JP5451315B2

JP5451315B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5451315B2
Application number: JP2009247184A
Authority: JP
Inventors: 大輔香野; 真介榎本; 卓哉長谷川
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP2011096418A

Description

本発明は正極および負極の再利用を可能にした組電池に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器用の電源として、高容量化、小型化の要求によりリチウムイオン電池が用いられている。また、電動アシスト自転車や電動工具の電源としても、高エネルギー密度で、メモリー効果の無いリチウムイオン電池が用いられている。また、リチウムイオン電池の需要の増加に伴いリチウムイオン電池に対して再利用可能な構造も求められている。

図３は従来のラミネート外装の電池の平面図であり、正極及び負極がセパレータを介して積層された電池要素が収納されたラミネートフィルムからなる外装体３の周囲に熱溶着による封止部４を有し、正極引出端子１、負極引出端子２が外装体３から引き出された構造となっている。

リチウムイオン電池において、充放電を繰返して使用した場合、電解液の分解により性能が劣化し寿命となることがある。特許文献１では使用したリチウム電池の正極材料を一度溶出させた後、回収し再度電極の生産に使用する技術が記載されている。

特開２００５−０２６０８８号公報

従来の技術では使用したリチウム電池の正極材料を一度回収し、再度電極の生産に使用するということが提案されていたが、長大な工程や回収費用の点で改善の余地があるものであった。正極および負極と電解液との劣化度は異なる場合がある。例えば電解液の劣化が早い場合、一度組立てて使用したラミネート外装の電池においては、ラミネートフィルムからなる外装体を解体し、使用後の正極と負極を利用し、新しい電解液と組み合わせることで再度ラミネート外装の電池を組立て使用することが可能である。

しかし、従来のラミネート外装の電池では一度組立てた電池の外装体の密閉状態を開放し電解液を再度注液し、開放した外装体を再び熱溶着により封止部を形成するには外装体の溶着しろの面積が不十分であるため再度組立てることが困難であった。

そこで本発明の課題は、一度組立てて使用した電池に再度注液し再利用することが可能なラミネートフィルムの外装体を用いた電池からなる組電池を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の組電池は、正極および負極がセパレータを介して対向するように積層されてなる電池要素と、複数の前記電池要素を収納する凹状の複数の収納部を有する一組のラミネートフィルムからなる外装体と、を備える。前記外装体は、前記外装体の周縁部に、前記一組のラミネートフィルム間が封止された封止部を有すると共に、隣り合う前記電池要素同士の間に、前記一組のラミネートフィルム間が封止されていない非封止部を有し、前記収納部が積層されるように折りたたんで形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、一度組立てて使用したラミネートフィルムからなる外装体を用いた電池の外装体を電池要素間の非封止部で切断し、電解液を再度注液後に外装体の、切断して開放された辺を熱溶着により封止部を形成すれば正極と負極および外装体を再利用することが可能である。すなわち本発明によれば、特許文献１のように多大な工程および工数を費やして正極の材料を一度回収し回収した材料から再度正極を生産しなくとも、ラミネートフィルムからなる外装体を用いた電池の外装体を電池要素間の非封止部で切断し、電解液を再度注入するだけで電池要素及びラミネート外装体をそのまま再利用し電池を組立てることが可能となる。

本発明の実施例１に係る組電池を示す図であり、図１（ａ）は封止部形成後の平面図であり、図１（ｂ）は折りたたみ後の斜視図である。本発明の実施例２に係る組電池を示す図であり、図２（ａ）は封止部形成後の平面図であり、図２（ｂ）は折りたたみ後の斜視図である。従来のラミネート外装の電池を示す平面図である。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１においては、図１に示すように１組のラミネートフィルムからなる外装体３に対して電池要素を２個収納する。電池要素は正極と負極がセパレータを介して積層して形成されていて、矩形状の１枚の正極と１枚の負極がセパレータを介して積層されたものでもよく、複数の正極と負極が積層されているものでもよく、１枚の帯状の正極と１枚の帯状の負極がセパレータを介して積層され、扁平状に捲回されているものでもよく電池要素の構造は限定されない。実施の形態１においては１辺から正極引出端子と負極引出端子が導出されている。１組のラミネートフィルムからなる外装体３は電池要素を収納する部分に凹状の電池要素の収納部を有し、電池要素の収納部の周囲は１組のラミネートフィルムからなる外装体３同士が接触している構造となっている。凹状の電池要素の収納部は１組の外装体の片側（一方の面）のみにあってもよいし、両側（表裏面）にあってもよい。１個の電池要素からはそれぞれ１対の正極引出端子１と負極引出端子２が図１（ａ）に示すように１組のラミネートフィルムからなる外装体３の対向する辺から導出されている。外装体３の周縁部にラミネートフィルムの熱溶着により封止部４を形成し、電池要素間の外装体には封止部を形成しない。

