JP2013033688A - 二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】生産タクトを改善でき、電池缶の気密性を発揮し、電池容量を高くでき、ハンドリング性の良好な二次電池を提供する。
【解決手段】電極群１と、この電極群を収容する外装ケース１１と、外装ケース１１と蓋部材１２とで構成される電池缶１０の内部に電解液を充填して気密に封口された二次電池において、電池缶１０は、略直方体状の電極群収容部と、外装ケース１１と蓋部材１２とを二重巻き締めして封口する周縁部とを備え、この周縁部は、電極群収容部から外方にせり出して設けられ、二重巻き締めする板厚に応じた、気密性を発揮する適当なコーナーＲを有する構成とした。
【選択図】図１
【解決手段】電極群１と、この電極群を収容する外装ケース１１と、外装ケース１１と蓋部材１２とで構成される電池缶１０の内部に電解液を充填して気密に封口された二次電池において、電池缶１０は、略直方体状の電極群収容部と、外装ケース１１と蓋部材１２とを二重巻き締めして封口する周縁部とを備え、この周縁部は、電極群収容部から外方にせり出して設けられ、二重巻き締めする板厚に応じた、気密性を発揮する適当なコーナーＲを有する構成とした。
【選択図】図１
Description
本発明は、二次電池に関し、特に、電極群を収容する電池缶を確実に密閉し、持ち運びが容易でハンドリング性の良好な電池缶構造とされる二次電池に関する。
近年、高エネルギー密度を有し小型軽量化が可能であることからリチウム二次電池が、携帯電話やノート型パソコン等の携帯型電子機器の電源用電池として用いられている。また、大容量化が可能であることから、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等のモータ駆動電源や、電力貯蔵用蓄電池としても注目されてきている。
上記リチウム二次電池は、電池缶を構成する外装ケース内部に正極板と負極板とをセパレータを挟んで対向配置した電極群を収容し、電解液を充填し、複数の正極板の正極集電タブに連結される正極集電端子と、この正極集電端子と電気的に接続される正極外部端子と、複数の負極板の負極集電タブに連結される負極集電端子と、この負極集電端子と電気的に接続される負極外部端子を備えた構成とされる。
外装ケース内に電極群を収容し、外部端子と接続した後、外装ケースの開口部を封口する蓋部材を取り付け、レーザー溶接などの溶接法や、パッキング材を介した封口方式や、外装ケースと蓋部材の縁辺同士を巻き締めする封口方式などにより封口して密閉する。
また、電極群としては、巻回型と積層型が知られている。巻回型の電極群は、正極板と負極板との間にセパレータを介装して一体に巻回した構成であり、積層型の電極群は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した構成である。
積層型の電極群を備えるリチウム二次電池においては、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した略直方体状の電極群を収容する外装ケースも略直方体とされ、この略直方体状の収容部を囲む周縁部を封口している。また、略直方体状の収容部の相対向した両側部から突出して正負の外部端子を設けている。すなわち、略直方体状の外装ケース内に略直方体状の電極群を収容し、非水電解液で充填し、正極板の正極集電タブに連結される正極集電端子を正極用外部端子に接続し、負極板の負極集電タブに連結される負極集電端子を負極用外部端子に接続している。
この二次電池の電池性能を安定させるためには、確実に封口して気密性を高めることが肝要であって、例えば、レーザー溶接により、外装ケースと蓋部材との周縁部を重ね合わせて、その全周を封口して密閉する。
また、レーザー溶接を用いた封口方式は、レーザー装置が高価なこと、および、封口速度が遅いことから、缶詰や飲料缶などに用いられている二重巻き締め式を用いて、より封口速度を速くするとした角形リチウム電池が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
二次電池の容量を大きくするためには、積層する各極板の面積を大きくし、積層数も増加し、充填する電解液量も増加することが必要であり、電池缶の大きさも大きくなる。また、このような大型の電池缶を作製するためには、缶強度を得るために、その板厚も厚くなってしまう。例えば、特許文献１に記載された角形リチウム電池では０．３ｍｍのステンレス鋼版を用いているが、大型の積層型の二次電池では、その板厚は、０．８〜１．０ｍｍ程度まで厚くなっている。
そのために、略直方体状の外装ケース内に略直方体状の電極群を収容し、この周縁部を二重巻き締めして封口する際に、板厚が０．３ｍｍ同士の板金では気密性を維持して封口できていたものが、同じ条件で二重巻き締めすると、板厚が０．８ｍｍ同士の板金では、その気密性が十分発揮できなくなってしまい問題となる。
外装ケースの上部を封口する際に、その開口部の外周に沿って封口する場合は、外装ケースの角部の曲げｒに応じたコーナーＲで二重巻き締めする構成となる。この場合に、板厚が薄ければ、曲げｒとコーナーＲとが同程度であっても気密性を発揮するが、板厚が厚くて、そのコーナーＲが曲げｒと同程度に小さいと、気密性を維持して二重巻き締めすることは困難となる。そのために、二重巻き締めにより電池缶を構成する板金の板厚に応じた適当なコーナーＲがあることが明らかであり、この適当なコーナーＲを備える電池缶構成であることが好ましい。
