JPH11167930A

JPH11167930A - 薄型電極を用いた積層式二次電池

Info

Publication number: JPH11167930A
Application number: JP9335834A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Horiba; 達雄堀場
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-06-22

Abstract

(57)【要約】【課題】正極と負極が、それぞれ金属箔の電極基体の上
に活物質層を有した薄型平板状であり、当該正極と負極
をセパレータを介して積層してなる積層式二次電池にお
いて、電極相互の微妙な位置ずれによる短絡を回避しつ
つ、部品点数を低減し、電池製造工程を簡略にする。【解決手段】少なくとも一方の極性の電極は、活物質層
が活物質の存在しない無地部分を挟んで２箇所に配置さ
れ、該電極全体が袋状セパレータ内に収容され、前記２
箇所の活物質層が他方の極性の電極の活物質層と対向し
て位置するよう、前記電極が無地部分で（断面ＵやＶ字
形に）折り曲げられてなる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属箔状の電極基
体を用いて形成された薄型電極を用いた積層式電池に関
する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池の電極構造には、一般には平板
状の正極と負極をセパレータを介して渦巻状に捲回した
捲回式と、平板状の正極と負極をセパレータを介して積
層した積層式とがある。両方式にはそれぞれ一長一短が
あり、それぞれの用途に応じて適用されている。一般に
は、捲回式は小型民生用二次電池に多く利用されてお
り、積層式は鉛蓄電池を中心に大型二次電池に適用され
ている。近年実用化されたリチウムイオン二次電池は、
これまでのところ小型民生用が開発の中心であったこと
と１００μｍ〜２００μｍの薄型電極を採用しているこ
とから、捲回式の構造が一般に採用されている。しか
し、この電池を大型の用途へ適用するには、たとえば、
特開平７−３０２６１６号公報に開示されているよう
に、角形の構造も十分に検討に値する。なぜなら、円筒
形に比べ、角形は多数個の電池からなる組電池を構成す
る際の体積効率に優れるからである。リチウム二次電池
は、有機電解液などの水溶液電解液に比べ電気伝導度の
低い電解液系を用いるため、電極の薄型化による極間距
離の縮小と電極面積の拡大による内部抵抗と電流密度の
低減は不可避である。そのため、角形積層式電池では、
多数枚の電極を積層する工程の改良工夫が技術の要点の
一つとなる。金属箔状の電極基体を用いて形成された薄
型電極を用いる角形積層式電池では、多数枚の電極を積
層する工程の改良工夫が技術の要点の一つとなる。その
一つの提案が、特開平９−１２９２１１号公報に示され
ている。そこでは、正負極の少なくとも一方を袋状セパ
レータに挿入する方式が開示されている。これにより、
多数枚の電極を積層する構造において、電極相互の微妙
な位置ずれによる短絡を回避できる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平９−１２９２１１号公報に示した技術においても、
電池部品点数の低減という観点の考慮はされておらず、
薄型電極を多数枚を取り扱うことによる電池製造工程の
煩雑さは解決されていない。本発明が解決しようとする
課題は、多数枚の電極を積層する構造の電池において、
電極相互の微妙な位置ずれによる短絡を回避しつつ、部
品点数を低減し、電池製造工程を簡略にすることであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の正極と負極が、それぞれ金属箔の電極基体
の上に活物質層を有した薄型平板状であり、当該正極と
負極をセパレータを介して積層してなる積層式二次電池
は、少なくとも一方の極性の電極は、活物質層が活物質
の存在しない無地部分を挟んで２箇所に配置され、該電
極全体が袋状セパレータ内に収容され、前記２箇所の活
物質層が他方の極性の電極の活物質層と対向して位置す
るよう、前記電極が無地部分で（断面ＵやＶ字形に）折
り曲げられてなることを特徴とする。上記１枚の金属箔
状の電極基体の上に活物質無地部分を挟んで２箇所の活
物質層を有する電極（以下、Ｕ字形電極と記す。仮に活
物質無地部分で折り曲げられていなくても便宜上Ｕ字形
電極と記す。）を有する積層式電池は、それ１枚が従来
の積層式電池の電極２枚分の役割をするため、結果とし
て電極枚数を減らすことができる。またセパレータの枚
数（個数）も減らすことができる。結果として本発明を
採用することにより電池の部品点数を低減可能となる。
そのため、電池製作工程は簡略化される。このことは、
多数枚の薄型電極を積層することが不可欠な積層式角形
リチウム二次電池においては特に重要である。このこと
により電池製造コストの低減に寄与することになり、実
用上の意味は大きい。

