JP2001084984A - 電 池 - Google Patents
電 池Info
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- JP2001084984A JP2001084984A JP26000199A JP26000199A JP2001084984A JP 2001084984 A JP2001084984 A JP 2001084984A JP 26000199 A JP26000199 A JP 26000199A JP 26000199 A JP26000199 A JP 26000199A JP 2001084984 A JP2001084984 A JP 2001084984A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- battery
- separator
- battery according
- electrolyte
- boiling point
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
(57)【要約】
【目的】 外装体にフィルムを用いた電池の高エネルギ
ー密度および低製造コストの利点を損なうことなく、電
池の製造時の短絡を防止し、安全性を確保することを目
的とする。 【構成】 セパレータの全部又は一部が電解液とゲルを
形成しており、かつ該電解液が低沸点溶媒を含有するこ
とにより、上記目的を達成できる。
ー密度および低製造コストの利点を損なうことなく、電
池の製造時の短絡を防止し、安全性を確保することを目
的とする。 【構成】 セパレータの全部又は一部が電解液とゲルを
形成しており、かつ該電解液が低沸点溶媒を含有するこ
とにより、上記目的を達成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外装体にフィルム
を用いて発電要素を密封した電池に関するものである。
を用いて発電要素を密封した電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】民生用機器の小型、軽量化に伴い、そこ
に搭載される電池にも小型、軽量化が求められている。
中でも、リチウムイオン電池は高いエネルギー密度を有
することから、携帯用端末器用電源に多く用いられ、更
なる高容量化、薄型化の開発が要求されている。
に搭載される電池にも小型、軽量化が求められている。
中でも、リチウムイオン電池は高いエネルギー密度を有
することから、携帯用端末器用電源に多く用いられ、更
なる高容量化、薄型化の開発が要求されている。
【０００３】前記リチウムイオン電池の構成としては、
巻回した極群を円筒型のケースに収納した円筒型電池や
平板状の極板を積層して平角形ケースに収納した角形電
池がある。より安価で軽量な小型二次電池を提供する手
段として、発電要素をアルミラミネートフィルムの袋に
収納し、熱溶着により封口したものが実開昭６０−１６
２３６２号、特開昭６１−２０６１５７号等に提案され
ている。
巻回した極群を円筒型のケースに収納した円筒型電池や
平板状の極板を積層して平角形ケースに収納した角形電
池がある。より安価で軽量な小型二次電池を提供する手
段として、発電要素をアルミラミネートフィルムの袋に
収納し、熱溶着により封口したものが実開昭６０−１６
２３６２号、特開昭６１−２０６１５７号等に提案され
ている。
【０００４】このような、外装体にラミネートフィルム
を用いた電池において、外装フィルムが剛性に乏しいた
め、突起物が押し当てられたりすると容易に開口し電解
液が漏れるという危険性を回避するため、固体電解質を
用いたり、電解液とゲル化するセパレータを用いたりす
ることが特開平１０−２１９６３号、特開平１０−６４
５０３号等に提案されている。
を用いた電池において、外装フィルムが剛性に乏しいた
め、突起物が押し当てられたりすると容易に開口し電解
液が漏れるという危険性を回避するため、固体電解質を
用いたり、電解液とゲル化するセパレータを用いたりす
ることが特開平１０−２１９６３号、特開平１０−６４
５０３号等に提案されている。
【０００５】しかしながら、固体電解質はイオン伝導度
が低く、特に高率充放電時や低温放電時は分極の増大に
よる容量低下が大きいという問題があった。また、電解
液とゲル化するセパレータを用いた場合は、上記問題は
解消されるものの、一部のゲルについては、外装フィル
ムを熱融着によって封口する際の熱によりゲルが溶解
し、電池の短絡を引き起こしたり、電池が外部短絡等で
大電流が流れた際、ジュール熱による温度上昇によりゲ
ルが溶解し、電池の内部短絡を引き起こすという問題が
あった。
が低く、特に高率充放電時や低温放電時は分極の増大に
よる容量低下が大きいという問題があった。また、電解
液とゲル化するセパレータを用いた場合は、上記問題は
解消されるものの、一部のゲルについては、外装フィル
ムを熱融着によって封口する際の熱によりゲルが溶解
し、電池の短絡を引き起こしたり、電池が外部短絡等で
大電流が流れた際、ジュール熱による温度上昇によりゲ
ルが溶解し、電池の内部短絡を引き起こすという問題が
あった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の問題点に鑑みなされたものであり、外装体にフィルム
を用いた電池の高エネルギー密度および低製造コストの
利点を損なうことなく、電池の製造時の短絡を防止し、
安全性を確保することを目的とする。
の問題点に鑑みなされたものであり、外装体にフィルム
を用いた電池の高エネルギー密度および低製造コストの
