JP2001093576A - 非水電解質電池とその製造方法 - Google Patents

非水電解質電池とその製造方法

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JP2001093576A
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battery element
battery
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aqueous electrolyte
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Hiroaki Yoshida
吉田　　浩明
Takefumi Inoue
剛文 井上
Naozumi Miyanaga
直澄 宮永
Fumitaka Imamura
文隆 今村
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Japan Storage Battery Co Ltd
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • 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】 【課題】耐振動・衝撃性に優れた非水電解質電池を提供
する。 【解決手段】面状部材からなる集電体に活物質が形成さ
れた電極を含む電池エレメント１と、非水系の電解質
と、電解質及び電池エレメントを収納する容器２とを備
える非水電解質電池において、前記電池エレメントは、
電池エレメントの外側の主面とその部位に対向する容器
内面とを接着することによって、容器に固定されている
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、リチウムイオン
二次電池などの非水電解質電池、特に加速度の大きいと
ころで用いられる非水電解質電池とその製造方法に属す
る。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオン二次電池は、高エネルギ
ー密度且つ長寿命という特徴を有するため、電気自動車
用やロードレベリング（電力の負荷平準化）用として要
望されている。一般に、リチウムイオン二次電池は、正
負一対の電極、電極間に介在するセパレータ及び電解質
（通常は有機電解液）と、それら電池エレメントを収納
し、上端面に外部回路と接続するための端子が設けられ
た容器とからなる。また、リチウムイオン二次電池は、
電解質が上記の如く有機電解液であったり、ポリマーで
あったりすることから、電池の異常発熱に伴って電解質
がガス化し爆発するおそれがある。そこで、容器の端面
に相当する蓋及び底の一方及び／又は両方に安全弁が設
けられている。ガス発生時には、この安全弁を破裂させ
て電池全体の爆発を防止しているのである。
【０００３】電極としては近年、軽量化のために、金属
箔や金属薄膜と樹脂膜との積層体などからなる集電体に
電極活物質が形成され、それを渦状に巻いたり、多層状
にしたりすることによって、小型化した形式が用いられ
ている。そして、このような薄い電極と端子との接続の
ために、曲げ加工の容易な金属板からなる集電板が用い
られている。集電板は、部分的に襞状に加工されてその
襞の部分で電極を挟み持ち超音波溶接又はカシメなどに
より電極と接続されるとともに、平坦な部分でリベット
を用いて端子に固定されている。通常、短絡を防止する
ために、電極を接続される襞の部分は、一方の電極（例
えば負極）にあっては端子近傍即ち電極の上端縁側にあ
り、他方の電極（例えば正極）にあっては端子の反対側
即ち電極の下端縁側にある。
【０００４】電極は、上記の如く軽量化だけを目的とし
て薄く形成されているのではない。即ち、有機電解液の
ように非水系の電解液を用いた電池の場合、その電解液
のイオン移動度が、一般に水系の電解液のそれの１／１
００程度と小さい。従って、できる限り電極を薄くして
イオンの移動に要する時間を短くする必要があるからで
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
リチウムイオン電池においては、容器への外部端子の取
り付け、外部端子と電極との結線などの必要性から、通
常、容器の底面（便宜上ＸＹ平面とする。）と電極面と
が直交する方向に電池エレメントが収納され（電極面方
向がＺ軸となる。）、電極のＺ軸方向端部と容器の蓋と
の間に比較的広い空間が設けられる。その結果、渦状タ
イプにあっては巻き軸方向、多層状タイプにあっては面
方向がＺ軸方向と一致することとなり、その方向の加速
度に対する耐性に劣っていた。このため振動や衝撃によ
って電極が内部短絡したり変形したりすることがあっ
た。それ故、この発明の課題は、耐振動・衝撃性に優れ
た非水電解質電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の非水電解質電池は、面状部材からなる集電
体に活物質が形成された電極を含む電池エレメントと、
非水系の電解質と、電解質及び電池エレメントを収納す
る容器とを備える非水電解質電池において、前記電池エ
レメントは、電池エレメントの外側の主面とその部位に
