WO2007083731A1 - 密閉型電池 - Google Patents

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WO2007083731A1
WO2007083731A1 PCT/JP2007/050767 JP2007050767W WO2007083731A1 WO 2007083731 A1 WO2007083731 A1 WO 2007083731A1 JP 2007050767 W JP2007050767 W JP 2007050767W WO 2007083731 A1 WO2007083731 A1 WO 2007083731A1
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negative electrode
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PCT/JP2007/050767
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Noriko Tanaka
Tsuyoshi Hatanaka
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a sealed battery, and more particularly, to a sealed battery provided with an electrode group having a tabless structure.
  • non-aqueous electrolyte secondary batteries having high voltage and high energy density have been put to practical use as power sources for driving these devices.
  • large-capacity large-sized batteries such as for power storage and electric vehicles, and Sarasako, are being developed for high-output applications such as electric tools and hybrid electric vehicles (HE V).
  • HE V electric tools and hybrid electric vehicles
  • These non-aqueous electrolyte secondary batteries include a strip-shaped positive electrode and negative electrode composed of a mixture layer and a current collector, and a separator that serves to hold an electrolyte while electrically insulating these electrode plates. Turn to configure an electrode group.
  • a microporous thin film sheet having a thickness of several tens of ⁇ m, which is made of polyethylene, is mainly used as the separator.
  • the electrode group of the secondary battery has a so-called tabless structure. That is, one end of the positive and negative current collectors having active materials formed on the surface is exposed, and one end of the exposed current collector is welded to the current collector terminal, thereby providing a current path to the band-shaped electrode. This can be ensured evenly, and the output characteristics can be improved.
  • the electrode group has a tabless structure
  • the exposed portion of the current collector and the current collecting terminal are welded in the vicinity of the separator.
  • the separator is made of a resin such as polyethylene and has low heat resistance, a part of the separator may melt during welding and the positive electrode and the negative electrode may be internally short-circuited. Even if an internal short circuit does not occur, the separator may be contracted by melting part of the separator, which may cause deformation of a part of the current collector and buckling of the electrode group.
  • Patent Document 1 discloses measures for preventing the separator from being melted and the electrode plate from being poorly insulated.
  • the tip of the separator and the tip of the active material layer formed on the current collector are fixed from the end of the exposed portion of the current collector. The method of separating more than the distance is described!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2004-253253
  • Patent Document 2 JP 2000-100408
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-351386
  • a sealed battery according to the present invention is a sealed battery including an electrode group in which a positive electrode and a negative electrode each having an active material layer formed on the surface of a current collector are stacked with a separator interposed therebetween.
  • At least one end of either the positive electrode or the negative electrode is exposed, one end of the exposed current collector is welded to the current collector terminal, and formed on the surface of the current collector welded to the current collector terminal.
  • the active material layer is covered with a heat-resistant porous film, and the end face of the separator is located on the same surface or inward with respect to the end face of the heat-resistant porous film. It has a higher melting point than the separator and has a lower thermal conductivity than the current collector.
  • the end face of the separator is located outward with respect to the end face of the active material layer formed on the surface of the current collector welded to the current collecting terminal.
  • the active material layer formed on the surface of the current collector is covered with the heat-resistant porous film having a lower thermal conductivity than the current collector, and the end face of the separator is covered with the heat-resistant layer.
  • the heat insulating effect of the heat resistant porous membrane makes it possible to dispose the end of the separator closer to the end of the exposed portion of the current collector. It can be formed close to the end of the exposed portion, and the sealed battery can be further miniaturized.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrode of a sealed battery in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which an electrode group having a tabless structure according to an embodiment of the present invention is welded to a current collecting terminal.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of electrodes of a lithium ion secondary battery in an example of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the evaluation results of the lithium ion secondary battery in the example of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an electrode of a nickel metal hydride battery in an example of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the evaluation results of the nickel metal hydride battery in the example of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of one of a positive electrode and a negative electrode in an electrode group of a sealed battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a state in which an electrode group having a tabless structure is welded to a current collecting terminal.
  • the positive electrode and the negative electrode in which the active material layer 2 is formed on the surface of the current collector 1 are wound or laminated with a separator 4 interposed therebetween to form an electrode group 8.
  • One end of the positive electrode and the Z or negative electrode current collector 1 is exposed, and one end of the exposed current collector 1 is welded to the current collector terminals 9 and 10.
  • the active material layer 2 formed on the surface of the current collector 1 is covered with the heat-resistant porous membrane 3, and the end face 6 of the separator 4 is the same as the end face 5 of the heat-resistant porous film 3. Located on one side or inside.
  • the end face 6 of the separator 4 is located outward with respect to the end face 7 of the active material layer 2 formed on the surface of the current collector 1! /.
  • the heat-resistant porous film 3 is not particularly limited as long as it has a higher melting point than that of the separator 4 and a lower thermal conductivity than that of the current collector 1. Since the normally used separator 4 has a melting point of 90 to 150 ° C., the heat resistant porous membrane 3 preferably has a melting point of 200 ° C. or higher.
  • the heat-resistant porous membrane 3 for example, a material containing an insulating filler and a binder can be used.
  • an inorganic oxide filler is preferred. Examples of inorganic oxides that can be used include alumina, zeolite, silicon nitride, silicon carbide, titanium oxide, acid silicate, magnesium oxide, acid zinc, and nickel oxide. You can.
  • heat resistant porous membrane 3 for example, polyimide, polyamideimide, aramid, polyethylene sulfide, or polyetherimide, polyethylene terephthalate, polyether-tolyl, polyetheretherketone, polybenzoimidazole. You may use heat-resistant rosin such as.
  • the material of the heat resistant porous membrane 3 is chemically stable without causing side reactions that adversely affect the battery characteristics even when immersed in an organic electrolyte during use of the battery or under a redox potential. It is preferable to select one having a high purity.
  • the binder for example, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR) and the like can be used.
  • At least one of the binders is preferably a non-crystalline, high heat resistance rubber-like polymer containing a polyacrylonitrile unit.
  • the heat-resistant porous membrane 3 formed in the form of a film may be applied directly on the active material layer 2 or when the electrode group 8 is formed. Or insert it between the negative electrode and the separator.
  • separator 4 it is preferable to use a microporous film that is stable at any potential of the positive electrode and the negative electrode, which have a high holding power of the electrolyte, for example, polypropylene, polyethylene, and the like. , Polyimide, polyamide and the like can be used.
  • the positive electrode active material a material capable of occluding and releasing lithium can be used.
  • a composite lithium oxide can be used.
  • At least one transition metal such as Co, Mn, Ni, Fe, etc.
  • transition metal may be replaced with other elements such as Al, Mg, Li.
  • the positive electrode is formed by applying a positive electrode paste obtained by kneading a positive electrode active material with a conductive agent and a binder onto a positive electrode current collector, drying it, rolling it to a predetermined thickness, and then cutting it to a predetermined dimension.
