JPH07220754A

JPH07220754A - 積層型リチウム二次電池

Info

Publication number: JPH07220754A
Application number: JP6034117A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takatani; 稔高谷; Takashi Yamamoto; 隆山本
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1994-02-07
Publication date: 1995-08-18

Abstract

(57)【要約】【目的】集電体と、正極材と、電極質を含んだセパレー
タもしくは固体電解質と、負極材とをそれぞれ矩形板状
に形成し、これらを交互に１組以上積層してなる積層型
リチウムニ次電池において、電池素体を構成する素材を
容易に束ねることができ、かつ充放電時の膨張、収縮を
吸収すると共に、良好な気密封止が容易に行え、量産性
を高めた積層型リチウム二次電池を提供する。【構成】各素材の積層体を弾性を有する熱収縮チューブ
１５によって一体的に束ねる。積層体に設けた集電体を
容器２に一体に設けた端子５、６に接続し、容器２と蓋
３との間を弾性リング７で密封すると共に、弾性リング
７を設けた部分に可撓性樹脂８を施して二重密封した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚膜形成方法を用いて
作製される積層型リチウム二次電池に係り、特に充放電
に伴う膨張収縮を吸収する構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電池は一般に正極、負極が別々の
ブロックを構成して電解質を含むセパレータを介して対
峙する構造を有していたが、軽量、高エネルギー密度化
等を図るため、特開平２−２９７８６０号公報において
開示されたリチウム電池のように、正極材、正極集電
体、正極材、電解質を含むセパレータ、負極材、負極集
電体、負極材の各シートを重ねて渦巻き状に巻き、この
渦巻き状に巻いた電池素体を円筒形のケースに収容し、
ケース上面を正極端子、ケース下面を負極端子として構
成し、ケースの開口面に樹脂等でなるガスケットを介し
て嵌着したキャップで封止したものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのように、金
属円筒ケースに巻シート状の電池素体を押し込んだ構造
においては、第１に、電池素体を弾性的に束ねてケース
に効率良く収容することが困難であり、第２に、積層体
をケース内に弾性的に収容できないから、充放電に伴う
積層体の膨張、収縮を吸収することが困難であり、積層
体の形くずれが起きやすく、第３に、湿気等の侵入を防
ぐ気密封止を量産性良く行うことが困難であるという問
題点があった。

【０００４】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
電池素体を構成する素材を容易に束ねることができ、か
つ充放電時の膨張、収縮を吸収すると共に、良好な気密
封止が容易に行え、量産性を高めた積層型リチウム二次
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】本発明は、上記目的を達
成するため、集電体と、正極材と、電極質を含んだセパ
レータもしくは固体電解質と、負極材とを交互に１組以
上積層してなる積層型リチウムニ次電池において、前記
各素材の積層体を弾性を有する熱収縮チューブによって
一体的に束ね、該束ねた積層体を開口面に蓋を設けた容
器内に収容し、該積層体に設けた集電体を容器に一体に
設けた端子に接続し、該容器と蓋との間を弾性リングで
密封すると共に、該弾性リングを設けた部分に可撓性樹
脂を施して二重密封したことを特徴とする。本発明にお
いて、前記容器を金属製とし、前記端子の少なくとも一
方は、ガラスハーメリード端子とすることが好ましく、
また、容器が積層体の積層方向に伸縮性を持たせること
がさらに好ましい。

【０００６】本発明において、前記容器としては、合成
樹脂成形体の他、ニッケル、アルミニウム、真偸等の金
属が用いられる。また、正極集電体としてはNiやAlが用
いられ、負極集電体としてCuが用いられる。また、正極
材に用いる活物質として、LiCoO₂等のアルカリ金属酸化
物、MnO₂の他の金属または他の金属の酸化物や水酸化物
との複合酸化物、V₂O₅等のバナジウム酸化物、Cr₂O₅等
のクロム酸化物、TiS₂、MoS₂、FeS₂等の遷移金属ジカル
コゲナイト、NbSe₃等の遷移金属トリカルコゲナイト、
シュブレル相（A_xMo₆Ch₈、A=Li、Cu、Ch＝S、Se、ｘ＝
０〜４）等が用いられる。負極材に用いる活物質として
は、金属Li、Li合金、またはLiをドープし、かつ脱ドー
プしうる導電性ポリマー等が用いられる。また、セパレ
ータに含浸させる電解液は、非水溶媒に溶質を溶解させ
たものが用いられ、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、ジメチルスルホキシド、
γ−ブチロラクトン、スルホラン、メチルスルホラン、
γ−バレロラクトン、γ−オクタノイックラクトン、
１．２−ジエトキシエタン、１．２−ジメトキシエタ
ン、２−メチルテトラヒドロフラン、１．３−ジオキソ
ラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、ジエチルエ
ーテル、テロラヒドロフラン、１．２−ジブトキシエタ
ン等が用いられ、また溶質として、LiClO₄、LiAsF₆、Li
PF₆、LiBF₄、LiB(C₆H₅)₄、LiCl、LiBr、CH₃SO₂Li、CF₂S
O₂Li、LiCF₃SO₃等が用いられる。また、固体電解質を用
いることもできる。また、固体電解質を用いることもで
きる。前記弾性熱収縮チューブとしては熱収縮性を持た
せたポリエチレンフィルムやポリ塩化ビニリデンフィル
ム等が用いられる。また、弾性リングとしては、ゴムま
たはポリエチレン、ポリプロピレン、軟質ポリ塩化ビニ
ル、ナイロン６６、ポリテトラフルオロエチレン等の合
成樹脂が用いられる。また、可撓性を有する封止樹脂と
しては、シリコーン系樹脂やエポキシ樹脂等が用いられ
る。

