JP2011081941A - コイン形電池 - Google Patents

Abstract

【課題】コイン形電池に収容された電極体の積層ずれを、できるだけ少ない本数の結束テープによって確実に防止できるようにする。
【解決手段】扁平丸形の電池容器２内に、セパレータ９を介して正極７と負極８とを上下に交互に複数段積層してなる電極体３が収容されている。電極体３は、平面視で、互いに対向する一対の円弧部２２・２３と、これら円弧部２２・２３の端部どうしを繋ぐ一対の直線部１７・１８とからなる一部切り欠き円形状に形成されている。各正極リード７１ａの基端側が前側の直線部１７に位置し、各負極リード８１ａの基端側が後ろ側の直線部１８に位置している。一対の各円弧部２２・２３が、第１の結束テープ１４・１４によって結束され、一対の各直線部１７・１８が、第２の結束テープ１５・１５によって結束されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、扁平丸形の電池容器内に積層構造の電極体を収容したコイン形電池に関する。

この種の電池としては、例えば特許文献１に記載されたようなコイン形二次電池が知られている。特許文献１に記載のコイン形二次電池は、外装缶（電池缶）の開口部にガスケットを介して封口缶（封口板）を装着して当該外装缶の開口部の周縁部をかしめて封口することにより作製される扁平丸形の電池容器内に、積層構造の電極体（電極群）および非水電解液を収容してなる。電極体は、アルミニウム箔製の正極集電体の両面にコバルト酸リチウム等の正極材料を塗着させてなる正極と、銅箔製の負極集電体にコークス焼成品等の負極材料を塗着させてなる負極とを、セパレータを介して交互に複数段積層して形成される。

前記電池では、各正極集電体から導出された正極リードが外装缶に電気的に接続され、各負極集電体から導出された負極リードが封口缶に電気的に接続されている。前記電池では、正極リードおよび負極リードをそれぞれ外装缶側および封口缶側へ導くための二つのスペースを確保すべく、前記積層構造の電極体を、平面視で、互いに対向するように形成された一対の円弧部と、これら円弧部の端部どうしを繋ぐ一対の直線部とからなる一部切り欠き円形状に形成している。

この種の電極体では、正極や負極が水平方向（面方向）または回転方向にずれ動く、いわゆる積層ずれを防止する必要がある。積層ずれが生じると正極と負極との一部が対向できなくなって、電池容量の低下等を招き、また充放電の繰り返しによって負極にリチウムが析出して正極と負極とが短絡し易くなるからである。このような積層ずれを防止する方策としては、特許文献２のように、電極体の周縁部を結束テープ（ずれ防止用テープ）によって結束することが考えられる。

特開２００５−３１０５７７号公報（図１−２） 特開２００８−０９１０９９号公報（段落番号００５６、図３−４）

電極体の積層ずれを確実に防止するためには、結束テープの配置本数をできるだけ増やす方が好ましい。特許文献２では、平面視で四角形となる電極体の対向する二辺に結束テープをそれぞれ二つずつ配置し、残りの二辺に結束テープをそれぞれ一つずつ配置している。しかし、結束テープの配置本数を増やすと、その分だけ結束テープの接着作業の手間が増えて電池の製造効率の低下を招き、加えて、材料コストの上昇を招く。一方、結束テープの配置本数を過度に少なくすると、結束テープの接着作業の手間は減るが、電極体の積層ずれを確実には防止することが困難となる。

本発明は、このような問題に対処するもので、コイン形電池に収容された電極体の積層ずれを、できるだけ少ない本数の結束テープによって確実に防止できるようにすることを目的とする。

本発明に係るコイン形電池は、図２に示すように、扁平丸形の電池容器２の内部に、セパレータ９を介して正極７と負極８とを上下に交互に複数段積層してなる電極体３が収容されている電池を対象とする。この電池における積層構造の電極体３は、平面視で、互いに対向するように形成された一対の円弧部２２・２３と、これら円弧部２２・２３の端部どうしを繋ぐ一対の直線部１７・１８とからなる一部切り欠き円形状に形成されている。各正極７から導出された正極リード７１ａの基端側は、一対の直線部１７・１８のうちの一方の直線部１７に位置しており、各負極８から導出された負極リード８１ａの基端側が、一方の直線部１７とは反対側となる他方の直線部１８に位置している。電極体３の一対の各円弧部２２・２３は、電極体３の上端面から当該電極体３の側面に沿って下端面に至るように貼り付けられた第１の結束テープ１４・１４によってそれぞれ結束されており、一対の直線部１７・１８のうちの少なくとも一つの直線部が、電極体３の上端面から当該電極体３の側面に沿って下端面に至るように貼り付けられた第２の結束テープ１５によって結束されている。本発明の電極体３には、セパレータ９を袋状に形成し、当該袋状のセパレータ９内に正極７または負極８を収容して積層するタイプも含まれる。