図１（ｂ）に示すように組電池を組立てる際には外装体３の電池要素間を折返して並列になるよう正極引出端子１同士、負極引出端子２同士を電気的に接続する。さらに、一度組立てた組電池を再利用する際には、外装体３の電池要素間を切断し電解液を再度注液後に外装体の切断して開放された辺を熱溶着により封止部を形成すればラミネート外装の電池を再利用することが可能となる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２においては、図２に示すように１組のラミネートフィルムからなる外装体３に対して電池要素を３個収納する。それぞれの電池要素から導出される正極引出端子１と負極引出端子２は対向する辺から導出される。図２（ａ）に示すように１組のラミネートフィルムからなる外装体３は電池要素を収納する部分に３個の凹状の電池要素の収納部を有し、電池要素の収納部に正極引出端子１と負極引出端子２が同一方向となるように電池要素を収納する。電池要素の収納部の周囲は１組のラミネートフィルムからなる外装体３同士が接触している構造となっている。次に外装体３の周縁部に封止部４を形成する。電池要素間の外装体には封止部を形成しない。図２（ｂ）に示すように組電池を組立てる際はラミネートフィルムからなる外装体の電池要素間を折返して、正極引出端子１と負極引出端子２が並列になるようにそれぞれの電極引出端子を電気的に接続する。さらに、一度組立てた組電池を再利用する際には、外装体３の電池要素間を切断し電解液を再度注液後に外装体３の切断して開放された辺を熱溶着により封止部を形成すれば電池を再利用することが可能となる。

次に本発明の実施の形態１及び実施の形態２の組電池の製造について図１、図２を参照して具体的に説明する。まず、例えばアルミニウム箔からなる正極集電体上に、正極集電体から引き出された正極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するＬｉＭｎ_２Ｏ_４等の正極活物質を塗布して正極集電タブが引き出された正極電極を形成する。また、例えば銅箔からなる負極集電体上に、負極集電体から引き出された負極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するグラファイト等の負極活物質を塗布して負極集電タブが引き出された負極電極を形成する。正極電極あるいは負極電極に接続された正負極集電タブは、外部電極端子となる正極引出端子１、負極引出端子２と接続する。

正極電極、負極電極を形成した後、正極集電タブが引き出された正極電極と、負極集電タブが引き出された負極電極とを、例えばポリプロピレンもしくはポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造の多孔質膜セパレータを介して積層して電池要素を作製する。

電池要素より導出している正極集電タブと負極集電タブを、それぞれ金属テープ材の正極引出端子１および負極引出端子２に超音波溶接あるいは抵抗溶接等の手段により接続する。

このように正極引出端子、負極引出端子を接続した電池要素を、アルミニウム箔等の金属薄膜の両面に合成樹脂製フィルムを積層したラミネートフィルムからなる外装体３を用いて外装する。外装の際は１個の外装体３に対して電池要素を２個または３個以上収納することができる。すなわち、正極引出端子、負極引出端子の一部を露出させ正極電極と負極電極がセパレータを介して積層された電極積層部、正負極集電タブおよび引出端子、即ち正極引出端子、負極引出端子の一部をラミネートフィルムからなる外装体３に入れ外装体周縁部の各辺を熱溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を入れ真空中で最後の辺を熱溶着し、組電池の封止部形成を完成させる。複数個の電池要素を１個の外装体３に収納することで再利用が可能になるだけでなく、従来の組電池よりも熱溶着による封止部分が少なくなりラミネートフィルムからなる外装体を減らすことが可能である。

封止部形成後の組電池を電池要素の収納部を積層するように外装体を折りたたんだ後、正極引出端子１同士、負極引出端子２同士を並列に接続する。このように、組立てた組電池を繰返し充放電して使用した後、再利用して再度電池を組立てるには以下のようにすればよい。

使用後は組電池のラミネートフィルムの外装体を電池要素間で切断し、電解液を再度注入後にラミネートフィルムからなる外装体の切断して開放された辺を熱溶着により封止部を形成すれば電池を再利用することが可能である。なお、正極引出端子と負極引出端子の引き出し方向は、実施の形態１に示すように１辺から正極引出端子、負極引出端子を引き出してもよく、実施の形態２に示すように対向する辺からそれぞれ正極引出端子と負極引出端子を引き出してもよく、正極引出端子と負極引出端子の引き出し方向に制限はない。また積層する電池要素の収納部の数についても特に制限はない。

