JP3601283B2

JP3601283B2 - 非水電解質電池

Info

Publication number: JP3601283B2
Application number: JP03298398A
Authority: JP
Inventors: 啓一田中; 豊福田; 武広細川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-02-16
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2018-02-16
Also published as: JPH11233075A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話やノートパソコン等に使用される非水電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型化の要求に合わせて、その電源として用いられる電池の小型化の要求が強まっている。電池へのこうした要求を満たすため、薄肉化された電池が検討されており、このような電池として、例えば特開昭５７−１１５８２０号公報に開示されるように、電極及び非水電解液等が包装袋に収容された非水電解質電池が知られている。このような電池では、包装袋は、２枚のシート材を重ね合わせて四辺をシールすることで形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来からある非水電解質電池において、包装袋の全周に沿って形成されたシール部の包袋中に占める割合は、電池の小型化ひいては電子機器等の小型化を図る観点からはできるだけ小さいことが望ましい。このためには、シール部のシール幅を狭くすることが考えられるが、シール部のシール幅は、密封性を確保する点からある程度の幅を確保する必要がある。従って、シール幅を一定幅以下にすることで電池の小型化を図ることには限界があった。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、電子機器等の小型化を図ることができる非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、非水電解質媒体を介して対向する正極及び負極を有する電池ユニットと、電池ユニットを収容する包装袋とを備える非水電解質電池において、包装袋が、電池ユニットを巻回しかつ封止する１枚のシート材から形成され、巻回されたシート材の縁端部同士をシールした第１のシール部を有し、第１のシール部を収容する凹部が電池ユニットに形成されていることを特徴とする。ここで、非水電解質媒体とは、電解質を含有する非水電解液又は固体電解質をいう。
【０００６】
この発明によれば、従来包装袋の全周に形成されていたシール部のうち包装袋の両側のシール部をなくすことができ、包装袋中に占める全シール部の割合が低減される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面と共に本発明による非水電解質電池の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付すこととする。
【０００８】
図１は、本発明の非水電解質電池の第１の実施形態を示す正面図である。
【０００９】
非水電解質電池１０は、非水の溶媒（例えば有機溶媒）に電解質（例えばリチウム化合物）が溶解した非水電解液（非水電解質媒体）を含む単一の電池ユニットを備えており、図１に示す包装袋１内に収容されている。包装袋１の上部からは、周縁部で絶縁体２ａが被覆された第１のリード線２ｂ、周縁部で絶縁体３ａが被覆された第２のリード線３ｂの一端がそれぞれ上方に延びており、外部との電気的な接続を可能としている。
【００１０】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図２に示すように、包装袋１内には、平板状の電池ユニット４が収容されており、電池ユニット４は、非水電解質液５と、非水電解液５に浸されている正極板６及び負極板７と、正極板６と負極板７との間に配置されるセパレータ８とからなる。非水電解液５としては、例えば、プロピレンカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等の有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６のようなリチウム化合物からなる溶質が溶解したものが好適に用いられる。また、正極板６及び負極板７は、集電体と呼ばれる金属箔又はエキスパンデッドメタルの金属基材（図示せず）と、金属基材上に形成された活物質層（図示せず）とからなる。なお、非水電解質媒体としては、固体電解質２２であってもよい。この場合でも、上記の非水電解液５と同様の効果が得られる。なお、この場合、セパレータ８は不要である。