また、複数個の二次電池を組み合わせて大容量の蓄電池を構成することもできるので、二次電池の電池缶は、持ち運びが容易でハンドリング性の良好な電池缶構造であることが好ましい。
また、電極群は、巻回型を押し潰した構成でも積層型の場合でも、平面視矩形、つまり略直方体状である方が製造容易であり、極板の面積も大きくなるので好ましい。また、略直方体状の電極群を収容する外装ケースも、所定量の電解液を貯留するためには、角部の曲げｒが小さい略直方体状の収容部を備えていることが好ましい。
そのために、生産タクトを改善するためには、電池缶を構成する外装ケースと蓋部材とを二重巻き締め方式で気密に封止できることが好ましく、電池容量を高くするためには、略直方体状の電極群収容部を備え、気密に二重巻き締めできる周縁部を備えた外装ケースを用いた電池缶構成が好ましい。
そこで本発明は、上記問題点に鑑み、生産タクトを改善でき、電池缶の気密性を発揮し、電池容量を高くでき、ハンドリング性の良好な二次電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、正極板と負極板とセパレータとを積層してなる電極群と、この電極群を収容する外装ケースと、前記外装ケースを密閉する蓋部材とを備え、これらの外装ケースと蓋部材とで構成される電池缶の内部に電解液を充填した二次電池であって、前記電池缶は、略直方体状の前記電極群収容部と、前記外装ケースと前記蓋部材とを二重巻き締めして封口する周縁部とを備え、前記周縁部は、前記電極群収容部から外方にせり出して設けられ、前記外装ケースの角部の曲げｒよりも大きなコーナーＲを有することを特徴としている。
この構成によると、略直方体状の電極群収容部から外方にせり出して周縁部を設け、このせり出した周縁部を、外装ケースの曲げｒよりも大きなコーナーＲで二重巻き締めしているので、所定の気密性を発揮可能な二重巻き締め部を形成でき、エネルギー密度を高く維持可能で電池容量を高くできる。また、大きなコーナーＲを有するので、二重巻き締め作業を速やかに行うことができる。また、外方にせり出した二重巻き締め部を把持して容易に持ち運ぶことができる。すなわち、生産タクトを改善でき、電池缶の気密性を発揮し、電池容量を高くでき、ハンドリング性の良好な二次電池を得ることができる。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記コーナーＲは、前記曲げｒの２倍以上であることを特徴としている。この構成によると、外装ケースの曲げｒを小さくして、略直方体状の電極群を収容容易とし、電解液の貯留容量を大きくできると共に、二重巻き締めする周縁部のコーナーＲを大きくして、生産タクトを改善し、気密性を良好にすることができる。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記コーナーＲは、二重巻き締めする前記外装ケースと前記蓋部材の板厚に応じた、気密性を発揮するコーナーＲであることを特徴としている。この構成によると、二重巻き締めする周縁部のコーナーＲを板厚に応じた所定の大きさとしたので、十分な気密性を発揮可能な二重巻き締め部を形成できる。さらに、二重巻き締め作業を速やかに行うことができる。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記二重巻き締め部は、前記電極群収容部の外方にせりだして上方側に突出して設けられ、所定のチャックウォ−ル高さを有し、前記電極群収容部が嵌まり込む大きさを有する段差を形成していることを特徴としている。この構成によると、この段差に別の二次電池の電極群収容部（外装ケース）が嵌まり込む構成となるので、複数の二次電池を容易に積み重ねることができ、ハンドリング性が良好となる。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記周縁部は、前記電極群収容部の周囲四方を延設して設けられていることを特徴としている。この構成によると、周縁部が平面視矩形の電極群収容部の周囲に突出して形成されるので、この周縁部を容易に把持してハンドリング可能である。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記電池缶は、対向する両側面にそれぞれ配設される正負の外部端子を備えて長辺と短辺とを有する外形矩形とされる電極群収容部を備え、前記周縁部は、前記外部端子が設けられる短辺側を主に延設して設けられていることを特徴としている。この構成によると、外部端子が設けられている側の周縁部を把持して容易にハンドリング可能である。また、外部端子側の周縁部がせり出しているので、外部端子と不用意に接触しない。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記電池缶は、対向する両側面にそれぞれ配設される正負の外部端子を備えて長辺と短辺とを有する外形矩形とされる電極群収容部を備え、前記周縁部は、前記外部端子が設けられていない長辺側を主に延設して設けられていることを特徴としている。この構成によると、外部端子が設けられていない側の周縁部を把持して容易にハンドリング可能である。
また本発明は上記構成の二次電池において、前記外装ケースの板厚と前記蓋部材の板厚は共に前記電池缶の所定の缶強度を発揮する０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の板厚であり、前記コーナーＲは、１５ｍｍ程度以上であることを特徴としている。この構成によると、板厚０．８ｍｍ〜１．０ｍｍの外装ケースと蓋部材とで電池缶を形成するので、缶強度を発揮することができる。また、コーナーＲ１５ｍｍ程度以上で二重巻き締めするので、缶強度を維持しながら、気密に封口することができる。
