JPH0896842A

JPH0896842A - リチウムイオン二次電池

Info

Publication number: JPH0896842A
Application number: JP6228346A
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: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
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
ることができる。【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を接続して組電池を構
成する構造の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
極に分離しそれぞれ導電体に接続して集電体を形成し、
且つ、この集電体に電気的、熱的に接続された単電池端
子を、この集電体で形成する単電池毎に単電池１個当た
り、正極及び負極各々１本以上、各単電池から直接、電
池の容器の壁を貫通して電池の外に出し、この単電池端
子を通して電気を取り出すと共に、充放電時に電池内部
に蓄積される熱を取り出し、電池内部の温度上昇を防止
するように構成し、かつ、この導電体が、正極及び負極
共に、単電池の一つ側に存在するよう構成することを特
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、ヘッドホンステレオ、ハンディビデオカメ
ラ、移動電話、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、５〜２０Ｗｈ程度であり、円
筒型が多い。

【０００３】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。

【０００４】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。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。

【０００５】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。

【０００６】

【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枚以上の電極を負極・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。

【０００７】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。

【０００８】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。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
を越えると言う問題があった。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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、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を接続して組電池を構成する
構造の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
離しそれぞれ導電体に接続して集電体を形成し、且つ、
この集電体に電気的、熱的に接続された単電池端子を、
この集電体で形成する単電池毎に単電池１個当たり、正
極及び負極各々１本以上、各単電池から直接、電池の容
器の壁を貫通して電池の外に出し、この単電池端子を通
して電気を取り出すと共に、充放電時に電池内部に蓄積
される熱を取り出し、電池内部の温度上昇を防止するよ
うに構成し、かつ、この導電体が、正極及び負極共に、
単電池の一つの面側に存在するよう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。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。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_x
ＴｉＳ₂等のカルコゲナイト系化合物等である。

【００１１】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。

【００１２】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。
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、ＬｅＣｌＯ₄、ＬｉＡｓ
Ｆ₆、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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】正極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。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それぞれ導電体に接続し
て集電体が形成される。本発明においては、正極及び負
極の電極活物質合剤で発生した電気と共に、熱も集電体
を通して、外部に取り出せるように構成される。上記構
造により、正極及び負極の電極活物質合剤で発生した電
気と熱は、正極、負極別々にまず正極及び負極の金属材
料に伝わり、次いで金属材料の耳の部分から導電体を通
って、この金属材料及び導電体からなる集電体に電気
的、熱的に接続され、且つこの集電体で形成する単電池
毎に単電池１個当たり正極及び負極各々、１本以上、各
単電池から直接、電池の容器の壁を貫通して電池の外に
出ている単電池端子（伝熱性のよい金属棒）を通して電
池の容器の外に取り出すことができる。

【００２０】上記のように、電極活物質合剤と直接接す
る金属材料、この金属材料と電気的、熱的に接続された
導電体、更にこの導電体と電気的、熱的に接続された単
電池端子を通して、電極活物質合剤で発生する電気と共
に熱が伝達し、単電池の外部に取り出される。しかしな
がら、金属材料、導電体、単電池端子の材料である、
銅、アルミニウム等の金属は電気の伝導率については、
リチウムイオン二次電池の要求を十分満たすものである
が、熱の伝導率については、リチウムイオン二次電池の
要求を十分満たす程大きくないので、これら集電体の構
造乃至は構成に工夫が必要である。

【００２１】本発明においては、この集電体に電気的、
熱的に接続された単電池端子を、この集電体で形成する
単電池毎に単電池１個当たり、正極及び負極各々１本以
上、各単電池から直接、電池の容器の壁を貫通して電池
の外に出し、この単電池端子を通して電気を取り出すと
共に、充放電時に電池内部に蓄積される熱を取り出し、
電池内部の温度上昇を防止するように構成するに際し
て、電極活物質合剤と直接接する金属材料と接続してい
る導電体が、正極及び負極共に、単電池の一つの面側に
存在するよう構成される。

【００２２】尚、単電池の一つの面としては、上面、横
面、下面のいずれでもよいが、電解液と接触することの
少ない、上の面とすることが好ましい。その目的は、リ
チウムイオン二次電池の単電池の電極活物質合剤で発生
する電気と熱の伝達経路を出来るだけ短くすることにあ
る。特に、導電体から単電池端子に到る単電池の外部の
冷媒に接するまでの長さを短くなるよう構成することに
ある。

