説明

電池ケース、電池及び非水電解質二次電池

【課題】合成樹脂を基材とする電着塗料組成物を用いた電着塗装により、容易かつ簡便に、細部までムラなく均一な厚みを有する被膜が成膜されており、電気絶縁性が良好である電池ケース、該電池ケースを備える電池、及び非水電解質二次電池を提供する。
【解決手段】正極4、負極3、及び電解質を電池ケース6に収容した非水電解質二次電池1において、電池ケース6の内面に絶縁被膜11が形成されている。絶縁被膜11は、エポキシ樹脂を骨格とし、スルホニウム基を水和官能基として含有する樹脂を基体樹脂とする電解活性型電着塗料組成物を電池ケース6に電着塗装することにより形成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池ケース、該電池ケースに発電要素を収容した電池、並びに該電池ケースに正極、負極及びセパレータを含む発電要素と、非水電解質とを収容した非水電解質二次電池に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、急速に普及しているビデオカメラ,モバイルコンピュータ,携帯電話機等の携帯電子機器の電源としては、充放電可能な直方体状の非水電解質二次電池、例えばリチウムイオン二次電池等が主として用いられている。
【0003】
図5は、従来の非水電解質二次電池(以下、電池という)を示す断面図である。図5において、21は電池、22は扁平巻状電極群、23は負極、24は正極、25はセパレータ、26は電池ケース、27は電池蓋、28は安全弁、29は負極端子、30は負極リード、31は正極リードである。扁平巻状電極群22は、正極24と負極23とをセパレータ25を介して巻回したものである。電池蓋27は負極端子29及び安全弁28を有し、扁平巻状電極群22は電池ケース26に収容してあり、電池蓋27と電池ケース26とはレーザー溶接されている。負極端子29は負極リード30と接続され、正極リード31は、電池蓋27と接続されている。
電池21の場合、電池蓋27の負極端子29が設けられている部分以外の全体及び電池ケース26の全体が正極(端子)とされるが、この電池21においては、扁平巻状電極群22のセパレータ25がめくれて負極23が露出した場合、負極23と電池ケース26との短絡を防ぐ必要がある。
また、電池の中には電池ケースが負極とされる場合もあるが、この場合、扁平巻状電極群のセパレータがめくれて正極が露出したときに、正極と電池ケースとの短絡を防ぐ必要がある。
【0004】
特許文献1には、正極活物質を正極缶に接触させ、負極活物質を負極缶に接触させ、缶の部分はガスケットにより、活物質はセパレータにより隔離してあるコインセルの負極缶の内面に、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニル樹脂、シリコン樹脂、フッ素樹脂及びこれらの複合物のいずれかを主剤とする電気絶縁性物質からなる膜を形成した発明が開示されている。この発明によれば、放電の進行によりセパレータが移動した場合に、負極缶内面と正極活物質との内部短絡を抑制することが図られている。
【0005】
特許文献2には、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリカーボアセタール、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体樹脂、ウレタン樹脂、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム又はイソプレンゴムからなる有機高分子材料を用いて、負極缶の内面に、絶縁塗料被膜を形成した非水電解質二次電池の発明が開示されている。この発明によれば、負極缶の内面と、扁平巻状電極群を構成する正極との短絡を抑制することが図られている。
【特許文献1】特開平5−121055号公報
【特許文献2】特開平11−273738号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1の発明の場合、電気絶縁性物質を塗布、溶着、又は貼り付け等することで膜を形成しており、特許文献2の発明の場合、前記有機高分子材料を負極缶の内面に筆で塗布することで膜を形成している。他の場合も、電気絶縁性フィルムの貼付及び挿入(介在)、電気絶縁性材料の塗り付け(UVコーティング、蒸着、及びスプレー塗布等)により、電気絶縁性のフィルム又は膜を電池ケース(負極缶又は正極缶)の内面に設けており、多くの装置・道具を用いた煩雑な工程が必要であり、多くの時間を要するという問題があった。
【0007】
電気絶縁性フィルムの貼付及び挿入による場合、電気絶縁性フィルムを電池ケースの内面全面を連続した状態で覆うことは不可能であり、かつ剥がれ及び噛み込み等の物理的な工程不良を招き、電池ケース内の異極の接触を完全に排除することは不可能であるという問題があった。
また、塗り付けによる場合、被膜の厚みにムラが生じやすく、均一な連続膜を形成することが非常に困難であるという問題があった。そして、電池ケースが、簡単な形状を有する場合はまだ容易であるが、複雑な立体構造を有する場合は、細部にまで連続した膜を形成することが困難であるという問題があった。従って、形成された膜の電気絶縁性が不十分であるという問題があった。
【0008】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、合成樹脂を基材とする電着塗料組成物を用いた電着塗装により、容易かつ簡便に、細部までムラなく均一な厚みを有する被膜が成膜されており、電気絶縁性が良好である電池ケース、該電池ケースを備える電池及び非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【0009】
