電池の信頼性および生産性を高めている。

なお、正極におけるバリは、正極の打ち抜きに使用するポンチとダイスとのクリアランスの違いにより、その長さが変化し、例えば、未使用段階のポンチとダイスとのクリアランスを、正極にバリが生じない程度に調整していても、これらのポンチおよびダイスを繰り返し使用し続けると、磨耗によってクリアランスが大きくなり、次第に打ち抜かれる正極におけるバリが長くなる。よって、正極の打ち抜きに使用するポンチおよびダイスの寿命は、電池における正極のバリの許容長さに影響を受け、例えば、バリの許容長さが短い電池に使用する正極を打ち抜くためのポンチおよびダイスでは、使用寿命が短くなる。しかし、本発明では、正極のバリとセパレータとの距離を比較的長くできることから、バリの許容長さが長くなるため、正極の打ち抜きのためのポンチおよびダイスの使用寿命を延ばすことが可能であり、これによっても電池の生産性を高めることができる。

なお、本発明の電池において、正極の本体部におけるバリ（正極合剤層の外縁から突出している集電体の外周部）の長さは、バリとセパレータ（図５中下側のセパレータ７）との接触をより確実に防止する観点から、例えば、正極の両面に配置された２枚のセパレータの接合部の内端と、これら２枚のセパレータの間に存在する正極の本体部における正極合剤層の外縁との最短距離（図５中Ａ）以下であることが好ましい。

また、本発明の電池では、２枚のセパレータ７、７の接合部７ｃの内端と、２枚のセパレータ７、７の間に存在する正極５の本体部における外縁との最短距離をＡ（μｍ）、正極の厚みをＢ（μｍ）としたとき、ＡとＢとの比Ａ／Ｂが、１以上であることが好ましく１．７以上であることがより好ましい。

前記Ａ／Ｂ値を、好ましくは１以上、より好ましくは１．７以上とすることで、図５に示すように、正極５面と略平行に配置されるセパレータ７（図中下側のセパレータ７）のみならず、他方のセパレータ７（図中上側のセパレータ７）においても、正極合剤層５１の角部との当接箇所における内面の内角を小さくして、前記他方のセパレータ７の内面も正極合剤層５１の角部へ緩やかに当接するようにできる。そのため、前記他法のセパレータ７内面での傷の発生や、このセパレータ７と当接する正極合剤層５１の角部の欠落も、より良好に抑制して、更に電池の信頼性を高めることができる。

ただし、前記Ａ／Ｂ値が大きくなりすぎると、セパレータの主体部のうち、正極の本体部と接しない領域が大きくなり、電池内でのセパレータの占有体積が増大して、電池の容量が低下する虞がある。よって、前記Ａ／Ｂ値は、５以下であることが好ましく、２．７以下であることがより好ましい。

また、図６には、図５に示す正極５およびその両面に配置されたセパレータ７、７の断面の要部を更に拡大した図を示しているが、かかる断面では、この図６に示すように、正極５の本体部の外縁の両角部と２枚のセパレータ７、７の接合部の内端とによって三角形（正極５の本体部の外縁の両角部を結ぶ辺ａ、正極５の本体部の外縁の角部のうち図中上側の角部と２枚のセパレータ７、７の接合部の内端とを結ぶ辺ｂ、および正極５の本体部の外縁の角部のうち図中下側の角部と２枚のセパレータ７、７の接合部の内端とを結ぶ辺ｃを有する三角形）が形成される。なお、図６では、前記三角形の各辺を点線で示し、当該部分に存在するセパレータ７、７の面および正極５の外縁を省略している。前記三角形において、辺ａと辺ｂとで形成される内角Ｃ_１は、４５°以上であることが好ましく、６０°以上であることがより好ましい。

本発明の電池では、正極５の両面に配置された２枚のセパレータ７、７のうち、一方のセパレータ（図中下側のセパレータ７）は、正極５面に対し略平行であるため、図６に示す辺ａ、辺ｂおよび辺ｃにより形成される前記三角形において、辺ａと辺ｃとで形成される内角Ｃ_２は９０°になり、辺ａと辺ｃとで形成される頂点において、図中下側のセパレータ７は、正極合剤層５１の角部に緩やかに当接する。そして、前記内角Ｃ_１を前記の値とすることで、辺ａと辺ｂとで形成される頂点において、図中上側のセパレータ７も、正極合剤層５１の角部に比較的緩やかに当接するため、図中上側のセパレータ７の傷つきや、このセパレータ７と当接する正極合剤層５１の角部の欠落を、より良好に抑制できることから、電池の信頼性向上効果と容量低下抑制効果とが、更に良好に確保できるようになる。

