JP2008243411A - 密閉型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性および入出力特性に優れた密閉型二次電池を提供する。
【解決手段】ラミネートセルは、電極群４の正極無地部１ａの２つの半周部の内平面に、アルミニウム合金薄板からなる第１および第２の導出体５ａ、５ｂが接合されており、負極無地部３ａの２つの半周部の内平面に、ニッケル／銅／ニッケルの３層からなるクラッド薄板がそれぞれ接合されている。電極群４を、一対のラミネートフィルムからなる電池容器に収容し、一部を残して外周を熱溶着して、正負それぞれ一対の導出体をラミネートフィルムの溶着部から外部に取出して電池端子とした。熱溶着せずに残してあった部分から注射器を用いて電解液を注入した後、この部分を真空中で熱溶着して密封した。
【選択図】図１

Description

本発明は密閉型二次電池に係り、特に、ラミネートフィルム製の電池容器内に電極群を密閉した密閉型二次電池に関する。

従来、電気自動車などの電源として用いられる大電流充放電用途の二次電池には、いわゆる円筒密閉形のセルを多数個（例えば、４０〜１００個）直列に接続した電池モジュールが用いられていた。この円筒形容器は、コスト低減のため、鉄系材料を用いるのが一般的であるが、鉄は比重が大きいため、電池の重量効率を上げる上で大きな制約となっていた。

この問題を解決するため、古くからアルミニウム箔などをガスバリア層として内層に組込んだ、ラミネートフィルムを電池容器として用いた密閉型二次電池（ラミネートセル）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなラミネートセルでは、短冊状に切断した正極と負極のうち、いずれか一方を袋状に加工したセパレータに封入した後、交互に積層して電極群としたものが多い。

特開昭６０−２３０３５４号公報

しかしながら、例えば、電気自動車用などの大容量のラミネートセルを積層構造で製造すると、電極の積層枚数が多くなるため、積層作業に時間を要し、生産性の向上が阻害される。一方、円筒密閉形電池に一般的に用いられる捲回式の電極群とすれば生産性は向上するが、電極群から外部へ大電流を取出す導出部の構造設計が困難なため、これまで大容量のラミネートセルに採用された例は見当たらない。また、二次電池を多数個接続した電池モジュールの場合には、個々の二次電池に入出力特性に優れた（内部抵抗の小さい）電池が要求される。

本発明は上記事案に鑑み、生産性および入出力特性に優れた密閉型二次電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ラミネートフィルム製の電池容器内に電極群を密閉した密閉型二次電池において、前記電極群は少なくとも一方の電極の端部に一定幅の無地部が設けられ対極とともに扁平状に巻き取られたものであり、前記無地部の２つの半周部の内平面に、薄板状の第１および第２の導出体からなる一対の導出体が接合されており、前記一対の導出体のうち少なくとも一方の端部を前記ラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出して電池端子としたことを特徴とする。

本発明の密閉型二次電池では、電極群が、少なくとも一方の電極の端部に一定幅の無地部が設けられ対極とともに扁平状に巻き取られている。これにより、無地部も扁平状に巻き取られ、無地部は２つの半周部に対応して２つの内平面が形成される。無地部の２つの半周部の内平面には、薄板状の第１および第２の導出体からなる一対の導出体が接合されており、これら一対の導出体のうち少なくとも一方の端部がラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出されて電池端子とされる。一対の導出体には、電極の集電体と同材質のものを用いてもよい。また、例えば、正極側の一対の導出体としてアルミニウム合金を用い、負極の導出体として銅、ニッケルおよびニッケル／銅／ニッケルの３層からなるクラッド材のいずれかを用いるようにしてもよい。

このような構成とすることにより、多数の短冊形電極を積層した電池に比べて生産性が向上するとともに、電極に設けた無地部のほぼ全周に近い広い範囲から導出体で電気を取出すことができるので、内部抵抗が小さくなり、入出力特性（大電流充放電性能）にも優れた電池構造とすることができる。

