JPH08250084A - 非水電解液二次電池及びその製造方法 - Google Patents

非水電解液二次電池及びその製造方法

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JPH08250084A
JPH08250084A JP7112023A JP11202395A JPH08250084A JP H08250084 A JPH08250084 A JP H08250084A JP 7112023 A JP7112023 A JP 7112023A JP 11202395 A JP11202395 A JP 11202395A JP H08250084 A JPH08250084 A JP H08250084A
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JP
Japan
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ring
secondary battery
shaped
aqueous electrolyte
electrolyte secondary
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JP7112023A
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English (en)
Inventor
Kazunori Teramoto
一憲 寺本
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 生産性が高く、しかも高い密閉性のある円筒
状の非水電解液二次電池を提供することを目的とする。 【構成】 内管11と外管12との間に内管11を芯と
し帯状の正極及び負極電極2及び3をセパレータ8を介
して渦巻状に巻回してなる渦巻状電極積層体13を有す
る二重管型構造であって、この内管11及び外管12の
夫々の両端部の外管12の内周に嵌め込まれたリング状
電気絶縁ガスケット14と、このリング状電気絶縁ガス
ケット14の内周と、この内管11の外周との間に設け
られる第1及び第2のリング状封口板15とを有し、こ
の内管11を、この内側より拡張してこのリング状封口
板15と内管11とを圧着変形させこの両端部を封口す
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば電気自動車等に使
用して好適な高エネルギー密度、大容量が得られる円筒
状の非水電解液二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
電子技術の進歩により、電子機器の高性能化、小型化、
ポータブル化が進み、これら電子機器に使用される二次
電池にも高エネルギー密度であることが要求されるよう
になっている。従来、これら電子機器に使用される二次
電池としては、ニッケル・カドミウム電池や鉛電池等が
挙げられるが、これら電池は放電電位が低く、エネルギ
ー密度の高い電池を得るという点ではまだ不十分であっ
た。
【0003】そこで、近年リチウムやリチウム合金もし
くは炭素材料のようなリチウムイオンをドープ及び脱ド
ープ可能な物質を負極電極として用い、また正極電極に
リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム複合酸化物を
使用する非水電解液二次電池であるリチウムイオン二次
電池の研究、開発が行われている。
【0004】このリチウムイオン二次電池は電池電圧が
高く、高エネルギー密度を有し、自己放電も少なく且つ
サイクル特性に優れている。特に省エネルギー、環境汚
染等の問題から電力貯蔵用及び電気自動車等で使用する
高電圧(数十〜数百ボルト)、高エネルギー容量、高エ
ネルギー密度の電池の開発が強く望まれている。
【0005】このリチウムイオン二次電池の構造とし
て、帯状の正極電極及び負極電極をセパレータを介して
巻回してなる渦巻状電極積層体を円筒状の金属ケースに
収納した円筒状の非水電解液二次電池が提案されてい
る。この円筒状の非水電解液二次電池は渦巻状電極積層
体とすることで電極面積を大きくでき、負荷特性に優れ
た電池が得られる。
【0006】一方、斯る高電圧、大容量の渦巻状電極積
層体を有する非水電解液二次電池においては、充放電時
に発熱することがあるという問題がある。
【0007】また円筒状の非水電解液二次電池において
は、この円筒状の金属ケースの両端部を封口板により封
口することが必要であり、この封口板を金属ケースの両
端部に取り付けるに、一般にはアルゴン溶接を用いるこ
とが考えられるが、このアルゴン溶接時の熱が、この渦
巻状電極積層体を破壊する懼れがある。
【0008】この場合、このアルゴン溶接に代えてレー
ザー溶接を用いれば、この熱の問題はある程度緩和され
るが、このレーザー溶接したときには、この封口板によ
る電池内部の密閉の信頼性が得にくく、また、この密閉
性を上げようとするとこの溶接に長い時間がかかって、
生産性が著しく悪くなる不都合がある。また超音波溶接
も原理的には可能であるが密閉信頼性が低く採用できな
い。
【0009】また従来の円筒状の非水電解液二次電池の
