JPH0896777A

JPH0896777A - 密閉型電池

Info

Publication number: JPH0896777A
Application number: JP6228347A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Hirosachi; 信義廣幸; Yukichi Kobayashi; 佑吉小林; Isao Kaneko; 勲金子; Minoru Inoue; 実井上; Tomiichi Koyama; 富一小山
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】漏洩防止効果を効率に、確実に得ることので
きる密閉型電池を提供する。【構成】密閉型電池の集電体に接続した端子等の棒状
物体を、電解液を封入している電池の容器の壁を貫通し
て、外部に取り出す際に、この棒状物体に外側から鍔状
の金属の板を通し、この金属の板を電池の容器の壁に接
続し、この鍔状の金属の板と棒状物体を溶接して構成さ
れた密閉型電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、密閉型電池、特にリチ
ウムイオン二次電池に関するものであり、電気自動車
用、電力のロードレベリング用など、大容量でエネルギ
ー密度が高く、且つメンテナンスフリーの要求が高い分
野で使用されるリチウムイオン二次電池に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、軽量化に対応
して、その電源として、軽量で小型としては容量の大き
い、エレクトロニクス用のリチウムイオン二次電池が実
用化され、ヘッドホンステレオ、ハンディビデオカメ
ラ、移動電話、携帯用パソコン等に使われている。しか
し、その容量は大きくて、５〜２０Ｗｈ程度であり、円
筒型が多い。

【０００３】一方、環境問題等から電気自動車が世の中
の注目を引いており、又、夜間電力を有効活用するため
の電力のロードレベリングの必要性が高まっている。従
って、これらに必要な大容量で、コストが安く、メンテ
ナンスフリーの二次電池に対する要求が高まっている。
しかし、この分野で広く使われている鉛蓄電池は、エネ
ルギー密度が低く、重くて使いにくい。更に、メンテナ
ンスの面でも、補水など手間が掛かる上、充放電サイク
ル寿命も６００サイクル程度と寿命が短く、結果的に電
池に掛かるコストも高くなっている。一部にニッケル・
カドミウム電池も使用されているが、エネルギー密度も
充分に高くなく、鉛蓄電池と較べてコストが高いので、
余り広くは使われていない。

【０００４】これらの他、ニッケル亜鉛電池、ナトリウ
ム・硫黄電池も試験的に電気自動車用に使用されている
が、前者は充放電サイクル寿命が短いこと、後者は危険
性が高いなどの問題点を孕んでいる。リチウムイオン二
次電池はエネルギー密度が高く、且つ密閉型でメンテナ
ンスフリーであるので、これらの用途に対して適してい
るが、従来は大型のものは実用化されていない。これら
の用途に供するには１，０００〜５，０００Ｗｈ程度の
容量のものが必要であり、従来実用化されているものの
１００倍以上の容量のものを作る必要がある。

【０００５】従来実用化されているリチウムイオン二次
電池は円筒型が主流であるが、電気自動車用、ロードレ
ベリング用などに必要な１，０００〜５，０００Ｗｈ級
のものは金属箔等に正極活物質合剤を塗布した正極と金
属箔等に負極活物質合剤を塗布した負極をセパレーター
を挟んで交互に積層する構造の３〜４Ｖの単電池を２個
以上直列に接続して組電池を構成する角型電池となる。
このような角形リチウムイオン二次電池はまだ実用化さ
れていない。又従来は、電気自動車用に適した、大型
で、強靱性、耐振動性、耐衝撃性の優れたリチウムイオ
ン二次電池も実用化されていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン二次電
池を電気自動車用やロードレベリング用などに必要な大
容量の二次電池として使用する場合、先ず、これを大容
量化することが必要である。その場合、リチウムイオン
二次電池は所謂、角型となる。それは、構成する各単電
池は数十枚から１００枚以上の電極を負極・正極交互に
セパレーターを挟んで積層したものとなり、普通この単
電池を直列に接続したものを組電池とすることとなる。

【０００７】特に電気自動車用等に使用する場合は、大
型化すると共に、その強靱性、耐振動性、耐衝撃性が要
求される。そのためには、電極そのものの充放電サイク
ル寿命、強靱性、耐振動性、耐衝撃性が高いことが必要
であるが、電極を多層積層した単電池の構造と単電池を
収納する組電池の容器の構造も、強靱性、耐振動性、耐
衝撃性が高くなるように工夫する必要がある。

