JP2001176467A - 電 池 - Google Patents
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Abstract
を有する正極21と、負極集電体層26および負極合剤
層27を有する負極22とが電解質23を介して積層さ
れた電池素子20が、外装部材10に覆われている。電
解質23には、いわゆる高分子固体電解質が用いられて
いる。また、正極集電体層24および負極集電体層26
は、外装部材10を介して外部に導出されて、露出して
いる。正極集電体層24の露出部24aおよび負極集電
体層26の露出部26aは、外部と電気的に接続可能で
あり、それぞれ電極端子として機能するようになってい
る。
Description
共に電解質を備えた電池素子が外装部材により覆われて
なる電池に関する。
デオテープレコーダ)、携帯電話あるいはラップトップ
コンピュータなどの携帯用電子機器が急速に普及しつつ
あり、このような電子機器のデバイスとして、電気化学
デバイスの更なる高性能化が必要とされている。
は、イオン伝導を司る物質として、水または可燃性の有
機溶媒などに電解質塩を溶解させた液状の電解質(以
下、電解液という。)が用いられてきた。
すものである。この二次電池は、いわゆる円筒型といわ
れるものであり、ほぼ中空円柱状で、一端部が閉鎖され
他端部が開放された電池缶111の内部に、帯状の正極
121と負極122とが電解液(図示せず)を含浸した
セパレータ123を介して巻回された巻回電極体120
を有している。電池缶111の内部には、巻回電極体1
20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板
112,113がそれぞれ配置されている。電池缶11
1の開放端部には、電池蓋114と、この電池蓋114
の内側に設けられた安全弁機構115およびPTC(Po
sitive Temperature Coefficient)素子116とが、ガ
スケット117を介してかしめられることにより取り付
けられており、電池缶111の内部は密閉されている。
を中心に巻回されており、正極121からは正極リード
125が引き出され、負極122からは負極リード12
6が引き出されている。正極リード125は安全弁機構
115に溶接されることにより電池蓋114と電気的に
接続されており、負極リード126は電池缶111に溶
接され電気的に接続されている。
電池では、電解液が用いられるために漏液などの問題が
あり、金属製の電池缶111および電池蓋114を用い
て気密性を厳重に確保する必要があった。また、そのた
めに、溶接などの煩雑な工程を経て、正極リード125
および負極リード126を取り付けていた。すなわち、
一般に、従来の二次電池は重量が大きく、また、製造工
程が煩雑であり、形状の自由度も低いという問題があっ
た。
いわゆる固体電解質などを用いて、煩雑な製造工程を必
要としない簡便な構造を有する電池を開発することが望
まれている。
ので、その目的は、簡便な構造を有する電池を提供する
ことにある。
極および負極と共に電解質を備えた電池素子が、外装部
材により覆われてなる電池であって、正極および負極の
うちの少なくとも一方が集電体層を有し、かつ集電体層
が外装部材を介して外部に導出されるようにしたもので
ある。
少なくとも一方に設けられた集電体層が外装部材を介し
て外部に導出され、露出しているので、この集電体層の
露出部分を電極端子として利用することができる。
て、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、負極に
おいてリチウム(Li)を吸蔵・離脱する二次電池の例
を挙げて説明する。
の平面構造を表すものであり、図2は、図1のII−I
I線に沿った断面構造を表すものである。この電池は、
外装部材10と、外装部材10により覆われた電池素子
20とを備えている。電池素子20は、例えば、正極2
1と負極22とが電解質23を介して積層されたもので
ある。
と金属膜と高分子化合物膜とをこの順に張り合わせたラ
ミネートフィルムにより形成されている。この外装部材
10は、端部が融着あるいは接着剤によりシールされて
袋状となっており、後述する正極集電体層21aおよび
負極集電体層22aが導出される集電体導出端部Eを有
している。なお、高分子化合物膜の構成材料としては、
例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレ
フィン樹脂,ナイロン(ポリアミド系の合成樹脂),酢
酸ビニル系樹脂,アクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂が
挙げられる。また、金属膜は、外装部材10の内部に外
気が侵入することを防止する機能を有することが好まし
く、アルミニウム(Al)箔などが適当である。
電解質23側の面に正極合剤層25が設けられた構造を
有している。
0の内部から、外装部材10の集電体導出端部Eを介し
て外部に向かって導出されており、部分的に露出してい
る(図1および図2の露出部24a)。この正極集電体
