JP3684561B2 - 電池 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、電子機器の駆動用電源もしくはメモリ保持電源あるいは、電気自動車用電池としての高エネルギー密度でかつ高い安全性を有する電池及び有機電解液電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の急激なる小形軽量化に伴い、その電源である電池に対して小形で軽量かつ高エネルギー密度で、更に繰り返し充放電が可能な二次電池の開発への要求が高まっている。これら要求を満たす二次電池として、有機電解液二次電池が最も有望である。
【０００３】
有機電解液二次電池の正極活物質には、二硫化チタンをはじめとしてリチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジウムおよび三酸化モリブデンなどの種々の金属硫化物や金属酸化物が検討されており、負極活物質には、金属リチウムをはじめとしてリチウム合金および炭素材料などが検討されている。
【０００４】
渦巻き状電極体を有する電池の組立は、次のように行われるのが一般的である。 まず、帯状の正極と負極とがセパレーターを介して積層され、その積層体を巻回して渦巻き状電極体を形成する。次に円筒状の電池容器に収納され、電極体の正極及び負極を正極リード、負極リードを介して容器蓋の端子にそれぞれ接続する。そして、容器蓋をかしめ又は溶接により接合して組み立てられる。
【０００５】
電極体を電池容器に挿入するとき、電池容器と電極体との位置がずれると、容器内に電極を無理に押し込むことになり、電極外周面を容器開口縁で傷つけたり、電極体底面が容器開口縁でおしつぶされ内部短絡を引き起こしてしまう。
【０００６】
そのため、両者の位置決めには、細心の注意を払う必要があり、煩雑な工程をとらざるおえない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような煩雑な工程をとる必要のない電池を提供するもので、本発明になる電池は、帯状の正極と負極とがセパレータを介して巻回された渦巻き状電極体と、電池容器とを備えてなる電池において、電池容器の底部内側面に形成された電池容器高さより低い凸部が、渦巻き状電極体の巻き芯部に挿入されてなることを特徴とする。さらには、前記凸部は、先細りの上部先端と、上端が封止された中空部であって電池容器底部外側面と連通しているものとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態にかかる有機電解液二次電池について、図面を基に詳述するが、この一実施の形態に限定されるものではない。
【０００９】
図１、２において、シート状正極１は厚さ20μmのアルミニウム基板にリチウムコバルト酸化物（LiCoO2）を導電剤とともに結着剤を用いて保持させたもので、厚さ190μm，幅80mmのものを用いた。シート状負極３は、厚さ14μmの銅基板に、黒鉛を結着剤を用いて保持させたもので、厚さ160μm，幅83mmのものを用いた。セパレーター２は材質がポリエチレン製の微多孔膜で、厚さ25μm，幅89mmのものを用いた。正極リード４および負極リード５は、正極および負極シートの上部端面の金属箔露出部に超音波溶接により取り付けた。正極１と負極３との間にセパレーター２を介在させ、アルミニウム製のパイプ６を巻き芯として円筒形の電極体を作製した。次に、電極群の外周をテープ７で固定し、押圧して断面長円形に成形した。
【００１０】
本実施の形態にかかる電池容器８は、横断面長円形であって、底部内側面に形成された凸部９を備え、かつ前記凸部９は中空部１０を有し、その中空部１０が電池容器底部外側面と連通している。（図３（ａ）参照）
また、凸部９の外観形状は、電極体の巻き芯部形状に合わせて断面長円形状に形成されており、凸部９の上部先端は、電極体を挿入しやすくするため先細りに成形している。この容器８の成形にあたっては、深絞りしごき加工により形成してもよいし、インパクト成型法によって成形してもよい。尚、インパクト成型法によって成形する場合、材質としてはアルミニウム又はアルミニウムを主体とするもの（種々のアルミニウム合金）が成形しやすく、安価にできる。そして、アルミニウム又はアルミニウムを主体とするもの（種々のアルミニウム合金）を用いた場合、電池容器表面が平滑となり、電極体挿入時の電極表面の損傷を防げる。
【００１１】
加えて、電極体２０の巻き芯部が円筒形状の場合には、その形状に合わせて凸部９の横断面形状を円形状とし、上部先端を先細りにした円柱又は上端が封止された略円筒形状とする。（図３（ｂ）参照）尚、長円形の場合、略長円形状であってもよい。
