JPH05283055A - 集合電池 - Google Patents

集合電池

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JPH05283055A
JPH05283055A JP4103476A JP10347692A JPH05283055A JP H05283055 A JPH05283055 A JP H05283055A JP 4103476 A JP4103476 A JP 4103476A JP 10347692 A JP10347692 A JP 10347692A JP H05283055 A JPH05283055 A JP H05283055A
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JP
Japan
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current collector
battery
positive
electrodes
negative electrodes
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Pending
Application number
JP4103476A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiyuki Kahata
利幸 加幡
Toshiyuki Osawa
利幸 大澤
Okitoshi Kimura
興利 木村
Toshishige Fujii
俊茂 藤井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH05283055A publication Critical patent/JPH05283055A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、エネルギー容量が高く、高性能
で、かつ小型化、軽量化した安全な薄型電池の提供を目
的とする。 【構成】 集電体基板と、該集電体基板と結合した隔壁
と、前記隔壁を介して集電体基板上に配置された複数個
の電池要素とより構成される集合電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、薄型の集合電池の分野に関す
る。
【0002】
【従来技術】近年、電気機器の小型化、軽量化、ハンド
ヘルド化にともないその電源となる電池にも高エネルギ
ー密度化、小型化の要望が高まり、種々の電池が提案さ
れている。中でも薄型電池は高出力、高エネルギー密
度、スペースレスな電池として注目されている。しかし
ながら、薄型電池はエネルギー容量の点で十分でなく、
メモリーバックアップ、小電力機器用の電源などの応用
に限られているのが現状である。大面積化によりエネル
ギー容量の向上を行うことは可能ではあるが、大面積の
正、負極を一定間隔に保つことは難しく、電極反応は
正、負極の間隔の狭い場所で優先的に起こり、期待され
るエネルギー容量を取りだすことはできず、また、電流
が集中的に流れるため、部分的な発熱が生じ発熱、爆発
の危険性が生じる。また、電池取扱時に電池の曲げ等に
より部分的に正極/電解質/負極の電気的密着が悪くな
り、やはりエネルギー容量は小さくなってしまう。
【0003】
【目的】本発明は前記課題を解決し、エネルギー容量が
高く、高性能で安全な薄型電池を提供することにある。
【0004】
【構成】本発明者らは、小面積の薄型二次電池であれば
正、負極間を一定間隔で電気的接続を保つことができる
ことに注目し、同一平面上に複数の小面積の電池要素を
集電体基板と接着可能な隔壁を介して並列に配置した大
面積の集合電池とすることにより大容量で高性能で安全
な電池を提供できることを見出した。本発明における個
々の電池要素の面積は100cm2以下、好ましくは1
〜50cm2さらに好ましくは5〜40cm2である。こ
の範囲以外では正、負極間を一定間隔に保つことができ
ない。
【0005】本発明の電池の構造を、図1、図2(a)
〜(e)、図3および図4(a)〜(e)に基づいて具
体的に説明する。但し、本発明の電池は、これら図面の
ものに限定されるものではない。本発明の第1は、1対
の集電体基板と、該集電体基板と結合した隔壁と、前記
集電体基板間に前記隔壁を介して配置された複数個の電
池要素とを有することを特徴とする集合電池に関する。
このような形態の電池の断面図をモデル的に図1に示
す。また、該電池の構成部材を図2(a)〜(e)に示
す。図1において、集電体(正極用)1の同一側面に隔
壁2を介し、その空隙中に複数の正極3が接続してあ
る。正極上に電解質4、負極5を積層し、さらに集電体
(負極用)6を積層し、集電体6と複数の負極5を接続
してある。このように複数の正極は同一の集電体と接続
され、複数の負極はもう一つの集電体と接続することに
より複数の電池要素は並列に接続されることになり、本
電池は正、負極間の密着性を一定に保ちながら、大面積
化による大容量化を可能にすることができる。本発明の
第2は、一方の面に正極あるいは負極と接する1対の外
側集電体基板および一方の面に正極、他方の面に負極と
接する1対の内部集電体基板と、これら基板と結合した
隔壁と、前記外側集電体基板間に前記隔壁を介して配置
された複数個の電池要素とを有することを特徴とする集
合電池に関する。このような形態の電池の断面図をモデ
