(57)【要約】【課題】密閉型電池内に金属異物等の異物が存在する場合でも、密閉型電池の短絡、性能劣化等を抑制することができる密閉型電池を提供する。【解決手段】正極と負極とを有する電極体と前記電極体を収容する密閉容器とを備える密閉型電池であって、前記密閉容器と前記電極体との間に電気絶縁性を有する多孔質体が配置され、前記多孔質体は、前記密閉型電池内の異物を捕集する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とを有する電極体と前記電極体を収容する密閉容器とを備える密閉型電池であって、
前記密閉容器と前記電極体との間に電気絶縁性を有する多孔質体が配置され、前記多孔質体は、前記密閉型電池内の異物を捕集することを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
請求項１記載の密閉型電池であって、前記多孔質体は、繊維状多孔質体であることを特徴とする密閉型電池。
【請求項３】
請求項１又は２記載の密閉型電池であって、前記多孔質体は、袋状であることを特徴とする密閉型電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉型電池であって、前記多孔質体の平均細孔径は、２０μｍ〜１００μｍの範囲であることを特徴とする密閉型電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の密閉型電池であって、前記密閉型電池と前記多孔質体との間に非多孔質絶縁性シートを配置することを特徴とする密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型電池の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器、電動工具、電気自動車等の発達に伴い、高エネルギ密度、高出密度を有する密閉型電池の需要が急激に高まっている。一般的に、密閉型電池は、正極と負極とを有する電極体、電解液、電極体と電解液とを収容する密閉容器蓋体を備えるものであり、例えば、アルカリマンガン乾電池等の一次電池、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池等がある。
【０００３】
密閉型電池は、その組み立て中等に異物が混入する場合がある。特に密閉型電池内に金属異物が混入すると、内部短絡が引き起こされる場合がある。内部短絡のメカニズムは、金属異物が正極材料に付着すると、正極の高い電位によって電解液中に金属イオンとして溶解する。その金属イオンが負極に到達すると金属として析出する。そして、析出した金属が正極に向かって成長することで内部短絡が引き起こされる。
【０００４】
密閉型電池内へ金属異物等の異物が混入することを防止するために、通常、密閉型電池の組み立てはクリーンルームで行われる。また、組み立て中に電極体に付着した金属異物は、エアブロー、吸引、磁力吸着、研磨テープによる拭き取り等により除去される。
【０００５】
また、例えば、特許文献１には、正極を作製後、電解液槽に浸漬させて予備充電を行い、導電性異物を溶解した後、正極と負極とを密閉容器に収容して、電解液を注入することにより、正極中に混入した金属異物を予め除去する方法が提案されている。
【０００６】
また、例えば、特許文献２には、アルカリ二次電池の芯材を洗浄液で洗浄する工程と、芯材を回転させることによって芯材の表面から洗浄液を除去する工程と、芯材を乾燥させる工程とを備えることによって、芯材に混入している金属異物としての銅を除去する方法が提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３６８８７号公報
【特許文献２】特開２００４−７１５３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１，２の方法では、密閉型電池を組み立てる際に、金属異物等の異物が密閉型電池内に混入することを防止することはできても、組み立て後、電極体を構成する材料が、長期の使用により劣化して電極体から剥離又は溶解し、それらが金属異物となって、密閉型電池を短絡させる場合がある。または、金属異物が腐食し、密閉型電池の性能を劣化させる場合がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、密閉型電池内に金属異物等の異物が存在する場合でも、密閉型電池の短絡、性能劣化等を抑制することができる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】
【００１０】
本発明は、正極と負極とを有する電極体と前記電極体を収容する密閉容器とを備える密閉型電池であって、前記密閉容器と前記電極体との間に電気絶縁性を有する多孔質体が配置され、前記多孔質体は、前記密閉型電池内の異物を捕集する。
【００１１】
