JP2002100341A - 電 池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂製電池容器を有する電池において、体積
効率に優れた電池を提供すること。 【解決手段】 本発明の電池は、正極および負極を有す
る電極体１の複数個が内部に封入される電池容器３を有
する電池において、各電極体１が電気絶縁性を有する絶
縁素子２に封入された状態で、かつ隣り合わせた状態に
ある絶縁素子２同士が当接した状態で電池容器３に封入
されたことを特徴とする。本発明の電池は、電池容器内
に複数個封入される電極体のそれぞれが、電気絶縁性を
有する絶縁素子に封入されることで、電極体同士の電気
絶縁性が保証され、体積効率が向上するとともに、電池
容器を樹脂などにより形成するときに複雑な加工必要な
くなり、容器の製造に要するコストを低減させることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数の電極体が電池
容器内に封入された電池に関し、詳しくは、体積効率に
優れた電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境汚染が地球規模で大きな問題
となっており、特に自動車の排気ガスが、大気汚染の汚
染源の一つとして知られている。このため、排気ガスを
出さない自動車の一つとして、電気自動車の開発が進め
られている。

【０００３】電気自動車は電力により駆動されるもので
あり、電気自動車の駆動用電源に対しては、高エネルギ
ー密度、高出力密度などの電池性能の他に、長寿命、高
信頼性、メンテナンスフリー、低コストなどが要望され
ており、鉛電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、Ｎｉ−水素電池など
の二次電池が開発されてきた。

【０００４】また、最近は、従来の電池に比べ電池電圧
が高く、高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池
が駆動用電源として注目されている。非水電解質二次電
池は、既にビデオカメラや携帯型電話機等のコードレス
電子機器用の電源として実用化されている。さらに、高
出力密度、長寿命、メンテナンスフリーが可能であるこ
とから、非水電解質二次電池の電気自動車の駆動用電源
への応用研究も行われている。

【０００５】電気自動車などに用いられる駆動用電源と
しては、一般に高い起電力及びエネルギー量を得るため
に、正極および負極を有する電池セルの多数を直列ある
いは並列に接続した組電池を構成して用いられている。

【０００６】従来の組電池としては、たとえば、正極お
よび負極を有する電池セルが封入された単電池を接続し
た形態や、複数の電池セルをそれぞれが隔壁により隔離
された状態で一体に収納したモノブロック型の電池構造
が知られている。

【０００７】モノブロックタイプの電池容器を有する電
池としては、たとえば、実開平６−７０１５２号公報に
モノブロック電槽式有機電解液電池が開示されている。
詳しくは、プラスチックからなるモノブロック電槽を備
え、少なくとも電槽の内面には薄金属層が形成されてお
り、電槽の隔壁には隔壁から電気的に絶縁されてなる隔
壁貫通導電部を有することを特徴とするモノブロック電
槽式有機電解液電池が開示されている。この薄金属層
は、電槽内面にメッキ法やスパッタリング法などを施す
ことで形成される。

【０００８】しかしながら、モノブロック電槽において
は、各電極体を隔離する隔壁の厚みが、樹脂成形の強度
などの限界により最低０．５ｍｍ程度必要なため、電槽
内部における電極体の占める体積に限界が生じること
で、体積効率向上による電池の体積エネルギー密度の向
上には限界があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実状に鑑
みてなされたものであり、樹脂製電池容器を有する電池
において、体積効率に優れた電池を提供することを課題
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者等は、複数の電極体を有する電池において、
各電極体を隔離する隔壁の厚みが電池の体積効率の向上
を阻害することに着目し、この隔壁が形成されていない
電池について検討を重ねた結果、電極体を絶縁性を有す
る絶縁素子内に封入した電池とすることで上記課題を解
決できることを見出した。

