JP2001229972A

JP2001229972A - 二次電池

Info

Publication number: JP2001229972A
Application number: JP2000036135A
Authority: JP
Inventors: Toshiichi Ura; 登志一浦; Seiichi Uemoto; 誠一上本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-02-15
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: JP4649698B2

Abstract

(57)【要約】【課題】正極集電体および負極集電体にアルミニウム
箔や銅箔等の強度の低い箔材等を用いても、振動や衝撃
により集電体と集電板が離れることなく集電効率を維持
する二次電池を提供することを目的とする。【解決手段】正極板１と負極板２とをセパレータ３を
介して渦巻き状に巻回し、その両端部に正極集電体１
ａ，負極集電体２ａを突出させた極板群４と、その正極
突出部１ｃと負極突出部２ｃに接合された一対の平板状
の正極集電板９，負極集電板１０に、極板群４の最外周
に巻回軸方向長さよりも大きなる幅を持つ樹脂性の最外
周フィルム１２が巻回され、かつ正極集電板９，負極集
電板１０の一部を覆っている構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気自動車等に用
いられる高出力密度を必要とする二次電池に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化，軽量化が急速
に進んでおり、その電源としての電池に対しても小型・
軽量化と高容量化の要望が高まっている。

【０００３】その要望に対して、負極活物質として炭素
系材料を用い、正極活物質にＬｉＣｏＯ₂等のリチウム
含有遷移金属酸化物を用いたリチウムイオン二次電池が
実用化されている。このリチウムイオン二次電池は、負
極活物質として金属リチウムあるいはリチウム合金を用
いたリチウム二次電池のように充電により負極上へのリ
チウムの析出が発生しないため、良好なサイクル特性が
得られている。そのため、現在電子機器への搭載が進む
等、リチウムイオン二次電池の開発が盛んに行われてい
る。

【０００４】また、地球環境問題、あるいはエネルギー
問題を解決する手段としても、リチウム二次電池の開発
が盛んに行われている。地球環境を良好に保全しつつ電
力の安定確保を図っていく方策の一つとして負荷の平準
化技術の実用化が望まれているが、一般家庭等で小規模
に夜間電力を貯蔵する電池電力貯蔵装置を普及させる
と、大きな負荷平準化効果が期待できる。また、自動車
の排気ガスによる大気汚染やＣＯ₂による温暖化防止を
図るために、動力源の全部または一部を二次電池にとっ
て代るようにした電気自動車の普及も望まれている。

【０００５】以下に従来の二次電池について説明する。

【０００６】従来、二次電池は特開平１０−８３８３３
号公報に記載されたものが知られている。その二次電池
の断面図を図４に示す。この従来例によれば、正極集電
体２１ａに正極材料２１ｂを塗着させた正極板２１と負
極集電体２２ａに負極材料２２ｂを塗着させた負極板２
２とをセパレータ２３を介して渦巻き状に巻回する。そ
の際、これら正極板２１とセパレータ２３と負極板２２
は、それぞれ少しずつ上下にずらして巻回することによ
り、たとえば上端側には巻回された正極板２１の正極集
電体２１ａの一部を突出させ、下端側には巻回された負
極板２２の負極集電体２２ａの一部を突出させるように
する。そして、このように構成された極板群２４の上端
面には正極タブ２５が溶接された正極集電板２６を、下
端面には負極集電板２７をそれぞれ溶接する。そして、
この極板群２４は、電解液と共に電池容器２８内に収容
され、正極タブ２５をこの電池容器２８の正極端子とな
る電池蓋２９の内面に、負極集電板２７を負極端子とな
る電池缶３０の内底面にそれぞれ接続して二次電池とす
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、正極集電体２１ａおよび負極集電体２２
ａにアルミニウム箔や銅箔等を用いた場合には、集電体
自身の強度が低い上、集電体の厚みが薄いので正極集電
体２１ａと正極集電板２６、負極集電体２２ａと負極集
電板２７との溶接も弱くなることが考えられる。このよ
うな二次電池を電気自動車等に用い繰り返し振動や衝撃
を受けた場合、極板群２４の自重による衝撃で正極集電
体２１ａと正極集電板２６、負極集電体２２ａと負極集
電板２７のそれぞれの溶接部が離れたり、正極集電体２
１ａや負極集電体２２ａが破損したりすることにより、
集電効率が著しく低下するという問題点を有していた。

