JP2002042744A - 扁平形非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた放電性能を有する扁平形非水電解質二次
電池を提供する。 【解決手段】の扁平形非水電解質二次電池は、正極ケー
スと負極ケースのいずれか一方の内側に、もしくは正極
ケースと負極ケースの両者の内側に凹凸を設けることに
より、放電時に電極群が収縮しても電極群と電池容器と
の接触は保たれるように構成されているので、優れた放
電性能を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は重負荷放電特性に優
れた扁平形非水電解質二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】正極作用物質にＭｎＯ₂ やＶ₂ Ｏ₅ など
の金属酸化物、あるいはフッ化黒鉛などの無機化合物、
あるいはポリアニリンやポリアセン構造体などの有機化
合物を用い、負極に金属リチウム、あるいはリチウム合
金、あるいはポリアセン構造体などの有機化合物、ある
いはリチウムを吸蔵、放出可能な炭素質材料、あるいは
チタン酸リチウムやリチウム含有珪素酸化物のような酸
化物を用い、電解質にプロピレンカーボネート、エチレ
ンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカー
ボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボ
ネート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトンなどの
非水溶媒にＬｉＣｌＯ₄ 、ＬｉＰＦ₆ 、ＬｉＢＦ₄ 、Ｌ
ｉＣＦ₃ ＳＯ₃ 、ＬｉＮ（ＣＦ₃ ＳＯ₂ ）₂ 、ＬｉＮ
（Ｃ₂ Ｆ₅ ＳＯ₂ ）₂ 等の支持塩を溶解した非水電解質
を用いたコイン形やボタン形などの扁平形非水電解質二
次電池は、放電電流が数〜数十μＡ程度の軽負荷で放電
が行われるＳＲＡＭやＲＴＣのバックアップ用電源や電
池交換不要腕時計の主電源といった用途に用いられてい
る。

【０００３】これら従来のコイン形やボタン形などの扁
平形非水電解質二次電池は製造が簡便であり、量産性に
優れ、長期信頼性や安全性に優れるという長所をもって
いる。また、構造が簡便であることから小型化が可能で
ある。

【０００４】しかし、その反面、電極面積が制限される
ため中〜重負荷放電に不可能であり、小型電池のニーズ
が大きい携帯電話やＰＤＡなどの情報端末の主電源とし
ては採用することができなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは
種々検討した結果、電池形状は変更せず、電極面積を大
きくすることで重負荷放電が可能なコイン形やボタン形
の扁平形非水電解質二次電池を提供するものである。す
なわち、扁平形電池の扁平面に垂直な方向の断面をみた
場合、少なくとも３面以上の正極と負極がセパレータを
介し対向している正負極対向面を有する電極群を配し、
かつ電極群内の正負極対向面積の総和を絶縁ガスケット
の開口面積よりも大きくすることで重負荷放電特性を著
しく向上させた扁平形非水電解質二次電池を提供するこ
とができたが、大電流放電時に電圧が低下するという不
具合があった。

【０００６】この電圧低下の原因は電極群と電池容器の
接触にあることが分かった。このような非水電解質二次
電池では、充放電に伴う作用物質の体積変化が大きく、
放電時に電極群が収縮して電池容器との接触が保てなく
なり、内部抵抗の増加につながるためである。

【０００７】従来型の円筒形や角形の非水電解質二次電
池では電極群からタブ端子を引き出し、電気容器等の外
部端子に溶接することにより電気的接続を確保してい
る。そのため電極群の体積変化の際にも接触不良による
内部抵抗の上昇は起こらなかった。

【０００８】しかし、扁平形の電池では電極ケースと電
極群は接触により電気的接続をとっているため、電極群
の収縮時には内部抵抗が上昇することになる。従来はエ
キスパンドメタルなどの金属網を電気容器内面に抵抗溶
接することにより電極群と電気容器との接触を確保する
ことで上記の内部抵抗の上昇を押さえていたが、電池構
成部品点数が増加することと、正極ケースについては抵
抗溶接部分から腐食し漏液事故が発生する恐れがあっ
た。本発明は上記問題を解消するためになされたもの
で、優れた放電性能を有する扁平形非水電解質二次電池
を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の扁平形非水電解質二次電池では正極ケース
と負極ケースのいずれか一方の内側に、もしくは正極ケ
ースと負極ケースの両者の内側に凹凸を設けることによ
り、放電時に電極群が収縮しても電池容器との接触は保
たれるように構成したものである。

