特許 6351127 積層化リチウム−硫黄電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6351127

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】積層化リチウム−硫黄電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/0583 20100101AFI20180625BHJP

   H01M 10/052 20100101ALI20180625BHJP

   H01M 4/134 20100101ALI20180625BHJP

   H01M 4/1395 20100101ALI20180625BHJP

   H01M 4/66 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/0583

   H01M10/052

   H01M4/134

   H01M4/1395

   H01M4/66 A

【請求項の数】15

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-533957(P2016-533957)

(86)(22)【出願日】2014年8月13日

(65)【公表番号】特表2016-530682(P2016-530682A)

(43)【公表日】2016年9月29日

(86)【国際出願番号】GB2014052474

(87)【国際公開番号】WO2015022529

(87)【国際公開日】20150219

【審査請求日】2017年5月30日

(31)【優先権主張番号】13180522.8

(32)【優先日】2013年8月15日

(33)【優先権主張国】EP

(31)【優先権主張番号】1405957.0

(32)【優先日】2014年4月2日

(33)【優先権主張国】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】315014590

【氏名又は名称】オキシス エナジー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100177426

【弁理士】

【氏名又は名称】粟野 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】オーヴェ リンドストローム

(72)【発明者】

【氏名】マリヤ イヴァノヴァ

【審査官】 近藤 政克

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３８４２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５３０７８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２７０２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８７９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／０５８３

Ｈ０１Ｍ ４／１３４

Ｈ０１Ｍ ４／１３９５

Ｈ０１Ｍ ４／５８

Ｈ０１Ｍ ４／６６

Ｈ０１Ｍ １０／０５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

積層体を備えるリチウム−硫黄電気化学電池であって、前記積層体は、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有するリチウム負極と、活性硫黄材料を有する正極と、前記リチウム負極と前記正極との間に配置した多孔質のセパレータと、及び電解質と、を備え、前記積層体はジグザグ形態となるよう折り畳み、また前記正極は、前記積層体において前記リチウム負極に対してオフセットさせ、このオフセットは、前記正極に対して前記積層体の一方の側辺からアクセスでき、前記リチウム負極に対して前記積層体の反対側の側辺からアクセスできるように行う、電池。

【請求項2】

請求項１記載の電池において、前記正極は、前記積層体の長手方向軸線に直交する方向に前記リチウム負極に対してオフセットさせる、電池。

【請求項3】

請求項１又は２記載の電池において、前記リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層は、前記折り畳んだ積層体の端部には存在させない、電池。

【請求項4】

請求項１〜３のうちいずれか一項記載の電池において、前記正極は、活性硫黄材料及び導電性材料の混合物であって、電流コレクタ上に堆積させた該混合物を有する層を備える、電池。

【請求項5】

請求項４記載の電池において、前記電流コレクタは、金属フォイルにより形成する、電池。

【請求項6】

請求項１〜５のうちいずれか一項記載の電池において、さらに、他のリチウム負極及び他の多孔質のセパレータを備え、前記正極を前記リチウム負極相互間に配置し、また多孔質セパレータを前記正極と各リチウム負極との間に配置し、また前記リチウム負極は、双方のリチウム負極が前記折り畳んだ積層体の前記反対側の側辺又は端部からアクセスできるよう配置した、電池。

【請求項7】

リチウム−硫黄電池を製造する方法であって、前記方法は、
i) リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有するリチウム負極、ii) 多孔質のセパレータ、iii) 電解質、及びiv) 活性硫黄材料を有する正極の積層体を形成する積層体形成ステップであって、前記セパレータは前記リチウム負極と前記正極との間に配置し、前記正極は、前記積層体において前記リチウム負極に対してオフセットさせ、このオフセットは、前記正極に対して前記積層体の一方の側辺からアクセスでき、前記リチウム負極に対して前記積層体の反対側の側辺からアクセスできるように行う、該積層体形成ステップと、及び
前記積層体をジグザグ形態に折り畳むステップと、
を備える、方法。

【請求項8】

請求項７記載の方法において、前記積層体は、さらに、他のリチウム負極及び電解質を含む他の多孔質のセパレータを備え、前記正極を前記リチウム負極相互間に配置し、また多孔質セパレータを前記正極と各リチウム負極との間に配置し、また前記リチウム負極は、双方のリチウム負極が前記積層体の前記反対側の側辺からアクセスできるよう配置した、方法。

