JP2002246068A

JP2002246068A - 非水系二次電池

Info

Publication number: JP2002246068A
Application number: JP2001038157A
Authority: JP
Inventors: Shiro Kato; 史朗加藤; Hajime Kinoshita; 肇木下; Shizukuni Yada; 静邦矢田; Haruo Kikuta; 治夫菊田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状で、３０Ｗｈ
以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌの体積エネルギー密度
を有し、軽量で、しかも十分な強度を有する電池容器を
備え、高い重量エネルギー密度を実現する非水系二次電
池を提供する。【解決手段】正極、負極、セパレータ、及びリチウム
塩を含む非水電解質を電池容器内に収容した扁平形状の
非水系二次電池であって、この非水系二次電池は、その
厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、そのエネルギー
容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が１８０Ｗ
ｈ／ｌ以上であり、電池容器が、厚さ０．１ｍｍ以上の
金属板と、該金属板の少なくとも一方の面に設けられた
樹脂層とを有し、これらの積層厚さが１ｍｍ未満とされ
た金属−樹脂ラミネート板からなる部分を主要構成部材
として備え、電池容器内の圧力が大気圧未満とされてい
ることを特徴とする非水系二次電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系二次電池に
関し、特に、蓄電システム用非水系二次電池に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、省資源を目指したエネルギーの有
効利用及び地球環境問題の観点から、深夜電力貯蔵及び
太陽光発電の電力貯蔵を目的とした家庭用分散型蓄電シ
ステム、電気自動車のための蓄電システム等が注目を集
めている。例えば、特開平６−８６４６３号公報には、
エネルギー需要者に最適条件でエネルギーを供給できる
システムとして、発電所から供給される電気、ガスコー
ジェネレーション、燃料電池、蓄電池等を組み合わせた
トータルシステムが提案されている。このような蓄電シ
ステムに用いられる二次電池は、エネルギー容量が１０
Ｗｈ以下の携帯機器用小型二次電池と異なり、容量が大
きい大型のものが必要とされる。このため、上記の蓄電
システムでは、複数の二次電池を直列に積層し、電圧が
例えば５０〜４００Ｖの組電池として用いるのが常であ
り、ほとんどの場合、鉛電池を用いていた。

【０００３】一方、携帯機器用小型二次電池の分野で
は、小型及び高容量のニーズに応えるべく、新型電池と
してニッケル水素電池、リチウム二次電池の開発が進展
し、１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密度を有する
電池が市販されている。特に、リチウムイオン電池は、
３５０Ｗｈ／ｌを超える体積エネルギー密度の可能性を
有すること、及び、安全性、サイクル特性等の信頼性が
金属リチウムを負極に用いたリチウム二次電池に比べ優
れることから、その市場を飛躍的に延ばしている。

【０００４】これを受け、蓄電システム用大型電池の分
野においても、高エネルギー密度電池の候補として、リ
チウムイオン電池をターゲットとし、リチウム電池電力
貯蔵技術研究組合（ＬＩＢＥＳ）等で精力的に開発が進
められている。

【０００５】これら大型リチウムイオン電池のエネルギ
ー容量は、１００Ｗｈから４００Ｗｈ程度であり、体積
エネルギー密度は、２００〜３００Ｗｈ／ｌと携帯機器
用小型二次電池並のレベルに達している。その形状は、
直径５０ｍｍ〜７０ｍｍ、長さ２５０ｍｍ〜４５０ｍｍ
の円筒型、厚さ３５ｍｍ〜５０ｍｍの角形又は長円角形
等の扁平角柱形が代表的なものである。

【０００６】しかし、これら大型リチウムイオン電池
は、高エネルギー密度が得られるものの、その電池設計
が携帯機器用小型電池の延長にあることから、直径又は
厚さが携帯機器用小型電池の３倍以上の円筒型、角型等
の電池形状とされる。この場合には、充放電時の電池の
内部抵抗によるジュール発熱、或いはリチウムイオンの
出入りによって活物質のエントロピーが変化することに
よる電池の内部発熱により、電池内部に熱が蓄積されや
すい。このため、電池内部の温度と電池表面付近の温度
差が大きく、これに伴って内部抵抗が異なる。その結
果、充電量、電圧のばらつきを生じ易い。また、この種
の電池は複数個を組電池にして用いるため、システム内
での電池の設置位置によっても蓄熱されやすさが異なっ
て各電池間のばらつきが生じ、組電池全体の正確な制御
が困難になる。更には、高率充放電時等に放熱が不十分
な為、電池温度が上昇し、電池にとって好ましくない状
態におかれることから、電解液の分解等による寿命の低
下、更には電池の熱暴走の誘起など信頼性、特に、安全
性に問題が残されていた。

