JPH10125291A

JPH10125291A - 電池構造

Info

Publication number: JPH10125291A
Application number: JP8279117A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Yukita; 康夫雪田; Kazuya Kojima; 和也小島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-05-15

Abstract

(57)【要約】【課題】電極端子が電池収納用樹脂フレーム挿入穴部
分で回らないようにする回り止め機構を設けること。【解決手段】樹脂フレームからなる電池ケース５と、
電池ケース５内に収容された電極体１と上記電極体１に
含浸された電解液とを含んでいる電池において、正極電
極端子３ａおよび負極電極端子４ａの座面３および座面
４にそれぞれ凸部１１、１２を設け、さらに、樹脂フレ
ーム５には電極端子座面３、４の凸部１１、１２を挿入
できる凹穴６、７をそれぞれ設け、電極端子が樹脂フレ
ーム５の電極端子挿入用穴９、１０で回ることを防止す
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、電池構造に関し、
特にポータブル機器の電源、または大容量の電源として
の二次電池に適用するのに適した電池構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子技術の進歩により、電子機器
の高性化、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は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。

【０００３】従来、これらの電子機器に使用されていた
二次電池としては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池
等が挙げられるが、これら電池は放電電位が低く、エネ
ルギー密度の点で十分に満足できるものとは言えなかっ
た。

【０００４】そこで、最近、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ブ且つ脱
ドーブが可能な物質を負極として用い、また正極にリチ
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。この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、サイ
クル特性に優れている。

【０００５】また、特に省エネルギー、環境汚染等の問
題から電力貯蔵用等で使用する高電圧（数十〜数百ボル
ト）、高エネルギー容量、高エネルギー密度電池の開発
が強く望まれている。

【０００６】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〜数百個もの電池が必要となり、通
常数セルの単電池が直列又は並列に接続された組電池の
集合体の形態を採るのが普通である。

【０００７】一方、使用される単電池の構造は、長尺電
極を巻き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、円筒形状であ
ることからスペースファクターが悪く、体積エネルギー
密度が低下する、更に、充放電時の発熱による蓄積が大
きい。

【０００８】これに対し、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、特に電力
貯蔵用等に使用する複数個の単電池を接続した組電池と
しては適している。

【０００９】上述した従来の角型電池では、角状の金属
性深絞りケースに収納した電池構造のものがほとんどで
あった。この電池構造ではケース強度、放熱性等は良い
が、ケースの製造上の制約から、極薄のケースは作製で
きず、したがって電池重量が大きいと言う欠点があっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記欠点を解消するた
めに、本発明者らは先に所定幅を有する一体成形して得
られた樹脂フレームの両側面の全周端面に、金属箔の少
なくとも片面に熱溶融性樹脂を積層して得たフィルムの
熱溶着樹脂層を熱接着した電池ケースを提案した。

【００１１】ところで、電極端子を上記電池ケースに固
定する場合、フレームに設けた穴から電極端子を突出さ
せ、端子座面と樹脂フレーム面間にＯリングまたはガス
ケットを介してナット締めにより固定することにより端
子座面と樹脂フレーム面間をシールしている。

【００１２】一般に、電極端子座面とフレーム面間の接
触部分の抵抗で電極端子の回り止め機構とすることがで
きるが十分でなかった。また、金属ケースを用いる場合
にはスポット溶接等で回り止め機構を設けることができ
るが、前記フレームとして樹脂フレームを用いる場合は
上記手段によって電極端子の回り止め機構を設けること
ができなかった。

【００１３】そこで、本発明の課題は電極端子が電池収
納用樹脂フレーム挿入用穴部分で回らないようにする回
り止め機構を設けることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の上記課題は次の
構成によって解決される。すなわち、樹脂フレームから
なる電池ケースと該電池ケース内に収容され、電解液を
含浸した電極体を備えた電池において、正極電極端子お
よび負極電極端子の座面に凸部を設け、さらに、前記樹
脂フレームには前記電極端子座面の凸部を挿入できる凹
穴を設けたことを特徴とする電池構造、または、樹脂フ
レームからなる電池ケースと該電池ケース内に収容さ
れ、電解液を含浸した電極体を備えた電池において、正
極電極端子および負極電極端子の座面に凹穴を設け、さ
らに、前記樹脂フレームには前記電極端子座面の凹穴に
挿入できる凸部を設けたことを特徴とする電池構造であ
る。本発明の電池構造は、特に本発明の電池構造を有す
る単電池を複数個接続した組電池として利用するのに適
した平角型電池構造である。

