JP2018125107A - 非水電解質二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】極板群をラミネートフィルムで覆い、これをヒートシールして得られる非水電解質電池において、ヒートシールによる熱影響を受けない非水電解質電池を提供する。【解決手段】正極と負極とをセパレータを介して交互に積層してなる極板群を覆うラミネートフィルムの端子を導出する部分のヒートシール幅を５ｍｍ以上にすると共に、ヒートシール幅をＬ１、正極および負極に接続された端子の該接続部からヒートシール部までの長さをＬ２とした時のＬ１／Ｌ２の値を１．０以下とすることにより、ヒートシール時の熱影響を受けることのない非水電解質電池を得ることが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極には平板状の正極端子を、負極には平板状の負極端子を夫々接続し、これら極板群の上下をラミネートフィルムで覆い、覆ったラミネートフィルムの端部から正極端子と負極端子を外部へ導出させると共に、該覆ったラミネートフィルムの端部全周を互いに重ね合わせてヒートシールして構成される非水電解質電池に関するものである。

正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極に正極端子を、負極には負極端子をそれぞれ接続し、これら極板群をラミネートフィルムで覆い、正負端子を外部へ導出させてラミネートフィルムの端部全周をヒートシールした非水電解質電池は知られている（特許文献１）。

この様な非水電解質電池には、ヒートシール時の熱による課題があり、例えば、ラミネートフィルムのヒートシール時に起こるラミネートフィルム内の金属箔と端子の短絡を防止する為に、金属箔の内面に形成されるシーラント層を改良してこれを防止することが提案されている（特許文献２）。

特開２０１０−１００４２号公報 特開２００２−３４３３１１号公報

本発明は、ラミネートフィルムのヒートシール時の課題は、ラミネートフィルム内の金属箔と端子の短絡だけではなく、ヒートシールにより、セパレータの穴あきや収縮により容量劣化や電池内短絡が生じることがあることを見出し、これらを解消しようとするものである。

本発明者は、材質に拘ることなく、この課題を解決し得ないか鋭意検討した結果見出したものである。

本発明は、正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極には平板状の正極端子を、負極には平板状の負極端子を夫々接続し、これら極板群の上下をラミネートフィルムで覆い、覆ったラミネートフィルムの端部から正極端子と負極端子を外部へ導出させると共に、該覆ったラミネートフィルムの端部全周を互いに重ね合わせてヒートシールして構成される非水電解質二次電池において、端子を導出する部分のヒートシール幅を５ｍｍ以上とし、更に、該端子の導出部分のヒートシール幅をＬ１、正極及び負極の各端子の接続部からヒートシール部までの長さをＬ２とした時のＬ１／Ｌ２の値を１．０以下としたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ヒートシールの幅と各端子の接続部からヒートシール部までの長さの関係を規定することで、ヒートシール時のセパレータの穴あきや収縮を防止し得たものである。

本発明実施形態を説明するための断面図である。

図に基づき、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための断面図である。図面において、１は一実施形態の非水電解質二次電池であり、具体的にはリチウムイオン二次電池である。

２は正極板で、リチウムコバルト酸化物（LixCoO2、但し、ｘは０≦ｘ≦１）粉末９０質量％、アセリレンブラック３質量％、グラファイト３質量％およびポリフッ化ビニリデン（PVｄF）４質量％で構成された粉体にＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液を加えて混合して活物質スラリーを調整し、これを厚さ１５μｍのシート状のアルミニウム箔からなる集電体２１にその長さ方向端部に筋状の未塗布部を形成して塗布し、１００℃で２時間真空乾燥し、次いで、もう一方の面にも同様に端部に筋状の未塗布部を形成してスラリーを塗布し、同様に真空乾燥した。この際、表裏の未塗布部は同じ方向に位置するようにした。その後両面に活物質を塗布したシートをロールプレスして、各枚数に未塗布部があるように切り出し８枚の矩形状（塗布部寸法100ｍｍ×100ｍｍ）の正極板２を得た。正極板２の厚さは１００μｍで、充填密度は３．３ｇ／ｃｍ³である。

３は負極板で、平均粒径が２０μｍの人造黒鉛粉末９７質量％、スチレンブタジエンラバー（ＳＢＲ）２質量％およびカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）１質量％で構成された粉体にイオン交換水を加えて混合して活物質スラリーを調整し、これを厚さ１０μｍのシート状の銅箔からなる集電体３１の両面にその長さ方向端部に筋状の未塗布部を形成して塗布し、１００℃で２時間真空乾燥した。表裏の未塗布部は同じ方向に位置するようにした。このようにして両面に活物質を塗布したシートをロールプレスして、各枚数に未塗布部があるように切り出し９枚の矩形状（塗布部104ｍｍ×104ｍｍ）の負極板３を得た。負極の充填密度は１．４ｇ／ｃｍ3である。

これら正極板２と負極板３を108ｍｍ×108ｍｍの大きさからなるポリプロピレン製の厚さ３０μｍの微孔性のセパレータ４を介して交互に積層した。最外側に位置する負極板３のさらに外側にもセパレータ４を配置した。（セパレータ／負極／セパレータ／正極／セパレータ／・・・・・・／負極／セパレータ、と言う順番）正極板２と負極板３の未塗布部は互いに反対側に位置する様な向きに揃えた。積層した後、四隅を粘着テープ（図示せず）で止め、層間すれを起こさないようにした。

