JPWO2015115080A1 - 密閉型蓄電池 - Google Patents
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Abstract
製造が容易であって、ショートリスクが低く、かつ、電池全体のエネルギー密度が向上した密閉型蓄電池を提供する。周縁にフランジ部を有する凹部が形成された第1の金属板と、前記凹部に収容された積層電極体と、前記フランジ部及び前記凹部を覆う第2の金属板とを備える電池であって、前記第1の金属板及び前記第2の金属板は電極を兼ね、前記フランジ部は、前記第2の金属板と、熱溶着樹脂を介して接合されており、前記フランジ部と前記第2の金属板の接合部は、前記凹部の側に折り返されており、前記凹部の側に折り返されている前記フランジ部の外縁は、前記凹部の側に折り返されている前記第2の金属板の外縁よりも突出している。
Description
本発明は、電極を兼ねる2枚の金属板を備える密閉型蓄電池に関する。
密閉型蓄電池として、特許文献1には、図1に示す斜視図及び図2に示す図1のA1−A2断面図に示すように、電極を兼ねる2枚の金属からなる外装体を用い、少なくとも一方の金属には周縁にフランジ部を有する凹部が形成され、2枚の金属を接着用フィルムにより密封した電池が開示されている。
上記特許文献1の技術により、外装体から金属端子を突出させる必要がなくなるため、電池の生産効率は向上するが、2枚の金属を接着するフランジ部により、電池全体のエネルギー密度が低下するという課題がある。
本発明は、製造が容易であって、ショートリスクが低く、かつ、電池全体のエネルギー密度が向上した密閉型蓄電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の密閉型蓄電池は、周縁にフランジ部を有する凹部が形成された第1の金属板と、前記凹部に収容された積層電極体と、前記フランジ部及び前記凹部を覆う第2の金属板とを備える電池であって、前記第1の金属板及び前記第2の金属板は電極を兼ね、前記フランジ部は、前記第2の金属板と、熱溶着樹脂を介して接合されており、前記フランジ部と前記第2の金属板の接合部は、前記凹部の側に折り返されており、前記凹部の側に折り返されている前記フランジ部の外縁は、前記凹部の側に折り返されている前記第2の金属板の外縁よりも突出している、ことを特徴とする。
本発明の密閉型蓄電池は、第1の金属板のフランジ部と第2の金属板の接合部が、凹部の側に折り返されているので、電池全体のエネルギー密度が向上する。また、凹部の側に折り返されているフランジ部の外縁が、凹部の側に折り返されている第2の金属板の外縁よりも突出するようにしたので、ショートリスクの低い電池を容易に製造することが可能である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
実施形態の説明で参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
(第1実施形態)
図2は、本発明の第1実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図、図3は、図2に示すB1−B2断面のB2片側部分を示した断面図である。
図2は、本発明の第1実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図、図3は、図2に示すB1−B2断面のB2片側部分を示した断面図である。
電池100は、図3及び図4に示すように、周縁にフランジ部101aを有する凹部101bが形成された第1の金属板101と、凹部に収容された積層電極体(図示せず)と、フランジ部101a及び凹部101bを覆う第2の金属板102を備える。第1の金属板101及び第2の金属板102は、それぞれ電極を兼ねた外装体である。フランジ部101aは、第2の金属板102と、熱溶着樹脂103を介して接合されている。フランジ部101a及び第2の金属板102は、凹部101bの側面に沿って折り返されるとともに、折り返されているフランジ部101aの外縁は、第2の金属板102の外縁よりも突出している。
上記の電池100の製造方法を、以下に説明する。
<正極の作製>
正極活物質としてのLiCoO2 を94重量部と、導電助剤としてカーボンブラックを3重量部と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンを3重量部とを溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して正極用スラリーを調製した。得られた正極用スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥して、正極活物質層を形成し、その後、ローラーで圧縮した後、所定の大きさに切断して、帯状の正極を得た。なお、完成後の正極をセパレータを介して負極と重ね合わせて、渦巻状に巻回して巻回構造の電極体としたときに、最外周部となる部分には正極合剤含有ペーストを塗布せず、正極集電体の両面に正極集電体の露出部分が残るようにしておいた。この正極の幅は332mmで高さが22mmであり、また、巻回したときに最外周部となる部分の正極集電体の露出部分の長さは20mmであった。
