JP2000268873A

JP2000268873A - リチウム二次電池とそれを用いた電池装置

Info

Publication number: JP2000268873A
Application number: JP11066916A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Mashima; 正利真嶋; Satoshi Ujiie; 諭氏家; Eriko Yagasaki; えり子矢ヶ崎
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 1999-03-12
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】水や有機溶媒の透過によって特性の劣化を生
じるおそれがない上、充放電を繰り返しても容器が破損
するおそれがなく、しかもこれまでよりも著しく軽量
な、大型のリチウム二次電池と、それを用いた電池装置
とを提供する。【解決手段】リチウム二次電池２は、電解液中の有機
溶媒、および水分の透過を防止する柔軟な袋型容器２１
内に、電極積層体２２や非水性の有機電解液を封入し
た。電池装置は、上記リチウム二次電池２を、その外部
から、電極積層体２２の電極積層方向に一定圧力が加わ
るように押圧する押圧手段３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば電気自動
車、ハイブリッド自動車などの電源用として、あるいは
一般家庭や商店、小工場などにおける小規模な電力貯蔵
用として好適な、新規なリチウム二次電池と、それを用
いた電池装置とに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リチウム二次電池は、エネルギー密度お
よびエネルギー効率が高く、単セルで、他の方式の電池
に比べて高い電圧が得られることから、主として電子機
器の小型化、コードレス化に対応した小型ないし超小型
の電源として、たとえば携帯電話やノートパソコンなど
に搭載すべく研究がなされてきたが近時、たとえば電気
自動車、ハイブリッド自動車などの電源用として、ある
いは一般家庭や商店、小工場などにおける小規模な電力
貯蔵用としての、より大型の電池への利用が期待されて
いる。

【０００３】かかる大型電池用のリチウム二次電池とし
ては、たとえば天然黒鉛などの、リチウムイオンをドー
プ、脱ドープしうる物質を負極活物質とする負極と、た
とえばリチウムを含む、または含まない遷移金属の酸化
物などを正極活物質とする正極と、そして非水性の有機
溶媒に、電解質としてリチウム塩を溶解した非水性の有
機電解液とを組み合わせたものが好適に使用される。

【０００４】上記のリチウム二次電池は、通常のリチウ
ム二次電池が持つ本来の特性である、前述した高いエネ
ルギー密度、および高いエネルギー効率を有する上、負
極に金属リチウムを使用する場合に比べて、安全性が高
く、かつ充放電を繰り返してもいわゆるデンドライトな
どの析出物を生じないためにサイクル寿命が長いという
特性を示す。

【０００５】ただしリチウム二次電池は、水分による特
性の劣化が大きいため、製作時の含水成分を減らすこと
は言うまでもなく、使用時にも、容器外からの水分の浸
入を確実に防止する必要がある。また電解液に有機溶媒
を用いていることから、かかる有機溶媒が揮発して容器
外に逃げると電解液の組成がずれて、やはり特性の劣化
を生じるおそれがあり、このためリチウム二次電池の容
器には、水分、および有機溶媒の透過をともに防止しう
ることが求められる。

【０００６】また前記正極活物質は、充放電の際に大き
く膨張、収縮することが知られており、容器には、この
正極活物質の粉末を多数、樹脂バインダーを用いて、集
電体としての金属箔の表面に結合した正極の構造が、膨
張、収縮を繰り返すことによって緩んで正極の抵抗値が
増加し、それによって充放電のサイクル寿命が短くなる
のを防止することも求められる。

【０００７】そこで、小型あるいは超小型の電池の場合
は、それ自体の剛性によって正極活物質の膨張を抑え込
むことができるとともに、水分および有機溶媒の透過防
止性にもすぐれており、しかも電解液に対する耐性をも
有する、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属板を加
工した容器が用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、たとえばその
容量が５０〜１０００Ａｈといった大型の電池の容器
を、小型のものと同様に、ステンレス鋼やアルミニウム
などの金属にて形成しようとすると、充放電の際の膨張
収縮によって破損せずに、それ自体の剛性によって正極
活物質の膨張を抑え込むことができる十分な機械的強度
を得るために、かなり頑丈な構造が必要となって、従
来、前記の用途に多用されている鉛蓄電池の、プラスチ
ック製の容器などに比べてその重量が著しく大きくなっ
てしまうという問題がある。