一対の各直線部１７・１８は、第２の結束テープ１５・１５によってそれぞれ結束されているものとすることができる。正極リード７１ａの基端側は、平面視で、直線部１７の中央となる位置に配置されており、負極リード８１ａの基端側が、他方の直線部１８の中央となる位置に配置されている。各第１の結束テープ１４は、平面視で円弧部２２・２３の中央となる位置にそれぞれ配置されており、一対の第２の結束テープ１５・１５が、平面視で正極リード７１ａまたは負極リード８１ａよりも円弧部２２・２３側に偏った位置であって、且つ、電極体３の中心Ｏを挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置されているものとすることができる。

本発明に係るコイン形電池においては、電極体３の一対の円弧部２２・２３を第１の結束テープ１４・１４によってそれぞれ結束し、電極体３の一対の直線部１７・１８のうちの少なくとも一方の直線部を第２の結束テープ１５によって結束した。これによれば、結束テープ１４・１５を電極体３の周縁に対して分散して配置することができるので、電極体３の水平方向（面方向）および回転方向の積層ずれを確実に防止することができる。

すなわち、例えば一対の円弧部２２・２３のみを結束テープ１４によってそれぞれ結束した場合には、電極体３の水平方向の積層ずれに対してはこれら結束テープ１４がセパレータ９、正極７または負極８を受け止めて、当該水平方向の積層ずれを効果的に防止することができるものの、セパレータ９、正極７または負極８は、第１の結束テープ１４の表面を滑りながら電極体３の中心Ｏのまわりに回転することが可能であるため、回転方向の積層ずれが生じる虞がある。これに対して、本発明によれば、直線部にも第２の結束テープ１５を配置したため、第２の結束テープ１５で電極体３の中心Ｏのまわりに回転する直線部を受け止めて回転方向の積層ずれを確実に阻止することができる。したがって、本発明によれば、水平方向及び回転方向の積層ずれに起因する電池容量の低下を確実に防ぐことができる。

また、特にリチウムイオン二次電池の場合には、積層ずれによって負極８と正極７とが適正に対向できなくなると、充放電の繰り返しによって負極８にリチウムが析出し、結果として正極７と負極８とが短絡する可能性がある。しかし、本発明によれば、上記のように電極体３の積層ずれを防ぐことができるので、リチウムの析出による正極７と負極８との短絡を防止でき、この点でも優れている。

本発明によれば、一対の直線部１７・１８のうちの少なくとも一方の直線部および一対の円弧部２２・２３に結束テープ１４・１５を配置したので、結束テープ１４・１５の配置作業の手間を軽減できるとともに、結束テープの材料コストを抑えることが可能である。

一対の各直線部１７・１８が第２の結束テープ１５・１５によってそれぞれ結束されていると、一方の直線部にのみ第２の結束テープ１５を配置した場合よりも積層ずれをより確実に防止することができる。

各第１の結束テープ１４が、平面視で円弧部２２・２３の中央となる位置にそれぞれ配置され、一対の第２の結束テープ１５・１５が、平面視で、正極リード７１ａまたは負極リード８１ａよりも円弧部２２・２３側に偏った位置であって、且つ、電極体３の中心Ｏを挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置されていると、第１の結束テープ１４・１４が円弧部２２・２３の一方側に偏らず、また第２の結束テープ１５・１５が直線部１７・１８の一方側に偏らず、結束テープ１４・１５を分散配置することができる。したがって、水平方向及び回転方向の積層ずれをより確実に防止することができる。

本発明に係るコイン形電池の電極体の平面図である。 コイン形電池の全体構造を示す縦断面図である。 コイン形電池の一部を示す縦断面図である。 コイン形電池の分解図である。 電極体の分解斜視図である。 結束テープの接着状態を示す縦断面図である。

