(57)【要約】【課題】  セパレータを介して正極と負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させて両面が平坦になった電池を、加圧ホルダーに挟み込んで加圧させるにあたり、加圧ホルダーにより電池の平坦な面全体が均一に加圧されるようにする。【解決手段】  セパレータ1cを介してシート状の正極1aとシート状の負極1bとを複数積層させた電極体１を外装体11内に収容させた両面が平坦な電池10を加圧ホルダー20に挟み込んで加圧させる加圧ホルダー付き電池において、上記の加圧ホルダーが、電池を平坦な面を挟み込む一対の加圧板21と、各加圧板の外面側に突起物22ａ〜22ｄを介して配置される一対の補助加圧板23と、上記の電池を挟み込むようにこの一対の補助加圧板を加圧させる加圧手段24とを有するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させた両面が平坦な電池を加圧ホルダーに挟み込むようにして加圧させた加圧ホルダー付き電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の電池の平坦な面を挟み込む一対の加圧板と、各加圧板の外面側に突起物を介して配置される一対の補助加圧板と、上記の電池を挟み込むようにこの一対の補助加圧板を加圧させる加圧手段とを有することを特徴とする加圧ホルダー付き電池。
【請求項２】
請求項１に記載の加圧ホルダー付き電池において、上記の加圧手段が補助加圧板の各隅部に設けられていることを特徴とする加圧ホルダー付き電池。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の加圧ホルダー付き電池において、上記の加圧板と補助加圧板との間における突起物の高さが、加圧板及び補助加圧板の周辺側よりも中央部側が高くなっていることを特徴とする加圧ホルダー付き電池。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の加圧ホルダー付き電池において、上記の加圧板と補助加圧板との間に上記の突起物が複数設けられていることを特徴とする加圧ホルダー付き電池。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の加圧ホルダー付き電池において、上記の電池が非水電解質二次電池であることを特徴とする加圧ホルダー付き電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させた両面が平坦な電池を加圧ホルダーに挟み込むようにして加圧させた加圧ホルダー付き電池に係り、特に、加圧ホルダーにより電池の平坦な面全体を均一に加圧できるようにした点に特徴を有するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させた両面が平坦な電池が様々な分野で利用されており、近年においては、このような電池を、ロボットや電気自動車やバックアップ電源などに使用するために、この電池の容量を高めると共に高率放電特性を向上させることが検討されている。
【０００３】
ここで、上記のような電池の容量を高めると共に高率放電特性を向上させるため、セパレータを介して積層させるシート状の正極とシート状の負極との数を多くすると共に、上記の電池として、非水電解液を用い、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて、充放電を行うようにした非水電解質二次電池を用いることが行われている。
【０００４】
しかし、上記のようにセパレータを介して積層させるシート状の正極とシート状の負極との数を多くすると共に、上記の電池に非水電解質二次電池を用いるようにした場合、充放電による電極体の膨張、収縮が大きく、充放電によりこの電池が次第に変形して電極間の距離が増加し、これにより電池の内部抵抗が増大して、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が大きく低下するという問題があった。
【０００５】
このため、従来においては、両面が平坦な電池を一対の加圧板に挟み込み、この状態で、この一対の加圧板の４隅をボルトとナットで締め付けて平坦な電池の両面を加圧保持させ、上記のように充放電によって電池が変形するのを抑制することが行われている。
【０００６】
しかし、このように一対の加圧板の４隅をボルトとナットで締め付けて、両面が平坦な電池を一対の加圧板で挟み込むようにした場合、ボルトとナットで締め付けにより加圧板の周辺部が変形して、加圧板の周辺部よりも中央部の圧力が弱くなり、両面が平坦な電池全体を均一に加圧させることができず、この状態で、
電池を繰り返して充放電させると、依然として、この電池が次第に変形し、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が低下するという問題があった。
【０００７】
また、従来においては、特許文献１に示されるように、一方の面が凸レンズ形状で、他面が平面である加圧部材を用い、この加圧部材の平面側を上記のようにセパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体に接触させるようにして、この加圧部材を電池容器内に収容させて上記の電極体を加圧させ、これにより電極体が膨張、収縮するのを抑制するようにしたものが提案されている。
【０００８】