【０００７】上記問題を解決する目的でＷＯ９９/６０
６５２号公報には、正極、負極、セパレータ、及びリチ
ウム塩を含む非水系電解質を電池容器内に収容した扁平
形状の非水系二次電池であって、前記非水系二次電池
は、その厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、そのエ
ネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が
１８０Ｗｈ／ｌ以上の非水系二次電池が開示されてい
る。該電池は独特の電池形状（扁平形状）により、実用
化の障壁となる上記蓄熱に起因する信頼性、安全性の問
題点を解決する事を提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に電池
容器は、物が衝突する等の外部からの衝撃に耐え、且
つ、電池容器内に収納される電極を挟持し、これを押さ
え込むという機能を奏するように、電池サイズ、電池形
状、電池の使用環境等に応じて材質、形状等の選択が行
われる。特に大型電池では、小型電池と異なり、電池の
信頼性、安全性を確保するために電池容器の設計、つま
り材質、形状等の決定が特に重要となる。例えば電池形
状を角型にする場合には、円筒型の電池に比べて平板状
部分の耐圧性が低いことから高強度の材料が必要となる
ため、電池容器の材質としてステンレス或いは鉄が一般
的に用いられている。

【０００９】しかしながら、上記のような厚さが１２ｍ
ｍ未満の大容量（３０Ｗｈ以上）扁平形状の大型電池で
は、大きな面積の平板状部材が存し、角型、或いは円筒
型電池に比べ、電池全体に対する電池容器材料の体積の
占める割合が大きくなる。従って、このような扁平形状
の電池において電池容器にステンレス或いは鉄を用いた
場合には、電池の大きさの割りに電池全体の重量が大き
くなるという問題があった。すなわち、従来の扁平形状
の電池では、高い体積エネルギー密度を実現し得るにも
関わらず、重量エネルギー密度が極度に低下するという
問題を有していた。

【００１０】本発明の目的は、厚さが１２ｍｍ未満の扁
平形状である非水系二次電池において、高容量、高体積
エネルギー密度、高重量エネルギー密度を兼ね備えた非
水系二次電池を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、正極、負極、セパレータ、及びリチウム塩
を含む非水電解質を電池容器内に収容した扁平形状の非
水系二次電池であって、前記非水系二次電池は、その厚
さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、そのエネルギー容
量が３０Ｗｈ以上且つ体積エネルギー密度が１８０Ｗｈ
／ｌ以上であり、前記電池容器が、厚さ０．１ｍｍ以上
の金属板と、該金属板の少なくとも一方の面に設けられ
た樹脂層とを有し、これらの積層厚さが１ｍｍ未満とさ
れた金属−樹脂ラミネート板からなる部分を主要構成部
材として備え、前記電池容器内の圧力が大気圧未満とさ
れていることを特徴とする非水形二次電池を提供するも
のである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
非水系二次電池について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態の扁平な矩形（ノート型）
の蓄電システム用非水系二次電池の平面図及び側面図を
示す図であり、図２は、図１に示す電池の内部に収納さ
れる電極積層体の構成を示す側面図である。

【００１３】図１及び図２に示すように、本実施の形態
の非水系二次電池は、上蓋１及び底容器２からなる電池
容器と、該電池容器の中に収納されている複数の正極１
０１ａ、負極１０１ｂ、１０１ｃ、及びセパレータ１０
４からなる電極積層体とを備えている。本実施形態のよ
うな扁平型非水系二次電池の場合、正極１０１ａ、負極
１０１ｂ（又は積層体の両外側に配置された負極１０１
ｃ）は、例えば、図２に示すように、セパレータ１０４
を介して交互に配置されて積層されるが、本発明は、こ
の配置に特に限定されず、積層数等は、必要とされる容
量等に応じて種々の変更が可能である。また、図１及び
図２に示す非水系二次電池の形状は、例えば縦３００ｍ
ｍ×横２１０ｍｍ×厚さ６ｍｍであり、正極１０１ａに
ＬｉＭｎ ₂Ｏ₄、負極１０１ｂ、１０１ｃに炭素材料を用
いるリチウム二次電池の場合、例えば、蓄電システムに
用いることができる。

【００１４】また、図１に示すように、電池容器の上蓋
１には、正極端子３及び負極端子４が上蓋１と絶縁され
た状態で取り付けられており、正極端子３に図２に示す
各正極１０１ａの正極集電体１０５ａが電気的に接続さ
れるとともに、負極端子４に各負極１０１ｂ、１０１ｃ
の負極集電体１０５ｂが電気的に接続されている。

【００１５】電池容器を構成する上蓋１及び底容器２
は、例えば図３に示すような金属−樹脂ラミネート板で
構成されている。同図に示すように、この金属−樹脂ラ
ミネート板は、金属板５３と、この金属板５３の両面に
接着層５２ａ，５２ｂにより接着された樹脂層５１ａ，
５１ｂとから構成されている。