【００１１】
さらに、正極板６の金属基材には、第１のリード線２ｂの一端が、例えばスポット溶接や超音波溶接等によって接続されており、また、その他端は、上述したように包装袋１の外部に延びている。負極板７の金属基材にも、第２のリード線３ｂの一端が、例えばスポット溶接や超音波溶接等によって接続されており、また、その他端は、上述したように包装袋１の外部に延びている。なお、過充電時のリチウムの析出や、過放電時のリチウム合金の形成を抑制する観点から、正極板６に接続される第１のリード線２ｂは、放電時に溶解しないもの、例えばアルミニウム若しくはチタン又はこれらの合金からなるものが用いられ、負極板７に接続される第２のリード線３ｂは、過充電時に析出物が生じたり、又は、電位差が大きくなる過放電時には合金を形成しにくく且つ溶解しにくいもの、例えば、ニッケル若しくは銅又はこれらの合金からなるものが用いられる。
【００１２】
また、包装袋１は、例えばアルミニウムからなる金属箔又は金属層１２をプラスチック層１３、１４が挟持することにより形成された１枚の多層シート材から作られている。この多層シート材は、例えば矩形状である。包装袋１の内側に設けられたプラスチック層１３としては、例えばマレイン酸変性ポリオレフィン（例えば、マレイン酸変性ポリエチレン）が用いられ、プラスチック層１４としては、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）が用いられる。
【００１３】
包装袋１は、平板状の電池ユニット４の周りに巻回された１枚の矩形の多層シート材の短辺側の縁端部同士をシールした第１のシール部１８と、第１のシール部１８により多層シート材に形成された２つの開口端のうち一方の開口端をシールした第２のシール部１６と、２つの開口端のうち他方の開口端をシールした第３のシール部１７とを有しており、包装袋１は、これら第１、第２及び第３のシール部１８、１６、１７により封止されている。
【００１４】
より詳細に述べると、第１のシール部１８は、第２のシール部１６から第３のシール部１７まで延びており、図３に示すように、包装袋１の表面から突出している。この第１のシール部１８は、矩形の多層シート材を巻回し、短辺側の縁端部同士を重ね合わせて、プラスチック層１３ａ、１３ｂを熱融着することで形成されるものである。また、第２のシール部１６は、主として、多層シート材の一方の開口端（長辺側の縁端部）同士を重ね合わせて、対向するプラスチック層１３ｃ，１３ｄを熱融着することにより形成されており、第１のリード線２ｂ、第２のリード線３ｂについては、その周縁部に被覆された絶縁体２ａ、３ａとプラスチック層１３ｃ，１３ｄとが熱融着されている（図２参照）。一方、第３のシール部１７も、多層シート材の他方の開口端同士を重ね合わせて、プラスチック層１３ｅ，１３ｆを熱融着することで形成されている（図２参照）。
【００１５】
このような構成の非水電解質電池１０によれば、従来包装袋の全周に設けられていたシール部のうち包装袋の両側のシール部を取り除き、包装袋１に第１のシール部１８を１つ設けることとしたので、包装袋１中に占める全シール部、即ち第１、第２及び第３のシール部１８、１６、１７の割合が低減される。この結果、従来の非水電解質電池の包装袋と比べて、非水電解質電池１０を収容する電池収容ケース（図示せず）の容積を小さくすることが可能となり、ひいては電池１０を内蔵する電子機器等の小型化を図ることができる。また、非水電解質電池１０の体積エネルギー密度を向上させることもできる。更に、包装袋１中に占める全シール部の割合を低減すべく、第１のシール部１８、第２のシール部１６及び第３のシール部１７の各シール幅を狭くしなくても済むので、包装袋１の密封性が十分に確保される。
【００１６】
次に、非水電解質電池１０の製造方法について説明する。はじめに、正極板６の製造方法について説明する。
【００１７】
まず、正極６の活物質を適当な溶剤に溶解してペースト状にした後、アルミニウム箔のような金属基材上に、第１のリード線２ｂの接続される箇所を除いて塗布する。その後、活物質を乾燥してローラプレスを行うと、正極板６が得られる。次に、負極７の活物質を銅箔のような金属基材上に塗布する点を除き、実質的に正極板６の作製方法と同様にして、負極板７を作製する。
【００１８】