次に、本発明の実施例を挙げて説明する。

（実施例１）
本実施例１の組電池は実施の形態１で説明した図１と同様の形状である。図１（ａ）に示すように、正極引出端子１は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製であり、負極引出端子２は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製である。正極引出端子及び負極引出端子は電池要素（長さ１３０ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の１辺から同一方向に引き出した。ナイロン／アルミニウム／ポリプロピレンの３層からなる１組のラミネートフィルムからなる外装体３（長さ３００ｍｍ、幅８２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）の片側に長さ１３３ｍｍ、幅７２ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの凹状の電池収納部を２箇所設け、それぞれ電池要素を収納した。外装体３の４辺は熱溶着により封止するため電池要素幅よりも左右５ｍｍ広くとる。２個の電池要素間は封止せずに１０ｍｍの幅をとる。外装体３から正極引出端子１、負極引出端子２が導出された２辺およびその他の１辺を熱溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を注液し真空中で熱溶着し、組電池に封止部４を形成した。封止後の組電池を図１（ｂ）に示すように電極要素間で折り返し並列で接続する場合、電池の上下左右の幅は各５ｍｍであり、厚み方向以外の正極引出端子及び負極引出端子部を除く寸法は長さ１５０ｍｍ、幅８２ｍｍであった。なお、同一の電池要素を用いて１組のラミネートフィルムからなる外装体（長さ１５０ｍｍ、幅８２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）の片側に長さ１３３ｍｍ、幅７２ｍｍ、厚さ５．０ｍｍの凹状の電池収納部を設け図３で示すように周囲に封止部を有する従来例の厚み方向以外の正極引出端子及び負極引出端子部を除く寸法も実施例１と同等の長さ１５０ｍｍ、幅８２ｍｍであった。

このように、組立てた積層型リチウムイオン電池を使用した後再利用する為に、ラミネートケースの電池要素間を切断し電解液を再度注液後にラミネートケースの切断して開放された辺を熱溶着により封止した。ここでも電池の上下左右の幅は各５ｍｍであり図３で示す従来例と同等の寸法の長さ１５０ｍｍ、幅８２ｍｍ、厚さ５．４ｍｍであった。従来の１個のラミネートケースに１個の電池要素を収納する構造では電解液を再度注入する為には電池の幅方向の外装体を５ｍｍ以上大きくする必要があるが、本発明はその必要がない。

このようなラミネートフィルムを用いた組電池構造ゆえに、再利用が可能となり使用後のラミネートフィルムからなる外装体および電池要素を使用した組電池が得られた。

（実施例２）
本実施例２の組電池は実施の形態２で説明した図２と同様の形状である。図２（ａ）に示すように、正極引出端子１は幅５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製であり、負極引出端子２は幅５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製である。正極引出端子及び負極引出端子は電池要素（長さ１３０ｍｍ、幅７０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）の対向する辺から引き出した。ナイロン／アルミニウム／ポリプロピレンの３層からなる１組のラミネートフィルムからなる外装体３（長さ１５０ｍｍ、幅２４６ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ）のそれぞれに長さ１３３ｍｍ、幅７２ｍｍ、厚さ２．５ｍｍの凹状の電池収納部を３箇所設け、３個の電池要素を収納した。外装体３の４辺は熱溶着により封止部４を形成するため電池要素幅よりも左右５ｍｍ広くとる。２個の電池要素間は封止せずに１０ｍｍの幅をとる。外装体から正極引出端子１、負極引出端子２が導出された２辺およびその他の１辺を熱溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を注液し真空中で熱溶着し、組電池の封止部４を形成した。

封止部形成後の組電池を図２（ｂ）のように電池要素間で折り返し並列で接続する場合、電池の上下左右の幅は各５ｍｍであり、厚み方向以外の正極引出端子及び負極引出端子部を除く寸法は図３で示す従来例と同等の長さ１５０ｍｍ、幅８２ｍｍであった。

このように、組立てた積層型リチウムイオン電池を使用した後再利用する為に、ラミネートケースの電池要素間を切断し電解液を再度注液後にラミネートケースの切断して開放された辺を熱溶着により封止した。ここでも電池の上下左右の幅は各５ｍｍであり図３で示す従来例と同等の寸法の長さ１５０ｍｍ、幅８２ｍｍ、厚さ５．４ｍｍであった。従来の１個のラミネートケースに１個の電池要素を収納する構造では電解液を再度注入する為には電池の幅方向の外装体を５ｍｍ以上大きくする必要があるが、実施例１同様に本発明はその必要がない。

１正極引出端子
２負極引出端子
３外装体
４封止部

Claims

正極および負極がセパレータを介して対向するように積層されてなる電池要素と、複数の前記電池要素を収納する凹状の複数の収納部を有する一組のラミネートフィルムからなる外装体と、を備え、
前記外装体は、前記外装体の周縁部に、前記一組のラミネートフィルム間が封止された封止部を有すると共に、隣り合う前記電池要素同士の間に、前記一組のラミネートフィルム間が封止されていない非封止部を有し、
前記収納部が積層されるように折りたたんで形成されたことを特徴とする組電池。