【０００８】なお、このような問題を解決する手段とし
て、たとえば特開平１０−９２４６９号公報には、極板
群の中心部に金属製の軸芯が配置されると共に、この金
属製の軸芯を電池容器に固着または当接挟持したり、弾
性体を介して挟持したものが開示されている。しかし、
その場合は軸芯が必要であったり、軸芯の重量による衝
撃荷重の増大によって電池容器の強度を上げなければな
らなくなるという問題点がある。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、集電体に強度の低い箔材等を用いても、振動や衝撃
により集電体と集電板が離反することなく集電効率を維
持する二次電池を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の二次電池は、正極集電体に正極材料を塗着さ
せた正極板と、負極集電体に負極材料を塗着させた負極
板とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し、正極集電
体の突出部と負極集電体の突出部を反対方向に突出させ
て構成した極板群と、前記正極集電体の突出部と負極集
電体にそれぞれ接合された一対の平板状の正極集電板な
らびに負極集電板と、前記極板群の巻回軸方向長さより
も大なる幅を持つ樹脂製の最外周フィルムと、これらを
電解液と共に収納した電池容器とを有し、前記樹脂製の
最外周用フィルムは前記極板群の最外周に巻回され、か
つ前記一対の正極集電板ならびに負極集電板の端部を覆
っている構成とした。

【００１１】この構成によって、振動や衝撃により集電
体と集電板が離反することなく集電効率を維持する二次
電池が得られる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、正極集電体に正極材料を塗着させた正極板と負極集
電体に負極材料を塗着させた負極板とをセパレータを介
して渦巻き状に巻回し、その両端部において正極負極、
各々の極板の集電体を突出させた極板群と、前記突出部
に接合された一対の平板状の集電板と、前記極板群の巻
回軸方向長さよりも大なる幅を持つ樹脂製フィルムと、
これらを電解液と共に収納した電池容器とからなり、前
記樹脂製フィルムは前記極板群の最外周に巻回され、か
つ前記一対の集電板の一部を覆っているとしたものであ
る。この請求項１記載に係る構成を実施の形態とするこ
とにより、振動や衝撃により集電体と集電板が離反する
ことなく集電効率を維持することができる。

【００１３】また、請求項２に記載の発明は、極板群の
最外周に巻回された樹脂製フィルムは一軸または二軸延
伸を施して製造されたものであり、その両端部を熱収縮
させることにより集電板の端部を覆うこととしたもので
ある。

【００１４】従ってこの請求項２記載に係る構成を実施
の形態とすることにより、安価な構成で作業性もよく集
電効率を維持することができる。

【００１５】また、請求項３に記載の発明は、樹脂製フ
ィルムは極板群に巻回されているセパレータより幅の広
いセパレータの機能を果すこととしたものである。

【００１６】従ってこの請求項３記載に係る構成を実施
の形態とすることにより、最外周のフィルムによる注液
性の低下を防止することができる。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて具体的に説明する。

【００１８】図１は、本発明の二次電池の断面図であ
り、１は正極板、２は負極板で、微多孔ポリエチレンフ
ィルムから成るセパレータ３を介して互いに対向された
状態で渦巻き状に巻回されて極板群４が構成され、この
極板群４が電解液と共に電池容器５内に収納配置されて
いる。電池容器５は負極端子となる円筒容器状の電池缶
６と正極端子となる電池蓋７によって構成され、電池缶
６の上端開口部内周と電池蓋７の外周との間に介装され
た絶縁パッキング８によって相互に絶縁されると共に電
池容器５が密閉されている。

