【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小型で高エネルギー密度の実装可能な電池に関するものである。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
近年の電子機器分野における部品の小型化は著しく、また同時に表面実装構造化の進展は著しい。多くのデバイスが表面実装技術に適する形状に変わりつつあり、例えば、携帯型小型電子機器のメモリバックアップ用として用いられる電池においても表面実装技術に適する形状や構造を有するものが要求されている。コイン型と称される電池は小型・薄型で、その代表例である。
【０００３】
しかしながら、このような小型・薄型の電池においては外装体上面を正極用の電極取出し部、外装体下面を負極用の電極取出し部とした構造であることから、回路基板に半田付けするには別途端子が必要となり、その結果、電池自体の大きさよりも大きな実装面積と高さが必要となるため、小型化には限界があり、また、部品点数が多くなるために、コストアップにもつながるといった課題があった。
【０００４】
特許文献１には正極用電極、電解質、負極用電極を一組以上重畳して一体化した積層体からなり、この積層体の一方の側面に、メッキ法、焼き付け法、蒸着法、スパッタリング法等の薄膜形成法によって金属膜からなる正極用端面電極を被着するとともに、上記積層体の他方の側面にも同様の方法によって金属膜からなる負極用端面電極を被着し、上記正極用及び負極用の端面電極をそれぞれ積層体の下面まで延設した積層型電池が提案されている。
【０００５】
この積層型電池によれば、積層体の下面に正極用端面電極、負極用端面電極の双方が延設されていることから、回路基板上の配線と半田にて直接接合することができるため、実装面積が電池の面積だけで済むといった利点があった。
【０００６】
ところが、特許文献１に開示された積層型電池の端面電極の形成法の場合、工程が煩雑になってしまい、端面電極を形成する工程で大きなコストアップとなっていた。また、メッキ法、焼き付け法では工程数が多くなり、蒸着法、スパッタリング法では、時間のかかる工程となってしまう。
【０００７】
さらに、積層体は外部に露出した構造であることから、水分を嫌う電池にとって現実的な構造と言えない。
【０００８】
また、特許文献１には、積層型電池を形成する積層体を外装体で覆うことも提案されているが、この場合、積層体の下面に正極用と負極用の双方の電極取出し部を形成することができず、回路基板へ実装するためには別途端子が必要となり、実装面積が大きくなってしまうとともに、部品点数を少なくすることができないといった課題があった。
【０００９】
さらに小型化が進むと、端面電極と対向する電極は、短絡を防ぐために一定の距離を保つ必要があり、正極と負極の対向面積が狭くなり高エネルギー密度が得られにくいといった課題がある。
【００１０】
特許文献２では工程を簡略化することが可能な集電処理を施した積層型電池を提案している。
【００１１】
特許文献２に示されている提案によれば、正極シートおよび負極シートを積層した積層電極体を有する積層型電池において、電極合材層が形成されていない部分を設けた電極シートを積層させて積層電極体を形成し、この電極合材層未形成部つまり金属箔集電体のみからなる部分を突出させ、さらに、この部分を積層電極体の積層端面に該平行に折り曲げることより重畳させ、この重畳した部分に板状の集電端子部材を接合させるという集電処理方式を採用することで、集電処理作業に要する作業工数を大幅に減少させることができ、かつ集電処理のためのデッドスペースおよび電池自体の重量を小さくすることができ、製造コストの安価な高エネルギー密度の積層型電池が得られるものである。
【００１２】
しかしながら該提案による積層型電池は、デッドスペースを抑えることはできるものの、小型化しても依然として突出する集電端子部材を接合させるスペースが必要であり、高エネルギー密度の観点からは小型化に不向きである。
【００１３】
本発明は、上述の課題に鑑みて突出されたものであり、その目的は、小型化しても高エネルギー密度が得られる実装可能な積層型電池を提供することである。
【００１４】
〔特許文献１〕特開平６−２３１７７６号（２頁 第３０行〜第３７行、３頁 第３４行〜第３７行、４頁 第２３行〜第３０行）
〔特許文献２〕特開２０００−２６０４１７号（３頁 第５０行〜４頁 第１７行）
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した小型化、デッドスペース、生産効率、コスト等の課題を考慮し、鋭意研究を重ねた結果本発明に至った。すなわち、請求項１に係る発明は、正極板と負極板とを交互に複数配置するとともに、上記正極板と負極板との間に電解質を備えてなる極群を、上部に開口した筐体の底面上に配置し、かつ、上記正極板同士及び負極板同士を一対の端面電極で互いに接合してなる積層型電池において、上記端面電極が筐体側壁の内周面に接合されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、上記積層体電池を製造するにあたり、正極板と負極板とを交互に複数配置するとともに、上記正極板と負極板との間に電解質を備えてなる極群を、上部に開口した筐体の底面上に配置した後、上記筐体側壁の内周面と上記極群との間に導電性ペーストを注入することで、上記筐体側壁の内周面と正極板同士、及び、上記筐体側壁の内周面と負極板同士を接続することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に係る発明は、上記筐体側壁の内周面が、その底面から開口部にかけて広がるテーパー状に形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項４に係る発明は、上記積層体電池を製造するにあたり、上記極群を筐体底面に配置する際、予め上記筐体側壁の内周面上部に上記導電性ペーストを塗布しておくことで、上記筐体底面に極群が配置されると上記筐体側壁の内周面と正極板同士及び上記筐体側壁の内周面と負極板同士が接続されることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明は、上記筐体側壁の内周面に溝を設けたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１は本発明の積層型電池の一例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ａ’）は（ａ）に示す正極板１を拡大した断面図、（ａ’’）は（ａ）に示す負極板２を拡大した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。また、図２は本発明の積層型電池内に具備する極群を示す斜視図である。
