JP2007035419A

JP2007035419A - 電池

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Publication number: JP2007035419A
Application number: JP2005216327A
Authority: JP
Inventors: Naoto Nishimura; 直人西村; Shumei Nishijima; 主明西島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2007-02-08

Abstract

【課題】電池の大型化に伴い電池自体の強度を向上し、電力貯蔵用の蓄電システム等で使用できる電池を提供する。
【解決手段】少なくとも２枚の対向する集電体を備え、集電体が貫通孔を有するハニカム構造体であり、集電体の対向面において、一方の集電体の貫通孔の外形が、他方の集電体の貫通孔の外形と重ならない構成とし、強度を高くする。集電体の材料は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレススチールなどから選ばれる１種であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池に関する。更に詳しくは、本発明は、少なくとも２枚の対向する集電体を備え、集電体が貫通孔を有するハニカム構造体である電池に関する。

正極には金属酸化物、電解質には有機電解液、負極には黒鉛のような炭素材料を用いるリチウムイオン二次電池は、１９９１年に初めて製品化され、それ以来、そのエネルギー密度の高さから小型、軽量化が進むビデオカメラ、携帯電話、ノート型パソコン、ミニディスク等の携帯用電子機器の電源として急速に普及してきた。

これら携帯用電子機器の電源であるリチウムイオン二次電池の多くは、電極活物質を含有する合材を有孔金属板や金属箔からなる集電体に塗布もしくは圧着した厚さ２００〜３００μｍのシート状電極を、セパレーターと共に捲回あるいは積層し、更に、この捲回あるいは積層したシート状電極を、円筒型や角型の外装缶に封入したものである。これら電池の電極は薄いため、電極面積を大きくすることができ、高レート充放電を可能としている。

また、リチウムイオン二次電池の電解質として、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート、あるいは、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステルや、これら２種以上を混合した有機溶媒に、Ｌｉ塩を溶解した非水電解液が使用されている。特に低温環境下におけるリチウムイオンの移動を円滑に行うために、環状カーボネートに鎖状カーボネートを混合して用いるのが一般的である。

このようなリチウムイオン二次電池のうち、角型電池は円筒型電池よりも、機器に実装した場合に空間が無駄なく利用でき、また、組電池として電源に利用することも容易である。また、この角型電池の場合、電池内部の体積に対する電極群の充填率を高くしようとすると、短冊形電極の積層構造の方が捲回構造よりも有利である。

また、積層構造の角型電池の場合、電気容量を高くすると、多数の正極と負極の位置を正確に合わせて積層する技術が必要となる。それに対して、電極の厚さを厚くすると、そのような多数の正極と負極の位置を合わせる必要はなくなるが、新たに、充放電中に電極活物質が脱落し、電池の容量が低下する等の問題が生じる。そこで、そのような問題に対して、例えば、従来技術として特開平６−１９６１７０号公報（特許文献１）では、アルミニウム繊維からなる多孔質シートを正極の芯材に使用する技術や、特開平７−２２０２１号公報（特許文献２）では、金属多孔体に負極活物質を保持させた電極の技術等が提案されている。

また、リチウムイオン二次電池は充放電におけるエネルギー効率（電力効率）が鉛蓄電池やニッケル水素に比べ高いため、電気自動車や電力貯蔵用途としても有望であり、中型、大型化への開発が積極的に推進されている。また、中型のリチウムイオン二次電池は電動アシスト付き自転車等の用途で、一部実用化されている。これら中型から大型電池への開発は、従来、小型電池の開発で得られた電池構造を踏襲することによって、推進されている。

特開平６−１９６１７０号公報特開平７−２２０２１号公報

電池の中型、大型化に伴い、電池自体の機械的強度が要求されてきている。例えば、電力貯蔵用の蓄電システムを構築するには、大型電池を数十個組み合わせた組電池が必要となり、組電池はラック等へ効率よく収納するため、電池自体の重さに耐えるだけの強度が必要となってくる。これには小型電池の構造を踏襲していたのでは不十分であり、電池自体の機械的強度を向上させる必要があった。

本発明は、上記従来の課題を考慮してなされたものであって、リチウム二次電池の大型化に伴い電池自体の強度を向上し、電力貯蔵用の蓄電システム等で使用できる電池を提供することを目的とする。

かくして本発明によれば、少なくとも２枚の対向する集電体を備え、集電体が貫通孔を有するハニカム構造体であり、集電体の対向面において、一方の集電体の貫通孔の外形が、他方の集電体の貫通孔の外形と重ならないことを特徴とする電池が提供される。

