JP3606554B2

JP3606554B2 - 密閉型電池の製造方法

Info

Publication number: JP3606554B2
Application number: JP2000018258A
Authority: JP
Inventors: 清秀滝本
Original assignee: Ｎｅｃトーキン栃木株式会社
Priority date: 2000-01-27
Filing date: 2000-01-27
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2020-01-27
Also published as: JP2001210304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、電池内部の無効な空間を減少させるともに、組立を容易とした密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型の電子機器の電源として各種の電池が用いられており、携帯電話、ノートパソコン、カムコーダ等の電源として、小型で大容量の密閉型電池が用いられており、高容量のリチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解液電池が用いられている。
【０００３】
機器の小型化に対応して、円筒型電池に加えて、小さな空間を有効に利用することができる角型の密閉式電池がひろく用いられている。角型電池においては、電池の一方の電極として作用する電池缶と絶縁性部材によって隔離した電極端子が取り付けられている。
【０００４】
従来の密閉型電池の一例を図面を参照して説明する。
図５は、角型の密閉型電池の一例を説明する図であり、図５（Ａ）は電池を縦方向に切断した断面を説明する断面図であり、また図５（Ｂ）は、横方向に切断した断面を説明する図である。
密閉型電池１は、角筒状の金属容器２（以下、電池缶とも称す）に、正極電極板３と負極電極板４をセパレータ５を介して積層したものを巻回した電池要素６が収納されている。図４には、電池缶２が負極端子を兼ねた電池について説明する。電池缶２の電池ヘッダー７に絶縁体を介して取り付けた正極端子８には、正極電極板３に結合した正極タブ９が接合されている。また、負極電極板４に結合した負極タブ１０は電池缶２の内面に接合されている。
【０００５】
ところが、このような電池にあっては、正極タブ９および負極タブ１０が、正極電極板３および負極電極板４の集電体面に接合されているために、正極電極板および負極電極板をセパレータ５を介して積層して巻回して電池要素６を作製した場合には、これらのタブを取り付けた部分の近傍で歪みが生じることとなり、電池の充放電時に充放電反応が不均一となる。例えば、過大な電流が流れて温度が上昇した場合に、セパレータの微細孔を塞いで電池反応を停止される動作も不確実なものとなるという問題点を有していた。また、正極タブおよび負極タブの取り付けのために、電池缶内に無効な空間を生じるという問題点があった。これらの問題は、とくに小型の電池ほど大きなものであった。
【０００６】
また、大容量の電池においては、タブの部分での損失が大きくなるので、大きな充放電電流に対応し多数のタブを電流が均一となるように配置する必要があるが、多数のタブを使用した場合には複数のタブ間での電流の損失が不均一となり一部の電極タブが通電電流で発熱するという問題があり、またそれぞれのタブの接合部分の近傍とタブの接合部分から離れた部分では、電流分布が不均一となるという問題もあり高率放電ができないという問題があった。
【０００７】
そこで、巻回した電池要素の電極の端面に集電部材を溶接することが特開平７−６７４９号公報、特開平９−３０６４６５号公報等において提案されているが、溶接電流を集電体の突起部に集中させるものであるが、接合可能な電極はニッケル等のスポット溶接可能な基材を使用したものに限られており、また反対側の極性の電極板との電気的接触を防止する方法が示されておらず、リチウムイオン電池のような、厚みが薄い金属集電体を用いた電池においては、電気的接触の防止の点では不充分なものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電池内部の無効な空間をなくし、容積当たりの容量が大きな電池を提供することを課題とするものであり、また電池要素と導電端子を接続するタブをなくすことによって電池の構造を簡単にし組立を容易にすることを課題とするものである。また、巻回して作製した電池要素の歪みをなくし、セパレータの部細孔が塞がれる温度を均一化し、電池反応の停止性能を向上させることを課題とするものであり、大容量の電池においても安定した特性の電池を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、正極電極板および負極電極板をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素を有する密閉型電池の製造方法において、一方の集電体上に、電極活物質層に隣接して絶縁性物質層を同時に形成した後に、絶縁性物質層の端部を圧縮ロールによって圧縮処理し、集電体の端面を絶縁性物質層によって被覆することによって形成した一方の極性の電極板をセパレータを介して対向する電極板と積層した後に巻回して製造した電池要素の他方の電極板の集電体の端部を電池要素の端面に平行に配置された集電板に直接的に導電接続する密閉型電池の製造方法によって解決することができる。