  • a positive electrode paste obtained by kneading a positive electrode active material with a conductive agent and a binder onto a positive electrode current collector, drying it, rolling it to a predetermined thickness, and then cutting it to a predetermined dimension.
  • the conductive agent for example, strong bon black such as acetylene black (AB) or ketine black (KB), or a graphite material can be used.
  • the binder for example, PVDF, modified acrylic rubber, polytetrafluoroethylene, etc., which are stable materials under a positive potential, can be used.
  • cellulose resin such as carboxymethyl cellulose (CMC) may be used.
  • the positive electrode current collector for example, an aluminum foil that is stable under the
  • the negative electrode active material a material capable of occluding lithium can be used.
  • a material capable of occluding lithium can be used.
  • graphite, silicide, titanium alloy material, or the like can be used.
  • the binder for example, PVDF or styrene-butadiene rubber copolymer (SBR) which is stable under the negative electrode potential can be used.
  • Cellulose resin such as CMC may be used as a thickener for stabilizing the paste.
  • the negative electrode current collector for example, a copper foil that is stable under a negative electrode potential can be used.
  • the exposed portion of the current collector 1 and the current collecting terminals 9 and 10 are welded by, for example, laser welding, ultrasonic welding, resistance welding, TIG welding, or the like. Can be used.
  • a porous film mainly composed of an inorganic oxide filler was formed on the negative electrode.
  • Median diameter 0 3 / and alumina zm, polyacrylonitrile modified rubber binder (solid content 8 wt 0/0) and the weight ratio of 8: 3, were kneaded with a planetary mixer together with further a suitable amount of NMP, the heat resistant porous A membrane slurry was prepared.
  • This porous film slurry was coated and dried on each side of 4 ⁇ m on one side so that an exposed portion of 6 mm wide copper foil was formed, and a negative electrode plate was obtained.
  • the positive electrode active material includes a lithium nickel composite oxide represented by the composition formula LiNi Co Al O.
  • a liquid was prepared. While stirring this saturated aqueous solution, an alkaline solution in which sodium hydroxide is dissolved is slowly dropped and neutralized to neutralize the ternary nickel hydroxide Ni Co Al (
  • the obtained nickel hydroxide had an average particle size of 10 ⁇ m.
  • Ni Co Al (OH) was heat-treated at 900 ° C in the atmosphere for 10 hours.
  • X-ray diffraction confirmed that the complex oxide had a single-phase hexagonal layered structure and that Co and A1 were in solid solution.
  • AB is used as the conductive agent
  • PVdF is used as the binder
  • the positive electrode active material, conductive agent, and binder are adjusted at a solid content ratio of 90: 5: 6 (wt%)
  • n —Methyl-2-pyrrolidone (NMP) was kneaded as a solvent to prepare a positive electrode mixture paste.
  • the mixture paste was applied to both sides of a 15 m thick aluminum foil positive electrode current collector so that the exposed part of the 10 mm wide aluminum foil was formed, dried, rolled, and slitted to give a thickness of 0.078 mm, width. 120mm (mixture width 110mm), 3090mm long positive electrode Made.
  • a porous film mainly composed of the inorganic oxide filler was formed on the positive electrode.
  • a porous membrane slurry was applied to the positive electrode 4 m on each side so that a 4 mm wide aluminum foil exposed portion was formed, and dried to form a positive electrode plate.
  • the thermal conductivity of the current collector and the porous film was measured using a laser flash method.
  • the thermal conductivity at 23 ° C is 392 WZm * K for the negative electrode current collector for copper foil, 228 WZm'K for the positive electrode current collector for aluminum foil, and 0.6 WZm'K for the porous film. It was confirmed that the conductivity was lower than the thermal conductivity of the positive electrode and the negative electrode current collector.
  • An electrode group was produced by winding the above positive electrode and negative electrode through a separator 4 made of a polyethylene / polypropylene composite film having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 118 mm.
  • the separator 4 was disposed so that the end face 6 of the separator 4 was located 4 mm outward of the positive electrode and 2 mm outward of the negative electrode with respect to the end face 7 of the active material layer 2. Further, the separator 4 was disposed so that the end face 6 of the separator 4 was positioned inward by 2 mm with respect to the end face 5 of the porous film 3 for both the positive electrode and the negative electrode.
  • An aluminum positive electrode current collector terminal having a thickness of 0.3 mm and a diameter of 30 mm was laser welded to the exposed portion of the positive electrode current collector of the electrode group thus produced using a YAG laser. The accumulated output at this time was 180W. Further, a nickel negative electrode current collector terminal having a thickness of 0.2 mm and a diameter of 30 mm was laser-welded to the exposed portion of the negative electrode current collector. The integrated output amount at this time was 120W.
  • This electrode group was inserted into the battery case, the positive electrode current collector terminal was laser welded to the sealing plate, and the negative electrode current collector terminal was resistance welded to the bottom of the battery case.
  • a non-aqueous electrolyte lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that a separator with a width of 122 mm was used and the end face of the separator on the positive face and the negative face of the porous film were also on the same face. did.
  • the positive electrode plate is not provided with the exposed part of the current collector and the porous film, and the positive electrode plate is ultrasonically welded with a 0.15 mm wide and 3.5 mm thick aluminum current collector terminal at the longitudinal end of the electrode plate.
  • a nonaqueous electrolyte lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that.
  • the negative electrode plate is not provided with an exposed portion of the current collector and a porous film, and a negative electrode plate is used in which a nickel current collector terminal with a thickness of 0.1 mm and a width of 3 mm is resistance-welded at the longitudinal end of the electrode plate.
  • a nonaqueous electrolyte lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 1 except that a separator having a width of 126 mm was used and the end face of the separator was positioned 2 mm outward from the end face of the porous film on the exposed portion side of the positive and negative electrode current collectors. Similarly, a nonaqueous electrolyte lithium secondary battery was produced.
  • the end face of the separator is positioned 1 mm inward with respect to the end face of the positive electrode active material layer, and the end face of the separator is positioned 3 mm inward with respect to the end face of the negative electrode active material layer.
  • a non-aqueous electrolyte lithium secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the separator end face was positioned 2 mm inward with respect to the end faces of the positive and negative electrode porous membranes.
  • a nonaqueous electrolyte lithium secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a positive electrode plate and a negative electrode plate not provided with a porous film were used.
  • a nonaqueous electrolyte lithium secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 1.
  • the electrode group was disassembled for the above batteries, and the welded state of the exposed portions of the positive and negative electrode current collectors and the current collector terminals was observed.
  • the method for determining the welding state is that the tensile fracture strength at the welding position between the exposed portion of the positive electrode current collector and the positive electrode current collector terminal is 1.5 N or more, and the exposed portion of the negative electrode current collector.
  • the tensile fracture strength at the welding position between the cathode and the negative electrode current collector terminal was 4N or more, and the separator was not melted as “ ⁇ ” and the others as “X”.
