JP2000277066A - 非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池Info
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Abstract
非水電解質電池を提供する。 【解決手段】正極板と隔離体と負極板とを有する発電要
素を袋状単電池ケース収納した非水電解質電池におい
て、袋状単電池ケースの溶着部内側端部に樹脂塊を設け
る。
Description
電池ケースに収納された非水電解質二次電池に関する。
ン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種
電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに
伴って、内蔵される電池としても、高エネルギー密度を
有し、且つ軽量なものが採用されている。そのような要
求を満たす典型的な電池は、特にリチウム金属やリチウ
ム合金等の活物質、又はリチウムイオンをホスト物質
(ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。)である炭素に吸蔵させたリチウ
ムインターカレーション化合物を負極材料とし、LiC
lO4、LiPF6等のリチウム塩を溶解した非プロト
ン性の有機溶媒を電解液とする非水電解質二次電池であ
る。
料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極
板、リチウムコバルト複合酸化物のようにリチウムイオ
ンと可逆的に電気化学反応をする正極活物質をその支持
体である正極集電体に保持してなる正極板、電解液を保
持するとともに負極板と正極板との間に介在して両極の
短絡を防止するセパレータからなっている。
も薄いシートないし箔状に成形されたものを、セパレー
タを介して順に積層又は渦巻き状に巻回した発電要素と
する。そしてこの発電要素を、ステンレス、ニッケルメ
ッキを施した鉄、又はアルミニウム製等の金属からなる
電池容器に収納され、電解液を注液後、蓋板で密封固着
して、電池が組み立てられる。
気密性が高く、かつ機械的強度に優れてはいるものの、
電池の軽量化や電池容器の材料、デザインには大きな制
約となる。
を袋状単電池ケースに収納する方法が提案されている。
特に、袋状単電池ケースの材質として、気密構造を有す
る金属ラミネート樹脂フィルムを使用することにより、
電解液の漏液や電池外部からの水分等の侵入がなく、か
つ電池の軽量化を図ることができる。
特に断面が非円形あるいは長円形とすることにより、電
極表面積を大きくすることができ、製造工程も簡単とな
る。
に用いる場合、単電池又は複数個の直列接続したものと
して所某の電圧を得るようにする。この単数又は複数個
の電池は、充放電制御回路とともに樹脂もしくは金属と
樹脂からなる筐体に収納され、内容物を取り出せないよ
う封口して電池パックとして用いられる。
ースに用いる金属ラミネート樹脂フィルムは、金属箔と
金属箔の片面または両面に樹脂層を密着せしめた構成で
あり、その金属箔は穴のない材料を用いることでフィル
ム面を透過する方向の気密構造を達成している。またそ
の樹脂層は、一般に延展性を持つ該金属箔の引っ張り強
度、突き刺し強度、屈曲弱さ等を補強したり、発電要素
を収納した後熱溶着等の方法によって封口が可能となる
ようフィルム面に接着性を付与する機能を持つ。
り内部短絡が生じることにより電池が発熱した場合や、
高温下に放置された場合に、電池内部の圧力が上昇する
と、金属ラミネート樹脂フィルムの電池内側溶着部付近
の屈曲部に集中するために、電池内側の溶着部が剥離
し、電池の気密漏れを起こし最悪の場合では液漏れを起
こすという問題があった。
電池外表面から発電要素のある電池内部への水分や気体
成分の透過あるいは電池内部から外部への電解液の蒸発
を抑えることが重要となるが、例えば前記金属ラミネー
ト樹脂フィルムを単電池ケースの構成材料に用いた場
合、該フィルムの面方向の気密は金属箔によって保つこ
とができるものの、封口部においては金属箔間の樹脂層
を水分や電解液成分が透過してしまうという問題があっ
た。
なったり内部短絡が生じることにより電池が発熱した
り、高温下に放置されても、金属ラミネート樹脂フィル
ムの溶着部が剥離することなく気密性に優れた非水電解
質二次電池を供給することを目的とする。
てなされたものであり、正極板と隔離体と負極板とを有