対向する容器内面とを接着することによって、容器に固
定されていることを特徴とする。電池エレメントの外側
の主面とは、電極が渦状に巻かれたものである場合はそ
の最外周の面、電極が積層体である場合は最も外側の平
面を指す。
【０００７】本発明の非水電解質電池によれば、電池エ
レメントが容器に固定されているので、振動や衝撃を受
けても電極が内部短絡せず、変形もしない。しかもその
接着位置が電池エレメントの外側の主面とその部位に対
向する容器内面であることから、電池エレメントがその
厚み方向の弾力に付勢されて容器に確実に固定される。
【０００８】本発明は、容器として電極の面方向の端部
付近に安全弁が設けられたものを用いるときに特に好適
に作用する。これは、接着位置が、安全弁の設けられて
いる端部とは異なることから、電池の異常発熱時の発生
ガスが接着手段によって移動経路を妨げられることなく
安全弁より放出されるからである。従って、接着手段は
あまり限定されることなく、以下に述べるように種々の
技術を適用することができる。
【０００９】本発明の非水電解質電池を製造する適切な
方法は、面状部材からなる集電体に活物質が形成された
電極を含む電池エレメントを、容器底面と電極面とが直
交するように容器に収納し、その収納状態において電極
面と対向する容器内面と電池エレメントとの間隙に接着
手段を適用することを特徴とする。
【００１０】この方法によれば、電池エレメントがそれ
自身の厚み方向の弾力に付勢されるので、容器内面との
接着力が高まる。また、上記のように容器の上記位置に
安全弁を設けた電池を製造する場合に、容器内面と電池
エレメントとを相当広い面積で接着しても電池の異常発
熱時の発生ガスが安全弁に移動する経路を確保すること
もできる。
【００１１】前記接着手段としては、第１に、一方の主
面に粘着剤が塗布された剥離シートを容器への電池エレ
メント収納前に予め電池エレメントの外側の主面又は容
器の内周面に貼り付けておき、収納状態で剥離シートを
剥がすものが挙げられる。剥離シートを剥がした後、粘
着剤のみが上記間隙に残って電池エレメントと容器とを
接着させる。この接着手段は、接着後に不要な剥離シー
トが容器内部に残らないという利点を有する。
【００１２】前記接着手段として、第２に、一方の主面
に両面接着テープが貼り付けられた剥離シートを容器へ
の電池エレメント収納前に予め電池エレメントの外側の
主面又は容器の内周面に貼り付けておき、収納状態で剥
離シートを剥がすものが挙げられる。剥離シートを剥が
した後、両面接着テープのみが上記間隙に残って電池エ
レメントと容器とを接着させる。この接着手段は、両面
接着テープを電池エレメントの主面に貼り付ける前にテ
ープが予定外の位置に付着することがないという利点を
有する。
【００１３】前記接着手段は、第３に、電池エレメント
収納後に接着剤を注入するか又は収納前に容器内面に接
着剤を塗布しておくものが挙げられる。この接着手段
は、接着後に剥離シートのような廃棄物が生じないとい
う利点を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の実施形態を図面と共に
説明する。 −実施形態１− 図１は第１実施形態のリチウムイオン二次電池の内部を
透して描いた斜視図である。電池エレメント１は、金属
箔、金属・樹脂積層シートなどの薄い面状部材からなる
集電体に電極活物質が形成された正極及び負極とそれら
電極間に介在するセパレータとからなる。但し、図示の
煩雑化を避けるため、正極、負極及びセパレータを重ね
合わせて一枚として描かれている。
【００１５】電池エレメント１は、正極、セパレータ、
負極及びセパレータを、順に重ね合わせて負極を内側に
して渦状に巻くことによって構成され、図１のように円
筒状の容器２に容器底面と電池エレメント１の中心軸線
とが直交するように収納されている。容器２の上端には
蓋３が被せられ、カシメ又は溶接などの手段により封口
されている。蓋３には各電極を極性毎に外部回路に接続
するための外部端子４、４が取り付けられている。ま
た、蓋３及び容器２の底には容器２内部で発生したガス
により気圧が所定値に達したときにガスを逃がすための
安全弁５、５が設けられている。
【００１６】電池エレメント１は、その外周面と容器の
内周面とを適当な接着手段にて部分的に接着することに
より固定されている。図中、斜線部分が接着面６であ
る。この構造によれば、電池が電池エレメント１の巻き
軸方向の加速度を受けても容器２内で電池エレメント１
が動くことはなく、内部短絡やエレメントの変形が防止
される。しかも接着面６が電池エレメント１の周囲の一
部であって、しかも電池エレメント１の両端を解放して
いるので、容器２内部で発生したガスは、巻き軸方向に
順調に安全弁５まで移動し、安全弁５を破裂させて外部
に逃げる。
【００１７】−実施形態２− この実施形態は、図２に示すように電池エレメント１が
長円渦状に巻かれており、それに対応して容器２も長円
筒状をなしている点で実施形態１と異なる。その他の点
では実施形態１と基本的に同形同質である。
【００１８】この実施形態２の電池も実施形態１の電池
と同様の効果を奏する。加えて、このように径方向断面
が長円形状をなす電池の場合、電池エレメント１の外周
面と容器２の内周面との接着位置は、長径方向両側の面