  • the cross section of the battery was checked for the presence of buckling of the electrode group by X-ray CT analysis.
  • the thermal conductivity is lower than that of the current collector, the active material layer is covered with a porous film, and the end face of the separator is located on the same plane or inward with respect to the end face of the porous film.
  • the welded state was all good and the electrode group did not buckle.
  • the separator does not melt due to the heat insulating effect of the porous membrane, causing internal short circuit between the positive and negative electrodes or buckling of the electrode group. It is thought that it has been avoided. The effect was confirmed by forming the porous film on the positive electrode active material layer, the negative electrode active material layer, or both.
  • the active material layer is covered with a porous film having a lower thermal conductivity than the current collector, and the end face of the separator is located outward with respect to the end face of the porous film.
  • the buckling of the electrode group as in the battery of Comparative Example 1 was not observed, a small amount of melting of the separator was confirmed. Since the end face of the separator is located outside the porous membrane, it is considered that the end face of the separator was in contact with the exposed portion of the current collector and melted. However, the melting amount is small and the active material layer The OCV defect rate due to the positive and negative electrode short-circuits as seen in the battery of Comparative Example 1 was low. From this result, it was found that the end face of the separator is preferably located on the same plane or inward with respect to the end face of the porous membrane on the exposed portion side of the current collector.
  • the battery of Example 6 in which the end face of the separator is positioned inward with respect to the end faces of the positive electrode and the negative electrode active material layer has no separator in the part of the opposed surfaces of the positive and negative electrodes. Since the insulation is maintained only with the porous film on the surface of the electrode, the OCV defect rate is slightly higher than in the batteries of Examples 1 and 2 in which the end face of the separator is located outward relative to the end faces of the positive electrode and negative electrode active material layers. As a result, it was found that the end face of the separator is preferably located outward with respect to the end faces of the positive electrode and negative electrode active material layers.
  • a hydrogen storage alloy negative electrode Water was added to the hydrogen storage alloy powder to make a paste, filled into a foamed nickel porous body with a porosity of 95%, dried and pressurized, then cut to a predetermined size to prepare a hydrogen storage alloy negative electrode.
  • spherical nickel hydroxide powder, cobalt powder, and cobalt hydroxide powder are mixed at a weight ratio of 100: 7: 5, and after adding water to make a paste, the porosity of the electrode substrate is 95%.
  • the nickel positive electrode was prepared by cutting into a predetermined size. Apply both the positive and negative electrodes by coating so that an exposed part with a width of 10 mm is formed at one end of the long side of the substrate! /
  • a porous film mainly composed of the inorganic oxide filler used in Example 1 was formed on the positive and negative electrodes.
  • This porous film slurry is continuously connected to one end in the long side direction so that an exposed portion of the substrate with a width of 6 mm is formed at the negative electrode, and an exposed portion of the substrate with a width of 4 mm is formed at the positive electrode.
  • Each was applied and dried.
  • the positive electrode and the negative electrode prepared as described above were spirally wound through a separator. At this time, the end face of the separator was positioned 4 mm outward from the end face of the positive electrode active material layer, and the end face of the separator was positioned 2 mm outward from the end face of the negative electrode active material layer.
  • the separator uses a sulfonated polypropylene nonwoven fabric that is sulfonated polypropylene nonwoven fabric.
  • a current collector plate in which nickel plating is applied to iron having a thickness of 0.3 mm and a diameter of 30 mm on the exposed portion of the positive electrode base and the negative electrode base of the electrode group is resistance-welded. Welded with a machine. Welding conditions at this time are welding electrode diameter: 2mm, pressurization: 160N, current value: 2kA
  • This electrode group was inserted into the battery case, and after 1.4 g Zcc of potassium hydroxide (KOH) was charged with 40 g ZL of lithium hydroxide (LiOH), the battery case was opened. Sealed to produce a nickel metal hydride storage battery.
  • KOH potassium hydroxide
  • LiOH lithium hydroxide
  • a nickel-metal hydride storage battery was produced in the same manner as in Example 7, except that the end face of the separator was the same as the end face of the porous film on the exposed portion side of the positive and negative electrode substrates.
  • the positive electrode plate is not provided with the exposed portion of the substrate and the porous film, and the thickness is at the longitudinal end of the electrode plate.
  • a nickel-metal hydride storage battery was fabricated in the same manner as in Example 7, except that a positive electrode plate ultrasonically welded with a nickel current collector terminal of 0.15 mm width and 3.5 mm was used.
  • the negative electrode plate is not provided with the exposed portion of the substrate and the porous film, and the thickness is at the end in the longitudinal direction of the electrode plate.
  • a nickel-metal hydride storage battery was fabricated in the same manner as in Example 7, except that a negative electrode plate resistance-welded to a 1 mm wide 3 mm nickel current collector terminal was used.
  • a nickel-metal hydride storage battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the separator end face was positioned 2 mm outward from the end face of the porous membrane on the exposed portion side of the positive electrode and negative electrode substrate.
  • the end face of the separator is positioned 1 mm inward with respect to the end face of the positive electrode active material layer, and the end face of the separator is positioned 3 mm inward with respect to the end face of the negative electrode active material layer.
  • the end face of the separator is different from the end face of the porous membrane on the side
  • a nickel-metal hydride storage battery was produced in the same manner as in Example 7 except that a positive electrode plate and a negative electrode plate without a porous film were used.
  • the electrode group was disassembled, and the welded state of the exposed portions of the positive and negative electrode current collectors and the current collecting terminals was observed.
  • the welding state was determined as “ ⁇ ” when there was no melting or alteration of the separator due to welding, and “X” when not.
  • the active material layer is covered with a porous film having lower thermal conductivity than the current collector, and the end face of the separator is on the same plane or inward with respect to the end face of the porous film on the exposed portion side of the substrate.
  • the welded state was all good, and the leak failure occurrence rate was very low and level.
  • the active material layer is covered with a porous film having a lower thermal conductivity than that of the substrate, and the exposed portion side of the current collector is covered.
  • a small amount of melting of the separator was confirmed. Since the end face of the separator is located outside the porous membrane, it is considered that the end face of the separator is in contact with the substrate exposed portion and melted. However, since the amount of melting is small, and the porous material covers the active material layer, it is a comparative example
  • the end face of the separator is preferably located on the same plane or inward with respect to the end face of the porous membrane on the exposed portion side of the substrate.
  • the battery of Example 12 in which the end face of the separator is positioned inward with respect to the end faces of the positive electrode and the negative electrode active material layer has no separator in the part of the facing surfaces of the positive and negative electrodes. Since the insulation is maintained only by the porous film on the surface of the battery, the leak rate is slightly higher than the batteries of Examples 1 and 2 in which the end face of the separator is located outward relative to the end faces of the positive and negative electrode active material layers. As a result, it was preferred that the end face of the separator was positioned outward with respect to the end faces of the positive electrode and negative electrode active material layers.