このようにして得られた正極板６と負極板７との間に、例えばポリプロピレンからなる微多孔のセパレータ８を配置する。次に、断面が矩形の例えばアルミニウムからなる正極板用の第１のリード線２ｂと、断面が矩形の例えば銅からなる負極板用の第２のリード線３ｂとを用意する。そして、このような第１及び第２のリード線２ｂ、３ｂの周縁部に絶縁層２ａ，３ａを被覆する。その後、正極板６及び負極板７の活物質が塗布されなかった金属基材を、超音波溶接により第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂとそれぞれ接続する。その後、セパレータ８と、正極板６及び負極板７との間に非水電解液５を注入し、電池ユニット４を得る。
【００１９】
次に、表面にマレイン酸変性ポリオレフィンからなる層１３を含み、且つ、内部に金属箔又は金属層１２を含む多層シート材を用意し、この多層シート材を適当な寸法の矩形に切断する。次に、第１のリード線２ｂと第２のリード線３ｂが接続された電池ユニット４の周りに、マレイン酸変性ポリオレフィンの層１３を内側にして多層シート材を巻き付ける。そして、多層シート材の短辺側の縁端部同士を重ね合わせ、内側層１３の縁端部１３ａ，１３ｂを、シール機を用いて所定の加熱条件下で所望のシール幅だけ熱融着する。こうして第１のシール部１８が形成される。このとき多層シート材は筒状となっている。
【００２０】
そして、この筒状の多層シート材に形成された２つの開口端のうち一方の開口端の周縁部によって第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの絶縁体を挟み込み、シール機を用いて、所定の加熱条件下で所望のシール幅だけ熱融着すると、第２のシール部１６が形成される。次いで、筒状の多層シート材の他方の開口端の周縁部同士を重ね合わせ、シール機を用いて、所定の加熱条件下で所望のシール幅だけ熱融着すると、第３のシール部１７が形成される。こうして、非水電解質電池１０が得られる。
【００２１】
次に、本発明の非水電解質電池の第２の実施形態について説明する。この実施形態に係る非水電解質電池は、以下の点で上記実施形態の非水電解質電池１０と異なる。すなわち、図４に示すように、電池ユニット４が、並設された第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの周りに渦巻き状に巻回されて形成されたものとなっており、更にこの電池ユニット４に、第１のシール部１８を収容する凹部２１が形成されている。また、電池ユニット４は、図５に示すように、相互に対向する正極板６及び負極板７と、これらの間に介在される非水電解質媒体（例えば固体電解質）５とからなり、正極板６又は負極板７の少なくとも一方に絶縁体１９が貼着されている。
【００２２】
この場合、凹部２１により、凹部２１のない非水電解質電池１０に比べて包装袋１の体積が低減され、この結果、電池２０の体積エネルギー密度がより向上する。また、凹部２１に第１のシール部１８を収容できるので、電池２０を収容する電池収容ケース（図示せず）の容積を更に小さくすることができ、ひいては電池２０を内蔵する電子機器等をより一層小型化できる。
【００２３】
なお、本発明は、前述した第１および第２の実施形態に限定されるものではない。例えば、電池ユニット４は、以下のような構造であってもよい。すなわち、電池ユニット４は、図６および図７に示すように、正極板６、負極板７の先端部６ａ，７ａに第１、第２のリード線２ｂ、３ｂがそれぞれ取り付けられ、正極板６の両側にセパレータ８ａ、８ｂが並列に配置されており、正極板６および負極板７が渦巻き状に巻かれた構造であってもよい。なお、このような電池ユニット４は、図６に示すように、正極板６を真っ直ぐに延ばし、その両側に、セパレータ８ａ，８ｂを平行に配置し、次いで負極板７をその先端部７ａが正極板６の先端部６ａとずれるようにして平行に配置し、その後、このセパレータ８ａ，８ｂと、正極板６の先端部６ａを負極板７の先端部７ａの回りに巻きつけた後、正極板６および負極板７を渦巻き状に巻くことで得られる。また、この電池ユニット４には、正極板６と負極板７との間に非水電解液５が含浸されている。
【００２４】
更に、包装袋１を作製するのに使用する多層シート材の形状は矩形に限定されない。例えば正方形でもよい。
【００２５】
次に、実施例及び比較例にしたがって、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２６】
【実施例】
（実施例１）
はじめに、正極板６の作製を以下のように行った。まず、ＬｉＣｏＯ_２粉末（日本化学工業（株）製）１００重量部、グラファイト１０重量部及びポリフッ化ビニリデン１０重量部を、正極の活物質として用い混合した。次に、ＬｉＣｏＯ_２、グラファイト及びポリフッ化ビニリデンの混合物を、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、ペースト状にした。そして、ペースト状にされた混合物を厚さ５０μｍのアルミニウム箔の片面に、第１のリード線２ｂの接続される箇所を除いて塗布した。その後、この混合物を乾燥させてローラプレスを行うと、厚さ０．２ｍｍ、幅１８０ｍｍ及び長さ３５ｍｍの正極板６が得られた。
