JP4033398B2

JP4033398B2 - 電池装置

Info

Publication number: JP4033398B2
Application number: JP2003338584A
Authority: JP
Inventors: 洋之家地; 智浩厚美
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2016-12-20
Also published as: JP2004014528A

Description

本発明は、例えばリチウムイオン電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池等の電池に関する。

近年のエレクトロニクス分野の発展はめざましく、電子機器の小型化、軽量化、高性能化の要求が著しい。電子機器の心臓と言われる小型二次電池には、単位体積当たり又は単位重量当たりのエネルギー密度が大きく、且つ長寿命の電池の開発が望まれている。そのような中で、携帯電話、小型ＯＡ機器、小型通信機などへのリチウムイオン二次電池の用途展開が期待されている。

従来、ハンディタイプのビデオカメラやコードレス電話や携帯電話等の電子機器等には電源供給用の種種形式の一次電池或いは二次電池が搭載されている。充電して繰り返して利用可能な二次電池をこれら電子機器等に搭載する場合には電子機器或いは充電機器等への脱着を容易にするために単数或いは複数の二次電池等を１つのケースに納めた電池装置が使用されている。この電池装置は例えば図にしない樹脂材料などからなるおおむね直方体状に形成される電池容器と電池容器内に収納される単数或いは複数の充電放電可能な二次電池からなっている。このような電池装置は電子機器等や充電用機器などに搭載するために陽極端子と陰極端子を有しており、電子機器などに接続されたときには二次電池に蓄えられた電力を陽極端子と陰極端子とから電子機器などへ供給する。

この二次電池は図１に示すように、正極板（１１）と負極板（１２）とをセパレータ（１３）で袋詰めして交互に重ね合わせることによって形成される。そしてこの正極板（１１）と負極板（１２）とを袋状のセパレータ（１３）からなる積層体を概ね長方体のバッテリーケースに挿入して電解液を注入するか又はポリマー電解質を正極板（１１）と負極板（１２）の間に形成することによって二次電池として機能するようにする。

この正極板（１１）としては例えば図２に示すように矩形の厚さ２０ミクロン程度のアルミニウム箔からなる集電体（２１）の両面にリチウムと遷移金属の複合酸化物例えばＬｉＶ_２Ｏ_５やＬｉＣｏＯ_２を正極活物質（２２）として塗布したものである。また、負極板（１２）としては例えば同図に示すように矩形の厚さ１０ミクロン程度の銅箔からなる集電体（２３）の両面にリチウムをドープ、脱ドープ可能なカーボン例えばグラファイト構造を有する炭素や軟黒鉛化炭素材料等の炭素を負極活物質（２４）として塗布したものである。また、セパレータ（１３）としては例えば２５ミクロン厚の多孔性ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルム等を袋状にしている。電解質（２５）としては、例えばプロピレンカーボネート、ジエチルカーボネートの混合溶媒にＬｉＰＦ_６を溶解した有機電解液や前記溶媒中にＬｉＢＦ_４とＬｉＮ(ＣＨ_３ＳＯ_２)_２を溶解した後にゲル化した高分子固体電解質を使用する。

図３は、従来の特開平７−２７２７６１号記載の袋詰めを示す例である。この従来例においてはセパレータ（１３）を正極板（１１）と負極板（１２）の間に配置するのに正極板（１１）と負極板（１２）のそれぞれを袋状にセパレータ（１３）で袋詰めしている。すなわち、正極板（１１）と負極板（１２）をセパレータ（１３）で袋詰めするのに同図に示すように正極板（１１）又は負極板（１２）を厚み方向から２枚のセパレータ（１３）フィルムで挾み込み、電極板の周囲を所定間隔おきに融着（１４）している。この融着は温度コントロールされたヒーターブロックを押し当てて行なう。そして、その結果袋詰めされた正極板（１１）と負極板（１２）を図１に示すように交互に重ね合わせることにより電池の内部要素を作製している。この袋状のセパレータ（１３）を使用したときは正極板（１１）と負極板（１２）の間に多孔性ポリプロピレンフィルム等が２枚になるので、正極板（１１）と負極板（１２）が内部ショートすることを防ぐことができる。

しかしながら、この従来技術は融着熱によってセパレータ（１３）が収縮するので２枚のセパレータ（１３）の正極板（１１）又は負極板（１２）の周囲を所定間隔おきに融着しても袋状のセパレータ（１３）表面にしわが発生していた。このしわを有する袋状のセパレータ（１３）で袋詰めにされた正極板（１１）を複数枚と負極板（１２）複数枚を図１に示すように交互に重ね合わせたときには、袋状のセパレータ（１３）のしわによって電極間の空間が大きくなること及び電極距離間隔に分布を持ってしまうために実質的に重負荷特性、低温特性、サイクル特性等が悪くなって電池性能を悪化させるという不具合があった。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、セパレータのしわを無くして、重負荷特性、低温特性、サイクル特性等を良くすることを目的とする。

