JPH1055823A

JPH1055823A - 電池

Info

Publication number: JPH1055823A
Application number: JP8211816A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Kobayashi; 康太郎小林; Mitsunori Oda; 光徳織田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1996-08-12
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-24

Abstract

(57)【要約】【課題】強度の低い極板を多層に積層するような電池に
対しても、簡単な構造で極板群全体に均一に加圧力を付
与することができる電池を得る。【解決手段】極性の異なる極板同士が直接接触しないよ
うに積層して構成した積層極板群と、当該積層極板群を
積層方向に加圧する加圧部材１を有する電池において、
加圧部材１が実質的に耐電解液性であり、且つ加圧部材
１の一方の面が凸レンズ形状、他面が平面であり、加圧
部材１の平面側の面を前記積層極板群の少なくとも一方
の面に当接し、加圧部材１の凸レンズ形状の面を電池容
器内壁に当接させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は極性の異なる極板同
士を直接接触しないように積層して構成した積層極板群
を備えた電池に関わり、その構造の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、再充電が可能な二次電池の分野で
は、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−
水素電池等の電池が主流であった。しかしながら、近
年、携帯電話やノート型パソコンの急激な普及に伴い、
より小型で高容量な電池が求められるようになってき
た。このような要求に対して、負極に炭素材を用い、リ
チウムイオンを挿入・脱離させることにより充放電を可
能とした、いわゆるリチウムイオン二次電池が開発され
た。リチウムイオン二次電池は、負極材料に金属リチウ
ムを用いた電池に比べエネルギ−密度は低下するが、安
全で且つ従来の電池よりも高エネルギー密度であるとい
う長所を持ち、急激に市場を広めている。一般にリチウ
ムイオン二次電池は、他の再充電が可能な電池と同様に
極板群に一定の加圧力を付与しなければ、高い放電容量
が得にくいという特徴を持っている。これは前記加圧力
が活物質と集電体との密着性、つまり集電性を向上させ
る作用によるものである。従来の自動車用鉛電池は、ス
ペーサ的な平板加圧部材を電池内に設けることにより、
電池の充放電反応に伴う極板の膨張・収縮などの体積変
化にもかかわらず極板を一定に加圧している。また、薄
型の鉛蓄電池でも、特開平４−６２７６２号公報に示さ
れるように、直接極板中に貫通棒を通し、極板に均一な
加圧力を与えるように工夫がされている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スペーサ的な平板加圧部材では、積層極板群全体にその
積層方向へ均一な加圧力を与えることは困難である。こ
れは平板加圧部材が積層極板群全体にその積層方向へ均
一な加圧力を与えるには、１枚の平板加圧部材に厚みの
ばらつきがないことが要求されるためである。これは加
圧部材の成形技術に関わる問題である。例えば電池容器
内面と積層極板群加圧面の間に前記それぞれの面に均一
の加圧力で当接できないような平板加圧部材が配置され
た場合、積層極板群を部分的にしか加圧することができ
ない。部分的に加圧された積層極板群は、実質的に加圧
されない部分を有してしまう。特に用いる極板の強度が
低い場合は、加圧される部分と加圧されない部分の加圧
力の差は非常に大きいものとなる。この理由は、強度の
高い極板は、加圧されない部分でも極板自身がその内側
に位置する極板に対して加圧部材の役割をするのに対
し、強度の低い極板は、容易に変形するので加圧されな
い部分に前記加圧部材の役割を期待できないためであ
る。積層極板群への均一な加圧が行われないと、極板の
オーム損が増大し、電池は所定容量が得られないだけで
なく、特に高率での放電容量が大きく低下してしまう。
また特開平４−６２７６２号公報に示される、直接極板
中に貫通棒を通し加圧する方法でも、強度の低い極板を
用いた極板群への適用は困難である。これは強度の低い
極板を用いた極板群へ貫通棒を通す作業自体が、活物質
の脱落等による電池の短絡等のおそれを伴うものである
だけでなく、前述したように貫通棒付近しか極板群に加
圧がかからず、極板群全体での均一な加圧力は期待でき
ないことに起因する。本発明が解決しようとする課題
は、強度の低い極板を多層に積層するような電池に対し
ても、簡単な構造で極板群全体に均一に加圧力を付与す
ることができる電池を得るものである。