【００２３】本発明の具体的な態様の一つとして、正極
及び負極を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、それぞれ片方のみを長くして、正極と
負極のこの長い耳の部分を、電極活物質合剤の塗布部分
の同一方向に、正極と負極が場所を分けて出るように構
成する。その長い耳の部分に電極間の間隔を規制するス
ペーサーを挟み込み、金属材料の耳の部分とこの導電体
を接続して、集電体を形成し、この導電体を通して電気
及び熱を取り出すよう構成される場合、この導電体は、
負極、正極共に単電池の一つの面側に出るように構成さ
れる。この導電体に接続された単電池端子は、正極及び
負極共に単電池の一つの面側に出ているので、電池の一
つの面側の壁を貫通して、外に出ることとなる。このよ
うに構成することにより、単電池端子を、この導電体の
中央又は左右数カ所にこの導電体に直接又は接続金具を
介して接続し、その長さも短くなるように構成すること
ができるので、この導電体内部での熱伝導の長さを短く
することができるだけでなく、単電池端子とその接続金
具の熱伝導の長さも短くすることができる。

【００２４】更に、本発明においては、集電体に電気
的、熱的に接続された導電体を、この集電体で形成する
単電池毎に単電池１個当たり、正極及び負極各々１本以
上、各単電池から直接、電池の容器の壁（左右の壁）を
貫通して電池の外に出し、この導電体を通して、電気を
取り出すと共に、充放電時に電池内部に蓄積される熱を
取り出し、電池内部の温度上昇を防止するに当たり、こ
の導電体からなる、単電池の端子群を端子で覆った部屋
に、空気又はその他の冷媒を流して、これら冷媒が端子
群より熱を受け、熱を系外に、効果的に取り出すことが
できる。

【００２５】空気又はその他の冷媒はブロワー、ポンプ
等で強制的に流してもよいが、自然対流で流してもよ
い。又、これらの冷媒を冷却器を備えた系で循環して使
用してもよいが、空気の場合は、外気から採り入れ、外
気に放出してもよい。又、その他の冷媒としては、水な
どのように、リチウムイオン二次電池の電解液と反応す
るものは好ましくない。リチウムイオン二次電池の電解
液と反応しない溶媒、即ち、電解液の溶媒に使用するよ
うなものが好適である。

【００２６】このように構成することにより、大型化に
適し、強靱性、耐振動性、耐衝撃性に優れ、且つ、放熱
のための機構を備えた急速充放電に耐えるリチウムイオ
ン二次電池を得ることができる。又、ここで、この導電
体は、導電性の金属片であることが多く、例えば、金属
材料の耳の部分を複数枚束ねて、２枚の棒状の金属片で
金属材料の耳の部分を挟み、これらを機械的に締め付け
ることにより、集電体を形成する場合、機械的に締め付
ける代わりに、２枚の棒状の金属片と金属材料の耳の部
分の端部を溶接する場合、導電性のスペーサーを使用
し、この部分を機械的に締め付け、この締め付け金具を
導電体とし、集電体を形成する場合、など、様々な形態
がある。又、導電体の材料として、導電性の炭素材を使
用することもできる。

【００２７】金属材料の耳の部分を複数枚束ねて、２枚
の棒状の金属片で金属材料の耳の部分を挟み、これらを
機械的に締め付けることにより、集電体を形成する場
合、機械的に締め付ける方法としては、リベットでかし
めるのが好適であるが、ボルトナットで締め付ける方
法、クランプ等で締め付ける方法等も使用される。更に
強固に導電体と金属材料の耳の部分を接続するには、導
電体で挟んだ金属材料の耳の部分の端部とこの導電体を
溶接するのが好ましい。

【００２８】溶接方法としては、ＴＩＧ溶接、高周波溶
接又は超音波溶接が好適である。機械的に締め付けと溶
接を併用して、導電体と金属材料の耳の部分を接続する
こともできる。導電性のスペーサーを使用し、この部分
を機械的に締め付け、この締め付け金具を導電体とし、
集電体を形成する場合、機械的に締め付ける方法として
は、ボルトナットで締め付ける方法、クランプ等で電極
の耳の部分の外側から締め付ける方法等も使用される。

【００２９】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、スペーサーを挟んで積層し、単電池の電極
の層を外側から締め付ける構造を採用しうる。このスペ
ーサーは非導電性の材料を使用する場合と導電性の材料
を使用する場合がある。

