JP4020781B2 - コイン形電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平な円筒形状のコイン形電池に係り、特に高負荷放電特性を得るために、巻回構造の極板群をコイン形の電池ケース内に収容したコイン形電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
コイン形電池(ボタン形電池、扁平形電池とも称される)は小型薄型であるため、腕時計や補聴器などの小型の機器や、ICカードなどの薄型の機器の電源として広く用いられている。
【0003】
従来のコイン形電池Cは、図24に示すように、浅い有底円筒形に形成された封口ケース35内に、円盤状に形成された正極ペレット32と負極ペレット33とをセパレータ34を介して対向配置し、電解液を注入した後、封口ケース35の開口部にガスケット36を介してキャップケース31を配し、キャップケース31の開口端を内側に折り曲げるかしめ加工によりキャップケース31と封口ケース35とにより形成された内部空間を封止して形成される。
【0004】
このような正極ペレット32と負極ペレット33とを1対1で対面させた極板構造を採用した電池は、正極板と負極板とが対極する反応面積が小さいなどの要因によって連続放電電流はせいぜい10mA程度であり、負荷電流が少ない機器にしか適用できなかった。
【0005】
数10mA以上の大電流を取り出すためには、正極板と負極板との対極面積を増加させる必要がある。コイン形以外の電池では、複数枚の正極板と負極板とをセパレータを介して積層した積層構造や、帯状の正極板と負極板との間にセパレータを配して渦巻き状に巻回した巻回構造を採用することにより、反応面積の増大が図られている。このような積層構造や巻回構造の極板を、高さ寸法が小さい扁平形状の電池ケース内に収容することができれば、コイン形電池の大電流放電特性を向上させられる。これを実現すべく扁平形状の電池ケース内に巻回構造または積層構造の極板群を収容した電池は、先に本願出願人が提案し、特開2000−164259号公報に開示されたものが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ここに開示された電池は平面形状が長方形であり、巻回構造または積層構造により薄い直方体状になった極板群を直方体の電池ケース内に収容する電池であった。この発明を、平面形状が円形のコイン形電池に適用すると円形の電池ケースに矩形の極板群を収容することになり、電池の体積効率が低く充分な電池容量を得ることができなかった。
【0007】
コイン形の電池ケースに収容する極板群は、正極集電体に正極材料を塗着した正極板と、負極集電体に負極材料を塗着した負極板の双方を、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成し、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成される。正極材料はコバルト酸リチウム等の遷移金属酸化物を、負極材料はリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な黒鉛等の炭素材料が用いられる。
【0008】
上記の正負極材料を用いた電池では、充電時における黒鉛系材料の電位はリチウム析出が生ずる電位とほぼ変わらないような低電位である。そのため、充放電サイクルの繰返し等により負極材料の劣化が生じた電池では、充電時に負極材料に挿入されるリチウムイオンが電解液との不活性化反応を起こし、負極表面上にデンドライト状(樹枝状)のリチウム金属を析出する現象が生じ、これに起因する内部短絡により電池の安全性や寿命が低下するという課題がある。
【0009】
本発明の目的は、薄い円筒形の電池ケース内に巻回構造の極板を収容して大電流放電特性の向上を図るとともに、負極板へのリチウム金属の析出に起因する不具合を防止することにより、充放電サイクル寿命及び安全性を向上させたコイン形電池を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本願の第1発明に係るコイン形電池は、正極集電体に正極材料が塗着された正極板と、負極集電体に負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群が形成され、この極板群が、浅い有底円筒形のキャップケースの開口部を封口ケースで封口する電池ケース内に収容されてなることを特徴とする。
【0011】
この第1発明の構成によれば、正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して複数層に対面するので反応面積が増加して電池の大電流放電特性が向上する。本発明の極板群は、正極板と負極板とが複数の積層面を連結する連結片で折り曲げて巻回されて形成されるので、薄型の電池ケースにも収容可能である。
【0014】
本願の第2発明に係るコイン形電池の極板群は、正極集電体の両面に正極材料が塗着された正極板と、負極集電体の両面に負極材料が塗着された負極板の双方が、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リードが形成され、負極板の一端側から負極集電体を延出させた負極リードが形成され、前記正極リード及び負極リードが形成された側を巻き終りとして、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成され、かつ連結片は、巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって、連結方向の長さが順次増加するように形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群が浅い有底円筒形のキャップケースの開口部を封口ケースで封口する電池ケース内に収容され、極板群の正極リードの先端部がキャップケースに溶接され、負極リードの先端部が封口ケースに溶接されてなることを特徴とする。
【0015】
この第2発明の構成によれば、正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して複数層に対面するので反応面積が増加し、大電流放電が可能なコイン形電池が得られる。また、正極板は正極リードによりキャップケースに接続され、負極板は負極リードにより封口ケースに接続されるので、確実な集電構造が得られ、電池内圧の上昇によってキャップケース及び封口ケースに変形が生じたときにも、電池の内部抵抗値は増加しない。
【0016】
また、本願の第3発明のコイン形電池の極板群は、正極集電体の片面に正極材料が塗着された正極板と、負極集電体の片面に負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リードが形成され、負極板の他端側から負極集電体を延出させた負極リードが形成され、前記正極板の正極材料塗着面と負極板の負極材料塗着面とがセパレータを介して対面し、正極板の積層面と負極板の積層面とが積層されるように、正極板及び負極板を連結部分で交互に逆方向に折り畳み圧縮して扁平形状に形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群が浅い有底円筒形のキャップケースの開口部を封口ケースで封口する電池ケース内に収容され、極板群の正極リードの先端部がキャップケースに溶接され、負極リードの先端部が封口ケースに溶接されてなることを特徴とする。
【0017】