  • the present invention has been described with reference to the preferred embodiments, but such description is not a limitation, and various modifications can be made.
  • the same effects can be obtained in a lithium primary battery having an electrode group having a tabless structure similar to those of the lithium ion secondary battery and the nickel metal hydride storage battery. it can.
  • the present invention is useful in a sealed battery including a tabless structure electrode group.

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Description

明 細 書
密閉型電池
技術分野
[0001] 本発明は、密閉型電池に関し、特に、タブレス構造の電極群を備えた密閉型電池 に関する。
背景技術
[0002] 近年、電子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでおり、これらの駆動 用電源として、高電圧および高工ネルギー密度を有する非水電解質二次電池の実 用化が進んでいる。また、これらの小型民生用途のみならず、電力貯蔵用や電気自 動車用など大容量の大型電池、さら〖こは、電動工具やハイブリッド電気自動車 (HE V)など高出力用途への展開が進んでいる。これら非水電解質二次電池は、合剤層 と集電体とからなる帯状の正極及び負極と、これらの極板を電気的に絶縁しつつ電 解液を保持する役目をもつセパレータとを捲回して電極群が構成されている。ここで セパレータには主にポリエチレン力 なる厚み数十 μ mの微多孔性薄膜シートが使 われる。
[0003] 非水電解質二次電池の高出力化を図るために、二次電池の電極群を、いわゆるタ ブレス構造にする方法が採られている。すなわち、表面に活物質が形成された正極 及び負極の集電体の一端を露出し、この露出した集電体の一端を集電端子に溶接 することによって、帯状の電極に対して電流経路を万遍なく確保することができ、これ により、出力特性を向上させることができる。
[0004] し力しながら、電極群をタブレス構造にした場合、集電体の露出部と集電端子との 溶接がセパレータの近傍でなされることになる。通常、セパレータは、ポリエチレンな どの榭脂からなるため耐熱性が低ぐそのため、溶接の際に、セパレータの一部が溶 融して、正極と負極とが内部短絡するおそれがある。また、内部短絡に至らなくても、 セパレータの一部が溶融することによってセパレータが収縮し、これにより集電体の 一部が変形して電極群に座屈が生じるおそれがある。
[0005] そこで、セパレータの溶損や極板の絶縁不良を防止する対策として、特許文献 1に は、集電体の露出部と集電端子との溶接の際に、セパレータの先端、及び集電体上 に形成された活物質層の先端を、集電体の露出部端部からそれぞれ一定の距離以 上離す方法が記載されて!、る。
特許文献 1：特開 2004— 253253号公報
特許文献 2 :特開 2000— 100408号公報
特許文献 3：特開 2006— 351386号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、集電体の露出部と集電端子との溶接によるセパレータの溶融は、溶 接に伴う熱が熱伝導率の高い集電体を通じてセパレータに到達することで起こるた め、セパレータの先端を、集電体の露出部端部からある程度の距離を離しても、溶接 時のセパレータの溶融を確実に回避することは難しい。また、セパレータの溶融を回 避するために、セパレータの先端と集電体の露出部端部との距離を長くすると、活物 質層の幅を実質的に狭くすることになり、容量の低下にも繋がる。
[0007] ところで、電極間の内部短絡による異常発熱の対策として、セパレータとは別に耐 熱性多孔質膜を正極、負極間に配する方法が提案されている (例えば、特許文献 2、 3を参照)。これは、耐熱性の低いセパレータに、内部短絡時のシャットダウン機能（ セパレータが溶融してセパレータが無孔化することによってイオン伝導を遮蔽する機 能)を持たすとともに、内部短絡により異常発熱してセパレータが溶融、流動化しても 、耐熱性の多孔質膜によって、電極間の短絡を防止するようにしたものである。
[0008] し力しながら、このような構成の電極群において、高出力化を企図してタブレス構造 を採用した場合に、溶接時のセパレータの溶損や極板の絶縁不良を防止するため に、セパレータと耐熱性多孔質膜との位置関係は全く考慮されていな力つた。
[0009] 本発明はカゝかる事情に鑑みなされたもので、タブレス構造の電極群を備えた密閉 型電池において、集電体の露出部と集電端子との溶接の際に、セパレータの溶損や 極板の絶縁不良の生じない、安全性の高い密閉型電池を提供することを目的とする 課題を解決するための手段 [0010] 本発明に係わる密閉型電池は、集電体の表面に活物質層が形成されてなる正極 及び負極がセパレータを介して積層された電極群を備えた密閉型電池であって、少 なくとも正極及び負極のいずれか一方の集電体の一端が露出され、該露出した集電 体の一端が集電端子に溶接され、集電端子に溶接された集電体の表面に形成され た活物質層は、耐熱性多孔質膜で被われ、かつ、セパレータの端面は、耐熱性多孔 質膜の端面に対して同一面または内方に位置しており、耐熱性多孔質膜は、セパレ ータよりも高い融点を有し、かつ、集電体よりも低い熱伝導率を有することを特徴とす る。
[0011] また、セパレータの端面は、集電端子に溶接された集電体の表面に形成された活 物質層の端面に対して外方に位置して 、ることが好ま U、。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、集電体の表面に形成された活物質層を、集電体よりも熱伝導率 の低い耐熱性多孔質膜で被うとともに、セパレータの端面を、耐熱性多孔質膜の端 面に対して同一面または内方に位置させることによって、集電体の露出部と集電端 子との溶接時に発生した熱が集電体を通じて伝熱されても、耐熱性多孔質膜の断熱 効果によってセパレータの溶融を効果的に防止することができる。これにより、正極と 負極との内部短絡や、電極群の座屈を回避することができ、安全性、信頼性の高い 密閉型電池を実現することができる。
[0013] また、耐熱性多孔質膜の断熱効果によって、セパレータの端部を集電体の露出部 端部により接近して配置することが可能となり、これにより、活物質層も集電体の露出 部端部に接近して形成することができ、密閉型電池をさらに小型化することができる。 図面の簡単な説明
[0014] [図 1]図 1は、本発明の実施形態における密閉型電池の電極の構成を示した断面図 である。
[図 2]図 2は、本発明の実施形態におけるタブレス構造の電極群を集電端子に溶接し た状態を示した斜視図である。
[図 3]図 3は、本発明の実施例におけるリチウムイオン二次電池の電極の構成を示し た図である。 [図 4]図 4は、本発明の実施例におけるリチウムイオン二次電池の評価結果を示した 図である。
[図 5]図 5は、本発明の実施例におけるニッケル水素電池の電極の構成を示した図で ある。
[図 6]図 6は、本発明の実施例におけるニッケル水素電池の評価結果を示した図であ る。
