JP2005093242A - 二次電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】 集電タブの本数を増加させることなく集電性能を向上させることが出来る二次電池を提供する。
【解決手段】 本発明に係る二次電池は、外装体11に巻き取り電極体４を収容して構成され、巻き取り電極体４の巻き軸方向の両端部の内、一方の端部には正極41の非塗工端部49が突出して突出部48が形成され、他方の端部には負極43の非塗工端部49が突出して突出部48が形成されている。又、両突出部48、48にはそれぞれ、隣接する非塗工端部49、49どうしを超音波圧接した集電補助部５が形成されている。正極41及び負極43には、集電タブ２、３がそれぞれ取り付けられ、両集電タブ２、３の先端部は外装体11の外部に突出しており、両先端部によって正負一対の電極端子部20、30がそれぞれ形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池の如く、外装体の内部に発電要素となる電極体が収容され、該電極体が発生する電力を正負一対の電極端子部から外部に取り出すことが出来る二次電池に関するものである。
近年、携帯型電子機器等の電源として、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池が注目されている。
携帯電話機の電源などに用いられる小型の電池としては、リチウムポリマー二次電池よりも角型リチウムイオン二次電池の方が優れた電池特性を示すことから、リチウムポリマー二次電池は、電池形状の自由度が高い特性を活かして、大容量化・大面積化に向けての開発が進んでいる。
リチウムポリマー二次電池として、集電タブが突設されたシート状の正極及び負極をセパレータを介して積層してなる積層型のリチウムポリマー二次電池が知られている(特許文献１及び特許文献２参照)。
積層型のリチウムポリマー二次電池においては、正極及び負極にそれぞれ突設された複数の集電タブを束ね合わせて電極端子部が構成され、該電極端子部から電力が外部に取り出される。従って、積層型のリチウムポリマー二次電池は高い集電性能を発揮するが、製造工程にて複数枚のシート状の正極、セパレータ及び負極を精度良く揃えて積層することが困難であるため、生産性が低い問題があった。
そこで、図１１及び図１２に示す巻回型のリチウムポリマー二次電池が開発されている。
該リチウムポリマー二次電池においては、２層の樹脂層の間にアルミニウム層を介在させてなるラミネートシートによって外装体(11)が形成され、該外装体(11)の内部に巻き取り電極体(４)が収容され、外装体(11)の上端部から、巻き取り電極体(４)の両電極(41)(43)に繋がる２本の集電タブ(92)(93)が突出している。両集電タブ(92)(93)の先端部によって両電極端子部(20)(30)がそれぞれ形成され、両電極端子部(20)(30)から巻き取り電極体(４)の発生電力を外部に取り出すことが出来る。
巻き取り電極体(４)は、図１３に示す如く、それぞれ帯状の正極(41)、セパレータ(42)及び負極(43)を具え、正極(41)及び負極(43)はそれぞれセパレータ(42)上に幅方向へずらして重ね合わされて、渦巻き状に巻き取られており、全体が巻き軸に垂直な方向に扁平な形状を呈している。
尚、正極(41)は、正極活物質(44)の塗布されている塗工部と、正極活物質(44)の塗布されていない非塗工部とを具え、該非塗工部は、芯体(45)の端縁に沿って形成されると共に、正極側の集電タブ(92)の取付け位置に形成されている。又、負極(43)は、負極活物質(46)の塗布されている塗工部と、負極活物質(46)の塗布されていない非塗工部とを具え、該非塗工部は、芯体(47)の端縁に沿って形成されると共に、負極側の集電タブ(93)の取付け位置に形成されている。
該リチウムポリマー二次電池においては、正極(41)、セパレータ(42)及び負極(43)を重ね合わせて巻き取るだけで、正極(41)と負極(43)がセパレータ(42)を介して互いに層状に重なり合って対向した電極体が形成されるため、その生産性は高い。
特開２００３−１７１１２号公報[H01M10/04] 特開２０００−１２０８５号公報[H01M10/40]
ところで、図１１に示すリチウムポリマー二次電池において、その電池容量を増大させるには、正極(41)及び負極(43)の長手方向の長さ(電極長)を増大させて塗工部の面積を増大させることが有効である。