この第3発明の構成によれば、帯状の正極板及び負極板が折り畳まれて扁平な極板群に形成されるので、薄型の電池ケースに収容可能であり、極板面積の増加により大電流放電が可能なコイン形電池が得られる。さらに、正極板は正極リードによりキャップケースに接続され、負極板は負極リードにより封口ケースに接続されるので、確実な集電構造が得られ、電池内圧の上昇によってキャップケース及び封口ケースに変形が生じたときにも、電池の内部抵抗値は増加しない。
【0020】
本願の第4発明のコイン形電池の極板群は、正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板と、負極集電体にリチウムの吸蔵、放出が可能な負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容して形成し、前記極板群の正極板は、最も巻き中心側に位置する連結片の前記負極板の巻端部に対向する面に正極材料が塗着されていない未塗着部分を形成したことを特徴とする。
【0021】
この第4発明の構成によれば、リチウム金属の析出が生じ易い負極板の巻中心方向の巻端部に対向する正極板の連結片の内周面を正極材料を塗着しない未塗着部分とすることで、負極板の巻端部近傍において充電時に正極板から非水電解液中に脱離するリチウムイオンを減少させ、負極板の表面でのリチウム金属の析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を防止する。
【0022】
本願の第5発明のコイン形電池の極板群は、正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板と、負極集電体にリチウムの吸蔵、放出が可能な負極材料が塗着された負極板の双方が、複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記正極板の積層面と負極板の積層面とがセパレータを介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して形成される。本発明のコイン形電池は、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容して形成し、前記極板群の負極板は、巻き中心側の端面が絶縁性部材にて被覆されてなることを特徴とする。
【0023】
この第5発明の構成によれば、リチウム金属の析出が生じ易い負極板の巻中心方向の巻端部を絶縁部材にて被覆し、負極板表面にリチウム金属が析出しない状態とすることで、析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を防止する。
【0024】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、リチウムイオン二次電池として構成したコイン形電池を例として示す。第1の実施形態に係るコイン形電池Aは、図1に示すように、浅い有底円筒形のキャップケース4と、このキャップケース4の開口部をガスケット6を介して封口する封口ケース5からなる電池ケースに、巻回構造の極板群1を収容して構成される。
【0025】
前記極板群1は、図2に示すように、封口ケース5内の円形の空間に配置されるため、無駄な空間が形成されないように平面形状が略円形に形成される。従って、体積あたりの容量が大きい電池が構成される。この極板群1は、図3(a)に示す正極板7と、図3(b)に示す負極板8とを、図4に示すように、セパレータ9を介して扁平に巻回して形成される。
【0026】
正極板7は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図3(a)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面17a〜17eを正極連結片19a〜19dで連結した帯状に形成される。負極板8は、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図3(b)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面18a〜18eを負極連結片20a〜20dで連結した帯状に形成される。なお、負極板8の幅は、正極板7の幅より若干大きく形成しておくと、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとを対向させたときに位置ずれが生じても、反応面積は減少しない。
【0027】
この正極板7と負極板8とは、図4に模式図として示すように、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとがセパレータ9を介して交互に対面して積層されるように、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dで折り曲げて扁平に巻回される。前記セパレータ9は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状にしたもので、負極板8の幅寸法より大きな幅のテープ状に形成される。セパレータ9は、正極板7及び負極板8と共に巻回された後、その4隅を円弧状に切り落とされ、円盤状の極板群1が形成される。
【0028】
正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとが正対して積層されるように巻回するには、正極板7と負極板8の正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dの連結方向の長さを、巻回するとき外側に位置する連結片ほど長くする必要がある。図3(a)及び図3(b)に示すように、巻き始めに位置する連結片の長さaから、巻き終りに位置する連結片の長さdまで、正極板7、負極板8及びセパレータ9の厚さを加算して順次増加させる。
【0029】
また、正極連結片19a〜19dの幅W1 及び負極連結片20a〜20dの幅W2 は、大電流での充放電における電池電圧の低下を少なくするため、できるだけ大きな幅に形成される。即ち、図2に示すように、封口ケース5の円形の収容空間に体積効率よく極板群1を収容するには、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dの幅W1 、W2 は小さいほうが望ましいが、小さくすると電圧が大きく低下する。そこで、両者の兼ね合いで正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dの幅W1 、W2 は決定される。
【0030】
上記のように構成された極板群1は、図1に示すように、周側部にガスケット6を装着した封口ケース5に収容される。封口ケース5内に電解液が注入され、封口ケース5の開口部にガスケット6を介してキャップケース4を被せ、キャップケース4の開口端を内側に折り曲げるかしめ加工によりガスケット6を圧縮し、内部空間を封止してコイン形電池Aを形成する。前記ガスケット6は内部空間を封止する封止材としての役割と同時に、コイン形電池Aのプラス端子となるキャップケース4と、マイナス端子となる封口ケース5との間を絶縁する絶縁材の役割を果たす。従って、正極板7はキャップケース4に、負極板8は封口ケース5に電気的に接続する必要がある。ここでは正極板7のキャップケース4への電気的接続及び負極板8の封口ケース5への電気的接続は、圧接によって行われている。
【0031】