電池容器は耐蝕性と強度の点から、スチールあるいはス
テンレス鋼にニッケルメッキしたもの(この場合負極電
極と接続される。)が用いられてきた。しかし、これら
の材料は比重が大きく、重たいことから重量エネルギー
密度的には不利となり、アルミニウムやチタンといった
軽金属の容器(この場合正極電極と接続される。)を用
いることで電池の軽量化を果たすことが考えられてき
た。
【0010】しかし、この非水電解液二次電池の構成材
料としてはチタンは高価な金属で一般民生用途で大量に
使用することは難しく、実現的には耐蝕性の点からアル
ミニウムをこの電池容器として用いるのが一般的であ
る。
【0011】ところが、このアルミニウムはスチール等
に比較して強度的に弱く、軽量化の目的が十分果たせる
ような薄さの材料を用いて電池容器とした場合、プラス
チック製のガスケットを金属間に挟んでカシメ、その応
力による電池容器の開口部を封口するような封口部構造
では、強度不足により必要なガスケットの圧縮を得るこ
とができない。
【0012】また、逆にこの封口部で十分なガスケット
の圧縮が得られるような厚さの材料を用いて電池容器と
した場合には、今度は十分な軽量化の目的が達成できな
いという不都合があった。
【0013】本発明の目的は生産性が高く、しかも高い
密閉性のある円筒状の非水電解液二次電池を提供するこ
とである。
【0014】更に本発明の目的はこの封口部を確実に
し、しかも軽量で保存性と耐久性のある非水電解液二次
電池を得ることである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明非水電解液二次電
池は内管と外管との間に内管を芯とし帯状の正極及び負
極電極をセパレータを介して渦巻状に巻回してなる渦巻
状電極積層体を有する二重管型構造であって、この内管
及び外管の夫々の両端部の外管の内周に嵌め込まれたリ
ング状電気絶縁ガスケットと、このリング状電気絶縁ガ
スケットの内周と、この内管の外周との間に設けられる
第1及び第2のリンク状封口板とを有し、この内管を、
この内側より拡張してこのリング状封口板と内管とを圧
着させ、この両端部を封口するようにしたものである。
【0016】
【作用】本発明によれば内管及び外管の夫々の両端部に
おいて、外管の内周にリング状電気絶縁ガスケットを嵌
め込み、このリング状電気絶縁ガスケットの内周と内管
の外周との間にリング状封口板を圧着して封口するの
で、例えばパイプエキスパンダーにより簡単にこの封口
が行え、温度上昇で渦巻状電極積層体等に損傷を与える
ことがなく生産性に優れ、しかも、高い密閉性を持った
ものを得ることができる。
【0017】また本発明によれば、内管の内側の孔が通
気孔となるので放熱性がそれだけ良くなる。
【0018】
【実施例】以下図面を参照して本発明非水電解液二次電
池の一実施例につき説明しよう。図1において、13は
内管11を芯として帯状の負極電極3及び正極電極2が
セパレータ8を介して互いに対向する如く渦巻状に巻回
された渦巻状電極積層体を示す。
【0019】この内管11は例えば直径20mm、長さ
300mm、肉厚2mmのアルミニウム製の円筒体より
成るものである。
【0020】この正極電極2としては、平均粒径0.0
15mmのLiCoO2 粉末を91重量部、導電剤とし
てグラファイト6重量部、結着材としてフッ化ビニリデ
ン樹脂を3重量部を混合し、N−メチルピロリドンを加
えて分散しスラリーとし、これを正極活物質4として図
3に示す如く、厚さ0.03mmの帯状のアルミニウム
箔より成る正極集電体5の両面にリード部を残して塗布
し、乾燥後圧縮成形して帯状の正極電極2とする。
【0021】この成形後の帯状の正極電極2としては正
極活物質4の塗布厚を両面とも0.08mmとし、この
正極活物質4の塗布部の幅を190mm、長さを315
0mmとした。
【0022】また負極電極3としては、出発原料として
石油ピッチを用い、これに酸素を含む官能基を10〜2
0重量%導入した後、不活性ガス(N2 等)気流中10
00℃で焼成して、炭素材料を得、この炭素材料を粉砕
し、平均粒径0.02mmの炭素材料粉末とし、この炭
素材料粉末を90重量部、結着材としてフッ化ビニリデ
ン樹脂を10重量部を混合し、これをN−メチルピロリ
ドンに分散したスラリーを、負極活物質6として、図3
に示す如く、厚さ0.02mmの帯状の銅箔より成る負
極集電体7の両面にリード部を残して塗布し、乾燥後圧
縮成形して、帯状の負極電極3とする。
【0023】この成形後の帯状の負極電極3としては負
極活物質6の塗布厚を両面とも0.08mmとし、この
負極活物質6の塗布部の幅を200mm、長さを320
0mmとした。
【0024】このようにして得た帯状の正極電極2の先
端部の正極集電体5の正極活物質4の未塗布部であるリ
ード部を上述アルミニウム製の内管11に超音波溶接等
により溶着して巻き付けた後、2枚のセパレータ8とし
て厚さ0.038mm、幅210mm、長さ3300m
mの微多孔性ポリプロピレンフィルムでこの正極電極2
を挟み、更に負極電極3をその上に重ねた上で、このア
ルミニウム製の内管11に多数回渦巻状に巻き付け、渦
巻状電極積層体13とする。
【0025】この場合、この渦巻状電極積層体13の最