本発明は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に交互に対向して重ねられてなる二次電池において、少なくとも前記正極板（１１）又は負極板（１２）を２枚のセパレータ（１３）で挾むと共に２枚のセパレータ（１３）の周辺で前記正極板（１１）又は負極板（１２）の４隅を含み前記正極板（１１）又は負極板（１２）の中心線に対して軸対称となる位置を融着して袋状にしたことを特徴とする電池を提供する。また、前記正極板（１１）又は負極板（１２）の１辺を前記セパレータ（１３）から露出してリード端子に接続するようにし、セパレータから露出していない正極板（１１）又は負極板（１２）の肩部に曲率部を設けて形成したことを特徴とする電池を提供する。すなわち、融着後のセパレータのしわ発生を防止するために２枚のセパレータをフリーにしておき融着時の熱による収縮力を利用してセパレータが均一に外側方向に引っ張られるようにしたものである。また、袋詰め後のセパレータから電極がはずれないように、電極の４隅に曲率を設けると共にリード部にも融着できるようにスリットを設けた新しい電極を提供する。

以上、実施例により詳細且つ具体的に説明したように、本発明は正極板（１１）又は負極板（１２）の少なくとも一方を２枚のセパレータ（１３）で挾むと共に２枚のセパレータの正極板（１１）又は負極板（１２）の４隅を含み正極板（１１）又は負極板（１２）の中心線に対して軸対称となる４隅位置を融着して袋状にしたのでセパレータのしわ発生がなくなり、また、２枚のセパレータの融着位置を４辺の中心から極板面方向の極板から少し離れた位置にしたことによって、しわ発生防止ができると同時に工程が簡略化でき、更にまた、２枚のセパレータの融着位置を４辺の中心から極板面方向の極板から少し離れた位置と４隅にしたことによって更に確実にしわ発生防止ができ、２枚のセパレータの融着位置を４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置でそれぞれ一定間隔にしたことによってもしわ発生防止ができ、更にまた、２枚のセパレータの融着位置を４辺の中心から極板面方向の極板から少し離れた位置と４隅にしたことによって更に確実にしわ発生防止ができ、正極板又は負極板の１辺をセパレータから露出してリード端子に接続するようにしたことで、電極の取り扱いが容易になり、また、集電効率が向上した。セパレータから露出しない正極板又は負極板の肩部に曲率を設けて形成したことでセパレータから電極が外れることを防止できたと同時にセパレータを突き破ってショートするのを防止できた。セパレータから露出する正極板又は負極板の１辺にスリットを形成したことで融着可能な部分が４辺になり本発明の目的を実現可能にした。セパレータから露出する正極板又は負極板の１辺に形成したスリット位置が対向する辺のセパレータの融着位置と対称になっているので融着時に全方向を均一に引っ張ることができしわ発生を防止できた。セパレータは正極板又は負極板のどちらかでも本発明の効果が得られることも言うまでもない。

以下、本発明による電池装置を実施例により詳細に説明する。
実施例１
図４は本発明による１実施例を示す図である。正極板（１１）は例えば厚さ２０ミクロンのアルミニウム箔よりなる集電体の両面にリチウムと遷移金属の複合酸化物例えばＬｉＶ_２Ｏ_５やＬｉＣｏＯ_２を正極活物質（２２）として塗布したもので長さが略１００ｍｍ、巾が略４５ｍｍでセパレータ（１３）としては例えば３５ミクロン厚の多孔性ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルム等を袋状にしたセパレータ（１３）で袋詰めされている。袋詰めは２枚の正極板（１１）よりもやや大きなセパレータで正極板（１１）を挾んで正極板の中心線に対して軸対称になる位置で４隅を融着（１４）している。または負極板（１２）は例えば厚さ１０ミクロンの銅箔集電体（２３）の両面にリチウムをドープ、脱ドープ可能なカーボン例えばグラファイト構造を有する炭素や軟黒鉛化炭素材料等の炭素を負極活物質として塗布したもので長さが略１００ｍｍ、巾が略４５ｍｍでセパレータ（１３）としては例えば２５ミクロン厚の多孔性ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルム等を袋状にしたセパレータ（１３）で袋詰めされている。正極板（１１）と同様に負極板（１２）の中心線に対して軸対称になる位置で４隅を融着（１４）している。図中、（１１ａ）は正極板リード部を、（１２ａ）は負極板リード部を、（１１ｂ）は正極板活部をそして（１２ｂ）は負極板活部を、それぞれ表わす。

