(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の正および負の電極対を有するバッテリコアと、バッテリケースとを備え、
前記電極対の各々が、
セパレータ、
リチウムイオン活性物質をその上に有する第１金属プレートを有し、第１金属プレートが主本体部と主本体部から延びる導電タブを有する負電極、
リチウムイオン活性物質をその上に有する第２金属プレートを有し、第２金属プレートが主本体部と主本体部から延びる導電タブを有する正電極、
を備え、前記セパレータは正又は負電極の１つを包み、
正電極の前記導電タブと負電極の前記導電タブとが互いに反対側の端になるように、正電極が負電極に対して逆に積層され、
前記電極対の各々は、
積層されたバッテリコアをクランプしてバッテリコアを固定するために用いられるクランプケース、および
電解液、
を備え、バッテリコアの各端部は電流収集部の構造を有し、各電流収集部の構造はコネクタとクリップと接続プレートとを備え、クリップは導電タブの側面とコネクタの側面とをクランプして接続プレートを介してバッテリの端子に接続し、接続プレートは金属箔を積層することによって形成された可撓性の接続プレートである積層形リチウムイオン再充電可能バッテリ。
【請求項２】
前記クランプケースが、開放上端と開放下端を有する箱形構造を有し、クランプケースを締め付けてバッテリコアを固定する側部ボルトを備える請求項１記載のバッテリ。
【請求項３】
前記クランプケースは、ステンレス鋼，銅，又はアルミニウムから形成され、外側に凹状の押し型が形成されている請求項１記載のバッテリ。
【請求項４】
前記セパレータが、１つの側部に開口を有する袋形の形状を有し、電極対の正電極又は負電極の一方がセパレータに挿入される請求項１記載のバッテリ。
【請求項５】
正電極の導電タブおよび/又は負電極の細長い部分の上に、比較的大きい抵抗を有する領域Ａが存在し、導電タブの領域Ａは、短絡状態において、破壊され、電極から電流をほとんど又は全く流さないようにする請求項１記載のバッテリ。
【請求項６】
複数の正と負の電極対の積層体を有するバッテリコアを備えた積層形リチウムイオン再充電可能バッテリであって、前記電極対の各々は、
リチウムイオン活性物質をその上に有する第１金属プレートを備え、第１金属プレートが主本体部と主本体部から延びる薄い細長い部分を有する負電極、
リチウムイオン活性物質をその上に有する第２金属プレートを備え、第２金属プレートが主本体部と主本体部から延びる導電タブを有する正電極、
一方の側部に開口を有する袋形形状を有するセパレータ、
を備え、
セパレータは正又は負の電極の１つを包み、正の電極の導電タブと負の電極の導電タブとが反対の端になるように正の電極が負の電極に対して逆に積層され、
正電極の導体タブおよび／又は負電極の導電タブの上に、比較的大きい抵抗を有する領域Ａが存在し、導電タブの領域Ａは、短絡状態において、砕けて電極から電流をほとんど又は全く流さないようにし、
電解液、および
前記バッテリコアを固定するクランプケース、
を備え、
前記クランプケースは、開放上端と開放下端を有する箱形構造を備え、かつ、クランプケースを締め付けてバッテリコアを固定する側部ボルトを有し、バッテリコアの各端部は電流収集部の構造を有し、各電流収集部の構造はコネクタとクリップと接続プレートとを備え、クリップは導電タブの側面とコネクタの側面とをクランプして接続プレートを介してバッテリの端子に接続し、接続プレートは金属箔を積層することによって形成された可撓性の接続プレートであるバッテリ。
【請求項７】
導電タブの領域Ａの断面は、導電タブの他の領域の断面より小さい請求項５又は６記載のバッテリ。
【請求項８】
領域Ａは化学物質で被覆され、その化学物質は、高温において、導電タブと反応し領域Ａの抵抗を増大する請求項５又は６記載のバッテリ。
【請求項９】
前記化学物質は、以下の化合物：MnO2、Co2O3、Co3O4およびLiCO3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2、NiNO2、Cr2O3、Li2MnO4、LiCrO4、Li2FeO4、Fe3O4、Mn2(SO4)3、LiNoO3、フェノール、シュウ酸リチウム、ベンゾキノン、ヘキサンジオン、無水フタル酸、無水シュウ酸、ピリジックオキサイド、8-ヒドロキシ-キノリン、ヘキサメチレンテトラミン、アニリン、o-ニトロアニリン、p-ニトロアニリン、または1種類以上のp-ニトロフェノール、の1つ以上である請求項８に記載のバッテリ。
【請求項１０】
領域Ａは高温度抵抗化学物質で覆われ、その領域の熱消失を最小にする請求項５又は６記載のバッテリ。
【請求項１１】
正および／又は負の電極の導電タブ上に領域Ｂが存在し、領域Ｂは予め形成された高温状態で導体タブの抵抗を増大させる請求項１又は６記載のバッテリ。
【請求項１２】