しかしながら、該リチウムポリマー二次電池において、巻き取り電極体(４)の各電極には、１本の集電タブが取り付けられているに過ぎないため、電極長を増大させた場合、集電タブから遠い領域に発生する電流が集電タブに至るまでの電流経路が長くなり、これに伴って該電流経路の電気抵抗が大きなものとなって、集電タブによる集電効率が低下する問題があった。
そこで、各電極に複数枚の集電タブを一定間隔で取り付け、該複数枚の集電タブの先端部を電極毎に束ねる構成が考えられる。この場合、図１４に示す如く、複数本の集電タブが電極毎に揃っている必要がある。
しかしながら、集電タブは、両電極(41)(43)を巻き取る前に各電極にそれぞれ取り付けられているため、複数本の集電タブが電極毎に揃う様に両電極(41)(43)を巻き取ることが困難である問題があった。又、集電タブは電極の非塗工部に取り付ける必要があるので、各電極に複数の非塗工部を形成しなければならず、これによって塗工部の面積が減少して電池特性が低下する問題があった。
そこで本発明の目的は、集電タブの本数を増加させることなく集電性能を向上させることが出来る二次電池を提供することである。
本発明に係る二次電池においては、外装体(11)の内部に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間にセパレータ(42)を介在させてこれらを渦巻き状に巻き取った巻き取り電極体(４)が収容され、正極(41)及び負極(43)はそれぞれ、帯状の芯体の表面に活物質を塗布して構成され、該巻き取り電極体(４)が発生する電力を正負一対の電極端子部(20)(30)から外部へ取り出すことが出来る。
正極(41)の巻き軸方向の一方の端部と負極(43)の巻き軸方向の一方の端部にはそれぞれ、活物質の塗布されていない非塗工部が芯体の端縁に沿って形成され、巻き取り電極体(４)は、巻き軸方向の一方の端部に、正極(41)の非塗工部を突出させてなる突出部(48)を有すると共に、他方の端部に、負極(43)の非塗工部を突出させてなる突出部(48)を有しており、各突出部(48)には、隣接する非塗工部どうしを互いに接合して形成される集電補助部(５)が設けられている。巻き取り電極体(４)には、一対の帯状の集電タブ(２)(３)が配備され、一方の集電タブ(２)の基端部は正極(41)に接続されると共に、他方の集電タブ(３)の基端部は負極(43)に接続され、両集電タブ(２)(３)の先端部は、外装体(11)を貫通して外部に突出し、両先端部によって正負一対の電極端子部(20)(30)がそれぞれ形成されている。
上記本発明に係る二次電池において、巻き取り電極体(４)の各電極には、集電補助部(５)を経由せずに集電タブに至る第１の電流経路と、集電補助部(５)を経由して集電タブに至る第２の電流経路の２つの電流経路が形成され、電極から発生する電流は両電流経路を経て集電タブに流れ込む。ここで、集電タブから遠い領域に発生する電流は、第２の電流経路の長さが第１の電流経路の長さよりも著しく短くなるため、その殆どが電気抵抗の小さな第２の電流経路を経て集電タブに流れ込むことになる。従って、電気抵抗の大きな第１の電流経路が形成されるに過ぎなかった従来の電池に比べて、電池の内部抵抗が低下し、集電性能が向上する。
具体的構成において、巻き取り電極体(４)は、巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状を呈している。又、外装体(11)は、２層の樹脂層の間に金属層を介在させてなるラミネートシートによって形成されている。正極(41)及び負極(43)にはそれぞれ、芯体長手方向の端部に、活物質の塗布されていない非塗工巻部(410)が形成されており、前記集電タブは、その基端部が非塗工巻部(410)に接続されて、巻き取り電極体(４)の巻き軸に対して垂直な方向に突出している。
該具体的構成を有する二次電池の組立工程においては、外装体を形成すべきラミネートシートを二つに折り畳んで、その内部に巻き取り電極体(４)を収容し、ラミネートシートの３辺の合わせ面をそれぞれ封止する。この際、巻き取り電極体(４)は集電タブが中央の合わせ面を貫通する収容姿勢とし、該中央の合わせ面と他の１辺の合わせ面を封止した後、残りの１辺の合わせ面を開口させて、該開口から電解質を注入し、最後に該開口を封止する。