【請求項9】

請求項７又は８記載の方法において、前記方法は、
活性硫黄材料を有する正極をウェブ材料の流れとして準備するステップと、
電解質を前記正極に塗布するステップと、
ウェブ材料の流れとして前記正極上に前記多孔質セパレータをラミネートするセパレータ積層ステップと、及び
ウェブ材料の流れとして前記セパレータ上に前記リチウム負極をラミネートし、ウェブ材料の流れとして前記積層体を形成するリチウム負極積層ステップであり、前記リチウム負極材料のウェブ及び正極材料のウェブは、前記流れの方向に直交する方向に互いに相対的にオフセットさせる、該リチウム負極積層ステップと、
を備え、
前記電解質は、前記多孔質セパレータを前記正極上にラミネートする前又は後に前記正極に塗布する、方法。

【請求項10】

請求項９記載の方法において、さらに、積層材料のウェブをジグザグ形態に折り畳むステップと、及び前記積層材料を所定長さに切断するステップとを備える、方法。

【請求項11】

請求項９又は１０記載の方法において、前記負極のウェブ材料は、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの不連続な層を有し、また前記積層体を前記層の不連続部分に沿って切断する、方法。

【請求項12】

請求項１１記載の方法において、前記リチウム負極は、初期的に基板上に支持した、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有する負極前駆体として設け、前記前駆体をウェブ材料として設け、前記ウェブ材料の長さに沿う規則的な間隔で前記リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層の区域を前記基板から除去する、方法。

【請求項13】

請求項１２記載の方法において、前記区域は、前記リチウム負極を前記セパレータ上にラミネートする前に除去する、方法。

【請求項14】

請求項１２又は１３記載の方法において、前記区域は、前記前駆体を１対のローラ間に通過させることによって除去するものとし、前記ローラ対のうち一方のローラには、前記リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層の区域を前記基板から切断又は擦り取るよう構成したカッタを設ける、方法。

【請求項15】

請求項１２〜１４のうちいずれか一項記載の方法において、さらに、前記負極前駆体の基板を前記積層体から除去するステップを備える、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ジグザグ形態に折り畳んだ積層体を備えるリチウム−硫黄電池（セル）に関する。

【背景技術】

【0002】

代表的なリチウム−硫黄電池は、リチウム金属又はリチウム合金から形成したアノード（負極）、及び元素状の硫黄又は他の電気活性硫黄材料から形成したカソード（正極）を備える。硫黄又は他の電気活性硫黄含有材料は、炭素のような導電性材料と混合して、導電性を向上させることができる。一般的に、炭素及び硫黄は、粉体化し、次いで溶剤及び結合剤と混合し、スラリーを形成する。このスラリーを電流コレクタに塗布し、次に乾燥して溶剤を排除する。この結果生ずる構体を圧延し、電流コレクタ上に堆積した正極材料の複合シートを形成し、この複合シートを所望の形状に切断して正極を形成する。電解質を正極に塗布する。この後、セパレータを正極上に配置し、またセパレータ上にリチウム負極を配置する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

これまでに、リチウム−硫黄電池は、時間がかかる多くのステップを有するバッチ処理によって生産してきた。例えば、正極材料の複合シート並びにリチウム金属又はリチウム合金の複合シートは、電池の組立て前に所望の形状に切断しなければならない。とくに、シートは接点リード線を溶接する突出部分を設けるように切断しなければならない。このことは、処理全体の複雑さを増すことになり得る。さらに、電池組立ての既知の方法において、正極、セパレータ、及び負極それぞれの予切断個別シートをバッチ処理において順次上方に配置する。このようなプロセスは自動化を困難にするおそれがある。

【0004】

本発明の発明者は、効率的及び効果的にリチウム−硫黄電池を組み立てることを企図した。さらに、本発明の発明者は、リチウム−硫黄電池を製造する効率的及び効果的プロセスを開発した。

【0005】

本発明の特別な実施例を説明する前に、本発明は、本明細書に記載した特定の電池、方法又は材料に限定するものでないことを理解されたい。さらに、本明細書に使用した用語は、特定実施例を説明することだけに使用し、限定することは意図せず、発明保護の範囲は特許請求の範囲及びその均等物によって定義されるものと理解されたい。

