JP2013243062A

JP2013243062A - 電池

Info

Publication number: JP2013243062A
Application number: JP2012116125A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Noguchi; 利光野口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2013-12-05

Abstract

【課題】
リチウムイオン電池に代表される電池の電池外装容器に、ラミネートシートを使う場合に、低コストで密閉性向上ができる技術を提供する。
【解決手段】
本発明は、正極と、負極と、前記正極、前記負極を覆うラミネートシートとを備え、前記ラミネートシートは、前記正極に接続された正極金属シートと負極に接続された負極金属シートと前記正極シートと前記負極シートとを絶縁する高分子樹脂シートとにより形成されることを特徴とする電池を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池に関する。

特開平１０−１７２６０６号公報（特許文献１）、特開平１１−２２４６５２号公報（特許文献２）、特開２０００−２００５８５号公報（特許文献３）には、従来の金属製ケースよりも軽量化、薄型化できる技術を用いた電池として、高分子シート上にアルミニウムなどの金属層を積層蒸着したラミネートシートを電池外装容器とし、その周縁部を熱溶着して密閉化した電池が記載されている。

特開２００３−１６８４０３号公報（特許文献４）には、電極タブ部分のラミネート形状を改善し、電極タブを長くかつ太く形成する技術が記載されている。

特開２００４−７９４８１号公報（特許文献５）には、内部抵抗を低減させて高出力化を図ることができる電池が記載されている。

特開平１０−１７２６０６号公報特開平１１−２２４６５２号公報特開２０００−２００５８５号公報特開２００３−１６８４０３号公報特開２００４−７９４８１号公報

携帯電子機器の発達に伴い、これらの携帯電子機器の電力供給源として、繰り返し充電が可能な小型二次電池が使用されている。中でも、エネルギー密度が高く、サイクルライフが長いとともに、自己放電性が低く、かつ、作動電圧が高いリチウムイオン電池が注目されている。リチウムイオン電池は、上述した利点を有するため、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機などの携帯電子機器に多用されている。さらに、近年では、電気自動車用電池や電力貯蔵用電池として、高容量、高出力、かつ、高エネルギー密度を実現できる大型のリチウムイオン電池の研究開発が進められている。特に、自動車産業においては、環境問題に対応するため、動力源としてモータを使用する電気自動車や、動力源としてエンジン（内燃機関）とモータとの両方を使用するハイブリッド車の開発が進められている。このような電気自動車やハイブリッド車の電源としてもリチウムイオン電池が注目されている。

リチウムイオン電池は、例えば、正極活物質を塗着した正極板と、負極活物質を塗着した負極板と、正極板と負極板の接触を防止するセパレータとを積層した電極積層体を備えている。あるいは、正極活物質を塗着した正極板と、負極活物質を塗着した負極板と、正極板と負極板の接触を防止するセパレータとを捲回した電極捲回体を備えている。そして、リチウムイオン電池では、この電極積層体あるいは電極捲回体が電池外装容器に収納されるとともに、電池外装容器内に電解液が注入されている。

電池外装容器としては、金属製の円筒容器や角型容器が使われているが、軽量化と薄型化のために、金属シートと高分子樹脂シートとの積層体からなるラミネートシートも使われている。

ラミネートシートの場合、電極から伸びた電極引出しタブが、電池内部から電池外部へのリード線として使われている。この電極引出しタブは、ラミネートシートの周縁部の封着部分で、ラミネートシートの間に挟まれて封着される。しかし、タブに厚みがあるためや、タブとラミネートシートとでは材質や熱容量、硬さなどが異なるため、加熱加圧で封着する際に封着部に凹凸や隙間ができやすく、密閉性確保が難しい。電池の性能劣化や寿命低下を抑制するためには、密閉性を確保し、大気の流入や電解液の漏出を抑制する必要がある。封着用材料や封着部分の構造の工夫、あるいは加熱加圧工程の条件や方法の工夫が必要であり、材料コストの増加、工程時間や工数の増加になる可能性がある。

