JPH0896838A

JPH0896838A - リチウムイオン二次電池

Info

Publication number: JPH0896838A
Application number: JP22708094A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Hirosachi; 信義廣幸; Yukichi Kobayashi; 佑吉小林; Isao Kaneko; 勲金子; Minoru Inoue; 実井上; Tomiichi Koyama; 富一小山
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】大型化に好適なリチウムイオン二次電池を得
る。【構成】金属材料に正極活物質合剤を塗布した正極と
金属材料に負極活物質合剤を塗布した負極をセパレータ
ーを挟んで交互に積層する単電池からなるリチウムイオ
ン二次電池において、電極を多層積層し、電極の金属材
料の耳の部分を、正極及び負極に分離してそれぞれ導電
体に電気的・熱的に接続して集電体を形成するに当た
り、正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離してそ
れぞれ複数枚束ねて、この導電体で挟み、その電極の耳
の部分の端部とこの導電体を溶接して構成された金属の
面を単電池内部の電解液と分離し、この金属の面に冷媒
を流して充放電時に単電池内部に蓄積される熱を取り出
し、単電池内部の温度上昇を防止するとともに、この導
電体を通して電気を取り出すように構成することを特徴
とするリチウムイオン二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リチウムイオン二次電
池に関するものであり、特に、電気自動車用、電力のロ
ードレベリング用など、大容量でエネルギー密度が高
く、且つメンテナンスフリーの要求が高い分野で使用さ
れる角型リチウムイオン二次電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、軽量化に対応
して、その電源として、軽量で小型としては容量の大き
い、エレクトロニクス用のリチウムイオン二次電池が実
用化され、ハンディビデオカメラや携帯用パソコン等に
使われている。しかし、その容量は大きくて、５〜２０
Ｗｈ程度であり、円筒型が多い。一方、環境問題等から
電気自動車が世の中の注目を引いており、又、夜間電力
を有効活用するための電力のロードレベリングの必要性
が高まっている。従って、これらに必要な大容量で、コ
ストが安く、メンテナンスフリーの二次電池に対する要
求が高まっている。しかし、この分野で広く使われてい
る鉛蓄電池は、エネルギー密度が低く、重くて使いにく
い。更に、メンテナンスの面でも、補水など手間が掛か
る上、充放電サイクル寿命も６００サイクル程度と寿命
が短く、結果的に電池に掛かるコストも高くなってい
る。一部にニッケル・カドミウム電池も使用されている
が、エネルギー密度も充分に高くなく、鉛蓄電池と較べ
てコストが高いので、余り広くは使われていない。これ
らの他、ニッケル亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池も試
験的に電気自動車用に使用されているが、前者は充放電
サイクル寿命が短いこと、後者は危険性が高いなどの問
題点を孕んでいる。

【０００３】リチウムイオン二次電池はエネルギー密度
が高く、且つ密閉型でメンテナンスフリーであるので、
これらの用途に対して適しているが、従来は大型のもの
は実用化されていない。これらの用途に供するには１，
０００〜５，０００Ｗｈ程度の容量のものが必要であ
り、従来実用化されているものの１００倍以上の容量の
ものを作る必要がある。従来実用化されているリチウム
イオン二次電池は円筒型が主流であるが、電気自動車
用、ロードレベリング用などに必要な１，０００〜５，
０００Ｗｈ級のものは金属箔等に正極活物質合剤を塗布
した正極と金属箔等に負極活物質合剤を塗布した負極を
セパレーターを挟んで交互に積層する構造の３〜４Ｖの
単電池を２個以上直列に接続して組電池を構成する角型
電池となる。このような角形リチウムイオン二次電池は
まだ実用化されていない。又従来は、電気自動車用に適
した、大型で、強靱性、耐振動性、耐衝撃性の優れたリ
チウムイオン二次電池も実用化されていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン二次電
池を電気自動車用やロードレベリング用などに必要な大
容量の二次電池として使用する場合、先ず、これを大容
量化することが必要である。その場合、リチウムイオン
二次電池は所謂、角型となる。それは、構成する各単電
池は数十枚から１００枚前後の電極を負極・正極交互に
セパレーターを挟んで積層したものとなり、普通この単
電池を直列に接続したものを組電池とすることとなる。
特に電気自動車用等に使用する場合は、大型化すると共
に、その強靱性、耐振動性、耐衝撃性が要求される。そ
のためには、電極そのものの充放電サイクル寿命、強靱
性、耐振動性、耐衝撃性が高いことが必要であるが、電
極を多層積層した単電池の構造も、強靱性、耐振動性、
耐衝撃性が高くなるように工夫する必要がある。このよ
うに、リチウムイオン二次電池を大型化し、強靱性、耐
振動性、耐衝撃性を高めることが求められている。

