JP2001351691A

JP2001351691A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2001351691A
Application number: JP2000173703A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Noma; 野間　　克也
Original assignee: GS Melcotec Co Ltd
Current assignee: Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Priority date: 2000-06-09
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】安全性が優れ、エネルギー密度の高い、小型・
軽量の非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】正極板と隔離体と負極板とを有する発電要
素を袋状単電池ケース内部に収納し、発電要素の電極と
袋状単電池ケース外部の電極端子とを接続体で接続した
非水電解質二次電池において、少なくとも一方の接続体
の、袋状単電池ケース内部にあって、電極と接触してい
ない接続体部分を絶縁体で被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用無線電話、携帯用パソコ
ン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種
電子機器が携帯可能な程度に小型化されている。それに
伴って、内蔵される電池には、高エネルギー密度が要求
される。

【０００３】そのような要求を満たす電池としては、負
極材料にリチウム金属やリチウム合金、またはリチウム
イオンを吸蔵・放出可能な炭素を使用し、ＬｉＣｌＯ
４、ＬｉＰＦ６等のリチウム塩を溶解した非プロトン性
の有機溶媒を電解液とする非水電解質二次電池がある。

【０００４】非水電解質二次電池は、４Ｖ以上の高い電
圧を示すために、単位重量当りのエネルギー密度が高く
小型・軽量化が可能で、充放電サイクル特性が優れてお
り、繰り返し充放電して使用できることから、各種携帯
用電子機器の電源として最適である。

【０００５】このような非水電解質二次電池の発電要素
は、負極材料をその支持体である負極集電体に保持した
負極板、リチウム遷移金属複合酸化物等の正極活物質を
その支持体である正極集電体に保持した正極板、電解液
を保持するとともに負極板と正極板との間に介在して両
極の短絡を防止するセパレータを有している。

【０００６】この発電要素は、薄いシートないし箔状に
成形した正極板および負極板を、セパレータを介して順
に積層した積層型または渦巻き状に巻回した巻回型であ
る。特に発電要素を、断面が非円形あるいは長円形の巻
回型とすることにより、電極表面積を大きくすることが
でき、高率充放電が可能となる。

【０００７】この発電要素を、ステンレス、ニッケルメ
ッキを施した鉄、又はアルミニウム製等の金属からな
る、円筒型または角型電池ケースに収納され、電解液を
注液後、蓋板で密封固着して、電池が組み立てられる。

【０００８】ところが、金属製電池ケースを用いた場
合、気密性が高く、かつ機械的強度に優れてはいるもの
の、金属材料は重いために、電池をより軽量化するため
には大きな制約となっていた。

【０００９】この問題を解決するため、発電要素を袋状
単電池ケースに収納する方法が提案されている。特に、
袋状単電池ケースの材質として、気密構造を有する金属
ラミネート樹脂フィルムを使用することにより、電解液
の漏液や電池外部からの水分等の侵入がない、軽量で単
位重量当りのエネルギー密度の高い電池を得ることがで
きる。

【００１０】このような非水電解質二次電池を電子機器
に用いる場合、単電池又は複数個の直列接続して目的の
電圧を得るようにする。この単数又は複数個の電池は、
充放電制御回路とともに樹脂もしくは金属と樹脂からな
る筐体に収納され、内容物を取り出せないよう封口して
電池パックとして用いられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】まず、正極板と隔離体
と負極板とを有する発電要素を袋状単電池ケース内部に
収納した非水電解質二次電池の構造について、長円形巻
回型発電要素を用いた場合を例として説明する。

【００１２】図１は袋状単電池ケースを示したものであ
る。図１において、１は金属ラミネート樹脂フィルム、
２は背シール部、３は底シール部、４は開口部である。
袋状単電池ケースは、金属シートの両側を熱可塑性高分
子材料からなるフィルムで挟んだ構造の長方形の金属ラ
ミネート樹脂フィルムを、まず熱溶着で背シール部２を
作製し、つぎに熱溶着で底シール部３を作製し、図１に
示した形状とする。

【００１３】図２は長円形巻回型発電要素の外観を示し
たもので、図２において、５は発電要素、６は正極接続
体、７は負極接続体、８は発電要素の巻回中心軸であ
る。長円形巻回型発電要素５は、薄いシート状に成形し
た正極板および負極板を、微多孔性のポリプロピレン等
の隔離体を介して順に巻回したものである。

【００１４】図１に示した袋状単電池ケースの開口部４
から、図２に示した発電要素を入れて、電解液を注液
後、開口部の正極接続体と負極接続体とを取り出した部
分を熱溶着でシールして、非水電解質二次電池を得る。

