JP2000260478A

JP2000260478A - 非水系二次電池

Info

Publication number: JP2000260478A
Application number: JP11065106A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kato; 史朗加藤; Hajime Kinoshita; 肇木下; Shizukuni Yada; 静邦矢田; Haruo Kikuta; 治夫菊田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1999-03-11
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 2000-09-22
Anticipated expiration: 2019-03-11
Also published as: JP3997370B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極及びセパレータの積層を正確且つ容易に
行えるとともに、電池組立時の短絡が生じにくい扁平形
状の非水系二次電池を提供する。【解決手段】エネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積
エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上の扁平形状非水系
二次電池において、電池の厚さを１２ｍｍ未満にすると
ともに、正極用ガイドピン８２により正極１０１ａの正
極用位置決め穴１０７ａを位置決めし、負極用ガイドピ
ン８３により負極１０１ｂの負極用位置決め穴１０７ｂ
を位置決めし、セパレータ１０４、負極１０１ｂ及び正
極１０１ａを積層する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系二次電池及
びその製造方法に関し、特に、蓄電システム用非水系二
次電池及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、省資源を目指したエネルギーの有
効利用及び地球環境問題の観点から、深夜電力貯蔵及び
太陽光発電の電力貯蔵を目的とした家庭用分散型蓄電シ
ステム、電気自動車のための蓄電システム等が注目を集
めている。例えば、特開平６−８６４６３号公報には、
エネルギー需要者に最適条件でエネルギーを供給できる
システムとして、発電所から供給される電気、ガスコー
ジェネレーション、燃料電池、蓄電池等を組み合わせた
トータルシステムが提案されている。このような蓄電シ
ステムに用いられる二次電池は、エネルギー容量が１０
Ｗｈ以下の携帯機器用小型二次電池と異なり、容量が大
きい大型のものが必要とされる。このため、上記の蓄電
システムでは、複数の二次電池を直列に積層し、電圧が
例えば５０〜４００Ｖの組電池として用いるのが常であ
り、ほとんどの場合、鉛電池を用いていた。

【０００３】一方、携帯機器用小型二次電池の分野で
は、小型及び高容量のニーズに応えるべく、新型電池と
してニッケル水素電池、リチウム二次電池の開発が進展
し、１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密度を有する
電池が市販されている。特に、リチウムイオン電池は、
３５０Ｗｈ／ｌを超える体積エネルギー密度の可能性を
有すること、及び、安全性、サイクル特性等の信頼性が
金属リチウムを負極に用いたリチウム二次電池に比べ優
れることから、その市場を飛躍的に延ばしている。

【０００４】これを受け、蓄電システム用大型電池の分
野においても、高エネルギー密度電池の候補として、リ
チウムイオン電池をターゲットとし、リチウム電池電力
貯蔵技術研究組合（ＬＩＢＥＳ）等で精力的に開発が進
められている。

【０００５】これら大型リチウムイオン電池のエネルギ
ー容量は、１００Ｗｈから４００Ｗｈ程度であり、体積
エネルギー密度は、２００〜３００Ｗｈ／ｌと携帯機器
用小型二次電池並のレベルに達している。その形状は、
直径５０ｍｍ〜７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜４５０ｍｍ
の円筒型、厚さ３５ｍｍ〜５０ｍｍの角形又は長円角形
等の扁平角柱形が代表的なものである。

【０００６】また、薄型のリチウム二次電池について
は、薄型の外装に、例えば、金属とプラスチックをラミ
ネートした厚さ１ｍｍ以下のフィルムを収納したフィル
ム電池（特開平５−１５９７５７号公報、特開平７−５
７７８８号公報等）、厚さ２ｍｍ〜１５ｍｍ程度の小型
角型電池（特開平８−１９５２０４号公報、特開平８−
１３８７２７号公報、特開平９−２１３２８６号公報
等）が知られている。これらのリチウム二次電池は、い
ずれも、その目的が携帯機器の小型化及び薄型化に対応
するものであり、例えば携帯用パソコンの底面に収納で
きる厚さ数ｍｍでＪＩＳＡ４サイズ程度の面積を有す
る薄型電池も開示されているが（特開平５−２８３１０
５号公報）、エネルギー容量が１０Ｗｈ以下であるた
め、蓄電システム用二次電池としては容量が小さ過ぎ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電池の内部構造
として、一般的に、正極と、負極と、それらを隔離する
セパレータとが重ねられるが、リチウムイオン電池の場
合、ＬｉＣｏＯ₂等の金属酸化物よりなる正極と、黒鉛
等のリチウムをドープ及び脱ドープ可能な炭素材料より
なる負極と、ポリプロピレン、ポリエチレン等の微孔膜
と呼ばれる厚さ０．０２〜０．０５ｍｍのセパレータと
では、外形寸法がそれぞれ相違する。たとえば、正極と
負極とは、負極の方を正極に比べてやや大き目にし、負
極へのリチウム金属の電析を防止するとともに、電池組
立時に正負極の対向位置が少々ずれても、製品ばらつき
がないように設計される。また、セパレータも、正負極
より大きく設計され、短絡を防止するための工夫がなさ
れている。

