(57)【要約】【課題】複数回の融着封止を要することなく、電極層を有する電極板を、セパレータを介して複数積層してなる発電要素を、適切に封止可能なシール構造を備える積層型電池を提供すること。【解決手段】電極層１２，１３を有する電極板１０ａ〜１０ｃを、セパレータ２０を介して複数積層してなる発電要素を備え、前記電極板１０ａ〜１０ｃと、前記セパレータ２０とは、前記発電要素を外部からシールするための弾性変形可能なシール部材３０を介して積層されており、前記電極板１０ａ〜１０ｃおよび前記セパレータ２０の少なくとも一方に、前記シール部材３０によるシール位置よりも外側の位置に、ガス抜き用の孔部１４が形成されている積層型電池。【選択図】  図２
2010218745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極層を有する電極板を、セパレータを介して複数積層してなる発電要素を備え、
前記電極板と、前記セパレータとは、前記発電要素を外部からシールするための弾性変形可能なシール部材を介して積層されており、
前記電極板および前記セパレータの少なくとも一方に、前記シール部材によるシール位置よりも外側の位置に、ガス抜き用の孔部が形成されていることを特徴とする積層型電池。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型電池において、
前記シール部材は、前記孔部の形成位置よりも外側へ移動する可動部を備えることを特徴とする積層型電池。
【請求項３】
請求項２に記載の積層型電池において、
前記可動部は、前記孔部から、前記発電要素内部に発生したガスが除去されるように可動することを特徴とする積層型電池。
【請求項４】
請求項２または３に記載の積層型電池において、
前記シール部材は、前記可動部のシール幅が、前記可動部以外の部分のシール幅よりも狭くなるように構成されていることを特徴とする積層型電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の積層型電池において、
前記シール部材は、シールキャリアと、前記発電要素を外部からシールするためのシール手段とを備え、
前記シール手段のうち少なくとも一部は、ゴムシールで形成されていることを特徴とする積層型電池。
【請求項６】
請求項５に記載の積層型電池において、
前記シール部材は、前記可動部を移動させるための引き出し部が形成されていることを特徴とする積層型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極層を有する電極板を、セパレータを介して積層してなる発電要素を備える積層型電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池などの二次電池において、集電体上に形成された電極層と電解質層とからなる発電要素を、熱融着可能なシール部材を用いて、外部から封止する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１９２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方で、リチウムイオン二次電池などの二次電池を製造する際には、初充電時にガスが発生するため、初充電後、初充電により発生したガスを除去する必要がある。これに対し、上記従来技術においては、初充電の前に発電要素を外部から封止するためにシール部材を熱融着させ（融着封止）、初充電後に、ガスを除去するためにシール部材を開封し、再度、シール部材を熱融着させる（融着封止）という工程を採用する必要があり、製造工程が多く、そのため、生産性が低下してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、複数回の融着封止を要することなく、電極層を有する電極板を、セパレータを介して複数積層してなる発電要素を、適切に封止可能なシール構造を備える積層型電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電極層を有する電極板と、セパレータとの間に、外部からシールするための弾性変形可能なシール部材を介在させ、かつ、電極板およびセパレータの少なくとも一方について、シール部材によるシール位置よりも外側の位置に、ガス抜き用の孔部を形成することにより、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数回の融着封止を要することなく、電極層を有する電極板を、セパレータを介して複数積層してなる発電要素を封止可能な積層型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態に係る積層型電池の分解斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る積層型電池の図１に示すII−II線に沿った断面図である。
【図３】図３（Ａ）は、本実施形態に係るシール部材の斜視図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のIIIｂ−IIIｂ線に沿う断面図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のIIIｃ−IIIｃ線に沿う断面図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る積層型電池のガス除去時における状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本実施形態に係る積層型電池１の分解斜視図、図２は本実施形態に係る積層型電池１の図１に示すII−II線に沿った断面図である。以下においては、本発明を、リチウムイオン二次電池に適用した場合を例示して説明するが、本発明は、リチウムイオン二次電池に特に限定されるものではない。
