(57)【要約】【課題】  電解液を電池要素全体に含浸させることにより、外観欠点の無い構造を有し、電池要素全体が充放電に寄与できる積層密閉型電池を提供する。【解決手段】  正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素２を外装材１に収納した積層密閉型電池であって、負極には表裏を貫通する負極側貫通穴１１が設けられ、且つ正極において負極側貫通穴に対応した位置には負極側貫通穴よりも面積が同じか、大きな正極側貫通穴を１組以上設ける。【選択図】図１
2011129378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極および正極がセパレータを介して積層した電池要素を外装材に収納した積層型密閉型電池であって、前記負極には表裏を貫通する負極側貫通穴が設けられ、且つ前記正極において前記負極側貫通穴に対応した位置には前記負極側貫通穴よりも平面積が同じか、大きな正極側貫通穴が１組以上設けられたことを特徴とする積層密閉型電池。
【請求項２】
前記負極の平面積が０．０２ｍ２以上のときに０．０２ｍ２毎に一個の前記負極側貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１に記載の積層密閉型電池。
【請求項３】
前記負極側貫通穴の平面積が０．５‐２．０ｍｍ２であることを特徴とする請求項１または２に記載の積層密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装材に電池要素を収納した積層密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車やハイブリッド自動車の普及に伴って、長時間稼動させるための駆動電源となる非水電解液二次電池の高エネルギー化および高容量化への技術的要求は一段と高まっている。
【０００３】
これらの技術的要求に対応するため、リチウムを吸蔵、放出できる物質を使用した非水電解液二次電池の開発が活発に進められるようになった。この非水電解液二次電池のなかでも、電池要素以外が占める体積を減少させることが、電池の高エネルギー化および小型化に有利であるという技術的観点から、従来から電池外装材として使用されていた鉄やアルミニウム製の金属缶の代わりに、より薄肉化が可能で構造を自由に決定できるフィルム状の外装材を使用した積層密閉型電池が注目されている。
【０００４】
上記フィルム状の外装材は、電解液や水分およびガスの透過を防止することが可能なアルミニウム箔などの金属膜とナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチックフィルムとを貼り合わせて積層して構成される。この金属ラミネート樹脂フィルムが電池外装材として使用される場合には、電池要素を収納した状態でフィルム状の外装材外周が熱融着により封止される構造が一般的に採用されている。
【０００５】
上記封止構造を採用する場合、フィルム状の外装材の形態には大きく分けて２種類に分かれ、一つはフィルム状の外装材をそのまま袋状に形成して、その内部に電池要素を収納する形態が採用されている。
【０００６】
他の一つは、フィルム状の外装材にエンボス成形加工を施し、そのエンボス成形部分に電池要素を収納する形態である。後者の形態では、収納される電池要素の形状に合致した絞り成形部分を形成しているために、前者の袋状の外装材と比較して電池全体の体積に占める電池要素の割合を大きくすることができ、電池容量を高められるという利点がある。
【０００７】
例えば特許文献１には、電池要素である発電要素から延出している外部端子の電池内部の部分にも絶縁樹脂フィルムが熱融着されており、かつ、その絶縁樹脂フィルムが熱融着されている外部端子部分が絞り成形部の内部空間で発電要素に沿って折り曲げられて、電池容量を増加させたことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２２２９０１号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図７〜９は、従来の積層密閉型電池を示す図であり、図７は従来の積層密閉型電池の斜視図、図８は従来の積層密閉型電池の分解斜視図、図９は従来の積層密閉電池の注液時の側面図である。