圧接による電気的接続は、正極板7とキャップケース4、負極板8と封口ケース5とを圧接により電気的に接触させるものである。正極板7については巻回したときに最外周となる正極積層面17eを、その外面または両面に正極材料を塗着しないようにして芯材である正極集電体が露出した状態にする。同様に負極板8についても巻回したときに最外周となる負極積層面18eを、負極集電体を露出させた状態にする。この正極板7及び負極板8を巻回した極板群1は、一方面に正極集電体が露出し、他方面に負極集電体が露出した状態になるので、負極集電体が露出した面側が封口ケース5の底面に接するように極板群1を封口ケース5内に収容する。封口ケース5にキャップケース4をガスケット6を介して被せ、キャップケース4の開口端を内側に折り曲げるかしめ封口により封口ケース5はキャップケース4側に押し付けられるので、極板群1は封口ケース5とキャップケース4との間で圧縮され、負極集電体は封口ケース5に、正極集電体はキャップケース4に圧接する。なお、負極板と封口ケース5との圧接及び正極板とキャップケース4との圧接は、必ずしも負極集電体及び正極集電体を露出させる必要はなく、負極板の負極材料面を封口ケース5に、正極板の正極材料面をキャップケース4に圧接させるようにしてもよい。
【0032】
図3(a)及び図3(b)に示したような正極板7及び負極板8は、前述したように極板材から打ち抜き加工によって形成されるので、この円弧を連ねたような形状は極板が打ち抜かれた後に残滓として残る量が多く、材料取りの観点からは無駄の多いものとなる。最も材料取りの効率がよいのは、図5(a)及び図5(b)に示すように、正極板11及び負極板12を積層面13a〜13e及び連結片14a〜14dが同一幅となるテープ状に形成した場合である。しかし、このようなテープ状の正極板11及び負極板12を巻回した極板群2は、その平面形状が正方形となり、図6(a)及び図6(b)に示すように、円形の封口ケース5に収容してコイン形電池Bを構成したときの体積効率は、先のコイン形電池Aに比して劣る。しかし、従来構造の電池と対比した場合には格段に優れた放電特性を示す。この放電特性については後述する。
【0033】
極板の形状は、体積効率のよいものが望ましいが、材料取りの無駄のないものがコスト面で有効なので、この両者を勘案して、例えば、図7(a)及び図7(b)に示すような形状の極板を作成してもよい。図7(a)に示す極板(正極板及び負極板に共通)24は、幅方向の一方辺が直線に形成されているので、直線辺を合わせた一対の状態に極板24を打ち抜くと極板材に生じる残滓が減少する。極板24の他方辺は円弧に形成されているので、これを巻回した極板群26を封口ケース5に収容したときの体積効率の向上に寄与する。また、図7(b)に示す極板25は多角形が連結された形状なので、極板材から多数の極板25を打ち抜くときに残滓が少ない配列がし易くなる。極板25の形状は、これを巻回した極板群27を封口ケース5に収容したときの体積効率の向上に寄与する。
【0034】
図8(a)に示すのは、折り畳み構造の極板群40であり、正極板41と負極板42とをセパレータ9を介して対面させ、これらを折り畳んで構成されている。図8(b)に示すように、正極板41は正極集電体45の片面に正極材料47を塗着して形成され、負極板42は負極集電体44の片面に負極材料46を塗着して形成され、正極材料47の塗着面と負極材料46の塗着面とをセパレータ9を介して対面させる。正極板41は、図9(a)に示すように、両側に円弧を形成した正極積層面51を連結部52で連結した帯状に形成される。負極板42は、図9(b)に示すように、両側に円弧を形成した負極積層面72を連結部53で連結した帯状に形成される。
【0035】
この正極板41と負極板42とを、図8(a)に示すように、連結部52、53から交互に逆方向に折り曲げ、折り畳んで圧縮した極板群40は、平面形状が図2に示したのと同様の状態になる。この極板群40は、一端面に負極板42、他端面に正極板41が表面に存在し、それぞれ負極材料46、正極材料47が塗着されない負極集電体44、正極集電体45が露出しているので、正極集電体45の露出面をキャップケース4側にしてキャップケース4に収容し、キャップケース4の開口部をガスケット6を介して封口ケース5で封口すると、正極集電体45はキャップケース4に、負極集電体44は封口ケース5に圧接して電気的接続がなされる。
【0036】
次に、本実施形態で説明した巻回構造の極板群1、2を用いたコイン形電池A、Bの放電特性と、従来のペレット形の極板を用いたコイン形電池Cの放電特性とを比較した結果について説明する。いずれの電池も直径30mm、厚さ3.2mmのコイン形に形成して比較した。
【0037】
(1)コイン形電池Aの構成
厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン3重量部をN−メチルピロリドン38重量部に溶解し、これに活物質としてLiCoO2 50重量部、導電剤として黒鉛9重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、180μmの厚さになるように圧延処理して正極板材を作成する。この正極板材を120℃で1時間乾燥させた後、打ち抜き加工して正極板7を作成する。正極板7は図3(a)に示した形状であり、正極積層面17a〜17eの幅が22mmである。
【0038】
また、厚さ20μmの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン3重量部をN−メチルピロリドン38重量部に溶解し、これにコークスの2500℃焼成品59重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、200μmの厚さになるように圧延処理して負極板材を作成する。この負極板材を120℃で1時間乾燥させた後、打ち抜き加工して負極板8を作成する。負極板8は図3(b)に示した形状であり、負極積層面18a〜18eの幅が24mmである。
【0039】
上記構成になる正極板7と負極板8とを、厚さ25μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとが積層されるように巻回して、厚さが約2.8mmの極板群1を形成する。この極板群1を封口ケース5に収容し、1MLiPF6/EC−EMC電解液を500μl注液して、封口ケース5の開口部をガスケット6を介してキャップケース4により封口した。この作業はドライエア中で行い、極板群1とキャップケース4及び封口ケース5との電気的接続は圧接によってなされるようにした。
【0040】
(2)コイン形電池Bの構成
正極板材及び負極板材の構成は上記コイン形電池Aの場合と同一である。正極板11を幅17mm、長さ105mmに、負極板12を幅18mm、長さ107mmに作成し、厚さ25μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面13a〜13eと負極積層面21a〜21eとが積層されるように巻回し、厚さが約2.8mmの極板群2を形成する。この極板群2を封口ケース5に収容し、1MLiPF6/EC−EMC電解液を500μl注液して、封口ケース5の開口部をガスケット6を介してキャップケース4により封口した。極板群2とキャップケース4及び封口ケース5との電気的接続は圧接によってなされるようにした。
【0041】
(3)コイン形電池Cの構成
正極ペレット32は、PTFE5重量部を水に分散し、これに活物質としてLiCoO2 85重量部、導電剤として黒鉛10重量部を加えて混合分散し、これを100℃で2時間熱風乾燥して正極合剤に調整し、直径25mmのペレット成形機に1400mg充填して、5トンプレスすることによりペレット状に成形し、これを200℃で5時間熱風乾燥して形成した。
【0042】