【０００９】そしてこのことが、電池重量の著しい増加
を招き、できるだけ死重が少なく、軽量であることが要
求される電気自動車やハイブリッド自動車の電源として
リチウム二次電池を使用する際の障害となっている。ま
た小規模な電力貯蔵用としても、その交換の容易さなど
を考慮すると電池重量は小さいほど好ましく、より軽量
で、しかも大型のリチウム二次電池の実用化が望まれて
いる。

【００１０】発明者のうち真嶋および矢ケ崎は先に、他
の数名の発明者とともに、かかる大型のリチウム二次電
池において、容器の内面と、正負両電極を複数枚、積層
した電極積層体との間に、当該電極積層体の電極積層方
向に一定圧力が加わるように板ばねなどの加圧部材を挿
入することを提案した（特開平１０−３３４８７９号公
報）。

【００１１】この構成によれば、上記加圧部材の加圧力
によって、正極活物質の膨張と、それに伴なう正極の構
造上の緩みとを、ある程度抑制することができる。ま
た、加圧部材が緩衝体として機能するために、容器の構
造をさほど頑丈にする必要もなくなる。しかし上記の、
容器の内面と電極積層体との間に加圧部材を挿入した構
造から明らかなように、加圧部材の加圧力は依然として
容器の剛性を元に発生させており、容器には、従来ほど
ではないにしろある程度の頑丈な構造が要求されるた
め、加圧部材が容器内に含まれることと相まって、上記
の構成では、とくに軽量化の点で十分でないところがあ
った。

【００１２】本発明の目的は、水や有機溶媒の透過によ
って特性の劣化を生じるおそれがない上、充放電を繰り
返しても容器が破損するおそれがなく、しかもこれまで
よりも著しく軽量な、大型のリチウム二次電池と、それ
を用いた電池装置とを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、発明者らは、容器自体を剛構造とせずに柔軟な袋状
として、充放電時の膨張、収縮に柔軟に追従できるよう
にするとともに、正極活物質の膨張による正極の緩み
と、それに伴なうサイクル寿命の低下などを防止するた
めに、当該容器を、その主たる膨張方向である電極積層
体の電極積層方向に一定圧力で押圧する手段を、容器内
ではなく容器の外部に配置することを検討した結果、本
発明を完成するに至った。

【００１４】すなわち本発明のリチウム二次電池は、電
極積層体と、非水性の有機電解液とを、当該電解液中の
有機溶媒、および水分の透過を防止しうる柔軟な袋型容
器内に封入したことを特徴とするものである。また本発
明の電池装置は、上記リチウム二次電池を、その外部か
ら、電極積層体の電極積層方向に一定圧力が加わるよう
に押圧する押圧手段とを備えることを特徴とするもので
ある。

【００１５】上記構成からなる本発明によれば、従来の
ような頑丈でかつ重い容器が全く必要なくなるために、
リチウム二次電池、およびそれを用いた電池装置の重量
を、これまでよりも著しく軽量化することできる。また
袋型容器は、上記のように有機溶媒および水の透過をと
もに防止しうるものであるため、特性の劣化を生じるお
それもない。もし特性の劣化が生じた際などには、電池
装置の全体ではなく、その一部である、従来に比べてと
くに著しく軽量化されたリチウム二次電池のみ交換すれ
ばよい。電池装置を構成する押圧手段は、たとえば電気
自動車などのシャーシ上やボンネット内に設けた電池装
置設置部分や、あるいは一般家庭などの建造物にあらか
じめ、または改築などによって設けた電池装置設置場所
などに設置、または交換せずに置いておけばよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明を、その実施の形態
の一例を示す図１(a)(b)を参照しつつ、説明する。図
(a)にみるように、この例の電池装置は、一般家庭や商
店、小工場などの建造物の、床下、壁面あるいは屋根裏
などに、電池装置設置場所として設けた穴１内に、リチ
ウム二次電池２と、押圧手段３とを収容したのち、リチ
ウム二次電池２の接続端子２３のみ上方へ突出させるよ
うにして、穴１に蓋１２をすることで構成されている。

