JP2011108534A - 積層型二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 正極と負極とがセパレータを介して対向して積層される積層型二次電池において、誤積層を容易に検出できる積層型二次電池を提供する。
【解決手段】 正極１と負極２とがセパレータ５を介して対向して積層した積層型二次電池であって、正極集電タブ６と負極集電タブ１０は同一方向から引き出されたおり、反転させた一方の電極を他方の電極に積層しても下側の集電タブの少なくとも一部が露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、積層型二次電池に関するものである。

近年、電気自動車やハイブリット自動車の電源として、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二次電池が期待されている。携帯電話やモバイル機器の電源には、帯状の電極とセパレータを巻回した巻回型リチウムイオン二次電池が主流として用いられている。しかしながら、大容量大電流充放電にて使用する場合、電極面積を広くする必要があるため、巻回型電池では巻回時に折り曲げられたり、曲率半径が小さくなる部分にて、電極活物質の厚みが厚くなったり、あるいは電流が集中する部分が生じる等の問題が顕著化する。自動車等の高い出力が必要な用途に用いるためには、構造上、セパレータを介して複数の平板状電極を積み重ねた積層型二次電池の方が好適である。

特許文献１には、正極と負極とをセパレータを介して対向させ積層した矩形板状の積層型二次電池において、２枚の矩形状セパレータ片を接合してなる袋状セパレータの内側に正極または負極のうちの一方の電極が配置され、前記袋状セパレータの開口部からは前記一方の電極の電極リード部が引き出されたことが記載されている。

図５は、従来の積層型二次電池での電極積層体の正面図である。正極集電タブ６が引き出された正極と負極集電タブ１０が引き出された負極を、セパレータ５を介して積層して電極積層体を形成している。

図４は、従来の積層型二次電池での袋状セパレータで被覆した正極及び対向する負極を示す図であり、図４（ａ）は負極の正面図、図４（ｂ）は袋状セパレータで被覆された正極の正面図である。

図６は、従来の積層型二次電池の積層した電極の一例を示す斜視図である。

従来の複数の平板状電極を積み重ねた積層型二次電池には、図６に示すように、ポリエチレン、ポリプロピレン等の高分子化合物製の微多孔性フィルムであるセパレータ５を、電極周囲を熱溶着して袋状に加工して、同一形状の正極１と負極２を袋詰めして、積み重ねたものがある。

また特許文献２には、正極と負極の大きさが異なる電池の平板状の電極を、面積が小さな電極をセパレータで被覆し、セパレータの外周部の大きさと、対極の大きさを一致させて積層するとともに、面積が小さな電極に取り付けた集電タブにセパレータと一体の保護部を設けたり、あるいは対向する電極に切除部を設けたので、集電タブと対向する電極との間で短絡が生じることがない積層型リチウムイオン電池を提供することができることが記載されている。

図７は、従来の積層型二次電池の集電タブの長さが異なる電極の一例を示す図であり、図７（ａ）は負極と袋状セパレータで被覆された正極の正面図、図７（ｂ）は電極積層体の正面図である。正極集電タブ６は、負極集電タブ１０より長さが短くなっている。

図８は、従来の積層型二次電池の集電タブが対向した辺から引き出され袋状セパレータで被覆された電極積層体の正面図である。

図８において集電タブは同一方向から引き出されておらず、正極集電タブ６と負極集電タブ１０が互いに対向した方向に引き出されている。これらは積層位置精度の向上による内部短絡防止を目的に提案されている。

特開２００９−１２３５８２号公報 特許第４１２４９７２号公報

集電タブを含めた正極電極と負極電極の形状は、図４に示す様に同一形状であり、例えば負極電極を反転して積層し、誤積層となった場合には、正極集電タブと負極集電タブが重なってしまうので、正極集電タブ側に負極集電タブが混入しても、その積層工程で検出出来ず次工程で短絡不良となる恐れがある。

本発明は、上述した問題を解決すべく提案したもので、その技術課題は、誤積層による工程不良の生じることのない積層型二次電池を提供することである。

すなわち、本発明の技術的課題は、正極と負極とがセパレータを介して対向して積層される積層型二次電池において、誤積層を容易に検出できる積層型二次電池を提供することにある。

本発明の積層型二次電池は、正極と負極とがセパレータを介して対向して積層した積層型二次電池であって、正極集電タブと負極集電タブは同一方向から引き出されており、反転させた一方の電極を他方の電極に積層しても下側の集電タブの少なくとも一部が露出していることを特徴とする。

本発明の積層型二次電池は、前記正極集電タブと前記負極集電タブは、それぞれが片方の同一角部である左角部、または右角部にカット部を有することを特徴とする。

本発明の積層型二次電池は、前記正極集電タブと前記負極集電タブは、反転させた一方の電極を他方の電極に積層しても下側の集電タブの少なくとも一部が露出している位置に互いに同一形状の孔を有することを特徴とする。

