JP2004014189A

JP2004014189A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2004014189A
Application number: JP2002163227A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Usumi; 羽隅　　毅; Katsuya Noma; 野間　　克也; Masaki Koike; 小池　　将樹
Original assignee: Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Current assignee: Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】高エネルギー密度でしかもサイクル特性に優れた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備えた発電要素を単電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記単電池ケースが筒状外装体と二つの蓋状外装体とからなり、蓋状外装体は樹脂層と金属層の少なくとも２層からなる積層体からなり、一方の蓋状外装体の金属部分が正極板と接続され、他方の蓋状外装体の金属部分が負極板と接続されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【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。それに伴い、内蔵される電池も高エネルギー密度を有し、かつ軽量なものが採用されている。そのような要求を満たす典型的な電池は、特にリチウム金属やリチウム合金等の活物質、またはリチウムイオンをホスト物質（ここでホスト物質とは、リチウムイオンを吸蔵および放出することができる物質をいう。）である炭素材料に吸蔵させたリチウムインターカレーション化合物を負極材料とし、ＬｉＣｌＯ_４やＬｉＰＦ_６等の電解質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である。
【０００３】
この非水電解質二次電池は、上記の負極材料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極板、コバルト酸リチウムのようにリチウムイオンと可逆に電気化学反応をする正極活物質をその支持体である正極集電体に保持してなる正極板、電解液を保持するとともに正極板と負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からなっている。
【０００４】
そして、上記正極板および負極板は、いずれも薄いシートないし箔状に成形されたものを、セパレータを介して順に積層又は渦巻き状に巻回した発電要素とする。そしてこの発電要素を、ステンレス、ニッケルめっきを施した鉄、またはアルミニウム等の金属からなる電池容器に収納され、電解液を注液後、蓋板で密封固着して、電池を組み立てられてきた。
【０００５】
ところが、金属性電池容器を用いた場合、気密性が高く、かつ機械的強度に優れてはいるものの、電池の軽量化や電池容器の材料、デザインには大きな制約となっていた。
【０００６】
その問題を解決するものとして、特開２００２−７５２９１号公報に開示されているような、図４に示した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た。この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が使用され、電池の軽量化を図ることが可能となった。図４において、４１は発電要素、４２は金属ラミネート樹脂フィルム、４３は中央熱溶着部、４４は端子側熱溶着部、４５は端部熱溶着部、４６は正極端子、４７は負極端子である。
【０００７】
また、特開平０８−３２９９７２号公報に開示されているような、図５に示したフィルムと側板とからなる電池ケースを使用することが提案されている。図５において、５１はフィルム、５２はフィルムのシール部、５３は第１の側板、５４は第２の側板、５５は第１の側板とフィルムとのシール部、５６は第２の側板とフィルムとのシール部、５７は端子である。この電池では、積層電極体にフィルム５１を巻き付け、両側からポリプロピレン製の側板で挟み、フィルム５１と２つの側板５３および５４とが、５５および５６でシールされている。端子５７は、第２の側板５２に設けた端子用孔を通して、Ｏリングやガスケットを介して固定されている。また、フィルム部分にはハードケースが取り付けられ、このハードケースは側板に超音波溶着されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属ラミネート樹脂フィルムを使用した袋状単電池ケースでは、フィルムの内側同士を熱溶着する部分が必要となり、図４で示した、４３、４４および４５のような熱溶着部分が必要であり、この熱溶着部分だけ電池が大きくなり、エネルギー密度が小さくなるという問題があった。そのため熱溶着部を折り曲げることで見かけの体積を小さくする手段がとられてきたが、電池のエネルギー密度が小さくなるという問題を免れることはできなかった。