外周部は長さの関係から負極電極3であり、この部分に
負極集電体7の負極活物質6の未塗布部であるリード部
が来る如くし、このリード部を厚さ0.05mm、幅2
00mm、長さ160mmのニッケル箔を抵抗溶接し
て、この負極集電体7を延長した形にして、この渦巻状
電極積層体13の最外周をこのニッケル箔で包み込む如
くする。
【0026】また、図1において、12は外管を示し、
この外管12は例えば直径50mm、長さ310mm、
肉厚0.5mmのスチール管にニッケルメッキを施した
もので、図2Aに示す如く、この外管12の一端側縁か
ら15mmのところに深さ5mmのビード加工を加え
て、ビード加工部16を形成し、ここに図2Aに示す如
く、ポリプロピレン製のリング状の電気絶縁ガスケット
14と、アルミニウム製のリング状封口板15を取り付
けた後、図1、図2Aに示す如くこの外管12の一端側
縁をカシメて、このリング状の電気絶縁ガスケット14
及びリング状封口板15を固定する。
【0027】この外管12に、図1、図2Bに示す如
く、内管11を芯として正極電極2及び負極電極3をセ
パレータ8を介して渦巻状に巻回した渦巻状電極積層体
13を挿入し、この内管11の一端部をリング状封口板
15の中心孔に挿入し、その縁がリング状封口板15の
外面と丁度合う如くする。この場合、この渦巻状電極積
層体13の外周部のニッケル箔をこの外管12に接触し
て電気的に接続する如くし、この渦巻状電極積層体13
の負極電極3のリード部をこの外管12に接続する。従
ってこの場合、内管11が正極で、外管12が負極とな
る。
【0028】次にパイプエスキパンダー(図示せず)を
用いて内管11の一端部及びリング状封口板15を圧着
し、この外管12の一端部と内管11の一端部とをリン
グ状封口板15を介して封口する如くする。即ち、図2
B及びCに示す如く、この内管11の一端部の内側に割
型17を挿入して、さらにピン18により押し広げ、こ
の内管11の一端部の外径を拡大してリング状封口板1
5の内周に圧着し、この外管12及び内管11の夫々の
一端部側をリング状封口板15を介して封口する。
【0029】この場合、内管11の外周のリング状封口
板15の内周への拡大量は例えば0.05mmであり、
このときのこのパイプエキスパンダーによる封口作業の
一回に要する時間は約5秒である。
【0030】その後、図2Aに示す如く、この外管12
の他端側縁から15mmのところに深さ5mmのビード
加工を加えて、ビード開口部16を形成する。次に外管
12及び内管11の封口された一端部を下方にして、上
方となる外管12及び内管11の他端部の間にプロピレ
ンカーボネートとジエチルカーボネートとの等容量混合
溶媒中にLiPF6 を1モル/リットルの割合で溶解し
た電解液を注入する。
【0031】その後、この外管12の他端部に図2Aに
示す如く、ポリプロピレン製のリング状の電気絶縁ガス
ケット14とアルミニウム製のリング状封口板15とを
取り付けた後、図1、図2Aに示す如く、この外管12
の他端側縁をカシメて、このリング状の電気絶縁ガスケ
ット14及びリング状封口板15を固定する。この場合
内管11の他端がリング状封口板15の中心孔に挿入さ
れ、その縁がリング状封口板15の外面と丁度合う如く
する。
【0032】その後、パイプエキスパンダーを用いて、
内管11の他端部をリング状封口板15に圧着し、この
外管12の他端部と内管11の他端部とをリング状封口
板15を介して封口する如くする。即ち、図2B及びC
に示す如く、この内管11の他端部の内側に割型17を
挿入して、さらにピン18により押し広げ、この内管1
1の他端部を拡大してリング状封口板15の内周に圧着
し、この外管12及び内管11の夫々の他端部側をリン
グ状封口板15を介して封口する。
【0033】以上の工程により、直径50mm、長さ3
00mm、電気容量25Ahの大容量の二重管型円筒状
リチウムイオン二次電池が得られた。
【0034】本例によれば、内管11及び外管12の夫
々の両端部において、外管12の内周にリング状電気絶
縁ガスケット14を嵌め込み、このリング状電気絶縁ガ
スケット14の内周と内管11の外周との間にリング状
封口板15を圧着して封口するので例えばパイプエキス
パンダーにより簡単にこの封口が行え、温度上昇がない
ので渦巻状電極積層体13等に損傷を与えることがなく
生産性に優れ、しかも高い密閉性を持ったものを得るこ
とができる。
【0035】因みに、比較例として、上述実施例で作成
したと同じ帯状の正極電極2、負極電極3、微多孔性ポ
リプロピレンフィルム8及びニッケル箔を上述実施例同
様にアルミニウム製内管11に、渦巻状に巻き付けて渦
巻状電極積層体13を作製し、これを上述実施例と同様
のスチール製の外管12にビード加工を加えたものに挿
入した。
【0036】ここで、この内管11を外管12の一端部
のビート加工部16にポリプロピレン製ガスケット14
を介してカシメにより固定されたアルミニウムのリング
状封口板15の中心孔に挿入し、400WのYAGレー
ザーを用いて内管11とこの封口板15との間をシーム
溶接した。この場合、内管11と封口板15の中心孔と
の間隔は0.01mmであった。この封口に要する時間
は約1分であった。
【0037】次に上述実施例と同様に外管12の他端部