【００３０】例えば、金属材料の耳の部分を複数枚束ね
て、２枚の棒状の金属片で金属材料の耳の部分を挟み、
これらを機械的に締め付けることにより、集電体を形成
する場合、金属材料の耳の部分を複数枚束ねて、２枚の
棒状の金属片で金属材料の耳の部分を挟み、導電体で挟
んだ金属材料の耳の部分の端部とこの導電体を溶接する
場合は、導電性の材料を使用してもよいが、非導電性の
材料を使用する方が好ましい。

【００３１】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、
その生産性を上げるため、次のような方法が効果的であ
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。

【００３２】尚、導電性のスペーサーを使用する場合は
導電性の接着剤を使用する必要がある。（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。

【００３３】

〔実施例１〕

（負極）石炭系ニードルコークスを粉砕し、平均粒系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、横１８ｃｍ
＊縦１０ｃｍ、厚さは片面１５０μｍとした。銅箔は左
右には特に耳を取らないが、上下には上に２５ｍｍ、下
に１０ｍｍの耳を残して負極合剤を塗布するように設計
してある。更に、負極合剤を塗布、乾燥した後に銅箔の
上の耳の部分の中央部８ｃｍを残して、左右５ｃｍ分を
切り落とし、負極とする。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。

【００３４】（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横１８ｃｍ＊縦
１０ｃｍ、厚さは片面１４５μｍとした。アルミニウム
箔は左右には特に耳を取らないが、上下には、上に２５
ｍｍ、下に１０ｍｍの耳を残して負極合剤を塗布するよ
うに設計してある。更に、正極合剤を塗布、乾燥した後
にアルミニウム箔の上の耳の部分の左右各４ｃｍを残し
て、中央部１０ｃｍを切り落とし、正極とする。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。

【００３５】（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
使用する。上側の中央部の負極の耳の部分には非導電性
のスペーサーを各負極の間に挟んで、又、上側の左右の
正極の耳の部分右側の正極の耳の部分にも非導電性のス
ペーサーを各正極の間に挟んで、更に、下側の耳の部分
には、スペーサーを負極の耳の部分と正極の耳の部分の
間に挟んで、積層する。スペーサーは、上側は、負極
側、正極側各々横方向に、横長のスペーサーを２ケ処に
挟み込む。下側は、負極と正極の間に横方向に、横長の
スペーサーを３ケ処に挟み込む。この場合、作業性を良
くするために、電極の耳の部分に非導電性のスペーサー
を接着したものを使用し、積層する。

【００３６】次いで、負極の銅箔の上側の耳の部分の端
部を約１５枚束ね（図面は３枚束ねた例を示してい
る。）、これを２枚の銅製の細長い板（導電体）で挟
み、リベットでかしめ、機械的に締め付ける。更に、銅
箔の耳の部分の端部の先端と２枚の銅製の細長い板をこ
の端部の先端の側からＴＩＧ溶接で溶接する。同様に、
正極のアルミニウム箔の耳の部分の端部を約１５枚束
ね、これを２枚のアルミニウム製の細長い板（導電体）
で挟み、リベットでかしめ、機械的に締め付ける。更
に、アルミニウム箔の耳の部分の端部の先端と２枚のア
ルミニウム製の細長い板をこの端部の先端の側からＴＩ
Ｇ溶接で溶接する。単電池１個当たり、負極、正極それ
ぞれ６組（図面は４組の例を示している。）の金属箔と
導電体と溶接したものを作成する。この導電体に単電池
端子の金属棒を溶接し、負極及び正極を分離して別々に
接続する。このようにして、負極と正極、それぞれ別々
に電気的に接続された集電体が形成される。

【００３７】この場合、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に伝わり、導電体、単電池端
子接続金具、単電池端子の金属中を伝導伝熱で伝熱する
こととなるが、金属中を伝導伝熱は単電池の内部で発生
した熱に比べて十分に大きくないので、導電体、単電池
端子接続金具及び単電池端子の伝導伝熱の距離を極力短
くすることが求められる。

【００３８】そこで、本発明では、金属箔に接続する導
電体が、負極、正極共に単電池の上側に出るように構成
されており、この導電体に接続する単電池端子が、組電
池の上側の壁を貫通して単電池端子室に出るように構成
する。このように、負極及び正極の導電体が共に単電池
の上側に配置するように構成することにより、導電体、
単電池端子接続金具及び単電池端子の伝導伝熱の距離を
短くすることができる。

