JP2008262788A - 非水電解質電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】内部を減圧状態にして外装部材の周縁部に熱融着を施す際の外装部材の変形と、落下等の衝撃が加わった際の内部短絡とを防止することが可能な非水電解質電池を提供する。
【解決手段】周縁の少なくとも一辺に熱融着による封止部が形成された外装部材１と、前記外装部材１内に収納され、正極及び負極を含む扁平形状の電極群２と、先端部が前記電極群２の側面から前記外装部材１の前記封止部を通して引き出された正極端子５と、先端部が前記正極端子５と同じ側面もしくは異なる側面から前記外装部材１の前記封止部を通して引き出された負極端子６と、前記電極群２の前記側面と前記外装部材１の内面との間に配置され、開口部を有する側面８ａ及び開口部を持たない側面８ｂを有し、前記開口部を持たない側面８ｂが前記電極群２の前記側面と対向しているスペーサ８とを具備することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】周縁の少なくとも一辺に熱融着による封止部が形成された外装部材１と、前記外装部材１内に収納され、正極及び負極を含む扁平形状の電極群２と、先端部が前記電極群２の側面から前記外装部材１の前記封止部を通して引き出された正極端子５と、先端部が前記正極端子５と同じ側面もしくは異なる側面から前記外装部材１の前記封止部を通して引き出された負極端子６と、前記電極群２の前記側面と前記外装部材１の内面との間に配置され、開口部を有する側面８ａ及び開口部を持たない側面８ｂを有し、前記開口部を持たない側面８ｂが前記電極群２の前記側面と対向しているスペーサ８とを具備することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、非水電解質電池に関するものである。
近年、電子機器の発展に伴い、小型で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な二次電池の開発が要望されている。さらに、環境問題への関心の高まりから、電気自動車やハイブリット自動車、電力貯蔵用等への非水電解質電池の適用を目指して、エネルギー密度や入出力特性、サイクル特性の向上への要求が高まっている。
同種の電池において、エネルギー密度や急速充放電特性、入出力特性を向上する手法としては、活物質の比表面積の拡大、電極の箔肉化、高密度化等が挙げられる。一方、外装部材は、従来の金属缶の代わりに、より一層の薄形化を目的として例えばナイロンフィルムに代表される外部衝撃保護フィルムを最外層とし、アルミニウム箔に代表される防湿、遮光を目的とした金属層を中間に配し、最内層に電極群並びに電解液を封止するための熱融着性樹脂フィルムを配した複合フィルムから形成されたものを用いることが進んでいる。
このようなフィルム材から形成された外装部材を備えた非水電解質電池は、従来の金属缶を用いたものと比較して、多種多様な形状展開が可能であり、かつ比較的安価で、最近、特に電池の高容量化、高出力化が要求される分野では外装部材にフィルム材を用いたものが主流になっている。
しかしながら、電極の大面積化や電極の薄化に伴い、電極群の周辺に注液した電解液が電極やセパレータの内部まで浸透せずに電極内部に電解液の未含浸部が残り、これにより、電池の急速充放電性能や入出力特性の向上が不安定になったり、また、ばらつきが見られるなどの問題が生じた。そのため、外装部材の周縁部を熱シールにより封止する時に外装部材内を減圧状態にする手段が講じられている。これにより、電極群の周辺に注液した電解液を電極やセパレータの内部まで浸透させることが容易となった。一方で、外装部材が金属缶からフィルム材に転化したことによって、電池内部に空隙を保持し難くなった。そのため充電時に発生するガスが電極内部に集積して溜まりやすくなり、放電容量の減少や内部抵抗の増加を招くなどの不具合を生じていた。
特許文献１では、ラミネートフィルム同士を減圧状態で密封する際に外装ケースに皺が発生するのを防止するため、外装ケースの角部にＬ字状のスペーサを配置することが提案されている。特許文献１では、Ｌ字状のスペーサの外側面を外装ケースの角部の内側面と対向させているため、スペーサの開口部が発電要素と対向することとなる。このため、電池を誤って落下させる等の衝撃が加わった際に電極群にスペーサが突き刺さり、内部短絡を生じやすい。
また、特許文献２には、電池要素が内圧変化に応じて膨張と収縮を繰り返した際のラミネートフィルムの貼着部分への応力集中を緩和するため、変形規制部材を外装体の内壁に近接して配置することが開示されている。この変形規制部材は、開口部、切り欠き部、凹部を有し、これらは電池要素と対向している。このため、前述の特許文献１と同様に、落下等の衝撃が加わった際に電極群にスペーサが突き刺さり、内部短絡を生じやすい。