本発明の目的は、リチウムイオン電池に代表される電池の電池外装容器に、ラミネートシートを使う場合に、低コストで密閉性向上ができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、正極と、負極と、前記正極、前記負極を覆うラミネートシートとを備え、前記ラミネートシートは、前記正極に接続された正極金属シートと負極に接続された負極金属シートと前記正極シートと前記負極シートとを絶縁する高分子樹脂シートとにより形成されることを特徴とする電池を提供する。

本発明によれば、リチウムイオン電池に代表される電池の電池外装容器にラミネートシートを使う場合に、低コストで密閉性を向上できる。

実施例１におけるリチウムイオン電池の各構成要素を分離した状態の構造を示す断面図である。 (a)は実施例１におけるリチウムイオン電池として組み立て、各構成要素を密着させた状態の構造を示す断面図である。(b)は実施例１における正極が上になるように置いた場合のリチウムイオン電池の上面透視図である。実施例１のリチウムイオン電池を２枚の板で挟みつけた場合の構成を示す断面図である。実施例２におけるリチウムイオン電池の構造を示す断面図である。実施例３におけるリチウムイオン電池の構造を示す断面図である。実施例４におけるリチウムイオン電池の構造を示す断面図である。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜リチウムイオン電池の基本＞
リチウムは、酸化還元電位が−３．０３Ｖ（ｖｓ．ＮＨＥ）であり、地球上に存在する最も卑な金属である。電池の電圧は、正極と負極との電位差によって決まるので、リチウムを負極活物質に使用すると、最も高い起電力が得られる。また、リチウムの原子量は６．９４であり、密度も０．５３４ｇ／ｃｍ^３であってともに小さいことから、単位電気量あたりの重量が小さく、エネルギー密度も高くなる。したがって、リチウムを負極活物質に使用すると小型で軽量の電池を製造することができる。

このように、リチウムは電池の負極活物質として魅力的な物質であるが、充放電可能な二次電池に適用する場合に問題が生じる。すなわち、リチウムを負極に使用した電池で充放電を繰り返すと、リチウムの溶解による放電反応と、リチウムの析出による充電反応が起こる。この場合、繰り返し充電によって、リチウムの析出反応が生じるため、二次電池の性能劣化や安全性に問題が生じる。例えば、充電過程で生成されるリチウムは活性表面で電解液溶媒と反応し、その一部はＳＥＩ（Solid Electrolyte Interface）と呼ばれる皮膜の形成に消費される。このため、電池の内部抵抗が高くなり、放電効率も低下してくる。つまり、充放電のサイクルを繰り返すごとに電池容量が小さくなる。さらに、急速に充電すると、リチウムは針状・樹枝状の結晶形態（リチウムデンドライト）で析出し、二次電池での様々なトラブルを引き起こす元となる。例えば、リチウムデンドライトは、比表面積が大きく、副反応による電流効率の低下を加速するとともに、針状であるためにセパレータを突き破って正極と負極との間の内部短絡を引き起こすこともある。このような状態になると、自己放電が大きく電池として使用できなくなったる場合もある。以上のことから、リチウムを負極に使用した二次電池では、性能劣化や安全性に問題が生じることがわかる。

そこで、溶解と析出という従来の原理と相違する原理の新型二次電池が検討されている。具体的には、正極と負極の両方にリチウムイオンを挿入・放出する活物質を使用する二次電池が検討されている。この二次電池の充放電過程では、リチウムの溶解と析出という現象は起こらず、リチウムイオンが電極活物質の間で挿入・脱離されるだけである。このタイプの二次電池は、「ロッキング・チェア」型、あるいは、「シャトルコック」型と呼ばれており、充放電の繰り返しに対して、リチウムイオンが挿入・脱離されるだけであるので、安定であるという特徴がある。この種類の電池を本明細書ではリチウムイオン電池と呼ぶことにする。上述したように、リチウムイオン電池では、正極と負極の両方とも充放電においてその構造は変化せず、リチウムイオンが挿入・脱離されるだけであるので（ただし、活物質の結晶格子は、リチウムイオンの挿入・脱離に対して膨張収縮する）、格段に長寿命のサイクル特性を有するとともに、電極に金属リチウムを使用しないので、安全性も飛躍的に高まっているという特徴を有する。

