JP2006278267A - 非水電解質電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量で且つ封口性能に優れた非水電解質電池を提供する。
【解決手段】正極と負極と両電極を離間するセパレータとからなる電極体と、非水電解質とが、有底円筒形外装缶内に収容され、前記有底円筒形外装缶の開口側端部がガスケットを介してクリンプ封口され、前記正負電極の何れか一方に一方端が接続され、他方端が前記有底円筒形外装缶の開口より電池外に突出する電流取出端子を備えた非水電解質電池において、前記電流取出端子は、鍔部４ｃと、前記鍔部の下側の面に形成されたテーパ状隅部４ｄとを有し、前記鍔部の両面で前記ガスケットと接触し、前記鍔部よりも下側がクリンプされていることを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】正極と負極と両電極を離間するセパレータとからなる電極体と、非水電解質とが、有底円筒形外装缶内に収容され、前記有底円筒形外装缶の開口側端部がガスケットを介してクリンプ封口され、前記正負電極の何れか一方に一方端が接続され、他方端が前記有底円筒形外装缶の開口より電池外に突出する電流取出端子を備えた非水電解質電池において、前記電流取出端子は、鍔部４ｃと、前記鍔部の下側の面に形成されたテーパ状隅部４ｄとを有し、前記鍔部の両面で前記ガスケットと接触し、前記鍔部よりも下側がクリンプされていることを特徴とする。
【選択図】図２
Description
本発明は、電池の軽量化と封口性能の向上を目的とする非水電解質電池の改良に関する。
近年、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等の移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その駆動電源としての電池にはさらなる高容量化が要求されている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、高いエネルギー密度を有し、高容量であるので、上記のような移動情報端末の駆動電源として広く利用されている。
特に有底円筒形の外装缶に巻回型の電極体を挿入した電池は、正極・負極の対向面積が大きく、大電流を取り出しやすいことから、上記用途に広く用いられている。
このような円筒形外装缶は、高分子製のガスケットを外装缶開口側端部で抱き込むようにして、外装缶に機械的変形を加えてガスケットを外部から圧縮し、ガスケットの反発力により外装缶開口部を封口する、クリンプ封口と呼ばれる方法を採用している。
そして、高い封口性能を得るために、外装缶の外部からガスケットを締め付けるように強く圧縮する溝入れ加工が行われる。この溝入れ加工によって外装缶に引っ張り力が加えられて変形し、環状溝が形成される。この部分に位置するガスケットに強い圧縮力が加えられるので、この反作用として強い反発力が作用し、この反発力により外装缶開口部が密に封口される。
ところで、本発明者らは、封口性能を更に高める技術として、特許文献１を提案している。
この技術は、図４に示すように、集電棒４のガスケット５と接触する位置に鍔部４ｃを形成する技術であり、この技術によると、鍔部がガスケットの反発力が封口に寄与しない方向に作用することを抑制するので、ガスケットの反発力が高まり、封口性能が飛躍的に高まる。しかし、未だ封口性能に改善の余地を残していた。
本発明者らは、封口性能を更に高めるために鋭意研究を行った。その結果、鍔部を形成した場合においても、ガスケットの反発力の逃げが生じ、十分な封口性能が得られないことを知った。
本発明は、以上の知見に基づき完成されたものであって、封口性能に優れた非水電解質電池を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、正極と負極と両電極を離間するセパレータとからなる電極体と、非水電解質とが、有底円筒形外装缶内に収容され、前記有底円筒形外装缶の開口側端部がガスケットを介してクリンプ封口され、前記正負電極の何れか一方に一方端が接続され、他方端が前記有底円筒形外装缶の開口より電池外に突出する電流取出端子を備えた非水電解質電池において、前記電流取出端子は、柱部と、前記柱部から外方に突出した鍔部と、を有し、前記の鍔部の上面及び下面ともに前記ガスケットと接触し、前記柱部と、前記鍔部とが交差する下面にテーパ状隅部が形成されており、前記鍔部よりも下側の柱部がクリンプされていることを特徴とする。
特許文献１に提案の電池は、図４に示すように、ガスケット５の反発力を鍔部４ｃが受け止めて、電流取出端子４とガスケット５との密着性が向上するので、封口性能が向上する。しかし、クリンプ封口の際の溝入れ時に、鍔部の下面と柱部の鍔元４ｂ近傍のガスケットに引っ張り力が作用して隙間７が生じるため、封口性能が十分ではない。
これに対し、本発明では、図２に示すように、特許文献１の技術において隙間ができる位置に、あらかじめテーパ状隅部４ｄが設けられているため、隙間が生じない。よって封口性能が向上する。