【０００５】さらにＵ字形電極を採用することで、溶接
等による電極間接続箇所が低減し、さらなる電池製造工
程の簡略化が見込める上に、接続による極間抵抗の増加
を抑制でき、電池内部抵抗が小さくなり、出力特性が改
善される。そのため大出力を要求される用途に有利とな
る。また本発明では袋状セパレータを採用しているた
め、多数枚の薄型電極積層電池での電極の微妙なずれに
よる短絡を抑制できる。また活物質の脱落による短絡の
おそれを低減できる。つまり前述した従来の技術（特開
平９−１２９２１１号公報）での効果を同様に得られ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に従
い、さらに詳細に説明する。図２は本発明に係るＵ字形
電極４である。図において１は厚さ１０〜３０μｍのア
ルミニウム箔からなる正極基体、２は正極端子、３はコ
バルト酸リチウム、マンガンリ酸チウムなどの正極活物
質、炭素粉末などの導電剤、およびポリフッ化ビニリデ
ンなどの結着剤からなる正極活物質層である。同図破線
ＡＢに沿って折り曲げるとＵ字形電極４が形成される。
このＵ字形電極４をセパレータで包んで袋状セパレータ
に納めた状態を図１に示す。図において、５がセパレー
タであり、破線Ａ´Ｂ´に沿って折り曲げると袋状セパ
レータ５入りＵ字形電極４が形成される。セパレータ５
にはポリエチレン、ポリプロピレンナなどのポリオレフ
ィン系あるいはその他の高分子材料の微孔膜からなり、
その厚さは２０〜６０μｍのものが用いられる。また、
セパレータ５の周縁部はセパレータ５を袋状にして電極
の移動あるいは脱落した活物質による電極間の短絡を阻
止しながら、かつ電解液の電極群への浸透を十分にする
ために、熱溶着などの操作により間欠的に接着が施され
ている。この袋状セパレータ５入りＵ字形電極４を用い
て構成した積層式電極群の例として、その断面図を図３
と図４に示す。図３、図４は電極群の横断面図のため、
電極端子が図面の垂直方向に伸びており、図中には示さ
れていない。図３は図１および図２に示したように正極
を袋状セパレータ５入りＵ字形電極４とする場合の縦断
面図を示している。図において、６は厚さ８〜３５μｍ
の銅箔からなる負極基体、７は炭素系あるいは金属酸化
物系などの負極活物質、およびポリフッ化ビニリデンな
どの結着剤からなる負極活物質層であり、負極基体６と
負極活物質層７から負極８が構成される。負極８をＵ字
形電極４の内側および外側に配して、積層電極群が構成
される。

【０００７】図４は負極もＵ字形電極とする場合の電極
群横断面図である。ここではＵ字形負極８’が袋状セパ
レータ入りＵ字形電極４（正極）と組み合わされて配置
されている。この構造の場合は、正極と負極両方がＵ字
形電極構造になっているため、部品点数減と、極間接続
の抵抗損失が低減する効果が大きい。また、同図におい
ては、Ｕ字形負極８’は袋状セパレータ５に収容されて
いないが、袋状セパレータ５に収容する構造とすること
も可能である。

【０００８】

【実施例】本発明の電池（Ａ）と従来の電池（Ｂ）を比
較検討した。図１、図２に示した構造のＵ字形電極４を
用いて、本発明の図３の構造の電池（Ａ）を５個組み立
てた。電池の大きさは、高さ１５０ｍｍ、幅１６３ｍ
ｍ、厚さ４３ｍｍであり、電池容量は５５Ａｈとした。
正極にはマンガン酸リチウム、負極には黒鉛系材料、セ
パレータは厚さ２５μｍのポリエチレン系の微孔膜を、
電解液はエチレンカーボネートとジメチルカーボネート
の体積比１：１の混合溶媒に濃度が１ｍｏｌ／ｌになる
ようにヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を
溶解した溶液である。電池容器は厚さ０．３ｍｍのステ
ンレス鋼とした。上記５個の電極群を積層するのに要し
た手作業時間は、１６時間・人であった。図３の構造の
電極群を電池容器に挿入後、電極端子を接続し、ふたを
封口し、その後に真空乾燥器で十分に乾燥し、電解液を
所定量注入し、注液口を密閉した。なお、電極端子の溶
接には超音波溶接を、電池容器の封口と密閉にはレーザ
ー溶接の技術をそれぞれ適用した。