【００１０】
図８に示すように、負極集電体露出部３が負極タブ５と、正極集電体露出部４が正極タブ６と接続されており、正極と負極がセパレータを介して積層された電池要素２がフィルム状の外装材１に収納される。集電体を含めた電池要素２はフィルム状の外装材１の内部に収納され、図９に示すように、負極タブ５と正極タブ６が外部に引き出され、フィルム状の外装材１の外周３辺を熱融着し封止部１８を形成する。
【００１１】
図９に示すように、熱融着していない辺から定量ポンプなどを使用し、電解液７を注入する。真空条件下に一定時間放置することにより、電解液７を電池要素に含浸させ、真空状態にて熱融着していない辺を熱融着により封止部を形成する。
【００１２】
積層密閉型電池の高エネルギー化および高容量化への技術的要求に対応するため、電池要素２は体積を増加する傾向にある。しかし積層密閉型電池を厚くすると、電池の充放電を繰り返すことにより電池内部に熱が蓄積される恐れがある。そこで電池内部への熱の蓄積を防止し、かつ高容量化に対応する為、積層密閉型電池の電極面積は拡大する傾向にある。
【００１３】
電極面積が大きくなるに従って、電解液７が電池要素２の中央部までに含浸しにくくなり、電池要素２の内部に空気等の気体が溜まり易くなる課題がある。
【００１４】
上記の理由としては、電池要素２の負極および正極およびセパレータ間に電解液を注入する際、電池要素２の周囲から電解液７が含浸して、負極とセパレータと正極が密着し、真空状態においても電池要素２内部に溜まった気体を排出することができなくなる為である。
【００１５】
電解液７が電池要素２に含浸しない部分はセパレータと電極の間に空間を作り密着せず、セパレータ１０にしわが発生し易くなり、図７に示すように、フィルム状の外装材１にも電池のしわ１７として認識され、外観欠点となり歩留を悪化させるという課題がある。
【００１６】
また、電池要素２に対して電解液７が含浸しない状態で充放電を行うと、電解液７が含浸していない空間と対応する電極部分は充放電に寄与できず、電池容量が低下するという課題もある。
【００１７】
そこで本発明は電解液７を電池要素２全体に含浸させることにより、外観欠点の無い構造を有し、電池要素２全体が充放電に寄与できる積層密閉型電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の課題を解決するため、本発明の積層密閉型電池は、負極および正極がセパレータを介して積層した電池要素を外装材に収納した積層型密閉型電池であって、前記負極には表裏を貫通する負極側貫通穴が設けられ、且つ前記正極において前記負極側貫通穴に対応した位置には前記負極側貫通穴よりも平面積が同じか、大きな正極側貫通穴が１組以上設けられたことを特徴とする。また、前記負極の平面積が０．０２ｍ２以上のときに０．０２ｍ２毎に一個の前記負極側貫通穴を設けたことを特徴とする。さらに、前記負極側貫通穴の平面積が０．５‐２．０ｍｍ２であることを特徴とする。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、電解液を電池要素に含浸する際、電池要素内部に電解液が含浸できず、空気溜まりが発生した場合に於いても、前記の負極側貫通穴及び正極側貫通穴を経由して電池要素の外に逃がすことができる積層密閉型電池が得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は電池要素全体に電解液を含浸させ、内部に空気が溜まることを防止でき、電極とセパレータが密着して、電池の外観欠点が無く、電池要素全体が充放電に寄与できる積層密閉型電池が得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる電池要素の一部の模式的斜視図。
【図２】本発明の実施の形態１に係わる電池要素に用いる正極、負極、セパレータを示す平面図。
【図３】本発明の実施の形態１に係わる電池要素の一部の模式的断面図。
【図４】本発明の積層型密閉電池の斜視図。