しかし、このようにした場合においても、充放電による電極体の膨張、収縮を十分に抑制することができず、充放電により電池容器が大きく変形して、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が低下するという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−５５８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させて両面が平坦になった電池を加圧ホルダーに挟み込むようにして加圧させた加圧ホルダー付き電池における上記のような問題を解決することを課題とするものである。
【００１０】
すなわち、本発明においては、加圧ホルダーにより電池の平坦な面全体を均一に加圧できるようにし、電池容量を高めると共に高率放電特性を向上させるために、セパレータを介して積層させるシート状の正極とシート状の負極との数を多くすると共に、この電池に非水電解質二次電池を用いた場合においても、充放電によって電池が変形するのを抑制して、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が低下するのを防止することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明においては、上記のような課題を解決するため、セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させた両面が平坦な電池を加圧ホルダーに挟み込むようにして加圧させた加圧ホルダー付き電池において、上記の加圧ホルダーが、上記の電池を平坦な面を挟み込む一対の加圧板と、各加圧板の外面側に突起物を介して配置される一対の補助加圧板と、上記の電池を挟み込むようにこの一対の補助加圧板を加圧させる加圧手段とを有するようにした。
【００１２】
ここで、上記のように一対の補助加圧板を加圧手段によって電池を挟み込むように加圧させるにあたっては、両面が平坦な電池全体が適切に加圧されるようにするため、補助加圧板の各隅部に加圧手段を設けることが好ましい。
【００１３】
また、上記のように加圧板と補助加圧板との間に突起物を介在させるにあたっては、上記の両面が平坦な電池がより均一に加圧されるようにするため、加圧板と補助加圧板との間における突起物の高さを、加圧板及び補助加圧板の周辺側よりも中央部側が高くなるようにすることが好ましい。
【００１４】
なお、このように加圧板と補助加圧板との間に突起物を介在させるにあたっては、面積が大きな突起物を１つ設けるようにする他、面積が小さな複数個の突起物を適当な位置に配置させるようにすることができ、このように複数個の突起物を適当な位置に配置させるようにすると、広い範囲で電池をより均一に加圧させることができるようになる。
【００１５】
また、本発明において使用する電池の種類は特に限定されないが、電池容量が高く、高率放電特性にも優れた非水電解質二次電池を用いることが好ましく、また非水電解質二次電池においては、充放電による電極体の膨張、収縮が大きいため、上記の加圧ホルダーによって加圧保持させることにより、電池の変形がより効果的に抑制されるようになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明における加圧ホルダー付き電池においては、セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させた電極体を外装体内に収容させた両面が平坦な電池を加圧ホルダーに挟み込むにあたり、電池の平坦な面を挟み込む一対の加圧板の外面側に、それぞれ突起物を介して補助加圧板を配置させ、上記の電池を挟み込むように、加圧手段によってこの一対の補助加圧板を加圧させるようにする。
【００１７】
このようにして電池の平坦な面を加圧させるようにすると、上記の一対の補助加圧板の各隅部を加圧手段により加圧させた場合に、この一対の補助加圧板が変形したとしても、電池の平坦な面を挟み込んだ一対の加圧板が変形することがなく、この一対の加圧板が補助加圧板との間に存在する突起物により加圧され、このように加圧された加圧板によって、上記の電池の平坦な面全体が均一に加圧されるようになる。
【００１８】
この結果、本発明における加圧ホルダー付き電池においては、上記の電池を繰り返して充放電させた場合に、この電池が変形するのが抑制され、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が低下するのが防止される。特に、電池容量を高めると共に高率放電特性を向上させるために、セパレータを介して積層させるシート状の正極とシート状の負極との数を多くすると共に、上記の電池に非水電解質二次電池を用いた場合においても、上記のように充放電によって電池が変形するのが十分に抑制され、電池容量が低下するのが有効に防止されると共に、高率放電特性や充放電サイクル特性が大きく向上されるようになる。
【実施例】
【００１９】
以下、本発明に係る加圧ホルダー付き電池について実施例を挙げて具体的に説明すると共に、この実施例に係る加圧ホルダー付き電池においては、電池の平坦な面全体が均一に加圧されるようになり、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が低下するのが防止されることを、比較例を挙げて明らかにする。なお、本発明における加圧ホルダー付き電池は下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施できるものである。