負極ペレット33は、SBR5重量部を水に分散し、これに活物質としてコークスの2500℃焼成品95重量部を加えて混合分散し、これを100℃で2時間熱風乾燥して負極合剤に調整し、直径25mmのペレット成形機に600mg充填して、5トンプレスすることによりペレット状に成形し、これを110℃で5時間熱風乾燥して形成した。
【0043】
図24に示したように、負極ペレット33を、ポリプロピレン製のガスケット36と封口ケース35とを組み合わせた組立部品に挿入し、この上に厚さ150μmのポリエチレン製不織布によるセパレータ34を挿入する。この状態で1MLiPF6/EC−EMC電解液を500μl注液した後、正極ペレット32を挿入し、キャップケース31を封口ケース35にカップリングし、カシメ封口した。
【0044】
上記コイン形電池A、B、C各10個について、初期内部抵抗及び放電負荷特性を測定する実験を行った結果を、表1及び図10に示す。
【0045】
[初期内部抵抗]
各コイン形電池A、B、Cを安定化させるために、4.2Vから3.0Vの間で3mAの定電流により充放電を2回繰り返した後、4.2Vで充電停止させ、1kHzの交流定電流源を用いた測定により検出された内部抵抗を初期内部抵抗とした。表1に示すように、極板面積を大きく形成した本発明に係るコイン形電池A、Bは、従来構成になるコイン形電池Cに比して内部抵抗が低く、また安定した状態にあることが明らかである。
【0046】
【表1】
【0047】
[放電負荷特性]
各コイン形電池A、B、Cの初期内部抵抗を評価した後、4.2Vから3.0Vの間で3mAの定電流で4.2Vまでの充電を行い、放電負荷特性の試験に用いた。放電時の負荷を、5、10、20、40、100、150mAとして、各放電電流値での放電終止電圧3.0Vまでとし、放電容量を記録する。5mA時の放電容量を100%とし、各電流値での放電容量比率をプロットしたものが図10のグラフである。図10からわかるように、ペレット形の極板を用いたコイン形電池Cの場合では、放電率は10mA時に約80%、50mA時に約20%となり、100mAではほとんど放電容量が得られないのに対して、本発明に係るコイン形電池A、Bの場合は、100mAの放電時にも90%以上の放電容量が維持されていることがわかる。
【0048】
以上説明したコイン形電池A、B、Cは、二次電池であるが、一次電池についても同様に構成することができ、同様の放電特性が得られる。
【0049】
次に、本発明の第2の実施形態に係るコイン形電池について説明する。本実施形態は第1の実施形態と同様にリチウムイオン二次電池を例として示す。第2の実施形態に係るコイン形電池Dは、図11に示すように、浅い有底円筒形の封口ケース5の開口部をガスケット6を介してキャップケース4によって閉じる電池ケース内に巻回構造の極板群10を収容して構成されている。なお、第1の実施形態の構成と共通する要素には同一の符号を付している。
【0050】
前記極板群10は、図12(a)及び図12(b)に示す正極板7aと負極板8aとを、図13に示すようにセパレータ9を介して巻回して形成される。正極板7aは、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図12(a)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面17a〜17eを正極連結片19a〜19dで連結した帯状に形成され、その一端側に正極材料が塗着されず正極集電体を露出させた正極リード15が設けられている。負極板8aは、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図12(b)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面18a〜18eを負極連結片20a〜20dで連結した帯状に形成され、その一端側に負極材料が塗着されず負極集電体を露出させた負極リード16が設けられている。なお、負極板8aの幅は、正極板7aの幅より若干大きく形成しておくと、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとを対向させたときに位置ずれが生じても反応面積の減少が生じない。
【0051】
この正極板7aと負極板8aとは、図13に示すように、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとがセパレータ9を介して対面して積層されるように、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dで折り曲げて扁平に巻回される。前記セパレータ9は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状に形成したもので、負極板8aの幅寸法より大きな幅のテープ状である。セパレータ9は正極板7a及び負極板8aと共に巻回された後、4隅を円弧状に切り落とし、円盤状の極板群10が形成される。
【0052】
正極板7aと負極板8aとが、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとが正対して積層されるように巻回するには、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dの連結方向の長さを、巻回する外側に位置する連結片ほど長くする必要がある。図12(a)及び図12(b)に示すように、巻き始めに位置する連結片の長さから、巻き終りに位置する連結片の長さまで、正極板7a、負極板8a及びセパレータ9の厚さを加算して順次増加させる。
【0053】
上記構成になる極板群10は、正極リード15の先端部がキャップケース4の内面に溶接され、負極リード16の先端部が封口ケース5の内面に溶接される。正極リード15はコバルト酸リチウム等を正極活物質として用いる場合に正極集電体としてアルミニウム箔が適用されることからアルミニウム製である。しかし、キャップケース4は一般にステンレス製であり、アルミニウムをステンレスに溶接することは容易でない。そこで、本実施形態におけるキャップケース4は、内面側がアルミニウム、外面側がステンレスのクラッド材から形成される。このキャップケース4への正極リード15の溶接はアルミニウム同士の溶接となり、更に超音波溶接を適用することによって確実に溶接される。一方、負極集電体として銅箔が適用されていることから負極リード16は銅製であり、負極リード16のステンレス製の封口ケース5への溶接は、抵抗溶接、あるいは超音波溶接によって行われる。
【0054】
負極リード16を封口ケース5に溶接するとき、封口ケース5の内面に置いた負極リード16の上にステンレススチール板もしくはニッケル板を載せて抵抗溶接すると、銅箔で形成された負極リード16の溶接がより確実に行われる。
【0055】
負極リード16を封口ケース5に、正極リード15をキャップケース4に溶接した後、正極リード15及び負極リード16を折り畳むようにして極板群10を封口ケース5内に収容し、電解液を注入して封口ケース5の開口部をガスケット6を介してキャップケース4により封口し、コイン形電池Dを形成する。キャップケース4はコイン形電池Dの正極端子、封口ケース5は負極端子となり、両者はガスケット6で絶縁される。
【0056】
図14(a)〜図14(c)は、折りたたみ構造の極板群55の構成を示す。図14(b)及び図14(c)にリード引き出し部を拡大図示するように、正極板41は正極集電体45の片面に正極材料47を塗着して形成され、負極板42は負極集電体44の片面に負極材料46を塗着して形成されている。正極板41の一端の正極集電体45は正極リード15として延出され、負極板42の他端の負極集電体44は負極リード16として延出されている。この正極板41は、図15(a)に示すように、両側に円弧を形成した正極積層面50を連結部51で連結した帯状である。負極板42は、図15(b)に示すように、両側に円弧を形成した負極積層面52を連結部53で連結した帯状である。
