JP2000123840A - リチウムポリマ―電池 - Google Patents

リチウムポリマ―電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 陰極集電体を開口が形成されない薄板フォイ
ルで構成することにより極板の性能及び生産性を向上さ
せたリチウムポリマー電池を提供する。 【解決手段】 複数の開口Hが形成された陽極集電体21a
と前記陽極集電体21aの少なくとも一面に形成された陽
極活物質層21bで構成された陽極板21と、薄板状の陰極
集電体22aと前記陰極集電体22aの少なくとも一面に形成
された陰極活物質層22bで構成された陰極板22と、前記
陽極板21と陰極板22との間に設けられてこれを絶縁させ
るセパレーター23とを含む。これにより、電気電導性を
向上させられ、結着力に優れて結着された陰極板の厚さ
を均一にでき、陰極集電体と陰極シートとの間のバーや
バブル発生が防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はリチウムポリマー電
池に係り、より詳細には陰極板の構造が改善されたリチ
ウムポリマー電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】充放電が可能な二次電池はセルラーホン
(cellular phone)、ノート型パソコン、ビデオカメラ等
携帯用電子機器に広く使用される。このような二次電池
にはニッケル−カドミウム電池、鉛蓄電池、ニッケル水
素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、
金属リチウム二次電池等多様な種類がある。
【０００３】前記電池のうちリチウム二次電池は駆動電
圧が3.6Ｖであってニッケル−カドミウム(Ni-Cd)電池や
ニッケル−水素(Ni-MH)電池に比して寿命が長く、単位
重量当たりエネルギー密度が高く、その使用が日増しに
拡大しつつある。
【０００４】前記リチウム二次電池は電解液の種類に応
じてリチウムイオン電池と言われる液体電解質電池とリ
チウムポリマー電池と言われる高分子電解質電池とに分
類できる。リチウムポリマー電池はリチウムイオン電池
に比して多様な形状が実現でき、電池の安全性が高く、
軽いという長所を有する。
【０００５】このようなリチウムポリマー電池の一つで
あるベルコアリチウムポリマー二次電池の構成を示した
図３を参照すれば、陽極板11と陰極板12がセパレーター
13をはさんで複数層として積層されている。
【０００６】前記陽極板11は複数の開口h1が形成された
陽極集電体11aとこの陽極集電体11a両面に付着された陽
極シート11bより成る。前記陰極板12は複数の開口h2が
形成された陰極集電体12aとこの陰極集電体12aの両面に
付着された陰極シート12bより成る。前記陽極及び陰極
集電体11a、12aはエキスパンデッドメタル(expandedmet
al)より成る。
【０００７】このような構成を有するベルコアリチウム
ポリマー二次電池の製造工程を説明すれば次の通りであ
る。
【０００８】先ず、アセトン溶媒と活物質、バインダ
ー、導電剤及び可塑剤を混ぜてスラリー(slurry)を造
り、このスラリーでドクターブレード(Doctor-blade)法
でPETベースフィルム(polyethylene base film)上に薄
膜シートを造った後、前記PETベースフィルムを除去し
て活物質の電極シートを得る。前記電極シートを集電体
にラミネーティング工法で熱と圧力とを加えて押付け
る。そして、これを所定の大きさに切断する。
【０００９】このようにして製造された前記陽極板11と
陰極板12をセパレーター13をはさんで結合させて再度ラ
ミネーティング工程で熱と圧力により押付ける。このよ
うにしてバイセル(bi-cell)構造を形成する。引き続
き、エーテル溶液に漬けて可塑剤を抽出し、これを単純
に９枚重ねて９バイセルを成すようにして、端子を溶接
し、抽出された空間に電解液を含浸させる。そして、最
後に外装をケーシングする。
【００１０】しかしながら、このような方法で製造され
る従来のリチウムポリマー電池では、陽極及び陰極集電
体11a、12aの全てに可塑剤の抽出のための開口h1、h2を
形成しなければならないので陽極及び陰極集電体11a、1
2aの製造工程が煩わしく、前記開口h1、h2形成時発生す
るバー(burr)により陽極及び陰極集電体11a、12aと陽極
及び陰極シート11b、12b間の結着力に劣り、結着された
陽極板及び陰極板11、12の厚さも不均一であった。
【００１１】そして、前記開口h1、h2により陽極及び陰
極集電体11a、12aと電極シート11b、12bの結着時、バブ
ル(bubble)等が介入される心配があり、陽極及び陰極集
電体11a、12aの電導性も劣化される。
【００１２】一方、前記陽極及び陰極集電体11a、12aと
して使用されるエキスパンデッドメタルは通常幅300mm
以下でロール(roll)状に供給されるが、この製造特性上
長手方向へ力が加えられると延びる。従って、連続工程
では前記陽極及び陰極集電体11a、12aに引張力を加えな
がら工程が進行されるので製造が難しい。
【００１３】そして、電池の価格を決定するに際し、集
電体の価格が最大の比重を占めるが、前記エキスパンデ
ッドメタルはパンチドメタル(punched metal)に比して