特開２００４−３９２７１
特開２００５−３１７３１２
本発明はこのような事情に鑑み、内部が減圧状態にある外装部材の周縁部に熱融着を施す際の外装部材の変形と、落下等の衝撃が加わった際の内部短絡とを防止することが可能な非水電解質電池を提供することを目的とする。
本発明に係る非水電解質電池は、周縁の少なくとも一辺に熱融着による封止部が形成された外装部材と、
前記外装部材内に収納され、正極及び負極を含む扁平形状の電極群と、
先端部が前記電極群の側面から前記外装部材の前記封止部を通して引き出された正極端子と、
先端部が前記正極端子と同じ側面もしくは異なる側面から前記外装部材の前記封止部を通して引き出された負極端子と、
前記電極群の前記側面と前記外装部材の内面との間に配置され、開口部を有する側面及び開口部を持たない側面を有し、前記開口部を持たない側面が前記電極群の前記側面と対向しているスペーサと
を具備することを特徴とする。
前記外装部材内に収納され、正極及び負極を含む扁平形状の電極群と、
先端部が前記電極群の側面から前記外装部材の前記封止部を通して引き出された正極端子と、
先端部が前記正極端子と同じ側面もしくは異なる側面から前記外装部材の前記封止部を通して引き出された負極端子と、
前記電極群の前記側面と前記外装部材の内面との間に配置され、開口部を有する側面及び開口部を持たない側面を有し、前記開口部を持たない側面が前記電極群の前記側面と対向しているスペーサと
を具備することを特徴とする。
本発明によれば、内部を減圧状態にして外装部材の周縁部に熱融着を施す際の外装部材の変形と、落下等の衝撃が加わった際の内部短絡とを防止することが可能な非水電解質電池を提供することができる。
（第1の実施形態）
第１の実施形態の非水電解質電池を図１〜図５を参照して説明する。図１に示すように、この非水電解質電池は、図１及び図２に示すように、フィルム製の外装部材１と、扁平形状の電極群２とを備える。外装部材１には、図３に示すように、容器と蓋板とが一体になっているものが使用される。この外装部材１には、プレス成型もしくは絞り加工により形成された矩形状カップ部３（容器）が形成されている。カップ部３の開口端からは、周縁部が水平方向に延出している。カップ部３の短辺方向側に形成された周縁部３ａ，３ｂに繋がっている平板部は、蓋板３ｄとして機能する。一方、蓋板３ｄの反対側に位置するのは、周縁部３ｃである。
第１の実施形態の非水電解質電池を図１〜図５を参照して説明する。図１に示すように、この非水電解質電池は、図１及び図２に示すように、フィルム製の外装部材１と、扁平形状の電極群２とを備える。外装部材１には、図３に示すように、容器と蓋板とが一体になっているものが使用される。この外装部材１には、プレス成型もしくは絞り加工により形成された矩形状カップ部３（容器）が形成されている。カップ部３の開口端からは、周縁部が水平方向に延出している。カップ部３の短辺方向側に形成された周縁部３ａ，３ｂに繋がっている平板部は、蓋板３ｄとして機能する。一方、蓋板３ｄの反対側に位置するのは、周縁部３ｃである。
外装部材を形成するフィルム材は、例えば、金属層と、金属層の一方の面に形成された保護層と、金属層の反対側の面に形成された熱可塑性樹脂層とを含むラミネートフィルムから形成される。熱可塑性樹脂層は、外装部材１の内面に配されている。
電極群２は、正極と負極がセパレータを介して扁平形状に捲回されているか、もしくは正極と負極がセパレータを介して交互に積層されている。図４に示すように、電極群２の四隅は、絶縁テープ４で固定されている。帯状の正極端子５は、電極群２の正極と電気的に接続されている。正極端子５は、電極群２の短辺側の側面から引き出されている。一方、帯状の負極端子６は、電極群２の負極と電気的に接続されている。負極端子６は、電極群２の反対側の短辺側面から引き出されている。正極端子５は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル等から形成される。また、負極端子６は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、銅等及びこれらの中で組み合わせたクラッド材から形成される。
金属接着性を有する熱可塑性樹脂フィルム７は、図２及び図４に示す通りに、正極端子５の両面における外装部材１の短辺側周縁部３ａと対向する部分と、負極端子６の両面における外装部材１の短辺側周縁部３ｂと対向する部分とを被覆している。金属接着性の熱可塑性樹脂フィルムには、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等のポリオレフィン直鎖構造を持ち、直鎖構造に無水マレイン酸基のような官能基が結合したものを使用することができる。また、前記ポリオレフィンの直鎖にカルボン酸基やスルホン酸基のような官能基が結合し、この官能基にナトリウムイオン、亜鉛イオン、アンモニウム等が配位したアイオノマー樹脂を使用しても良い。特に、酸変性ポリエチレンフィルムが望ましい。