前記正電極の活性物質は、リチウムと遷移金属との複合層状酸化物からなり、前記複合層状酸化物の式は、以下：LixNi1-yCoyO2(式中、0.9≦x≦1.1、0≦y≦1.0)およびLixMn2-yByO2 (このうち、Bは遷移金属であり、0.9≦x≦1.1、0≦y≦1.0)から選択される請求項１又は６に記載のバッテリ。
【請求項１３】
前記正電極の活性物質は、以下の黒鉛化炭素系材料：天然黒鉛、人造黒鉛、中間相炭素の極小球および中間相炭素繊維の1つから選択される請求項１又は６に記載のバッテリ。
【請求項１４】
前記電解質は、リチウム塩含有鎖状エステルおよびリチウム塩含有環状エステルの混合溶液であり、リチウム塩は、過塩素酸リチウム；ヘキサフルオロリン酸リチウム；テトラフルオロホウ酸リチウム；クロロアルミン酸リチウム；ハロゲン化リチウム；リチウムフルオロヒドロキシルホスホレートおよびリチウムオキシフルオロホスホレートの１つ；またはそれらの混合物を含み、鎖状エステルは、炭酸ジメチル；炭酸ジエチル；炭酸エチルメチル；炭酸エチルプロピル；炭酸ジフェニル；酢酸メチル；酢酸エチル；アクリル酸エチル；ジメトキシエタン；ジエトキシエタン；フッ素、硫黄または不飽和結合を有する他の鎖状有機エステルの1つ；またはそれらの混合物を含み、環状エステルは、炭酸エチレン；炭酸プロピレン；炭酸エチリデン；γ―ブチロラクトン；スルトン；フッ素、硫黄または不飽和結合を有する他の環状有機エステルの1つ；またはそれらの混合物を含む請求項１又は６に記載のバッテリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
この出願は、「積層形リチウムイオン再充電可能バッテリ」という名称で２００３年６月２３日に出願された出願番号第０３１３９６０７.０号の中国特許出願からの優先権を主張する。この出願は引用によってここに取り込まれる。
【０００２】
発明の分野
この発明は、リチウムイオン再充電可能バッテリに関し、特に、大容量で安全性の高い積層リチウムイオン再充電可能バッテリに関する。
【０００３】
発明の背景
近年、種々の携帯電子製品の広範囲な応用に伴って、リチウムイオン再充電可能バッテリが、高電圧，大容量，低電圧損失および零メモリ効果のようなその優れた特性により、種々の用途に広く用いられてきた。しかしながら、短絡がバッテリ内で生じた場合、内部電流が増大し、内部圧力が上昇するので、バッテリは爆発又は発火して燃えることがある。
【０００４】
中国特許第９６１９７２０４.１号は、ＰＴＣ要素を用いた或るタイプのバッテリを開示している。正常な充電状態では、ＰＴＣ要素の抵抗は比較的小さい。短絡状態では、その要素を通る電流は大きいので、温度が短時間に急激に上昇する。或る程度の温度に達すると、ＰＴＣ要素の抵抗が突然増大し、回路は短絡状態に近づく。温度が下がると、ＰＴＣ要素は低抵抗状態に戻り、回路は再び作動する。ＰＴＣ要素を用いることによって、バッテリ回路は短絡状態では遮断されるので、そのような短絡状態に何度でも耐えることができる。
【０００５】
中国特許第９８８０１７１０.５号は、非水電解質を用いた防爆再充電可能バッテリを開示している。バッテリの内部回路は、バッテリが過充電状態に達すると、安全に、かつ確実に遮断される。バッテリは高温状態用のサーキットブレーカを用いる。バッテリの構造は、電気的および機械的に接続された上下プレート（１，２）を封止状態で備えるようになっている。バッテリの内部圧力が正常状態を越えると、プレート（１，２）の機械的接続が破壊され、それによって電気的接続が遮断される。さらに、プレートの機械的破壊圧力は、バッテリの容積比の増加により減少する。
【０００６】
中国特許第９９１２１９３７.６号は、再充電可能バッテリ用の安全装置を開示している。その特徴は、電極や液状電解質を含むバッテリケースの上部開口に、底から上部へ積層された電極プレートをその下に備える封止ガスケットが存在することである。電極プレートと上カバーとの間に回路遮断部品がある。この回路遮断部品は、電極プレートが膨張して回路遮断部品に圧力を与える時に破壊される。回路遮断部品が破壊されて回路が遮断されることによって、バッテリの異常な作動や爆発に対する安全が確保される。
【０００７】
中国特許出願第０１２５２３８３.６号は、或るタイプの防爆リチウムイオンバッテリを開示し、それはバッテリのカバーの上に防爆安全バルブを備える。バッテリが短絡したとき、内部エネルギーが直ちに放出され、内部圧力が増大する。内部圧力が防爆安全値の限界に達すると、バルブが開いて高圧ガスの増加を解除し、バッテリ内の圧力を低下させ、それによって、バッテリの爆発を防止する。
【０００８】
上述の公知の特許技術によって、バッテリの安全性能はある程度まで改善されるが、欠点も同様に存在する。一般的に言って、構造が複雑で、コストが高く、バッテリ又はバッテリパックが大きい空間を占有してバッテリ容量全体に影響をおよぼす。さらに、バッテリが短絡したとき、安全処理はとられるが短絡したバッテリはそのプロセスにおいて損傷を受け、再使用できない。
【０００９】
