JP5206657B2 - 積層式極群を備えた電池 - Google Patents

Description

本発明は、積層式極群を備えた電池に関する。

携帯用端末機器の普及により、軽量でエネルギー密度の高いリチウムイオン電池が重用されている。携帯用端末機器の多種多様な形状に対応して、電池にもそれに対応した多種多様な形状が求められるようになった。電池の生産ラインにおける寸法や形状の変更、即ち、型変えは、低コストかつ短時間で行うことが要求されるが、従来の円筒型電池や角型電池では、電槽用の金型変更が必要である。この金型変更には、金型の製造期間がかかり、製造コストもかさむので、前記要求を満たすことができなかった。

近年、金属電槽を用いない電池として、例えばアルミラミネートフィルムと称される金属樹脂複合体フィルムで封口した扁平型電池が注目されている。この扁平型電池では、金属電槽を用いていないため寸法や形状変更があっても電槽用の金型変更は必要ではないが、電極端子位置の変更に対応するためには、正極板や負極板に設ける集電タブの位置を変更する必要があるため、その都度極板打抜き金型の変更が必要であり、このための設計および製造に時間と経費が嵩んでいた。
また、例えば電極対を並列接続して積層極群を形成する際、例えば片面塗工された正極板および片面塗工された負極板から構成される電極対の場合には正極板および負極板の塗工されていない集電体金属面があるために、同方向で積層されると正極板および負極板の露出金属面同士が接触するので正極と負極が短絡した状態となる。これを防止するために、前記電極対は、交互に向きをかえて同極同士、すなわち正極と正極または負極と負極の露出金属面が重なり合うように積層する場合を考える。このとき、集電タブの位置が左右で非対称であると、積層された極群に形成される複数個の同極の集電タブ位置が一致せず互い違いとなるので、端子とうまく接合できないことが問題であった。

本発明は、前記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、極板打抜き金型をいくつも用意することなく、形状変更に敏速且つ低経費で対応できる電池を提供するものである。

上記課題を解決するため、本発明は、正極活物質が配された正極集電体からなる正極板と、負極活物質が配された負極集電体からなる負極板と、が積層された積層式極群を備える電池において、前記積層式極群は、正極活物質が片面に配された正極集電体からなる正極板及び／又は負極活物質が片面に配された負極集電体からなる負極板を備え、前記正極活物質が片面に配された正極集電体の露出金属面同士又は前記負極活物質が片面に配された負極集電体の露出金属面同士が向きを変えて積層されており、前記正極集電体又は前記負極集電体は、一枚の材料から打ち抜かれてなり、正極活物質又は負極活物質が配置される部分から突出した集電タブ部分を有し、且つ、電極面に垂直な対称面を有し表裏形状が同じであることを特徴とする積層式極群を備える電池である。また、前記積層式極群が、隣り合う前記正極活物質が片面に配された正極集電体の露出金属面同士又は前記負極活物質が片面に配された負極集電体の露出金属面同士が向かい合うように積層された部分を含むことを特徴としている。

即ち、集電タブをその極板内に電極面に垂直な対象面を持つように配置することにより、片面塗工された同極の極板の露出金属面同士が異なる向きとなるように配置しても、その集電タブは他の同極の集電タブに重なるので、端子と容易に接合できる様に改善したものである。

ここで、電極の外周に形成させる集電タブは、幅が広い方が、積層式極群に端子を溶接する部位の自由度が高まる。

端子の接着位置の自由度を持たせるため、集電タブの幅は、少なくとも端子の幅よりも大きいことが求められる。また、少なくとも端子を配置する範囲は、広ければ広いほど端子溶接位置の自由度が上がるので好ましいが、広すぎると、対向する電極の集電タブに重なり、短絡するため、対向する電極の集電タブに重ならない範囲内にする必要がある。

