JP2009087611A - 積層式電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極集電タブ11が重ねられた状態で正極集電端子15に溶着され、上記負極集電タブ12は重ねられた状態で負極集電端子16に溶着される構造の積層式電池において、上記正極集電端子15における上記正極板1側の端部15aと上記正極板1との間に存在する上記正極集電タブ11同士、及び/又は上記負極集電端子16における上記負極板2側の端部16aと上記負極板2との間に存在する上記負極集電タブ12同士が溶着されていることを特徴とする。
【選択図】図8
Description
正極板と上記負極板との枚数が各30枚以上の場合に、両集電瑞子と両集電タブとの溶接部の溶着性が特に悪くなり易いため、当該場合には本発明の効果が十分に発揮されることになる。
上記接合を超音波溶接法により行なう場合には、極めて薄い両集電タブ同士を溶着するので(厚い両集電端子が存在しない状態で溶着するので)、小さな出力で溶着することができる。この結果、溶着時の衝撃により両集電タブが変形するのを抑制することができるので、両集電タブ同士の密着性が向上して、接続抵抗値の均一化を図ることができる。また、超音波溶接法を用いた場合には溶接強度が向上する。
但し、本発明は抵抗溶接法やレーザー溶接法で溶着することを排除するものではない。
上記接合をグサリ法により行なう場合には、簡易な設備で接合することができるため、電池の製造コストを低減できる。
上記接合は両極板や両集電端子に近接した位置で行なうことも可能であるが、積層電極体や両集電端子は厚みが大きい(特に、積層電極体は厚みが非常に大きい)ということに起因して、当該位置で接合を行なうと接合部に応力が加わり、接合部に剥がれ等の不都合が生じる場合もある。これに対し、上記構成の如く、正極集電端子(負極集電端子)における正極板(負極板)側の端部と正極板(負極板)との略中間位置で接合が行なわれていれば、上記応力が加わるのが抑えられるため、接合部に剥がれ等の不都合が生じるのを抑制できる。
特に、両集電端子に比べて積層電極体の方が厚みが大きいため、上述した略中間位置でも両集電端子に近い位置で接合するのが望ましい。
接合は1個所で行なっても良いが、複数個所で行なうことにより、接合強度を一層向上させることができる。
接合が両正極集電タブの延出方向と垂直方向に直線状に形成されていなければ、両極板や両集電端子に近接した位置で接合が行なわれる場合があるため、上述と同様、接合部に応力が加わり、接合部に剥がれ等の不都合が生じる場合もあるからである。
正極活物質と負極活物質とがリチウムを吸蔵放出できる材料から構成されるリチウムイオン電池に適用すれば、当該電池において正負極板の積層枚数を多くして大容量化を図った場合に、ハイレートでのサイクル特性を格段に向上させることができる。
図1に示すように、角型リチウムイオン電池は、2枚のセパレータから成り内部に正極板1が配置された袋状セパレータ3と負極板2とが交互に配置され、且つ、最外位置には負極板2が配置される構造の積層電極体10を有している。この積層電極体10は、最外位置には負極板2が配置されることから、負極板2の枚数が正極板1の枚数より1枚多くなるように構成されている(具体的には、正極板1は50枚、負極板2は51枚で構成されている)。また、上記積層電極体10は、図2に示すような2枚のラミネートフィルム28を溶着することにより形成した外装体25の内部に、電解液と共に封入されており、上記外装体25からは後述する正極集電端子15と負極集電端子16とが突出している。
尚、上記図8における符号26は、積層電極体10において正極板1や負極板2がずれるのを抑制するためのずれ防止用テープであり、積層電極体10を跨いで、最外部に存在する負極2にその両端が貼着されている。
〔正極板の作製〕
正極活物質としてのLiCoO2を90質量%と、導電剤としてのカーボンブラックを5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5質量%と、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して正極スラリーを調製した。次に、この正極スラリーを、正極集電体としてのアルミニウム箔(厚み:15μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み0.1mmにまで圧縮した後、上述した幅L1及び高さL2になり且つ正極集電タブが突出するように切断して正極板を作製した。
PP製セパレータを2枚用意し、当該セパレータ間に正極板を配置した後、セパレータ周辺部を熱溶着して、正極板が内部に配置された袋状セパレータを作製した。
負極活物質としての天然黒鉛粉末を95質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを5質量%と、溶剤としてのNMP溶液とを混合してスラリーを調製した後、このスラリーを負極集電体としての銅箔(厚み:10μm)の両面に塗布した。その後、溶剤を乾燥し、ローラーで厚み0.08mmにまで圧縮した後、上述した幅L7及び高さL8になり且つ負極集電タブが突出するように切断して負極板を作製した。