【０００５】又、リチウムイオン二次電池は大型化する
と、充放電時に電池の内部で発生する熱が、電池内部に
蓄熱し、電池の内部温度が上昇して、電池の許容温度を
越えることがあるので、これを外部に放散する必要があ
る。特に電気自動車用では急速充放電に耐える二次電池
に対する要請が強く、従来のリチウムイオン二次電池で
は、急速充電したり、充放電を繰り返す間に電池の内部
に蓄熱し、電池の内部温度が上昇し、電池の許容温度を
越えると言う課題があった。本発明者は、先に、特願平
６−６７２４６号において、リチウムイオン二次電池の
内部で発生する熱を、集電体の導電体を単電池毎に、電
池の容器の壁を貫通させて外に出し、そこで冷媒と接触
させて放散させる構成のリチウムイオン二次電池を提案
した。しかし、この場合、導電体の金属の熱伝導伝熱が
十分大きくないので、さらに工夫が必要である。そこ
で、本発明者は、これらの課題を解決すべく種々検討を
行い本発明に到達した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の要旨は、
金属材料に正極活物質合剤を塗布した正極と金属材料に
負極活物質合剤を塗布した負極をセパレーターを挟んで
交互に積層する単電池からなるリチウムイオン二次電池
において、電極を多層積層し、電極の金属材料の耳の部
分を、正極及び負極に分離してそれぞれ導電体に電気的
・熱的に接続し、集電体を形成するに当たり、正極及び
負極の金属材料の耳の部分を、分離してそれぞれ複数枚
束ねて、この導電体で挟み、その電極の耳の部分の端部
とこの導電体をこの端部の先端の側から溶接して構成さ
れた金属の面に、冷媒を流し、単電池の内部で発生した
熱を放散すると共に、この導電体を通して電気を取り出
すように構成することを特徴とするリチウムイオン二次
電池にある。以下、本発明を詳細に説明する。

【０００７】まず、本発明におけるリチウムイオン二次
電池の構成要素は、少なくとも負極、正極、セパレータ
ー、非水電解液からなり、負極活物質としてはリチウム
をインターカーレーション又はドーピングできる炭素材
が一般的であり、正極活物質とはリチウムを吸蔵又はイ
ンターカーレーションできるＬｉ_xＣｏＯ₂等の金属酸
化物系化合物、Ｌｉ_xＴｉＳ₂等のカルコゲナイト系化
合物等である。

【０００８】負極は負極活物質と粘結剤（バインダー）
〔負極合剤〕を溶媒でスラリー化したものを銅等の金属
の箔等に塗布し、乾燥したもので、場合によってはロー
ル処理等を施したものである。正極は正極活物質と粘結
剤（バインダー）と導電剤〔正極合剤〕を溶媒でスラリ
ー化したものをアルミニウム等の金属の箔等に塗布し、
乾燥したもので、場合によってはロール処理等を施した
ものである。セパレーターとしては、多孔性の合成樹脂
の薄膜、例えば２５μｍ厚さのポリプロピレン樹脂の多
孔性の薄膜、２０μｍ厚さのポリエチレン樹脂の多孔性
の薄膜等が使用されるが、これらに限るものではない。