【００２２】
この積層型電池８は筐体９と蓋体１０とからなるパッケージ内に、正極板１と負極板２とを交互に複数配置するとともに、上記正極板１と上記負極板２との間に電解質３を備えてなる極群６を収容したもので、この極群６は上記筐体９と蓋体１０とで形成される空間内に気密に封止されている。
【００２３】
また、極群６を構成する複数の正極板１の一方の電極露出部４を正極用端面電極７ａを介して一方の正極用電極取り出し部１３と接続するとともに、複数の正極板１の他方の電極露出部４を別の正極用端面電極７ａを介して他方の正極電極取り出し部１３と接続し、また、極群６を構成する複数の負極板２の一方の電極露出部５を負極用端面電極７ｂを介して一方の負極用電極取り出し部１２と接続するとともに、複数の負極板２の他方の電極露出部５を別の負極用端面電極７ｂを介して他方の負極用電極取り出し部１２と接続してある。
【００２４】
本発明の積層型電池８は、端面電極を筐体側壁の内周面に形成していることから、筐体側壁の内周面と極群との間のデッドスペースはない。従って積層型電池８の高エネルギー密度化を図ることができ、従来の積層型電池と比較してさらに小型化することができる。
【００２５】
また、本発明の積層型電池８は正極板と負極板とを交互に複数配置しているため、小型化しても短絡を防ぐために端面電極と対向する電極との距離を大きくとる必要がなく、正極と負極の対向面積が広がり、高エネルギー密度の積層型電池を得ることができる。
【００２６】
また、積層型電池８自体をコンパクトに設計することができるとともに、各電極取り出し部１２，１３は筐体９のキャビティ底面から外側の端面及び下面にわたって一体的に形成していることから、回路基板への実装にあたり、その実装領域が積層型電池８の大きさに対応した面積で済むため、回路基板への実装密度を高めることができる。
【００２７】
ところで、本発明の積層型電池８では、正極板１及び負極板２に、従来より用いられている活物質に導電剤、バインダー、有機溶剤、さらに必要に応じてフィラーや固体電解質を添加して製作したスラリーを乾燥させた複合材を用いることもできる。
【００２８】
また、電極材に使用する活物質としては、例えば、正極用の活物質としては、コバルト酸リチウム、マンガン酸リチウム、二酸化マンガン、五酸化バナジウム等を用いることができ、また、負極用の活物質としては、炭素材料、チタン酸リチウム、酸化モリブデン等を用いることができる。なお、負極用の活物質にはリチウムアルミニウム合金を用いることもできる。
【００２９】
また、電極材内の電子の移動をスムーズに行わせるようにし、活物質を有効に活用するには、集電体を設けることが好ましく、例えば、導電性ペーストを介して貼り合わせるようにすれば良い。図１における（ａ’）、（ａ’’）は図１（ａ）の正極板１および負極板２の拡大図であるが、１ａは正極材、１ｂは導電性ペースト、１ｃは金属箔からなる集電体を、２ａは負極材、２ｂは導電性ペースト、２ｃは金属箔からなる集電体を示している。集電体を用いる場合、図１（ａ’）、（ａ’’）のように集電体の両面に電極材を形成することにより性能をさらに向上させることができる。なお、極群の最上層部に配置される正極板または負極板および最下層部に配置される正極板または負極板においては集電体の片面のみに電極材を形成すれば良いことは言うまでもない。
【００３０】
集電体としては、電気抵抗の小さい金属箔が良く、特に正極用にはアルミニウム箔を、負極用には銅箔を用いることが良い。なお、活物質の作動電圧範囲によって溶解するようなことがなければ負極用の集電体としてアルミニウム箔を用いても良い。
【００３１】
一方、電解質３には、ゲル電解質、高分子固体電解質、無機固体電解質などいくつかの種類があるが、特に高分子もしくは無機物から成る固体電解質を使用すれば電解液を含まないことから漏液の心配がなく、信頼性の高い積層型電池８を提供することができる。
【００３２】
具体的には高分子固体電解質を用いる場合、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２］などの支持電解質を溶解したポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド、架橋構造を有するエチレンオキシド−プロピレンオキシドランダム共重合体、ポリアクリルニトリルなどの高分子材料を用いることができる。
【００３３】
また、無機固体電解質を用いる場合、オキシスルフィドガラス（Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−ＬｉＸＭＯ４）、ＬＩＳＩＣＯＮ［Ｌｉ１２Ｚｎ（ＧｅＯ４）４］系結晶材料、ＬＩＰＯＮ（Ｌｉ３ＰＯ４−ＸＮＸ）系結晶材料などを用いることができる。
【００３４】
上記筐体側壁の内周面に形成する正極用端面電極７ａ及び負極端面電極７ｂは導電性樹脂材により形成するのが良い。
【００３５】
なお、正極用端面電極７ａ及び負極用端面電極７ｂを形成する導電性樹脂材としては、市販の導電性ペーストを用いることができる。一般的に導電性ペーストには、導電性を付与するために黒鉛やカーボンブラックなどの各種炭素材料や金、銀、銅、ニッケルなどの金属微粉末が添加されている。材料選定に当たっては添加剤が電気化学的に安定であるものを適宜選択して用いれば良い。
【００３６】
さらに、極群６を収容する筐体９を形成する材質としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェニレンエーテル樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ガラスセラミックス等の絶縁性セラミックスを用いることができる。
【００３７】