【００３９】本実施例では、負極の単電池端子６本（図
面は４本示している。）正極の単電池端子６本を導電体
に接続し、これらが、それぞれ組電池の上面の壁（上
蓋）を貫通して、組電池上蓋の上に設けた単電池端子室
に突き出るように構成する。尚、単電池は積層する方向
を非導電体の枠を以て締め付ける。このようにして、強
靱で、耐振動性、耐衝撃性に優れ、且つ、単電池内部で
発生した熱を除去する機構を備えた、急速充放電に耐え
る、大容量のリチウムイオン二次電池の単電池を作るこ
とができる。

【００４０】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。図１〜４は、このようにして得られるリチ
ウムイオン二次電池の単電池を示す。

【００４１】図１は単電池の正面図（図２のＡＡ′断
面）を示す。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′を複数枚束ねて、導電体８，１
１で挟み、リベット９，１２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。

【００４２】１５，１７は単電池端子であり、導電体
８，１１に単電池端子接続金具１５′，１７′を介して
溶接してある。１５″，１７″は単電池端子接続金具と
導電体の溶接部を示す。電気は、電極活物質合剤から金
属箔、導電体、単電池端子接続金具、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
熱され、導電体、単電池端子接続金具、更にこれらに接
続された単電池端子を通して除去される。

【００４３】単電池の電極の積層体は締め付け枠１８を
締め付け枠締め付けボルトナット１９で締め付ける。図
２は単電池の平面図（図１のＢＢ′断面）を示す。この
図では、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、締め付けたものを、単電池端子１
５，１７と単電池端子接続金具１５′，１７′で接続し
たものを示す。

【００４４】１０，１３は導電体８，１１と金属箔の耳
の部分４′，５′の溶接部であり、１５″，１７″はと
単電池端子接続金具１５′，１７′の溶接部である。こ
れらが正極及び負極の集電体を構成する構造となってい
る。図３は単電池の側面図（図２のＣＣ′断面）を示
す。１は電極活物質合剤塗布部であり、７はスペーサー
を示す。

【００４５】負極金属箔の耳の部分４′を負極導電体８
で挟み、負極締め付けリベット９で締め付けた後に導電
体８と溶接する。１０は負極金属箔の耳の部分と負極導
電体の溶接部を示す。負極単電池端子１５と負極単電池
端子接続金具１５′は一体のものとなっており、負極導
電体８には負極単電池端子接続金具１５′と溶接するた
めの爪が付いている。１５″は負極導電体８と負極単電
池端子接続金具１５′の溶接部を示す。

【００４６】１８は締め付け枠であり、１９はその締め
付けハブ及び締め付けボルトを示す。図４は図３におけ
る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、リベット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。

【００４７】２は負極活物質合剤の層、４は負極金属箔
であり、４′は負極金属箔の耳の部分であり、これらが
負極を構成する。３は正極活物質合剤の層であり、５は
負極金属箔であり、５′は負極金属箔の耳の部分であ
り、これらが正極を構成する。負極と正極の間にはセパ
レーター６が挟み込まれている。又負極金属箔の耳の部
分４′の間にスペーサー７が挟み込まれている。

【００４８】（組電池の組み立て）上記単電池４個を隔
壁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、上蓋を貫通して、各単電池の負極の端
子、正極の端子が容器の上部に突き出した形となる。単
電池１個当たり、負極の端子６本（図は４本示してい
る。）、正極の端子６本、合計４８本の端子が突き出し
た形となる。

【００４９】次いで、側面の壁の単電池端子の貫通部の
漏洩防止処置を行う。漏洩防止処置としては、電解液の
腐食に耐える封蝋剤を用いることができるが、これに限
るものではない。この状態で、組電池容器の気密テスト
を行い、次いで、電池内部を真空にして、電解液を注入
し、容器を密閉して、電池を封じる。

【００５０】最後に、各単電池の端子を直列に端子の連
結金具（連結体）で接続し、単電池端子室のカバーを取
り付ける。組電池全体の正極及び負極の端子は受槽の横
から電池の外に出す。尚、単電池の端子のある部屋に
は、外部から空気又は冷媒を送って、電池の内部で発生
した熱を放散する。