【００１５】図３は非水電解質二次電池の外観を示した
もので、図３において、記号１、２、３は図１と同じも
のを示しており、９は端子取り出しシール部、１０は正
極端子、１１は負極端子である。

【００１６】図３に示したような、発電要素を袋状単電
池ケース内部に収納した非水電解質二次電池において
は、金属製電池ケースを使用した電池とは異なり、金属
ラミネート樹脂フィルムは柔軟性をもつため、袋状単電
池ケースの外部から衝撃や応力が加わった場合には、袋
状単電池ケースが変形し、その結果、発電要素の電極と
袋状単電池ケース外部の電極端子とを接続する接続体が
変形し、発電要素の接続体が取り出されている面に露出
している電極と接触し、この電極と接続体の極性が異な
る場合には、短絡が発生するという問題があった。

【００１７】本発明は、上記短絡を防止し、安全性が優
れ、エネルギー密度の高い、小型・軽量の非水電解質二
次電池を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極板と隔離
体と負極板とを有する発電要素を袋状単電池ケース内部
に収納し、発電要素の電極と袋状単電池ケース外部の電
極端子とを接続体で接続した非水電解質二次電池におい
て、少なくとも一方の接続体の、袋状単電池ケース内部
にあって、電極と接触していない接続体部分を絶縁体で
被覆することを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を、図面を参照
して説明する。本発明になる非水電解質二次電池は、積
層型または巻回型発電要素を袋状単電池ケースに収納し
たものであり、その外観は図３に示したものと同じであ
る。袋状単電池ケースは、電解液の漏液や電池外部から
の水分等の侵入がないように、気密構造となっている。

【００２０】図４、図５および図６は、図３に示した本
発明の非水電解質二次電池のＡ−Ａ′断面を示したもの
で、これらの図において、２１は発電要素、２２は袋状
単電池ケース、２３は底シール部、２４は端子取り出し
シール部、２５は正極接続体、２６は正極端子、２７は
発電要素の接続体取り出し面である。

【００２１】図４、図５および図６において、正極接続
体２５はＢ−Ｃ−Ｄで示され、Ｂ−Ｃの部分は正極板に
超音波溶接等で接続された部分であり、Ｃ−Ｄの部分は
袋状単電池ケース内部にあって正極と接続されていない
部分である。そして、本発明においては、Ｃ−Ｄ部分は
絶縁体で被覆されている。

【００２２】なお、これらの図において、正極接続体２
５と正極端子２６は、別々の部品として示したが、正極
接続体２５と正極端子２６は単一の部品とした場合も含
まれるものとする。

【００２３】図４は、非水電解質二次電池が正常な状態
の断面を示したもので、正極接続体２５のＣ−Ｄ部分
は、発電要素の接続体取り出し面２７とは接触していな
い。この場合には、発電要素の接続体取り出し面２７に
負極が露出していても、負極と正極接続体２５とが接触
することはないので、短絡は発生しない。

【００２４】図５は、非水電解質二次電池の、端子取り
出し方向（黒矢印の方向）からなんらかの力が加わった
場合の断面を示したもので、袋状単電池ケース２２を構
成する金属ラミネート樹脂フィルムは柔軟性をもってい
るため、図５に示したように変形し、同時に正極接続体
２５も変形し、正極接続体２５のＣ−Ｄ部分は発電要素
の接続体取り出し面２７と接触する。この場合には、発
電要素の接続体取り出し面２７に負極が露出している
と、負極と正極接続体２５とが接触するが、接続体２５
のＣ−Ｄ部分を絶縁体で被覆しておけば短絡は発生しな
い。

【００２５】図６は、非水電解質二次電池の、端子取り
出し方向に対し直角の方向（黒矢印の方向）からなんら
かの力が加わった場合の断面を示したもので、袋状単電
池ケース２２を構成する金属ラミネート樹脂フィルムは
柔軟性をもっているため、図６に示したように変形し、
同時に正極接続体２５も変形し、正極接続体２５のＣ−
Ｄ部分は発電要素の接続体取り出し面２７と接触する。
この場合には、発電要素の接続体取り出し面２７に負極
が露出していると、負極と正極接続体２５とが接触する
が、正極接続体２５のＣ−Ｄ部分を絶縁体で被覆してお
けば短絡は発生しない。

【００２６】なお、以上の例では、接続体が正極板と接
続されており、発電要素の接続体取り出し面に負極が露
出している場合について説明したが、これとは逆に、接
続体が負極板と接続されており、発電要素の接続体取り
出し面に正極が露出している場合についても、負極接続
体のＣ−Ｄ部分を絶縁体で被覆しておけば、短絡を防止
することができる。