本発明によれば、少なくとも２枚の対向する集電体を備え、集電体が貫通孔を有するハニカム構造体であり、集電体の対向面において、一方の集電体の貫通孔の外形が、他方の集電体の貫通孔の外形と重ならないことにより、飛躍的に機械的強度の向上した電池を提供することができることがわかった。

本発明の電池は、少なくとも２枚の対向する集電体を備え、集電体が貫通孔を有するハニカム構造体であり、集電体の対向面において、一方の集電体の貫通孔の外形が、他方の集電体の貫通孔の外形と重ならないことを特徴としている。

本発明は、一次電池や二次電池に限らず、集電体を有する電池であれば、あらゆる種類の電池に適用できる。具体的には、リチウムイオン電池、リチウム金属電池、ニッケル水素電池、ニッカド電池、燃料電池等にも適用できる。特に本発明では、電池の体積が大きい、中型電池、大型電池に好適に適用できる。ここで、中型電池とは、電池の体積が４０〜７０ｃｍ³の電池を意味し、大型電池とは、７０ｃｍ³以上の電池を意味する。

本発明の電池は、少なくとも２枚の対向する集電体を備えている。集電体の形状は、特に限定されないが、板状であることが好ましい。板状の集電体の場合、その厚さは、所望する電池の性質に対応させて適宜選択できるが、例えば０．４〜１０ｍｍである。中でも、中型電池の場合は、０．４〜２ｍｍ、大型電池の場合は、２〜１０ｍｍであることが好ましい。加えて、集電体の対向面の外形は、電池の形状に合わせて適宜設定できる。

本発明で使用される集電体は、貫通孔を有するハニカム構造体である。ハニカム構造体とは、貫通孔を複数有する構造体を意味する。ハニカム構造体を使用することで、強度の向上と軽量化を同時に実現できる。更に、集電体の対向面において、対向面全体の面積と、貫通孔の面積の合計との比が、１００：９９．９〜１００：７５であることが好ましい。

貫通孔の形状は、特に限定されず、電池の形状に対応させて種々の形状を採用できる。例えば、集電体の対向面において、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形、円、楕円、不定形等が挙げられる。集電体に複数存在する貫通孔は、全て同一の形状であっても、異なる形状であってもよい。集電体の強度のばらつきがより少ない観点で、貫通孔が全て同一の形状を有していることが好ましい。更に同じ観点で、貫通孔が規則的に並んでいることが好ましい。好ましい貫通孔の形状は、六角形である。

特に好ましいハニカム構造体は、六角形の一辺と隣接する六角形の一辺とが共有されるようにマトリクス状に複数の貫通孔を備えた構造体である。更に、六角形は、正六角形であることが好ましい。正六角形の場合、一辺の長さが０．２〜１０ｍｍであり、隣接する六角形の貫通孔間に存在し、かつ隣接する貫通孔を分ける隔壁の幅が０．００５〜１ｍｍであることが好ましい。
本発明の電池において、ハニカム構造体である集電体は、少なくとも２枚存在すればよい。

例えば、リチウムイオン二次電池の場合、
・正極、電解質層、負極及び電解質層を１単位とする繰り返し積層体
・正極、電解質層及び負極を１単位とする繰り返し積層体
からなる電池が挙げられ、集電体は通常正極及び負極に含まれる。従って、電池が、３枚以上の集電体を有する場合は、２枚以上の任意の枚数の集電体がハニカム構造体であれば本発明に含まれる。なお、ハニカム構造体でない集電体には、当該分野で公知の構造の集電体を使用できる。

更に、本発明では、集電体の対向面において、一方の集電体の貫通孔の外形が、他方の集電体の貫通孔の外形と重ならないように２枚の集電体が配置される。

また、外形が重ならないように配置された２枚の集電体は、必ずしも隣接する集電体でなくてもよく、電池中に含まれる複数の集電体の内、任意の位置に配置された２枚の集電体が上記関係を有していればよい。

更に、２枚の集電体のそれぞれを構成する貫通孔は、同一の大きさ形状であっても、異なる大きさ同一の形状であっても、同一の大きさ異なる形状であっても、異なる大きさ形状であってもよい。この内、形状は２枚とも六角形であることが好ましい。