前記密閉型電池において、前記多孔質体は、繊維状多孔質体であることが好ましい。
【００１２】
また、前記密閉型電池において、前記多孔質体は、電極体を収容する袋状であることが好ましい。
【００１３】
また、前記密閉型電池において、前記多孔質体の平均細孔径は、２０μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００１４】
また、前記密閉型電池において、前記密閉型電池と前記多孔質体との間に非多孔質絶縁性シートを配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、正極と負極とを有する電極体と電極体を収容する密閉容器とを備える密閉型電池であって、密閉容器と電極体との間に電気絶縁性を有する多孔質体を配置し、多孔質体が密閉容器内の異物を捕集することによって、密閉型電池内に金属異物等の異物が存在する場合でも、密閉型電池の短絡、性能劣化等を抑制することができる密閉型電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る密閉型電池の構成の一例を示すも模式断面図である。密閉型電池には、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池、アルカリ系二次電池及び各種一次電池等がある。図１に示すように、密閉型電池１は、電極体１０、電解液（不図示）、密閉容器１２、多孔質体１４を備えるものである。
【００１８】
電極体１０とは、充放電を行うための電気化学的な要素である。電極体１０は、不図示の正極と負極とをセパレータを介して倦回、積層等したものである。また、電極体１０の正極側には正極リード１６、負極側には負極リード１８が溶接される。リチウムイオン二次電池の場合、例えば、正極は、アルミ箔に正極活物質（例えば、ＬｉＣｏＯ2等）が塗布されたものであり、負極は、銅箔に負極活物質（例えば、黒鉛等）が塗布されたものである。また、セパレータは、正極と負極とを電気的、物理的に離間するものであり、例えば、ポリエチレン樹脂膜等の多孔質性樹脂膜等である。
【００１９】
電解液は、密閉型電池１の種類により適宜選択されるものであり、リチウムイオン二次電池の場合、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を溶解したもの等を用いることができる。
【００２０】
密閉容器１２は、外装缶２０、封口板２２を備える。封口板２２には、正極リード１６と接続する正極端子２４、負極リード１８と接続する負極端子２６が設けられている。外装缶２０と封口板２２とは、カーリング等のかしめ、接着剤等により密閉される。また、密閉容器１２を構成する材料は、密閉容器１２内の電解液に対して耐食性を有するものであれば特に制限されるものではなく、例えば、アルミ、ステンレス等の金属等が使用される。
【００２１】
多孔質体１４は、図１に示すように、密閉容器１２と電極体１０との間に配置される。また、多孔質体１４は、密閉容器１２と電極体１０間、電極体１０の正極と負極間等の電気的接触を防止するために絶縁性を有するものである。また、多孔質体１４は、密閉型電池１内に存在する金属異物等の異物を捕集することができるものである。主に、金属異物等の異物は、多孔質体１４に形成される細孔により捕集される。金属異物及び異物とは、密閉型電池１を組み立てる際に混入するもの、組み立て後、電極体１０から剥離又は溶解するもの等である。
【００２２】
多孔質体１４の平均細孔径は、金属異物等の異物を捕集することができる大きさであれば特に制限されるものではないが、２０μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。特に密閉型電池の短絡、性能劣化に影響を及ぼす金属異物は、２０μｍ程度の大きさのものが密閉型電池１に混入し又は電極体１０から剥離等する場合が多い。そのため、多孔質体１４の平均細孔径が２０μｍより小さいと、金属異物を捕集することが困難となる場合があり、１００μｍより大きいと、捕集した金属異物を多孔質体１４内に留めておくことが困難となる場合がある。多孔質体１４の平均細孔径は、ＳＥＭ測定により画像上で任意の１０箇所を選択し、それら１０箇所の孔径の平均値である。
【００２３】
多孔質体１４の膜厚は、特に制限されるものではないが、２０μｍ以上であることが好ましい。多孔質体の膜厚が２０μｍより小さいと、金属異物が多孔質体１４を突き破り内部短絡を引き起こす場合がある。
【００２４】
多孔質体１４は、絶縁性を有し、金属異物等の異物を捕集することができれば高分子系材料により得られるもの、無機系材料により得られるもの等の構成材料には特に制限されるものではない。
【００２５】