【００１６】金属板５３に用いられる金属は、特に限定
されるものではないが、汎用性、コストの面から例えば
ステンレス、鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、
銅、銅合金を用いるのが好ましい。また、樹脂層５１
ａ，５１ｂに用いられる樹脂材料も、特に限定されるも
のではないが、汎用性、コストの面からＰＥＴに代表さ
れるポリエステル、ナイロンあるいは、ポリエチレン、
ポリプロピレン等ポリオレフィンが好ましく、電池内部
側の樹脂層５１ｂには耐電解液性の優れたポリエステ
ル、ポリオレフィンが好ましい。さらに、後述するよう
に熱融着により上蓋１と底容器２とを接合する場合に
は、ポリオレフィンを用いることが好ましい。なお、接
着層５２ａ，５２ｂは、金属板５３及び樹脂層５１ａ，
５１ｂの材質に応じて適宜選択されるが、例えば、アク
リル系接着剤、ゴム系接着剤等を用いることができる。
また、樹脂層５１ａ，５１ｂは樹脂製フィルムを熱融着
することにより形成することもでき、この場合は、接着
層５２ａ，５２ｂは必ずしも必要ではない。

【００１７】金属板５３は、圧力や衝撃に対する十分な
強度、また電池の製造工程での保形強度を得るために、
０．１ｍｍ以上の厚さであることが好ましい。また、こ
うすることにより電池容器の補強が不要になるという利
点もある。このような観点から、金属板５３の厚さは
０．１５ｍｍ以上とするのがより好ましく、０．２ｍｍ
以上とするのがさらに好ましい。また、外部からの衝撃
的な接触に対する十分な強度が得られるように、電池外
側の樹脂層５１ａの厚さを０．０５ｍｍ以上とするのが
好ましく、０．１ｍｍ以上とするのがより好ましい。一
方、電池内側の樹脂層５１ｂの厚さは電極間の絶縁性の
観点から０．０２ｍｍ以上とするのが好ましいが、長期
間にわたる耐久性の観点からすれば、０．０５ｍｍ以上
とするのがより好ましい。

【００１８】また、金属−樹脂ラミネート板全体の厚さ
は、１ｍｍ以下にするのが望ましい。この厚さが１ｍｍ
を越えると、必要な強度が得られるものの、電池の内容
積が減少し十分な容量が得られなくなることがあり、ま
た、重量が重くなるという問題が発生する。この観点か
ら、金属−樹脂ラミネート板の厚さは、０．７ｍｍ以下
であることがより好ましい。なお、必ずしも、電池容器
のすべての部分を金属−樹脂ラミネート板で構成する必
要はなく、金属−樹脂ラミネート板からなる部分が主要
構成部材として備えられていればよい。但し、後述する
本発明の効果を十分に奏するためには、電池容器の８０
％以上、好ましくは９０％以上を金属−樹脂ラミネート
板で構成するのが望ましい。

【００１９】この金属−樹脂ラミネート板の構成は図３
に示すものに限定されるものではなく、電池の製造工
程、使用環境等を考慮してその構成を決定すればよい。
例えば、本発明の金属−樹脂ラミネート板としては、金
属板の表裏面のうち、電池容器における外側又は内側の
面のみに樹脂層が設けられたもの、樹脂層の一部におい
て金属板が露出したもの、或いは、複数の樹脂層がラミ
ネートされたもの等を用いることができる。

【００２０】電池の封口は次のように行われる。図１に
示すように、上蓋１と底容器２とを、例えば同図中の拡
大図に示したＡ点で上蓋１の周縁を溶かし込んで溶接す
ることができる。このとき、上蓋１及び底容器２の周縁
に樹脂層を設けない部分を形成し、この部分を溶接する
のが好ましい。また、溶接の代わりに例えば図４に示す
ように、変成ポリプロピレン等の熱融着樹脂５０を用い
て上蓋１及び底容器２の周縁を熱融着してもよい。この
場合、図３における電池内側の樹脂５１ｂを熱融着樹脂
とし、上蓋１と底容器２との合わせ部分を溶融すると、
封口することができるため、熱融着樹脂５０を別個に準
備する必要がなくなり、製造コストを低減することが可
能となる。

【００２１】続いて、上蓋１に形成された注液口５に電
解液を注液後、最終封口工程として、例えば、アルミニ
ウム−変成ポリプロピレンラミネートフィルムからなる
封口フィルム６を用いて注入口５を封口する。この最終
封口工程は、後述するように少なくとも一回の充電操作
の後に行うことが好ましい。