【０００９】非水電解液は、リチウム塩を有機溶媒に溶
解したものが使用される。リチウム塩は特に限定されな
いが、例えば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌ
Ｏ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等が挙げられ
る。有機溶媒は特に限定されないが、例えば、カーボネ
ート類、エーテル類、ケトン類、スルホラン系化合物、
ラクトン類、ニトリル類、塩素化炭化水素類、アミン
類、エステル類、アミド類、燐酸エステル系化合物、等
を使用することができる。

【００１０】これらの代表的なものを列挙すると、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレン
カーボネート、テトラヒドロフラン、２メチルテトラヒ
ドロフラン、１，４ジオキサン、４メチル・２ペンタノ
ン、スルホラン、３メチルスルホラン、γブチロラクト
ン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、アセトニト
リル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニト
リル、バレロニトリル、１，２ジクロロエタン、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、燐酸トリメチ
ル、燐酸トリエチル等及びこれらの混合溶媒がある。

【００１１】負極・正極の粘結剤としては、例えば、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリテトラフッ化エチレン、ＥＰ
ＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）、
ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）、ＮＢＲ（アクリ
ロニトリル−ブタジエンゴム）、フッ素ゴム、等が使用
されるが、これらに限るものではない。正極の導電剤と
しては、黒鉛の微粒子、アセチレンブラック等のカーボ
ンブラック、ニードルコークス等無定形炭素の微粒子、
等が使用されるが、これらに限るものではない。

【００１２】負極の負極合剤、正極の正極合剤をスラリ
ーにする溶媒としては、通常は粘結剤を溶解する有機溶
媒が使用される。例えば、Ｎメチルピロリドン、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセンアミド、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メ
チル、ジエチルトリアミン、ＮＮジメチルアミノプロピ
ルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、等
が使用されるが、これらに限るものではない。

【００１３】又、水に分散剤、増粘剤等を加えたもので
負極合剤、正極合剤をスラリー化して、或いは、ＳＢＲ
等のラテックスで電極活物質等をスラリー化して、これ
を金属の箔等に塗布し、電極を製造する場合もある。負
極活物質はリチウムをインターカーレーション又はドー
ピング出来る炭素材であり、この炭素材は特に限定され
ないが、例えば、黒鉛及び、石炭系コークス、石油系コ
ークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化
物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹
脂・結晶セルローズ等の炭化物、等及びこれらを一部黒
鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラ
ック、ピッチ系炭素繊維、等が挙げられる。

【００１４】正極活物質はリチウムを吸蔵又はインター
カーレーション出来る金属酸化物系化合物、カルコゲナ
イト系化合物等であり、特に限定されないが、例えば、
Ｌｉ _xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＭｎＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、
Ｌｉ_xＶ₂Ｏ₅、Ｌｉ_xＴｉＳ₂等が使用される。負極
の集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス
鋼、ニッケルメッキ鋼、等が使用され、正極の集電体の
材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル
メッキ鋼、等が使用されるが、いずれもこれらに限るも
のではない。

【００１５】本発明におけるリチウムイオン二次電池
は、金属材料に正極活物質合剤を塗布した正極と金属材
料に負極活物質合剤を塗布した負極をセパレーターを挟
んで交互に積層する単電池からなる。この積層は、目的
に応じ選定しうるが、電池を大型化するには、電極を十
数枚以上、場合によっては１００枚以上多層積層する必
要がある。正又は負極の活物質合剤を塗布する金属材料
としては、金属箔、金属板、金属多孔板、金網等の薄い
材料が好適である。

【００１６】本発明においては、この金属材料の電極活
物質合剤が塗布されていない部分である耳の部分を、正
極及び負極を分離してそれぞれ、電気的・熱的に、導電
体に接続し、集電体が形成される。そして、金属材料の
耳の部分とこの導電体を接続して集電体を形成するに当
たり、正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離して
それぞれ複数枚束ねて、この導電体で挟み、その電極の
金属材料の耳の部分の端部とこの導電体を溶接する。溶
接の方法としては、ＴＩＧ溶接、高周波溶接、超音波溶
接が好適であるが、これらに限るものではない。