本実施形態の多孔質体１４を構成する高分子系材料は、特に制限されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体等のポリオレフィン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂等のフッ素系樹脂、フッ化ビニリデン系樹脂、ヘキサフルオロプロピレン系樹脂、ヘキサフルオロアセトン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＯ）等のポリアリーレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリアリレート、ポリアリール、ポリスルホン（ポリサルホン）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）（ポリエーテルサルホン）、ポリウレタン類、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）等のポリエーテルケトン類、ポリアクリル酸ブチル、ポリアクリル酸エチル等のポリアクリル酸エステル類、ポリブトオキシメチレンなどのポリビニルエステル類、ポリシロキサン類、ポリサルファイド類、ポリフォスファゼン類、ポリトリアジン類、ポリカーボラン類、ポリノルボルネン、ポリイソブチレンなどのポリアルケン類、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリレート系樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）等のスチレン系樹脂等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。
【００２６】
多孔質体１４を構成する無機系材料は、例えば、ゼオライト、ジルコニア、シリカ、アルミナ、チタニア等のセラミック材料等が挙げられる。しかし、これらに限定されるものではない。また、多孔質体１４を構成する材料は、上記無機系材料及び高分子系材料との混合物であってもよい。
【００２７】
高分子系材料を用いた多孔質体１４の作製方法は特に制限されるものではないが、例えば、上記樹脂及び細孔形成用粉末を混合し、溶融押し出し成形等の公知の成形法によってシート化する。得られたシートを水又は硫酸等の酸浴中に浸漬して、細孔形成用粉末を溶出させることにより、シートに細孔が形成される。その後、シートを乾燥させることにより、本実施形態に係る多孔質体１４が得られる。細孔形成用粉末の粒径、混合率等を制御することにより、得られる多孔質体１４の細孔径を制御することができる。細孔形成用粉末は、ポリビニルアルコール等の水溶性の樹脂等であれば特に制限されるものではない。
【００２８】
細孔の形成は上記のように化学的方法に限定されるものではない。その他の例として、例えば上記樹脂を溶融押し出し成形等の公知の成形法によって得られたシートに所望の径を有する針（剣山）等を刺して、細孔を形成してもよい。または、得られたシートに例えば、チタン・サファイア結晶を媒質とするレーザや色素レーザを再生・増幅して得られたパルスレーザ、エキシマレーザやＹＡＧレーザ（Ｎｄ−ＹＡＧレーザ等）等を用いて、細孔を形成してもよい。上記レーザの照射回数、照射時間、周波数等によって細孔系を制御することができる。
【００２９】
無機系材料を用いた多孔質体１４の作製方法は、特に制限されるものではないが、例えば、上記無機系材料をシート化し、上記説明した針、レーザ等を用いて細孔を形成してもよいし、ゾルゲル法、CVD法、電極酸化法等の公知の方法等によって、細孔を有するシート（膜）を形成してもよい。
【００３０】
本実施形態に係る多孔質体１４は、細孔を多孔質体１４全体に容易に形成することができる点で、繊維状であることが好ましい。
【００３１】
繊維状の多孔質体１４の形態としては、不織布、織布等が挙げられるが、細孔径、空隙率、目付け量等の制御が容易である点で、不織布が好ましい。繊維状の多孔質体１４を構成する材料は、上記例示した樹脂を繊維化したもの、ガラス繊維、セラミックファイバー等が挙げられる。特に繊維化し易く、不織布等の繊維状多孔質体を形成し易い点で、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスチレン等の樹脂は、繊維化し易く、不織布等の繊維状多孔質体を作製し易い点で好ましい。不織布、織布等は公知の方法により形成される。
【００３２】
繊維状の多孔質体１４を構成する繊維の径は、特に制限されるものではないが、強度等の点で１０μｍ〜１００μｍの範囲であることが好ましい。
【００３３】
繊維状の多孔質体１４の膜厚、空隙率、目付量等は上記規定した範囲であることが好ましい。
【００３４】
