JP2003346880A - 電 池 - Google Patents

電 池

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JP2003346880A
JP2003346880A JP2002151548A JP2002151548A JP2003346880A JP 2003346880 A JP2003346880 A JP 2003346880A JP 2002151548 A JP2002151548 A JP 2002151548A JP 2002151548 A JP2002151548 A JP 2002151548A JP 2003346880 A JP2003346880 A JP 2003346880A
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JP
Japan
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winding
power generating
battery
generating element
core
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JP2002151548A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Tasai
田才  博志
Isao Suzuki
鈴木  勲
Takeshi Shimozono
下薗  武司
Kuniyoshi Munenaga
胸永  訓良
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】組み立て作業性がよく、かつ電池性能のばらつ
きの少ない電池を提供する。 【解決手段】帯状の正負極を帯状のセパレータを介して
巻回した発電要素を備え、前記発電要素の中心にはシー
ト材を筒状に巻いた巻芯を有し、前記発電要素の巻回方
向と前記巻芯の巻回方向とが逆である電池とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、帯状の正負の電極
を帯状のセパレータを介して巻回した巻回型の発電要素
を備えた電池に関する。
【0002】
【従来の技術】巻回型の発電要素1を備えた非水電解質
二次電池の構成例を説明する。この発電要素1は、図5
及び図6に示すように、帯状の正極1aと負極1bを帯
状のセパレータ1cを介して巻回したものであり、正極
1aと負極1bをそれぞれ上下に少しづつずらして巻回
することにより、発電要素1の下端側には正極1aの下
方端縁部のみを突出させ、上端側には負極1bの上方端
縁部のみを突出させている。また、セパレータ1cは、
これら正極1aと負極1bが重なり合う部分は確実に覆
うが、上下の端縁部は覆わないような幅で巻回する。
【0003】上記発電要素1は、図7に示すような長円
筒容器状の電池ケース本体4や図示しない角型電池ケー
スに収納される。そして、この電池ケース本体4の上端
開口部に電池ケース蓋部5を嵌め込んで周囲を溶接する
ことにより内部が密閉される。この電池ケース本体4に
収納された発電要素1の正極1aと負極1bには、電池
ケース蓋部5の2箇所の開口孔にそれぞれガラスハーメ
チックシールやセラミックハーメチックシールによって
絶縁封止された正負極の端子6、6が集電体7、7を介
して接続されている。なお、実際にはこれらの端子6、
6には、予め電池ケース蓋部5と同種の金属リングがガ
ラスハーメチックシールやセラミックハーメチックシー
ルによって絶縁固定される。そして、これらの端子6、
6をまず集電体7、7にそれぞれ接続固定し、次にこれ
らの集電体7、7を発電要素1の正極1aと負極1bに
それぞれ接続固定した後に、端子6、6に絶縁固定した
金属リングを電池ケース蓋部5の2箇所の開口孔に溶接
によってそれぞれ封止固定するようにしている。
【0004】上記構成の非水電解質二次電池は、充放電
に伴って正極1aと負極1bが膨張と収縮を繰り返すの
で、発電要素1の巻回の中心部を中空状のままにしてお
くと、図8に示すように、充放電サイクルの進行に伴っ
て正極1aや負極1bに撓みが生じ巻回が弛むおそれが
ある。そこで、従来は、特に大型大容量の電池の場合
に、図9に示すように、発電要素1の巻回の中心部にパ
イプ状の巻芯3を挿入して、正極1aや負極1bに撓み
が生じるのを防止していた。また、特開2000−15
6241に記載されているようなシート材を筒状に巻い
た巻芯を用いる場合もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、巻芯3は、
長円筒形のパイプ状という特殊な形状であるだけでな
く、発電要素1の巻回時に予め巻回機の巻軸にガタつき
なくセットするために、加工精度の高いものが要求され
るので、1本ずつ切削加工により作製しなければなら
ず、製造コストが高くなるという問題があった。また、
金属製の巻芯3を用いると、電池の重量が重くなるとい
う問題もあった。さらに、シート材を筒状に巻いた巻芯
を用いるとなぜかしら巻回不良が出て生産性が落ちると
いった問題や電池性能がばらつくといった問題もあっ
た。
【0006】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、組み立て作業性がよく、かつ電池性
能のばらつきの少ない電池を提供することを目的として
いる。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、帯状
の正負極を帯状のセパレータを介して巻回した発電要素
を備えた電池において、前記発電要素の中心にはシート
材を筒状に巻いた巻芯を有し、前記発電要素の巻回方向
と前記巻芯の巻回方向とが逆であることを特徴とする電
池である。
【0008】請求項1の発明によれば、シート材を筒状
に巻いた巻芯を用いているので、成形加工によって安価