上述のようにして得られた負極板51枚と、正極板が内部に配置された袋状セパレータ50枚とを交互に積層して積層電極体を作製した。尚、この積層電極体における積層方向の端部には負極板を配置した。次に、積層電極体の4辺に、積層電極体を跨ぐようにして、ずれ防止用テープ26を貼着した。
実施例の積層式電池としては、上記発明を実施するための最良の形態で説明した電池と同様に作製したものを用いた。尚、この電池の設計電池容量は12Ahである。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Aと称する。
上記正極集電タブ11同士及び負極集電タブ12同士を、超音波溶接法にて溶着しない(図8の溶着部18、20が存在しない状態、即ち、図7に示す状態となっている)他は、上記実施例と同様にして電池を作製した。尚、この電池の設計電池容量は12Ahである。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Zと称する。
本発明電池A及び比較電池Zのサイクル特性(各サイクルにおける放電容量、及び、放電末期温度)について調べたので、その結果を図9に示す。尚、充放電条件は、下記の通りである。
・充電条件
12Aの電流で、電池電圧が4.2Vとなるまで定電流充電を行なった後、4.2Vの電圧で電流値が1Aになるまで充電を行うという条件。尚、充電後に5分間休止させた。
・放電条件
120Aの電流で、電池電圧が2.5Vまで定電流放電を行なうという条件。尚、放電後に30分間(但し4、8、14サイクル目の放電後は12〜36時間)休止させた。
図9から明らかなように、比較電池Zでは充放電サイクルが経過するにしたがって容量が大幅に低下しているのに対して、本発明電池Aでは充放電サイクルが経過しても容量が余り低下しないことが認められる。
これは、比較電池Zでは、各集電タブ同士が溶着されていない(図8の溶着部18、20が存在しない状態となっている)ので、各極板に流れる電流値が不均一となり、この結果、電池内で充放電状態の偏在が生じて、部分的に過放電や過充電となる。これに対して、本発明電池Aでは、各集電タブ同士が溶着されている(図8の溶着部18、20が存在する状態となっている)ので、各極板に流れる電流値が均一化され、この結果、電池内で充放電状態の偏在化が抑えられて、部分的に過放電や過充電となるのを抑制できるからである。
また、このようなことに起因して、本発明電池Aは比較電池Zよりも放電末期温度が低下していることも認められる。
(1)上記実施例では正極集電タブ11同士の溶着部18は6つの溶着点から構成されているが、1点以上の溶着点であれば、本発明の目的は達成できる。但し、溶着強度を確保するには、複数の溶着点から構成されるのが好ましい。また、このことは、負極集電タブ12同士の溶着部20についても同様である。
2:負極板
3:袋状セパレータ
10:積層電極体
11:正極集電タブ
12:負極集電タブ
15:正極集電端子
16:負極集電端子
18:溶着部
20:溶着部
Claims (8)
- 複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層された積層電極体を有すると共に、上記複数の正極板からは金属箔から成る正極集電タブが、上記複数の負極板からは金属箔から成る負極集電タブが各々延出され、且つ、上記正極集電タブは重ねられた状態で板状の正極集電端子に溶着され、上記負極集電タブは重ねられた状態で板状の負極集電端子に溶着される構造の積層式電池において、
上記正極集電端子における上記正極板側の端部と上記正極板との間に存在する上記正極集電タブ同士、及び/又は上記負極集電端子における上記負極板側の端部と上記負極板との間に存在する上記負極集電タブ同士が接合され、上記正極集電タブ同士、及び/又は上記負極集電タブ同士が電気的に接続されていることを特徴とする積層式電池。 - 上記正極板と上記負極板との枚数が各30枚以上である、請求項1に記載の積層式電池。
- 上記接合を超音波溶接法により行なう、請求項1又は2に記載の積層式電池。
- 上記接合をグサリ法により行なう、請求項1又は2に記載の積層式電池。
- 上記接合は、上記正極集電端子における上記正極板側の端部と上記正極板との略中間位置で、上記負極集電端子における上記負極板側の端部と上記負極板との略中間位置で行なわれる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層式電池。
- 上記接合が複数個所で行なわれている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の積層式電池。
- 上記複数個所で行なわれた接合が、上記正極集電タブ又は上記負極集電タブの延出方向と垂直方向で直線状に行なわれる、請求項6に記載の積層式電池。
- 上記正極板に用いられる正極活物質と、上記負極板に用いられる負極活物質とが、リチウムを吸蔵放出できる材料から構成されている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層式電池。
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