符号の説明
[0015] 1 集電体
2 正極 Z負極活物質層
3 耐熱性多孔質膜
4 セノ レータ
5 多孔質膜端面 (集電体露出部側）
6 セパレータ端面 (集電体露出部側）
7 活物質層端面 (集電体露出部側）
8 電極群
9、 10 正極 Z負極集電端子
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面 においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一 の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
[0017] 図 1は、本発明の実施形態における密閉型電池の電極群のうち、正極または負極 の一方の電極の構成を模式的に示した断面図である。また、図 2は、タブレス構造の 電極群を集電端子に溶接した状態を示した斜視図である。
[0018] 図 1及び図 2に示すように、集電体 1の表面に活物質層 2が形成されてなる正極及 び負極は、セパレータ 4を介して捲回または積層されて電極群 8を構成しており、正 極及び Zまたは負極の集電体 1の一端が露出され、露出した集電体 1の一端が集電 端子 9、 10に溶接されている。集電体 1の表面に形成された活物質層 2は、耐熱性多 孔質膜 3で被われ、セパレータ 4の端面 6は、耐熱性多孔質膜 3の端面 5に対して同 一面または内方に位置している。
[0019] また、セパレータ 4の端面 6は、集電体 1の表面に形成された活物質層 2の端面 7に 対して外方に位置して 、ることが好まし!/、。
[0020] ここで、耐熱性多孔質膜 3は、セパレータ 4よりも高い融点を有し、集電体 1よりも低 い熱伝導率を有する材料であれば、特に制限はない。通常用いられるセパレータ 4 の融点は 90〜150°Cの融点を有することから、耐熱性多孔質膜 3の融点は、 200°C 以上であることが好ましい。
[0021] 耐熱性多孔質膜 3としては、例えば、絶縁性フイラ一と結着剤とを含む材料を用い ることができる。絶縁性フイラ一としては、無機酸ィ匕物フイラ一が好ましい。無機酸ィ匕 物としては、例えば、アルミナ、ゼォライト、窒化珪素、炭化珪素、酸化チタン、酸ィ匕ジ ルコ-ゥム、酸化マグネシウム、酸ィ匕亜鉛およびニ酸ィ匕ケィ素などを用いることができ る。
[0022] また、耐熱性多孔質膜 3として、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ァラミド、ポリフエ 二レンサルファイド、またはポリエーテルイミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエー テル-トリル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリべンゾイミダゾールなどの耐熱性榭脂 を用いてもよい。
[0023] なお、耐熱性多孔質膜 3の材料は、電池使用時の有機電解液による浸漬、または 酸化還元電位下においても、電池特性に悪影響を及ぼす副反応を起こさず、化学 的に安定で高純度のものを選択するのが好ましい。
[0024] また、結着剤としては、例えば、ポリエチレン (PE)、ポリプロピレン (PP)、ポリテトラ フルォロエチレン（PTFE)、ポリフッ化ビ-リデン（PVDF)、スチレンブタジエンゴム（ SBR)等を用いることできる。なお、結着剤の少なくとも 1種は、非結晶性で耐熱性が 高!、ポリアクリロニトリル単位を含むゴム性状高分子であることが好ま 、。
[0025] 耐熱性多孔質膜 3の形成方法としては、活物質層 2上へ直接塗布しても、あるいは 、電極群 8の形成時に、フィルム状に形成した耐熱性多孔質膜 3を、正極または負極 とセパレータ間に挿入してもよ 、。
[0026] セパレータ 4は、電解液の保持力が高ぐ正極と負極のいずれの電位下においても 安定な微多孔性フィルムを用いることが好ましぐ例えば、ポリプロピレン、ポリエチレ ン、ポリイミド、ポリアミドなどを用いることができる。
[0027] 正極活物質は、リチウムを吸蔵、放出可能できる材料を用いることができ、例えば、 複合リチウム酸ィ匕物を用いることができる。具体的には、組成式 LiMOあるいは LiM
2 2
Oで示され、 Mとしては Co、 Mn、 Ni、 Fe等の遷移金属を少なくとも 1種選択すること
4
ができる。また、遷移金属の一部を、 Al、 Mg、 Liなどの他元素に置換したものでもよ い。
[0028] 正極は、正極活物質を導電剤および結着剤と混練した正極ペーストを、正極集電 体上に塗布'乾燥し、所定厚に圧延した後、所定寸法に切断して形成する。ここで、 導電剤としては、例えば、アセチレンブラック (AB)、ケツチ ンブラック (KB)などの力 一ボンブラックや、黒鉛材料を用いることができる。また、結着剤としては、例えば、正 極電位下にお 、て安定な材料である PVDFや変性アクリルゴム、ポリテトラフルォロ エチレンなどを用いることができる。また、ペーストを安定ィ匕させる増粘剤として、カル ボキシメチルセルロース（CMC)などのセルロース榭脂を用いてもよい。また、正極集 電体としては、例えば、正極電位下において安定なアルミニウム箔等を用いることが できる。
[0029] 負極活物質は、リチウムを吸蔵できる材料を用いることができ、例えば、黒鉛、シリ サイド、チタン合金材料などを用いることができる。結着剤としては、例えば、負極電 位下にお 、て安定な PVDFやスチレン—ブタジエンゴム共重合体（SBR)などを用 いることができる。また、ペーストを安定ィ匕させる増粘剤として、 CMCなどのセルロー ス榭脂を用いてもよい。また、負極集電体としては、例えば、負極電位下において安 定な銅箔等を用いることができる。
[0030] なお、電極群 8を構成した後、集電体 1の露出部と集電端子 9、 10を溶接する方法 としては、例えば、レーザー溶接、超音波溶接、抵抗溶接、 TIG溶接等を用いること ができる。
[0031] 以下に、本発明をリチウムイオン二次電池に適応した実施例を説明する。
[0032] (実施例 1)
負極活物質に人造黒鉛を用い、結着剤には SBR水溶性デイスパージヨンを用いた 。増粘剤にはカルボキシメチルセルロース (CMC)を用い、負極活物質、結着剤、増 粘剤とをそれぞれ固形分比率で 96 : 3 : 1 (重量％)の割合で調整し、さらに水を溶媒 として固形分重量に対して 100%配合し、混練して負極合剤ペーストを作製した。こ れを厚み 10 μ mの銅箔の負極集電体の両面に 10mm幅の銅箔の露出部ができるよ うに塗布し、乾燥させた後、圧延、スリット加工を施し、厚み 0. 077mm,幅 124mm ( 合剤幅 114mm)、長さ 3300mmの負極を作製した。
[0033] この負極上に無機酸ィ匕物フイラ一を主体とした多孔質膜を形成した。メディアン径 0 . 3 /z mのアルミナと、ポリアクリロニトリル変性ゴム結着剤（固形分 8重量0 /0)とを重量 比 8 : 3、さらに適量の NMPとともにプラネタリーミキサーにて混練し、耐熱多孔膜スラ リーを作製した。この多孔膜スラリーを 6mm幅の銅箔の露出部ができるように負極上 に片面 4 μ mずつ塗布乾燥し負極板とした。
[0034] 正極活物質には、組成式 LiNi Co Al Oで表されるリチウムニッケル複合酸ィ匕
0.7 0.2 0.1 2
物を用いた。 NiSO水溶液に、所定比率の Coおよび A1の硫酸塩をカ卩え、飽和水溶
4
液を調製した。この飽和水溶液を撹拌しながら水酸化ナトリウムが溶解したアルカリ 溶液をゆっくりと滴下し中和することによって三元系の水酸化ニッケル Ni Co Al (
0.7 0.2 0.1