【図５】本発明の実施の形態２に係わる電池要素に用いる正極、負極、セパレータを示す平面図。
【図６】本発明の実施の形態２に係わる電池要素の一部の模式的斜視図。
【図７】従来の積層密閉型電池の斜視図。
【図８】従来の積層密閉型電池の分解斜視図。
【図９】従来の積層密閉電池の注液時の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態１について図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態１の積層密閉型電池は図１に示すように、フィルム状の外装材１と、外装材１の中に収納される電池要素２と、電池要素２から引き出された負極集電体露出部３および正極集電体露出部４にそれぞれ接続された負極タブ５および正極タブ６と、電池要素２の内部に含浸させた電解液７とから大略構成されている。
【００２４】
電池要素２は図２に示すように、負極８および正極９の間にセパレータ１０を介在させ、それぞれを複数枚積層することにより構成されている。
【００２５】
図３に示すように、負極８は負極集電体１４上に負極活物質１３が形成されたものである。グラファイトの粉末からなる負極活物質１３をＰＶＤＦからなる接着剤とともにスラリー状となるよう調整した調剤を、銅などの金属からなる負極集電体１４の両面に塗布、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで形成される。負極８に負極側貫通穴１１が形成されている。この実施の形態１では負極８の中央部に負極側貫通穴１１が形成されている。負極側貫通穴の形成は圧延後にプレス機等による加工により行うことができる。
【００２６】
図３に示すように、正極９は正極集電体１６上に正極活物質１５が形成されたものである。コバルト酸リチウムからなる正極活物質にＰＶＤＦからなる接着剤とアセチレンブラックからなる導電剤を添加してスラリー状となるように調整した調剤を、アルミニウムなどの金属からなる正極集電体１６の両面に塗布、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで、正極９が形成される。正極側貫通穴の形成は圧延後にプレス加工等により行うことができる。
【００２７】
負極側貫通穴１１に対応した正極９には負極側貫通穴１１の面積よりも同等以上の正極側貫通穴１２が形成されている。
【００２８】
負極８と正極９の間にセパレータ１０を介在させ、所定の数量だけ積層して電池要素を作成する。正極側貫通穴１２は負極側貫通穴１１に包含されるような大小関係となっている。そして、このような大小関係を設定したことにより、充放電中におけるリチウム金属の析出が回避されるようになっている。
【００２９】
セパレータ１０は、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどで構成されている。このセパレータ１０は、全体にわたって多数の小孔を有している。
【００３０】
図４に示すように、負極タブ５を電池要素の負極集電体露出部と溶接する。また正極タブ６を電池要素の正極集電体露出部と溶接する。
【００３１】
フィルム状の外装材１は、ナイロン／アルミ／ポリプロピレンの３層構造を有しており、電池要素を収納するため外装材１に絞り加工による収納部をポリプロピレン側が凹状となるように設けた。
【００３２】
タブ溶接済みの電池要素を外装材１の電池要素収納部に収納し、もう一方の外装材１で電池要素を覆い、接合部を重ね合わせて熱融着によって外装材１の外周３辺を封止部１８を形成する（図９参照）。熱融着されていない１辺から電池要素収納部に電解液７を注液し、注液後、真空にて熱融着によって封止を行い外装材１の外周に封止部を有する積層密閉型電池が作製される。
【００３３】
図３に示すように、注液の際、電池要素の内部に溜まった空気は、負極側貫通穴１１および正極側貫通穴１２およびセパレータの小孔から電池要素の外に排出され、注液後の真空熱融着することにより電池の内部に空気が残留することがない。
【００３４】