また、蓋体を形成する材質としては、上記筐体を形成する材質に加えてＳＵＳ、アルミニウムなどの金属板を用いることができる。特に絶縁性セラミックスは、気密性、耐熱性、耐湿性の点で優れ、極群６が外気に曝されるのを効果的に防止することができ、信頼性の高い積層型電池８を提供することができる。
【００３８】
なお、筐体９と蓋体１０を接合する封止材１１には市販の封止用エポキシ樹脂や低融点ガラスを用いれば良い。
【００３９】
また、筐体９と蓋体１０に熱硬化性樹脂を用いる場合、正極用電極取り出し部１３及び負極用電極取り出し部１２に金属製リードフレームを用い、一体モールド成形にて形成しても構わない。
【００４０】
次に、本発明による積層型電池の製造方法について説明する。
【００４１】
まず、正極板１となる正極材と負極板２となる負極材を製作する。
【００４２】
次に正極板１−電解質３−負極板２−電解質３−正極板１の順で正極板１と負極板２とが交差するように配置した極群６を作製する。
【００４３】
そして本発明の積層型電池の特徴である端面電極を筐体側壁の内周面に形成する方法としては、切り出した極群６を、一対の正極用電極取り出し部１３と一対の負極用電極取り出し部１２を有する筐体９の底面上に配置してできる極群６と筐体９の側壁の内周面との隙間へ導電性ペーストを流し込み、しかる後、上記導電性ペーストを熱硬化させ、端面電極を形成する。
【００４４】
さらに、図４にように筐体側壁の内周面が底面から開口部にかけて広がるテーパー状に形成している筐体とすれば極群６をスムーズに筐体９へ挿入することができ、加えて導電性ペーストの注入口となる部位が広くなるため導電性ペーストを注入しやすく、作業効率が向上する。
【００４５】
また、上記筐体側壁の内周面が底面から開口部にかけて広がるテーパー状に形成している筐体を使用する場合に極群６を図５に示すような断面形状とすることでよりスムーズに、安定して筐体９へ挿入することができる。
【００４６】
また、筐体内周面側上部に端面電極となる導電性ペーストを予め塗布しておくことで、導電性ペーストを極群の端面に転写させながら極群を筐体へ挿入することができる。
【００４７】
従って、極群の筐体への載置と端面電極の形成を同時に行うことができ、大幅な作業効率の向上が可能となる。
【００４８】
また、図３のように筐体内周面上部に溝を設けた場合、溝部分に端面電極となる導電性ペーストを予め、容易に塗布しておくことができ、溝にある導電性ペーストを極群の端面に転写させながら極群を筐体へ挿入することができる。なお、筐体内周面に形成する溝は図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）等に示す形状でも構わない。
【００４９】
こうして正極用端面電極７ａ及び負極用端面電極７ｂを形成した後、蓋体１０を被せ、筐体９に封止材１１を介して接合して気密封止することにより本発明の積層型電池が得られる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能であることは言うまでもない。
【００５１】
【実施例】
（実施例）
本発明の、正極用端面電極７ａおよび上記負極用端面電極７ｂが筐体側壁の内周面に形成されている積層型電池を以下に示すように作製した。
【００５２】
〈正極板、及び負極板の製作〉
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム上得られた正極用及び負極用スラリーをドクターブレード法にて塗布した後、乾燥させて生成形体シートを作製した。
【００５３】
得られた生成形体シートを大気中（５００〜８００）℃で３時間焼成し、活物質の焼結体からなる負極を得た。また、集電体としてアルミニウム箔を用い、このアルミニウム箔上の両面に導電性ペーストを介して正極及び負極を貼り合わせ、正極板１及び負極板２を作製した。
【００５４】
〈極群の作製〉
次に得られた正極板１および負極板２を、図２に示すように互いに交差するよう配置し、上記正極板１と負極板２との間に電解質３を備えた極群６を作製した。
【００５５】
〈端面電極の形成〉
得られた極群６を、一対の正極用電極取り出し部１３と一対の負極用電極取り出し部１２を有する筐体９の底面上に配置し、極群６と筐体９の側面の内周との間にできる隙間へ導電性ペーストを流し込み、しかる後、上記導電性ペーストを熱硬化させ、端面電極を形成した。
【００５６】
〈封止〉
蓋体１０を筐体９に絶縁性接着剤を介して接合し、その後硬化させ、積層型電池を製作した。
【００５７】
（比較例１）
実施例にて使用した筐体の寸法と同じ寸法の筐体を使用し、板状の集電端子部材を正極板１や負極板２の両電極露出部４、５に接合させる方法で端面電極を形成した。
【００５８】
上記端面電極の形成工程以外の工程において実施例と同様の方法で積層型電池を作製しようと試みたが、実施例と同様の極群の寸法では実施例と同様の寸法の筐体内へ挿入することができなかったため、極群の寸法を縮小し、積層型電池を作製した。
【００５９】
（比較例２）
実施例にて使用した筐体の寸法と同じ寸法の、弾性を有する各電極取り出し部を延設した筐体を作製し、直接圧接して正極板１および負極板２の両電極露出部４、５に直接圧接させる積層型電池の構成及び方法で端面電極を形成した。
【００６０】
上記弾性を有する各電極取り出し部から延設した筐体を使用するにあたり、端面電極の形成以外の工程において、実施例と同様の方法で積層型電池を作製しようと試みたが、実施例と同様の極群の寸法では実施例と同様の寸法の筐体内筐体内へ挿入することができなかったため、極群の寸法を縮小し、積層型電池を作製した。
【００６１】
（評価）
実施例により得られた積層型電池と比較例１および比較例２により得られた積層型電池について充放電測定を行い、放電容量の実測値を求めた。また、得られた放電容量から、エネルギー密度を算出した。なお、エネルギー密度は次式により算出した。
【００６２】
エネルギー密度（Ｗｈ／ｌ）＝（電圧（Ｖ）×容量（Ａｈ））／体積（ｌ）
結果は表１に示す通りである。
【００６３】
【表１】
表１から、放電容量、エネルギー密度ともに実施例により得られた積層型電池が比較例１、比較例２により得られた積層型電池よりも上回っており、実施例による積層型電池が高性能であることがわかる。
【００６４】