【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、極性の異なる極板同士が直接接触しない
ように積層して構成した積層極板群と、当該積層極板群
を積層方向に加圧する加圧部材１を有する電池は、加圧
部材１が耐電解液性であり、且つ加圧部材１の一方の面
が凸レンズ形状、他面が平面であり、加圧部材１の平面
側の面を前記積層極板群の少なくとも一方の端面に当接
し、加圧部材１の凸レンズ形状の面を電池容器内壁に当
接したことを特徴とする。このように片側に凸レンズ形
状、もう片側に平面構造を持った加圧部材１を用いるこ
とにより、凸レンズ形状側では電池容器に対して任意の
点で接し、平面側では極板群面に面で接することとな
る。従って加圧部材１が電池内で加圧面に対し傾斜した
状態でずれても、加圧部材１の凸レンズ形状側が電池容
器に対して点で接することには変わりはなく、その点を
起点として放射状に均一に加圧面に対し加圧力を付与で
きる。また、加圧部材１は実質的に耐電解液性であるこ
とから、電解液中に溶け出すことなく、それによる加圧
部材１の変形を起こすことがない。また電解液のイオン
伝導度の低下等電池性能への悪影響もない。さらに、加
圧部材１は電解液を保持しない材質であることが好まし
い。電解液を保持する材質としては吸水性ポリマー等が
あるが、これらは電解液を保持することにより変形しや
すいためである。但し、電解液を保持しても実質的に変
形しない材質、変形の程度が本発明が解決しようとする
課題を解決できる程度の材質であれば問題ない。

【０００５】このような作用から、図１に示すように積
層極板群を積層方向に加圧するに際し、加圧部材１を加
圧面の両側に配置する必要は必ずしもなく、どちらか片
方で十分な効果が得られる。その場合加圧部材１を配さ
ない側の電池容器内面が加圧部材と類似した役割をす
る。但し加圧部材１を加圧面の両側に配置しても当然構
わない。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、リ
チウムイオン二次電池を例に記述する。（正極の作製）コバルト酸リチウムに結着剤としてのポ
リフッ化ビニリデンを重量比で８％添加し、これに分散
溶媒としてＮ−メチルピロリドンを添加、混練したスラ
リを厚み２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布、その
後乾燥、プレス、裁断することにより厚み２００μｍの
正極を得た。

【０００７】（負極の作製）グラファイトに結着剤とし
てのポリフッ化ビニリデンを重量比で８％添加し、これ
に分散溶媒としＮ−メチルピロリドンを添加、混練した
スラリを厚み１０μｍの銅箔の両面に塗布、その後乾
燥、プレス、裁断することにより厚み１３０μｍの負極
を得た。

【０００８】上記の方法により作製した正極を、ポリエ
チレン製セパレータを介して上記負極と交互に積層し
た。この極板群とともに、図２に示す片側が凸レンズ形
状、もう片側が平面の構造を持つポリエチレン製の加圧
部材１を角形の電池容器に挿入した。このとき、前記凸
レンズ形状の面を電池容器内面に、前記平面を積層極板
群側にそれぞれ当接させる位置関係にする。さらにこの
とき、電池容器内面とそれぞれの加圧部材との接点には
押圧力が生じ、結果的に積層極板群がその積層方向に加
圧されるよう調整する。その後電池容器上蓋を溶接して
封口、注液口より電解液を所定量注入、注入口を封口す
ることによりリチウムイオン電池を得た。本発明による
積層形二次電池の断面図を図１に示す。電解液にはエチ
レンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶液中
へ６フッ化リン酸リチウムを１モル／リットル溶解した
ものを用いた。

【０００９】

【実施例】本発明の有効性を検証するため、発明の実施
の形態で記載したリチウムイオン二次電池（実施例）及
び後述する従来例１〜３の電池を作製し、比較検討し
た。（従来例１の電池の作製）上記本発明による実施例と同
様の正極と負極及び電解液、セパレータを用い、セパレ
ータを介して正極と負極が交互になるように積層した。
その後、本発明による実施例で用いた加圧部材は挿入せ
ず、その他は実施例と同様の方法により電池を組み立て
た。この電池には加圧部材が挿入されていない。（従来例２の電池の作製）上記本発明による実施例と同
様の正極と負極及び電解液、セパレータを用い、セパレ
ータを介して正極と負極が交互になるように積層した。
その後、両側が平面構造を持つ加圧部材を用い、その他
は本発明による実施例と同様の方法により電池を組み立
てた。（従来例３の電池の作製）上記本発明による実施例と同
様の正極と負極及び電解液、セパレータを用い、セパレ
ータを介して正極と負極が交互になるように積層した。
その後、これらの極板群に貫通棒を通す貫通孔を開け、
熱収縮性ポリプロピレンからなる貫通棒の両端で積層極
板群の両端を押さえ込む構成とし、その後貫通棒を加熱
することにより両面から加圧を加えた。その後、本発明
による実施例と同様の方法により電池を組み立てた。こ
の電池には加圧部材は挿入されていないが、貫通棒によ
り極板群を加圧している。

