JPH09306443A

JPH09306443A - 非水電解液電池

Info

Publication number: JPH09306443A
Application number: JP8163562A
Authority: JP
Inventors: Toru Nagaura; 亨永浦
Original assignee: HAIBARU KK
Current assignee: HAIBARU KK
Priority date: 1996-05-20
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、非水電解液電池のエネルギー密
度（ｗｈ／ｋｇ）を高めるために、電池容器の重量を低
減しようとするものである。【構成】電池容器として肉薄の缶壁を有する缶やアル
ミニウム等の軽い材質の缶を使用して、閉塞部外周を金
属製の補強体で補強して閉塞する。肉薄の缶や軽い材質
の缶を使用するので、電池重量が軽くなり、電池缶の閉
塞部外周は補強体で補強しているので、ガスケットへの
締め付け強度は従来の場合と同等以上が得られ、十分な
密閉強度が確保される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、非水電解液電池の構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車の排ガスが地球環境破壊の大きな
原因の一つに考えられ、１９９８年から米国カリフォル
ニア州で新しい排ガス規制法案が始まる予定である。こ
の規制では自動車メーカーごとに総販売台数の２％を排
ガスを全く出さない電気自動車等にすることを義務づけ
ている。電気自動車を構成する主要な技術の一つは二次
電池であり、二次電池の性能、特に電池のエネルギー密
度（ｗｈ／ｋｇ）が自動車の基本性能、すなわち加速性
能や一回の充電での走行距離を決めてしまうので、エネ
ルギー密度の高い二次電池の早急な開発が望まれてい
る。エネルギー密度の高い二次電池の開発としては、リ
チウム金属を負極とする非水電解液二次電池が長い間研
究されてきた。しかし、リチウム金属を負極とする二次
電池は充放電の繰り返しにより、だんだん金属リチウム
がパウダー化して負極としての機能を無くしていくた
め、十分なサイクル寿命が得られなかった。しかし、リ
チウム金属に代えて炭素材料やリチウムチタン酸化物を
負極活物質とすれば、サイクル寿命の大幅な改善がなさ
れることが解り、負極活物質中へのリチウムイオンのイ
ンターカレーションを利用する非水電解液二次電池が開
発され、非水電解液二次電池もようやく実用の段階に入
った。この電池は本発明者らが世界で初めて実用化に成
功し、「リチウムイオン二次電池」と名付けて１９９０
年に世の中に紹介したもので（雑誌Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
ｌｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ＆ＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ，
Ｖｏｌ．９，１９９０，ｐ２０９参照）、現在では「次
世代の二次電池」と呼ばれるほどに認知され、携帯電話
機、ビデオカメラ、ノート型パソコン等の電源として急
速に使われ初めている。本発明者らが最初に完成したリ
チウムイオン二次電池は、コークスを活物質とする負極
とリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）を活物質と
する正極を多孔性フイルムのセパレーターを間に挟んで
巻回して構成した電池素子を非水電解液を含浸させてニ
ッケル鍍金を施した鉄製の電池缶に収納し、電池缶開口
部の外周をかしめて密閉した非水電解液二次電池であ
る。最近では、グラファイトを負極活物質とし、リチウ
ムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）やリチウムマンガン
酸化物（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を正極活物質とするリチウム
イオン二次電池も試作されたり、一部商品化されたりし
ている。これらのリチウムイオン二次電池は、エネルギ
ー密度（ｗｈ／ｋｇ）が従来の二次電池に比べて２倍近
いものであり、同じエネルギーを蓄電する場合、電池の
重量は従来の電池の半分で済むことなる。しかし、莫大
な量の電池を搭載しなければならない電気自動車用の二
次電池に至っては、更に軽い二次電池が望まれている。
電池を軽くする一つの要素として、電池容器の重量を軽
くする方法が考えられる。アルカリ水溶液を電解液とす
るニッケルカドミウム二次電池やニッケル水素二次電池
では、正常な状態でも充電中に電解液の分解を伴うの
で、電池内圧力が大きく上昇する。このため、電池容器
としても充分内圧の上昇に耐える丈夫な容器でな〈ては
ならない。ところが非水電解液二次電池は、正常な状態
では電池内圧力が大きく上昇することが無いので、電池
容器の板厚を薄くして電池重量を軽くすることが可能と
思われる。しかし電池缶開口部の外周をかしめて密閉す
るので、板厚が薄くなるとかしめ力が弱まり、密閉度が
悪くなるため保存性能が悪くなって長期間の使用に耐え
られなくなる問題が生じる。また非水電解液二次電池の
場合は、缶材質にアルミニウム等の軽い材質を採用する
ことが考えられる。アルミニウム缶は軽い材質の缶とし
て代表的な候補であるが、従来の電池缶である鉄缶やス
テンレス製の缶に比べて、かしめ強度が弱くなるため、
十分な密閉度が得られず、電池性能の長期間維持に支障
をきたすのでアルミニウム缶は電池容器として採用出来
なかった。また電池を充電又は放電の回路へのリード線
を接続する場合は、電池に過剰の熱が加わることを避け
るため、電池に直接リード線を半田付けすることはせ
ず、電池の蓋体及び電池缶にタブを溶接して、これにリ
ード線を半田付けする。ところがアルミニウム缶へのタ
ブの溶接は溶接強度が弱〈、タブ溶接の信頼性が低く、
この点でもアルミニウム缶は電池容器として採用し難
い。以上のように電池容器を軽くしてエネルギー密度を
上げようとすると、何れの場合も電池の密閉度が低下
し、保存性能が悪くなるという問題やその他の不具合点
が生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は非水電解液電
池のエネルギー密度（ｗｈ／ｋｇ）を高めるために、肉
薄の缶やアルミニウム缶を採用するにあたり、電池性能
の長期間維持を確保するに充分な密閉度を可能とする缶
開口部の閉塞技術を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明による上記課題の
解決の手段は、電池缶の閉塞部外周を金属製の補強体で
補強する。