【０００８】このように、リチウムイオン二次電池を大
型化し、強靱性、耐振動性、耐衝撃性を高めることが求
められている。又、リチウムイオン二次電池に限らず、
リチウム電池は非水溶媒を使用し、水を嫌うので、電池
の電解液は外部と完全に遮断することが要求されてい
る。一方、電池で発生する電気を外に取り出すために
は、電池の端子を電池の容器の壁を貫通して電池の外に
出す必要があり、この容器の壁を貫通部の漏洩が問題と
なる。

【０００９】リチウム電池のみでなく、その他の密閉型
電池、例えば、密閉型鉛電池、密閉型ニッケル・カドミ
ウム電池、ニッケル水素電池などでも、この様に、電池
の端子を電池の容器の壁を貫通して電池の外に出す必要
があり、この容器の壁を貫通部の漏洩が問題となる。こ
の部分の漏洩防止の方法としては、スタッフィングボッ
クス形式でパッキングを締め込む方法、封蝋剤を用いる
方法等が考えられるが、いずれもスペースを多く取り、
漏洩防止の効果も確実でないと言う問題があった。そこ
で、本発明者は、これらの課題を解決すべく種々検討を
行い本発明に到達した。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
は、密閉型電池の集電体に接続した端子等の棒状物体
を、電解液を封入している電池の容器の壁を貫通して、
外部に取り出す際に、この棒状物体に外側から鍔状の金
属の板を通し、この金属の板を電池の容器の壁に接続
し、この鍔状の金属の板と棒状物体を溶接して構成され
た密閉型電池にある。

【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
発明における密閉型電池としてはリチウムイオン二次電
池等のリチウム電池等のほか、例えば、密閉型鉛電池、
密閉型ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池
等、のその他の密閉型電池にも適用されるが、それらの
うち代表的なリチウムイオン二次電池の場合について説
明する。

【００１２】本発明におけるリチウムイオン二次電池の
構成要素は、少なくとも負極、正極、セパレーター、非
水電解液からなり、負極活物質としてはリチウムをイン
ターカーレーション又はドーピングできる炭素材が一般
的であり、正極活物質とはリチウムを吸蔵又はインター
カーレーションできるＬｉ_xＣｏＯ₂等の金属酸化物系
化合物、Ｌｉ_xＴｉＳ₂等のカルコゲナイト系化合物等
である。

【００１３】負極は負極活物質と粘結剤（バインダー）
〔負極合剤〕を溶媒でスラリー化したものを銅等の金属
の箔等に塗布し、乾燥したもので、場合によってはロー
ル処理等を施したものである。正極は正極活物質と粘結
剤（バインダー）と導電剤〔正極合剤〕を溶媒でスラリ
ー化したものをアルミニウム等の金属の箔等に塗布し、
乾燥したもので、場合によってはロール処理等を施した
ものである。

【００１４】セパレーターとしては、多孔性の合成樹脂
の薄膜、例えば２５μｍ厚さのポリプロピレン樹脂の多
孔性の薄膜、２０μｍ厚さのポリエチレン樹脂の多孔性
の薄膜等が使用されるが、これらに限るものではない。
非水電解液は、リチウム塩を有機溶媒に溶解したものが
使用される。リチウム塩は特に限定されないが、例え
ば、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｅＣｌＯ₄、ＬｉＡｓ
Ｆ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等が挙げられる。有機溶媒は特
に限定されないが、例えば、カーボネート類、エーテル
類、ケトン類、スルホラン系化合物、ラクトン類、ニト
リル類、塩素化炭化水素類、アミン類、エステル類、ア
ミド類、燐酸エステル系化合物、等を使用することがで
きる。

【００１５】これらの代表的なものを列挙すると、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレン
カーボネート、テトラヒドロフラン、２メチルテトラヒ
ドロフラン、１，４ジオキサン、４メチル・２ペンタノ
ン、スルホラン、３メチルスルホラン、γブチロラクト
ン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、アセトニト
リル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニト
リル、バレロニトリル、１，２ジクロロエタン、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、燐酸トリメチ
ル、燐酸トリエチル等及びこれらの混合溶媒がある。

【００１６】負極・正極の粘結剤としては、例えば、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリテトラフッ化エチレン、ＥＰ
ＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体）、
ＳＢＲ（スチレン−ブタジエンゴム）、ＮＢＲ（アクリ
ロニトリル−ブタジエンゴム）、フッ素ゴム、等が使用
されるが、これらに限るものではない。正極の導電剤と
しては、黒鉛の微粒子、アセチレンブラック等のカーボ
ンブラック、ニードルコークス等無定形炭素の微粒子、
等が使用されるが、これらに限るものではない。