にビード加工を加えた後、この他端部側より上述実施例
と同様の電解液を注入した。ここで、この内管11の他
端部を上述同様のアルミニウムのリング状封口板15の
中心孔に挿入すると共にこの封口板15の外周にガスケ
ット14を嵌め込み、その後外管12の他端縁をカシメ
た後、この内管11の他端部と封口板15の内周との間
を前述と同様に400WのYAGレーザー用いてシーム
溶接し、直径50mm、長さ300mm、電気容量25
Ahの二重管型円筒状リチウムイオン二次電池を得た。
【0038】上述実施例と比較例とのリチウムイオン二
次電池を各々20個ずつをヘリウムリークテストを行っ
た結果を図4に示す。この図4より実施例のパイプエキ
スパンダーを用いて圧着により封口したものは、リーク
異常は全く見られなかったが、比較例のYAGレーザー
によるシーム溶接したものは、約20%程度のリーク不
良が見られる不都合があった。
【0039】図5は本発明の他の実施例を示す。この図
5例は図1例の二重管型円筒状リチウムイオン二重電池
の軽量化を図るようにしたものである。この図5例にお
いて、図1例に対応する部分には同一符号を付し、その
詳細説明は省略する。
【0040】この、図5例においては図1例のようにし
て作製した、負極活物質6の塗布部の幅が200mm、
長さ3200mmの帯状の負極電極3の先端部の負極集
電体7の負極活物質6の未塗布部であるリード部を直径
20mm、長さ300mm、肉厚0.7mmのステンレ
ス製の内管11aに抵抗溶接等により溶着して巻き付け
た後、2枚のセパレータ8としての厚さ0.038m
m、幅210mm、長さ3300mmの微多孔性ポリプ
ロピレンフィルムで、この負極電極3を挟み、更に正極
電極2を重ねた上で、このステンレス製の内管11aに
多数回渦巻状に巻き付け、渦巻状電極積層体13aとす
る。
【0041】この場合、この渦巻状電極積層体13aの
最外周部は正極活物質4の未塗布部の長さ即ちリード部
の長さを調節して正極集電体5となる如くし、この最外
周部の正極集電体5に厚さ0.05mm、幅190m
m、長さ160mmのアルミニウム箔を超音波溶接して
正極集電体5を延長し形にして、この渦巻状電極積層体
13aの最外周をこのアルミニウム箔で包み込む如くす
る。
【0042】本例においては、直径50mm、長さ31
0mm、肉厚0.3mmのアルミニウム製の比較的軽量
の外管12aを用意する。
【0043】ところで非水電解液二次電池の容器材料と
して使用可能な金属であるアルミニウムとスチールの強
度と厚みについて検討すると、スチールの弾性係数はア
ルミニウムの約3倍ある。そして、一般に曲げ変形のた
わみ量は次式(1)で表される。 δ=PL3 /4bh3 E (1) δ:たわみ量 b:板の幅 P:曲げ外力 h:板の厚さ L:支点間距離 E:弾性係数
【0044】(1)式により厚さh1 のアルミニウム材
と厚さh2 のスチール材が同じ外力を受けた時、そのた
わみ量が等しくなる条件はL,bが一定の時、次式
(2)で表される。 h1 31 =h2 3・E2 (2) E1 :アルミニウム材の弾性係数 E2 :スチール材の弾性係数 以上により、スチール材を同じ強度を持つアルミニウム
材に置き換える場合、スチール材の厚みより1.4倍程
度の厚みを持つアルミニウム材を使用する必要があると
言える。
【0045】そこで本例においては外管12aを比較的
薄いアルミニウムで軽量に構成すると共に封口部にスチ
ール製補強輪を填めることとする。
【0046】即ち本例においては、図5、図6に示す如
くこのアルミニウム製の外管12aをマイナス30℃に
冷却した後、その両端の封口部に内径49.97mm、
厚さ0.3mm、長さ30mmの室温状態のニッケルメ
ッキ鋼製補強輪20を填めて放置することにより、冷却
圧入を行った。
【0047】この補強輪20を圧入した外管12aの一
端側縁から15mmのところに深さ5mmのビード加工
を加えたビード加工部16を設け、ここに、図5、図6
にしめす如くリング状のポリプロピレン製ガスケット1
4とリング状のステンレス製の封口板15aを取り付け
た後、外管12aの一端側縁をカシメて、図6に示す如
き外管部品を作製した。
【0048】この外管部品の外管12a内に、上述内管
11aを芯として巻回された渦巻状電極積層体13aを
この内管11aの一端側縁と封口板15aの外側平面が
丁度合うように挿入する。この場合、渦巻状電極積層体
13aの最外周のアルミニウム箔が外管12aの内面に
接触して電気的に接続する如くする。従ってこの場合、
外管12aが正極で、内管11aが負極となる。
【0049】次にパイプエキスパンダー(図示せず)を
用いて内管11aを広げてリング状封口板15aの内周
側に密着させ内管11aの一端部及び外管12aの一端
部をリング状封口板15aを介して封口する。
【0050】その後、この外管12aの他端側縁から1
5mmのところに深さ5mmのビード加工を加えてビー
ト加工部16を形成する。次に外管12a及び内管11
aの封口された一端部を下方にしてプロピレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートとの等容量混合溶媒中にL
iPF6 を1モル/リットルの割合で溶解した電解液を
注入する。
【0051】その後、図5、図6に示す如く、内管11
