(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とをセパレータを介して対向させてなる電極体と、前記電極体を収容する電池外装缶と、前記電池外装缶の開口部を封口する封口蓋と、前記正極と電気的に接続した正極集電体とを有し、かつ、
前記正極集電体と、前記正極集電体と電気的に接続される電池外装缶または封口蓋の内面とが、アルミニウムで構成された電池において、
前記電池外装缶または封口蓋の内面と正極集電体とは、導電性接着材により接合されている、
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記正極集電体は、集電網であり、かつ、その集電網と前記電池外装缶または封口蓋の内面とは、集電網の網目内に導電性接着材が入り込んだ状態で接合されている、
請求項１記載の電池。
【請求項３】
前記導電性接着材は、導電性塗料の乾燥被膜である、
請求項１または２記載の電池。
【請求項４】
前記電池外装缶または封口蓋は、アルミニウム板とステンレス板とを貼り合わせてなるクラッド材から構成され、かつ、電池外装缶または封口蓋の内面がアルミニウム板である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池。
【請求項５】
前記正極は、リチウムを含有する複合酸化物を活物質とし、かつ、前記負極は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を活物質とする、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池等の電池に関し、特に電池外装缶または封口蓋の内面と正極集電体との接合に関する。
【０００２】
【従来の技術】
正極にコバルト酸リチウム等のリチウム含有複合酸化物を用い、負極にリチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を用いたリチウムイオン電池は、高電圧、高エネルギー密度といった特徴を有し広く利用されている。この電池の形状としては、コイン形（ボタン形）、円筒形あるいは角形が多い。
【０００３】
コイン形の電池は、一般に、円板状の正極と負極とがセパレータを介して対向してなる電極体を内部に収容したステンレス製の正極缶と負極封口蓋とを、絶縁ガスケットを介して、かしめ固定した構造をしている。そして、上記正極と負極はそれぞれステンレス製集電体を介して、正極缶と負極封口蓋に電気的に接続している。この場合、正極缶等と集電体は、電気的な接続を確実なものにするため、通常、製造効率やコスト面で有利なスポット溶接で接合する。
【０００４】
ところで、リチウムイオン電池は、充電時の電池電圧が４Ｖ以上の高電圧になるものである。このため、一般的なコイン形電池のように正極缶や集電体にステンレスを用いると、ステンレスは４Ｖ以上の高電圧で腐食（鉄が溶出）してしまうので、高い電池性能を備えた電池を構成できない。
【０００５】
そこで、正極缶や集電体の形成材料として、ステンレスよりも耐食性に優れたアルミニウムを用いることが検討されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、アルミニウムは、電気抵抗率が低く、熱伝導性が高いため、アルミニウム製正極缶とアルミニウム製集電体をスポット溶接で接合した場合、充分な接合強度で接合しないという問題がある。接合強度が充分でないと、電池の使用中に正極缶と集電体の接合が外れて電気的接続が悪くなり、電池の容量が取り出せないという重大なトラブルを引き起こす。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、電池外装缶、封口蓋、集電体にアルミニウムを用いたとしても、これらが充分な接合強度で接合し、その接合が電池使用中に外れることがない電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、正極と負極とをセパレータを介して対向させてなる電極体と、前記電極体を収容する電池外装缶と、前記電池外装缶の開口部を封口する封口蓋と、前記正極と電気的に接続した正極集電体とを有し、かつ、前記正極集電体と、前記正極集電体と電気的に接続される電池外装缶または封口蓋の内面とが、アルミニウムで構成された電池において、前記電池外装缶または封口蓋の内面と正極集電体とは、導電性接着材により接合されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、接合部分がともにアルミニウムである電池外装缶または封口蓋と集電体とが導電性接着材の接着力によって接合されているので、スポット溶接で接合した場合に比べ、強固に接合したものとなる。よって、電池の使用中に両者の接合が外れて、電池容量が取り出せないといった事態を招くこともない。
【００１０】
また、導電性接着材による接合は、スポット溶接で接合する場合に比べ、低い温度で行えるので、電池の各部材が熱損傷等を受けるおそれがない。さらに、導電性接着材自体が導電性を有しているので、この接着材による接合によって電気的接続が不充分になることもない。そして、電池外装缶または封口蓋にはアルミニウムを用いるので、電池重量の増大を招かず、単位重量当たりのエネルギー密度を大きく損なうこともない。また、導電性接着材を電池外装缶または封口蓋と集電体との間に形成すればよいので、生産性や低コスト性の面で大幅に不利になることもない。
【００１１】
なお、本発明において、アルミニウムとは、金属アルミニウムの他、アルミニウム合金をも含む概念で用いている。よって、特に示さない限り、アルミニウムといえば、金属アルミニウムとアルミニウム合金の双方を含む。
【００１２】
また、電池外装缶とは、片端開口部を有する有底状のものであって、この外装缶自体が電池から外部への電流取り出し端子になるものをいい、封口蓋とは、上記電池外装缶の開口部を封口するものであって、この封口蓋自体が電池から外部への電流取り出し端子になるものをいう。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記正極集電体は、集電網であり、かつ、その集電網と前記電池外装缶または封口蓋の内面とは、集電網の網目内に導電性接着材が入り込んだ状態で接合されていることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成であれば、集電網と導電性接着材との接触面積が大きくなるので、電池外装缶または封口蓋の内面と集電網とが特に強固に接合した電池となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記導電性接着材は、導電性塗料の乾燥被膜であることを特徴とする。