【００１５】本発明によれば、正極電極端子および負極
電極端子の座面に凸部を設けた場合は電極端子座面の凸
部を挿入する凹穴を樹脂フレームに設けてあるので、樹
脂フレームに電極端子および負極電極端子を一体成形す
ることにより、樹脂フレームに設けた電極端子突出用の
穴での回り止め機構として働く。

【００１６】また、正極電極端子および負極電極端子の
座面に凹穴を設けた場合は電極端子座面に該凹穴に挿入
できる凸部を樹脂フレームに設けておけば良い。

【００１７】こうして、樹脂フレームと電極端子座面
に、電極端子回り止め機構を設けたことで、電池の組み
立て性が向上した。さらに、電池性能の経時的信頼性が
向上した。また、該機構を樹脂フレーム及び電極端子座
面の成形時に一体成形により設けることができるので、
作製が容易に行える利益がある。本発明の電池構造はリ
チウム電池などの二次電池に好適に用いられる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を実施
例で次に説明する。実施例１本実施例の電池の外観は図１に示す通りである。正極電
極は次の様にして製作した。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。

【００１９】このようにして得られたＬｉＣｏＯ₂粉末
９５重量％、炭酸リチウム５重量％を混合して得られた
混合品を９１重量％、導電体材としてグラファイト６重
量％、結着剤としてポリフッ化ビニリデン３重量％の割
合で混合して正極合剤を作製し、これをＮ−メチル−２
−ピロリドンに分散してスラリー状とした。そして、こ
の正極合剤スラリー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。

【００２０】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、これに酸素を含む官能基を１０〜
２０％導入（いわゆる酸素架橋）した後、不活性ガス中
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。

【００２１】この炭素材料９０重量％と結着剤としての
ポリフッ化ビニリデン１０重量％とからなる混合物から
負極合剤を作製し、これをＮ−メチル−２−ピロリドン
に分散してスラリー状とした。この負極合剤スラリーを
負極集電体である帯状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。

【００２２】上記正極を一部リード部として未塗布部を
残し、塗布部が１０７ｍｍ×２６５ｍｍになるようにカ
ットして、これを厚さ２５μｍ、大きさ１１２ｍｍ×２
７３ｍｍのポリプロピレン製の微多孔性フィルムのセパ
レータ２枚で貼り合わせ、袋状に包み一枚の正極ユニッ
トを得た。

【００２３】また、上記負極を一部リード部として未塗
布部を残し、塗布部が１０９ｍｍ×２７０ｍｍになるよ
うにカットして、これを厚さ２５μｍ、大きさ１１２ｍ
ｍ×２７３ｍｍのポリプロピレン製の微多孔性フィルム
のセパレータ２枚で貼り合わせ、袋状に包み一枚の負極
ユニットを得た。

【００２４】上記正極ユニット４６枚と負極ユニット４
７枚を両端が負極ユニットとなるように交互に積層し、
外周に粘着テープを巻いて固定し、積層電極体１とし
た。

【００２５】次に、図１に示すように、上述で得られた
積層電極体１の両端リード部２を束ね、超音波溶接によ
り端子座面３、４に溶接した。

【００２６】次に、樹脂製フレーム５を作製する。ポリ
プロピレン樹脂を用いて図１に示す如く、幅が２１．５
ｍｍ、厚さが４ｍｍ、内寸が２８８ｍｍ×１１７ｍｍ
で、四隅の所定の位置に、内径φ７ｍｍの電池固縛用の
凹穴６、７を有する略四角形の枠状のフレーム５を射出
成形で作製した。このとき、ＰＥＴ１２μｍ／アルミ箔
１５μｍ／ポリプロピレン３０μｍのラミネートフィル
ムをフレーム５の外周面にインサート成形し、所定の位
置には正極、負極の回り止め用の直径２ｍｍ、深さ２ｍ
ｍの凹穴６、７を正極側、負極側それぞれ２箇所づつ一
体成形した。上記固縛用凹穴６、７に、内径φ５．５ｍ
ｍ、外形φ７．５ｍｍ、長さ２１．５ｍｍのアルミ製の
パイプ（図示せず）を加熱しながら圧入した。上記パイ
プには、フレーム成形後の抜け防止のために幅が２．２
ｍｍ、深さが０．５ｍｍの溝を設けている。当然なが
ら、フレーム５を成型時に同時に上記パイプをインサー
ト成形してもかまわない。