【００１１】
図１に示すように本実施形態の積層型電池１は、電極板１０ａ、セパレータ２０、電極板１０ｂ、セパレータ２０、および電極板１０ｃを備え、これらを、シール部材３０を介して、この順に積層することにより形成される。なお、これらの積層数は、図１に示す数に特に限定されず、適宜設定することができる。
【００１２】
図２に示すように、電極板１０ａは、集電体１１と、集電体１１上に形成された正極活物質層１１とからなり、また、電極板１０ｂは、集電体１１と、集電体１１の両面に形成された正極活物質層１１および負極活物質層１２とからなる。そして、これら電極板１０ａと電極板１０ｂとは、電解質を含有するセパレータ２０を介して、電極板１０ａの正極活物質層１１と、電極板１０ｂの負極活物質層１２とが対峙するように積層されており、これにより、単電池層（発電要素）を形成している。
【００１３】
同様に、電極板１０ｃは、集電体１１と、集電体１１上に形成された負極活物質層１２とからなる。そして、この電極板１０ｃと上述の電極板１０ｂとは、電解質を含有するセパレータ２０を介して、電極板１０ｂの正極活物質層１１と、電極板１０ｃの負極活物質層１２とが対峙するように積層されており、同様に、単電池層（発電要素）を形成している。
【００１４】
電極板１０ａ〜１０ｃを構成する各集電体１１は、たとえば、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、これらの合金から選択される１種または２種以上の金属粉末を主成分として、これにバインダー（樹脂）、溶剤を含む集電体金属ペーストを加熱して成形してなるものが挙げられる。なお、バインダーとしては、特に限定されず、たとえば、エポキシ樹脂など、従来公知の樹脂バインダー材料や、導電性高分子材料などを用いることができる。
【００１５】
また、図１、図２に示すように、電極板１０ａ〜１０ｃを構成する各集電体１１には、シール部材３０の配置位置よりも外周側に、一対のガス抜き用の孔部１４が、それぞれ形成されている。図２に示すように、この一対のガス抜き用の孔部１４は、後述するシール部材３０のシール部を構成するゴムシール３２（第１シール部３２ａ、第２シール部３２ｂ）よりも外周側に形成されている。そして、後述するように、本実施形態では、積層型電池１の内部で、ガスが発生した場合には、このガス抜き用の孔部１４から発生したガスを除去できるような構成となっている。
【００１６】
電極板１０ａ，１０ｂを構成する正極活物質層１２は、正極活物質を含有する。また、正極活物質層１２は、正極活物質の他、導電助剤や電解質を含有していてもよい。正極活物質としては、遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用できる。具体的には、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、スピネルＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などが挙げられる。この他、ＬｉＦｅＰＯ４などの遷移金属とリチウムのリン酸化合物や硫酸化合物；Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３などの遷移金属酸化物や硫化物；ＰｂＯ２、ＡｇＯ、ＮｉＯＯＨなどが挙げられる。また、導電助剤としては、たとえば、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト等が挙げられる。
【００１７】
電解質としては、電解液の他、ポリマー骨格中に、数重量％〜９８重量％程度の電解液を保持させたゲル電解質などを使用することができる。
【００１８】
電解液は、電解質塩を可塑剤に溶解させたものである。電解質塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＴａＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、Ｌｉ２Ｂ１０Ｃｌ１０等の無機酸陰イオン塩；ＬｉＣＦ３ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ、Ｌｉ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ等の有機酸陰イオン塩；などが挙げられる。また、可塑剤としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート類；テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，４−ジオキサン、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジブトキシエタン等のエーテル類；γ−ブチロラクトン等のラクトン類；アセトニトリル等のニトリル類；プロピオン酸メチル等のエステル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；酢酸メチル、蟻酸メチル；等が挙げられる。
【００１９】
ゲル電解質を構成するポリマーとしては、たとえば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などが使用できる。