【００１６】
導電性塗料の乾燥被膜は、例えば、電池外装缶または封口蓋の内面に導電性塗料を塗布して液膜を形成し、その液膜形成部分に集電体を載置した後、乾燥固化させれば形成することができる。よって、電池外装缶または封口蓋と集電体とを簡便に接合させることができ、生産性や低コスト性の観点から有利である。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記電池外装缶または封口蓋は、アルミニウム板とステンレス板とを貼り合わせてなるクラッド材から構成され、かつ、電池外装缶または封口蓋の内面がアルミニウム板であることを特徴とする。
【００１８】
アルミニウムは、高電圧であっても腐食を生じないものであるが、柔らかい金属であるため、強度面でやや劣る。一方、ステンレスは、上述したように、４Ｖ以上の高電圧で腐食の懸念があるが、アルミニウムに比べ、強度面に優れる。よって、アルミニウム板とステンレス板とを貼り合わせてなるクラッド材を電池外装缶または封口蓋に用いれば、腐食のおそれがなく、しかも強度面で支障がないため、その結果として、優れた電池となる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４に記載の発明において、前記正極は、リチウムを含有する複合酸化物を活物質とし、かつ、前記負極は、リチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料を活物質とすることを特徴とする。
【００２０】
上記の構成によれば、電池外装缶または封口蓋と集電体とが充分な接合強度で接合したリチウムイオン電池を提供できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、コイン形のリチウムイオン電池を例として、図面を用いて説明する。図１は、この電池の構成を示す模式的な断面図である。図２は、正極缶と正極集電体との接合部分を示す模式的な拡大断面図である。
【００２２】
図１に示すように、この電池は、外観がコイン形状であって、金属アルミニウム板とステンレス板とを貼り合わせ、内面が金属アルミニウム板になるようにしたクラッド材製の正極缶（電池外装缶）１を有しており、この正極缶１内には、ＬｉＣｏＯ2 を活物質とする正極２と、天然黒鉛を活物質とする負極３と、両極を離間するポリプロピレン不織布からなるセパレータ４とから構成される電極体５が収容されている。なお、セパレータ４には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）の等量混合溶媒にヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ6 ）を１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶かしてなる電解液が含浸されている。そして、正極缶１の開口部は、絶縁ガスケット６を介して、周縁部が折り曲がっているステンレス製の負極キャップ（封口蓋）７がかしめ固定され、封口されている。なお、図中の８は、ステンレス製の負極集電網であり、負極キャップ７にスポット溶接で接合されている。
【００２３】
上記正極缶１の内底部には、図２に示すように、金属アルミニウム製の正極集電網９が、その集電網９の網目内に導電性塗料の乾燥被膜１０が入り込んだ状態で接合されている。なお、図示のように、集電網９の一部が露出した状態になっておれば、正極２と集電網９とが点接触になるため、電気的接続の確実性の点で好適である。
【００２４】
なお、電池の寸法は、直径２４．５ｍｍ、高さ約３ｍｍである。
【００２５】
上記構造のリチウムイオン電池を、以下のようにして作製した。
【００２６】
まず、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2 と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン樹脂とを、９０：５：５の質量比で混合したものを円板状に加圧成形することにより、正極を作製した。
【００２７】
また、負極活物質としての天然黒鉛と、導電剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリテトラフルオロエチレン樹脂とを、９０：５：５の質量比で混合したものを円板状に加圧成形することにより、負極を作製した。
【００２８】
つぎに、正極缶の内底部に、水ガラス（ケイ酸カリウムの水溶液）に炭素粉末を２０質量％（塗料全体中に占める割合）分散させてなる導電性塗料を塗布して、厚み１５０μｍの液膜を形成した後、その液膜形成部分に正極集電網（厚み３００μｍ）を載置し、その状態のまま１５０℃の温度で乾燥固化することにより、正極缶と正極集電網の接合を行った。一方、ステンレス製の負極キャップの内壁面にステンレス製の負極集電網をスポット溶接で接合した。
【００２９】
つづいて、上記正極缶内の正極集電網の上に、前記正極とポリプロピレン不織布からなるセパレータとをこの順で載置し、そのセパレータに対し電解液を注液した後、さらに前記負極を載置した。そして、上記電池外装缶の開口部に、ポリプロピレン製の絶縁ガスケットを介して、前記集電網付き負極キャップを圧入しかしめ固定することにより、リチウムイオン電池を製造した。
【００３０】
なお、上記実施の形態においては、導電性塗料として、水ガラスに炭素粉末を分散させてなる塗料を用いたが、これに限定するものではない。本発明において、導電性塗料とは、導電性粒子を粘結剤（合成樹脂、低融点ガラス等）および溶剤に分散させた液状物であって、これを塗布し乾燥固化してなる乾燥被膜中で導電性粒子同士が接触し、被膜自体が導電性を示すものをいう。導電性粒子としては、上記炭素粉末の他、例えば、銀粉、銅粉等の金属粉末が好適に用いられ、また、粘結剤としては、上記水ガラスの他、例えば、エチルセルロース、フェノール樹脂、硼酸塩等が好適に用いられる。また、導電性塗料の他、合成樹脂（粉体）中に導電性粒子が分散されてなる導電性樹脂を用いることも可能である。この場合、正極缶と正極集電体の接合は、導電性樹脂の熱溶着を利用する。