【００２０】
実施例１〜４及び比較例１においては、電池として、下記のようにして作製した両面が平坦な非水電解質二次電池を用いるようにし、この非水電解質二次電池を加圧保持させる加圧ホルダーを変更させるようにした。
【００２１】
ここで、上記の非水電解質二次電池を作製するにあたっては、下記のようにして作製した正極と負極とを用いるようにした。
【００２２】
［正極の作製］
正極活物質のＬｉＣｏＯ2粉末を９０重量部、導電剤のカーボンブラックを５重量部、結着剤のポリフッ化ビニリデンを５重量部の割合にし、これらを溶剤のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液と混合して正極用スラリーを調製し、この正極用スラリーをアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、これを乾燥させ、圧延ローラで厚みが０．１ｍｍになるまで圧縮した後、これを横が約９５ｍｍ、縦が約１１５ｍｍの大きさになるように切断して正極を作製した。
【００２３】
また、上記のように作製した正極にアルミニウム箔からなる正極集電タブを超音波溶接により正極から突出するように取り付けた。
【００２４】
［負極の作製］
負極活物質の黒鉛粉末を９５重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデンを５重量部の割合にし、これらを溶剤のＮ−メチル−２−ピロリドン溶液と混合して負極用スラリーを調製し、この負極用スラリーを銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、これを乾燥させ、圧延ローラで厚みが０．０８ｍｍになるまで圧縮した後、これを横が約１００ｍｍ、縦が約１２０ｍｍの大きさになるように切断して負極を作製した。
【００２５】
また、上記のように作製した負極に銅箔からなる負極集電タブを超音波溶接により負極から突出するように取り付けた。
【００２６】
そして、図１に示すように、負極１ｂと正極１ａとの間に厚みが約３０μｍのポリプロピレン製のセパレータ１ｃを介在させ、厚み方向両側に負極１ｂが位置するようにして、１１枚の負極１ｂと１０枚の正極１ａとを積層させ、この積層体の周辺の適当な箇所に保形用の絶縁テープ（図示せず）を取り付けて、電極体１を作製した。
【００２７】
そして、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、正極１ａに設けられた正極集電タブ２ａと負極１ｂに設けられた負極集電タブ２ｂとをラミネートフィルムで構成された外装体１１内から外部に突出させるようにして、上記の電極体１をこの外装体１１内に収容させると共、この外装体１１内に、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとが３：７の体積比で混合された混合溶媒にＬｉＰＦ6が１モル／リットルの割合で溶解された非水電解液を注液させ、その後、この外装体１１の開口部分を熱溶着させて封口し、両面が平坦になった非水電解質二次電池１０を作製した。
【００２８】
（実施例１）
実施例１においては、上記の非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込んで加圧させるにあたり、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、横が１３５ｍｍ，縦が１５０ｍｍ，厚みが５ｍｍのＳＵＳ板からなる一対の加圧板２１の中央部に上記の非水電解質二次電池１０を挟み込むと共に、各加圧板２１において非水電解質二次電池１０を挟み込んだ面とは反対側の面に、直径が１０ｍｍ，高さが５ｍｍになった４つのＳＵＳ製の突起物２２ａを非水電解質二次電池１０が挟み込まれた部分に四角形状に配置させるようにした。
【００２９】
そして、このように配置された突起物２２ａを上記の加圧板２１との間で挟むようにして、各加圧板２１の外面側に横が１３５ｍｍ，縦が１５０ｍｍ，厚みが５ｍｍのＳＵＳ板からなる補助加圧板２３をそれぞれ配置させ、このように配置させた補助加圧板２３の４隅の部分を加圧手段２４により加圧させるにあたり、一方の補助加圧板２３の外面側から締結用ボルト２４ａを、この補助加圧板２３と各加圧板２１と他方の補助加圧板２３とを貫通させて突出させ、このように突出させた締結用ボルト２４ａにナット２４ｂを取り付けて、上記の締結用ボルト２４ａを締め付けるようにした。
【００３０】
（実施例２）
実施例２においては、上記の非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込んで加圧させるにあたり、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の実施例１と同様に、上記の各加圧板２１に上記の四角形状に配置された４つの突起物２２ａを設け、さらにこの四角形状に配置された４つの突起物２２ａの中央部に、直径が１０ｍｍ，高さが６ｍｍで、高さが上記４つの突起物２２ａよりも１ｍｍ高くなったＳＵＳ製の突起物２２ｂを設け、それ以外は、上記の実施例１と同様にして、非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込むようにした。
【００３１】
（実施例３）