【0006】

本発明の電池及び方法を説明し、また特許請求するにあたり、以下に用語を使用するが、単数形の「a」、「an」、及び「the」は、文脈で他に明示しない限り複数形も含むものとする。したがって、例えば、「an anode」に対する言及は、このような素子を１個又は複数個に対して言及することを包含する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様によれば、積層体を備えるリチウム−硫黄電気化学電池を提供し、この電池の積層体は、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有するリチウム負極と、活性硫黄材料を有する正極と、前記リチウム負極と前記正極との間に配置した多孔質のセパレータと、及び電解質と、を備え、前記積層体はジグザグ形態となるよう折り畳み、また前記正極は、前記積層体において前記リチウム負極に対してオフセットさせ、このオフセットは、前記正極に対して前記積層体の一方の側辺からアクセスでき、前記リチウム負極に対して前記積層体の反対側の側辺からアクセスできるように行う。

【0008】

本発明の他の態様によれば、リチウム−硫黄電池を製造する方法を提供し、この方法は、i) リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有するリチウム負極、ii) 多孔質のセパレータ、iii) 電解質、及びiv) 活性硫黄材料を有する正極の積層体を形成する積層体形成ステップであって、前記セパレータは前記リチウム負極と前記正極との間に配置し、前記正極は、前記積層体において前記リチウム負極に対してオフセットさせ、このオフセットは、前記正極に対して前記積層体の一方の側辺からアクセスでき、前記リチウム負極に対して前記積層体の反対側の側辺からアクセスできるように行う、該積層体形成ステップと、及び前記積層体をジグザグ形態に折り畳むステップと、を備える。

【0009】

本発明の電池は、積層体を形成するよう互いにラミネートできる材料のシート又はウェブとして正極、セパレータ及び負極を準備することによって組み立てることができる。したがって、有利には、積層体はウェブ材料の流れ（連続したフロー）として形成することができる。積層体において正極を負極に対してオフセットすることによって、正極に対して積層体の一方の側辺からアクセスでき、また負極に対しては他方の側辺からアクセスすることができる。したがって、有利には、正極及び負極に対しては、ラミネートする前に何らかの特別な方法で負極又は正極を切断することなく、積層体からアクセスできるようにする。一実施形態において、正極、セパレータ及び負極は、それぞれに対応するウェブ材料のロールから供給する。例えば、正極材料のロール及び負極材料のロールを互いにオフセットさせ、これら要素が結果として生ずる積層体において確実にオフセットできるようにする。したがって、正極及び負極は、積層体の長手方向軸線に対して直交する方向に互いにオフセットすることができる。正極及び負極を積層体の長手方向軸線に直交する方向にオフセットすることにより、積層体の連続製造を容易にすることができ、なぜなら正極材料のロール及び負極材料のロールは、正極及び負極の材料の流れに直交する方向に都合よくオフセットできるからである（以下の説明参照）。本発明による電池の利点は、連続プロセスで製造できる点である。他の利点としては、電池自体は、都合よく自動化できるプロセスを用いて製造できる点である。

【0010】

一実施形態において、活性硫黄材料を有する正極は、材料のウェブとして、好適には、ウェブ材料の連続した流れとして設ける。電解質は、例えば、電解質を活性硫黄材料に接触させることによって、正極に塗布することができる。この接触ステップは、任意な適当な方法で、例えば、電解質を活性硫黄材料上にスプレー、押出し、注入及び／又は拡散することによって実施することができる。この電解質は、若干の実施形態において、正極の移動するウェブに塗布（例えば、スプレーによって）することができ、例えば、連続的又は間欠的なスプレーとして塗布することができる。

【0011】

電解質を正極に塗布する前又は後（好適には、後）に、多孔質のセパレータを、例えば、ウェブ材料の流れ（例えば、連続フロー）として正極に塗布することができる。電解質を正極に塗布した後、望ましいことに電解質はセパレータの細孔内に染み込む。したがって、電解質は正極及びセパレータに浸潤することができる。この後、リチウム負極をウェブ材料の連続フローとしてセパレータ上にラミネートして積層体を形成する。好適には、積層体はウェブ材料の流れ（例えば、連続フロー）として形成し、これによりリチウム負極材料のウェブ及び正極材料のウェブは流れの方向に直交する方向に互いにオフセットされる。したがって、好適な実施形態において、正極は負極に対して積層体の長手方向軸線に直交する方向にオフセットされる。積層体は、積層体材料を所定長さに切断する前又は後に、その長さに沿って（すなわち、積層体の長手方向軸線に沿って）ジグザグ形態となるよう折り畳むことができる。負極を正極に対して積層体の長手方向軸線に直交する方向にオフセットすることによって、正極に対して積層体の一方の側辺からアクセスできるとともに、負極に対して積層体の反対側の側辺からアクセスできるようになる。好適には、積層体は切断する前に折り畳む。