【００１１】すなわち、本発明の電池は、正極および負
極を有する電極体の複数個が電池容器の内部に封入され
た電池において、各電極体が電気絶縁性を有する絶縁素
子に封入された状態で、かつ隣り合わせた状態にある絶
縁素子同士が当接した状態で電池容器に封入されたこと
を特徴とする。

【００１２】本発明の電池は、電池容器内に複数個封入
された電極体のそれぞれが、電気絶縁性を有する絶縁素
子に封入されることで、電極体同士の電気絶縁性が保証
されている。絶縁素子により複数の電極体の絶縁を行っ
ていることから、従来の電池のように各電極体を隔壁に
より隔離しなくてもよくなり、隔壁を取り除くことがで
き、電池の体積効率が向上する。また、電池容器に隔壁
を形成する必要がなくなるため、電池容器を樹脂などに
より形成するときに複雑な加工必要なくなり、容器の製
造に要するコストを低減させることができる効果を有す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の電池は、正極および負極
を有する電極体の複数個が電池容器の内部に封入された
電池である。本発明の電池は、電池容器内に電極体が複
数個封入された電池であり、電極体は正極および負極を
有していれば特に種類が限定されるものではない。すな
わち、電極体は、電極反応を生じさせることで電力を得
る電極体であればよい。

【００１４】このため、本発明の電池は、その種類が特
に限定されるものではなく、たとえば、鉛電池、Ｎｉ−
Ｃｄ電池、Ｎｉ−水素電池や、非水電解質電池とするこ
とができ、より好ましくは非水電解質電池をあげること
ができる。

【００１５】複数の電極体は、電気的に直列あるいは並
列に接続されていることが好ましい。複数の電極体を電
気的に接続することで、本発明の電池の電池出力の向上
や電池寿命の長寿命化が可能となる。

【００１６】本発明の電池は、各電極体が電気絶縁性を
有する絶縁素子に封入された状態で、かつ隣り合わせた
状態にある絶縁素子同士が当接した状態で電池容器に封
入される。

【００１７】電極体が電気絶縁性を有する絶縁素子に封
入されることで、電池セルの電気絶縁性が保持される。
すなわち、電極体において生じる電力が電極体の外部へ
漏出することを防ぐとともに、隣接する電極体同士が短
絡を生じないようにすることができる。

【００１８】ここで、電極体が絶縁素子に封入されると
は、電極体が絶縁素子内に、気密的、液密的に保持され
ることを示す。電極体が絶縁素子に封入されることで、
電極体により生じる電力が安定する。すなわち、電極体
が封入されない状態にあると、電解液の液量の分布にば
らつきが生じ、電極体ごとの電池性能にばらつきが生じ
るようになり、電池全体においての電池性能も低下する
ようになるためである。

【００１９】また、隣り合わせた状態にある絶縁素子が
互いに当接した状態で電池容器内に封入されることで、
各電極体が密な状態で電池容器内に保持される。各電極
体が密な状態で保持されることで電池の体積エネルギー
密度が向上している。

【００２０】従来の多数の電極体を有する電池は、各電
極体が隔壁により隔離されていたが、本発明の電池は、
各電極体が絶縁素子に封入された状態で電池容器内に保
持されている。この結果、本発明の電池は電極体を隔離
するための隔壁が必要ではなくなっている。

【００２１】絶縁素子は、耐透水性を有することが好ま
しい。すなわち、絶縁素子が耐透水性を有することで、
電池性能の低下が抑えられる。

【００２２】詳しくは、電池が鉛電池、Ｎｉ−Ｃｄ電
池、Ｎｉ−水素電池など、電解液に水溶液を用いた電池
であるときには、水分が絶縁素子を透過して電極体外に
蒸発することによる電極体の性能の低下が生じる問題が
あるため、これを防止することができる。また、電池が
非水電解質電池であるは、電極体内に侵入した水分と電
解液との反応による容量低下の問題があり、このような
容量低下を防止することができる。