<正極の作製>
正極活物質としてのLiCoO2 を94重量部と、導電助剤としてカーボンブラックを3重量部と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンを3重量部とを溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドン(NMP)溶液とを混合して正極用スラリーを調製した。得られた正極用スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥して、正極活物質層を形成し、その後、ローラーで圧縮した後、所定の大きさに切断して、帯状の正極を得た。なお、完成後の正極をセパレータを介して負極と重ね合わせて、渦巻状に巻回して巻回構造の電極体としたときに、最外周部となる部分には正極合剤含有ペーストを塗布せず、正極集電体の両面に正極集電体の露出部分が残るようにしておいた。この正極の幅は332mmで高さが22mmであり、また、巻回したときに最外周部となる部分の正極集電体の露出部分の長さは20mmであった。
<負極の作製>
負極活物質としての黒鉛粉末を96質量%と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を2質量%、及びスチレンブタジエンゴム(SBR)を2質量%と、溶剤として純水とを混合して負極用スラリーを調製した。得られた負極用スラリーを厚さが10μmの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥して、負極用スラリーを形成し、その後、ローラーで圧縮した後、所定の大きさに切断してシート状の負極を得た。なお、完成後の負極をセパレータを介して前記正極と重ね合わせて、渦巻状に巻回して巻回構造の電極体としたときに最外周部となる部分には負極含有ペーストを塗布せず、負極集電体の両面に負極集電体の露出部分が残るようにしておいた。この負極の幅は331mmで高さは23mmであり、また、巻回したときに最外周部となる部分の負極集電体の露出部分の長さは20mmであった。
負極活物質としての黒鉛粉末を96質量%と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース(CMC)を2質量%、及びスチレンブタジエンゴム(SBR)を2質量%と、溶剤として純水とを混合して負極用スラリーを調製した。得られた負極用スラリーを厚さが10μmの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥して、負極用スラリーを形成し、その後、ローラーで圧縮した後、所定の大きさに切断してシート状の負極を得た。なお、完成後の負極をセパレータを介して前記正極と重ね合わせて、渦巻状に巻回して巻回構造の電極体としたときに最外周部となる部分には負極含有ペーストを塗布せず、負極集電体の両面に負極集電体の露出部分が残るようにしておいた。この負極の幅は331mmで高さは23mmであり、また、巻回したときに最外周部となる部分の負極集電体の露出部分の長さは20mmであった。
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6が1M(モル/リットル)の割合で溶解されたものを非水電解液とした。
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比30:70の割合で混合された混合溶媒に、LiPF6が1M(モル/リットル)の割合で溶解されたものを非水電解液とした。
<積層電極体の作製>
前記正極と負極とを両者の間にポリエチレン製微多孔膜(幅751mm、高さ24mm、厚さ20μm)からなるセパレータが介在するようにして、渦巻状に巻回し、扁平に押圧し、セパレータをテープにて固定した。
前記正極と負極とを両者の間にポリエチレン製微多孔膜(幅751mm、高さ24mm、厚さ20μm)からなるセパレータが介在するようにして、渦巻状に巻回し、扁平に押圧し、セパレータをテープにて固定した。
<電池の作製>
図4(a)に示すような、周縁にフランジ部101aを有する凹部101bが形成された第1の金属板101を用意して、凹部101bに電極体を挿入した。この際、巻回電極体の最外周部において正極集電体が露出した部分が凹部101bの内面に接するように挿入した。なお、フランジ部101aは、R1が2.8cm、R2が2.8cm、R3が0.3cmとした。凹部101bは、縦2.7cm、横2.7cm、深さは0.35cmとした。第1の金属板101としてはアルミニウムを用いた。
