JP4711653B2 - 電池 - Google Patents
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Description
ラミネート電池においては、その内部に、延伸ポリプロピレン(OPP)等の延伸ポリオレフィンからなるテープ材料が数カ所に用いられる。
例えば、前記タブが巻回体形成時に極板を破損したり、短絡を起こすのを防ぐ目的で、極板との接続部分における前記タブの表面には、前記テープ材料からなる保護テープで被覆され、保護される。また、タブには別途筒状のテープ材料が挿通され、熱圧着による封着性の向上が図られる。さらに、前記巻回体の巻き止めや、巻回体の上下端部を保護する目的で、PP製の巻き止めテープが貼着される。
例えばラミネート電池では、ラミネート外装体を熱圧着することによって電池内部を封止する構成となっているが、当該熱圧着時に熱を受け、テープ材料が変質(軟化、収縮等)することがある。また熱による影響は、電池異常時の高温発生時においても想定される。
以上のように、現在ではラミネート電池において、未だ解決すべき余地がある。また、この問題はラミネート電池に限らず、上記テープ材料を内部構成に用いる電池全般にわたって共通している。
当該電池はラミネート電池であり、前記電極体の正負各極板上にそれぞれタブが接続され、当該各タブがラミネート外装体の外部に露出した状態で、ラミネート外装体周縁が封止されており、前記極板上のタブを覆うように被着された保護テープと、前記封止部分におけるタブを覆うように配されたタブ樹脂とを備えており、前記保護テープおよびタブ樹脂の少なくともいずれかを、無延伸ポリオレフィン材料で構成する。
また、前記保護テープおよび前記巻き止めテープの少なくともいずれかが前記無延伸ポリオレフィン材料で構成されている場合において、当該保護テープ或いは巻き止めテープの前記極板領域に対向する面には、前記封止部分に近接する領域を回避しつつ糊材が塗布されているようにすることもできる。
なお、前記ラミネート電池はリチウムポリマー電池に主として適用される。
このため、例えば電池が異常温度を発生し、過熱状態に陥っても、当該無延伸ポリオレフィン材料は熱収縮等の変形を生じることがない。これにより例えば無延伸ポリオレフィン材料をテープ材料として用いると、当該テープ材料が貼着された発電要素や、タブと極板との接続部分等がテープの熱収縮により露出するのが回避され、短絡の発生を効果的に防止することができるので、安定した電池性能を発揮することが可能となっている。
図1は、本発明の電池の一適用例である、本実施の形態1に係る角形リチウムポリマー電池1(以下、「ラミネート電池1」と称す。)の構成を示す図である。さらに図2は、ラミネート電池の正負極板周辺の構造を示す図である。このうち図2(a)は、正極板周辺の構造を示す図であり、図2(b)は、負極板周辺の構造を示す部分的な拡大図である。
図1に示すラミネート電池1は、薄型の直方体に形成されたラミネート外装体10の内部に電極体20が収納され、ラミネート外装体10内部の電極体20から正負一対のタブ11、12が外部に延出された構成を持つ。ラミネート外装体10の周囲には、各辺に合わせてトップ封止部102、サイド封止部10a、10b、底部10cがそれぞれ形成されており、外装体内部が密閉構造に保たれている。電池サイズ例は、縦6cm×横3.5cm×厚み3.6mmとすることができる。
なお、ここで言う電極体の「直方体形状」とは、実際には電極体20の側面がカーブしているため厳密な直方体ではないが、本発明ではこのような形状も「直方体」と称することにする。
セパレータ21は、厚み0.03mmの多孔質ポリエチレンから構成することができる。
正極板22は、一例として帯状のアルミ箔にからなる芯体に活物質としてコバルト酸リチウムLiCoO2を塗布してなる。
なお、電極体20では、サイズ的に正極板22、負極板23、セパレータ21の順に、各幅が広くなるように設定されている。これは、正極板22より負極板23の面積を広く確保することによって、充電時において、正極板22からのLiイオンを十分に負極板23に吸収させ、デンドライト(樹枝状結晶)の発生を抑制するようにしたものである。電極体20では、最外周に位置するセパレータ21を留めるための巻き留めテープ105が貼り付けられる。
