JP2000285880A

JP2000285880A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2000285880A
Application number: JP11086977A
Authority: JP
Inventors: Minoru Mizutani; 実水谷; Shigeo Komatsu; 茂生小松
Original assignee: GS MERUKOTEKKU KK; Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: GS MERUKOTEKKU KK; Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】軽くしかも安全かつ安価な非水電解質電池を提
供する。【解決手段】袋状単電池ケースに、正極板と隔離体と負
極板とを有する長円形巻回型発電要素を収納した非水電
解質電池において、袋状単電池ケースは、一枚の長方形
のシートの相対する辺の同一面同士が対向させられて溶
着（＝溶着部Ｘ）された円筒形袋状であり、この円筒形
袋に発電要素が収納され、円筒形袋状単電池ケースの一
方の開口部からリードを取り出されて熱溶着（＝溶着部
Ｙ）され、他方の開口部が熱溶着（＝溶着部Ｚ）され、
溶着部Ｘを袋状単電池ケース表面に固着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電要素が袋状単
電池ケースに収納された非水電解質二次電池に関する。

【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を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、セパレー
タを介して順に積層又は渦巻き状に巻回した発電要素と
する。そしてこの発電要素を、ステンレス、ニッケルメ
ッキを施した鉄、又はアルミニウム製等の金属からなる
電池容器に収納され、電解液を注液後、蓋板で密封固着
して、電池が組み立てられる。

【０００５】ところが、金属製電池容器を用いた場合、
気密性が高く、かつ機械的強度に優れてはいるものの、
電池の軽量化や電池容器の材料、デザインには大きな制
約となる。

【０００６】その問題を解決するものとして、発電要素
を袋状単電池ケースに収納する方法が提案されている。
特に、袋状単電池ケースの材質として、気密構造を有す
る金属ラミネート樹脂フィルムを使用することにより、
電解液の漏液や電池外部からの水分等の侵入がなく、か
つ電池の軽量化を図ることができる。

【０００７】また、発電要素の形状としては、巻回型、
特に断面が非円形あるいは長円形とすることにより、電
極表面積を大きくすることができ、製造工程も簡単とな
る。

【０００８】このような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
して目的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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の、シート状正極
板とシート状負極板の間にセパレータを挟み、断面が非
円形あるいは長円形の巻回型発電要素を用いる非水電解
質二次電池においては、巻回型発電要素はその巻回中心
軸が袋状単電池ケースの開口面に垂直方向となるように
袋状単電池ケースに収納され、発電要素の巻回中心軸に
平行な袋状単電池ケースの溶着部は袋状単電池ケースの
表面から突き出た方向にとりつけられていた。

【００１０】ところが、このような形状の単電池を複数
個直列に積層して目的の電圧を得るようにしたり、ある
いは複数個並列に積層して目的の容量を得る場合、発電
要素の巻回中心軸に平行な袋状単電池ケースの溶着部
が、単電池を積層する場合じゃまになり、袋状単電池ケ
ースの表面から突き出た状態で積層すると、ムダな空間
ができるため、積層するたびに折り曲げて単電池ケース
の表面に押し付けて使用していた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明になる非水電解質
二次電池は、上記問題を鑑みてなされたものであり、正
極板と隔離体と負極板とを有する発電要素を袋状単電池
ケースに収納した非水電解質二次電池において、袋状単
電池ケースは、一枚の長方形のシートの相対する辺の同
一面同士が対向させられて溶着（これを「溶着部Ｘ」と
する）された円筒形袋状であり、この円筒形袋に発電要
素が収納され、円筒形袋状単電池ケースの一方の開口部
からリードを取り出されて熱溶着（これを「溶着部Ｙ」
とする）され、他方の開口部が熱溶着（これを「溶着部
Ｚ」とする）され、溶着部Ｘが袋状単電池ケース表面に
固着されていることを特徴とする。

【００１２】また本発明は、電池ケースの表面上におい
て、溶着部Ｘと溶着部Ｙが直交し、溶着部Ｘと溶着部Ｙ
の交差部分が正極リード端子と負極リード端子の間に位
置することを特徴とする。

【００１３】さらに本発明は、袋状単電池ケースが気密
構造を有し、長円形巻回型発電要素がその巻回中心軸が
袋状単電池ケースの開口面に垂直方向であるように収納
されていることを特徴とする。

