JP2000311701A - 偏平形電池 - Google Patents

偏平形電池

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JP2000311701A
JP2000311701A JP11121849A JP12184999A JP2000311701A JP 2000311701 A JP2000311701 A JP 2000311701A JP 11121849 A JP11121849 A JP 11121849A JP 12184999 A JP12184999 A JP 12184999A JP 2000311701 A JP2000311701 A JP 2000311701A
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JP
Japan
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roll
battery
electrode
shaped
electrode groups
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JP11121849A
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English (en)
Inventor
Eizou Akoin
瑩三 安居院
Hiroyoshi Yoshihisa
洋悦 吉久
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Yuasa Corp
Original Assignee
Yuasa Corp
Yuasa Battery Corp
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性および電気的特性に優れた偏平性の高
いリチウム電池を提供することを目的とする。 【構成】 正極、セパレータ、負極で構成されるロール
状の極群を一つの容器内に複数本収納することで、上記
目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は偏平形電池に係り、
特に生産性および電気的特性に優れた偏平性の高いリチ
ウム電池に関する。
【0002】
【従来の技術】正極および負極がリチウムを吸蔵放出可
能な活物質から成るリチウムイオン電池は、他の種類の
二次電池に比べて小型軽量であり、充放電サイクル性能
においても優れていることから、携帯電話やパーソナル
コンピューター用電源等の広い用途で使用されている。
これらの機器は更なる小型軽量化が求められており、こ
のために電池の更なる小型軽量化が求められている。
【0003】従来、小型化の方策の一つとして、角形電
池を用いることで電池と電池の隙間、あるいは電池と機
器の電池収納室の壁との隙間に生じるデッドスペースを
無くす方法が採用されている。
【0004】また、電極の作用面積を大きくするため
に、電極厚さを薄くしてより多くの枚数の電極を積層す
る方法、長尺の電極をスパイラル状に巻き込んだロール
状極群を用いる方法等がある。ロール状極群方式は積層
式に比べ生産性に優れており、広く用いられている。
【0005】ロール状極群方式においては、電池形状を
角形でかつ偏平形とするために長円形に巻回されたロー
ル状極群を使用した電池が普及している。
【0006】長円形ロール状極群の製法として、特開平
6−96801号には平板状の巻き芯に電極を巻回する
方法、特開平6−96802号には電極を巻回後巻き芯
を抜き取り円形ロールをプレスして長円形にする方法が
提案されている。
【0007】また、特開平10−270069号には、
一本の長尺の極群を巻回の方向が逆の二本のロールに巻
回する構造が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の角形偏平電
池には以下の問題があった。すなわちロール状極群が一
個の場合、偏平巻芯巻回方式ではロールの長径と短径の
比を大きくすると、巻芯の強度確保が難しい。また、プ
レスして長円形にする方式では、電極のたわみや電極の
幅方向の位置づれがプレス時に発生する等の問題が生じ
る。このため、従来電池では生産上好ましい長円形ロー
ルの長径と短径の比は5〜6が上限であった。例えば短
径が5mmの場合、長径の上限は25〜30mmであっ
た。そのため、それ以上の大きな幅を持った電池の実現
が困難であった。
【0009】また、従来の電池ではロール状の極群の巻
き芯に直径が2〜3mmの円柱状や厚さ0.5〜1.1
mmの偏平状の金属製巻き芯を備えているため、5mm
以下の短径のロールを実現することは困難であった。ま
た、巻き芯を取り除いた後にプレスして長円形のロール
とする方法においては、生産工程が煩雑であること、及
び巻き芯を取り除く際のトラブルが多発し、生産性に劣
るという欠点があった。
【0010】更に、一本の極群を巻回方向が逆の二本の
ロールにした構造においては、長尺の極群の長さ方向の
中心部を境に、巻き込み方向を逆転させる必要があるた
め、極群をロールに巻き込む部分の工程が煩雑になると
いう欠点があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では正極、セパレータ、負極で構成されるロ
ール状の極群が、1つの容器内に複数本収納されて成る
ことを特徴とする偏平形電池である。また、セパレータ
の長手方向の一方の端部が、棒状または板状に形成さ
れ、該棒状または板状の端部がロール状極群の巻き芯で
あることを特徴とする偏平形電池である。
【0012】すなわち、例えば複数のロール状極群を並
べた構造を採ることで、薄型で従来に無かった大きな幅
を有する電池の実現が可能になった。また、セパレータ
の長手方向の一方の端部を棒状に丸め込み、あるいはそ
れをさらに加熱加圧して偏平板状に成型し、該端部をロ
ール状極群の巻き芯にした。本巻き芯の径または厚さは
0.2〜0.5mmと小さくすることが可能であり、こ
のため、巻き芯を取り除くことなしにロールの短径を5
mm以下と小さくすることが可能になった。
【0013】このように、巻き芯を取り除く工程が省略
できるので、工程の簡略化が図れると同時に、本工程に
よる不良発生が無くなるため、従来方式に比べ生産性を
向上させることができた。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の実
施の形態を説明する。
【0015】図1は本発明にかかる電池の一例を示す斜
視図である。1は正極、セパレータ、負極の積層体をロ
ール状に巻回した極群である。図では5本のロール状極