外装体に金属樹脂複合体フィルムを用いた非水電解質電池においては、金属樹脂複合体フィルムは、従来の金属缶の電槽に比較して、外的衝撃に弱く破損し易いため、電解質が液体であると破損部からの漏液が問題となる。また、液保持性の低い電極やセパレータを用いている場合においては、正極端子と負極端子を電池の同一辺から各一個所ずつ出す場合には、該辺を上方に向けておくことで、流れ出た電解液が封口部を汚染することを避けることができるが、正極端子と負極端子を電池の異なる辺から出す場合、正極端子と負極端子をそれぞれ複数個ずつ出す場合、あるいはこれらの端子の出し方を不特定に変更可能にする場合には、電解液が重力によって流動もしくは、しみ出してしてしまい、封口部を汚染するので、充分な封口が得られないという問題があった。このため、電解質は流動性のないポリマー電解質またはゲル電解質が好適である。

本発明によれば、極板内に鏡像面を持たせることにより、片面塗工された極板を備えた積層式極群の作製時に極板の種類を二分の一にすることが可能となったので、製造工数と電極打抜き金型の数を削減することができる。したがって、その工業的価値は極めて大である。

幅広の集電タブを形成した正極板である 集電タブを２箇所設けた負極板である 実施例の電極対である 実施例の積層式極群である 外装体に金属樹脂複合体フィルムを用いた非水電解質電池である 比較例の正極板である 図５の正極板の鏡像体である 比較例の負極板である 図７の負極板の鏡像体である 比較例の電極対である 比較例の積層式極群である

本発明の実施例を挙げ、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例）
エチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンの２：３の質量比で混合した溶液に、ＬｉＢＦ₄を１ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させた電解液に、ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの共重合体でアクリル酸エステル基が３個付加されたマクロマーを２０質量％混合し、ポリマー電解質前駆体Ａを調整した。平均分子量が５００であるビスフェノールＡのエチレンオキサイド付加体をアクリレート化したモノマーを上記電解液に２０質量％混合し、ポリマー電解質前駆体Ｂを調整した。

セパレータは、厚み３０μｍのポリプロピレン不織布にポリマー電解質前駆体Ａを含浸させ、それに電子線を照射することにより得られた厚さ３５μｍのゲル状フィルムを用いた。

正極板には、８７質量部の正極活物質であるＬｉＣｏＯ_２と、８．５質量部の導電助剤である人造鱗片状黒鉛および１．５質量部のアセチレンブラックとを混合した混合粉体に、１２質量％ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を２５質量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピロリドンを２９質量部加えてペースト状にしたものを正極集電体となる２０μｍアルミニウム箔上に約２６０μｍの厚さで塗布したものを乾燥後、金型で打ち抜き、約１００μｍにプレスしたものを用いた。金型で打ち抜かれた正極板の形状は、長辺が６１ｍｍで短辺が４２ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍで幅１８ｍｍの集電タブが前記電極外周部の一辺の中心に配置された図１に示すような極板形状とした。また、ここで作製した極板は図１の破線で示した電極面に垂直な対称面５を極板内に持つ。図１において、１は正極集電タブ、２は正極活物質層である。

負極板には、負極活物質の黒鉛系炭素として層間距離ｄ００２が３．３７Å、結晶子サイズＬｃが３６０Åである繊維状人造黒鉛９４質量部に１２質量％ポリフッ化ビニリデンのＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を５０質量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピロリドンを２４質量部加えてペースト状にしたものを負極集電体となる１２μｍ電解銅箔上に約２１０μｍで塗布したものを乾燥後、金型で打ち抜き約１０５μｍにプレスしたものを用いた。金型で打ち抜かれた負極板の形状は、長辺が６２ｍｍで短辺が４３ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍで幅８ｍｍ集電タブが前記電極外周部の一辺の両端に配置された図２に示すような集電タブが２箇所に形成された極板形状とした。また、ここで作製した極板は図２の破線で示した電極面に垂直な対称面５を極板内に持つ。図２において、３は負極集電タブ、４は負極活物質層である。

前記正極板および負極板に、ポリマー電解質前駆体Ｂを真空含浸により浸透させ、電子線照射を行い、電極内にポリマー電解質を形成した。これらの間に前記セパレータを挟んで重ね、一対の正・負極から構成される電極対を図３に示す。６はセパレ−タである。また、前記電極対を、正極板と正極板、又は、負極板と負極板の露出金属面同士が向かい合うように積層した積層式極群を図４に示す。前記積層式極群に対し、幅５ｍｍのアルミニウム製の端子を正極集電タブの端に溶着し、前記端子と同方向にある負極集電タブの端に幅５ｍｍのニッケル製の端子を溶着した。