【００２２】正極１０１ａに用いられる正極活物質とし
ては、リチウム系の正極材料であれば、特に限定され
ず、リチウム複合コバルト酸化物、リチウム複合ニッケ
ル酸化物、リチウム複合マンガン酸化物、或いはこれら
の混合物、更にはこれら複合酸化物に異種金属元素を一
種以上添加した系等を用いることができ、高電圧、高容
量の電池が得られることから、好ましい。また、大型リ
チウム系二次電池の実用化において最重点課題である安
全性を重視する場合、熱分解温度が高いマンガン酸化物
を主体とする正極を用いることが好ましい。このマンガ
ン酸化物としてはＬｉＭｎ₂Ｏ₄に代表されるリチウム複
合マンガン酸化物、更にはこれら複合酸化物に異種金属
元素を一種以上添加した系、さらにはリチウムを量論比
よりも過剰にしたＬｉ_1+xＭｎ_2-yＯ₄が挙げられる。

【００２３】負極１０１ｂ、１０１ｃに用いられる負極
活物質としては、リチウム系の負極材料であれば、特に
限定されず、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材料
であることが、安全性、サイクル寿命などの信頼性が向
上し好ましい。リチウムをドープ及び脱ドープ可能な材
料としては、公知のリチウムイオン電池の負極材として
使用されている黒鉛系物質、炭素系物質、錫酸化物系、
ケイ素酸化物系等の金属酸化物、或いはポリアセン系有
機半導体に代表される導電性高分子等が挙げられる。

【００２４】セパレータ１０４の構成は、特に限定され
るものではないが、単層又は複層のセパレータを用いる
ことができ、少なくとも１枚は不織布を用いることが好
ましく、この場合、サイクル特性が向上する。また、セ
パレータ１０４の材質も、特に限定されるものではない
が、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオ
レフィン、ポリアミド、クラフト紙、ガラス、セルロー
ス系材料等が挙げられ、電池の耐熱性、安全性設計に応
じ適宜決定される。

【００２５】本発明の非水系二次電池の電解質として
は、公知のリチウム塩を含む非水系電解質を使用するこ
とができ、正極材料、負極材料、充電電圧等の使用条件
により適宜決定され、より具体的にはＬｉＰＦ₆、Ｌｉ
ＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄等のリチウム塩を、プロピレンカー
ボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、酢酸メチ
ル、蟻酸メチル、或いはこれら２種以上の混合溶媒等の
有機溶媒に溶解したもの等が例示される。また、電解液
の濃度は特に限定されるものではないが、一般的に０．
５ｍｏｌ／ｌから２ｍｏｌ／ｌが実用的であり、この電
解液は当然のことながら、水分が１００ｐｐｍ以下のも
のを用いることが好ましい。なお、本明細書で使用する
非水系電解質とは、非水系電解液、有機電解液を含む概
念を意味するものであり、また、ゲル状又は固体の電解
質も含む概念を意味するものである。

【００２６】上記のように構成された非水系二次電池
は、家庭用蓄電システム（夜間電力貯蔵、コージェネレ
ション、太陽光発電等）、電気自動車等の蓄電システム
等に用いることができ、大容量且つ高エネルギー密度を
有することができる。この場合、エネルギー容量は、好
ましくは３０Ｗｈ以上、より好ましくは５０Ｗｈ以上で
あり、且つエネルギー密度は、好ましくは１８０Ｗｈ／
ｌ以上、より好ましくは２００Ｗｈ／ｌである。エネル
ギー容量が３０Ｗｈ未満の場合、或いは、体積エネルギ
ー密度が１８０Ｗｈ／ｌ未満の場合は、蓄電システムに
用いるには容量が小さく、充分なシステム容量を得るた
めに電池の直並列数を増やす必要があること、また、コ
ンパクトな設計が困難となることから蓄電システム用と
しては好ましくない。

【００２７】本実施形態の非水系二次電池は、扁平形状
をしており、その厚さは１２ｍｍ未満、より好ましくは
１０ｍｍ未満である。厚さの下限については電極の充填
率、電池サイズ（薄くなれば同容量を得るためには面積
が大きくなる）を考慮した場合、２ｍｍ以上が実用的で
ある。電池の厚さが１２ｍｍ以上になると、電池内部の
発熱を充分に外部に放熱することが難しくなること、或
いは電池内部と電池表面付近での温度差が大きくなり、
内部抵抗が異なる結果、電池内での充電量、電圧のばら
つきが大きくなる。なお、具体的な厚さは、電池容量、
エネルギー密度に応じて適宜決定されるが、期待する放
熱特性が得られる最大厚さで設計するのが、好ましい。

【００２８】また、本実施形態の非水系二次電池は、例
えば、扁平形状の表裏面が角形、円形、長円形等の種々
の形状とすることができ、角形の場合は、一般に矩形で
あるが、三角形、六角形等の多角形とすることもでき
る。さらに、肉厚の薄い円筒等の筒形にすることもでき
る。筒形の場合は、筒の肉厚がここでいう厚さとなる。
また、製造の容易性の観点から、電池の扁平形状の表裏
面が矩形であり、図１に示すようなノート型の形状が好
ましい。

