(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極集電体上に正極合剤層が形成された正極板と、負極集電体上に負極合剤層が形成された負極板とを、セパレータを介し積層し、捲回した電池要素に捲き止めテープを貼付し、外装ケースに収納した密閉型電池において、前記電池要素の最外周部が前記正極合剤層の形成されていない正極集電体露出部または前記負極合剤層の形成されていない負極集電体露出部からなり、最外周部の前記正極集電体露出部または前記負極集電体露出部に空孔部が形成されており、前記捲き止めテープが多孔質フィルムからなることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記捲き止めテープの密度が０．６ｇ／ｃｍ３〜１．５ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯機器、情報機器、家電機器等において、特に小型で携帯可能な機器の使用に好適な密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロ技術の進歩により、電子機器の小型化及び高機能化が可能となった。その結果、ポータブル機器市場が急成長を遂げており、これらの機器の駆動用電源として、高エネルギー密度で長寿命の密閉型電池の開発が求められている。このような中、エネルギー密度向上のために、電池要素である電極材料の改良やセパレータの薄膜化が進められている。電極については、圧延方法や材料自体の粒度調整によりエネルギー密度向上が進められており、セパレータについても、突き刺しや引張り強度を維持したまま薄膜化が検討されている。
【０００３】
このようなエネルギー密度を向上させた電池については、電池缶と電池要素との空隙も極限まで小さくなっており、電解液の注液性が低下する問題がある。たとえば、密閉型電池においては、注液後に封口を実施して電池缶を密封する工程があるが、封口不良が発生する事がある。また、所定量の電解液の注液が可能であっても、電池要素への電解液含浸不足により、サイクル特性や電池特性にばらつきが発する懸念もあり、注液性の向上が望まれている。
【０００４】
従来、注液性の向上のためには、集電体に孔を形成したり（特許文献１参照）、負極活物質層の表面に溝を形成したり（特許文献２参照）、正極活物質層の表面にマイクロカプセルを散布する（特許文献３）技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１６２８０１号公報
【特許文献２】特開平９−２９８０５７号公報
【特許文献３】特開２００５−２２８６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術においては、集電体に孔を形成する場合には、正負極の活物質が孔の近傍には形成できないため活物質の充填量が低減し、また、正負極の活物質層に溝を設けたり、カプセルを散布した場合にも活物質の充填量が低減したり、活物質層表面が不均一な状態となり好ましくない。
【０００７】
このような状況下において、本発明の課題は、電池要素と電池外装体自体の形状を維持したまま、電解液の注液性と含浸性を向上させ、電池のエネルギー密度を維持したまま、特性のばらつきと工程不良を抑制した密閉型電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、帯状の電極及びセパレータを捲回して電池要素を形成する密閉型電池について、電池要素の最外周に空孔部を設けることにより注液性が向上することを見出した結果なされたものである。
【０００９】
本発明の密閉型電池は、正極集電体上に正極合剤層が形成された正極板と、負極集電体上に負極合剤層が形成された負極板とを、セパレータを介し積層し、捲回した電池要素に捲き止めテープを貼付し、外装ケースに収納した密閉型電池において、前記電池要素の最外周部が前記正極合剤層の形成されていない正極集電体露出部または前記負極合剤層の形成されていない負極集電体露出部からなり、最外周部の前記正極集電体露出部または前記負極集電体露出部に空孔部が形成されており、前記捲き止めテープが多孔質フィルムからなることを特徴とする。
【００１０】
また、前記捲き止めテープの密度が０．６ｇ／ｃｍ３〜１．５ｇ／ｃｍ３であるとなおよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の密閉型電池によれば、電池要素自体の注液性を向上されることが可能となり、封口工程での電解液があふれることによる不良発生が低減できる。また、捲き止めテープが多孔質フィルムからなる場合、捲き止めテープ自体が保液性を持つため、セパレータへの電解液補給が可能となり、充放電サイクル時の液枯れが防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は本発明の密閉型電池の電池要素に捲き止めテープを貼付した正面図であり、図２は本発明の密閉型電池の電池要素を示す断面図であり、図３は図２のＡ部を拡大した部分断面図であり、図４は図３のＢ部の部分正面図である。
【００１４】
本発明の密閉型電池の電池要素は図２に示すようにアルミニウム、アルミニウム合金、チタン等の導電体箔からなる正極集電体上に正極活物質を主成分とする正極合剤層が形成された正極板１と、銅、ニッケル、ＳＵＳ、銀等の導電体箔からなる負極集電体上に負極活物質を主成分とする負極合剤層が形成された負極板３とを、セパレータ２を介し積層し、捲回した構成となっている。