高価であるという問題点がある。
【００１４】又、前記エキスパンデッドメタルは機械的
に加工することにより材料自体にストレスを受ける。従
って、所定の大きさで前記エキスパンデッドメタルを切
断する時、このエキスパンデッドメタルの集電体から微
細粉の飛散が脱落され、エキスパンデッドメタルの集電
体は網状より成るので糸筋と糸筋の延びによるバー発生
がショート(short)の原因になる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、陰
極集電体を開口が形成されない薄板フォイルで構成する
ことにより極板の性能及び生産性を向上させたリチウム
ポリマー電池を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するための本発明のリチウムポリマー電池は、複数の開
口が形成された陽極集電体と、前記陽極集電体の少なく
とも一面に形成された陽極活物質層で構成された陽極板
と、薄板上の陰極集電体と、前記陰極集電体の少なくと
も一面に形成された陰極活物質層で構成された陰極板
と、前記陽極板と陰極板との間に設けられてこれを絶縁
させるセパレーターとを含むことを特徴とする。
【００１７】ここで、前記陰極集電体はCuフォイルで構
成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】本発明の実施の形態を示した図１を参照す
れば、本発明によるリチウムポリマー電池は、電極組立
体20と電極組立体20が収納される収納部32が形成された
下部ケース31と、前記収納部32を覆って密閉する上部ケ
ース33を含む。
【００２０】前記電極組立体20は陽極板21と陰極板22が
セパレーター23をはさんで積層されて成り、前記各陽極
板21と陰極板22から陽極タップ26aと陰極タップ24aが各
々延びている。
【００２１】前記陽極タップ26aと陰極タップ24aが集ま
って陽極タップ群26と陰極タップ群24を各々成し、これ
の陽極タップ26と陰極タップ24は陽極端子25と陰極端子
27に各々結合される。前記陽極端子25と陰極端子27は前
記電極組立体20が下部ケース31の収納部32に収納されて
結合される時外部へ引き出される。
【００２２】図２を参照すれば、前記陽極板21は複数の
開口Hが形成された陽極集電体21aと前記陽極集電体21a
の少なくとも一面に形成された陽極活物質層21bで構成
され、前記陰極板22は薄板上の陰極集電体22aとこの陰
極集電体22aの少なくとも一面に形成された陰極活物質
層22bで構成される。前記陽極板21と陰極板22はこれら
を電気的に絶縁させるセパレーター23をはさんで結合さ
れて一つのセルを成し、このようなセルが複数積層され
て電極組立体20を形成する。
【００２３】本発明によると、前記陰極集電体22aは開
口が形成されないCuフォイルより成り、前記陽極集電体
21aは複数の開口Hが形成されたAl素材のエキスパンデッ
ドメタル又はパンチドメタルのうちいずれか一つより成
ることが望ましい。
【００２４】前記陽極板21と陰極板22は陽極集電体21a
と陰極集電体22aの両面に陽極活物質スラリー及び陰極
活物質スラリーを各々塗布することにより製作される。
【００２５】前記陰極活物質スラリーはNMP(N-Methyl-2
-Pyrrolidone)溶媒にPVDF(Poly VinyliDene Fluoride)
バインダー１０％を溶かして１８％の可塑剤を混合した
溶液を２％のカーボンブラック(carbon black)導電剤
と、７０％のカーボン陰極活物質を攪拌して20、000乃至
30、000cps(centi poise)の粘度で製造する。
【００２６】また、前記陽極活物質スラリーは、アセト
ンにPVDFバインダーを１０％溶かし、１５％〜１８％の
可塑剤を混合した溶液を２％〜５％のカーボンブラック
導電剤と、７０％のLiCoO2 陽極活物質を攪拌して20、00
0cpsの粘度で製造する。
【００２７】このようにして製造された陰極及び陽極活
物質スラリーは陰極集電体22aと陽極集電体21a表面にド
クターブレード方式で直接コーティングされることが望
ましい。
【００２８】本発明の他の実施の形態によると、陽極活
物質スラリーは、アセトンにPVDFバインダーを１０％溶
かし、１５％〜１８％の可塑剤を混合した溶液を２％〜
５％のカーボンブラック導電剤と７０％のLiCoO2 陽極
活物質を混ぜて20、000cpsの粘度に成るように攪拌して
製造する。
【００２９】又、前記陰極活物質スラリーは、アセトン
にPVDFバインダーを１０％溶かし、１５％〜１８％の可
塑剤を混合した溶液を２％〜５％のカーボンブラック導
電剤とカーボン陰極活物質を混ぜて20、000cpsの粘度に
成るように攪拌して製造する。
【００３０】続いて、このようにして製造された陽極及
び陰極活物質スラリーを例えば、ドクターブレード方式
を使用して薄膜のシート状に造り、このようなシートを
陽極集電体21a及び陰極集電体22aの両面に各々付着す
る。
【００３１】本発明に例示された陽極及び陰極活物質ス
ラリーに含有される物質の成分比率は開示された実施の
形態に限らず多様に設定できる。
【００３２】本発明によると、陰極集電体22aで開口が
形成されないCuフォイルを採用するので、電気電導性を
向上させ、陰極集電体22aと陰極活物質層22bのラミネー