（図２の左右に位置する面）よりも図２のように短径方
向両側の面（図２の前後に位置する面）の方が、接着面
積を広くとることができるとともに、電池エレメント１
を容器２内面に押しつけるための弾力を接着面に適用し
やすいので、好ましい。
【００１９】−実施形態３− この実施形態は、図３に示すように電池エレメント１が
多層状に重ね合わせられており、それに対応して容器２
も直方体状をなしている点で実施形態１及び２と異な
る。その他の点では実施形態１及び２と基本的に同形同
質である。ただし、エレメント１の接着面は、エレメン
ト１の最も外側（図面の最前列又は最後列）の主面に限
定される。
【００２０】−比較形態− これは本発明の構成要件を備えていない比較形態の電池
である。電池エレメントＥが多層状に重ね合わせられて
いること、容器Ｖが直方体状であることにおいて実施形
態３と共通するが、図４に示すように、電池エレメント
Ｅと容器Ｖとが電池エレメントＥの下端と容器Ｖの底と
で接着されている点で相違する。このような形態では、
電極の面方向に加速度が加わった場合、電池エレメント
Ｅの下端が容器Ｖの底から容易に離れて、エレメントＥ
の上端が蓋Ｃ又は外部端子Ｔと衝突して変形してしま
う。また、容器Ｖの底にも安全弁Ｓが設けられている場
合、電極面に沿って移動するガスの経路が容器Ｖの底で
遮断されることとなり、ガスが安全弁に到達しない。従
って、電池容器が破裂する危険性が高まる。
【００２１】−製造例１− これは、接着手段として粘着剤が塗布された剥離シート
を用いた例である。図５は、この例の電池エレメント１
を容器２に収納した後、蓋を被せる前の状態を示す断面
図である。容器２の形状は問わず、円筒状、長円筒状、
直方体のいずれでもよい。電池エレメント１の形状も問
わないが、多層状の場合は、各層が図面の左右方向に重
ね合わせられているものとする。
【００２２】電池エレメント１の外周面には、エレメン
ト１の収納前に予め２枚の剥離シートＰが対向するよう
に貼り付けられている。剥離シートＰには、その先端に
近い所定面積だけ粘着剤Ａが塗布されており、剥離シー
トＰはその粘着剤Ａを介してエレメント１に貼り付けら
れているとともに、非接着面が内側となるように折り返
されている。折り返された剥離シートＰの後端は、容器
２の外部まで延びており、人の手又はチャッキングマシ
ンなどの機械によって容易につかむことができる。
【００２３】従って、剥離シートＰの後端をつかんで引
っ張ると、剥離シートＰが粘着剤Ａをエレメント１に転
移させながらエレメント１から剥がれて容器２の外に出
される。エレメント１と容器２内面との間隙は狭く、し
かもエレメント１は厚み方向に弾性を有しているから、
エレメント１の弾力によりエレメント１の外周面と容器
２の内周面とが接着する。
【００２４】粘着剤Ａとしては、耐電解液性のものが好
ましく、例えばアクリル系、ゴム系が挙げられ、特に好
ましくはブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム及びエ
チレン−プロピレンゴムを主成分とするものが挙げられ
る。ゴム系のエラストマーは、接着に際して有機溶剤や
熱などの助けを必要としない点で好ましい。尚、剥離シ
ートＰをエレメント１の収納前にエレメント１の外周面
に貼り付けることに代えて、図６に示すように容器２の
内面に貼り付けておいても同様の作用効果を生じること
は明らかである。
【００２５】−製造例２− これは、接着手段として両面接着テープを用いた例であ
る。図７は、この例の電池エレメント１を容器２に収納
した後、蓋を被せる前の状態を示す断面図である。製造
例１と同じく容器２及び電池エレメント１の形状は問わ
ない。
【００２６】電池エレメント１の外周面には、エレメン
ト１の収納前に予め２枚の剥離シートＰが対向するよう
に貼り付けられている。剥離シートＰには、その先端に
近い所定面積だけ両面接着テープが重ね合わせられてい
る。両面接着テープは、支持フィルムＦと、その両面に
塗布された粘着剤Ａとからなる。剥離シートＰはその両
面接着テープを介してエレメント１に貼り付けられてい
るとともに、非接着面が内側となるように折り返されて
いる。折り返された剥離シートＰの後端は、容器２の外
部まで延びており、製造例１の場合と同様に容易につか
むことができる。
【００２７】従って、剥離シートＰの後端をつかんで引
っ張ると、剥離シートＰが両面接着テープをエレメント
１に転移させながらエレメント１から剥がれて容器２の
外に出される。そして、製造例１と同様の理由で、エレ
メント１の弾力によりエレメント１の外周面と容器２の
内周面とが接着する。粘着剤Ａとしては製造例１で例示
したものが挙げられる。支持フィルムＦとしてもポリエ
チレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリパラフェニ
レン及びポリエチレンテレフタレートなどの耐電解液性
の材質からなるのが好ましい。
【００２８】本例によれば、製造例１と異なり、支持フ
ィルムＦが容器２内に残留するが、通常市販の両面接着
テープには両面に剥離シートが貼り付けられているの
で、取り扱いが容易である。尚、剥離シートＰをエレメ
ント１の収納前にエレメント１の外周面に貼り付けるこ
とに代えて、図８に示すように容器２の内面に貼り付け
