(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれシート状またはフィルム状の正極板、電解質を保持するセパレータおよび負極板を積層した扁平な積層電極を、樹脂フィルムの間に金属箔を配して積層したラミネートシートで形成された外装ケース内に収納するとともに、前記正極板および負極板にそれぞれ一端が接続された正極リードおよび負極リードを、前記外装ケースのシール部より外部に引き出した電池において、前記正極リードおよび負極リードがそれぞれ対応する極板で互いに異なる端部に配設された集電部で接続され、前記集電部はそれぞれの活物質塗着端から内側に配設されており、正極リードおよび負極リードの少なくともいずれかは、少なくとも２枚の前記集電部と接続されていることを特徴とする非水二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非水二次電池の構造、特に電極および外装ケースからのリードの引き出し方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話やノートパソコンなどの情報端末は、小型、軽量、薄型化の傾向は年々強くなっており、その電源である電池においても小型、軽量、薄型化の要望が強まっている。このような時流の中で、特にリチウムイオン二次電池は、従来の鉛蓄電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池等の水溶液系二次電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため注目されている。
【０００３】
薄型化の方法としては、例えばリチウムイオン電池では外装ケースとして一般的な金属缶に代り、樹脂フィルムの間にアルミニウムなどの金属箔を配して積層したラミネートシートで形成された外装ケースを用いたリチウムイオン電池、あるいは電解液を吸収保持するポリマーをセパレータや正極板、負極板の結着材に用い外装ケースに収納したリチウムポリマー電池が薄型・高体積エネルギー密度の電池として注目されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属缶を外装ケースとして用いた場合は、金属缶と封口板がそれぞれ正極と負極リードとして機能しているが、ラミネートシートを外装ケースとした場合は、正極板および負極板にそれぞれ一端が接続された正極リードおよび負極リードを、前記外装ケースのシール部より外部に引き出す方法が一般的である。
【０００５】
同一容積内の機器あるいは電池パックにこれら２種類の電池を収納する場合を比較した時、ラミネートフィルムを用いた電池は、接続リードをどのように電極集電部に接続し、引き出すかを考慮して、電池容量に寄与しない空間部分を削減しないと、この空間部分だけ電池の大きさを小さくする必要がある為、結果として電池容量の低下および体積エネルギー密度の低下を招くことになる。
【０００６】
そこで、本発明は体積エネルギー密度を低下させることなく薄型のメリットを生かせることが可能な非水二次電池、特にラミネートフィルムを外装ケースとして用いた非水二次電池を提供することを主たる目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明の非水二次電池は、それぞれシート状またはフィルム状の正極板、電解質を保持するセパレータおよび負極板を積層した扁平な積層電極を、樹脂フィルムの間に金属箔を配して積層したラミネートシートで形成された外装ケース内に収納するとともに、前記正極板および負極板にそれぞれ一端が接続された正極リードおよび負極リードを、前記外装ケースのシール部より外部に引き出した電池において、前記正極リードおよび負極リードがそれぞれ対応する極板で互いに異なる端部に配設された集電部で接続され、前記集電部はそれぞれの活物質塗着端から内側に配設されており、正極リードおよび負極リードの少なくともいずれかは、少なくとも２枚の前記集電部と接続されていることを特徴とする非水二次電池である。
【０００９】
正極リードおよび負極リードをそれぞれの活物質塗着端から内側に配設されている集電部と接続することにより、電池容量に寄与しない空間部分を削減することができ、高容量でエネルギー密度の高い電池を得ることができる。そして、正極リードおよび負極リードをそれぞれ対応する極板の両端に相対するように配設されている集電部にて接続することにより、リードと集電部を接続するときのひずみやストレスを押さえ、活物質が集電体から脱落するのを防止でき、外装ケースから引き出された正負極リードが短絡する危険性も防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の非水二次電池の一例としてリチウムポリマー電池を取り上げるが、リチウムポリマー電池以外の非水二次電池にも適用可能である。
【００１１】
図１、図２、図３、図４はそれぞれ本発明の非水二次電池の断面図、正極平面図、負極平面図、非水二次電池の平面図である。正極は正極活物質、導電材、結着材、必要に応じて可塑剤を溶剤に混練分散したペーストをアルミニウム箔製集電体３に塗着、乾燥、圧延し、正極活物質層４としたものである。この２枚の正極の間に、セパレータ５を介してリチウムを吸蔵、放出できる炭素材料と結着材を溶剤に混練分散したペーストを銅箔製集電体７に塗着、乾燥、圧延し、負極活物質層６を形成した負極を配設し、この集電体７の片方の端にある負極活物質層のない負極リード接続部１２で負極リード１０とを接続し、この位置と相対する他方の端にある前記集電体３に形成した正極リード接続部１１で正極リード９とを接続し、全体が図１に示すように積層されて発電要素８が構成される。発電要素８を外装ケース１の内部に収納した後、外装ケース１の開口部より所定量の電解液を注入した後に、封口部分２にて熱溶着により封口し、図４に示すような非水二次電池を作製することができる。