本発明によれば、略直方体状の電極群収容部から外方にせり出して周縁部を設け、このせり出した周縁部を、外装ケースの曲げｒよりも大きなコーナーＲで二重巻き締めしているので、所定の気密性を発揮可能な二重巻き締め部を形成でき、エネルギー密度を高く維持可能で電池容量を高くできる。また、大きなコーナーＲを有するので、二重巻き締め作業を速やかに行うことができる。また、外方にせり出した二重巻き締め部を把持して容易に持ち運ぶことができる。すなわち、生産タクトを改善でき、電池缶の気密性を発揮し、電池容量を高くでき、ハンドリング性の良好な二次電池を得ることができる。
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
本発明に係る二次電池としてリチウム二次電池について説明する。例えば、図１に示す本実施形態に係る二次電池ＲＢ１は、積層型のリチウム二次電池であって、外装ケース１１Ａと蓋部材１２Ａとから構成される電池缶１０Ａ内に、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した積層型の電極群１を収容している。
上記二次電池ＲＢ１は、電池缶１０Ａを構成する外装ケース１１Ａ内部に正極板と負極板とをセパレータを挟んで対向配置した電極群１を収容し、電解液を充填し、複数の正負の極板の集電タブに連結される集電端子５と、この集電端子と電気的に接続される外部端子１１ｆとを備えた構成とされる。
また、外装ケース１１Ａ内に電極群１を収容し、外部端子１１ｆと接続した後、外装ケース１１Ａの開口部を封口する蓋部材１２Ａを取り付けて、例えば、図に示すような二重巻き締め部ＷＡを設けて封口する（密閉する）。
この外装ケースと蓋部材との封口方法は、レーザー溶接などによる溶接法でもよいが、外装ケースの周縁部と蓋部材の周縁部とを重ね合わせて折り返して挟み込ませて接合する二重巻き締めによる封口方法が、生産性がよく、コスト面でも有利である。
また、溶接法により接合する場合は、接合する両部材が同一の部材からなることが好ましいが、二重巻き締め法により接合する場合は、接合する両部材の材質が異なっていてもよい（例えば、ステンレス板とアルミ板）ので、材料の選択バリエーションが増加して好ましい。
次に、積層型のリチウム二次電池ＲＢと電極群１の具体的な構成について、図６〜図９を用いて説明する。
図６に示すように、積層型のリチウム二次電池ＲＢは平面視矩形とされ、それぞれが矩形とされる正極板と負極板とセパレータとを積層した電極群１を備えている。また、底部１１ａと側部１１ｂ〜１１ｅを備えて箱型とされる外装ケース１１と蓋部材１２とから構成される電池缶１０に収容して、外装ケース１１の側面（例えば、側部１１ｂ、１１ｃの対向する二側面）に設ける外部端子１１ｆから充放電を行う構成としている。
電極群１は、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した構成であって、図７に示すように、正極集電体２ｂ（例えば、アルミニウム箔）の両面に正極活物質からなる正極活物質層２ａが形成された正極板２と、負極集電体３ｂ（例えば、銅箔）の両面に負極活物質からなる負極活物質層３ａが形成された負極板３とがセパレータ４を介して積層されている。
セパレータ４により、正極板２と負極板３との絶縁が図られているが、外装ケース１１に充填される電解液を介して正極板２と負極板３との間でリチウムイオンの移動が可能となっている。
ここで、正極板２の正極活物質としては、リチウムが含有された酸化物（ＬｉＦｅＰＯ４、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＦｅＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４など）や、その酸化物の遷移金属の一部を他の金属元素で置換した化合物などが挙げられる。なかでも、通常の使用において、正極板２が保有するリチウムの８０％以上を電池反応に利用し得るものを正極活物質として用いれば、過充電などの事故に対する安全性を高めることができる。
また、負極板３の負極活物質としては、リチウムが含有された物質やリチウムの挿入／離脱が可能な物質が用いられる。特に、高いエネルギー密度を持たせるためには、リチウムの挿入／離脱電位が金属リチウムの析出／溶解電位に近いものを用いるのが好ましい。その典型例は、粒子状（鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状および粉砕粒子状など）の天然黒鉛もしくは人造黒鉛である。
なお、正極板２の正極活物質に加えて、また、負極板３の負極活物質に加えて、導電材、増粘材および結着材などが含有されていてもよい。導電材は、正極板２や負極板３の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、グラファイト（天然黒鉛、人造黒鉛）、炭素繊維などの炭素質材料や導電性金属酸化物などを用いることができる。
増粘材としては、例えば、ポリエチレングリコール類、セルロース類、ポリアクリルアミド類、ポリＮ−ビニルアミド類、ポリＮ−ビニルピロリドン類などを用いることができる。結着材は、活物質粒子および導電材粒子を繋ぎとめる役割を果たすものであり、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系ポリマーや、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系ポリマーや、スチレンブタジエンゴムなどを用いることができる。