また、密閉型電池がリチウムイオン電池である前記の密閉型電池の製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の密閉型電池は、正極電極板および負極電極板をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素を有する密閉型電池において、電池要素の巻回軸方向の端面および端部に位置する電極板の集電体と集電板を接合した際に、一方の電極板と他方の電極板あるいは集電板との導電接触を防止した製造が容易で性能が安定した電池を提供するものである。
【００１２】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の密閉型電池を説明する図であり、電池の中心軸に方向に切断した断面図である。
本発明の密閉型電池１は、電池缶２内に、正極電極板３と負極電極板４をセパレータ５を介して積層したものを巻回した電池要素６が収納されており、電池缶２は、負極端子を兼ねたものである。
【００１３】
正極電極板３は、帯状のアルミニウム箔の金属箔からなる正極集電体１１の表面に、に、Ｌｉ_ｘＭＯ_２（ただしＭは、少なくとも一種の遷移金属を表す。）である複合酸化物、例えば、Ｌｉ_ｘＣｏＯ_２、Ｌｉ_ｘＮｉＯ_２、Ｌｉ_ｘＭｎ_２Ｏ_４、Ｌｉ_ｘＭｎＯ_３、Ｌｉ_ｘＮｉ_ｙＣｏ_（１−ｙ）Ｏ_２などを、カーボンブラック等の導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した正極塗料を塗布することによって製造される。
【００１４】
また、負極電極板４は、帯状の銅箔等の負極集電体１６の表面に、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂、フラン樹脂などを焼成した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性高分子材料、あるいは金属リチウム、リチウム−アルミ合金等のリチウム合金をカーボンブラックなどの導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した負極塗布液を塗布することによって製造される。
【００１５】
正極集電体１１の正極集電板１３に接合される部分と反対側の端部は、正極活物質層１４に接して絶縁性物質層１５が被覆されている。絶縁性物質層１５は、各種の材料を用いて製造することができるが、とくに正極電極の作製に用いる正極塗布液に使用するポリフッ化ビニリデン等の結着剤は、正極電極板の正極活物質層および正極集電体のいずれとの親和性が良好であるので好ましい。
【００１６】
また、負極電極板４の負極集電体１６の端部は、負極集電板１７へ接合される。負極集電体１６の端部と負極集電板１７との接合は、超音波溶接、抵抗溶接等によって行うことができる。
正極電極板３の端部の正極集電体１１は、絶縁性物質層１５によって被覆されているので、負極集電体１６が折れ曲がっても正極電極板３あるいは正極集電体１１に接触して短絡を起こすことはない。
また、正極集電体１１の正極集電板１３に接合される側には、正極電極板３の正極活物質層１４に隣接した正極集電体１１に絶縁性物質層１５が形成されており、正極集電板１３は、絶縁性部材１８を介して電池ヘッダー１９に取り付けられて正極端子として作用する。正極集電体１１と正極集電板１３との接合は超音波溶接等によって行うことができる。
【００１７】
正極電極板３の正極活物質層１４の幅は、対向する負極電極板の負極活物質層の幅よりも小さいが、正極集電体１１の正極活物質層１４に隣接して絶縁性物質層１５が形成されているいるので、正極電極の絶縁性物質層で被覆された端部を負極電極と同じ幅とすることができるので、正極電極板の端部が安定した電池要素を形成することができる。
したがって、絶縁性物質層で形成されていない集電体との短絡を防止することが可能であるのみではなく、電池の落下等の際の大きな衝撃を受けても、正極電極板、あるいは正極集電体が切断して部分が負極電極板と接触して短絡することを防止することができる。
【００１８】
図２は、本発明の密閉型電池に使用する絶縁性物質層を形成した電極板の製造方法を説明する図である。
図２（Ａ）は塗布方法を説明する図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＡ−Ａ’線の断面図であり、図２（Ｃ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ’線の断面図である。
図２（Ａ）において、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体１１上に塗布装置２０からリチウム遷移金属複合酸化化物等を結着剤中に分散した正極塗布液２１を連続的に塗布するとともに、塗布装置の正極塗布液とは隔離板２２によって区画した絶縁性物質層形成用塗布液２２を同時に塗布することができ、正極活物質層１４に隣接した絶縁性物質層１５を正極活物質層と同時に形成することができる。一方の面に正極活物質層および絶縁性物質層を形成した正極集電体は、他の面も同様に塗布した後に所定の大きさに裁断する。