更に好ましい２枚の集電体は、それぞれの集電体が、一方方向に同種の形状を繰り返した一連の貫通孔を有し、２枚の集電体の一方方向が例えば９０°で交差するように対向している集電体の組み合わせである。特に、集電体が、２枚共、六角形の一辺と隣接する六角形の一辺とが共有されるようにマトリクス状に複数の貫通孔を備えたハニカム構造体を有することが好ましい。この場合、電池自体の曲げに対する強度を最も高くできる。

集電体を構成する材料は、特に限定されず、電池の種類に応じて適宜選択できる。例えば、リチウムイオン電池用集電体の場合は、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレススチールよりなる群から選ばれる１種で構成されていることが好ましい。

貫通孔内には電極（負極又は正極）活物質が塗布されていても、貫通孔内が電極活物質で充填されていてもよい。この内、後者は、電池内の活物質量が増大し、得られる電気容量が高くなるので好ましい。更に、正極、電解質層及び負極の単位からなるセルの積層数の増加によって活物質の総充填量を増大させても、活物質は各セル内に保持できる。そのため、活物質を金属箔状集電体に厚く塗布する場合に生じる活物質の剥離や脱落等を防ぐことができる。

負極活物質は、特に限定されず、電池の種類に応じて適宜選択できる。例えば、リチウムイオン電池の場合は、リチウムの吸蔵／放出が可能な炭素材料、金属リチウム又はリチウム合金等が挙げられる。

リチウムの吸蔵／放出（挿入／脱離）が可能な炭素材料としては、電気化学的にリチウムイオンをドープ・脱ドープできる物質、例えば、導電性高分子（ポリアセチレン、ポリチオフェン、ポリパラフェニレン等）；熱分解炭素；触媒の存在下で気相熱分解された熱分解炭素；ピッチ、コークス、タール等から焼成した炭素；セルロース、フェノール樹脂等の高分子より焼成した炭素；無機化合物（ＷＯ₂、ＭｏＯ₂等）；リチウムイオンのインターカレーション／デインターカレーションが可能な物質、例えば、黒鉛（天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛等）等が挙げられる。これら炭素材料は単独又はこれらの複合体として使用することができる。

なかでも、熱分解炭素；触媒の存在下で気相熱分解された熱分解炭素；ピッチ、コークス、タール等から焼成した炭素；高分子より焼成した炭素；黒鉛が、電池特性、特に安全性の高い電池を作製することができるため好ましい。

更に、Ｘ線広角回折法による（００２）面の平均面間隔（ｄ００２）が０．３３５〜０．３４０ｎｍ、（００２）面方向の結晶子厚み（Ｌｃ）及び（１１０）面向の結晶子厚み（Ｌａ）が、それぞれ１０ｎｍ以上の黒鉛材料は、高い結晶性を有し、単位活物質あたりの放電容量が高いためより好ましい。

また、表面に非晶質炭素を付着させた黒鉛粒子からなる負極活物質は、低温特性に優れたプロピレンカーボネートを多く含有する電解液系が使用でき、高容量が達成されるので好ましい。

金属リチウム又はリチウム合金としては、リチウムの単体、リチウム／アルミ合金、リチウム／スズ合金、リチウム／鉛合金、ウッド合金等が挙げられる。

上記の負極活性物質のうち、二次電池の場合のサイクル特性の観点からは、リチウムを吸蔵／放出することができる炭素材料が好ましく、軽量かつ高電圧電池形成の観点からは、金属リチウムが好ましい。

また、導電性高分子、炭素、黒鉛、無機化合物等を負極活物質として負極を形成する場合、結着材、導電材等が添加されてもよい。

結着材としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリテトラフルオロエレチン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンコポリマー等のポリオレフィン系ポリマー；スチレンブタジエンゴム等を挙げることができる。

導電材としては、特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の炭素類；黒鉛粉末（天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長黒鉛繊維（ＶＧＣＦ））；金属粉末；金属繊維等が挙げられる。

これら結着材、導電材の混合比は、混合する結着材、導電材の種類により異なるが、負極活物質１００重量部に対して、結着材は１〜３０重量部程度、導電材は１〜５０重量部程度とすることができる。結着材が、１重量部程度より小さいと結着能力が不十分となるので好ましくなく、３０重量部程度より大きいと電極内に含まれる活物質量が減り、電極の抵抗又は分極等が大きくなって放電容量が小さくなるため好ましくない。また、導電材が１重量部程度より小さいと、電極の抵抗又は分極等が大きくなり放電容量が小さくなるため好ましくなく、５０重量部程度より多いと電極内に含まれる活物質量が減ることにより負極としての放電容量が小さくなるため好ましくない。