利点を損なうことなく、電池の製造時の短絡を防止し、
安全性を確保することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、少なくとも正極、負極及びセパレータか
らなる発電要素が外装フィルムで封止されてなる電池に
おいて、該セパレータの全部又は一部が電解液とゲルを
形成しており、かつ該電解液が低沸点溶媒を含有するこ
とを特徴とする電池である。また、前記低沸点溶媒の沸
点が、９０℃以上１４０℃以下である電池である。ま
た、前記低沸点溶媒の含有量が、全電解液量の１０重量
部以上８０重量部以下である電池である。また、前記セ
パレータのゲル形成部分が、フッ化ビニリデン系ポリマ
ーである電池である。また、前記フッ化ビニリデン系ポ
リマーが、２０重量部以下のヘキサフルオロプロピレン
部を含む（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレ
ン）コポリマーである電池である。また、前記セパレー
タの一部に不織布を用いている電池である。また、前記
コポリマーが、多孔体を形成している電池である。ま
た、前記発電要素が、巻回式極群で構成されている電池
である。また、前記巻回式極群の最外周は、正極集電体
が露出している電池である。また、前記外装フィルム
は、組立前にチューブ状に形成され、発電要素を前記外
装フィルムに挿入した後、熱溶着して密閉する電池であ
る。また、前記外装フィルムは液溜部を具備し、前記発
電要素を前記外装フィルムに挿入し、前記電解液を注液
し、初期充放電をした後、発生した気体と過剰の電解液
を絞り出して封口する電池である。
め、本発明は、少なくとも正極、負極及びセパレータか
らなる発電要素が外装フィルムで封止されてなる電池に
おいて、該セパレータの全部又は一部が電解液とゲルを
形成しており、かつ該電解液が低沸点溶媒を含有するこ
とを特徴とする電池である。また、前記低沸点溶媒の沸
点が、９０℃以上１４０℃以下である電池である。ま
た、前記低沸点溶媒の含有量が、全電解液量の１０重量
部以上８０重量部以下である電池である。また、前記セ
パレータのゲル形成部分が、フッ化ビニリデン系ポリマ
ーである電池である。また、前記フッ化ビニリデン系ポ
リマーが、２０重量部以下のヘキサフルオロプロピレン
部を含む（フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレ
ン）コポリマーである電池である。また、前記セパレー
タの一部に不織布を用いている電池である。また、前記
コポリマーが、多孔体を形成している電池である。ま
た、前記発電要素が、巻回式極群で構成されている電池
である。また、前記巻回式極群の最外周は、正極集電体
が露出している電池である。また、前記外装フィルム
は、組立前にチューブ状に形成され、発電要素を前記外
装フィルムに挿入した後、熱溶着して密閉する電池であ
る。また、前記外装フィルムは液溜部を具備し、前記発
電要素を前記外装フィルムに挿入し、前記電解液を注液
し、初期充放電をした後、発生した気体と過剰の電解液
を絞り出して封口する電池である。
【０００８】すなわち、電解液に低沸点溶媒を含有させ
ることで、電池製造時に外装フィルムを熱溶着する際の
熱や、短絡等で生じる熱を低沸点溶媒の蒸発潜熱によっ
て奪い、ゲルセパレータが溶解することを防ぐものであ
る。
ることで、電池製造時に外装フィルムを熱溶着する際の
熱や、短絡等で生じる熱を低沸点溶媒の蒸発潜熱によっ
て奪い、ゲルセパレータが溶解することを防ぐものであ
る。
【０００９】この低沸点溶媒は、電池が通常使用される
温度で蒸発するとセルの膨れを生じるので、沸点は９０
℃以上であることが好ましく、ゲルセパレータの溶解を
未然に防ぐ目的から、沸点は１４０℃以下が好適であ
る。また、ヒートシール時の熱が電極に伝わると、特に
予備充電後の負極と電解液とが反応し、負極特性に悪い
影響を与えることが知られている。この理由からも、沸
点は１４０℃以下が好適である。
温度で蒸発するとセルの膨れを生じるので、沸点は９０
℃以上であることが好ましく、ゲルセパレータの溶解を
未然に防ぐ目的から、沸点は１４０℃以下が好適であ
る。また、ヒートシール時の熱が電極に伝わると、特に
予備充電後の負極と電解液とが反応し、負極特性に悪い
影響を与えることが知られている。この理由からも、沸
点は１４０℃以下が好適である。
【００１０】低沸点溶媒の含有量は、全電解液の１０重
量部以上が好ましい。これより少ないと、蒸発潜熱量が
不足し、前記熱を奪う効果が充分とならない。一方、低
沸点溶媒は誘電率が小さいため、含有量が多すぎると、
電解液としての性能が劣る。この理由から、全電解液の
８０重量部以下が好適である。
量部以上が好ましい。これより少ないと、蒸発潜熱量が
不足し、前記熱を奪う効果が充分とならない。一方、低
沸点溶媒は誘電率が小さいため、含有量が多すぎると、
電解液としての性能が劣る。この理由から、全電解液の
８０重量部以下が好適である。
【００１１】前記セパレータの構成材料の全部又は一部
に極性高分子であるフッ化ビニリデン系ポリマーを用い
ると、電解液の溶媒である極性有機溶媒に膨潤し、全部
または一部がゲル化し、電解液の保持能力に富むので、
外装フィルムを用いた電池には好適である。
に極性高分子であるフッ化ビニリデン系ポリマーを用い
ると、電解液の溶媒である極性有機溶媒に膨潤し、全部
または一部がゲル化し、電解液の保持能力に富むので、
外装フィルムを用いた電池には好適である。
【００１２】フッ化ビニリデン系ポリマーをヘキサフル
オロプロピレンとのコポリマーとすると、電解液との親
和性が良くなり、電解液の液保持性がさらに増すので好