【００１４】また本発明は、袋状単電池ケースの材質が
金属ラミネート樹脂フィルムであることを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、長円形巻
回型発電要素を備えた電池を例として、図面を参照して
説明する。本発明になる非水電解質二次電池の外観を図
１に示す。長円形巻回型発電要素は、その巻回中心軸が
袋状単電池ケースの開口面に垂直方向となるように、袋
状単電池ケースに収納されている。図１において、１は
非水電解質二次電池、２は袋状単電池ケース、３は正極
リード、４は負極リード、５は一枚の長方形のシートの
相対する辺の同一面同士が対向させられて溶着した溶着
部（＝溶着部Ｘ）、６はリード取り出し部の袋状単電池
ケースの溶着部（＝溶着部Ｙ）、７はリード取り出し部
とは反対側の袋状単電池ケースの溶着部（＝溶着部Ｚ）
であり、溶着部Ｘは袋状単電池ケース表面に固着されて
いる。

【００１６】なお、溶着部Ｘと溶着部Ｙの位置関係は、
電池ケースの表面上において、溶着部Ｘと溶着部Ｙが直
交し、溶着部Ｘと溶着部Ｙの交差部分が正極リード端子
と負極リード端子の間に位置することが好ましい。な
お、ここで「直交」とは、完全な直交のみを意味するの
ではなく、おおむね直交であることも意味する。

【００１７】次に、本発明になる非水電解質二次電池
の、発電要素を袋状単電池ケースに収納する工程を、図
２〜図４で説明する。なお、袋状単電池ケースの材質と
しては金属ラミネート樹脂フィルムを使用した。

【００１８】図２〜図４において、記号２〜７は図１と
同じものを示し、８は長円形巻回型発電要素、９は長円
形巻回型発電要素の巻回中心軸、１０は袋状単電池ケー
スの開口面である。

【００１９】まず、第１工程では、図２に示したよう
に、一枚の金属ラミネート樹脂フィルムの長方形のシー
ト２の相対する辺の同一面同士を対向させて溶着して溶
着部５とし（＝溶着部Ｘ）、円筒形袋状単電池ケースを
作製する。別に、発電要素８を作製する。

【００２０】次に、第２工程では、図３に示したよう
に、発電要素８を、その巻回中心軸が袋状単電池ケース
の開口面１０に垂直となるように、袋状単電池ケースに
収納する。

【００２１】さらに、第３工程では、図４に示したよう
に、まず発電要素の巻回中心軸に平行な袋状単電池ケー
スの溶着部５（＝溶着部Ｘ）を倒して、袋状単電池ケー
スの表面に密着させる。次に、金属ラミネート樹脂フィ
ルム２のリード取り出し部を熱溶着し、リード取り出し
部の袋状単電池ケースの溶着部６（＝溶着部Ｙ）を形成
する。その後、リード取り出し部の溶着部６の反対側の
袋状単電池ケースを熱溶着して、リード取り出し部とは
反対側の熱溶着部７（＝溶着部Ｚ）を形成する。

【００２２】最後に、、一枚の金属ラミネート樹脂フィ
ルムの長方形のシート２の相対する辺の同一面同士を対
向させて溶着した溶着部５（＝溶着部Ｘ）を、接着剤を
用いて、あるいは熱溶着などの方法で、袋状単電池ケー
スの表面に固着する。

【００２３】接着剤としては、金属ラミネート樹脂フィ
ルムの表面の材質に合わせて、いろいろな種類の接着剤
を使用することができる。

【００２４】本発明に使用する発電要素の形状として
は、断面が長円形巻回型に限られるものではなく、断面
が円形巻回型や非円形巻回型、あるいは平板型極板をセ
パレータを介して積層するスタック型や、シート状極板
を折りたたんでセパレータを介して積層する型など、あ
らゆる形状の発電要素を使用することができる。

【００２５】また本発明においては、気密構造を有する
袋状単電池ケースを使用することができ、袋状単電池ケ
ースの材質としては金属ラミネート樹脂フィルムを使用
することが好ましい。

【００２６】本発明において、長円形巻回型発電要素を
袋状単電池ケースに収納する場合には、長円形巻回型発
電要素はその巻回中心軸が袋状単電池ケースの開口面に
垂直方向であることが好ましい。なお、垂直方向とは、
完全な垂直のみを意味するのではなく、おおむね垂直な
方向も意味する。

【００２７】金属ラミネート樹脂フィルムの金属の材質
としては、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン箔
などを使用することができる。

【００２８】金属ラミネート樹脂フィルムの熱溶着部の
材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの熱
可塑性高分子材料であればどのような物質でもよい。

