JPH09320636A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

非水電解液二次電池

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JPH09320636A
JPH09320636A JP8141899A JP14189996A JPH09320636A JP H09320636 A JPH09320636 A JP H09320636A JP 8141899 A JP8141899 A JP 8141899A JP 14189996 A JP14189996 A JP 14189996A JP H09320636 A JPH09320636 A JP H09320636A
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JP
Japan
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negative electrode
positive
positive electrode
unit
electrode unit
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JP8141899A
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Kazuya Kojima
和也 小島
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Sony Corp
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    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 体積エネルギー密度の大きな非水二次電池を
提供する。 【解決手段】 正極集電体20の両面に正極活物質22
が塗布され、一方に耳部7を有する電極を2枚のセパレ
ータ6a、6bで挟むと共に、前記2枚のセパレータ6
a、6bの正極電極周囲を所定の間隔で溶着して正極ユ
ニット9aとし、一方、負極集電体21の両面に負極活
物質23が塗布され、一方に耳部8を有する電極を正極
ユニット9aのセパレータ6bとセパレータ6dで挟む
と共に、正極ユニット9aの2枚のセパレータ6a、6
b、6dを一緒に負極電極周囲を所定の間隔で溶着して
正負電極ユニット11を構成する。前記正負電極ユニッ
ト11を複数枚積層して非水電解液二次電池を構成す
る。耳部7と耳部8とはそれぞれ個別に溶着して電池ケ
ースの電極端子に接続し、電力取り出しに供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は積層構造を有する非
水電解液二次電池に関し、更に詳しくは積層する電極間
のセパレータの枚数を少なくして電池の体積エネルギー
密度の向上を図ることに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、電子技術のめざましい進歩により
電子機器の小型・軽量化が進み、それに伴い携帯用電子
機器の電源としての電池に対しても、ますます小型・軽
量、且つ高エネルギー密度であることが求められるよう
になってきている。
【0003】従来、一般用途の二次電池としては、鉛電
池、ニッケル・カドミウム電池等、水溶液系二次電池が
主流である。しかしながら、これらの水溶液系二次電池
はサイクル特性には優れているものの、電池重量やエネ
ルギー密度の点で十分に満足できるものではなかった。
【0004】そこで、最近ではリチウムやリチウム合
金、更に炭素材料のようなリチウムイオンをドープ且つ
脱ドープが可能な物質を負極として使用し、また、正極
にリチウムコバルト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の研究開発が行われてきてい
る。この電池は電池電圧が高く、高エネルギー密度を有
し、サイクル特性に優れたものである。
【0005】特に省エネルギー、環境汚染等の問題から
ロードレベリング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
発が望まれている。これら高電圧、高容量が要求される
電池の場合、単電池が数十〜数百個も必要となり、通常
数セルの単電池が直列、または並列に接続された組電池
の集合体の形態を採ることが普通である。
【0006】一方、使用される単電池の構造は、長尺電
極を巻回してなる渦巻き型、平板電極を積層してなる平
角型の2つのタイプが一般的である。渦巻き型構造の電
池は比較的電池構造が簡単であるものの、円筒形状にな
ることからスペースファクターが悪く、結果的に体積エ
ネルギー密度が低下し、また、充放電時の発熱による蓄
熱が大きくなるという問題点があった。
【0007】これに対して、平角型構造の電池はスペー
スファクターが良く、充放電時の蓄熱も小さく、特にロ
ードレベリング等で使用する複数個の単電池を接続した
組電池に用いて好適である。
【0008】しかしながら、この平角型構造の電池には
次のような問題点があった。即ち、平角型構造の電池は
組み立て作業の簡便のため、正極および負極電極は予め
2枚のセパレータで袋状に挟み、各々を正極ユニット、
負極ユニットとし、これらを順次積層する積層構造を採
っており、この場合、正極と負極との間にはセパレータ
が2枚介在することになり、少なくともその1枚が占め
る体積は容積ロスとなり、形成された電池の体積エネル
ギー密度を下げることになっていた。また、個別に形成
された正極と負極とを積層する作業時に、正極と負極と