【００２０】
電極板１０ｂ，１０ｃを構成する負極活物質層１３は、負極活物質を含有する。また、負極活物質層１３は、負極活物質の他、導電助剤や電解質を含有していてもよい。負極活物質としては、たとえば、金属酸化物、リチウム−金属複合酸化物金属、ソフトカーボン、ハードカーボンなどが挙げられる。また、導電助剤および電解質としては上述したものを用いることができる。
【００２１】
セパレータ２０は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン、セルロース等から構成される微多孔性膜であり、電解質を含有するものである。なお、セパレータ２０に含有される電解質としては、上述したものを用いることができる。
【００２２】
なお、セパレータ２０には、その表面のうち、後述するシール部材３０を構成するゴムシール３２の第１シール部３２ａと圧着される部分に、第１シール部３２ａとの圧着力を向上させるために、圧着処理が施されていてもよい。
【００２３】
また、電極板１０ａの下面および電極板１０ｃの下面には、積層型電池１からの電力を取り出すための一対の電極リードが形成されていてもよく、この場合においては、積層型電池１の体積効率を低下させないという観点より、後述するシール部材３０を構成するシールキャリア３１に形成されている引き出し部３１ａの導出方向と同じ方向に導出されたような構成とすることが望ましい。
【００２４】
次いで、各電極板１０ａ〜１０ｃおよびセパレータ２０の間に介在されているシール部材３０について、説明する。
図３（Ａ）は、シール部材３０の斜視図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のIIIｂ−IIIｂ線に沿う断面図、図３（Ｃ）は、図３（Ａ）のIIIｃ−IIIｃ線に沿う断面図である。
【００２５】
図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、シール部材３０は、弾性変形可能な材料から構成される枠状のシールキャリア３１の上下面に、一対のゴムシール３２を貼り付けてなるものであり、これにより、シールキャリア３１と一対のゴムシール３２とは一体化している。また、図３（Ａ）に示すように、シールキャリア３１には、引き出し部３１ａが形成されている。
【００２６】
シール部材３０を構成するシールキャリア３１を構成する材料としては、弾性変形可能な材料を用いればよく、特に限定されないが、たとえば、ＰＥＴ樹脂などの各種樹脂材料を用いることができる。また、シールキャリア３１と一対のゴムシール３２とを貼り付け、これらを一体化させる方法も、特に限定されず、たとえば、各種接着材料などを用いればよい。なお、本実施形態では、シールキャリア３１の上下面に、一対のゴムシール３２を貼り付けることにより、これらを一体化させるような構成としたが、たとえば、ゴムシール３２を、シールキャリア３１にはめ込むことにより、シールキャリア３１とゴムシール３２とを一体化させたような構成としてもよい。
【００２７】
シール部材３０を構成する一対のゴムシール３２は、図３（Ａ）に示すように、シール幅が比較的広い第１シール部３２ａ（図３（Ｂ）参照）と、シール幅が比較的狭い第２シール部３２ｂ（図３（Ｃ）参照）とから構成される。本実施形態では、これらのうち第２シール部３２ｂは、図１、図２、図３（Ａ）に示すように、シールキャリア３１に形成された引き出し部３１ａ、および電極板１０ａ〜１０ｃに形成されているガス抜き用の孔部１４に対応する位置に配置されている。一方、第２シール部３２ｂ以外の部分である第１シール部３２ａは、それ以外の位置に配置されている。
【００２８】
また、シール部材３０の厚み（すなわち、シールキャリア３１と一対のゴムシール３２との合計の厚み）は、特に限定されないが、各電極板１０ａ〜１０ｃを構成する正極活物質層１２および負極活物質層１３と略同一の厚みか、あるいは、これらよりも若干厚く形成すればよい。
【００２９】
そして、図２に示すように、このような構成を有するシール部材３０は、各電極板１０ａ〜１０ｃを構成する正極活物質層１２および負極活物質層１３の外周に、これら正極活物質層１２および負極活物質層１３を囲むような形で、各電極板１０ａ〜１０ｃ、およびセパレータ２０の間に配置される。そして、各電極板１０ａ〜１０ｃおよびセパレータ２０は、その表面において、各シール部材３０のゴムシール３２（第１シール部３２ａ、および第２シール部３２ｂ）と互いに圧着され、これにより、電極板１０ａの正極活物質層１１と、電極板１０ｂの負極活物質層１２と、電解質を含浸するセパレータ２０とで構成される単電池層、および、電極板１０ｂの正極活物質層１１と、電極板１０ｃの負極活物質層１２と、電解質を含浸するセパレータ２０とで構成される単電池層が外部から封止されるようになっている。
【００３０】
ここで、図３に示すように、ゴムシール３２のうち、第２シール部３２ｂは、ゴムシール３２のうち他の部分である第１シール部３２ａと比較して、狭いシール幅を有するような構成となっており（図３（Ｂ）、図３（Ｃ）参照）、これにより、各電極板１０ａ〜１０ｃおよびセパレータ２０に対する圧着力が、第１シール部３２ａよりも低くなっている。そして、その一方で、第２シール部３２ｂ以外の部分である第１シール部３２ａは、第２シール部３２ｂと比較して、シール幅が広く形成されており、これにより、各電極板１０ａ〜１０ｃおよびセパレータ２０に対する圧着力が高くなっている。
【００３１】
