JP2000156211A

JP2000156211A - 電池および電池パック

Info

Publication number: JP2000156211A
Application number: JP10329956A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakahara; 浩中原
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2000-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】高率放電特性が優れ、軽くしかも安全な電池を
提供する。【解決手段】正極、セパレータおよび負極を有する発電
要素が収納された単電池を、１枚の板状部材と圧迫部材
を用いて圧迫するか、または単電池を２個以上積層し、
板状部材と圧迫部材を用いて単電池を圧迫し、最上部の
電池の上面には板状部材を備えていない形状の電池パッ
ク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池および電池パ
ックに属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用無線電話、携帯用パソコ
ン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種
電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに
伴って、内蔵される電池としても、高エネルギー密度を
有し、且つ軽量なものが採用されている。そのような要
求を満たす典型的な電池は、特にリチウム金属やリチウ
ム合金等の活物質、又はリチウムイオンをホスト物質
（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵及び放
出できる物質をいう。）である炭素に吸蔵させたリチウ
ムインターカレーション化合物を負極材料とし、ＬｉＣ
ｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆等のリチウム塩を溶解した非プロトン
性の有機溶媒を電解液とする非水電解質二次電池であ
る。

【０００３】この非水電解質二次電池は、上記の負極材
料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極
板、リチウムコバルト複合酸化物のようにリチウムイオ
ンと可逆的に電気化学反応する正極活物質をその支持体
である正極集電体に保持してなる正極板、電解液を保持
するとともに負極板と正極板との間に介在して両極の短
絡を防止するセパレータからなっている。

【０００４】そして、上記正極板、セパレータ及び負極
板は、いずれも薄いシートないし箔状に成形されたもの
を順に積層、又は螺旋状に巻いて、気密構造を有する金
属ラミネート樹脂フィルムからなる電池容器に収納され
る。

【０００５】この非水電解質二次電池を電子機器に用い
る場合、単電池又は複数個の直列接続したものとして所
某の電圧を得るようにする。この単数又は複数個の電池
は、充放電制御回路とともに樹脂もしくは金属と樹脂か
らなる筐体に収納され、内容物を取り出せないよう封口
して電池パックとして用いられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】金属ラミネート樹脂フ
ィルムを熱溶着してなる電池ケースを用いた単電池（以
下、「ラミネート単電池」と略す）は、使用中の物理衝
撃対策として、また電池を取り扱う際の利便性向上のた
めに、ラミネート単電池を電池パックケースに格納して
用いられることが多い。この電池パックケースとして
は、従来、樹脂製、金属製または樹脂と金属のハイブリ
ッドケース等が提案されている。しかし、これらの電池
パックケースを用いた場合、金属ラミネート樹脂フィル
ムを用いて、単電池の重量を軽量化しても、電池パック
全体の重量が重くなってしまい、ラミネート単電池の長
所の一つである軽いという特徴が、電池パックケース自
体の重量にて相殺されてしまう。また、従来の金属ケー
スを用いた電池とラミネート単電池を比較すると、金属
ラミネート樹脂フィルムからなる電池ケースは、単電池
ケース内に収容された発電要素を圧迫する能力に劣り、
その発電要素自体の変形や正極板と負極板の電極間距離
の不均一を生じやい問題があった。その結果、充放電反
応における電池内での電流は、正極板および負極板の電
極間距離が相対的に短い部分に集中してしまい、局部的
に電流密度が高くなり、その結果高率放電性能が劣ると
いう問題があった。また、急速充電時には、電流が集中
してしまう部分に金属リチウムが析出し、内部短絡等の
安全面においても大きな問題が生じた。本願発明者は、
これらの問題は、正極板、セパレータおよび負極板を積
層した発電要素あるいは偏平形に巻回した発電要素をラ
ミネートケースに収容した電池に生じやすいことを明ら
かにした。しかしながら、非水電解質電池に限らず電池
を電源とする機器の場合、機器全体の軽量化及び安全化
の要請は尽きることがなく、さらには、電池性能が既存
品以上であって、軽く、しかも安全であるほどユーザー
に好まれる。このようなユーザーの要請に対応するため
には、上記問題を解決しなければならず、電池パックケ
ースの軽量化により電池パック全体の軽量化を実現する
必要がある。また、軽量化を図るために金属ラミネート
樹脂フィルムを単電池ケースに用いた場合でも、高率放
電性能を金属ケースを用いた単電池と同等かそれ以上と
する必要がある。すなわち、何らかの手段を施すことに
よって、正極板および負極板間の距離を一定にする必要
があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明になる電池パック
は、上記問題を鑑みてなされたものであり、気密構造を
有し金属ラミネート樹脂フィルムを熱溶着封口した単電
池ケースに、正極板、隔離体および負極板を有する発電
要素が収納されたラミネート単電池１個又は２個以上を
含み、単電池１個からなる電池パックの場合には１枚の
板状部材と圧迫部材を用いて単電池を圧迫し、単電池２
個以上積層した電池パックの場合には最外側に位置する
一方の電池の外側長側面に板状部材を配し、圧迫部材を
用いて各単電池を圧迫したことを特徴とするものであ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を実施例にも
とづき図面を参照して説明する。