また、前記の信頼性向上効果と、容量低下の抑制効果とをより良好に確保する観点からは、前記三角形において、辺ｂと辺ｃとで形成される内角Ｄは、４５°以下であることが好ましく、３０°以下であることがより好ましく、また、１０°以上であることが好ましく、２０°以上であることがより好ましい。

前記のＡ／Ｂ値、内角Ｃ_１、内角Ｃ_２および内角Ｄは、前記Ａおよび正極の厚み（すなわち前記Ｂ）を調整することで制御できる。なお、前記Ａは、セパレータおよび正極のサイズを調節することで調整できる。

本発明の電池は、以下の正極作製工程、正極収容工程および電池組み立て工程を有する本発明の製造方法により製造することができる。

本発明法の正極作製工程では、集電体の両面の一部に正極合剤層を有するシート状正極（幅広のシート状正極）を、ポンチおよびダイスを用いて打ち抜き、前記の本体部と集電タブ部とを有する正極を作製する。

前記のシート状正極は、例えば、正極活物質、導電助剤、バインダなどを含む正極合剤を、溶剤に分散（バインダは溶解していてもよい）させて調製した正極合剤含有組成物（スラリー、ペーストなど）を、集電体の両面に塗布し、乾燥する工程を経て作製することができるが、他の方法により作製してもよい。

正極収容工程では、正極作製工程により得られた正極の両面にセパレータ（熱可塑性樹脂の微多孔膜からなるセパレータ）を配置し、これらの２枚のセパレータ同士を互いに直接溶着するか、またはセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させて溶着して接合部を形成する方法を採用してもよく、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなる２枚のセパレータを重ね、これらの２枚のセパレータを互いに直接溶着するか、またはセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させて溶着して接合部を形成して袋状とし、前記袋状セパレータ内に前記正極を挿入する方法を採用してもよい。

２枚のセパレータ同士の間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂で構成された層を介在させ、これらを溶着して接合部を形成する場合には、例えば、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定される箇所に前記層となるフィルムを置き、かつこのセパレータ上に正極を配置し、更にその上にセパレータを重ねた後、これらのセパレータの周縁部を溶着する方法が採用できる。また、１枚のセパレータ上の接合部となることが予定されている箇所に前記層となるフィルムを置き、このセパレータとフィルムとを予め溶着しておき、その後、このセパレータに正極、セパレータの順に重ねて周縁部を溶着する方法や、２枚のセパレータの間に前記層となるフィルムを介在させて溶着して接合部を形成した後に、これらのセパレータ間に正極を挿入する方法を採用することもできる。

セパレータの周縁部の溶着は、例えば、加熱プレスにより行うことができる。この場合、加熱温度は、セパレータを構成する熱可塑性樹脂の融点よりも高い温度であればよいが、例えば、融点より１０〜５０℃高い温度で行うことが好ましい。また、加熱プレスの時間については、良好に接合部が形成できれば特に制限はないが、通常は、１〜１０秒程度とする。

また、正極収容工程においては、必要とされるサイズよりも大きなセパレータを使用して接合部を形成した後に、必要とされるサイズに打ち抜いてもよい。

なお、正極収容工程においては、正極を、正極作製工程でポンチと接した面と反対側の面が、袋状セパレータにおける主体部が正極面に略平行なセパレータ側となるように配置する。前記の通り、ポンチおよびダイスを用いて打ち抜いて作製した正極においては、バリ（正極の本体部における正極合剤層の外縁から突出している集電体の外周部）が生じる場合には、打ち抜き方向とは反対側、すなわちポンチと接した面側の方向にバリが曲がりやすい。そのため、正極における打ち抜き時にポンチと接した面を、袋状セパレータのうち、主体部が正極面に略平行なセパレータの側に配置することで、バリの曲がる向きを当該セパレータの側とすることができる。よって、正極作製工程において正極にバリが生じても、これによる電池の信頼性低下を抑制することができる。

電池組み立て工程では、袋状セパレータ内に収容された正極を少なくとも含む複数の正極と、複数の負極とを、交互に積層して電極群を形成し、この電極群と電解液とを電池容器内に収容する。