図4(a)に示すような、周縁にフランジ部101aを有する凹部101bが形成された第1の金属板101を用意して、凹部101bに電極体を挿入した。この際、巻回電極体の最外周部において正極集電体が露出した部分が凹部101bの内面に接するように挿入した。なお、フランジ部101aは、R1が2.8cm、R2が2.8cm、R3が0.3cmとした。凹部101bは、縦2.7cm、横2.7cm、深さは0.35cmとした。第1の金属板101としてはアルミニウムを用いた。
次に、図4(b)に示すような第2の金属板102で、凹部101bを覆うようにした。この際、第2の金属板102の内面が巻回電極体の最外周部において負極集電体が露出した部分と接するようにした。第2の金属板は、T1=2.75cm、T2=2.75cm、T3が0.25cmとした。第2の金属板102としてはニッケルを用いた。
フランジ部101a及び第2の金属板102のうちフランジ部101aと対向している部分には、それぞれ、70μmの熱溶着樹脂103が予め溶着されている。熱溶着樹脂103としては、変性ポリプロピレンを用いた。
上記正極集電体の露出部分と凹部101bの内面を溶接によって接続し、負極集電体の露出部分と第2の金属板102の内面を溶接によって接続した。
フランジ部101aと、第2の金属板102のうちフランジ部101aと対向している部分のうち、3面を熱圧着により接合したのち、巻回電極体が収容された凹部101bに非水電解液を注入して、フランジ部101aと、第2の金属板102のうちフランジ部101aと対向している4残りの1面を熱圧着により接合した。
次に、フランジ部101a及び対向する第2の金属板について、凹部101b側に折り返し加工を行い、電池100を作製した。折り返し加工後は、各折り返し部において、フランジ部101aの外縁のほうが、第2の金属板よりも、全ての辺において突出していることを確認した。
このように、電流取り出し用の金属端子のない、第1実施形態の電池100は、従来の電池と比較して、フランジ部101a及び第2の金属板102が、凹部101bの側に折り返されているので、電池全体のエネルギー密度が向上する。さらに、フランジ部101aの外縁を、第2の金属板102の外縁よりも突出するようにして、フランジ部101a及び第2の金属板102を凹部の側に折り返すことにより、ショートリスクの低い電池を容易に製造することが可能である。
[変形例]
図5(a)は、第1実施形態の変形例1に係る密閉型蓄電池における、折り返し加工前の第1の金属板101を示す平面図、図5(b)は、C1−C2断面を示す断面図である。図5(a)(b)に示すように、第1の金属板101のフランジ部101aには、折り返し加工がしやすくなるように、折り返し用凹部101cが形成されている。折り返し用凹部101cは、図5(b)の形状に制限されるものではなく、三角型等でも良い。図示しないが、折り返し用凹部は、第2の金属板102にも形成されている。折り返し用凹部は、フランジ部101aまたは第2の金属板102のいずれかに形成されていれば良い。
図5(a)は、第1実施形態の変形例1に係る密閉型蓄電池における、折り返し加工前の第1の金属板101を示す平面図、図5(b)は、C1−C2断面を示す断面図である。図5(a)(b)に示すように、第1の金属板101のフランジ部101aには、折り返し加工がしやすくなるように、折り返し用凹部101cが形成されている。折り返し用凹部101cは、図5(b)の形状に制限されるものではなく、三角型等でも良い。図示しないが、折り返し用凹部は、第2の金属板102にも形成されている。折り返し用凹部は、フランジ部101aまたは第2の金属板102のいずれかに形成されていれば良い。
前記折り返し用凹部は、第1の金属板101及び102のプレス加工または切り欠き加工等によって形成される。プレス加工により第1の金属板101または102に折り返し用凹部を形成する場合は、各金属板の凹部の反対側には凸部が形成されても良い。
図6は、第1実施形態の変形例2に係る密閉型蓄電池である。図6では、R1=T1、R2=T2及びR3>T3である第1の金属板101及び102を用いている。
図7は、第1実施形態の変形例3に係る密閉型蓄電池である。図7では、フランジ部101aは、折り返された第2の金属板102の外縁の全てが、第1の金属板101のフランジ部101aよりも小さくなっており、かつ、折り返されたフランジ部101aの外縁同士の一部が、接しないようになっている。
フランジ部101a及び第2の金属板102の接合部が凹部の側に折り返されているとは、接合部が凹部の底面側の方向に折り返されているということである。
フランジ部101aの各外縁は、対向する第2の金属板102の各外縁よりも、それぞれ0.01〜3mm突出していることが好ましい。