【００１０】従来のペレット状に成形した作用物質を用
いた扁平型一次電池では、電池ケースと外部端子の接触
抵抗を軽減するために電池ケース外面にエンボス加工の
ような凹凸を設けた例は知られている。

【００１１】本発明のように電池ケース内面に凹凸を設
けて電極群との接触を向上させた例はなかった。またペ
レット状に成形した作用物質は、それ自身の抵抗値が１
０〜５０Ωと高く大電流放電は不可能であり、そのため
接触抵抗値は問題とされなかった。しかし、本発明の電
極群は表面積が大きく、内部抵抗が低くなるため、電池
全体の内部抵抗に対して接触抵抗の占める比重が大き
く、大電流放電を行うにはこの接触抵抗値の改善が必要
であるということに気付いた。また、ペレット状の扁平
形一次電池の場合は、放電のみ行われるため充放電に伴
う作用物質の体積変化が問題とならなかった。

【００１２】なお、凹凸を突起形状で正負極ケース内部
に設けた場合、突起寸法としては径φが０．２〜２．０
ｍｍ、高さが０．０１〜０．５０ｍｍの範囲にあれば十
分な効果が得られる。突起の個数は単数であっも複数で
あってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例及び比較例
について詳細に説明する。 （実施例１）本発明の実施例１の電池の製造方法を図１
の断面図を参照して説明する。まず、ＬｉＣｏＯ₂ １０
０質量部に対し、導電剤としてアセチレンブラック５質
量部と黒鉛粉末５質量部を加え、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン５質量部を加え、Ｎ−メチルピロリドンで
希釈、混合し、スラリー状の正極合剤を得た。次に、こ
の正極合剤を、正極集電体である厚さ０．０２ｍｍのア
ルミ箔の両面にドクターブレード法により塗工、乾燥を
行い、正極作用物質含有層の塗膜厚さが両面で０．１５
ｍｍの両面塗工正極を作製した。次に、この電極体の片
面の端から１０ｍｍ部分の作用物質含有層を除去し、ア
ルミ層を剥き出しにし通電部とし、幅１５ｍｍ，長さ１
２０ｍｍに切り出し正極板２を作製した。

【００１４】次に、黒鉛化メソフェーズピッチ炭素繊維
粉末１００質量部に結着剤としてスチレンブタジエンゴ
ム（ＳＢＲ）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）
をそれぞれ２．５質量部添加し、イオン交換水で希釈、
混合してスラリー状の負極合剤を得た。この負極合剤を
負極集電体である厚さ０．０２ｍｍの銅箔両面にドクタ
ーブレード法により塗工、乾燥を行い、作用物質含有層
の塗膜厚さが０．１５ｍｍの両面塗工負極を作製した。
次に、この電極体の片面の端から１０ｍｍ部分の作用物
質含有層を除去し、銅層を剥き出しにし通電部とし、幅
１５ｍｍ，長さ１２０ｍｍに切り出し負極板４を作製し
た。

【００１５】次に、正負極板通電部面を外周巻き終り側
とし、これら正極板と負極板の間に厚さ２５μｍのポリ
エチレン微多孔膜からなるセパレータ３を介して渦巻状
に捲回し、扁平形電池の扁平面に対し水平方向に正負極
対抗部を持つように一定方向に捲回電極の中心部の空間
がなくなるまで加圧し偏平状の電極群を作製した。

【００１６】作製した電極群を８５℃で１２ｈ乾燥した
後、絶縁ガスケット６を一体化した負極金属ケース１の
内底面に電極群の負極板の作用物質含有層除去部が接す
るように配置し、エチレンカーボネートとメチルエチル
カーボネートを体積比１：１の割合で混合した溶媒に支
持塩としてＬｉＰＦ₆ を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解せし
めた非水電解質を注液し、さらに電極群の正極板の作用
物質含有層除去部に接するようにステンレス製の正極ケ
ース５を嵌合し、上下反転後、正極ケースに径方向およ
び高さ方向の加締め加工を実施し、封口した。前記負極
ケース１中央部には容器外面から内面に向けてφ１．０
ｍｍ、高さ０．２ｍｍの突起１ａが設けられている。こ
れにより厚さ３ｍｍ、直径φ２４．５ｍｍの実施例１の
扁平形非水電解質二次電池を５０個製作した。