aの他端部にリング状のポリプロピレン製の電気絶縁ガ
スケット14とステンレス製のリング状封口板15aを
嵌め込んだ後、この外管12aの他端側縁をカシメ、最
後に前述と同様にパイプエキスパンダーを用いて、内管
11aを広げてリング状封口板15aの内周に圧着させ
図5に示す如き、直径50mm、長さ300mm、電気
容量25Ah、重量812g、重量エネルギー密度11
1Wh/Kgの二重管型円筒状リチウムイオン二次電池
を得た。
【0052】本例によれば、軽量即ち重量エネルギー密
度が良く、封口信頼性の高いリチウムイオン二次電池が
得られた。また、この図5例においても図1例同様の作
用効果が得られることは容易に理解できよう。
【0053】因みに、上述図5例を実施例1とし、次に
述べる比較例1,2及び3と比較して説明する。比較例
1としては、上述実施例1及び図1例と同じ帯状の正極
電極2、負極電極3、微多孔性ポリプロピレンフィルム
8及びニッケル箔を図1例と同様に外径20mm、厚さ
1mm、長さ300mmのアルミニウム製の内管11に
巻き付けて渦巻状電極積層体13を作製する。
【0054】この渦巻状電極積層体13の最外周部は負
極活物質6の未塗布部の長さを調節して負極集電体7と
し、この負極集電体7に厚さ0.05mm、幅200m
m、長さ160mmのニッケル箔を抵抗溶接し、この負
極集電体7を延長した形にして、この渦巻状電極積層体
13の最外周をこのニッケル箔で包み込む如くする。
【0055】次に、図1に示すと同様に、外径50m
m、厚さ0.5mm、長さ310mmのスチール製の外
管12の一端部にビード加工を加えてビード加工部16
を設け、ここにリング状のポリプロピレン製のガスケッ
ト14とリング状のアルミニウム製の封口板15とを取
り付けた後、この外管12の一端側縁をカシメる。この
外管12に、上述の内管11を芯として巻回した渦巻状
電極積層体13をこの内管11の端面と封口板15の外
側面とが丁度合うように挿入する。
【0056】この場合、この渦巻状電極積層体13の最
外周のニッケル箔が外管12の内周面に接触して電気的
に接続したものとする。次にパイプエキスパンダー(図
示せず)を用いて内管11を広げて封口板15の内周面
と密着させ、外管12及び内管11の夫々の一端側をこ
の封口板15を介して封口する。
【0057】その後、この外管12の他端部側に上述と
同様のビード加工部16を設け、次にプロピレンカーボ
ネートとジエチルカーボネートとの等容量混合溶媒中に
LiPF6 を1モル/リットルの割合で溶解した電解液
を加える。
【0058】次に、この内管11の他端部にリング状の
アルミニウム製の封口板15及びリング状のポリプロピ
レン製のガスケット14を嵌め込んだ後、この外管12
の他端側縁をカシメ、その後上述と同様にパイプエキス
パンダーを用いて内管11の他端部を広げて、このリン
グ状封口板15の内周面に圧着させ、この外管12及び
内管11の夫々の他端部を封口板15を介して封口す
る。
【0059】以上により、比較例1としての直径50m
m、長さ300mm、電気容量25Ah、重量890
g、重量エネルギー密度101Wh/Kgの二重管型円
筒状リチウムイオン二次電池を得る。
【0060】比較例2として、実施例1で作製したもの
と同じ、帯状の正極電極2、負極電極3、微多孔性ポリ
プロピレンフィルム及びアルミニウム箔を用い、上述実
施例1と同様に外径20mm、厚さ0.7mm、長さ3
00mmのステンレス製の内管11aを芯として渦巻状
に巻回した渦巻状電極積層体13aを作製した。
【0061】この渦巻状電極積層体13aの最外周部は
正極活物質4の未塗布部の長さを調節して正極集電体5
とし、この正極集電体5に厚さ0.05mm、幅190
mm、長さ160mmのアルミニウム箔を超音波溶接し
て正極集電体5を延長した形にして、この渦巻状電極積
層体13aの最外周をこのアルミニウム箔で包み込む如
くする。
【0062】次に、図5の実施例1に示すと同様に、外
径50mm、厚さ0.75mm、長さ310mmのアル
ミニウム製の外管12aの一端部にビード加工を加えて
ビード加工部16を設け、ここにリング状のポリプロピ
レン製のガスケット14とリング状のステンレス製の封
口板15とを取り付けた後、この外管12aの一端側縁
をカシメる。この外管12aに上述の内管11aを芯と
して巻回した渦巻状電極積層体13aをこの内管11a
の端面と封口板15aの外側面とが丁度合うように挿入
する。
【0063】この場合、この渦巻状電極積層体13aの
最外周のアルミニウム箔が外管12aの内周面に接触す
る如くして電気的に接続したものとする。次に、パイプ
エキスパンダー(図示せず)を用いて内管11aを広げ
て封口板15aの内周面と密着させ、この外管12a及
び内管11aの夫々の一端部側をこの封口板15aを介
して封口する。
【0064】その後、この外管12aの他端部側に、上
述と同様のビート加工部16を設け、次にプロピレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートとの等容量混合溶媒
中にLiPF6 を1モル/リットルの割合で溶解した電
解液を加える。
【0065】次にこの内管11aの他端部にリング状の