【００２７】また、発電要素の接続体取り出し面に正極
と負極が共に露出している場合には、正極接続体と負極
接続体の両方の、袋状単電池ケース内部にあって電極と
接続されていない部分を絶縁体で被覆しておけば、発電
要素の接続体取り出し面に露出した正極と負極接続体と
の間の短絡および発電要素の接続体取り出し面に露出し
た負極と正極接続体との間の短絡を防止することができ
る。

【００２８】すなわち、本発明は、発電要素を袋状単電
池ケース内部に収納し、発電要素の電極と袋状単電池ケ
ース外部の電極端子とを接続体で接続した非水電解質二
次電池において、少なくとも一方の接続体の、袋状単電
池ケース内部にあって、電極と接触していない接続体部
分を絶縁体で被覆することにより、接続体と発電要素の
接続体が取り出されている面に露出している電極との短
絡を防止するものである。

【００２９】また本発明は、上記非水電解質二次電池に
おいて、袋状単電池ケースが金属ラミネート樹脂フィル
ムからなることを特徴とする。金属ラミネート樹脂フィ
ルムの金属の材質としては、アルミニウム、アルミニウ
ム合金、チタン箔などを使用することができる。

【００３０】金属ラミネート樹脂フィルムの熱溶着部の
材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレンテレフタレートなどの熱可塑性高分子材料を使用
することができる。

【００３１】また、金属ラミネート樹脂フィルムの樹脂
層や金属箔層は、それぞれ１層に限定されるものではな
く、２層以上であってもかまわない。

【００３２】また袋状単電池ケースとしては、金属ラミ
ネート樹脂フィルムを熱溶着することによって封筒状に
成形したラミネートケースや、２枚の金属ラミネート樹
脂シートの４辺を熱溶着したものや、一枚のシートを二
つ折りにして３辺を熱溶着したもの、金属ラミネート樹
脂シートをプレス成形してカップ状にしたものに発電要
素を入れるようなラミネートケースなど、あらゆる形状
の金属ラミネート樹脂フィルムケースを用いることがで
きる。

【００３３】さらに本発明は、上記非水電解質二次電池
において、接続体を被覆する絶縁体としては、電解液中
で溶解や反応しない、有機物や無機物等の各種絶縁体を
使用することができるが、その中でも、機械部品や電気
電子部品など機械的性質の優れた、ポリカーボネート、
ポリスルフォン、ポリアミド、ポリフェニレンオキシ
ド、ポリイミドなどのエンジニアリングプラスチックを
使用することが好ましい。さらにその中でも、非常に薄
い膜に加工することができるポリフェニレンサルファイ
トを使用することが特に好ましい。

【００３４】また、本発明において、発電要素の形状と
して長円形巻回型を使用する場合には、気密構造を有す
る袋状単電池ケースに、長円形巻回型発電要素がその巻
回中心軸が袋状単電池ケースの開口面に垂直方向である
ように収納すると、袋状単電池ケースの外部に電極端子
を取り出す等の製造方法において有利である。なお、垂
直方向とは、完全な垂直のみを意味するのではなく、お
おむね垂直な方向も意味する。

【００３５】本発明に使用する発電要素の形状として
は、断面が長円形巻回型に限られるものではなく、断面
が円形巻回型や非円形巻回型、あるいは平板型極板をセ
パレータを介して積層するスタック型や、シート状極板
を折りたたんでセパレータを介して積層する型など、あ
らゆる形状の発電要素を使用することができる。

【００３６】本発明になる非水電解質二次電池のに使用
する電解液溶媒としては、エチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチル
カーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメ
チルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホルムア
ミド、ジメチルアセトアミド、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、
２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキソラン、メチル
アセテート等の極性溶媒、もしくはこれらの混合物を使
用してもよい。

【００３７】また、有機溶媒に溶解するリチウム塩とし
ては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓ
Ｆ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ
（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）
２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２およびＬｉＮ（ＣＯＣＦ２
ＣＦ３）２などの塩もしくはこれらの混合物でもよい。

【００３８】また、本発明になる非水電解質二次電池の
隔離体としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解
液を含浸したものや、高分子固体電解質、高分子固体電
解質に電解液を含有させたゲル状電解質等も使用でき
る。また、絶縁性の微多孔膜と高分子固体電解質等を組
み合わせて使用してもよい。さらに、高分子固体電解質
として有孔性高分子固体電解質膜を使用する場合、高分
子中に含有させる電解液と、細孔中に含有させる電解液
とが異なっていてもよい。