に高精度のものが製造でき、電池の軽量化を図れるとと
もに、発電要素の巻回方向と前記巻芯の巻回方向とが逆
であるので、発電要素の巻回が均一に行え、組み立て作
業性が著しく改善されるとともに、電池特性のばらつき
を低減することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【0010】図1〜図4は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図1は非水電解質二次電池の発電要素の斜
視図、図2は巻芯の斜視図、図3は巻芯の弾性による電
極の撓み抑制効果を説明するための模式縦断面平面図、
図4は本発明にかかる発電要素と巻芯の関係を示す模
式縦断面平面図である。なお、図6〜図10に示した従
来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記
して説明する。
【0011】本実施形態は、図6〜図8に示した従来例
と同様に、長円筒形の巻回型の発電要素1を備えた大型
大容量の非水電解質二次電池について説明する。この非
水電解質二次電池の発電要素1も、図1に示すように、
帯状の正極1aと負極1bを上下にずらし帯状のセパレ
ータ1cを介して長円筒形に巻回したものである。ま
た、この発電要素1の巻回の中心部には、巻芯2が挿入
されている。
【0012】巻芯2は、合成樹脂シート材を中心部に空
間を開けて長円筒形等に巻回したものである。この場
合、合成樹脂シート材の巻回数は特に限定されないが、
1.1巻以上、10巻以下とするのが好ましい。1.1
巻未満では、継目の強度が弱くなるために巻芯2の強度
が低下してしまい、10巻を超えると製造コストが高く
なり過ぎるという問題が生じるからである。この合成樹
脂シート材は、長円筒形等に巻回した後に冷却(熱可塑
性樹脂)又は加熱(熱硬化性樹脂)して硬化させること
により適当な剛性を持たせるようにしてもよく、弾性の
強い合成樹脂シート材を巻回した状態で発電要素1の巻
回の中心部に挿入するようにしてもよい。また、巻回し
た合成樹脂シート材同士を溶着したり、熱可塑性樹脂で
接着したり、テープで継目を固定して製造することもで
きる。テープの材質は、ベースフィルムに耐熱性の高い
フッ素樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミ
ド、シリコーン樹脂又はフェノール樹脂を用い、粘着剤
にSRRゴムやシリコーンゴム等のゴム系のものを用い
るのが好ましい。
【0013】図4に示すように、巻芯2の巻回方向と発
電要素1の巻回方向とが逆であることに本発明の特徴が
ある。このような巻回方法によれば、発電要素の巻回に
際し、巻芯からの反発力が作用するため、発電要素の巻
回が均一に行え、組み立て作業性が著しく改善されると
ともに、極板への適度な圧迫力が働くため電池特性のば
らつきを低減するものと思われる。
【0014】上記構成の非水電解質二次電池によれば、
充放電に伴って発電要素1の正極1aと負極1bが膨張
と収縮を繰り返しても、巻芯2がこれらの正極1aと負
極1bを内側から支えるので、撓みが生じるのを防止す
ることができる。しかも、充放電時に発電要素1の内部
の温度が高温になっても、巻芯2が耐熱性の高い合成樹
脂からなるので、軟化して正極1aと負極1bを支える
ことができなくなるようなこともなくなる。
【0015】従って、本実施形態によれば、従来の金属
製の巻芯3を用いた場合と同様に、正極1aと負極1b
に撓みが生じるのを防止することができる。しかも、巻
芯2は、軽量な合成樹脂を成形加工によって高精度で安
価に作製できるので、金属製の巻芯3の場合のように製
造コストが高くなったり、電池重量が重くなったりする
こともなくなる。
【0016】巻芯2の基材厚みは、電池厚みの0.2〜
5%の範囲が好ましい。0.2%未満では電極の撓みを
抑制する効果が小さく、5%より大きくなると電池内の
占有スペースが大きくなるために容量が低下するからで
ある。
【0017】さらに、上記実施形態では、巻芯2を長円
筒形等のパイプ状に形成したものについて説明したが、
円形や楕円形等に巻回した後に両側から圧縮して長円筒
形又は長円筒形に近い形状とした発電要素1についても
同様に実施可能である。しかも、楕円形やこれに類似し
たほぼ長円筒形に巻回した発電要素1をそのまま用いた
ものにも同様に実施可能である。
【0018】さらに、上記実施形態では、非水電解質二
次電池について説明したが、ほぼ長円筒形に巻回した巻
回型の発電要素1を備えた電池であれば、他の電池にも
同様に実施可能である。
【0019】なお、本発明にかかる非水電解質二次電池
としては下記のような構成が好適である。まず、正極活
物質には二硫化チタンをはじめとしてリチウムコバルト
複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸
化バナジウムおよび三酸化モリブデンなどの種々のもの
が利用可能であるが、なかでも、リチウムコバルト複合
酸化物(LixCoO2 )およびスピネル型リチウムマンガン
酸化物 (Lix Mn2 O4 )は、4V(Li/Li+ ) 以上のきわめ
て貴な電位で充放電を行うため、正極として用いること
で高い放電電圧を有する電池が実現できる。尚、正極
は、集電体として10〜30μm厚のアルミニウム箔が
公的であり、前記集体の両面に活物質層が塗着されるの
が一般的であり、活物質層は、厚みが50〜150μm
(片面当り)、密度が1.8〜3.0g/cc、多孔度
が25〜45%のものが寿命性能及び充放電特性上好ま
しい。
【0020】負極としては、金属リチウムをはじめとし
てリチウムの吸蔵・放出が可能なLi−Al合金や炭素
材料など種々のものが適用可能であるが、なかでも炭素
材料は、安全性が高くかつサイクル寿命の長い電池が得
られるという利点がある。この場合、集電体としては1
0〜20μ厚の銅箔が好適であり、活物質層は、厚みが
45〜125μm(片面当り)、密度が1.15〜2.