ル的に図3に示す。また、該電池の構成部材を図4
(a)〜(e)および図5(f)〜(i)に示す。図3
において、内部集電体基板11の片面に隔壁21を介し
複数の正極31を接続してある。また外部集電体基板1
2のもう一方の面に隔壁22を介し複数の正極32を接
続してある。正極31上に電解質41、負極51を積層
し、さらに外部集電体基板13を積層し、複数の負極5
1と集電体13を接続している。また負極52側も電解
質42、正極32、集電体12を積層し、複数の正極3
2と集電体12を接続している。したがって、図3の電
池は、並列に接続した複数個の電池要素を2組直列に接
続した形になっているので、図1のものに比較してその
エネルギー容量が2倍となる。同様にして、多数の電池
要素を直列に接続することが可能であり、集合電池の電
圧をより高くすることができる。図1、図2に例示した
ような本発明の電池は、集電体、電池要素、隔壁を積層
後、隔壁と集電体を接着、封止することにより製造され
る。本発明の電池は電池要素の密封性、機械的保護を目
的として外装を設けることができる。外装としてはポリ
エチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル等
プラスチック及びこれらプラスチックとAl等の金属と
の積層フィルムを例示できる。
【0006】本発明の電池要素としては正極、負極及び
電解質より構成される。正極活物質としては、遷移金属
のカルコゲン化合物、導電性高分子化合物が挙げられ、
遷移金属のカルコゲン化合物としては、TiO2,Cr3
8,V25,V36,NiO2,MnO2,CoO2、お
よびMoO3等の酸化物、TiS2,VS2,FeS、お
よびMoS3等の硫化物、NbSe3等のセレン化合物な
らびにMn,Co,Niとアルカリ金属との複合酸化物
があげられる。また、共役高分子化合物としては、ポリ
アセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリ
チオフェン、ポリアズレン、ジフェニンベンジジン、ポ
リフタロシアニンおよびポリアニリンなどを用いること
ができる。負極活物質としては、Li,K,Na等のア
ルカリ金属、LiとAl,Pb,Cd,Si,Ca,I
n,Zn,Mgとの合金、ポリアセチレン、ポリチオフ
ェン、ポリパラフェニレン、ポリピリジン、ポリフェニ
レンビニレン、ポリフェニレンキシリレン、ヘキサクロ
ロブタジエンの還元重合体、炭素体、グラファイト等の
高分子材料を挙げることができる。
【0007】電解質としては電解質塩と溶媒からなる電
解液、固体電解質を例示できるが、液漏れ防止、正負極
間の密着、間隔を一定に保つため高分子固体電解質を用
いることが好ましい。電解液を使用する場合は、セパレ
ータに電解液を含有させて使用することが好ましい。電
解液の電解質塩としては、陰イオンとして、PF6 -,S
bF6 -,AsF6 -,SbCl6 -のようなVa族の元素の
ハロゲン化合アニオン;BF4 -,BR4 -(R:フェニル
基、アルキル基)のようなIIIa族の元素のハロゲン化
物アニオン;ClO4 -のような過塩素酸アニオン;Cl
-,Br-,I-のようなハロゲンアニオン,CF3SO3 -
等が例示できる。陽イオンとしては、Li+,Na+,K
+のようなアルカリ金属イオン、(R4N)+[R:炭素数
1〜20の炭素水素基]等が例示できる。上記のドーバ
ントを与える化合物の具体例としてはLiPF6,Li
SbF6,LiAsF6,LiClO4,NaClO4,K
PF6,KSbF6,KAsF6,KClO4,[(n−B
u)4N]+・CF3SO3 -,[(n−Bu)4N]+・C
lO4 -,[(n−Bu)4N]+・BF4 -,LiAlCl
4,LiBF4,LiCF3SO3などを挙げることができ
る。電解質溶液を構成する溶媒としては、特に限定はさ
れないが、比較的極性の大きい溶媒が好適に用いられ
る。具体的には、プロピレンカーボネート、エチレンカ
ーボネート、ベンゾニトリル、アセトニトリル、テトラ
ヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、γ−ブ
チロラクトン、ジオキソラン、トリエチルフォスフェー
ト、トリエチルフォスファイト、ジメチルホルムアミ
ド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォキシド、
ジオキサン、ジメトキシエタンポリエチレングリコー
ル、スルフォラン、ジクロロエタン、クロルベンゼン、
ニトロベンゼン等の有機溶媒の1種又は2種以上の混合
物を挙げることができる。セパレータとしては、電解質
溶液のイオン移動に対して低抵抗であり、かつ、溶液保
持性に優れたものが用いられる。例えば、ガラス繊維フ
ィルタ;ポリエステル、テフロン、ポリフロン、ポリプ
ロピレン等の高分子ポアフィルタ、不織布;あるいはガ
ラス繊維とこれらの高分子からなる不織布を用いること
ができる。固体電解質としては無機系、有機系のものが
挙げられるが、フレキシビリテイ等の点で有機系のもの
が例示される。例えば、無機系では、例えばAgCl,
AgBr,AgI,LiIなどの金属ハロゲン化物、R
bAg45,RbAg44CN等が挙げられる。又、有
機系では、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオ
キサイド、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリルアミド
等をポリマーマトリックスとして先に述べた電解質塩を
ポリマーマトリックス中に溶解せしめた複合体、あるい
はこれらの架橋体、低分子量ポリエチレンオキサイド、
クラウンエーテルなどのイオン解離基をポリマー主鎖に
グラフト化した高分子電解質あるいは高分子量重合体に
電解液を含有させた高分子固体電解質が挙げられ、固体
電解質はそれのみで使用しても良いが、電流密度の均一
化、短絡の防止を目的としてセパレータと複合して使用
することが好ましい。
【0008】本発明の電池で用いる隔壁としては、絶縁
体で電池要素と反応性がなく集電体あるいは外装と接着
可能なものが用いられる。具体的にはポリエチレン、ポ
リプロピレン、ナイロン、ポリエステル等の樹脂層及び
接着層とから構成される。接着層としては変性ポリエチ
レン、変性ポリプロピレン等の熱融着性樹脂、エポキシ
系、アクリル系、セラミック系接着剤が例示できる。こ
れらの中から樹脂層としてポリエチレン、ポリプロピレ
ン、接着層として変性ポリエチレン、変性ポリプロピレ
ンの組合せが集電体との接着性、安定性の点で最も好ま
しい。
【0009】集電体としては、ニッケル、チタン、銅、
ステンレス鋼等のような金属フィルムを、集電体と同時
に基板として用いることが好ましいが、集電体と基板を
別個の別材で構成してもよい。
【0010】
【実施例】SUS304パンチングメタルの片面にポリ
アニリンを200μm電解重合したポリアニリン電極
(40×40mm)を9枚、140×140mmの厚さ
50μmのSUS304集電体上に配置し、該電極とパ
ンチングメタルとを導電性接着剤で接着し、集電体基板
上に9枚の正極を固定した。次に外形140×140m
mで、5mmの格子状で厚さ350μmの表面を金属融
着性に変性させたポリプロピレン隔壁を集電体基板上に
積層し熱融着により集電体と接着した。3MLiBF4
/(プロピレンカーボネート+ジメトキシエタン)(体
積比7:3)の電解液80%、エトキシジエチレングリ
コールアクリレートを19.2%、メチルベンゾイルフ
ォーメートを0.8%混合した高分子固体電解質組成物
を正極に浸透後、25μmのポリプロピレンポアフィル
ター(商品名セルガード)を積層し、高圧水銀灯を照射
し、正極上に電解質を積層した。一方、140×140
mm、厚さ50μmのSUS304板上に正極と同じパ
ターンで100μmのLiを貼り合せ、Li上に上述し
た高分子固体電解質組成物を塗布した後、高圧水銀灯を
照射し、Li上に電解質を積層した。図1に示すように
前記正極/電解質を積層した集電体とLi/電解質を積
層した集電体とを貼り合せ隔壁部分を熱融着し封止を行
い、140mm×140mm×0.45mmの電池を作
製した。本電池を3.7Vまで充電後、50mA 2.
5Vまで放電を行ったところ102mAhの放電容量が
得られた。
【0011】
【効果】本発明は、エネルギー容量が高く、高性能で安
全な、小型化した薄型電池を提供することが可能となっ
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集合電池の1実施例の断面図をモデル
的に示す図である。
【図2】図1の集合電池の構成部材を示す図であって、
(a)は集電体、(b)は負極、(c)は電解質、
(d)は隔壁、(e)は集電体を示している。
【図3】本発明の集合電池の他の実施例の断面図をモデ
ル的に示す図である。
【図4】図3の集合電池を構成する部材を示す図であっ
て、(a)は集電体基板、(b)は負極の配列、(c)
は電解質の配列、(d)は隔壁の配置、(e)は集電体
基板を示している。なお、(f)〜(i)は図5に示
す。
【図5】図4の(a)〜(e)と一緒に図3の集合電池
を構成する部材を示す図であって、(f)は負極の配
列、(g)電解質の配列は、(h)は隔壁の形状、
(i)は集電体を示している。
【符号の説明】
1 集電体基板 2 隔壁 3 正極 4 電解質 5 負極 6 集電体基板 11 集電体基板 12 集電体基板 13 集電体基板 21 隔壁 22 隔壁 31 正極 32 正極 41 電解質 42 電解質 51 負極 52 負極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 俊茂 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1対の集電体基板と、該集電体基板と結
    合した隔壁と、前記集電体基板間に前記隔壁を介して配
    置された複数個の電池要素とを有することを特徴とする
    集合電池。
  2. 【請求項2】 一方の面に正極あるいは負極と接する1
    対の外側集電体基板および一方の面に正極、他方の面に
    負極と接する1対の少なくとも1個の内部集電体基板
    と、これら基板と結合した隔壁と、前記外側集電体基板
    間に前記隔壁を介して配置された複数個の電池要素とを
    有することを特徴とする集合電池。
JP4103476A 1992-03-30 1992-03-30 集合電池 Pending JPH05283055A (ja)

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JP4103476A JPH05283055A (ja) 1992-03-30 1992-03-30 集合電池

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