【００３９】さらに、正極材料たるリチウムを吸蔵放出
可能な化合物としては、無機化合物としては、組成式Ｌ
ｉｘＭＯ２、またはＬｉｙＭ２Ｏ４（ただしＭは遷移
金属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２）で表される、複合酸
化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金
属カルコゲン化物を用いることができる。その具体例と
しては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ
４、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＭｎＯ２、ＦｅＯ２、Ｖ２Ｏ
５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２、ＴｉＳ２等が挙げられる。
また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導
電性ポリマー等が挙げられる。さらに、無機化合物、有
機化合物を問わず、上記各種活物質を混合して用いても
よい。

【００４０】さらに、負極材料たる化合物としては、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合
金、ＬｉＦｅ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｏＯ２等の遷移金属酸
化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌｉ５
（Ｌｉ３Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム
箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。

【００４１】

【実施例】次に、本発明を好適な実施例にもとづき説明
する。

【００４２】［実施例１］本発明になる非水電解質二次
電池は、正極板と隔離体と負極板とからなる長円形巻回
型発電要素が非水系の電解液とともに金属ラミネート樹
脂フィルムを熱溶着してなる金属ラミネート樹脂フィル
ムケースに収納されたものであり、その外観は図３に示
したのと同じである。

【００４３】金属ラミネート樹脂フィルムとしては、最
外層に表面保護用の１２μｍのＰＥＴフィルム、中間に
バリア層として９μｍのアルミニウム箔、最内層に熱溶
着層として１００μｍの酸変性低密度ポリエチレン層
の、３層積層したフィルムを使用した。

【００４４】正極活物質にはリチウムコバルト複合酸化
物を用いた。正極板は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔
製の集電体に、活物質としてのリチウムコバルト複合酸
化物を含む正極合剤を保持したものである。正極板は、
結着剤であるポリフッ化ビニリデン６部と導電剤である
アセチレンブラック３部とを活物質９１部とともに混合
し、Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調製し
た後、その集電体材料の両面に塗布、乾燥することによ
って製作した。

【００４５】負極板は、厚さ１４μｍの銅箔製の集電体
の両面に、ホスト物質としてのグラファイト（黒鉛）９
２部と結着剤としてのポリフッ化ビニリデン８部とを混
合し、Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調製
したものを塗布、乾燥することによって製作した。

【００４６】隔離体はポリプロピレン微多孔膜とし、ま
た、電解液は、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌ含むエチレン
カーボネート：ジエチルカーボネート＝４：６（体積
比）の混合液とした。

【００４７】極板の寸法は、正極板が厚さ１８０μｍ、
幅４９ｍｍ、隔離体が厚さ２５μｍ、幅５２ｍｍ、負極
板が厚さ１７０μｍ、幅５２ｍｍであり、正極板にはア
ルミニウム製の接続体を、また負極板にはニッケルメッ
キした銅製の接続体を、それぞれ超音波溶接で接続し、
順に重ね合わせてポリエチレンの長方形状の巻芯を中心
として、長辺が発電要素の巻回中心軸と平行になるよ
う、その周囲に長円渦状に巻回して、５２×３５×４ｍ
ｍの大きさの発電要素とした。

【００４８】この発電要素の接続体取り出し面には負極
が露出しているため、それと正極の接続体とが接触して
短絡するのを防止するため、正極のアルミニウム製接続
体の、袋状単電池ケース内部にあって、正極板と接続さ
れていない部分を、絶縁体である厚さ１０μｍのポリフ
ェニレンサルファイトで被覆した。

【００４９】これを金属ラミネート樹脂フィルムケース
に、長円形巻回型発電要素はその巻回中心軸が袋状金属
ラミネート樹脂フィルムケースの開口面に垂直となるよ
うに収納し、リード端子を固定して密封し、電解液を、
各電極と隔離体が十分湿潤し、発電要素外にフリーな電
解液が存在しない量を注液して、密閉溶着して封口し
た。

【００５０】正極の接続体および端子は厚み１００μｍ
のアルミニウムの金属導体、負極の接続体および端子は
厚み１００μｍのニッケルの金属導体である。また、正
極、負極の接続体および端子は平板短冊形状であり、極
板から電池外部に引き出されている。