【００１２】
外装ケース１は、電解液、水のバリアー性や光遮断性が要求されるために２０〜５０μｍのアルミニウム製箔からなる金属箔層の外側に、耐電解液性、機械的強度が要求されるために厚さが１０μｍ〜５０μｍのポリアミド（ナイロン）樹脂層、内側に熱溶着性とリードとの短絡防止性が要求されるためにポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂、これらの共重合体や酸変性された樹脂層からなる外装ケースが好ましい。
【００１３】
正極活物質としては、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄及びバナジウムから選ばれる少なくとも１種類の金属とリチウムの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏxＮｉ(1-x)Ｏ2（０＜ｘ＜１）ＬｉＣｒＯ2、αＬｉＦｅＯ2、ＬｉＶＯ2等が好ましい。
【００１４】
負極活物質としては、黒鉛、活性炭、あるいはフェノール樹脂やピッチ等を焼成炭化したものがあげられるが、特に、安全性やサイクル寿命特性等の観点から、格子面（００２）の面間隔（ｄ002）が３．３５０〜３．４００Åである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料が好ましい。
【００１５】
結着材としては、活物質間の密着性を保つフッ素樹脂材料、ポリアルキレンオキサイド骨格を持つ高分子材料、またはスチレン−ブタジエン共重合体などがある。フッ素系樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
【００１６】
導電材としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素系導電材が好ましい。
【００１７】
必要に応じて加える可塑剤としては、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジヘキシルなどのフタル酸エステルが好ましい。
【００１８】
溶剤としては、結着材が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着材の場合は、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着材の場合は水が好ましい。
【００１９】
正極集電体３は、アルミニウム製の箔、ラス加工を施した箔、またはエッチング加工を施した箔からなり、厚みは１０μｍ〜６０μｍが好ましい。また、負極集電体７は、銅製の箔、ラス加工を施した箔、またはエッチング加工を施した箔からなり、厚みは８μｍ〜６０μｍが好ましい。
【００２０】
セパレータ５は、結着材と同様のポリマーを用いることができ、前記溶剤に溶解したポリマーペーストをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などの耐熱性のフィルム上やポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの微多孔性ポリオレフィン樹脂上に製膜し、乾燥させることによって作製することができ、このセパレータ５を介して正極と負極を温度と圧力をかけて積層して極板群を作製する方法が好ましい。
【００２１】
非水電解液としては、非水溶媒と溶質からなり、非水溶媒としては、主成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートが含有される。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれた少なくとも一種であることが好ましい。
【００２２】
溶質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3等が挙げられる。これらの溶質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの溶質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００２３】
なお、本発明の非水二次電池は、上述の正極、負極、セパレータ、非水電解液を適宜組み合わせて構成されるもので、電池自体の形状は、特に限定されるものではなく、シート状、扁平型、角型、多角形型等の異なる長さの辺を有する形状にも適用できる。
【００２４】
【実施例】
本発明について実施例、比較例を用いて詳しく説明する。
【００２５】
（実施例１）
正極板は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）溶液にアセチレンブラックを加え混練分散させたペーストをラス加工したアルミニウム箔製集電体に塗着し１００℃で乾燥、１６０℃で熱処理を行った導電被覆を有するアルミニウム箔製集電体３に、活物質であるＬｉＣｏＯ2と、結着材としてのポリマーであるフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、および導電材としてのアセチレンブラックをＮＭＰからなる有機溶剤に混練分散したペーストを塗着、乾燥、圧延して、正極活物質層４としたものである。この正極板を図２に示すような５０ｍｍＸ３５ｍｍの寸法に切断し、左端に正極活物質層４を剥離除去し、前記集電体３を露出させた１０ｍｍＸ５ｍｍの正極リード接続部１１を設けると共に、負極リード接続部１２に対応する右側を切断した。
【００２６】