ここで、リチウムイオンを挿入・脱離できる材料が電極の活物質に使用されるが、この活物質に要求される条件は以下に示すようなものである。すなわち、リチウムイオンという有限の大きさのイオンが挿入・脱離するので、リチウムイオンの納まるべきサイト（位置）と、リチウムイオンが拡散可能なチャンネル（経路）が活物質に必要とされる。さらに、活物質には、リチウムイオンの挿入（吸蔵）に伴い電子が材料中に導入される必要がある。

以上のような条件を満たす正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物が挙げられる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどが代表的な正極活物質として挙げられるが、これらに限定されるものではない。具体的に、正極活物質としては、リチウムを挿入・脱離可能な材料であり、予め充分な量のリチウムを挿入したリチウム含有遷移金属酸化物であればよく、遷移金属として、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）などの単体、または、２種類以上の遷移金属を主成分とする材料であってもよい。また、スピネル結晶構造や層状結晶構造などの結晶構造についても、上述したサイトとチャンネルが確保されるものであれば特に限定されない。さらに、結晶中の遷移金属やリチウムの一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどの元素で置換した材料や、結晶中にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇなどの元素をドープした材料を正極活物質として使用してもよい。

さらに、上述した条件を満たす負極活物質として、結晶質の炭素材料や非晶質の炭素材料を使用することができる。ただし、負極活物質はこれらの物質に限定されるものではなく、例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛剤、コークスなどの炭素材料などを使用してもよい。そして、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状など様々な粒子形状のものが適用可能である。

＜リチウムイオン電池の模式的な構成＞
以下に、上述したリチウムイオン電池の模式的な構成について説明する。
リチウムイオン電池は、電池外装容器を有しており、この電池外装容器の内部に電解液が充填されている。この電解液が充填されている電池外装容器には、正極板と負極板が対向して設けられており、対向して設けられた正極板と負極板の間にセパレータが配置されている。

そして、正極板には、正極活物質が塗着されており、負極板には負極活物質が塗着されている。例えば、正極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能なリチウム含有遷移金属酸化物から形成されている。この正極板と正極活物質により正極が構成されている。

一方、例えば、負極活物質は、リチウムイオンを挿入・脱離可能な炭素材料から形成されている。この負極板と負極活物質により負極が構成されている。

正極は、正極活物質と結着剤（バインダ）を含有する塗液を正極板（正極集電体）に塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この正極の端部あるいは裏面にはリード線として機能する正極集電タブが形成されており、この正極集電タブを通して、電流の出し入れを行う。

正極を構成する正極活物質は、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、正極板には、例えば、アルミニウムなどの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用され、正極集電タブもアルミニウムから形成されている。

負極は、負極活物質と結着剤（バインダ）を含有する塗液を負極板（負極集電体）に塗布して乾燥させた後、加圧することにより形成されている。この負極の端部あるいは裏面にはリード線として機能する負極集電タブが形成されており、この負極集電タブを通して、電流の出し入れを行う。

負極を構成する負極活物質は、例えば、炭素材料などに代表される上述した材料を使用することができる。また、結着剤は、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどを使用することができる。さらに、負極板には、例えば、銅などの導電性金属からなる金属箔や網状金属などが使用され、負極集電タブも銅あるいはニッケルから形成されている。

セパレータは、正極と負極との電気的な接触を防止して正極と負極とを絶縁するのに加え、リチウムイオンを通過させるスペーサとしての機能を有している。近年では、このセパレータとして、高強度で薄い微多孔質膜が使用されている。この微多孔質膜は、電池短絡による異常電流、急激な内圧や温度の上昇および発火を防ぐという機能も合わせもっている。つまり、現在のセパレータは、正極と負極の電気的接触を防止し、かつ、リチウムイオンを通過させる機能の他に、短絡と過充電防止のための熱ヒューズとしての機能を有していることになる。この微多孔質膜の持つシャットダウン機能によって、リチウムイオン電池の安全性を保つことができる。例えば、リチウムイオン電池が何らかの原因で外部短絡を引き起こした場合、瞬時ではあるが大電流が流れ、ジュール熱により異常に温度が上昇する危険性がある。このとき、セパレータとして微多孔質膜を使用すれば、微多孔質膜は、膜材料の融点近傍で空孔（微多孔）が閉塞するため、正極と負極との間のリチウムイオンの透過を阻止することができる。言い換えれば、セパレータとして微多孔質膜を使用することにより、外部短絡時に電流を遮断し、リチウムイオン電池の内部の温度上昇をストップさせることができる。この微多孔質膜から構成されるセパレータとしては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、あるいは、これらの材料の組み合わせから構成することができる。