ステンレス製の封口板15a及びリング状のポリプロピ
レン製のガスケット14を嵌め込んだ後、この外管12
aの他端側縁をカシメ、その後上述と同様にパイプエキ
スパンダーを用いて内管11aの他端部を広げて、この
リング状封口板15aの内周面に圧着させ、この外管1
2a及び内管11aの夫々の他端部を封口板15aを介
して封口する。
【0066】以上により、比較例2としての直径50m
m、長さ300mm、電気容量25Ah、重量848
g、重量エネルギー密度106Wh/Kgの二重管型円
筒状リチウムイオン二次電池を得る。
【0067】また比較例3として、実施例1で作製した
ものと同じ、帯状の正極電極2、負極電極3、微多孔性
ポリプロピレンフィルム及びアルミニウム箔を用い、上
述実施例1と同様に外径20mm、厚さ0.7mm、長
さ300mmのステンレス製の内管11aを芯として渦
巻状に巻回した渦巻状電極積層体13aを作製した。
【0068】この渦巻状電極積層体13aの最外周部は
正極活物質4の未塗布部の長さを調節して正極集電体5
とし、この正極集電体5に厚さ0.05mm、幅190
mm、長さ160mmのアルミニウム箔を超音波溶接し
て正極集電体5を延長した形にして、この渦巻状電極積
層体13aの最外周をこのアルミニウム箔で包み込む如
くする。
【0069】次に、図5の実施例1に示すと同様に、外
径50mm、厚さ0.3mm、長さ310mmのアルミ
ニウム製の外管12aの一端部にビード加工を加えてビ
ード加工部16を設け、ここにリング状のポリプロピレ
ン製のガスケット14とリング状のステンレス製の封口
板15aとを取り付けた後、この外管12aの一端側縁
をカシメる。この外管12aに上述の内管11aを芯と
して巻回した渦巻状電極積層体13aをこの内管11a
の端面と封口板15aの外側面とが丁度合うように挿入
する。
【0070】この場合、この渦巻状電極積層体13aの
最外周のアルミニウム箔が外管12aの内周面に接触す
る如くして電気的に接続したものとする。次に、パイプ
エキスパンダー(図示せず)を用いて内管11aを広げ
て封口板15aの内周面と密着させ、この外管12a及
び内管11aの夫々の一端部側をこの封口板15aを介
して封口する。
【0071】その後、この外管12aの他端部側に、上
述と同様のビート加工部16を設け、次にプロピレンカ
ーボネートとジエチルカーボネートとの等容量混合溶媒
中にLiPF6 を1モル/リットルの割合で溶解した電
解液を加える。
【0072】次にこの内管11aの他端部にリング状の
ステンレス製の封口板15a及びリング状のポリプロピ
レン製のガスケット14を嵌め込んだ後、この外管12
aの他端側縁をカシメ、その後上述と同様にパイプエキ
スパンダーを用いて内管11aの他端部を広げて、この
リング状封口板15aの内周面に圧着させ、この外管1
2a及び内管11aの夫々の他端部を封口板15aを介
して封口する。
【0073】以上により、比較例3としての直径50m
m、長さ300mm、電気容量25Ah、重量790
g、重量エネルギー密度114Wh/Kgの二重管型円
筒状リチウムイオン二次電池を得る。
【0074】上述実施例1と比較例1,2及び3との夫
々のリチウムイオン二次電池を各5個を60℃恒温槽に
10日間保存し、保存前後の重量差から電解液の平均蒸
発量を測定して封口信頼性の尺度とした。この結果を実
施例1と各比較例1〜3の仕様差異と共に表1に示す。
【0075】
【表1】
【0076】外管12がステンレス製の比較例1に対
し、このステンレス製の外管12と同じ強度のアルミニ
ウム厚のアルミニウム製の外管12aを用いた比較例2
は比較例1に対し、重量エネルギー密度が5%程向上し
たにすぎないが、封口性は保たれている。
【0077】実施例1の補強輪20を用いない比較例3
は比較例1に対し重量エネルギー密度は14%の増加を
達成しているが、封口強度が不足であり、実施例1では
補強輪20を設けたので、十分な封口性が保てると共に
比較例1に対し、重量エネルギー密度が10%向上し
た。
【0078】また図1及び図5に示す如き、リチウムイ
オン二次電池においては、一端部及び他端部に設けたリ
ング状封口板15,15aの一方又は双方に内圧が所定
圧以上となったときに開裂する開裂弁を設けることを可
とする。
【0079】この開裂弁を有するリング状封口板の例を
図7、図8に示す。この開裂弁を有するリング状封口板
21は、図7A及びCに示す如く、互いに重ねられたと
きに互いに連通する4つの通気孔22a,22b,22
c及び22dを有する一方及び他方のアルミニウム製の
リング状封口板21a及び21bと、この一方及び他方
のリング状封口板21a及び21bの間に挟まれたリン
グ状のフィルム部材23から成り、このリング状のフィ
ルム部材23はこの4つの通気孔22a,22b,22
c,22dを塞ぐようにこの一方及び他方のリング状封
口板21a及び21bの間に固着されたものである。
【0080】このフィルム部材23としては、図7Bに
示す如く厚さ0.025mmのアルミニウム箔23aの
両面に厚さ0.05mmの変性ポリプロピレンをラミネ
ートとしたものを外径45mm、内径21mmのリング
状に切り抜いたものであり、本例においてはこのフィル
ム部材23を2枚のアルミニウム製のリング状封口板2