適である。しかしながら、ヘキサフルオロプロピレン部
が２０重量部を超すと、電解液の膨潤が過度になり、セ
パレータの自己保持性が劣り、機械的強度に問題が生じ
るので、ヘキサフルオロプロピレン部は２０重量部以下
であることが好適である。
オロプロピレンとのコポリマーとすると、電解液との親
和性が良くなり、電解液の液保持性がさらに増すので好
適である。しかしながら、ヘキサフルオロプロピレン部
が２０重量部を超すと、電解液の膨潤が過度になり、セ
パレータの自己保持性が劣り、機械的強度に問題が生じ
るので、ヘキサフルオロプロピレン部は２０重量部以下
であることが好適である。
【００１３】上述のように、セパレータの液保持性と機
械的強度とは相反する関係にあるので、セパレータの一
部に非膨潤性の材料を用い、支持体の役割を担わせるこ
とで、高い液保持性を保ちつつ高い機械的強度を伴った
セパレータを提供することができる。非膨潤性の材料と
しては、従来のリチウムイオン電池用セパレータとして
用いられているポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂
からなる多孔膜や不織布等を用いることができる。しか
し、前記多孔膜は空隙率が小さいため、これを支持体と
するとイオン伝導度が約一桁低下してしまう。この観点
から、支持体にはポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹
脂製不織布を用いることが好適である。フッ化ビニリデ
ン系ポリマーは、無孔性フィルムの状態でも電解液とゲ
ル化し、イオン伝導体となるが、ゲル化の程度に限度が
ある。そこで、フッ化ビニリデン系ポリマーを多孔体に
形成することで、浸透圧により空隙部分に電解液が吸い
上げられるため、ゲル化の程度が促進される。この結
果、イオン伝導度を上げることができ、電池の高率充放
電特性を向上させることができる。
械的強度とは相反する関係にあるので、セパレータの一
部に非膨潤性の材料を用い、支持体の役割を担わせるこ
とで、高い液保持性を保ちつつ高い機械的強度を伴った
セパレータを提供することができる。非膨潤性の材料と
しては、従来のリチウムイオン電池用セパレータとして
用いられているポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂
からなる多孔膜や不織布等を用いることができる。しか
し、前記多孔膜は空隙率が小さいため、これを支持体と
するとイオン伝導度が約一桁低下してしまう。この観点
から、支持体にはポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹
脂製不織布を用いることが好適である。フッ化ビニリデ
ン系ポリマーは、無孔性フィルムの状態でも電解液とゲ
ル化し、イオン伝導体となるが、ゲル化の程度に限度が
ある。そこで、フッ化ビニリデン系ポリマーを多孔体に
形成することで、浸透圧により空隙部分に電解液が吸い
上げられるため、ゲル化の程度が促進される。この結
果、イオン伝導度を上げることができ、電池の高率充放
電特性を向上させることができる。
【００１４】発電要素の形態としては、正極、負極及び
セパレータからなる電極対を複数積層する方法や、長尺
の電極対を巻回する方法等を用いることができる。しか
しながら積層式の極群を用いた場合には、外装フィルム
を用いた電池では緊圧がかかりにくく、極群が固定され
難い。これに対し、巻回式の極群を用いた場合には、極
群自身によって緊圧を掛けることができ、極群も固定さ
れ易いので、巻回式極群を用いることが好適である。
セパレータからなる電極対を複数積層する方法や、長尺
の電極対を巻回する方法等を用いることができる。しか
しながら積層式の極群を用いた場合には、外装フィルム
を用いた電池では緊圧がかかりにくく、極群が固定され
難い。これに対し、巻回式の極群を用いた場合には、極
群自身によって緊圧を掛けることができ、極群も固定さ
れ易いので、巻回式極群を用いることが好適である。
【００１５】巻回式極群の巻き込み方法としては、正極
電極を外側にして巻回する方法、負極電極を外側にして
巻回する方法等を選ぶことができる。ここで、外装フィ
ルムの内面に貼り合わされている樹脂層が、何らかの理
由で破損した場合には、外装フィルムに用いられている
アルミニウム金属層が露出し、巻回式極群の最外周電極
と接触することが考えられる。このとき、巻回式極群の
最外周が負極電極であった場合には、負極内のリチウム
が前記アルミニウム金属層と反応し、脆弱なリチウムア
ルミニウム合金に変化する。その結果、外装フィルムの
水分バリヤー性が劣り、電池内に水分が侵入しやすくな
るので、電池性能の劣化を導く。一方、巻回式電極の最
外周が正極電極であった場合には、このような現象は生
じない。かかる理由から、巻回式電極の最外周は正極電
極であることが好適である。ここで、最外周面において
は、正極活物質があっても作用しないため、前記部分は
正極活物質が塗工されておらず、正極集電体が露出して
いることがエネルギー密度の点からも好適である。
電極を外側にして巻回する方法、負極電極を外側にして
巻回する方法等を選ぶことができる。ここで、外装フィ
ルムの内面に貼り合わされている樹脂層が、何らかの理
由で破損した場合には、外装フィルムに用いられている
アルミニウム金属層が露出し、巻回式極群の最外周電極
と接触することが考えられる。このとき、巻回式極群の
最外周が負極電極であった場合には、負極内のリチウム
が前記アルミニウム金属層と反応し、脆弱なリチウムア
ルミニウム合金に変化する。その結果、外装フィルムの
水分バリヤー性が劣り、電池内に水分が侵入しやすくな
るので、電池性能の劣化を導く。一方、巻回式電極の最
