JP4827112B2

JP4827112B2 - 扁平形非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP4827112B2
Application number: JP2000231653A
Authority: JP
Inventors: 広隆酒井; 宗人早見; 正美鈴木
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Maxell Ltd
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2002042744A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は重負荷放電特性に優れた扁平形非水電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正極作用物質にＭｎＯ₂やＶ₂Ｏ₅などの金属酸化物、あるいはフッ化黒鉛などの無機化合物、あるいはポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化合物を用い、負極に金属リチウム、あるいはリチウム合金、あるいはポリアセン構造体などの有機化合物、あるいはリチウムを吸蔵、放出可能な炭素質材料、あるいはチタン酸リチウムやリチウム含有珪素酸化物のような酸化物を用い、電解質にプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブ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、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトンなどの非水溶媒にＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂等の支持塩を溶解した非水電解質を用いたコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二次電池は、放電電流が数〜数十μＡ程度の軽負荷で放電が行われるＳＲＡＭやＲＴＣのバックアップ用電源や電池交換不要腕時計の主電源といった用途に用いられている。
【０００３】
これら従来のコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二次電池は製造が簡便であり、量産性に優れ、長期信頼性や安全性に優れるという長所をもっている。また、構造が簡便であることから小型化が可能である。
【０００４】
しかし、その反面、電極面積が制限されるため中〜重負荷放電に不可能であり、小型電池のニーズが大きい携帯電話やＰＤＡなどの情報端末の主電源としては採用することができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者らは種々検討した結果、電池形状は変更せず、電極面積を大きくすることで重負荷放電が可能なコイン形やボタン形の扁平形非水電解質二次電池を提供するものである。すなわち、扁平形電池の扁平面に垂直な方向の断面をみた場合、少なくとも３面以上の正極と負極がセパレータを介し対向している正負極対向面を有する電極群を配し、かつ電極群内の正負極対向面積の総和を絶縁ガスケットの開口面積よりも大きくすることで重負荷放電特性を著しく向上させた扁平形非水電解質二次電池を提供することができたが、大電流放電時に電圧が低下するという不具合があった。
【０００６】
この電圧低下の原因は電極群と電池容器の接触にあることが分かった。このような非水電解質二次電池では、充放電に伴う作用物質の体積変化が大きく、放電時に電極群が収縮して電池容器との接触が保てなくなり、内部抵抗の増加につながるためである。
【０００７】
従来型の円筒形や角形の非水電解質二次電池では電極群からタブ端子を引き出し、電気容器等の外部端子に溶接することにより電気的接続を確保している。そのため電極群の体積変化の際にも接触不良による内部抵抗の上昇は起こらなかった。
【０００８】
しかし、扁平形の電池では電極ケースと電極群は接触により電気的接続をとっているため、電極群の収縮時には内部抵抗が上昇することになる。従来はエキスパンドメタルなどの金属網を電気容器内面に抵抗溶接することにより電極群と電気容器との接触を確保することで上記の内部抵抗の上昇を押さえていたが、電池構成部品点数が増加することと、正極ケースについては抵抗溶接部分から腐食し漏液事故が発生する恐れがあった。
本発明は上記問題を解消するためになされたもので、優れた放電性能を有する扁平形非水電解質二次電池を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の扁平形非水電解質二次電池では正極ケースと負極ケースのいずれか一方の内側に、もしくは正極ケースと負極ケースの両者の内側に凹凸を設けることにより、放電時に電極群が収縮しても電池容器との接触は保たれるように構成したものである。
【００１０】
従来のペレット状に成形した作用物質を用いた扁平型一次電池では、電池ケースと外部端子の接触抵抗を軽減するために電池ケース外面にエンボス加工のような凹凸を設けた例は知られている。
【００１１】
本発明のように電池ケース内面に凹凸を設けて電極群との接触を向上させた例はなかった。またペレット状に成形した作用物質は、それ自身の抵抗値が１０〜５０Ωと高く大電流放電は不可能であり、そのため接触抵抗値は問題とされなかった。しかし、本発明の電極群は表面積が大きく、内部抵抗が低くなるため、電池全体の内部抵抗に対して接触抵抗の占める比重が大きく、大電流放電を行うにはこの接触抵抗値の改善が必要であるということに気付いた。また、ペレット状の扁平形一次電池の場合は、放電のみ行われるため充放電に伴う作用物質の体積変化が問題とならなかった。
【００１２】
なお、凹凸を突起形状で正負極ケース内部に設けた場合、突起寸法としては径φが０．２〜２．０ｍｍ、高さが０．０１〜０．５０ｍｍの範囲にあれば十分な効果が得られる。突起の個数は単数であっも複数であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例及び比較例について詳細に説明する。
（実施例１）
本発明の実施例１の電池の製造方法を図１の断面図を参照して説明する。
まず、ＬｉＣｏＯ₂１００質量部に対し、導電剤としてアセチレンブラック５質量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ化ビニリデン５質量部を加え、Ｎ−メチルピロリドンで希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次に、この正極合剤を、正極集電体である厚さ０．０２ｍｍのアルミ箔の両面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、正極作用物質含有層の塗膜厚さが両面で０．１５ｍｍの両面塗工正極を作製した。次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、アルミ層を剥き出しにし通電部とし、幅１５ｍｍ，長さ１２０ｍｍに切り出し正極板２を作製した。
【００１４】
次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）をそれぞれ２．５質量部添加し、イオン交換水で希釈、混合してスラリー状の負極合剤を得た。この負極合剤を負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔両面にドクターブレード法により塗工、乾燥を行い、作用物質含有層の塗膜厚さが０．１５ｍｍの両面塗工負極を作製した。次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、銅層を剥き出しにし通電部とし、幅１５ｍｍ，長さ１２０ｍｍに切り出し負極板４を作製した。
【００１５】
次に、正負極板通電部面を外周巻き終り側とし、これら正極板と負極板の間に厚さ２５μｍのポリエチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介して渦巻状に捲回し、扁平形電池の扁平面に対し水平方向に正負極対抗部を持つように一定方向に捲回電極の中心部の空間がなくなるまで加圧し偏平状の電極群を作製した。
【００１６】
作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した後、絶縁ガスケット６を一体化した負極金属ケース１の内底面に電極群の負極板の作用物質含有層除去部が接するように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支持塩としてＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せしめた非水電解質を注液し、さらに電極群の正極板の作用物質含有層除去部に接するようにステンレス製の正極ケース５を嵌合し、上下反転後、正極ケースに径方向および高さ方向の加締め加工を実施し、封口した。前記負極ケース１中央部には容器外面から内面に向けてφ１．０ｍｍ、高さ０．２ｍｍの突起１ａが設けられている。これにより厚さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの実施例１の扁平形非水電解質二次電池を５０個製作した。
【００１７】
（実施例２）
負極ケースに突起を設けず、正極ケースの中央部に容器外面から内面に向けて１．０ｍｍ、高さ０．２ｍｍの突起１ａが設けられている以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の電池を５０個作製した。
【００１８】
（実施例３）
正極ケースと負極ケース両者の中央部に容器外面から内面に向けてφ１．０ｍｍ、高さ０．２ｍｍの突起１ａが設けられている以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の電池を５０個作製した。
【００１９】
（比較例１）
突起のない負極ケースを用いたこと以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の電池を５０個作製した。
【００２０】
これらの電池について、４．２Ｖ、３ｍＡの定電流定電圧で、４８時間初充電を実施後、１５０ｍＡの定電流で３．０Ｖまで放電を実施し、放電容量を求めた。この試験結果を表１に示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
この表１から本実施例の電池に対し、比較例の電池では著しく放電容量が劣っている。これは放電時に電極が収縮することにより電極群と電池容器の接触が不安定になり、内部抵抗が上昇したためである。本実施例のように突起を設ければ、接触が確保されるため、このような容量低下は生じない。実施例１、２、３の比較から、突起を正極側、負極側のいずれか、もしくは両者に設けた場合でも効果は同じであることが分かる。したがって、本発明によれば、優れた放電性能を示す扁平形非水電解質二次電池を得ることができる。
なお、本発明の実施例は、ケース内面に突起を１つ設けた場合で説明したが、エンボス加工のような凹凸をケース内面に施した場合でも同様の効果が得られる。
【００２３】
また、非水電解質に非水溶液を用いた扁平形非水電解質二次電池を用いて説明したが、非水電解質にポリマー電解質を用いたポリマー二次電池や固体電解質を用いた固体電解質二次電池についても同様の効果が得られる。さらに、樹脂製セパレータの代わりにポリマー薄膜や固体電解質膜を用いることも可能である。
【００２４】
電池形状については正極ケースのかしめ加工により封口するコイン形非水電解質二次電池を用いて説明したが、正負極電極を入れ替え、負極ケースのかしめ加工により封口することも可能である。さらに、電池形状についても円形のコイン型である必要はなく小判形、角形などの特殊形状を有する扁平形非水電解質二次電池においても適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、優れた放電性能の扁平形非水電解質二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電池の断面図。
【図２】図１の負極ケースの上面図。
【符号の説明】
１…負極ケース、１ａ…負極ケース突起部、２…正極板、３…セパレータ、４…負極板、５…正極ケース、６…絶縁ガスケット。