【０００８】また、円筒型電池の場合、上述のサイズの
異なる、正極、負極、セパレータの位置決めは、券回機
において容易に工夫できるが、角型電池及び箱型電池に
おいて電極を積層する場合、位置決めが難しく、楕円上
に券回した電極ユニットを押しつぶす、又は、電極を袋
状のセパレータに挿入し、積層するなど工夫がなされて
いるが、簡便で、かつ、充填率の高い積層方法が望まれ
ている。

【０００９】特に、扁平形状の電池の場合、以下のよう
な問題があった。すなわち、券回した電極ユニットを押
しつぶす方法では、押しつぶされた曲率の高い電極部に
おける集電体からの電極活物質層の剥離により短絡す
る。また、袋状のセパレータを用いる場合、電極面積が
大きく、十分な押えが得られないことから、組立時のセ
パレータのしわ等によりセパレータと電極層との間に隙
間が生じ易く、電池の内部抵抗が大きくなり易い。さら
には、セパレータの綴じ代部分が大きく、電極の充填率
が小さくなり、電池の容量設計に影響を与える。

【００１０】上述の点から、特に大型電池、さらには、
扁平形状をした大型電池に適した、位置決めが容易で、
かつ、短絡等が生じにくく、充填効率の良い積層法は見
出されていないのが現状であった。

【００１１】本発明の目的は、電極及びセパレータの積
層を正確且つ容易に行えるとともに、電池組立時の短絡
が生じにくい扁平形状の非水系二次電池を提供すること
にある。

【００１２】

【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、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩
を含む非水系電解質を備えた非水系二次電池であって、
前記非水系二次電池は、その厚さが１２ｍｍ未満の扁平
形状であり、そのエネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体
積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上であり、前記正
極、前記負極、及び前記セパレータの少なくとも一つ
は、組み立て時の位置決めに使用するための開口部を有
することを特徴とする非水系二次電池を提供するもので
ある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の非
水系二次電池について図面を参照しながら説明する。図
１は、本発明の一実施の形態の扁平な矩形（ノート型）
の蓄電システム用非水系二次電池の平面図及び側面図を
示す図であり、図２は、図１に示す電池の内部に収納さ
れる電極積層体の構成を示す側面図である。

【００１４】図１及び図２に示すように、本実施の形態
の非水系二次電池は、上蓋１及び底容器２からなる電池
容器と、該電池容器の中に収納されている複数の正極１
０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、及びセパレータ１０
４からなる電極積層体とを備えている。本実施の形態の
ような扁平型非水系二次電池の場合、正極１０１ａ、負
極１０１ｂ（又は積層体の両外側に配置された負極１０
１ｃ）は、例えば、図２に示すように、セパレータ１０
４を介して交互に配置されて積層されるが、本発明は、
この配置に特に限定されず、積層数等は、必要とされる
容量等に応じて種々の変更が可能である。また、図１及
び図２に示す非水系二次電池の形状は、例えば縦３００
ｍｍ×横２１０ｍｍ×厚さ６ｍｍであり、正極１０１ａ
にＬｉＭｎ₂Ｏ₄、負極１０１ｂ、１０１ｃに炭素材料を
用いるリチウム二次電池の場合、例えば、蓄電システム
に用いることができる。

【００１５】次に、正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０
１ｃ、セパレータ１０４の積層時の位置決めに使用され
る開口部となる位置決め穴について説明する。位置決め
穴は、正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、及びセ
パレータ１０４のいずれかに設けられ、図２に示すよう
なシート状の正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、
及びセパレータ１０４を積層する場合、正極１０１ａ及
び負極１０１ｂ、１０１ｃに設けられることがより好ま
しく、以下、その一例を具体的に説明する。なお、本発
明は、以下に説明する積層用治具及び位置決め穴等に限
定されるものではない。また、位置決めに使用される開
口部は、穴に特に限定されず、位置決めできれば、切り
欠き、凹部等であってもよい。

【００１６】図３は、正極１０１ａ、負極１０１ｂ、１
０１ｃセパレータ１０４の積層方法の一例の説明図であ
る。図３に示すように、各２個の正極用位置決め穴１０
７ａ及び負極用位置決め穴１０７ｂは、最大サイズであ
るセパレータ１０４の外側で位置決めが可能な位置で正
極集電片１０６ａ及び負極集電片１０６ｂにそれぞれ設
けられている。