【００２９】上記のように、本実施形態では、電池容器
を金属−樹脂ラミネート板により構成し、非水系二次電
池の厚さを１２ｍｍ未満に設計することにより、この電
池が３０Ｗｈ以上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌの高エネ
ルギー密度を有する場合に高率充放電が行われたときで
あっても、優れた放熱特性を実現し、電池温度の上昇を
抑制することができる。従って、内部発熱による電池の
蓄熱を低減することができ、その結果、電池の熱暴走も
抑止することが可能となり、信頼性、安全性に優れた非
水系二次電池を提供することができる。特に、本実施形
態では、電池容器を金属−樹脂ラミネート板で構成して
いるため、圧力や衝撃に対する十分な強度を実現し、且
つ、電池容器の大幅な軽量化を図ることができる。その
結果、電池厚さ、電池表面積により異なるが、ステンレ
ス板単独で電池容器を構成する場合に比べて、重量エネ
ルギー密度を、１．２〜１．６倍程度に向上させること
ができる。

【００３０】ところで、上記した扁平形状の電池、特に
厚さが８ｍｍ以下の電池では、高体積エネルギー密度を
得るために、電池容器を構成する材料の厚さを薄くする
必要がある。しかしながら、このようにすると、電池の
内部抵抗が大きくなったり、或いは、サイクル寿命が低
下して電池性能に影響を与えることがある。これに対し
て、本実施形態では、次に説明するように電池容器内を
大気圧未満になるようにして封口することにより、上記
した電池性能の低下を防止できることを見出した。以
下、電池容器内の圧力の設定について詳述する。

【００３１】上記のように電池の内部圧力を大気圧未満
になるようにするためには、正極１０１ａ、負極１０１
ｂ、１０１ｃ、セパレータ１０４及び非水系電解質を電
池容器内に収容し、電池容器内の圧力を大気圧未満にし
た状態で電池容器の最終封口工程を行う。この最終封口
工程は、少なくとも一回の充電操作の後に行うことが好
ましい。これは、１回目の充電初期に電解液の分解によ
り内部にガスが発生することがあり、この場合に、充電
操作を行わずに大気圧未満で最終封口工程を行うと、そ
の後の１回目の充電操作により電池内部が加圧状態（大
気圧以上）になり、電池の厚みが厚くなったり、電池の
内部抵抗及び容量がばらつき、安定したサイクル特性が
得られない場合があるからである。特に、負極に黒鉛、
正極にリチウム複合酸化物を用いた液系の電解質を用い
る場合は、ガスが発生しやすい。

【００３２】この充電操作は、電池に用いられる正極材
料、負極材料、セパレータ、電解液等の種類、これらの
材料の含水率及び不純物、電池が使用される電圧等に応
じて種々の条件を採用することができるが、例えば、電
池の使用電圧まで４〜８時間率程度の速度で充電し、ま
た必要に応じて定電圧を印加し、さらに通常の下限電圧
まで８時間率程度の速度で放電してもよく、この充電操
作の後に、最終封口工程を行う。また、電池の容量以下
の充電操作のみを行った後に封口してもよく、２回以上
の充放電を繰り返した後に封口する等の種々の充電操作
も可能であるが、充放電操作完了後の電池の内圧を大気
圧未満に維持することが肝要である。

【００３３】このように、本実施形態では、充電操作を
行ってガスを発生させた後に、最終封口工程を大気圧未
満で行うことにより、上記した薄い板厚の電池容器を用
いたときに電池特性が低下するという問題を解決でき
る。この場合、１回目の充電操作を行うときは、電池内
を大気圧未満にして行うことが好ましいが、このときの
電池内部の圧力については特に限定されない。

【００３４】また、電池内部を大気圧未満にする方法は
特に限定されないが、具体的には、以下のようにして行
うことができる。

【００３５】まず、図２に示すように、正極１０１ａ、
負極１０１ｂ、１０１ｃ及びセパレータ１０４を積層
し、得られた電極積層体等を上蓋１及び底容器２内に収
容した後、上蓋１及び底容器２の周縁を溶接あるいは熱
融着する。次に、図１に示す注液口５から電解液を電池
容器内に注入する。続いて、仮封口のため、上記したア
ルミニウム−変性ポリプロピレンラミネートフィルム、
アルミニウム−変性ポリエチレンラミネートフィルムに
代表される熱融着型で水分透過率の低い封口フィルム６
を用いて注液口５を一旦封口し、その後、上記のように
少なくとも１回充電した後に封口フィルム６を外す。な
お、仮封口の方法は、上記した例に特に限定されるもの
ではなく、例えばねじ等を用いて注入口５を一時的に封
口してもよく、また、水分を除去した状態、例えば、空
気を遮断した環境下又は露点が−４０℃以下のドライ雰
囲気下の場合には、封口せずに上記の充電操作を行って
もよい。