層24の露出部24aは、外部と電気的に接続可能であ
り、正極端子として機能するようになっている。
以下のアルミニウム箔により形成されており、外気(特
に、水分)の侵入が防止されるように外装部材10と十
分に密着している。また、この正極集電体層24は、メ
ッシュ状のアルミニウム箔により形成されていることが
好ましい。外装部材10との密着性をより向上させるこ
とができるからである。ちなみに、外気の侵入を防止す
るのは、外気に含まれる水や窒素とリチウムとの反応に
よる電池性能の低下を防ぐためである。
ち、正極端子)24aの幅、長さあるいは形状などは、
適宜に設定することができる。図1では外装部材10の
一端面の一部のみにおいて正極集電体層24を導出させ
た例を示したが、例えば図3に示したように、外装部材
10の一端面のほぼ全体を集電体導出端部E′とし、こ
の集電体導出端部E′を介して正極集電体層24′を外
部に導出させ、露出部24a′の幅を広くするようにし
てもよい。また、露出部24a,24a′の形状は、矩
形に限らず、円形などの他の形状であってもよい。
と、黒鉛などの導電剤と、ポリフッ化ビニリデンなどの
結着剤とを含有して構成されている。正極活物質として
は、例えば、リチウム複合酸化物もしくはリチウム複合
硫化物が好ましい。特に、エネルギー密度を高くするに
は、Lix MO2 を主体とするリチウム複合酸化物が好
ましい。Mは一種以上の遷移金属が好ましく、具体的に
は、コバルト(Co),ニッケル(Ni)およびマンガ
ン(Mn)のうちの少なくとも1種が好ましい。xの値
は、通常、0.05≦x≦1.12である。
造に限らず、正極集電体層24が外装部材10の外部に
導出されていれば、他の構造であってもよい。例えば、
図4に示したように、正極集電体層24および正極合剤
層25に加えて、正極合剤層25の電解質側に、更に、
正極集電体層28および正極合剤層29が交互に設けら
れた構造の正極21Aとしてもよい。ちなみに、図4に
は、正極集電体層28および正極合剤層29をそれぞれ
2層ずつ設けた例を示したが、正極集電体層28および
正極合剤層29は、それぞれ1層ずつであってもよい
し、それぞれ3層以上ずつ設けられていてもよい。ま
た、正極集電体層24の外装部材側に設けられていても
よい。
電解質23側の面に負極合剤層27が設けられた構造を
有している。
から、外装部材10の集電体導出端部Eを介して外部に
向かって導出されており、部分的に露出している(図1
および図2の露出部26a)。この負極集電体層26の
露出部26aは、外部と電気的に接続可能であり、負極
端子として機能するようになっている。なお、負極集電
体層26の露出部(すなわち、負極端子)26aの幅、
長さあるいは形状などについても、正極集電体層24の
露出部24aと同様に、適宜に設定することができる。
以下の銅(Cu)箔により形成されており、外気の侵入
が防止されるように外装部材10と十分に密着してい
る。また、この負極集電体層26は、メッシュ状の銅箔
により形成されていることが好ましい。外装部材10と
の密着性をより向上させることができるからである。
aと負極集電体層26の露出部26aとの間には、封止
材30が充填されており、封止材30を介して正極集電
体層24と負極集電体層26とが密着している。これに
より、各露出部間から外装部材内部への外気の侵入が防
止される。
蔵および離脱することが可能な材料と、ポリフッ化ビニ
リデンなどの結着剤とを含んで構成されている。リチウ
ムを吸蔵および離脱することが可能な材料としては、例
えば、炭素質材料,金属酸化物,あるいは高分子材料の
いずれか1種または2種以上を含んで構成されたものが
挙げられる。中でも炭素質材料は、充放電時に生じる結
晶構造の変化が非常に少ないので好ましい。なお、炭素
質材料としては、例えば、熱分解炭素類、ピッチコーク
ス,ニードルコークス,石油コークスもしくは石炭コー
クスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素
類,有機高分子化合物焼成体(例えば、フェノール樹脂
またはフラン樹脂を焼成したもの)、炭素繊維あるいは
活性炭などが挙げられる。また、金属酸化物としては酸
化スズ(SnO2 )などが挙げられ、高分子材料として
はポリアセチレンやポリピロールなどが挙げられる。ち
なみに、これらの負極材料に代えて、リチウム金属ある
いはリチウム合金により構成することも可能である。
に限らず、正極21と同様に、負極集電体層26が外装
部材10の外部に導出されていれば、他の構造のもので
あってもよい。
化合物に電解質塩としてリチウム塩を分散させたもの
(いわゆる、高分子固体電解質)である。この高分子固
体電解質は、優れたフィルム成型性を有しているので、
これを用いれば形状選択性の自由度が高くなるという利
点がある。
ば、ポリビニリデンフルオロライド,ビニリデンフルオ
ロライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体,ビ
ニリデンフルオロライドとテトラフルオロエチレンとの
共重合体あるいはビニリデンフルオロライドとトリフル
オロエチレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合
物、ポリエチレンオキサイドあるいはその架橋体などの
エーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエ
ステル系高分子化合物、またはアクリレート系高分子化
合物が適当であり、これらのうちの1種または2種以上
が混合して用いられる。
F6 ,LiBF4 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,Li
B(C6 H5 )4 ,LiCl,LiBr,LiCH3 S
O3 ,LiCF3 SO3 ,LiN(CF3 SO3 )2 ,
LiC4 F9 SO3 ,LiCF3CO2 ,LiN(CF
3 CO2 )2 が適当であり、これらのうちの1種または
2種以上が混合して用いられる。
る。
合して正極合剤を調製し、N−メチルピロリドンなどの
溶剤に分散して正極合剤スラリーとしたのち、この正極
合剤スラリーを例えばアルミニウム箔からなる正極集電
体層24の片面の、一端部を除いた領域に塗布し乾燥さ
せ、圧縮成型して正極合剤層25を形成することによ
り、正極21を作製する。このとき、正極集電体の形状
および正極集電体層24の正極合剤を塗布しない部分を
適宜に設定して、正極端子の大きさ、位置あるいは形状
などを調整するようにする。
することが可能な材料と結着剤とを混合し、N−メチル
ピロリドンなどの溶剤に分散して負極合剤スラリーとし
たのち、この負極合剤スラリーを例えば銅箔からなる負
極集電体層26の片面の、一端部を除いた領域に塗布し
乾燥させ、圧縮成型して負極合剤層27を形成すること
により、負極22を作製する。このとき、負極集電体の
形状および負極集電体層21aの負極合剤を塗布しない
部分を適宜に設定して、負極端子の大きさ、位置あるい
は形状などを調整するようにする。
よび集電体層を有する構造の正極21Aを作製する場合
には、更に、正極合剤層22bの正極集電体層22aの
反対側の面に、正極集電体層21cおよび正極合剤層2
1dを順次形成する。
例えば、ポリエチレンオキサイドなどのエーテル系高分
子化合物と、リチウム塩と、溶媒とを用意する。続い
て、これらを混合し、得られた混合溶液を、正極合剤層
25および負極合剤層27にそれぞれ塗布して所定の時
間放置したのち、例えば80℃で10分間真空乾燥する
ことにより溶媒を除去し、高分子化合物にリチウム塩が
分散されたいわゆる高分子固体電解質(電解質23)を
得る。ここで、混合溶液を塗布する際に、正極合剤層2
5および負極合剤層27に混合溶液を含浸させることが
好ましい。これにより、電解質の一部が正極合剤層25
および負極合剤層27の内部に入り込み、正極21およ
び負極22と電解質23との密着強度が高くなるので、
正極21および負極22と電解質23との電気的な接触
状態が良好になるからである。
オリゴ・オキシエチレンなどの側鎖を有する化合物また
はエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドとのラン
ダム共重合体などの結晶性の低いアモルファスポリマを
用いることが好ましい。更には、高分子鎖の末端に、ア
クリレート基,活性水素基あるいはアリル基などの架橋
可能な官能基を有しているものを用いることが好まし
い。
解質23を形成した面と負極22の電解質23を形成し
た面とが対向するようにこれらを重ね合わせ、更に圧着
する。これにより、正極21と負極22とが電解質23
を介して積層された電池素子20が作製される。
状のラミネートフィルムを二つ折りにし、折り曲げ辺に
隣接する両方の辺を融着する。なお、融着方法として
は、外装部材10に熱を加えるかまたは超音波を伝播さ
せて熱融着する方法が簡便で好ましい。続いて、正極集
電体層24および負極集電体層26が外装部材10の外
部に導出されるように、外装部材10の折り曲げ辺に対
向する開放されている端部から電池素子20を外装部材
10の間に挿入する。
雰囲気として外装部材10を電池素子20に圧着させた
のち、外装部材10の開放されている端部を融着する。
最後に、正極集電体層24の露出部24aと負極集電体
層26の露出部26aとの間に封止材30を充填するこ
とにより、封止材30を介して各露出部同士を密着させ
る。これにより、図1および図2に示した電池が完成す
る。
らリチウムがイオンとなって離脱し、電解質23を介し
て負極22に吸蔵される。放電を行うと、負極22から
リチウムがイオンとなって離脱し、電解質23を介して
正極21に吸蔵される。ここでは、正極集電体層24が
正極端子として、負極集電体層26が負極端子としてそ
れぞれ機能するので、充電の際には、外部からのエネル
ギーが正極集電体層24または負極集電体層26から電
池素子20に供給され、放電の際には、正極集電体層2
4または負極集電体層26を介してエネルギーが取り出
される。
ば、電解質23として漏液のおそれがないいわゆる高分
子固体電解質を用いると共に、正極集電体層24および
負極集電体層26を外装部材10を介して外部に導出さ