外周が正極電極であった場合には、このような現象は生
じない。かかる理由から、巻回式電極の最外周は正極電
極であることが好適である。ここで、最外周面において
は、正極活物質があっても作用しないため、前記部分は
正極活物質が塗工されておらず、正極集電体が露出して
いることがエネルギー密度の点からも好適である。
【００１６】発電要素を外装フィルムで密閉する方法に
ついては、外装フィルム周囲のうち一部を除いて封口
し、電解液を注液し、化成処理後に残りの部分を封口す
るという手順を用いる。一部を除いて封口する方法につ
いては、（１）長方形の２枚の外装フィルムの間に発電
要素を入れ、三辺を熱溶着後、残りの一辺から注液する
方法、（２）１枚のラミネートシートを二つ折りにし、
発電要素を挟み、二方を熱溶着後、残りの一辺から注液
する方法、（３）予め外装フィルムを三片が封鎖された
チューブ状に形成し、発電要素を挿入し、残りの一辺か
ら注液する方法等を用いることができる。ここで、上記
（１）および（２）の方法を用いた場合には、注液する
前の発電要素に熱が加わり易く、熱によってセパレータ
が溶解し、短絡する危険性がある。従って、（３）の方
法を用いることが好ましい。（３）の方法を用いた場合
には、残り一辺の封口は電解液の注液後に行われるた
め、前述の低沸点溶媒が熱を奪う効果を働かせることが
できる。さらに、極群から端子を取り出す辺を前記残り
一辺に選択すると、熱溶着時の加熱部は端子の存在によ
り、極群からの距離がさらに離れるので、セパレータが
溶解する危険性はさらに低減される。
ついては、外装フィルム周囲のうち一部を除いて封口
し、電解液を注液し、化成処理後に残りの部分を封口す
るという手順を用いる。一部を除いて封口する方法につ
いては、（１）長方形の２枚の外装フィルムの間に発電
要素を入れ、三辺を熱溶着後、残りの一辺から注液する
方法、（２）１枚のラミネートシートを二つ折りにし、
発電要素を挟み、二方を熱溶着後、残りの一辺から注液
する方法、（３）予め外装フィルムを三片が封鎖された
チューブ状に形成し、発電要素を挿入し、残りの一辺か
ら注液する方法等を用いることができる。ここで、上記
（１）および（２）の方法を用いた場合には、注液する
前の発電要素に熱が加わり易く、熱によってセパレータ
が溶解し、短絡する危険性がある。従って、（３）の方
法を用いることが好ましい。（３）の方法を用いた場合
には、残り一辺の封口は電解液の注液後に行われるた
め、前述の低沸点溶媒が熱を奪う効果を働かせることが
できる。さらに、極群から端子を取り出す辺を前記残り
一辺に選択すると、熱溶着時の加熱部は端子の存在によ
り、極群からの距離がさらに離れるので、セパレータが
溶解する危険性はさらに低減される。
【００１７】チューブ状の外装フィルムの作成方法とし
ては、（ア）二枚の外装フィルムを重ね合わせ、三片を
封口する方法、（イ）円筒状に形成した外装フィルムの
一辺を封口する方法等を用いることができる。外装フィ
ルムを円筒状に形成する方法としては、（イ―１）一枚
の外装フィルムを円筒状に巻き、継ぎ目部分は外装体の
同一面が貼り合わされるように接着する方法、（イ―
２）表裏に熱融着性樹脂を配した一枚の外装フィルムを
円筒状に巻き、継ぎ目部分は外装体の表裏が貼り合わさ
れるように接着する方法等を用いることができる。ここ
で、（イ―２）の方法を用いた場合には、外装体に無駄
な部分が生じにくく、電池の体積および重量エネルギー
密度の点で有利である。ここで、外装フィルムの形状に
ついては長方形に限定されるものではなく、楕円形、そ
の他の変形形状等を用いてもよい。注液する残りの一辺
についても、上記の記述に限定されるものではなく、前
記一辺の一部を注液前に封口しておく方法等を用いても
よい。
ては、（ア）二枚の外装フィルムを重ね合わせ、三片を
封口する方法、（イ）円筒状に形成した外装フィルムの
一辺を封口する方法等を用いることができる。外装フィ
ルムを円筒状に形成する方法としては、（イ―１）一枚
の外装フィルムを円筒状に巻き、継ぎ目部分は外装体の
同一面が貼り合わされるように接着する方法、（イ―
２）表裏に熱融着性樹脂を配した一枚の外装フィルムを
円筒状に巻き、継ぎ目部分は外装体の表裏が貼り合わさ
れるように接着する方法等を用いることができる。ここ
で、（イ―２）の方法を用いた場合には、外装体に無駄
な部分が生じにくく、電池の体積および重量エネルギー
密度の点で有利である。ここで、外装フィルムの形状に
ついては長方形に限定されるものではなく、楕円形、そ
の他の変形形状等を用いてもよい。注液する残りの一辺
についても、上記の記述に限定されるものではなく、前
記一辺の一部を注液前に封口しておく方法等を用いても
よい。
【００１８】正極にリチウム含有遷移金属酸化物を用
い、負極にリチウムを吸蔵放出可能な炭素材料を用いた
電池系では、出荷前に予備充放電による化成を行うこと
が一般的に行われている。予備充放電による化成時に
は、気体の発生や電解液の部分的な枯渇が起こる事があ
る。特に、外装フィルムを用いた電池において気体の発
生が起こると、電池が膨張するという不都合を生じる。
上記の問題を解決するため、液溜を具備した外装フィル
ムを用い、過剰量の電解液を注液し、予備充放電による
化成を行った後、発生した気体と過剰の電解液を絞り出
し最終封口することが好適である。
い、負極にリチウムを吸蔵放出可能な炭素材料を用いた
電池系では、出荷前に予備充放電による化成を行うこと
が一般的に行われている。予備充放電による化成時に
は、気体の発生や電解液の部分的な枯渇が起こる事があ
る。特に、外装フィルムを用いた電池において気体の発
生が起こると、電池が膨張するという不都合を生じる。