図１ないし図６に、本発明のコイン形電池をリチウムイオン二次電池に適用した一実施形態を示す。このコイン形電池１は、図２および図３に示すように、扁平丸形の電池容器２内に、上下積層構造の電極体３と非水電解液（図示せず）とが収容されている。

電池容器２は、外装缶４の開口部にガスケット５を介して封口缶６を装着して当該開口部の周縁部をかしめることにより封口（カシメ封口）されている。すなわち、電池容器２は、周縁部４ａを図２中の上向きに曲げた扁平丸皿形状の外装缶４と、周縁部６ａを図２中の下向きに曲げた扁平丸皿形状の封口缶６とからなり、これら外装缶４と封口缶６とが、両者の周縁部４ａ・６ａ間に配置したガスケット５を介してカシメ封口されている。封口缶６の周縁部６ａの下端部は、内外二重のはぜ折りに加工してある。外装缶４および封口缶６はステンレス鋼で構成されている。ガスケット５は絶縁体である合成樹脂で形成されている。非水電解液としては、例えば、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを混合した溶媒にＬｉＰＦ₆ を溶解させたものを使用することができる。

電極体３は、図３および図５に示すように、セパレータ９を介して正極７と負極８とを上下に交互に複数段積層してなるものである。セパレータ９は扁平袋状に形成しており、当該袋状のセパレータ９内に正極７を収容している。各セパレータ９は、絶縁性に優れたポリエチレン製の微多孔性薄膜等で構成されており、リチウムイオンが透過可能になっている。なお、図示例では正極７および負極８の積層段数は、簡略化のため三段しか描いていないが、実際には七段程度の積層段数を採用する。ただし、このような段数に限られないことは勿論である。

電極体３の積層方向である上下両端には、負極８のうちの負極８Ａ・８Ｂがそれぞれ配置されている。上下両端に位置する負極８Ａ・８Ｂを除いて、負極８には、銅箔製の負極集電体８１の上下両面に黒鉛等の負極活物質を含有する負極活物質層８２がそれぞれ設けられている。具体的には図３の状態で電極体３の上端に位置する負極８Ａにおいては、負極集電体８１の下面側にのみ負極活物質層８２が設けられており、反対側の上面が露出状態で封口缶６の内面に接触している。電極体３の下端に位置する負極８Ｂにおいては、負極集電体８１の上面側にのみ負極活物質層８２が設けられている。電極体３の下端側の負極８Ｂの負極集電体８１と外装缶４の内底面４ｂとの間には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミド等で形成されたテープ等からなる絶縁シール１０が配置されている。各正極７は、それぞれアルミニウム箔製の正極集電体７１の上下両面に、コバルト酸リチウム等の正極活物質を含有する正極活物質層７２をそれぞれ設けて形成される。

電極体３は、図１に示す平面視で、互いに対向するように形成された左右一対の円弧部２２・２３と、これら円弧部２２・２３の前後端部どうしを繋ぐ前後一対の直線部１７・１８とからなる一部切り欠き円形状に形成されている。すなわち、電極体３の各負極８（８Ａ・８Ｂ）は、当該各負極８（８Ａ・８Ｂ）の前側（図１の矢印で示す前側）および後ろ側（図１の矢印で示す後ろ側）の箇所をそれぞれ切り欠いて、直線部１７・１８としての前後一対の直線部１７ａ・１８ａを形成している。正極７を収容した電極体３の各セパレータ９は、当該セパレータ９の前側および後ろ側を切り欠いて、直線部１７・１８としての前後一対の直線部１７ｂ・１８ｂをそれぞれ形成している。各正極７も、前側および後ろ側を切り欠いて、直線部１７・１８としての前後一対の直線部を形成している。

電極体３は、正極７と負極８とセパレータ９との二つの直線部１７・１８がそれぞれ互いに重なるように積層されている。すなわち、電極体３は、各負極８（８Ａ・８Ｂ）の前側の直線部１７ａと各セパレータ９の前側の１７ｂ（正極７の前側の直線部を含む）とが平面視で互いに略重なり、且つ、各負極８（８Ａ・８Ｂ）の後ろ側の直線部１８ａとセパレータ９の後ろ側の直線部１８ｂ（正極７の後ろ側の直線部を含む）とが平面視で互いに略重なっている。