【００１７】本発明は、リチウムイオン二次電池におい
て、充放電時に単電池の内部で発生する熱が単電池内部
に蓄熱して、単電池の内部温度が許容温度以上に上がる
のを防ぐために、単電池から効果的に熱を放散するよう
に構成されたリチウムイオン二次電池を提供するもので
ある。本発明は、上記の金属材料の耳の部分の端部とこ
の導電体を溶接してできる金属の面に冷媒を直接接触さ
せて、単電池の内部で発生した熱を除去するように構成
されたリチウムイオン二次電池を提供する。通常、この
金属の面は組電池の内部にあり、電解液と接触している
が、この金属の面を電解液と分離することにより目的は
達せられる。

【００１８】このように構成されたリチウムイオン二次
電池においては、単電池内部で発生した熱は、電極活物
質合剤の層から金属材料の金属箔等に伝わり、次いで、
この金属材料を通して熱伝導伝熱で導電体に伝わり、こ
の導電体に接触する冷媒による、効果的に除去される。
正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離してそれぞ
れ複数枚束ねるに当たり、単電池１個当たり複数に分け
て束ねる場合、上記目的を達成するには、隣合った束を
挟む導電体を一体のものとし、正極及び負極の導電体が
それぞれ１枚の金属板となるよう構成する必要がある。

【００１９】この金属の面と電解液を分離する方法とし
ては、（１）単電池を収納する組電池の容器が、シール
材等でこの金属の面を液封する構造のものである、場合
と、（２）各単電池が、電解液を封じ込める構造のもの
である、場合がある。前者・後者共に、液封する方法と
して、通常、ガスケットを使用し機械的に締め付ける方
法、アスファルトシール、プラスチックシール等の、塑
性変形する接着性の材料を液封に用いる方法、接着材で
容器の枠と単電池の面を接着する方法及びこれらを組み
合わせる方法が挙げられる。

【００２０】本発明においては、単電池毎に電解液を封
じ込める構造がより好適に適用される。通常、本発明に
おけるリチウムイオン二次電池の形状は直方体である
が、その角の部分の液封には、次のような方法が好適で
ある。すなわち、角の部分に電解液の腐食に耐えるシー
ル材を挟みこむ構造、あるいは圧入する構造を備えるこ
とが、電解液を単電池や外部と分離する方法として好適
である。電解液の腐食に耐えるシール材としては、ポリ
フッ化ビニリデン、ＳＢＲ、ＮＢＲ、ＥＰＤＭなどが好
適である。

【００２１】冷媒としては、冷却用の空気を用いる、所
謂空冷が好ましいが、液体の冷媒はより効果的である。
空冷の場合、自然対流で空気を送る構造が最も簡便であ
るが、急速充電などより高い負荷に対応するためには、
ブロワーで強制的に空気を送ることが必要となる。送風
用のブロワーは、各組電池毎に備えることも出来るが、
複数個の組電池に対して備えることもできる。液体の冷
媒を使用する場合には、単電池の導電体よりなる金属の
面に冷却した冷媒を流すために組電池毎にあるいは複数
の組電池毎に、冷却器および循環ポンプを備えた冷媒の
冷却系を備えるように構成するのが一般的である。

【００２２】冷媒として、電解液と混合しても反応しな
い溶媒を使用するのが好ましい。これは万一、冷却シス
テムに洩れを生じ、リチウムイオン二次電池の電解液に
冷源としての冷媒が混入しても、直ちに問題が発生しな
いようにするためである。このような溶媒としては、リ
チウムイオン二次電池の電解液に使用される溶媒と同じ
ものが好ましいが、これらに限られるものではない。ま
た、空冷の場合の送風ブロワー又は液体の冷媒を使用す
る場合の循環ポンプを備える時は、単電池内部の温度を
検出し、この温度が高くなったら起動し、低くなった
ら、停止するような機構を備えることが好ましい。