実施例３においては、非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込んで加圧させるにあたり、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の実施例１における各加圧板２１に、平面が長方形状で横が２０ｍｍ，縦が３０ｍｍ，高さが５ｍｍになった４つのＳＵＳ製の突起物２２ｃを非水電解質二次電池１０が挟み込まれた部分に四角形状に配置させるようにし、それ以外は、上記の実施例１と同様にして、非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込むようにした。
【００３２】
（実施例４）
実施例４においては、非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込んで加圧させるにあたり、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の実施例１における各加圧板２１の中央部に、平面が長方形状で横が４５ｍｍ，縦が７０ｍｍ，高さが５ｍｍになった大きな１つのＳＵＳ製の突起物２２ｄを配置させるようにし、それ以外は、上記の実施例１と同様にして、非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込むようにした。
【００３３】
（比較例１）
比較例１においては、非水電解質二次電池１０を加圧ホルダー２０に挟み込んで加圧させるにあたり、上記の突起物や補助加圧板を設けずに、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記の一対の加圧板２１の中央部に非水電解質二次電池１０を挟み込むようにし、この一対の加圧板２１の４隅の部分において、締結用ボルト２４ａを貫通させて突出させ、このように突出した締結用ボルト２４ａにナット２４ｂを取り付けて、締結用ボルト２４ａを締め付けるようにした。
【００３４】
そして、上記の実施例１〜４及び比較例１の各加圧ホルダー付き電池において、それぞれ上記の非水電解質二次電池と加圧板との間に、圧力によって変色する感圧紙を挟み込み、上記の締結用ボルトの締め付け圧力をそれぞれ２０ｋｇｆ・ｃｍにして、非水電解質二次電池に加わる圧力状態を調べた。
【００３５】
そして、上記の実施例１の加圧ホルダー付き電池における感圧紙の変色状態を図８に、比較例１の加圧ホルダー付き電池における感圧紙の変色状態を図９に示した。なお、上記の実施例２〜４の各加圧ホルダー付き電池においても、感圧紙の変色状態は上記の実施例１のものとほぼ同様であった。また、上記の図８及び図９において、周辺部分で特に変色が大きい四角形状の部分は、前記のように電極体を作製するのに使用した絶縁テープの部分であった。
【００３６】
この結果、実施例１〜４の各加圧ホルダー付き電池においては、非水電解質二次電池と加圧板との間に挟み込んだ感圧紙全体がほぼ均一に変色しており、圧力が非水電解質二次電池全体に均一に作用していることが分かった。これに対して、比較例１の加圧ホルダー付き電池においては、感圧紙の周辺部分だけが変色して中央部分は殆ど変色しておらず、圧力が非水電解質二次電池の周辺部にだけ強く作用して、中央部における圧力が非常に弱くなっていることが分かった。
【００３７】
そして、このように実施例１〜４の各加圧ホルダー付き電池においては、非水電解質二次電池全体が均一に加圧される結果、この非水電解質二次電池を繰り返して充放電させた場合においても、電池が変形するのが抑制されて、電池容量や高率放電特性や充放電サイクル特性が低下するのが有効に防止されることが分かった。
【００３８】
なお、上記の実施例及び比較例においては、上記のようにして作製した非水電解質二次電池を用いるようにしたが、その正極や負極に用いる活物質の種類などを変更させることは当然可能であり、また非水電解質二次電池以外の他の二次電池等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１〜４及び比較例１において、セパレータを介してシート状の正極とシート状の負極とを複数積層させて非水電解質二次電池の電極体を作製する状態を示した概略説明図である。
【図２】上記の実施例１〜４及び比較例１において作製した非水電解質二次電池の概略側面図及び概略平面図である。
【図３】上記の実施例１における加圧ホルダー付き電池の概略側面図及び概略平面図である。
【図４】上記の実施例２における加圧ホルダー付き電池の概略側面図及び概略平面図である。
【図５】上記の実施例３における加圧ホルダー付き電池の概略側面図及び概略平面図である。
【図６】上記の実施例４における加圧ホルダー付き電池の概略側面図及び概略平面図である。
【図７】上記の比較例１における加圧ホルダー付き電池の概略側面図及び概略平面図である。
【図８】上記の実施例１の加圧ホルダー付き電池に用いて調べた感圧紙の変色状態を示した図である。
【図９】上記の比較例１の加圧ホルダー付き電池に用いて調べた感圧紙の変色状態を示した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  電極体
１ａ  正極
１ｂ  負極
１ｃ  セパレータ
２ａ  正極集電タブ
２ｂ  負極集電タブ
１０  非水電解質二次電池（電池）
１１  外装体
２０  加圧ホルダー
２１  加圧板
２２ａ〜２２ｄ  突起物
２３  補助加圧板
２４  加圧手段
２４ａ  締結用ボルト
２４ｂ  ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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