【００５１】このようにして、公称容量５００ｍＡｈの
非水電解質二次電池を試作した。

【００５２】［実施例２］正極板を厚さ１８０μｍ、幅
５２ｍｍ、負極板を厚さ１７０μｍ、幅４９ｍｍとし、
発電要素の接続体取り出し面に正極が露出した、長円形
巻回型発電要素を作製し、それと負極の接続体とが接触
して短絡するのを防止するため、負極のニッケルメッキ
した銅製の接続体の、袋状単電池ケース内部にあって、
負極板と接続されていない部分を、絶縁体である厚さ１
０μｍのポリフェニレンサルファイトで被覆した。

【００５３】これ以外は実施例１と同様の、公称容量５
００ｍＡｈの非水電解質二次電池を試作した。

【００５４】［実施例３］正極板を厚さ１８０μｍ、幅
５２ｍｍ、負極板を厚さ１７０μｍ、幅５２ｍｍとし、
発電要素の接続体取り出し面に、正極と負極が共にが露
出した、長円形巻回型発電要素を作製した。そして、発
電要素の接続体取り出し面の正極と負極のニッケルメッ
キした銅製の接続体とが接触して短絡するのを防止する
ため、負極のニッケルメッキした銅製の接続体の、袋状
単電池ケース内部にあって、負極板と接続されていない
部分を、絶縁体である厚さ１０μｍのポリフェニレンサ
ルファイトで被覆した。また、発電要素の接続体取り出
し面の負極と正極のアルミニウム製接続体とが接触して
短絡するのを防止するため、正極のアルミニウム製接続
体の、袋状単電池ケース内部にあって、正極板と接続さ
れていない部分を、絶縁体である厚さ１０μｍのポリフ
ェニレンサルファイトで被覆した。

【００５５】これ以外は実施例１と同様の、公称容量５
００ｍＡｈの非水電解質二次電池を試作した。

【００５６】［比較例］正極のアルミニウム製接続体
の、袋状単電池ケース内部にあって、正極板と接続され
ていない部分をポリフェニレンサルファイトで被覆しな
かった以外は実施例１と同様の、公称容量５００ｍＡｈ
の非水電解質二次電池を試作した。

【００５７】実施例１〜３および比較例の電池各１０セ
ルずつを用いて、各電池を１ＣｍＡ（５００ｍＡ）／
４．１Ｖ−３時間充電後、５セルに、図５に示したよう
な端子取り出し方向から力を加え、残りの５セルに、端
子取り出し方向に対し直角の方向から力を加え、短絡の
発生状況を観察した。

【００５８】その結果を表１に示す。

【００５９】

【表１】

【００６０】表１からわかるように、本発明になる実施
例１〜３の電池では、短絡は全く起らなかったのに対
し、比較例の電池においては、ほとんどが短絡を起こし
た。

【００６１】

【発明の効果】本発明のように、正極板と隔離体と負極
板とを有する発電要素を袋状単電池ケース内部に収納
し、発電要素の電極と袋状単電池ケース外部の電極端子
とを接続体で接続した非水電解質二次電池において、少
なくとも一方の接続体の、袋状単電池ケース内部にあっ
て、電極と接触していない接続体部分を絶縁体で被覆す
ることにより、袋状単電池ケースの外部から力が加わっ
て、金属樹脂フィルムケースが変形し、発電要素の接続
体が取り出されている面に露出している電極と、それと
は極性の異なる接続体が接触した場合において、短絡を
防止し、その結果、安全性が優れ、エネルギー密度の高
い、小型・軽量の非水電解質二次電池が得られるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】袋状単電池ケースを示した図。

【図２】長円形巻回型発電要素の外観を示した図。

【図３】非水電解質二次電池の外観を示した図。

【図４】非水電解質二次電池のＡ−Ａ′断面を示す図。

【図５】端子取り出し方向から力が加わった場合の、非
水電解質二次電池のＡ−Ａ′断面を示す図。

【図６】端子取り出し方向に対し直角方向から力が加わ
った場合の、非水電解質二次電池のＡ−Ａ′断面を示す
図。

【符号の説明】

１金属ラミネート樹脂フィルム２背シール部３、２３底シール部４開口部５、２１発電要素６、２５正極接続体７負極接続体８発電要素の巻回中心軸９端子取り出しシール部１０、２６正極端子１１負極端子２２袋状単電池ケース２４端子取り出しシール部２５接続体２７発電要素の接続体取り出し面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極板と隔離体と負極板とを有する発電
要素を袋状単電池ケース内部に収納し、発電要素の電極
と袋状単電池ケース外部の電極端子とを接続体で接続し
た非水電解質二次電池において、少なくとも一方の接続
体の、袋状単電池ケース内部にあって、電極と接触して
いない接続体部分を絶縁体で被覆することを特徴とする
非水電解質二次電池。