JP2001266842A - 非水電解液二次電池 - Google Patents
非水電解液二次電池Info
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Abstract
防止することが可能な非水電解液二次電池を提供する。 【解決手段】 正極および負極をセパレータを挟んで捲
回・扁平化または積層した電極群と電解液とを中間にガ
スバリアフィルムが介在された積層フィルムからなる外
装材に収納、密閉し、かつ一端が前記正負極にそれぞれ
接続された外部リードの他端を前記外装材の外部に直接
取り出す構造の非水電解液二次電池において、前記各外
部リードは、前記電極群と前記外装材の熱シール部の間
に位置する部分で撓まされていることを特徴とする。
Description
池に関する。
オン二次電池は高電圧、高エネルギー密度を有すること
から一体型ビデオカメラ、移動通信機、ノートブック型
パソコン等のコードレス携帯型電子機器の電源として注
目されている。とりわけ、角型二次電池の需要が伸びて
おり、小型・軽量化への要求が進むに伴って電池の厚さ
を薄くすることが要望されている。このような要求に対
し、小型・軽量化かつ薄型の電池の開発が盛んに行なわ
れている。中でも、アルミニウム箔のようなガスバリア
フィルムを中間に挟んだ積層フィルムからなる外装材で
セパレータを挟んで正負極を配置した電極群を収納した
構造の二次電池、例えばポリマー電池はサイズが自由に
選択できる等の特徴を有するために注目されている。こ
のような二次電池において、落下や振動時における強度
が要求されている。
は例えばアルミニウム箔を中間に挟んだ積層フィルムか
らなるカップを有する外装材を用意し、この外装材のカ
ップ内に正極および負極をセパレータを挟んで捲回・扁
平化または積層した電極群と電解液とを収納し、一端が
前記正負極にそれぞれ接続された外部リードを前記外装
材の外部に延出させ、折曲げ部を除く3辺を熱シールし
て密閉した構造のものが知られている。
解液二次電池は落下や振動を繰返すと前記外装材の内部
に位置する前記外部リードの熱シール部の界面付近で破
断するという問題があった。
ードの破断を防止することが可能な非水電解液二次電池
を提供しようとするものである。
の本発明に係わる非水電解液二次電池は、正極および負
極をセパレータを挟んで捲回・扁平化または積層した電
極群と電解液とを中間にガスバリアフィルムが介在され
た積層フィルムからなる外装材に収納、密閉し、かつ一
端が前記正負極にそれぞれ接続された外部リードの他端
を前記外装材の外部に直接取り出す構造の非水電解液二
次電池において、前記各外部リードは、前記電極群と前
記外装材の熱シール部の間に位置する部分で撓まされて
いることを特徴とするものである。
て、前記各外部リードの前記電極群と前記外装材の熱シ
ール部の間における撓みはフォーミング加工により形成
されることが好ましい。
二次電池(例えば薄型非水電解液二次電池)を図1〜図
3を参照して詳細に説明する。
視図、図2は図1のII−II線に沿う断面図、図3は図1
のIII−III線に沿う断面図である。電極群1は、図1〜
図3に示すように例えば活物質および結着剤を含む正極
活物質層2が集電体3の両面に担持された正極4とセパ
レータ5と活物質および結着剤を含む負極活物質層6が
集電体7の両面に担持された負極8とセパレータ5とを
渦巻状に捲回し、さらに成形した扁平で矩形状をなす。
前記正負極4,8に接続された外部リード9,10は、
それぞれ前記電極群1の同一側面から外部に延出されて
いる。なお、前記セパレータ5は前記正負極4,8間に
それら正負極4,8の端面より外側に位置するように介
在され、それら正負極4,8の端面で互いに接触するの
を阻止して短絡発生を防止している。
ップ12を有し、このカップ12内に前記電極群1およ
び電解液が収納されている。前記外装材11は、内面側
から外面側に向けてシーラントフィルム13、ガスバリ
アフィルム14および剛性を有する有機樹脂フィルム1
5を積層した積層フィルムからなる。前記外装材11
は、その折曲げ部が電極群1の前記外部リード9,10
が延出された側面と反対側の側面側に位置し、この折り
曲げ部を除く前記各カップ12周辺の3つの面において
前記シーラントフィルム13同士を熱シールして水平方
向に延出したシール部16a,16b,16cを形成する