【００２３】絶縁素子は、積層した金属層と樹脂層とを
有し、かつ電極体と対向する内周面が樹脂層により形成
されていることが好ましい。絶縁素子が積層した金属層
と樹脂層とからなることで、絶縁素子が電気絶縁性およ
び耐透水性を有することができる。すなわち、金属層が
耐透水性を、樹脂層が電気絶縁性を保証している。詳し
くは、樹脂は、電気絶縁性を有しているが、透水性も有
していることが知られている。また、金属は、耐透水性
を有している反面通電性も有している。このため、絶縁
素子が積層した金属層と樹脂層とを有することで、耐透
水性と電気絶縁性を有することができる。

【００２４】また、積層した金属層と樹脂層とからなる
絶縁素子が電極体と対向する内周面部が樹脂層により形
成されることで、絶縁素子に電極体を電気的に絶縁した
状態で耐透水性を付与することができる。すなわち、内
周面部を樹脂層で形成することで電極体を電気的に絶縁
された状態で保持できる。金属層が内周面部を形成する
と、絶縁素子と電極体とが当接したときに金属層に電極
体で生じた電力が流れ、電極体において短絡を生じさせ
るという問題があった。

【００２５】ここで、絶縁素子は、内周面部が樹脂層に
より形成されていればよく、金属層と樹脂層とが各１層
で積層されていても、複数層で積層されていてもどちら
でもよい。ここで、絶縁素子が電気絶縁性および耐透水
性を有することができれば、樹脂層と金属層の特に積層
数は特に限定されるものではないが、金属層が１層であ
りかつ樹脂層が２層であることが好ましい。すなわち、
金属層の両面を樹脂層が積層されることで、絶縁素子の
形成時などに金属層が破損することを防止することがで
き、電池の性能の低下を抑えることができる。

【００２６】絶縁素子は、厚さが２０〜２５０μｍであ
ることが好ましい。絶縁素子の厚さが２０μｍ以下とな
ると、薄くなりすぎることにより加工時に破損を生じや
すくなるとともに、電極体を保持することができなくな
る。また、絶縁素子の厚さが２５０μｍ以上となると、
隣接する電極体間の距離が従来のモノブロックタイプの
樹脂製電槽の隔壁の厚みより厚くなり、電池の体積が粗
大化する。

【００２７】絶縁素子は、金属層と樹脂層とが一体に積
層した積層シートにより形成されたことが好ましい。す
なわち、絶縁素子が積層シートにより形成されること
で、絶縁素子の形成が容易になる。すなわち、複数枚の
シートを用いて絶縁素子を形成すると、シートごとに加
工の手間がかかり、加工コストの上昇を招く。

【００２８】絶縁素子を形成する方法としては、たとえ
ば、電極体の外周を積層シートで被覆した状態で、積層
シートを封止する方法や、積層シートをあらかじめ袋状
に形成しておき、この袋の内部に電極体が挿入された状
態で袋の開口部を封止する方法などをあげることができ
る。

【００２９】また、積層シートにより絶縁素子を形成す
ることで、積層シートの厚みを薄くすることで、絶縁素
子の厚みによる電池全体の体格の増加を抑えることがで
きる。なお、積層シートの金属層および樹脂層のそれぞ
れの厚さは、特に限定されるものではなく、電気絶縁性
あるいは耐透水性を発揮できる厚さであればよい。

【００３０】積層シートは、金属箔と樹脂箔とからなる
積層シートことが好ましい。積層シートが、金属箔と樹
脂箔とからなることで、絶縁素子として電極体を封入す
るときの取り扱いが容易になる。ここで、金属箔と樹脂
箔との接合は、両者が一体に接合できる手段であればよ
く、接着剤による接合や、融着などの方法を用いること
ができる。

【００３１】金属箔の厚さは、５〜１５０μｍであるこ
とが好ましい。金属箔の厚さが５〜１５０μｍの範囲に
あることで、積層シートに耐透水性を付与できるととも
に積層シート全体の厚みが厚くなりすぎることが抑えら
れる。