各正極集電体７１は、これと一体のアルミニウム箔製の正極リード７１ａが前側の直線部の左右中央から電極体３の前側に向けて導出されており、該正極リード７１ａの先端側が袋状のセパレータ９の導出部１１から導き出されている。これにより、電極体３の前後一対の直線部１７・１８のうちの前側の直線部（一方の直線部）１７に、各正極７から導出された正極リード７１ａの基端側が位置する。これら正極リード７１ａは、図示例のコイン形電池１ではその先端どうしが一まとめにされた状態で、外装缶４の内底面４ｂに超音波溶接法等で電気的に接続されている（図３参照）。前記導出部１１は、セパレータ９の前側の直線部１７ｂの左右中央に形成されている。

各負極集電体８１は、これと一体の銅箔製の負極リード８１ａが後ろ側の直線部１８ａの左右中央から正極リード７１ａの導出方向とは反対側である電極体３の後ろ側に向けて導出されている。これにより、電極体３の前側の直線部１７とは反対側に位置する後ろ側の直線部（他方の直線部）１８に、各負極８から導出された負極リード８１ａの基端側を位置させることができる。これら負極リード８１ａは、その先端どうしが一まとめにされた状態で超音波溶接法等で互いに接続されている（図２参照）。前述のように電極体３の上端側の負極８Ａの負極集電体８１は、封口缶６の内面に接触しており、これによって各負極８、８Ａおよび８Ｂは封口缶６に導通している。

電極体３の各負極８（８Ａ・８Ｂ）の前後一対の直線部１７ａ・１８ａは互いに平行になっており、各セパレータ９の前後一対の直線部１７ｂ・１８ｂが互いに平行になっている。これに合わせて正極７の前後一対の直線部も互いに平行になっている。また、各負極８（８Ａ・８Ｂ）の前側の直線部１７ａの左右中央がセパレータ９の導出部１１に臨み、各セパレータ９の後ろ側の直線部１８ｂの左右中央が負極リード８１ａに臨んでいる。前記の構成により、電極体３の前側の直線部１７と電池容器２の内周面との間に正極リード７１ａを収容するためのスペースが確保され、電極体３の後ろ側の直線部１８と電池容器２の内周面との間に負極リード８１ａを収容するためのスペースが確保される。

電極体３の一対の各円弧部２２・２３は、電極体３の上端面から当該電極体３の側面に沿って下端面に至るように貼り付けられた第１の結束テープ１４・１４によってそれぞれ結束されている。また、一対の各直線部１７・１８が、電極体３の上端面から当該電極体３の側面に沿って下端面に至るように貼り付けられた第２の結束テープ１５・１５によってそれぞれ結束されている。すなわち、各結束テープ１４・１５は、上側の負極８Ａの上面から下側の負極８Ｂの下面にわたって巻き付けた状態で当該負極８Ａ・８Ｂの上下面に貼り付けられる。なお、各結束テープ１４・１５は、電極体３の側面の少なくとも一部にも貼り付けられている（図６参照）。

各第１の結束テープ１４は、図１に示すように、平面視で円弧部２２・２３の中央となる位置にそれぞれ配置されている。一対の第２の結束テープ１５・１５は、平面視で、正極リード７１ａまたは負極リード８１ａよりも円弧部２２・２３側に偏った位置であって、且つ、電極体３の中心Ｏを挟んで互いに対向する位置（点対称位置）にそれぞれ配置されている。

詳しくは、第１の結束テープ１４・１４は、平面視で電極体３の中心Ｏに対する点対称位置に配置されており、これら結束テープ１４・１４の幅方向の中央部が、直線部１７・１８と平行であって電極体３の中心Ｏを通る仮想線Ｇ上に位置している。一方の第２の結束テープ１５は、前側の直線部１７の右側寄りとなる箇所に配置され、他方の第２の結束テープ１５が、後ろ側の直線部１８の左側寄りとなる箇所に配置されている。第２の結束テープ１５の幅寸法は、第１の結束テープ１４の幅寸法よりも小さくなっている。各結束テープ１４・１５は、ポリプロピレン製の接着テープ等からなる。