負極面積が０．０２ｍ２以上となる場合、図２に示すように、負極８の中央部にφ１ｍｍ程度の負極側貫通穴１１を、また負極側貫通穴１１と対応する正極にはφ１．５ｍｍ程度の正極側貫通穴１２を設けることで、電池要素２内の空気を残留することを防止できる。負極側貫通穴の大きさは平面積として０．５‐２．０ｍｍ２（直径０．８‐１．６ｍｍ）であることが好ましい。２．０ｍｍ２を超えるとしわは発生しなくとも穴の形状として認識されやすくなり外観欠点が発生しやすくなり好ましくない。また０．５ｍｍ２未満の場合には電解液の含浸や気体の排出および加工時の作業性から好ましくない。
【００３５】
次に本発明の実施の形態２について図５、６を参照して説明する。実施の形態２においては負極側貫通穴および正極側貫通穴をそれぞれ２個設けた場合について説明する。図５に示すように負極８を長さ方向に３等分したときの端部からそれぞれ１／３の幅方向の中央付近にφ１ｍｍ程度の負極側貫通穴１１を２箇所、また負極側貫通穴１１と対応する正極９にはφ１．５ｍｍ程度の正極側貫通穴１２を２箇所設ける。負極と正極との間にセパレータを介在させてそれぞれ複数枚積層して電池要素を形成し、図６に示すようにフィルム状の外装材１と、外装材１の中に収納される電池要素２と、電池要素２から引き出された負極集電体露出部３および正極集電体露出部４にそれぞれ接続された負極タブ５および正極タブ６とを備え、電池要素２の内部に電解液７を注液し含浸させる。注液後、真空にて熱融着によって封止を行い外装材１の外周に封止部を有する積層密閉型電池が作製される。負極面積が０．０４ｍ２以上となる場合には、負極側貫通穴、正極側貫通穴がそれぞれ１箇所では充分でない場合があり、０．０２ｍ２毎に負極側貫通穴、正極側貫通穴をそれぞれ少なくとも１箇所設けると、電池要素内の空気が残留することを充分防止できる。即ち０．０２ｍ２以上０．０４ｍ２未満では少なくとも１箇所、０．０４ｍ２以上０．０６ｍ２未満では少なくとも２箇所の貫通穴を設けるとよい。
【実施例】
【００３６】
以下、本発明に係る実施例および比較例について説明する。
【００３７】
（実施例１）
実施例１について実施の形態１に用いた図１〜図３で説明する。図３に示すように、負極活物質１３は、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体１４上に形成されたものである。グラファイト粉末からなる負極活物質をＰＶＤＦからなる接着剤とともにスラリー状となるよう調整した調剤を負極集電体１４上の両面に塗布、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで負極８が形成された。負極活物質１３を塗布した面積は長さ２００ｍｍ、幅１００ｍｍとして、負極９の中央部にφ０．８ｍｍの負極側貫通穴１１を形成した。      
【００３８】
正極活物質１５は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体１６上に形成されたものである。コバルト酸リチウムからなる正極活物質に、ＰＶＤＦからなる接着剤とアセチレンブラックからなる導電剤を添加してスラリー状となるように調整した調剤を正極集電体１６上の両面に塗布、乾燥し、ロールプレス機により圧延することで正極９が形成された。正極活物質１３を塗布した面積は長さ１９８ｍｍ、幅９８ｍｍとした。また、負極側貫通穴１１に対応する正極９の中央部にφ１．５ｍｍの正極側貫通穴１２を形成させた。
【００３９】
負極８と正極９電極の間にはポリエチレン不織布のセパレータ１０を介して負極９枚、正極８枚を積層させて電池要素を作製した。図１に示すように、負極タブ５を負極集電体露出部３の先端部で溶接した。また正極タブ６を正極集電体露出部４の先端部で溶接した。フィルム状の外装材は、ナイロン／アルミ／ポリプロピレンの３層構造を有し、電池要素２を収納するため絞り加工による収納部をポリプロピレン側が凹状となるように設けた。
【００４０】
タブを溶接した電池要素２を絞り加工を施したフィルム状の外装材１の電池要素収納部に収納し、同様に絞り加工を施した外装材１で電池要素を覆い、重ね合わせて熱融着によって外装材１の外周３辺を融着した。熱融着されていない１辺より電池要素収納部に電解液７を注液した。注液後、真空にて熱融着機によって封止を行いフィルム状の外装材１で被覆した積層密閉型電池を作製した。