【００１７】積層用治具は、基盤８１と、基盤８１の所
定位置に固定された４本の正極用ガイドピン８２、４本
の負極用ガイドピン８３及び４個のＬ字型固定部８４と
を備える。まず、最も大きいセパレータ１０４を、その
四隅が４個のＬ字型固定部８４の内側に沿うように位置
決めする。次に、負極用ガイドピン８３を負極用位置決
め穴１０７ｂに挿入し、次に大きい負極１０１ｂ（又は
１０１ｃ）を位置決めする。次に、セパレータ１０４
を、その四隅が４個のＬ字型固定部８４の内側に沿うよ
うに位置決めする。最後に、正極用ガイドピン８２を正
極用位置決め穴１０７ａに挿入し、正極１０１ａを位置
決めする。以降、正極１０１ａ、負極１０１ｂ（又は１
０１ｃ）及びセパレータ１０４の枚数に応じて上記操作
を繰り返すことにより、正極１０１ａ、負極１０１ｂ、
１０１ｃ及びセパレータ１０４を高精度に位置合わせさ
れた状態で積層することができる。なお、ガイドピンは
積層完了後に容易に抜けるようにしておくと、電極積層
体の取り外し時の位置ずれが少なくなり好ましい。

【００１８】ここで、位置決め用の開口部の形状は、特
に限定されるものではなく、穴の場合、円形、長円形、
Ｌ字形、三日月形、三角形、正方形、長方形、多角形等
が挙げられ、切り欠き又は凹部の場合は、Ｕ字形、楔形
等が挙げられる。１枚の電極に設けられる位置決め用の
開口部の数は、特に限定されるものではなく、少なくと
も一つあればよいが、縦横方向のずれをより防止するた
めに、図３に示すように２つ設けてもよく、また、それ
以上の個数であってもよい。また、１枚の電極に設けら
れる位置決め用の開口部を設ける個数も、特に限定され
るものではなく、図３に示すように少なくとも１箇所に
設ければよく、縦横方向のずれをより防止するために、
電極の対角上又は対向する位置等の２箇所に設けてもよ
く、また、それ以上の箇所に設けてもよい。なお、複数
箇所に位置決め穴を設け、後述するように１箇所の位置
決め穴を利用して外部への電気的接続をとる場合、積層
完了後に他の部分を切断することも可能である。また、
１枚の電極に設けられる位置決め用の開口部を設ける位
置も、特に限定されるものではなく、図３に示すように
一辺の端部に設けてもよく、又は一辺の中間部に設けて
もよい。

【００１９】また、外部端子すなわち図１に示す正極端
子３及び／又は負極端子４の電池内側にネジ部を形成
し、該ネジ部を位置決め穴に通してナットで締結するこ
とにより、位置決め穴を正極端子３及び／又は負極端子
４と正極１０１ａ及び／又は負極１０１ｂ、１０１ｃと
の接続用の穴として共用することも可能である。また、
中継部材を介して外部端子と電極との間の電気的接続を
行い、中継部材の一端側の穴と位置決め穴とにボルトを
通してナットで締結するようにしてもよい。

【００２０】上記のように、位置決め穴を利用して外部
への電気的接続をとる場合、位置決め穴は円形でないこ
とが好ましい。図４の（ａ）及び（ｂ）を用いてこの理
由を説明する。図４の（ａ）は、ガイドピン８３（ガイ
ドピン８２は図示省略）を備える積層用治具を用いて電
極等を積層した時の状態を示す図であり、図４の（ｂ）
は、位置決め後に負極１０１ｂ、１０１ｃの負極集電片
１０６ｂをボルト９１及びナット９２で締結した時の状
態を示す図である。なお、図中、説明の簡略化のため、
積層枚数は少なくしている。

【００２１】図４の（ａ）に示すように、積層用治具を
用いて位置決めした後、図４の（ｂ）に示すように、ボ
ルト９１及びナット９２を用いて接続しようとすると、
各負極１０１ｂ、１０１ｃの端部からボルト９１及びナ
ット９２による固定位置までの距離は、各負極により異
なり、外側の負極ほど遠くなり、中間の負極が最も近く
なる。従って、円形の位置決め穴を用いる場合、中間側
の負極の負極集電片１０６ｂが弛み、集電片の折れ等の
損傷が発生し、ボルト・ナットによる固定が煩雑にな
る。これは、正極の場合も同様である。従って、このよ
うな不都合を回避するために、位置決め穴の少なくとも
１つは、上記距離の差を吸収できるように、円形でない
形状、例えば、円形を一方向に伸ばした長円形であるこ
とが好ましい。

【００２２】ここまで、シート状の電極等を積層する場
合について説明したが、例えば、電極の一方を折り畳み
ながら、その間にセパレータと他の電極を挟み込んでい
く場合等にも上記と同様の位置決め穴を用いることがで
きる。また、例えば、セパレータと負極を張り合わせた
ものを、図３のＬ字型固定部８４により位置決めし、正
極のみに上記の位置決め穴を設け、ガイドピン等を用い
て位置決めを行うこと等も可能である。

【００２３】上記の接続構造により、各正極１０１ａの
正極集電体１０５ａは、正極端子３に電気的に接続さ
れ、同様に、各負極１０１ｂ、１０１ｃの負極集電体１
０５ｂは、負極端子４に電気的に接続されている。正極
端子３及び負極端子４は、電池容器すなわち上蓋１と絶
縁された状態で取り付けられている。