電極群２は、外装部材１の容器３内に収納され、正極端子５の先端が短辺側周縁部３ａから引き出されている。外装部材１の短辺側周縁部３ｂからは、負極端子６の先端部が引き出されている。非水電解質（図示しない）は、外装部材１の容器３内に収容されている。
４つの筒状スペーサ８は、それぞれ、図５に示すように、矩形筒状で、短辺側側面に開口部８ａを有している。そのうちの２つの筒状スペーサ８は、図１及び図２に示すように、正極端子５が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に配置され、互いの間に間隔を開けて並んでいる。それぞれの開口部８ａが外装部材１内のコーナ部と接している。また、２つのスペーサ８の側面８ｂが、電極群２の短辺側側面と対向している。残りの２つの筒状スペーサ８は、負極端子６が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に配置され、互いの間に間隔を開けて並んでいる。それぞれの開口部８ａが外装部材１内のコーナ部と接している。また、この２つのスペーサ８の側面８ｂが電極群２の短辺側側面と対向している。
スペーサ８を構成する材料は電池性能に影響を及ぼさなければ特に限定されるものではないが、例えば、ポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピレン）のような熱可塑性樹脂などの絶縁性樹脂から形成することができる。ポリエチレンを用いると、スペーサ８の衝撃吸収性を高めることができる。
スペーサ８の厚さ（板厚）は０．９〜１．２ｍｍの範囲にすることが好ましい。この範囲にすることにより、スペーサ８内の空間容積を十分な大きさに保ちつつ、優れた柔軟性と衝撃吸収性を確保することができる。
外装部材１内の空間容積は、外装部材１の内容積の0.3％以上であることが望ましい。
外装部材１の蓋板３ｄは、カップ部３の開口部を覆うように１８０°折り返された後、周縁部３ａ，３ｂ，３ｃと熱融着される。この熱融着は、外装部材１内を減圧状態に保持して行われる。また、熱融着により貼り合わされた３辺が封止部である。
以上説明した第１の実施形態に係る非水電解質電池によれば、従来と同様の電池構造で大型化した電極を用いた電池を製作し、内部が減圧状態にある外装部材１の周縁部を熱シールした際にも外装部材１の変形を防止することができる。また、落下等の衝撃が加わった際、電極群２の側面にはスペーサ８の側面が突き当たるため、電極群２の側面にスペーサ８が埋め込まれるような変形が生じず、内部短絡を低減することができる。
さらに、スペーサ８内の空間は、充電時に発生したガスを吸収して電池膨れを防止すると共に電解液を収容するためのスペースになり得るため、放電容量が高く、内部抵抗の低い電池を得ることが可能である。
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る非水電解質電池を図６〜図９を参照して説明する。なお、第１の実施形態で説明したのと同様な部材については同符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態に係る非水電解質電池を図６〜図９を参照して説明する。なお、第１の実施形態で説明したのと同様な部材については同符号を付して説明を省略する。
第２の実施形態で用いる電極群２は、正極端子５と負極端子６を同じ側面から引き出すこと以外は、第１の実施形態で説明したのと同様な構成を有している。図６、図７、図９に示すように、正極端子５と負極端子６は、電極群２の同じ短辺側側面から引き出されている。
一方、外装部材１は、図８に示すように、プレス成型もしくは絞り加工により形成された矩形状カップ部９（容器）を有している。カップ部９の開口端からは、周縁部が水平方向に延出している。カップ部９の長辺方向側に形成された周縁部９ａ，９ｂに繋がっている平板部は、蓋板９ｄとして機能する。一方、蓋板９ｄの反対側に位置するのは、周縁部９ｃである。
電極群２は、外装部材１の容器９内に収納され、正極端子５及び負極端子６の先端が短辺側周縁部９ｃから引き出されている。金属接着性を有する熱可塑性樹脂フィルム７は、図７に示す通りに、正極端子５の両面における外装部材１の短辺側周縁部９ｃと対向する部分と、負極端子６の両面における外装部材１の短辺側周縁部９ｃと対向する部分とを被覆している。非水電解質（図示しない）は、外装部材１の容器９内に収容されている。