比較例１による積層型電池の端面電極構造においては、集電端子部材を接合させるスペースが必要であり、電気化学反応に直接関係のないデッドスペースが生じる。このため、電極の対向面積が実施例と比較して０．８６ｃｍ２と減少し、これに伴い放電容量は１．１３ｍＡｈにとどまっている。
【００６５】
また、比較例２による積層型電池の端面電極構造では確実に圧接して電気的接続を確保するには弾性体の反発力を生むためのスペースが必要となってしまうため、比較例１同じく電気化学反応に直接関係のないデッドスペースが生じてしまう。このため電極の対向面積は小さくせざるを得なく、実施例と比較して０．５７ｃｍ２と放電容量（０．７８ｍＡｈ）とともに著しく減少してしまっている。
【００６６】
これらのことから比較例１および比較例２による積層型電池は小型化、高エネルギー密度化には限界があることを示している。
【００６７】
一方、実施例による積層型電池は筐体内側面に端面電極を形成していることから筐体内の空間ほとんどすべてを電気化学反応に直接関係する構成要素に使えるため、小型化、高エネルギー密度化が可能となるものである。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に係る発明によれば、正極板と負極板とを交互に複数配置するとともに、上記正極板と負極板との間に電解質を備えてなる極群を、上部に開口した筐体の底面上に配置し、かつ、上記正極板同士及び負極板同士を一対の端面電極で互いに接合してなる積層型電池において、上記端面電極を筐体側壁の内周面に接合したことによって、積層型電池の高エネルギー密度化を図ることができ、従来の積層型電池と比較してさらに小型化することができる。
【００６９】
また、電池自体をコンパクトに設計することができるため、回路基板への実装にあたり、その実装領域が電池の大きさに対応した面積で済むため、回路基板への実装密度を高めることができる。
【００７０】
請求項２に係る発明によれば、積層型電池を製造するにあたり、正極板と負極板とを交互に複数配置するとともに、上記正極板と負極板との間に電解質を備えてなる極群を、上部に開口した筐体の底面上に配置した後、上記筐体側壁の内周面と上記極群との間に導電性ペーストを注入することで、上記筐体側壁の内周面と正極板同士、及び、上記筐体側壁の内周面と負極板同士が接続され、小型で高エネルギー密度の積層型電池を製造することができる。
【００７１】
請求項３に係る発明によれば、筐体側壁の内周面が底面から開口部にかけて広がるテーパー状に形成している筐体とすることにより、小型化によって筐体に挿入しづらくなった極群６をスムーズに筐体９へ挿入することができ、加えて導電性ペーストの注入口となる部位が広くなるため導電性ペーストを注入しやすく、生産効率が向上する。
【００７２】
請求項４に係る発明によれば、積層型電池を製造するにあたり、上記極群を筐体の底面に配置する際、予め上記筐体側壁の内周面上部に上記導電性ペーストを塗布しておくことで、導電性ペーストを極群の端面に転写させながら極群を筐体へ挿入することができる。従って、極群の筐体への配置と端面電極の形成を同時に行うことができ、大幅な作業効率の向上が可能となる。
【００７３】
請求項５に係る発明によれば、筐体内周面上部に溝を設けたことで、溝部分に端面電極となる導電性ペーストを予め、容易に塗布しておくことができ、溝にある導電性ペーストを極群の端面に転写させながら極群を筐体へ挿入することができる。従って、極群の筐体への載置と端面電極の形成を同時に行うことができ、大幅な生産効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型電池の一例を示す図で、（ａ）は縦断面図、（ａ’）は（ａ）の正極板１を拡大した断面図、（ａ’’）は（ａ）の負極板２を拡大した断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】本発明の積層型電池内に具備する極群を示す斜視図である。
【図３】本発明の請求項３および請求項５に係る、積層型電池内に備える極群を筐体内部に挿入する工程を説明するための縦断面図である。
【図４】本発明の積層型電池に用いる筐体の断面図である。
【図５】本発明の請求項４に係る、積層型電池の縦断面図である。
【図６】本発明の積層型電池の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１・・・正極板
１ａ・・・正極
１ｂ・・・導電性ペースト
１ｃ・・・正極用集電体
２・・・負極板
２ａ・・・負極
２ｂ・・・導電性ペースト
２ｃ・・・負極用集電体
３・・・電解質
４・・・正極の電極露出部
５・・・負極の電極露出部
６・・・極群
７ａ・・・正極用端面電極
７ｂ・・・負極用端面電極
８・・・積層型電池
９・・・筐体
１０・・・蓋体
１１・・・封止材
１２・・・負極用電極取り出し部
１３・・・正極用電極取り出し部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compact, high-energy-density mountable battery.
[0002]
2. Prior Art and Problems to be Solved by the Invention
In recent years, the size reduction of components in the field of electronic devices has been remarkable, and at the same time, the progress of surface mounting structures has been remarkable. Many devices are changing to shapes suitable for surface mounting technology. For example, batteries used for memory backup of portable small electronic devices are required to have shapes and structures suitable for surface mounting technology. A battery called a coin type is small and thin, and is a typical example.