【００１９】正極板１は、正極集電体１ａの両面に正極
材料１ｂを塗工して構成されると共に、その正極集電体
１ａの一側部が正極材料１ｂの塗工部より突出して正極
突出部１ｃが形成されている。また、負極板２は、負極
集電体２ａの他端部が負極材料２ｂの塗工部より突出し
て負極突出部２ｃが形成されている。ポリオレフィン系
樹脂製のセパレータ３（本実施例では微多孔ポリエチレ
ンを用いたが、このほかポリプロピレンあるいはそれら
を貼り合わせたもの等でもよい）は正極板１および負極
板２の塗工部の両端側よりも突出されている。正極集電
体１ａのセパレータ３より突出した正極突出部１ｃに
は、正極集電板９が接合され、同様に、負極集電体２ａ
のセパレータ３より突出した負極突出部２ｃには、負極
集電板１０が接合されている。また、正極集電板９に
は、正極タブ１１が所定の場所に溶接されている。１２
は極板群４よりも大なる幅を有し、かつセパレータ３と
同様の微多孔ポリエチレンから成る２軸延伸により作製
された最外周フィルムである。最外周フィルム１２は、
図２に示すように、極板群４に正極集電板９と正極タブ
１１および負極集電板１０が接合された後に極板群４の
最外周に数周巻回され、巻回後に端部１２ａ，１２ｂに
熱風を当てることにより熱収縮させることにより図３の
如く正極集電板９と負極集電板１０の外周部を覆ってい
る。そして、正極タブ１１および負極集電板１０は、そ
れぞれ電池蓋７の内面と電池缶６の内底面に接続されて
いる。

【００２０】正極板１，負極板２および電解液について
詳細に説明すると、正極集電体１ａはアルミニウム箔等
から成り、その両面に正極活物質と結着剤を含む正極材
料１ｂを塗工して正極板１が構成されており、その正極
活物質としては、ＬｉＣｏＯ ₂，ＬｉＭｎ₂Ｏ₄，Ｌｉ
ＮｉＯ₂、若しくはこれらＣｏ，Ｍｎ，Ｎｉの一部を他
の遷移金属で置換したもの、あるいはそれ以外のリチウ
ム含有金属酸化物が用いられる。

【００２１】負極集電体２ａは銅箔等から成り、その両
面に負極活物質と結着剤を含む負極材料２ｂを塗工して
負極板２が構成されており、その負極活物質としては、
グラファイト，石油コークス類，炭素繊維，有機高分子
焼成物等の炭素質材料を用いるか、リチウムを吸蔵，放
出が可能な金属、あるいは酸化物、若しくはこれらの複
合化材料が用いられる。

【００２２】また、電解液は、溶質として６フッ化リン
酸リチウム（ＬｉＰＦ₆），過塩素酸リチウム（ＬｉＣ
ｌＯ₄），ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄）等のリチ
ウム塩、溶媒としてエチレンカーボネイト，プロピレン
カーボネイト，ジエチレンカーボネイト，エチレンメチ
ルカーボネイト等の非水溶媒単独、若しくはそれらの混
合溶媒を用い、この溶媒に溶質を０．５ｍｏｌ／ｄｍ³
〜２ｍｏｌ／ｄｍ³の濃度に溶解したものが使用され
る。

【００２３】具体例を示すと、正極板１は、電解二酸化
マンガン（ＥＭＤ：ＭｎＯ₂）と炭酸リチウム（Ｌｉ₂
Ｃｏ₃）とをＬｉ／Ｍｎ＝１／２となるように混合し、
８００℃で２０時間大気中で焼成して製造した正極活物
質のＬｉＭｎ₂Ｏ₄と、導電材のアセチレンブラック
と、結着剤のポリフッ化ビニリデンとを、それぞれ重量
比で９２：３：５の割合で混合したものを正極材料１ｂ
とした。なお、正極材料１ｂをペースト状に混練するた
めに結着剤としてポリフッ化ビニリデンはＮメチルピロ
リドンディスパージョン液を用いた。上記混合比率は固
形分としての割合である。この正極ペーストを、厚み２
０μｍのアルミニウム箔から成る正極集電体１ａの両面
に一側縁部に幅１０ｍｍの非塗工部を残した状態で塗工
し、正極材料層を形成した。正極材料層の両膜厚は同じ
で、塗工，乾燥後の両膜厚の和は２８０μｍで、正極板
１の厚さを３００μｍとした。その後、正極板１の厚み
が２００μｍになるように直径３００ｍｍのプレスロー
ルにより圧縮成形した。このとき、正極材料密度は３．
０ｇ／ｃｍ³であった。

