JP2010092872A

JP2010092872A - 積層式極群を備えた電池

Info

Publication number: JP2010092872A
Application number: JP2009278200A
Authority: JP
Inventors: Morikatsu Arai; 盛勝新井; Tatsuji Nakagome; 達治中込; Tokuo Inamasu; 徳雄稲益; Toshiyuki Onda; 敏之温田
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2019-07-26
Also published as: JP5206657B2

Abstract

【課題】極板打抜き金型を別途用意することなく、形状変更に迅速且つ低経費で対応できる電池を提供する。
【解決手段】積層式極群の電極外周部の少なくとも一箇所に集電タブが配置され、該集電タブの幅が端子の幅より大で、かつ、正極集電タブ１と負極集電タブ３が互いに重ならないことを特徴とすることで、形状変更に迅速且つ低経費で対応できる電池。
【選択図】図３

Description

本発明は、積層式極群を備えた積層式電池に関する。

携帯用端末機器の普及により、軽量でエネルギー密度の高いリチウムイオン電池が重用されている。携帯用端末機器の多種多様な形状に対応して、電池にもそれに対応した多種多様な形状が求められるようになった。電池の生産ラインにおける寸法や形状の変更、即ち、型変えは、低コストで短時間で行うことが要求されるが、従来の円筒型電池や角型電池では、電槽用の金型変更が必要である。この金型変更には、金型の製造期間がかかり、製造コストもかさむので、前記要求を満たすことができなかった。

近年、金属電槽を用いない電池として、例えばアルミラミネートフィルムと称される金属樹脂複合体フィルムで封口した扁平型電池が注目されている。この扁平型電池では、金属電槽を用いていないため寸法や形状変更があっても電槽用の金型変更は必要ではないが、電極端子位置の変更に対応するためには、正極板や負極板に設ける集電タブの位置を変更する必要があるため、その都度極板打抜き金型の変更が必要であり、このための設計および製造に時間と経費が嵩んでいた。
また、例えば片面塗工された正極板と負極板とから構成される電極対を並列接続して積層極群を形成する際、例えば片面塗工された正極板および片面塗工された負極板から構成される電極対の場合には正極板および負極板の塗工されていない集電体金属面があるために、同方向で積層されると正極板および負極板の露出金属面同士が接触するので正極と負極が短絡した状態となる。これを防止するため、前記電極対は、交互に向きをかえて同極同士、すなわち正極と正極または負極と負極の露出金属面が重なり合うように積層する必要がある。このとき、集電タブの位置が左右で非対称であると、積層された極群に形成される複数個の同極の集電タブ位置が一致せず互い違いとなるので、端子とうまく接合できないことが問題であった。

本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、極板打抜き金型をいくつも用意することなく、形状変更に敏速且つ低経費で対応できる電池を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、正極が配された正極集電体からなる正極板と、負極が配された負極集電体からなる負極板と、からなる電極対を、隣り合う電極対の正極板側同士又は負極板側同士が向かい合うように積層された積層式極群を備える積層式電池において、前記正極集電体又は前記負極集電体は、一枚の材料から打ち抜かれてなり、正極又は負極が配置される部分から突出した集電タブ部分を有し、且つ、対称面を有し表裏形状が同じであることを特徴とする積層式電池である。また、前記正極集電体及び前記負極集電体のうちいずれか一方は、前記対称面上に前記集電タブを有することを特徴としている。また、前記正極集電体及び前記負極集電体のうちいずれか一方は、前記対称面から離間した二個所に前記集電タブを有することを特徴としている。

即ち、集電タブをその極板内に対称面を持つように配置することにより、上記のように電極対を交互に向きをかえて積層されても、集電タブは他の電極対の同極の集電タブに重なるので、端子と容易に接合できる様に改善したものである。

