JP2010251085A - 積層型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 積層型二次電池に使用した電極から材料を回収することなく電極が再利用可能な積層型二次電池を提供すること。
【解決手段】 積層型二次電池において、各正極電極シート単位で正極集電タブ４を２個以上４個以下有することで１度組立てた積層型二次電池を解体し正極を独立させ、未使用の正極集電タブ４を使用して組立て可能な積層型二次電池を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は正極および／または負極の再利用を可能にした積層型二次電池に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器用の電源として、高容量化、小型化の要求によりリチウムイオン電池が用いられている。また、電動アシスト自転車や電動工具の電源としても、高エネルギー密度で、メモリー効果の無いリチウムイオン電池が用いられている。また、リチウムイオン電池の需要の増加に伴いリチウムイオン電池に対して再利用可能な構造も求められている。

図３は従来のラミネート外装の積層型二次電池の電極積層体の構造を示した平面図であり、正極引出端子１はラミネート外装材の外部に端子が引き出された部分、端子絶縁部２はラミネート外装材の溶着部を含むように樹脂材で正極引出端子１または負極引出端子５が被覆された部分、正極引出端子接続位置３は正極引出端子１と正極集電タブ４が接続された部分、正極集電タブ４は正極から導出された部分、負極引出端子５はラミネート外装材の外部に端子が引き出された部分、負極引出端子接続位置６は負極引出端子５と負極集電タブ７が接続された部分、負極集電タブ７は負極から導出された部分、電極積層体８は正極および負極がセパレータを介して積層された部分である。電極積層体８から正極引出端子１、負極引出端子５までをラミネートケースに挿入し、端子絶縁部２と外装体であるラミネートケースを溶着させて積層型二次電池は封止される。

積層型二次電池で例としてリチウムイオン電池で充放電を繰り返して使用した場合、性能劣化により寿命となる。特許文献１では使用した積層型二次電池の一種であるリチウムイオン電池の正極材料を１度溶出させた後、回収し再度電極の生産に使用する技術が記載されている。

特開２００５−０２６０８８号公報

従来の技術では使用した積層型二次電池の正極材料を１度回収し、再度電極の生産に使用するということが提案されていたが、長大な工程や回収費用の点で改善の余地があるものであった。通常、正極および負極の劣化度は異なる。例えば負極の劣化が早い場合、電極の特性という観点からは、１度組立てて使用した積層型二次電池のラミネートケースを解体し、使用後の正極引出端子１と正極集電タブ４との正極引出端子接続位置３を切断し、残った正極集電タブ４と新しい端子絶縁部２の付いた新しい正極引出端子１と接続させ、新しい負極および新しいラミネートケースと組み合わせることで再度積層型二次電池を組立て使用することが可能である。

しかし、従来の電極積層体８の構造という観点からは、１度組立てた電池のラミネートケースを解体し使用後の正極引出端子１と正極集電タブ４との正極引出端子接続位置３を切断した後に、残った正極集電タブ４を新しい正極引出端子１と再度接続するには正極集電タブ４の長さが不十分であった。そのため、従来の電極積層体８では１度積層型二次電池に使用した正極を再利用して積層型二次電池を組立てるということが実現できていなかった。また、従来の技術では１度積層型二次電池に使用した正極をそのまま新しい負極と組み合わせて再利用するというものではなく、さらには環境への影響も配慮した負極の再利用も望まれていた。

すでに説明したように１度積層型二次電池を組立てて使用した正極や負極を再利用して積層型二次電池を組立てる際には、正極引出端子や負極引出端子に接続する正極集電タブや負極集電タブの長さが不十分であるという課題があった。

したがって本発明の目的は、１度組立てて使用した積層型二次電池を解体し正極および／または負極を再利用することが可能な構造を有する積層型二次電池を提供することである。

上記の課題を解決するために、本発明の積層型二次電池は正極電極シートおよび負極電極シートがセパレータを介して対向するように積層されてなる電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブが、それぞれラミネート外装材の外部に引き出された正極引出端子および負極引出端子の一端に接続され、前記正極引出端子の前記ラミネート外装材の溶着部を含むように樹脂材で被覆されてなる端子絶縁部が形成された積層型二次電池であって、前記電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブの少なくとも一方が各正極電極シート単位および各負極電極シート単位で２個以上４個以下有することを特徴とする。