【００２３】さらに、本発明では、単電池を堅固な構造
とするために、正極と負極をセパレーターを挟んで交互
に積層するに当たり、正極−正極間、負極−負極間の間
隔を一定に保つ為に、非導電性のスペーサーを挟んで積
層し、非導電性の枠で単電池の電極の層を外側から締め
付ける構造とすることができる。単電池をこのような構
造にすることにより、より強靱で、耐振動性、耐衝撃性
により優れたものとなる。非導電性の枠としては、ポリ
プロピレン等の合成樹脂製のもの、金属製でその表面の
正極及び負極と接触し、絶縁に必要な部分を非導電性材
料で覆ったもの等が用いられる。

【００２４】本発明のリチウムイオン二次電池の製造に
当たっては、電極の間にスペーサーを挟み込む場合に
は、その生産性を挙げるために、次のような方法を好適
に採用しうる。（ｉ）正極及び負極の金属箔等の耳の部分に、予め、ス
ペーサーを接着剤で張りつけたものを使用する。このよ
うにすることにより、正極、セパレーター、負極、セパ
レーター、正極の順に積層する作業を行うことにより、
スペーサーが挟み込まれた単電池が出来上がるので、ス
ペーサーを挟み込む作業が省かれ、リチウムイオン二次
電池の製造工程の生産性が著しく向上する。（ii）スペーサーとして、電極の耳の長さ方向の長さに
見合う細長いスペーサーを使用する。このようにするこ
とにより、小さいスペーサーを挟み込む作業の回数が減
り、作業性も向上する。

【００２５】

〔実施例１〕

（負極）石炭系ニードルコークスを粉砕し、平均粒径１
０μｍとしたもの９０部を、ポリフッ化ビニリデン１０
部をＮメチルピロリドン１５０部に溶解したものと混合
し、負極合剤スラリーとし、４０μｍ厚さの銅箔の両面
に塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させ、ロール処理をして
負極を作る。負極合剤の塗布部の大きさは１０ｃｍ×１
８ｃｍ、厚さは片面１５０μｍとした。銅箔は上下には
特に耳を取らないが、左右には、左に３０ｍｍ、右に３
ｍｍの耳を残して負極合剤を塗布するように設計してあ
る。尚、単電池の端の部分を構成する電極は負極合剤を
片面のみに塗布したものを使用する。

【００２６】（正極）炭酸リチウム１モルと炭酸コバル
ト２モルをボールミルで混合粉砕し、８５０℃で５時間
空気中で加熱処理した後、再度ボールミルで混合粉砕
し、更に８５０℃で５時間空気中で加熱処理したもの９
０部に、導電剤として、アセチレンブラックを５部加え
て混合したものをポリフッ化ビニリデン５部をＮメチル
ピロリドン１５０部に溶解したものと混合し、正極合剤
スラリーとし、８０μｍ厚さのアルミニウム箔の両面に
塗布し、乾燥して溶媒を蒸発させ、ロール処理をして正
極を作る。正極合剤の塗布部の大きさは１０ｃｍ×１８
ｃｍ、厚さは片面１４０μｍとした。アルミニウム箔は
上下には特に耳を取らないが、左右には、右に３０ｍ
ｍ、左に３ｍｍの耳を残して負極合剤を塗布するように
設計してある。尚、単電池の端の部分を構成する電極は
正極合剤を片面のみに塗布したものを使用する。

【００２７】（単電池の組立）上記、負極と正極を交互
に３５μｍ厚さの多孔性ポリプロピレンシートをセパレ
ーターとして挟んで積層して、単電池を組み立てる。そ
の際、両端の電極は電極合剤を片面のみ塗布したものを
使用し、左側の負極の耳の部分にはポリプロピレン製の
縦長のスペーサーを各負極の間に挟んで、右側の正極の
耳の部分にもポリプロピレン製の縦長のスペーサーを各
正極の間に挟んで、積層する。

【００２８】左側の負極の耳の部分の端部は約１５枚づ
つ束ね、これを各々２枚の銅の導電体で挟み、ボルトで
締め付けて、電気的・熱的に両者を接合し、更に、耳の
部分の端部とこの２枚の銅の導電体を溶接する。この場
合、単電池の負極の耳は９１枚あるので、６組に分けて
束ねて、導電体と接合することとなるが、隣合った組を
締め付ける導電体は一体のものとし、単電池全体の負極
の耳の部分の端部と銅の導電体の締め付け・接合・溶接
が終わると負極の導電体は溶接された１枚の金属板とな
る。このようにして、負極活物質合剤を塗布した金属箔
と導電体金属が一体に強固に接合した負極の集電体を形
成する。