【０００９】
また、上記特開平０８−３２９９７２に開示されているような、フィルムと側板とからなる電池ケースを使用した場合には、側板から端子を取り出す機構が複雑なため製造工程が複雑となり、さらに、ハードケースが必要なことから、電池のエネルギー密度を大きくすることは困難であった。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、高エネルギー密度でしかもサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、正極板と隔離体と負極板とを備えた発電要素を単電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記単電池ケースが筒状外装体と二つの蓋状外装体とからなり、前記蓋状外装体は樹脂層と金属層の少なくとも２層からなる積層体からなり、一方の蓋状外装体の金属部分が正極板と接続され、他方の蓋状外装体の金属部分が負極板と接続されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によれば、高エネルギー密度でしかもサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、上記非水電解質二次電池において、筒状外装体材料が、内側熱可塑性樹脂層、金属箔層、および外側熱可塑性樹脂層の少なくとも３層からなる積層体で、前記筒状外装体材料の内側熱可塑性樹脂と外側熱可塑性樹脂とが接合されて筒状外装体とし、前記筒状外装体の内側熱可塑性樹脂と蓋状外装体とが接合されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、構造が簡単な、高エネルギー密度の非水電解質二次電池を提供することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、上記非水電解質二次電池において、蓋状外装体の形状はカップ状であり、前記蓋状外装体の外側底面は金属層が露出しており、前記蓋状外装体の内側に発電要素の一部が挿入されたことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、製造工程がより容易な、高エネルギー密度の非水電解質二次電池を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本発明は、正極板と隔離体と負極板とを備えた発電要素を単電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記単電池ケースが筒状外装体と二つの蓋状外装体とからなり、前記蓋状外装体は樹脂層と金属層の少なくとも２層からなる積層体からなり、一方の蓋状外装体の金属部分が正極板と接続され、他方の蓋状外装体の金属部分が負極板と接続されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明には、正極板と隔離体と負極板とを巻回して製作した巻回型発電要素や、複数の正極板と隔離体と負極板とを順次積層して製作した積層型発電要素を使用することができる。また、発電要素の断面形状は、長円形、長方形、円形、楕円形のいずれであってもよく、他の形状でもよい。好ましくは、長円形、円形に類似する形状である。
【００１９】
本発明の単電池ケースは、筒状外装体と二つの蓋状外装体とからなり、それらが接合され、その内部に発電要素を収納したものである。本発明による蓋状外装体と筒状外装体との接合は、熱溶着や超音波溶着を用いることができる。蓋状外装体と筒状外装体との接着幅は、１〜１０ｍｍとすることができる。しかし接着幅が狭すぎた場合、水分やガスを透過しやすくなり、電池特性に悪影響を及ぼす恐れがある。また、溶着幅が広すぎる場合、エネルギー密度を低下させることになる。接着幅は２〜５ｍｍであることがより好ましい。
【００２０】
また蓋状外装体は、樹脂層と金属層の少なくとも２層からなる積層体からなるものである。そして、筒状外装体と溶着する部分に樹脂層を備えるものである。蓋状外装体の筒状外装体と溶着する部分の樹脂の材質は、筒状外装体の内側熱可塑性樹脂層と同じ材質であることが好ましい。
【００２１】
本発明における、一方の蓋状外装体の金属部分と正極板との接続および他方の蓋状外装体の金属部分と負極板との接続は、正極板に取り付けられた正極集電体と金属部分および負極板に取り付けられた負極集電体と金属部分を直接接続することができる。また、同種金属材料もしくは異種材料からなる接続体を用いて、正極集電体と金属部分および負極集電体と金属部分を接続しても良い。接続方法としては、超音波溶着、スポット溶接、圧着、カシメ溶接、導電性粘着テープなどを用いることができる。
【００２２】