【００３２】金属箔は、アルミ箔であることが好まし
い。アルミニウムは軽い金属であり、積層シートの重量
の増加が抑えられるとともに、積層シートの耐透水性を
保証する。また、アルミ箔は可撓性に優れるため、積層
シートを加工することによる絶縁素子の形成が容易に行
われるようになる。

【００３３】樹脂箔の厚さは、５〜１５０μｍであるこ
とが好ましい。樹脂箔の厚さが５〜１５０μｍの範囲に
あることで、積層シートに電気絶縁性を付与できるとと
もに積層シート全体の厚みが厚くなりすぎることが抑え
られる。

【００３４】樹脂箔は、電気絶縁性を発揮する材質であ
れば特に限定されるものではなく、ナイロン、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（Ｐ
Ｐ）、ポリエチレン（ＰＥ）などの材料からなる薄箔で
あることが好ましい。これらの樹脂は、安価である、成
形性がよい、等の理由から選択される。

【００３５】本発明の電池は、複数封入される電極体
が、それぞれ、電気絶縁性を有する絶縁素子に封入され
ることで、電極体同士の電気絶縁性が保証される。この
ため、従来の電池のように各電極体を隔壁により隔離し
なくてもよくなり、隔壁を取り除くことができる。この
結果、本発明の電池は体積効率が上昇する効果を示す。

【００３６】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を説明する。

【００３７】本発明の実施例として非水電解質二次電池
を作成した。

【００３８】（実施例）本発明の実施例として、電極体
を４個有するモノブロック型を有する非水電解質電池を
作成した。ここで、実施例の電池を図１〜４に示した。

【００３９】図１は、複数の電極体１がそれぞれ絶縁素
子に封入された状態で樹脂製電池容器３に挿入された状
態を示した断面斜視図である。図２は、実施例の電池の
側面の断面図を示した。図３は、電極体１を示した。

【００４０】実施例の電池は、電極体１、絶縁素子２、
電池容器３、正極端子４、負極端子５、とから構成され
る。

【００４１】電極体１は、正極シート６及び負極シート
７をセパレ−タを介した状態で扁平巻回形状に捲回して
形成される。

【００４２】正極シート６は、帯状のアルミニウム箔よ
りなる集電体の両面にリチウムマンガン酸化物等からな
る正極活物質層が形成されたシートである。正極シート
６は、正極活物質のＬｉ_1.12Ｍｎ_1.88Ｏ₄を８６ｗｔ
％、導電剤のグラファイトを１０ｗｔ％、バインダーの
ＰＶＤＦを４ｗｔ％の割合で溶剤であるＮ−メチル−２
−ピロリドン中に混合させたペーストを作製し、このペ
ーストをアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥後圧延処
理し、長さ方向に正極活物質層が形成されていない辺縁
部を残すように切断し、真空加熱乾燥することで作成さ
れた。

【００４３】負極シート７は、帯状の銅箔よりなる集電
体の両面にグラファイト等からなる負極活物質層が形成
されたシートよりなる。負極シート７は、負極活物質の
グラファイトを９２．５ｗｔ％、バインダーのＰＶＤＦ
を２．５ｗｔ％の配合でＮ−メチル−２−ピロリドン中
に混合して正極シート６の時と同様にペーストを作製
し、このペーストを銅箔の両面に塗布し、乾燥後圧延処
理し、長さ方向に負極活物質層が形成されていない辺縁
部を残すように切断し、真空加熱乾燥することで作成さ
れた。

【００４４】セパレータは、正極シート６および負極シ
ート７の電極活物質層が形成された部分より広く形成さ
れたポリエチレン製の微多孔膜であった。

【００４５】電極体１は、巻回軸の軸長方向の互いに対
向する方向に正極シート６および負極シート７の各辺縁
部が突出し、かつ正極シート６および負極シート７がセ
パレータを介した状態でオーパル状に捲回した後、偏平
状に成形して形成された。電極体１は、巻回軸の軸長方
向の互いに対向する方向に突出した辺縁部を圧縮成形
し、突出端部が形成された。