負極の製法については特に制限はないが、正極と同様の方法により作製することができる。すなわち、例えば、集電体の片面または両面の一部に負極合剤層を有するシート状負極（幅広のシート状負極）を、ポンチおよびダイスを用いて打ち抜き、本体部と集電タブ部とを有する負極を作製することができる。また、前記のシート状負極は、例えば、負極活物質、バインダおよび必要に応じて導電助剤などを含む負極合剤を、溶剤に分散（バインダは溶解していてもよい）させて調製した負極合剤含有組成物（スラリー、ペーストなど）を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥する工程を経て作製することができる。更に、負極活物質がリチウムやリチウム合金などの場合（詳しくは後述する）には、このリチウムやリチウム合金の箔を集電体に圧着して負極剤層を形成することによりシート状負極を作製することができる。シート状負極は、他の方法により作製してもよい。

電極群は、通常、図１や図２に示すように、上下両端の電極を負極とする。上下両端の負極は、集電体の両面に負極合剤層を有してもよく、集電体の片面にのみ負極合剤層を有していてもよい。例えば、図１や図２に示すように、電池容器に金属製の外装ケースと金属製の封口ケースとを使用する場合には、前記の通り、電極群の上下両端の負極を、集電体の片面にのみ負極合剤層を有する態様とし、負極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケースの内面と前記負極に係る負極合剤層を持たない面（集電体の露出面）とを直接接触させたり溶接したりすることで、負極端子と電極群に係る負極との電気的接続に利用することができる。

なお、本発明法で電池に使用する電極群および本発明の電池に係る電極群は、上下両端の電極（最外部の２つの電極）のうち、一方または両方を正極としてもよい。また、電池容器に金属製の外装ケースと金属製の封口ケースとを使用する場合、電極群の最外部の電極のうち、正極端子を兼ねる電池容器（例えば外装ケース）に近い側の電極を正極とした場合、この正極は、集電体の両面に正極合剤層を有し、集電タブ部のみで正極端子を兼ねる電池容器（例えば外装ケース）と接していてもよく、集電体の片面（電池内側となる面）のみに正極合剤層を有し、集電体の露出面が、正極端子を兼ねる電池容器（例えば外装ケース）の内面と溶接されるか、または溶接されずに直接接触することで、電気的に接続していてもよい。

なお、電池容器に金属製の外装ケースと金属製の封口ケースとを使用し、電極群に係る上下両端の電極（最外部の２つの電極）の両方を正極とした場合、負極端子を兼ねる電池容器（例えば封口ケース）と負極との接続は、各負極の集電タブ部を互いに電気的に接続し、かつこれらを、負極端子を兼ねる電池容器（例えば封口ケース）の内面と溶接するか、または溶接せずに直接接触させる方法で行うことができる。

また、本発明法により製造される電池および本発明の電池では、少なくとも両側が負極と対向している正極の両面にはセパレータを配置するが、電極群の最外部に配置される正極、すなわち片側（片面）のみが負極と対向している正極については、その両面にセパレータを配置してもよく（更に、これらの２枚のセパレータに接合部を形成してもよい）、負極と対向する面にのみセパレータを配置しても構わない。更に、電極群に係る最外部の電極の両方を正極とし、これらの正極の両面にセパレータを配置しない場合には、負極端子を兼ねる電池容器と電極群の最外部の正極との間には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどで形成されたテープなどからなる絶縁シールなどの絶縁体を配置する。

なお、集電体の片面にのみ正極合剤層を有する正極は、集電体の片面にのみ正極合剤層を形成する以外は、前記の本発明法の正極作製工程で説明した方法と同じ方法で作製することができる。

電極群においては、各正極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されており、かつ各負極の集電タブ部が、電極群の平面視で同一方向を向くように配置されていることが好ましい。これにより、正極および負極の集電がより容易となる。

更に、各正極の集電タブ部と、各負極の集電タブ部とは、電極群の平面視で互いに接触しないように配置されていればよいが、これらの接触をより良好に抑制し、かつ電池の生産をより良好にする観点からは、図４に示しているように、各正極の集電タブ部５ｂと各負極の集電タブ部６ｂとは、電極群の平面視で互いに対向する位置に配されていることがより好ましい。