電解液は、非水電解液が使用される。リチウムイオン電池は、活物質でのリチウムイオンの挿入・脱離を利用して充放電を行う電池であり、電解液中をリチウムイオンが移動する。リチウムは、強い還元剤であり、水と激しく反応して水素ガスを発生する。したがって、リチウムイオンが電解液中を移動するリチウムイオン電池では、従来の電池のように水溶液を電解液に使用することができない。このことから、リチウムイオン電池では、電解液として非水電解液が使用される。具体的に、非水電解液の電解質としては、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉなどやこれらの混合物を使用することができる。また、有機溶媒としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリルなどや、これらの混合液を使用することができる。

＜充放電のメカニズム＞
リチウムイオン電池は上記のように構成されており、以下に充放電のメカニズムについて説明する。まず、充電のメカニズムについて説明する。リチウムイオン電池を充電する際、正極と負極との間に充電器を接続する。この場合、リチウムイオン電池では、正極活物質内に挿入されているリチウムイオンが脱離し、電解液中に放出される。このとき、正極活物質からリチウムイオンが脱離することにより、正極から充電器へ電子が流れる。そして、電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、負極に到達する。この負極に到達したリチウムイオンは、負極を構成する負極活物質内に挿入される。このとき、負極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、負極に電子が流れ込む。このようにして、充電器を介して正極から負極に電子が移動することにより充電が完了する。

続いて、放電のメカニズムについて説明する。正極と負極の間に外部負荷を接続する。すると、負極活物質内に挿入されていたリチウムイオンが脱離して電解液中に放出される。このとき、負極から電子が放出される。そして、電解液中に放出されたリチウムイオンは、電解液中を移動し、微多孔質膜からなるセパレータを通過して、正極に到達する。この正極に到達したリチウムイオンは、正極を構成する正極活物質内に挿入される。このとき、正極活物質にリチウムイオンが挿入することにより、正極に電子が流れ込む。このようにして、負極から正極に電子が移動することにより放電が行われる。言い換えれば、正極から負極に電流が流れて負荷を駆動することができる。以上のようにして、リチウムイオン電池においては、リチウムイオンを正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離することにより、充放電することができる。

本発明の実施例１を図１−３を用いて説明する。本実施例では、電池外装容器として、正極PEL、負極NEL、セパレータSEP、電解液を覆うラミネートシートを構成する金属シートLAMM部分が電極端子となる電池で、それぞれの電極の片面に活物質を含む電極合剤が付いた正極PELと負極NELとがセパレータSEPを間にして1組対向している。

図１は、本実施例のリチウムイオン電池の各構成要素を一部分離し、模式的な構造を示す断面図である。

金属シートLAMMと高分子樹脂シートLAMPとを積層して成るラミネートシートは、図１のように、電池外側で電極端子となる部分は金属シートLAMMが露出しており、それ以外の電池外側表面部分は一部または全部が高分子樹脂シートLAMPになっている。金属シートLAMMは、正極PELと接続される正極金属シートLAMMPと負極NELに接続される負極金属シートLAMMNから形成される。一方、電極や電解液と接する電池の内側では、正極PELおよび負極NELの金属部分と接する部分のラミネートシートは金属シートLAMMが露出しているが、その他の熱圧着する部分や、正極PELと負極NELとの短絡を防止する絶縁部分は高分子樹脂シートLAMPとなっている。