すなわち正極板22は、例えば図2(a)に示すように、その巻回方向下流側の一端部に芯体が露出してなるリーダー部222が形成されている。このリーダー部222において、帯状のアルミ、ニッケル、銅等からなる集電端子としてのタブ11が一定の長さで外部に延出するように、抵抗溶接等の方法で接続部110において接続される。さらに、タブ11とこれが接続されたリーダー部222の領域には、前記タブ11のエッジがセパレータ21を突き破って負極側と短絡等の問題を生じないように、これらを被覆して保護するための保護テープ150が、その表面に形成された糊材配設領域151により貼着されている。当該保護テープ150のサイズ・形状はいずれでもよいが、少なくとも極板との接続領域を良好に覆うことのできるように設定する必要がある。図2(a)の保護テープ150の例では、極板の幅方向より若干サイズを大きめとし、はみ出すように設定している。これは、正負各芯体の短絡をより確実に防止する目的による。
ここで保護テープ150、160のタブ配設側端部には糊材が配設されていないテープ露出部152、153、162、163が設けられている。これらは、万一保護テープ150、160の貼着位置が所定位置より外側にはみ出た(例えば図2(b)中Aで示す領域)場合に、当該保護テープ150、160の糊材が外装体20内部で他の部材と接触するのを防止するために設ける。特に153、163は、この部分が外部にはみ出て外装体10のトップ封止部102に噛み込んで熱溶着時に糊材が溶融することにより封止性を低下させる原因となるのを防止するものである。
また図1に示す構成では視認性向上および極性誤認防止のためタブ11、12の幅を変えているが(タブ11は幅3mm、タブ12は幅5mm)、当然ながら同一の幅で作製してもよい。
当該電極体20には、非水電解液としてゲル状のポリマー電解質が含浸される。
ラミネート外装体10は、一例として、ポリプロピレン/アルミ/ポリプロピレンの3層構造のラミネートフィルム(厚み約100μm)から構成され、これを用いた3方封止型構造(カップ式ラミネート)に形成される。
ラミネート外装体の封止方法としては以下の例が挙げられる。
そして巻回して巻き止めされた(S1)電極体20を、ラミネートフィルム材料200に載置し、前記凸部201に電極体20が収納されるように位置合わせしつつ、当該200の長手方向の中央202から半分に折り返す(S2)。
このとき電極体20は、タブ11、12の先端を外部へ約1.6cmの長さで延出した状態でラミネート外装体10に収納される。
このようなタブ樹脂103、104が設けられたタブ11、12を挟んで、ラミネート外装体10がタブ樹脂103、104の部分を横切るように熱圧着処理されることにより、トップ封止部102が形成される。この熱圧着処理によって、タブ樹脂103、104はタブ11、12の両面と、これに対応と、これに対向するラミネート外装体10内面の両方に対して熱溶着性を呈し、封止部102の封止性を維持する役目をなす。
ラミネート電池1では、このような材料を用いることによって、 製造時においてラミネート外装体10を熱圧着する際に前記巻き止めテープ105および保護テープ150、160に熱が及んでも、当該材料が熱収縮等の変質を起こすのを回避することができ、電池性能を良好に保つことができる。
1-2.実施の形態1の効果
本実施の形態1のラミネート電池1では、当該電池内で使用するテープ材料、具体的には、前記タブ樹脂103、104、巻き止めテープ105および保護テープ150、160を耐熱性を有する無延伸ポリオレフィン材料で構成しており、当該テープ材料に延伸ポリプロピレン等を用いる従来構成に比べて飛躍的に耐熱性が向上されている。
また、無延伸ポリオレフィン材料で巻き止めテープ105を構成すれば、高温時でも電極体20表面での熱収縮を回避して、良好な巻き止め効果を維持できるので、ラミネート電池1内部で電極体20の巻き止めが開放され、当該巻回構造が崩れるのが防止される。
<実施例および比較例の作製>
(実施例1)
正極活物質として、LiMn2O4に代表されるスピネル型マンガン酸リチウム、およびLiCoO2に代表されるコバルト酸リチウムを一定比率で混合したものを用いた。
この混合正極活物質に対し、さらに炭素導電剤、グラファイトをそれぞれ所定量混合した後、フッ素樹脂系結着剤と一定の割合で混合し、正極合剤とした。これを電極芯体であるアルミ箔の両面に塗布し、乾燥後、圧延して正極板を作製した。