筒状スペーサ８は、図６，７に示すように、正極端子５と負極端子６の間に位置する空間に配置されている。また、スペーサ８の側面８ｂが、電極群２の短辺側側面と対向している。
外装部材１の蓋板９ｄは、カップ部９の開口部を覆うように１８０°折り返された後、周縁部９ａ，９ｂ，９ｃと熱融着される。この熱融着は、外装部材１内を減圧状態に保持して行われる。また、熱融着により貼り合わされた３辺が封止部である。
以上説明した第２の実施形態に係る非水電解質電池によれば、大型化した際にも外装部材１内を減圧状態にして熱シールすることによる外装部材１の変形を防止することができる。また、落下等の衝撃が加わった際、電極群２の側面にはスペーサ８の側面が突き当たるため、電極群２の側面にスペーサ８が埋め込まれるような変形が生じず、内部短絡を低減することができる。
さらに、スペーサ８内の空間は、充電時に発生したガスを吸収して電池膨れを防止すると共に電解液を収容するためのスペースになり得るため、放電容量が高く、内部抵抗の低い電池を得ることが可能である。
なお、前述した第１、第２の実施形態では、筒状のスペーサを用いる例を説明したが、例えば図１０に例示されるような、相対する二つの側面に切り欠き部（開口部）１０ａ，１０ｂが形成されたＨ形のスペーサ８なども挙げられる。このＨ形のスペーサ８は、切り欠き部１０ａ，１０ｂが設けられていない側面１１が電極群２の短辺側側面と対向するように配置される。但し、熱シール時に外装部材１内を減圧状態にすることによる外装部材１の変形を防止するためには、スペーサの形状を筒状にすることが望ましい。
次いで、上記実施形態で用いられる外装部材、電極群及び非水電解質について説明する。
１）外装部材
外装部材には、電極群が収納される凹部（カップ部）を備えたものを使用することができる。また、凹部（カップ部）を備えた容器と蓋板が一体化されたものを使用しても良いし、蓋板と容器とが別々の構成になっているものを使用し、外装部材の４辺全てを熱融着により封止することも可能である。外装部材を形成するフィルム材は、少なくとも樹脂フィルムを含有するものが好ましい。このようなフィルム材としては、例えば、樹脂製フィルム、樹脂及び金属を含有するラミネートフィルム等を挙げることができる。
外装部材には、電極群が収納される凹部（カップ部）を備えたものを使用することができる。また、凹部（カップ部）を備えた容器と蓋板が一体化されたものを使用しても良いし、蓋板と容器とが別々の構成になっているものを使用し、外装部材の４辺全てを熱融着により封止することも可能である。外装部材を形成するフィルム材は、少なくとも樹脂フィルムを含有するものが好ましい。このようなフィルム材としては、例えば、樹脂製フィルム、樹脂及び金属を含有するラミネートフィルム等を挙げることができる。
使用する樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂（ポリエチレンやポリプロピレン等）などの熱可塑性樹脂等を挙げることができる。
ラミネートフィルムとしては、例えば、金属層と、金属層の一方の面に形成された熱可塑性樹脂層と、金属層の反対側の面に形成された保護層とを含むものを使用することができる。金属層は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金から形成することができる。保護層は、例えば、ナイロンなどのポリアミド樹脂、ポリエテレンテレフタレートから形成することができる。熱可塑性樹脂層は、前述した種類の熱可塑性樹脂から形成することができる。また、ラミネートフィルムにおいては、保護層、金属層及び熱可塑性樹脂層の各層の間に接着剤層やガスバリアー層などを設けても良い。
２）電極群
電極群には、扁平形状を有するものを使用することができる。扁平形状の電極群は、例えば、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回するか、あるいは正極と負極とをその間にセパレータを介在させながら交互に積層することにより作製される。
電極群には、扁平形状を有するものを使用することができる。扁平形状の電極群は、例えば、正極と負極とをセパレータを介して渦巻状に捲回するか、あるいは正極と負極とをその間にセパレータを介在させながら交互に積層することにより作製される。
正極は、集電体と、集電体に担持された合剤層とを含む。
正極活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物（例えば、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＭｎＯ2）、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物（例えば、ＬｉＣｏＯ2）、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物（例えば、ＬｉＮｉ0.8Ｃｏ0.2Ｏ2）、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを挙げることができる。なお、使用する正極活物質の種類は、１種類もしくは２種類以上にすることができる。