本実施形態に係る多孔質体１４は、電極体１０と密閉容器１２との間に配置されていれば、電極体１０の一部と当該一部に対向する密閉容器１２との間であっても、電極体１０全体と密閉容器１２全体との間であってもよい。電極体１０の一部と密閉容器１２の一部との間に配置される場合には、例えば、電極体１０のうち金属異物が発生し易い部分（例えば、電極体１０の端部、電極体１０に溶接された正極リード１６又は負極リード１８の近傍等）と当該部分に対向する密閉容器１２部分との間に多孔質体１４が配置されることが好ましい。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態に係る密閉型電池の構成の一例を示す分解模式図である。図２に示すように、多孔質体１４は、電極体１０を収容することができるような袋状のものであることが好ましい。これにより、電極体１０と密閉容器との接触による内部短絡等を抑制することができ、また、電極体１０から溶出又は剥離する金属異物をより効果的に捕集することができる。また、接着剤等を用いて電極体１０又は密閉容器１２の内側に多孔質体１４を貼り付けてもよい。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の構成の一例を示す模式断面図である。図３に示すように、密閉型電池２は、多孔質体１４と密閉容器１２（外装缶２０）との間に非多孔質絶縁性シート２８を備えるものである。図３に示す密閉型電池２において、図１に示す密閉型電池１と同様の構成については同一の符号を付してある。
【００３７】
本実施形態における多孔質体１４は電気絶縁性を有するため、非多孔質絶縁性シート２８は必ずしも必要ではないが、多孔質体１４が多量に金属異物を捕集した場合、多孔質体１４が導電性を有する場合がある。そのため、多孔質体１４の電気絶縁性を補うことができる点で、多孔質体１４と密閉容器１２との間に非多孔質絶縁性シート２８を備えることが好ましい。また、多孔質体１４が、電極体１０の一部と当該一部に対向する密閉容器１２の一部との間に配置されている場合は、電極体１０と密閉容器１２との接触等による内部短絡を抑制するため、少なくとも密閉容器１２の外装缶２０の内側全周に絶縁シートを設けることが好ましい。また、接着剤等を用いて非多孔質絶縁性シート２８と多孔質体１４、非多孔質絶縁性シート２８と密閉容器１２とを貼り付けてもよい。
【００３８】
次に、密閉型電池の製造方法の一例について説明する。
【００３９】
不図示の正極と負極とをセパレータを介して倦回、積層等した電極体１０の正極側に正極リード１６、負極側に負極リード１８を溶接する。次に、溶接した正極リード１６を封口板２２に設けられた正極端子２４に溶接し、溶接した負極リード１８を封口板２２に設けられた負極端子２６に溶接する。
【００４０】
電極体１０を外装缶２０に収容する前に、電極体１０を電解液の浸した浴槽中にディッピングさせる。ディッピング時には、エアノズル等によりエアを流し、電解液を対流させることが好ましい。これにより、電極体１０への電解液の浸透を早くすることができ、また、電極体１０中に存在する金属異物等の異物を洗浄することができる。
【００４１】
正極と負極とを積層することにより得られる積層タイプの電極体より、正極と負極とを倦回することにより得られる倦回タイプの電極体は、電極体中に金属異物が侵入し易く、また電解液の浸透も遅い。そのため、特に倦回タイプの電極体を用いる場合には、上記のように、電池ケース収容前に、電解液中にディッピングさせ、エアノズル等により電解液を対流させることが好ましい。
【００４２】
外装缶２０に上記説明した多孔質体１４を収容し、電解液を注入する。この際、多孔質体１４の一部を外装缶２０外に出しておき、電極体１０と共に外装缶２０に収容することが好ましい。そして、封口板２２と外装缶２０とをカーリング等のかしめ、接着剤等により封口することにより、密閉型電池が得られる。
【００４３】
以上のように本実施形態では、正極と負極とを有する電極体と電極体を収容する密閉容器とを備える密閉型電池であって、密閉容器と電極体との間に、電気絶縁性を有し、密閉容器内の異物を捕集する多孔質体を配置することにより、密閉型電池内に存在する金属異物等の異物を捕集し、密閉型電池の短絡、性能劣化等を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る密閉型電池の構成の一例を示すも模式断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る密閉型電池の構成の一例を示す分解模式図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る密閉型電池の構成の一例を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１，２  密閉型電池、１０  電極体、１２  密閉容器、１４  多孔質体、１６  正極リード、１８  負極リード、２０  外装缶、２２  封口板、２４  正極端子、２６  負極端子、２８  非多孔質絶縁性シート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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