【００２９】右側の正極の耳の部分の端部も同様に、約
１５枚づつ束ね、これを各々２枚のアルミニウムの導電
体で挟み、リベットでかしめて、電気的・熱的に両者を
接合し、更に、耳の部分の端部とこの２枚のアルミニウ
ムの導電体を溶接する。この場合、単電池の正極の耳は
９１枚あるので、６組に分けて束ねて、導電体と接合す
ることとなるが、隣合った組を締め付ける導電体は一体
のものとし、単電池全体の負極の耳の部分の端部とアル
ミニウムの導電体の締め付け・接合・溶接が終わると負
極の導電体は溶接された１枚の金属板となる。このよう
にして、負極活物質合剤を塗布した金属箔と導電体金属
が一体に強固に接合した負極の集電体を形成する。

【００３０】このようにして形成された、負極及び正極
の導電体の金属面の表面に冷媒を流して、単電池内部で
発生した熱を除去する。そのために、電解液を単電池に
中に封じ込む必要があるので、先ず、組み立てた単電池
の底面に単電池底板を貼り付け、次いで、側面に単電池
側壁板を貼り付ける。単電池側壁板は単電池側壁板接着
部を備え、単電池底板と重合わせて、これと強固に接合
する。最後に、単電池の上面に単電池上蓋を貼り付け
る。単電池上蓋は単電池上蓋接着部を備え、単電池側壁
と重合わせて、これと強固に接合する。貼り付ける方法
は、接着材で接着することも出来るが、ガスケットを挟
み機械的に締め付ける事も出来る。又これらを組み合わ
せてもよい。単電池底板、単電池側壁板、単電池上蓋等
はガラスファイバーを充填したポリプロピレンを使用し
た。

【００３１】このように単電池本体を封じ込まれた単電
池は、先ず気密テストを行い、次いで内部を真空にし
て、電解液を所定量注入した後、注入孔を封ずる。電解
液はプロピレンカーボネートとジメトキシエタン１：１
の混合溶媒に６フッ化燐リチウム塩を１モル／Ｌ溶解し
たものを使用する。上記の大きさの電極を９０組と半分
（両端の電極は片面のみ電極合剤が塗布してあるので半
分となる）積層すると、約６２５Ｗｈの充放電容量を持
った単電池となる。

【００３２】図１〜４は、このようにして得られたリチ
ウムイオン二次電池の単電池を示す。図１は、平面図
（図２のＡＡ′断面）であり、単電池の電極の金属箔の
耳の部分４′，５′を４組に分けて束ねて、正極・負極
を分けてそれぞれ導電体８，１１で挟み、ボルト９，１
２で締め付けたものを示す。１０，１３は金属箔の耳の
部分４′，５′と導電体８，１１の溶接部である。導電
体８，１１は隣合った金属箔の耳の部分を締め付けるも
のが一体になっており、その結果、溶接により、導電体
８，１１は一枚の金属板となっている。そして、この一
枚の金属板と電極の金属箔が一体となって、集電体を構
成する構造となっている。１は電極活物質合剤塗布部を
示し、７はスペーサーを挟んだ部分である。１５，１７
は単電池端子であり、導電体８，１１に直接溶接してあ
る。４２は、単電池側板であり、単電池の端の電極を押
さえ、電極の層を締め付ける役割と単電池の電解液を外
部と分離する役割を果たす。単電池側板の材料はガラス
ファイバー入りポリプロピレンである。単電池側板と単
電池の側壁との接合は、接着剤で接着してもよいし、ガ
スケットを挟み締め付けてもよいし、両者を組み合わせ
てもよい。