【０００５】

【作用】図２は鉄製の電池缶（４）を使用して、缶開口
部（５）を内側にかしめて閉塞した、従来電池の断面図
である。この場合閉塞蓋体（９）と電池缶開口部（５）
の間にプラスチック製のガスケット（３）を挟んで缶外
周部がかしめられ、ガスケット（３）が締め付けられて
密閉される。従って、当然密閉度はガスケットの締め付
けられる強度に大きく左右されるため、鉄缶の缶壁の板
厚が大きく影響する。鉄缶を使用した従来電池では缶壁
の板厚は経験的に０．２５ｍｍ以上を使用することで実
用的に支障の無い密閉度を得ている。しかし鉄缶といえ
ども、缶壁が０．２５ｍｍ以下の板厚では満足な密閉度
を得ることが難しい。また鉄缶の代わりにアルミニウム
の缶を使用すると、アルミニウムは鉄に比べ柔らかいの
で、ガスケットの締め付け強度が小さく、満足な密閉度
は得られない。

【０００６】図１は本発明による電池の閉塞部を断面図
にて示したものであるり、肉薄の缶壁を有する缶やアル
ミニウムの缶を使用して、閉塞部外周を金属（鉄、ステ
ンレス等）製の補強体（２）で補強して、補強体と共に
缶外周部をかしめて閉塞したものである。図１に示すよ
うに、本発明では肉薄の缶壁を有する缶やアルミニウム
等の軽い材質の缶を使用するので、電池重量が軽くな
り、電池缶の閉塞部外周を補強体（２）で補強している
ので、ガスケットの締め付け強度は従来の場合と同等以
上が得られる。従って本発明によれば密閉度においては
従来のレベルは確保され、リチウムイオン二次電池のエ
ネルギー密度（ｗｈ／ｋｇ）がさらに高まる。

【０００７】

【実施例】以下実施例により本発朋をさらに詳しく説明
する。図１、図３及び図４を参照しながら本発明の具体
的な電池について説明する。まず負極活物質として２８
００℃で熱処理を施したメソカーボンマイクロビーズ
（ｄ００２＝３．３６Å）の８８重量部に２重量部のア
セチレンブラックを混ぜ、さらに結着材としてポリフッ
化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の１０重量部を溶かした溶剤
（Ｎ−メチル−２−ピロリン）と湿式混合してスラリー
（ペースト状）とする。このスラリーを負極集電体の銅
箔の両面に均一に塗布し、乾燥し、ローラープレス機で
加圧して帯状の負極を用意する。

【０００８】炭酸リチウムと二酸化マンガンをリチウム
とマンガンの原子比がＬｉ／Ｍｎ＝０．５３となるよう
に秤量して混合し、大気中８５０℃で１２時間加熱して
リチウムマンガン複合酸化物を用意する。

【０００９】正極の作成用意したリチウムマンガン複合酸化物の８９重量部にア
セチレンブラック３重量部、グラファイト４重量部、ポ
リフッ化ビニリデン４重量部を加えてよく混合し、更に
Ｎ−メチルピロリドンを加えて混練しペーストとする。
次にこのペーストを正極集電体とするアルミニウム箔の
両面に均一に塗布し、乾燥し、ローラープレス機で加圧
し、帯状の正極を用意する。

