(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電タブを有する正極と負極集電タブを有する負極が、セパレータを介して積層された電極積層体の前記正極集電タブに接続された正極引出端子と前記負極集電タブに接続された負極引出端子の一部を外部に引き出してラミネート外装体に収納された積層型ラミネート電池であって、複数の前記正極集電タブと前記複数の正極集電タブを個々に挟み込むように配置された複数の集電タブ保護板と前記正極引出端子を有する正極群要素と、複数の前記負極集電タブと前記複数の負極集電タブを個々に挟み込むように配置された複数の集電タブ保護板と前記負極引出端子を有する負極群要素の少なくとも一方に設けられた穴に固定棒を挿入し、さらに前記固定棒をワッシャーに挿入して固定したことを特徴とする積層型ラミネート電池。
【請求項２】
前記固定棒が、ネジ用固定棒またはカシメ用固定棒であることを特徴とする請求項１に記載の積層型ラミネート電池。
【請求項３】
前記正極引出端子と、前記ネジ用固定棒または前記カシメ用固定棒を溶接したことを特徴とする請求項２に記載の積層型ラミネート電池。
【請求項４】
各集電タブ保護板および、前記ネジ用固定棒または前記カシメ用固定棒の材質が、前記正極群ではアルミニウムであり、負極群では銅またはステンレス鋼であることを特徴とする請求項２または３に記載の積層型ラミネート電池。
【請求項５】
各集電タブ保護板ならびに、前記ネジ用固定棒および前記ネジ用固定棒を固定するためのネジまたは前記カシメ用固定棒の材質が、前記正極群ではアルミニウムであり、前記負極群では銅またはステンレス鋼であることを特徴とする請求項２または３に記載の積層型ラミネート電池。
【請求項６】
前記溶接が、レーザー溶接、抵抗溶接または超音波溶接であることを特徴とする請求項３に記載の積層型ラミネート電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層型ラミネート電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やデジタルカメラなどの携帯機器用の電源として、高容量化、小型化の要求によりリチウムイオン電池が用いられている。また、電動アシスト自転車や電動工具の電源としても、高エネルギー密度で、メモリー効果の無いリチウムイオン電池が用いられている。
【０００３】
リチウムイオン電池の需要の増加に伴いリチウムイオン電池に対して、資源の有効利用という観点から、特に正極活物質を再利用することが求められている。
【０００４】
そして、特許文献１には、金属部材から分別されており正極活物質を含む被処理材からリチウムおよび遷移金属元素を酸で溶出する工程と、得られた酸性溶液と水酸化ナトリウムとを混合して遷移金属水酸化物等を析出させる工程と、その析出物を溶液から分離する工程とを含み、分離後の溶液に炭酸ガス等を供給して炭酸リチウムを析出させる工程と、析出した炭酸リチウムを溶液から分離する工程を含むことによって、リチウム電池から有価物を回収する方法およびリチウム電池をリサイクルする方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０２６０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では使用したリチウムイオン電池の正極材料を一度回収し再度電極の生産に使用するということが記載されているが、一度リチウムイオン電池に使用した正極をそのまま新しい負極と組み合わせて再利用するというものではない。
【０００７】
図３は、従来の積層型ラミネート電池の電極積層体を示す平面図である。正極集電タブ４を有する正極と負極集電タブ７を有する負極を、セパレータを介して積層した電池要素積層部８を作製する。正極集電タブ４と、絶縁樹脂２を備えた正極引出端子１が、溶接部３で溶接される。負極集電タブ７と、絶縁樹脂２を備えた負極引出端子５が、溶接部６で溶接される。電池要素積層部８をラミネートケースに収納し、電解液を注入するとともに絶縁樹脂２の位置でラミネートケースを熱溶着させて封止する。
【０００８】
積層型ラミネート電池をサイクル試験させた場合、負極のリチウムイオン受入特性はサイクル試験の回数に伴い初回サイクル時よりも劣化するが、正極の特性はあまり劣化しない。その為、一度組立てて使用した積層型ラミネート電池のラミネートケースを解体し、使用後の正極の溶接部を切断し、残った正極集電タブと絶縁樹脂を備えた新しい正極引出端子とを溶接し、新しい負極および新しいラミネートケースと組み合わせることで再度積層型ラミネート電池を組立て使用することが可能である。
【０００９】