上記組立工程において、電解質は前記開口から巻き取り電極体(４)の巻き軸方向に注入される。ここで、巻き取り電極体(４)の端部において各電極とセパレータ(42)の間に形成される隙間は、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向に開口しているため、電解質は該隙間から巻き取り電極体(４)の内部へ容易に浸透して、短時間で巻き取り電極体(４)の全体に含浸されることになる。
他の具体的構成において、前記集電補助部(５)は、隣接する非塗工部どうしを互いに超音波圧接して形成されている。該具体的構成によれば、隣接する非塗工部どうしの接合部における電気抵抗を十分に低減させることが出来る。
又、他の具体的構成において、集電補助部(５)は、巻き取り電極体(４)の突出部(48)を貫通する集電補助ピン(51)を具え、該集電補助ピン(51)は、突出部(48)を貫通する胴部(52)と、該胴部(52)の両端部に突設された一対の挟圧部(53)(53)とから構成されている。該一対の挟圧部(53)(53)は、突出部(48)をその両側から挟圧し、該挟圧力によって、隣接する非塗工部どうしが互いに圧着している。
該具体的構成においては、集電補助ピン(51)の胴部(52)が巻き取り電極体(４)の突出部(48)を貫通し、挟圧部(53)(53)が突出部(48)をその両側から挟圧しているので、外部から大きな衝撃が加わった場合にも、集電補助ピン(51)が突出部(48)から外れる虞はなく、隣接する非塗工部どうしの圧着状態は確実に維持される。
又、集電補助部(５)は、上記の集電補助ピン(51)を用いた構成に替えて、巻き取り電極体(４)の突出部(48)を挟み込む構造の集電補助部材(54)を用いて構成することも可能である。該集電補助部材(54)は、突出部(48)を間に挟んで互いに嵌合可能な雄片(55)と雌片(56)とを具え、雄片(55)と雌片(56)による挟圧力によって、隣接する非塗工部どうしが互いに圧着している。
該集電補助部(５)においては、集電補助部材(54)を構成する雄片(55)と雌片(56)が互いの嵌合によって巻き取り電極体(４)の突出部(48)に取り付けられるので、溶接を施す必要はなく、取付け工程は簡易である。更に、集電補助部材(54)は、雄片(55)及び雌片(56)からなる簡易な構造を有しているので、例えば金属片をプレス成型することによって容易に作製することが出来る。
本発明に係る二次電池によれば、集電タブの本数を増加させることなく従来よりも集電性能を向上させることが出来る。
以下、本発明をリチウムポリマー二次電池に実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るリチウムポリマー二次電池は、図１及び図２に示す如く、２層の樹脂層の間にアルミニウム層を介在させてなるラミネートシートによって形成される外装体(11)の内部に、巻き取り電極体(４)を収容して構成されており、巻き取り電極体(４)は、巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状を呈している。又、巻き取り電極体(４)の正極(41)及び負極(43)にはそれぞれ、帯状の集電タブ(２)(３)が取り付けられている。両集電タブ(２)(３)の先端部は、外装体(11)の側部から外部に突出し、該先端部によって正負一対の電極端子部(20)(30)がそれぞれ形成されており、両電極端子部(20)(30)から巻き取り電極体(４)の発生電力を外部に取り出すことが出来る。
巻き取り電極体(４)は、図３に示す如く、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間に帯状のセパレータ(42)を介在させて、これらを渦巻き状に巻回して構成されている。正極(41)は、アルミニウム箔からなる帯状の芯体(45)の両面にリチウム複合酸化物からなる正極活物質(44)を塗布して構成され、負極(43)は、銅箔からなる帯状の芯体(47)の両面に炭素材料を含む負極活物質(46)を塗布して構成されている。セパレータ(42)には、ゲル状電解質が含浸されている。
正極(41)には、正極活物質(44)の塗布されている塗工部と、正極活物質(44)の塗布されていない非塗工部とが形成され、該非塗工部は、芯体(45)の端縁に沿って形成された非塗工端部(49)と、長手方向の端部の内、最後に巻き取られることとなる端部に形成された非塗工巻部(410)とを具えている。