【００３６】次に、最終封口工程として、封口フィルム
６を熱融着する。なお、最終封口工程に用いられる方法
は、上記の例に特に限定されず、金属板又は箔を溶接し
たり、若しくは、電池容器にコックを取り付けて電池内
を所定の圧力（大気圧未満）に減圧した後、コックを閉
じる等してもよい。

【００３７】なお、上記の最終封口工程では、電池内の
圧力を大気圧未満に設定しているが、８．６６×１０⁴
Ｐａ（６５０Ｔｏｒｒ）以下にするのが好ましく、７．
３３×１０⁴Ｐａ（５５０Ｔｏｒｒ）以下にするのがよ
り好ましい。これは、電池容器内の圧力が大気圧以上に
なると、電池が設計厚みより大きくなり易くなるととも
に、電池の厚みのばらつきが大きくなり易くなり、これ
によって電池の内部抵抗及び容量がばらつきやすくなる
からである。このようにすると、本実施形態のように板
厚の薄い金属−樹脂ラミネート板を電池容器に用いた場
合には特に有効である。なお、この圧力は、使用するセ
パレータ、電解液の種類、電池容器の材質及び厚み、電
池の形状等を考慮して最終的に完成した電池に要求され
る内部圧力に応じて決定される。

【００３８】また、最終封口工程を行うために電池容器
に設けられる注入口５の周長は、電池の外周長の１／１
０以下にすることが好ましく、１／２０以下にすること
がより好ましい。注入口５の周長が外周長の１／１０を
越えると、上記したように、融着面積が大きくなり、巨
大な熱融着装置が必要になると共に、融着部分の信頼性
に欠ける等の問題が発生する。また、注入口５を設ける
部分は、電池の外周部分５ｍｍを除く、表裏面のいずれ
かにあることが好ましい。電池の外周部分５ｍｍ以内に
注入口５を設けると、十分な強度が得られず、電解液の
漏れ等の封口不良が発生し易いため好ましくない。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、本発明をさら
に具体的に説明する。

【００４０】（１）ＬｉＭｎ₂Ｏ₄１００重量部、アセチ
レンブラック８重量部、ポリビニリデンフルオライド
（ＰＶＤＦ）３重量部をＮ−メチルピロリドン（ＮＭ
Ｐ）１００重量部と混合し正極合材スラリーを得た。該
スラリーを集電体となる厚さ２０μｍのアルミ箔の両面
に塗布、乾燥した後、プレスを行い、正極を得た。図５
の（ａ）は正極の説明図である。本実施例において正極
１０１ａの塗布面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２６２．５×１
９２ｍｍ²であり、２０μｍの集電体の両面に１１０μ
ｍの厚さで塗布されている。その結果、電極厚さｔは２
４０μｍとなっている。また、電極の短辺側には電極材
料が塗布されていない正極集電片１０６ａが設けられ、
その中央に直径３ｍｍの穴が形成されている。

【００４１】（２）黒鉛化メソカーボンマイクロビーズ
（ＭＣＭＢ、大阪ガスケミカル製、品番６−２８）１０
０重量部、ＰＶＤＦ１０重量部をＮＭＰ９０重量部と混
合し、負極合材スラリーを得た。該スラリーを集電体と
なる厚さ１４μｍの銅箔の両面に塗布、乾燥した後、プ
レスを行い、負極を得た。図５の（ｂ）は負極の説明図
である。負極１０１ｂの塗布面積（Ｗ１×Ｗ２）は、２
６７×１９５ｍｍ²であり、１４μｍの集電体の両面に
９０μｍの厚さで塗布されている。その結果、電極厚さ
ｔは１９４μｍとなっている。また、電極の短辺側には
電極材料が塗布されていない負極集電片１０６ｂが設け
られ、その中央に直径３ｍｍの穴が形成されている。更
に、同様の手法で片面だけに塗布し、それ以外は同様の
方法で厚さ１０４μｍの片面電極を作成した。片面電極
は（３）項の電極積層体において外側に配置される（図
２中１０１ｃ）。

【００４２】（３）図２に示すように、上記（１）項で
得られた正極８枚、負極９枚（内片面２枚）をセパレー
タＡ１０４ａ（レーヨン系、目付１２.６ｇ／ｍ²）とセ
パレータＢ１０４ｂ（ポリエチレン製微孔膜；目付１
３．３ｇ／ｍ²）とを合わせたセパレータ１０４を介し
て交互に積層し、さらに、電池容器との絶縁のために外
側の負極１０１ｃの更に外側にセパレーターＢ１０４ｂ
を配置し、電極積層体を作成した。なお、セパレータ１
０４は、セパレータＡ１０４ａが正極側に、セパレータ
Ｂ１０４ｂが負極側になるように配置した。