また、セパレータ４としては、微多孔性の高分子フィルムを用いることが好ましい。具体的には、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテンなどのポリオレフィン高分子からなるフィルムが使用可能である。
また、電解液としては、有機電解液を用いることが好ましい。具体的には、有機電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトンなどのエステル類、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタンなどのエーテル類、さらに、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチルなどが使用可能である。なお、これらの有機溶媒は、単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。
さらに、有機溶媒には電解質塩が含まれていてもよい。この電解質塩としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、ホウフッ化リチウム、六フッ化リン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、フッ化リチウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウムおよび四塩化アルミン酸リチウムなどのリチウム塩が挙げられる。なお、これらの電解質塩は、単独で使用してもよいし、２種類以上を混合して使用してもよい。
電解質塩の濃度は特に限定されないが、約０．５〜約２．５ｍｏｌ／Ｌであれば好ましく、約１．０〜２．２ｍｏｌ／Ｌであればより好ましい。なお、電解質塩の濃度が約０．５ｍｏｌ／Ｌ未満の場合には、電解液中においてキャリア濃度が低くなり、電解液の抵抗が高くなる虞がある。一方、電解質塩の濃度が約２．５ｍｏｌ／Ｌよりも高い場合には、塩自体の解離度が低くなり、電解液中のキャリア濃度が上がらない虞がある。
電池缶１０は、外装ケース１１と蓋部材１２とを備え、鉄、ニッケルメッキされた鉄、ステンレススチール、およびアルミニウムなどからなる。また、本実施形態では、図８に示すように、電池缶１０は、外装ケース１１と蓋部材１２とが組み合わされたときに、外形形状が実質的に扁平角型形状となるように形成されている。
外装ケース１１は、略長方形状の底面を持つ底部１１ａと、この底部１１ａから立設した４面の側部１１ｂ〜１１ｅを有する箱型状とされ、この箱型状内部に電極群１を収容する。電極群１は、正極板の集電タブに連結される正極集電端子と、負極板の集電タブに連結される負極集電端子を備え、これらの集電タブと電気的に接続される外部端子１１ｆが外装ケース１１の側部にそれぞれ設けられている。外部端子１１ｆは、例えば、対向する二側部１１ｂ、１１ｃの二箇所に設けられる。また、１０ａは注液口であって、ここから電解液を注液する。
外装ケース１１に電極群１を収容し、それぞれの集電端子を外部端子に接続した後、もしくは、電極群１の集電端子にそれぞれの外部端子を接続して外装ケース１１に収容し、外部端子を外装ケースの所定部位に固着した後、蓋部材１２を外装ケース１１の開口縁に固定する。すると、外装ケース１１の底部１１ａと蓋部材１２との間に電極群１が挟持され、電池缶１０の内部において電極群１が保持される。なお、外装ケース１１に対する蓋部材１２の固定は、前述した二重巻き締めやレーザー溶接などによってなされる。また、集電端子と外部端子との接続は、超音波溶接やレーザー溶接、抵抗溶接などの溶接以外に導電性接着剤などを用いて行うこともできる。
上記したように、本実施形態に係る積層型の二次電池は、正極板２と負極板３とをセパレータ４を介して複数層積層した電極群１と、この電極群１を収容し電解液が充填される外装ケース１１と、外装ケース１１に設ける外部端子１１ｆと、正負の極板と外部端子１１ｆとを電気的に接続する正負の集電端子と、外装ケース１１に装着される蓋部材１２と、を備えた構成である。
外装ケース１１に収容された電極群１は、例えば、図９に示すように、正極集電体２ｂの両面に正極活物質層２ａが形成された正極板２と、負極集電体３ｂの両面に負極活物質層３ａが形成された負極板３とがセパレータ４を介して積層され、さらに両端面にセパレータ４を配設している。また、両端面のセパレータ４に替えて、このセパレータ４と同じ材質の樹脂フィルムを巻回して、電極群１を絶縁性を有する樹脂フィルムで被覆する構成としてもよい。いずれにしても、積層電極群１の上面は、電解液浸透性および絶縁性を有する部材が積層される構成となる。そのために、この面に直接蓋部材１２を当接させることができ、蓋部材を介して所定の圧で押さえ付けることも可能である。
蓋部材１２は平板状であっても図示するような缶の内部に嵌まり込む皿型状であってもよく、収容する電極群１の厚みによって適宜採用する。皿型状の蓋部材１２を用いると、蓋部材が動くのを確実に防止できるので、溶接作業や巻き締め作業などが容易となる。また、皿型状の落ち込み量を変更することで、収容する電極群１の厚みの変化に容易に対応できる。さらに、皿型状であれば、蓋部材１２の強度、および電池缶の強度を向上することが可能となって好ましい。