さらに、上述の公知の特許技術では、電極グループは、通常、正電極プレートと、絶縁部材と、負電極プレートから構成され、すべてが積層され、かつ、巻き付けられて電極コアを形成する。そのコアは筒形又は方形に作られ、通常低容量のリチウムイオン再充電可能バッテリを形成する。しかしながら、バッテリ駆動電気車輌，バッテリ駆動電気自転車，通信スイッチ，航空宇宙および航空機用電源，工業用および家庭用の大容量ユニット用として、これらの電源は、通常、直列接続した複数の大容量バッテリから構成され、バッテリグループを形成する。これらのタイプの大容量バッテリのために、高レベルの安全性能が要求される。もし、巻回構造が用いられると、電極プレートの長さは１０メートルを越えるかその数倍に達し、巻回が著しく難しくなることがある。さらに、この構造は、どちらかといえば小さい熱放出面積を有し、内部熱放出に対して伝導的でなく、バッテリの高放電速度に影響を及ぼす。従って、大電流や大放電用には、巻回構造は適当ではない。
【００１０】
他のタイプの再充電可能バッテリと比較するとき、リチウムイオンバッテリは高い内部抵抗を有する。バッテリが高放電状態にあるとき、電圧が急激に低下し、放電時間が著しく短縮されるので、バッテリ容量が大きく低下する。通常の電極の低い導電特性は、リチウムイオンバッテリが高い内部抵抗を有する理由の１つである。現在、最もよく売れているバッテリは、１つ以上の導電タブ（電流収集部ともいう）を、電流を流すための導電体として使用する。しかし、そのような電流の流れは、少数の溶接スポットで制限され、低い導電率となり、不均一な電流が充電／放電過程において流れる。従って、そのような導電タブは、大容量，高放電，および高性能再充電サイクル特性を要求するバッテリには、適当でない。
【００１１】
さらに重要なことには、モータ駆動用バッテリとして用いられるような大容量バッテリの設計において、その安全性能は、考慮すべき基本的な要素である。一般的なリチウムイオン再充電可能バッテリに対して、導電タブは正および負電極カバーに溶接される。バッテリが落下したり激しく揺れると、コアが容易に移動し、正および負プレートがその位置から移動し、内部回路が破壊する。同時に、通常部品を押す力が導電タブの溶接スポットに働き、溶接スポットを容易に離反させ、それによって一連の安全性に問題が生じる。
【００１２】
従来技術のバッテリ設計についての問題点が与えられるので、従来技術の問題点を回避する新しい設計を提供することが望まれる。
【００１３】
発明の要旨
この発明の目的は、再充電可能バッテリ技術のための改善された安全性能を提供することにある。
【００１４】
この発明の他の目的は、再充電可能バッテリ用の改善された正および負電極導電タブ構造を提供することにある。
【００１５】
要するに、（１）積層された複数の正および負の電極対を有するバッテリコアと（２）バッテリコアを固定するケースとを備え、前記電極対の各々が、（ａ）セパレータ、（ｂ）リチウムイオン活性物質をその上に有する第１金属プレート、つまり負電極の金属プレートを有し、第１金属プレートが主本体部と主本体部から延びる薄く細長い部分、つまり導電タブを有する負電極、（ｃ）リチウムイオン活性物質をその上に有する第２金属プレート、つまり正電極の金属プレートを有し、第２金属プレートが主本体部と主本体部から延びる導体タブを有する正電極を備え、正電極の前記導電タブと負電極の前記細長い部分（導電タブ）とが互いに反対側の端になるように、正電極が負電極に対して逆に積層され、前記電極対の各々が、さらに、（ｄ）正電極の導電タブをクランプし正の電極収集部を形成して正端子へ接続される第１クリップ、（ｅ）負電極の導電タブをクランプし負の電流収集部を形成して負端子へ接続される第２クリップ、および（ｆ）電解液を備える積層形リチウムイオン再充電可能バッテリである。
【００１６】
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの発明の利点は次の通りである。
１）バッテリインピーダンスが比較的低く、優れた高放電速度と、大電流放電時の低い温度上昇と、良好な安全性能を有し、その構造のバッテリは、大容量，大電力使用に適し、特に自動車用の一次電源として適当である。
２）短絡状態において、電流収集部の構造は、電流の増大を抑制し、それによって著しく安全性能が改善される。
３）短絡が生じた後でも、バッテリは、容量を著しく変化させることなく、使用し続けられる。
【００１７】
図の説明
図１は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの構造図である。
図２は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの電極の側面図である。
図３は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリのクランプの斜視図である。
図４は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリのコア，シェル，上カバーの説明図である。
図５は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの領域Ａの説明図である。