[0003]
However, such a small and thin battery has a structure in which the upper surface of the outer package has an electrode extraction portion for the positive electrode and the lower surface of the exterior package has an electrode extraction portion for the negative electrode. Terminals are required, and as a result, a mounting area and height larger than the size of the battery itself are required, so there is a limit to miniaturization, and the number of parts increases, which leads to an increase in cost. There were challenges.
[0004]
Patent Literature 1 discloses a laminated body in which at least one set of a positive electrode, an electrolyte, and a negative electrode is overlapped and integrated, and a plating method, a baking method, a vapor deposition method, a sputtering method, etc. A positive electrode end face electrode made of a metal film is applied by the thin film forming method, and a negative electrode end face electrode made of a metal film is applied to the other side surface of the laminate by the same method. Battery in which end electrodes for the electrodes are respectively extended to the lower surface of the laminate has been proposed.
[0005]
According to this stacked battery, since both the positive electrode end face electrode and the negative electrode end face electrode extend on the lower surface of the stacked body, they can be directly joined to the wiring on the circuit board by soldering, There is an advantage that the mounting area is only the area of the battery.
[0006]
However, in the method of forming the end face electrode of the stacked battery disclosed in Patent Document 1, the process becomes complicated, and the cost for forming the end face electrode is increased significantly. Further, the plating method and the baking method require a large number of steps, and the vapor deposition method and the sputtering method require a long time.
[0007]
Further, since the laminate has a structure exposed to the outside, it cannot be said that the laminate is a realistic structure for a battery that dislikes moisture.
[0008]
Patent Literature 1 also proposes that a laminate forming a stacked battery is covered with an exterior body. In this case, both a positive electrode and a negative electrode extraction portions are formed on the lower surface of the laminate. However, there is a problem that a separate terminal is required for mounting on a circuit board, which increases a mounting area and that the number of components cannot be reduced.
[0009]
As the miniaturization further progresses, it is necessary to keep a certain distance between the electrodes facing the end face electrodes in order to prevent a short circuit, and there is a problem that the facing area between the positive electrode and the negative electrode becomes narrow, and it is difficult to obtain a high energy density.
[0010]
Patent Literature 2 proposes a stacked battery that has been subjected to a current collection process capable of simplifying the process.
[0011]
According to the proposal disclosed in Patent Document 2, in a stacked battery having a stacked electrode body in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are stacked, an electrode sheet provided with a portion where an electrode mixture layer is not formed is stacked. A laminated electrode body is formed, the electrode mixture layer non-formed portion, that is, a portion composed of only the metal foil current collector is projected, and further, this portion is overlapped by being bent in parallel with the laminated end surface of the laminated electrode body, By adopting the current collection processing method of joining a plate-shaped current collection terminal member to the overlapped portion, the number of work steps required for the current collection processing can be significantly reduced, and The dead space and the weight of the battery itself can be reduced, and a high-energy-density stacked battery with low manufacturing cost can be obtained.
[0012]
However, although the stacked battery according to the proposal can suppress a dead space, it requires a space for joining a current collecting terminal member that is still protruded even if the size is reduced, and is not suitable for miniaturization from the viewpoint of high energy density. is there.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a mountable stacked battery capable of obtaining a high energy density even when downsized.
[0014]
[Patent Document 1] JP-A-6-231776 (page 2, line 30 to line 37, page 3, line 34 to line 37, page 23, line 23 to line 30)
[Patent Document 2] JP-A-2000-260417 (page 3, line 50 to page 4, line 17)
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies in consideration of the above-described problems such as miniaturization, dead space, production efficiency, and cost, and have led to the present invention. That is, the invention according to claim 1 includes a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates that are alternately arranged, and an electrode group including an electrolyte between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and a case in which the upper part is opened. In the stacked battery in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are joined to each other with a pair of end electrodes, the end electrodes are joined to the inner peripheral surface of the casing side wall. Features.
[0016]
The invention according to claim 2 is directed to manufacturing the stacked battery, wherein a plurality of positive electrodes and negative electrodes are alternately arranged, and an electrode group including an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode, After being arranged on the bottom surface of the housing opened at the top, a conductive paste is injected between the inner circumferential surface of the housing side wall and the electrode group, so that the inner circumferential surface of the housing side wall and the positive electrode plate And the inner peripheral surface of the casing side wall and the negative electrode plate are connected to each other.
[0017]
The invention according to claim 3 is characterized in that the inner peripheral surface of the casing side wall is formed in a tapered shape extending from the bottom surface to the opening.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the manufacture of the stacked battery, the conductive paste is applied in advance to an upper portion of an inner peripheral surface of the side wall of the housing when the electrode group is arranged on the bottom surface of the housing. When the pole group is arranged on the bottom surface of the housing, the inner peripheral surface of the housing side wall and the positive electrode plate are connected to each other, and the inner peripheral surface of the housing side wall and the negative electrode plate are connected to each other.
[0019]
The invention according to claim 5 is characterized in that a groove is provided in the inner peripheral surface of the side wall of the housing.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0021]
FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an example of the stacked battery of the present invention. FIG. 1A is a longitudinal sectional view, FIG. 1A is an enlarged sectional view of the positive electrode plate 1 shown in FIG. FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view of the negative electrode plate 2 shown in FIG. 2A, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 2 is a perspective view showing a pole group provided in the stacked battery of the present invention.
[0022]
In the stacked battery 8, a plurality of positive electrodes 1 and negative electrodes 2 are alternately arranged in a package including a housing 9 and a lid 10, and an electrolyte is interposed between the positive electrode 1 and the negative electrode 2. 3 is housed, and the pole group 6 is hermetically sealed in a space formed by the housing 9 and the lid 10.
