JP3773744B2 - 偏平型非水電解液二次電池 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2枚の金属板を固着させたクラッド材から成る略碗状の負極缶を有し、且つ上記2枚の金属板のうち電池内側に存在する金属板が負極活物質の一部を構成するアルミニウムから成ると共に、有底円筒状の正極缶の周縁がかしめられることにより、ガスケットを介して上記負極缶の周縁がかしめ固定されて、上記負極缶の周端部と上記正極缶の底部とで上記ガスケットを押圧して電池を密閉する構造の偏平型非水電解液二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LiCoO2 等のリチウム含有複合酸化物を正極材料とする一方、リチウムを吸蔵、放出し得るリチウム−アルミニウム合金等を負極材料とする非水電解液二次電池が、高容量化が可能な電池として注目されている。このように非水電解液二次電池は優れた性能を有するということから、円筒型のみならず偏平型の二次電池等にも用いられている。
【0003】
ここで、上記偏平型の二次電池の具体的な構造は、図3に示すように、内部に正極11、負極12及びセパレータ13から成る発電要素14が収納された有底円筒状の正極缶15を有し、この正極缶15の正極缶の周縁15aがかしめられることにより、ガスケット16を介して負極缶17の周縁17aがかしめ固定される構造である。
【0004】
しかしながら、当該構造の二次電池では、負極缶17の周縁17aを折り返す構造であるため、封止部全体の体積が大きくなる。その結果、電池の内容積が小さくなって、発電要素14の体積が小さくなるため、電池容量が低下するという課題を有していた。
【0005】
そこで、図4に示すように、負極缶17をステンレスから成る金属板17aとアルミニウムから成る金属板17bとを固着させたクラッド材から構成する一方、この負極缶17の周端を折り返さない構造とすることにより、上記負極缶17の周端部17cと上記正極缶15の底部15aとで上記ガスケット16を押圧して電池を密閉する構造の偏平型非水電解液二次電池が提案されている。尚、図4において、18は金属リチウムである。
【0006】
このような構造であれば、封止部全体の体積が小さくなって、発電要素14の体積が大きくなる結果、電池容量を増大させることができるという利点がある。しかし、充放電を繰り返した場合、負極缶17の周端部17cに存在するアルミニウムがリチウムを取り込んで膨張したり、リチウムを放出して収縮したりするので、アルミニウムの組織が崩れる。このため、アルミニウムから成る金属板17bにひび割れが生じたり、更には遊離したりするので、アルミニウムから成る金属板17bによる封止力が得られず、ステンレスから成る金属板17aによってのみ封止力が得られる。この結果、図3に示すような負極缶17の周端を折り返す構造の電池と比べて、全体的な封止力が低下するため、長期間電池を保存するような場合に、電池内部に水分が進入して、電池の内部抵抗が上昇するといった課題を生じる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、電池容量を増大しつつ、封止力を向上させて、長期間電池を保存するような場合であっても電池内部に水分が進入するのを抑制して、電池の内部抵抗の上昇を抑えることができる偏平型非水電解液二次電池の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、2枚の金属板を固着させたクラッド材から成る略碗状の負極缶を有し、且つ上記2枚の金属板のうち電池内側に存在する金属板が負極活物質の一部を構成するアルミニウムから成ると共に、上記負極缶の周縁がU字状に折り返されることなく上記ガスケットに嵌め合わされた状態で有底円筒状の正極缶の周縁がかしめられることにより、ガスケットを介して上記負極缶の周縁がかしめ固定されると共に、上記負極缶の周端部と上記正極缶の底部とで上記ガスケットが押圧されて電池密閉される構造の偏平型非水電解液二次電池において、上記クラッド材を構成する2枚の金属板のうち電池内側に存在しアルミニウムから成る金属板は、上記周端部の厚みが、本体部の厚みより小さくなっていることを特徴とする。
【0009】
上記構成の如く、アルミニウムから成る金属板の周端部の厚みが、本体部の厚みより小さくなるように構成すれば、負極缶の周端部において、2枚の金属板のうち電池外側に存在する金属板(以下、他方の金属板と称する)のアルミニウムから成る金属板に対する相対面積が大きくなる。したがって、充放電によりアルミニウムの組織が崩れて、アルミニウムから成る金属板による封止力が得られなくなっても、周端部における相対面積が大きくなった他方の金属板によって十分な封止力が得られる。この結果、周端部におけるにおける封止力の低下を抑制することができるので、長期間電池を保存するような場合に、電池内部に水分が進入して、電池の内部抵抗が上昇するといった課題を解消することができる。
【0010】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記クラッド材を構成する2枚の金属板のうち電池内側に存在しアルミニウムから成る金属板は、周端部の厚みが、本体部の厚みの70%以下に規制されることを特徴とする。
【0011】