本発明の積層型二次電池は、一方の集電タブは、他方の集電タブより幅が狭く長さが長いか、または、幅が広く長さが短いことを特徴とする。

本発明により、正極と負極とがセパレータを介して対向して積層される積層型二次電池において、誤積層を容易に検出できる積層型二次電池の提供が可能となる。

その結果、誤積層による工程不良の生じることのない積層型二次電池を提供することが可能となる。

本発明を実施するための形態を示す図であり、図１（ａ）は負極の正面図と袋状セパレータで被覆された正極の正面図で、図１（ｂ）は電極積層体の正面図。 本発明を実施するための他の形態を示す図であり、図２（ａ）は負極の正面図と袋状セパレータで被覆された正極の正面図で、図２（ｂ）は電極積層体の正面図。 本発明を実施するための更に他の形態を示す図であり、図３（ａ）は負極の正面図と袋状セパレータで被覆された正極の正面図で、図３（ｂ）は電極積層体の正面図。 従来の積層型二次電池での袋状セパレータで被覆した正極及び対向する負極を示す図であり、図４（ａ）は負極の正面図、図４（ｂ）は袋状セパレータで被覆された正極の正面図。 従来の積層型二次電池での電極積層体の正面図。 従来の積層型二次電池の積層した電極の一例を示す斜視図。 従来の積層型二次電池の集電タブの長さが異なる電極の一例を示す図であり、図７（ａ）は負極と袋状セパレータで被覆された正極の正面図、図７（ｂ）は電極積層体の正面図。 従来の積層型二次電池の集電タブが対向した辺から引き出され袋状セパレータで被覆された電極積層体の正面図。

本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

本発明では、正極と負極とがセパレータを介して対向して積層した積層型二次電池であって、正極集電タブと負極集電タブは同一方向から引き出されたおり、反転させた一方の電極を他方の電極に積層しても下側の集電タブの少なくとも一部が露出するような形状にしている。

これにより誤って一方の電極を反転させて積層しても、下に位置する集電タブの一部が露出するので、工程不良を生じることはない。

正極集電タブと負極集電タブは同一方向から引き出されていれば良く、電極の幅方向から引き出されていても、長さ方向から引き出されていても良い。

誤って一方の電極が反転されて積層し、他方の電極が正常に積層されても、下側に位置する電極の集電タブの少なくとも一部が露出されるように配設されていれば、互いの集電タブは、同一形状であっても異なる形状であってもよい。誤って積層された際に、下側に位置する電極の集電タブの全てが、上側に位置する電極の集電タブによって覆われてはいけない。

図１は、本発明を実施するための形態を示す図であり、図１（ａ）は負極の正面図と袋状セパレータで被覆された正極の正面図で、図１（ｂ）は電極積層体の正面図である。

幅と長さが同じ大きさの正極集電タブ６と負極集電タブ１０には、先端からの距離が異なる位置にそれぞれ配置された孔１５が設けられている。正常に積層すれば図１（ｂ）に示すような電極積層体が得られる。反転した負極と、正極を積層すると、集電タブは重なるような位置関係にある。

電極を積層する作業工程で、負極を反転して積層し、正極集電タブ側に負極集電タブが混在する誤積層が生じた場合であっても、積層が完了した時点で、集電タブに設けられている孔が塞がれている為、誤積層を容易に検出することが可能となる。正極を反転して積層し、負極集電タブ側に正極集電タブが混在した場合も同様である。

図２は、本発明を実施するための他の形態を示す図であり、図２（ａ）は負極の正面図と袋状セパレータで被覆された正極の正面図で、図２（ｂ）は電極積層体の正面図である。

正極集電タブ６および負極集電タブ１０の一方の端部には、電極が正しく積層された場合に同一方向となるような斜めのカット部が設けられている。反転した負極と、正極を積層すると、集電タブは重なるような位置関係にある。

図２（ｂ）で示す様に電極を積層する作業工程で、負極を反転して積層し、正極集電タブ側に負極集電タブが混在する誤積層が生じた場合、正極集電タブに設けられたカット部が負極集電タブによって塞がれる為、誤積層を容易に検出することが可能となる。正極を反転して積層し、負極集電タブ側に正極集電タブが混在した場合も同様である。

図３は、本発明を実施するための更に他の形態を示す図であり、図３（ａ）は負極の正面図と袋状セパレータで被覆された正極の正面図で、図３（ｂ）は電極積層体の正面図である。

正極集電タブ６と負極集電タブ１０は同一形状であるが、反転した負極と、正極を積層しても、集電タブは重ならないような位置関係にある。

図３（ｂ）で示す様に電極を積層する作業工程で、負極を反転して積層し、正極集電タブ側に負極集電タブが混在する誤積層が生じた場合、集電タブが３本になったり、集電タブの幅が見かけ上広くなったりして、正規の集電タブ位置と異なる状況となることから、誤積層を容易に検出することが可能となる。正極を反転して積層した場合も同様である。

反転した負極と、正極を積層すると、集電タブは重なるような位置関係にある場合において、一方の集電タブが、他方の集電タブより幅が狭く長さが長ければ、電極を反転させる誤積層があっても下に位置する集電タブの一部が露出するので、容易に検出することが可能となり、工程不良を生じることはない。