また、正極、負極およびセパレータを積層して構成した電極群は、図４に示すように、その外周を、耐薬品性を有するポリプロピレンなどで構成された結束テープ９で結束して、各構成要素（セパレータに包まれた正極、および負極）の位置ずれを抑制することが好ましい。

電極群に係る正極および負極は、いずれも複数であり、電極の合計層数は、少なくとも４層であるが、それ以上（５層、６層、７層、８層など）とすることも可能である。ただし、正極および負極の積層数をあまり多くすると、扁平状電池としてのメリットが小さくなる虞があることから、通常は、４０層以下とすることが好ましい。

図１および図２では、外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口される形式の電池容器を示しているが、この他にも、例えば、金属ラミネートフィルムにより構成されるラミネートフィルム外装体や、外装ケースと封口ケースとを溶接する形式の電池容器を用いることもできる。

なお、各正極の集電タブ部と電池の正極端子（例えば、正極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケース）との電気的接続、および各負極の集電タブ部と電池の負極端子（例えば、負極端子を兼ねる外装ケースまたは封口ケース）との電気的接続には、正極や負極とは別体のリード体（金属箔などで構成されたリード体）を介して行ってもよい。

電池の平面形状には特に制限はなく、例えば扁平形電池の場合、従来から知られている扁平形電池の主流である円形の他、角形（四角形）などの多角形状でもよい。なお、本明細書でいう電池の平面形状としての角形などの多角形には、その角が切り落とされた形状や、角を曲線にした形状も包含される。また、正極および負極の本体部の平面形状は、電池の平面形状に応じた形状とすればよく、略円形としたり、長方形や正方形などの四角形などの多角形とすることもできるが、例えば、略円形とする場合には、対極の集電タブ部が配置される箇所に相当する部分は、対極の集電タブ部との接触を防止するために、図３に示すように切り落とした形状としておくことが好ましい。

図１や図２では、外装ケースを正極ケースとし、封口ケースを負極ケースとした例を示したが、本発明の電池および本発明法により製造される電池はこれに限定されず、必要に応じて、外装ケースを負極ケースとし、封口ケースを正極ケースとすることもできる。

本発明の電池および本発明法により製造される電池は、その種類について特に制限はなく、例えば、非水一次電池（リチウムイオン一次電池など）や非水二次電池（リチウムイオン二次電池など）が含まれる。以下には、本発明の電池および本発明法により得られる電池のうち、特に主要な態様である非水二次電池の場合について、詳細に説明する。

正極活物質としては、例えば、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＮｉ_１−ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＣｏ_ｙＭ_１−ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉ_１−ｙＭ_ｙＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_ｙＮｉ_ｚＣｏ_{１−ｙ−ｚ}Ｏ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎ_２−ｙＭ_ｙＯ_４などのリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる（ただし、前記の各リチウム遷移金属複合酸化物において、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＡｌおよびＣｒからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素であり、０≦ｘ≦１．１、０＜ｙ＜１．０、２．０≦ｚ≦２．２である。）。これらの正極活物質は１種単独で使用してもよく、２種以上を併用しても構わない。

また、正極の導電助剤としては、例えば、カーボンブラック、鱗片状黒鉛、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、繊維状炭素などが挙げられる。更に、正極のバインダとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、カルボキシメチルセルロース、スチレンブタジエンラバーなどが挙げられる。

正極の組成としては、例えば、正極を構成する正極合剤１００質量％中、正極活物質を７５〜９０質量％、導電助剤を５〜２０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましい。また、正極合剤層の厚みは、例えば、３０〜２００μｍであることが好ましい。

正極の集電体としては、アルミニウムやアルミニウム合金で構成された金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などが挙げられる。なお、正極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層（負極合剤層を含む。特に断らない限り、以下同じ。）との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、８〜２０μｍであることが好ましい。

負極活物質としては、リチウム、リチウム合金、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料、チタン酸リチウムなどが挙げられる。

負極活物質に用い得るリチウム合金としては、例えば、リチウム−アルミニウム、リチウム−ガリウムなどのリチウムと可逆的に合金化するリチウム合金が挙げられ、リチウム含有量が、例えば１〜１５原子％であることが好ましい。また、負極活物質に用い得る炭素材料としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、低結晶性カーボン、コークス、無煙炭などが挙げられる。