Claims

負極端子を兼ねる金属製の負極ケースと、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガスケットを介し嵌合され、さらに前記正極ケースが前記絶縁ガスケットを圧縮する加締め加工により加締められた封口構造を有し、その内部にリチウム含有酸化物の正極とセパレータと炭素質材料の負極と非水電解質を内包した扁平形非水電解質二次電池において、
帯状の正極及び負極をセパレータを介して捲回、または多層積層、または折り返しされることにより、前記扁平形非水電解質二次電池の扁平面に垂直の方向の断面において、前記正極と前記負極が前記セパレータを介し対向している正負極対向面を、少なくとも３面以上有する扁平状の電極群が収納され、前記電極群の一方の扁平面の外側に導電性を有する正極構成材を露出させることにより正極ケースに接触させ、前記電極群のもう一方の扁平面の外側に導電性を有する負極構成材を露出させることにより負極ケースに接触させ、
正極ケースの内側に凹凸を設け、前記正極ケースの内側の凸部と前記正極構成材の露出部とが接触しているか、
負極ケースの内側に凹凸を設け、前記負極ケースの内側の凸部と前記負極構成材の露出部とが接触しているか、または、
正極ケースの内側に凹凸を設け、前記正極ケースの内側の凸部と前記正極構成材の露出部とが接触しており、かつ負極ケースの内側に凹凸を設け、前記負極ケースの内側の凸部と、前記負極構成材の露出部とが接触していることを特徴とする扁平形非水電解質二次電池。
正極ケースと負極ケースのいずれか一方の内側に、もしくは正極ケースと負極ケースの両者の内側に突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の扁平形非水電解質二次電池。