【０００７】

【作用】本発明の積層型リチウム二次電池は、上述のよ
うに、積層体を弾性を有する熱収縮チューブによって一
体的に束ねたので、充放電に伴う膨張収縮が該チューブ
によって吸収される。また、容器に端子を一体に設ける
と共に、容器と蓋との間を弾性リングで密封し、かつ、
該弾性リングを設けた部分に可撓性樹脂を施して二重密
封した構造により、気密性が向上すると共に、密封容器
と蓋との間も膨張収縮可能である。容器に金属を用いた
場合、端子部分にガラスハーメリード端子を設けること
により、気密性が確保される。

【０００８】

【実施例】図１（Ａ）は本発明による電池の一実施例を
示す縦断面図、同（Ｂ）はその部分拡大図、同（Ｃ）は
平面図、同（Ｄ）は（Ａ）の左側面図である。１は積層
構造でなる電池素体、２は一面が開口された直方体状の
合成樹脂製の容器、３はその開口部を閉塞する合成樹脂
製の蓋、５、６はそれぞれ容器２にモールドにより一体
に設けられた正極、負極端子である。７は蓋３の周囲に
形成したＬ字形のリング収容部３ａと容器４の内壁との
間に圧入したゴムあるいは弾性を有する合成樹脂からな
る弾性リング、８は蓋３と容器２との間を密閉するよう
に、弾性リング７上に充填した封止樹脂であり、該封止
樹脂８は弾性リング７上に溶融状態で添加して硬化させ
るものである。

【０００９】図２（Ａ）は積層体でなる電池素体１の構
造の一例を示す斜視図、同（Ｂ）はその分解斜視図であ
り、１０、１２はそれぞれ正極集電体および負極集電
体、１１、１３はそれぞれこれらの正極、負極集電体１
０、１２上に重畳した正極材、負極材、１４は正極材１
１と負極材１３との間に介在させた電極質を含んだセパ
レータ１４（もしくは固体電解質）である。

【００１０】この電池素体１は、図２（Ｂ）に示すよう
に、シート法または印刷法により正極集電体１０の片面
あるいは両面に正極材１１を一体に重畳しておき、一
方、負極集電体１２の片面または両面にも負極材１３を
一体に重畳しておき、これらの正極材１１、負極材１３
の間に電極質を含んだセパレータ１４（もしくは固体電
解質）を介在させて図２（Ａ）に示すように１組以上積
層してなるものであり、集電体１０、１２は図１に示す
端子５、６に接続するために延出している。これらの材
料１０〜１４はそれぞれ矩形板状をなす。

【００１１】具体的には、正極集電体１０としてAlを用
い、そのシートの両側または片側に、その上にLiCoO₂の
ような正極活物質等をグラファイトでなる導電粉ととも
に樹脂等でなるバインダにより結合して形成したシート
状の正極材１１を重畳した。また、負極集電体１２とし
てCuシートを用い、そのシートの両側または片側に負極
活物質としてのグラファイトをバインダで結合してなる
シート状の負極材１３を重畳した。電解質としては、エ
チレンカーボネート（ＥＣ）とジエチレンカーボネート
（ＤＥＣ）とを１対１の重量比で混ぜた溶媒中にLiClO₄
を溶解させた液体電解質を用い、これをポリプロピレン
の樹脂製セパレータ１４の微細孔に含浸させたものを用
いた。

【００１２】図２（ａ）に示すように、前記素材１０〜
１４を重ねたものに、図３（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、ポリ塩化ビニリデンからなる弾性を有する熱収縮シ
ート１５を被せて集電体１０、１２の延出部を除いて包
み（この場合、積層体が撓まないように矩形板で積層体
を挟んでおいてもよい）、図４（ａ）に示すように、シ
ート１５の端部の重ねた部分１５ａを接着あるいは熱溶
着し、図４（ｂ）に示すように、シート１５を周囲から
ヒータ１８により加熱し収縮させて前記素材１０〜１４
を一体に重ねた。そして図４（ｃ）に示すように複数枚
の正極集電体１０の端部どうし、負極集電体１２の端部
どうしを導電性接着剤により接着するかまたは溶接（１
６）し、集電体１０、１２の端部を必要に応じて切断し
た。

【００１３】このようにして構成した電池素体１を、図
１に示すように容器２内に入れ、集電体１０、１２の端
部を端子５、６にそれぞれ導電性接着剤により接着また
は超音波溶接等により固着（１７）した。その後、前述
のように蓋３の装着、ゴム製弾性リング７の押し嵌め、
シリコン系可撓性樹脂８の塗布を行い硬化させることに
より密封した。