このように、アルミニウムから成る金属板の周端部の厚みが、本体部の厚みの70%以下に規制されていれば、負極缶の周端部において、他方の金属板に対するアルミニウムから成る金属板の相対面積が、より小さくなるので、請求項1記載の作用効果が一層発揮される。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図1及び図2に基づいて、以下に説明する。
図1は本発明の一例に係る偏平型非水電解液二次電池の半断面図、図2は本発明の他の例に係る負極缶の拡大断面図である。
(第1の形態)
【0013】
図1に示すように、本発明の一例に係る偏平型非水電解液二次電池は、有底円筒状の正極缶4を有しており、この正極缶4の底部4a上には、リチウム含有二酸化マンガンを主体とする正極3と、プロピレンカーボネート(PC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)とを、体積比50:50の割合で混合した混合溶媒に、溶質としての過塩素酸リチウム(LiClO4 )を1モル/リットルの割合で溶解させた電解液が含浸されたセパレータ5と、金属リチウム板2とが載置されている。尚、上記正極缶4の底部4aと正極3との間には、図示しない導電塗料が介在され、これによって正極缶4と正極3との導通を確保している。
【0014】
上記金属リチウム2上には、2枚の金属板を固着させたクラッド材から成る略碗状の負極缶1が配置されている。上記2枚の金属板のうち電池外側に存在する金属板7はステンレスから成る一方、電池内側に存在する金属板8は負極活物質の一部を構成するアルミニウムから成り、電池を充放電することにより、リチウムがアルミニウム内に進入して負極の一部を構成することになる。また、上記電池内側に存在しアルミニウムから成る金属板8は、その周端部8aの厚みt2 が本体部8bの厚みt1 の80%となるように構成されている。
【0015】
更に、上記有底円筒状の正極缶4の周縁4bがかしめられて、ガスケット6を介して上記負極缶1の周縁1bがかしめ固定され、これによって、負極缶1の周端部1aと上記正極缶4の底部4aとで上記ガスケット6を押圧して電池を密閉する構造となっている。
尚、本電池の直径は6.8mm、高さは1.4mmである。
【0016】
ここで、上記構造の偏平型非水電解液二次電池を、以下のようにして、作製した。
【0017】
先ず、リチウム含有二酸化マンガン80重量%に、導電剤としての炭素材料10重量%と、結着剤としてのフッ素樹脂10重量%とを十分に混合して正極合剤を作製した後、この正極合剤を円盤状に加圧成形することにより正極を作製した。これと並行して、金属リチウムを円盤状に打ち抜いた。更に、プロピレンカーボネート(PC)と1,2−ジメトキシエタン(DME)とを、体積比50:50の割合で混合した混合溶媒に、溶質としての過塩素酸リチウム(LiClO4 )を1モル/リットルの割合で溶解させることにより、電解液を調製した。
【0018】
次に、有底円筒状の正極缶4の底部4a上に、図示しない導電塗料と、正極3と、セパレータ5と、金属リチウム板2とを載置した後、電解液を注入し、更に略碗状の負極缶1を配置した後、ガスケット6を介して上記正極缶4の周縁4bをかしめることにより電池を作製した。
【0019】
(実施の形態2〜3)
アルミニウムから成る金属板8において、その周端部8aの厚みt2 が本体部8bの厚みt1 の70%、60%又は40%となるように構成する他は、上記実施の形態1と同様の構成である。
【0020】
尚、アルミニウムから成る金属板8において、その周端部8aの厚みt2 を本体部8bの厚みt1 より薄くする方法としては、負極缶1を作製する際の打ち抜き時或いは曲げ時に、絞り加工する等の方法がある。
また、電池外側に存在する金属板7としてはステンレスに限定するものでなく、鉄等であっても良い。
更に、アルミニウムから成る金属板8の周縁の形状は上記の形状に限定するものではなく、例えば、CカットやR面加工を施すことによって、図2に示すように先細り状とするようなものであっても良い。
【0021】
加えて、正極材料としては上記リチウム含有二酸化マンガンの他、例えば、LiNiO2 、LiCoO2 或いはこれらの複合体等が好適に用いられる。更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの比較的比誘電率が高い溶液と、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジオキソラン、2−メトキシテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混合した溶媒を用いることができる。また、電解液の電解質としては、上記LiClO4 の他、LiAsF6 、LiPF6 、LiBF4 、LiCF3 SO3 等を用いることができる。
【0022】
【実施例】
〔実施例1〕
実施例としては、上記実施の形態1に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池A1と称する。
【0023】
〔実施例2〜4〕
実施例2〜4としては、上記実施の形態2〜4に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、それぞれ本発明電池A2〜A4と称する。