【００１７】リチウム二次電池２に交換の必要が生じた
際には蓋１２を取り外して、図(b)に白矢印で示すよう
に古いリチウム二次電池２のみを上方へ引き出して穴１
内から取り出したのち、新しいものと交換すればよい。
上記リチウム二次電池２は、前記のように柔軟な袋型容
器２１内に、非水性の有機電解液を含浸させた電極積層
体２２を収容し、その口を、上記電極積層体２２を構成
する各電極と電気的に接続された接続端子２３のみ上方
に突出させた状態で、ヒートシールなどによって封止し
たものである。

【００１８】また押圧手段３は、上記の収容状態におい
て、穴１の側壁面１１と、リチウム二次電池２との隙間
に挿入された、図の場合は波板状の薄板ばね３１と、こ
の薄板ばね３１とリチウム二次電池２との隙間に挿入さ
れた、平板状の押圧板３２とを備えている。このうち押
圧板３２は、薄板ばね３１による押圧力を平均化させる
働きを有する他、上記のようにリチウム二次電池２を交
換する際に、その袋型容器２１が、薄板ばね３１に引っ
かかるなどして破損するのを防止するためにも機能す
る。

【００１９】そして、充放電によってリチウム二次電池
２の電極積層体２２を構成する正極活物質が膨張して、
当該電極積層体２２、ひいてはリチウム二次電池２が図
中黒矢印で示す方向に膨張した際には、それにともなっ
て薄板ばね３１に発生した押圧力が、押圧板３２を介し
てリチウム二次電池２に伝えられて、当該リチウム二次
電池２のうち前述した電極積層体２２を構成する正極
の、活物質の膨張と、それに伴なう正極の緩みとを防止
するために機能する。

【００２０】リチウム二次電池２のうち袋型容器２１
は、前述したように特性の劣化が生じるのを防止しつ
つ、電極積層体２２の、充放電時の膨張、収縮に柔軟に
追従できるようにするために、非水性の有機電解液中の
有機溶媒、および水分の透過を防止しうる柔軟な素材に
て形成される。かかる袋型容器を形成する素材として
は、これに限定されないがたとえば、有機溶媒の透過防
止性にすぐれたオレフィン系樹脂の層と、水の透過防止
性にすぐれた金属層とを含む積層体が好適に使用され
る。

【００２１】上記積層体の好適な具体例としては、たと
えば図２に示す層構造のものがあげられる。図の積層体
は、有機電解液と接する内側（図では下側）に、上記の
ように有機溶媒の透過防止性にすぐれたオレフィン系樹
脂の層２１ａ、その外側に、樹脂の接着層２１ｂを介し
て、水の透過防止性にすぐれた、厚み１０〜１００μｍ
の金属層２１ｃの３層を積層するとともに、さらにその
外側に、樹脂の表面層２１ｄを積層した４層構造に形成
されている。

【００２２】上記のうちオレフィン系樹脂の層２１ａを
形成するオレフィン系樹脂としては、たとえばポリエチ
レン、ポリプロピレンなどがあげられる。かかるオレフ
ィン系樹脂の層２１ａの厚みはとくに限定されないが、
有機溶媒の透過防止性と、袋型容器２１の柔軟性とを考
慮すると、およそ５０〜９０μｍ程度であるのが好まし
く、６５〜７５μｍ程度であるのがさらに好ましい。

【００２３】接着層２１ｂは、上記オレフィン系樹脂の
層２１ａと、金属層２１ｃとを良好に熱接着させるため
のもので、かかる接着層２１ｂを形成する樹脂として
は、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）な
どのポリエステル系の樹脂が好適に使用される。接着層
２１ｂの厚みは、層２１ａ、２１ｃの接着性と、袋型容
器２１の柔軟性とを考慮すると、およそ５〜２０μｍ程
度であるのが好ましく、１０〜１５μｍ程度であるのが
さらに好ましい。