負極板は、リチウムを吸蔵、放出できる易黒鉛化炭素と前記Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）の粉末をアセトンとシクロヘキサノンからなる混合有機溶剤に混練分散したペーストを正極と同様にして作製した導電被覆を有する銅箔製集電体７に塗着、乾燥、圧延して、負極活物質層６としたものである。この負極板を図３に示すような５０ｍｍＸ３５ｍｍの寸法に切断し、右端に負極活物質層６を剥離除去し、前記集電体７を露出させた１０ｍｍＸ５ｍｍの負極リード接続部１２を設けると共に、正極リード接続部１１に対応する左側を切断した。
【００２７】
前記Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）のフィルムからなるセパレータ５を介して、これら正極板６枚と負極板３枚のそれぞれのリード接続部が揃うように積層し、加熱ローラーを通して積層一体化された正極リード接続部１１と正極リード９および負極リード接続部１２と負極リード１０をそれぞれスポット溶接し、全体が図１に示すような発電要素８を構成した。
【００２８】
このようにして得られた発電要素８を短辺寸法４５ｍｍ、長辺寸法６０ｍｍの外装ケース１の短辺側の一方が開口した開口部から内部に収納するとともに、この開口部から正極リード９および負極リード１０を外装ケース外に引き出した後、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを体積比１：３の混合溶媒に溶質としてＬｉＰＦ6を１．５モル／ｌ溶解した電解液を所定量を注入した後、封口部分２にて熱溶着により封口した後、長辺側を折り返して、図４に示すような短辺の長さが３７ｍｍ、リードを含めた長辺の長さが７１ｍｍ、厚みが２．４ｍｍの電池容量が３６０ｍＡｈの非水二次電池を得た。
【００２９】
（実施例２）
正極板６枚と負極板５枚のそれぞれのリード接続部が揃うように積層した以外は実施例１と同様にして短辺の長さが３７ｍｍ、リードを含めた長辺の長さが７１ｍｍ、厚みｔが３．２ｍｍの電池容量が６００ｍＡｈの非水二次電池を作製した。
【００３０】
（比較例）
正極板は図５に示すような正極活物質層４の寸法が５０ｍｍＸ３５ｍｍで、左端と中央の中間部に１０ｍｍＸ５ｍｍからなる正極リード接続部１３が残るように切断し、負極板は図６に示すような負極活物質層６の寸法が５０ｍｍＸ３５ｍｍで、右端と中央の中間部に負極リード接続部１４が残るように切断し、それぞれのリード接続部に正極リード９、負極リード１０をスポット溶接した以外は実施例１と同様にして、短辺の長さが３７ｍｍ、リードを含めた長辺の長さが８６ｍｍ、厚みｔが２．４ｍｍの電池容量が３６０ｍＡｈの非水二次電池を作製した。
【００３１】
（電池外寸および体積エネルギー密度の評価）
このようにして得られた実施例１〜実施例２および比較例の非水二次電池を、初期充放電の後、電池電圧が４.２Ｖに達するまで、それぞれ３６０ｍＡｈ（１．０Ｃ）、６００ｍＡ(１.０Ｃ)、３６０ｍＡｈ（１．０Ｃ）の一定電流で、その後４.２Ｖの一定電圧で合計２時間の充電を行った後、それぞれ７２ｍＡｈ（０．２Ｃ）、１２０ｍＡ(０.２Ｃ)、７２ｍＡｈ（０．２Ｃ）の一定電流で電池電圧が３.０Ｖに達するまで放電を行い、電池容量を求め、放電平均電圧が３.７Ｖであることを確認した。
【００３２】
以上の測定結果をもとに各電池を内接し取り囲む最小立方体の体積、さらに体積エネルギー密度を算出した結果と、活物質の集電体からの脱落の有無を目視にて観察した結果を表１に示す
【００３３】
【表１】
0004940498.tif 000002
【００３４】
表１から明らかなように、正極リードおよび負極リードをそれぞれの活物質塗着端から内側に配設されている集電部にて接続している本発明の非水二次電池は、外側に配設されている集電部にて接続している比較例と比較して、高容量でエネルギー密度の高い電池を得ることができ、集電部を積層電極の両端に設けたので、リードと集電部を接続するときのひずみを押さえることができ、活物質の集電体からの脱落もなかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、正極リードおよび負極リードをそれぞれの活物質塗着端から内側に配設されている集電部にて接続しているので、電池容量に寄与しない空間部分を削減することができ、高容量でエネルギー密度の高い電池を得ることができる。そして、集電部を積層電極の両端に設けることにより、リードと集電部を接続するときのひずみを押さえることができ、活物質の集電体からの脱落もなく、外装ケースから引き出された正負極リードが短絡する危険性のない非水二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の断面図
【図２】本発明の正極板平面図
【図３】本発明の負極板平面図
【図４】図１の平面図
【図５】従来の正極板平面図
【図６】従来の負極板平面図
【符号の説明】
１      外装ケース
２      封口部分
３      正極集電体
４      正極活物質層
５      セパレータ
６      負極活物質層
７      負極集電体
８      発電要素
９      正極リード
１０    負極リード
１１、１３    正極リード接続部
１２、１４    負極リード接続部
【図１】
0004940498.tif 000003
【図２】
0004940498.tif 000004
【図３】
0004940498.tif 000005
【図４】
0004940498.tif 000006
【図５】
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【図６】
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