[0023]
In addition, one electrode exposed portion 4 of the plurality of positive electrode plates 1 constituting the electrode group 6 is connected to one positive electrode extraction portion 13 via the positive electrode end face electrode 7a, and the other of the plurality of positive electrode plates 1 is connected. The electrode exposed portion 4 is connected to the other positive electrode extraction portion 13 via another positive electrode end surface electrode 7a, and one electrode exposed portion 5 of the plurality of negative electrodes 2 forming the electrode group 6 is connected to the negative electrode end surface. While being connected to one negative electrode taking-out part 12 via the electrode 7b, the other electrode exposing part 5 of the plurality of negative electrode plates 2 is connected to the other negative electrode taking-out part 12 via another negative electrode end face electrode 7b. Connected.
[0024]
In the stacked battery 8 of the present invention, since the end surface electrodes are formed on the inner peripheral surface of the housing side wall, there is no dead space between the inner peripheral surface of the housing side wall and the electrode group. Accordingly, the energy density of the stacked battery 8 can be increased, and the size can be further reduced as compared with the conventional stacked battery.
[0025]
Further, since the stacked battery 8 of the present invention has a plurality of positive electrodes and negative electrodes alternately arranged, it is not necessary to increase the distance between the end face electrode and the facing electrode in order to prevent a short circuit even if the size is reduced, The facing area between the positive electrode and the negative electrode is widened, and a stacked battery having a high energy density can be obtained.
[0026]
In addition, the stacked battery 8 itself can be designed to be compact, and the electrode extraction portions 12 and 13 are integrally formed from the bottom surface of the cavity of the housing 9 to the outer end surface and the lower surface. When mounting on the circuit board, the mounting area can be an area corresponding to the size of the stacked battery 8, so that the mounting density on the circuit board can be increased.
[0027]
By the way, in the stacked battery 8 of the present invention, a conductive agent, a binder, an organic solvent, and, if necessary, a filler or a solid electrolyte are added to the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 to a conventionally used active material. A composite material obtained by drying the produced slurry can also be used.
[0028]
As the active material used for the electrode material, for example, as the active material for the positive electrode, lithium cobalt oxide, lithium manganate, manganese dioxide, vanadium pentoxide, or the like can be used. For example, a carbon material, lithium titanate, molybdenum oxide, or the like can be used. Note that a lithium aluminum alloy can also be used as an active material for the negative electrode.
[0029]
In addition, in order to smoothly transfer electrons in the electrode material and to effectively use the active material, it is preferable to provide a current collector. For example, if a current collector is attached via a conductive paste, good. (A ′) and (a ″) in FIG. 1 are enlarged views of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 in FIG. 1 (a), wherein 1a is a positive electrode material, 1b is a conductive paste, and 1c is a metal foil. 2a denotes a negative electrode material, 2b denotes a conductive paste, and 2c denotes a current collector made of a metal foil. When a current collector is used, the performance can be further improved by forming electrode materials on both surfaces of the current collector as shown in FIGS. 1 (a ′) and (a ″). Needless to say, in the positive electrode plate or the negative electrode plate disposed on the uppermost layer of the electrode group and the positive electrode plate or the negative electrode plate disposed on the lowermost layer, the electrode material may be formed only on one surface of the current collector. .
[0030]
As the current collector, a metal foil having a small electric resistance is preferable. In particular, it is preferable to use an aluminum foil for the positive electrode and a copper foil for the negative electrode. Note that an aluminum foil may be used as the current collector for the negative electrode unless the active material is melted depending on the operating voltage range.
[0031]
On the other hand, there are several types of the electrolyte 3 such as a gel electrolyte, a polymer solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte. Particularly, when a solid electrolyte composed of a polymer or an inorganic substance is used, the electrolyte 3 does not contain an electrolytic solution. There is no need to worry, and a highly reliable stacked battery 8 can be provided.
[0032]
Specifically, when a polymer solid electrolyte is used, lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ], etc. A polymer material such as polyethylene oxide or polypropylene oxide in which a supporting electrolyte is dissolved, an ethylene oxide-propylene oxide random copolymer having a crosslinked structure, or polyacrylonitrile can be used.
[0033]
In the case of using an inorganic solid electrolyte, oxysulfide glass (Li 2 S-SiS 2 -Li X MO 4), LISICON [Li 12 Zn (GeO 4) 4] based crystal material, LIPON (Li 3 PO 4- X N X ) A crystal material or the like can be used.
[0034]
The positive electrode end electrode 7a and the negative electrode end electrode 7b formed on the inner peripheral surface of the casing side wall are preferably formed of a conductive resin material.
[0035]
As the conductive resin material for forming the positive electrode end face electrode 7a and the negative electrode end face electrode 7b, a commercially available conductive paste can be used. Generally, various carbon materials such as graphite and carbon black, and fine metal powders such as gold, silver, copper, and nickel are added to the conductive paste to impart conductivity. In selecting the material, an additive which is electrochemically stable may be appropriately selected and used.
[0036]
Further, as a material forming the housing 9 accommodating the electrode group 6, a thermosetting resin such as a phenol resin, an epoxy resin, an imide resin, a phenylene ether resin, and an acrylic resin, or aluminum oxide, aluminum nitride, mullite, and carbonized Insulating ceramics such as silicon, silicon nitride, and glass ceramics can be used.
[0037]
As a material for forming the lid, a metal plate such as SUS or aluminum can be used in addition to the material for forming the housing. In particular, insulating ceramics are excellent in airtightness, heat resistance, and moisture resistance, can effectively prevent the electrode group 6 from being exposed to the outside air, and provide a highly reliable stacked battery 8. be able to.