【００１５】
正極活物質はＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等が好ましい。その他に負極との電位差が１Ｖ以上ある、Ｖ2Ｏ5やＭｎＯ2、ＭｏＳ2、ＴｉＳ2等が適用できる。このような正極活物質にポリビニリデンフルオドライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン等の結着剤および導電補助材を混合し、正極合剤層として正極集電体に塗布し、正極板１を形成する。
【００１６】
負極活物質は炭素質材料であり、グラファイトである天然黒鉛や人造黒鉛が好ましい。このような黒鉛類にポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、スチレンブタジエン等の結着剤および必要に応じ導電補助材を混合し、負極合剤層として負極集電体に塗布し、負極板３を形成する。
【００１７】
セパレータ２は、正極板１と負極板３の短絡を防いで、イオン導電性を有しているものであれば構わないが、多孔性を有するポリオレフィンフィルムが好ましく、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリスチレン、ポリブタジエン及びその共重合体、ポリビニリデンフルオライド等を適用する事ができる。また、絶縁層として、公知の固体電解質を用いてもよい。
【００１８】
電池要素の外周部は、図３に示すように正極集電体１ａの電池要素の内側となる片面に正極合剤層１ｂが形成された正極板からなりさらに最外周部は正極集電体１ａのみから構成される。最外周部の正極集電体１ａは１周内側の、片面に正極合剤層１ｂが形成された正極板の正極集電体１ａと接触している。また、正極合剤層１ｂはセパレータ２を介して負極集電体３ａ上に形成された負極合剤層３ｂと対向した構造となっている。なお、外装材の材質により外周部に正極板が配置されるか、負極板が配置されるかが決まる。ここでは例えば外装材にアルミニウム缶を用いた場合、外装材のアルミニウム缶が正極側となるため、外装材と電池要素の外周部が接触しても問題がないように、外周部に正極板を配置したが、外装材に例えば鉄系の材料を用いた場合には外周部に負極板を配置するとよい。
【００１９】
最外周部の正極集電体１ａには、図４に示すように、空孔部１ｃが設けられた構造となっている。空孔部１ｃは両面に正極合剤層が形成されていない正極集電体の露出部に設けられ、且つ、空孔部１ｃを設けた正極集電体最外周部と、同極の集電体の正極合剤層が形成されていない面が対向する構造となる。また、空孔部の総面積は、該当する集電体の面積、即ち最外周部の正極集電体のみからなる部分の面積の１０％〜４０％となるように形成されるとよく、２０％〜３０％がより好ましい。空孔部面積が１０％より小さい場合は、注液性に改善が見られず、また、４０％より大きい場合は、集電体自体の機械的強度低下による破断等が懸念されるからである。
【００２０】
電池要素は、図１に示すように最外周表面を捲き止めテープ４で固定する。捲き止めテープは必ずしも電池要素の全面を覆う必要はない。特に多孔質テープを用いない場合には、空孔部全体を覆うことのないようにするとよい。捲き止めテープ４については、電解液に耐性があるものであれば特に制限がないが、電解液に対する親和性の大きい物が特に有効であり、ポリスチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリブタジエン及びその共重合体が挙げられる。また、電解液保持の観点から、多孔質であることが望ましく、密度は０．６ｇ／ｃｍ3〜１．５ｇ／ｃｍ3、好ましくは０．８ｇ／ｃｍ3〜１．２ｇ／ｃｍ3とするのが望ましい。０．６ｇ／ｃｍ3未満では機械的強度に問題があり、組立性の問題が懸念され、１．５ｇ／ｃｍ3より大きい場合は十分な保液性が得られないからである。
【００２１】
尚、電池として機能させるためには、非水系電解液を含浸させる必要があるが、上記電解液には、塩類を有機溶媒に溶解した電解液を使用することができる。塩類としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｓＦ6等が例示され、これらの一種または二種以上の混合物を適用できる。有機溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、γ―ブチルラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトロヒドロフラン等が例示され、これらの一種または二種以上の混合物を適用できる。
【００２２】
本発明に係る密閉型電池において、電池缶、電池缶の蓋、安全構造、電極端子等の上述していない各種の構成材料としては、既存の物を使用することができる。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
【００２４】
（実施例１）  