【００１７】（実施例２）負極ケースに突起を設けず、
正極ケースの中央部に容器外面から内面に向けて１．０
ｍｍ、高さ０．２ｍｍの突起１ａが設けられている以外
は実施例１と同様の、図１に示す構造の電池を５０個作
製した。

【００１８】（実施例３）正極ケースと負極ケース両者
の中央部に容器外面から内面に向けてφ１．０ｍｍ、高
さ０．２ｍｍの突起１ａが設けられている以外は実施例
１と同様の、図１に示す構造の電池を５０個作製した。

【００１９】（比較例１）突起のない負極ケースを用い
たこと以外は実施例１と同様の、図１に示す構造の電池
を５０個作製した。

【００２０】これらの電池について、４．２Ｖ、３ｍＡ
の定電流定電圧で、４８時間初充電を実施後、１５０ｍ
Ａの定電流で３．０Ｖまで放電を実施し、放電容量を求
めた。この試験結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この表１から本実施例の電池に対し、比較
例の電池では著しく放電容量が劣っている。これは放電
時に電極が収縮することにより電極群と電池容器の接触
が不安定になり、内部抵抗が上昇したためである。本実
施例のように突起を設ければ、接触が確保されるため、
このような容量低下は生じない。実施例１、２、３の比
較から、突起を正極側、負極側のいずれか、もしくは両
者に設けた場合でも効果は同じであることが分かる。し
たがって、本発明によれば、優れた放電性能を示す扁平
形非水電解質二次電池を得ることができる。なお、本発
明の実施例は、ケース内面に突起を１つ設けた場合で説
明したが、エンボス加工のような凹凸をケース内面に施
した場合でも同様の効果が得られる。

【００２３】また、非水電解質に非水溶液を用いた扁平
形非水電解質二次電池を用いて説明したが、非水電解質
にポリマー電解質を用いたポリマー二次電池や固体電解
質を用いた固体電解質二次電池についても同様の効果が
得られる。さらに、樹脂製セパレータの代わりにポリマ
ー薄膜や固体電解質膜を用いることも可能である。

【００２４】電池形状については正極ケースのかしめ加
工により封口するコイン形非水電解質二次電池を用いて
説明したが、正負極電極を入れ替え、負極ケースのかし
め加工により封口することも可能である。さらに、電池
形状についても円形のコイン型である必要はなく小判
形、角形などの特殊形状を有する扁平形非水電解質二次
電池においても適用可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた放電性能の扁平形非水電解質二次電池を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の電池の断面図。

【図２】図１の負極ケースの上面図。

【符号の説明】

１…負極ケース、１ａ…負極ケース突起部、２…正極
板、３…セパレータ、４…負極板、５…正極ケース、６
…絶縁ガスケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 正美 東京都品川区南品川三丁目４番10号 東芝 電池株式会社内 Ｆターム(参考） 5H011 AA03 CC06 DD15 5H029 AJ03 AJ06 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ03 BJ12 BJ14 BJ15 DJ02 DJ14 HJ12

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負極端子を兼ねる金属製の負極ケース
   と、正極端子を兼ねる金属製の正極ケースが、絶縁ガス
   ケットを介し嵌合され、さらに前記正極ケースが前記絶
   縁ガスケットを圧縮する加締め加工により加締められた
   封口構造を有し、その内部にリチウム含有酸化物の正極
   とセパレータと炭素質材料の負極と非水電解質を内包し
   た扁平形非水電解質二次電池において、帯状の正極及び
   負極をセパレータを介して捲回または、多層積層また
   は、折り返しされた扁平状の電極群が収納され、前記電
   極群の一方の扁平面の外側に導電性を有する正極構成材
   を露出させることにより正極ケースに接触させ、前記電
   極群のもう一方の扁平面の外側に導電性を有する負極構
   成材を露出させることにより負極ケースに接触させ、正
   極ケースと負極ケースのいずれか一方の内側に、もしく
   は正極ケースと負極ケースの両者の内側に凹凸を設けた
   ことを特徴とする扁平形非水電解質二次電池。
2. 【請求項２】 正極ケースと負極ケースのいずれか一方
   の内側に、もしくは正極ケースと負極ケースの両者の内
   側に突起を設けたことを特徴とする請求項１記載の扁平
   形非水電解質二次電池。