ここで、電極の外周に形成させる集電タブは、幅が広い方が、発電要素に端子を溶接する部位の自由度が高まる。

端子の接着位置の自由度を持たすため、集電タブの幅は、少なくとも端子の幅よりも大きいことが求められる。また、少なくとも端子を配置する範囲は、広ければ広いほど端子溶接位置の自由度が上がるので好ましいが、広すぎると、対向する電極の集電タブに重なると短絡するため、対向する電極の集電タブに重ならない範囲内にする必要がある。

外装体に金属樹脂複合体フィルムを用いた非水電解質電池においては、金属樹脂複合体フィルムは、従来の金属缶の電槽に比較して、外的衝撃に弱く破損し易いため、電解質が液体であると破損部からの漏液が問題となる。また、液保持性の低い電極やセパレータを用いている場合においては、正極端子と負極端子を電池の同一辺から各一個所ずつ出す場合には、該辺を上方に向けておくことで、流れ出た電解液が封口部を汚染することを避けることができるが、正極端子と負極端子を電池の異なる辺から出す場合、正極端子と負極端子をそれぞれ複数個ずつ出す場合、あるいはこれらの端子の出し方を不特定に変更可能にする場合には、電解液が重力によって流動もしくは、しみ出してしてしまい、封口部を汚染するので、充分な封口が得られないという問題があった。このため、電解質は流動性のないポリマー電解質またはゲル電解質が好適である。

本発明によれば、極板内に鏡像面を持たせることにより、片面塗工された極板の積層式極群の作製時に極板の種類を二分の一にすることが可能となったので、製造工数と電極打抜き金型の数を削減することができる。したがって、その工業的価値は極めて大である。

幅広の集電タブを形成した正極板である集電タブを２箇所設けた負極板である実施例の電極対である実施例の積層式極群である外装体に金属樹脂複合体フィルムを用いた非水電解質電池である比較例の正極板である図５の正極板の鏡像体である比較例の負極板である図７の負極板の鏡像体である比較例の電極対である比較例の積層式極群である

本発明の実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例）
エチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンの２：３の質量比で混合した溶液に、ＬｉＢＦ₄を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させた電解液に、ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体でアクリル酸エステル基が３個付加されたマクロマーを２０質量％混合し、ポリマー電解質前駆体Ａを調整した。平均分子量が５００であるビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したモノマーを上記電解液に２０％混合し、ポリマー電解質前駆体Ｂを調整した。

セパレータは、厚み３０μｍのポリプロピレン不織布にポリマー電解質前駆体Ａを含浸させ、それに電子線を照射することにより得られた厚さ３５μｍのゲル状フィルムを用いた。

正極板には、８７質量部の正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂と、８．５質量部の導電助剤である人造鱗片状黒鉛および１．５質量部のアセチレンブラックとを混合した混合粉体に、１２質量％ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を２５質量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピロリドンを２９質量部加えてペースト状にしたものを正極集電体となる２０μｍアルミニウム箔上に約２６０μｍの厚さで塗布したものを乾燥後、金型で打抜き、約１００μｍにプレスしたものを用いた。金型で打ち抜かれた正極板の形状は、長辺が６１ｍｍで短辺が４２ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍで幅１８ｍｍの集電タブが前記電極外周部の一辺の中心に配置された図１に示すような極板形状とした。また、ここで作製した極板は図１の破線で示した対称面５を極板内に持つ。図１において、１は正極集電タブ、２は正極である。

負極板には、負極活物質の黒鉛系炭素として層間距離ｄ００２が３．３７Å、結晶子サイズＬｃが３６０Åである繊維状人造黒鉛９４質量部に１２質量％ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を５０質量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピロリドンを２４質量部加えてペースト状にしたものを負極集電体となる１２μｍ電解銅箔上に約２１０μｍで塗布したものを乾燥後、金型で打抜き約１０５μｍにプレスしたものを用いた。金型で打ち抜かれた負極板の形状は、長辺が６２ｍｍで短辺が４３ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍで幅８ｍｍ集電タブが前記電極外周部の一辺の両端に配置された図２に示すような集電タブが２箇所に形成された極板形状とした。また、ここで作製した極板は図２の破線で示した対称面５を極板内に持つ。図２において、３は負極集電タブ、４は負極である。