【実施例１】図１は本発明になる非水電解質二次電池の
外観を示した図である。図１において、１は非水電解質
二次電池、２は金属ラミネート樹脂フィルムケース、３
および４は金属ラミネート樹脂フィルムケースの熱溶着
部、５は正極端子、６は負極端子である。正極板、隔離
体および負極板からなる電極群が非水系の電解液（図示
省略）とともに金属ラミネート樹脂フィルム２を熱溶着
してなるラミネートフィルムケースに収納されている。

【０００９】正極活物質にはリチウムコバルト複合酸化
物を用いた。正極板は集電体としての厚さ１０μｍのア
ルミニウム箔に上記の正極酸化物が活物質として保持さ
れたものである。正極板は、結着剤であるポリフッ化ビ
ニリデン６部と導電剤であるアセチレンブラック３部と
を活物質９１部とともに混合し、適宜Ｎ−メチルピロリ
ドンを加えてペースト状に調製した後、集電体材料の両
面に塗布、乾燥することによって製作した。

【００１０】負極板は、集電体としての厚さ１４μｍの
銅箔の両面に、ホスト物質としてのグラファイト（黒
鉛）９２部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン８部
とを混合し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペース
ト状に調製したものを塗布、乾燥することによって製作
した。

【００１１】セパレータはポリエチレン微多孔膜とし、
また、電解液は、ＬｉＰＦ₆を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレ
ンカーボネート：ジエチルカーボネート＝４：６（体積
比）の混合液とした。

【００１２】極板の寸法は、正極板が厚さ１８０μｍ、
幅４９ｍｍ、セパレータが厚さ２５μｍ、幅５３ｍｍ、
負極板が厚さ１７０μｍ、幅５１ｍｍであり、順に重ね
合わせてポリエチレンの長方形状の巻芯を中心として、
その周囲に長円渦状に巻いた後、金属ラミネート樹脂フ
ィルムケース２に収納した。