する発電要素を袋状単電池ケースに収納した非水電解質
二次電池において、袋状単電池ケース溶着部の内側端部
に樹脂塊を設けることを特徴とする。
造を有し、長円形巻回型発電要素がその巻回中心軸が袋
状単電池ケースの開口面に垂直方向であるように収納さ
れていることを特徴とする。なお、垂直方向とは、完全
な垂直のみを意味するのではなく、おおむね垂直な方向
も意味する。
部の内側端部の厚みが外側端部の厚みよりも大きいこと
を特徴とする。
金属ラミネート樹脂フィルムであることを特徴とする。
回型発電要素を備えた電池を例として、図面を参照して
説明する。本発明になる非水電解質二次電池の外観は図
1に示したものであり、長円形巻回型発電要素の巻回中
心軸が、袋状単電池ケースの開口面に垂直方向となるよ
うに、袋状単電池ケースに収納されている。図1におい
て、1は袋状単電池ケース、2は発電要素、3は発電要
素の巻回中心軸、4は正極リード端子、5は負極リード
端子である。図2は本発明の第一の実施形態の、袋状単
電池ケース溶着部の断面拡大図(図1のB−B’断面)
である。図2において、2は発電要素、11は表面保護
層、12は金属バリア層、13は熱溶着層である。そし
て、袋状単電池ケースの溶着部内側端部に樹脂塊14を
設けている。なお、袋状単電池ケースの溶着部の外側端
部の厚みXと内側端部の厚みYは等しい。
電池ケース溶着部の断面拡大図(図1のB−B'断面)
である。図3における記号2、11〜14は図2と同じ
ものを示している。袋状単電池ケースの溶着部内側端部
に樹脂塊14を設けており、かつ、袋状単電池ケースの
溶着部の外側端部の厚みXよりも内側端部の厚みYの方
が大きくなっている。
は、断面が長円形巻回型に限られるものではなく、断面
が円形巻回型や非円形巻回型、あるいは平板型極板をセ
パレータを介して積層するスタック型や、シート状極板
を折りたたんでセパレータを介して積層する型など、あ
らゆる形状の発電要素を使用することができる。
袋状単電池ケースを使用することができ、袋状単電池ケ
ースの材質としては金属ラミネート樹脂フィルムを使用
することが好ましい。
袋状単電池ケースに収納する場合には、長円形巻回型発
電要素はその巻回中心軸が袋状単電池ケースの開口面に
垂直方向であることが好ましい。なお、垂直方向とは、
完全な垂直のみを意味するのではなく、おおむね垂直な
方向も意味する。
としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン箔
などを使用することができる。
材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレンテレフタレートなどの熱可塑性高分子材料であれ
ばどのような物質でもよい。
層や金属箔層は、それぞれ1層に限定されるものではな
く、2層以上であってもかまわない。
ネート樹脂フィルムを熱溶着することによって封筒状に
成形したラミネートケースや、2枚の金属ラミネート樹
脂シートの4辺を熱溶着したものや、一枚のシートを二
つ折りにして3辺を熱溶着したもの、金属ラミネート樹
脂シートをプレス成形してカップ状にしたものに発電要
素を入れるようなラミネートケースなど、あらゆる形状
の金属ラミネート樹脂フィルムケースを用いることがで
きる。
る電解液溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピ
レンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカ
ーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチ
ルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド、1,2−ジメトキシエタ
ン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、
2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチル
アセテート等の極性溶媒、もしくはこれらの混合物を使
用してもよい。
ては、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAs
F6、LiCF3CO2、LiCF3SO3、LiN
(SO2CF3)2、LiN(SO2CF2CF3)
2、LiN(COCF3)2およびLiN(COCF2
CF3)2などの塩もしくはこれらの混合物でもよい。