【0012】

好適には、積層体は、さらに、他のリチウム負極及び他の多孔質のセパレータを備える。好適には、正極を前記リチウム負極相互間に配置し、また多孔質セパレータを正極と各リチウム負極との間に配置する。好適な実施形態において、リチウム負極は、双方のリチウム負極が積層体の反対側の側辺からアクセスできるよう配置する。例えば、リチウム負極は互いに整列させることができる。負極相互は積層体の関連する側辺で互いに接触することができる。このことにより、単一の接点リード線を使用して、電池における負極から電流を供給及び引き出すことができる。接点リード線は負極に溶接することができる。

【0013】

積層体が２つのリチウム負極及び２つの多孔質セパレータを有する場合、１つのリチウム負極及び１つの多孔質セパレータを正極の各側面に塗布することができる。一実施形態において、正極は、活性硫黄材料及び導電性材料の混合物であって、電流コレクタの両側の側面上に堆積させた該混合物を有する層を備える。電解質は、好適には、電流コレクタの両側の側面上の層に塗布することができる。電解質を塗布する前又は後に、多孔質セパレータを電流コレクタの両側の側面に塗布することができる。この後、リチウム負極を各セパレータに塗布して積層体を形成することができる。上述したように、正極、セパレータ及び負極は連続したウェブ材料として設けることができる。したがって、有利にも、積層体は連続ウェブとして形成することができる。

【0014】

上述したように、リチウム負極は、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有する。このリチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層は、２０〜１２０μｍ、好適には３０〜５０μｍの厚さを有することができる。リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層は、初期的には支持基板に接触するよう配置することができる。換言すれば、負極は、初期的には基板に支持したリチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有する負極前駆体として設けることができる。好適な基板としては、ポリプロピレンのようなポリマー材料で形成したものがある。基板は、電池の製造中、及びとくに、ラミネートステップ中にフォイル層を支持するよう作用することができる。好適には、フォイルは、結合することなく単に基板に接触するよう配置する。一実施形態において、基板材料のロール、及びリチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルのロールを設ける。材料はこれらロールそれぞれから分配し、ウェブ材料の流れとして負極前駆体を生産することができる。このウェブは、ラミネートプロセスに、例えば、連続的に送給することができる。望ましくは、基板は、例えば、折畳みステップ前に積層体から除去する。このことは、電池の積層体を生じた後に、単に基板材料をロールに回収することによって行うことができる。

【0015】

好適な実施形態において、リチウム負極は、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの不連続層を有する。例えば、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層は、負極の長さに沿う間隔をとって、好適には、規則的な間隔で存在しないようにすることができる。一実施形態において、リチウム負極は負極の長さに沿ってリチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルがないほぼ均一幅の一連の領域又は細条部分を有する。これらの「空隙」領域は、有利にも、ほぼ均一な距離だけ互いに離間することができる。好適には、空隙領域は使用のために積層体を切断するポイントに一致させる。有利にも、空隙領域は、組み立てた電池における短絡リスクを減少又は排除し、なぜなら、切断中に負極が正極に接触するよう圧迫されるリスクが減少又は排除するからである。

【0016】

リチウム負極の空隙領域は、任意の適当な方法を用いて準備することができる。例えば、リチウム負極は初期的に基板上に配置したリチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層を有し、層の区域を切断又は擦り取ることによって除去する。一実施形態において、層の区域はリチウム負極を１対のローラ間に通過させることによって除去し、ローラ対における一方のローラには、非導電性の負極基板からリチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルの層の区域を切断又は擦り取るよう構成したカッタを設ける。このことにより、リチウム負極材料の連続ウェブをローラ間に送給するとき、区域をリチウム負極から除去することができる。したがって、連続プロセスにおけるラミネートプロセス中に材料を供給するとき、空隙領域を形成することができる。積層体を形成した後、基板を、例えば剥離することによって除去することができる。