【００４６】電極体１とともに絶縁素子２に封入される
電解液は、エチレンカーボネートとジエチルカーボネー
トとが体積比で３：７で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ
₆が１モル／リットルの割合で溶解した電解液が用いら
れた。

【００４７】正極端子４および負極端子５は、電極体１
の軸方向の互いに対向する方向に突出した突出端部に接
合される。正極端子４は、アルミニウム製の棒状部材よ
りなり、負極端子５は、銅製の棒状部材よりなる。正極
端子４および負極端子５は、各突出端部との当接部分が
平滑に形成され、この当接部分が突出端部に当接した状
態で超音波振動を付与されることで接合される。

【００４８】絶縁素子２は、電解液とともに電極体１を
内部に封入した袋状の部材よりなり、袋状の部材は樹脂
箔とアルミ箔とが積層した積層シート２０から形成され
た。ここで、絶縁素子２の電極体１との対向面は、樹脂
箔により形成された。すなわち、絶縁素子２は、樹脂箔
とアルミ箔とが積層した積層シート２０を用いて、電極
体１の外周面の全周面を被覆させ、この状態で熱融着に
より封止して形成された。詳しくは、積層シート２０が
電極体１の外周面を被覆した状態で、積層シート２０を
熱融着させることで電極体１が封入された絶縁素子２が
製造された。

【００４９】積層シート２０は、アルミニウム箔２２
と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）箔２１と、
ポリエチレン（ＰＥ）箔２３とが積層したシートであ
る。積層シートは、厚さ１０μｍのアルミニウム箔２２
の両面に厚さ１５μｍのＰＥＴ箔２１および厚さ４０μ
ｍのＰＥ箔２３を接着剤で張り合わせることで、厚さが
１００μｍになるように形成された。また、この積層シ
ート２０で電極体１を被覆するときには、電極体１との
当接面は、ＰＥ箔２３により形成された。

【００５０】電池容器３は、電槽３１と、蓋３２と、か
ら構成される。電槽３１は、上面が開口した開口部を有
する槽状の部材であり、蓋３２は、電槽３１の開口部を
気密的に封止することができる板状の部材である。電槽
３１および蓋３２はそれぞれ、厚さ２ｍｍのポリプロピ
レンにより形成された。また、電池容器３は、電槽３１
に蓋３２が封止された状態での外周形状が、縦１１５ｍ
ｍ×横７５ｍｍ×高さ１００ｍｍであった。

【００５１】正極端子４および負極端子５は、蓋３２を
貫通した状態で固定される。すなわち、正極端子４およ
び負極端子５が蓋３２を貫通した状態で、蓋３２に固定
されることで、正極端子４および負極端子５を介して電
極体１を蓋３２に固定できる。また、蓋３２への正極端
子４および負極端子５の固定は気密的になされている。

【００５２】蓋３２への正極端子４および負極端子５の
固定は、蓋３２に所定の間隔で正極端子４および負極端
子５が貫通するための貫通孔が設けられている。ここ
で、貫通孔の所定の間隔とは、正極端子４および負極端
子５により蓋３２に固定された複数の電極体１が、絶縁
素子２の表面同士が当接する間隔であった。

【００５３】実施例の電池の製造は、まず、正極シー
ト、負極シートおよびセパレータが積層した状態で巻回
し、巻回体を製造した。製造された巻回体を成形し、軸
方向の対向する端部に突出端部を形成し、この突出端部
に正極端子４および負極端子５を接合した。