【００２４】金属層２１ｃを形成する金属としては、前
記のように水の透過防止性にすぐれるとともに、有機電
解液に対する耐性にもすぐれた、アルミニウム、ニッケ
ル、ステンレス鋼、チタンなどがあげられ、とくにリチ
ウム二次電池２の、ひいては電池装置の軽量化を考慮す
ると、上記の中でもとくにアルミニウムが好適に使用さ
れる。かかる金属層２１ｃの厚みは、前記のように１０
〜１００μｍ程度、とくに１０〜３０μｍ程度であるの
が好ましい。厚みがこの範囲未満では、水の透過防止性
が不十分になるおそれがあり、逆にこの範囲を超えた場
合には、袋型容器の柔軟性が低下するおそれがある。

【００２５】表面層２１ｄは、上記金属層２１ｃの表面
を保護するとともに、リチウム二次電池２の名称、商品
名、定格、注意書きなどの印刷を施すためのもので、か
かる表面層２１ｄを形成する樹脂としては、その印刷性
や、金属層２１ｃに対する熱接着性などを考慮して、や
はりＰＥＴなどのポリエステル系の樹脂が好適に使用さ
れる。表面層２１ｄの厚みは、金属層２１ｃの表面を保
護する機能と、袋型容器２１の柔軟性とを考慮すると、
およそ５〜２０μｍ程度であるのが好ましく、１０〜１
５μｍ程度であるのがさらに好ましい。

【００２６】なお、上記積層体を構成する各層のうち樹
脂の層（層２１ａ、２１ｂおよび２１ｄ）の少なくとも
１層には、たとえばハイドロタルサイトと硫酸マグネシ
ウムの併用系などを、水分およびルイス酸を捕集する捕
集剤として含有てもよい。また、上記積層体のうち最も
内側のオレフィン系樹脂の層２１ａのさらに内側に、上
記の、水分およびルイス酸を捕集する捕集剤を含む樹脂
の層を積層してもよい。かかる樹脂の層は、有機の電解
液に対する耐性を考慮すると、やはりオレフィン系樹脂
にて形成するのが好ましい。

【００２７】捕集剤の添加量は、上記ハイドロタルサイ
トと硫酸マグネシウムとを併用する場合、そのそれぞれ
の成分が、層を構成する樹脂１００重量部に対しておよ
そ１〜５０重量部程度であるのが好ましい。捕集剤の添
加量が上記の範囲未満では、当該捕集剤を添加したこと
による、水分およびルイス酸を捕集する効果が不十分と
なるおそれがあり、逆にこの範囲を超えた場合には、袋
型容器２１の柔軟性が低下するおそれがある。

【００２８】かかる積層体は、たとえば従来公知の熱ラ
ミネート法などによって連続的に製造される。また袋型
容器は、上記積層体などを所定の展開形状に切り出した
ものを立体状に組み立てて、接合部分を熱接着するなど
して形成される。形成された袋型容器２１中に封入され
る電極積層体２２、および非水性の有機電解液として
は、従来のリチウム二次電池と同様のものが、いずれも
使用可能である。

【００２９】すなわち電極積層体２２は、シート状の正
極と陰極とを複数枚、多孔質のセパレータを介して交互
に積層することで構成され、正極および陰極はそれぞ
れ、集電体としての金属箔の片面または両面に、正極活
物質、または負極活物質の粉末と、樹脂バインダーとを
含むペーストを塗布し、乾燥後にプレスするなどして形
成される。

【００３０】金属箔としては、導電性にすぐれ、かつ有
機電解液に対する耐性にすぐれた種々の金属の箔が、い
ずれも使用可能である。かかる金属としては、たとえば
アルミニウム、ニッケル、銅、ステンレス鋼、チタンな
どがあげられ、とくにリチウム二次電池２の性能などを
考慮すると、正極にアルミニウム、負極に銅などの組み
合わせが好適に使用される。金属箔の寸法、形状はリチ
ウム二次電池２の形状、構造および寸法にあわせて適
宜、設定される。

