JP2015125929A - 非水電解質電池、組電池及び蓄電池装置 - Google Patents
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Abstract
【課題手段】電極群と、電極群の正極及び負極にそれぞれ接続された一対の電極リードと、電極群を収納する電極群収納部、電極群収納部に連通して各電極リードを収納する端子収納部、及び、電極群収納部と端子収納部を密封する溶接封止部とを有し、端子収納部に各電極リードの一部を露出させる貫通孔が設けられた電池ケースと、貫通孔から露出された電極リードと端子収納部との隙間を封止し、貫通孔の縁部に沿って貫通孔内に環状に形成され、0〜100℃における熱膨張率が8〜50(×10−6/K)の樹脂組成物からなる樹脂封止材とを具備する。
【選択図】図1
Description
正極及び負極を有する電極群と、
前記電極群の前記正極及び前記負極にそれぞれ電気的に接続された一対の板状の端子部と、
前記電極群を収納する電極群収納部、前記電極群収納部に連通して前記端子部を収納する端子収納部、及び、前記電極群収納部と前記端子収納部を密封する溶接封止部とを有し、前記端子収納部に前記端子部の一部を露出させる貫通孔が設けられている金属製の電池ケースと、
前記貫通孔から露出された前記端子部と前記端子収納部との隙間を封止するものであって、前記貫通孔の縁部に沿って前記貫通孔内に環状に形成され、0〜100℃における熱膨張率が8〜50(×10−6/K)の樹脂組成物からなる樹脂封止材と、
を具備してなる。
以下、第1の実施形態について図1〜図5を参照しながら説明する。
図1〜図5に示す第1の実施形態の非水電解質電池1は、図3及び図4にその詳細を示す電極群6が備えられている。
より詳細には、非水電解質電池1は、図1に示すように、電極群6と、電極群6に電気的に接続された一対の板状の端子部7と、電極群6及び端子部7を収納する電池ケース2と、が備えられている。また、図4に示すように、電極群6には、正極3と負極4とが備えられている。また、端子部7は、電極群6の正極3に接続される電極リード71と、電極群6の負極4に接続される電極リード72とから構成されている。
また、電極群6は、その最外周に負極4が位置している。そして、この負極4の内周側に、セパレータ5、正極3、セパレータ5、負極4、セパレータ5、正極3、セパレータ5がこの順で位置している。
このような電極群6は、帯状の正極3と帯状の負極4とをその間にセパレータ5を介在させて積層して電極群アセンブリを形成し、続いて、この電極群アセンブリを渦巻状に捲回し、その後扁平形状にプレスすることによって得ることができる。
例えば、積層型電極群の場合には、袋状のセパレータに正極あるいは負極を収納し、それぞれ互い違いに積層して電極群としてもよいし、あるいは、帯状のセパレータを九十九折にしながら、正極と負極を互い違いに挟み込んだ構成としてもよい。
また、電極群6を構成する正極集電体3a、正極層3b、負極集電体4a、負極層4b及びセパレータ5については後ほど詳しく説明する。
図2に示す第2筐体部21は、金属の薄板を略矩形状に加工されてなる板状の部材であるが、第2筐体部21はこれに限定されるものではなく、第1筐体部20のように収納部を膨出形成させてもよい。
樹脂封止材9を、無機フィラーを含むエポキシ系樹脂組成物から構成する場合、無機フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナなどを挙げることができる。また、樹脂封止材9に、無機フィラー入りエポキシ樹脂組成物を用いるにあたっては、熱膨張率が上記範囲となるように無機フィラーを充填する必要があるが、加えて、ガラス転移点が上記範囲となるように、その充填量を調整することがより好ましい。また、無機フィラーを含むエポキシ系樹脂組成物中における無機フィラーの充填率は、85質量%以下とすることが好ましい。
すなわち、本実施形態に係る非水電解質電池1は、端子収納部2Bを通じての水分の透過を防ぐことができるので、外部空気に含まれている水分が電極群6に到達することを防止できる。これにより、非水電解質電池1は、電極群6と外部空気に含まれている水分との接触を防ぐことができる。
このように、非水電解質電池1は、電極群6の水分接触を防ぐことができるので、電極群6の劣化、例えば、電極群6の膨張を長い期間に亘って防ぐことができ、この結果、第1の実施形態に係る非水電解質電池1は、長い耐用年数を発揮することができる。
さらに、各固定部20a、21aは、電極群6に電気的に接続された電極リード71及び電極リード72の一部を、貫通孔23、23を通して露出しているので、非水電解質電池1は、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易且つ確実に得ることが可能となる。
正極3は、正極集電体3aと、この正極集電体3aの片面または両面に形成され、正極活物質、導電剤及び結着剤を含む正極層3bとを備える。正極活物質としては、例えば、酸化物、硫化物、ポリマー等を用いることができる。
また、イオウ(S)、フッ化カーボンなどの有機材料及び無機材料も、正極活物質として挙げることができる。
これらの正極活物質は、他の正極活物質に比べて水に対する耐性が低い。そのため、電池内に水分が混入すると、非水電解質として過塩素酸リチウム(LiClO4)や六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等を使用した場合、水との反応によって塩素酸(HClO4)やフッ化水素酸(HF)といった酸が生じ、この酸が正極活物質からの鉄またはマンガンの溶出を促進することから、電池の容量劣化や寿命低下といった問題が生じる。本発明においては、電池外部からの水分浸入量が少ない電池構造であることから、正極活物質としてこれらを用いることにより、オリビン構造のリチウムリン酸化物が有する優れた寿命特性を十分に発揮できるため、より効果的である。