【００２７】
次に、負極板７を作製した。すなわち、リン状天然黒鉛粉末１００重量部及びポリフッ化ビニリデン２０重量部を、負極の活物質として用い混合した。次に、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、ペースト状にした。そして、ペースト状にされた混合物を厚さ５０μｍの銅箔の両面に、第２のリード線３ｂの接続される箇所を除いて塗布した。その後、その混合物を乾燥させてローラプレスを行うと、厚さ０．２ｍｍ、幅１８０ｍｍ及び長さ３５ｍｍの負極板７が得られた。
【００２８】
次に、正極板用の第１のリード線２ｂとして、厚さが０．１ｍｍで幅が３ｍｍの断面を有する矩形状のアルミニウムの導体を用意した。また、負極用の第２のリード線３ｂとして、厚さが０．１ｍｍで幅が３ｍｍの断面を有する矩形状の銅の導体を用意した。そして、このような第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの周縁部に内層と外層からなる絶縁層を被覆した。内層としてはマレイン酸変性ポリエチレンを用い、外層としてはエチレン−ビニルアルコール共重合体を用いた。その後、正極板６の活物質が塗布されなかったアルミニウム箔を、超音波溶接により第１のリード線２ｂに接続した。また、負極板７の活物質が塗布されなかった銅箔を、超音波溶接により第２のリード線３ｂに接続した。
【００２９】
このようにして得られる正極板６を真っ直ぐに延ばし、その両側に、ポリプロピレンからなる微多孔のセパレータ８ａ，８ｂを平行に配置し、次いで負極板７を図６に示すように、その先端部７ａが正極板６の先端部６ａとずれるようにして平行に配置した。各セパレータ８ａ、８ｂの厚さは３０μｍとした。
【００３０】
更に、このセパレータ８ａ，８ｂと、正極板６の先端部６ａを負極板７の先端部７ａの回りに巻きつけた後、図７に示すように、正極板６および負極板７を渦巻き状に巻いて厚さ４．８ｍｍ、幅２９ｍｍ、長さ３５ｍｍの電極ユニットを得た。
【００３１】
その後、この電極ユニットに２ｃｃの非水電解液を含浸させて電池ユニット４を得た。非水電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比率で１：１に混合した溶媒中に、六フッ化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解したものを用いた。
【００３２】
次に、包装袋１を作製した。まず、マレイン酸変性ポリエチレン、アルミニウム箔及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）をそれぞれ厚さ２５μｍ、２５μｍ、１００μｍとして積層したシート状の多層シート材を用意し、長さ８０ｍｍで幅が５０ｍｍの矩形に切断した。次に、第１のリード線２ｂと第２のリード線３ｂが接続された電池ユニット４の周りに、マレイン酸変性ポリエチレンの層を内側にして多層シート材を巻き付けた。そして、多層シート材の内側層の向かい合う縁端部１３ａ，１３ｂ同士を重ね合わせ、シール機を用いて、２００℃で５秒間加熱する熱融着を行い、シール幅５ｍｍの第１のシール部１８を形成した。
【００３３】
このようにして形成された筒状の多層シート材の２つの開口端のうち一方の開口端の周縁部によって第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの絶縁体を挟み込み、シール機を用いて、第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの絶縁体の外層と包装袋１の周縁部の内側層とを２００℃で５秒間加熱して熱融着を行い、シール幅４ｍｍの第２のシール部１６を形成した。そして、筒状の多層シート材の他方の開口端の周縁部同士を重ね合わせ、シール機を用いて、２００℃で５秒間加熱する熱融着を行い、シール幅４ｍｍの第３のシール部１７を形成した。こうして、厚さ５．３ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４８ｍｍの非水電解質電池を得た。
【００３４】
この電池の定格は、容量４００ｍＡｈ、電圧３．６Ｖであった。また、この電池を内蔵するのに必要な容積は７．６ｃｍ^３であり、これを占有体積としたときの体積エネルギー密度は１８９Ｗｈ／ｌであった。
【００３５】
（実施例２）