また、本発明の積層型二次電池は、前記２個以上４個以下の正極集電タブおよび／または負極集電タブの１個が前記正極引出端子および/または負極引出端子と接続されることを特徴とする。

また、本発明の積層型二次電池は、正極電極シートおよび負極電極シートがセパレータを介して対向するように積層されてなる電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブが、それぞれラミネート外装材の外部に引き出された正極引出端子および負極引出端子の一端に接続され、前記正極引出端子の前記ラミネート外装材の溶着部を含むように樹脂材で被覆されてなる端子絶縁部が形成された積層型二次電池であって、前記電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブの少なくとも一方の長さが各正極電極シートおよび／または各負極電極シートの端部から正極引出端子および／または負極引出端子接続部までの長さの２倍以上４倍以下であることを特徴とする。

また、本発明の積層型二次電池は、前記２倍以上４倍以下の長さの正極集電タブおよび／または負極集電タブが前記ラミネート外装材の内部で折り曲げられていることを特徴とする。

本発明によれば、１度組立てて使用した積層型二次電池を解体し正極集電タブおよび／または負極集電タブと正極引出端子および／または負極引出端子の接続位置を切断した後に、切断した正極集電タブおよび／または負極集電タブの隣もしくは未使用の正極集電タブおよび／または負極集電タブと新しい正極引出端子および／または負極引出端子の接続し、さらに新しい負極および／または正極と新しいラミネートケースと組み合わせることで再度積層型二次電池を組立て使用することが可能である。すなわち本発明によれば、例えば特許文献１のように多大な工程および工数を費やして正極の材料を１度回収し回収した材料から再度正極を生産しなくとも、正極引出端子と正極集電タブの溶接位置を切断するだけで正極をそのまま再利用し積層型二次電池を組立てることが可能になる。

本発明の実施例１に係る積層型二次電池の電極積層体の構造を示す平面図。図１（ａ）は初回に組立てた場合の積層型二次電池の電極積層体の構造を示す図、図１（ｂ）は正極を再利用して組立てた場合の積層型二次電池の電極積層体の構造を示す図。 本発明の実施例２に係る積層型二次電池の電極積層体の構造を示す平面図。 従来の積層型二次電池の電極積層体の構造を示す平面図。

次に、本発明の実施の形態を図面より参照して説明する。

図１、図２は、本発明の積層型二次電池における電極積層体の構造を説明する平面図であり、図１は本発明の実施の形態１で電極積層体から導出された正極集電タブが各正極電極シート単位で２個有する実施例の積層型二次電池の電極積層体の構造を示す平面図、図２は本発明の実施の形態２で電極積層体から導出された正極集電タブが各正極電極シートの端部から正極引出端子接続部までの長さの２倍の積層型二次電池の電極積層体の構造を示す平面図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１においては、図１に示すように、正極から導出された正極集電タブ４は各正極電極シート単位で２個有するが、積層型二次電池を組立てる際は各正極電極シート単位で２個有する内１つの正極集電タブ４と正極引出端子１を電気的に導通させるために正極引出端子接続位置３で接続させる。また端子絶縁部２は正極引出端子１の幅方向を覆う形で形成されている。電極積層体８をラミネートケースに収めた後、正極引出端子１、負極引出端子５を有する辺のラミネートケースを封止する際は端子絶縁部２の位置で溶着させる。そのため各正極電極シート単位で２個有する正極集電タブ４のうち正極引出端子１と接続していない他の正極集電タブ４は電池を組立てる際に折り曲げたり丸めたりする必要はなく、そのままでよい。このように正極引出端子１、負極引出端子５の一部を露出させ電極積層体８、正極集電タブ４と負極集電タブ７および正極引出端子１と負極引出端子５の一部をラミネートケースに入れ各辺を溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を入れ真空中で溶着し、積層型二次電池を完成させる。さらに、１度組立てた積層型二次電池の正極を再利用する際には、ラミネートケースおよび、正極引出端子１と接続された正極集電タブ４を切断し正極を電極シート毎に独立の状態にした後に各電極シート単位で２個有する内の未使用の正極集電タブ４と新しい正極引出端子１を接続させ、新しい負極および新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てればよい。尚、図１は正極を再利用する例を述べたが負極を再利用する場合、更には正極および負極の両極を再利用する場合も同様に２個以上４個以下の正極集電タブ、負極集電タブを備えることにより実施可能である。尚、正極、負極の再利用の頻度、正極集電タブ、負極集電タブの積層型二次電池に対するスペースおよび用途に異なってくるが大電流に耐えられる大きさを考慮して上限を４個とした。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においては、図２に示すように、正極集電タブ４の長さは負極集電タブ７よりも長い。積層型二次電池を組立てる際には正極引出端子１と正極集電タブ４を電気的に導通させるために正極引出端子接続位置３で接続させる。また端子絶縁部２は正極引出端子１、負極引出端子５の幅方向をそれぞれ覆う形で形成されている。そのため電極積層体８をラミネートケースに収めた後、正極引出端子１に装着された端子絶縁部２が負極引出端子５に装着された端子絶縁部２と同じ高さとなるように正極集電タブ４をラミネートケース内で折り曲げた状態でラミネートケースを溶着させる。その際、折り曲げた正極集電タブ４と電極積層体８が短絡しないよう電極積層体８には樹脂製の絶縁テープ９を貼る。このように正極引出端子１、負極引出端子５の一部を露出させ電極積層体８、正極集電タブ４と負極集電タブ７および正極引出端子１と負極引出端子５の一部をラミネートケースに入れ各辺を溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を入れ真空中で溶着し、積層型リチウムイオン電池を完成させる。