ラミネートシートを構成する金属シートLAMMの材質としては、正極金属シートLAMMPはアルミニウムおよびアルミニウム合金が、負極金属シートLAMMNは銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、ニッケル被覆された銅、ニッケル合金被覆された銅、ニッケル被覆された銅合金またはニッケル合金被覆された銅合金などがそれぞれ使える。金属としては、リチウムイオンと反応せず、電池の動作電圧範囲内で金属自身が溶解などの酸化反応をしないものであればよい。

電気抵抗を減らすために、負極NEL側はめっきなどでニッケル被覆した銅シートを使っても良い。銅シート全体をニッケルで被覆してもよいし、負極NELと接触する部分だけあるいは電極端子となる部分だけ銅が露出し、残りの部分はニッケルで被覆されていてもよい。

ラミネートシートを構成する高分子樹脂シートLAMPとしては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンやポリエチレンテレフタレートなどが使える。電解液に溶解したり膨潤したりせず、熱圧着で高分子樹脂シートLAMP同士あるいは高分子樹脂シートLAMPと金属シートLAMMとを密着できるものであればよい。固体電解質の場合には、電解液の影響は考える必要はなく、熱圧着できるものであればよい。

図２(a)は、本実施例のリチウムイオン電池を組み立て、各構成要素を密着させた状態の模式的な構造を示す断面図である。図２(b)は、正極PELが上になるように置いた場合のリチウムイオン電池の上面透視図で、正極PELのところまで透視した部分的な図である。

上記のラミネートシートを用いて電極を挟み込み、ラミネートシートの周縁部をヒートシーラーなどで熱圧着して電極を密封する。正極金属シートLAMMPと負極金属シートLAMMNとによって、電池を構成する正極PEL、負極NEL、セパレータSEP、電解液を上下から覆い、正極金属シートLAMMPと負極金属シートLAMMNとの間の部分を高分子樹脂シートLAMPで絶縁する構造となっている。従来の電極引き出しタブがラミネートシートの周縁部に挟まれている場合とは異なり、本実施例では熱圧着したラミネートシートの周縁部の厚さをどこも均一にすることができる。また、電池を構成する正極PEL、負極NEL、セパレータSEP、電解液を上下から覆い、正極金属シートLAMMPと負極金属シートLAMMNとが対向する間の部分を高分子樹脂シートLAMPで絶縁するという単純な構造にすることができる。そのため、低コストで密閉性を向上させることができる。

電解液を使う場合には、あらかじめ電解液を含浸させた電極を挟み込んでも良いし、例えば、長方形のラミネートシートの場合には、その３辺を先に熱圧着しておき、残りの開いている辺から注液した後で、残りの辺を熱圧着して密閉してもよい。

ラミネートシート周縁部の封着部分に、熱封着を容易にし、密着性を向上するために、ラミネートシート高分子樹脂シートLAMPとは別の帯状の封着用高分子樹脂シートを追加して挟み込んでもよい。これにより、低コストでさらに密閉性を向上させることができる。

電池外側のラミネートシートのうち、金属シートLAMMが露出している端部が電極端子となり、この電極端子部分を充放電装置や負荷に接続することにより、電流の出し入れが可能となる。

図３は、本実施例のリチウムイオン電池のラミネートシートを複数枚（２枚）の板PLAで挟みつけた場合の構成を示す模式的な断面図である。
正極PELまたは負極NELと、ラミネートシートを構成する金属シートLAMMとの電気的な接触を確実にするとともに、電池内部での電極の移動防止のためには、図３のように、２枚の板PLAで上記の電池を挟み込み、あるいはネジSCR、ばねSPR、ナットNUT、ゴム板ELAのような弾性体も併用して電池を押さえ込み、電極と金属シートLAMMとの接触圧力を高める。挟み込みに使う板は剛性の高いものであれば、金属でもガラスでも高分子樹脂でもセラミックスでもよい。