【００２４】上蓋１及び底容器２は、図１中の拡大図に
示したＡ点で全周を上蓋を溶かし込み、溶接されてい
る。上蓋１には、電解液の注液口５が開けられており、
電解液注液後、仮封口のため、例えば、アルミニウム−
変性ポリプロピレンラミネートフィルムからなる封口フ
ィルム６を用いて一旦封口され、その後、少なくとも１
回充電された後に外され、電池容器内の圧力を大気圧未
満にした状態で最終封口される。この場合、封口フィル
ム６は電池内部の内圧が上昇したときに解放するための
安全弁を兼ね備えることができる。封口フィルム６によ
る最終封口工程後の電池容器内の圧力は、大気圧未満で
あり、好ましくは６５０Ｔｏｒｒ以下、更に好ましくは
５５０Ｔｏｒｒ以下である。この圧力は、使用するセパ
レータ、電解液の種類、電池容器の材質及び厚み、電池
の形状等を加味して決定されるものである。内圧が大気
圧以上の場合、電池が設計厚みより大きくなったり、又
は、電池の厚みのバラツキが大きくなり、電池の内部抵
抗及び容量がばらつく原因となるため好ましくない。

【００２５】正極１０１ａに用いられる正極活物質とし
ては、リチウム系の正極材料であれば、特に限定され
ず、リチウム複合コバルト酸化物、リチウム複合ニッケ
ル酸化物、リチウム複合マンガン酸化物、或いはこれら
の混合物、更にはこれら複合酸化物に異種金属元素を一
種以上添加した系等を用いることができ、高電圧、高容
量の電池が得られることから、好ましい。また、安全性
を重視する場合、熱分解温度が高いマンガン酸化物が好
ましい。このマンガン酸化物としてはＬｉＭｎ₂Ｏ₄に代
表されるリチウム複合マンガン酸化物、更にはこれら複
合酸化物に異種金属元素を一種以上添加した系、さらに
はリチウム、酸素等を量論比よりも過剰にしたＬｉＭｎ
₂Ｏ₄が挙げられる。

【００２６】負極１０１ｂ、１０１ｃに用いられる負極
活物質としては、リチウム系の負極材料であれば、特に
限定されず、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材料
であることが、安全性、サイクル寿命などの信頼性が向
上し好ましい。リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材
料としては、公知のリチウムイオン電池の負極材として
使用されている黒鉛系物質、炭素系物質、錫酸化物系、
ケイ素酸化物系等の金属酸化物、或いはポリアセン系有
機半導体に代表される導電性高分子等が挙げられる。特
に、安全性の観点から、１５０℃前後の発熱が小さいポ
リアセン系物質又はこれを含んだ材料が望ましい。

【００２７】セパレータ１０４の構成は、特に限定され
るものではないが、単層又は複層のセパレータを用いる
ことができ、少なくとも１枚は不織布を用いることが好
ましく、この場合、サイクル特性が向上する。また、セ
パレータ１０４の材質も、特に限定されるものではない
が、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオ
レフィン、ポリアミド、クラフト紙、ガラス等が挙げら
れるが、ポリエチレン、ポリプロピレンが、コスト、含
水などの観点から好ましい。また、セパレータ１０４と
して、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いる場合、セ
パレータの目付量は、好ましくは５ｇ／ｍ²以上３０ｇ
／ｍ²以下であり、より好ましくは５ｇ／ｍ²以上２０ｇ
／ｍ²以下であり、さらに好ましくは８ｇ／ｍ²以上２０
ｇ／ｍ²以下である。セパレータの目付量が３０ｇ／ｍ²
を越える場合、セパレータが厚くなりすぎたり、又は気
孔率が低下し、電池の内部抵抗が高くなるので好ましく
なく、５ｇ／ｍ²未満の場合、実用的な強度が得られな
いので好ましくない。

【００２８】本実施の形態の非水系二次電池の電解質と
しては、公知のリチウム塩を含む非水系電解質を使用す
ることができ、正極材料、負極材料、充電電圧等の使用
条件により適宜決定され、より具体的にはＬｉＰＦ₆、
ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄等のリチウム塩を、プロピレン
カーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボ
ネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネ
ート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、酢酸メ
チル、蟻酸メチル、或いはこれら２種以上の混合溶媒等
の有機溶媒に溶解したもの等が例示される。また、電解
液の濃度は特に限定されるものではないが、一般的に
０．５ｍｏｌ／ｌから２ｍｏｌ／ｌが実用的であり、該
電解液は当然のことながら、水分が１００ｐｐｍ以下の
ものを用いることが好ましい。なお、本明細書で使用す
る非水系電解質とは、非水系電解液、有機電解液を含む
概念を意味するものであり、また、ゲル状又は固体の電
解質も含む概念を意味するものである。