上記の問題を解決するため、液溜を具備した外装フィル
ムを用い、過剰量の電解液を注液し、予備充放電による
化成を行った後、発生した気体と過剰の電解液を絞り出
し最終封口することが好適である。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明を実施例に基づき、さらに
具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例の
みに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範
囲において適宜変更して実施することが可能である。
具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例の
みに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範
囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００２０】（本発明）正極は、次の手順で作成した。
正極活物質として８７重量部のＬｉＣｏＯ2 、導電助剤
として８．５重量部の人造鱗片状黒鉛および同じく導電
助剤として１．５重量部のアセチレンブラックを混合し
た混合粉体に、ポリフッ化ビニリデンの１２％Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン溶液を２５重量部加えて練り、さら
にＮ−メチル−２−ピロリドンを２９重量部加えてペー
スト状にした。これを集電体となる厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔上に、約２６０μｍの厚さで塗布した。これ
を乾燥した後、電極形状に打抜き、プレスしたものを正
極として用いた。プレス後の集電体を含むトータル厚さ
は約１００μｍであった。
正極活物質として８７重量部のＬｉＣｏＯ2 、導電助剤
として８．５重量部の人造鱗片状黒鉛および同じく導電
助剤として１．５重量部のアセチレンブラックを混合し
た混合粉体に、ポリフッ化ビニリデンの１２％Ｎ−メチ
ル−２−ピロリドン溶液を２５重量部加えて練り、さら
にＮ−メチル−２−ピロリドンを２９重量部加えてペー
スト状にした。これを集電体となる厚さ２０μｍのアル
ミニウム箔上に、約２６０μｍの厚さで塗布した。これ
を乾燥した後、電極形状に打抜き、プレスしたものを正
極として用いた。プレス後の集電体を含むトータル厚さ
は約１００μｍであった。
【００２１】なお、正極活物質としては、上記以外のリ
チウム含有遷移金属酸化物、例えばスピネル型マンガン
酸リチウム（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）、ニッケル酸リチウム等
を用いてもよい。
チウム含有遷移金属酸化物、例えばスピネル型マンガン
酸リチウム（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）、ニッケル酸リチウム等
を用いてもよい。
【００２２】負極は、次の手順で作成した。負極活物質
として層間距離ｄ002 が３．３７Å、結晶子サイズＬｃ
が３６０Åである９４重量部の繊維状人造黒鉛にポリフ
ッ化ビニリデンの１２％Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶
液を５０重量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピ
ロリドンを２４重量部加えてペースト状にした。これを
集電体となる厚さ１２μｍの電解銅箔上に約２１０μｍ
の厚さで塗布した。これを乾燥した後、電極形状に打抜
き、プレスしたものを負極として用いた。プレス後の集
電体を含むトータル厚さは約１０５μｍであった。
として層間距離ｄ002 が３．３７Å、結晶子サイズＬｃ
が３６０Åである９４重量部の繊維状人造黒鉛にポリフ
ッ化ビニリデンの１２％Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶
液を５０重量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピ
ロリドンを２４重量部加えてペースト状にした。これを
集電体となる厚さ１２μｍの電解銅箔上に約２１０μｍ
の厚さで塗布した。これを乾燥した後、電極形状に打抜
き、プレスしたものを負極として用いた。プレス後の集
電体を含むトータル厚さは約１０５μｍであった。
【００２３】なお、負極活物質としては、上記以外の材
料、例えばメソフェーズピッチマイクロビーズ、コーク
ス、ハードカーボン等の炭素材を用いてもよい。
料、例えばメソフェーズピッチマイクロビーズ、コーク
ス、ハードカーボン等の炭素材を用いてもよい。
【００２４】なお、バインダーとしては、上記以外の材
料、例えばポリテトラフルオロエチレン、ゴム系高分
子、あるいはこれらとセルロース系高分子との混合物又
はポリフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー等を用
いてもよい。
料、例えばポリテトラフルオロエチレン、ゴム系高分
子、あるいはこれらとセルロース系高分子との混合物又
はポリフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー等を用
いてもよい。
【００２５】電解液には、エチレンカーボネート（Ｅ
Ｃ）、低沸点溶媒として沸点が９０℃であるジメチルカ
ーボネート（ＤＭＣ）及び沸点が１０８℃であるエチル
メチルカーボネート（ＥＭＣ）をそれぞれＥＣ／ＤＭＣ