また、これらのオリビン型正極活物質は、電子伝導性が低いため、導電性を付与するために粒子表面に炭素コーティングを施すことが好ましい。この場合の炭素コーティング量の好ましい範囲は、1質量%から5質量%である。
また、結着剤を分散させるための有機溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)などが使用できる。
導電剤を、3質量%以上の含有量とすることにより、上述した効果を発揮することができる。また、導電剤は、18質量%以下の含有量とすることにより、高温保存下における導電剤表面での非水電解質の分解を低減することができる。
また、上記のアルミニウム合金箔を正極集電体3aに用いる場合には、Fe、Cu、Ni、Crなどの遷移金属の含有量を1%質量以下に抑制することが好ましい。
負極4は、負極集電体4aと、この負極集電体4aの片面または両面に形成され、負極活物質、導電剤及び結着剤を含む負極層4bとを備える。
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵及び放出することができる炭素質物、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物、合金、軽金属などを挙げることができる。
また、金属窒化物としては、例えば、リチウムコバルト窒化物(LixCoyN(ここで、0<x<4、0<y<0.5である))などが挙げられる。
また、結着剤の量を2質量%以上とすることにより、負極層4bと負極集電体4aの結着性を高め、サイクル特性を向上させることができる。
一方、導電剤及び結着剤は、それぞれ28質量%以下にすることが、高容量化を図る観点から好ましい。
また、上記のアルミニウム合金箔を負極集電体4aに用いる場合には、Fe、Cu、Ni、Crなどの遷移金属の含有量を1%質量以下に抑制することが好ましい。
なお、本実施形態に係る非水電解質電池1を車載用として用いる場合には、負極集電体4aにアルミニウム合金箔を用いることが特に好ましい。
なお、平均結晶粒径のより好ましい範囲は30μm以下であり、さらに好ましい範囲は5μm以下である。
まず、集電体表面の組織を光学顕微鏡で組織観察し、1mm×1mm内に存在する結晶粒の数:nを求める。
次に、このnを用いて、次式{S=1×106/n(μm2)}から平均結晶粒子面積Sを求める。
そして、得られたSの値から、下記(A)式によって平均結晶粒子径d(μm)を算出することができる。
d=2(S/π)1/2 ・・・・・(A)
セパレータ5としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、もしくはポリフッ化ビニリデン(PVdF)を含む多孔質フィルム、または合成樹脂製不織布を用いることができる。セパレータ5に好適に用いられる多孔質フィルムとしては、ポリエチレンまたはポリプロピレン、または両者から作られたものが挙げられる。このような材料からなるセパレータ5は、電池温度が上昇して一定温度に達した場合に溶融することで、細孔を閉塞して充放電電流を大幅に減衰させるシャットダウン機能を付加しやすく、非水電解質電池の安全性を向上できるため、好ましい。
また、コスト低減の観点からは、セルロース系材料からなるセパレータ5を用いてもよい。
非水電解質は、例えば溶質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質や、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質を用いることができる。
液状非水電解質は、溶質を0.5mol/L以上2.5mol/L以下の濃度で有機溶媒に溶解して得られたものが好ましい。
溶質は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、LiPF6が最も好ましい。
電池ケース2の材質としては、ステンレス鋼の他、例えば、ニッケルめっき付きステンレス鋼、ニッケルめっき鋼板等からなる金属ケースを使用することもできる。これらの中でも、ステンレス鋼は、アルミニウムラミネートフィルム製のケースなどに比べて高い強度、特に引張強さを示すことから好ましい。従って、本実施形態に係る非水電解質電池1に、ステンレス鋼部材からなる電池ケース2を採用した場合には、アルミニウムラミネートフィルム製の電池ケースを用いた電池に較べて、サイズを大きくすることが可能となる。また、ステンレス鋼は耐蝕性に優れることから、本実施形態に係る非水電解質電池1において、ステンレス鋼部材からなる電池ケース2を採用することで、耐久性を高めることも可能となる。
また、電池ケース2の肉厚は、0.2mm以下にすることが好ましい。
正極3に電気的に接続され得る電極リード、すなわち電極リード71には、例えば、アルミニウム、チタン及びそれらを基にした合金、ステンレスなどを用いることができる。
また、負極4に電気的に接続され得る電極リード、すなわち電極リード72としては、例えば、ニッケル、銅及びそれらを基にした合金などを用いることができる。
例えば、焼鈍処理した純アルミ(JIS1000番台)は、電極リード71又は電極リード72の材料として好ましい。
電極リードの厚さは、0.1〜1mmにすることが望ましい。電極リード72の厚さの、より好ましい範囲は0.2〜0.5mmである。
絶縁樹脂層8としては、特に限定されないが、例えば、熱可塑性樹脂からなる絶縁樹脂層とすることが望ましい。
以下、第2の実施形態について説明する。