負極活物質に用い得るチタン酸リチウムとしては、一般式Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙＯ_４で表され、ｘとｙがそれぞれ、０．８≦ｘ≦１．４、１．６≦ｙ≦２．２の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましく、特にｘ＝１．３３、ｙ＝１．６７の化学量論数を持つチタン酸リチウムが好ましい。前記一般式Ｌｉ_ｘＴｉ_ｙＯ_４で表されるチタン酸リチウムは、例えば、酸化チタンとリチウム化合物とを７６０〜１１００℃で熱処理することによって得ることができる。前記酸化チタンとしては、アナターゼ型、ルチル型のいずれも使用可能であり、リチウム化合物としては、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酸化リチウムなどが用いられる。

負極に係るバインダおよび導電助剤としては、正極に用い得るものとして先に例示した各種バインダおよび導電助剤を用いることができる。

負極活物質に炭素材料を用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、炭素材料を８０〜９５質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。他方、負極活物質にチタン酸リチウムを用いる場合の負極の組成としては、例えば、負極を構成する負極合剤１００質量％中、チタン酸リチウムを７５〜９０質量％、バインダを３〜１５質量％とすることが好ましく、また、導電助剤を併用する場合には、導電助剤を５〜２０質量％とすることが好ましい。

負極における負極剤層の厚みは、例えば、４０〜２００μｍであることが好ましい。

負極の集電体としては、銅や銅合金で構成された金属箔、エキスパンドメタル、平織り金網などが挙げられる。なお、負極の総厚みを小さくし、電池内における正極および負極の積層数を増やすことで正極合剤層と負極剤層との対向面積を大きくして、電池の負荷特性を高める観点からは、集電体には金属箔を使用することが好ましい。また、集電体の厚みは、例えば、５〜３０μｍであることが好ましい。

セパレータには、熱可塑性樹脂製の微多孔膜で構成されたものを使用する。セパレータを構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレン−プロピレン共重合体、ポリメチルペンテンなどのポリオレフィンが好ましく、セパレータ同士を溶着したり、セパレータ間にセパレータの構成樹脂と同種の樹脂を配置して溶着したりする観点からは、その融点、すなわち、ＪＩＳ Ｋ ７１２１の規定に準じて、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて測定される融解温度が、１００〜１８０℃のポリオレフィンがより好ましい。

セパレータを構成する熱可塑性樹脂製の微多孔膜の形態としては、必要な電池特性が得られるだけのイオン伝導度を有していればどのような形態でもよいが、従来から知られている溶剤抽出法、乾式または湿式延伸法などにより形成された孔を多数有するイオン透過性の微多孔膜（電池のセパレータとして汎用されている微多孔フィルム）が好ましい。

セパレータの厚みは、例えば、５〜２５μｍであることが好ましく、また、空孔率は、例えば、３０〜７０％であることが好ましい。

電池に係る非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、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炭酸エステル；ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル；１，２−ジメトキシエタン、ジグライム（ジエチレングリコールメチルエーテル）、トリグライム（トリエチレングリコールジメチルエーテル）、テトラグライム（テトラエチレングリコールジメチルエーテル）、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシメタン、テトラヒドロフランなどのエーテル；などの有機溶媒に、電解質（リチウム塩）を０．３〜２．０ｍｏｌ／Ｌ程度の濃度に溶解させることによって調製した電解液を用いることができる。前記の有機溶媒は、それぞれ１種単独で用いてもよく、２種以上を併用しても構わない。

前記電解質としては、例えば、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣ_４Ｆ_９ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２、ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２などのリチウム塩が挙げられる。

なお、図３に示す形状の正極と、図４に示す形状のセパレータとを使用し、Ａを３００μｍ、Ｂ（正極の厚み）を１４０μｍとして（すなわち、Ａ／Ｂ値が２．１４）、図５に示す構造で正極を間に挟んだ２枚のセパレータの周縁部を、図４に示すように溶着して接合し、この正極（２枚のセパレータ内に収容した正極）を用いて図１および図２に示す構造の扁平形非水二次電池（図６に示す内角Ｃ_１が６５°、同内角Ｃ_２が９０°、同内角Ｄが２５°）を製造した。なお、正極は、幅広のシート状正極をポンチおよびダイスを用いて打ち抜いて作製したものであり、打ち抜き方向の反対方向に向かうバリ（正極合剤層の外縁から突出した集電体の外周部）を有していた。そして、その正極を、バリの曲がる向きが、図５に示すように、２枚のセパレータ（袋状のセパレータ）のうちの正極面に略平行なセパレータの側に向かうように、正極を打ち抜いた際にポンチと接した面が、正極面に略平行なセパレータと接するように配置した。