OH) の沈殿物を生成させた。この沈殿物をろ過、水洗し、 80°Cで乾燥を行った。得
2
られた水酸化ニッケルは平均粒径 10 μ mであった。
[0035] その後、得られた Ni Co Al (OH)を大気中 900°Cで 10時間の熱処理を行い
0.7 0.2 0.1 2
、酸ィ匕ニッケル Ni Co Al Oを得た。得られた酸ィ匕物は X線回折により単一相の酸
0.7 0.2 0.1
化ニッケルであることを確認した。そして、 Ni、 Co、 Alの原子数の和と Liの原子数が 等量になるように水酸化リチウム 1水和物をカ卩え、乾燥空気中 800°Cで 10時間の熱 処理を行うことにより、目的とする LiNi Co Al Oを得た。得られたリチウムニッケ
0.7 0.2 0.1 2
ル複合酸化物は、 X線回折により単一相の六方晶層状構造であると共に、 Coおよび A1が固溶していることを確認した。導電剤には AB、結着剤には PVdFを用い、これら 正極活物質、導電剤、結着剤とを固形分比率で 90 : 5 : 6 (重量％)の配合比で調整 し、さらに n—メチル—2—ピロリドン (NMP)を溶媒として混練し、正極合剤ペースト を作製した。合剤ペーストを厚み 15 mアルミニウム箔の正極集電体の両面に 10m m幅のアルミニウム箔の露出部ができるように塗布し、乾燥した後、圧延、スリット加工 を施し、厚み 0. 078mm,幅 120mm (合剤幅 110mm)、長さ 3090mmの正極を作 製した。
[0036] この正極上に上記無機酸ィ匕物フイラ一を主体とした多孔質膜を形成した。多孔質 膜スラリーを 4mm幅のアルミ箔露出部ができるように正極上に片面 4 mずつ塗布 乾燥し正極板とした。
[0037] これら集電体と多孔質膜の熱伝導率をレーザーフラッシュ法を用いて測定した。 23 °Cにおける熱伝導度は、銅箔の負極集電体が 392WZm*K、アルミニウム箔の正極 集電体が 228WZm'K、多孔質膜が 0. 6WZm'Kであり、多孔質膜の熱伝導率は 正極、負極集電体の熱伝導率より低いことを確認した。
[0038] 上記の正極および負極を、厚み 20 μ m、幅 118mmのポリエチレン.ポリプロピレン 複合フィルムカゝらなるセパレータ 4を介して捲回した電極群を作製した。この時、セパ レータ 4の端面 6を、活物質層 2の端面 7に対して、正極では 4mm外方に、負極では 2mm外方に位置するようにセパレータ 4を配置した。また、セパレータ 4の端面 6を、 正極及び負極の両方とも、多孔質膜 3の端面 5に対して、 2mmずつ内方に位置する ようにセパレータ 4を配置した。
[0039] このようにして作製された電極群の正極集電体の露出部に、厚み 0. 3mm、径 30 mmのアルミニウムの正極集電端子を YAGレーザーを用いてレーザー溶接した。こ の時の積算出力量は 180Wであった。また、負極集電体の露出部に、厚み 0. 2mm 、径 30mmのニッケルの負極集電端子をレーザー溶接した。この時の積算出力量は 120Wであった。
[0040] この電極群を電池ケースに挿入し、正極集電端子を封口板にレーザー溶接し、負 極集電端子を電池ケースの底部に抵抗溶接した。エチレンカーボネート (EC)：ジェ チルカーボネート（DEC)：ジメチルカーボネート（DMC) = 20 :40 :40 (重量％)の 溶媒に LiPFを 1モル Zリットル溶解させた電解液を加えた後、電池ケースの開口部
6
を封口し、非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0041] (実施例 2)
幅 122mmのセパレータを用い、正極および負極における多孔質膜の端面に対し てセパレータの端面カ^、ずれも同一面であること以外実施例 1と同様にして非水電 解質リチウム二次電池を作製した。 [0042] (実施例 3)
正極板に集電体の露出部および多孔質膜を設けず、極板の長手方向の端部に厚 み 0. 15mm幅 3. 5mmのアルミニウムの集電端子を超音波溶接した正極板を用い たこと以外実施例 1と同様にして非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0043] (実施例 4)
負極板に集電体の露出部および多孔質膜を設けず、極板の長手方向の端部に厚 み 0. 1mm幅 3mmのニッケルの集電端子を抵抗溶接した負極板を用いたこと以外 実施例 1と同様にして非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0044] (実施例 5)
幅 126mmのセパレータを使用し、正極および負極集電体の露出部側における多 孔質膜の端面に対してセパレータの端面はそれぞれ 2mmずつ外方に位置するよう に構成したこと以外実施例 1と同様にして非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0045] (実施例 6)
幅 108mmのセパレータを用い、正極活物質層の端面に対してセパレータの端面 は lmm内方に、負極活物質層の端面に対してセパレータの端面は 3mm内方に位 置するように構成し、正極および負極の多孔質膜の端面に対してセパレータの端面 はそれぞれ 2mmずつ内方に位置するように構成したこと以外実施例 1と同様にして 非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0046] (比較例 1)
多孔質膜を設けない正極板および負極板を用いたこと以外実施例 1と同様にして 非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0047] (比較例 2)
正極集電体の露出部と正極集電端子の溶接を積算出力量 150Wでレーザー溶接 し、負極集電体の露出部と負極集電端子の溶接を積算出力量 100Wでレーザー溶 接したこと以外比較例 1と同様にして非水電解質リチウム二次電池を作製した。
[0048] 以上の電池について電極群を解体し、正極および負極集電体の露出部と集電端 子の溶接状態を観察した。溶接状態の判別方法は、正極集電体の露出部と正極集 電端子との溶接位置における引っ張り破断強さが 1. 5N以上、負極集電体の露出部 と負極集電端子との溶接位置における引っ張り破断強さが 4N以上であり、セパレー タの溶融がないものを「〇」、それ以外を「X」とした。次に、電池の断面を X線 CT解 析法で電極群の座屈の有無を確認した。
[0049] 以上の電池についてコンディショニングを行った。 25°C環境下で充電は 4. IVまで 、放電は 2. 5Vまで CZ5レートで定電流充放電を 3サイクル行った後、 4. IV充電状 態で 45°C環境下に 1週間放置した。 45°C放置前後の OCV(Open circuit voltage)を 比較し、その差（A OCV)を算出した。 A OCVが 3 σカゝら外れる電池を OCV不良電 池とし、各実施例について不良率を求めた。これらの結果を図 3および図 4に示す。
[0050] 活物質層上に多孔質膜を形成しない比較例 1の電池では、セパレータの溶融が観 察され、その電極群の X線 CTによる断面観察では電極群の座屈が観察された。また 、セパレータの溶融による正、負極板の短絡が発生し、 OCV不良率が非常に高くな つた。集電体の露出部と集電端子を溶接する際、セパレータの端部が集電体の露出 部と接触し、溶接時の熱が熱伝導度の高 、集電体を伝わってセパレータが溶融した と考えられる。このようなセパレータの溶融を防ぐために、集電体の露出部と集電端 子の溶接条件を低くした比較例 2の電池では、集電体の露出部と集電端子との溶接 位置での引っ張り破断強さが条件を満たさず、溶接不良となった。