前記正極板および負極板に、ポリマー電解質前駆体Ｂを真空含浸により浸透させ、電子線照射を行い、電極内にポリマー電解質を形成した。これらの間に前記セパレータを挟んで重ね、一対の正・負極から構成される電極対を図３に示す。６はセパレ−タである。また、前記電極対の面を交互に反転させて積層した積層式極群を図４に示す。前記積層式極群に対し、幅５ｍｍのアルミニウム製の端子を正極集電タブの端に溶着し、前記端子と同方向にある負極集電タブの端に幅５ｍｍのニッケル製の端子を溶着した。

端子７を溶着した積層式極群を金属樹脂複合体フィルム８で封口した非水電解質電池を図５に示す。この図では、正・負極端子は、電池の一辺から各一つずつ出ているよう配置されているが、必ずしも正極端子と負極端子が同一辺から出ている必要はなく、また、正極端子や負極端子の個数も一個である必要はなく、同一である必要もない。

（比較例）
金型で打抜くまでの工程は実施例と同じ方法で作成した正極に対し、長辺が６１ｍｍで短辺が４２ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍの集電タブが幅５ｍｍで、電極の塗工面を上にして前記電極外周部の一辺の左端から１２ｍｍのところに集電タブの左端が来るように前記電極外周部の一辺に配置された図６に示すような極板形状に金型で打抜き、約１００μｍにプレスし、正極板を作成した。また、前記正極板の鏡像体である前記集電タブが前記電極外周部の一辺の右端から１２ｍｍのところに集電タブの左端が来るように前記電極外周部の一辺に配置された図７に示すような極板も、同様にして金型で打抜き作製した。

金型で打抜くまでの工程は実施例と同じ方法で作成した負極に対し、長辺が６２ｍｍで短辺が４３ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍで幅５ｍｍ集電タブが前記電極外周部の一辺の左端に配置された図８に示すような極板形状に金型で打抜き、約１００μｍにプレスし、負極板を作製した。また、前記負極板の鏡像体である前記集電タブが前記電極外周部の一辺の右端に配置された図９に示すような極板も、同様にして金型で打抜き作製した。

前記正極板および負極板に、ポリマー電解質前駆体Ｂを真空含浸により浸透させ、電子線照射を行い、電極内にポリマー電解質を形成した。これらの間に前記セパレータを挟んで重ね、一対の正・負極から構成される電極対を図１０に示す。また、前記電極対の面を交互に反転させて積層した積層式極群を図１１に示す。前記積層式極群に対し、幅５ｍｍのアルミニウム製の端子を正極集電タブの端に溶着し、前記端子と同方向にある負極集電タブの端に幅５ｍｍのニッケル製の端子を溶着した。

端子を溶着した積層式極群を金属樹脂複合体フィルムで封口した非水電解質電池の概略図は、図５に示す実施例と同様になる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、極板内に鏡像面を持たせることにより、片面塗工された極板の積層式極群の作製時に極板の種類を二分の一にすることが可能となったので、製造工数と電極打抜き金型の数を削減することができる。したがって、その工業的価値は極めて大である。

１正極集電タブ
２正極
３負極集電タブ
４負極
５対称面
８金属樹脂複合体フィルム

Claims

正極が配された正極集電体からなる正極板と、負極が配された負極集電体からなる負極板と、からなる電極対を、隣り合う電極対の正極板側同士又は負極板側同士が向かい合うように積層された積層式極群を備える積層式電池において、前記正極集電体又は前記負極集電体は、一枚の材料から打ち抜かれてなり、正極又は負極が配置される部分から突出した集電タブ部分を有し、且つ、対称面を有し表裏形状が同じであることを特徴とする積層式電池。
前記正極集電体及び前記負極集電体のうちいずれか一方は、前記対称面上に前記集電タブを有する請求項１記載の積層式電池。
前記正極集電体及び前記負極集電体のうちいずれか一方は、前記対称面から離間した二個所に前記集電タブを有する請求項１又は２記載の積層式電池。