[0038]
Note that a commercially available sealing epoxy resin or low-melting glass may be used for the sealing material 11 that joins the housing 9 and the lid 10.
[0039]
When a thermosetting resin is used for the housing 9 and the lid 10, a metal lead frame may be used for the positive electrode taking-out portion 13 and the negative electrode taking-out portion 12 and may be formed by integral molding. .
[0040]
Next, a method for manufacturing a stacked battery according to the present invention will be described.
[0041]
First, a positive electrode material to be the positive electrode plate 1 and a negative electrode material to be the negative electrode plate 2 are manufactured.
[0042]
Next, a positive electrode group 6 in which the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 are arranged so as to intersect in the order of positive electrode plate 1-electrolyte 3-negative electrode plate 2-electrolyte 3-positive electrode plate 1 is prepared.
[0043]
As a method of forming the end face electrode which is a feature of the stacked battery of the present invention on the inner peripheral surface of the side wall of the housing, the cut-out electrode group 6 is divided into a pair of the positive electrode extraction sections 13 and a pair of the negative electrode extraction sections. The conductive paste is poured into a gap between the electrode group 6 formed on the bottom surface of the housing 9 having the portion 12 and the inner peripheral surface of the side wall of the housing 9, and then the conductive paste is thermally cured, An end face electrode is formed.
[0044]
Further, as shown in FIG. 4, if the case is formed such that the inner peripheral surface of the case side wall is formed in a tapered shape extending from the bottom surface to the opening, the pole group 6 can be smoothly inserted into the case 9. As a result, the portion serving as an inlet for the conductive paste is widened, so that the conductive paste is easily injected, and the working efficiency is improved.
[0045]
In addition, when using a housing in which the inner peripheral surface of the housing side wall is formed in a tapered shape that extends from the bottom surface to the opening, the electrode group 6 is more smoothly formed by having a cross-sectional shape as shown in FIG. , And can be stably inserted into the housing 9.
[0046]
In addition, by previously applying a conductive paste to be an end surface electrode to the upper portion on the inner peripheral surface side of the housing, the electrode group can be inserted into the housing while transferring the conductive paste to the end surface of the electrode group.
[0047]
Therefore, the mounting of the pole group on the housing and the formation of the end face electrodes can be performed at the same time, and the work efficiency can be greatly improved.
[0048]
When a groove is provided in the upper part of the inner peripheral surface of the housing as shown in FIG. 3, a conductive paste serving as an end surface electrode can be easily applied in advance to the groove, and the conductive paste in the groove can be applied to the electrode. The pole group can be inserted into the housing while being transferred to the end face of the group. The grooves formed on the inner peripheral surface of the housing may have the shapes shown in FIGS. 4A, 4B, and 4C.
[0049]
After forming the positive electrode end face electrode 7a and the negative electrode end face electrode 7b in this way, the lid 10 is covered, joined to the housing 9 via the sealing material 11, and hermetically sealed, whereby the stacked battery of the present invention is obtained. can get.
[0050]
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0051]
【Example】
(Example)
A stacked battery of the present invention in which the positive electrode end electrode 7a and the negative electrode end electrode 7b were formed on the inner peripheral surface of the casing side wall was manufactured as follows.
[0052]
<Production of positive electrode plate and negative electrode plate>
The slurry for a positive electrode and the slurry for a negative electrode obtained on a polyethylene terephthalate (PET) film were applied by a doctor blade method, and then dried to produce a formed sheet.
[0053]
The resulting green body sheet was fired in air (500 to 800) ° C. for 3 hours to obtain a negative electrode made of a sintered body of the active material. Further, an aluminum foil was used as a current collector, and a positive electrode and a negative electrode were attached to both surfaces of the aluminum foil via a conductive paste, whereby a positive electrode plate 1 and a negative electrode plate 2 were produced.
[0054]
<Preparation of pole group>
Next, the obtained positive electrode plate 1 and negative electrode plate 2 were arranged so as to intersect with each other as shown in FIG. 2, and an electrode group 6 having an electrolyte 3 between the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2 was produced. .
[0055]
<Formation of end face electrode>
The obtained electrode group 6 is arranged on the bottom surface of the housing 9 having the pair of positive electrode extraction portions 13 and the pair of negative electrode extraction portions 12, and the electrode group 6 and the inner periphery of the side surface of the housing 9 are disposed. The conductive paste was poured into a gap formed therebetween, and thereafter, the conductive paste was thermally cured to form an end face electrode.
[0056]
<Sealing>
The lid 10 was joined to the housing 9 via an insulating adhesive, and then cured to produce a stacked battery.
[0057]
(Comparative Example 1)
An end face electrode is formed by using a housing having the same dimensions as the housing used in the embodiment, and joining a plate-shaped current collecting terminal member to both electrode exposed portions 4 and 5 of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2. Was formed.
[0058]
Attempts were made to manufacture a stacked battery in the same manner as in the example in the steps other than the step of forming the end face electrodes, but with the same electrode group dimensions as in the example, insert the battery into a housing having the same dimensions as in the example. Therefore, the dimensions of the electrode group were reduced, and a stacked battery was manufactured.
[0059]
(Comparative Example 2)
A casing having the same dimensions as the casing used in the example, in which each of the elastic electrode extraction portions is extended, is manufactured and directly pressed into contact with both electrode exposed portions 4 of the positive electrode plate 1 and the negative electrode plate 2. End electrodes were formed by the configuration and method of a stacked battery directly contacted with No. 5.