【００３１】正極活物質としては、たとえば一般式：ＬｉＡｌ_xＣｏ_yＮｉ_1-x-yＯ₂ 〔０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１〕や、
あるいは一般式：ＬｉＣｒ_nＭｎ_2-nＯ₄ 〔０≦ｎ≦２〕などの、リチウムを含む、または含まな
い遷移金属の酸化物や、あるいは硫化鉄などの硫化物、
セレン化物などがあげられる。一方、負極活物質として
は、たとえばコークス、樹脂焼成体、炭素繊維、熱分解
炭素、天然黒鉛、メソフェーズ小球体などの、リチウム
イオンを可逆的にドープ、脱ドープしうる多孔質炭素が
好適に使用される他、たとえばＬｉ_4/3Ｔｉ_5/3Ｏ₄など
の、遷移金属の酸化物などを使用することもできる。

【００３２】樹脂バインダーとしては、たとえばポリフ
ッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリ４フッ化エチレン
（ＰＴＦＥ）、フッ素ゴムなどのフッ素樹脂が、非水性
の有機電解液に対する耐性にすぐれるため、好適に使用
される。有機電解液としては、たとえばプロピレンカー
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、１，２−ジメトキシエタ
ン、テトラヒドロフランなどの有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ
₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆などのリチウム
イオンや、リチウムイオン伝導性の固体電解質などを溶
解または分散した液が使用される。

【００３３】接続端子２３は、図においては１つしか記
載していないが、いうまでもなく正負両極用に２つ設け
られている。図の場合は、図示した接続端子２３の向こ
う側に隠れて、もう一つの接続端子が配置されている。
なお袋型容器２１内には、上記電極積層体２２、有機電
解液、および接続端子２３とともに、前述したハイドロ
タルサイトや硫酸マグネシウムなどの、水分およびルイ
ス酸を捕集する捕集剤を封入してもよい。

【００３４】上記の各部を備えたリチウム二次電池２の
容量はとくに限定されないが、本発明の構成は、たとえ
ばその容量が５０Ａｈ未満といった小容量の電池に適用
してもあまり効果がなく、また１つの電池でその容量が
１０００Ａｈを超えるような超大型のものは作製が容易
でない上、大きくなりすぎてその取り扱いも容易でな
く、実現性に乏しいので、１つのリチウム二次電池２の
容量はこの２つの数値の間、すなわち５０〜１０００Ａ
ｈ程度であるのが好ましい。

【００３５】本発明の電池装置において、これ以上の容
量を得るためには、リチウム二次電池２を２つ以上、組
み合わせるようにすればよい。前記押圧手段３のうち薄
板ばね３１としては、たとえばステンレス鋼、ばね鋼、
チタンなどの硬質金属からなる薄板を、前記のように波
板状に、あるいは特開平１０−３３４８７９号公報に開
示された他の種々の形状に形成したものが、いずれも使
用可能である。薄板の表面は、フッ素樹脂などの樹脂で
被覆されてもよい。

【００３６】また押圧板３２としては、たとえば樹脂板
や金属板、あるいは樹脂を被覆した金属板などが使用さ
れる。なお押圧手段３としては、上記の他にもたとえ
ば、押圧板とコイルばねや皿ばねなどを組み合わせたも
のや、あるいは装置は大掛かりになるものの、エアシリ
ンダやモータなどの能動部品を組み合わせたものも、使
用可能である。あるいはまたリチウム二次電池２を、図
のように縦向けでなく、電極積層体２２を構成する電極
が横向けとなるように横向けに配置して、その上に、押
圧手段３として錘を載置してもよい。

【００３７】さらには、図３に示すように上記のリチウ
ム二次電池２を、それよりも少しだけ内法寸法の大きな
箱体４内、あるいは穴内に収容して、電池装置としても
よい。この場合は、上記箱体４自体、あるいは穴自体
が、その剛性によって、電極積層体２２の膨張を抑制す
る押圧手段として機能するために、最も構造が簡単にな
る。しかもこの場合にも、交換するのは軽量なリチウム
二次電池２だけでよいので、電池の特性が劣化した際な
どにおける交換が容易である。また、たとえば電気自動
車などの場合は、そのシャーシやボディなどの構造中
に、上記箱体４となる部分をあらかじめ組み込んでおけ
ばよく、軽量化が可能である。

【００３８】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことができる。

【００３９】

【実施例】以下に本発明を、実施例、比較例に基づいて
説明する。実施例１〈袋型容器の作製〉熱ラミネート法により、厚み７０μ
ｍのポリプロピレンの層２１ａと、厚み１２μｍのＰＥ
Ｔの接着層２１ｂと、厚み２０μｍのアルミニウム層２
１ｃと、そして厚み１２μｍのＰＥＴの表面層２１ｄと
がこの順に積層された、図２に示す層構成の、４層構造
の積層体を作製した。