【0057】
この正極板41と負極板42とを、図14(a)に示すように、正極材料塗着面と負極材料塗着面とがセパレータ9を介して対面するように、それぞれの連結部51、53から交互に逆方向に折り曲げ、折り畳んで圧縮すると、平面形状は図2に示した極板群1と同様の形状の極板群55が得られる。この極板群55は、正極リード15をキャップケース4に溶接し、負極リード16を封口ケース5に溶接した後、キャップケース4内に収容し、キャップケース4をガスケット6を介して封口ケース5で封口して、正負極の対向面積を増大させたコイン形電池に構成する。
【0058】
図11に示した巻回構造の極板群10を用い、その正極リード15をキャップケース4に、負極リード16を封口ケース5に溶接により接続した電池Dと、図1に示した巻回構造の極板群を用い、その正極板をキャップケースに、負極板を封口ケースに圧接により接続した電池Aとについて、比較検証した結果を以下に示す。なお、いずれの電池も直径30mm、厚さ3.2mmのコイン形に形成して比較した。
【0059】
(1)電池Dの構成
正極板7aは、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン3重量部をN−メチルピロリドン38重量部に溶解し、これに活物質としてLiCoO2 50重量部、導電剤として黒鉛9重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、120℃で1時間乾燥させた後、180μmの厚さになるように圧延処理した正極板材を打ち抜き加工して、正極積層面17a〜17eの幅が22mmの、図12(a)に示した形状に作成した。
【0060】
負極板8aは、厚さ20μmの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン3重量部をN−メチルピロリドン38重量部に溶解し、これにコークスの2500℃焼成品59重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、120℃で1時間乾燥させた後、200μmの厚さになるように圧延処理した負極板材を打ち抜き加工して、負極積層面18a〜18eの幅が24mmの、図12(b)に示した形状に作成した。
【0061】
上記構成になる正極板7aと負極板8aとを、厚さ25μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとが積層されるように巻回して厚さが約2.8mmの極板群10に形成し、正極リード15の先端部をキャップケース4の内面に超音波溶接し、負極リード16の先端部を封口ケース5の内面に抵抗溶接した。この極板群10を封口ケース5内に収容し、1MLiPF6/EC−EMC電解液を500μl注液して、封口ケース5の開口部をガスケット6を介してキャップケース4により封口し、電池Dを作成した。
【0062】
(2)電池Aの構成
極板群1の正極板7及び負極板8は図3(a)及び図3(b)に示したように正極リード及び負極リードを設けない構成であり、図1に示したように、極板群1の正極板7とキャップケース4、負極板8と封口ケース5とは圧接により電気的に接続されている。この圧接を行うため、正極板7のキャップケース4側の最外面となる正極積層面17eに正極材料は塗着されず、正極集電体が露出した状態となる。また、負極板8の封口ケース5側の最外面となる負極積層面18eに負極材料は塗着されず、負極集電体が露出した状態となる。
【0063】
上記のように構成された電池D、電池Aを、30mAで充放電を2回繰り返し、再び30mAで充電した直後から85℃の温度槽に保存し、保存日数に伴う内部抵抗値の変化、電池総高の変化について測定した結果を、図16及び図17に示す。
【0064】
図16に示す内部抵抗値の変化について、電池Dと電池Aとを比較すると、第2の実施形態に係る電池Dでは、内部抵抗値は低いままであり、電池Aが保存日数を経るまでもなく急激に上昇しているのと大きな差が見られる。これは、電池Dにおいて溶接により電気的接続を行った効果が発揮されているものと考えられる。また、図17に示す電池総高の変化からは電池内のガス発生が確認されるが、電池Dと電池Aとで大きな差は見られない。電池総高の変化に大きな差がないにもかかわらず、内部抵抗値には大きな差が生じているのは、圧接による電気的接続では電池内圧の上昇によりキャップケース4及び封口ケース5に僅かな膨出が生じただけでも圧接状態が不安定となり、これが内部抵抗値の増加に結びつくからと考えられる。
【0065】
上記のように、極板群10から引き出した正極リード15をキャップケース4に、負極リード16を封口ケース5にそれぞれ溶接して電気的に接続すると、電池内圧が上昇しても集電性の安定が損なわれず、内部抵抗値の低いコイン形電池が提供される。
【0066】
次いで、本発明の第3〜第5の各実施形態に係るコイン形電池について説明する。第3〜第5の各実施形態に係るコイン形電池は、前述の第1および第2の実施形態に係るコイン形電池における不具合を解決するもので、負極板の巻中心方向の巻端部近傍において充電時に正極板から非水電解液中に脱離するリチウムイオンを減少させることで、負極へのリチウム金属の析出を抑制し、析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を改善する。
【0067】
第1及び第2の実施形態に係るコイン形電池を複数作製し、様々な条件に充放電を繰り返すことで、上述した不具合を意図的に発生させた後、電池を分解して不具合の発生要因を検討した。不具合の生じた電池の多くで、負極板の巻端部近傍においてリチウム金属の析出が認められた。したがって、これらの不具合は、充電時に正極から脱離したリチウムイオンが負極板の巻中心方向の巻端部近傍に集中し、リチウム金属として析出するために生じるとの結論を得た。正極板に遷移金属酸化物を用い、負極板に炭素材料を用いた電池では、充放電反応がリチウムイオンの挿入、脱離によってなされており、対向する極板の放電容量を同等に設定する必要がある。渦巻き状に巻回された極板群を用いた円筒形電池では、対向する極板の面積がほぼ等しいため、充放電反応が一部分に集中することがなく、上記のような不具合には至らない。一方、扁平形に巻回した本願発明に係る構成の極板群においても、負極板の巻回最内周部分にある負極板の積層面はセパレータを介して正極板の積層面に対向しており、対向する正負極板の容量はほぼ同一である。しかし、負極板の巻中心方向の巻端部の最近傍は正極板の最も巻中心側に位置する連結部に取り込まれるように対向しており、対向する正負極板の容量バランスは正極側に大きく偏っている。このため、充電時に正極から脱離したリチウムイオンが、負極板の炭素材料の層間に吸蔵されきらず、過剰なリチウムイオンが負極板の表面上に析出するとの知見を得た。
【0068】
このような知見に基づき、第3〜第5の実施形態に係る極板群は、負極板の巻中心方向の巻端部への電流密度を減少させることで、リチウム金属の析出を抑制するものであり、負極板の巻端部に対向する正極板の最も巻き中心側に位置する連結部の内周面側を絶縁部材にて被覆する。この構成によって、正極板の連結部から脱離するリチウムイオンを減少させ、対向する負極部分でのリチウム金属の析出を抑制する。前記絶縁部材としては、リチウムイオンの透過を阻害するイオン不透過性を有する素材がより望ましい。