【００１８】
好ましい実施態様の詳細な説明
積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの実施態様が開示される。そのバッテリの実施態様は、一般的に、リチウムイオン活性物質で被覆された金属プレートからなる負電極と、リチウムイオン活性物質で被覆された金属プレートからなる正電極と、セパレータと、非水電解質を有し、それらはすべて１つのバッテリケースに収容される。正電極，セパレータ，および負電極は、電極対を形成する。複数の電極対が積層されてバッテリコアを形成し、バッテリコアはクランプされて、バッテリケースに収納される。
【００１９】
正と負電極の金属プレートは、各々主本体部と、正および負電極の金属プレートの主本体部から延びる薄い細長い部分（導電タブともいう）とを有する。導電タブは、集合的に正および負電流収集部を形成し、正と負の電流収集部はコアの対向する端部にある。
【００２０】
コアの各端部は電流収集部の構造を有し、その構造の各々はコネクタ，クリップおよび接続プレートを備える。クリップは導電タブの側部とコネクタの側部に沿ってクランプし、接続プレートを介してバッテリの端子に導通する。
【００２１】
クランプケースは、開放された上下端を有し、側部にねじを用いてコアを締めつける箱形構造である。クランプケースは、２つの端部に突出部を有することによって改善される。突出部の長さとクランプケースの高さとの和は、バッテリ長さと上下カバーの厚さとの差に等しい。クランプケースは、ステンレス鋼，銅又はアルミニウム材料を用い、外側に凹状の押し型を作ることによってさらに改良される。
【００２２】
セパレータは、一つの側部が開いた袋形セパレータを用いることによって改良され、少なくとも１つの電極は、袋形セパレータに挿入され、積層形コアを形成する。
【００２３】
正および負電極の電流収集部，コネクタ，クリップおよび接続プレートは、１つ以上のねじ，１つ以上のリベット，１つ以上の溶接ねじ，又は１つ以上の溶接リベットによって互いに接続され１つのユニットを形成する。
【００２４】
上述した接続プレートは、複数層の金属箔を用いて可撓性の接続プレートを形成することによりさらに改良される。
【００２５】
正および／又は負電極の導電タブの各々において、比較的大きい抵抗を有する領域Ａが存在する。正および負の電極の電流収集部は、短絡状態において相対的に高い電流を経験するとき、この領域における高い抵抗によってこの領域が加熱して破壊するか、又は正および負電極対を低い電流が通過する。
【００２６】
領域Ａの断面は、電流収集部の他の領域の断面よりも小さくすべきである。領域Ａの断面は切り欠きを用いて低減できる。
【００２７】
領域Ａは化学物質で被覆され、その被覆が高温時に電流収集部と反応して領域Ａの抵抗を増大させるようにすることができる。
【００２８】
上記化学物質は、MnO2、Co2O3、Co3O4およびLiCO3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2、NiNO2、Cr2O3、Li2MnO4、LiCrO4、Li2FeO4、Fe3O4、Mn2(SO4)3、LiNoO3、フェノール、シュウ酸リチウム、ベンゾキノン、ヘキサンジオン、無水フタル酸、無水シュウ酸、ピリジックオキサイド(pyridic oxide)、8-ヒドロキシ-キノリン、ヘキサメチレンテトラミン、アニリン、o-ニトロアニリン、p-ニトロアニリン、または1種類以上のp-ニトロフェノール、の1つ以上であることができる。
【００２９】
上記領域Ａはその領域の熱放出を最小になるように、耐高温接着シートで覆われてもよい。
【００３０】
正および負電極の電流収集部において、ＰＴＣ領域Ｂが存在する。短絡状態において高温が発生すると、正および負電極の電流収集部はこの領域において抵抗を増大させ、電流を低減させる。温度が低下した後には、電流収集部は機能を持続することができる。
【００３１】
上記の積層形リチウムイオン再充電可能バッテリにおいて、他の要素はさらに次のように改良される。
【００３２】
負極はリチウムと遷移金属との複合層状酸化物からなる活性物質を含み、その活性物質はリチウムイオンに対する逆反応を有する。これらの活性物質の例としては、LixNi1-yCoyO2(式中、0.9≦x≦1.1、0≦y≦1.0)およびLixMn2-yByO2 (このうち、Bは遷移金属であり、0.9≦x≦1.1、0≦y≦1.0)で表される。リチウムと遷移金属との複合層状酸化物が挙げられる。
【００３３】
正極は、リチウムイオンをくり返し吸収および放出可能な黒鉛化カーボンシリーズの材料を含む活性物質を備える。そのような活性物質材料の例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、中間相炭素の極小球および中間相炭素繊維が挙げられる。
【００３４】