又、負極(43)には、負極活物質(46)の塗布されている塗工部と、負極活物質(46)の塗布されていない非塗工部とが形成され、該非塗工部は、芯体(47)の端縁に沿って形成された非塗工端部(49)と、長手方向の端部の内、最後に巻き取られることとなる端部に形成された非塗工巻部(410)とを具えている。
正極(41)及び負極(43)は、それぞれセパレータ(42)上に幅方向にずらして重ね合わせ、正極(41)及び負極(43)の非塗工端部(49)をセパレータ(42)の両端縁からそれぞれ外側へ突出させる。そして、これらを渦巻き状に巻き取った後、電極体の外周面を両側部から圧縮することにより、巻き軸に垂直な方向に扁平な形状を呈する巻き取り電極体(４)が形成される。
該巻き取り電極体(４)においては、巻き軸方向の両端部の内、一方の端部では、正極(41)の複数枚の非塗工端部(49)がセパレータ(42)の一方の端縁より外方へ突出して突出部(48)を形成し、他方の端部では、負極(43)の複数枚の非塗工端部(49)がセパレータ(42)の他方の端部より外方へ突出して突出部(48)を形成している。又、巻き取り電極体(４)には、巻き軸方向の両端部間を貫通する中央孔(411)が形成されている。
正極(41)の非塗工巻部(410)には、正極側の集電タブ(２)が、巻き取り電極体(４)の巻き軸に対して垂直な方向に突出した姿勢で取り付けられている。該集電タブ(２)は、帯状のリード(21)と、該リード(21)の中央部両面を覆う樹脂カバー(22)とから構成され、該リード(21)の先端部によって正極端子部(20)が形成されている。
負極(43)の非塗工巻部(410)には、負極側の集電タブ(３)が、巻き取り電極体(４)の巻き軸に対して垂直な方向に突出した姿勢で取り付けられている。該集電タブ(３)は、帯状のリード(31)と、該リード(31)の中央部両面を覆う樹脂カバー(32)とから構成され、該リード(31)の先端部によって負極端子部(30)が形成されている。
これによって、両電極端子部(20)(30)は、図４に示す如く巻き取り電極体(４)から側方へ向けて突出することとなる。
又、両電極端子部(20)(30)を巻き取り電極体(４)から側方へ向けて突出させた構成に替えて、図６に示す如く、両電極端子部(20)(30)を巻き取り電極体(４)の巻き軸方向に向けて突出させる構成も可能である。両集電タブ(２)(３)は同様に、巻き取り電極体(４)の正極(41)及び負極(43)の非塗工巻部(410)(410)にそれぞれ取り付けられている。
図２に示す如く、巻き取り電極体(４)の各突出部(48)の中央部には、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしを互いに超音波圧接してなる集電補助部(５)が設けられており、これによって、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしが互いに圧着している。
次に、上記リチウムポリマー二次電池の製造方法について説明する。
正極(41)の作製
コバルト酸リチウムと炭素とを９２：５の質量比で混合して正極合剤粉末とし、該正極合剤粉末を混合装置(例えば、ホソカワミクロン製メカノフュージョン装置)内に２００ｇ充填し、該混合装置を回転数１５００ｒｐｍで１０分間作動させ、正極合剤粉末に衝撃、圧縮、せん断作用を加えてこれを混合し、混合正極活物質を得る。次に、該混合正極活物質とフッ素系樹脂結着剤(ＰＶＤＦ)とを９７：３の質量比となるようにＮＭＰ溶剤中で混合して正極合剤スラリーとし、該正極合剤スラリーをアルミニウム箔の両面の塗工部に塗布し、乾燥後圧延して正極を得る。
尚、正極は、上述の構成に限定されるものではなく、ニッケル酸リチウムに代表されるリチウムニッケル複合酸化物やスピネル型マンガン酸リチウムに代表されるリチウムマンガン複合酸化物、又はオリビン型リン酸化合物を正極合剤粉末として採用することが出来る。又、正極合剤粉末を混合装置によって混合しない状態のものを正極活物質として採用することも可能である。
負極(43)の作製
黒鉛とスチレンブタジエンゴムとを９８：２の質量比で混合して負極活物質とし、該負極活物質を銅箔の両面の塗工部に塗布した後、乾燥後圧延して負極を得る。
尚、負極は、上述の構成に限定されるものではなく、コークス、酸化スズ、金属リチウム、珪素、又はこれらの混合物を負極活物質として採用することが出来る。