[0051] 一方、集電体よりも熱伝導率の低!、多孔質膜で活物質層を被!ヽ、多孔質膜の端面 に対してセパレータの端面が同一面または内方に位置する実施例 1〜4の電池にお いては、溶接状態はすべて良好であり、電極群の座屈も観察されな力つた。集電体 の露出部と集電端子との溶接時に発生した熱が集電体を通じても、多孔質膜の断熱 効果によりセパレータが溶融せず、正負極間の内部短絡や電極群の座屈を回避で きたと考えられる。多孔質膜は正極活物質層、負極活物質層、いずれか、あるいは両 方に形成することでその効果を確認することができた。
[0052] 集電体よりも熱伝導率の低!ヽ多孔質膜で活物質層を被!ヽ、多孔質膜の端面に対し てセパレータの端面が外方に位置する実施例 5の電池においては、比較例 1の電池 のような電極群の座屈は見られな力つたもののセパレータの溶融が少量確認された。 セパレータの端面が多孔質膜の外方に位置するため、セパレータの端面が集電体 露出部に接触して溶融したと考えられる。しかし溶融量が少ないこと、また活物質層 を多孔質膜が被っているため比較例 1の電池で見られたような正、負極の短絡による OCV不良率は低力つた。この結果から、集電体の露出部側における多孔質膜の端 面に対してセパレータの端面が同一面または内方に位置することが好ましいことが分 かった。
[0053] また、正極、負極活物質層の端面に対してセパレータの端面が内方に位置する実 施例 6の電池は、正、負極の対向面の一部にセパレータが存在せず活物質の表面 の多孔質膜のみで絶縁を保持するため、正極、負極活物質層の端面に対してセパ レータの端面が外方に位置する実施例 1、 2の電池より OCV不良率が少し高くなる 結果となり、正極、負極活物質層の端面に対してセパレータの端面が外方に位置す ることが好ま U、ことが分かった。
[0054] 次に、本発明をニッケル水素蓄電池に適応した実施例を説明する。
[0055] (実施例 7)
水素吸蔵合金粉末に水をカ卩えてペースト状にし、多孔度 95%の発砲状のニッケル 多孔体へ充填、乾燥、加圧後、所定の寸法に切断して水素吸蔵合金負極を作成し た。正極は球状水酸化ニッケル粉末とコバルト粉末と水酸化コバルト粉末とを重量比 100 : 7 : 5の割合で混合し、これに水を加えてペースト状にした後、電極基体である 多孔度 95%の発砲状ニッケル多孔体へ充填し、乾燥、加圧後、所定の寸法に裁断 してニッケル正極を作成した。正極、負極とも基体の長辺方向の一端に連続して 10 mm幅の露出部ができるように塗布して作成して！/、る。
[0056] さらに、この正負極上に実施例 1で用いた無機酸ィ匕物フイラ一を主体とした多孔質 膜を形成した。この多孔膜スラリーを長辺方向の一端に連続して負極では 6mm幅の 基体の露出部ができるように、正極では 4mm幅の基体の露出部ができるように、そ れぞれ片面 4 μ mずつ塗布乾燥した。
[0057] 上記のように作成した正極と負極とをセパレーターを介して渦巻状に捲回した。こ の時、正極活物質層の端面に対してセパレータの端面は 4mm外方に、負極活物質 層の端面に対してセパレータの端面は 2mm外方に位置するように構成した。セパレ 一ターはポリプロピレン不織布をスルホン化したスルホン化ポリプロピレン不織布を用 [0058] 上記のように電極群を構成した後、電極群の正極基体の露出部および負極基体の 露出部に厚み 0. 3mm、径 30mmの鉄にニッケルメツキを施した集電板を抵抗溶接 機で溶接した。この時の溶接条件は溶接電極径： 2mm、加圧： 160N、電流値： 2kA
、通電時間： 5msあった。
[0059] この電極群を電池ケースに挿入し、 1. 4gZccの水酸化カリウム（KOH)に水酸化 リチウム (LiOH)を 40gZL添カ卩した電解液をカ卩えた後、電池ケースの開口部を封口 し、ニッケル水素蓄電池を作製した。
[0060] (実施例 8)
正極および負極の基体の露出部側における多孔質膜の端面に対してセパレータ の端面がいずれも同一面であること以外実施例 7と同様にしてニッケル水素蓄電池 を作製した。
[0061] (実施例 9)
正極板に基体の露出部および多孔質膜を設けず、極板の長手方向の端部に厚み
0. 15mm幅 3. 5mmのニッケルの集電端子を超音波溶接した正極板を用いたこと 以外実施例 7と同様にしてニッケル水素蓄電池を作製した。
[0062] (実施例 10)
負極板に基体の露出部および多孔質膜を設けず、極板の長手方向の端部に厚み
0. 1mm幅 3mmのニッケルの集電端子を抵抗溶接した負極板を用いたこと以外実 施例 7と同様にしてニッケル水素蓄電池を作製した。
[0063] (実施例 11)
正極および負極基体の露出部側における多孔質膜の端面に対してセパレータの 端面はそれぞれ 2mmずつ外方に位置するように構成したこと以外実施例 1と同様に してニッケル水素蓄電池を作製した。
[0064] (実施例 12)
正極活物質層の端面に対してセパレータの端面は lmm内方に、負極活物質層の 端面に対してセパレータの端面は 3mm内方に位置するように構成し、正極および負 極基体の露出部側における多孔質膜の端面に対してセパレータの端面はそれぞれ
2mmずつ内方に位置するように構成したこと以外実施例 7と同様にしてニッケル水 素蓄電池を作製した。
[0065] (比較例 3)
多孔質膜を設けない正極板および負極板を用いたこと以外実施例 7と同様にして ニッケル水素蓄電池を作製した。
[0066] (比較例 4)
正極基体の露出部と正極集電端子の溶接および負極基体の露出部と負極集電体 の溶接を、電流値： 1. 7kA、で行ったこと以外比較例 3と同様にしてニッケル水素蓄 電池を作製した。
[0067] 以上の電池について以下のような検査を行った。
i)電板を溶接後、電極群を解体し、正極および負極集電体の露出部と集電端子の 溶接状態を観察した。溶接状態の判別方法は、溶接によるセパレータの溶融または 変質がないものを「〇」、以外を「X」とした。
ii)集電板を溶接後、電極群に 400Vを印加しリーク検査器によってリークの有無を確 認した。これらの結果を、図 5、図 6に示す。
[0068] 活物質層上に多孔質膜を形成しない比較例 3の電池では、セパレーターの溶融が 観察され、またリーク不良率が非常に高くなつた。電極基体の露出部と集電端子を溶 接する際にセパレーターの端部が基体の露出部と接触し溶接時の熱によって溶融し たと考えられる。このような溶融を防ぐために、溶接条件を弱くした比較例 4の電池で は集電板と基体の溶接が弱く溶接不良となった。
[0069] 集電体よりも熱伝導度の低い多孔質膜で活物質層を被い、基体の露出部側にお ける多孔質膜の端面に対してセパレーターの端面が同一面または内方に位置する 実施例 7〜10の電池においては溶接状態は全て良好であり、リーク不良発生率も非 常に低 、レベルであった。
[0070] 基体の露出部と集電端子との溶接時に発生した熱が基体を通じても、多孔質膜の 断熱効果によりセパレータが溶融せず、正負極の内部短絡を回避できたと考えられ る。多孔質膜は正極活物質層、負極活物質層、いずれか、あるいは両方に形成する ことでその効果を確認することができた。
[0071] 基体よりも熱伝導率の低い多孔質膜で活物質層を被い、集電体の露出部側にお ける多孔質膜の端面に対してセパレータの端面が外方に位置する実施例 11の電池 においては、セパレータの溶融が少量確認された。セパレータの端面が多孔質膜の 外方に位置するため、セパレータの端面が基体露出部に接触して溶融したと考えら れる。しかし溶融量が少ないこと、また活物質層を多孔質膜が被っているため比較例
3の電池で見られたような正、負極の短絡によるリーク発生率は低力つた。この結果か ら、基体の露出部側における多孔質膜の端面に対してセパレータの端面が同一面ま たは内方に位置することが好ましいことが分力つた。