【００２９】上記のように構成された非水系二次電池
は、家庭用蓄電システム（夜間電力貯蔵、コージェネレ
ション、太陽光発電等）、電気自動車等の蓄電システム
等に用いることができ、大容量且つ高エネルギー密度を
有することができる。この場合、エネルギー容量は、好
ましくは３０Ｗｈ以上、より好ましくは５０Ｗｈ以上で
あり、且つエネルギー密度は、好ましくは１８０Ｗｈ／
ｌ以上、より好ましくは２００Ｗｈ／ｌである。エネル
ギー容量が３０Ｗｈ未満の場合、或いは、体積エネルギ
ー密度が１８０Ｗｈ／ｌ未満の場合は、蓄電システムに
用いるには容量が小さく、充分なシステム容量を得るた
めに電池の直並列数を増やす必要があること、また、コ
ンパクトな設計が困難となることから蓄電システム用と
しては好ましくない。

【００３０】ところで、一般に、蓄電システム用の大型
リチウム二次電池（エネルギー容量３０Ｗｈ以上）にお
いては、高エネルギー密度が得られるものの、その電池
設計が携帯機器用小型電池の延長にあることから、直径
又は厚さが携帯機器用小型電池の３倍以上の円筒型、角
型等の電池形状とされる。この場合には、充放電時の電
池の内部抵抗によるジュール発熱、或いはリチウムイオ
ンの出入りによって活物質のエントロピーが変化するこ
とによる電池の内部発熱により、電池内部に熱が蓄積さ
れやすい。このため、電池内部の温度と電池表面付近の
温度差が大きく、これに伴って内部抵抗が異なる。その
結果、充電量、電圧のバラツキを生じ易い。また、この
種の電池は複数個を組電池にして用いるため、システム
内での電池の設置位置によっても蓄熱されやすさが異な
って各電池間のバラツキが生じ、組電池全体の正確な制
御が困難になる。更には、高率充放電時等に放熱が不十
分な為、電池温度が上昇し、電池にとって好ましくない
状態におかれることから、電解液の分解等による寿命の
低下、更には電池の熱暴走の誘起など信頼性、特に、安
全性に問題が残されていた。

【００３１】本実施の形態の扁平形状の非水系二次電池
は、放熱面積が大きくなり、放熱に有利であるため、上
記のような問題も解決することができる。すなわち、本
実施の形態の非水系二次電池は、扁平形状をしており、
その厚さは、好ましくは１２ｍｍ未満、より好ましくは
１０ｍｍ未満、さらに好ましくは８ｍｍ未満である。厚
さの下限については電極の充填率、電池サイズ（薄くな
れば同容量を得るためには面積が大きくなる）を考慮し
た場合、２ｍｍ以上が実用的である。電池の厚さが１２
ｍｍ以上になると、電池内部の発熱を充分に外部に放熱
することが難しくなること、或いは電池内部と電池表面
付近での温度差が大きくなり、内部抵抗が異なる結果、
電池内での充電量、電圧のバラツキが大きくなる。な
お、具体的な厚さは、電池容量、エネルギー密度に応じ
て適宜決定されるが、期待する放熱特性が得られる最大
厚さで設計するのが、好ましい。

【００３２】また、本実施の形態の非水系二次電池の形
状としては、例えば、扁平形状の表裏面が角形、円形、
長円形等の種々の形状とすることができ、角形の場合
は、一般に矩形であるが、三角形、六角形等の多角形と
することもできる。さらに、肉厚の薄い円筒等の筒形に
することもできる。筒形の場合は、筒の肉厚がここでい
う厚さとなる。また、製造の容易性の観点から、電池の
扁平形状の表裏面が矩形であり、図１に示すようなノー
ト型の形状が好ましい。

【００３３】電池容器となる上蓋１及び底容器２に用い
られる材質は、電池の用途、形状により適宜選択され、
特に限定されるものではなく、鉄、ステンレス鋼、アル
ミニウム等が一般的であり、実用的である。また、電池
容器の厚さも電池の用途、形状或いは電池ケースの材質
により適宜決定され、特に限定されるものではない。好
ましくは、その電池表面積の８０％以上の部分の厚さ
（電池容器を構成する一番面積が広い部分の厚さ）が
０．２ｍｍ以上である。上記厚さが０．２ｍｍ未満で
は、電池の製造に必要な強度が得られないことから望ま
しくなく、この観点から、より好ましくは０．３ｍｍ以
上である。また、同部分の厚さは、１ｍｍ以下であるこ
とが望ましい。この厚さが１ｍｍを超えると、電極面を
押さえ込む力は大きくなるが、電池の内容積が減少し充
分な容量が得られないこと、或いは、重量が重くなるこ
とから望ましくなく、この観点からより好ましくは０．
７ｍｍ以下である。

【００３４】上記のように、非水系二次電池の厚さを１
２ｍｍ未満に設計することにより、例えば、該電池が３
０Ｗｈ以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌの高エネルギー
密度を有する場合、高率充放電時等においても、電池温
度の上昇が小さく、優れた放熱特性を有することができ
る。従って、内部発熱による電池の蓄熱が低減され、結
果として電池の熱暴走も抑止することが可能となり信頼
性、安全性に優れた非水系二次電池を提供することがで
きる。