ゲル状電解質の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを容積比３：７で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解して、電解液を調製し、該電解液とリチウム塩とをポリマー中で混合し、ゲル状電解質を得る。
尚、電解液は、上述の構成に限定されるものではなく、リチウム塩として、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ(ＳＯ２ＣＦ３)２、ＬｉＮ(ＳＯ２Ｃ２Ｆ５)２、ＬｉＰＦ６−Ｘ(ＣｎＦ２ｎ＋１)Ｘ(但し、１≦Ｘ≦６、ｎ＝１又は２)、又はこれらを数種類混合したものをリチウム塩として採用することが出来る。リチウム塩の濃度は、０.８ｍｏｌ／ｌ〜１.５ｍｏｌ／ｌが望ましい。又、溶媒種としては、ＥＣ、ＰＣ、ＧＢＬ、ＥＭＣ、ＤＭＣ等のカーボネート系溶媒が好ましく、更には環状カーボネートと鎖状カーボネートの組み合せが好ましい。
又、ポリマー材料としては、ポリエーテル系固体高分子、ポリカーボネート系固体高分子、ポリアクリロニトリル系固体高分子、オキセタン系ポリマー、エポキシ系ポリマー及びこれらを２種類以上からなる共重合体若しくは架橋した高分子等が望ましい。
電池の組立
先ず、図３に示す如く、両集電タブ(２)(３)の先端部を正極(41)及び負極(43)の長手方向の端部からそれぞれ突出させた状態で、両集電タブ(２)(３)の基端部を非塗工巻部(410)(410)にそれぞれ超音波圧接することにより、両集電タブ(２)(３)を正極(41)及び負極(43)にそれぞれ接続する。そして、イオン透過性のポリプロピレン製微多孔膜からなるセパレータ(42)を巻芯(図示省略)に数回巻いた後、セパレータ(42)が正極(41)と負極(43)の間に介在する様に、正極(41)、セパレータ(42)、負極(43)及びセパレータ(42)の４枚を重ね合わせる。この状態で正極(41)、負極(43)及びセパレータ(42)を非塗工巻部(410)(410)とは反対側の端部から渦巻き状に巻き取って円筒状の巻き取り電極体を作製する。
続いて、前記巻芯を抜き取った後、巻き取り電極体を圧縮して、図４に示す如く巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状の巻き取り電極体(４)を得る。そして、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向の両端部に形成された突出部(48)(48)に対してそれぞれ超音波圧接を施し、各突出部(48)を構成する複数枚の非塗工端部(49)どうしを接合せしめて、集電補助部(５)を形成する。
その後、図５に示す如く、２層の樹脂層の間にアルミニウム層を介在させて構成される帯状のラミネートシート(12)を二つに折り畳んで、その内部に巻き取り電極体(４)を収容し、ラミネートシート(12)の３辺の合わせ面をそれぞれ封止する。この際、巻き取り電極体(４)は集電タブ(２)(３)が中央の合わせ面を貫通する収容姿勢とし、該中央の合わせ面と他の１辺の合わせ面を封止する。尚、両集電タブ(２)(３)が突出する中央の合わせ面の封止においては、樹脂カバー(22)(32)とラミネートシート(12)を重ね合わせ、該樹脂カバー(22)(32)とラミネートシート(12)の樹脂層とを互いに溶着せしめる。これによって、ラミネートシート(12)は１つの開口を有する袋状に形成されることになる。
その後、前記開口からゲル状電解質を注入する。ここで、巻き取り電極体(４)の端部において正極(41)及び負極(43)とセパレータ(42)との間に形成される隙間は、巻き取り電極体(４)の巻き軸方向に開口しているので、ゲル状電解質は該隙間から巻き取り電極体(４)の内部へ容易に浸透して、短時間で巻き取り電極体(４)の全体に含浸される。
最後に前記開口を封止して、容量が３０００ｍＡの本実施例のリチウムポリマー二次電池を完成する。
上記本発明に係るリチウムポリマー二次電池においては、巻き取り電極体(４)の内部に発生した電流が、集電補助部(５)を経由しない第１の電流経路と、集電補助部(５)を経由する第２の電流経路とを経て、集電タブに至ることとなる。ここで、集電タブから遠い領域に発生した電流は、第２の電流経路の長さが第１の電流経路の長さよりも著しく短くなるため、その殆どが電気抵抗の小さな第２の電流経路を経て集電タブに流れ込むことになる。