【００２７】また上記フレーム５の所定の位置に正負電
極端子挿入用として直径φ１２．２ｍｍの穴９、１０及
び開裂弁取り付け用として、φ１２ｍｍが設けられてい
る。

【００２８】正極端子座面３には所定の位置に端子回り
止め用の、アルミ製の直径０．９ｍｍ、長さ２ミリ凸部
１１を２箇所設け、負極端子座面４にも所定の位置に回
り止め用の、銅製の直径０．９ｍｍ、長さ２ミリの凸部
１２を２箇所設けた（図では１箇所のみ見える。）。ま
た、上記回り止め用凸部１１、１２には、上記材料以外
にはステンレスが使用できる。

【００２９】次に、積層電極体プロピレンカーボネー
ト、ジエチルカーボネートの混合溶媒の中に、ＬｉＰＦ
₆を１モル／リットルの割合で溶解した電解液を含浸し
た後に、電極が溶接された端子座面３、４に突起状に突
き出た端子３ａ、４ａをフレーム５の端子用穴９、１０
にテフロン製のＯリング１３、１３を介して挿入し、ね
じ１４、１４によりねじ止してフレーム５に固定した。

【００３０】なおフレーム５には、端子用穴９、１０が
開いており、これらの穴９、１０を通してＯリング１３
またはガスケット（図示せず）を介して端子３ａ、４ａ
を固定するだけでよい。図２には図１の電極端子回り止
め構造部分の拡大図を示す。

【００３１】次に、図１に示すように積層電極体１が固
定されたフレーム５の片側側面全周端面に、フレーム５
の側面端面と略同寸のヒーターを用いてインバルス加熱
により、フレーム５と略同外形の図示しないシート状の
フタ材１８（厚さ１６μｍのポリエステル／厚さ５μｍ
のアルミニウム／厚さ１６μｍのポリエステル／厚さ１
００μｍのポリプロピレンからなる積層フィルム）をフ
レーム５の端面全面にヒートシールした。残るフレーム
５の片側側面全周端面にも、同様にして前記フタ材１８
をヒートシールした。

【００３２】最後に、開裂弁取り付け用の穴２０の上面
に直径φ１３ｍｍの開裂弁フィルム２１（厚さ１２μｍ
ポリエステル／厚さ７μｍのアルミニウム／厚さ６０μ
ｍのポリプロピレンからなる積層フィルム）をヒートシ
ールして、この穴を安全弁として最終の電池を得た。

【００３３】本実施例の電池の理論放電容量は５０Ａｈ
である。本実施例で使用する樹脂フレーム５の材質とし
ては、通常の射出成形で成形出来る熱可塑性、又は熱硬
化性樹脂であれば何でも使用出来るが、特に、二次電池
の中でもエネルギー密度が最も高いとされているリチウ
ムイオン電池等の非水系電解液を使用する電池では、ポ
リエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂
が最も適している。

【００３４】また、フタ材１８としてはガス、水分のバ
リヤー性を持たせるために、アルミニウムなどの箔の片
面または両面に熱融着できる樹脂を積層したフィルムを
用いることができるが、電そう内側層の樹脂としては、
側板との融着性及び耐電解液性を考慮するとポリオレフ
ィン系樹脂が適している。特に、二次電池の中でもエネ
ルギー密度が最も高いとされているリチウムイオン電池
等の非水系電解液を使用する電池では、ポリエチレン、
ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂が最も適して
いる。