【００３５】次に、上記のように構成された非水系二次
電池の製造方法のうち最終封口工程について詳細に説明
する。本実施形態の非水系二次電池では、完成後の電池
の内部圧力が大気圧未満になるように、正極１０１ａ、
負極１０１ｂ、１０１ｃ、セパレータ１０４及び非水系
電解質を電池容器内に収容し、少なくとも１回充電した
後に電池容器内の圧力を大気圧未満にした状態で電池容
器の最終封口工程を行っている。

【００３６】上記の最終封口工程は、少なくとも一回の
充電操作の後に行うことが好ましい。上記の充電操作
は、電池に用いられる正極材料、負極材料、セパレー
タ、電解液等の種類、これらの材料の含水率及び不純
物、電池が使用される電圧等に応じて種々の条件を採用
することができる。例えば、電池の使用電圧まで４〜８
時間率程度の速度で充電し、また必要に応じて定電圧を
印可し、さらに８時間率程度の速度で放電した後に、最
終封口工程を行ってもよい。或いは、電池の容量以下の
充電操作のみを行った後に封口したり、２回以上の充放
電を繰り返した後に封口する等の種々の充電操作も可能
であるが、肝要なことは、完成後の電池の内圧を大気圧
未満に維持することである。

【００３７】特に、負極に黒鉛、正極にリチウム複合酸
化物を用いた液系の電解液を用いる場合、１回目の充電
初期に電解液の分解により内部にガスが発生するため、
例えば、充電操作を行わずに大気圧未満で最終封口工程
を行っても、その後の１回目の充電操作により電池内部
が加圧状態（大気圧以上）になり、電池の厚みが厚くな
ったり、電池の内部抵抗及び容量がばらつき、安定した
サイクル特性が得られない場合がある。しかしながら、
本実施の形態のように、充電操作を行ってガスを発生さ
せた後に、最終封口工程を大気圧未満で行うことによ
り、この問題を解決できる。この場合、１回目の充電操
作を行うときは、電池内を大気圧未満にして行うことも
可能であるが、このときの電池内部の圧力については特
に限定されない。

【００３８】また、電池内部を大気圧未満にする方法は
特に限定されないが、具体的には、以下のようにして行
うことができる。

【００３９】まず、図２に示すように、正極１０１ａ、
負極１０１ｂ、１０１ｃ及びセパレータ１０４を積層
し、得られた電極積層体等を上蓋１及び底容器２内に収
容し、上蓋１及び底容器２の外周部を溶接する。次に、
注液口５から電解液を電池容器内に注入する。次に、仮
封口のため、前述のアルミニウム−変性ポリプロピレン
ラミネートフィルム、アルミニウム−変性ポリエチレン
ラミネートフィルムに代表される熱融着型で水分透過率
の低い封口フィルム６を用いて注液口５を一旦封口し、
その後、上記のように少なくとも１回充電した後に封口
フィルム６を外す。なお、上記の仮封口の方法は、上記
の例に特に限定されず、ねじ等を用いて開口部を一時的
に封口してもよく、また、水分を除去した状態、例え
ば、空気を遮断した環境下又は露点が−４０℃以下のド
ライ雰囲気下の場合、封口せずに上記の充電操作を行っ
てもよい。

【００４０】次に、最終封口工程として、封口フィルム
６を熱融着する。なお、最終封口工程に用いられる方法
は、上記の例に特に限定されず、金属板又は箔を溶接し
たり、若しくは、電池容器にコックを取り付けて電池内
を所定の圧力（大気圧未満）に減圧した後、コックを閉
じる等してもよい。

【００４１】なお、上記の最終封口工程の圧力は、大気
圧未満であり、好ましくは６５０Ｔｏｒｒ以下、更に好
ましくは５５０Ｔｏｒｒ以下である。この圧力は、最終
的に完成した電池に要求される内部圧力に応じて決定さ
れるものである。また、最終封口工程を行うために電池
容器に設けられる開口部の周長は、電池の外周長の１／
１０以下にすることが好ましく、１／２０以下にするこ
とがより好ましい。開口部の周長が外周長の１／１０を
越えると、上記したように、融着面積が大きくなり、巨
大な熱融着装置が必要になると共に、融着部分の信頼性
に欠ける等の問題が発生する。また、該開口部を設ける
部分は、電池の外周部分５ｍｍを除く、表裏面にあるこ
とが好ましい。電池の外周部分５ｍｍ以内に開口部を設
けると、十分な強度が得られず、電解液の漏れ等の封口
不良が発生し易いため好ましくない。

【００４２】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に具体的に説明する。（実施例１）（１）ＬｉＣｏ₂Ｏ₄１００重量部、アセチレンブラック
８重量部、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）３
重量部をＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）１００重量部
と混合し正極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体
となる厚さ２０μｍのアルミ箔の両面に塗布、乾燥した
後、プレスを行い、正極を得た。図５の（ａ）は正極の
説明図である。本実施例において正極１０１ａの塗布面
積（Ｗ１×Ｗ２）は、２６２．５×１９２ｍｍ²であ
り、２０μｍの集電体１０５ａの両面に１０３μｍの厚
さで塗布されている。その結果、電極厚さｔは２２６μ
ｍとなっている。また、電極の短辺側には電極が塗布さ
れていない正極集電片１０６ａが設けられ、５ｍｍ×３
ｍｍの長穴が２個開けられている。