正極活物質は、特に限定されず、電池の種類に応じて適宜選択できる。例えば、リチウムイオン電池の場合は、結晶構造の安定性、電池として得られる電圧、密度等の観点から、カルコゲン化物が好ましい。

カルコゲン化物としては、例えば、一次電池の正極活物質の場合には、ＭｎＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、ＡｇＣｒＯ₄、ＭｏＯ₃、ＣｕＯ、ＣｕＳ、ＦｅＳ₂等は合成が容易なことから好ましい。また、二次電池の正極活物質の場合には、上記の他、Ｃｕ₂Ｖ₂Ｏ₇、ＭｏＳ₃、Ｖ₆Ｏ₁₃、ＴｉＳ₃、ＮｂＳｅ₃、Ｖ₂Ｓ₅、Ｃｒ_0.5Ｖ_0.5Ｓ₂、ＭｏＳ₂、Ｃｕ₃Ｍｏ₆Ｓ_7.9、Ｃｕ₄Ｍｏ₆Ｓ₈、Ｃｒ₃Ｏ₈等は安定性が高いことから好ましい。

更に、負極に上述したリチウムの吸蔵／放出（挿入／脱離）が可能な炭素材料を用い、電池組み立て時にリチウムが入ってない場合には、リチウムを含有するカルコゲン化物、例えば、ＬｉＮｉ_1-xＣｏ_xＯ₂（ここで０＜ｘ＜１）、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＦｅＯ₂、ＬｉＭｎＯ₂又はＬｉＭｎ₂Ｏ₄が高電圧の電池が構成できるので好ましい。また、環境負荷が低いこと等から、ＬｉＦｅＰＯ₄も使用できる。

また、正極には、導電材、結着材、集電体、任意に固体電解質等が添加されていてもよい。
導電材としては、特に限定されるものではなく、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等の炭素類や、黒鉛粉末（天然黒鉛、人造黒鉛、ＶＧＣＦ）、金属粉末、金属繊維等を用いることができる。

結着材としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系ポリマー；ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンコポリマー等のポリオレフィン系ポリマー；スチレンブタジエンゴム等を用いことができる。

これら導電材、結着材の混合比は、混合する導電材、結着材の種類により異なるが、正極活物質１００重量部に対して、導電材は１〜５０重量部程度、結着材は１〜３０重量部程度とすることができる。導電材が１重量部程度より小さいと、電極の抵抗又は分極等が大きくなり、放電容量が小さくなるため好ましくない。５０重量部程度より多いと電極内に含まれる活物質が減るため、正極としての放電容量が小さくなるため好ましくない。結着材が１重量部程度より小さいと結着能力が不十分となるので好ましくない。３０重量部程度より大きいと、導電材の場合と同様に、電極内に含まれる活物質量が減り、更に、上記に記載のごとく、電極の抵抗又は分極等が大きくなり、放電容量が小さくなるため好ましくない。

正極及び負極間には、通常電解質層が介在している。電解質層は、特に限定されず、電池の種類に応じて適宜選択できる。例えば、リチウムイオン電池の場合は、水溶液、非水電解液、溶融塩等からなるいずれの層でも使用できる。

この内、非水電解液は、溶媒と電解質塩とからなる。溶媒としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）とエチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられ、これらの１種以上を混合して用いることができる。

電解質塩としては、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、トリフルオロ酢酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＣＯＯ）、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド（ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂）等のリチウム塩が挙げられ、これらの１種以上を混合して用いることができる。

電解液の塩濃度は、０．５〜３ｍｏｌ／ｌが好適である。また、非水電解液の代わりに上記電解液をポリマーマトリックス中に保持したゲル電解質等も用いることが可能である。

本発明における非水系電池は、負極と正極の間にセパレーターを介在させることが好ましい。セパレーターとしては、電気絶縁性の合成樹脂繊維、ガラス繊維、天然繊維等の不織布、織布又はミクロポア構造材料や、アルミナのような金属酸化物の粉末の成形体等が挙げられる。なかでも、合成樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレン等の不織布、ミクロポア構造材料が、品質の安定性等の点から好ましい。これら合成樹脂の不織布、ミクロポア構造材料では電池が異常発熱した場合に、セパレーターが熱により溶解し、正極と負極の間を遮断する機能を付加したものもあり、安全性の観点からこれらも好適に使用することができる。