一方の集電タブが、他方の集電タブより幅が広く長さが短い場合も同様である。

このように、本発明を実施するための最良の形態に係る積層型二次電池は、集電タブ形状及び位置関係を正極と負極で異なるものとすることにより，積層工程で生じる誤積層を検出することが出来、その結果、誤積層による工程不良の生じることがない積層型二次電池を提供することが可能となる。

以下に本発明の実施例を詳述する。

（実施例１）
マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）粉末９２重量部、カーボンブラック５重量部、ポリフッ化ビニリデン３重量部からなる混合物を、アルミニウム箔に塗布乾燥してロール掛けを行なって、長さ１２０ｍｍ、幅６５ｍｍの正極を作製した。正極集電タブは幅１０ｍｍ、厚さ２００μｍで、上端から５ｍｍ、左端から５ｍｍの位置を中心とするΦ５ｍｍの孔を有していた。正極集電タブを一体に形成した正極の両面に長さ１２５ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ３０μｍの微多孔性ポリプロピレン膜であるセパレータを配置して周囲を溶着して、セパレータ被覆正極を作製した。

また、グラファイト９１重量部、カーボンブラック１重量部、ポリフッ化ビニリデン８重量部からなる混合物を、銅箔上に塗布乾燥してロール掛けを行ない、長さ１２５ｍｍ、幅７０ｍｍの負極を作製した。負極集電タブは幅１０ｍｍ、厚さ２００μｍで、上端から１５ｍｍ、左端から５ｍｍの位置を中心とするΦ５ｍｍの孔を有していた。負極集電タブを一体に形成した負極を作製した。反転した負極と、セパレータ被覆正極を積層すると、集電タブは重なるような位置関係にあった。

セパレータ被覆正極と負極の、それぞれの長さと幅を合わせ、直角方向の二つの端面を保持する治具によって一致させた状態で、セパレータ被覆正極１０層と負極１１層を交互に積層した。この状態では正常に積層されており、図１（ｂ）のような電極積層体を得た。正極集電タブと負極集電タブには、それぞれ孔が確認できた。

負極１１層のうちの１層を反転させて積層したところ、正極集電タブの孔が覆われており、誤積層を容易に確認出来た。次に正常な積層状態に戻し、正極１層を反転させて積層したところ、負極集電タブの孔が覆われており、誤積層を容易に確認出来た。

（実施例２）
集電タブの形状が、図２（ａ）に示す様に、各集電タブの左角部に縦５ｍｍ、横５ｍｍのカット部を有していた以外は実施例１と同様のセパレータ被覆正極と負極を作製した。

これらを正常に積層して電極積層体を得た。正極集電タブと負極集電タブには、それぞれカット部が確認できた。

負極１１層のうちの１層を反転させて積層したところ、正極集電タブのカット部が覆われており、誤積層を容易に確認出来た。次に正常な積層状態に戻し、正極１層を反転させて積層したところ、負極集電タブのカット部が覆われており、誤積層を容易に確認出来た。

（比較例１）
集電タブに孔がない以外は実施例１と同様のセパレータ被覆正極電極と負極電極を作製した。これらを正常に積層して電極積層体を得た。

負極１１層のうちの１層を反転させて積層したが、外観からは誤積層を確認出来なかった。次に正常な積層状態に戻し、正極１層を反転させて積層したが、外観からは誤積層を確認出来なかった。

（比較例２）
集電タブに孔がなく正極集電タブの幅が２０ｍｍである以外は実施例１と同様のセパレータ被覆正極電極と負極電極を作製した。これらを正常に積層して電極積層体を得た。

負極１１層のうちの１層を反転させて積層したが、外観からは誤積層を確認出来なかった。

なお正常な積層状態に戻し、正極１０層のうちの１層を反転させて積層すると、外観から誤積層を確認出来るが、どちらの集電タブも同じ形状になるので正常な積層状態であるという誤った判断をする恐れがある。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

１ 正極
２ 負極
５ セパレータ
６ 正極集電タブ
１０ 負極集電タブ
１５ 孔
１６ カット部

Claims (4)

1. 正極と負極とがセパレータを介して対向して積層した積層型二次電池であって、正極集電タブと負極集電タブは同一方向から引き出されており、反転させた一方の電極を他方の電極に積層しても下側の集電タブの少なくとも一部が露出していることを特徴とする積層型二次電池。
2. 前記正極集電タブと前記負極集電タブは、それぞれが片方の同一角部である左角部、または右角部にカット部を有することを特徴とする請求項１に記載の積層型二次電池。
3. 前記正極集電タブと前記負極集電タブは、反転させた一方の電極を他方の電極に積層しても下側の集電タブの少なくとも一部が露出している位置に互いに同一形状の孔を有することを特徴とする請求項１または２に記載の積層型二次電池。
4. 一方の集電タブは、他方の集電タブより幅が狭く長さが長いか、または、幅が広く長さが短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層型二次電池。

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