【００４３】（２）黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ
（ＭＣＭＢ、大阪ガスケミカル製、品番６−２８）１０
０重量部、ＰＶＤＦ１０重量部をＮＭＰ９０重量部と混
合し、負極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体と
なる厚さ１４μｍの銅箔の両面に塗布、乾燥した後、プ
レスを行い、負極を得た。図５の（ｂ）は負極の説明図
である。負極１０１ｂは、正極より、長辺方向で両側に
２．２５ｍｍ、短辺方向で両側に１．５ｍｍ大きく、負
極１０１ｂの塗布面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２６７×１９
５ｍｍ²であり、１８μｍの集電体１０５ｂの両面に１
０８μｍの厚さで塗布されている。その結果、電極厚さ
ｔは２３４μｍとなっている。また、電極の短辺側には
電極が塗布されていない負極集電片１０６ｂが設けら
れ、５ｍｍ×３ｍｍの長穴が２個開けられている。更
に、同様の手法で片面だけに塗布し、それ以外は同様の
方法で厚さ１２６μｍの片面電極を作成した。片面電極
は（３）項の電極積層体において外側に配置される（図
２中１０１ｃ）。

【００４４】（３）図５の（ｃ）はセパレータの説明図
である。セパレータ１０４の面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２
７１×１９７ｍｍ²であり、負極１０４ｂより長辺方向
で両側に２ｍｍ、短辺方向で両側に１ｍｍ大きい。図２
に示すように、上記（１）項で得られた正極８枚、負極
９枚（内片面２枚）をセパレータ１０４ａ（ポリプロピ
レン不織布：ニッポン高度紙工業、ＭＰ１０５０、目付
１０ｇ／ｍ²）とセパレータ１０４ｂ（ポリエチレン製
微孔膜；旭化成工業ＨＩＰＯＲＥ６０２２、目付１３．
３ｇ／ｍ²）とを張り合わせたセパレータ１０４を介し
て交互に積層し、さらに、電池容器との絶縁のために外
側の負極１０１ｃの更に外側にセパレータ１０４ｂを配
置し、電極積層体を作成した。なお、セパレータ１０４
は、セパレータ１０４ｂが正極側に、セパレータ１０４
ａが負極側になるように配置した。上記の積層に際して
は図３に示す積層用治具を用い、積層時間は１０回の平
均で２８分であった。

【００４５】（４）図１に示すように、厚さ０．５ｍｍ
のＳＵＳ３０４製薄板を深さ５ｍｍに絞り、底容器２を
作成し、上蓋１も厚さ０．５ｍｍのＳＵＳ３０４製薄板
で作成した。次に、図６に示すように、上蓋１に、アル
ミニウム製の正極端子３及び銅製の負極端子４（端子最
大部１０ｍｍφ、外部接続用雌ねじ部Ｍ３、内部接続用
雄ねじ部Ｍ６）を取り付けた。正極及び負極端子３、４
は、ポリプロピレン製ガスケットで上蓋１と絶縁した。
また、正極端子３には、中継部材となるアルミニウム製
の正極タブ３２がナット３１により締結され、負極端子
４には、中継部材となる銅製の負極タブ４２がナット４
１により締結され、それぞれ電気的に接続され、必要に
応じて、ＰＥＴ性粘着テープを用いて各部を絶縁した。

【００４６】（５）上記（３）項で作成した電極積層体
の各正極集電片１０６ａの２個の位置決め穴及び正極タ
ブ３２の２個の穴にアルミニウム製のボルト３３を通し
てアルミニウム製のナット３４により締結し、各負極集
電片１０６ｂの２個の位置決め穴及び負極タブ４２の２
個の穴に銅製のボルト４３を通して銅製のナット４４に
より締結し、それぞれ電気的に接続した。接続された電
極積層体を絶縁テープで固定し、図１の角部Ａを全周に
亘りレーザー溶接した。その後、注液口５（６ｍｍφ）
から電解液としてエチレンカーボネート：ジエチルカー
ボネート：メチルエチルカーボネートを６：７：７重量
比で混合した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬｉＰＦ₆を
溶解した溶液を注液した。次に、３００Ｔｏｒｒの減圧
下で、仮止め用のボルトを用いて注液口５を一旦封口し
た。