上記構成において、図２に示すテーパ状隅部の長さをＣ１、テーパ状隅部の高さをＣ２、鍔部の長さをＬとしたとき、Ｃ１≧０．２Ｌ且つＣ２≧０．２Ｌである構成、とすることができる。
テーパ状隅部の長さＣ１、高さＣ２が過小であると、上述した効果を十分に得ることが難しくなるので、上記のように規制されていることが好ましい。また、テーパ状隅部の長さＣ１が鍔部の長さＬ以下、テーパ状隅部の高さＣ２が鍔部の下面からガスケットの下面間の直線距離以下であれば、十分な効果が得られる。しかし、Ｃ１及びＣ２を大きくすると、加工コストが高くなるという問題があるので、好ましくはＣ１及びＣ２をともに０.７Ｌ以下とし、より好ましくは０.５Ｌ以下とする。
上記本発明の構成によると、ガスケットと電流取出端子との間に隙間ができることがない、封口性能に優れた非水電解質電池を実現できる。
本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態に係る非水電解質二次電池の外観図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の部分断面図であり、図２は負極集電棒の部分断面図である。なお、本発明はその要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
（実施の形態）
図１に示すように、本発明の非水電解質二次電池は電極体を有しており、この電極体は外装缶６内に配置されている。上記電極体は、正極１と、負極２と、これら両電極を離間するセパレータ３とを渦巻状に巻回することにより作製される。また、前記正極は前記外装缶６と、前記負極は、図２に示すように、ガスケット５と一体成型された、鍔部４ｃを有する負極集電棒（電流取出端子）４と電気的に接続され、電池内の化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
図１に示すように、本発明の非水電解質二次電池は電極体を有しており、この電極体は外装缶６内に配置されている。上記電極体は、正極１と、負極２と、これら両電極を離間するセパレータ３とを渦巻状に巻回することにより作製される。また、前記正極は前記外装缶６と、前記負極は、図２に示すように、ガスケット５と一体成型された、鍔部４ｃを有する負極集電棒（電流取出端子）４と電気的に接続され、電池内の化学エネルギーを電気エネルギーとして外部へ取り出し得るようになっている。
また、負極集電棒の柱部は、図２に示すように、巻回中心を兼ねた巻軸体４ａと、鍔部が形成され、ガスケットの反発力を受け止める鍔元４ｂとからなり、巻軸体は電極を効率よく巻き取るために、鍔元よりも細くなっている。また、外装缶３の開口部は、鍔部よりも下側のガスケットを抱き込み、クリンプ封口することによりガスケットを外部から圧縮し、ガスケットの反発力により密閉されている。また、鍔部４ｃの缶底側の面には、テーパ状隅部４ｄが形成されている。
（実施例１）
〈正極の作製〉
炭酸リチウムと四酸化三コバルトとを混合し、９００℃で焼成したコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９２重量部と、アセチレンブラックからなる導電剤３質量部と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）からなる結着剤５質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合し、活物質スラリーとした。
〈正極の作製〉
炭酸リチウムと四酸化三コバルトとを混合し、９００℃で焼成したコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）９２重量部と、アセチレンブラックからなる導電剤３質量部と、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）からなる結着剤５質量部と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）とを混合し、活物質スラリーとした。
この活物質スラリーを、ドクターブレードにより厚み２０μｍのアルミニウム箔からなる正極芯体の両面に均一に塗布した後、加熱した乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった有機溶媒を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１７ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して正極を作製した。その後、幅３６×長さ７０ｍｍに切断し、正極板とした。
〈負極の作製〉