集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。
負極は、集電体と、集電体に担持される合剤層とを含む。
負極活物質には、リチウムイオンもしくはリチウムを吸蔵放出するものを使用することができ、例えば、黒鉛質材料もしくは炭素質材料（例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体など）、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブデン、セレン化ニオブ等）、軽金属（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金、リチウム、リチウム合金等）、リチウムチタン酸化物（例えば、スピネル型のチタン酸リチウム）等を挙げることができる。
集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。
セパレータとしては、微多孔性の膜、織布、不織布、これらのうち同一材または異種材の積層物等を用いることができる。セパレータを形成する材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合ポリマー、エチレン−ブテン共重合ポリマー、前述した種類の中から選ばれる１種類または２種類以上を用いることができる。
３）非水電解質
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質（例えば、リチウム塩）とを含むものである。この非水電解質の形態は、液体状（非水電解液）やゲル状あるいは固体状にすることができる。
非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解される電解質（例えば、リチウム塩）とを含むものである。この非水電解質の形態は、液体状（非水電解液）やゲル状あるいは固体状にすることができる。
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。
電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ4）、六フッ過リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ4）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）等のリチウム塩を挙げることができる。電解質は単独で使用しても、２種以上混合して使用してもよい。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ましい。
[実施例]
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
以下、本発明の実施例を前述した図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
＜外装フィルム（フィルム材）の形成＞
厚さ０．０２５ｍｍのナイロンフィルム／厚さ０．０４ｍｍのアルミニウム箔／厚さ０．０３ｍｍのポリエチレンフィルムで構成される総厚さ０．０９５ｍｍの外装フィルムに深絞り加工を施して深さ６．１ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、幅７０ｍｍの矩形状カップ部３を設け、前記カップ部周辺を裁断することにより幅５ｍｍの熱融着部３ａ、３ｂ、３ｃと長さ７５ｍｍ、幅１２０ｍｍの平板部３ｄを形成した図３に示す外装部材１を形成した。
＜外装フィルム（フィルム材）の形成＞
厚さ０．０２５ｍｍのナイロンフィルム／厚さ０．０４ｍｍのアルミニウム箔／厚さ０．０３ｍｍのポリエチレンフィルムで構成される総厚さ０．０９５ｍｍの外装フィルムに深絞り加工を施して深さ６．１ｍｍ、長さ１１０ｍｍ、幅７０ｍｍの矩形状カップ部３を設け、前記カップ部周辺を裁断することにより幅５ｍｍの熱融着部３ａ、３ｂ、３ｃと長さ７５ｍｍ、幅１２０ｍｍの平板部３ｄを形成した図３に示す外装部材１を形成した。
＜電極群の作製＞
まず活物質としてのＬｉＣｏＯ2粉末８９重量部に導電性フィラーとしてのグラファイト粉末８重量部および結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂３重量部をＮ−メチルピロリドン２５重量部に混合してペーストを調製した。