【００５４】その後、積層シートを電極体１の外周面の
全面を被覆した状態で熱融着により封止した。このと
き、電極体１に電解液が注入された状態で封止が行われ
た。

【００５５】その後、この電極体１が接合された正極端
子４および負極端子５を蓋３２に接合し、電槽３１に装
着し、融着させることで実施例の電池が製造された。

【００５６】（比較例）比較例として、モノブロック型
の電池を作成した。

【００５７】比較例の電池は、４個の電極体１’が電池
容器３’に形成された隔壁３６により気密的に隔離され
た電池であり、電極体１’等に用いられた材質および大
きさは実施例と同様の電池である。この比較例の電池の
断面図を図５に示した。

【００５８】図５より、比較例の電池は、電槽３５の内
部に、複数の電極体１’のそれぞれを気密的に隔離する
ための隔壁３６が形成されている。この電槽３５は、外
周面部が厚さが２ｍｍのポリプロピレン樹脂により、厚
さが１ｍｍの隔壁３６が電極体１’を隔離できるように
互いに平行に形成されているた。

【００５９】また、比較例の電池の電槽３５を封止する
蓋３７は、電槽３５の開口部を封止できる大きさである
とともに、正極端子４’および負極端子５’が所定の間
隔で保持できるように貫通孔が形成されている。ここ
で、貫通孔の所定の間隔とは、貫通孔を貫通した正極端
子４’および負極端子５’に接合された電極体１’が、
電槽３５内に挿入されたときに隔壁３６により互いに隔
離されることができる間隔を示す。すなわち、比較例の
電池は、電槽３５に隔壁３６が形成されているため、こ
の隔壁３６の厚みが勘案される必要があるためである。

【００６０】比較例の電池は、外周形状が縦１１５ｍｍ
×横７７．４ｍｍ×高さ１００ｍｍとなっている。すな
わち、比較例の電池は、隔壁を有することで、実施例の
電池に比べて体格が大きくなっている。

【００６１】比較例の電池は、電槽および蓋の形状が実
施例の電池と異なるだけであり、電池の製造方法につい
ては、実施例と同様の方法を用いて作成できる。

【００６２】（評価）実施例と比較例の電池の体格を比
較すると、横方向の長さが実施例の電池は２．４ｍｍ短
くなっており、およそ４％体積効率が向上している。こ
の差は、比較例の電池は電槽の内部に厚さが１ｍｍの隔
壁を３枚有し、実施例の電池は隔壁が無いことにより生
じている。

【００６３】

【発明の効果】本発明の電池は、複数封入される電極体
が、それぞれ、電気絶縁性を有する絶縁素子に封入され
ることで、電極体同士の電気絶縁性が保証される。この
ため、従来の電池のように各電極体を隔壁により隔離し
なくてもよくなり、隔壁を取り除くことができる。この
結果、本発明の電池は体積効率が上昇する効果を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の電池の断面斜視図である。

【図２】 実施例の電池の断面図である。

【図３】 実施例の電池の電極体を示した図である。

【図４】 実施例の電極体を被覆する絶縁素子を形成す
る積層シートの断面を示した図である。

【図５】 比較例の電池の側面の断面図である。

【符号の説明】

１…電極体 ２…絶縁素子 ３…電池容器 ４…正極端子 ５…負極端子 ６…正極シー
ト ７…負極シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 友康 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 大木島 俊 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 5H011 AA04 CC02 CC06 CC10 5H022 AA18 CC25 EE01 EE06 EE08 KK03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極および負極を有する電極体の複数個
   が電池容器の内部に封入された電池において、 各該電極体が電気絶縁性を有する絶縁素子に封入された
   状態で、かつ隣り合わせた状態にある該絶縁素子同士が
   当接した状態で電池容器に封入されたことを特徴とする
   電池。
2. 【請求項２】 前記絶縁素子は、耐透水性を有する請求
   項１記載の電池。
3. 【請求項３】 前記絶縁素子は、積層した金属層と樹脂
   層とを有し、かつ前記電極体と対向する内周面が該樹脂
   層により形成されている請求項２記載の電池。
4. 【請求項４】 前記電池容器は、樹脂よりなる請求項１
   記載の電池。