正極PELまたは負極NELと、ラミネートシートを構成する金属シートLAMMとの電気的な接触を確実にすためには、別法として、ラミネートシートを構成する金属シートLAMMのうち、電極や電解液と接する電池内側表面部分に、正極PELの集電体の裏面または負極NELの集電体の裏面、正極PELの集電体の端部または負極NELの集電体の端部、正極PELの集電体につながる電極引き出しタブまたは負極NELの集電体につながる電極引き出しタブを、ラミネートシートを構成する金属シートLAMM部分に、溶接によって接続してもよい。溶接法としては、超音波溶接、レーザー溶接、抵抗溶接などが使える。電解液耐性があり、電池の充放電の際に溶出や劣化をしない材料をろう材とすれば、ろう付けでもよい。

なお、本実施例では、セパレータSEPと電解液を用いたが、セパレータSEPと電解液の代わりに固体電解質を用いてもよい。また、固体電解質の代わりにゲル状電解質を用いてもよい。ゲル状電解質の場合、セパレータSEPや電解液があってもよいが、電解液を含んだ半固体のゲル状電解質は、従来のセパレータSEPや電解液の代わりとなるため、セパレータSEPと電解液を省略することもできる。

また、ラミネートシートを長方形としたが、長方形に限定したものではなく、正方形や他の多角形でもよく、円形や楕円形、扇形などでもよい。

電極の厚みを考慮し、四角錐台状やドーム状の膨らみを持たせたラミネートシートを使用してもよい。

従来の電極引き出しタブがある場合は、タブとラミネートシートの周縁部の封着部分では、熱圧着の条件を、タブがない他の部分とは異なる条件に変えたり、タブによる凹凸を吸収できるような構造や材質を持つ熱圧着装置にしたりする必要があり、最適条件出しが難しく、処理時間や工数もかかり、コスト増加にもなっていた。

本実施例では、正極PELと負極NELに接続された金属シートLAMMをラミネートシートの一部として構成し、金属シートLAMMと高分子樹脂シートLAMPとによってラミネートシートを構成し、電池外装容器として、正極PEL、負極NEL、セパレータSEP、電解液を覆うようにした。従って、本実施例の構造によれば、ラミネートシートの周縁部の封着部分に、従来の電極引き出しタブが来ないため、電極引き出しタブによる凹凸や隙間がラミネートシートの周縁部の封着部分に発生せず、密閉性の高い電池を製造することができる。

電極引出しタブがなくても、ラミネートシートを構成する金属シートLAMMが電極と接触し、電極端子の機能を持つため、金属シートLAMMの端部や表面を使って電流の出し入れができる。

従来の電極引き出しタブをなくし、電極とラミネートシートを構成する金属シートLAMMとを接触する単純な方法と構造のため、材料コストや製造コストも低減することができる。

本実施例のように、正極PELと負極NELに接続された金属シートLAMMをラミネートシートの一部として構成し、金属シートLAMMと高分子樹脂シートLAMPとによってラミネートシートを構成したため、従来の電極引き出しタブがなく、ラミネートシートの周縁部の封着部分にタブによる凹凸や隙間が生じないため、例えば長方形の電池であればラミネートシートの周縁部の四辺全部を、同じ条件で単純な構造の熱圧着装置で熱圧着できる。

さらにラミネートシート周縁部の封着する複数の辺を一括同時熱圧着することも容易なため、電池外装容器の密閉工程の工数や処理時間を削減することもできる。

また、電極端子としての断面積も、従来の薄く細い電極引き出しタブよりも大きく取れるため、大電流の充放電にも対応できる。

本発明の実施例２を図４を用いて説明する。実施例１と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、電池外装容器であるラミネートシートを構成する金属シートLAMM部分が電極端子となる電池で、正極PELと負極NELとセパレータSEPが複数積層されたシート積層体から成り、複数の正極PEL同士、複数の負極NEL同士を、並列になるようにそれぞれ結合した別の構成の例を説明する。

図４は、本実施例のリチウムイオン電池で、電極として複数の正極PELおよび複数の負極NELからなるシート積層体を収納した場合の模式的な構造を示す断面図である。正極PEL、負極NEL、セパレータSEP、電解液は一般的なリチウムイオン電池に広く用いているものと同じである。