しかし、従来の電極積層体の構造という観点からは、一度組立てた積層型ラミネート電池のラミネートケースを解体し使用後の正極の溶接部を切断した後に、残った正極集電タブを新しい正極引出端子と再度溶接するには正極集電タブの長さが不足してしまう。そのため、従来の積層体構造では一度積層型ラミネート電池に使用した正極を直接再利用して積層型ラミネート電池を組立てるということが実現できなかった。
【００１０】
すなわち、本発明の技術的課題は、一度組立てて使用した積層型ラミネート電池を解体し、正極または負極をそのまま再利用することが可能な構造を有する積層型ラミネート電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の積層型ラミネート電池は、正極集電タブを有する正極と負極集電タブを有する負極が、セパレータを介して積層された電極積層体の前記正極集電タブに接続された正極引出端子と前記負極集電タブに接続された負極引出端子の一部を外部に引き出してラミネート外装体に収納された積層型ラミネート電池であって、複数の前記正極集電タブと前記複数の正極集電タブを個々に挟み込むように配置された複数の集電タブ保護板と前記正極引出端子を有する正極群要素と、複数の前記負極集電タブと前記複数の負極集電タブを個々に挟み込むように配置された集電タブ保護板と前記負極引出端子を有する負極群要素の少なくとも一方に設けられた穴に固定棒を挿入し、さらに前記固定棒をワッシャーに挿入して固定したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の積層型ラミネート電池は、前記固定棒が、ネジ用固定棒またはカシメ用固定棒であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の積層型ラミネート電池は、前記正極引出端子と、前記ネジ用固定棒または前記カシメ用固定棒を溶接したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の積層型ラミネート電池は、各集電タブ保護板および、前記ネジ用固定棒または前記カシメ用固定棒の材質が、前記正極群ではアルミニウムであり、負極群では銅またはステンレス鋼であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の積層型ラミネート電池は、各集電タブ保護板ならびに、前記ネジ用固定棒および前記ネジ用固定棒を固定するためのネジまたは前記カシメ用固定棒の材質が、前記正極群ではアルミニウムであり、前記負極群では銅またはステンレス鋼であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の積層型ラミネート電池は、前記溶接が、レーザー溶接、抵抗溶接または超音波溶接であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、一度組立てて使用した積層型ラミネート電池を解体し、正極または負極をそのまま再利用することが可能な構造を有する積層型ラミネート電池の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の正極群を示す模式断面図。
【図２】本発明第２の形態の正極群を示す模式断面図。
【図３】従来の積層型ラミネート電池の電極積層体を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
本発明によると、一度組立てて使用された積層型ラミネート電池を解体した後に、ダメージを与えることなく正極群を取り出すことができるので、新しい負極群およびラミネートケースと組み合わせることにより正極群をそのまま再利用して、新たな積層型ラミネート電池を作製し、使用することができる。なお負極群に関しても同様に再利用することができる。
【００２１】
また、一部の正極に劣化等の不具合があった場合には、他の正極に影響を与えることなく、不具合のあった正極だけを容易に交換することができるので、新たな積層型ラミネート電池を作製し、使用することができる。なお負極に関しても同様に再利用することができる。
【００２２】
図１は、本発明の正極群を示す模式断面図である。
【００２３】
正極集電タブ４と集電タブ保護板９と正極引出端子１にはネジ用固定棒１０に挿入する穴がある。ネジ用固定棒１０に絶縁樹脂２を備えた正極引出端子１を挿入する。次いで正極集電タブ４の両側に集電タブ保護板９を有するものを１組の正極とし、４組の正極を挿入し、正極群を形成する。さらにワッシャー１１を挿入し、ネジ１２で４組の正極を固定する。なお正極は１組以上あればよい。
【００２４】
負極群も正極群と同様にして作製する。
【００２５】