【００１３】図２は、図１に示した非水電解質二次電池
のＡ−Ａ′断面を示したものである。図２において、５
は正極端子、６は負極端子、１０は最外層の表面保護用
の１２μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フ
ィルム、１１はバリア層として９μｍのアルミニウム
箔、１２は熱溶着層として１００μｍの酸変性ポリエチ
レン（ＰＥ）層であり、気密封口用のラミネートフィル
ムケースは１０と１１と１２からなり、最外層の表面保
護用ＰＥＴフィルム１０とバリア層としてのアルミニウ
ム箔１１はウレタン系接着剤で接着している。また、図
２において、正極リード端子５および負極リード端子６
は、厚み５０〜１００μｍの銅、アルミニウム、ニッケ
ルなどの金属導体からなり、これらの金属に、接着層を
形成する５０μｍの酸変性ポリエチレン層を接着し、そ
の外側に電解液バリア層として７０μｍのエバール樹脂
（クラレ製のエチレンビニルアルコール共重合樹脂）層
を設けたものであり、これらを重ねて接着することによ
り良好な気密性が得られる。このようにして製作したラ
ミネート単電池を１枚の板状部材にのせて、熱収縮チュ
ーブに収め、１５０℃で２分暖めて熱収縮チューブを収
縮させて電池パックケースとした電池パックを製作し
た。図３は製作した電池パックの断面を示したもので、
図３において、２１は単電池、２２は板状部材としての
厚さ０．３ｍｍのステンレス板、２３は熱収縮チューブ
である。なお、実施例では単電池１個を収納した電池パ
ックについて説明したが、本発明になる電池パックは、
使用目的の電圧に応じて複数個の単電池を収納してもよ
い。その一例として、図４は単電池２個を収納した電池
パックの断面を示したもので、図４における記号２１、
２２、２３は図１と同じものを示しており、２２′は２
２と同じ板状部材としてのステンレス板である。ただ
し、板状部材２２は必ず必要であるが、板状部材２２′
は使用してもよいし、場合によっては使用しなくてもよ
い。

【実施例２】図５に示したように、板状部材としてのス
テンレス板の端部を折り曲げて、ラミネート単電池全体
を覆うようにした以外は、実施例１と同様の電池パック
を製作した。なお、図５における記号２１、２２および
２３は、図３と同じものを示している。

【実施例３】板状部材としてのステンレス板を穿孔板と
して軽量化した以外は、実施例１と同様の電池パックを
製作した。

【実施例４】板状部材としてのステンレス板の機械的強
度を向上させるため、ステンレス板にハニカム構造を有
するものを用いた他は、実施例１と同様の電池パックを
製作した。

【実施例５】板状部材として、ラミネート単電池の形状
にあわせた形状のステンレス板を用いた他は、実施例１
と同様の電池パックを製作した。その断面を図６に示
す。図６において、３１はラミネート単電池であり、図
１で示した非水電解質二次電池と同じ形状であり、３２
は単電池の下部と側面を覆う板状部材としてのステンレ
ス板である。これを、熱収縮チューブ３３でつつんで、
電池パックとした。

【実施例６】板状部材としてのステンレス板の端部を折
り曲げて、ラミネート単電池全体を覆うようにし、ステ
ンレス板の折り曲げた部位の端部に熱収縮性高分子（こ
こではポリエチレンテレフタレートを用いた）を接合し
たものに、電池を挿入した以外は、実施例１と同様の電
池パックを製作した。その断面図を図７に示した。な
お、図７における記号３１、３２および３３は、図６と
同じものを示している。