本発明の非水電解質二次電池組立の工程を図１〜図３に示す。図１は本発明になる非水電解質二次電池組立の第１の工程を示す図、図２は本発明になる非水電解質二次電池組立の第２の工程を示す図、図３は本発明になる非水電解質二次電池の外観を示す図である。図１〜図３において、１は巻回型発電要素、２は巻回型発電要素の一方の渦巻部、３は巻回型発電要素の他方の渦巻部、４は正極板、５は負極板、６は正極側蓋状外装体、７は負極側蓋状外装体、８は正極接続体、９は負極接続体、１０は正極接続体の正極側蓋状外装体との接続部、１１は負極接続体の負極側蓋状外装体との接続部、１２は金属ラミネート樹脂フィルムである。
【００２３】
まず、正極板と隔離体と負極板とを順に重ね合わせて、長方形状の巻芯の周囲に長円渦状に巻回して、発電要素とした。この発電要素１に適量の電解液を浸透させた。この発電要素１、正極側蓋状外装体６および負極側蓋状外装体７を、図１のように配置し、さらに、正極接続体８と負極接続体９とを、矢印の方向から配置した。
【００２４】
次に、図２に示すように、発電要素１の一方の渦巻部２と正極接続体８とを、正極側蓋状外装体６の凹部に挿入した。この時、正極接続体の正極側蓋状外装体との接続部１０も、正極側蓋状外装体６の凹部の中に入るようにする。そして、正極側蓋状外装体６と正極接続体８および正極３と正極接続体８とを接合した。同様にして、発電要素１の他方の渦巻部３と負極接続体９とを、負極側蓋状外装体７の凹部に挿入し、負極接続体の負極側蓋状外装体との接続部１１も、負極側蓋状外装体７の凹部の中に入るように、負極側蓋状外装体７と負極接続体９および負極５と負極接続体９とを接合した。
【００２５】
さらに、図３に示すように、発電要素１の周囲を金属ラミネート樹脂フィルム１２で覆い、金属ラミネート樹脂フィルムの端部同士を接合して筒状外装体とし、この筒状外装体と、正極側蓋状外装体６および負極側蓋状外装体７とを接合して、本発明になる非水電解質二次電池を得る。
【００２６】
本発明の非水電解質二次電池組立の、接続体を用いない工程を図６〜図９に示す。図６は本発明になる接続体を用いない非水電解質二次電池組立の第１の工程を示す図、図７は本発明になる接続体を用いない非水電解質二次電池組立の第２の工程を示す図、図８は本発明になる接続体を用いない非水電解質二次電池組立の第３の工程を示す図、図９は本発明になる接続体を用いない非水電解質二次電池の外観を示す図である。図６〜図９において、記号１〜１２は図１〜３と同じものを示し、１３は正極リード、１４は負極リード、１５は正極側蓋状外装体６の延長部、１６は負極側蓋状外装体７の延長部である。
【００２７】
まず、図１と同様の発電要素１、正極側蓋状外装体６および負極側蓋状外装体７を、図６のように配置した。この時、正極リード１３および負極リード１４は、発電要素１から端部をはみ出させておく。
【００２８】
次に、図７に示すように、発電要素１の一方の渦巻部２を正極側蓋状外装体６の凹部に挿入した。同様にして、発電要素１の他方の渦巻部３を負極側蓋状外装体７の凹部に挿入した。
【００２９】
さらに、図８に示すように、正極リード１３を折り曲げて、正極側蓋状外装体６の延長部１５に接合した。同様に、負極リード１４を折り曲げて、負極側蓋状外装体７の延長部１６に接合した。
【００３０】
最後に、図９に示すように、発電要素１の周囲を金属ラミネート樹脂フィルム１２で覆い、金属ラミネート樹脂フィルムの端部同士を接合して筒状外装体とし、この筒状外装体と、正極側蓋状外装体６および負極側蓋状外装体７とを接合して、本発明になる非水電解質二次電池を得る。
【００３１】
本発明において、発電要素の形状としては、巻回型発電要素や積層型発電要素を使用することができる。特に巻回型発電要素を使用する場合には、巻回型発電要素の巻回中心軸と筒状外装体の中心軸とを一致させてもよいし、巻回型発電要素の巻回中心軸と筒状外装体の中心軸とを直交させてもよい。後者の場合には、正極接続体または正極リードおよび負極接続体または負極リードを、巻回型発電要素のお互いに反対側に容易に引き出すことができ、一方の蓋状外装体の金属部分と正極板との接続および他方の蓋状外装体の金属部分と負極板との接続が、きわめて容易となり、製造工程が非常により簡単になる。
【００３２】
さらに本発明の非水電解質二次電池は、筒状外装体材料が、内側熱可塑性樹脂層、金属箔層、および外側熱可塑性樹脂層の少なくとも３層からなる積層体で、この筒状外装体材料の内側熱可塑性樹脂と外側熱可塑性樹脂とが接合されて筒状外装体とし、さらに、筒状外装体の内側熱可塑性樹脂と蓋状外装体とが接合されていることを特徴とするものである。
【００３３】