【0017】

積層体を形成した後、接点リード線を積層体のアクセス可能な負極及び正極に取り付けることができる。この後、積層体を気密及び水分密の容器内に封入することができる。

【0018】

上述したように、正極は電気活性硫黄材料を有する。好適には、電気活性硫黄材料を導電性材料と混合する。この混合物は、電流コレクタに接触するよう配置することができる電気活性層を形成する。

【0019】

電気活性硫黄材料及び導電性材料の混合物を溶剤（例えば、水又は有機溶剤）におけるスラリーの形式で電流コレクタに塗布することができる。この後溶剤を除去し、この結果得られる構体を圧延し、複合構体を形成する。好適な実施形態において、電気活性硫黄材料、及び随意的に導電性材料は、電流コレクタの全体領域をカバーしないようにする。例えば、電流コレクタの端縁は露出したままにし、これにより正極の電流コレクタに対して積層体の一方の側辺からアクセスできるようにする。有利にも、このことにより、接点リード線を都合のよい方法で正極に溶接又は他の結合を行うことができる。

【0020】

電気活性硫黄材料としては、元素状の硫黄、硫黄ベースの有機化合物、硫黄ベースの無機化合物、及び硫黄含有ポリマーがあり得る。好適には、元素状の硫黄を使用する。

【0021】

固体導電性材料は任意の適当な導電性材料であり得る。好適には、固体導電性材料は炭素で形成することができる。例としては、カーボンブラック、カーボンファイバ、及びカーボンナノチューブがある。他の適当な材料としては、金属（例えば、薄片状、削り屑状、粉末状）、及び導電性ポリマーがある。好適には、カーボンブラックを使用する。

【0022】

電気活性硫黄材料（例えば、元素状硫黄）の導電性材料（例えば、カーボン）に対する重量比は、１〜３０：１、好適には２〜８：１、より好適には５〜７：１とすることができる。

【0023】

電気活性硫黄材料及び導電性材料の混合物は粒子状混合物とすることができる。この混合物は、５０ｎｍ〜２０ミクロン、好適には１００ｎｍ〜５ミクロンの平均粒径を有することができる。

【0024】

電気活性硫黄材料及び導電性材料の混合物（すなわち、電気活性層）は、随意的に結合剤を有することができる。好適な結合剤は、例えば、ポリエチレン・オキシド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、エチレン・プロピレン・ジエン系ゴム、メタクリレート（例えば、ＵＶ硬化性のメタクリレート）、及びジビニルエステル（例えば、熱硬化性のジビニルエステル）のうち少なくとも１つから形成することができる。

【0025】

適当な電流コレクタとしては、金属又は合金で形成したフォイル、シート又はメッシュのような金属基板がある。好適な実施形態において、電流コレクタはアルミニウムフォイルとする。

【0026】

セパレータは、イオンが電池の電極間で移動できる任意の適当な多孔質基板とすることができる。この基板の多孔率は、少なくとも３０％、好適には少なくとも５０％、例えば、６０％超とすべきである。適当なセパレータとしてはポリマー材料で形成したメッシュがある。適当なポリマーとしては、ポリプロピレン、ナイロン、及びポリエチレンがある。不織性のポリプロピレンがとくに好適である。多層化セパレータを用いることができる。

【0027】

セパレータは電極相互間に配置して、電極相互間の直接接触を防止すべきである。セパレータの側辺は負極又は正極に整列させる必要はない。例えば、セパレータは正極及び／又は負極に対してオフセットすることができる。電池が第１及び第２の負極を正極の各側面に有する一実施形態において、セパレータは、正極と各負極との間に配置することができ、これにより、負極にアクセス可能な積層体の領域において、セパレータが正極及び負極の中間位置まで正極から突出する。このことにより、負極及び正極が直接接触することなく、積層体の関連する側面に沿って負極を互いに圧着させることができる。有利にも、このことによって、電池の短絡リスクを減少又は排除することができる。

【0028】

上述したように、電池は電解質を有する。電解質は電極相互間に存在又は配置し、このことにより、負極と正極との間に電荷が転移できる。好適には、電解質は、正極の空孔並びにセパレータの空孔を湿潤する。好適には、電解質は、少なくとも１つのリチウム塩及び少なくとも１つの有機溶媒を有する。好適なリチウム塩としては、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、六フッ化ヒ酸リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、三フッ化メタンスルホンイミドリチウム（ＬｉＮ(ＣＦ_３ＳＯ_２)_２）、ホウ酸フッ化リチウム、及び三フッ化メタンスルホン酸リチウム（ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ）のうち少なくとも１つがある。好適には、リチウム塩は三フッ化メタンスルホン酸リチウムとする。