黒鉛からなる負極活物質９８質量部と、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）からなる結着剤１質量部と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）からなる増粘剤１質量部と、水とを混合し、活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより負極芯体としての銅箔（厚み１０μｍ）の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった水を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１５ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して負極を作製した。その後、幅４０×長さ７５ｍｍに切断し、負極板とした。
黒鉛からなる負極活物質９８質量部と、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）からなる結着剤１質量部と、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）からなる増粘剤１質量部と、水とを混合し、活物質スラリーとした。この活物質スラリーを、ドクターブレードにより負極芯体としての銅箔（厚み１０μｍ）の両面に均一に塗布した後、乾燥機中を通過させて乾燥することにより、スラリー作製時に必要であった水を除去した。次いで、この極板を厚みが０．１５ｍｍになるようにロールプレス機により圧延して負極を作製した。その後、幅４０×長さ７５ｍｍに切断し、負極板とした。
〈電解液の調製〉
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを質量比３：７で混合した混合溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6を、１Ｍ（モル／リットル）になるよう溶解させ、電解液を作製した。
エチレンカーボネート（ＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを質量比３：７で混合した混合溶媒に、電解質塩としてＬｉＰＦ6を、１Ｍ（モル／リットル）になるよう溶解させ、電解液を作製した。
〈セパレータの準備〉
ポリエチレン製の微多孔性膜（厚み０．０２５ｍｍ）を幅４４×長さ１７０ｍｍに切断し、乾燥してセパレータとした。
ポリエチレン製の微多孔性膜（厚み０．０２５ｍｍ）を幅４４×長さ１７０ｍｍに切断し、乾燥してセパレータとした。
〈電極体の作製〉
上記のように作製した負極板に、図２に示すように、円筒形の巻軸体４ａと鍔元４ｂとからなる柱部と、断面円形の鍔部４ｃと、を備え、鍔部の下面にテーパ状隅部４ｄが形成されており、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（旭硝子製：６２ＸＰ）製のガスケット５がインサート成型された、ステンレススチール製負極集電棒４を取り付けた。この後、正極板１、負極板２を、セパレータ３を間にし、かつ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせた。この後、巻取り機により巻軸を兼ねる負極集電棒４を中心にして巻回し、最外周をテープ止めすることにより巻回電極体を作製した。
上記のように作製した負極板に、図２に示すように、円筒形の巻軸体４ａと鍔元４ｂとからなる柱部と、断面円形の鍔部４ｃと、を備え、鍔部の下面にテーパ状隅部４ｄが形成されており、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（旭硝子製：６２ＸＰ）製のガスケット５がインサート成型された、ステンレススチール製負極集電棒４を取り付けた。この後、正極板１、負極板２を、セパレータ３を間にし、かつ各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせた。この後、巻取り機により巻軸を兼ねる負極集電棒４を中心にして巻回し、最外周をテープ止めすることにより巻回電極体を作製した。
なお、鍔部の長さＬは１．５ｍｍであり、テーパ状隅部の長さＣ１及びテーパ状隅部の高さＣ２はともに０．３ｍｍである。また、テーパ状隅部の断面は直線状となっている。また、集電棒４は、図２に示すように、体積エネルギー密度を高めるために、巻軸体４ａの直径は、鍔元４ｂの直径よりも小さく形成している。
この電極体１を乾燥した後、厚み０．３０ｍｍのアルミニウム製外装缶６内に電解液を５００ｍｇ注入後、電極体を挿入した。この後、高分子製ガスケット５を抱き込むようにしてクリンプ封口することにより、全高５５ｍｍ×直径６ｍｍの公称容量１２０ｍＡｈである実施例１に係る非水電解質二次電池を作製した。
（実施例２）
図３に示すように、鍔部の長さＬを１．５ｍｍ、テーパ状隅部の長さＣ１及びテーパ状隅部の高さＣ２をともに０．７ｍｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２に係る非水電解質二次電池を作製した。