【0069】
第3の実施形態に係るコイン形電池は、図1に示した状態に構成される。これに用いる極板群30は、図18(a)に示す正極板37と、図18(b)に示す負極板38とを、図19に示すように、セパレータ9を介して巻回して形成される。
【0070】
正極板37は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図18(a)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面17a〜17eを正極連結片19a〜19dで連結した帯状に形成される。絶縁部材48は、正極の最も巻中心側に位置する正極連結片19aに形成されており、図19に示すように、巻回したときに負極板38の巻端部に対向する面にのみ位置する。この絶縁部材48は、リチウムイオンの透過を阻害するイオン不透過性を有する部材がより好ましい。また非水溶媒に対する化学的な安定性、及び充電時に印加される電位に対する安定性も要求される。絶縁部材48の正極板37への形成方法としては、樹脂接着剤を塗布する方法、或いは前記の各安定性を満たす粘着剤が塗布された樹脂テープを貼付する方法が、生産性の面で適しており、ポリプロピレンを主剤とした接着剤およびテープが好適である。
【0071】
一方、負極板38は、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図18(b)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面18a〜18eを負極連結片20a〜20dで連結した帯状に形成される。なお、負極板38の幅は、図示するように正極板37の幅より若干大きく形成しておくと、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとの対向位置にずれが生じたときにも反応面積の減少を生じない。
【0072】
この正極板37と負極板38とは、図19に模式図として示すように、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとがセパレータ9を介して対面して積層されるように、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dで折り曲げて巻回される。図示するように、正極連結片19aに形成された絶縁部材48は、負極板38の巻端部に対向する面にのみ位置するように配置される。前記セパレータ9は微多孔性ポリエチレンフィルムをテープ状に形成したもので、負極板38の幅寸法より大きな幅のテープ状に形成され、正極板37及び負極板38と共に巻回された後、4隅を円弧状に切り落とし、円盤状の極板群30が形成される。
【0073】
正極板37と負極板38とが、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとが正対して積層されるように巻回するには、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dのうち連結方向の長さを巻回する外側ほど長くする必要がある。図18(a)及び図18(b)に示すように、巻き始めの長さaから巻き終りの長さdまで正極板37、負極板38及びセパレータ9の厚さを加算して順次増加させる。
【0074】
また、正極連結片19a〜19dの幅W1 及び負極連結片20a〜20dの幅W2 は、大電流での充放電における電池電圧の低下を少なくするため、できるだけ大きな幅に形成される。封口ケース5の円形の収容空間に体積効率よく極板群30を収容するには、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dの幅W1 、W2 は小さいほうが望ましいが、電池電圧の低下の度合と体積効率との兼ね合いで、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dの幅W1 、W2 は決定される。
【0075】
上記構成になる極板群30を封口ケース5内に収容し、電解液を注入して封口ケース5の開口部にガスケット6を介してキャップケース4を被せ、キャップケース4の開口端を内側に折り曲げるかしめ加工により封口し、コイン形電池を形成する。
【0076】
この第3の実施形態に係るコイン形電池は、負極板38の巻端部近傍において、それに対向する正極板37に絶縁部材48が形成されているので、充電時に正極板37から非水電解液中に脱離するリチウムイオンが減少し、負極板37へのリチウム金属の析出が抑制され、充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下が改善される。
【0077】
次いで、本発明の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態に係るコイン形電池は、第3の実施形態における正極連結片19aに形成した絶縁部材48に代えて、この部分を正極材料の未塗着部分とした構成である。
【0078】
正極板57は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図20(a)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面17a〜17eを正極連結片19a〜19dで連結した帯状に形成される。未塗着部分49は、最も巻中心側に位置する正極連結片19aを正極材料を未塗着としたものであり、この部分は放電反応に寄与しない。更に、この未塗着部分49は、図20(b)に示す負極板58及びセパレータ9とを組み合わせて巻回した際に、負極板58の巻中心方向の巻端部に対向する面にのみ位置する。
【0079】
この正極板57と負極板58とは、図21に模式図として示すように、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとがセパレータ9を介して対面して積層されるように、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dで折り曲げて巻回される。連結片19aに形成された未塗着部分49は、負極板58の巻中心方向の巻端部に対向する面のみに対向するように配置される。
【0080】
この第4の実施形態に係るコイン形電池は、負極板58の巻中心方向の巻端部近傍において、それに対向する正極板57に未塗着部分49が形成されているので、リチウム金属の析出が生じ易い負極板58の巻端部に対向する正極板57の正極連結片19aの内周面は正極材料が塗着されておらず、負極板58の巻端部近傍において充電時に正極板57から非水電解液中に脱離するリチウムイオンを減少させ、負極表面でのリチウム金属の析出に起因する充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を改善する。
【0081】
次いで、本発明の第5の実施形態について説明する。第5の実施形態に係るコイン形電池は、第3の実施形態における正極連結片19aに形成した絶縁部材48に代えて、負極板68の巻端部に絶縁部材50を配した構成である。
【0082】
正極板67は、アルミニウム箔の正極集電体の両面に正極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図22(a)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の正極積層面17a〜17eを正極連結片19a〜19dで連結した帯状に形成される。
【0083】