正極群、負極群、セパレータを組み合わせて正極と負極を、セパレータを介して積層することによって電極積層体を作製する。具体的には、セパレータ、負極、セパレータ、正極、セパレータ、・・・、セパレータ、正極、セパレータ、負極、セパレータの順に積層する。電極積層体の４辺を粘着テープ等で固定し、これをラミネートケースに収納する。
【００２６】
正極引出端子および負極引出端子を有する辺のラミネートケースを封止する際は、絶縁樹脂の位置で封止する。正極引出端子および負極引出端子の一部を外部に引き出して３辺を熱溶着してから電解液を注入し、真空中で熱溶着して積層型ラミネート電池が作製される。
【００２７】
１組の正極は、集電タブ保護板と正極集電タブを有するものとしてもよい。すなわち、必ずしも正極集電タブの両側に集電タブ保護板を有する必要はなく、片側に有するだけでもよい。ただし正極集電タブ同士が接触してはいけない。負極に関しても同様である。
【００２８】
接続信頼性を向上するために、ネジ用固定棒と正極引出端子を溶接してもよい。溶接の種類は、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接であるのが好ましい。負極に関しても同様である。
【００２９】
正極群の集電タブ保護板と、ネジ用固定棒またはカシメ用固定棒の材質は、アルミニウムであるのが接続信頼性上好ましく、ネジもアルミニウムであるのが特に好ましい。
【００３０】
負極群の集電タブ保護板と、ネジ用固定棒またはカシメ用固定棒の材質は、銅またはステンレス鋼であるのが接続信頼性上好ましく、ネジも銅またはステンレス鋼であるのが特に好ましい。
【００３１】
集電タブ保護板の外周形状は、特に問わないが、挟み込んだ集電タブを保護することを考慮すると、円形または楕円形であるのが好ましい。個々の集電タブ保護板の厚さは、電極間距離を一定に保つためのものではないので、同じである必要はない。
【００３２】
個々の集電タブ保護板の大きさは、同じである必要はなく、むしろ集電タブを挟み込んで保護することを考慮すると、異なる大きさであるのが好ましい。
【００３３】
正極集電タブは正極電極同士を接続し、さらに外部電極端子となる正極引出端子と接続するためのものである。正極集電タブは正極集電体を使用する場合には厚さは集電体と同じであるのが好ましい。負極集電タブについても同様である。
【００３４】
セパレータは、ポリプロピレンもしくはポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造の多孔質膜であるのが好ましい。
【００３５】
一度組立てた積層型ラミネート電池の正極を再利用する際には、ラミネートケースを切断し、負極群のネジ用固定棒からネジを外すことによって負極を除去し、正極群とセパレータを取り出す。新しい負極群を組立て、新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てれば、正極群をそのまま再利用した積層型ラミネート電池ができる。同様に、正極を除去することで負極を再利用することができる。
【００３６】
正極の全てを再利用するだけでなく、一部を再利用することもできる。正極の一部を再利用するには、ラミネートケースを切断し、正極群のネジ用固定棒からネジを外すことによって不要となる正極を除去し、再利用する正極とセパレータと負極群を取り出す。正極を補充して新たに正極群を組立て、新しいラミネートケースを用いて初回と同様に組立てれば、正極の一部を再利用した積層型ラミネート電池ができる。同様に、負極の一部を再利用することができる。
【００３７】
図２は、本発明第２の形態の正極群を示す模式断面図である。カシメ用固定棒１３は、４組の正極を固定するためのもので、図１におけるネジ用固定棒と同じ役割を果たすものである。それ以外の構成は図１と同じである。
【００３８】
一度組立てた積層型ラミネート電池の正極を再利用する際には、ラミネートケースを切断し、負極群のカシメ用固定棒の先端のカシメ爪を切ることによって負極を除去し、正極群とセパレータを取り出す。新たなカシメ用固定棒を用いて新しい負極群を組立て、新しいラミネートケースを使用して初回と同様に組立てれば、正極群をそのまま再利用した積層型ラミネート電池ができる。
【００３９】
ここまでは、主に正極に関して述べてきたが、負極に関しても、同様に実施できる。
【実施例】
【００４０】
以下に本発明の実施例を詳述する。
【００４１】
アルミニウム箔からなる正極集電体上に、正極集電体から引き出された正極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するＬｉＭｎ２Ｏ４の正極活物質を塗布して正極電極を形成した。また、銅箔からなる負極集電体上に、負極集電体から引き出された負極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するグラファイトの負極活物質を塗布して負極電極を形成した。