図6は、第2の実施形態に係る非水電解質電池100の外観模式図である。なお、以下の説明では、第1の実施形態において図1〜図5を参照して説明したものと同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。
なお、図6を参照した本実施形態の説明においては、ステンレスからなる電池ケース102を構成する第1筐体部120側から見た平面図を示しているが、この第1筐体部120の裏側には図示略の第2筐体部が設けられている。このため、以下の説明においては、図6を参照しながら、図示略の第2筐体部の構成については、その符号を省略して説明する。
(1)電池ケース102は、その4つの端部に形成された、4つの溶接封止部102Cを備える。そのため、電池ケース102は、折り返し部を備えていない。
(2)第1筐体部120の2箇所に設けられた凹状の端子収納部102Bが、第1筐体部120の電極群収納部102Aの1つの縁辺から電極群収納部102Aの外側に向けて、同じ向きで延在している。電池ケース102は、上述した2箇所に設けられる凹状の端子収納部102Bが設けられた第1筐体部120を有するため、電極群収納部102Aの縁部から同じ方向に広がる2つの固定部120a、120aを備え、これと対応する位置で、図示略の第2筐体部にも2つの固定部が備えられている。
(3)電極リード171及び電極リード172は、短冊状ではない。
本実施形態の非水電解質電池100は、図6に示すように、電池ケース102を構成する第1筐体部120において、固定部120a及び端子収納部102Bが、第1筐体部120の収納部120Aを区画する4辺のうちの同一の一辺に沿って2カ所に離間して設けられている点が、第1の実施形態の非水電解質電池1とは異なる。そして、図6に示す例においては、第2の第2筐体部の図示を省略しているが、本実施形態の非水電解質電池100において、固定部120a、120aによって電極リード171及び電極リード172を固定する構造や、貫通孔123を介して電池外部との電気的接続を図る構造等は、図5(a)等に示した第1の実施形態の非水電解質電池1と同様の構造とされていることから、その詳しい説明は省略する。
一方、図6に示すように、電極リード171の接続部171bのうち、その端部を含む部分は、正極集電タブ32に重なっており、この正極集電タブ32に電気的に接続されている。
同様に、電極リード172の接続部172bのうち、その端部を含む部分は、負極集電タブ42に重なっており、この負極集電タブ42に電気的に接続されている。
また、電池ケース102の縁辺の溶接封止部102Cは、4辺全てがシーム溶接により溶接され、封止されている。これにより電池ケース102内部が気密に保持されている。
従って、本実施形態の非水電解質電池100は、電池外部からの水分浸入を大幅に抑制することが可能となり、電池が膨れたり、非水電解液が外部に漏液したりするのを防止でき、信頼性の高いものとなる。
さらに、電池ケース102においてシーム溶接された4箇所の縁辺である溶接封止部102Cは、電池ケース102の内部への水分の浸入を防止することができる。
さらに、図6に示す第2の実施形態の非水電解質電池100は、電極群6に電気的に接続されている電極リード171の主部171a及び電極リード172の主部172aの一部が、固定部120aに設けられた貫通孔123、123通じて外部に露出している。そのため、本実施形態の非水電解質電池100は、この露出部分を介して、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易に且つ確実に得ることができる。
以下、第3の実施形態について説明する。
図7は、第3の実施形態に係る非水電解質電池200の外観模式図であり、図8は、図7中に示すI−I断面を示す断面模式図である。この非水電解質電池200は、端子収納部202Bが、電極群収納部202Aに対して折り曲げられて概略構成されている。
なお、以下の説明では、第2の実施形態の説明と同様、第1の実施形態において図1〜図5を参照して説明したものと同様の構成については、同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。
また、図7に示す非水電解質電池200は、さらに電池ケース202を具備している。
(A)第1筐体部220には貫通孔が設けられていない。その代わりに、図7及び図8に示す非水電解質電池200は、第2筐体部221のうち、表面が第1筐体部220の電極群収納部202Aに対向する部分に、長方形の平面形状を有する貫通孔223、223(図7では一方は図示せず)が設けられている。
図7及び図8に示す非水電解質電池200の固定部220a、221aは、第1筐体部220と第2筐体部221とにより、電極リード271の主部271a及び電極リード272の主部272aを挟持しており、貫通孔223、223を通じて電極リード271の主部271a及び電極リード272の主部272aの一部を露出させている。
(B)電池ケース202の固定部220a、221aは、それぞれ、屈曲部220b、221bを備えている。
詳細には、電池ケース202は、図7において屈曲部220b、221bが山折りになっており、それにより、第1筐体部220の電極群収納部202Aから延出する固定部220a及び第2筐体部221の電極群収納部221Aから延出する固定部221aのそれぞれの一部が、第1筐体部220の電極群収納部202Aに対向するように配置されている。このように、電池ケース202が折り曲げられて形成されていることにより、固定部220a、221aが、それぞれ屈曲部220b、221bを備えている。