筒状外装体材料は、少なくとも３層からなる金属ラミネート樹脂フィルムを使用することができる。この金属ラミネート樹脂フィルムの金属箔層としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅などが使用できる。この金属箔層は１０〜１００μｍの厚さのものが使用できる。金属箔層にアルミニウム箔を用いた場合にはベーマイト法、リン酸塩法、クロム酸塩法による表面処理をおこなっても良い。また、金属ラミネート樹脂フィルムの樹脂の材質としては熱可塑性樹脂を用いることができ、ポリプロピレンやポリエチレン、エチレン酢酸ビニルコポリマー、エチレンビニルアルコール共重合樹脂、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリプロピレンなどを用いてよい。好ましくはポリプロピレンもしくはポリエチレンである。そして、金属箔層の両側から熱可塑性樹脂で挟んだ３層積層体のものを使用する。なお、金箔属層と熱可塑性樹脂層の間に、種類の異なる熱可塑性樹脂層を取り付けて、３層以上の積層体としてもよい。
【００３４】
筒状外装体の製作には、長方形に成形した金属ラミネート樹脂フィルムの一つの対向する辺を重ね合わせ、熱溶着することによって製作可能である。重ね合わせの方法として、内側と内側とを重ねても良いし内側と外側、もしくは外側と外側を重ねてよい。好ましくは内側と外側を重ねる方法である。ここで使用する金属ラミネート樹脂フィルムにおいて、内側樹脂層と外側樹脂層の厚さは同じであっても良いし異なってもよい。内側樹脂層の厚さは１００〜１５μｍであることが好ましい。また、外側樹脂層の厚さは１００〜１５μｍであることが好ましい。それぞれの樹脂層は、単層であっても２層以上から構成されていてもよい。また、溶着幅は１〜３０ｍｍあればよく、好ましくは２〜１５ｍｍである。
【００３５】
さらに本発明の非水電解質二次電池において、蓋状外装体は樹脂層と金属層の少なくとも２層からなる積層体からなり、その形状はカップ状であり、前記蓋状外装体の外側底面は金属層が露出しており、前記蓋状外装体の内側に発電要素の一部が挿入されたことを特徴とする。
【００３６】
本発明による蓋状外装体は、筒状外装体の中の発電要素を挟み込むように配置することができて、かつ筒状外装体の内側樹脂層と接着することができる。また、本発明による蓋状外装体はカップ状になっており、内側に発電要素の一部を挿入できる。発電要素と発電要素との間に絶縁が必要な場合には蓋状外装体の内側を樹脂層によって被覆することができる。この樹脂層の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂が使用できる。この樹脂層の厚さは１０〜５００μｍであることが好ましい。また、樹脂層の代わりに酸化物や窒化物などのセラミクスを用いても良い。
【００３７】
本発明において、蓋状外装体は正極端子もしくは負極端子とすることができる。また、蓋状外装体の底面は、鏡面処理や文字の刻印や印刷、もしくは金属板の接合処理等の加工を加えてもよい。特に、蓋状外装体を正極もしくは負極の端子として使用する場合には、正極と負極との区別を明確にする加工、すなわち文字の刻印や印刷、もしくは金属板の接合処理等の加工を施すことが好ましい。
【００３８】
また、蓋状外装体の切り口、すなわち、カップ状の形状の縁部では、切断加工などによって金属層が露出する場合があるが、好ましくは、樹脂などの絶縁物による被覆が好ましい。特に、蓋状外装体が正極端子もしくは負極端子として使用され、かつ発電要素の極板と短絡する恐れがある場合、特に絶縁物による被覆が好ましい。ただし、蓋状外装体が、正極板もしくは負極板と接続する部分では、絶縁物の被覆は無いことが好ましい。絶縁物の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、塩化ビニル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの樹脂や、酸化物や窒化物などのセラミクスを用いることができる。
【００３９】
本発明の非水電解質二次電池に使用する正極板は、正極活物質、導電助剤、結着材、そして金属箔からなる正極集電体とによって製作できる。正極活物質としては、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、そしてこれらの混合物を用いることができる。導電助剤としてはケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラックなどの導電性微粉末や炭素繊維、金属微粒子を用いることができる。結着材としては、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブチレンゴムを用いることができる。正極集電体としてはアルミ箔、ステンレス箔が使用できる。
【００４０】
本発明の非水電解質二次電池に用いる正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出可能な化合物である、組成式Ｌｉ_ｘＭＯ_２、またはＬｉ_ｙＭ_２Ｏ_４（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、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_２Ｍｎ_２Ｏ_４、ＭｎＯ_２、ＦｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、Ｖ_６Ｏ_１３、ＴｉＯ_２、ＴｉＳ_２等がある。また、ポリアニリン等の導電性ポリマー等の有機化合物を用いることもでき、さらに、これらを混合して用いてもよい。また、粒状の活物質を用いる場合には、例えば、活物質粒子と導電助剤と結着剤とからなる合材をアルミニウム等の金属集電体上に形成することで作製できる。