これに対し、集電タブに近い領域に発生した電流は、第１の電流経路の長さが第２の電流経路の長さよりも短くなるため、その殆どが電気抵抗の小さな第１の電流経路を経て集電タブに流れ込むことになる。
この様にして、巻き取り電極体(４)の内部に発生した電流は、その発生箇所に応じて電気抵抗が小さい方の電流経路を経て、集電タブに流れ込むので、巻き取り電極体(４)全体としての電流経路の電気抵抗は、第１の電流経路に相当する１つの電流経路が形成されるに過ぎない従来の二次電池における電流経路の電気抵抗よりも低いものとなる。
然も、集電補助部(５)は、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしを互いに超音波圧接により接合して形成されているので、集電補助部(５)の電気抵抗は極めて小さなものとなる。
上述の如く、上記本発明に係るリチウムポリマー二次電池においては、巻き取り電極体(４)の正極(41)及び負極(43)にそれぞれ１本の集電タブを配備した構成にも拘わらず、集電補助部(５)の形成によって電流経路の電気抵抗が低下するため、電池の内部抵抗が低下して、高い集電性能を得ることが出来る。
本発明に係るリチウムポリマー二次電池においては、上述の集電補助部(５)の構成に替えて、図７及び図８に示す如く、突出部(48)を貫通する集電補助ピン(51)によって集電補助部(５)を構成することも可能である。
該集電補助ピン(51)は、円筒状の胴部(52)と、該胴部(52)の両端部に放射状に突設された複数の突片からなる一対の挟圧部(53)(53)とから構成されており、胴部(54)が巻き取り電極体(４)の突出部(48)の中央部を貫通すると共に、両挟圧部(53)(53)が突出部(48)をその両側から挟圧している。これによって、複数の非塗工端部(49)には大きな挟圧力が加えられ、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしが互いに広い接触面積で強く圧着している。
従って、該集電補助部(５)によれば、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしの接触面における電気抵抗は小さなものとなる。又、集電補助ピン(51)は、突出部(48)にかしめ固定によって強固に取り付けられているので、外部から大きな衝撃が加わったとしても、集電補助ピン(51)が突出部(48)から外れる虞はなく、隣接する非塗工端部(49)(49)の圧着状態は確実に維持される。
又、本発明に係るリチウムポリマー二次電池においては、上述の集電補助部(５)の構成に替えて、図９及び図１０に示す如く、突出部(48)をその両側から挟み込む集電補助部材(54)によって集電補助部(５)を構成することも可能である。
該集電補助部材(54)は、平板状の雄片(55)と、該雄片(55)を嵌め込むための凹部(57)を有する雌片(56)とから構成されており、雄片(55)が巻き取り電極体(４)の突出部(48)を介して雌片(56)の凹部(57)に嵌合している。これによって、複数の非塗工端部(49)には大きな狭圧力が加えられ、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしが互いに広い接触面積で強く圧着している。
従って、該集電補助部(５)によれば、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしの接触面における電気抵抗は小さなものとなる。又、集電補助部材(54)は、金属片のプレス成型によって容易に作製することが出来、然も、雄片(55)を雌片(56)の凹部(57)に嵌合せしめることによって取付けが可能であるので、取付け工程は簡易である。
実施例電池及び比較例電池を作製し、本発明の効果を確認した。
第１の比較例電池の製造においては、先ず、それぞれ１本の集電タブを取り付けた帯状の正極及び負極をセパレータを介して渦巻き状に巻き取って、巻き取り電極体を作製する。次に、２層の樹脂層の間にアルミニウム層を介在させてなるラミネートシートを二つに折り畳んで、その内部に巻き取り電極体を収容し、注液口となる合わせ面を除いて該ラミネートシートの３辺の合わせ面を封止する。そして、注液口からゲル状電解質を注入した後、該注液口を封止することにより、ラミネートシートからなる外装体の内部に巻き取り電極体を収容した第１の比較例電池を得る。尚、該電池の電極体の両端部には、非塗工部からなる突出部は形成されていない。