実施例１で得られた電池ユニット４を平面上に固定し、この電池ユニット４に対し、図８（ａ）に示すように第１のリード線２ｂと第２のリード線３ｂとの間５ｍｍ幅にわたって３ｋｇｆ／ｃｍ^２の力を加えて、図８（ｂ）に示すように深さ０．３ｍｍの凹部３０を形成した。こうして得られた電池ユニット４に対して、実施例１と同様にして包装袋１を作製し、厚さ５．０ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ４８ｍｍの非水電解質電池を得た。
【００３６】
この電池の定格は、容量４００ｍＡｈ、電圧３．６Ｖであった。また、この電池を内蔵するのに必要な容積は７．２ｃｍ^３であり、これを占有体積としたときの体積エネルギー密度は２００Ｗｈ／ｌであった。
【００３７】
（比較例１）
電池ユニット４は、実施例１と同様にして作製した。また、包装袋１は、以下のようにして作製した。
【００３８】
すなわち、マレイン酸変性ポリエチレン、アルミニウム箔及びＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）をそれぞれ厚さ２５μｍ、２５μｍ、１００μｍとして積層したシート状の多層シート材を２枚用意し、長さ４５ｍｍで幅が５０ｍｍの矩形に切断した。次に、多層シート材の内側層が対向するように多層シート材を重ね合わせた。この状態で、シール機を用いて、矩形の３辺を２００℃で５秒間加熱して、シール幅が４ｍｍとなる熱融着を行い、袋状になった多層シート材を得た。次に、第１のリード線２ｂと第２のリード線３ｂが接続された電池ユニット４を、袋状になった多層シート材の開口部を通して挿入し、この開口部の周縁部によって第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの絶縁体を挟み込み、シール機を用いて、第１のリード線２ｂ及び第２のリード線３ｂの絶縁体の外層と包装袋の開口部の周縁部の内側層とを２００℃で５秒間加熱して熱融着を行い、シール幅４ｍｍのシール部を形成した。こうして、厚さ５ｍｍ、幅４０ｍｍ、長さ４８ｍｍの非水電解質電池を得た。
【００３９】
この電池の定格は、容量４００ｍＡｈ、電圧３．６Ｖであった。また、この電池を内蔵するのに必要な容積は９．６ｃｍ^３であり、これを占有体積としたときの体積エネルギー密度は１５０Ｗｈ／ｌであった。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、包装袋中に占める全シール部の割合が低減される。この結果、電池を電池収容ケースなどに収容する場合に、ケースの容積を小さくすることができ、ひいては電池を内蔵する電子機器等の小型化を図ることができ、非水電解質電池の体積エネルギー密度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による非水電解質電池の第１の実施形態を示す正面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】図４は、本発明による非水電解質電池の第２の実施形態を概略的に示す横断面図である。
【図５】図５は、電池ユニットの変形例を示す断面図である。
【図６】図６は、電池ユニットの別の変形例における渦巻き状に巻かれる前の電極ユニットを示す断面図である。
【図７】図７は、渦巻き状に巻かれた電極ユニットを示す断面図である。
【図８】図８（ａ）は、実施例１に係る電池ユニットの概略平面図であり、（ｂ）は、実施例２に係る電池ユニットの概略平面図である。
【符号の説明】
１…包装袋、４…電池ユニット、５…非水電解液（非水電解質媒体）、６…正極板（正極）、７…負極板（負極）、１６…第２のシール部、１７…第３のシール部、１８…第１のシール部、２１…凹部、２２…固体電解質（非水電解質媒体）、３０…凹部。

Claims

非水電解質媒体を介して対向する正極及び負極を有する電池ユニットと、前記電池ユニットを気密に収容する包装袋とを備える非水電解質電池において、
前記包装袋が、前記電池ユニットを巻回する１枚のシート材から形成され、前記巻回されたシート材の縁端部同士をシールした第１のシール部を有し、
前記第１のシール部を収容する凹部が、前記電池ユニットに形成されていることを特徴とする非水電解質電池。
前記包装袋が、前記第１のシール部により前記シート材に形成される２つの開口端のうち一方の開口端をシールした第２のシール部と、前記２つの開口端のうち他方の開口端をシールした第３のシール部とを更に有することを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
前記電気ユニットが渦巻き状に巻回して形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の非水電解質電池。