【００４１】
本発明による負極板としては、負極材料、導電助剤、結着材、そして金属箔からなる負極集電体とによって製作できる。負極材料としては、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、低結晶性炭素を用いることができ、これらの混合物を用いても良い。導電助剤としては、炭素繊維や金属微粒子を用いることができる。結着材の材質としてはポリフッ化ビニリデンやスチレンブチレンゴムを用いることができる。負極集電体の材質として銅やステンレス、ニッケルを使用することができる。
【００４２】
また、負極活物質としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合金、ＬｉＦｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_２、ＭｏＯ_２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、Ｌｉ_５（Ｌｉ_３Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム箔、または、これらの混合物を用いてもよい。また、粒状の炭素質材料を用いる場合には、例えば、活物質粒子と結着剤とからなる合材を銅等の金属集電体上に形成することで作製できる。
【００４３】
本発明による隔離体としては、オレフィン系樹脂の有孔性膜を使用できる。オレフィン系樹脂の材質としてポリエチレンやポリプロピレンが使用できる。また、これらの材質が単層で構成されても良いし、２層以上の構成となっても良い。また、有孔性膜の厚さは５〜３０マイクロメートルが好ましく、また、多孔度は８０〜３０％であればよい。さらに、絶縁性微粒子を含む有孔性樹脂により正極板そして／または負極板と接着しても良い。絶縁性微粒子の材質として、ジルコニア、アルミナ、シリカなどの酸化物やシリコンカーバイド、シリコンナイトライドなどの非酸化物セラミクスを使用できる。有孔性樹脂の材質として、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブチレンゴム、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエステルを使用できる。金属ラミネートフィルムを外装体として使用する電池は、落下衝撃に対する強度が低いため、発電要素の正極板そして負極板と隔離体とが接着した構成となる電池が好ましい。さらに、発電要素と金属ラミネートフィルムとが接着してある場合、落下衝撃に対する電池の強度は向上するため、発電要素と金属ラミネートフィルムとが接着することが好ましい。また、隔離体として、リチウムイオン伝導性を示す、固体電解質をもちいてもよい。
【００４４】
非水電解質の溶媒としては、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、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、３−メチル−１，３−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の非水溶媒を、単独、またはこれらを混合して使用することができる。また、適宜、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン等の重合剤、および１，３−プロパンスルトン、１，３−プロペンスルトン、グリコールサルフェート等の皮膜形成剤などの添加剤を、適量含有したものでも良い。
【００４５】
非水電解質は、これらの非水溶媒に支持塩を溶解して使用する。支持塩としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＦ_２ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＦ_２ＣＦ_２ＳＯ_３、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_２ＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ_３）_２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ_２ＣＦ_３）_２およびＬｉＰＦ_３（ＣＦ_２ＣＦ_３）_３などの塩、もしくはこれらの混合物を使用することができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明電池の実施例を説明する。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発電要素を筒状外装体と二つの蓋状外装体とにより収納したものであり、一方蓋状外装体の金属部分が正極板と接続し、他方の蓋状外装体の金属部分が負極板と接続してあるものである。