の相対的位置にずれを起こす虞れがあった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題
は、積層型の平角型構造の電池において、正極と負極の
間に介在するセパレータの数を減じて電池の体積エネル
ギー密度を増加し、スペースファクターの良い、高エネ
ルギー容量の非水電解液二次電池を提供しようとするも
のである。更に、積層時における正極と負極との位置ず
れ発生の防止を図るものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題に鑑み
なされたものであり、正極電極と負極電極とがセパレー
タを介して積層されてなる非水電解液二次電池におい
て、前記正極電極を2枚のセパレータで挟むと共に、前
記2枚のセパレータの正極電極周囲を所定の間隔で溶着
して正極ユニットとし、一方、前記負極電極を前記正極
ユニットと1枚のセパレータで挟むと共に、前記正極ユ
ニットの2枚のセパレータと前記1枚のセパレータの負
極電極周囲を所定の間隔で溶着して正負電極ユニットと
し、更に、前記正負電極ユニットを複数枚積層して非水
電解液二次電池を構成する。
【0011】また、前記正極電極の一辺に電極活物質未
塗布部である凸部を設け、この凸部を前記セパレータか
ら露出させて前記正負電極ユニットの一辺に突出させる
と共に、前記負極電極の一辺に凸部を設け、この凸部を
前記セパレータから露出させて前記正負電極ユニットの
他の一辺に突出させて非水電解液二次電池を構成する。
【0012】更に、積層される前記正極電極および前記
負極電極の相対位置を、セパレータの溶着位置により決
定して、上記課題を解決する。
【0013】本発明によると正極、負極の電極枚数に対
するセパレータの枚数が削減でき、従って、電池特性に
影響を及ぼすことなく体積エネルギー密度が大幅に向上
し、また、重量エネルギー密度も向上する。更に、正負
電極ユニットにおける正極と負極との相対位置関係が一
定に定まるため、積層作業時に位置ずれが生じる可能性
は1/2以下に減少する。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態例について図1
ないし図5を参照して説明する。図1は本発明による正
負電極ユニットの構成を示す断面図であり、図2はこの
正負電極ユニットの作製について説明するための図であ
る。図3はこの正負電極ユニットを用いた単電池の斜視
図であり、図4はこの正負電極ユニットを用いた単電池
の内部構成を示す斜視図である。また、図5は本発明の
実施例との比較のために構成された、従来と同一構造の
電極ユニットの断面図である。
【0015】まず、正極は次のようにして作製した。炭
酸リチウムと炭酸コバルトをLi/Co(モル比)=1
になるように混合し、空気中で900℃、5時間焼成し
て正極活物質(LiCoO2 )を合成した。この正極活
物質を自動乳鉢を用いて粉砕し、LiCoO2 粉末を得
た。このようにして得られたLiCoO2 粉末を95重
量%、炭酸リチウムを5重量%の割合で混合する。これ
により得られた混合品を91重量%、導電体材としてグ
ラファイトを6重量%、結着剤としてポリフッ化ビニリ
デンを3重量%の割合で混合して正極合剤を作製した。
この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンに分散して
スラリー状とし、これを正極集電体である帯状のアルミ
ニウム箔の両面に塗布し、乾燥後、ローラープレス機で
圧縮成形して正極を作製した。
【0016】負極は次のようにして作製した。出発物質
に石油ピッチを用い、これを酸素を含む官能基を10〜
20%導入(所謂、酸素架橋)した後、不活性ガス中に
おいて1000℃で焼成してガラス状炭素に近い性質の
難黒鉛化炭素材料を得た。この炭素材料を90重量%、
結着剤としてポリフッ化ビニリデンを10重量%の割合
で混合して負極合剤を作製した。この負極合剤をN−メ
チル−2−ピロリドンに分散してスラリー状とし、これ
を負極集電体である帯状の銅箔の両面に塗布し、乾燥
後、ローラープレス機で圧縮成形して負極を作製した。
【0017】つぎに、図1および図2を参照し、電池の
単位である正極ユニット9aと負極ユニット10aとか
ら構成される正負電極ユニット11について説明する。
【0018】まず、正極ユニット9aについては、上述
した正極を107mm×265mmの大きさに型抜き
し、また、厚さ25μmのポリプロピレン製の微多孔性
フィルムを112mm×273mmの大きさで切り出し
てセパレータ6a、6bとする。前記型抜きした正極を
このセパレータ6a、6bで挟む。その後、図2に示す
ように所定の間隔で配置されている正極用熱溶着部24
を熱溶着することで上下のセパレータ6a、6bを貼り
合わせ、正極を袋状に包み、一枚の正極ユニット9aを
形成する。尚、正極は正極集電体20を挟んで正極活物
質22が塗布されており、また、正極集電体20の正極
活物質22が塗布されていない凸部がセパレータから突
出していて耳部7を形成している。
【0019】つぎに、負極ユニット10aについては、
上述した負極を109mm×270mmの大きさに型抜
きし、前記正極ユニット9aのセパレータ6bと、セパ
レータ6bと同様にして作成されたセパレータ6dとで
挟む。その後、図2に示すように所定の間隔で配置され
ている負極用熱溶着部25において、セパレータ6a、
6b、6dを一緒に熱溶着することで負極をセパレータ
6bとセパレータ6dで袋状に包み、一枚の負極ユニッ
ト10aを形成する。このように、一枚のセパレータ6
bを共通にした正極ユニット9aと負極ユニット10a
により一つの正負電極ユニット11を形成している。
尚、負極は負極集電体21を挟んで負極活物質23が塗
布されており、また、負極集電体21の負極活物質23
が塗布されていない凸部がセパレータから突出していて