図９は本発明を実施可能にするために工夫した電極形状である。正極板（１１）又は負極板（１２）の１辺をセパレータ（１３）から露出してリード端子に接続するようになっており、セパレータから露出している正極板又は負極板の肩部に曲率部（１５）を設けて形成してある。また、セパレータから露出している正極板又は負極板の１辺に融着可能となるようにスリット（１６）を形成してある。さらに、セパレータから露出している正極板又は負極板の１辺に形成したスリット位置が対向する辺のセパレータの融着位置と対称になっている。

実施例２
図５は、本発明による別の実施例を示す図である。融着して袋状にしたセパレータの融着（１４）位置が少なくとも４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置になっており、例えばそれぞれの辺の中心を融着している。
実施例３
図６は、本発明による更に別の実施例を示す図である。融着して袋状にしたセパレータの融着（１４）位置が少なくとも４隅及び４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置になっている。
実施例４
図７は、本発明によるまた更に別の実施例を示す図である。融着して袋状にしたセパレータの融着（１４）位置が少なくとも４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置で各々の辺内で一定間隔になっている。例えば長手方向の融着部（１４）の間隔は２１ｍｍおきに２ｍｍ融着している。短手方向の融着部（１４）の間隔は２５ｍｍおきに２ｍｍ融着している。
実施例５
図８は、本発明によるまた更に別の実施例を示す図である。融着して袋状にしたセパレータの融着位置が少なくとも４隅及び４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置で各々の辺内で一定間隔で、例えば４隅は曲率部を設けて融着しており、辺上は長手方向の融着部（１４）の間隔は２１ｍｍおきに２ｍｍ融着している。短手方向の融着部（１４）の間隔は２５ｍｍおきに２ｍｍ融着している。

本発明はリチウムイオン二次電池に適用した例に関して説明をしてきたが、その他の電池に適用可能であることは言うまでもない。また、融着間隔は２１ｍｍ或いは２５ｍｍで２ｍｍ融着することを述べたが必要に応じた間隔でよい。

従来例を示す斜視図である。従来例における要部を示す断面図である。従来の袋詰めを示す図である。本発明による１例を示す図である。本発明による別の例を示す図である。本発明による更に別の例を示す図である。本発明によるまた更に別の例を示す図である。本発明によるまた更に別の例を示す図である。本発明による電極形状を示す図である。

符号の説明

１１正極板
１１ａ正極板リード部
１１ｂ正極板活部
１２負極板
１２ａ負極板リード部
１２ｂ負極板活部
１３セパレータ
１４融着部
１５曲率部
１６スリット
２１Ａｌ集電体
２２正極活物質
２３Ｃｕ集電体
２４負極活物質
２５電解質

Claims

正極板と負極板とがセパレータを介して交互に対向して重ねられてなる二次電池であって、少なくとも前記正極板又は負極板を２枚のセパレータで挟むと共に、２枚のセパレータの周辺を、前記正極板又は負極板の中心線に対して軸対称となりかつ前記正極板又は負極板の４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置で融着して、袋状にしたものであり、前記正極板又は負極板は１辺が前記セパレータから露出した構造であり、該セパレータから露出した部分の、前記正極板又は負極板の中心線に対して軸対称となる位置にスリットが形成されたものであることを特徴とする二次電池。
前記セパレータの周辺部を融着したことにより収縮し、前記袋状部が均一に外側に引っ張られた袋状であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
袋状に融着したセパレータの融着位置が、前記正極板又は負極板の４辺の各辺中央部から極板面方向の極板から少し離れた位置の一箇所であることを特徴とする請求項１又は２に記載の二次電池。
袋状に融着したセパレータの融着位置が、前記正極板又は負極板の４辺の各辺から極板面方向の極板から少し離れた位置の複数箇所であって、該融着位置が各々の辺内で一定間隔であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１に記載の二次電池。
正極板又は負極板の肩部に曲率部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１に記載の二次電池。
正極板又は負極板の１辺に形成したスリットを通して、正極板又は負極板を挟む２枚のセパレータが融着されたものであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１に記載の二次電池。
正極板と負極板とが多孔性フィルムからなるセパレータを介して交互に対向して重ねられてなり、１枚の前記正極板又は負極板のそれぞれが多孔性フィルムからなる袋状物内に入っており、前記正極板又は負極板は１辺が前記セパレータから露出し、該セパレータから露出した部分の、前記正極板又は負極板の中心線に対して軸対称となる位置にスリットが形成された二次電池の製造法であって、１枚の前記正極板又は負極板の両側を２枚のセパレータで覆うように挟持した後、前記正極板又は負極板の中心線に対して軸対称となりかつ前記正極板又は負極板の４辺から極板面方向の極板から少し離れた位置を融着し、セパレータの収縮力によってセパレータを均一に外側に引っ張って、融着後のセパレータのしわ発生を防止するようにしたことを特徴とする二次電池の製造法。