また、このような構成の二次電池の容量を大きくするためには、積層する各極板の面積を大きくし、積層数も増加し、充填する電解液量も増加することが必要であり、電極群１を矩形の略直方体状とし電極群収容部も同様に略直方体状にすることが好ましい。
また、二次電池の電池性能を高めるためには、電池缶の気密性を向上し、エネルギー密度を高くすることが好ましく、大型の電極群を収容し、十分な量の電解液を充填できる構成であることが好ましい。また、生産性を上げるためには、電池缶を構成する外装ケース１１と蓋部材１２とを接合して封口する加工速度を速くできることが好ましいので、本実施形態では、溶接法よりも低コストで高速化が可能で、且つ、高い気密性を発揮可能な二重巻き締め法を用いて封口することにした。
しかし、外装ケース１１と蓋部材１２とを二重巻き締め法により封口する際には、その板厚に応じたコーナーＲであることが好ましく、所定の大きさのコーナーＲを設けて、二重巻き締めすることで、初めて所定の気密性を発揮する。また、電極群を収容する電極群収容部の板厚、すなわち外装ケースの板厚は、ケース強度を発揮するために、所定厚み（例えば、０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ）以上必要であり、この板厚に応じた適当なコーナーＲを用いて二重巻き締めすることが望ましい。
そこで、本実施形態では、電極群収容部は略直方体状とし、二重巻き締め部は、二重巻き締めする板厚に応じた所定の大きさのコーナーＲを設けたものである。すなわち、二重巻き締めする周縁部を外方にせり出して設け、このせり出した周縁部に、外装ケース１１の曲げｒよりも大きなコーナーＲで二重巻き締めする構成としている。また、外装ケース１１の周縁部を外方にせり出した構成であれば、このせり出した二重巻き締め部を把持して容易に持ち運ぶことができる。すなわち、生産タクトを改善でき、電池缶の気密性を発揮し、電池容量を高くでき、ハンドリング性の良好な二次電池を得ることができる。
次に、具体的な二次電池の実施形態について、図２〜図４を用いて説明する。図２に第一実施形態の二次電池ＲＢ１Ａを示し、図３に第二実施形態の二次電池ＲＢ１Ｂを示し、図４に第三実施形態の二次電池ＲＢ１Ｃを示す。
図２の概略平面図に示す第一実施形態の二次電池ＲＢ１Ａは、正極板と負極板とをセパレータを介して複数層積層した平面視矩形の電極群１と、この電極群を収容する外装ケース１１Ｂと、外装ケース１１Ｂを密閉する蓋部材１２Ｂとを備え、外装ケース１１Ｂと蓋部材１２Ｂとを二重巻き締めして封口する周縁部とを備えている。また、電極群収容部から外方にせり出す周縁部を図中の黒三角で示す。すなわち、この二次電池ＲＢ１Ａは、電極群収容部の四方の周縁部を外方にせり出して二重巻き締めしている。また、四箇所のコーナー部は、十分な気密性を発揮するように、板厚に応じた適当なコーナーＲを有するように構成される。
平面視矩形の二次電池の周縁部にはコーナー部が４箇所あるが、平面視矩形の電極群１を囲むように、所定の大きさのコーナーＲを設けるためには、図中の上下左右の四方向の周縁部を全て延設して設ける本実施形態以外に、上下もしくは左右のいずれか一方の方向に主に延設する方法がある。
例えば、電極群収容部の四方の周縁部を全て延設した構成の二次電池ＲＢ１Ａは、電極群１から離れた周囲を囲むようにして二重巻き締め部ＷＡ１が形成されて、周縁部が平面視矩形の電極群収容部の周囲四方に突出して形成されるので、この四方に延設された周縁部を容易に把持してハンドリング可能である。また、電極群収容部は、略直方体状の電極群１を容易に収容可能な大きさとされるので、十分な量の電解液を充填できる。
また、二重巻き締め部ＷＡ１は、電極群収容部の外方にせりだして上方側に突出して設けられ、所定のチャックウォ−ル高さ（図１に示す段差１３とチャックウォールＣＷ参照）を有し、電極群収容部が嵌まり込む大きさを有する段差１３Ａを形成している。この構成であれば、この段差１３Ａに別の二次電池の電極群収容部（外装ケース）が嵌まり込む構成となるので、複数の二次電池ＲＢ１Ａを容易に積み重ねることができ、ハンドリング性が良好となる。
図３には、図中の黒三角で示す左右の二方向に周縁部を延設した第二実施形態の二次電池ＲＢ１Ｂを示す。すなわち、この二次電池ＲＢ１Ｂの電池缶１０Ｃは、対向する両側面にそれぞれ配設される正負の外部端子を備えて長辺と短辺とを有する外形矩形とされる電極群収容部を備え、周縁部は、外部端子が設けられる短辺側を主に延設して設けられている。この構成であれば、外部端子が設けられている側の周縁部を把持して容易にハンドリング可能である。また、外部端子側の周縁部がせり出しているので、外部端子と不用意に接触しない。
この二次電池ＲＢ１Ｂでも、電池缶１０Ｃを形成する外装ケース１１Ｃと蓋部材１２Ｃとを電極群収容部の外方にせりだして上方側に突出して二重巻き締め部ＷＡ２を設けているので、この二重巻き締め部ＷＡ２により形成される段差１３Ｂに、別の二次電池の電極群収容部（外装ケース）が嵌まり込む構成となって、複数の二次電池ＲＢ１Ｂを容易に積み重ねることができる。
図４には、図中の黒三角で示す上下の二方向に周縁部を延設した第三実施形態の二次電池ＲＢ１Ｃを示す。すなわち、この二次電池ＲＢ１Ｃの電池缶１０Ｄは、対向する両側面にそれぞれ配設される正負の外部端子を備えて長辺と短辺とを有する外形矩形とされる電極群収容部を備え、周縁部は、外部端子が設けられていない長辺側を主に延設して設けられている。この構成であれば、外部端子が設けられていない側の周縁部を把持して容易にハンドリング可能である。