又、第２の比較例電池の製造においては、先ず、それぞれ１本の集電タブを具えたシート状の正極及び負極の間にセパレータが介在する様に、負極、セパレータ、正極、セパレータの順で、１０層の負極と９層の正極を積層した積層型の電極体を作製する。次に、２層の樹脂層の間にアルミニウム層を介在させてなるラミネートシートを二つに折り畳んで、その内部に積層型電極体を収容し、注液口となる合わせ面を除いて該ラミネートシートの３辺の合わせ面を封止する。そして、注液口からゲル状電解質を注入した後、該注液口を封止することにより、ラミネートシートからなる外装体の内部に積層型の電極体を収容した第２の比較例電池を得る。
又、上述した本実施例の製造方法によって、図１に示すリチウムポリマー二次電池(第１実施例電池)と、両集電タブを巻き取り電極体の巻き軸方向の一方の端部から巻き軸方向に突出させた図６のリチウムポリマー二次電池(第２実施例電池)とを作製する。
尚、正極及び負極の活物質の塗布量は各電池で同一であって、正極については３４０ｍｇ／１０ｃｍ２、負極については１６０ｍｇ／１０ｃｍ２であり、両電極の塗布面積も各電池で同一の１３６０ｃｍ２である。又、第１比較例電池、第１実施例電池及び第２実施例電池の巻き取り電極体の巻回数は１０である。
各電池の内部抵抗を測定した結果を表１に示す。
Figure 2005093242
表１から明らかな様に、第１実施例電池及び第２実施例電池の内部抵抗は、複数の集電タブを有する積層型の第２比較例電池と同程度にまで低下しており、これによって、集電補助部を形成することによる内部抵抗の低減効果が確認された。
次に、第１比較例電池及び第１実施例電池の正極及び負極の電極長を変化させ、各電極長における両電池の内部抵抗を測定した。その結果を表２に示す。
尚、両電極に形成される塗工部の幅方向の塗布長さは５０ｍｍに設定されている。
Figure 2005093242
表２から明らかな様に、電極長が大きくなるにつれて第１比較例電池と第１実施例電池の内部抵抗値の差は大きなものとなっている。第１実施例電池においては、電極長が６００ｍｍよりも大きくなると、第１比較例電池との内部抵抗の差が顕著になることから、電極長が６００ｍｍ以上で集電補助部が有効に機能していると言える。
更に、第１比較例電池及び第１実施例電池の正極及び負極の活物質の塗布面積を変化させ、各塗布面積における両電池の内部抵抗を測定した。その結果を表３に示す。
尚、両電極に形成される塗工部の幅方向の塗布長さは５０ｍｍに設定されている。
Figure 2005093242
表３から明らかな様に、両電極の塗布面積が増大するにつれて第１比較例電池と第１実施例電池の内部抵抗値の差は大きなものとなっている。第１実施例電池においては、塗布面積が７００ｃｍ２よりも大きくなると、第１比較例電池との内部抵抗の差が顕著になることから、塗布面積が７００ｃｍ２以上で集電補助部が有効に機能していると言える。
尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、巻き取り電極体(４)の突出部(48)に溶接を施して、該突出部(48)を構成する複数枚の非塗工端部(49)を互いに接合せしめた集電補助部(５)によっても、上記本実施例と同様の効果が得られる。
又、互いに近接する方向に弾性復帰力を発揮する一対の側板を具えた集電補助クリップにより、突出部(48)をその両側から挟み込み、隣接する非塗工端部(49)(49)どうしを互いに圧着せしめた集電補助部(５)によっても、上記本実施例と同様の効果が得られる。
本発明に係るリチウムポリマー二次電池の断面図である。 該リチウムポリマー二次電池の断面図及び集電補助部の拡大断面図である。 巻き取り電極体の一部を展開して示す斜視図である。 該巻き取り電極体の斜視図である。 該巻き取り電極体をラミネートシートによって包囲した状態の斜視図である。 他の構成を有する巻き取り電極体の一部を展開して示す斜視図である。 他の構成を有する集電補助部を示す拡大断面図である。 該集電補助部を構成する集電補助ピンが突出部を貫通している状態を示す拡大断面図である。 更に他の構成を有する集電補助部を示す拡大断面図である。 該集電補助部を構成する集電補助部材が突出部を挟み込んでいる状態を示す断面図及びその要部の拡大断面図である。 従来のリチウムポリマー二次電池の断面図である。 該リチウムポリマー二次電池の断面図である。 従来の巻き取り電極体の一部を展開して示す斜視図である。 従来の他の構成を有する巻き取り電極体の一部を展開して示す斜視図である。