【００２９】また、金属ラミネート樹脂フィルムの樹脂
層や金属箔層は、それぞれ１層に限定されるものではな
く、２層以上であってもかまわない。

【００３０】本発明になる非水電解質二次電池のに使用
する電解液溶媒としては、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。

【００３１】また、有機溶媒に溶解するリチウム塩とし
ては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓ
Ｆ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ
（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）
２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２およびＬｉＮ（ＣＯＣＦ２
ＣＦ３）２などの塩もしくはこれらの混合物でもよい。

【００３２】また、北発明になる非水電解質二次電池の
隔離体としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解
液を含浸したものや、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。

【００３３】さらに、正極材料たるリチウムを吸蔵放出
可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式Ｌ
ｉｘＭＯ２、またはＬｉｙＭ２Ｏ４（ただしＭは遷移
金属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）で表される、複合酸
化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金
属カルコゲン化物を用いることができる。その具体例と
しては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ
４、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＭｎＯ２、ＦｅＯ２、Ｖ２Ｏ
５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２、ＴｉＳ２等が挙げられる。
また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導
電性ポリマー等が挙げられる。さらに、無機化合物、有
機化合物を問わず、上記各種活物質を混合して用いても
よい。

【００３４】さらに、負極材料たる化合物としては、Ａ
ｌ、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、Ｌｉ５
（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。

【００３５】

【実施例】次に、本発明を好適な実施例にもとづき説明
する。本発明になる非水電解質二次電池は、正極板と隔
離体と負極板とからなる長円形巻回型発電要素が非水系
の電解液とともに金属ラミネート樹脂フィルムを熱溶着
してなる袋状単電池ケースに収納されたものであり、そ
の外観は図１に示したのと同じである。

【００３６】正極活物質にはリチウムコバルト複合酸化
物を用いた。正極板は集電体に上記のリチウムコバルト
複合酸化物が活物質として保持したものである。集電体
は厚さ２０μｍのアルミニウム箔を使用した。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、その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。

【００３７】負極板は、集電体の両面に、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。負極板の集電体は、厚さ
１４μｍの銅箔を使用した。

【００３８】隔離体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。

【００３９】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、正極板及
び負極板にそれぞれリード端子を溶接し、順に重ね合わ
せて長方形状の巻芯を中心として、長辺が発電要素の巻
回中心軸と平行になるよう、その周囲に長円渦状に巻回
して、５３×３５×４ｍｍの大きさの発電要素とした。

【００４０】この発電要素を金属ラミネート樹脂フィル
ムケースに、長円形巻回型発電要素はその巻回中心軸が
袋状金属ラミネート樹脂フィルムケースの開口面に垂直
方向となるように収納し、袋状金属ラミネート樹脂フィ
ルムケースのリード取り出し部分を熱溶着して密封し、
電解液を、各電極と隔離体が十分湿潤し、発電要素外に
フリーな電解液が存在しない量を真空注液した。

【００４１】図５は、図１に示した電池のＡ−Ａ′断面
を示したものである。図５において、１１は最外層の表
面保護用の１２μｍのＰＥＴフィルム、１２はバリア層
として２０μｍのアルミニウム箔、１３は熱溶着層とし
て１００μｍの酸変性ポリエチレン層である。気密封口
用の袋状単電池ケースとしての金属ラミネート樹脂フィ
ルムケースは１１と１２と１３とからなり、最外層の表
面保護用ＰＥＴフィルム１１とバリア層としてのアルミ
ニウム箔１２はウレタン系接着剤で接着している。ま
た、正極リード３および負極リード４は、厚み５０〜１
００μｍの銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属導体
である。

【００４２】また、図５において、１４は接着層、１５
は電解液バリア層であり、正極リード３および負極リー
ド４は、金属との接着層１４を形成する１００μｍ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１５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
る。これらを図５のように重ねて接着すると良好な気密
性が得られる。

【００４３】袋状金属ラミネート樹脂フィルムケースの
リード取り出し部分とは反対側を熱溶着（＝溶着部Ｙ）
で密封し、一枚の長方形のシートの相対する辺の同一面
同士が対向させられて溶着した溶着部（＝溶着部Ｘ）
を、接着剤を用いて袋状単電池ケースの表面に固着し
た。