【0024】
〔比較例〕
アルミニウムから成る金属板8において、その周端部8aの厚みt2 が本体部8bの厚みt1 と同じとなるように構成されている他は、上記実施例1と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Xと称する。
【0025】
〔実験〕
上記本発明電池A1〜A4及び比較電池Xについて、下記の条件で100サイクル充放電した後、60℃で100日間保存し、その後各電池の内部抵抗(保存前を100とした場合の比率)を測定したので、その結果を表1に示す。なお、内部抵抗の測定は、交流法により1KHzの値を測定した。
・充放電条件
充電条件 充電電流0.1mAで充電終止電圧3Vまで充電
放電条件 放電電流0.1mAで6時間放電
【0026】
【表1】
Figure 0003773744
【0027】
上記表1から明らかなように、比較電池Xでは保存後の電池の内部抵抗が470と極めて大きくなっているのに対して、本発明電池A1〜A4では保存後の電池の内部抵抗が全て400未満であり、特に本発明電池A2〜A4では保存後の電池の内部抵抗が全て300未満と極めて小さくなっていることが認められる。
【0028】
これは、以下に示す理由によるものと考えられる。
即ち、比較電池Xでは、アルミニウムから成る金属板の周端部の厚みが、本体部の厚みと同じとなっているので、負極缶の周端部において、ステンレスから成る金属板に対するアルミニウムから成る金属板の相対面積が大きくなる。したがって、充放電によりアルミニウムの組織が崩れて、アルミニウムから成る金属板による封止力が得られなくなると、周端部における相対面積の小さなステンレスから成る金属板による封止のみとなるので十分な封止力が得られない。この結果、周端部におけるにおける封止力が低下し、長期間電池を保存した場合に、電池内部に水分が進入して、電池の内部抵抗が上昇する。
【0029】
これに対して、本発明電池A1〜A4では、アルミニウムから成る金属板の周端部の厚みが、本体部の厚みより小さくなっているので、負極缶の周端部において、ステンレスから成る金属板に対するアルミニウムから成る金属板の相対面積が小さくなる。したがって、充放電によりアルミニウムの組織が崩れて、アルミニウムから成る金属板による封止力が得られなくなっても、周端部における相対面積の大きなステンレスから成る金属板によって十分な封止力が得られる。この結果、周端部におけるにおける封止力の低下を抑制することができるので、長期間電池を保存した場合に、電池内部に水分が進入して、電池の内部抵抗が上昇するということを抑制することができる。特に、アルミニウムから成る金属板の周端部の厚みが、本体部の厚みの70%以下に規制されている本発明電池A2〜A4では、負極缶の周端部において、ステンレスから成る金属板に対するアルミニウムから成る金属板の相対面積が、より小さくなるので、周端部における封止力の低下が更に抑制され、電池の内部抵抗の上昇を一層抑制することができる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負極缶の周端部において、他方の金属板に対するアルミニウムから成る金属板の相対面積が小さくなるので、充放電によりアルミニウムの組織が崩れて、アルミニウムから成る金属板による封止力が得られなくなっても、周端部における相対面積の大きな他方の金属板によって十分な封止力が得られる。この結果、周端部におけるにおける封止力の低下を抑制することができるので、長期間電池を保存するような場合に、電池内部に水分が進入して、電池の内部抵抗が上昇するといった課題を解消することができるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例に係る偏平型非水電解液二次電池の半断面図。
【図2】本発明の他の例に係る負極缶の拡大断面図。
【図3】従来の偏平型非水電解液二次電池の半断面図。
【図4】従来の偏平型非水電解液二次電池の半断面図。
【符号の説明】
1:負極缶
1a:周端部
1b:周縁
2:金属リチウム板
3:正極
4:正極缶
4a:底部
4b:周縁
5:セパレータ
6:ガスケット
7:金属板
8:金属板
8a:周端部
8b:本体部

Claims (2)

  1. 2枚の金属板を固着させたクラッド材から成る略碗状の負極缶を有し、且つ上記2枚の金属板のうち電池内側に存在する金属板が負極活物質の一部を構成するアルミニウムから成ると共に、上記負極缶の周縁がU字状に折り返されることなく上記ガスケットに嵌め合わされた状態で有底円筒状の正極缶の周縁がかしめられることにより、ガスケットを介して上記負極缶の周縁がかしめ固定されると共に、上記負極缶の周端部と上記正極缶の底部とで上記ガスケットが押圧されて電池密閉される構造の偏平型非水電解液二次電池において、
    上記クラッド材を構成する2枚の金属板のうち電池内側に存在しアルミニウムから成る金属板は、上記周端部の厚みが、本体部の厚みより小さくなっていることを特徴とする偏平型非水電解液二次電池。
  2. 上記2枚の金属板のうち電池内側に存在しアルミニウムから成る金属板は、周端部の厚みが、本体部の厚みの70%以下に規制される、請求項1記載の偏平型非水電解液二次電池。
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