本発明によれば、無地部の２つの半周部の内平面に、薄板状の第１および第２の導出体からなる一対の導出体が接合されており、一対の導出体のうち少なくとも一方の端部をラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出して電池端子としたので、多数の短冊形電極を積層した電池に比べて生産性が向上するとともに、電極に設けた無地部のほぼ全周に近い広い範囲から導出体で電気を取出すことができるため、内部抵抗が小さくなり、入出力特性に優れた密閉型二次電池を得ることができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る密閉型二次電池（以下、ラミネートセルという。）の実施の形態について説明する。

１．正極の作製
正極活物質として、リチウム遷移金属複酸化物と、導電材として炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを、溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて混合してスラリを作製した。このスラリを芯材となる厚みが２０μｍのアルミニウム合金箔（正極集電体）の両面に塗工、乾燥後、プレスして一体化した。その後、塗工部を幅８６ｍｍ、無地部を幅１７ｍｍに切断してフープ状の正極を作製した。

２．負極の作製
負極活物質として炭素粒子と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを溶媒のＮ−メチル−２−ピロリドンに投入し混合してスラリを作製した。このスラリを芯材となる厚みが１０μｍの銅箔（負極集電体）の両面に塗工、乾燥後、プレスして一体化した。その後、塗工部を幅８８ｍｍ、無地部を幅１５ｍｍに切断してフープ状の負極を作製した。

３．ラミネートセルの作製
図１に示すように、厚さが２５μｍ、幅が９１ｍｍのポリエチレン多孔膜からなるフープ状セパレータ２ａ、２ｂと上述した正極１および負極３とを、正極・セパレータ・負極・セパレータの順に重ね、正極無地部１ａと負極無地部３ａは互いに逆方向となるように扁平状に巻き取り、捲回式電極群４を作製した。正極の長さは２１００ｍｍ、負極の長さは２４００ｍｍとした。

電極群４を作製することにより、正極無地部１ａ、負極無地部３ａも扁平状に巻き取られ、正極無地部１ａ、負極無地部３ａは２つの半周部に対応して上下方向に２つの内平面が形成される。２つの内平面に、薄板状の第１および第２の導出体（導出部材）からなる一対の導出体を接合し、導出体の端部をラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出して電池端子とした。一対の導出体の双方の端部をラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出したものを実施例１、一対の導出体の一方の端部をラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出したものを実施例２のラミネートセルとし、以下、それぞれのラミネートセルについて詳述する。

（実施例１）
実施例１のラミネートセルでは、電極群４の正極無地部１ａの半周部の下側内平面に、図２の左半分に示すように、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム合金薄板からなる第１の導出体５ａを超音波により接合し、次いで上側内平面に同じく厚さ０．３ｍｍのアルミニウム合金薄板からなる第１の導出体５ａと同一寸法の第２の導出体５ｂを超音波により接合した。

一方、負極側の導出体に銅の薄板を用いれば単電池として用いる用途では何ら問題ないが、電気自動車などの用途においては多数個の電池を直列に接続して用いるので、接続の際に抵抗溶接が容易なニッケルが望ましい。しかし、ニッケルは比抵抗が銅の約４倍と大きく、電池の直流内部抵抗を増大させるので、本実施例ではニッケル／銅／ニッケルの３層からなる総厚０．３ｍｍの薄板（クラッド材）を用いた。正極と同様に、一対の導出体を負極無地部３ａの２つの半周部の内平面に接合し、負極集電部を形成した。

このようにして作製した電極群４を図３の左半分に示すように、一対のラミネートフィルム９ａ、９ｂからなる電池容器に収容し、一部を残して外周を熱溶着した。正負それぞれ一対の導出体をラミネートフィルムの溶着部から外部に取出して電池端子とした。ラミネートセルの密閉状態を確保するために、溶着部にはシール材７を介在させた。最後に熱溶着せずに残してあった部分から注射器を用いて電解液を注入し、この部分を１５ｋＰａの真空中で熱溶着して密封した。実施例１のラミネートセルの厚さはおよそ５．４ｍｍ、容量は約３．２Ａｈである。

（実施例２）
実施例２のラミネートセルでは、図２の右半分に示すように、第１の導出体６ａの寸法を、第２の導出体６ｂより短くし、それぞれ電極端部の無地部に超音波により接合した後、一対の導出体６ａ、６ｂを密着させて、第１の導出体６ａの端部を第２の導出体６ｂの対向部に抵抗溶接によって接合し、電気的に一体の正極集電部を形成した。