【００２４】負極板２は、人造黒鉛と結着剤のスチレン
ブタジエンゴムとを重量比９７：３の割合で混合したも
のを負極材料２ｂとした。なお、負極材料２ｂをペース
ト状に混練するために結着剤としてのスチレンブタジエ
ンゴムは水溶性のディスパージョン液を用いた。上記混
合比率は固形分としての割合である。この負極合剤ペー
ストを厚み１４μｍの銅箔から成る負極集電体２ａの両
面に一側縁部に１０ｍｍの非塗工部を残した状態で塗工
し、負極材料層を形成した。その後、負極板２の厚みが
１７０μｍになるように直径３００ｍｍのプレスロール
により圧縮成型した。このとき、負極材料密度は１．４
ｇ／ｃｍ³であった。

【００２５】電解液は、エチレンカーボネイトとジエチ
レンカーボネイトを体積比１：１の配合比で混合した混
合溶媒に、溶質として６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰ
Ｆ₆）を１ｍｏｌ／ｄｍ³の濃度に溶解したものを用い
た。

【００２６】このリチウムイオン二次電池の製造に当た
っては、上記のように作製した正極板１と負極板２をセ
パレータ３を介して対向させ、かつそれらの正極集電体
１ａの正極突出部１ｃと負極集電体２ａの負極突出部２
ｃをそれぞれ反対方向の両端に突出させた状態で渦巻き
状に巻回して極板群４を形成する。そして、正極タブ１
１が溶接された正極集電板９と負極集電板１０を、正極
集電体１ａの正極突出部１ｃと負極集電体２ａの負極突
出部２ｃに図１の如く変形するまで押しつけるように配
置して両者を圧接させた状態で、正極集電板９，負極集
電板１０の表面の周方向複数箇所を中心部から外周縁ま
で放射状にレーザ溶接する。その後、この正極集電板
９，負極集電板１０を接合した極板群４に、図２に示す
ように極板群４よりも幅の広い最外周フィルム１２を数
周巻回し、端部１２ａと１２ｂに熱風を当てて両端部１
２ａ，１２ｂを収縮させることにより図３の如く正極集
電板９と負極集電板１０の外周部を覆っている。

【００２７】その後、この最外周フィルム１２を巻回さ
れた極板群４は、電解液と共に電池缶６内に収容され真
空注液される。このとき、最外周フィルム１２は、微多
孔ポリエチレン製であるため、最外周フィルム１２から
も電解液は浸透可能となり、最外周フィルム１２の有無
による注液時間の差はない。

【００２８】そして、正極タブ１１および負極集電板１
０はそれぞれ電池蓋７の内面と電池缶６の内底面にレー
ザ溶接等にて接続される。その後、電池缶６に電池蓋７
を密閉する。

【００２９】以上のように本実施の形態によれば、正極
板１と負極板２とをセパレータ３を介して渦巻き状に巻
回し、その両端部に正極集電体１ａの正極突出部１ｃと
負極集電体２ａの負極突出部２ｃを突出させた極板群４
と、その正極突出部１ｃ，負極突出部２ｃに接合された
一対の平板状の正極集電板９，負極集電板１０に、極板
群４の最外周に巻回軸方向長さよりも大なる幅を持つ最
外周フィルム１２が数周巻回され、かつ正極集電板９，
負極集電板１０の端部を覆っているので、振動や衝撃に
より集電体と集電板が離れることなく集電効率を維持す
ることができる。また、二次電池は仕様用途によりその
容量を合わせるのが一般的であるので、極板群４の大き
さは画一的ではなく数種類用意される。そして、電気自
動車に使用される電池としては大きくなることが予想さ
れるため、その振動や衝撃では小型電池に比べて大きな
荷重が発生することが予想されるが、そのような場合
は、最外周フィルム１２の巻回回数を増加させることに
よって強度向上がはかられるので、あらゆる大きさの二
次電池に対して有効となる。