【００４０】そしてこの積層体を所定の展開形状に切り
出したものを、ポリプロピレンの層２１ａが内側となる
ように立体状に組み立て、接合部分を熱接着して、図１
(a)(b)に示す略箱型で、かつ縦２０ｃｍ、横２１ｃｍ、
高さ２５ｃｍの袋型容器２１を作製した。〈正極の作製〉正極活物質としてのＬｉＣｏＯ₂粉末１
００重量部に、グラファイト１０重量部、ＰＶｄＦ１０
重量部を混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを加えて
ペースト状としたのち、このペーストを、厚み０．０２
ｍｍのアルミニウム箔の両面に塗布して乾燥させた。そ
してロールプレスしたのちカットして、厚み０．１８ｍ
ｍ、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍの正極を作製した。

【００４１】〈負極の作製〉負極活物質としての鱗片状
天然黒鉛粉末１００重量部にＰＶｄＦ２０重量部を混合
し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを加えてペースト状と
したのち、このペーストを、厚み０．０２ｍｍの銅箔の
両面に塗布して乾燥させた。そしてロールプレスしたの
ちカットして、厚み０．２８ｍｍ、縦２００ｍｍ、横２
００ｍｍの負極を作製した。

【００４２】〈リチウム二次電池の製造〉上記で作製し
た正極および負極を、厚み０．０２５ｍｍ、縦２００ｍ
ｍ、横２００ｍｍのポリプロピレン製微多孔膜をセパレ
ータとして、正極−セパレータ−負極−セパレータ−…
の順に、合計３６０枚積層して電極積層体２２を得た。
つぎに、この電極積層体２２を前記袋型容器２１内に収
容したところへ、エチレンカーボネートとジエチルカー
ボネートの体積比１：１の混合物に、電解質としてＬｉ
ＰＦ₄を溶解した非水性の有機電解液（電解質濃度１
Ｍ）を注入して、４００ｍｍＨｇの減圧下で９６時間、
含浸させたのち、電極積層体２２を構成する各正極に正
極用の接続端子２３を、負極に負極用の接続端子２３
を、それぞれ接続した。

【００４３】そして最後に、袋型容器２１の口を、接続
端子２３を上方へ突出させた状態で、ヒートシールによ
り封止して、リチウム二次電池２を製造した。得られた
リチウム二次電池２の容量は４００Ａｈ、重量は１３．
７ｋｇであった。〈電池装置の構成と電池特性試験〉上記で製造したリチ
ウム二次電池２を、それ自体が押圧手段を兼ねる、厚み
４ｍｍのアルミニウム板で形成した、内法寸法が縦２０
ｃｍ、横２１ｃｍ、深さ２５ｃｍの箱体４内に収容して
電池装置を構成した。

【００４４】そしてこの電池装置において、上記のリチ
ウム二次電池２を、初期電流密度０．１５ｍＡ／ｃ
ｍ²、上限電圧４．１Ｖの充電条件で８〜１０時間、定
電流、定電圧充電したのち、電流密度０．１５ｍＡ／ｃ
ｍ²の放電条件で３．０Ｖまで定電流放電させるサイク
ルを繰り返し行い、容量が初期容量の７０％となったサ
イクル数を、電池の寿命として求めたところ、５５０サ
イクルであった。

【００４５】また上記サイクルの８サイクル目に、電流
密度０．２ｍＡ／ｃｍ²の放電を行って測定した最大容
量と、前述したリチウム二次電池２の重量とから、当該
リチウム二次電池２のエネルギー密度を求めたところ、
１０５Ｗｈ／ｋｇであった。実施例２袋型容器を形成する積層体のうちポリプロピレンの層２
１ａのさらに内側に、ハイドロタルサイトと硫酸マグネ
シウムとをそれぞれ、ポリエチレン１００重量部に対し
て１０重量部ずつ含有させた、厚み５０μｍのポリエチ
レンの層を積層したこと以外は実施例１と同様にしてリ
チウム二次電池２を製造した。