【００３３】図２は正面図（図１のＢＢ′断面）であ
る。１は電極活物質合剤塗布部であり、６はセパレータ
ーを示す。７はスペーサーであり、電極の金属箔の耳の
部分４′，５′を導電体８，１１で挟み、ボルト９，１
２で締め付ける。１０，１３は電極の耳の部分４′，
５′と導電体８，１１を溶接した溶接部を示す。１５，
１７は単電池端子であり、導電体８，１１に直接溶接し
てある。電気は、電極活物質合剤から金属箔、導電体、
単電池端子と伝わり単電池から取り出される。尚、単電
池内部で発生した熱は、電極活物質合剤から金属箔、導
電体と熱伝導で伝熱去れ、導電体の表面を流れる冷却液
で除去される。２４は単電池内の電解液の液面である。
４１は単電池底板、４４の単電池上蓋であり、単電池の
電解液を外部と分離する役割を果たす。これらの材料は
ガラスフィバー入りポリプロピレンである。４３は単電
池側板と一体の単電池側板接着部であり、底板と側板の
接合を強化するためのものである。単電池の底面と単電
池底板、上面と電池上蓋等の接合は、接着剤で接着して
もよいし、ガスケットを挟み締め付けてもよいし、両者
を組み合わせてもよい。

【００３４】図３は側面図（図２のＣＣ′断面）であ
り、導電体を溶接して出来た金属の面を正面から概観す
るものである。この面は負極（銅）であって、反対側
は、全く同じ形の正極（アルミニウム）である。中央の
破線で囲まれたところは、電極活物質合剤塗布部１であ
る。上部の２４は電解液液面を示している。金属の面の
中央に負極単電池端子１５が溶接されている。反対側の
面には正極単電池端子１６が溶接されている。単電池底
板４１、単電池側板４２、単電池側板接着部４３、単電
池上蓋４４、単電池上蓋接着部４５がこの図の示すよう
に、単電池の底面、上面、側面を囲い、単電池の電解液
を外観と分離している。単電池側板は単電池の電極の層
を締め付ける役割も果している。

【００３５】図４は、図１のＸ部の拡大図を示す。この
図では、３枚の負極の耳の部分４′を束ね、導電体８で
挟み、ボルト９で締め付けたものを示している。１０は
負極の耳の部分４′と導電体８を溶接した溶接部を示
す。隣合っている負極の耳の部分を挟む導電体８は一体
となっている。２，４は負極、３，５は正極、６はセパ
レーター、７はスペーサーを示す。４２は単電池側板で
ある。

【００３６】（組電池の組み立て）上記単電池４個を単
電池の隔壁、冷却液が単電池の導電体の表面に流れる部
屋、冷却液の入口とこれに連なる分配孔を備えた冷却液
の分配管、冷却液の出口を備えたポリプロピレン製の容
器に収納し、上蓋を閉める。この時、各単電池はこの容
器の内部で直列に接続し、両端の単電池から正極及び負
極の端子をこの容器の外に引き出す。このリチウムイオ
ン二次電池の充放電容量は２，５００Ｗｈ、電池電圧は
１４Ｖ、エネルギー密度は１００Ｗｈ／ｋｇである。

【００３７】図５〜７に、このようにして得られたリチ
ウムイオン二次電池の組電池を示す。図５は正面図（図
６のＥＥ′断面）、図６は平面図（図５のＤＤ′断
面）、図７は側面図（図６のＦＦ′断面）である。２０
は単電池本体を示す。単電池４個を直列に接続して、組
電池隔壁２２のある組電池容器本体２１に収納し、組電
池容器蓋２３で外部と分離する。１５は負極単電池端
子、１７は正極単電池端子を示しており、隣合った単電
池は＋−向きを変えてセットしている。中間は単電池端
子接続棒１４で接続し、両端は、組電池負極端子１８、
組電池正極端子１９と接続し、電気を組電池容器本体の
外に取り出す。