図３に示すように、鍔部の長さＬを１．５ｍｍ、テーパ状隅部の長さＣ１及びテーパ状隅部の高さＣ２をともに０．７ｍｍとしたこと以外は、上記実施例１と同様にして、実施例２に係る非水電解質二次電池を作製した。
（比較例１）
鍔部の長さＬを１．５ｍｍとし、テーパ状隅部を形成しなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして、比較例１に係る非水電解質二次電池を作製した。
鍔部の長さＬを１．５ｍｍとし、テーパ状隅部を形成しなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして、比較例１に係る非水電解質二次電池を作製した。
〔ヒートショック試験〕
上記各電池を、定電流１Ｉｔ（１２０ｍＡ）で４．２Ｖとなるまで、その後定電圧４．２Ｖで０．０２Ｉｔ（２．４ｍＡ）となるまで充電した。この後、７０℃で３０分保存し、その後−３０℃で３０分保存するヒートショックサイクルを１２０回、２４０回実施し、試験前後の質量変化を測定し、減少したものの個数をカウントした。この結果を下記表１に示す。なお、検体数は各電池ともに１０である。
上記各電池を、定電流１Ｉｔ（１２０ｍＡ）で４．２Ｖとなるまで、その後定電圧４．２Ｖで０．０２Ｉｔ（２．４ｍＡ）となるまで充電した。この後、７０℃で３０分保存し、その後−３０℃で３０分保存するヒートショックサイクルを１２０回、２４０回実施し、試験前後の質量変化を測定し、減少したものの個数をカウントした。この結果を下記表１に示す。なお、検体数は各電池ともに１０である。
上記表１より、鍔部４ｃの下面にテーパ状隅部４ｄが形成されている負極集電棒を用いた電池は、ヒートショックサイクルを２４０回行っても、質量減少が見られなかった。他方、図４に示すように、鍔部４ｃの下面にテーパ状隅部が設けられていない負極集電体を用いた電池は、ヒートショックサイクル１２０回で１０個中２個の電池において質量減少が生じ、ヒートショックサイクル２４０回で１０個中３個の電池において質量減少が生じた。
このことは次のように考えられる。図４に示すように、鍔部の下面にテーパ状隅部を形成していない場合、クリンプ封口の溝入れによってガスケット５に引っ張り力が加えられ、ガスケットと鍔部４ｃとの間に隙間７ができるので、封口性能が低下する。このため、ヒートショックサイクルを行うと、反発力が逃げるため封止性が低下し、電解液が滲み出して、質量減少が生じる。
他方、図２、図３に示すように、鍔部４ｃの下面にテーパ状隅部４ｄが形成されていると、このテーパ状隅部が隙間を埋めるため、電解液の漏れがない、封口性能に優れた電池が得られる。
（その他の事項）
外装体材料としては、電池の軽量化のためにアルミニウム又はアルミニウム合金とすることが好ましい。
外装体材料としては、電池の軽量化のためにアルミニウム又はアルミニウム合金とすることが好ましい。
また、ガスケット材料としては、適度な反発力を有し、有機溶媒により腐食することがない高分子を用いることが好ましい。このような材料として、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、プロピレン（ＰＰ）、ゴム（ＥＰＤＭ）が例示できる。
また、上記実施例では、テーパ状隅部の長さＣ１と、テーパ状隅部の高さＣ２とを同一としたが、同一でなくてもよい。また、テーパ状隅部の断面が、図２に示すような直線状でなくてもよい。
また、負極集電棒の巻軸体と鍔元の直径を同一としてもよい。
以上説明したように、本発明によると、軽量で且つ封口性能に優れた非水電解質電池を提供できる。
１ 正極
２ 負極
３ セパレータ
４ 負極集電棒
５ ガスケット
６ 外装缶
７ 隙間
２ 負極
３ セパレータ
４ 負極集電棒
５ ガスケット
６ 外装缶
７ 隙間
Claims (2)
- 正極と負極と両電極を離間するセパレータとからなる電極体と、非水電解質とが、有底円筒形外装缶内に収容され、前記有底円筒形外装缶の開口側端部がガスケットを介してクリンプ封口され、前記正負電極の何れか一方に一方端が接続され、他方端が前記有底円筒形外装缶の開口より電池外に突出する電流取出端子を備えた非水電解質電池において、
前記電流取出端子は、柱部と、前記柱部から外方に突出した鍔部と、を有し、
前記の鍔部の上面及び下面ともに前記ガスケットと接触し、
前記柱部と、前記鍔部とが交差する下面にテーパ状隅部が形成されており、
前記鍔部よりも下側の柱部がクリンプされている、
ことを特徴とする非水電解質電池。 - 請求項１に記載の非水電解質電池において、
前記テーパ状隅部の長さをＣ１、前記テーパ状隅部の高さをＣ２、前記鍔部の長さをＬとしたとき、Ｃ１≧０．２Ｌ且つＣ２≧０．２Ｌである、
ことを特徴とする非水電解質電池。
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