【００４６】得られたリチウム二次電池２の容量は４０
０Ａｈ、重量は１３．８ｋｇであった。また、上記リチ
ウム二次電池２を前記と同寸法の箱体４と組み合わせて
電池装置を構成して、リチウム二次電池２を前記と同条
件で充放電させて電池の寿命を求めたところ、６８０サ
イクルであった。

【００４７】また前記と同様にしてリチウム二次電池２
のエネルギー密度を求めたところ、１０４Ｗｈ／ｋｇで
あった。実施例３実施例１で製造したのと同じリチウム二次電池２を、箱
体４に代えて、建築物の床下に形成した、内法寸法が縦
２０ｃｍ、横２１ｃｍ、深さ２５ｃｍの、内面がコンク
リートで覆われた穴と組み合わせたこと以外は実施例１
と同様にして電池装置を構成し、この状態で、リチウム
二次電池２を、前記と同条件で充放電させて電池の寿命
を求めたところ、５００サイクルであった。

【００４８】実施例４袋型容器を形成する積層体として、接着層を省略して、
容器の内側から順に、厚み７０μｍのポリプロピレンの
層と、厚み２０μｍのアルミニウムの層と、厚み１２μ
ｍのＰＥＴの表面層とを積層した３層構造のものを使用
したこと以外は実施例１と同様にしてリチウム二次電池
２を製造した。

【００４９】得られたリチウム二次電池２の容量、重量
およびエネルギー密度は実施例１と同じであった。ま
た、上記リチウム二次電池２を前記と同寸法の箱体４と
組み合わせて電池装置を構成して、リチウム二次電池２
を前記と同条件で充放電させて電池の寿命を求めたとこ
ろ、２５０サイクルであった。

【００５０】実施例５袋型容器を形成する積層体として、容器の内側から順
に、厚み７０μｍのポリプロピレンの層と、厚み１２μ
ｍのＰＥＴの接着層と、厚み９μｍのアルミニウムの層
と、厚み１２μｍのＰＥＴの表面層とを積層した４層構
造のものを使用したこと以外は実施例１と同様にしてリ
チウム二次電池２を製造した。

【００５１】得られたリチウム二次電池２の容量、重量
およびエネルギー密度は実施例１と同じであった。ま
た、上記リチウム二次電池２を前記と同寸法の箱体４と
組み合わせて電池装置を構成して、リチウム二次電池２
を前記と同条件で充放電させて電池の寿命を求めたとこ
ろ、１６０サイクルであった。

【００５２】比較例１厚み４ｍｍのアルミニウム板で形成した、内法寸法が縦
２０ｃｍ、横２１ｃｍ、深さ２５ｃｍの剛直な電池容器
内に、実施例１で作製したのと同じ電極積層体２２を収
容し、そこへ前記と同じ非水性の有機電解液を注入し
て、４００ｍｍＨｇの減圧下で９６時間、含浸させたの
ち、電極積層体２２を構成する各正極に正極用の接続端
子２３を、負極に負極用の接続端子２３を、それぞれ接
続した。そして接続端子２３を上方へ突出させた状態
で、当該接続端子部のみ樹脂で絶縁されたアルミニウム
板製の蓋体で容器を密閉して、従来構造のリチウム二次
電池を製造した。

【００５３】得られたリチウム二次電池の容量は実施例
１と同じであった。また、上記リチウム二次電池を前記
と同条件で充放電させて電池の寿命を求めたところ、５
４０サイクルであった。また、上記リチウム二次電池の
重量は２０．６ｋｇであり、この重量をもとに、前記と
同様にしてリチウム二次電池のエネルギー密度を求めた
ところ、７０Ｗｈ／ｋｇであった。

【００５４】比較例２袋型容器を形成する積層体として、ポリプロピレンの層
を省略して、容器の内側から順に、厚み１２μｍのＰＥ
Ｔの層と、厚み２０μｍのアルミニウムの層と、厚み１
２μｍのＰＥＴの表面層とを積層した３層構造のものを
使用したこと以外は実施例１と同様にしてリチウム二次
電池２を製造した。