[0072] また、正極、負極活物質層の端面に対してセパレータの端面が内方に位置する実 施例 12の電池は、正、負極の対向面の一部にセパレータが存在せず活物質の表面 の多孔質膜のみで絶縁を保持するため、正極、負極活物質層の端面に対してセパ レータの端面が外方に位置する実施例 1、 2の電池よりリーク発生率が少し高くなる結 果となり、正極、負極活物質層の端面に対してセパレータの端面が外方に位置する ことが好ま 、ことが分力つた。
[0073] 以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項で はなぐ勿論、種々の改変が可能である。例えば、上記実施例では、リチウムイオン 二次電池およびニッケル水素蓄電池について説明した力 この他、これらの電池と同 様のタブレス構造の電極群を備えたリチウム一次電池においても同様の効果を得る ことができる。
産業上の利用可能性
[0074] 以上説明したように、本発明は、タブレス構造の電極群を備えた密閉型電池におい て有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 集電体の表面に活物質層が形成されてなる正極及び負極がセパレータを介して捲 回または積層された電極群を備えた密閉型電池であって、
少なくとも前記正極及び前記負極のいずれか一方の集電体の一端が露出され、該 露出した集電体の一端が集電端子に溶接され、
前記集電端子に溶接された集電体の表面に形成された活物質層は、耐熱性多孔 質膜で被われ、かつ、前記セパレータの端面は、前記耐熱性多孔質膜の端面に対し て同一面または内方に位置しており、
前記耐熱性多孔質膜は、前記セパレータよりも高い融点を有し、かつ、前記集電体 よりも低い熱伝導率を有することを特徴とする、密閉型電池。
[2] 前記セパレータの端面は、前記集電端子に溶接された集電体の表面に形成された 活物質層の端面に対して外方に位置して 、る、請求項 1に記載の密閉型電池。
[3] 前記耐熱性多孔質膜の融点は 200°C以上である、請求項 1に記載の密閉型電池。
[4] 前記耐熱性多孔質膜は、無機酸ィ匕物フイラ一と結着剤とからなる、請求項 1に記載 の密閉型電池。
[5] 前記密閉型電池は、非水電解質二次電池である、請求項 1に記載の密閉型電池。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008035499A1 (fr) * 2006-09-19 2008-03-27 Panasonic Corporation Procédé pour produire une électrode de pile secondaire, et pile secondaire
CN102479935A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 索尼公司 非水电解质电池

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007059443A1 (de) * 2007-12-10 2009-06-18 Li-Tec Vermögensverwaltungs GmbH Elektrode für einen Energiespeicher
EP2615675B1 (en) * 2010-09-10 2019-07-24 Nisshinbo Chemical Inc. Fuel cell separator
RU2585252C2 (ru) * 2010-12-03 2016-05-27 Инмэт Глобал, Ллк Термостойкий слой для неводной и твердотельной батареи и способ его получения
KR101283091B1 (ko) * 2010-12-08 2013-07-05 도요타지도샤가부시키가이샤 리튬 이온 2차 전지
KR101453037B1 (ko) 2011-03-23 2014-10-21 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이의 제조방법
JP5751454B2 (ja) * 2012-12-14 2015-07-22 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN111326760B (zh) * 2018-12-13 2021-02-09 中国科学院大连化学物理研究所 金属/空气电池
CN114614190B (zh) * 2022-03-03 2024-07-02 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及电子设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095200A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Kyocera Corp 積層型電池
JP2005235695A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウムイオン二次電池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3371301B2 (ja) 1994-01-31 2003-01-27 ソニー株式会社 非水電解液二次電池
JPH08236093A (ja) 1995-02-27 1996-09-13 Mitsubishi Chem Corp バッテリーセパレーター
JP2000100408A (ja) 1998-09-21 2000-04-07 Sumitomo Chem Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2004235695A (ja) 2003-01-28 2004-08-19 Evolium Sas Ｃｄｍａ方式移動体無線システムのチャネル切り替え方法、及びｃｄｍａ方式移動体無線システムの基地局
JP4326818B2 (ja) 2003-02-20 2009-09-09 日本碍子株式会社 リチウム二次電池とその製造方法
JP4859399B2 (ja) * 2004-09-03 2012-01-25 パナソニック株式会社 リチウムイオン二次電池
JP2006351386A (ja) 2005-06-16 2006-12-28 Mitsubishi Electric Corp 電池及びその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004095200A (ja) * 2002-08-29 2004-03-25 Kyocera Corp 積層型電池
JP2005235695A (ja) * 2004-02-23 2005-09-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd リチウムイオン二次電池

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008035499A1 (fr) * 2006-09-19 2008-03-27 Panasonic Corporation Procédé pour produire une électrode de pile secondaire, et pile secondaire
CN102479935A (zh) * 2010-11-25 2012-05-30 索尼公司 非水电解质电池

Also Published As

Publication number Publication date
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