【００１０】（実験）以上の実施例、従来例１〜３の電
池について、初期容量及び高率放電性能についての比較
をした。初期容量試験は、定電流で８時間率で充電した
後、８時間率（１／８Ｃ）で終止電圧＝２．８Ｖまで放
電した。高率放電性能は、初期容量試験後充放電効率が
安定した後、定電流で８時間率で充電し、放電を８時間
率（１／８Ｃ）及び１時間率（１Ｃ）、２時間率（２
Ｃ）で終止電圧=２．８Ｖまで行った。

【００１１】表１に初期容量試験及び高率放電試験の結
果を示す。初期容量は本発明の実施例における電池の放
電容量を１００％とした時の比率で示した。高率放電
は、それぞれ１／８Ｃ放電に対する比率で示した。

【００１２】

【表１】

【００１３】本発明の実施例の電池は、極板群の被加圧
面全面に均一な加圧力が得られているため、初期容量及
び高率放電性能ともに優れている。これに対し、加圧部
材を用いていない従来例１は、初期容量、高率放電性能
ともに非常に低い。また、他の加圧部材等を用いた従来
例２、３は、加圧部材を用いなかった従来例１よりは特
性に優れるが、本発明による実施例には大きく及ばな
い。この結果から、本発明の実施例に用いた加圧部材を
用いることにより、従来の電池よりも初期容量、高率放
電性能に優れた電池が得られることがわかった。これら
の結果は、実施例に用いた加圧部材が積層極板群をより
均一に加圧できる構造であるため得られるものである。

【００１４】本実施例では、図１に示しように加圧部材
を積層極板群の両側の端に配置したが、片側のみに配置
しても本実施例と同様の結果が得られた。但し、本実施
例のように被加圧面の両側に配置した方が、積層極板群
を加圧部材と共に電池容器内へ挿入する際、その作業が
容易だった。これは加圧部材と電池容器との摩擦抵抗が
積層極板群面と電池容器との摩擦抵抗よりも小さいため
である。また本実施例では、正極にコバルト酸リチウ
ム、負極にグラファイト、電解液にエチレンカーボネー
トとジメチルカーボネートの混合溶液中へ６フッ化リン
酸リチウムを１モル／リットル溶解したものを用いた
が、本発明は上記の材料構成に限定されるものではな
く、他の材料構成からなる積層形二次電池においても同
様の効果が確認されている。また加圧部材も、耐電解液
性の材料であれば同様の効果が得られる。リチウムイオ
ン二次電池の場合、加圧部材の他の材料としては本実施
例で用いたポリエチレン以外のポリオレフィン系やポリ
テトラフルオロエチレン等がある。

【００１５】

【発明の効果】本発明により、強度の低い極板を多層に
積層するような電池に対しても、簡単な構造で極板群全
体に均一に加圧力を付与することができる電池を得るこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池の一例を示した断面図である。

【図２】本発明に係る加圧部材の一例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１．加圧部材２．負極３．正極４．セパレータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】極性の異なる極板同士を直接接触しないよ
うに積層して構成した積層極板群と、当該積層極板群を
積層方向に加圧する加圧部材を有する電池において、前記加圧部材が実質的に耐電解液性であり、且つ前記加
圧部材の一方の面が凸レンズ形状、他面が平面であり、
該加圧部材の平面側の面を前記積層極板群の少なくとも
一方の端面に当接し、該加圧部材の凸レンズ形状の面を
電池容器内壁に当接したことを特徴とする電池。
【請求項２】加圧部材が電解液を保持しない材質である
ことを特徴とする請求項１記載の電池。
【請求項３】電池がリチウムイオン二次電池である請求
項１又は２記載の電池。