上記電解溶液は、リチウム塩含有鎖状エステルおよびリチウム塩含有環状エステルの混合溶液を含む。リチウム塩は、過塩素酸リチウム；ヘキサフルオロリン酸リチウム；テトラフルオロホウ酸リチウム；クロロアルミン酸リチウム；ハロゲン化リチウム；リチウムフルオロヒドロキシルホスホレートおよびリチウムオキシフルオロホスホレートの１つ；またはそれらの混合物を含み、鎖状エステルは、炭酸ジメチル；炭酸ジエチル；炭酸エチルメチル；炭酸エチルプロピル；炭酸ジフェニル；酢酸メチル；酢酸エチル；アクリル酸エチル；ジメトキシエタン；ジエトキシエタン；フッ素、硫黄または不飽和結合を有する他の鎖状有機エステルの1つ；またはそれらの混合物を含み、環状エステルは、炭酸エチレン；炭酸プロピレン；炭酸エチリデン；γ―ブチロラクトン；スルトン；フッ素、硫黄または不飽和結合を有する他の環状有機エステルの1つ；またはそれらの混合物を含む。
【００３５】
実施態様
積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの本願発明の詳細説明は、以下の通りである。
【００３６】
第１実施態様
符号の説明は次の通りである。
１  積層形電極コア
２  クランプケース
３  バッテリケース（シェル）
４，４′  接続プレート
５，５′  コネクタ
６，６′  クリップ
７，７′  絶縁リング
８，８′  バッテリ端部カバー
９  袋形セパレータ
１０  電極プレート（シート）
１１  電流収集部
１２  突出部
【００３７】
図１を参照すると、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリのこの発明は、積層形電極コア１，クランプケース２，ケース３，各端部の接続プレート４，４′，各端部のコネクタ５，５′，各端部のクリップ６，６′，各端部の絶縁リング７，７′，各端部の先端カバー８，８′，各端部の端子１３，１３′を含む
【００３８】
図２を参照すると、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリは、積層形電極コア１を形成するための袋形セパレータ９を使用し、正および負電極プレート１０の一方を袋形セパレータ９の中に挿入して積層する。この方法によって、長い電極プレートは複数の小片に分割され、バッテリの組立てが容易になる。袋形セパレータ９は、高温を用いてセパレータの側部を溶融し一つの側部を開放して袋を形成することにより形成される。電極プレート１０はその開放側部から挿入され、電流収集部は外部へ露出され、袋形セパレータ９の他の側部は強固に封止され、完全に正と負の電極プレート１０を完全に分離する。従って、袋形セパレータ９の利点は、（１）製作が容易，（２）バッテリの内部短絡を効果的に防止し安全性を改善する。さらに、方形の積層形構造によって、放熱領域が増大し、バッテリの急速放電特性が向上する。
【００３９】
図３を参照すると、クランプケース２は、開放された上端と下端を有する箱形構造で、積層されたコアをクランプするために使用される。クランプケース２は、ステンレス鋼板，銅板，又はアルミニウム板の材料で製作され、外側に凹状の押し型が形成され、１つの側部に１つ以上のねじを用いてコアが締め付けられる。このようにして、コアは動かないように効果的に保護され、バッテリが落下したり、激しい振動にさらされても、正極と負極の短絡が防止される。さらに、単一側部固定の箱形は、バッテリの内部スペースを利用してバッテリの容量を都合よく最大化する。クランプケースの２つの側部はすべて、突出部１２を有する。バッテリの組立において（図４を参照すると）、上および下カバー８，８′がバッテリケース３に溶接されるとき、コアが動かないように、２つの端部の突出部１２が上カバー８，８′の両側部に突合わされ、クランプケースの外側とバッテリケースの内側とが接触し、堅固なコアを有する強固なバッテリが形成される。
【００４０】
接続プレート４，４′は、金属箔を重ねて形成した可撓性接続プレートであり、その導電性や可撓性は、他のどの方法によるものよりも優れている。この構造のバッテリが高振動環境で使用されると、バッテリの電流収集構造に印加される外力は、効果的に消滅する。接続プレートの接続点は、外力によって影響されにくいので、それらは簡単にゆるむことがなく、バッテリの安全性能が著しく改良される。
【００４１】
この発明において、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの２つの端部における正と負の電流収集部はコネクタ５，５′の側部の積層方向に沿ってクリップ６，６′を用いて強固にクランプされ、それは溶接されたねじ又は溶接されたリベットを介して接続され電流収集構造を形成する。コネクタ５，５′はアルミニウム又は銅材料からなるＴ形構造であり、そのような構造は、力を受ける側部が正および負の電流収集部によって影響されないことを示す。さらに、技術は単純であり、充電又は放電中の電流分布を保証し、接触抵抗を効果的に除去し、内部バッテリ抵抗を減じる。
【００４２】