セパレーターの厚みは特に限定はないが、必要量の電解液を保持することが可能で、かつ正極と負極との短絡を防ぐ厚さがあればよく、通常０．０１〜１ｍｍ程度、好ましくは０．０２〜０．０５ｍｍ程度である。

本発明の電池は、コイン、ボタン、シート、円筒、角等いずれの形状にも適用できる。コインやボタン型の電池の場合は、一般的に、正極及び負極はペレット状に形成し、これを缶中に入れ、絶縁パッキンを介して蓋をかしめることで製造できる。円筒、角型電池では、一般的に、主にシート電極を缶に挿入し、缶とシート電極とを電気的に接続し、電解液を注入し、絶縁パッキンを介して封口板を封口、又はハーメチックシールにより封口板と缶を絶縁して封口することで製造できる。また、缶の代わりにアルミラミネートフィルムで封止する方法がある。

封口板には、安全素子を備えつけた安全弁を用いてもよい。安全素子には、例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメタル、ＰＴＣ素子等がある。また、安全弁のほかに電池缶の内圧上昇の対策として、ガスケットに亀裂を入れる方法、封口板に亀裂を入れる方法、電池缶に切り込みを入れる方法等を採用することができる。また、過充電や過放電対策を組み込んだ外部回路を用いてもよい。

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図１は電池内部の構造を示したものである。正極２は、正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂と導電材であるアセチレンブラックと結着材であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を重量比８０：１５：５で混練したペーストをアルミ製のハニカム構造体（集電体）に充填して得た。負極４は、負極活物質である天然黒鉛（中国産）と結着材であるＰＶｄＦを重量比９０：１０で混練したペーストをニッケル製のハニカム構造体（集電体）に充填して得た。正極２と負極４とで、ポリエチレン製セパレーター３を挟んで、正極と負極のハニカム構造体の貫通孔の六角形の外形がお互い重ならないように積層した。更に、正極２と負極４のそれぞれに正極リード１と負極リード５を溶接して電池を作製した。図３は電池の外形を示したものである。得られた発電体をアルミラミネートフィルム製の袋６に挿入し、電解液を注入しシールして図３の電池を作製した。

なお、実施例１で使用した集電体は、正極及び負極とも、正六角形の貫通孔を規則的に繰り返したハニカム構造体である。また、正極側の集電体において、六角形の一辺は３ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．１ｍｍ、厚さは４ｍｍである。負極側の集電体において、六角形の一辺は２ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．１ｍｍ、厚さは２ｍｍである。

（実施例２）
正極２は、正極活物質であるＬｉＦｅＰＯ₄と導電材であるＶＧＣＦと結着材であるＰＶｄＦを重量比８５：１０：５で混練したペーストをアルミ製のハニカムに充填して得た。負極４は、負極活物質である人造黒鉛（鱗片状）と結着材であるＰＶｄＦを重量比９０：１０で混練したペーストをニッケル製のハニカムに充填して得た。図２に示すように、正極２と負極４とで、ポリエチレン製セパレーター３を挟んで、正極と負極のハニカム構造体の貫通孔の六角形の外形がお互い重ならないように積層した。更に、正極２と負極４のそれぞれに正極リード１と負極リード５とをそれぞれ溶接して電池を作製した。図３は電池の外形を示したものである。得られた発電体をアルミラミネートフィルム製の袋６に挿入し、電解液を注入しシールして図３の電池を作製した。

なお、実施例２で使用した集電体は、正極及び負極とも、正六角形の貫通孔を規則的に繰り返したハニカム構造体である。また、正極側の集電体において、六角形の一辺は２ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．０５ｍｍ、厚さは２ｍｍである。負極側の集電体において、六角形の一辺は３ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．０５ｍｍ、厚さは２ｍｍである。

（実施例３）
実施例２の２枚の正極と１枚の負極という構成を、２枚の負極と１枚の正極という構成にして電池を作製した。

（実施例４）
実施例１と同様の操作を繰り返して電池を作製した。但し、正極で使用するハニカム構造体の縦方向の隔壁と、負極で使用するハニカム構造体の縦方向の隔壁とが直交するように積層して図３の電池を作製した。

（比較例１）
図４は比較例１の電池内部の構造を示したものである。正極２は、正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂と導電材であるアセチレンブラックと結着材であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を重量比８０：１５：５で混練したペーストをアルミ製のハニカム構造体に充填して得た。負極７は、負極活物質である天然黒鉛（中国産）と結着材であるＰＶｄＦを重量比９０：１０で混練したペーストを銅箔に塗布して得た。正極２と負極７とで、ポリエチレン製セパレーター３を挟んで積層した。更に、正極２と負極７のそれぞれに正極リード１と負極リード５とをそれぞれ溶接して電池を作製した。図３は電池の外形を示したものである。得られた発電体をアルミラミネートフィルム製の袋６に挿入し、電解液を注入しシールして図３の電池を作製した。