【００５５】得られたリチウム二次電池２の容量、重量
およびエネルギー密度は実施例１と同じであった。ま
た、上記リチウム二次電池２を前記と同寸法の箱体４と
組み合わせて電池装置を構成して、リチウム二次電池２
を前記と同条件で充放電させて電池の寿命を求めたとこ
ろ、７０サイクルであった。

【００５６】以上の結果を表１にまとめた。

【００５７】

【表１】

【００５８】表より、実施例１〜５によれば、従来構造
の電池である比較例１に比べて、その重量を軽量化でき
てエネルギー密度を向上できることがわかった。また各
実施例と比較例２の結果より、袋型容器を形成する積層
体としては、電解液中の有機溶媒、および水分の透過を
ともに防止しうる層構成を有するもの、つまりこの場合
は有機溶媒の透過防止性にすぐれたポリプロピレンの層
と、水の透過防止性にすぐれたアルミニウム層とをとも
に有するものが好ましいことがわかった。さらに各実施
例の比較から、上記の中でもアルミニウム層の厚みが１
０μｍ以上で、ピンホールからの水の透過や有機溶媒の
揮散をより確実に防止できるものが好ましく、とくにポ
リプロピレンの層とアルミニウム層とを、ＰＥＴの接着
層で熱接着させたものがより一層、好ましいことがわか
った。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
これまでよりも著しく軽量な、大型のリチウム二次電池
と、それを用いた電池装置とを提供できるという特有の
作用効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図(a)は、本発明の電池装置の、実施の形態
の一例を示す断面図、同図(b)は、上記例において、交
換のために穴からリチウム二次電池を引き出す状態を示
す断面図である。

【図２】上記例の電池装置において、リチウム二次電池
の袋型容器を形成する積層体の、層構成の一例を示す断
面図である。

【図３】本発明の電池装置の、実施の形態の他の例とし
て、リチウム二次電池を、押圧手段を兼ねる箱体と組み
合わせた状態を示す断面図である。

【符号の説明】

２リチウム二次電池２２電極積層体２１袋型容器３押圧手段４箱体(押圧手段を兼ねる)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者氏家諭大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内 (72)発明者矢ヶ崎えり子大阪市北区中之島３丁目３番22号関西電力株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA01 AA02 AA09 AA10 AA13 CC02 CC06 CC10 KK00 KK01 5H029 AJ02 AJ05 AJ07 AJ11 AJ12 AJ14 AK03 AK05 AL03 AL06 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ11 BJ12 CJ01 DJ01 DJ02 DJ11 EJ01 EJ12 HJ00 HJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極積層体と、非水性の有機電解液とを、
当該電解液中の有機溶媒、および水分の透過を防止しう
る柔軟な袋型容器内に封入したことを特徴とするリチウ
ム二次電池。
【請求項２】袋型容器が、有機溶媒の透過防止性にすぐ
れたオレフィン系樹脂の層と、水の透過防止性にすぐれ
た金属層とを含む積層体により形成されている請求項１
記載のリチウム二次電池。
【請求項３】袋型容器を形成する積層体が、有機電解液
と接する内側にオレフィン系樹脂の層、その外側に、樹
脂の接着層を介して、厚み１０〜１００μｍの金属層を
積層した、少なくとも３層構造を有するものである請求
項２記載のリチウム二次電池。
【請求項４】袋型容器を形成するいずれかの樹脂の層中
に、水分およびルイス酸を捕集する捕集剤が含まれてい
る請求項３記載のリチウム二次電池。
【請求項５】袋型容器を形成する積層体のうちオレフィ
ン系樹脂の層のさらに内側に、水分およびルイス酸を捕
集する捕集剤を含む樹脂の層を備えている請求項３記載
のリチウム二次電池。
【請求項６】袋型容器内に、電極積層体、および有機電
解液とともに、水分およびルイス酸を捕集する捕集剤が
封入されている請求項１記載のリチウム二次電池。
【請求項７】容量が５０〜１０００Ａｈである請求項１
記載のリチウム二次電池。
【請求項８】請求項１記載のリチウム二次電池を、その
外部から、電極積層体の電極積層方向に一定圧力が加わ
るように押圧する押圧手段を備えることを特徴とする電
池装置。