【比較例】実施例1に記載したラミネート単電池を、従
来より用いられているポリブチレンフタレート（ＰＢ
Ｔ）製の電池パックケースに収納した電池パックを作製
した。実施例１の電池パックと比較例の電池パックを、
１ＣｍＡ／４．２Ｖ−３時間の条件で充電後、２５℃に
おいて０．２〜３ＣｍＡの各放電率で２．７５Ｖまで放
電した。図８は、実施例１の電池パックと比較例の電池
パックの、放電率と放電容量の関係を示したものであ
る。図８において、記号△は実施例１の電池パックの特
性を、また記号○は比較例の電池パックの特性を示す。
図８から、本発明になる実施例１の電池パックは高率放
電特性に優れていることがわかった。なお、実施例２〜
６の電池パックの特性は、実施例１の電池パックとまっ
たく同じであった。また、実施例１〜６の電池パックお
よび比較例の電池パックを樹脂で固めた後、巻回方向に
おいて切断して、電池の断面を観察したところ、比較例
の電池パックでは、正極板と負極板の極間距離は、電池
中央部で広く、Ｒ部では狭くなっていた。一方、実施例
１〜６の電池パックでは、すべての電池パックにおい
て、どの部分においても正極板と負極板の極間距離は均
一であった。以上の結果から、本発明になる電池パック
においては、ラミネート単電池が少なくとも１枚の板状
部材と、フィルム状の圧迫部材で圧迫しているため、ラ
ミネート単電池が圧迫され、したがってラミネートケー
スに収納された発電要素が圧迫を受け、巻回された発電
要素が膨らんで、正極板と負極板の極板間隔が不均一に
なることを抑制することができる。その結果、本発明に
なる電池パックでは、高率放電性能が優れるものであ
る。次に、実施例１〜６の電池パックおよび比較例の電
池パックを２ＣｍＡ／４．２Ｖ−３時間充電後に解体し
て、発電要素を観察した。比較例の電池パックでは、負
極表面に金属リチウムが析出していることが確認された
が、本発明になる実施例１〜６の電池パックにおいて
は、金属リチウムの析出はまったく見られなかった。こ
の結果から、本発明になる電池パックは、急速充電時に
おいても、負極表面での金属リチウムの析出を抑制する
ことが可能となり、電池の安全化をはかることができ
る。また、ラミネート単電池の重量が１５ｇであり、比
較例の電池パックが２４ｇであるのに対し、本発明にな
る実施例１〜６の電池パックはいずれも１８〜１９ｇで
あり、本発明は電池パックの軽量化をはかることもでき
る本発明は、発電要素を例えば薄いシート状のソフトケ
ースに収納しているので、気密性に優れかつシーリング
工程の煩雑さを解消することができ、もって安価な製
造、軽量化が可能となる。しかも、１個又は複数個の単
電池を、金属やハードプラスチックなどの板状部材と高
分子材料からなるフィルム状部材でつつんでいるため、
単電池には備わっていない機械強度を補うことができ
る。加えて、単電池が気密性に優れるため、従来のよう
にハードケース自体の気密性は問題にならない。それゆ
えに、ワンタッチ式の組立構造とすることができるた
め、電池パックの製造を極めて容易にすることができ
る。さらに、電池収納容器には、インサート成形された
外部機器接続用の端子が形成されているので、なお一層
のこと製造工程の容易化並びに製造コストの削減ができ
る。本発明に使用する発電要素としては、実施例で述べ
た正極板・セパレータ・負極板を巻回した形状に限定さ
れるものではなく、箔状に成形した平板状の極板を積層
した形状等も使用可能である。なお、ラミネート単電池
を２個以上積層した電池パックの場合、最外側に位置す
る一方の電池の外側長側面に板状部材を配しておけばよ
い。いいかえると、単電池を複数個積層する場合には、
最下部の電池の下面には板状部材を備える必要がある
が、各単電池間の板状部材は使用してもよいし使用しな
くてもよい。また、実施例においては、板状部材として
ステンレス板を使用したが、板状部材の形状は、軽量化
と強度の向上が可能である形状であればどのような形状
のものを使用してもよいし、板状部材の材料は金属や樹
脂あるいは金属と樹脂を組み合わせたもの等、機械的強
度の優れたものならどのような材料を使用してもよい。
なお、実施例において、ラミネート樹脂フィルムの熱溶
着部の材質としてポリエチレンを例として述べたが、こ
れは、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレートな
どの熱可塑性高分子材料であればどのような物質でもよ
い。また、実施例では、圧迫部材としての高分子フィル
ム材料には熱収縮チューブを使用したが、これにかぎる
ものではなく、ゴム材料とくに耐熱性ゴム等の高分子材
料も使用できる。熱収縮チューブとしては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどの群か
ら選択される少なくとも１つを含む熱収縮性高分子材料
が使用でき、ゴム材料としては、天然ゴム、スチレンブ
タジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ピ
ペリジン樹脂などの群から選択される少なくとも１つを
含む高分子材料使用でき、またこれらを単独でもよい
し、２枚以上組み合わせたものでも使用できる。さら
に、圧迫部材は電池パック全体を圧迫し、しかもできる
だけ軽量であるのがよいため、その形状としては、フィ
ルム状が好ましい。電解液溶媒として、実施例ではエチ
レンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶液を
用いているが、これに限定されるものではなく、エチレ
ンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカ
ーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、スルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリ
ル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、
１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタ
ン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラ
ン、ジオキソラン、メチルアセテート等の極性溶媒、も
しくはこれらの混合物を使用してもよい。また、実施例
では、ラミネート単電池の発電要素に使用するセパレー
タとしては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜を使用し、
これに電解液を含浸したものを使用したが、これ以外に
も高分子固体電解質、高分子固体電解質に電解液を含有
させたゲル状電解質等も使用できる。また、絶縁性の微
多孔膜と高分子固体電解質等を組み合わせて使用しても
よい。さらに、高分子固体電解質として有孔性高分子固
体電解質膜を使用する場合、高分子中に含有させる電解
液と、細孔中に含有させる電解液とが異なっていてもよ
い。