耳部8を形成している。
【0020】上述した正負電極ユニット11を49枚積
層し、更に、単独の負極ユニットを一枚積層して、積層
された電池の両端が負極電極となるようにする。尚、単
独の負極ユニットの構成は、負極を109×270mm
の大きさで型抜きし、上述した2枚のセパレータで袋状
に包み、周囲を熱溶着したものである。これは後述する
図5に示す負極ユニット10bと同一である。
【0021】積層された正負電極ユニット11と単独の
負極ユニットは図3および図4に示すように、電池ケー
ス4に収納されて電池を形成する。正極集電体20の耳
部7、および負極集電体21の耳部8は個別に束ねて、
正極電極端子1および負極電極端子2にそれぞれ超音波
で溶着して積層電極体とし、その後、安全弁3を有する
天板5を電池ケース4に溶接したあと、電解液を含浸し
て容量が54Ahの最終電池を得た。
【0022】比較例 図5に比較のために構成した正極ユニット9bと負極ユ
ニット10bの断面を示す。正極ユニット9bと負極ユ
ニット10bとは実施例とは異なり、従来と同様の個別
のユニット形態になっている。即ち、正極ユニット9b
は正極集電体20の両面に正極活物質22が塗布されて
いて、それをセパレータ6aとセパレータ6bで挟み込
まれた構成であり、また、負極ユニット10bは負極集
電体21の両面に負極活物質23が塗布されていて、そ
れをセパレータ6cとセパレータ6dで挟み込まれた構
成となっている。
【0023】これら各ユニットを両端が負極ユニット1
0bと成るように、正極ユニット9bを46枚、負極ユ
ニット10bを47枚交互に積層して積層電極体とし、
それ以外は実施例と同様にして容量が50Ahの最終電
池を構成した。
【0024】実施例と比較例は同一サイズの電池ケース
4を用いている。実施例では正極ユニット9aは49枚
であり、負極ユニット10aは50枚であって、電池容
量は54Ahであり、一方、比較例では正極ユニット9
bは46枚であり、負極ユニット10bは47枚であっ
て、電池容量は50Ahであった。これは実施例では正
極と負極との間にセパレータが一枚であるのに対して、
比較例では2枚あるため、実施例では比較例に比して電
極用のスペースが増えるためである。
【0025】上述した実施例と比較例の単電池の体積エ
ネルギー密度を表1に示す。
【表1】
【0026】表1より本発明に係わる単電池は従来に比
して8%以上、体積エネルギー密度が高いことが分か
る。尚、本実施例では正極、負極とも電極活物質を電極
集電体の両面に塗布した電極を用いたが、正極および負
極の一方、若しくは両方において、電極活物質を電極集
電体の片面に塗布した電極を用いても、同様の効果が得
られることは当然である。
【0027】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の構成を採ることにより、正極、負極の電極枚数に対
するセパレータの枚数が削減でき、従って、電池特性に
影響を及ぼすことなく体積エネルギー密度は大幅に向上
し、また、重量エネルギー密度も向上する。更に、正負
電極ユニットにおける正極と負極との相対位置関係が一
定に定まるため、正極と負極の積層作業時にこれらの間
に位置ずれの生じる可能性を1/2以下に減少させるこ
とができ、従って品質の向上と製造作業の効率が改善す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による正負電極ユニットの構成を示す
断面図である。
【図2】 本発明による正負電極ユニットの作製につい
て説明するための図である。
【図3】 本発明による正負電極ユニットを用いた単電
池の斜視図である。
【図4】 本発明による正負電極ユニットを用いた単電
池の内部構成を示す斜視図である。
【図5】 本発明との比較のために構成された、従来と
同一構成の電極ユニットの断面図である。
【符号の説明】
1…正極電極端子、2…負極電極端子、3…安全弁、4
…電池ケース、5…天板、6a,6b,6c,6d…セ
パレータ、7,8…耳部、9a,9b…正極ユニット、
10a,10b…負極ユニット、11…正負電極ユニッ
ト、20…正極集電体、21…負極集電体、22…正極
活物質、23…負極活物質、24…正極用熱溶着部、2
5…負極用熱溶着部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極電極と負極電極とがセパレータを介
    して積層されてなる非水電解液二次電池において、 前記正極電極を2枚のセパレータで挟むと共に、前記2
    枚のセパレータの正極電極周囲を所定の間隔で溶着して
    正極ユニットとし、 一方、前記負極電極を前記正極ユニットと1枚のセパレ
    ータで挟むと共に、前記正極ユニットの2枚のセパレー
    タと前記1枚のセパレータの負極電極周囲を所定の間隔
    で溶着して正負電極ユニットとし、 更に、前記正負電極ユニットを複数枚積層して構成した
    ことを特徴とする非水電解液二次電池。
  2. 【請求項2】 前記正極電極の一辺に凸部を設け、この
    凸部を前記セパレータから露出させて前記正負電極ユニ
    ットの一辺に突出させると共に、前記負極電極の一辺に
    凸部を設け、この凸部を前記セパレータから露出させて
    前記正負電極ユニットの他の一辺に突出させて積層す
    る、前記正極電極および前記負極電極の相対位置を、前
    記セパレータの溶着位置により決定することを特徴とす
    る、請求項1に記載の非水電解液二次電池。
JP8141899A 1996-06-04 1996-06-04 非水電解液二次電池 Pending JPH09320636A (ja)

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