【００１７】負極の負極合剤、正極の正極合剤をスラリ
ーにする溶媒としては、通常は粘結剤を溶解する有機溶
媒が使用される。例えば、Ｎメチルピロリドン、ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルアセンアミド、メチルエチル
ケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メ
チル、ジエチルトリアミン、ＮＮジメチルアミノプロピ
ルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン、等
が使用されるが、これらに限るものではない。

【００１８】又、水に分散剤、増粘剤等を加えたもので
負極合剤、正極合剤をスラリー化して、或いは、ＳＢＲ
等のラテックスで電極活物質等をスラリー化して、これ
を金属の箔等に塗布し、電極を製造する場合もある。負
極活物質はリチウムをインターカーレーション又はドー
ピング出来る炭素材であり、この炭素材は特に限定され
ないが、例えば、黒鉛及び、石炭系コークス、石油系コ
ークス、石炭系ピッチの炭化物、石油系ピッチの炭化
物、ニードルコークス、ピッチコークス、フェノール樹
脂・結晶セルローズ等の炭化物、等及びこれらを一部黒
鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラ
ック、ピッチ系炭素繊維、等が挙げられる。

【００１９】正極活物質はリチウムを吸蔵又はインター
カーレーション出来る金属酸化物系化合物、カルコゲナ
イト系化合物等であり、特に限定されないが、例えば、
Ｌｉ _xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＭｎＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、
Ｌｉ_xＶ₂Ｏ₅、Ｌｉ_xＴｉＳ₂等が使用される。負極
の集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス
鋼、ニッケルメッキ鋼、等が使用され、正極の集電体の
材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル
メッキ鋼、等が使用されるが、いずれもこれらに限るも
のではない。

【００２０】このようなリチウムイオン二次電池は、金
属材料に正極活物質合剤を塗布した正極と金属材料に負
極活物質合剤を塗布した負極をセパレーターを挟んで交
互に積層する単電池からなる。この積層は、目的に応じ
選定しうるが、電池を大型化するには、電極を十数枚以
上、場合によっては１００枚以上多層積層する必要があ
る。

【００２１】正極又は負極の活物質合剤を塗布する金属
材料としては、金属箔、金属板、金属多孔板、金網等の
薄い材料が好適である。本発明においては、この金属材
料の電極活物質合剤が塗布されていない部分である耳の
部分を、正極及び負極を分離してそれぞれ導電体に電気
的に接続し集電体を形成する。この導電体に端子等の棒
状物体を接続し、この導電体と端子等の棒状物体を通し
て電気を取り出すよう構成される。

【００２２】ここで、本発明においては、集電体に接続
した端子等の棒状物体を、電解液を封入している電池の
容器の壁を貫通して外部に取り出す際に、この棒状物体
に外側から鍔状の金属の板を通し、この金属の板を電池
の容器の壁に接続し、この鍔状の金属の板と棒状物体を
溶接することにより、端子取り出し部漏洩防止を計るも
のである。

【００２３】本発明において鍔状の金属の板と電池の容
器の壁の接続の方法としては、（ｉ）接着剤により接着する。（ii）ガスケットを挟み、ボルト等で機械的に締め付け
る。（iii)接着剤又は粘結剤を挟み、ボルト等で機械的に締
め付ける。などが好適である。

【００２４】端子等の棒状物体と鍔状の金属の溶接は、
ＴＩＧ溶接、高周波溶接、超音波溶接が好適であるが、
これに限るものではない。電池の端子としては、組電池
の端子に上記の端子取り出し部漏洩防止方法を適用して
もよいし、単電池の端子に適用してもよい。本発明にお
ける端子取り出し部漏洩防止の方法は、リチウムイオン
二次電池の組電池の容器の構造の強靱性、耐振動性、耐
衝撃性を高めることができるが、最近、世の中の要求が
高まっている、密閉型の電池、例えば、密閉型鉛電池、
密閉型ニッケル・カドミウム電池、ニッケル水素電池な
どにも適用できる。