【００４７】
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１８μｍのアルミニウム箔からなる集電体に、上記正極活物質を含む正極合剤が保持されたものである。正極板は、結着材であるポリフッ化ビニリデン５．５ｗｔ％と導電助剤であるアセチレンブラック２．５ｗｔ％とを活物質９２ｗｔ％とともに混合し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調整した後、集電体の両面に塗布、乾燥することによって製作した。
【００４８】
負極板は、厚さ１４μｍの銅箔からなる集電体に、負極活物質としてのグラファイト粒子（黒鉛）を含む負極合剤が保持されたものである。負極板は、グラファイト粒子（黒鉛）９２ｗｔ％と結着材としてのポリフッ化ビニリデン８ｗｔ％とを混合し、適宜Ｎ−メチルピロリドンを加えてペースト状に調整した後、集電体の両面に塗布、乾燥することによって製作した。
【００４９】
隔離体はポリエチレン微多孔膜とし、また、電解液は、ＬｉＰＦ_６を１モル／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。
【００５０】
極板寸法は、正極板厚さ１７５μｍ、幅４９ｍｍ、隔離体が厚さ２３μｍ、幅５１ｍｍ、負極厚さが１６５μｍ、幅５１ｍｍであり、正極板および負極板にそれぞれリード端子を溶接し、順に重ね合わせて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となるよう、その周囲に長円渦状に巻回して、５１×４０×３．５ｍｍの大きさの発電要素とした。
【００５１】
図１〜図３に示したのと同様の工程を経て、実施例の非水電解質二次電池を作製した。正極用蓋状外装体６は、金属部分がアルミニウムであり、長円形の底面の概形が４１×３．９ｍｍであり、高さが６ｍｍのカップ状に成形したものに、カップの底面以外をポリエチレンで被覆したものを使用した。この蓋状外装体には、接続体を溶着する部分に縦横３×３ｍｍのポリエチレンを被覆していない部分を設けた。
【００５２】
負極用蓋状外装体７は、金属部分が銅であり、長円形の底面の概形が４１×３．９ｍｍであり、高さが６ｍｍのカップ状に成形したものに、カップの底面以外をポリエチレンで被覆したものを使用した。この蓋状外装体には、接続体を溶着する部分に縦横３×３ｍｍのポリエチレンを被覆していない部分を設けた。
【００５３】
この長円形発電要素の、一方の巻回部２を正極側蓋状外装体６の凹部に挿入し、他方の巻回部３を負極側蓋状外装体７の凹部に挿入したのち、０．１×３×１５ｍｍの正極接続体８であるニッケル板を溶着して、正極板４と正極用蓋状外装体６とを接続した。また、同様にして、負極接続体９としてのニッケル板を溶着して、負極板５と負極用蓋状外装体７とを接続した。
【００５４】
つぎに５１ｍｍ幅の長方形金属ラミネート樹脂フィルム１２を、長円形発電要素が収納されるように、外装体と熱溶着した。金属ラミネート樹脂フィルムは、厚さ４０μｍのアルミ箔の両面に厚さ５０μｍのポリエチレン層を備えるものを使用した。そして、金属ラミネート樹脂フィルム１２同士を重ね合わせる部分から電解液を注液した。最後に、図３に示すように、金属ラミネート樹脂フィルム１２同士を熱溶着して、本発明になる実施例の非水電解質二次電池Ａを１０セル製作した。非水電解質二次電池Ａの寸法は５３ｍｍ×４１．３ｍｍ×４．３ｍｍであり、体積は９．４１ｃｍ^３であった。なお、ここで体積とは、電池の真の体積ではなく、高さ×幅×厚さで表される概形での体積である。
【００５５】
比較例１として、図４に示したのと同じ形状の、金属ラミネート樹脂フィルムケースを使用し、厚さ０．１ｍｍのリードを加えた以外は実施例と同様にして、従来の非水電解質二次電池Ｂを１０セル製作した。非水電解質二次電池Ｂの寸法は、６２ｍｍ×４３ｍｍ×４．０ｍｍであり、体積は１０．７ｃｍ^３であった。
【００５６】
また、比較例２として、図５に示したのと同じ形状の、フィルムと２つの側板とからなる電池ケースを使用し、厚さ０．１ｍｍのリードを加えた以外は実施例と同様にして、従来の非水電解質二次電池Ｃを１０セル製作した。ここで、側板の材質としてポリエチレンを使用した。この非水電解質二次電池Ｃの寸法は、６１ｍｍ×４１ｍｍ×４．０ｍｍであり、体積は１０．０ｃｍ^３であった。
【００５７】
次に、実施例の電池Ａおよび比較例の電池Ｂの特性について検討した。充放電サイクル条件は、充電は７００ｍＡ定電流で４．２Ｖまで、さらに４．２Ｖ定電圧で、合計３時間おこない、放電は７００ｍＡ定電流で、終止電圧２．８Ｖまでとした。充放電サイクル試験は４００サイクルおこなった。
【００５８】
電池Ａおよび電池Ｂの充放電サイクル試験結果を表１にまとめた。なお表１において、初期放電容量は１サイクル目の放電容量を、また、放電容量保持率は、４００サイクル目の放電容量の、１サイクル目の放電容量に対する比率（％）とした。なお、電池Ａおよび電池Ｂとも、１０セルの平均値を記載した。