このようにして作製した電極群４を図３の右半分に示すように、一対のラミネートフィルム９ａ、９ｂからなる電池容器に収容し、一部を残して外周を熱溶着した。正負それぞれ一対の導出体のうち、寸法の長い第２の導出体６ｂのみをラミネートフィルムの溶着部から外部に取出して電池端子とした。以後は実施例１と同様に、熱溶着せずに残してあった部分から注射器を用いて電解液を注入し、この部分を１５ｋＰａの真空中で熱溶着して密封した。ラミネートセルの厚さと容量は実施例１と同一である。

（比較例）
比較のため、短冊状の電極を積層して電極群とする従来構造の積層電池を作製した。正極は幅１００ｍｍ、負極は幅１０９ｍｍとし、袋状に加工したセパレータに封入した正極２１枚と、負極２２枚を積層して、同じく容量約３．２Ａｈの電池とした。正極の導出体は０．３ｍｍのアルミニウム合金薄板を１枚、負極の導出体はニッケル／銅／ニッケルの３層からなる総厚０．３ｍｍの薄板を１枚用い、超音波溶接により集電体（電極端部の無地部）と接合した。

（評価）
上記３種類のラミネートセルについて比較すると下表１の通りであった。

表１に示すように、電極群４作製に要する時間は、実施例の構造ではいずれも従来例のおよそ１／２の時間であり、生産性が大幅に向上した。また、導出体を正・負極それぞれ一対ずつ使用したことにより、実施例のラミネートセルの直流内部抵抗は、従来の積層構造の電池より小さな値を示し、電気自動車などの大電流充放電に適した構造であることも確認された。

一対の導出体のうち一方の端部を溶着部から外部へ取り出す態様（実施例２）では、導出体とラミネートフィルムの溶着部に貼付けるシール材７を少なくすることができるので、コスト低減が可能となり、比較的小さな電流で放電する純正電気自動車（ＰＥＶ）用の電池においては十分な性能と経済効果が得られる。一方、大電流充放電が行われるハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）用の電池においては、入出力特性を考慮し、内部抵抗がより小さい、一対の導出体の双方の端部を溶着部から外部へ取り出す態様（実施例１）を採用することが好ましいと考えられる。

本発明は生産性および入出力特性に優れた密閉型二次電池を提供するものであるため、密閉型二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態のラミネートセルの電極群の斜視図であり、一定幅の無地部を持つ電極を、セパレータとともに無地部が互いに逆になるように巻取った捲回式の電極群に、負極導出体を１枚接合した状態を示す。 左半分は実施例１、右半分は実施例２の密閉型二次電池の、一対の導出体を接合した状態を示す電極群の断面図である。 図２に対応して、実施例１および実施例２の密閉型二次電池の電極群を、ラミネートフィルム製の電池容器に収容した状態を示す断面図であり、左半分は実施例１、右半分は実施例２の密閉型二次電池を示す。

符号の説明

１ 正極
１ａ 正極無地部
３ 負極
３ａ 負極無地部
４ 電極群
５ａ、６ａ 第１の導出体
５ｂ、６ｂ 第２の導出体
９ａ、９ｂ ラミネートフィルム

Claims (3)

1. ラミネートフィルム製の電池容器内に電極群を密閉した密閉型二次電池において、前記電極群は少なくとも一方の電極の端部に一定幅の無地部が設けられ対極とともに扁平状に巻き取られたものであり、前記無地部の２つの半周部の内平面に、薄板状の第１および第２の導出体からなる一対の導出体が接合されており、前記一対の導出体のうち少なくとも一方の端部を前記ラミネートフィルムの溶着部から外部へ取り出して電池端子としたことを特徴とする密閉型二次電池。
2. 前記一対の導出体は、電極の集電体と同材質であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型二次電池。
3. 正極側の前記一対の導出体としてアルミニウム合金を用い、負極側の前記一対の導出体として銅、ニッケルおよびニッケル／銅／ニッケルの３層からなるクラッド材のいずれかを用いたことを特徴とする請求項１に記載の密閉型二次電池。

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