図7及び図8に示す第3の実施形態の非水電解質電池200は、上述したように、固定部220a、221aが、それぞれ、電極リード271の主部271a及び電極リード272の主部272aを挟持している。また、電極リード271、272の主部271a、272aは、第1の実施形態の非水電解質電池1における電極リード71、72等の場合と同様に、熱可塑性樹脂層208(208A、208B)及び樹脂封止材209により、貫通孔223の周縁に熱シールされている。そして、上記の樹脂封止材209は、第1及び第2の実施形態における樹脂封止材9、109と同様、0℃から100℃の範囲における熱膨張率(線膨張率)が8〜50(×10−6/K)である樹脂組成物からなるものとされている。
一方、図8に示すように、電極リード271の接続部271bのうち、その端部を含む部分は、正極集電タブ32に重なっており、この正極集電タブ32に電気的に接続されている。
同様に、電極リード272の接続部272bのうち、その端部を含む部分は、負極集電タブ42に重なっており、この負極集電タブ42に電気的に接続されている。
また、電池ケース202の縁辺の溶接封止部202Cは、4辺全てがシーム溶接により溶接され、封止されている。これにより電池ケース202内部が気密に保持されている。
従って、本実施形態の非水電解質電池200は、電池外部からの水分浸入を大幅に抑制することが可能となり、電池が膨れたり、非水電解液が外部に漏液したりするのを防止でき、信頼性の高いものとなる。
さらに、電池ケース202においてシーム溶接された4箇所の縁辺である溶接封止部202Cは、電池ケース202の内部への水分の浸入を防止することができる。
また、電池ケース202においてシーム溶接された4箇所の縁辺である溶接封止部202Cは、電池ケース202内部への水分の浸入を防止することができるので、第3の実施形態の非水電解質電池200は、長い耐用年数を実現することができる。
さらに、第3の実施形態の非水電解質電池200は、電極群6に電気的に接続されている電極リード271の主部271a及び電極リード272の主部272aの一部が、固定部221aに設けられた貫通孔223、223通じて外部に露出している。そのため、本実施形態の非水電解質電池200は、この露出部分を介して、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易に且つ確実に得ることができる。
これにより、この非水電解質電池200は、電池ケース202に収納される電極群6への水分の接触を防止することができ、ひいては、この非水電解質電池200の劣化を防ぐことができる。よって、この非水電解質電池2Bは、長い耐用年数を実現することができる。また、第3の実施形態に係る非水電解質電池200は、電極リード271及び電極リード272のうち、固定部220aの貫通孔223、223を通じて、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易に且つ確実に得ることができる。
以下、第4の実施形態について、図9及び図10を参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1〜図5を参照して説明した非水電解質電池1と同様の構成については、同じ符号を付して説明するとともに、その詳細な説明を省略し、また、本実施形態を説明する図9及び図10において図示されていない構成についても、適宜、図1〜図5等に示した符号を引用して説明することがある。
第1〜第4のバスバー411〜414は、それぞれ、金属製の部材であり、導電性を有する。
図9及び図10に示すように、第1のバスバー411は、第1の挟持部411a、第2の挟持部411b、及び第1の挟持部411aと第2の挟持部411bとを連結した連結部411cを備えている。
第1の挟持部411aは、互いに対向している2枚の金属板を含み、一方の金属板には突起411dが設けられている。第1の挟持部411aは、突起411dを利用して、電子機器及び/又は他の電池の外部端子(図示しない)に容易に接続することができる。更に、突起411dは、第1の挟持部411aと電子機器及び/又は他の電池の外部端子との接続外れを防止することができる。
同様に、第2の挟持部411bは、2枚の金属板を含み、一方の金属板には突起(図示しない)が設けられている。
そして、図9及び図10に示すように、第4のバスバー414の第1の挟持部414aは、第3の非水電解質電池1Cの固定部20a、21aを、この固定部20a、21aとの間に図示略の絶縁樹脂層が配された状態で挟持している。
例えば、詳細な図示を省略するが、第2のバスバー412の第1の挟持部412aの一方の金属板に設けられた図示略の突起は、第1の非水電解質電池1Aの固定部20aに設けられた貫通孔23、23に嵌め込まれており、この固定部20a、21aに挟持された電極リード72に溶接されている。これにより、第2のバスバー412は第1の非水電解質電池1Aの電極リード72に電気的に接続されている。
従って、図9及び図10に示した組電池400は、電池外部からの水分浸入量が少なく、長い耐用年数を実現することができる。
以下、第5の実施形態について、図11を参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1〜図5を参照して説明した非水電解質電池1、第2の実施形態において図6を参照して説明した非水電解質電池100と同様の構成については、同じ符号を付して説明するとともに、その詳細な説明を省略し、また、本実施形態を説明する図11において図示されていない構成についても、適宜、図1〜図5等に示した符号を引用して説明することがある。