ておいても同様の作用効果を生じることは明らかであ
る。
【００２９】−製造例３− これは、接着手段として接着剤を用いた例である。図９
は、この例の電池エレメント１を容器２に収納した後、
蓋を被せる前の状態を示す断面図である。製造例１及び
２と同じく容器２及び電池エレメント１の形状は問わな
い。
【００３０】この例では、製造例１や製造例２で容器２
への収納前のエレメント１に剥離シートＰが貼り付けら
れていたのと異なり、収納前のエレメント１に接着剤は
塗布されない。それに代わって収納状態で図９に示すよ
うに、注射器Ｓ等によって接着剤Ｂが注入される。ある
いはエレメント１収納前の容器２の内面に接着剤Ｂを塗
布しておいても良い。いずれにしても剥離シートのよう
な廃棄物は生じない。接着剤としては、耐電解液性を有
するポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂や
エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げ
られる。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、この発明の非水電解質電
池は、衝撃や振動に対して優れた耐性を有するので、自
動車、衛星などの電源に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１のリチウムイオン二次電池を示す斜
視図である。
【図２】実施形態２のリチウムイオン二次電池を示す斜
視図である。
【図３】実施形態３のリチウムイオン二次電池を示す斜
視図である。
【図４】従来のリチウムイオン二次電池を示す斜視図で
ある。
【図５】製造例１における電池エレメントの収納状態を
示す断面図である。
【図６】製造例１における電池エレメントの他の収納状
態を示す断面図である。
【図７】製造例２における電池エレメントの収納状態を
示す断面図である。
【図８】製造例２における電池エレメントの他の収納状
態を示す断面図である。
【図９】製造例３における電池エレメントの収納状態を
示す断面図である。
【符号の説明】
１ 電池エレメント ２ 容器 ３ 蓋 ４ 外部端子 ５ 安全弁 ６ 接着面 Ｐ 剥離シート Ａ 粘着剤 Ｆ 支持フィルム Ｂ 接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮永 直澄 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 今村 文隆 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 １番地 日本電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5H029 AJ11 AJ12 AM01 BJ27 CJ05 CJ13 CJ22 DJ02 DJ06 EJ11 HJ12

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】面状部材からなる集電体に活物質が形成さ
    れた電極を含む電池エレメントと、 非水系の電解質と、 電解質及び電池エレメントを収納する容器とを備える非
    水電解質電池において、 前記電池エレメントは、電池エレメントの外側の主面と
    その部位に対向する容器内面とを接着することによっ
    て、容器に固定されていることを特徴とする非水電解質
    電池。
  2. 【請求項２】前記容器は、電極の面方向の端部付近に安
    全弁が設けられたものである請求項１に記載の非水電解
    質電池。
  3. 【請求項３】前記接着の手段は、粘着剤、両面接着テー
    プ又は接着剤である請求項１又は２に記載の非水電解質
    電池。
  4. 【請求項４】面状部材からなる集電体に活物質が形成さ
    れた電極を含む電池エレメントを、容器底面と電極面と
    が直交するように容器に収納し、その収納状態において
    電極面と対向する容器内面と電池エレメントとの間隙に
    接着手段を適用することを特徴とする非水電解質電池の
    製造方法。
  5. 【請求項５】前記容器は、電極の面方向の端部付近に安
    全弁が設けられたものである請求項４に記載の製造方
    法。
  6. 【請求項６】前記接着手段は、一方の主面に粘着剤が塗
    布された剥離シートを容器への電池エレメント収納前に
    予め電池エレメントの外側の主面又は容器の内周面に貼
    り付けておき、収納状態で剥離シートを剥がすものであ
    る請求項４又は５に記載の製造方法。
  7. 【請求項７】前記接着手段は、一方の主面に両面接着テ
    ープが貼り付けられた剥離シートを容器への電池エレメ
    ント収納前に予め電池エレメントの外側の主面又は容器
    の内周面に貼り付けておき、収納状態で剥離シートを剥
    がすものである請求項４又は５に記載の製造方法。
  8. 【請求項８】前記接着手段は、前記電池エレメント収納
    後に接着剤を注入するか又は収納前に容器内面に接着剤
    を塗布しておくものである請求項４又は５に記載の製造
    方法。
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