【００３０】また、極板群４の最外周に巻回された最外
周フィルム１２は一軸または二軸延伸を施して製造され
たものであり、その端部１２ａ，１２ｂを熱収縮させる
ことにより正極集電板９，負極集電板１０の端部を覆う
ようにしたものであると、安価な構成で作業性もよく集
電効率を維持することができる。

【００３１】また、最外周フィルム１２は極板群４に巻
回されているセパレータ３より幅の広いセパレータとし
ての機能をすると、最外周フィルム１２による注液性の
低下を防止することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明は、正極板と負極板
とをセパレータを介して渦巻き状に巻回し、その両端部
に両極板の集電体を突出させた極板群と、その突出部に
接合された一対の平板状の集電板に、極板群の最外周に
巻回軸方向長さよりも大なる幅を持つ樹脂製の最外周用
フィルムが巻回され、その最外周フィルムが集電板の端
部を覆っているので、振動や衝撃により集電体と集電板
が離れることなく集電効率を維持することができる。

【００３３】また、極板群の最外周に巻回された樹脂製
の最外周フィルムは一軸または二軸延伸を施して製造さ
れたものを使用することにより、その両端部を熱収縮さ
せることにより集電板の端部を覆うようにしたものであ
り、安価な構成で作業性もよく集電効率を維持すること
ができる。

【００３４】また、樹脂製の最外周フィルムは極板群に
巻回されているセパレータより幅が広くてセパレータと
しての機能を果すものであり、最外周フィルムによる注
液性の低下を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における二次電池の断面図

【図２】同極板群を説明するための斜視図

【図３】図２に示す状態の加工後の極板群を説明するた
めの斜視図

【図４】従来の二次電池の断面図

【符号の説明】

１正極板１ａ正極集電体１ｂ正極材料１ｃ正極突出部２負極板２ａ負極集電体２ｂ負極材料２ｃ負極突出部３セパレータ４極板群５電池容器９正極集電板１０負極集電板１１正極タブ１２最外周フィルム１２ａ，１２ｂ端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 AA01 AA03 AA13 CC02 CC06 DD15 EE04 KK01 5H022 AA09 AA18 CC02 CC08 CC13 CC19 CC22 KK03 5H029 AJ03 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ01 CJ02 CJ05 CJ22 DJ02 DJ04 DJ05 DJ07 EJ12 HJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極集電体に正極材料を塗着させた正極
板と、負極集電体に負極材料を塗着させた負極板とをセ
パレータを介して渦巻き状に巻回し、正極集電体の突出
部と負極集電体の突出部を反対方向に突出させて構成し
た極板群と、前記正極集電体の突出部と負極集電体の突
出部にそれぞれ接合された一対の平板状の正極集電板な
らびに負極集電板と、前記極板群の巻回軸方向長さより
も大なる幅を持つ樹脂製の最外周フィルムと、これらを
電解液と共に収納した電池容器とを有し、前記樹脂製の
最外周フィルムは前記極板群の最外周に巻回され、かつ
前記一対の正極集電板ならびに負極集電板の端部を覆っ
ていることを特徴とする二次電池。
【請求項２】極板群の最外周に巻回された樹脂製の最
外周フィルムは一軸または二軸延伸を施して製造された
ものであり、その両端部を熱収縮させることにより正極
集電板ならびに負極集電板の端部を覆うことを特徴とす
る請求項１記載の二次電池。
【請求項３】樹脂製の最外周フィルムは極板群に巻回
されているセパレータより幅が広くて、セパレータとし
ての機能を果すものであることを特徴とする請求項２記
載の二次電池。