JP5334162B2 - 積層型二次電池 - Google Patents
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Description
板状の正極、負極は、それぞれ集電体用の帯状のアルミニウム箔あるいは銅箔上に電極活物質を所定の部位に塗布した後、導電接続用のタブを接続するために活物質層を形成していない部分を一体に作製している。
フィルム状外装材によって封口した積層型二次電池は、容積エネルギー密度、質量エネルギー密度に優れているものの剛体の外装容器によって封口されていないので、過充電時に電池要素に膨張等が起こると周囲に影響を及ぼす可能性があるので、高容量の積層型二次電池においては、過充電時の対策が重要となっている。
袋状セパレータの接合部の稜を越えた両面に接合された合成樹脂フィルムの一部は、袋状セパレータ内部の正極又は負極を積層方向に投影した部分に存在する前記の積層型二次電池である。
また、袋状セパレータの外周部と負極の電極引出端子を取り出した稜を除く隣接する2辺によって位置合わせして積層したものである前記の積層型二次電池である。
袋状セパレータの内部には収納する正極又は負極の位置決め部を形成した前記の積層型二次電池である。
そこで、セパレータのヒューズ機能が作動して、セパレータのイオンの透過が遮断される前に袋状セパレータの接合部が破断することを防止することによって、想定を超える高電圧と高率の過充電が行われても周囲に影響を及ぼすことがない積層型二次電池を提供することが可能であることを見出したものである。
図1は、本発明の積層型二次電池の一実施例を説明する図である。
図1(A)は、積層型二次電池を説明する斜視図であり、図1(B)は、図1(A)のA−A’線における切断面を説明する図であり、図1(C)は、図1(B)の1Cの部分を拡大して説明する図である。
本発明の積層型二次電池1は、リチウムイオン電池を例に挙げて説明しており、矩形状である板状の正極と、矩形状である板状の負極から構成されている。
積層型二次電池1は、電池要素3がフィルム状外装材5によって封口されており、電池要素3は、矩形の板状体状の正極10を収納した袋状セパレータ30と矩形の板状体状の負極20が袋状セパレータ30を介して積層されている。
正極10は正極集電体12上に正極活物質層14が形成されており、正極に結合した正極引出端子16の複数個が相互に接合された後に正極端子18に結合して封口部7を介して外部へ取り出されている。同様に、負極20は負極集電体22上に負極活物質層24が形成されており、負極に結合した負極引出端子26の複数個が相互に接合されて負極端子(図示せず)から外部へ取り出されている。
前記合成樹脂製フィルム40は、セパレータの熱収縮応力よりも大きな接着強度で貼着されている。また、前記合成樹脂フィルム40はセパレータの軟化温度以下では軟化することがない耐熱性が大きなものを用いることができる。
したがって、セパレータ原反から袋状セパレータを製造する際には、機械方向に巻き取られており、袋状セパレータを製造する際には、一般に矩形状の電極の長さ方向を機械方向に一致させたものが用いられている。
したがって、図1で示す積層型二次電池にあっては、袋状セパレータの接合部のうちMD方向の端部に位置するMD端部接合部32Mは、合成樹脂フィルムを貼着しなくても実質的に特性には影響を及ぼすことがない。
図1(A)に示すように、袋状セパレータ30は、セパレータ原反を所定の大きさに裁断して、正極を収納する部分を除く三方を熱融着等によって接合部32を形成することによって製造する。
セパレータの繊維方向である機械方向すなわちMDと機械方向に直角方向TDを有しており、ロール状の原反から機械方向に引出して所定の大きさに裁断した後に、長方形状の正極の長辺状の辺に沿って機械方向が位置するように配置した後に接合部32において接合されて袋状とされる。
また、位置決め部34の形成に代えて、接合部32の袋状セパレータ30の内面に位置する部分32Aを位置決め部としても良い。
袋状セパレータの30の接合部32の稜36を越えて接合部32の外面の両面には、合成樹脂製フィルム40が貼着されている。
合成樹脂製フィルム40としては、ポリプロピレンフィルム等のセパレータに比べて軟化点が高く、またセパレータの熱収縮応力によっては変形することがないものを用いることができる。具体的には、ポリスチレン、ポリイミド等のフィルムを挙げることができる。また、合成樹脂製フィルム40に形成する粘着層42には、アクリル系粘着剤等の耐薬品性が良好なものを用いることができる。
更に、正極引出端子には正極端子を接合し、負極引出端子には負極端子を接合して電池要素を作製した後に、フィルム状外装材によって封口して積層型二次電池を作製することができる。