ことにより前記電極群1および電解液を前記カップ12
内に密閉している。前記電極群1の正負極4,8に接続
された外部リード9,10は、図2および図3に示すよ
うに前記電極群1と前記外装材11の熱シール部16b
の間に位置する部分に撓み部17,18がそれぞれ形成
されている。
えば薄型非水電解液二次電池の製造方法を説明する。ま
ず、正極、セパレータ、負極およびセパレータを渦巻状
に捲回してほぼ円筒状物とした後、例えば室温で圧力1
0〜30kg/cm2の条件の下で加圧成形することに
より正極、セパレータ、負極およびセパレータが渦巻状
に捲回され、かつ扁平状をなす電極群を作製する。な
お、この捲回時に正負極に外部リードを例えば溶接によ
り接続するとともに、後述する積層フィルムからなる外
装材の内部に位置する前記外部リードの箇所に例えばフ
ォーミング加工により撓み部を形成する。
ントフィルム、ガスバリアフィルムおよび剛性を有する
有機樹脂フィルムを積層した積層フィルムからなり、二
つ折りされるとともに、折曲げ部を境にして一方が平坦
で、他方に矩形状カップを有する外装材素材を用意す
る。この外装材素材のカップ内に前記電極群をその正負
極の外部リードが前記折曲げ部と反対側の縁部から外部
に延出するように収納する。つづいて、この外装材素材
を折曲げて平坦な面で前記カップ内の電極群を覆う。こ
の時、前記カップ周辺の面(シーラントフィルム)にお
いて前記外部リードが延出した箇所ではそれら外部リー
ドを間に挟んでシーラントフィルム同士が重ねられ、他
の箇所ではシーラントフィルム同士が重ねられる。ひき
つづき、前記外装材素材の重ね合わされた面のうち所定
の面を残して熱シールすることにより、外部リードを間
に挟んでシーラントフィルム同士が熱シールされた熱シ
ール部およびシーラントフィルム同士が熱シールされた
熱シール部を形成する。なお、この熱シール後において
前記外部リードの撓み部は、前記電極群と前記熱シール
部の間に位置される。
シール部を通して注液し、未シール部を熱シールするこ
とにより、前述した図1〜図3に示すように扁平状の電
極群1および電解液をシーラントフィルム13、ガスバ
リアフィルム14および剛性を有する有機樹脂フィルム
15をこの順序で積層した外装材11のカップ12内に
収納、密閉され、かつ前記電極群1の正負極4,8に接
続された外部リード9,10が前記外装材11の熱シー
ル部16bから外部に延出され、前記電極群1と前記外
装材11の熱シール部16bの間に位置する部分に撓み
部17,18が形成された構造を有する薄型非水電解液
二次電池を製造する。
8、外装材11、非水電解液および外部リード9,10
について詳述する。
物質および結着剤を含む正極活物質層2を担持した構造
を有する。なお、正極は集電体の片面に正極活物質層を
担持させた構造であってもよい。
ム、ニッケルまたはステンレスの板、アルミニウム、ニ
ッケルまたはステンレスのメッシュ等を挙げることがで
きる。
いリチウム複合酸化物が好ましい。具体的には、LiC
oO2、LiNiO2、LixNiyCo1-yO2(ただ
し、x、yは、電池の充電状態で異なり、通常は0<x
<1、0.7<y<1.0である。)、LixCoySn
zO2(ただし、x、y、zは各々0.05≦x≦1.1
0、0.85≦y≦1.00、0.001≦z≦0.1
0の数を表す。)が挙げられる。リチウム複合酸化物
は、リチウムの炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化
物と、コバルト、マンガンあるいはニッケル等の炭酸
塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化物とを所定の組成で
混合粉砕し、酸素雰囲気下で600〜1000℃の温度
で焼成することにより得ることができる。中でも、Li
xCoySnzO2(ただし、x、y、zは各々0.05≦
x≦1.10、0.85≦y≦1.00、0.001≦
z≦0.10の数を表す。)は、少量のSnの添加によ
りリチウム含有化合物の粒径が小さくて均一になるの
で、サイクル特性の優れた電池が得られる。0.001
≦z≦0.10としたのは、zを0.001未満にする
と、粒径を十分に制御することが困難になる。一方、z
が0.1を超えると、容量が小さくなるためである。
ルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVDF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等
を用いることができる。
ブラック、カーボンブラック、黒鉛等の導電剤を含有す
ることを許容する。
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合
体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜また
はこれら材料の繊維を有する織布、不織布により作られ
る。
よび結着剤を含む負極活物質層6を担持した構造を有す
る。なお、負極は集電体の片面に負極活物質層を担持さ
せた構造であってもよい。
の板またはメッシュ等を挙げることができる。
プできるものであればよく、例えばグラファイト類、コ
ークス類(石油コークス、ピッチコークス、ニードルコ
ークス等)、熱分解炭素類、有機高分子化合物の焼成体
(フェノール樹脂等を適切な温度で焼成し、炭化したも
の)あるいは金属リチウム、ポリアセチレン、ポリピロ
ール等があげられる。
ルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、エチ
レン−プロピレン−ジエン共重合体、スチレン−ブタジ
エンゴム、カルボキシメチルセルロース等の結着剤を含
有することが好ましい。
解した組成を有する。
(LiClO4)、四フッ化硼酸リチウム(LiB
F4)、六フッ化燐酸リチウム(LiPF6)、六フッ化
砒素酸リチウム(LiAsF6)、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、LiN(CF
3SO2)2、リチウムビス[5−フルオロ−2オラト−
1−ベンゼン−スルホナト(2−)]ボレート等を用い
ることができる。
トン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエ
タン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、メ
チルスルホラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、
アニソール、酢酸エステル、プロピオン酸エステル等を
用いることができ、2種類以上混合して使用してもよ
い。
0.5モル/L以上にすることが好ましい。
としては、例えばポリエチレン(PE)フィルム、ポリ
プロピレン(PP)フィルム、ポリプロピレン−ポリエ
チレン共重合体フィルム、アイオノマーフィルム、エチ
レンビニルアセテート(EVA)フィルム等を用いるこ
とができる。
としては、例えばアルミニウム箔を挙げることができる。
このアルミニウム箔は、例えば20〜100μmの厚さ
を有することが好ましい。前記外装材11の前記剛性を
有する有機樹脂フィルム15としては、例えばポリエチ
レンテレフタレート(PET)フィルム、ナイロンフィ
ルム等を用いることができる。
がアルミニウムまたはアルミニウム合金、負極側がニッ
ケル、銅などが挙げられる。
17,18の長さ(直線状にしたときの長さ)は、これ
ら外部リードが延出される側と反対側の電極群1側面と
前記外装材11内面の間の余裕領域(主にセパレータ5
の突出長さ)と同じか、もしくはそれ以上にすることが
好ましい。
およびセパレータの積層物を捲回・扁平化したものに限
らず、正極、セパレータおよび負極を積層したものでもよ
い。
した図1〜図3に示す構造に限定されない。例えば図4
〜図6に示すようにカップを持たないパウチ型の外装材
11’内に電極群1および非水電解液を収納、密閉し、
前記電極群1の正負極4,8とそれぞれ接続された外部
リート9.10を前記外装材1の熱シール部16bから
外部に延出し、前記電極群1と前記熱シール部16bの
間に位置する前記外部リード9,10部分に撓み部1
7,18をそれぞれ形成した構造にしてもよい。
電解液二次電池は正極および負極をセパレータを挟んで
捲回・扁平化または積層した電極群と電解液とを中間に
ガスバリアフィルムが介在された積層フィルムからなる
外装材に収納、密閉し、かつ一端が前記正負極にそれぞ
れ接続された外部リードの他端を前記外装材の外部に直
接取り出す構造の非水電解液二次電池において、前記各
外部リードを前記電極群と前記外装材の熱シール部の間
に位置する部分で撓まさせた構成を有する。このような