負極板68は、銅箔の負極集電体の両面に負極材料を塗着させた極板材を打ち抜いて、図22(b)に示すように、幅方向に円弧を形成した所要数の負極積層面18a〜18eを負極連結片20a〜20dで連結した帯状に形成される。この負極板68の巻端部に絶縁部材50が形成されており、正極板67と負極板68とをセパレータ9を介して巻回した際に、正極連結片19aに対向する負極板68の巻端部が絶縁部材50によって被覆されるように構成されている。
【0084】
この絶縁部材50は、リチウムイオンの透過を阻害するイオン不透過性を有する部材が好ましい。また非水溶媒に対する化学的な安定性、及び充電時に付加される電位に対する安定性も要求される。負極板68への形成方法としては、樹脂接着剤を塗布する方法、或いは前記の各安定性を満たす粘着剤が塗布された樹脂テープを貼付する方法が、生産性の面で適しており、ポリプロピレンを主剤とした接着剤およびテープが好適である。
【0085】
この正極板67と負極板68とは、図23に模式図として示すように、正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとがセパレータ9を介して対面して積層されるように、正極連結片19a〜19d及び負極連結片20a〜20dで折り曲げて巻回されて極板群70が形成され、負極板68の巻終端に形成された絶縁部材50が正極連結片19aの内面側のみと対向するように配置される。
【0086】
この第5の実施形態に係るコイン形電池は、リチウム金属の析出が生じ易い負極板68の巻端部を絶縁部材50にて被覆し、負極板68の巻端部表面にリチウム金属が析出しない状態とすることで、充放電サイクル寿命の悪化、安全性の低下を改善する。
【0087】
以上説明した第3〜第5の実施形態に係るコイン形電池について、リチウム金属の析出を検証した実施例について以下に説明する。
【0088】
正極板37は、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン3重量部をN−メチルピロリドン38重量部に溶解し、これに活物質としてLiCoO2 50重量部、導電剤として黒鉛9重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した正極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、180μmの厚さになるように圧延処理した正極板材を120℃で1時間乾燥させた後、打ち抜き加工を施して、図18(a)に示すような、正極積層面17a〜17eの幅が22mmの極板を得た。正極板37の連結片19aの領域に絶縁部材48を形成した。この絶縁部材48は、ポリプロピレンを主剤とした接着剤を塗布し、これを硬化させて形成される。
【0089】
負極板38は、厚さ20μmの銅箔の両面に、ポリフッ化ビニリデン3重量部をN−メチルピロリドン38重量部に溶解し、これにコークスの2500℃焼成品59重量部を加えて不活性雰囲気下で混合分散した負極材料を均等な厚さに大気中で塗布し、200μmの厚さになるように圧延処理した負極板材を120℃で1時間乾燥させた後打ち抜き加工して、図18(b)に示すような負極積層面18a〜18eの幅が24mmの形状に作成した。
【0090】
上記構成になる正極板37と負極板38とを、厚さ25μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを介して正極積層面17a〜17eと負極積層面18a〜18eとが積層されるように巻回して厚さが約2.8mmの極板群30に形成し、これを封口ケース5内に収容し、1MLiPF6/EC−EMC電解液を500μl注液して、封口ケース5の開口部にセパレータ9を介してキャップケース4を被せ、キャップケース4をかしめ加工して封口した。この作業はドライエア中で行い、極板群30とキャップケース4及び封口ケース5との電気的接続は圧接によってなされるようにした。このように作成した第3の実施形態に係るコイン形電池を電池Eとする。
【0091】
また、正極連結片19aに未塗着部分49を形成した正極板57を用い、他の構成は電池Eと同様とした第4の実施形態に係るコイン形電池を作製し、これを電池Fとする。また、巻端部に絶縁部材50を形成した負極板68を作製し、他の構成は電池Eと同様にした第5の実施形態に係るコイン形電池を作製し、これを電池Gとする。更に、比較例として第1の実施形態に係るコイン形電池、即ち、絶縁部材48、50あるいは未塗着部分49が形成されない電池Aを作成した。
【0092】
上記コイン形電池E、F、G、Aについて、充放電を繰り返した後、電池を分解し、負極板8の巻終端部におけるリチウム金属の析出状況を確認した。充放電条件は、各コイン形電池E、F、G、Aを、4.2Vから3.0Vの間で100mAの定電流により充放電を200回繰り返した。
【0093】
その結果、コイン形電池E、F、Gは、何れも負極板の巻端部にリチウム金属の析出は認められなかったが、比較例のコイン形電池Aは僅少のリチウム金属が負極表面に析出していた。しかしながら、200回程度の充放電であることから、析出量は僅少であり、電池特性を悪化させるには至っていない。
【0094】
この検証結果から、巻回構造の極板群1、10を適用したコイン形電池では、充放電の繰り返しによりリチウム金属の析出に起因する不具合が生じる可能性を有していることから、第3〜第5の各実施形態に示した極板群30、60、70のようにリチウム金属の析出を防止する構成を設けて放電容量の増大化を図ることが望ましい。
【0095】
【発明の効果】
本発明によれば、コイン形電池の放電特性を向上させ、内部抵抗値を抑えるとともに、リチウム金属の析出に起因する不具合の発生を抑制し、長期に亘って安全性、充放電サイクル特性を維持することができるため、コイン形電池をより広範囲の機器に適用することが可能となり、携帯機器などの小型化、薄型化、軽量化に加えて高い信頼性を実現する上で有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態に係るコイン形電池Aの構成を示す断面図である。
【図2】 コイン形電池Aの構成を示す平面図である。
【図3】 (a)は正極板の構成を示す展開図、(b)は負極板の構成を示す展開図である。
【図4】 極板群の巻回状態を説明する模式図である。
【図5】 (a)はコイン形電池Bの正極板の構成を示す展開図、(b)は負極板の構成を示す展開図である。
【図6】 (a)はコイン形電池Bの構成を示す平面図、(b)は断面図である。
【図7】 (a)及び(b)は極板の変形例を示す展開図である。
【図8】 (a)は折り畳み構造の極板群の構成を示す説明図、(b)は極板の構成図である。
【図9】 (a)は折り畳み構造の正極板の平面図、(b)は負極板の平面図である。
【図10】 放電容量比率の測定結果を示すグラフである。
【図11】 本発明の第2の実施形態に係るコイン形電池Dの構成を示す断面図である。
【図12】 (a)は正極板の構成を示す展開図、(b)は負極板の構成を示す展開図である。
【図13】 極板群の巻回状態を示す模式図である。
【図14】 (a)は折り畳み構造の極板群の構成を示す説明図、(b)及び(c)は極板の構成図である。
【図15】 (a)は折り畳み構造の正極板の平面図、(b)は負極板の平面図である。
【図16】 高温環境での保存による電池の内部抵抗の変化を示すグラフである。
【図17】 高温環境での電池総高の変化を示すグラフである。
【図18】 (a)は本発明の第3の実施形態に係る正極板の展開図、(b)は負極板の展開図である。
【図19】 極板群の構成を示す模式図である。