シート積層体のうち、正極PELの最外層と正極用ラミネートシートを構成する金属シートLAMMが、また、負極の最外層と負極用ラミネートシートを構成する金属シートLAMMとが、それぞれ接触している。複数の正極PELは正極同士を接続するリード線PELLDにより接続され、複数の負極NELは負極同士を接続するリード線NELLDにより接続される。これにより、正極金属シートLAMMPと複数の正極PELとが接続され、負極金属シートLAMMNと複数の負極NELとが接続される。

正極金属シートLAMMPと負極金属シートLAMMNとは、実施例１と同様に高分子樹脂シートLAMPとともにラミネートシートを構成している。

このような構造にすることにより、実施例１の場合よりも電池容量を増加させることができ、密閉性の高い大容量の電池を提供することができる。

本発明の実施例３を図５を用いて説明する。実施例１、２と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、電池外装容器であるラミネートシートを構成する金属シートLAMM部分が電極端子となる電池で、正極PELと負極NELとセパレータSELが複数積層されたシート積層体から成り、電極集電体の片面に正極PELが、その反対面に負極NELがそれぞれ付いて正極PELと負極NELが直列となり、いわゆるバイポーラ電極構造BIELとなっている別の構成の例を説明する。

図５は、本実施例のリチウムイオン電池で、電極としてバイポーラ電極のシート積層体を収納した場合の模式的な構造を示す断面図である。

本実施例では、正極PELと負極NELとセパレータSEPが複数積層されている。上端（一端）にある正極PELと正極金属シートLAMMPとが接続され、下端（他端）にあるNELと負極金属シートLAMMNとが接続されている。

このような構造にすることにより、実施例１や実施例２の場合よりも電池電圧を増加させることができ、密閉性の高い高電圧の電池を提供することができる。

本発明の実施例４を図６を用いて説明する。実施例１−３と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、電池外装容器であるラミネートシートを構成する金属シート部分が電極端子となる電池で、正極と負極とセパレータが捲回された捲回体ROLとなっている別の構成の例を説明する。

図６は、本実施例のリチウムイオン電池で、電極として捲回体を収納した場合の模式的な構造を示す断面図である。

捲回体ROLの側面端部から、正極PELおよび負極NELを半周ずつずらしてそれぞれ露出させ、正極NELは正極用ラミネートシートを構成する金属シートLAMMPと、負極は負極用ラミネートシートを構成する金属シートLAMMNとそれぞれ接触させている。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

前記実施の形態では、主にリチウムイオン電池を例に挙げて、本発明の技術的思想を説明したが、本発明の技術的思想は、リチウムイオン電池に限らず、様々な電池に応用することができる。

BIEL 集電体の片面に正極、反対側の面に負極が付いたバイポーラ電極
ELA ゴム板
LAMM ラミネートシートを構成する金属シート
LAMMN 負極金属シート
LAMMP 正極金属シート
LAMP ラミネートシートを構成する高分子樹脂シート
NEL 負極
NELLD 負極同士を接続するリード線
NUT ナット
PEL 正極
PELLD 正極同士を接続するリード線
PLA 電池を挟み付ける板
ROL 電極の捲回体
SCR ねじ
SEP セパレータ
SPR ばね

Claims

正極と、
負極と、
前記正極、前記負極を覆うラミネートシートとを備え、
前記ラミネートシートは、前記正極に接続された正極金属シートと負極に接続された負極金属シートと前記正極金属シートと前記負極金属シートとを絶縁する高分子樹脂シートとにより形成されることを特徴とする電池。
前記正極金属シートは前記正極と、前記負極金属シートは前記負極とそれぞれ溶接によって接続されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記ラミネートシートの封着部分に前記高分子樹脂シートとは異なる封着用高分子樹脂シートを設けることを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記ラミネートシートを複数枚の板で挟みこむことを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記正極と前記負極を複数積層させ、前記正極金属シートと前記複数の正極とを接続し、前記負極金属シートと前記複数の負極とを接続することを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記正極と前記負極を複数積層させ、複数の前記正極のうち、一端にある前記正極と前記正極金属シートとを接続し、複数の前記負極のうち、他端にある前記負極と前記負極シートとを接続することを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記正極と前記負極とが捲回された捲回体となっていることを特徴とする請求項１に記載の電池。