構成の二次電池を合成樹脂製のパックに挿入し、落下試
験や振動試験を複数回繰り返しても前記二次電池におけ
る正負極の外部リードの破断を防止することができる。
内には前記電極群から突出したセパレータ等の箇所にお
いて移動余裕領域を有するため、前記落下試験や振動試
験において前記電極群が前記外装材内で僅かに移動す
る。この時、前記外装材の周縁は前記パックに固定さ
れ、かつ正負極の外部リードは外装材周縁の熱シール部
に密着、固定されているため、前記電極群の移動に伴う
引張り力は前記熱シール部の界面付近の前記外部リード
部分に直接加わる、いわゆる首吊り状態になる。このよ
うな状況下において、本発明のように前記電極群と前記
外装材の熱シール部の間に位置する前記各外部リードの
部分に撓み部を形成することによって、前記落下試験や
振動試験に際しての電極群の移動に伴う引張り力を前記
外部リードの撓み部で吸収できるため、外部リードの破
断を防止することができる。
外部リードの破断を防止した信頼性の高い非水電解液二
次電池を得ることができる。
する。
ピレンフィルム(シーラントフィルム)、厚さ40μm
のアルミニウム箔(ガスバリアフィルム)およびナイロ
ンフィルム(剛性を有する有機樹脂フィルム)の積層フ
ィルムに深絞り加工を施して深さ約8mmの矩形状カッ
プを形成した後、所定の寸法に裁断することにより折曲
げ部を境にして一方が平坦で、他方に矩形状カップを有
する外装材素材を作製した。 <正極の作製>まず、活物質としてのLiCoO2粉末
89重量部に導電フィラーとしてのグラファイト粉末8
重量部および結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂3
重量部をN−メチルピロリドン25重量部に混合してペ
ーストを調製した。このペーストをアルミニウム箔の両
面に塗布し、乾燥し、さらにプレス加工、スリット加工
を施してリール状の正極を作製した。
カーボン100重量部をカルボキシメチルセルロースお
よびスチレン−ブタジエンの架橋ゴムラテックス粒子2
重量部を含む水溶液に混合してペーストを調製した。こ
のペーストを銅箔両面(部分的に片面になる箇所を含
む)に塗布し、乾燥し、さらにプレス加工、スリット加
工を施してリール状の負極を作製した。
−ブチロラクトンを1:2の体積比で混合した混合溶媒
に四フッ化硼酸リチウム(LiBF4)を1.2モル/
L溶解して非水電解液を調製した。
リエチレン製微多孔膜を配置し、前記正負極にアルミニ
ウムからなる正極側外部リードおよびニッケルからなる
負極側外部リードをそれぞれ超音波溶接し、その後捲回
機により前記負極の銅箔で最外周面が覆われるように渦
巻き状に捲回して200個の円筒状物を作製した。な
お、後述する積層フィルムからなる外装材の内部に位置
する前記正負極側の外部リードの箇所にフォーミング加
工により直線状にしたときの長さが6mmに相当する撓
み部を形成した。つづいて、これら円筒状物を室温で圧
力10〜30kg/cm2の条件の下で加熱加圧成形す
ることにより厚さ約8mmの扁平状電極群を作製した。
に前記扁平状電極群をその正負極側の外部リードが前記
外装材素材の折曲げ部と反対側の縁部から外部に延出す
るように収納した。つづいて、この外装材素材を折曲げ
て平坦な面を前記カップ内の電極群を覆うとともに、前
記カップ周辺の面(シーラントフィルム)において前記
外部リードが延出した箇所でそれら外部リードを間に挟
んでシーラントフィルム同士を重ね、他の箇所でシーラ
ントフィルム同士を重ねた。ひきつづき、前記外装材素
材の重ね合わされた面のうち所定の面を残して熱シール
してシール部を形成した後、85℃の真空オーブンに設
置して水分除去のために12時間の乾燥を行った。次い
で、前記非水電解液を前記外装材素材の未シール部を通
して注液し、未シール部を熱シールすることにより、前
述した図1〜図3に示すように扁平状電極群1および電
解液をポリプロピレンフィルム13、アルミニウム箔1
4およびナイロンフィルム14をこの順序で積層した外
装材11のカップ12内に収納、密閉され、かつ前記電
極群1の正負極4,8に接続された外部リード9,10
が前記外装材11の熱シール部16bから外部に延出さ
れ、前記電極群1と前記外装材11の熱シール部16b
の間に位置する各外部リート部分に撓み部17,18が
形成された構造を有する200個の薄型非水電解液二次
電池を製造した。