フランジ部101a及びフランジ部101aに対向する第2の金属板102の部分は、少なくとも1面が凹部の側に折り返されていれば良く、電池100を使用する機器等に要求される形状に従って、折り返す面は適宜選択される。
凹部101b以外であれば、第1の金属板101は、熱溶着樹脂103により第2の金属板102と熱圧着されていてよい。
熱溶着樹脂103は、変性ポリオレフィン等が例示される。熱溶着樹脂は、耐熱層を備えていても良い。耐熱層としては、ポリイミドが例示される。
第1実施形態において、第1の金属板101のフランジ部101a及び第2の金属板102にそれぞれ同じ種類の熱溶着樹脂が予め形成されている場合について例示したが、第1の金属板101のフランジ部101a及び第2の金属板102に形成される熱溶着樹脂は、異なるものであっても良い。熱溶着樹脂103は、第1の金属板101のフランジ部101aまたは第2の金属板102の一方にのみ形成されていても良い。熱溶着樹脂が形成されていない第1の金属板101のフランジ部101a及び第2の金属板102を用いて、熱溶着樹脂を挿入したのち、第1の金属板101のフランジ部101aと第2の金属板102を接着しても良い。
第2の金属板102が平板である場合、第2の金属板102に形成される熱溶着樹脂103は、接着された内縁から、0.1〜3mm延長されることにより、正負金属板同士の短絡をより確実に防止することができる。
第1実施形態においては、平板である第2の金属板102を使用したが、第2の金属板102は、第1の金属板101と同様、凹部及びフランジ部を備えていても良い。
第1の金属板101及び102としては、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅を用いてもよい。第1の金属板101及び102の厚みは、10〜300μmであることが好ましい。
〔その他の事項〕
〔その他の事項〕
正極活物質としては、第1実施形態で用いたコバルト酸リチウムに限定されるものではなく、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、リチウムコバルトニッケル複合酸化物、リチウムコバルトマンガン複合酸化物、リチウムニッケルマンガン複合酸化物、あるいはこれらの遷移金属元素の一部をAl、Mg、Zr等で置換したものを使用することが可能である。
負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛以外にも、グラファイト・コークス・酸化スズ・金属リチウム・珪素・及びそれらの混合物等、リチウムイオンを挿入脱離できうるものであれば構わない。
非水電解液としても、第1実施形態で示したものに限定されるものではなく、支持塩としては例えばLiBF4、LiPF6、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiPF6―x(CnF2n+1)x[但し、1<x<6、n=1又は2]等が挙げられ、これらの1種もしくは2種以上を混合して使用できる。支持塩の濃度は特に限定されないが、電解液1リットル当り0.8〜1.8モルが望ましい。また、溶媒種としては上記ECやMEC以外にも、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン(GBL)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート系溶媒が好ましく、更に好ましくは環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せが望ましい。
非水電解質は、非水電解液に限定されず、ポリマー電解質であってもよい。
1 外装体兼正極、2 外装体兼負極、3 発電要素、100 電池、101 第1の金属板、101a フランジ部、101b 凹部、101c 折り返し用凹部、102 第2の金属板、103 熱溶着樹脂。
Claims (3)
- 周縁にフランジ部を有する凹部が形成された第1の金属板と、前記凹部に収容された積層電極体と、前記フランジ部及び前記凹部を覆う第2の金属板とを備える密閉型蓄電池であって、
前記第1の金属板及び前記第2の金属板は電極を兼ね、
前記フランジ部は、前記第2の金属板と、熱溶着樹脂を介して接合されており、
前記フランジ部と前記第2の金属板の接合部は、前記凹部の側に折り返されており、
前記凹部の側に折り返されている前記フランジ部の外縁は、前記凹部の側に折り返されている前記第2の金属板の外縁よりも突出している、密閉型蓄電池。 - 前記フランジ部において、前記第2の金属板の外縁よりも突出している部位は、前記熱溶着樹脂を備える、請求項1に記載の密閉型蓄電池。
- 前記フランジ部及び前記第2の金属板の接合部は、折り返し用凹部に沿って折り返されている、請求項1または請求項2に記載の密閉型蓄電池。
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