【００３５】実施例２図３に示すように、樹脂フレーム３５の所定の位置に所
定の個数、直径１．９ｍｍ、長さ２ｍｍのステンレス製
の電極端子回り止め用の凸部３６、３７を一体成形し、
端子座面３３、３４には所定位置に所定の個数の、直径
２ｍｍ、深さ２ｍｍの端子回り止め用の穴４１、４２を
設けた以外は、実施例１と同様にして電池を作製した。
図３に示す、その他の部材は図１の各部材に対応してお
り、その部材の説明は省略する。

【００３６】上記実施例１、２の電極端子回り止め用の
凸部６、７、３６、３７は、電池の充電たまは放電状態
の電位にあるとき、正極、負極各々が溶出しないような
イオン化傾向の金属が使用できる。また、耐電解液性を
有する樹脂たとえばポリオレフィン系樹脂が使用でき
る。前述以外の材料でできた電極端子回り止め用の凸部
６、７、３６、３７でも、それに耐電解液性を有する樹
脂をコーティングすれば、使用できる。

【００３７】次に、上記本発明の実施例１、２で作製し
た電池の特性について検討した。その結果、完成した電
池を初充電し、０．２Ｃ（１０Ａ）で定電流放電する
と、いずれの電池も５０Ａｈの容量が得られ、問題のな
い電池が得られた。また、１／３Ｃ（１７Ａ）でのサイ
クル試験でも、いずれの電池も３００サイクルで容量維
持率８５％と問題のない結果であった。

【００３８】また、完成した電池を振動試験、落下試
験、衝撃試験を行ったところ、いずれの電池も電池電
圧、外観ともに異常がなく、電極端子の回転方向のずれ
もなかった。

【００３９】以上のことから、本発明によれば、最も重
量エネルギー密度、体積エネルギー密度が高く、放熱性
が良い角型電池で、しかも、電極端子の回り止め機構に
よって端子部分の機械的強度も十分信頼できる電池を得
ることができる。

【００４０】また、上記単セル電池を複数個つなぎ組電
池を作製したところ、電極端子結合時、電極端子が回る
等の不良もなく、安定して組電池が作製できた。

【００４１】また、本発明では電そう材料としてガス、
水分等を遮断するフィルムを使用しているために、樹脂
製のハードケースを使用する場合に樹脂厚を薄く成型で
きるので、従来の樹脂ケースと比べエネルギー密度が高
くできる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、最も重量エネルギー密
度、体積エネルギー密度が高く、放熱性が良い電池が得
られ、特に角型電池、しかも、耐振動、耐衝撃性に優れ
た単セル電池および複数個電池の集合体を得ることがで
きる。さらに、単セル電池の組み立て性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の角型電池構造の組み立て
前の斜視図である。

【図２】図１の電極端子回り止め構造部分の拡大図で
ある。

【図３】本発明の一実施例の角型電池構造の組み立て
前の斜視図である。

【符号の説明】

１、３１積層電極体２、３２リー
ド部３、４、３３、３４端子座面５、３５樹脂
製フレーム６、７、４１、４２電池固縛用の凹穴５、３５フレーム９、１０、３９、４０正負電極端子挿入用穴１１、１２、３６、３７電極端子回り止め用凸部１３、４３Ｏリング１４、４４ね
じ１８、４８フタ材２０、５０開
裂弁取り付け用の穴２１、５１開裂弁フィルム２１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂フレームからなる電池ケースと該電
池ケース内に収容され、電解液を含浸した電極体を備え
た電池において、正極電極端子および負極電極端子の座面に凸部を設け、
さらに、前記樹脂フレームには前記電極端子座面の凸部
を挿入できる凹穴を設けたことを特徴とする電池構造。
【請求項２】樹脂フレームからなる電池ケースと該電
池ケース内に収容され、電解液を含浸した電極体を備え
た電池において、正極電極端子および負極電極端子の座面に凹穴を設け、
さらに、前記樹脂フレームには前記電極端子座面の凹穴
に挿入できる凸部を設けたことを特徴とする電池構造。
【請求項３】樹脂フレームからなる電池ケースと該電
池ケース内に収容され、電解液を含浸した電極体の組立
体は平角型形状の電池を構成し、該平角型電池を複数個
接続して組電池とすることができる請求項１または２記
載の電池構造。