【００４４】本発明になる非水電解質二次電池を電池Ａ
とし、一枚の長方形のシートの相対する辺の同一面同士
が対向させられて溶着した溶着部（＝溶着部Ｘ）がケー
ス表面から突き出た形状の非水電解質二次電池を電池Ｂ
とし、いずれも公称容量５００ｍＡｈの電池を各１０セ
ルづつ作製した。そして、各電池を次の条件で充放電サ
イクル試験を行った。充電：５００ｍＡ定電流＋４．１Ｖ定電圧、合計３ｈｒ放電：５００ｍＡ定電流、終止電圧２．７５Ｖその結果、１００サイクル目の１０セルの平均放電容量
は、電池Ａでは４９０ｍＡｈ、電池Ｂでは４６５ｍＡｈ
であり、本発明になる非水電解質二次電池の方が、サイ
クル数による容量減少は少なかった。

【００４５】

【発明の効果】本発明になる非水電解質二次電池は、一
枚の長方形のシートの相対する辺の同一面同士が対向さ
せられて溶着した溶着部（＝溶着部Ｘ）が単電池ケース
の表面に固着されているため、溶着部が固着されている
部分のケースが厚くなり、巻回型発電要素の中央部が常
に圧迫されており、充放電サイクル中に電極間距離が一
定に保たれているため、サイクル数による容量減少が少
なくなるものである。

【００４６】また、本発明になる非水電解質二次電池
は、単電池を複数個直列や並列に積層する場合、発電要
素の巻回中心軸に平行な袋状単電池ケースの溶着部がじ
ゃまにならず、ムダな空間がなく、高エネルギー密度の
電池が得られ、複数固の単電池を積層する場合に有利で
ある。

【００４７】本発明によれば、電池特性の低下を招くこ
となく、安全性の高い、かつ製造工程における煩雑さを
招くことのない、袋状単電池ケースとしての金属ラミネ
ート樹脂フィルムケースに長円形巻回型発電要素が収納
された非水電解質電池を提供することができる。

【００４８】また、本発明は、発電要素をたとえば薄い
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。

【００４９】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。

【図面の簡単な説明】

【図１】非水電解質二次電池の外観図。

【図２】本発明になる非水電解質二次電池の第１の工程
を示す図。

【図３】本発明になる非水電解質二次電池の第２の工程
を示す図。

【図４】本発明になる非水電解質二次電池の第３の工程
を示す図。

【図５】本発明になる非水電解質二次電池のリード取り
出し部分の断面（図１のＡ−Ａ′断面）を示す図。

【符号の説明】

１非水電解質二次電池２袋状単電池ケース３正極リード４負極リード５一枚の長方形のシートの相対する辺の同一面同士が
対向させられて溶着した溶着部（＝溶着部Ｘ）６リード取り出し部の袋状単電池ケースの溶着部（＝
溶着部Ｙ）７リード取り出し部とは反対側の袋状単電池ケースの
溶着部（＝溶着部Ｚ）

フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 AA03 AA06 AA09 CC02 CC06 CC10 DD13 5H029 AJ03 AJ05 AJ14 AK02 AK03 AK05 AK16 AL01 AL06 AL07 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ14 CJ05 DJ02 DJ03 EJ01 EJ12 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板と隔離体と負極板とを有する発電
要素を袋状単電池ケースに収納した非水電解質二次電池
において、前記袋状単電池ケースは、一枚の長方形のシ
ートの相対する辺の同一面同士が対向させられて溶着
（これを「溶着部Ｘ」とする）された円筒形袋状であ
り、この円筒形袋に発電要素が収納され、円筒形袋状単
電池ケースの一方の開口部からリードを取り出されて熱
溶着（これを「溶着部Ｙ」とする）され、他方の開口部
が熱溶着（これを「溶着部Ｚ」とする）され、溶着部Ｘ
が袋状単電池ケース表面に固着されていることを特徴と
する非水電解質二次電池。
【請求項２】電池ケースの表面上において、溶着部Ｘ
と溶着部Ｙが直交し、溶着部Ｘと溶着部Ｙの交差部分が
正極リード端子と負極リード端子の間に位置することを
特徴とする、請求項１記載の非水電解質二次電池。
【請求項３】袋状単電池ケースが気密構造を有し、長
円形巻回型発電要素がその巻回中心軸が袋状単電池ケー
スの開口面に垂直方向であるように収納されていること
を特徴とする、請求項１または２記載の非水電解質二次
電池。
【請求項４】袋状単電池ケースの材質が金属ラミネート
樹脂フィルムであることを特徴とする、請求項１〜３記
載の非水電解質電池。