【００１９】
図２は、帯状の集電体面に一つの活物質層を塗布する例について説明したが、同時に複数の活物質層を形成した後に裁断しても良い。
図３は、一度に複数の本発明の電極板を作製する方法を説明する図であり、２個の帯状電極を同時に作製する方法を説明する図である。
帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体１１上にリチウム遷移金属複合酸化化物等を結着剤中に分散した正極塗布液、絶縁性物質層形成用塗布液を同時に塗布し、複数の正極活物質層１４と、それに隣接した絶縁性物質層１５を正極活物質層と同時に形成する。一方の面に正極活物質層および絶縁性物質層を形成した正極集電体は、他の面も同様に塗布し、正極集電体面に対称な正極活物質層および絶縁性物質層を形成する。
次いで、切断部位２４で切断することによって、正極電極板の一方の端部には集電体のアルミニウム箔の露出面、絶縁性物質層、正極活物質層の順で形成され、他方は、絶縁性物質層、正極活物質層の順で形成された２個の帯状の正極電極板を作製することができる。
【００２０】
図４は、絶縁性物質層を形成した電極板の後処理方法を説明する図であり、断面図である。
図４（Ａ）で示すように正極電極板３を、絶縁性物質層１５の所定の切断部位２４で切断した後に、図４（Ｂ）に示すように絶縁性物質層１５の先端部分からロール２５で圧縮する。圧縮されると、図４（Ｃ）に示すように絶縁性物質層１５は、正極集電体端面２６よりも延びて正極集電体１１を完全に被覆される。
正極集電体の絶縁性物質層の処理は、絶縁性物質層の圧縮処理の工程として単独で行っても良いが、正極電極板の製造工程において一般に行われている正極活物質層を塗布し乾燥した後に、正極電極板をローラーによる圧縮処理工程と同時に行っても良い。
【００２１】
以上の図１ないし図４の説明では、一方の電極板が正極電極板である場合について説明したが、一方の電極板が負極電極板である電池であっても良く、電池缶が正極端子を兼ねた電池であっても良い。
【００２２】
また、本発明の電池の電池要素は、端面を熱融着した２枚のセパレータの間に負極電極板の集電体の幅方向の端部がセパレータの端部よりも０．１〜０．６ｍｍ飛び出すように配置し、負極電極板上の他の１枚のセパレータの上面に正極電極板を幅方向の端部のアルミニウム箔の集電体が露出した部分が、負極電極板の集電体が飛び出した側とは互いに反対方向に位置させて、セパレータの端部よりも負極電極集電体の露出面がセパレータの端部よりも０．１〜０．６ｍｍ飛び出すように位置させて負極電極板が外側となるように巻き取り装置によって所定の回数を巻回した後にほぐれ防止の粘着テープ等によって固定することによって製造することができる。
【００２３】
このようにして得られた電池要素は、集電板に抵抗溶接、超音波溶接等の手段によって溶接することによって電池を製造することができる。本発明の密閉型電池においては、電極活物質層に隣接して絶縁性物質層が形成されているので、溶接時に電池要素の端面が加圧された場合であっても、集電体の金属箔が対極の活物質層と接触して短絡することが防止することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池は、一方の電極板の集電体の巻回軸方向の端面に絶縁性物質層を形成したので、他方の電極板の集電体の巻回軸方向の端面を集電板に直接に導電接続を形成した場合には、他方の電極板の集電体と一方の電極あるいは集電体が短絡することを防止することができ、また電池要素とをタブを用いることなく導電接続を行うことができ、電池缶内の無効な空間を減少させるとともに、電気的特性が良好な密閉型電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の密閉型電池に使用する絶縁性物質層を形成した電極板の製造方法を説明する図である。
【図３】図３は、一度に複数の本発明の電極板を作製する方法を説明する図である。
【図４】図４は、絶縁性物質層を形成した電極板の後処理方法を説明する図であり、断面図である。
【図５】図５は、角型の密閉型電池の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１…密閉型電池、２…電池缶、３…正極電極板、４…負極電極板、５…セパレータ、６…電池要素、７…電池ヘッダー、８…正極端子、９…正極タブ、１０…負極タブ、１１…正極集電体、１２…負極集電体、１３…正極集電板、１４…正極活物質層、１５…絶縁性物質層、１６…負極集電体、１７…負極集電板、１８…絶縁性部材、１９…電池ヘッダー、２０…塗布装置、２９…正極塗布液、２２…隔離板、２３…絶縁性物質層形成用塗布液、２４…切断部位、２５…ロール、２６…正極集電体端面

Claims

正極電極板および負極電極板をセパレータを介して積層したものを巻回した電池要素を有する密閉型電池の製造方法において、一方の集電体上に、電極活物質層に隣接して絶縁性物質層を同時に形成した後に、絶縁性物質層の端部を圧縮ロールによって圧縮処理し、集電体の端面を絶縁性物質層によって被覆することによって形成した一方の極性の電極板をセパレータを介して対向する電極板と積層した後に巻回して製造した電池要素の他方の電極板の集電体の端部を電池要素の端面に平行に配置された集電板に直接的に導電接続することを特徴とする密閉型電池の製造方法。