まず活物質としてのＬｉＣｏＯ2粉末８９重量部に導電性フィラーとしてのグラファイト粉末８重量部および結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂３重量部をＮ−メチルピロリドン２５重量部に混合してペーストを調製した。
このペーストを集電体である外形寸法５０ｍｍ×３７０ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのアルミニウム箔正極集電体の両面に片側５０ｍｍ×７０ｍｍのエッジ部が未塗布部分として残るように塗布し、乾燥した後、圧延し、正極合剤層とした。
次いで、厚さ０．１ｍｍ幅４ｍｍのアルミニウム製正極端子５に長さ８ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの酸変性ポリエチレンフィルム７を両側に熱融着した。
次にこの熱可塑性樹脂フィルムが付いた正極端子を前記未塗布部分に集電体エッジと酸変性ポリエチレンフィルムの間隔が４ｍｍになるよう溶接することにより正極を作製した。
次いで、メソフェーズピッチ系炭素繊維を粉砕した後、熱処理した炭素繊維粉末１００重量部をカルボキシメチルセルロースおよびスチレン−ブタジエンの架橋ゴムラテックス粒子２重量部を含む水溶液に混合してペーストを調製した。
このペーストを負極集電体である外形寸法５１．５ｍｍ×３８０ｍｍ、厚さ０．０１５ｍｍの銅箔の両面に片側５１．５ｍｍ×６０ｍｍのエッジ部が未塗布部分として残るように塗布し、乾燥した後、圧延し負極合剤層とした。
次いで、厚さ０．１ｍｍ幅４ｍｍのニッケル製負極端子６に長さ８ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの酸変性ポリエチレンフィルム７を両側に熱融着したのち、前記未塗布部分に集電体エッジと酸変性ポリエチレンフィルムの間隔が４ｍｍになるよう溶接することにより負極を作製した。
次いで、正極と負極の間および正極側に５３ｍｍ×４５０ｍｍのポリエチレン製微多孔膜のセパレータを配置した後、捲回機により前記負極の集電体で最外周が覆われるように渦巻き状に捲回して円筒状物を作製した。なお、円筒状物の一方側の端面から正極端子５が引き出され、かつ他方側の端面から負極端子６が引き出されるように捲回した。
つづいて、この円筒状物を室温で圧力１０〜３０ｋｇ／ｃｍ2の条件の下で加熱加圧成形して扁平状にし、図４に示す厚さ約３ｍｍの扁平状電極群２を作製した。
＜非水電解液の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が体積比で１：１の割合で混合された非水溶媒に電解質としてＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解させて非水電解液を調製した。
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が体積比で１：１の割合で混合された非水溶媒に電解質としてＬｉＰＦ6を１ｍｏｌ／Ｌの濃度になるように溶解させて非水電解液を調製した。
＜非水電解質電池の作製＞
外装部材１の周縁部３ａに正極端子５のフィルム７が熱融着された部分が配置され、周縁部３ｂに負極端子６のフィルム７が熱融着された部分が配置されるように、扁平状電極群２をカップ部３に収納した。このとき電池外部に延出する正極端子５及び負極端子６はそれぞれの延出方向が周縁部３ａ、３ｂに対して垂直となるように配置した。
外装部材１の周縁部３ａに正極端子５のフィルム７が熱融着された部分が配置され、周縁部３ｂに負極端子６のフィルム７が熱融着された部分が配置されるように、扁平状電極群２をカップ部３に収納した。このとき電池外部に延出する正極端子５及び負極端子６はそれぞれの延出方向が周縁部３ａ、３ｂに対して垂直となるように配置した。
ポリエチレン製で、短辺側側面に開口部を有する矩形筒状をした絶縁スペーサ８を４つ用意した。各スペーサ８の外形寸法は、８ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍで、また板厚が１ｍｍであった。そのうちの２つのスペーサ８を、図２に示すように、正極端子５が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に、互いの間に間隔を開けて配置した。この際、それぞれのスペーサ８の開口部８ａを外装部材１内のコーナ部と接触させた。残りの２つのスペーサ８を、負極端子６が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に、互いの間に間隔を開けて配置した。それぞれのスペーサ８の開口部８ａを外装部材１内のコーナ部と接触させた。このような配置の結果、４つのスペーサ８の側面８ｂが、電極群２の短辺側側面と対向した。