その結果、信頼性に優れた扁平形非水二次電池を良好に生産することができた。また、この扁平形非水二次電池を分解したところ、図５に示す円で囲んだ部分におけるセパレータ内面での傷つきや、正極合剤層の角部の欠落は認められず、また、正極のバリによるセパレータの傷つきも認められなかった。

本発明の電池は、非水一次電池や非水二次電池などの従来から知られている電池と同様の用途に適用することができる。

１ 電池
２ 外装ケース
３ 封口ケース
４ 絶縁ガスケット
５ 正極
５ａ 正極の本体部
５ｂ 正極の集電タブ部
６ 負極
６ａ 負極の本体部
６ｂ 負極の集電タブ部
７ セパレータ
７ａ セパレータの主体部
７ｂ セパレータの張り出し部
７ｃ 接合部
５２ 正極集電体

Claims (5)

1. 複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群、および電解液を有する電池であって、
   前記正極は、本体部と、平面視で、前記本体部から突出した、前記本体部よりも幅の狭い集電タブ部とを有しており、
   前記正極の本体部では、集電体の片面または両面に正極活物質を含む正極合剤層が形成されており、平面視で、集電体の外周部が正極合剤層の外縁から突出しており、
   前記正極の集電タブ部では、前記集電体に正極合剤層が形成されておらず、
   少なくとも、両側が負極と対向している正極の両面には、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータが配置されており、
   前記２枚のセパレータは、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有しており、かつ前記２枚のセパレータは、その主体部の周縁部の少なくとも一部において、互いに溶着した接合部を有していて、一方のセパレータの主体部が正極面に略平行であり、
   前記正極の本体部における、正極合剤層の外縁から突出している集電体の外周部が、当該正極の両面に配置された２枚のセパレータのうち、主体部が正極面に略平行な方のセパレータ側へ向けて曲がっていることを特徴とする電池。
2. 正極の両面に配置された２枚のセパレータの接合部の内端と、前記２枚のセパレータの間に存在する前記正極の本体部における正極合剤層の外縁との最短距離をＡ（μｍ）、前記正極の厚みをＢ（μｍ）としたとき、ＡとＢとの比Ａ／Ｂが１〜５である請求項１に記載の電池。
3. 外装ケースと封口ケースとが絶縁ガスケットを介してカシメ封口されて形成された空間内に、電極群および電解液が収容されている扁平形電池である請求項１または２に記載の電池。
4. 電解液が非水電解液である請求項１〜３のいずれかに記載の電池。
5. 複数の正極と複数の負極とがセパレータを介して交互に積層された電極群、および電解液を有する電池を製造する方法であって、
   集電体の両面の一部に正極合剤層を有するシート状正極を、ポンチおよびダイスを用いて打ち抜いて、集電体の両面に正極合剤層を有する本体部と、平面視で前記本体部から突出しており、前記本体部よりも幅が狭く、集電体に正極合剤層が形成されていない集電タブ部とを有する正極を作製する正極作製工程と、
   前記正極の両面に熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなるセパレータを配置し、これらの２枚のセパレータ同士を互いに溶着して接合部を形成するか、または、熱可塑性樹脂製の微多孔膜からなる２枚のセパレータを重ね、これらを互いに溶着して接合部を形成して袋状とし、前記袋状のセパレータ内に前記正極を挿入することで、前記正極の本体部全面を覆う主体部と、前記主体部から突出し、前記正極の集電タブ部の、少なくとも本体部との境界部を含む部分を覆う張り出し部とを有し、かつ主体部の周縁部の少なくとも一部に前記接合部を有していて、一方のセパレータの主体部が正極面に略平行な形状の袋状セパレータ内に前記正極を収容する正極収容工程と、
   袋状セパレータ内に収容された前記正極を少なくとも含む複数の正極と、複数の負極とを交互に積層して形成した電極群、および電解液を、電池容器内に収容する電池組み立て工程とを有しており、
   前記正極収容工程において、前記正極を、前記正極作製工程でポンチと接した面が、前記袋状セパレータにおける主体部が正極面に略平行なセパレータの側となるように配置することを特徴とする電池の製造方法。