【００４１】
作製した３個の積層密閉型電池のフィルム状の外装材１表面のしわの長さを計測した。また、前記の積層密閉型電池に充電を行い、実際の充電容量／理論上の充電容量を計算した。
【００４２】
（実施例２）
負極側貫通穴をφ１．６ｍｍ、正極側貫通穴をφ１．８ｍｍとした以外は実施例１と同様に積層密閉型電池を作製し、しわの長さを計測し、充電容量を計算した。
【００４３】
（比較例１）
負極および正極に対して貫通穴を設けない以外は実施例１と同様にして積層密閉型電池を作製した。作製した積層密閉型電池のフィルム状の外装材表面のしわの長さを計測した。また、実施例１と同様にして充電を行い、実際の充電容量／理論上の充電容量を計算した。
【００４４】
フィルム状の外装材表面のしわ長さと実際の充電容量／理論充電容量の関係を調査した。その結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2011129378.tif 000003
【００４６】
比較例１ではフィルム状の外装材の表面に合計しわ長さは９０ｍｍ発生するが、実施例１、２では電極の貫通穴があることで、電池要素内に空気溜まりの発生を防止でき、外観欠点の無い積層密閉型電池が得られた。また、同様の理由により比較例１は実際の充電容量／理論充電容量は０．９７と低いが、実施例１では１．００となり、理論値の充電容量を得ることができた。
【００４７】
（実施例３）
次に、本発明の実施例２について、本発明に係る実施の形態２の説明で用いた図５および図６を参照して説明する。基本的な積層密閉型電池の作製方法は実施例１と同じであるが、負極および正極の大きさがそれぞれ幅２００ｍｍ、長さ２１０ｍｍ、幅１９８ｍｍ、長さ２０８ｍｍと大きくなったことおよび電極への貫通穴を２箇所にしたことが異なる。負極側貫通穴１１を負極８の長さ方向に３等分したときの端部からそれぞれ１／３即ち端部からそれぞれ７０ｍｍの位置の幅方向の中央部にφ１．０ｍｍで形成した。対応する正極側貫通穴１２をφ１．５ｍｍで形成した。
【００４８】
作製した３個の積層密閉型電池のフィルム状の外装材表面のしわの長さを計測した。また、前記の積層密閉型電池に充電を行い、実際の充電容量／理論上の充電容量を計算した。
【００４９】
（比較例２）
負極および正極に対して貫通穴を設けない以外は実施例２と同様にして積層密閉型電池を作製した。作製した積層密閉型電池のフィルム状の外装表面のしわの長さを計測した。また、実施例２と同様にして充電を行い、実際の充電容量／理論上の充電容量を計算した。
【００５０】
フィルム状の外装材表面のしわ長さと実際の充電容量／理論充電容量の関係を調査した。その結果を表２に示す。
【００５１】
【表２】
2011129378.tif 000004
【００５２】
比較例２ではフィルム状の外装材の表面にしわが合計１５０ｍｍ発生するが、実施例３では電極の２箇所の貫通穴があることで、電池要素内に空気溜まりの発生を防止でき、外観欠点の無い積層密閉型電池が得られた。また、同様の理由により比較例２は実際の充電容量／理論充電容量は０．９４と低いが、実施例３では１．００となり、理論値の充電容量を得ることができた。
【符号の説明】
【００５３】
１    外装材
２    電池要素
３    負極集電体露出部
４    正極集電体露出部
５    負極タブ
６    正極タブ
７    電解液
８    負極
９    正極
１０    セパレータ
１１    負極側貫通穴
１２    正極側貫通穴
１３    負極活物質
１４    負極集電体
１５    正極活物質
１６    正極集電体
１７    しわ
１８    封止部
【図１】
2011129378.tif 000005
【図２】
2011129378.tif 000006
【図３】
2011129378.tif 000007
【図４】
2011129378.tif 000008
【図５】
2011129378.tif 000009
【図６】
2011129378.tif 000010
【図７】
2011129378.tif 000011
【図８】
2011129378.tif 000012
【図９】
2011129378.tif 000013