第1の非水電解質電池100A及び第3の非水電解質電池100Cは、それぞれ、図6を参照しながら説明した、第2の実施形態に係る非水電解質電池である。また、第2の非水電解質電池100Bは、電極リード171及び電極リード172の位置が入れ替わっている点以外は、第2の実施形態に係る非水電解質電池100と同じ構造を備えている。
図11に示す組電池500は、さらに、4つのバスバー511〜514を具備している。
第1のバスバー511は、挟持部511bと、この挟持部511bに電気的に接続された外部接続端子511eとを備えている。
挟持部511bは、2枚の金属板を備えている。そして、挟持部511bの2枚の金属板の一方には、図示略の突起が設けられている。
従って、図11に示した組電池500は、電池外部からの水分浸入量が少なく、長い耐用年数を実現することができる。
また、第1〜第3の非水電解質電池100A、100B及び100Cは、第1のバスバー511の外部接続端子511e及び第4のバスバー514の第2の挟持部514bを介して、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易に且つ確実に得ることができる。
以下、第6の実施形態について、図12を参照しながら説明する。
以下の説明では、第1の実施形態において図1〜図5を参照して説明した非水電解質電池1、第3の実施形態において図7及び図8を参照して説明した非水電解質電池200と同様の構成については、同じ符号を付して説明するとともに、その詳細な説明を省略し、また、本実施形態を説明する図12において図示されていない構成についても、適宜、図1〜図5や図7及び図8等に示した符号を引用して説明することがある。
図12は、第6の実施形態に係る組電池600の概略斜視図である。図12に示す組電池600は、3つの非水電解質電池200A、200B及び200Cを具備している。
第1の非水電解質電池200A及び第3の非水電解質電池200Cは、それぞれ、図7及び図8を参照しながら説明した、第3の実施形態に係る非水電解質電池である。また、第2の非水電解質電池200Bは、電極リード271及び電極リード272の位置が入れ替わっている点以外は、第3の実施形態に係る非水電解質電池200と同じ構造を備えている。
第1のバスバー611は、リード接続部611b及びこのリード接続部611bに電気的に接続された外部接続端子611eを備えている。
第2のバスバー612の第1のリード接続部612aに設けられた突起は、第1のバスバー611のリード接続部611bに設けられた図示略の突起と同様に、第1の非水電解質電池200Aの固定部221aに設けられた貫通孔223(図8を参照)に嵌め込まれており、固定部220a(図8を参照)、221aに挟持された電極リード272の主部272aに溶接されている。これにより、第2のバスバー612は、第1の非水電解質電池200Aの電極リード272の主部272aに電気的に接続されている。また、第2のバスバー612の第2のリード接続部612bに設けられた突起は、第1のバスバー611のリード接続部611bに設けられた図示略の突起と同様に、第2の非水電解質電池200Bの固定部221aに設けられた貫通孔223に嵌め込まれており、固定部220a、221aに挟持された電極リード271の主部271aに溶接されている。これにより、第2のバスバー612は、第2の非水電解質電池200Bの電極リード271の主部271aに電気的に接続されている。
このようにして、図12に示す組電池600は、第1〜第3の非水電解質電池200A、200B及び200Cが、第2及び第3のバスバー612及び613によって電気的に直列に接続されている。また、図12に示す組電池600は、第1のバスバー611の外部接続端子611e及び第4のバスバー614の外部接続端子614eを介して、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を得ることができる。
従って、図12に示した組電池600は、電池外部からの水分浸入量が少なく、長い耐用年数を実現することができる。
以下、本発明の第7の実施形態について説明する。
図13は、第7の実施形態に係る蓄電池装置700の外観模式図である。この蓄電池装置700は、図12に示した第6の実施形態における組電池600を一部改変したものを複数備え、さらに、この組電池を収容する外装材701を備えて概略構成される。
負極端子接続部704の図示略の一方の突起は、正極端子接続部103の一方の突起と同様に、第3の非水電解質電池200Cの固定部221aに設けられた貫通孔223に嵌め込まれており、固定部220a、221aに挟持された電極リード272の主部272aに溶接されている。これにより、負極端子接続部704は、第3の非水電解質電池200Cの電極リード272の主部272aに電気的に接続されている。また、負極端子接続部704は、正極端子接続部703と同様に、第3の非水電解質電池200Cの固定部220a、221aと直接接触しておらず、これらの間に絶縁樹脂層208が配されている。これにより、負極端子接続部704は、第3の非水電解質電池200Cの固定部220a、221aから電気的に絶縁されている。
上述した組電池600は、外装材701の中に収納されている。組電池600の正極端子接続部703の突起703A及び負極端子接続部704の突起704Aは、外装材701の開口に向けて延出している。
蓋702は、一方の主面に正極端子705及び負極端子706を具備している。また、蓋702は、他方の主面に、図示略の正極端子用配線及び負極端子用配線を具備している。正極端子用配線は、正極端子705に電気的に接続されている。同様に、負極端子用配線は、負極端子706に電気的に接続されている。正極端子705、負極端子706、正極端子用配線及び負極端子用配線は、蓋702から電気的に絶縁されている。