5g/cc、多孔度が25〜45%のものが寿命性能及
び充放電特性上好ましい。
【0021】また、電解液としては、プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、7−ブチロラクトン、
スルホランなどの高誘電率溶媒に1,2−ジメトキシエ
タン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネートなどの低粘度溶媒を混合した
ものに、溶質としての過塩素酸リチウム、トリフルオロ
メタンスルホン酸リチウム、六フッ化燐酸リチウムなど
が添加されたものである。これら液系のものではなく、
全固体式の電解質やゲル状電解質あるいはこれらと液系
電解質との併用といったものもある。
【0022】電極は、例えば活物質と結着剤と溶剤とを
混合して調製したスラリーを金属箔上に塗布して製造で
きる。結着剤として、ポリフッ化ビニリデンおよびポリ
テトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が耐酸化還元
性、耐電解液性の点で優れているが、なかでも有機溶剤
に可溶なポリフッ化ビニリデンは容易にスラリーを調製
できるため現在最も広く用いられている。その量として
は、正極の場合は2〜6重量%、負極の場合には6〜1
0重量%とするのが好ましい。セパレータとしては、厚
さ20〜60μmの多孔性の樹脂フィルムが好適である
が、ポリマー電解質膜を用いることもできる。
【0023】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池は、帯状の正負極を帯状のセパレータを介して巻
回した発電要素を備え、前記発電要素の中心にはシート
材を筒状に巻いた巻芯を備え、前記発電要素の巻回方向
と前記巻芯の巻回方向とが逆であることを特徴とする。
この発明によれば、シート材を筒状に巻いた巻芯を用い
ているので、成形加工によって安価に高精度のものが製
造でき、電池の軽量化を図れるとともに、発電要素の巻
回方向と前記巻芯の巻回方向とが逆であるので、発電要
素の巻回が均一に行え、組み立て作業性が著しく改善さ
れるとともに、電池特性のばらつきを低減することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す発電要素と巻芯の斜
視図である。
【図2】本発明の一実施形態を示す巻芯の斜視図であ
る。
【図3】本発明の一実施形態を示すものであって、巻芯
の弾性による電極の撓み抑制効果を説明するための縦断
面平面図である。
【図4】本発明の一実施形態を示すものであって、巻芯
の巻き方向と発電要素の巻き方向との関係を示す模式断
面平面図である。
【図5】従来の発電要素の巻回途中の斜視図である。
【図6】従来例の発電要素の斜視図である。
【図7】非水電解質二次電池の構造を説明するための組
み立て斜視図である。
【図8】発電要素の電極に撓みが生じた場合の縦断面平
面図である。
【図9】従来例を示すものであって、発電要素の巻回の
中心部に巻芯を挿入した場合の非水電解質二次電池の縦
断面平面図である。
【符号の説明】
1 発電要素 1a 正極 1b 負極 1c セパレータ 2 巻芯
フロントページの続き (72)発明者 下薗 武司 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 1番地 日本電池株式会社内 (72)発明者 胸永 訓良 京都府京都市南区吉祥院西ノ庄猪之馬場町 1番地 日本電池株式会社内 Fターム(参考) 5H028 AA05 BB07 BB08 CC12 5H029 AJ14 AK02 AK03 AK05 AL06 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 AM11 AM16 BJ14 CJ07 DJ04

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 帯状の正負極を帯状のセパレータを介し
    て巻回した発電要素を備えた電池において、前記発電要
    素の中心にはシート材を筒状に巻いた巻芯を有し、前記
    発電要素の巻回方向と前記巻芯の巻回方向とが逆である
    ことを特徴とする、電池。
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