つづいて、平板部３ｄを平板部とカップ部が接続する部分で１８０°折り返して端子延出部を覆った後、カップ部３が上面にくるように外装部材全体を反転させた。つづいて、熱融着機を用いて周縁部３ａおよび３ｂに対して温度２００℃でヒートシールを行った。
つづいて非水電解液を周縁部３ｃ側よりカップ部３内に注入して扁平状電極群２に含浸させた後、カップ部３内を２０Torrまで減圧した。この減圧状態を維持しつつ、周縁部３ｃを熱融着機で温度１８０℃にて融着し、扁平状電極群を密閉し、図１に示す端子部分を除いた外形寸法が厚さ６．２ｍｍ、幅７５ｍｍ、長さ１２５ｍｍで、容量３０００ｍＡｈの非水電解質電池を作製した。
（実施例２）
＜外装フィルムの形成＞
前述したのと同様な種類の外装フィルムを深絞り加工を施して深さ６．２ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅７０ｍｍの矩形状カップ部９を設け、前記カップ部周辺を裁断することにより幅５ｍｍの周縁部９ａ、９ｂ、９ｃと長さ１０５ｍｍ、幅８０ｍｍの平板部９ｄを形成した図８に示す外装部材１を形成した。
＜外装フィルムの形成＞
前述したのと同様な種類の外装フィルムを深絞り加工を施して深さ６．２ｍｍ、長さ１００ｍｍ、幅７０ｍｍの矩形状カップ部９を設け、前記カップ部周辺を裁断することにより幅５ｍｍの周縁部９ａ、９ｂ、９ｃと長さ１０５ｍｍ、幅８０ｍｍの平板部９ｄを形成した図８に示す外装部材１を形成した。
＜電極群の作製＞
正負極端子５，６が同じ側面から延出するように電極群に溶接した以外は、実施例１と同じ方法で図９に示す扁平状電極群２を作製した。
正負極端子５，６が同じ側面から延出するように電極群に溶接した以外は、実施例１と同じ方法で図９に示す扁平状電極群２を作製した。
＜非水電解液の調製＞
実施例１と同じ方法で作製した。
実施例１と同じ方法で作製した。
＜非水電解質電池の作製＞
外装部材１の周縁部９ｃに正極端子５および負極端子６に熱融着されたフィルム７が配置されるように扁平状電極群２をカップ部９に収納した。このとき電池外部に延出する正極端子５及び負極端子６はその延出方向が周縁部９ｃに対して垂直となるように配置した。
外装部材１の周縁部９ｃに正極端子５および負極端子６に熱融着されたフィルム７が配置されるように扁平状電極群２をカップ部９に収納した。このとき電池外部に延出する正極端子５及び負極端子６はその延出方向が周縁部９ｃに対して垂直となるように配置した。
ポリエチレン製で、短辺側側面に開口部を有する矩形筒状をした絶縁スペーサ８を１つ用意した。スペーサ８の外形寸法は、８ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍで、また板厚が１ｍｍであった。このスペーサ８を、図７に示すように、正極端子５と負極端子６の間に位置する空間に配置した。この際、スペーサ８の側面８ｂを電極群２の短辺側側面と対向させた。
つづいて、平板部９ｄを平板部とカップ部が接続する部分で１８０°折り返して端子延出部を覆った後、カップ部９が上面に位置するように外装部材全体を反転させた。熱融着機を用いて周縁部９ｃに対して温度２００℃の条件でヒートシールを行った。
つづいて周縁部９ａを熱融着機で温度１８０℃の条件にて融着した。この後、非水電解液を未融着の９ｂ側よりカップ部１７内に注入して扁平状電極群２に含浸させた後、カップ部９内を２０Torrまで減圧した。この減圧状態を維持しつつ、周縁部９ｂを熱融着機で温度１８０℃の条件にて融着し、扁平状電極群を密閉し、図６に示す構成を有し、正負極端子部分を除いた外形寸法が厚さ６．２ｍｍ、幅８０ｍｍ、長さ１０５ｍｍで、容量３０００ｍＡｈの非水電解質電池を作製した。
（比較例１）
図１１に示すように、ポリエチレン製で、長辺側側面に開口部１２を有する矩形筒状をした絶縁スペーサ８を４つ用意した。各スペーサ８の外形寸法は、８ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍで、また板厚が１ｍｍであった。そのうちの２つのスペーサ８を、正極端子５が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に、互いの間に間隔を開けて配置した。この際、各スペーサ８の開口部１２を、電極群２の短辺側側面と対向させた。また、それぞれのスペーサ８の短辺側側面を外装部材１内のコーナ部と接触させた。残りの２つのスペーサ８を、負極端子６が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に、互いの間に間隔を開けて配置した。この際、各スペーサ８の開口部１２を、電極群２の短辺側側面と対向させた。また、それぞれのスペーサ８の短辺側側面を外装部材１内のコーナ部と接触させた。