蓋702は、外装材701を封止するように、且つ、正極端子用配線及び負極端子用配線が組電池200に対向するように、外装材701に固定されている。
第7の実施形態に係る蓄電池装置700は、第6の実施形態に係る組電池600を備えるので、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易に且つ確実に得ることができ、且つ、電池外部からの水分浸入量が少なく、長い耐用年数を実現することができる。
本実施例では、以下に示す点を除き、図1〜図5に示す非水電解質電池1と同様の非水電解質電池1を以下の手順で作製した。すなわち、本実施例の非水電解質電池1は、図14にその概略平面図を示すように、電池ケース2が、折り曲げ部を含んでおらず、その4つの端部に形成された4つの溶接封止部2Cを含んでいる点で、図1に示す例とは異なっている。
(正極3の作製)
正極活物質であるスピネル型構造を有するリチウムマンガン酸化物(LiMn1.9Al0.1O4)粉末90質量%と、導電剤であるアセチレンブラック5質量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%とを、N−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーを調製した。そして、このスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体3aの両面に塗布した後、乾燥させ、プレスすることにより、電極密度が2.9g/cm3の正極を作製した。
これにより、正極集電体3aと、その両面に担持された正極層3bと、正極材料無担持部3cとを含む帯状の正極3を作製した。
負極活物質であるスピネル型構造を有するリチウムチタン酸化物(Li4Ti5O12)粉末90質量%、導電剤であるアセチレンブラック5質量%およびポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%を、N−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる負極集電体4aの両面に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより、電極密度が2.3g/cm3の負極を作製した。
これにより、負極集電体4aと、その両面に担持された負極層4bと、負極材料無担持部4cとを含む帯状の負極4を作製した。
次に、セパレータ5として、厚さ20μmのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを用意した。
次に、帯状の正極3と帯状の負極4とを、その間にセパレータ5を介在させて積層して電極群アセンブリを形成した。この際、正極材料無担持部3c及び負極材料無担持部4cが、電極群アセンブリから、互いに反対の向きに延出するようにした。
続いて、この電極群アセンブリを渦巻状に捲回した後、電極群アセンブリから捲芯を取り出し、扁平形状にプレスした。
次に、電極群アセンブリの正極材料無担持部3c、正極集電タブ32、負極材料無担持部4c及び負極集電タブ42を除いた部分を、絶縁テープ61で被覆した。
これにより、図3及び図4に示すような、扁平形状で捲回型の電極群6を得た。
次に、正極リード(電極リード71)及び負極リード(電極リード72)である短冊状の2枚のアルミニウム箔を用意した。そして、用意した電極リード(正極リード)71を、正極集電タブ32に超音波溶接した。同様に、用意した電極リード(負極リード72)を、負極集電タブ42に超音波溶接した。
次に、図14及(図2も参照)に示すような電池ケース2を用意した。
電池ケース2は、ステンレス鋼製(SUS304)であり、第1筐体部20と第2筐体部21とから構成されている。第2筐体部21には、深絞り加工により、図2に示すような凹状の収納部20Aが形成されている。
なお、本実施例で用意した第2筐体部21は、収納部20Aの四隅が、図2に示すように丸められていた。
第2筐体部21は、第1筐体部20とは別体であり、第1筐体部20と平面視で同じ大きさとされた板状部材とした。
次に、電池ケース2の第1筐体部20と第2筐体部21とを、絶縁樹脂層8を介して対向させた。これにより、電極群6を、第1筐体部20の収納部20Aと、第2筐体部21のうち、この収納部20Aと対向する収納部21Aとで構成される電極群収納部2A内に収容した。
これにより、電極リード71、72は、樹脂封止材9の一部であって第1筐体部20の端子収納部2Bを被覆した部分と、絶縁樹脂層8の一部であって、第2筐体部21のうち第1筐体部20の端子収納部2Bに対向した部分の表面を被覆した部分に接触した。
また、電極リード71、72は、端子収納部2Bの固定部20aに設けられ、樹脂封止材9で被覆された貫通孔23を通して露出させた。
これにより、第1筐体部20を、樹脂封止材9及びこれに接触する絶縁樹脂層8を介して第2筐体部22に熱シールした。また、電極リード71、72を、絶縁樹脂層8A及び樹脂封止材9によって固定部20aの貫通孔23の周縁部に熱シールした。さらに、第2筐体部21の固定部21aを、絶縁樹脂層8Bによって電極リード71、72に熱シールした。
次に、電池ケース2の4箇所の開放端をシーム溶接することにより、図14に示すような4つの溶接封止部2Cを形成して電極群6を電池ケース2内に密封した状態とし、80℃で24時間、真空乾燥した。
本実施例では、熱シールした構成を採用したが、図5(b)に示すように樹脂封止材9を配設した後、かしめ加工部20bを設け、その後かしめ加工することにより、図5(c)に示すかしめ加工部20eとした構成を採用してもよい。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比率1:2になるように混合して混合溶媒を調製した。そして、この混合溶媒に、電解質としての六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.2mol/Lの濃度で溶解することにより、液状の非水電解質を調製した。