【００１４】さらに、前記実施例においては、正極材料
たるリチウムを吸蔵放出可能な化合物としてリチウムコ
バルト複合酸化物を使用しているが、これに限定される
ものではなく、この化合物の結晶中においてコバルト原
子の占める格子位置をニッケル、マンガン、アルミニウ
ムなどの原子で置換したものでもい。

【００１５】さらに、前記実施例においては、負極材料
たる化合物としてグラファイトを使用しているが、その
他に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウ
ムとの合金、ＬｉＦｅ₂Ｏ₃、ＷＯ₂、ＭｏＯ₂等の遷移金
属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌ
ｉ₅（Ｌｉ₃Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウ
ム箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。

【００１６】

【発明の効果】本発明になる金属ラミネート樹脂フィル
ムケースを用いた単電池を１個または２個以上含む電池
パックは、軽量化および薄型化を可能とし、従来の電池
パックと比較して重量当たりのエネルギー密度を大きく
することができる。また、金属ラミネート樹脂フィルム
ケースを用いたラミネート単電池を、板状部材と圧迫部
材を用いて常時圧迫することによって、単電池中の発電
要素全体にわたって正極板と負極板間の距離が一定に保
たれ、その結果、高率放電性能の優れた電池パックが得
られる。さらに、急速充電時において、負極表面での金
属リチウムの析出を抑制し、安全性を確保することがで
きるので、携帯用電子機器の部品として有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる非水電解質二次電池の説明図。

【図２】本発明になる非水電解質二次電池のＡ−Ａ′断
面図。

【図３】本発明になる実施例１の電池パックの断面図。

【図４】本発明になる実施例１の単電池を２個収納した
電池パックの断面図。

【図５】本発明になる実施例２の電池パックの断面図。

【図６】本発明になる実施例５の電池パックの断面図。

【図７】本発明になる実施例６の電池パックの断面図。

【図８】本発明になる実施例１および比較例の電池パッ
クの各率放電特性を示した図。

【符号の説明】

１非水電解質電池２金属ラミネート樹脂フィルムケース３熱溶着部（封止部）４熱溶着部（封止部）５正極端子６負極端子

フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 AA04 BB03 CC02 DD23 EE04 FF04 GG09 HH02 HH03 JJ25 5H020 AA06 AS06 AS13 CC06 EE01 EE08 5H029 AJ02 AJ12 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ04 BJ06 BJ23 CJ03 DJ02 DJ03 DJ11 EJ01 EJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気密構造を有し金属ラミネート樹脂フィル
ムを熱溶着封口した単電池ケースに、正極板、隔離体お
よび負極板を有する発電要素が収納された単電池を、１
枚の板状部材と圧迫部材を用いて単電池を圧迫したこと
を特徴とする電池パック。
【請求項２】気密構造を有し、金属ラミネート樹脂フィ
ルムを熱溶着封口した単電池ケースに、正極板、隔離体
および負極板を有する発電要素が収納された単電池を２
個以上積層し、最外側に位置する一方の電池の外側長側
面に板状部材を配し、圧迫部材を用いて各単電池を圧迫
したことを特徴とする電池パック。
【請求項３】圧迫部材が熱収縮性高分子材料であること
を特徴とする、請求項１または２記載の電池および電池
パック。
【請求項４】圧迫部材がゴム材料であることを特徴とす
る請求項１または２記載の、電池および電池パック。