正極活物質にＬｉＣｏＯ2を使用し、その９４重量部、ポリフッ化ビニリデン３重量部、導電材としてアセチレンブラック３重量部、及びＮ―メチル２ピロリドン５０重量部を混合してスラリーとした。このスラリーを厚さ１５μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体に塗布、乾燥、圧延を実施し正極合剤層を形成し正極板を作製した。一方、負極活物質には鱗片状黒鉛を使用し、その９７重量部、ポリフッ化ビニリデン３重量部、及びＮ―メチル２ピロリドン６０重量部を混合してスラリーとした。このスラリーを厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体に塗布、乾燥、圧延を実施し、負極合剤層を形成し負極板を作製した。
【００２５】
図５は本発明の密閉型電池の電池要素の捲回途中を示す斜視図であり、図６は本発明の密閉型電池の電池要素に捲き止めテープを貼付した状態を示す斜視図であり、図７は、本発明の密閉型電池の斜視図である。上述のように作製した正極板を４０ｍｍ幅、負極板を４１ｍｍ幅にスリットした後、正極板集電体露出部に複数のΦ１ｍｍの円形空孔部を設けて該当部総面積の１５％の空孔部を設けた後、図５のように正極板１が外周になるように正極板１と負極板３を厚さ２０μｍで幅４３ｍｍの多孔質ポリエチレンからなるセパレータ２を介して捲回し、電池要素を作製後、図６に示すように密度０．６０ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる幅４１ｍｍ、厚み１４μｍの捲き止めテープ４により電池要素を固定した。
【００２６】
固定した電池要素を図７に示すように所定の角型密閉型電池用のアルミニウム缶に挿入後、所定の工程に従い蓋をレーザー溶接し、封口部５から電解液量が規格最大値になるように注液し、密閉型電池を１０００個作製し封口不良率を求めた。また、電解液量を規格下限にて作製した密閉型電池を用いて充放電サイクル試験を実施した。充放電サイクル試験については、正極活物質の塗工量から算出した電池容量を基準とし、定電流１Ｃ、及び４．２Ｖの定電圧下で２．５時間の充電、電流１Ｃで端子電圧が３．０Ｖとなるまでの放電を繰り返した。尚、試験雰囲気は２０℃で実施し、５００サイクル経過後の容量維持率を確認した。表１に封口不良率とサイクル特性における容量維持率（３個の平均値）を示す。
【００２７】
（実施例２）  
正極板の最外周の正極集電体露出部に複数のΦ１ｍｍの円形空孔部を設けて総面積の２５％の空孔部を設け、密度０．９０ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる捲き止めテープを用いた以外は実施例１と同様に密閉型電池を作製、試験した。
【００２８】
（実施例３）
正極板の最外周の正極集電体露出部に複数のΦ１ｍｍの円形空孔部を設けて総面積の３７％の空孔部を設け、密度１．５０ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる捲き止めテープを用いた以外は実施例１と同様に密閉型電池を作製、試験した。
【００２９】
（実施例４）
正極板の最外周の正極集電体露出部に複数のΦ１ｍｍの円形空孔部を設けて総面積の３０％の空孔部を設け、密度１．００ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる捲き止めテープを用いた以外は実施例１と同様に密閉型電池を作製、試験した。
【００３０】
（実施例５）
正極板の最外周の正極集電体露出部に複数のΦ１ｍｍの円形空孔部を設けて総面積の３０％の空孔部を設け、密度１．８０ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる捲き止めテープを用いた以外は実施例１と同様に密閉型電池を作製、試験した。
【００３１】
（比較例１）
正極板の最外周の正極集電体露出部に空孔部を設けずに密度１．００ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる捲き止めテープを用いた以外は実施例１と同様に密閉型電池を作製、試験した。
【００３２】
（比較例２）
正極板の最外周の正極集電体露出部に空孔部を設けずに密度０．７０ｇ／ｃｍ3のポリビニリデンフルオライド多孔質膜からなる捲き止めテープを用いた以外は実施例１と同様に密閉型電池を作製、試験した。
【００３３】
実施例２〜５、比較例１、２における封口不良率とサイクル特性における容量維持率を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の密閉型電池の電池要素に捲き止めテープを貼付した正面図。
【図２】本発明の密閉型電池の電池要素を示す断面図。
【図３】図２のＡ部を拡大した部分断面図。
【図４】図３のＢ部の部分正面図。
【図５】本発明の密閉型電池の電池要素の捲回途中を示す斜視図。
【図６】本発明の密閉型電池の電池要素に捲き止めテープを貼付した状態を示す斜視図。
【図７】本発明の密閉型電池の斜視図。
【符号の説明】
【００３６】
１    正極板
１ａ    正極集電体
１ｂ 正極合剤層
１ｃ 空孔部
２    セパレータ
３    負極板
３ａ 負極集電体
３ｂ 負極合剤層
４    捲き止めテープ
５    封口部
【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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