電池ケース2の第1筐体部20の収納部20Aに設けられた図視略の注入口を介して、上記手順で得られた液状の非水電解質を注入した。
最後に、電池ケース2の第1筐体部20の収納部20Aに設けられた図視略の注入口を封止することにより、実施例1の容量15Ahの非水電解質電池1を得た。
樹脂組成物として、ポリイミドの代わりにエポキシ樹脂(熱膨張率:45×10−6/K、ガラス転移点:120℃)を用いた点以外は、上記実施例1と同様の方法により、非水電解質電池1を作製した。
樹脂組成物として、シリカフィラー入りエポキシ樹脂(熱膨張率:30×10−6/K、ガラス転移点:140℃)を用いた点以外は、上記実施例1と同様の方法により、非水電解質電池1を作製した。
<正極3の作製>
正極活物質であるオリビン型構造を有するリン酸マンガン鉄リチウム(LiMn0.8Fe0.2PO4(炭素コーティング量:3質量%))粉末88質量%と、導電剤であるアセチレンブラック5質量%と、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)7質量%とを、N−メチルピロリドン(NMP)に加えて混合してスラリーを調製した。このスラリーを、厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体3aの両面に塗布した後、乾燥し、プレスすることにより、電極密度が2.0g/cm3の正極を作製した。
これにより、正極集電体3aと、その両面に担持された正極層3bと、正極材料無担持部3cとを含む帯状の正極3を作製した。
以下、樹脂組成物として、シリカフィラー入りエポキシ樹脂(熱膨張率:20×10−6/K、ガラス転移点:140℃)を用いた点以外は、実施例1と同様の方法により、非水電解質電池1を作製した。
電池ケース2としてステンレス鋼製(SUS430)を用い、樹脂組成物として、シリカフィラー入りエポキシ樹脂(熱膨張率:10×10−6/K、ガラス転移点:160℃)を用いた点以外は、実施例4と同様の方法により、非水電解質電池1を作製した。
樹脂組成物として、シリカフィラー入りエポキシ樹脂(熱膨張率:8×10−6/K、ガラス転移点:160℃)を用いた点以外は、実施例4と同様の方法により、非水電解質電池1を作製した。
比較例1では、以下の点を除き、実施例1と同様の方法により、非水電解質電池を作製した。
比較例1では、図1、図2及び図5に示す貫通孔23が設けられていない電池ケースを用意した。
そして、比較例1では、互いに向き合う絶縁樹脂層(図5(a)中の絶縁樹脂層8A、8Bを参照)を熱シールした後、電池ケースの固定部を穿孔して、固定部及びこれに狭持された電極リード(正極及び負極)を貫く2箇所の貫通孔を設けた。その後、上記の貫通孔のうち、電池ケースを貫く部分に接触する中空のガスケットを嵌めこんだ。
最後に、上記の嵌め込んだ棒状部材を、電池ケースの上下からナットで固定した。
これにより、比較例1の非水電解質電池を得た。
比較例2では、以下の点を除いて、実施例1と同様の方法により、非水電解質電池を作製した。
比較例2の非水電解質電池においては、電極リード、すなわち正極リード及び負極リードのそれぞれと、第2筐体部を被覆した絶縁樹脂層とを接触させない構成とすることで、電極リードと第2筐体部を被覆した絶縁樹脂層との間に空間を設けた。
比較例3では、以下の方法により、図15に示すような非水電解質電池300を作製した(図16も参照)。
図15は、比較例3の非水電解質電池300の概略平面図であり、図16は、図15に示した非水電解質電池300の、図15中に示す観察方向V.P.から観察した、非水電解質電池300の要部を示す概略側面図である。
ステンレスラミネートフィルム301は、SUS430からなるステンレス鋼302と、このステンレス鋼302上に積層された熱可塑性樹脂層303とから構成されるものである。
ステンレス鋼302は、詳細な図示を省略するが、深絞り成形により形成された、先に作製した電極群6を収容できる大きさのカップ部を含んでなり、熱可塑性樹脂層303は、カップ部の内側を被覆するように、ステンレス鋼302を共形被覆している。
続いて、ステンレスラミネートフィルム301の熱可塑性樹脂層303の一部とステンレスラミネートフィルム311の熱可塑性樹脂層313の一部とが接触するように、ステンレスラミネートフィルム301、311を対向させた。この際、図15及び図16に示すように、電極群6に接続された電極リード(正極リード)304aを、樹脂層304を介在させながら、熱可塑性樹脂層303、313間に挟み込んだ。同様に、電極群6に接続された電極リード(負極リード)304bを、樹脂層304を介在させながら、熱可塑性樹脂層303、313間に挟み込んだ。樹脂層304としては、耐熱層及び接着層から構成されたものを用いた。また、図15に示すように、樹脂層304の一部は、ステンレスラミネートフィルム301、311から外部に延出させた。
これにより、図15(図16も参照)に示すような、比較例の非水電解質電池300を作製した。
なお、比較例3の非水電解質電池300のカップ部は、外法で150mm×110mm(角部R2を除く)の平面形状を有し、高さが外法で15mmであった。
正極として、実施例4で使用したものと同じ正極3(正極活物質:オリビン型リン酸マンガン鉄リチウム(LiMn0.8Fe0.2PO4(炭素コーティング量:3質量%))を使用した点以外は、比較例3と同様にして、非水電解質電池を作製した。