[0060]
In using the housing extended from each of the electrode extraction portions having elasticity, in a step other than the formation of the end face electrodes, an attempt was made to produce a stacked battery in the same manner as in the example, but as in the example. Since the electrode group could not be inserted into the casing inside the casing having the same dimensions as the example, the dimensions of the electrode group were reduced, and a stacked battery was manufactured.
[0061]
(Evaluation)
Charge / discharge measurements were performed on the stacked batteries obtained in the examples and the stacked batteries obtained in Comparative Examples 1 and 2 to determine actual measured values of discharge capacity. The energy density was calculated from the obtained discharge capacity. The energy density was calculated by the following equation.
[0062]
Energy density (Wh / l) = (voltage (V) × capacity (Ah)) / volume (l)
The results are as shown in Table 1.
[0063]
[Table 1]
From Table 1, the discharge capacity and the energy density of the stacked batteries obtained in the examples were higher than those of the stacked batteries obtained in Comparative Examples 1 and 2, and the stacked batteries according to the examples had high performance. You can see that there is.
[0064]
In the end face electrode structure of the stacked battery according to Comparative Example 1, a space for joining the current collecting terminal members is required, and a dead space not directly related to the electrochemical reaction occurs. For this reason, the facing area of the electrode was reduced to 0.86 cm 2 as compared with the example, and the discharge capacity was accordingly 1.13 mAh.
[0065]
Further, in the end face electrode structure of the stacked battery according to Comparative Example 2, a space for generating a repulsive force of the elastic body is required to reliably press-contact and secure the electrical connection. Dead space that is not directly related to the reaction occurs. For this reason, the facing area of the electrodes has to be reduced, and is remarkably reduced with a discharge capacity (0.78 mAh) of 0.57 cm 2 as compared with the embodiment.
[0066]
These facts indicate that the stacked batteries of Comparative Examples 1 and 2 have limitations in miniaturization and high energy density.
[0067]
On the other hand, in the stacked battery according to the embodiment, since the end surface electrodes are formed on the inner surface of the housing, almost all the space in the housing can be used for components directly related to the electrochemical reaction. It is possible.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the invention according to claim 1, a plurality of positive electrodes and negative electrodes are alternately arranged, and an electrode group including an electrolyte between the positive electrode and the negative electrode is opened at an upper portion. In the stacked battery in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are joined to each other with a pair of end electrodes, the end electrodes are joined to the inner peripheral surface of the casing side wall. Thus, the energy density of the stacked battery can be increased, and the size can be further reduced as compared with the conventional stacked battery.
[0069]
Further, since the battery itself can be designed compactly, the mounting area on the circuit board can be an area corresponding to the size of the battery, so that the mounting density on the circuit board can be increased.
[0070]
According to the invention according to claim 2, in manufacturing a stacked battery, a plurality of positive electrode plates and negative electrode plates are alternately arranged, and an electrode group including an electrolyte between the positive electrode plate and the negative electrode plate is provided. After being arranged on the bottom surface of the housing opened at the top, a conductive paste is injected between the inner circumferential surface of the housing side wall and the electrode group, so that the inner circumferential surface of the housing side wall and the positive electrode are The plates and the inner peripheral surface of the casing side wall and the negative electrode plate are connected to each other, so that a small-sized high-energy-density stacked battery can be manufactured.
[0071]
According to the third aspect of the present invention, since the inner peripheral surface of the side wall of the housing is formed in a tapered shape extending from the bottom surface to the opening, the pole is hardly inserted into the housing due to downsizing. The group 6 can be smoothly inserted into the housing 9 and, in addition, the portion serving as an inlet for the conductive paste is widened, so that the conductive paste is easily injected, and the production efficiency is improved.
[0072]
According to the invention according to claim 4, in manufacturing the stacked battery, when disposing the electrode group on the bottom surface of the housing, the conductive paste is applied to an upper portion of an inner peripheral surface of the housing side wall in advance. By doing so, the electrode group can be inserted into the housing while transferring the conductive paste to the end face of the electrode group. Therefore, the pole group can be arranged on the housing and the end electrodes can be formed at the same time, and the work efficiency can be greatly improved.
[0073]
According to the fifth aspect of the present invention, since the groove is provided in the upper portion of the inner peripheral surface of the housing, the conductive paste serving as the end surface electrode can be easily applied in advance to the groove, and the conductive paste in the groove can be easily applied. The electrode group can be inserted into the housing while the conductive paste is transferred to the end face of the electrode group. Therefore, the mounting of the pole group on the housing and the formation of the end face electrodes can be performed at the same time, and the production efficiency can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an example of a stacked battery of the present invention, in which (a) is a longitudinal sectional view, (a ′) is an enlarged sectional view of the positive electrode plate 1 of (a), and (a ″) is ( 2A is an enlarged cross-sectional view of the negative electrode plate 2, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a pole group provided in the stacked battery of the present invention.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view for explaining a step of inserting a pole group provided in a stacked battery into a housing according to claims 3 and 5 of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a housing used for the stacked battery of the present invention.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a stacked battery according to claim 4 of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an example of the stacked battery of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode plate 1a ... Positive electrode 1b ... Conductive paste 1c ... Positive electrode collector 2 ... Negative electrode plate 2a ... Negative electrode 2b ... Conductive paste 2c ... Negative electrode Current collector 3 ... Electrolyte 4 ... Positive electrode exposed part 5 ... Negative electrode exposed part 6 ... Pole group 7a ... Positive electrode end face electrode 7b ... Negative electrode end face electrode 8 ··· Stacked battery 9 ··· Housing 10 ··· Lid 11 ··· Sealing material 12 ··· Negative electrode lead-out part 13 ··· Positive electrode lead-out part