図１１に示すように、ポリエチレン製で、長辺側側面に開口部１２を有する矩形筒状をした絶縁スペーサ８を４つ用意した。各スペーサ８の外形寸法は、８ｍｍ×５ｍｍ×２０ｍｍで、また板厚が１ｍｍであった。そのうちの２つのスペーサ８を、正極端子５が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に、互いの間に間隔を開けて配置した。この際、各スペーサ８の開口部１２を、電極群２の短辺側側面と対向させた。また、それぞれのスペーサ８の短辺側側面を外装部材１内のコーナ部と接触させた。残りの２つのスペーサ８を、負極端子６が引き出されている電極群短辺側側面と外装部材１の内面との間に、互いの間に間隔を開けて配置した。この際、各スペーサ８の開口部１２を、電極群２の短辺側側面と対向させた。また、それぞれのスペーサ８の短辺側側面を外装部材１内のコーナ部と接触させた。
絶縁スペーサの配置を上記のようにすること以外は、前述した実施例１で説明したのと同様な構成の非水電解質電池を作製した。
（比較例２）
ポリエチレン製で、長辺側側面に開口部１２を有する矩形筒状をした絶縁スペーサ８を１つ用意した。各スペーサ８の外形寸法は、８ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍで、また板厚が１ｍｍであった。このスペーサ８を、正極端子５と負極端子６の間に位置する空間に配置した。この際、スペーサ８の開口部１２を電極群２の短辺側側面と対向させた。
ポリエチレン製で、長辺側側面に開口部１２を有する矩形筒状をした絶縁スペーサ８を１つ用意した。各スペーサ８の外形寸法は、８ｍｍ×５ｍｍ×３０ｍｍで、また板厚が１ｍｍであった。このスペーサ８を、正極端子５と負極端子６の間に位置する空間に配置した。この際、スペーサ８の開口部１２を電極群２の短辺側側面と対向させた。
絶縁スペーサの配置を上記のようにすること以外は、前述した実施例２で説明したのと同様な構成の非水電解質電池を作製した。
これら作製した電池を充電し、輸送時の振動や、外部機器に組み込まれパック化した後に加わる間接的な力を想定して以下の衝撃試験を行った。
まず、厚さ３ｍｍ、外寸２５０×１５０ｍｍの塩化ビニル板中央に正負極端子が延出する辺と塩化ビニル板短辺部が平行になるよう電池をテープで固定した後、更に塩化ビニル板と同寸法の塩化ビニル板を電池に被せ、対向する塩化ビニル板周辺部をテープで固定した。
実施例１及び比較例１においては正極端子を下にした場合を＋方向、負極端子を下にした場合を−方向とし、実施例２及び比較例２においては正極・負極端子を下にした場合を＋方向、端子のない短辺側を下にした場合を−方向として、塩化ビニル板に固定された電池をコンクリート平面上に１００ｃｍの高さから＋方向から１０回、−方向から１０回、落下させた。試験後に電池電圧が０．１ｍＶ以上変化した電池数を下記表１に示す。
表１から明らかなように、筒状スペーサの側面を、正負極端子が延出されている側面と対向させた実施例１〜２の非水電解質電池では、比較例１〜２の電池と比較して電池電圧の変化量が著しく小さいことが確認でき、耐外部衝撃に効果のあることが明らかになった。
また、外装部材内を減圧状態にしてヒートシールを行った際に、外装部材の変形も見られなかった。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１…外装部材、２…電極群、３，９…カップ部、３ａ〜３ｃ，９ａ〜９ｃ…周縁部、３ｄ，９ｄ…蓋板、４…絶縁テープ、５…正極端子、６…負極端子、７…熱可塑性樹脂フィルム、８…絶縁スペーサ、８ａ，１２…開口部、８ｂ，１１…長辺側側面、１０ａ，１０ｂ…切り欠き部（開口部）。
Claims (3)
- 周縁の少なくとも一辺に熱融着による封止部が形成された外装部材と、
前記外装部材内に収納され、正極及び負極を含む扁平形状の電極群と、
先端部が前記電極群の側面から前記外装部材の前記封止部を通して引き出された正極端子と、
先端部が前記正極端子と同じ側面もしくは異なる側面から前記外装部材の前記封止部を通して引き出された負極端子と、
前記電極群の前記側面と前記外装部材の内面との間に配置され、開口部を有する側面及び開口部を持たない側面を有し、前記開口部を持たない側面が前記電極群の前記側面と対向しているスペーサと
を具備することを特徴とする非水電解質電池。 - 空間容積が前記外装部材の内容積の0.3％以上であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 前記スペーサは筒状で、側面が前記電極群の前記側面と対向していることを特徴とする請求項１または２記載の非水電解質電池。
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