【００５１】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。このリチウムイオ
ン二次電池の充放電容量は２５００Ｗｈ、電池電圧は１
４Ｖ、エネルギー密度は１００Ｗｈ／ｋｇである。図５
〜７は、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は平面図（図６のＤＤ′断
面）、図６は正面図（図５のＥＥ′断面）、図８は側面
図（図５のＦＦ′断面）である。

【００５２】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２
１に収納し、組電池容器上蓋２３で外部と分離する。１
５は負極単電池端子、１７は正極単電池端子を示す。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３２、組電池正極端子３３と接続し、電気を組電
池容器本体の外に取り出す。

【００５３】単電池の端子１５，１７は組電池容器の上
蓋２３を貫通して、単電池端子室に頭を出す。単電池端
子室３０には冷媒を流し、単電池内部で発生した熱を除
去する。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、単電池端子接続金具、単電
池端子と熱伝導で伝熱され、単電池端子室を流れる冷媒
と接触し、この冷媒で除去される。３１は電解液液面を
示す。３４は単電池端子室カバー、３５は冷媒入口、３
６は冷媒出口、を示す。３７は組電池容器本体２１と組
電池容器側板２３を締め付けるボルトナットを示す。

【００５４】

【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正面図である。

【図２】図１のＢＢ′断面を示す平面図である。

【図３】図２のＣＣ′断面を示す側面図である。

【図４】図３のＸ部の拡大図を示す。

【図５】本発明における組電池の一例を示す平面図であ
る。

【図６】図５のＥＥ′断面を示す正面図である。

【図７】図５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負極活物質合剤の層３正極活物質合剤の層４負極金属箔５正極金属箔４′ 負極金属箔の耳の部分５′ 正極金属箔の耳の部分６セパレーター７スペーサー８負極導電体９負極締め付けリベット１０負極溶接部１１正極導電体１２正極締め付けリベット１３正極溶接部１４単電池端子接続棒１５負極単電池端子１５′ 負極単電池端子接続金具１５″ 負極単電池端子接続金具と負極導電体の溶接
部１７正極単電池端子１７′ 正極単電池端子接続金具１７″ 正極単電池端子接続金具と正極導電体の溶接
部１８締め付け枠１９締め付け枠締め付けボルトナット２０単電池本体２１組電池容器本体２２組電池隔壁２３組電池容器上蓋３０単電池端子室３１電解液液面３２組電池負極端子３３組電池正極端子３４単電池端子室カバー３５冷媒入口３６冷媒出口

───────────────────────────────────────────────────── 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を接続して組電池
を構成する構造の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
び負極に分離しそれぞれ導電体に接続して集電体を形成
し、かつ、この集電体に電気的、熱的に接続された単電
池端子を、この集電体で形成する単電池毎に単電池１個
当たり、正極及び負極各々１本以上、各単電池から直
接、電池の容器の壁を貫通して電池の外に出し、この単
電池端子を通して電気を取り出すと共に、充放電時に電
池内部に蓄積される熱を取り出し、電池内部の温度上昇
を防止するように構成し、かつ、この導電体が、正極及
び負極共に、単電池の一つの面側に存在するよう構成す
ることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【請求項２】導電体が、正極及び負極共に、単電池の
上面に出るよう構成する請求項１記載のリチウムイオン
二次電池。
【請求項３】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機械的に締め付けて集
電体を形成する請求項１又は２記載のリチウムイオン二
次電池。
【請求項４】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集電体を形成
する請求項１又は２記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項５】電極の金属材料の耳の部分を、正極及び
負極を分離して別々に、電極の間隔を一定に保つための
導電性のスペーサーを挟んで機械的に締め付けることに
より、集電体を形成する請求項１又は２記載のリチウム
イオン二次電池。
【請求項６】単電池の端子群を端子部カバーで覆った
部屋に、冷媒を流し、この冷媒が端子群から熱を受け
て、熱を系外に取り出すよう構成した請求項１又は２記
載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】電極の金属材料の耳の部分の端部と導電
体の溶接がＴＩＧ溶接、高周波溶接又は超音波溶接でな
された請求項４記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】単電池の組み立てに際して、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を
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９】スペーサーとして、予め金属材料の耳の
部分に接着剤で接着したものを使用してなる請求項８記
載のリチウムイオン二次電池。
【請求項１０】スペーサーとして、予め金属材料の耳
の部分に導電性の接着剤で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１１】冷媒として、空気又はリチウムイオン
二次電池の電解液と反応しない溶媒を使用する請求項６
記載のリチウムイオン二次電池。