1a及び21bの通気孔22a,22b,22c,22
dが丁度重なる如くして挟み、220℃まで加熱して、
このリング状封口板21a及び21b間に融着し、この
フィルム部材23を開裂弁とする如くする。
【0081】またこの通気孔22a,22b,22c及
び22dは図8に示す如く、二つの円が一部重なった形
状とし、内圧の上昇によりフィルム部材23より成る開
裂弁が膨らむ変形を起こした時に、この二つの円の重な
りによって形成された突部に当たって破れ、この内圧を
開放するようにしたものである。
【0082】この場合、フィルム部材23より成る開裂
弁の開裂する圧力は突部の出っ張り程度に依存するが、
上述例では5〜10Kgf/cm2 程度であり、異常高
圧にならないうちにこの内圧を開放する機能を十分に果
たすことができる。
【0083】尚、上述実施例においては本発明をリチウ
ムイオン二次電池に適用した例につき述べたが、本発明
をその他の非水電解液二次電池に適用できることは勿論
である。また上述実施例では内管11,11aをパイプ
エキスパンダーを用いて広げてリング状封口板15,1
5aの内周面に圧着したが、必要に応じ、更にこの部分
をレーザーシーム溶接を行うようにしても良いことは勿
論である。また本発明は上述実施例に限ることなく本発
明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り
得ることは勿論である。
【0084】
【発明の効果】本発明によれば内管及び外管の夫々の両
端部において、外管の内周にリング状電気絶縁ガスケッ
トを嵌め込み、このリング状電気絶縁ガスケットの内周
と内管の外周との間にリング状封口板を圧着して封口す
るので、例えばパイプエキスパンダーにより簡単にこの
封口が行え、温度上昇で渦巻状電極積層体等に損傷を与
えることがなく、生産性に優れ、しかも高密閉性を持っ
たものをえることができる利益がある。
【0085】また本発明によれば内管の内側の孔が通気
孔となるので、放熱性がそれだけ良くなる利益がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明非水電解液二次電池の一実施例を示す断
面図である。
【図2】本発明非水電解液二次電池の製造方法の例の要
部の説明に供する線図である。
【図3】リチウムイオン二次電池の例の説明に供する線
図である。
【図4】本発明の説明に供する線図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図6】図5例の要部の例を示す断面図である。
【図7】開裂弁を有するリング状封口板の例の説明に供
する線図である。
【図8】図7例のリング状封口板の上面図である。
【符号の説明】
11,11a 内管 12,12a 外管 13,13a 渦巻状電極積層体 14 リング状ガスケット 15,15a リング状封口板 16 ビード加工部 20 補強輪 21 開裂弁を有するリング状封口板 22a,22b,22c,22d 通気孔 23 フィルム部材

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外管と、該外管と実質的に同心に配され
    た内管と、 前記外管の一方の端部の内周に嵌め込まれた第1のリン
    グ状電気絶縁ガスケットと、 前記第1のリング状電気絶縁ガスケットと前記内管の一
    方の端部の外周との間を封じる第1のリング状封口板
    と、 前記内管を芯とし、前記内管の一方及び他方の端部間に
    非水電解液が含浸された帯状の正極電極及び負極電極が
    セパレータを介して渦巻状に巻回された渦巻状電極積層
    体と、前記外管の他方の端部の内周に嵌め込まれた第2
    のリング状電気絶縁ガスケットと、 前記第2のリング状電気絶縁ガスケットと前記内管の他
    方の端部の外周との間を封じる第2のリング状封口板と
    を有することを特徴とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の非水電解液二次電池にお
    いて、前記内管と前記第1及び第2のリング状封口板と
    は圧着性を有する金属より成ることを特徴とする非水電
    解液二次電池。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の非水電解液二次電池にお
    いて、 前記渦巻状電極積層体の正極電極及び負極電極の一方を
    前記内管に接続し、他方を前記外管に接続したことを特
    徴とする非水電解液二次電池。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の非水電解液二次電池にお
    いて、 前記正極電極を前記内管に接続すると共に前記内管をア
    ルミニウムで形成したことを特徴とする非水電解液二次
    電池。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の非水電解液二次電池にお
    いて、 前記第1及び第2のリング状封口板の少なくとも一方の
    リング状封口板は、内圧が所定圧以上に上昇したときに
    開裂して内圧を開放する開裂弁を有することを特徴とす