／ＥＭＣ＝１／１／１の比率で混合した溶媒に、支持塩
として六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃
度で溶解させたものを用いた。
Ｃ）、低沸点溶媒として沸点が９０℃であるジメチルカ
ーボネート（ＤＭＣ）及び沸点が１０８℃であるエチル
メチルカーボネート（ＥＭＣ）をそれぞれＥＣ／ＤＭＣ
／ＥＭＣ＝１／１／１の比率で混合した溶媒に、支持塩
として六フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃
度で溶解させたものを用いた。
【００２６】なお、電解液としても、上記に限定される
ものではなく、溶媒としてプロピレンカーボネート、ビ
ニレンカーボネート、スルホラン、γ−ブチロラクトン
等を用いてもよく、低沸点溶媒として沸点が１２７℃で
あるジエチルカーボネート等を用いてもよく、支持塩と
してＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、リチウムペルフルオロ
アルキルスルホン酸イミド塩等を用いてもよい。
ものではなく、溶媒としてプロピレンカーボネート、ビ
ニレンカーボネート、スルホラン、γ−ブチロラクトン
等を用いてもよく、低沸点溶媒として沸点が１２７℃で
あるジエチルカーボネート等を用いてもよく、支持塩と
してＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、リチウムペルフルオロ
アルキルスルホン酸イミド塩等を用いてもよい。
【００２７】セパレータには、ゲル形成部分として、フ
ッ化ビニリデンホモポリマー、ヘキサフルオロプロピレ
ン部を５重量部含有するフッ化ビニリデンコポリマー、
ヘキサフルオロプロピレン部を１２重量含有するフッ化
ビニリデンコポリマーの三種類を用い、不織布として、
ポリエチレンテレフタレート不織布、ポリプロピレン不
織布の二種類を用いた。不織布の厚さはいずれも３０μ
ｍである。
ッ化ビニリデンホモポリマー、ヘキサフルオロプロピレ
ン部を５重量部含有するフッ化ビニリデンコポリマー、
ヘキサフルオロプロピレン部を１２重量含有するフッ化
ビニリデンコポリマーの三種類を用い、不織布として、
ポリエチレンテレフタレート不織布、ポリプロピレン不
織布の二種類を用いた。不織布の厚さはいずれも３０μ
ｍである。
【００２８】セパレータについても、とくに限定され
ず、ゲル形成部分にポリアクリロニトリル等を用いても
よく、不織布にポリエチレン不織布等を用いてもよい。
ず、ゲル形成部分にポリアクリロニトリル等を用いても
よく、不織布にポリエチレン不織布等を用いてもよい。
【００２９】帯状の、前記正極、負極およびセパレータ
を積層し、扁平渦状に巻回し、巻回式極群を作成した。
巻回式極群の外観図を図１に示す。１は変性ポリプロピ
レンシート、２は負極端子、３は正極端子である。巻回
式極群４の最外周は正極集電体５となっている。巻回の
終端をイミド樹脂テープ６で止めてある。巻回式極群４
を図２に示すチューブ状の外装フィルム７に挿入し、図
４に示すように過剰の電解液を注液した。極群の上部
に、過剰の電解液を保持する液溜部９を設けるように、
外装体上部を図５に示すように熱融着によって密閉し
た。
を積層し、扁平渦状に巻回し、巻回式極群を作成した。
巻回式極群の外観図を図１に示す。１は変性ポリプロピ
レンシート、２は負極端子、３は正極端子である。巻回
式極群４の最外周は正極集電体５となっている。巻回の
終端をイミド樹脂テープ６で止めてある。巻回式極群４
を図２に示すチューブ状の外装フィルム７に挿入し、図
４に示すように過剰の電解液を注液した。極群の上部
に、過剰の電解液を保持する液溜部９を設けるように、
外装体上部を図５に示すように熱融着によって密閉し
た。
【００３０】外装フィルムの封口方法も、これに限定さ
れるものではなく、例えば、極群を挿入した後、注液前
に、図３に示すように極群の上部を注液孔として一部を
残して熱融着した仮シール部８を設けておいてもよい。
この方法によれば、初期充放電による化成時に極群を固
定しておくことができ、また最終封口時に熱融着する部
分を縮小することができるので、熱融着時の熱によるセ
パレータ溶解の危険性をさらに減少させることができ
る。
れるものではなく、例えば、極群を挿入した後、注液前
に、図３に示すように極群の上部を注液孔として一部を
残して熱融着した仮シール部８を設けておいてもよい。
この方法によれば、初期充放電による化成時に極群を固
定しておくことができ、また最終封口時に熱融着する部
分を縮小することができるので、熱融着時の熱によるセ
パレータ溶解の危険性をさらに減少させることができ
る。
【００３１】図５の液溜付き電池を１サイクル充放電し
た後、加圧により過剰の電解液と発生した気体を絞り出
し、極群の上部を封口した。完成電池の外観図を図６に
示す。
た後、加圧により過剰の電解液と発生した気体を絞り出
し、極群の上部を封口した。完成電池の外観図を図６に
示す。
【００３２】セパレータのゲル形成部分がフッ化ビニリ
デンホモポリマー、ヘキサフルオロプロピレン部を５重
量部含んだフッ化ビニリデンコポリマー、ヘキサフルオ
ロプロピレン部を１２重量部含んだフッ化ビニリデンコ
ポリマーの多孔体で構成される上記電池をそれぞれ本発
明電池１、本発明電池２、本発明電池３とし、ポリプロ
ピレン不織布を基材としてセパレータの一部に用いたこ
とを除いては本発明電池１〜３と同様に作成した上記電
池をそれぞれ本発明電池４、本発明電池５、本発明電池
６とした。
デンホモポリマー、ヘキサフルオロプロピレン部を５重
量部含んだフッ化ビニリデンコポリマー、ヘキサフルオ