隔離体としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解
液を含浸したものや、高分子固体電解質、高分子固体電
解質に電解液を含有させたゲル状電解質等も使用でき
る。また、絶縁性の微多孔膜と高分子固体電解質等を組
み合わせて使用してもよい。さらに、高分子固体電解質
として有孔性高分子固体電解質膜を使用する場合、高分
子中に含有させる電解液と、細孔中に含有させる電解液
とが異なっていてもよい。
可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式L
ixMO2、またはLiyM2O4(ただしM は遷移
金属、0≦x≦1、0≦y≦2 )で表される、複合酸
化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金
属カルコゲン化物を用いることができる。その具体例と
しては、LiCoO2 、LiNiO2、LiMn2O
4 、Li2Mn2O4、MnO2、FeO2、V2O
5、V6O13、TiO2、TiS2等が挙げられる。
また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導
電性ポリマー等が挙げられる。さらに、無機化合物、有
機化合物を問わず、上記各種活物質を混合して用いても
よい。
l、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合
金、LiFe2O3、WO2、MoO2等の遷移金属酸
化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Li5
(Li3N)等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム
箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。
する。 [溶着強度の比較] [実施例1]本発明になる非水電解質二次電池は、正極
板と隔離体と負極板とからなる長円形巻回型発電要素が
非水系の電解液(図示省略)とともに金属ラミネート樹
脂フィルムを熱溶着してなる袋状単電池ケースに収納さ
れたものであり、その外観を図1に示す。
物を用いた。正極板は厚さ20μmのアルミニウム箔集
電体に上記のリチウムコバルト複合酸化物が活物質とし
て保持したものである。正極板は、結着剤であるポリフ
ッ化ビニリデン6部と導電剤であるアセチレンブラック
3部とを活物質91部とともに混合し、適宜N−メチル
ピロリドンを加えてペースト状に調製した後、その集電
体材料の両面に塗布、乾燥することによって製作した。
ホスト物質としてのグラファイト(黒鉛)92部と結着
剤としてのポリフッ化ビニリデン8部とを混合し、適宜
N−メチルピロリドンを加えてペースト状に調製したも
のを塗布、乾燥することによって製作した。隔離体はポ
リエチレン微多孔膜とし、また、電解液は、LiPF6
を1mol/l含むエチレンカーボネート:ジエチルカ
ーボネート=3:7(体積比)の混合液とした。
幅42mm、セパレータが厚さ25μm、幅45mm、
負極板が厚さ160μm、幅43.5mmであり、正極
板及び負極板にそれぞれリード端子を溶接し、順に重ね
合わせてポリエチレンの長方形状の巻芯を中心として、
長辺が発電要素の巻回中心軸と平行になるよう、その周
囲に長円渦状に巻回して、48×27.3×3.23m
mの大きさの発電要素とした。
からなる巻き止め用テープ(ここでは接着剤が片面に塗
布されている)で電極幅(発電要素の巻回中心軸と平行
な発電要素の長さ)に相当する長さを、巻回中心軸と平
行な発電要素側壁部分に貼り付け、発電要素を巻き止め
固定した。
に、長円形巻回型発電要素はその巻回中心軸が袋状金属
ラミネート樹脂フィルムケースの開口面に垂直となるよ
うに収納し、リード端子を固定して密封し、電解液を、
各電極と隔離体が十分湿潤し、発電要素外にフリーな電
解液が存在しない量を真空注液した。
り出し部の溶着部の断面(図1のA−A′断面)を示し
たものである。図4において、11は表面保護層、12
は金属バリア層、13は熱溶着層、14は正極リード端
子、15は負極リード端子である。
15は、厚み50〜100μmの銅、アルミニウム、ニ
ッケルなどの金属導体からなる。気密封口用の袋状単電
池ケースとしての金属ラミネート樹脂フィルムケース
は、最外層における表面保護層としての12μmのPE
Tフィルム11、バリア層としての9μmのアルミニウ