さらに、１度組立てたラミネート電池の正極を再利用する際には、ラミネートケースおよび、正極引出端子１と接続された正極集電タブ４を切断し正極を電極シート毎に独立の状態にした後に負極集電タブ７よりも長い正極集電タブ４と新しい正極引出端子１を接続させ、新しい負極および新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てればよい。尚、図２は正極を再利用する例を述べたが負極を再利用する場合、更には正極および負極の両極を再利用する場合も同様に２倍以上４倍以下長さの正極集電タブ、負極集電タブを備えることにより実施可能である。尚、正極、負極の再利用の頻度、正極集電タブ、負極集電タブの積層二次電池に対する再利用の頻度、スペース、用途を考慮して上限を４倍とした。

次に、本発明の実施の形態の積層型二次電池の製造について具体的に説明する。まず、アルミニウム箔からなる正極集電体上に、正極集電体から引き出された正極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するＬｉＭｎ₂Ｏ₄等の正極活物質を塗布して正極集電タブが引き出された正極電極を形成する。また、銅箔からなる負極集電体上に、負極集電体から引き出された負極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するグラファイト等の負極活物質を塗布して負極集電タブが引き出された負極電極を形成する。正極集電タブは正極電極と負極集電タブは負極電極をそれぞれ接続し、さらに外部電極端子となる正極引出端子および負極引出端子と接続するためのものである。正極集電タブと負極集電タブの幅については用途により異なるが大電流に耐えられる大きさであればよい。

正極電極、負極電極を形成した後、電極シート毎に１個および／または２個以上４個以下の正極集電タブが引き出された正極電極と、負極集電タブが引き出された負極電極とを、ポリプロピレンもしくはポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造の多孔質膜セパレータを介して積層して電極積層体を作製する。

電極積層体より出ている正極集電タブと負極集電タブを、アルミニウム、ニッケル、銅などからなる金属テープ材の正極引出端子および負極引出端子に超音波溶接あるいは抵抗溶接等の手段により接続する。電極シート毎に正極集電タブを２個以上４個以下有する場合はいずれか１個の正極集電タブと正極引出端子を接続させればよい。

このように正極引出端子および負極引出端子を接続した電極積層体を、アルミニウム箔等の金属薄膜の両面に合成樹脂製フィルムを積層したラミネート材を用いて外装する。すなわち、正極引出端子および負極引出端子の一部を露出させ電極積層部、正極集電タブ、負極集電タブおよび正極引出端子および負極引出端子の一部をラミネートケースに入れ各辺を熱溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を入れ真空中で熱溶着し、積層型二次電池を完成させる。

上記のように、組立てた積層型二次電池を繰返し充放電して使用した後、正極を再利用して再度積層型二次電池を組立てるには以下のようにすればよい。

使用後の積層型二次電池のラミネートケースおよび、正極引出端子と正極集電タブの接続位置を切断し正極を電極シート毎に独立の状態にした後に各電極シート単位で２個以上４個以下を有する内の未使用の正極集電タブと新しい正極引出端子を接続させ、新しい負極および新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てる。