符号の説明
(11) 外装体
(２) 集電タブ
(20) 正極端子部
(３) 集電タブ
(30) 負極端子部
(４) 巻き取り電極体
(41) 正極
(42) セパレータ
(43) 負極
(48) 突出部
(49) 非塗工端部
(410) 非塗工巻部
(５) 集電補助部
(51) 集電補助ピン
(54) 集電補助部材

Claims (6)

  1. 外装体(11)の内部に、それぞれ帯状の正極(41)と負極(43)の間にセパレータ(42)を介在させてこれらを渦巻き状に巻き取った巻き取り電極体(４)が収容され、正極(41)及び負極(43)はそれぞれ、帯状の芯体の表面に活物質を塗布して構成され、該巻き取り電極体(４)が発生する電力を正負一対の電極端子部(20)(30)から外部へ取り出すことが出来る二次電池において、
    正極(41)の巻き軸方向の一方の端部と負極(43)の巻き軸方向の一方の端部にはそれぞれ、活物質の塗布されていない非塗工部が芯体の端縁に沿って形成され、巻き取り電極体(４)は、巻き軸方向の一方の端部に、正極(41)の非塗工部を突出させてなる突出部(48)を有すると共に、他方の端部に、負極(43)の非塗工部を突出させてなる突出部(48)を有し、各突出部(48)には、隣接する非塗工部どうしを互いに接合して形成される集電補助部(５)が設けられており、巻き取り電極体(４)には、一対の帯状の集電タブ(２)(３)が配備され、一方の集電タブ(２)の基端部は正極(41)に接続されると共に、他方の集電タブ(３)の基端部は負極(43)に接続され、両集電タブ(２)(３)の先端部は、外装体(11)を貫通して外部に突出し、両先端部によって正負一対の電極端子部(20)(30)がそれぞれ形成されていることを特徴とする二次電池。
  2. 巻き取り電極体(４)は、巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状を呈しており、外装体(11)は、２層の樹脂層の間に金属層を介在させてなるラミネートシートによって形成され、正極(41)及び負極(43)にはそれぞれ、芯体長手方向の端部に、活物質の塗布されていない非塗工巻部(410)が形成されており、前記集電タブは、その基端部が非塗工巻部(410)に接続されて、巻き取り電極体(４)の巻き軸に対して垂直な方向に突出している請求項１に記載の二次電池。
  3. 巻き取り電極体(４)は、巻き軸に対して垂直な方向に扁平な形状を呈しており、外装体(11)は、２層の樹脂層の間に金属層を介在させてなるラミネートシートによって形成され、正極(41)及び負極(43)にはそれぞれ、芯体長手方向の端部に、活物質の塗布されていない非塗工巻部(410)が形成されており、前記集電タブは、その基端部が非塗工巻部(410)に接続されて、巻き取り電極体(４)の巻き軸と平行な方向に突出している請求項１に記載の二次電池。
  4. 集電補助部(５)は、隣接する非塗工部どうしを互いに超音波圧接して形成されている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の二次電池。
  5. 集電補助部(５)は、巻き取り電極体(４)の突出部(48)を貫通する集電補助ピン(51)を具え、該集電補助ピン(51)は、突出部(48)を貫通する胴部(52)と、該胴部(52)の両端部に突設された一対の挟圧部(53)(53)とから構成され、該一対の挟圧部(53)(53)は、突出部(48)をその両側から挟圧し、該挟圧力によって、隣接する非塗工部どうしが互いに圧着している請求項１乃至請求項３の何れかに記載の二次電池。
  6. 集電補助部(５)は、巻き取り電極体(４)の突出部(48)を両側から挟み込む集電補助部材(54)を具え、該集電補助部材(54)は、突出部(48)を間に挟んで互いに嵌合可能な雄片(55)と雌片(56)とを具え、雄片(55)と雌片(56)による挟圧力によって、隣接する非塗工部どうしが互いに圧着している請求項１乃至請求項３の何れかに記載の二次電池。
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