【００４２】
正極群の集電タブ保護板、ネジ用固定棒およびネジはアルミニウム製であり、負極群の集電タブ保護板、ネジ用固定棒およびネジは銅製であった。
【００４３】
正極群、負極群を作製した後、４個の正極集電タブが引き出された正極と、５個の負極集電タブが引き出された負極とを、セパレータを介して積層して電極積層体を作製した。
【００４４】
正極引出端子は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製であり、正極集電タブは幅１０ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ、長さ１５ｍｍであった。また、負極引出端子は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのニッケル製であり、負極集電タブは幅１０ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ、長さ１５ｍｍであった。電極積層体をラミネートケースに収納し、正極引出端子上および負極引出端子上で厚さが０．１ｍｍの絶縁樹脂を被覆し、ラミネートケースの溶着位置が絶縁樹脂と重なるように熱溶着し、正極引出端子および負極引出端子の一部を外部に引き出して、電解液を入れ真空中で熱溶着し、積層型ラミネート電池を作製した。
【００４５】
積層型ラミネート電池を使用した後に、正極を再利用する為に、使用後の積層型ラミネート電池のラミネートケースを切断し、正極群を取り出した。新しい負極群およびラミネートケースを用いて新たな積層型ラミネート電池を作製した。
【００４６】
作製した積層型ラミネート電池は、当初の容量を初めとした設計上の特性や安全性を備えていることが確認できた。一度組立てて使用した電池を解体し、正極群をそのまま再利用することが可能な構造を有する積層型ラミネート電池の提供が可能であることが確認できた。
【００４７】
（実施例２）
ネジ用固定棒がカシメ用固定棒であること以外は実施例１と同様にして積層型ラミネート電池を作製した。実施例１では正極集電タブをネジにより固定したが、実施例２ではカシメにより固定した。
【００４８】
積層型ラミネート電池を使用した後に、正極を再利用する為に、使用後の積層型ラミネート電池のラミネートケースを切断し、正極群を取り出した。新しいカシメ用固定棒を用いて新たに負極群を作製し、ラミネートケースを用いて新たな積層型ラミネート電池を作製した。
【００４９】
作製した積層型ラミネート電池は、当初の容量を初めとした設計上の特性や安全性を備えていることが確認できた。一度組立てて使用した電池を解体し、正極群をそのまま再利用することが可能な構造を有する積層型ラミネート電池の提供が可能であることが確認できた。
【００５０】
（実施例３）
４個の正極集電タブが引き出された正極のうち１つの正極を新たな正極と交換し、負極群は新たな負極と交換せずに、そのまま使用したこと以外は実施例１と同様にして積層型ラミネート電池を作製した。
【００５１】
積層型ラミネート電池を約３時間使用した。その後、正極を再利用する為に、積層型ラミネート電池のラミネートケースを切断し、正極群を取り出した。ネジを外して、そのうちの一つの正極を新しい正極と交換して再度、正極群を組立てた。負極群はそのまま再利用し、新たなラミネートケースを用いて新たな積層型ラミネート電池を作製した。
【００５２】
作製した積層型ラミネートは、当初の容量を初めとした設計上の特性や安全性を備えていることが確認できた。一度組立てて使用した電池を解体し、一部の正極と負極群をそのまま再利用することが可能な構造を有する積層型ラミネート電池の提供が可能であることが確認できた。
【００５３】
実施例の説明により、一度組立てて使用した電池を解体し、正極または負極をそのまま再利用することが可能な構造を有する積層型ラミネート電池の提供が可能であることが確認できた。
【００５４】
以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００５５】
１      正極引出端子
２      絶縁樹脂
３      溶接部
４      正極集電タブ
５      負極引出端子
６      溶接部
７      負極集電タブ
８      電池要素積層部
９      集電タブ保護板
１０    ネジ用固定棒
１１    ワッシャー
１２    ネジ
１３    カシメ用固定棒
１４    正極
【図１】
0005550093.tif 000002
【図２】
0005550093.tif 000003
【図３】
0005550093.tif 000004