次に、正極端子２２となる厚さ０．２５ｍｍ、幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍのアルミニウム板を、８枚の正極板２の未塗布部分を重ね一括して超音波溶接により接続した。同様に負極端子３２となる厚さ０．２５ｍｍ、幅７ｍｍ、長さ５０ｍｍのニッケルメッキ銅板を、９枚の負極板３の未塗布部分を重ね一括して超音波溶接により接続した。なお、正極端子２２および負極端子３２は、超音波溶接に先立ち、外装体による封止予定部に予め厚さ５０μｍの電子線架橋ポリプロピレンおよび厚さ５０μｍ、融点１３０℃〜１４０℃の酸変成ポリプロピレンを重ね合わせてなるシーラント５を、酸変成ポリプロピレンが端子側に向けて両面を熱融着しておいた。シーラント５の大きさは、端子の幅方向に２ｍｍずつ両側にはみ出すようにし、長さ方向は、ヒートシール長さより１ｍｍ大きくした。

そして、積層してなる極板群を覆う外装体６としてラミネートフィルムを用いた。このラミネートフィルムは厚さ２５μｍのナイロンと厚さ４０μｍの軟質アルミニウム、厚さ４０μｍの融点１６０℃の酸変成ポリプロピレンの積層体からなるラミネートフィルムである。１つは、これを所定のサイズに切り出し、極板群が収納できるサイズのカップ状に深絞り成型した容器６１とした。深絞りの大きさは、活物質未塗布部を含む極板群の縦横サイズと略等しい大きさになるようにし、深さは極板群の厚さと略等しくなるように成形した。成形後、深堀り部の周囲につば部６２を形成し、つば部６２の幅を所定の長さにトリミングした。このように成形したラミネートフィルムの容器６１に極板群（電極積層体）を収納した。トリミングされたラミネートフィルムのつば部６２の２箇所に、正負極端子２２、３２を対向する位置に設置した。端子に予め融着しておいたシーラント５がつば部６１をまたいで外側にはみ出るようにした。

次に、ラミネートフィルムを所定のサイズに切り出したものを蓋６３として、上記の電極積層体を収納した容器６１の上に設置した。この蓋６３は、上記の電極積層体を収納した容器６の開口上面と同じ大きさとし、重ね合わせた。

この様に、つば部６１上に蓋６３を重ね合わせた後、各極板の未塗布部分と各端子との溶接部分からある長さＬ２離れた部分を上下から加圧しながら熱を加えてシーラント５を含め所定幅（ヒートシール幅）Ｌ１をヒートシール（熱融着）して、容器６１と蓋６３からなる外装体６を備えたリチウムイオン二次電池を作製した。

この時１０ｍｍ幅のヒータを用いて熱融着のヒートシール幅Ｌ１を１０ｍｍとし、各極板の未塗布部分と各端子の接続部とヒートシール（熱融着）部との距離Ｌ２を種種変えて、Ｌ１とＬ２の比率（Ｌ１/Ｌ２）の値を変えた時のセパレータの穴あきや収縮等の不具合の有無を調べた結果、表１に示す通りであった。なお、接続部とヒートシール部の距離Ｌ２は、夫々所定の幅を有する接続部とヒートシール部が互いに向き合う最短距離により求めた。

次に、Ｌ１とＬ２の比率（Ｌ１/Ｌ２）の値を１として、ヒートシール幅Ｌ１を種種変えた時のセパレータの穴あきや収縮等の不具合の有無を調べた結果、表１に示す通りであった。熱融着時に用いたヒータの幅はヒートシール幅と同じものを使用した。

これら表からも明らかな如く、ヒートシール幅Ｌ１は５ｍｍ以上が必要で、各極板の未塗布部分と各端子の溶接部分と熱融着部との距離Ｌ２との比率（Ｌ１/Ｌ２）は１．０以下である必要である事が判った。この条件を満たす時、外装体の熱融着時にセパレータの穴あきや収縮等の不具合を解消でき、この事に起因する電池の容量劣化や電池内短絡が防止し得る。更に、ヒートシール幅５ｍｍの場合において、Ｌ１／Ｌ２の値を変えた場合も表１に記載のヒートシール幅１０ｍｍの場合と同様の結果が得られた。なお、ヒートシール幅は、電解液の漏れ防止や強度などの他の理由からも５ｍｍ以上が好ましいことが知られている。また、上記実施例においては、正極端子と負極端子を対向する位置に設けた場合を示したが、同一方向に設けても良い。

１ リチウムイオン二次電池
２ 正極板
３ 負極板
４ セパレータ
５ シーラント
６ 外装体

Claims (1)

1. 正極と負極とをセパレータを介して交互に積層した極板群の正極には平板状の正極端子を、負極には平板状の負極端子を夫々接続し、これら極板群の上下をラミネートフィルムで覆い、覆ったラミネートフィルムの端部から正極端子と負極端子を外部へ導出させると共に、該覆ったラミネートフィルムの端部全周を互いに重ね合わせてヒートシールして構成される非水電解質二次電池において、端子を導出する部分のヒートシール幅を５ｍｍ以上とし、更に、該端子の導出部分のヒートシール幅をＬ１、正極及び負極の各端子の接続部からヒートシール部までの長さをＬ２とした時のＬ１／Ｌ２の値を１．０以下としたことを特徴とする非水電解質電池。

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