群が並んだ状態で配置され、並列に接続されている。2
は正極のリード端子、3は負極のリード端子である。4
は前記極群および電解液で構成される発電要素を収納す
る容器である。5は蓋、6は蓋5に配置された負極端子
である。正極リード端子2は正極端子を兼ねる容器4に
接続されている。負極リード端子3は負極端子6に接続
される。ロール状極群の形状は円形もしくは長円形であ
る。円形ロールの直径または長円形ロールの短径は例え
ば2〜6mmである。これにより厚さが約2.5mm
と、ロール状極群で構成される電池において従来実現で
きなかった薄さの電池が実現できた。
【0016】本例のように、複数本のロール状極群が平
面上に横並びに配置される場合は、極群の形状を長円形
とすると、円形とした場合に比べて隣接する極群間のデ
ッドスペースが小となるため、電池の容積効率を高くで
きるという利点がある。
【0017】図2は図1におけるロール状極群1の斜視
図である。正極7はコバルト酸リチウム(LiCo
2 )と、導電助材としてのカーボンブラック、結着剤
としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)、および後
述の電解液とで構成され、厚さ20μmのアルミニウム
(Al)箔集電体の両面上に担持されている。集電体上
の正極活物質層の厚さは片面約100μmである。
【0018】負極8は黒鉛粒子、結着剤としてのポリフ
ッ化ビニリデン、電解液とで構成され、厚さ約10μm
の銅箔等の集電体の両面上に担持されている。集電体上
の負極活物質層の厚さは片面約100μmである。
【0019】9は電解液を含有する微孔性のポリエチレ
ン(PE)フィルム、高分子固体電解質フィルムまたは
高分子ゲル電解質から成る厚さが25〜50μmのセパ
レータである。
【0020】10はロール状極群の巻き芯部を示す。
【0021】電解液は、支持塩としての各種のリチウム
塩を後述の非水系の溶剤に溶解させた溶液である。ここ
で適用されるリチウム塩としては、LiCF3 SO3
LiN(CF3 SO2 2 、LiC(CF3
2 3 、LiBF4 、LiPF4 等である。
【0022】電解液の溶剤、高分子ゲル電解質の溶剤あ
るいは高分子固体電解質に用いられる可塑剤は、一般的
に炭酸エチレン、炭酸プロピレン等の環状炭酸エステル
と炭酸ジエチル、炭酸ジメチル等の鎖状炭酸エステルの
混合溶剤である。
【0023】高分子ゲル電解質の場合、電解質はポリア
クリロニトリル(PAN)やポリフッ化ビニリデン(P
VDF)に上記電解液を保持させ、ゲル化させたもので
ある。
【0024】高分子固体電解質の場合、電解質はポリエ
チレンオキシド(PEO)等のポリエーテルに前記リチ
ウム塩を溶解させた固体状であり、非流動性である。
【0025】図3は巻回前の極群の長手方向の一方の端
部を示す図である。例えばポリエチレン微孔フィルム製
セパレータ9は二つ折りにされた端部において図3
(イ)に示すように棒状に丸め込まれる。あるいは、そ
れをさらに加熱加圧して図3(ロ)に示すように偏平板
状にされる。棒状端部の径または板状部の厚さは0.2
〜0.5mmである。このように形成された巻き芯10
に極群が巻回され、前記ロール状極群が形成される。
【0026】図4は、本発明電池の一例を示す図であ
る。8本の円形のロール状極群が最密充填になるよう配
置されている。このように最密充填することにより、一
列の横並びの場合に比べ高い容積効率を実現することが
できる。
【0027】図5(イ)は本発明電池の他の一例を示す
図である。複数のロール状極群を直列に接続し、高電圧
が得られる電池を提供することができる。
【0028】容器4の内壁は絶縁性の樹脂層11で被覆
され、容器とロール状極群の側面および低面とは電気的
に絶縁されている。あるいは図5(ロ)に示すように極
群の側面と底面が絶縁性の樹脂層11で被覆された構成
でもよい。
【0029】各々のロール状極群の電解質は非流動性の
固体電解質、例えば高分子固体電解質で構成されてい
る。隣合った極群の正極端子2と負極端子3が接続さ
れ、左端の極群の正極端子2は露出させた容器の内壁に
接続される。右端の極群の負極端子3は図1に示した蓋
5の負極端子6に接続される。
【0030】この例のように3本の極群が直列に接続さ
れた構成では、正極にLiCoO2、負極に黒鉛を用い
た場合、一個の極群で3.6Vの電圧が得られ、本例の
場合は1つの電池で合計10.8Vの電圧が得られるの
で、高電圧が要求される用途にも一個の電池で適応でき
る利点がある。
【0031】本発明電池の正極、負極、電解液または固
体電解質、セパレータの材質は上記の記述に限定される
ものではない。
【0032】本発明の実施により、厚さが15mm以
下、特に厚さが5〜6mm以下の偏平形電池であって、
生産性および電気的特性に優れた電池を提供することが
できた。
【0033】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明は、従来技術
では実現が困難であった厚さが小さくかつ幅の大きな電
池を実現したことで、電池の形状、サイズ、容量などの
面で設計の自由度を高められ、更には小型軽量でかつ電
気的特性の優れた電池を高い生産性で安価に提供するこ
とができるので、工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る偏平形電池の一例を示す斜視図
である。
【図2】 本発明に係る偏平形電池の極群の一例を示す
斜視図である。
【図3】 本発明に係る偏平形電池の極群の端部を示す
図である。
【図4】 本発明に係る偏平形電池の極群の充填方法を
示す斜視図である。
【図5】 本発明に係る偏平形電池の一例を示す斜視図
である。
【符号の説明】
1 極群 4 容器 7 正極 8 負極 9 セパレータ 10 巻き芯部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極、セパレータ、負極で構成されるロ
    ール状の極群が、一つの容器内に複数本収納されて成る
    ことを特徴とする偏平形電池。
  2. 【請求項2】 セパレータの長手方向の一方の端部が、
    棒状または板状に形成され、該棒状または板状の端部が
    ロール状極群の巻き芯であることを特徴とする請求項1
    記載の偏平形電池。
JP11121849A 1999-04-28 1999-04-28 偏平形電池 Pending JP2000311701A (ja)

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Cited By (5)

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