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの正電極プレートの製造方法は、次の通りである。つまり、ＰＶＤＦがＮＭＰに溶解され、LiCoO2およびアセチレンブラックがその溶液中に加えられ、十分に混ぜられて濃いペーストになり、そのペーストはLiCoO2：アセチレンブラック：ＰＶＤＦ＝９２：４：４から構成される。そのペーストは、２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布され、１２０℃で３時間乾燥される。加圧されて延ばされた後、正電極プレートは、２２０×１２０ｍｍ2の面積と１６０μｍの厚さを有する。正電極プレートの終端側のペースト層が除去されて２０ｍｍの幅をもつアルミニウム箔を露出する。
【００４３】
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの負電極プレートの製造方法は、次の通りである。つまり、ＰＶＤＦがＮＭＰに溶解され、人工黒鉛がその溶液に加えられ十分に混合されてペーストが作られる。そのペーストは人工黒鉛：ＰＶＤＦ＝９５：５から構成される。そのペーストは２０μｍの銅箔の両面に均一に塗布され、１２０℃で３時間乾燥される。加圧されて引伸ばされた後、負電極プレートは２２０×１２０ｍｍ2の面積と１６０μｍの厚さを有する。負電極プレートの終端側のペースト層が除去されて２０ｍｍの銅箔を露出する。
【００４４】
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの組立て方法は次の通りである。
袋形セパレータの中に、正と負の電極プレートがそれぞれ挿入される。そのセパレータは、４０μｍの厚さを有し、微孔質のポリプロピレン材料から作られ、整然と積層され、積層電極コアを得るためにクランプケースを介して密接にクランプされる。このコアの２つの端部は、正と負の電極電流収集部において、アルミニウム箔と銅箔を露出する。電極プレートの積層方向に、正と負の電流コネクタが、上と下のコネクタ上でねじ又はクリップによって強固にクランプされ、正と負の電極の電流収集構造を形成する。コアはシェルの中にセットされ、２つの端部は接続プレート４，４′，絶縁リング７，７′，およびカバー８，８′によって取り付けられる。次に、カバーはシェルの頂上に溶接される。コアの外側とシェルの内側は密接に接着され、コア上のクランプの２つの端部の突出部は、カバーの２つの側部で接合する。バッテリが完全に組立てられると、１mol／ｃｍ3濃度のLiPF6が、EC/DEC＝１：１混合溶液中に溶解され、バッテリシェル中に注入され、封止され、１００Ａｈ方形積層リチウムイオン活性バッテリが製作される。
【００４５】
バッテリ特性テスト
放電性能
上記方法から製作された方形積層リチウムイオン活性バッテリは、２０Ａ一定電流で４.１Ｖまで充電される。電圧が４.１Ｖまで上昇した後、バッテリは一定電圧で充電され０.５Ａで遮断される。次に、バッテリは２０Ａの一定電流で再び放電され、電圧が３.０Ｖになると遮断され、初期容量とインピーダンスがテストされる。
【００４６】
負荷性能
方形リチウムイオン駆動バッテリは、４.１Ｖまで２０Ａの定電流で充電される。電圧が４.１Ｖまで上昇すると、バッテリは定電圧で充電され、電流が０.５Ａになると遮断される。次に、バッテリは１００Ａの一定電流で放電され、電圧が３.０Ｖになると遮断される。高負荷における容量の維持率と放電中の温度変化範囲がテストされる。
【００４７】
安全性能
落下テスト
方形リチウムイオン駆動バッテリは２０Ａの一定電流で４.１Ｖまで充電される。電圧が４.１Ｖまで上昇すると、バッテリは一定電圧で充電され、電流が０.５Ａになると遮断される。
インピーダンスと電圧が降下前にテストされる。次に、バッテリの地面に面する側面が保持され、バッテリは１メートルの高さから土の表面へ落とされる。次に、バッテリの６つの側面の各々が保持されては落とされ、それによって１サイクルが構成される。各落下サイクルの後で、インピーダンスと電圧が測定される。同時にバッテリは漏洩，発熱，発煙および爆発について試験される。３サイクルが連続して行われる。
【００４８】
上記のテストの結果は、表１に示される。
【表１】
0004423290.tif 000002
【００４９】
実施態様２
付設図面の符号の説明
１４  電極プレート
１５  電流収集部
１６  領域Ａ
１７  耐高温接着層
【００５０】
積層形リチウムイオン再充電可能バッテリに関するこの発明は、以下に詳述される。
【００５１】
図５に示すように、電極プレート１４は、電流収集部１５を有し、電流収集部１５は１６で示される領域Ａを備える。領域Ａは相対的に高抵抗を有する領域である。
【００５２】
解析において、バッテリの内部短絡は、まず内部の１つ以上の箇所で発生する。積層形バッテリに対しては、電流は１つの電極プレートで急激に上昇する。もし、このプレートの電流収集部が比較的高抵抗の領域を有すると、それによって電流の上昇が抑制され、電流が他のプレートで上昇することが防止され、バッテリの安全性能が改善される。バッテリが短絡した後も、バッテリは使用可能で、バッテリの容量は大きく変化しない。