【００１０】本発明によるリチウムイオン二次電池の作
成用意した負極と正極は間に多孔質のポリプロピレン製セ
パレーターを挟んで、ロール状に巻上げて巻回体とし
て、平均外径１５．７ｍｍの電極素子（１）を作成し
た。次に図３に示すように、缶壁の板厚が０．２ｍｍの
アルミニウム製の電池缶（４）に作成した電池素子
（１）を納め、電池素子より取り出した正極リード
（７）は電池缶の底に溶接し、板厚が０．３ｍｍのリン
グ状の鉄製の補強体（２）を電池缶開口部の外側にはめ
る。次に図４（ａ）に示す様に電池缶を矢印のように回
転させながら金属性の円盤（１３）を押し付けて、図４
（ｂ）のように電池缶（４）と補強体を同時に内側にし
ぼり込んで溝（１０）をつける。その後電池缶内側へガ
スケットを挿入し、負極リードにはニッケル製の防爆弁
（８）を溶接する。次に電解液を注入し、防爆弁（８）
を図４（ｃ）に示すように電池内部に設置し、防爆弁の
上には負極外部端子となる閉塞蓋体（９）を重ね、電池
缶の縁をかしめて、図４（ｄ）又は図１に示す電池構造
で電池（Ａ）を作成した。

【００１１】電池（Ａ）の重量は１９．８８ｇであり、
本発明による電池は従来技術による電池に比べかなり軽
い電池となる。最後に電池（Ａ）にはリード線を半田付
けするための負極タブ（１１）及び正極タブ（１２）を
それぞれ閉塞蓋体（９）及び鉄製の補強体（２）の上に
スポット溶接にて取り付けた。アルミニウム缶へのタブ
のスポット溶接は溶接強度が弱く、タブ溶接の信頼性が
低く、この点もアルミニウム製電池缶の難点であった
が、本発明による電池は正極タブを鉄製の補強体（２）
の上にスポット溶接することが出来るのでこの問題も解
消された。

【００１２】

【従来例】従来技術による電池は以下の如く作成され
る。図２に示すように、缶壁の板厚が０．３ｍｍの鉄製
の電池缶（４）に、実施例と全く同じにして作成した電
池素子（１）を納め、電池素子より取り出した負極リー
ド（６）は電池缶の底に溶接し、電池缶を回転させなが
ら金属性の円盤を電池缶に押し付けて、図２の様に電池
缶（４）をしぼり込んで溝（１０）をつける。その後電
池缶内側へガスケットを挿入し、正極リードはアルミニ
ウム製の防爆弁（８）に溶接し、電池缶のなかへ電解液
を注入し、防爆弁（８）を電池内部に設置し、防爆弁の
上には正極外部端子となる閉塞蓋体（９）を重ね、電池
缶の縁をかしめて、図２に示す電池構造で電池（Ｂ）を
作成した。

【００１３】電池（Ｂ）の重量は２４．３ｇであり、従
来技術による電池は本発明による前述の電池（Ａ）に比
べると２２％も重い。最後に電池（Ａ）にもリード線を
半田付けするための負極タブ（１１）及び正極タブ（１
２）をそれぞれ電池缶の底及び閉塞蓋体（９）の上にス
ポット溶接にて取り付けた。従来技術による電池は鉄缶
又はステンレス製の缶を使用するので電池缶へのタブの
スポット溶接は問題なく行える。

【００１４】

【比較例】ここで作成する電池は補強体を使用しない点
で前述の実施例とは異なり、鉄製ではなくアルミニウム
製の電池缶である点で前述の従来例とも異なる。缶壁の
板厚が０．３ｍｍのアルミニウム製の電池缶を使用し、
実施例と同じにして作成した電池素子（１）を電池缶に
納める。従来例と同じ要領で電池缶を回転させながら金
属性の円盤を押し付けて、電池缶を内側にしぼり込んで
溝をつける。その後は全く実施例と同じようにして電池
（Ｃ）を作成した。電池（Ｃ）の重量は２０．０２ｇで
あり、電池（Ａ）と同様、電池缶にアルミニウムを使用
することでかなり軽い電池となる。つまり電池（Ｂ）に
比べ、缶の材質ををアルミニウムに替えるだけで、１
７．４％も軽くなった。