【００４３】（４）電池容器を構成する底容器２は、図
６に示すように、厚さ０．５ｍｍの金属−樹脂ラミネー
ト板を絞り加工により深さ４．９ｍｍのトレー状に作成
し、上蓋１は厚さ０．５ｍｍの金属−樹脂ラミネート板
で平板状に作成した。ここで使用した金属−樹脂ラミネ
ート板は図３に示される構造であり、金属板５３として
０．３ｍｍのアルミニウムが用いられ、この金属板５３
における電池外側の面に接着層５２ａを介して２軸延伸
ナイロンからなる樹脂層５１ａがラミネートされるとと
もに、電池内側の面に、接着層５２ｂを介してポリプロ
ピレンからなる樹脂層５１ｂがラミネートされている。

【００４４】図６に示すように、上蓋１には、アルミニ
ウム製の正極端子３及び銅製の負極端子４（頭部６ｍｍ
φ、先端Ｍ３のねじ部）を取り付けた。正極及び負極端
子３、４は、ポリプロピレン製ガスケットにより上蓋１
と絶縁した。

【００４５】（５）上記（３）項で作成した電極積層体
の各正極集電片１０６ａの穴に正極端子３のねじ部を挿
通するとともに、各負極集電片１０６ｂの穴に負極端子
４のねじ部を挿通し、それぞれ、アルミニウム製及び銅
製のナットを締結した後、電極積層体を絶縁テープで上
蓋１に固定し、図４に示す変成ポリプロピレン製熱融着
樹脂５０を用いて上蓋１と底容器２を融着した。その
後、注液口５（６ｍｍφ）から電解液としてエチレンカ
ーボネートとジエチカーボネートを１：１重量比で混合
した溶媒に１ｍｏｌ／ｌの濃度にＬｉＰＦ₆を溶解した
溶液を注液した。続いて、大気圧下で仮止め用のボルト
を用いて注液口５を一旦封口した。

【００４６】（６）この電池を５Ａの電流で４．２Ｖま
で充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定
電圧充電を１２時間行い、続いて、５Ａの定電流で２．
５Ｖまで放電した。

【００４７】（７）電池に取り付けられた仮止め用ボル
トを取り外し、４．００×１０⁴Ｐａ（３００Ｔｏｒ
ｒ）の減圧下で、直径１２ｍｍに打ち抜いた厚さ０．０
８ｍｍのアルミ箔−変性ポリプロピレンラミネートフィ
ルムからなる封口フィルム６を、温度１５０〜２５０
℃、圧力９８．１〜２９４ｋＰａ（１〜３ｋｇ／ｃ
ｍ²）、加圧時間５〜１０秒の条件で熱融着することに
より、注液口５を最終封口し、厚さ６ｍｍの扁平形状の
ノート型電池を得た。

【００４８】続いて、この電池を５Ａの電流で４．２Ｖ
まで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流
定電圧充電を１２時間行い、続いて５Ａの定電流で２.
５Ｖまで放電し、容量を確認した。これにより算出され
た放電容量は２７Ａｈであった。この電池のエネルギー
容量は１００Ｗｈ，体積エネルギー密度は２６５Ｗｈ/
ｌ、重量エネルギー密度は１５０Ｗｈ/Ｋｇであった。
なお、１０Ａの定電流で放電した場合、放電容量は、２
４．９Ａｈであった。

【００４９】さらに、この電池に（６）項と同じ条件の
定電流定電圧充電及び放電操作を１サイクルとして、こ
の操作を１０サイクル繰り返したときの１０サイクル目
の放電容量は、２４．５Ａｈであった。

【００５０】

【比較例１】底容器２、上蓋１を厚さ０．５ｍｍのＳＵ
Ｓ３０４製薄板を用いる以外は上記実施例と同様にして
電池を組み立てた。この電池を５Ａの電流で４．２Ｖま
で充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流定
電圧充電を１２時間行い、続いて５Ａの定電流で２.５
Ｖまで放電し、容量を確認した。放電容量は２７Ａｈで
あった。この電池のエネルギー容量は１００Ｗｈ，体積
エネルギー密度は２６５Ｗｈ/ｌ、重量エネルギー密度
は１００Ｗｈ/Ｋｇであった。なお、１０Ａの定電流で
放電した場合、放電容量は、２４．９Ａｈであった。

【００５１】さらに、この電池に（６）項と同じ条件の
定電流定電圧充電及び放電操作を１サイクルとして、こ
の操作を１０サイクル繰り返したときの１０サイクル目
の放電容量は、２４．８Ａｈであった。以上の結果か
ら、電池容器を従来一般的に用いられているステンレス
材料から金属−樹脂ラミネート材料にすることにより、
電池特性を低下させることなく重量エネルギー密度を
１．４倍にすることが可能であることが判明した。