【００５９】
【表１】

【００６０】
表１では、４００サイクル目の体積当たりエネルギー密度は、本発明の実施例の電池Ａでは０．２５２Ｗｈ／ｃｍ^３であったのに対し、比較例の電池Ｂでは０．２２５Ｗｈ／ｃｍ^３となった。また、放電容量保持率は、本発明の実施例の電池Ａでは８２％であったのに対し、比較例の電池Ｂでは７９％となった。
【００６１】
このような結果となった理由は定かではないが、以下のように考えられる。ラミネートフィルムを使用した非水電解質二次電池では、樹脂層を透過して侵入する水分が電池特性を劣化させることが考えられる。このような弊害を小さくするためには、溶着幅を大きくして水分が浸入しにくくすることが有効な策となる。
【００６２】
本発明による電池では、溶着幅を大きくしても電池外形に大きく影響しないのに対して、比較例１ならびに比較例２では溶着幅を大きくとると、電池外形に大きく影響を与える。つまり、エネルギー密度を高くしようとすると溶着幅を小さくする必要があり、水分などの影響を受けやすくなると考えられる。
【００６３】
そこで、比較例１ならびに比較例２の電池で、溶着幅を大きくとることで水分などの影響を小さくし、容量保持率を高くすることは可能であると考えられるが、電池の外形を大きくするという問題が生じるため、現実的ではない。
【００６４】
本発明による電池では、溶着幅を大きくとっても電池外形にほとんど影響を与えないことから、高エネルギー密度と充放電サイクル特性とを両立させる、優れたデザインであるといえる。また、溶着幅を大きくできることから、容量保持率にとどまらず、長期保存特性や高温高湿下での使用においても優れた特性を示すことができるものと考えられる。
【００６５】
このように、本発明の非水電解質二次電池は、従来の非水電解質二次電池と比較して、エネルギー密度および充放電サイクル特性とも、きわめて優れたものであることがわかった。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、正極板と隔離体と負極板とを備えた発電要素を単電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記単電池ケースが筒状外装体と二つの蓋状外装体とからなり、一方の蓋状外装体の金属部分が正極板と接続され、他方の蓋状外装体の金属部分が負極板と接続されていることを特徴とする。
【００６７】
本発明により、従来の金属ラミネートフィルムを使用した袋状単電池ケースを用いた非水電解質二次電池や、フィルムと２つの側板とからなる電池ケースを使用した非水電解質二次電池と比較して、高いエネルギー密度で充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる非水電解質二次電池組立の第１の工程を示す図。
【図２】本発明になる非水電解質二次電池組立の第２の工程を示す図。
【図３】本発明になる非水電解質二次電池の外観を示す図。
【図４】従来のラミネート樹脂フィルム製ケースを用いた非水電解質二次電池の外観を示す図。
【図５】従来のフィルムと側板を使用した電池ケースを用いた非水電解質二次電池の外観を示す図。
【図６】本発明になる、接続体を用いない非水電解質二次電池組立の第１の工程を示す図。
【図７】本発明になる、接続体を用いない非水電解質二次電池組立の第２の工程を示す図。
【図８】本発明になる、接続体を用いない非水電解質二次電池組立の第３の工程を示す図。
【図９】本発明になる、接続体を用いない非水電解質二次電池の外観を示す図。
【符号の説明】
１　巻回型発電要素
２　巻回型発電要素の一方の渦巻部
３　巻回型発電要素の他方の渦巻部
４　正極板
５　負極板
６　正極側蓋状外装体
７　正極接続体
８　負極側蓋状外装体
９　負極接続体
１０　正極接続体と正極側蓋状外装体との接続部
１１　負極接続体と負極側蓋状外装体との接続部
１２　金属ラミネート樹脂フィルム
１３　正極リード
１４　負極リード
１５　正極側蓋状外装体６の延長部
１６　負極側蓋状外装体７の延長部

Claims

正極板と隔離体と負極板とを備えた発電要素を単電池ケースに収納した非水電解質二次電池において、前記単電池ケースが筒状外装体と二つの蓋状外装体とからなり、前記蓋状外装体は樹脂層と金属層の少なくとも２層からなる積層体からなり、一方の蓋状外装体の金属部分が正極板と接続され、他方の蓋状外装体の金属部分が負極板と接続されていることを特徴とする非水電解質二次電池。
筒状外装体材料が、内側熱可塑性樹脂層、金属箔層、および外側熱可塑性樹脂層の少なくとも３層からなる積層体で、前記筒状外装体材料の内側熱可塑性樹脂と外側熱可塑性樹脂とが接合されて筒状外装体とし、前記筒状外装体の内側熱可塑性樹脂と蓋状外装体とが接合されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池。
蓋状外装体の形状はカップ状であり、前記蓋状外装体の外側底面は金属層が露出しており、前記蓋状外装体の内側に発電要素の一部が挿入されたことを特徴とする請求項１または２記載の非水電解質二次電池。