【００１５】試作電池のエネルギー密度試作した電池（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は何れも充電電圧
を４．２Ｖに設定し、充電電流５００ｍＡで４時間充電
し、放電は放電電流５００ｍＡで終止電圧３．０Ｖまで
行った。電池（Ａ）、電池（Ｂ）、電池（Ｃ）は何れも
３．７Ｖの平均放電電圧であり、放電容量は７００ｍＡ
ｈが得られた。［放電容量］×［平均放電電圧］÷電池
重量で求められる各電池のエネルギー密度は、従来技術
による電池（Ｂ）が１０６．６ｗｈ／ｋｇとなるのに対
し、アルミニウムの電池缶を使用した電池（Ａ），電池
（Ｂ）はそれぞれ１３０．３ｗｈ／ｋｇ及び１２９．４
ｗｈ／ｋｇとなり、大幅にエネルギー密度が増加する。

【００１６】試作電池の保存試験電池（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は再度充電電圧を４．２Ｖ
に設定し、充電電流５００ｍＡで４時間充電し、電池重
量と内部抵抗を測定しておき、４５℃のオーブン中に３
０日間保存した後、再び電池重量と内部抵抗を測定し
て、保存中の重量減と内部抵抗の変化を調べた。その結
果、保存中の重量減が電池（Ａ）及び電池（Ｂ）では１
ｍｇで、内部抵抗も初期値（約５０ミリオーム）がほと
んど維持されていた。これに対し、電池（Ｃ）では１８
０ｍｇの重量減が生じ、内部抵抗も約９０ミリオームま
で上昇した。つまり、電池（Ｃ）では鉄缶の代わりにア
ルミニウムの缶を使用しているので、エネルギー密度
（ｗｈ／ｋｇ）は増加するが、アルミニウムは鉄に比べ
て柔らかいので、ガスケットの締め付け強度が小さく満
足な密閉度が得られないため、長期保存において内部の
電解液が徐々に抜け出し、内部抵抗が上昇してしまうも
のと考えられる。

【００１７】しかし、本発明による電池は閉塞部外周を
金属（鉄、ステンレス等）製の補強体（２）で補強し
て、缶外周部をかしめて閉塞するものであり、肉薄の缶
壁を有する缶あるいはアルミニウム等の軽い材質の缶を
使用しても、ガスケットの締め付け強度は従来の場合と
同等以上が得られる。したがって本発明による電池はエ
ネルギー密度（ｗｈ／ｋｇ）は増加し、且つ長期保存性
能においても従来技術と同等以上が得られる。

【００１８】なお本発明は本実施例で示した閉塞方法や
補強体の形状、材質に限定されるものではなく、例えば
図５に示すようにな形状の補強体（２ｂ）を使用して、
図５（ａ），（ｂ）で示す閉塞行程を経て、図５（ｃ）
で示す閉塞部断面を有する電池を作成して本発明を実施
することが出来る。

【００１８】又本実施例では、リチウムマンガン酸化物
を正極活物質とし、カーボン材料を負極活物質とするリ
チウムイオン二次電池を作成して本発明の具体例を示し
たが、二次電池一次電池を問わず、一般に他の非水電解
液電池にも本発明が採用できることはもちろんである。

【００１９】

【発明の効果】本発明による電池は、電池缶開口部が内
側に配置した絶縁性のガスケットと外側に配置した金属
製の補強体で挟まれて閉塞されているので、充分な密閉
強度が確保される。従って、アルミニウム等の軽い材質
の缶を使用して、長期間の使用に耐えるエネルギー密度
（ｗｈ／ｋｇ）の高い非水電解液電池が実現する。その
結果、例えばリチウムイオン二次電池等が電気自動車の
電源としても使用できるようになるので、自動車の排ガ
スによる地球環境破壊を軽減する一助となり、その工業
的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電池の模式的断面図

【図２】従来技術による電池の模式的断面図

【図３】電池缶と電池缶の外周に設置する補強体の関係
図

【図４】電池缶閉塞の行程図

【図５】本発明による電池の模式的断面図

【符号の説明】

１は電極素子、２は補強体、３はガスケット、４は電池
缶、５は缶開口部、６は負極リード、７は正極リード、
８は防爆弁、９は閉塞蓋体、１０は溝である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極とセパレーターで構成された電
池素子が非水電解液を含浸して金属製の円筒形電池缶に
収納密閉されて成る非水電解液電池において、前記電池
缶の開口部は内側に配置した絶縁性のガスケットと、外
側に配置した金属製の補強体で挟まれて閉塞されている
ことを特長とする非水電解液電池。
【請求項２】アルミニウムまたはアルミニウム合金製の
電池缶を使用することを特長とする請求項１記載の電
池。
【請求項３】電池缶と外部回路との電気的接続が電池缶
の閉塞部外周に設置された金属製の補強体を介してなさ
れていることを特長とする請求項１又は請求項２記載の
電池。