【００４７】（６）この電池を５Ａの電流で４．１Ｖま
で充電し、その後４．１Ｖの定電圧を印可する定電流定
電圧充電を１２時間行い、続いて、５Ａの定電流で２．
５Ｖまで放電した後、該電池の仮止め用ボルトをはず
し、再度、３００Ｔｏｒｒの減圧下で、１２ｍｍφに打
ち抜いた厚さ０．０８ｍｍのアルミ箔−変性ポリプロピ
レンラミネートフィルムからなる封口フィルム６を、温
度２５０〜３５０℃、圧力１〜３ｋｇ／ｃｍ²、加圧時
間５〜１０秒の条件で熱融着することにより、注液口５
を最終封口した。次に、Ｍ３のねじを用いて、得られた
電池の正極端子３及び負極端子４に測定用タブを取り付
けた。このとき、電池の内部抵抗は４．６ｍΩであり、
測定用タブを強く引っ張っても安定していた。該電池を
上記と同じ条件で定電流定電圧充電及び放電したとこ
ろ、放電容量は２７．２Ａｈであり、エネルギー容量は
１００Ｗｈであった。また、２５Ａの定電流で放電した
場合、放電容量は、２４．０Ａｈであった。放電終了時
の電池温度の上昇は、同容量の箱形（厚み１２ｍｍ以
上）電池を組み立てた場合に比べ少なかった。（比較例１）実施例１の（４）項において積層用治具を
用いないで所定位置に配置しながら、電極積層を行っ
た。積層時間は１０回の平均で１０４分であった。（比較例２）実施例１と同等の作業時間で積層でき、位
置決め治具を用いないで、かつ、位置ずれによる短絡等
を起こさない、正極、負極及びセパレータの寸法を検討
した。その結果、セパレータの大きさは２７１×１９７
ｍｍ²、負極の大きさは２６３×１９０ｍｍ²、正極の大
きさは２５７×１８４ｍｍ²となった。これらの大きさ
の正極、負極及びセパレータを用い、実施例１の（４）
項において積層用治具を用いないで所定位置に配置しな
がら、電極積層を行い、実施例１と同様に電池を組ん
だ。該電池を実施例１の（６）項と同じ条件で定電流定
電圧充電及び放電したところ、放電容量は、２４．０Ａ
ｈであり、正極及び負極の面積が実施例１に比べて小さ
くなっているため、放電容量も低かった。

【００４８】

【発明の効果】以上から明らかな通り、本発明によれ
ば、扁平型電池において、正極、負極、セパレータのい
ずれかに位置決め用の開口部を設けることにより、電極
及びセパレータの積層を正確且つ容易に行えるととも
に、電池組立時の短絡が生じにくくなり、その結果、容
量の大きな非水系二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の蓄電システム用非水系
二次電池の平面図及び側面図を示す図である。

【図２】図１に示す電池の内部に収納される電極積層体
の構成を示す側面図である。

【図３】図１に示す電池の正極、負極、セパレータの積
層方法の一例の説明図である。

【図４】位置決め治具を用いて電極等を積層した時の状
態及び位置決め後に負極集電片をボルト及びナットで締
結した時の状態を示す図である。

【図５】本発明の非水系二次電池の実施例に用いた正
極、負極、及びセパレータの説明図である。

【図６】本発明の非水系二次電池の実施例に用いた上蓋
の説明図である。

【符号の説明】

１上蓋２底容器３正極端子４負極端子５注液口６封口フィルム１０１ａ正極（両面）１０１ｂ負極（両面）１０１ｃ負極（片面）１０４、１０４ａ、１０４ｂセパレータ１０５ａ正極集電体１０５ｂ負極集電体１０６ａ正極集電片１０６ｂ負極集電片１０７ａ正極用位置決め穴１０７ｂ負極用位置決め穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢田静邦大阪府大阪市中央区平野町４丁目１−２株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者菊田治夫大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 5E012 BA12 5H011 AA09 CC02 CC06 CC10 DD09 GG09 JJ25 KK01 5H014 AA04 BB08 EE08 EE10 5H022 AA09 CC05 5H029 AJ14 AK02 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ04 DJ02 DJ04 DJ05 HJ04 HJ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極、負極、セパレータ、及びリチウム
塩を含む非水系電解質を備えた非水系二次電池であっ
て、前記非水系二次電池は、その厚さが１２ｍｍ未満の扁平
形状であり、そのエネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体
積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上であり、前記正極、前記負極、及び前記セパレータの少なくとも
一つは、組み立て時の位置決めに使用するための開口部
を有することを特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】前記開口部の少なくとも一つは、非円形
の穴であることを特徴とする請求項１に記載の非水系二
次電池。
【請求項３】前記開口部は、前記正極及び前記負極に
設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の非
水系二次電池。
【請求項４】前記開口部に正極端子及び／又は負極端
子が挿入され、前記正極及び／又は前記負極が前記正極
端子及び／又は前記負極端子に電気的に接続されること
を特徴とする請求項３に記載の非水系二次電池。
【請求項５】前記正極及び／又は前記負極は、複数で
あることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに
記載の非水系二次電池。
【請求項６】前記正極は、マンガン酸化物を含み、前
記負極は、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な物質を
含むことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに
記載の非水系二次電池。
【請求項７】前記非水系二次電池の電池容器の板厚
は、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする
請求項１から６までのいずれかに記載の非水系二次電
池。