端子７を溶着した積層式極群を金属樹脂複合体フィルム８で封口した電池を図５に示す。この図では、正・負極端子は、電池の一辺から各一つずつ出ているよう配置されているが、必ずしも正極端子と負極端子が同一辺から出ている必要はなく、また、正極端子や負極端子の個数も一個である必要はなく、同一である必要もない。

（比較例）
金型で打ち抜くまでの工程は実施例と同じ方法で作製した正極板に対し、長辺が６１ｍｍで短辺が４２ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍの集電タブが幅５ｍｍで、電極の塗工面を上にして前記電極外周部の一辺の左端から１２ｍｍのところに集電タブの左端が来るように前記電極外周部の一辺に配置された図６に示すような極板形状に金型で打ち抜き、約１００μｍにプレスし、正極板を作製した。また、前記正極板の鏡像体である前記集電タブが前記電極外周部の一辺の右端から１２ｍｍのところに集電タブの右端が来るように前記電極外周部の一辺に配置された図７に示すような極板も、同様にして金型で打ち抜き作製した。

金型で打ち抜くまでの工程は実施例と同じ方法で作製した負極に対し、長辺が６２ｍｍで短辺が４３ｍｍである長方形の電極部に長さ５ｍｍで幅５ｍｍの集電タブが前記電極外周部の一辺の左端に配置された図８に示すような極板形状に金型で打ち抜き、約１００μｍにプレスし、負極板を作製した。また、前記負極板の鏡像体である前記集電タブが前記電極外周部の一辺の右端に配置された図９に示すような極板も、同様にして金型で打ち抜き作製した。

前記正極板および負極板に、ポリマー電解質前駆体Ｂを真空含浸により浸透させ、電子線照射を行い、電極内にポリマー電解質を形成した。これらの間に前記セパレータを挟んで重ね、一対の正・負極から構成される電極対を図１０に示す。また、前記電極対を、正極板と正極板、又は、負極板と負極板の露出金属面同士が重なり合うように積層した積層式極群を図１１に示す。前記積層式極群に対し、幅５ｍｍのアルミニウム製の端子を正極集電タブの端に溶着し、前記端子と同方向にある負極集電タブの端に幅５ｍｍのニッケル製の端子を溶着した。

端子を溶着した積層式極群を金属樹脂複合体フィルムで封口した積層式非水電解質電池の概略図は、図５に示す実施例と同様になる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、極板内に電極面に垂直な対称面を持たせることにより、片面塗工された極板を備えた積層式極群の作製時に極板の種類を二分の一にすることが可能となったので、製造工数と電極打抜き金型の数を削減することができる。したがって、その工業的価値は極めて大である。

１ 正極集電タブ
２ 正極活物質層
３ 負極集電タブ
４ 負極活物質層
５ 電極面に垂直な対称面
８ 金属樹脂複合体フィルム

Claims (2)

1. 正極活物質が配された正極集電体からなる正極板と、負極活物質が配された負極集電体からなる負極板と、が積層された積層式極群を備える電池において、前記積層式極群は、正極活物質が片面に配された正極集電体からなる正極板及び／又は負極活物質が片面に配された負極集電体からなる負極板を備え、前記正極活物質が片面に配された正極集電体の露出金属面同士又は前記負極活物質が片面に配された負極集電体の露出金属面同士が向きを変えて積層されており、前記正極集電体又は前記負極集電体は、一枚の材料から打ち抜かれてなり、正極活物質又は負極活物質が配置される部分から突出した集電タブ部分を有し、且つ、電極面に垂直な対称面を有し表裏形状が同じであることを特徴とする積層式極群を備える電池。
2. 前記積層式極群は、隣り合う前記正極活物質が片面に配された正極集電体の露出金属面同士又は前記負極活物質が片面に配された負極集電体の露出金属面同士が向かい合うように積層された部分を含むことを特徴とする請求項１記載の積層式極群を備える電池。