ロプロピレン部を１２重量部含んだフッ化ビニリデンコ
ポリマーの多孔体で構成される上記電池をそれぞれ本発
明電池１、本発明電池２、本発明電池３とし、ポリプロ
ピレン不織布を基材としてセパレータの一部に用いたこ
とを除いては本発明電池１〜３と同様に作成した上記電
池をそれぞれ本発明電池４、本発明電池５、本発明電池
６とした。
【００３３】（比較例）電解液にエチレンカーボネート
（ＥＣ）及びγ―ブチロラクトン（ＧＢＬ）をＥＣ／Ｇ
ＢＬ＝１／１の比率で混合した溶媒に、支持塩として六
フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃度で溶解
させたものを用い、低沸点溶媒を添加しなかったことを
除いては、本発明と同様に作成した電池を、本発明電池
１〜６で用いたセパレータの種類に対応して、比較電池
１、比較電池２、比較電池３、比較電池４、比較電池
５、比較電池６とした。また、電池の最終封口をせずに
電池の両面から約２０キログラム重の力で板に挟んだこ
とを除いては比較電池６と同様に作成した電池を比較電
池７とした。
（ＥＣ）及びγ―ブチロラクトン（ＧＢＬ）をＥＣ／Ｇ
ＢＬ＝１／１の比率で混合した溶媒に、支持塩として六
フッ化リン酸リチウムを１モル／リットルの濃度で溶解
させたものを用い、低沸点溶媒を添加しなかったことを
除いては、本発明と同様に作成した電池を、本発明電池
１〜６で用いたセパレータの種類に対応して、比較電池
１、比較電池２、比較電池３、比較電池４、比較電池
５、比較電池６とした。また、電池の最終封口をせずに
電池の両面から約２０キログラム重の力で板に挟んだこ
とを除いては比較電池６と同様に作成した電池を比較電
池７とした。
【００３４】本発明電池１〜６および比較電池１〜７を
それぞれ２０個作製し、作製中に短絡を生じた割合を調
べた。結果を図７に示す。次に、完成した電池を１Ｃの
電流密度で放電試験を行った。このうち、実施例６、比
較電池６および比較電池７の結果について図９に示す。
この結果から、低沸点溶媒を含有させることにより、製
造時の短絡の発生が防止されることがわかる。また、比
較電池４、比較電池５、比較電池６の結果より、この短
絡はセパレータの支持体として不織布を用いる事によっ
ても防止可能であることが明らかであるが、不織布を用
いた場合でも低沸点溶媒を用いなかった比較電池の場合
には、シール時の昇温により不織布の孔の一部が融解し
閉じられてしまうため高率充放電性能が低下してしま
う。このことは、比較電池７と比較電池８との放電性能
の差として図８に現れている。
それぞれ２０個作製し、作製中に短絡を生じた割合を調
べた。結果を図７に示す。次に、完成した電池を１Ｃの
電流密度で放電試験を行った。このうち、実施例６、比
較電池６および比較電池７の結果について図９に示す。
この結果から、低沸点溶媒を含有させることにより、製
造時の短絡の発生が防止されることがわかる。また、比
較電池４、比較電池５、比較電池６の結果より、この短
絡はセパレータの支持体として不織布を用いる事によっ
ても防止可能であることが明らかであるが、不織布を用
いた場合でも低沸点溶媒を用いなかった比較電池の場合
には、シール時の昇温により不織布の孔の一部が融解し
閉じられてしまうため高率充放電性能が低下してしま
う。このことは、比較電池７と比較電池８との放電性能
の差として図８に現れている。
【００３５】次に、外部短絡試験を行い、電池の温度上
昇を調べた。上記電池の外装体表面に温度センサーを取
り付け、正・負極端子間を抵抗０．０２オームの銅線で
短絡した。各電池の最高到達温度を図９に示す。
昇を調べた。上記電池の外装体表面に温度センサーを取
り付け、正・負極端子間を抵抗０．０２オームの銅線で
短絡した。各電池の最高到達温度を図９に示す。
【００３６】高沸点溶媒のみの電解液を用いた比較電池
では、電池の発熱の暴走開始点である負極炭素と電解液
の反応開始温度の１５０℃以上に温度が上昇したが、低
沸点溶媒を含有する電解液を用いると低沸点溶媒が気化
し、その蒸発潜熱により昇温を抑制するため反応開始温
度までは到達しなかった。これより、低沸点溶媒を添加
した電池は安全性において優れ、特に外装体にフィルム
を用いた電池に適用した場合、その気化がほとんど等圧
下で行われるため、さらに有効である。
では、電池の発熱の暴走開始点である負極炭素と電解液
の反応開始温度の１５０℃以上に温度が上昇したが、低
沸点溶媒を含有する電解液を用いると低沸点溶媒が気化
し、その蒸発潜熱により昇温を抑制するため反応開始温
度までは到達しなかった。これより、低沸点溶媒を添加
した電池は安全性において優れ、特に外装体にフィルム
を用いた電池に適用した場合、その気化がほとんど等圧
下で行われるため、さらに有効である。
【００３７】以上、非水系リチウム電池を例に挙げて説
明したが、本発明は他の電池系、例えば水系リチウム電
池、鉛電池、マンガン乾電池、ニッケル水素電池、ニッ
ケルカドミウム電池等にも用いることができる。
明したが、本発明は他の電池系、例えば水系リチウム電
池、鉛電池、マンガン乾電池、ニッケル水素電池、ニッ
ケルカドミウム電池等にも用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、
外装体にフィルムを用いた電池の高エネルギー密度およ
び低製造コストの利点を損なうことなく、外装体にフィ
ルムを用いた電池の製造時の短絡を防止し、安全性を確
保させたので、その工業的価値は大である。
明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、
外装体にフィルムを用いた電池の高エネルギー密度およ
び低製造コストの利点を損なうことなく、外装体にフィ