ム箔12、熱溶着層としての150μmの酸変性低密度
ポリエチレン層13から構成されており、最外層の表面
保護用PETフィルム11とバリア層としてのアルミニ
ウム箔12はウレタン系接着剤で接着している。
単電池ケース溶着部の断面拡大図(図1のB−B’断
面)を図2に示す。金属ラミネート樹脂フィルムケース
の溶着部内側端部に樹脂塊14を設けた。
層が対面するように重ね合わせ、溶着温度250℃で熱
溶着させ、熱溶着部の厚みが250μmとなるまでプレ
スすることにより、金属ラミネート樹脂フィルムケース
の溶着部内側端部に樹脂塊14を形成し、金属ラミネー
ト樹脂フィルムを重ね、熱溶着することにより封口し、
最後に密封溶着をおこない、金属ラミネート樹脂フイル
ムケースの溶着部内側端部に樹脂塊を設けた、袋状電池
ケースに発電要素が収納された非水電解質電池を作製し
た。この電池の公称容量は420mAhとした。 [実施例2]本発明の第二の実施例になる電池の、袋状
単電池ケース溶着部の断面拡大図(図1のB−B‘断
面)を図3に示す。この金属ラミネート樹脂フィルムを
熱溶着層が対面するように重ね合わせ、熱溶着時のプレ
ス面に傾斜を持たせた治具を用い熱溶着し、金属ラミネ
ート樹脂フイルムケース溶着部の外側端部の厚みを10
0μm、内側端部の厚みを250μmとなるようにプレ
スすることにより、金属ラミネート樹脂フイルムケース
の溶着部内側端部に樹脂塊14を設け、かつ、金属ラミ
ネート樹脂フィルムケースの溶着部の外側端部の厚みX
よりも内側端部の厚みYの方がきい、袋状電池ケースに
発電要素が収納された非水電解質電池(称容量420m
Ah)を作製した。 [比較例]比較例として試作した従来の電池の、袋状単
電池ケース溶着部の断面拡大図(図1のB−B‘断面)
を図5に示す。図5における記号2、11、12、13
は図2と同じものを示している。従来品では、金属ラミ
ネート樹脂フイルムケースの溶着部内側端部に樹脂塊を
設けておらず、かつ、金属ラミネート樹脂フイルムケー
ス溶着部の外側端部の厚みXと内側端部の厚みYが等し
くなっている。
金属ラミネート樹脂フィルムケースの耐圧強度を測定し
た結果を表1に示す。
ラミネート樹脂フィルムケースを用い、ケース内側に水
圧を加え、金属ラミネート樹脂フィルムケース溶着部が
剥離したときの水圧を測定した。
部内側端部に樹脂塊を設けた実施例1、2の電池では、
比較例の電池に対し、開放圧が約2倍に上昇した。これ
は、比較例の電池では、金属ラミネート樹脂フィルムケ
ースの樹脂部の接合界面にのみ応力が加わっていたのに
対し、実施例1、2の電池では接合界面が曲面になって
いるために、応力が直接接合界面に加わることなく、応
力が樹脂塊の両端に分散されるために、電池ケースの耐
圧が約2倍に向上したと考えられる。
ネート樹脂フィルムケースの溶着部内側端部に樹脂塊を
設けることにより、金属ラミネート樹脂フィルムケース
の耐圧性を著しく向上させることがで。。また、電池が
過充電状態となったり、内部短絡が生じることにより電
池が発熱したり、高温下に放置されて内部圧力が上昇す
るような状況下でも、金属ラミネート樹脂フィルムの溶
着部が剥離することなく気密性に優れた非水電解質二次
電池を供給することができる。 [溶着部の端面と溶着部基部の厚み差の比較] [実施例3]つぎに、本発明の第三の実施例になる電池
の形態を示す。金属ラミネート樹脂フィルムケースの溶
着部の断面構造は図3に示したのと同じであるが、溶着
部の端部の厚みを変えたものである。また、金属ラミネ
ート樹脂フィルムケース内側の溶着部に樹脂塊を設けて
おり、かつ、金属ラミネート樹脂フィルムの溶着部の内
側端部の厚みと外側端部の厚み差の異なる非水電解質二
次電池を作製した。
50μmとし、溶着部の内側端部の厚みを250、24
5、240、200、150、50μmとすることによ
り、溶着部の内側端部の厚みと外側端部の厚み差が0、
5、10、50、100、200μm電池を作製し、溶
着部の内側端部の厚みと外側端部の厚み差による効果に
ついて検討した。
4.1Vの条件で4時間定電流/定電圧充電する事によ
り満充電状態し、60℃において1ヶ月放置し、放置前
後の電池の容量を比較した。また、放置後の電解液中の
水分増加量と電解液の蒸発量を測定した。
す。
りも外側端部の厚みを小さくすることにより、電池内へ
の水分混入および電池外への電解液の蒸発が抑制され、
電池の保存性が向上した。金属ラミネート樹脂フィルム
の溶着部では、水分の侵入および電解液の外部への蒸発
を防ぐバリアー層である金属部がないために、熱溶着層