【０００９】得られた密閉式角形電池２個を立ち上げ運
転後、０．２ＣＡで５時間充電し、１時間休止後に、
０．２ＣＡで電池電圧が３．０Ｖになるまで放電した。
なお、立ち上げ運転では、充電０．１ＣＡで１０時間充
電−１時間休止−０．１ＣＡで電池電圧が３．０Ｖにな
るまで放電−１時間休止のサイクルを３サイクル繰り返
した。次いで同様に０．２ＣＡで５時間充電したのち、
０．５ＣＡ、１．０ＣＡ、および３．０ＣＡで順次放電
し、放電率特性を評価した。その結果を表１に示す。表
より３．０ＣＡにおいても、０．２ＣＡ放電の９０％以
上の放電容量が得られている。

【００１０】一方、得られた電池の３個を上記と同様に
立ち上げ運転後、０．２ＣＡで５時間充電し、１時間休
止後に、０．２ＣＡで電池電圧が３．０Ｖになるまで放
電した。そののち、さらに０．２ＣＡで５時間充電し
た。この電池を８０ｃｍの高さからコンクリートの床面
に１０回落下させた。そののち回路電圧を測定（微小短
絡短絡の確認）し、さらに０．２ＣＡで電池電圧が３．
０Ｖになるまで放電した。結果を表２に示す。表より明
らかなように、試験した３個の電池のうち、落下試験に
より開回路電圧の変化したものはなく、また、放電容量
の変化もわずかであった。

【００１１】上記本発明の電池（Ａ）と同一仕様の５５
Ａｈ電池（Ｂ）を５個製作した。ただし、正極にはＵ字
形電極を用いず、袋状セパレータに収納した構造とし
た。その断面模式図を図５に示す。図において、１０が
袋状セパレータ入り正極である。なお、本電池５個の電
極群を積層するのに要した手作業時間は、２０時間・人
であった。この電池を用いて実施例１と同様の試験をし
た結果を表１と表２に示す。表１から電池（Ｂ）では、
３．０ＣＡ放電放電容量が、０．２ＣＡ放電の８３％で
あり、電池（Ａ）より約７％低く、電池（Ａ）の方が放
電率特性に優れることを示している。また、表２から落
下試験後の電池（Ｂ）は開回路電圧はほとんど変化しな
いが放電容量のばらつきが大きくなっていることを示し
ている。

【００１２】

【表１】

【００１３】

【表２】

【００１４】

【発明の効果】本発明の電池は、従来の電池よりも高率
放電特性に優れ、落下試験後の放電容量も安定している
ことが示された。これは、本発明になる袋状セパレータ
入りＵ字形電極が電極間の抵抗が少なく、缶挿入時ある
いは密閉後の衝撃等による電極間のズレが生じにくいこ
とを反映している。また、袋状セパレータ入りＵ字形電
極を採用することによる部品点数の低減と、それによる
作業効率の向上も顕著であった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る袋状セパレータ入り電極を示す図
である。

【図２】本発明に係る電極を示す図である。

【図３】本発明に係る積層式電極群を示す縦断面構成図
である。

【図４】本発明に係る積層式電極群を示す縦断面構成図
である。

【図５】従来の積層式電極群を示す縦断面構成図であ
る。

【符号の説明】

１．正極基体２．正極端子３．正極活物質層４．Ｕ字形電極５．セパレータ６．負極基体７．負極活物質層８．負極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極が、それぞれ金属箔の電極基体
の上に活物質層を有した薄型平板状であり、当該正極と
負極をセパレータを介して積層してなる積層式二次電池
において、少なくとも一方の極性の電極は、活物質層が活物質の存
在しない無地部分を挟んで２箇所に配置され、該電極全
体が袋状セパレータ内に収容され、前記２箇所の活物質層が他方の極性の電極の活物質層と
対向して位置するよう、前記電極が無地部分で折り曲げ
られてなることを特徴とする積層式二次電池。