【００５３】
領域Ａは電流収集部１５の比較的高抵抗領域であり、これは、例えば、電流収集部の断面積を減らす、電流収集部に切り欠きを作る、電流収集部に穴をあけるなど、多くの方法で実現できる。
【００５４】
電流収集部１５上に耐高温接着層１７を設けることによって、電流収集部の熱消失と、電極プレート近傍の電流収集部の温度上昇が防止され、バッテリの安全性能が著しく改善される。さらに、接着層１７は、電流収集部１５の強度も増すことができる。
【００５５】
化学物質が領域Ａ上に塗布されてもよい。バッテリが短絡すると、内部温度が急に上昇する。それが或る温度に達すると、その化学物質が領域Ａと反応し、電流収集部よりも高い抵抗を有する物質を作り出す。電流が急激に増大し、この電流収集部が迅速に溶解するか、又は抵抗が増大するので、電流はいずれにしても減少し、バッテリの安全性能が向上する。
【００５６】
化学物質被膜の化学組成は、酸化体や、高温で電流収集部に反応する薬剤でよい。この薬剤は正規の電気的相互作用に干渉すべきではなく、バッテリに有害な作用をもたらしてはならない。その被膜は、MnO2、Co2O3、Co3O4およびLiCO3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2、NiNO2、Cr2O3、Li2MnO4、LiCrO4、Li2FeO4、Fe3O4、Mn2(SO4)3、LiNO3、フェノール、シュウ酸リチウム、ベンゾキノン、ヘキサンジオン、無水フタル酸、無水シュウ酸、ピリジックオキサイド(pyridic oxide)、8-ヒドロキシ-キノリン、ヘキサメチレンテトラミン、アニリン、o-ニトロアニリン、p-ニトロアニリン、または1種類
以上のp-ニトロフェノールであってもよい。
【００５７】
電流収集部はＰＴＣ領域，領域Ｂを備える。ＰＴＣは、コアの正および負電極において、同じ電極の電流収集部に接続される。
【００５８】
積層形リチウムイオン再充電可能バッテリが短絡すると、内部温度が急上昇し、その高温によって領域Ｂの抵抗が多くの起伏を増加させて電流を減少させるか、又は、高温によって領域Ｂが溶解して破壊しこの電極プレートと他の正および負電極間の接続を遮断する。温度が低下すると、接続タブは自動的に再び接続される。温度が低下した後、電流収集部は作動することができる。このようにして、漏洩，燃焼および爆発の可能性が減少し、バッテリの安全性が改善できる。
【００５９】
そこで、この発明の特定の実施例が次に示される。まず、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの正電極プレートがテストされる。
【００６０】
実施態様３
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの正電極プレートの製造方法は、次の通りである。つまり、ＰＶＤＦがＮＭＰに溶解され、LiCoO2とアセチレンブラックが、その溶液に加えられる。この溶液は、ペースト状になるまで十分に混ぜ合わされる。そして、それは、LiCoO2，アセチレンブラック，ＰＶＤＦ＝９２：４：４で構成される。そのペーストは、２０μｍのアルミニウム箔の両面に均一に塗布され、１２０℃で３時間、乾燥される。加圧されて引き伸ばされた後、正電極の端縁のペーストを除去する。正電極プレートは２９ｍｍ×４０ｍｍ×０.１５ｍｍの大きさを有し、電流収集部は４ｍｍの幅を有する。
【００６１】
電流収集部はその中心近傍に穴が形成され、穴の直径はφ１.０で、３つの穴がある。電流収集部は少なくともすべての穴を覆う耐高温接着層で被覆されている。
【００６２】
実施態様４
この実施態様の他の点は、実施態様３と同じである。
【００６３】
実施態様５
電流収集部に１つの穴を有することを除いて、この実施態様の他の点は、実施態様３と同じである。
【００６４】
実施態様６
電流収集部上に０.１ｍｍのMnO2を被覆すること以外は、この実施態様の他の点は、実施態様３と同じである。
【００６５】
実施態様７
電流収集部上に０.１ｍｍのCo2O3を被覆すること以外は、この実施態様の他の点は、実施態様３と同じである。
【００６６】
実施態様８
電流収集部上に０.１ｍｍのLiCO3を被覆すること以外は、この実施態様の他の点は、実施態様３と同じである。
【００６７】
比較実施態様１
電流収集部が穴を備えず、耐高温接着層で被覆されていないこと以外はこの実施態様の他の点は実施態様３と同じである。
【００６８】
性能テスト
３.６Ｖの一定電圧を用いて、ヒューズを破断させるに必要な電流と時間が表２に示される。
【表２】
0004423290.tif 000003
【００６９】
２０層の正プレートを有する積層形リチウムイオン再充電可能バッテリは、１６００ｍＡｈの容量を有する。短絡電流が電極プレートの１５Ｃ容量に到達するとき、電流収集部は溶解して回路を遮断し、電流と内部圧力の増大を防止し、それによって、バッテリの安全性能を改善し、バッテリが使用不能になることを回避する。
【００７０】