この二次電池ＲＢ１Ｃでも、電池缶１０Ｄを形成する外装ケース１１Ｄと蓋部材１２Ｄとを電極群収容部の外方にせりだして上方側に突出して二重巻き締め部ＷＡ３を設けているので、この二重巻き締め部ＷＡ３により形成される段差１３Ｃに、別の二次電池の電極群収容部（外装ケース）が嵌まり込む構成となって、複数の二次電池ＲＢ１Ｃを容易に積み重ねることができる。
上記したコーナーＲは、電極群１を収容している電極群収容部を囲むようにして設けられているので、電極群収容部は略直方体状でよい。すなわち、外装ケースの角部の曲げｒは小さくてよく、ｒ２〜ｒ７程度でよい。また、この外装ケースから外方にせり出して設ける周縁部のコーナーＲは、この曲げｒよりも大きな（例えば、２倍以上の）コーナーＲとすることができる。このコーナーＲは電極群収容部を囲むようにして設けられているので、電極群１の形状や大きさに対して阻害要因とはならない。また、このコーナーＲの大きさを、種々の板厚で実験したところ、電池缶が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍの板厚のとき、つまり、外装ケース（１１Ａ〜１１Ｄ）と蓋部材（１２Ａ〜１２Ｄ）が０．８ｍｍ〜１．０ｍｍの板金製からなるときに１５ｍｍ程度以上が好ましいことが明らかとなった。
すなわち、板厚が０．８〜１．０ｍｍで曲げｒが５ｍｍ程度のときに、コーナーＲは、この曲げｒの２倍以上の１５〜２０ｍｍ程度がよいことが判った。この構成であれば、外装ケースの曲げｒを小さくして、略直方体状の電極群を収容容易とし、電解液の貯留容量を大きくできると共に、二重巻き締めする周縁部のコーナーＲを大きくして、生産タクトを改善し、気密性を良好にすることができる。
例えば図５に示すように、板厚０．８ｍｍの外装ケース１１Ａａと蓋部材１２Ａａを用いてコーナーＲが１５ｍｍで二重巻き締めしたときのせり出し長さＬとチャックウォール高さＨは、それぞれ、せり出し長さＬは約１５〜２０ｍｍで、チャックウォール高さＨは１０〜１５ｍｍ程度のときに速やかに確実に二重巻き締めできることが判った。
また、図に示すように二重巻き締め部に形成されるチャックウォールＣＷにより形成される段差に、別の二次電池の電極群収容部（外装ケース１１Ａｂ）が嵌まり込む構成となるので、複数の二次電池を容易に積み重ねることができる。また、二重巻き締めしたチャックウォールＣＷ部や、せり出し長さ部などの周縁部を把持して容易にハンドリング可能である。
次に、実際に作製したリチウム二次電池について説明する。
（実施例）
[正極板の作製]
正極活物質としてのＬｉＦｅＰＯ４（８８ｗｔ％）と、導電材としてのカーボンブラック（５ｗｔ％）と、バインダー（結着材）としてのスチレンブタジエンゴム（６ｗｔ％）と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロース（１ｗｔ％）を混合し、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンを適宜加えてスラリーを調製し、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み２０μｍ）の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の正極板２を作製した。
[正極板の作製]
正極活物質としてのＬｉＦｅＰＯ４（８８ｗｔ％）と、導電材としてのカーボンブラック（５ｗｔ％）と、バインダー（結着材）としてのスチレンブタジエンゴム（６ｗｔ％）と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロース（１ｗｔ％）を混合し、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンを適宜加えてスラリーを調製し、このスラリーを正極集電体としてのアルミニウム箔（厚み２０μｍ）の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の正極板２を作製した。
また、作製した正極板のサイズは、１５０ｍｍ×３４０ｍｍで、厚みは４００μｍであって、この正極板２を５０枚用いた。
[負極板の作製]
負極活物質としての天然黒鉛（９８ｗｔ％）と、バインダー（結着材）としてのスチレンブタジエンゴム（１ｗｔ％）と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロース（１ｗｔ％）を混合し、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体としての銅箔（厚み１６μｍ）の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の負極板３を作製した。
負極活物質としての天然黒鉛（９８ｗｔ％）と、バインダー（結着材）としてのスチレンブタジエンゴム（１ｗｔ％）と、増粘材としてのカルボキシメチルセルロース（１ｗｔ％）を混合し、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドンを適宜加えて各材料を分散させてスラリーを調製した。このスラリーを負極集電体としての銅箔（厚み１６μｍ）の両面上に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮し、所定のサイズで切断して板状の負極板３を作製した。
また、作製した負極板のサイズは、１５４ｍｍ×３４４ｍｍで、厚みは３５０μｍであって、この負極板２を５１枚用いた。
また、セパレータとして、サイズ１６０ｍｍ×３５０ｍｍで、厚み２０μｍのポリエチレンフィルムを１０２枚作製した。