を介して水分の侵入および電解液の外部への蒸発が起こ
りやすくなっている。
解液中のLiPF6と反応しHFを生じ、正極集電体で
あるアルミニウムを腐食することによって電池の内部抵
抗を上昇させたり、負極表面で電解液と反応し被膜を形
成することにより、電池容量の低下を引き起こす。そこ
で、溶着部の端面の厚みを溶着部基部の厚みよりも小さ
くすることにより、溶着部と大気の接触面積を小さくで
き、また、水分および電解液が透過する経路を小さくで
きるため、水分の電池内部への侵入および電解液の外部
への蒸発を抑制することができるため、電池性能の低下
を抑制することができ、電池の長期保存が可能となっ
た。
ィルムケースの電池内側に樹脂塊を設けることにより、
電池内圧が上昇するような状況下でも溶着部に加わる応
力を分散することができ、金属ラミネート樹脂フイルム
ケース溶着部の剥離が生じず、耐圧性に優れた電池を得
ることができる。
の溶着部の外側端部の厚みを内側端部の厚みよりも小さ
くすることにより、大気と電池ケースシール部の接触面
積を少なくし、シール部を透過する水分や電解液の蒸発
を抑制し、高温下においても電池の長期保存性に優れ、
かつ、耐圧性、気密性に優れる非水電解液二次電池を供
給することができる。
池特性の低下を招くことなく、安全性の高い、かつ製造
工程における煩雑さを招くことのない、袋状単電池ケー
スとしての金属ラミネート樹脂フィルムケースに長円形
巻回型発電要素が収納された非水電解質電池を提供する
ことができる。
電池の、袋状単電池ケース溶着部の断面拡大図(図1の
B−B′断面)。
電池の、袋状単電池ケース溶着部の断面拡大図(図1の
B−B′断面)。
子取り出し部の溶着部の断面(図1のA−A′断面)を
示す図
の、袋状単電池ケース溶着部の断面拡大図(図1のB−
B′断面)。
Claims (4)
- 【請求項1】正極板と隔離体と負極板とを有する発電要
素を袋状単電池ケースに収納した非水電解質二次電池に
おいて、袋状単電池ケース溶着部の内側端部に樹脂塊を
設けることを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項2】 袋状単電池ケースが気密構造を有し、長
円形巻回型発電要素がその巻回中心軸が袋状単電池ケー
スの開口面に垂直方向であるように収納されていること
を特徴とする、請求項1記載の非水電解質二次電池。 - 【請求項3】 袋状単電池ケースの溶着部の内側端部の
厚みが外側端部の厚みよりも大きいことを特徴とする、
請求項1または2記載の非水電解質二次電池。 - 【請求項4】袋状単電池ケースの材質が金属ラミネート
樹脂フィルムであることを特徴とする、請求項1、2ま
たは3記載の非水電解質二次電池。
Priority Applications (8)
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|---|---|---|---|
| JP08520899A JP4432146B2 (ja) | 1999-03-29 | 1999-03-29 | 非水電解質二次電池 |
| CN99802036A CN1288594A (zh) | 1998-11-06 | 1999-11-04 | 非水二次电解质电池 |
| EP99954368A EP1049180A4 (en) | 1998-11-06 | 1999-11-04 | NON-AQUEOUS ELECTROLYTIC SECONDARY CELL |
| US09/582,868 US6797429B1 (en) | 1998-11-06 | 1999-11-04 | Non-aqueous electrolytic secondary cell |
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|---|---|---|---|
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| JP08520899A Expired - Fee Related JP4432146B2 (ja) | 1998-11-06 | 1999-03-29 | 非水電解質二次電池 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP4432146B2 (ja) |
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