【００１４】このように、容器２に端子５、６を一体に
設けるとともに、矩形をなす素材からなる積層体を弾性
を有する熱収縮チューブ１５によって一体的に束ねたの
で、渦巻き状に巻く場合のように特殊な装置を要するこ
となく、効率良く積層体を束ねることができる。また、
充放電に伴う膨張収縮が該チューブ１５によって吸収さ
れ、形くずれが防止され、長期にわたり電極間が近接し
た構造を保持し、性能劣化が防止される。また、容器２
と蓋３との間を弾性リング７で密封し、かつ、該弾性リ
ング７を設けた部分に可撓性樹脂８を施して二重密封し
た構造により、容器２と蓋３との間も膨張収縮可能であ
るから、容器２、蓋３による積層体の保形作用が得られ
る。またこれらの構造により気密性が向上する。また、
組み立て工程上、まず容器２に蓋３を被せ、その後、弾
性リング７で仮止めする工程が採用されるため、最終的
に封止するための樹脂封止工程が容易に実施できる。

【００１５】図５（Ａ）は本発明の他の実施例を示す縦
断面図、同（Ｂ）はその要部拡大図であり、本実施例に
おいては、容器２Ａをニッケル製とし、その側面部に全
周にわたって波状曲成部２ｂを形成することにより、上
下方向の伸縮性を持たせると共に、両端側面部には開口
部２ｃにガラス１８により端子５Ａ、６Ａが固定された
ガラスハーメリード端子を設けることにより、気密性を
持たせたものである。該ガラスハーメリード端子５Ａ、
６Ａは、端子５Ａ、６Ａを嵌めてバインダで板状に成形
したガラス素材を開口部２ｃに嵌めて焼成することによ
り、容器２に一体にかつガラス１８により電気的に絶縁
して固定される。本実施例によっても前記実施例と同様
の作用効果を奏することができる上、容器２Ａの伸縮性
をさらに高めることができる。

【００１６】なお、本実施例のように、電池素体１およ
び容器２を直方体形状に形成した場合には、容器２の内
面と電池素体１との隙間を小さくでき、従来の円筒形電
池に比較して無駄なスペースを少なくできる。

【００１７】

【発明の効果】請求項１によれば、素材を積層して熱収
縮チューブで束ねる構造としたので、効率良く束ねるこ
とができる。また、熱収縮チューブが弾性を有するた
め、充放電に伴う膨張を該チューブにより吸収し、積層
体が長期にわたり形くずれせず、性能の劣化が防止され
る。また、容器も伸縮性を持たせた構造であるために、
積層体の膨張収縮を容器側で吸収できる。また、容器と
蓋との間を弾性リングと樹脂により二重密封したので、
気密性が向上する。また、容器と蓋との間が弾性リング
で仮止めされた状態で封止樹脂を施す工程が採用される
ために、最終封止工程が容易となり、量産性が向上す
る。

【００１８】請求項２によれば、容器を金属製とし、端
子をガラスハーメリード端子としたので、請求１と同様
の効果があげられる。

【００１９】請求項３によれば、容器を伸縮性にしたの
で、容器と蓋とを含めた全体の伸縮性がさらに高められ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明による電池の一実施例を示す縦
断面図、（Ｂ）はその部分拡大図、（Ｃ）はその平面
図、（Ｄ）は（Ａ）の左側面図である。

【図２】（Ａ）は図１の電池素体の積層構造を示す側面
図、（Ｂ）はその分解斜視図である。

【図３】本実施例の電池素体の積層後の組立工程の一部
を示す工程図である。

【図４】本実施例の電池素体の積層後の組立工程の残部
を示す工程図である。

【図５】（Ａ）は本発明による電池の他の実施例を示す
縦断面図、（Ｂ）はその部分拡大図である。

【符号の説明】

１電池素体２、２Ａ容器２ｂ波状曲成部３蓋５、５Ａ、６、６Ａ端子７弾性リング８可撓性樹脂１０正極集電体１１正極材１２負極集電体１３負極材１４セパレータ１５熱収縮性シート１８ガラス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集電体と、正極材と、電極質を含んだセパ
レータもしくは固体電解質と、負極材とを交互に１組以
上積層してなる積層型リチウムニ次電池において、前記
各素材の積層体を弾性を有する熱収縮チューブによって
一体的に束ね、該束ねた積層体を開口面に蓋を設けた容
器内に収容し、該積層体に設けた集電体を容器に一体に
設けた端子に接続し、該容器と蓋との間を弾性リングで
密封すると共に、該弾性リングを設けた部分に可撓性樹
脂を施して二重密封したことを特徴とする積層型リチウ
ム二次電池。
【請求項２】請求項１において、容器が金属製であり、
前記端子の少なくとも一方は、ガラスハーメリード端子
であることを特徴とする積層型リチウム二次電池。
【請求項３】請求項１または２において、容器の側面部
に全周にわたって断面が波状をなす曲成部を形成して積
層体の積層方向に伸縮性を持たせたことを特徴とする積
層型リチウム二次電池。