ティング時結着力に優れ、結着された陰極板の厚さを均
一にできる。又、開口により従来の陰極集電体と陰極シ
ートとの間のバーやバブル発生が防止できる。
【００３３】ひいては、陰極集電体22aに開口が形成さ
れなくても、図３に示されたように陰極板22及びセパレ
ーター23に含有された可塑剤は陽極集電体21aの開口Hを
通じて矢印のように抽出できる。
【００３４】本発明のこのような効果は次の実験を通じ
て明確に理解できる。
【００３５】［実験例１］従来の開口が形成されたCuエ
キスパンデッドメタルを陰極集電体12aとして使用した
比較電池と、本発明に係るCuフォイルを陰極集電体22a
で使用した電池に対して可塑剤の抽出量を測定した。こ
の際、前記各々の電極組立体は９層のバイセル構造を有
し、製造時含有された可塑剤は１５％である。
【００３６】結果的に、比較電池からの可塑剤抽出量は
約3.4801ｇであり、本発明電池からの可塑剤抽出量は約
3.4526ｇであって両方はほとんど似た数値を示した。こ
のような実験結果は開口が形成されないCuフォイルを陰
極集電体として使用しても可塑剤の抽出量はさほど減ら
ないことが分かる。
【００３７】［実験例２］約80μm厚さの陽極シートと
約120μm厚さの陰極シートをAlエキスパンデッドメタル
陽極集電体21aと20μm厚さのCuフォイル陰極集電体22a
に各々付着して本発明に係る電池を構成した後抵抗値を
測定して従来の電池と比較した。
【００３８】測定結果、本発明の電池では抵抗が50〜60
mOhmの反面、従来の電池では80〜100mOhmを示した。従
って、本発明に係るリチウムポリマー電池が電極シート
と集電体の接触面積が広まって電気電導度が高まること
が分かる。
【００３９】又、陰極板の結着力においては従来の10gf
/mm2 から18gf/mm2 以上へ大きくなり、電池の寿命は従
来に比して約７％以上延び、電池のエネルギー密度は５
％〜１０％高まった。
【００４０】また、引張強度が比較的大きなフォイルを
陰極集電体で使用するので連続的な製造工程が可能であ
り、又陰極活物質スラリーを集電体に直接コーティング
できるので極板製造工程が簡素化できる。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、複数
の開口が形成された陽極集電体と、前記陽極集電体の少
なくとも一面に形成された陽極活物質層で構成された陽
極板と、薄板状の陰極集電体と、前記陰極集電体の少な
くとも一面に形成された陰極活物質層で構成された陰極
板と、前記陽極板と陰極板との間に設けられてこれを絶
縁させるセパレーターとを具備してリチウムポリマー電
池を構成したので、電気電導性を向上させられ、結着力
に優れて結着された陰極板の厚さを均一にでき、陰極集
電体と陰極シートとの間のバーやバブル発生が防止でき
る等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリチウムポリマー電池を示した分
解斜視図である。
【図２】図１の電極組立体を示した部分断面図である。
【図３】従来のリチウムポリマー電池の電極組立体を示
した断面図である。
【符号の説明】
11、21 陽極板 11a、21a 陽極集電体 11b 陽極シート 12、22 陰極板 12a、22a 陰極集電体 12b 陰極シート 13、23 セパレーター 20 電極組立体 21b 陽極活物質層 22b 陰極活物質層 24 陰極タップ群 24a 陰極タップ 25 陽極端子 26 陽極タップ群 26a 陽極タップ 27 陰極端子 31 下部ケース 32 収納部 33 上部ケース h1、h2、H 複数の開口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｂ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の開口が形成された陽極集電体と、
    前記陽極集電体の少なくとも一面に形成された陽極活物
    質層で構成された陽極板と、 薄板状の陰極集電体と、前記陰極集電体の少なくとも一
    面に形成された陰極活物質層で構成された陰極板と、 前記陽極板と陰極板との間に設けられてこれを絶縁させ
    るセパレーターとを含むことを特徴とするリチウムポリ
    マー電池。
  2. 【請求項２】 前記陰極集電体はCuフォイルより成った
    ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムポリマー電
    池。
  3. 【請求項３】 前記陽極集電体はエキスパンデッドメタ
    ル又はパンチドメタルのうちいずれか一つより成ったこ
    とを特徴とする請求項１に記載のリチウムポリマー電
    池。
  4. 【請求項４】 前記陽極及び陰極活物質層は各々陽極及
    び陰極活物質スラリーを前記陽極集電体と陰極集電体の
    少なくとも一面にコーティングすることにより形成され
    たことを特徴とする請求項２に記載のリチウムポリマー
    電池。
JP28401299A 1998-10-13 1999-10-05 リチウムポリマー電池 Expired - Fee Related JP3510990B2 (ja)

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