【００５２】

【比較例２】携帯電話用小型リチウムイオン電池に用い
られる厚み０．１ｍｍの、金属−樹脂ラミネートフィル
ムを用いて実施例１と同等の厚み、面積を有する扁平型
電池を作成した。１ｍの高さから５ｃｍ×５ｃｍ×５ｃ
ｍの木片を電池上に落下させたところ、電池ケースに傷
が入り、1ヵ月後には電池は膨れていた。傷から水分が
進入したものと思われる。また、実施例の電池で同様の
実験をしたところ、何の変化もなかった。この結果か
ら、本発明の電池容器に用いられる金属−樹脂ラミネー
ト板が、十分な強度を有していることが判明した。

【００５３】

【発明の効果】以上から明らかな通り、本発明によれ
ば、厚さが１２ｍｍ未満の扁平形状であり、３０Ｗｈ以
上の大容量且つ１８０Ｗｈ／ｌ以上の体積エネルギー密
度を有する扁平型非水二次電池において、電池容器が、
厚さ０．１ｍｍ以上の金属板と、該金属板の少なくとも
一方の面に設けられた樹脂層とを有し、これらの積層厚
さが１ｍｍ未満とされた金属−樹脂ラミネート板からな
る部分を主要構成部材として備えているため、電池容器
の強度を十分に保ちつつ、電池容器の軽量化を図ること
ができ、その結果、大面積扁平形状にも関わらず、高い
重量エネルギー密度を実現する非水系二次電池を提供す
ることができる。

【００５４】また、電池容器内の圧力を大気圧未満に設
定しているため、電池容器を上記の材質及び厚さの材料
で構成した場合であっても、電池容器の外側から作用す
る大気圧を利用して電池容器内の電極を挟持し、これを
押さえ込むという機能が確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の蓄電システム用非水系二
次電池の平面図及び側面図を示す図である。

【図２】図１に示す電池の内部に収納される電極積層体
の構成を示す側面図である。

【図３】図１に示す電池の電池容器の構成を示す断面図
である。

【図４】図１に示す電池の変形例の平面図及び側面図を
示す図である。

【図５】図２に示す積層体を構成する正極、負極、及び
セパレータの平面図である。

【図６】図１に示す電池の上蓋及び底容器を分離した状
態で示す断面図である。

【符号の説明】

１上蓋２底容器３正極端子４負極端子５注液口６封口フィルム５０熱融着樹脂５１ａ，５１ｂ樹脂層５２ａ，５２ｂ接着層５３金属板１０１ａ正極（両面）１０１ｂ負極（両面）１０１ｃ負極（片面）１０４セパレータ１０５ａ正極集電体１０５ｂ負極集電体１０６ａ正極集電片１０６ｂ負極集電片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢田静邦大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号株式会社関西新技術研究所内 (72)発明者菊田治夫大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA03 CC10 EE04 FF02 GG09 HH13 KK01 KK04 5H022 AA09 CC02 5H029 AJ03 AK03 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ04 BJ12 DJ02 DJ03 HJ04 HJ15 HJ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極、負極、セパレータ、及びリチウム
塩を含む非水電解質を電池容器内に収容した扁平形状の
非水系二次電池であって、前記非水系二次電池は、その厚さが１２ｍｍ未満の扁平
形状であり、そのエネルギー容量が３０Ｗｈ以上且つ体
積エネルギー密度が１８０Ｗｈ／ｌ以上であり、前記電池容器が、厚さ０．１ｍｍ以上の金属板と、該金
属板の少なくとも一方の面に設けられた樹脂層とを有
し、これらの積層厚さが１ｍｍ未満とされた金属−樹脂
ラミネート板からなる部分を主要構成部材として備え、前記電池容器内の圧力が大気圧未満とされていることを
特徴とする非水系二次電池。
【請求項２】前記金属−樹脂ラミネート板を構成する
金属がステンレス、鉄、アルミニウム、アルミニウム合
金、銅、銅合金のいずれかであることを特徴とする請求
項１に記載の非水系二次電池。
【請求項３】前記金属−樹脂ラミネート板に用いられ
る樹脂層がポリエステル、ナイロン、ポリオレフィンの
いずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載
の非水系二次電池。
【請求項４】前記電池容器内の圧力が８．６６×１０
⁴Ｐａ以下であることを特徴とする請求項１から３のい
ずれかに記載の非水系二次電池。
【請求項５】前記正極及び負極と電気的に接続される
端子が、前記電池容器の表裏面の一方に設けられている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の非
水系二次電池。
【請求項６】前記負極は、リチウムをドープ及び脱ド
ープ可能な物質を含むことを特徴とする請求項１から５
のいずれかに記載の非水系二次電池。
【請求項７】前記正極は、マンガン酸化物を含むこと
を特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の非水系
二次電池。
【請求項８】前記扁平形状の表裏面の形状は、矩形で
あることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載
の非水系二次電池。