[非水電解液の作製]
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、３０：７０の容積比で混合した混合液（溶媒）に、ＬｉＰＦ６を１．２ｍｏｌ／Ｌ溶解して非水電解液を調整した。
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを、３０：７０の容積比で混合した混合液（溶媒）に、ＬｉＰＦ６を１．２ｍｏｌ／Ｌ溶解して非水電解液を調整した。
[電池缶の作製]
電池缶を構成する外装ケースおよび蓋部材の材料としては、ニッケルメッキされた厚み０．８ｍｍの鉄板を用いてそれぞれ作成した。また、外装ケースの電極群収容部の長手方向（長辺）×短手方向（短辺）×深さ、がそれぞれ内寸で、３８０ｍｍ×１７０ｍｍ×４０ｍｍの電池缶サイズを基準とし、曲げｒを５ｍｍ程度としている。また、蓋部材との接合は、チャックウォール高さが１２ｍｍになる段差を有する二重巻き締めで行うこととし、二重巻き締め後のせり出し長さが１５ｍｍ程度でコーナーＲが２０ｍｍ程度になる周縁形状とし、開閉可能な注入口栓付き角型リチウム二次電池の電池缶を作製した。
電池缶を構成する外装ケースおよび蓋部材の材料としては、ニッケルメッキされた厚み０．８ｍｍの鉄板を用いてそれぞれ作成した。また、外装ケースの電極群収容部の長手方向（長辺）×短手方向（短辺）×深さ、がそれぞれ内寸で、３８０ｍｍ×１７０ｍｍ×４０ｍｍの電池缶サイズを基準とし、曲げｒを５ｍｍ程度としている。また、蓋部材との接合は、チャックウォール高さが１２ｍｍになる段差を有する二重巻き締めで行うこととし、二重巻き締め後のせり出し長さが１５ｍｍ程度でコーナーＲが２０ｍｍ程度になる周縁形状とし、開閉可能な注入口栓付き角型リチウム二次電池の電池缶を作製した。
[二次電池の組立]
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層する。その際に、正極板に対して負極板が外側に位置するように、また、セパレータが最外層にくるようにして、正極版５０枚、負極板５１枚、セパレータ１０２枚を積層した構成の電極群（積層体）を構築した。
正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層する。その際に、正極板に対して負極板が外側に位置するように、また、セパレータが最外層にくるようにして、正極版５０枚、負極板５１枚、セパレータ１０２枚を積層した構成の電極群（積層体）を構築した。
正負の極板間に介装するセパレータの大きさは前述したように、サイズ１６０ｍｍ×３５０ｍｍであり、正極板（１５０ｍｍ×３４０ｍｍ）、負極板（１５４ｍｍ×３４４ｍｍ）よりも少し大きなサイズである。これにより、正極板および負極板に形成された活物質層を確実に被覆することができる。また、正極の集電体露出部および負極の集電体露出部に、集電部材（集電端子）の接続片を接続した。
集電端子を接続した電極群を外装ケースに収容し、集電端子と外部端子とを接続し、蓋部材を取り付けて、外装ケースと蓋部材とを合わせた四方の周縁部を二重巻き締めして封口し、真空注液工程を介して注液口から非水電解液を減圧注液した。注液後に、注液口を密封して、二次電池ＲＢ１（ＲＢ１Ａ〜ＲＢ１Ｃ）を作製した。
作製した二次電池ＲＢ１に真空注液する際に、９０ｋＰａまで真空引きして、その気密性を確認したのちに電解液を注液した。板厚０．８ｍｍの外装ケースと蓋部材をコーナーＲ１５ｍｍで二重巻き締めした二次電池ＲＢ１は、９０ｋＰａまで真空引きした際に、その真空状態を長く維持して封口部から外気が侵入しないことが判った。すなわち、この二次電池ＲＢ１は、高い気密性を発揮する。
（実施例１）
前述した図２に示す第一実施形態の二次電池ＲＢ１Ａ構造とし、コーナーＲ２０となるように設計し、二重巻き締めして封口した。この際に、巻き締め部分には、電解液に対して耐性のあるポリオレフィン系のシール剤を塗布し、二重巻き締めを行った。
前述した図２に示す第一実施形態の二次電池ＲＢ１Ａ構造とし、コーナーＲ２０となるように設計し、二重巻き締めして封口した。この際に、巻き締め部分には、電解液に対して耐性のあるポリオレフィン系のシール剤を塗布し、二重巻き締めを行った。
（実施例２）
前述した図３に示す第二実施形態の二次電池ＲＢ１Ｂ構造とし、長手方向に巻き締め部がせり出した缶構造とし、コーナーＲ２０となるように設計し、二重巻き締めして封口した。この際に、巻き締め部分には、電解液に対して耐性のあるポリオレフィン系のシール剤を塗布し、二重巻き締めを行った。
前述した図３に示す第二実施形態の二次電池ＲＢ１Ｂ構造とし、長手方向に巻き締め部がせり出した缶構造とし、コーナーＲ２０となるように設計し、二重巻き締めして封口した。この際に、巻き締め部分には、電解液に対して耐性のあるポリオレフィン系のシール剤を塗布し、二重巻き締めを行った。
（実施例３）
前述した図４に示す第三実施形態の二次電池ＲＢ１Ｃ構造とし、短手方向を主として巻き締め部分がせり出した缶構造とし、コーナーＲ２０となるように設計し、二重巻き締めして封口した。この際に、巻き締め部分には、電解液に対して耐性のあるポリオレフィン系のシール剤を塗布し、二重巻き締めを行った。
前述した図４に示す第三実施形態の二次電池ＲＢ１Ｃ構造とし、短手方向を主として巻き締め部分がせり出した缶構造とし、コーナーＲ２０となるように設計し、二重巻き締めして封口した。この際に、巻き締め部分には、電解液に対して耐性のあるポリオレフィン系のシール剤を塗布し、二重巻き締めを行った。