    る非水電解液二次電池。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の非水電解液二次電池にお
    いて、 前記開裂弁を有するリング状封口板は、互いに重ねられ
    たときに互いに連通する通気孔を単数又は複数有する第
    1及び第2のリング状板部材と、該第1及び第2のリン
    グ状部材間に挟まれたフィルム部材から成り、該フィル
    ム部材は前記通気孔を塞ぐように前記第1及び第2のリ
    ング状部材の間に固着されたことを特徴とする非水電解
    液二次電池。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の非水電解液二次電池にお
    いて、 前記フィルム部材はアルミニウム箔の両面に高分子層を
    被覆したフィルムであることを特徴とする非水電解液二
    次電池。
  8. 【請求項8】 内管の一方の端部及び他方の端部の間
    に、前記内管を巻芯として帯状の正極電極と負極電極と
    がセパレータを介して対向するように渦巻状に巻回して
    渦巻状電極積層体を形成する工程と、 前記内管に渦巻状に巻回された渦巻状電極積層体を外管
    内に挿入する工程と、 前記外管の一方の端部の内周に第1のリング状電気絶縁
    ガスケットを嵌め込むと共に前記第1のリング状電気絶
    縁ガスケットと前記内管の一方の端部の外周との間に第
    1のリング状封口板を嵌め込み、その後前記内管の一方
    の端部を内側よりパイプ拡張手段を用いて拡張して前記
    内管の一方の端部及び前記第1のリング状封口板を圧着
    し、前記外管の一方の端部と前記内管の一方の端部との
    間を封口する工程と、 前記外管及び内管の封口された一方の端部を下方にし
    て、上方となる前記内管の他方の端部と前記外管の他方
    の端部との間に非水電解液を注入する工程と、 前記非水電解液を注入後、前記外管の他方の端部の内周
    に第2のリング状電気絶縁ガスケットを嵌め込むと共に
    前記第2のリング状電気絶縁ガスケットと前記内管の他
    方の端部の外周との間に第2のリング状封口板を嵌め込
    み、その後前記内管の他方の端部を内側よりパイプ拡張
    手段を用いて拡張して、前記内管の他方の端部及び前記
    第2のリング状封口板を圧着し、前記外管の他方の端部
    と前記内管の他方の端部との間を封口する工程とを有す
    ることを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の非水電解液二次電池の製
    造方法において、 前記非水電解液を注入に先行して、前記第1のリング状
    封口板を前記第1のリング状電気絶縁ガスケットを介し
    て前記外管をカシメて封口すると共に前記非水電解液を
    注入後に、前記第2のリング状封口板を前記第2のリン
    グ状電気絶縁ガスケットを介して前記外管をカシメて封
    口することを特徴とする非水電解液二次電池の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 非水電解液二次電池において、軽量金
    属製の電池容器の開口部のカシメ封口部に金属製補強用
    部材を填めたことを特徴とする非水電解液二次電池。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の非水電解液二次電池
    において、前記電池容器は円筒型からなり、前記金属製
    補強用部材は前記電池容器の両端の開口部をカシメ封口
    する補強輪からなることを特徴とする非水電解液二次電
    池。
  12. 【請求項12】 請求項10記載の非水電解液二次電池
    において、前記電池容器はアルミニウム製であり、前記
    金属補強用部材はスチール製あるいはステンレス鋼製で
    あることを特徴とする非水電解液二次電池。
  13. 【請求項13】 電池容器に金属製補強用部材を填める
    のに、前記金属製補強用部材の封口加工前に前記電池容
    器を冷却し、これを室温にある前記金属製補強用部材に
    挿入後、放置して圧入することを特徴とする非水電解液
    二次電池の製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項1記載の非水電解液二次電池に
    おいて、 前記外管が軽金属製であり、前記外管の一方及び他方の
    端部に金属製補強材が填められていることを特徴とする
    非水電解液二次電池。
  15. 【請求項15】 請求項14記載の非水電解液二次電池
    において、 前記外管はアルミニウム製であり、前記金属製補強部材
    はスチール製あるいはステンレス鋼製であることを特徴
    とする非水電解液二次電池。
  16. 【請求項16】 請求項9記載の非水電解液二次電池の
    製造方法において、前記外管をカシメる工程は前記外管
    の端部に前記金属補強部材を填めた後に行うようにした
    ことを特徴とする非水電解液二次電池の製造方法。
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