【００１２】
次に、上記電極を１００個、本発明になる前記電池容器８（５０個）、凸部が形成されていない従来容器（５０個）を用意し、電極を容器にそれぞれ収納して二重巻き締め封口を行った。この後、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの１：１（体積比）の混合溶媒に、１モルの六フッ化燐酸リチウムを溶解した電解液を減圧注入して、正極端子および負極端子を有する縦23mm，横62mm，高さ100mmの本発明電池と従来電池をそれぞれ５０個作製した。
【００１３】
従来品では電極体挿入時、電極体と電池容器との水平方向の位置決めがずれてしまい、電極体外周面が一部削られて１５個が不良となった。ところが、本発明品の場合では、ずれを生じず前記不良が全く発生しなかった。また、凸部の高さとしては、凸部の成形の容易さ及びずれの発生具合から、電池容器の高さの５０％〜９０％が望ましいと考えられる。
【００１４】
次に、作製した本発明電池と従来例電池とを温度６０℃下で２Ａで４．１Ｖまで充電後、２Ａで２．７５Ｖまで放電するサイクルを繰り返した。図４、５、６に得られた結果を示す。（ただし、各サイクルにおける値は５０個の平均値とした。）
これらの図より、本発明電池Ａは従来例電池Ｂに比べて、サイクルの進行後においても電池の膨れが見られない上に、容量低下および内部抵抗が小さいことが示された。これは、本発明の電池の凸部とケース側壁とによって電極体が確実に保持され、電極間距離が一定に保たれたためと考えられる。
【００１５】
上記実施例では正極活物質としてＬｉＣｏＯ2を用いる場合を説明したが、二硫化チタンをはじめとして二酸化マンガン、リチウムニッケル複合酸化物、スピネル型リチウムマンガン酸化物、五酸化バナジウムおよび三酸化モリブデンなどの種々のものを用いることができる。また、負極として黒鉛材料を用いたが、低結晶性の炭素材料や、アモルファスの炭素材料など種々のものを用いることができる。さらに本発明は、電池内圧の上昇する種々の密閉型二次電池においても適用可能である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明になる電池は、帯状の正極と負極とがセパレータを介して巻回された渦巻き状電極体と、電池容器とを備えてなる電池において、電池容器の底部内側面に形成された電池容器高さより低い凸部が、渦巻き状電極体の巻き芯部に挿入されてなることを特徴とする。さらには、前記凸部は、先細りの上部先端と、上端が封止された中空部であって電池容器底部外側面と連通しているものとを備えたことを特徴とする。
【００１７】
これにより、電極体を電池容器に収納する場合、煩雑な工程を採ることなしに容易に挿入することができ、しかもサイクル特性の優れた電池を提供することができる。また、負極に炭素材料やリチウムイオンを吸蔵、放出できる金属酸化物、正極に金属酸化物あるいは金属硫化物を用いた電池系に適用することで、高容量のリチウム二次電池を得ることができるものであり、その工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】円形に巻回した電極体の模式図である。
【図２】断面長円形に巻回した電極体の模式図である。
【図３】本発明になる一実施の形態にかかる電池容器を示す模式図である。
【図４】本発明電池及び従来例電池のサイクル数と電池ケースの膨らみとの関係を示す説明図である。
【図５】本発明電池及び従来例電池のサイクル数と放電容量との関係を示す説明図である。
【図６】本発明電池及び従来例電池のサイクル数と内部抵抗との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 正極
２ セパレーター
３ 負極
４ 正極リード
５ 負極リード
６ アルミニウム製パイプ
７ テープ
８ 電池容器
９ 凸部
１０ 中空部
Claims (2)
- 帯状の正極と負極とがセパレータを介して巻回された渦巻き状電極体と、電池容器とを備えてなる電池において、
電池容器の底部内側面に形成された電池容器高さより低い凸部が、渦巻き状電極体の巻き芯部に挿入されてなることを特徴とする電池。 - 前記凸部は、先細りの上部先端と、上端が封止された中空部であって電池容器底部外側面と連通しているものとを備えたことを特徴とする請求項１記載の電池。
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