り出された各外部リードにフォーミング加工を施さず、
各外部リードを外装材のカップ周縁面と平行になるよう
にその熱シール部を通して外部に延出させた構造にした
以外、実施例1と同様な方法により200個の薄型非水
電解液二次電池を製造した。
水電解液二次電池200個について、満充電させた状態
で合成樹脂製のパック内にそれぞれ挿入した。これらパ
ックのうち、100個について1.5mの高さからコン
クリート上に落下させる垂直落下試験を100回繰り返
し、残りの100個のパックについて周波数可変(10
〜55Hz)、振幅1.6mmで90分間、3方向の振
動試験を行い、各試験後のパック電池の電圧変化および
インピーダンスの変化を測定した。その結果を下記表1
に示す。
フォーミング加工を施して外装材の内部において電極群
と熱シール部の間に位置する前記外部リードに撓み部を
形成した実施例1の二次電池は、落下試験、振動試験後
において電圧異常やインピーダンスの上昇が認められな
いのに対し、外部リードにフォーミング加工を施さない
比較例1の二次電池では外部リードの破断に起因する電
圧異常、インピーダンスの上昇が生じることがわかる。
下および振動に対する繰返しても外部リードの破断を防
止した高い信頼性を有し、一体型ビデオカメラ、移動通
信機、ノートブック型パソコン等のコードレス携帯型電
子機器の電源等に有用な非水電解液二次電池を提供する
ことができる。
す斜視図。
面図。
断面図。
示す斜視図。
面図。
図。
Claims (4)
- 【請求項1】 正極および負極をセパレータを挟んで捲
回・扁平化または積層した電極群と電解液とを中間にガ
スバリアフィルムが介在された積層フィルムからなる外
装材に収納、密閉し、かつ一端が前記正負極にそれぞれ
接続された外部リードの他端を前記外装材の外部に直接
取り出す構造の非水電解液二次電池において、前記各外
部リードは、前記電極群と前記外装材の熱シール部の間
に位置する部分で撓まされていることを特徴とする非水
電解液二次電池。 - 【請求項2】 一端が前記負極に接続された外部リード
は、ニッケルまたはニッケル合金から作られることを特
徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項3】 一端が前記正極に接続された外部リード
は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から作られる
ことを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項4】 前記各外部リードの前記電極群と前記外
装材の熱シール部の間における撓みは、フォーミング加
工により形成されていることを特徴とする請求項1ない
し3いずれか記載の非水電解液二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000084952A JP2001266842A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 非水電解液二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000084952A JP2001266842A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 非水電解液二次電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001266842A true JP2001266842A (ja) | 2001-09-28 |
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ID=18601352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000084952A Pending JP2001266842A (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 非水電解液二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2001266842A (ja) |
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