せることにより、正極集電体層24および負極集電体層
26を部分的に露出させるようにしたので、正極集電体
層24および負極集電体層26をそれぞれ電極端子とし
て利用することができる。よって、従来の電池のように
リード線を備える必要がなく、簡便な構造とすることが
できる。また、製造時に煩雑な端子形成工程を必要とし
ないので、容易に製造することができ、生産性を向上さ
せることができる。
電池の小型化を図ることができると共に、体積エネルギ
ー密度を向上させることができる。
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、1枚の袋状とされた外装部材10により電池素子2
0を覆うようにしたが、2枚以上のフィルムを外装部材
10として、これにより覆うようにしてもよい。その場
合には、例えば図5に示したように、正極集電体層24
および負極集電体層26を、外装部材10aおよび外装
部材10bの対向する端部からそれぞれ逆方向に向かっ
て導出することもできる。
分子化合物にリチウム塩を分散させた電解質を用いるよ
うにしたが、固体状の無機電解質を用いるようにしても
よい。更に、高分子化合物に電解液を保持させたゲル状
に電解質を用いることもできる。但し、その場合には、
水分が少なく、粘度の高いものであることが好ましい。
24をアルミニウム箔により構成し、負極集電体層26
を銅箔により構成するようにしたが、各集電体層は、電
気化学的に安定な他の導電性材料により構成するように
してもよい。このような材料としては、例えば、ニッケ
ルおよびステンレスが挙げられる。
としてラミネートフィルムを用いるようにしたが、ラミ
ネートフィルムに代えて他の絶縁材料を用いるようにし
てもよい。
び負極22の両方において、集電体層を外部に露出させ
る場合について説明したが、正極21または負極22の
いずれか一方のみを外部に露出させるようにしても本発
明の効果は得られる。
リチウムを吸蔵・離脱する二次電池(リチウムイオン二
次電池)を例に挙げて説明したが、本発明は、リチウム
イオン以外の電荷担体を用いた電池についても広く適用
される。
24および負極集電体層26を電極端子とする構造につ
いて説明したが、図6に示したように、正極21に電気
的に接続された導電体層41および負極22に電気的に
接続された導電体層42を設け、これらの導電体層4
1,42の一部を外装部材10の外部に露出させる構造
としても、本発明と同様の効果を得ることができる。
項5のいずれか1項に記載の電池によれば、正極および
負極のうちの少なくとも一方に設けられた集電体層を外
部に導出するようにしたので、集電体層の露出部分を電
極端子として利用することができる。よって、電極端子
としてのリード線などを備える必要がなく、簡便な構造
とすることができる。また、電池の小型化を図ることが
できると共に、体積エネルギー密度を向上させることが
できるという効果を奏する。
平面図である。
表す平面図である。
構造を表す断面図である。
造を表す断面図である。
表す断面図である。
極、22…負極、23…電解質、24,28…正極集電
体層、24a,24a′,26a…露出部、25,29
…正極合剤層、26…負極集電体層、27…負極合剤
層、30…封止材、41,42…導電体層、E…集電体
導出端部
Claims (5)
- 【請求項1】 正極および負極と共に電解質を備えた電
池素子が、外装部材により覆われてなる電池であって、 前記正極および前記負極のうちの少なくとも一方は集電
体層を有し、かつ前記集電体層が前記外装部材を介して
外部に導出されていることを特徴とする電池。 - 【請求項2】 前記集電体層の外部に導出された部分
が、外部と電気的に接続可能な電極端子として機能する
ことを特徴とする請求項1記載の電池。 - 【請求項3】 前記電解質は、高分子化合物と電解質塩
とを含有することを特徴とする請求項1記載の電池。 - 【請求項4】 前記集電体層は、金属箔により形成され
ていることを特徴とする請求項1記載の電池。 - 【請求項5】 前記集電体層は、メッシュ状の金属によ
り形成されていることを特徴とする請求項1記載の電
池。
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---|---|---|---|
JP35618299A JP4590667B2 (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 電池 |
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JP4590667B2 JP4590667B2 (ja) | 2010-12-01 |
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JP35618299A Expired - Fee Related JP4590667B2 (ja) | 1999-12-15 | 1999-12-15 | 電池 |
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