このように、結束テープ１４・１５が、電極体３の各直線部１７・１８および各円弧部２２・２３の計四箇所に分散して配置されているので、これら結束テープ１４・１５によって電極体３の積層ずれを確実に防止することができる。特に直線部１７・１８に第２の結束テープ１５・１５をそれぞれ配置したことで、回転方向の積層ずれによってセパレータ９、正極７または負極８のいずれかが電極体３の中心Ｏのまわりに回転しようとしても、直線部１７・１８が第２の結束テープ１５・１５に受け止められることで当該回転が阻止され、これによって回転方向の積層ずれも確実に防止することができる。したがって、積層ずれによって生じる電池容量の低下を確実に防ぐことができる。

また、積層ずれによって負極８と正極７とが適正に対向できなくなることで負極８にリチウムが析出し、このリチウムによって正極７と負極８とが短絡することを確実に防止することができる。積層ずれの確実な防止のために少なくとも一対の直線部１７・１８および一対の円弧部２２・２３に結束テープ１４・１５を配置すればよいので、結束テープ１４・１５の配置作業の手間を軽減できるとともに、結束テープの材料コストを抑えることができる。

第２の結束テープ１５・１５が、正極リード７１ａおよび負極リード８１ａを避けた箇所に配置されていると、第２の結束テープ１５・１５がリード７１ａ・８１ａごと電極体３に接着された形態では不可避となるリード７１ａ・８１ａが折れ曲がって破損する不都合を防ぐことができる。各第１の結束テープ１４を、平面視で円弧部２２・２３の中央となる位置にそれぞれ配置し、各第２の結束テープ１５を、平面視で電極体３の中心Ｏを挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置したので、第１の結束テープ１４・１４が円弧部２２・２３の一方の端側に偏らず、また第２の結束テープ１５・１５が直線部１７・１８の一方の側に偏らず、これによって各結束テープ１４・１５の分散配置が確保されて、積層ずれをより確実に防止することができる。

一対の第１の結束テープ１４・１４は、下側の負極８Ｂ側に位置する遊端部どうしを繋いで一体化したものであってもよい。また、第１の結束テープ１４・１４は、平面視で円弧部２２・２３の中央から外れた位置に配置してもよい。第２の結束テープ１５は、前後の直線部１７・１８のいずれか一方にのみ配置してもよい。図示例のコイン形電池１は、外装缶４が正極側で封口缶６が負極側となるものであるが、封口缶６が正極側で外装缶４が負極側となるコイン形電池１にも本発明が適用できることはいうまでもない。

１ コイン形電池
２ 電池容器
３ 電極体
７ 正極
８ 負極
９ セパレータ
１４ 第１の結束テープ
１５ 第２の結束テープ
１７・１８ 直線部
２２・２３ 円弧部
Ｏ 電極体の中心

Claims (3)

1. 扁平丸形の電池容器の内部に、セパレータを介して正極と負極とを上下に交互に複数段積層してなる電極体が収容されており、
   前記積層構造の電極体は、平面視で、互いに対向するように形成された一対の円弧部と、これら円弧部の端部どうしを繋ぐ一対の直線部とからなる一部切り欠き円形状に形成されており、
   前記各正極から導出された正極リードの基端側が、前記一対の直線部のうちの一方の直線部に位置しており、
   前記各負極から導出された負極リードの基端側が、前記一方の直線部とは反対側となる他方の直線部に位置しており、
   前記一対の各円弧部が、前記電極体の上端面から当該電極体の側面に沿って下端面に至るように貼り付けられた第１の結束テープによってそれぞれ結束されており、
   前記一対の直線部のうちの少なくとも一つの直線部が、前記電極体の上端面から当該電極体の側面に沿って下端面に至るように貼り付けられた第２の結束テープによって結束されていることを特徴とするコイン形電池。
2. 前記一対の各直線部が、前記第２の結束テープによってそれぞれ結束されている請求項１記載のコイン形電池。
3. 前記正極リードの基端側が、平面視で、前記直線部の中央となる位置に配置されており、前記負極リードの基端側が、前記他方の直線部の中央となる位置に配置されており、
   前記第１の結束テープが、平面視で前記円弧部の中央となる位置にそれぞれ配置されており、
   前記一対の第２の結束テープは、平面視で、前記正極リードまたは前記負極リードよりも前記円弧部側に偏った位置にそれぞれ配置され、且つ、前記電極体の中心を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置されている請求項２記載のコイン形電池。

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