【図20】 (a)は本発明の第4の実施形態に係る正極板の展開図、(b)は負極板の展開図である。
【図21】 極板群の構成を示す模式図である。
【図22】 (a)は本発明の第5の実施形態に係る正極板の展開図、(b)は負極板の展開図である。
【図23】 極板群の構成を示す模式図である。
【図24】 従来のコイン形電池の構成を示す断面図である。
Claims (14)
- 正極集電体に正極材料が塗着された正極板(7)と、負極集電体に負極材料が塗着された負極板(8)とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記連結片は連結方向と直交する幅が前記積層面に比して狭く形成されていると共に、連結片の連結方向の長さが巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって順次増加するように形成され、正極板の積層面(17a〜17e)と負極板の積層面(18a〜18e)とがセパレータ(9)を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群(1)を形成し、この極板群を、浅い有底円筒形のキャップケース(4)の開口部を封口ケース(5)で封口する電池ケース内に収容したことを特徴とするコイン形電池。
- 極板群(1)は、一方面に正極板(7)の端部の正極積層面が、他方面に負極板(8)の端部の負極積層面が位置するように正極板と負極板が巻回されてなる請求項1記載のコイン形電池。
- 正極板(7)及び負極板(8)は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する円形に形成された請求項1記載のコイン形電池。
- 正極板(7)及び負極板(8)は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する多角形に形成された請求項1記載のコイン形電池。
- 正極板(7)及び負極板(8)は、極板群(1)を形成したときに最外面となる正極積層面(17e)に正極集電体の露出面が、負極積層面(18e)に負極集電体の露出面が、それぞれ形成された請求項1記載のコイン形電池。
- 極板群(1)は、正極板(7)の端部から極板の長さ方向に延出させたキャップケースに溶接される正極リード(15)と、負極板(8)の端部から極板の長さ方向に延出させた封口ケースに溶接される負極リード(16)とを有する請求項1記載のコイン形電池。
- 正極集電体の両面に正極材料が塗着された正極板(7a)と、負極集電体の両面に負極材料が塗着された負極板(8a)とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リード(15)が形成され、負極板の一端側から負極集電体を延出させた負極リード(16)が形成され、前記正極リード及び負極リードが形成された側を巻き終りとして、正極板の積層面(17a〜17e)と負極板の積層面(18a〜18e)とがセパレータ(9)を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板を連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群(10)を形成し、かつ連結片は、巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって、連結方向の長さが順次増加するように形成され、正極リードの先端部をキャップケース(4)に溶接し、負極リードの先端部を封口ケース(5)に溶接し、前記極板群を浅い有底円筒形のキャップケース(4)の開口部を封口ケース(5)で封口する電池ケース内に収容したことを特徴とするコイン形電池。
- 正極板(7a)及び負極板(8a)は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する円形に形成された請求項7記載のコイン形電池。
- 正極板(7a)及び負極板(8a)は、積層面が電池ケースの円形の収容スペースに対応する多角形に形成された請求項7記載のコイン形電池。
- 正極集電体はアルミニウム箔で形成され、キャップケース(4)は内面側がアルミニウム、外面側がステンレススチールのクラッド材で形成された請求項7記載のコイン形電池。
- 負極集電体は銅箔で形成され、封口ケース(5)はステンレススチールで形成され、封口ケースの内面と、ステンレススチール板またはニッケル板との間で負極集電体を挟んで抵抗溶接する請求項7記載のコイン形電池。
- 正極集電体の片面に正極材料が塗着された正極板(41)と、負極集電体の片面に負極材料が塗着された負極板(42)とが、それぞれ複数の積層面を連結した帯状に形成され、正極板の一端側から正極集電体を延出させた正極リード(15)が形成され、負極板の他端側から負極集電体を延出させた負極リード(16)が形成され、正極板の正極材料塗着面と負極板の負極材料塗着面とがセパレータ(9)を介して対面し、正極板の積層面(50)と負極板の積層面(52)とが積層されるように、正極板及び負極板を連結部分で交互に逆方向に折り畳み、圧縮して扁平形状の極板群(55)を形成し、正極リードの先端部がキャップケース(4)に溶接され、負極リードの先端部が封口ケース(5)に溶接され、前記極板群が浅い有底円筒形のキャップケース(4)の開口部を封口ケース(5)で封口する電池ケース内に収容されてなることを特徴とするコイン形電池。
- 正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板(57)と、負極集電体にリチウムを吸蔵、放出する負極材料が塗着された負極板(58)とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記連結片は連結方向と直交する幅が前記積層面に比して狭く形成されていると共に、連結片の連結方向の長さが巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって順次増加するように形成され、正極板の積層面(17a〜17e)と負極板の積層面(18a〜18e)とがセパレータ(9)を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群(60)を形成し、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容したコイン形電池であって、前記正極板は、巻回したときに中心に位置する連結片の、負極板の端部に対向する面に正極材料が塗着されない未塗着部分が形成されたことを特徴とするコイン形電池。
- 正極集電体に遷移金属酸化物を主体とする正極材料が塗着された正極板(67)と、負極集電体にリチウムを吸蔵、放出する負極材料が塗着された負極板(68)とが、それぞれ複数の積層面を連結片で連結した帯状に形成され、前記連結片は連結方向と直交する幅が前記積層面に比して狭く形成されていると共に、連結片の連結方向の長さが巻回するとき内側に位置する連結片から外側に位置する連結片に向かって順次増加するように形成され、正極板の積層面(17a〜17e)と負極板の積層面(18a〜18e)とがセパレータ(9)を介して交互に積層されるように、正極板及び負極板をそれぞれの連結片で折り曲げて扁平形状に巻回して極板群(70)を形成し、この極板群を扁平形状の電池ケースに収容したコイン形電池であって、前記負極板は、巻回したときに中心に位置する端部が絶縁性部材(50)にて被覆されたことを特徴とするコイン形電池。
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