次に、本発明の実施例を挙げて説明する。

（実施例１）
本実施例１での電極積層体８は、実施の形態１で説明した図１（ａ）の形状であり、正極引出端子１は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製であり、正極集電タブ４は幅１０ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ、長さ１５ｍｍを各電極シート単位で２個有する。負極引出端子５は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製であり、負極集電タブ７は幅１０ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ、長さ１５ｍｍを１個有する。正極引出端子１および負極引出端子５の上に厚さが０．１ｍｍの端子絶縁部２を形成し、ラミネートケースの溶着位置が端子絶縁部２と重なるように溶着し、正極引出端子１および負極引出端子５の一部を露出させ電極積層体８、正極集電タブ４と負極集電タブ７および正極引出端子１と負極引出端子５の一部をラミネートケースに入れ各辺を溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を入れ真空中で溶着し、積層型二次電池を完成させた。

このように、組立てた積層型二次電池を使用した後、正極を再利用する為に、使用後の積層型二次電池のラミネートケースおよび、正極引出端子１と正極集電タブ４の接続位置を切断し正極を電極シート毎に独立の状態にした。そして再度、各電極シート単位で２個有する内の未使用の正極集電タブ４と新しい正極引出端子１を接続させ、新しい負極および新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てた。電極を再利用した場合の電極積層体は図１（ｂ）のような形状になった。

このような正極電極シート単位で正極集電タブを２個有する構造ゆえに、正極の再利用が可能となり使用後の正極を使用した積層型二次電池が得られた。

（実施例２）
本実施例２での電極積層体８は、実施の形態２で説明した図２の形状であり、正極集電タブの長さが３０ｍｍで負極集電タブ７よりも長いこと以外は実施例１と同様に作製した。ラミネートケースを溶着させる際には正極引出端子１に被覆した端子絶縁部２と負極引出端子５に被覆した端子絶縁部２の高さを揃える為、ラミネートケース内に正極集電タブ４を折り曲げて収納した。その際、折り曲げた正極集電タブ４と電極積層体８が短絡しないよう電極積層体８には樹脂製の絶縁テープ９を貼った。

このように、組立てた積層型二次電池を使用した後、正極を再利用する為に、使用後の積層型二次電池のラミネートケースおよび、正極引出端子１と正極集電タブ４の接続位置を切断し正極を電極シート毎に独立の状態にした。そして再度、負極集電タブ７よりも長い正極集電タブ４と新しい正極引出端子を溶接させ、新しい負極および新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てた。

このような負極集電タブ７よりも長い正極集電タブを正極電極シート単位で有した構造ゆえに、正極の再利用が可能となり使用後の正極を使用した積層型二次電池が得られた。また、実施例１に比べ再利用後の正極引出端子１、負極引出端子５の位置が変更されないメリットを有する。

１ 正極引出端子
２ 端子絶縁部
３ 正極引出端子接続位置
４ 正極集電タブ
５ 負極引出端子
６ 負極引出端子接続位置
７ 負極集電タブ
８ 電極積層体
９ 絶縁テープ

Claims (4)

1. 正極電極シートおよび負極電極シートがセパレータを介して対向するように積層されてなる電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブが、それぞれラミネート外装材の外部に引き出された正極引出端子および負極引出端子の一端に接続され、前記正極引出端子の前記ラミネート外装材の溶着部を含むように樹脂材で被覆されてなる端子絶縁部が形成された積層型二次電池であって、前記電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブの少なくとも一方が各正極電極シート単位および各負極電極シート単位で２個以上４個以下有することを特徴とする積層型二次電池。
2. 前記２個以上４個以下の正極集電タブおよび／または負極集電タブの1個が前記正極引出端子および／または負極引出端子と接続されることを特徴とする積層型二次電池。
3. 正極電極シートおよび負極電極シートがセパレータを介して対向するように積層されてなる電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブが、それぞれラミネート外装材の外部に引き出された正極引出端子および負極引出端子の一端に接続され、前記正極引出端子の前記ラミネート外装材の溶着部を含むように樹脂材で被覆されてなる端子絶縁部が形成された積層型二次電池であって、前記電極積層体から導出された正極集電タブおよび負極集電タブの少なくとも一方の長さが各正極電極シートおよび／または各負極電極シートの端部から正極引出端子および／または負極引出端子接続部までの長さの２倍以上４倍以下であることを特徴とする積層型二次電池。
4. 前記２倍以上４倍以下の長さの正極集電タブおよび／または負極集電タブが前記ラミネート外装材の内部で折り曲げられていることを特徴とする請求項３記載の積層型二次電池。

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