以上の説明では、積層型二次電池がリチウムイオン電池である場合について説明を行った。すなわち、負極の面積を対向する正極よりも大きくする電池を例に挙げて述べたものである。これに対して、正極を負極の面積よりも大きくする場合には、袋状セパレータに負極を収納することによって同様に作製することができる。
図3(A)は、積層型二次電池を説明する斜視図であり、図3(B)は、図3(A)のA−A’線における切断面を説明する図であり、図3(C)は、図3(B)の1Cの部分を拡大して説明する図である。
図3に示した積層型二次電池は図1で説明した積層型二次電池と同様の構成を有しており、正極引出端子を取り出した方向と直角方向に位置する幅方向の接合部32に接合した合成樹脂製フィルム40の接合位置が図1に示した積層型二次電池とは異なっている。
すなわち、積層型二次電池1は、電池要素3がフィルム状外装材5によって封口されており、電池要素3は、矩形の板状体状の正極10を収納した袋状セパレータ30と矩形の板状体状の負極20が袋状セパレータ30を介して積層されている。
正極10は正極集電体12上に正極活物質層14が形成されており、正極に結合した正極引出端子16の複数個が相互に接合された後に正極端子18に結合して封口部7を介して外部へ取り出されている。同様に、負極20は負極集電体22上に負極活物質層24が形成されており、負極に結合した負極引出端子26の複数個が相互に接合されて負極端子(図示せず)から外部へ取り出されている。
また、接合された合成樹脂製フィルム40の両端部44,46は、正極を積層方向に投影した投影部は袋状セパレータと接合されているので、正極の端部の積層方向への投影部のセパレータは、合成樹脂フィルムによって補強されることとなる。
その結果、セパレータが熱収縮によって正極面と平行方向に引っ張られた際にも、セパレータが正極の角部との接触によって裂けたり穴が生じることを防止することができるので、合成樹脂製フィルムの接合による効果をより大きくすることができる。
リチウムマンガン複合酸化物63質量部、個数平均粒径7μmのアセチレンブラック4.2質量部、ポリフッ化ビニリデン2.8質量部、N−メチル−2−ピロリドン50質量部からなるスラリーを調製した。
集電体用の厚さ20μm、幅150mmのアルミニウム箔の全幅に、塗布していない長さを20mmとして、塗布長さ130mmで間欠的に塗布し、乾燥して押圧して厚さ180μmの正極活物質層を形成した。
塗布していない部分に電極引出端子が幅13mm、長さ17mmで形成されるようにして塗布幅65mm、塗布長さ125mmの正極を作製した。
次いで正極を厚さ25μmのポリプロピレン製セパレータで覆い、正極の端部の1.5mmを熱融着によって接合した。
次いで、アクリル系粘着層を有する厚さ30μmのポリプロピレン製テープを用いてセパレータの機械方向の端部を越えて、正極のセパレータへの積層方向の投影部の端部から1mmまでの長さに接着した。
得られた10個のリチウムイオン電池を1Cの電流で36Vに達するまで過充電状態に通電したが発煙は生じたリチウムイオン電池はなかった。
セパレータの接合部を越えて粘着層を有する合成樹脂製テープを接合しない点を除き実施例1と同様に10個のリチウムイオン電池を作製して同様に過充電試験を行ったところ、1Cの電流で25Vに達すると4のリチウムイオン電池に発煙を生じた。
Claims (4)
- 平板状の正極又は平板状の負極のいずれか一方は袋状セパレータに収納されており、
前記袋状セパレータの接合部の稜を越えた両面には前記セパレータの熱収縮応力よりも接着強度が大きく、
軟化点が前記セパレータよりも高い合成樹脂フィルムが貼着されており、
前記袋状セパレータに収納した前記正極又は前記負極を、
前記袋状セパレータに収納していない対極とを対向させて積層した電池要素の積層体をフィルム状外装材によって封口したことを特徴とする積層型二次電池。 - 袋状セパレータの接合部の稜を越えた両面に接合された合成樹脂フィルムの一部は、袋状セパレータ内部の正極又は負極を積層方向に投影した部分に存在することを特徴とする請求項1記載の積層型二次電池。
- 袋状セパレータの外周部と負極の電極引出端子を取り出した稜を除く隣接する2辺によって位置合わせして積層したものであることを特徴とする請求項1又は2記載の積層型二次電池。
- 袋状セパレータの内部には収納する正極又は負極の位置決め部を形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の積層型二次電池。
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