【００３８】単電池の左右の導電体８，１１は溶接によ
りそれぞれ１枚の金属板となっており、導電体８，１１
の金属板の表面を、冷却液の分配管２８に、組電池の外
部（冷却液入口２６から送り込まれた冷却液が下から上
に向かって流れる。即ち、単電池の内部で発生した熱
は、電極活物質合剤から金属箔、導電体と熱伝導で伝熱
去れ、導電体の表面を流れる冷却液で除去される（２
９：冷却液分配孔）。単電池の内部で発生した熱により
温められた冷却液は電池の上部より、冷却液出口２７を
経て、組電池外部に備えられたフィン付冷却器、循環ポ
ンプに戻り、冷却され、循環する。フィン付冷却器は外
部から送られて来る空冷用の空気で冷却する。１０は負
極溶接部、１２は正極溶接部を示す。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、大型化に好適なリチウ
ムイオン二次電池を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における単電池の一例の平面図を示す。

【図２】本発明における単電池の一例の正面図（図１の
ＢＢ′断面）を示す。

【図３】本発明における単電池の一例の側面図（図２の
ＣＣ′断面）を示す。

【図４】図１におけるＸ部の拡大図である。

【図５】本発明における組電池の一例の正面図を示す。

【図６】図５のＤＤ′断面を示す平面図である。

【図７】図６のＦＦ′断面を示す側面図である。

【符号の説明】

１電極活物質合剤塗布部２，４負極３，５正極６セパレーター７スペーサー８，１１導電体２４電解液液面２６冷却液入口２７冷却液出口２８冷却液の分配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上実新潟県上越市福田町１番地三菱化成株式会社直江津工場内 (72)発明者小山富一新潟県上越市福田町１番地三菱化成株式会社直江津工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属材料に正極活物質合剤を塗布した正
極と金属材料に負極活物質合剤を塗布した負極をセパレ
ーターを挟んで交互に積層する単電池からなるリチウム
イオン二次電池において、電極を多層積層し、電極の金
属材料の耳の部分を、正極及び負極に分離してそれぞれ
導電体に電気的・熱的に接続して集電体を形成するに当
たり、正極及び負極の金属材料の耳の部分を、分離して
それぞれ複数枚束ねて、この導電体で挟み、その電極の
耳の部分の端部とこの導電体を溶接して構成された金属
の面を単電池内部の電解液と分離し、この金属の面に冷
媒を流して充放電時に単電池内部に蓄積される熱を取り
出し、単電池内部の温度上昇を防止するとともに、この
導電体を通して電気を取り出すように構成することを特
徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】正極及び負極の金属材料の耳の部分を、
分離してそれぞれ複数枚束ねるに当たり、単電池１個当
たり複数に分けて束ねる場合、隣合った束を挟む導電体
を一体のものとし、正極及び負極の導電体がそれぞれ１
枚の金属板となるよう構成した請求項１記載のリチウム
イオン二次電池。
【請求項３】単電池毎に、電解液を封じ込めた構造の
請求項１又は２記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項４】電極の耳の部分の端部と導電体との溶接
が、ＴＩＧ溶接、高周波溶接又は超音波溶接でなされた
請求項１又は２記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】単電池の組立に際して、電極の金属材料
の耳の部分に電極間の間隔を規制するスペーサーが挟み
込まれた請求項１又は２記載のリチウムイオン二次電
池。
【請求項６】スペーサーとして、予め金属材料の耳の
部分に接着したものを使用してなる請求項５記載のリチ
ウムイオン二次電池。
【請求項７】角の部分に電解液の腐食に耐えるシール
材を挟み込むこと又は圧入することよりなる請求項３記
載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】組電池毎に又は複数個の組電池毎に、単
電池の冷却面に冷却用の空気を送るブロワーを備えた請
求項１、２又は３記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】複数個の組電池毎に、単電池の冷却面に
冷源としての冷媒を送る循環ポンプとその冷却器を備え
た請求項１、２又は３記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】電池の内部温度により、循環ポンプ又
は送風ブロワーの作動を制御する機構を備えた請求項８
又は９記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１１】単電池の冷却面に自然対流により、冷
却用の空気が流れるよう構成した請求項１、２又は３記
載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１２】冷源としての冷媒として、電解液と混
合しても反応しない溶媒を使用する請求項９記載のリチ
ウムイオン二次電池。