実施例１〜３で得られた二次電池は、３０Ａで５時間の定電流定電圧充電を３．５Ｖまで行い、１０分間の休止を行い、その後、２．５Ｖまで３０Ａの定電流放電を行い、電池容量の初期測定を行った。次に、３．５Ｖまでの１００Ａ、２時間の定電流定電圧充電、１０分間の休止、１５０Ａ、２Ｖまでの定電流放電、１０分間の休止、を繰り返すサイクル評価を行った。そして、５００サイクル後の保持容量を、初回の保持容量で除して、サイクル保持率を測定した。この測定結果を表１に示す。
表１に示す測定結果から判るように、実施例１〜３のいずれの構成であっても、９７％以上の高いサイクル保持率を維持している。特に、電極群収容部の四方を外方にせり出した構成の実施例１が９９％と高いサイクル保持率を示している。このように、板厚０．８ｍｍの板金からなる電池缶であっても、周縁部を曲げｒよりも大きなコーナーＲで二重巻き締めすることで、良好なサイクル保持率を発揮する二次電池を得ることができる。
上記したように、本実施形態に係る二次電池は、外装ケースと蓋部材との周縁部を、気密性を発揮する適当なコーナーＲを持って二重巻き締めしているので、気密性の向上した電池缶を得ることができる。
また、電極群収容部は略直方体状であって、この周囲を囲むように適当な大きさのコーナーＲを形成しているので、正極板や負極板の大きさが制限されず、電解液量も十分に充填できて、エネルギー密度も高くできる。また、上下に積み重ね容易となる。
また、外装ケースと蓋部材との周縁部を連続的に二重巻き締めして封口するので、封口のための作業性が向上して生産タクトを改善して生産性を向上させることができる。さらに、二重巻き締め部やせり出し部を把持してハンドリング性の良好な二次電池を得ることができる。
そのために、本発明に係る二次電池は、所定サイズの二次電池を複数組み合わせて大容量化が求められる蓄電池に好適に利用可能となる。
１ 電極群
２ 正極板
３ 負極板
４ セパレータ
５ 集電端子
１０、１０Ａ〜１０Ｄ 電池缶
１１、１１Ａ〜１１Ｄ 外装ケース
１１ｆ 外部端子
１２、１２Ａ〜１２Ｄ 蓋部材
１３、１３Ａ〜１３Ｃ 段差
Ｈ チャックウォール高さ
Ｌ せり出し長さ
ＲＢ、ＲＢ１ 二次電池
ＲＢ１Ａ 二次電池（第一実施形態）
ＲＢ１Ｂ 二次電池（第二実施形態）
ＲＢ１Ｃ 二次電池（第三実施形態）
ＷＡ、ＷＡ１〜ＷＡ３ 二重巻き締め部
２ 正極板
３ 負極板
４ セパレータ
５ 集電端子
１０、１０Ａ〜１０Ｄ 電池缶
１１、１１Ａ〜１１Ｄ 外装ケース
１１ｆ 外部端子
１２、１２Ａ〜１２Ｄ 蓋部材
１３、１３Ａ〜１３Ｃ 段差
Ｈ チャックウォール高さ
Ｌ せり出し長さ
ＲＢ、ＲＢ１ 二次電池
ＲＢ１Ａ 二次電池（第一実施形態）
ＲＢ１Ｂ 二次電池（第二実施形態）
ＲＢ１Ｃ 二次電池（第三実施形態）
ＷＡ、ＷＡ１〜ＷＡ３ 二重巻き締め部
Claims (8)
- 正極板と負極板とセパレータとを積層してなる電極群と、この電極群を収容する外装ケースと、前記外装ケースを密閉する蓋部材とを備え、これらの外装ケースと蓋部材とで構成される電池缶の内部に電解液を充填した二次電池であって、
前記電池缶は、略直方体状の前記電極群収容部と、前記外装ケースと前記蓋部材とを二重巻き締めして封口する周縁部とを備え、
前記周縁部は、前記電極群収容部から外方にせり出して設けられ、前記外装ケースの角部の曲げｒよりも大きなコーナーＲを有することを特徴とする二次電池。 - 前記コーナーＲは、前記曲げｒの２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
- 前記コーナーＲは、二重巻き締めする前記外装ケースと前記蓋部材の板厚に応じた、気密性を発揮するコーナーＲであることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池。
- 前記二重巻き締め部は、前記電極群収容部の外方にせりだして上方側に突出して設けられ、所定のチャックウォ−ル高さを有し、前記電極群収容部が嵌まり込む大きさを有する段差を形成していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の二次電池。
- 前記周縁部は、前記電極群収容部の周囲四方を延設して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二次電池。
- 前記電池缶は、対向する両側面にそれぞれ配設される正負の外部端子を備えて長辺と短辺とを有する外形矩形とされる電極群収容部を備え、前記周縁部は、前記外部端子が設けられる短辺側を主に延設して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二次電池。
- 前記電池缶は、対向する両側面にそれぞれ配設される正負の外部端子を備えて長辺と短辺とを有する外形矩形とされる電極群収容部を備え、前記周縁部は、前記外部端子が設けられていない長辺側を主に延設して設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の二次電池。
- 前記外装ケースの板厚と前記蓋部材の板厚は共に前記電池缶の所定の缶強度を発揮する０．８ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の板厚であり、前記コーナーＲは、１５ｍｍ程度以上であることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の二次電池。
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