ルムを用いた電池の製造時の短絡を防止し、安全性を確
保させたので、その工業的価値は大である。
【図１】本発明電池の端子部及び巻回式極群を示した外
観図である
観図である
【図２】チューブ状外装フィルムの外観図である
【図３】電池留め部を付与したチューブ状外装フィルム
の外観図である
の外観図である
【図４】注液直後の本発明電池の外観図である
【図５】液溜を具備した状態の本発明電池の外観図であ
る
る
【図６】完成した本発明電池の平面図である
【図７】電池製造時の短絡発生率を示したグラフである
【図８】本発明電池と比較電池の放電性能を示すグラフ
である
である
【図９】外部短絡時試験を行った時の温度上昇を示した
グラフである
グラフである
４ 巻回式極板群 ５ 正極集電体 ７ 外装フィルム ９ 液溜部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中込 達治 大阪府高槻市古曽部町二丁目３番21号 株 式会社ユアサコーポレーション内 Ｆターム(参考） 5H011 AA03 AA09 AA13 CC02 CC06 CC10 DD13 5H021 CC02 CC08 EE04 EE06 EE10 EE15 HH01 HH06 HH10 5H028 AA06 AA07 AA08 BB01 BB02 BB03 BB04 BB05 BB07 BB10 CC02 CC12 CC13 EE06 FF02 FF10 HH01 HH08 5H029 AJ02 AJ12 AJ14 AK03 AL06 AL07 AL08 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ02 BJ14 CJ02 CJ03 CJ05 CJ06 CJ12 CJ13 CJ16 DJ02 DJ04 DJ07 DJ09 DJ13 DJ15 EJ12 EJ14 HJ01 HJ12 HJ14
Claims (11)
- 【請求項１】 少なくとも正極、負極及びセパレータか
らなる発電要素が外装フィルムで封止されてなる電池に
おいて、該セパレータの全部又は一部が電解液とゲルを
形成しており、かつ該電解液が低沸点溶媒を含有するこ
とを特徴とする電池。 - 【請求項２】 前記低沸点溶媒の沸点が、９０℃以上１
４０℃以下である請求項１記載の電池。 - 【請求項３】 前記低沸点溶媒の含有量が、全電解液量
の１０重量部以上８０重量部以下である請求項１又は２
記載の電池。 - 【請求項４】 前記セパレータのゲル形成部分が、フッ
化ビニリデン系ポリマーである請求項１乃至３記載の電
池。 - 【請求項５】 前記フッ化ビニリデン系ポリマーが、２
０重量部以下のヘキサフルオロプロピレン部を含む（フ
ッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン）コポリマ
ーである請求項４記載の電池。 - 【請求項６】 前記セパレータの一部に不織布を用いて
いる請求項１乃至５記載の電池。 - 【請求項７】 前記コポリマーが、多孔体を形成してい
る請求項５又は６記載の電池。 - 【請求項８】 前記発電要素が、巻回式極群で構成され
ている請求項１乃至７記載の電池。 - 【請求項９】 前記巻回式極群の最外周は、正極集電体
が露出している請求項８記載の電池。 - 【請求項１０】 前記外装フィルムは、組立前にチュー
ブ状に形成され、発電要素を前記外装フィルムに挿入し
た後、熱溶着して密閉する請求項１乃至９記載の電池。 - 【請求項１１】 前記外装フィルムは液溜部を具備し、
前記発電要素を前記外装フィルムに挿入し、前記電解液
を注液し、初期充放電をした後、発生した気体と過剰の
電解液を絞り出して封口する請求項１乃至１０記載の電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26000199A JP4438137B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 電池の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26000199A JP4438137B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 電池の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001084984A true JP2001084984A (ja) | 2001-03-30 |
| JP4438137B2 JP4438137B2 (ja) | 2010-03-24 |
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ID=17341928
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26000199A Expired - Fee Related JP4438137B2 (ja) | 1999-09-14 | 1999-09-14 | 電池の製造方法 |
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|---|---|
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- 1999-09-14 JP JP26000199A patent/JP4438137B2/ja not_active Expired - Fee Related
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