そのため、本実施形態においては、積層型電池１内部でガスが発生し、発生したガスの影響により、積層型電池１内部の内圧が上昇した場合には、シールキャリア３１のうち第２シール部３２ｂが形成されている部分のみが弾性変形することで、図４に示すように、第２シール部３２ｂのみが、積層型電池１の外周側に移動する。そして、その結果、図４中に矢印で示すように、電極板１０ａ〜１０ｃに形成されているガス抜き用の孔部１４を介して、各単電池層から、発生したガスが除去されることとなる。
【００３２】
すなわち、本実施形態においては、積層型電池１内部でガスが発生し、積層型電池１内部の内圧が上昇した場合において、上昇した内圧の影響により、各電極板１０ａ〜１０ｃおよびセパレータ２０に対する圧着力の低い部分である第２シール部３２ｂは外周側に移動する一方で、圧着力の高い部分である第１シール部３２ａは移動しないような構成となっている。そのため、本実施形態では、積層型電池１内部でガスが発生し、積層型電池１の内圧が上昇した場合に、図４に示すように、第２シール部３２ｂのみが、積層型電池１の外周側に移動することとなる。なお、図４は、本実施形態に係る積層型電池のガス除去時における状態を示す断面図であり、図２に示す断面図と同じ断面における断面図である。
【００３３】
そして、発生したガスが除去されると、発生したガスが除去されたことにより、積層型電池１内部の内圧が低下することとなるため、第２シール部３２ｂは、ゴムシール３２の弾性力により、元の位置に戻り、再度、各単電池層が封止されることとなる。すなわち、積層型電池１は、図２に示す状態に戻ることとなる。
【００３４】
あるいは、本実施形態においては、積層型電池１内部でガスが発生した場合に、シールキャリア３１に形成されている引き出し部３１ａが外周側に引っ張られるような構成とし、これにより、図４に示すように、シールキャリア３１を弾性変形させ、第２シール部３２ｂを外周側に移動させることにより、発生したガスが除去するような構成としてもよい。この場合においても、発生したガスが除去された後においては、引き出し部３１ａに対する引張力を解放することにより、第２シール部３２ｂは、ゴムシール３２の弾性力により、元の位置に戻り、再度、各単電池層が封止されることとなる。
【００３５】
本実施形態によれば、各電極板１０ａ〜１０ｃを構成する集電体１１にガス抜き用の孔部１４を形成し、かつ、各単電池層を封止するシール部を構成するゴムシール部３２のうちの一部である第２シール部３２ｂを移動可能な構成としている。そのため、本実施形態によれば、積層型電池１内部でガスが発生し、ガスの発生により積層型電池１内部の内圧が上昇した場合に、第２シール部３２ｂが弾性変形し、第２シール部３２ｂによるシール位置が移動し、これにより、発生したガスを、ガス抜き用の孔部１４から除去し、その後、ゴムシール部３２の弾性力により、第２シール部３２ｂを元の位置に戻すことができる。あるいは、積層型電池１内部でガスが発生した場合に、シールキャリア３１に形成されている引き出し部３１ａが積層型電池１の外周側に引っ張られる構成とすることにより、第２シール部３２ｂによるシール位置を移動させることができ、これにより、発生したガスを、ガス抜き用の孔部１４から除去し、その後、引き出し部３１ａに対する引張り力を解放することにより、ゴムシール部３２の弾性力により、第２シール部３２ｂを元の位置に戻すことができる。
【００３６】
したがって、本実施形態によれば、積層型電池１内部でガスが発生した場合でも、発生したガスを除去するために、積層型電池１を開封し、再度、封止する工程が不要としながら、積層型電池１内部で発生したガスを適切に除去することができる。さらに、本実施形態によれば、積層型電池１内部で発生したガスを適切に除去することにより、その結果として、積層型電池１のガス発生に起因した破損の発生を有効に防止することも可能となる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００３８】
たとえば、上述した実施形態においては、シール部材３０の全周にわたって、ゴムシール３２を形成した構成を示したが、必ずしも全周にわたって形成する必要はなく、たとえば、第２シール部３２ｂに相当する部分のみにゴムシール３２を形成し、その他の部分である第１シール部３２ａに相当する部分については、接着剤により接着させる方法などのその他の方法により、各電極板１０ａ〜１０ｃおよびセパレータ２０と密着させることにより、封止構造を形成してもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態においては、ガス抜き用の孔部１４を、各電極板１０ａ〜１０ｃを構成する集電体１１に形成するような構成を例示したが、ガス抜き用の孔部１４をセパレータ２０に形成するような構成としてもよい。
【００４０】
さらに、上述した実施形態においては、積層型電池１を、複数の単電池層からなるいわゆるバイポーラ電池とする構成を例示したが、積層型電池１を、単一の単電池からなる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１…積層型電池
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…電極板
１１…集電体
１２…正極活物質層
１３…負極活物質層
１４…ガス抜き用の孔部
２０…セパレータ
３０…シール部材
３１…シールキャリア
３１ａ…引き出し部
３２…ゴムシール
３２ａ…第１シール部
３２ｂ…第２シール部
【図１】
2010218745.tif 000003
【図２】
2010218745.tif 000004
【図３】
2010218745.tif 000005
【図４】
2010218745.tif 000006