【0029】

好適な有機溶媒として、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチル炭酸塩、ジエチル炭酸塩、エチルメチル炭酸塩、メチルプロピル炭酸塩、メチルプロピルプロピオン酸塩、エチルプロピルプロピオン酸塩、酢酸メチル、ジメトキシエタン、１,３−ジオキソラン、ジグリム（２−メソキシエチルエーテル）、テトラグリム、エチレン・カーボネート、プロピレン・カーボネート、□−ブチロラクトン、ジオキソラン、ヘキサメチル・ホスホアミド、ピリジン、ジメチルスルホキシド、リン酸トリブチル、リン酸トリメチル、Ｎ,Ｎ,Ｎ,Ｎ−テトラエチルスルファミド、及びスルホン、並びにそれらの混合物がある。好適には、有機溶媒はスルホン又はスルホンの混合物とする。スルホンの例としては、ジメチルスルホン、及びスルホランがある。スルホランは、単独溶剤として、又は組み合せの溶剤、例えば、他のスルホンとの組み合せとして用いることができる。

【0030】

電解質に使用する有機溶剤は、例えば、化学式Ｓ_ｎ^２−（ただし、ｎ＝２〜１２）のポリサルファイド系の種を溶解することができ、これら種は、電気活性硫黄材料が電池の放電中に減少するとき形成される。

【0031】

電解質におけるリチウム塩の濃度は、好適には０.１〜５Ｍ、より好適には０.５〜３Ｍ、例えば１Ｍとする。リチウム塩は、好適には、飽和状態の少なくとも７０％、好適には少なくとも８０％、より好適には９０％、例えば、９５〜９９％の濃度で存在するものとする。

【0032】

本発明の実施形態を以下に、例として添付図面につき説明する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】本発明の実施形態による電池（セル）に使用し得る積層体の概略的断面図である。

【図2】本発明の実施形態による電池に使用し得る折畳み積層体の概略的平面図である。

【図3】本発明の実施形態による電池に使用し得る折畳み積層体の概略的平面図である。

【図4】本発明の実施形態による電池用の積層体を生産するのに使用し得る装置の概略図である。

【図5a】本発明の実施形態による電池用の正極（カソード）を切断するのに使用し得るローラの概略図である。

【図5b】本発明の実施形態による電池用の正極（カソード）を切断するのに使用し得るローラの概略図である。

【図6a】本発明の実施形態による電池用の積層体を折り畳むのに使用し得る折畳み装置の概略的平面図である。

【図6b】本発明の実施形態による電池用の積層体を折り畳むのに使用し得る折畳み装置の概略的平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

先ず図１につき説明すると、これは本発明の実施形態による電池に使用し得る積層体（ラミネート）の断面図を示す。積層体１０は、正極１２、セパレータ１４及び負極１６を有する。正極１２は、活性硫黄材料及び導電性材料を有する電気活性層（図示せず）を備える。リチウム負極１６は、リチウム金属フォイル又はリチウム合金フォイルから形成し、随意的に非導電性基板（図示せず）によって支持する。図面から分かるように、正極１２及び負極１６は、積層体の長手方向軸線に直交する方向（長手方向軸線は図面紙葉に貫通する方向を想定する）にオフセットし、このオフセットは、正極１２は積層体１０の一方の側辺からアクセスできるとともに、負極は積層体１０の反対側の側辺からアクセスできるように行う。この実施形態における負極１６は互いに整列する。セパレータ１４は、積層体１０におけるリチウム負極１６にアクセスできる領域において、セパレータ１４が正極１２と負極１６との中間位置に正極１２から突出するよう、負極１６及び正極１２に対して位置決め又は寸法決めする。したがって、リチウム負極１６は、負極１６及び正極１２が互いに直接接触することなく、積層体１０の側辺に沿って互いに合着する。このことは、電池の短絡リスクを減少又は排除する利点がある。