【００２５】リチウムイオン二次電池を大型化する場合
には、単電池内部で発生する熱を除去する必要がある
が、その際、単電池内部の温度を検出する必要があり、
その温度検出端も組電池の壁を貫通して外に出す必要が
ある。本発明は、このような場合にも、有効に適用でき
る。又、本発明において、単電池内部で発生する熱を除
去するために、リチウムイオン二次電池の電解液を外部
に取り出して冷却したり、組電池の外から冷却液を組電
池内部に導入することも考えられるが、このような場合
にも、これらの導管を組電池の壁を貫通して外に出すた
めに有効に適用できる。すなわち、本発明における棒状
物体は、集電体に接続した端子のほか、上記の温度検出
端、導管等が挙げられ、本発明の目的内であれば特に制
限されない。

【００２６】

〔実施例１〕

（組電池の組み立て）リチウムイオン二次電池の単電池
４個を隔壁を備えたポリプロピレン製の容器に収納し、
電解液を注入して、上蓋を閉める。この時、上蓋を貫通
して、各単電池の負極の端子、正極の端子が容器の上部
に突き出した形となる。単電池１個当たり、負極の端子
６本、正極の端子６本、合計４８本の端子が突き出した
形となる。

【００２７】この上蓋を端子の棒が貫通する部分で、組
電池内部の電解液と外部が隔離されるので、本発明の端
子取り出し部漏洩防止方法が有効に適用される。図１
は、本発明による密閉型電池において、端子取り出し部
の平面図を示し、図２は図１のＡＡ′断面を示す断面図
である。図１，２において、単電池本体１の単電池端子
の棒３が組電池の上蓋２を貫通している。この単電池端
子の棒３に、外側からガスケット５及び鍔状金属片４を
装着し、締め付けボルト６で、組電池の上蓋２に締め付
ける。鍔状金属片４は単電池端子の棒３にＴＩＧ溶接で
溶接する。このようにして、端子取出部の漏洩防止を実
施しうる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、漏洩防止効果を効率よ
く、確実に得ることができる密閉型電池を提供しうる。
即ち、図１に示すように、スペースが極めて小さくてよ
い点がリチウムイオン電池を構成する上で有利である。
さらに漏洩防止の効果が確実で、強靱性、耐振動性、耐
衝撃性に優れている。特に電気自動車用等に使用する場
合は、大型化すると共に、その強靱性、耐振動性、耐衝
撃性が要求される。そのためには、電極そのものの充放
電サイクル寿命、強靱性、耐振動性、耐衝撃性が高いこ
とが必要であるが、電極を多層積層した単電池の構造と
単電池を収納する組電池の容器の構造も、強靱性、耐振
動性、耐衝撃性が高くなるように工夫する必要がある。
本発明は、リチウムイオン二次電池を大型化し、強靱
性、耐振動性、耐衝撃性を高めること、特に、組電池の
容器の構造の強靱性、耐振動性、耐衝撃性を高めること
に役立つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における密閉型電池における端子取出し
部の一例を示す平面図である。

【図２】図１のＡＡ′断面を示す断面図である。

【符号の説明】１単電池本体２組電池の上蓋３単電池端子の棒４鍔状金属片５ガスケット６締め付けボルト７単電池端子の棒と鍔状金属片の溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ (72)発明者井上実新潟県上越市福田町１番地三菱化成株式会社直江津工場内 (72)発明者小山富一新潟県上越市福田町１番地三菱化成株式会社直江津工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉型電池の集電体に接続した端子等の
棒状物体を、電解液を封入している電池の容器の壁を貫
通して、外部に取り出す際に、この棒状物体に外側から
鍔状の金属の板を通し、この金属の板を電池の容器の壁
に接続し、この鍔状の金属の板と棒状物体を溶接して構
成された密閉型電池。
【請求項２】密閉型電池が、リチウムイオン二次電池
である請求項１記載の電池。
【請求項３】鍔状の金属の板と電池の容器の壁の接続
が、接着剤による接着による請求項１〜３のいずれかに
記載の電池。
【請求項４】鍔状の金属の板と電池の容器の壁の接続
が、ガスケットを挟み、機械的に締め付ける請求項１〜
３のいずれかに記載の電池。
【請求項５】鍔状の金属の板と電池の容器の壁の接続
が、接着剤又は粘結剤を挟み、機械的に締め付ける請求
項１〜３のいずれかに記載の電池。
【請求項６】端子の棒と鍔状の金属の溶接が、ＴＩＧ
溶接、高周波溶接、超音波溶接である請求項１〜３のい
ずれかに記載の電池。