【００３１】
また、上記正極缶と正極集電網の接合は、図２に示すような接合に限定するものではなく、例えば、導電性塗料の乾燥被膜１０が正極２に接触するような接合であってもよい。
【００３２】
さらに、前記正極缶としては、アルミニウム板とステンレス板とを貼り合わせてなるクラッド材を用いたが、これに限定するものではない。上記ステンレス板の他に、例えば、銅、鉄、ニッケル等のアルミニウム以外の金属材料等からなる板を用いることができる。また、アルミニウム板からなるものや、缶内部側がアルミニウム板である３層以上の多層構造のものも用いることができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態においては、負極キャップと負極集電体にステンレスを用いたが、これに限定するものではない。例えば、ニッケル、銅等のステンレス以外の金属材料を用いることができる。なお、銅を用いた場合、スポット溶接での接合は接合強度が不充分となりやすいため、前記導電性接着材で接合するのが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記コイン形のリチウムイオン電池に限定するものではなく、その他の電池にも適用することができる。
【００３５】
但し、本発明を上記リチウムイオン電池に適用する場合には、正極活物質としては上記ＬｉＣｏＯ2の他、例えば、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＦｅＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 等のリチウム含有複合酸化物が好適に用いられ、また、負極活物質としては、上記天然黒鉛の他、人造黒鉛や、部分的に黒鉛構造を持つ炭素質材料等のリチウムイオンを吸蔵放出できる炭素材料等が好適に用いられる。さらに、電解液の溶媒としては上記のＥＣとＤＭＣの他、例えば、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等の有機溶媒や、これらとジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン等の低沸点溶媒との混合溶媒を用いることができる。また、電解液の溶質としては、上記ＬｉＰＦ6 の他、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 、ＬｉＮ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 、ＬｉＮ（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2 等を用いることができる。
【００３６】
【実施例】
つぎに、本発明について、実施例および比較例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
実施例１としては、上記発明の実施の形態に示す方法と同様の方法にて作製した電池を用いた。この電池を本発明電池とした。
【００３８】
（比較例１）
正極缶と正極集電網の接合方法をスポット溶接に代えた以外は、実施例１と同様にして、リチウムイオン電池を製造した。なお、この電池を比較電池とした。
【００３９】
上記で作製した本発明電池および比較電池について、下記に示す方法で、充放電サイクル特性を評価した。
【００４０】
（充放電サイクル特性）
充電は、定電流３ｍＡで電池電圧４．２Ｖを充電終止電圧とし、放電は、定電流３ｍＡで電池電圧３．０Ｖを放電終止電圧とした。また、電池の放電容量が１サイクル目の放電容量の半分以下になったときをサイクル寿命の終了とした。なお、試験数はそれぞれ１０個とした。
【００４１】
（結果）
本発明電池（導電性接着材による接合）は、１サイクル目における放電容量が平均８０ｍＡｈであったのに対し、比較電池（スポット溶接による接合）は、１サイクル目における放電容量が平均７９ｍＡｈであった。この結果より、導電性接着材による接合であっても、スポット溶接で接合した場合と同程度の初期放電容量を確保できることがわかった。
【００４２】
また、本発明電池は、サイクル寿命が２８０〜３１０回であったのに対し、比較電池は、７〜１６０回と少なく、またサイクル回数のバラツキも大きかった。この結果より、スポット溶接で接合された電池は、導電性接着材で接合された電池に比べ、充放電サイクル特性に劣ることがわかった。
【００４３】
上記の結果を踏まえ、上記サイクル試験後の比較電池を分解してみたところ、１０個の電池全てにおいて、正極缶と正極集電体の接合が外れていた。一方、上記サイクル試験後の本発明電池を分解してみたところ、接合が外れているものはなかった。これらのことから、比較電池が充放電サイクル特性に劣るのは、正極缶と正極集電体の接合が外れたことによることがわかった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明は、電池外装缶または封口蓋と集電体とを導電性接着材で接合した点に特徴を有するが、このような本発明によると、アルミニウム同士であっても接合強度が充分な電池を簡便に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例であるコイン形のリチウムイオン電池の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】正極缶と正極集電体との接合部分を示す模式的な拡大断面図である。
【符号の説明】
１    正極缶
２    正極
３    負極
４    セパレータ
５    電極体
６    絶縁ガスケット
７    負極キャップ
８    負極集電網
９    正極集電網
１０  導電性接着材
【図１】
0004190139.tif 000002
【図２】
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