電極プレートからバッテリを製造した後にバッテリ性能をテストすることは、以下の通りである。
【００７１】
実施態様９
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの正電極プレートの製造方法は、実施態様３と同じである。
【００７２】
この積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの負電極プレートの製造方法は、次の通りである。ＰＶＤＦがＮＭＰの中に溶解され、人工黒鉛がその溶液に加えられ、ペースト状になるまで十分に混ぜ合わされる。そのペーストは、人工黒鉛：ＰＶＤＦ＝９５：５から構成される。そのペーストは、２０μｍの銅箔の両面に均一に塗布され、１２０℃で３時間、乾燥される。加圧されて引き伸ばされると、負電極プレートは３０ｍｍ×４２ｍｍ×０.１５μｍの大きさを有し、電流収集部は４ｍｍの幅を有する。
【００７３】
積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの組立て方法は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの正規の組立て方法に似ている。正のプレート，セパレータおよび負のプレートの積層において、２５の正のプレートと２６の負のプレートがある。バッテリが組立てられた後、１mol／ｃｍ3の濃度レベルを有するLiPF6からなる電解液が、EC/DEC＝１：１の混合溶液に溶解され、シェルの中に注入される。次に、バッテリは封止され、１６００ｍＡｈ方形積層リチウムイオン駆動バッテリが形成される。
【００７４】
実施態様１０
正電極プレートの製造方法は実施態様４のものと同じであり、この実施態様の他の点は実施態様９と同じである。
【００７５】
実施態様１１
正電極プレートの製造方法は、実施態様５と同じであり、この実施態様の他の点は実施態様９と同じである。
【００７６】
実施態様１２
正電極プレートの製造方法は、実施態様６と同じであり、この実施態様の他の点は実施態様９と同じである。
【００７７】
正電極プレートの製造方法は、実施態様７と同じであり、この実施態様の他の点は実施態様９と同じである。
【００７８】
正電極プレートの製造方法は、実施態様８と同じであり、この実施態様の他の点は実施態様９と同じである。
【００７９】
比較実施態様２
正の電極プレートの製造方法は比較実施態様１と同じであり、この実施態様の他の点は実施態様９と同じである。
【００８０】
性能テスト
外部短絡は次のようにテストされる。バッテリは４.２Ｖまで充電され、５０ｍＡで遮断され、５ｍΩの抵抗が正と負の電極を接続してバッテリを短絡させるために用いられる。バッテリの表面温度が記録され、バッテリは漏洩，燃焼および爆発が観察される。
【００８１】
上記テストの結果が表３に示される。
【表３】
0004423290.tif 000004
【００８２】
実施態様および比較実施態様は、電流収集部に関して測定を行い、比較的高い抵抗を有する領域を作ることにより、温度と圧力がバッテリの短絡時に制御され、それによって、漏洩，燃焼および爆発の可能性を減少することを示している。積層形リチウムイオン再充電可能バッテリのこの発明は、電気駆動自動車，ラップトップコンピュータ，携帯電話，電気駆動玩具などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】図１は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの構造図である。
【図２】図２は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの電極の側面図である。
【図３】図３は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリのクランプの斜視図である。
【図４】図４は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリのコア，シェル，上カバーの説明図である。
【図５】図５は、積層形リチウムイオン再充電可能バッテリの領域Ａの説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  積層形電極コア
２  クランプケース
３  バッテリケース（シェル）
４，４′  接続プレート
５，５′  コネクタ
６，６′  クリップ
７，７′  絶縁リング
８，８′  バッテリ端部カバー
９  袋形セパレータ
１０  電極プレート（シート）
１１  電流収集部
１２  突出部
１４  電極プレート
１５  電流収集部
１６  領域Ａ
１７  耐高温接着層
【図１】
0004423290.tif 000005
【図２】
0004423290.tif 000006
【図３】
0004423290.tif 000007
【図４】
0004423290.tif 000008
【図５】
0004423290.tif 000009