さらにポリマー電解質を以下の手順で作製した。すなわちエチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)とを体積比30:70となる割合で混合し、さらに電解質塩として6フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を1.0mol/Lとなる割合で溶解することにより、非水電解液を作製した。
[化学式1]
CH2=CHCO−O−(CH(CH3)CH2−O)−COCH=CH2
[化学式2]
CH2=C(CH3)CO−O−(CH(CH3)−CH2−O)n−COC(CH3)=CH2
(但しnは3以上の整数)
なお、ポリマー電解質としては、LiPF6の他にLiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、およびこれらのいずれか1種以上を混合して用いることができる。
そして、正極板および負極板をポリエチレン製微多孔膜からなるセパレータを介して渦巻き状に巻き取り、その後扁平に押し潰して、電極体を形成した。
そして、タブが突出している当該外装体のトップ封止部を熱溶着し、外装体内部を封止した。次に、60℃オーブン中に3時間静置することでポリマーを硬化させた。
その後、ガス抜きおよび充電工程を経て最終シールを行い、実施例電池の作製を完了した。
<測定実験>
実施例電池および比較例電池を、それぞれ加熱槽に入れ、室温から180℃まで加熱する実験を行った。この温度処理において、電池の内部短絡の有無を確認した。
この結果から、実施例電池においては上記のような比較的厳しい高温条件下でも保護テープの熱収縮が抑制され、安定した電池性能が期待できることが確認された。このような性能は、特にラミネート電池において、ラミネートの熱圧着工程による封止時においても、その封止効果を損なうことなく良好な電池を作製できることを意味していると思われる。
<その他の事項>
同様の理由で、前記ラミネート外装体の内表面に位置するフィルム層がポリプロピレン以外のポリオレフィン、例えばポリエチレンで構成されている場合には、前記CPPテープ材料にこれと同様の組成からなるポリエチレンの無延伸フィルムを加工したテープを用いると、より効果的な熱圧着を期待することができる。
10 ラミネート外装体
10a、10b サイド封止部
11、12 タブ(集電端子、または正極端子、負極端子)
20 巻回体
21 セパレータ
22 正極板
23 負極板
102 トップ封止部
103、104 タブ樹脂
110、120 溶接部分
150、160 保護テープ
151、161 糊材配設領域
152、153、162、163 テープ露出部
200 ラミネートフィルム材料
Claims (3)
- 正極板および負極板並びにセパレータを重ねてなる電極体が外装体に収納され、当該外装体が内部封止された電池であって、当該電池はラミネート電池であり、前記電極体の正負各極板上にそれぞれタブが接続され、当該各タブがラミネート外装体の外部に露出した状態で、ラミネート外装体周縁が封止されており、
前記極板上のタブを覆うように被着された保護テープを備えており、
前記保護テープが、無延伸ポリオレフィン材料で構成されており、当該保護テープの前記極板に対向する面には、前記封止部分に近接する領域を回避しつつ糊材が塗布されていること特徴とする電池。 - 正極板および負極板並びにセパレータを重ねてなる電極体が外装体に収納され、当該外装体が内部封止された電池であって、当該電池はラミネート電池であり、前記電極体の正負各極板上にそれぞれタブが接続され、当該各タブがラミネート外装体の外部に露出した状態で、ラミネート外装体周縁が封止されており、
前記電極体は、帯状の正極板と負極板をセパレータを介して巻き回し、これを巻き止めテープで固定してなる巻回体であって、
前記巻き止めテープが、無延伸ポリオレフィン材料で構成されており、当該巻き止めテープの前記極板に対向する面には、前記封止部分に近接する領域を回避しつつ糊材が塗布されていることを特徴とする電池。 - 前記ラミネート電池はリチウムポリマー電池であることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の電池。
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