なお、比較例１で使用した正極の集電体は、正六角形の貫通孔を規則的に繰り返したハニカム構造体である。また、正極側の集電体において、六角形の一辺は４ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．１ｍｍ、厚さは４ｍｍである。

（比較例２）
図５は比較例２の電池内部の構造を示したものである。正極８は、正極活物質であるＬｉＮｉＯ₂と導電材であるＶＧＣＦと結着材であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を重量比８５：１０：５で混練したペーストをアルミ製のハニカム構造体に充填して得た。負極９は、負極活物質であるマダガスカル産天然黒鉛（鱗片状）と結着材であるＰＶｄＦを重量比９０：１０で混練したペーストをニッケル製のハニカム構造体に充填して得た。正極８と負極９とで、ポリエチレン製セパレーター３を挟んで、正極と負極のハニカム構造体の貫通孔の六角形の外形がお互い重なるように積層した。更に、正極８と負極９のそれぞれに正極リード１と負極リード５とをそれぞれ溶接して電池を作製した。図３は電池の外形を示したものである。得られた発電体をアルミラミネートフィルム製の袋６に挿入し、電解液を注入しシールして図３の電池を作製した。

なお、比較例２で使用した集電体は、正極及び負極とも、正六角形の貫通孔を規則的に繰り返したハニカム構造体である。また、正極側の集電体において、六角形の一辺は２ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．５ｍｍ、厚さは２ｍｍである。負極側の集電体において、六角形の一辺は２ｍｍ、隣接する六角形間の隔壁の幅は０．５ｍｍ、厚さは１ｍｍである。

（機械的強度試験）
実施例１〜４及び比較例１〜２の電池中央に重さ５００ｇの分銅を載せて機械的強度の試験を行った。その結果、実施例２〜４の電池は撓みや内部短絡が全くなく、実施例１の電池は撓んだものの電池の内部短絡は起こらず、その後の充放電も可能であった。一方、比較例１と２の電池は内部短絡を引き起こしていた。比較例１の電池を解体して電極を調べてみると、ハニカムの縦方向の隔壁に沿って電極が折れていた。同様に比較例２の電池を解体して調べてみると、ハニカムの縦方向の隔壁に沿って亀裂が生じ、ハニカム構造体の断片がセパレーターを貫通していた。

以上より、ハニカム構造体の集電体は縦方向の隔壁に沿って割れやすいという機械的強度の問題を有していた。しかし、２枚のハニカム構造体の集電体を貫通孔の形状が重ならないように、すなわちそれぞれの割れやすい方向が交差するように集電体を積層することで、電池の機械的強度が飛躍的に向上することがわかった。特に実施例４の電池は実施例２、３より電極の枚数が少ないにもかかわらず、電池の撓みさえ発生しなかった。よって２枚のハニカムの縦方向の隔壁がお互い直交するように積層した場合が、特に電池の機械的強度が高いことがわかった。

本発明の電池における内部構造を示す図である。本発明の電池における内部構造を示す図である。電池における外部構造を示す図である。比較例１の電池における内部構造を示す図である。比較例２の電池における内部構造を示す図である。

符号の説明

１正極リード
２、８正極
３セパレーター
４、７、９負極
５負極リード
６袋

Claims

少なくとも２枚の対向する集電体を備え、集電体が貫通孔を有するハニカム構造体であり、集電体の対向面において、一方の集電体の貫通孔の外形が、他方の集電体の貫通孔の外形と重ならないことを特徴とする電池。
前記貫通孔が、電極活物質で満たされている請求項１に記載の電池。
前記集電体が、一方方向に同種の形状を繰り返した一連の貫通孔を有し、前記２枚の集電体が、前記一方方向が交差するように対向している請求項１又は２に記載の電池。
前記集電体が、アルミニウム、銅、ニッケル、鉄、ステンレススチールよりなる群から選ばれる１種で構成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池。
前記貫通孔が、前記集電体の対向面において、六角形の形状を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の電池。
前記集電体が、それらの対向面において、同一六角形の貫通孔を複数備え、六角形の一辺と隣接する六角形の一辺とを共有するようにマトリクス状に貫通孔を備える請求項５に記載の電池。