<容量測定>
実施例1〜実施例6、及び、比較例1〜比較例4の非水電解質電池の各々について、25℃、環境下、1Cレートで充放電を1回行い、初回放電容量を測定した。この結果を下記表1に示す。
実施例1〜実施例6、及び、比較例1〜比較例4の非水電解質電池を各々50個作製し、25℃の環境下で、50%の充電量(SOC50%)の状態における電池の厚さを測定した。
その後、各実施例及び比較例の非水電解質電池を、温度60℃、湿度93%に制御した恒温恒湿槽に3ヶ月貯蔵した。
そして、貯蔵後の非水電解質電池を恒温恒湿槽から取り出し、25℃の環境下に放置した後、電池温度を25℃に戻してから厚さを測定し、これに基づいた電池厚さの増加率{=(貯蔵後電池厚さ−貯蔵前電池厚さ)/貯蔵前電池厚さ}を下記表1に示した。
また、貯蔵後の電池を1Cレートで放電した後、25℃環境下、1Cレートで充放電を1回行った。そして、得られた放電容量を回復容量とし、これに基づいた回復容量率(=回復容量/初回放電容量×100)を下記表1に示した。
なお、電池厚さの増加率、回復容量率は、各実施例及び比較例における各50個の平均値を示した。
表1に示す結果より、実施例1〜実施例6の非水電解質電池は、比較例1〜比較例4の非水電解質電池に比べ、電池厚さの増加率が小さく、電池内のガス発生が抑えられていることがわかる。
また、実施例1〜実施例6の非水電解質電池は、回復容量率が高く優れた耐久性を示すことが分かった。これは、実施例1〜実施例6の非水電解質電池では、電池ケースの内部への水分の浸入、ひいては電池ケース2の電極群収納部2Aに収納された電極群6への水分の到達を防ぐことができ、電極群6の劣化を長い期間に亘って防ぐことができたためであることが明らかである。
また、比較例1と同様、比較例2の非水電解質電池も、実施例1〜実施例6の非水電解質電池に比べて耐久性が低かった。この結果は、比較例2の非水電解質電池は、電極リード(正極リード及び負極リード)と蓋体との間にそれぞれ空間が存在し、この空間を水分が通り抜けて電極群6に到達したためであると考えられる。
また、上述した第1の実施の形態に係る非水電解質電池は、電極リードのうち、リード挟持する固定部に設けられる貫通孔を通じて露出した部分を介して、電子機器及び/又は他の電池との電気的導通を容易且つ確実に得ることができる。
Claims (12)
- 正極及び負極を有する電極群と、
前記電極群の前記正極及び前記負極にそれぞれ電気的に接続された一対の板状の端子部と、
前記電極群を収納する電極群収納部、前記電極群収納部に連通して前記端子部を収納する端子収納部、及び、前記電極群収納部と前記端子収納部を密封する溶接封止部とを有し、前記端子収納部に前記端子部の一部を露出させる貫通孔が設けられている金属製の電池ケースと、
前記貫通孔から露出された前記端子部と前記端子収納部との隙間を封止するものであって、前記貫通孔の縁部に沿って前記貫通孔内に環状に形成され、0〜100℃における熱膨張率が8〜50(×10−6/K)の樹脂組成物からなる樹脂封止材と、
を具備してなることを特徴とする非水電解質電池。 - 前記電池ケースが、前記溶接封止部によって接合された第1筐体部と第2筐体部とから構成され、
端子収納部が、前記第1筐体部の前記電極群収納部から延出された板状の固定部と、前記第2筐体部の前記電極群収納部から延出された板状の固定部とからなり、各固定部が端子部を挟んで対向しており、各固定部によって前記端子部が固定されている請求項1に記載の非水電解質電池。 - 前記樹脂組成物がガラス転移点120℃以上の熱硬化性樹脂組成物である請求項1または請求項2に記載の非水電解質電池。
- 前記樹脂組成物が、無機フィラーを含むエポキシ系樹脂組成物である請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 前記固定部と前記端子部との間に絶縁樹脂層が介在されている請求項2乃至請求項4の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 前記絶縁樹脂層が前記固定部及び前記端子部に接着、圧着または熱融着されている請求項2乃至請求項5の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 前記端子収納部が前記電極群収納部に対して折り曲げられている請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 前記端子収納部に、前記正極に接続された端子部と、前記負極に接続された端子部とがある請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 前記端子収納部が2つあり、前記正極に接続された端子部が一方の端子収納部にあり、前記負極に接続された端子部が他方の端子収納部にある請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 前記電極群収納部と前記端子収納部とが、前記溶接封止部によって囲まれている請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の非水電解質電池。
- 複数個の請求項1〜10の何れか一項に記載の非水電解質電池と、
前記非水電解質電池の前記端子部同士を電気的に接続するバスバーと、
を具備してなり、
前記バスバーは、前記非水電解質電池の前記端子収納部の貫通孔から露出する前記端子部に接続されることを特徴とする組電池。 - 請求項10に記載の組電池と、
前記組電池を収容する外装材と、
を備えたことを特徴とする蓄電池装置。
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