【0035】

次に、図２及び３につき説明すると、これは本発明の実施形態による電池に使用し得る折畳み形態の積層体１０を示す。図３の概略図から明瞭に分かるように、積層体は、その長さ又は長手方向軸線に沿ってジグザグ形態に折り畳む。図２から分かるように、負極１６は積層体１０の一方の側辺からアクセスできるとともに、正極１２は積層体１０の他方の側辺からアクセスすることができる。接点タブ１８は負極１６及び正極１２に付着し、例えば、溶接によって接点リード線に接続し易くする。

【0036】

図４は、本発明の実施形態による電池用の積層体を生産するのに使用し得る装置の概略図である。この装置は、正極ウェブ１１４のロール１１２、セパレータウェブ１１８のロール１１６、及び負極ウェブ１２２のロール１２０を備える。装置１００は、さらに、これらウェブを装置に案内する案内ローラ、並びに積層化用に負極ウェブ１２２を準備するための切断ローラ１２４の対を備える。装置１００には、さらに、正極ウェブ１１４の両側側面に電解質を塗布するためのスプレーユニット１２６、並びに生産した積層体をジグザグ形態に折り畳む折畳み装置１２８を設ける。

【0037】

正極ウェブ１１４は、活性硫黄材料（例えば、硫黄）及び導電性材料（例えば、炭素）の電気活性層を有する。この層は、例えば、アルミニウムフォイルの電流コレクタの両側の側面に堆積させる。有利には、ウェブ１１４の端縁は電気活性層でカバーされない状態にし、電気コレクタが結果として生ずる積層体からアクセスできる状態に残す。

【0038】

動作にあたり、ウェブ１１４はロール１１２から連続的に繰り出す。電解質は、スプレーユニット１２６を使用して移動するウェブ１１４の両側側面に吹き付ける。セパレータウェブ１１８はロール１１６から連続的に繰り出し、正極ウェブ１１４上に積層する。この後、負極ウェブ１２２をロール１２０から連続的に繰り出し、またセパレータウェブ１１８上に積層する。この結果生ずる積層体をウェブとして連続的に折畳み装置１２８に送給し、この折畳み装置１２８は積層体をジグザグ形態に折り畳む。図６ａ及び６ｂは折畳み装置１２８の拡大図である。折り畳んだ積層体は、この後所望の長さに切断する（図示せず）。

【0039】

負極ウェブ１２２は、初期的には、例えば、ポリプロピレンによる基板１３４に支持した、リチウム金属又はリチウム合金のフォイルによる層１３２を有する（図５ａ参照）。負極ウェブ１２２をセパレータウェブ１１８上に積層させる前に、リチウム金属又はリチウム合金の層の区域をウェブ１２２の長さに沿って規則的な間隔で切除する。図５ａ及び５ｂから分かるように、このことは、切除ローラ１２４ａ及び１２４ｂを用いて行うことができる。ローラ１２４ｂには、このローラ１２４ｂ上に互いに離れるカッタ１３０を設ける。負極ウェブ１２２がローラ１２４に送られるとき、カッタ１３０がリチウム金属又はリチウム合金の層１３２の一部を基板１３４から除去し、負極ウェブがリチウム金属又はリチウム合金のフォイルがない空隙領域又は細条部分を生ずる。負極ウェブ１２２が切除ローラ１２４ａ及び１２４ｂに一定速度で通過するのを確実にすることによって、空隙領域がほぼ均一サイズとなり、また互いにほぼ一定間隔に離間するのを確実にすることができる。これら空隙領域は積層体を切断するポイントをマークする。有利にも、これら空隙領域により、切断中に負極が正極に接触するよう圧迫されるリスクが減少又は排除されるため、組み立てた電池における短絡のリスクを減少又は排除する。

【0040】

積層体を形成した後、基板１３４は積層体から除去する。接点リード線を積層体に、例えば、溶接により取り付けることができる。積層体は、この後、気密及び水分密の容器（図示せず）内に封入することができる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 積層体
１２ 正極（カソード）
１４ セパレータ
１６ 負極（アノード）
１８ 接点タブ
１１２ （正極ウェブ）ロール
１１４ 正極ウェブ
１１６ （セパレータウェブ）ロール
１１８ セパレータウェブ
１２０ （負極ウェブ）ロール
１２２ 負極ウェブ
１２４ 切除ローラ
１２４ａ 切除ローラ
１２４ｂ 切除ローラ
１２６ スプレーユニット
１２８ 折畳み装置
１３０ カッタ
１３２ （リチウム金属又はリチウム合金のフォイル）層
１３４ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5a】

【図5b】

【図6a】

【図6b】