また、本発明は、電着塗料組成物として、電解活性型電着塗料組成物が用いられており、電気絶縁性がさらに良好である電池ケース、該電池ケースを備える電池、及び非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【0010】
さらに、本発明は、内面に、被膜が成膜されており、電気絶縁性が良好である電池ケース、該電池ケースを備え、該電池ケースと発電要素との短絡が防止されている電池、及び非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【0011】
そして、本発明は、電池ケースの内面の、積層状電極群又は巻回状電極群からなる発電要素の外面が当接する部分の一部又は全部には、被膜を形成しないように構成することにより、前記外面と電池ケースとの接触による集電を可能とし、良好な高率放電特性を有する非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
第1発明に係る電池ケースは、合成樹脂を基材とする電着塗料組成物を用いた電着塗装により電気絶縁性の被膜を形成してあることを特徴とする。
【0013】
本発明においては、電着塗料組成物に被塗物を浸漬し、電着塗料組成物及び被塗物の各々を電極として電圧を印加して、被塗物に被膜を析出させる電着塗装により、電池ケースに絶縁性の被膜を形成するので、電池ケースが複雑な形状を有する場合であっても細部まで塗装を施すことができ、自動的かつ連続的に塗装して成膜される。従って、多くの装置・道具を用いることなく、容易かつ簡便に成膜することができる。また、つきまわり性が良好であるので、ムラなく均一な厚みで成膜することができ、電気絶縁性が良好である。 従って、この電池ケースを備える電池は、発電要素と電池ケースとの短絡が防止される。
また、本発明においては、膜厚を制御することも可能である。
【0014】
第2発明に係る電池ケースは、第1発明において、前記電着塗料組成物は、カチオン電着塗料組成物であることを特徴とする。
【0015】
ここで、カチオン電着塗料組成物とは、スルホニウム基又は中和アミノ基を水和基として含有する電着塗料組成物をいう。カチオン電着塗料組成物を用いる電着塗装は、カチオン電着塗料組成物に被塗物を陰極として浸漬させ、電圧を印加することにより行う。この塗装による被膜の析出は電気化学的な反応によるものであり、被塗物表面に析出した被膜は絶縁性を有するので、被膜の析出が進行して析出膜の厚みが増加するのに従い、被膜の電気抵抗は大きくなり、この部分への析出は低下する。その結果、未被着部分に順次被膜が形成される、つきまわり性が良好である。
本発明においては、このカチオン電着塗料組成物を用いるので、つきまわり性がさらに良好であり、ムラなく均一な厚みで膜が形成され、被膜の電気絶縁性がさらに良好である。また、電着時に、被塗物である電池ケースが陰極となるので、酸化反応が生じず、電池ケース内に電解質を収容した場合に全く影響がない。得られた被膜は、耐酸性、耐アルカリ性及び耐熱性に優れる。
【0016】
第3発明に係る電池ケースは、第2発明において、前記カチオン電着塗料組成物は、電解活性型電着塗料組成物であることを特徴とする。
【0017】
ここで、電解活性型電着塗料組成物とは、スルホニウム基及び炭素−炭素不飽和結合を含有する基体樹脂にアミン化合物を配合してなるものをいい、電着塗装により形成された膜は、高い絶縁性を有し、熱・化学的に安定である。電着塗料組成物が中和アミノ基を水和基とする場合と異なり、スルホニウム基は電着塗装過程において、電極上でスルフィドとなって不可逆的に不導体化し、イオン性が消失するので、形成された膜は、高い絶縁性を有する。また、プロパルギル基等の炭素−炭素不飽和結合基が高pH下で高い重合反応性を有するアレニル基等に異性化すること、電極反応で生じた水酸化物イオンをスルホニウム基が保持することにより、電解発生塩基が電着被膜中に発生し、この電解発生塩基が炭素−炭素不飽和結合基を反応性が高い基に変換することから、熱・化学的に安定である架橋結合が生じて成膜される。
本発明においては、電解活性型電着塗料組成物を用いた電着塗装により電気絶縁性の被膜を形成するので、電気絶縁性がさらに良好である。電気絶縁性が良好であるので、膜厚を薄くすることができる。また、形成された被膜は熱・化学的に安定である。
【0018】
第4発明に係る電池ケースは、第1乃至第3発明のいずれかにおいて、前記合成樹脂は、エポキシ樹脂を骨格とする樹脂であることを特徴とする。
【0019】
本発明においては、合成樹脂がエポキシ樹脂を骨格とする樹脂であるので、樹脂骨格中にスルホニウム基及び炭素−炭素不飽和結合基を容易に導入することができる。
【0020】
第5発明に係る電池ケースは、第4発明において、前記エポキシ樹脂は、ノボラッククレゾール型エポキシ樹脂及びノボラックフェノール型エポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも1種であることを特徴とする。
【0021】
本発明においては、エポキシ樹脂は、ノボラッククレゾール型エポキシ樹脂及びノボラックフェノール型エポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも1種であるので、硬化性を高めるための多官能基化が容易である。
【0022】
第6発明に係る電池ケースは、第1乃至第5発明のいずれかにおいて、その内面に、前記被膜が形成してあることを特徴とする。
【0023】
本発明においては、この電池ケースを用いて電池を構成したときに、発電要素と電池ケースとの短絡が良好に防止される。
【0024】
第7発明に係る電池ケースは、第1乃至第6発明のいずれかにおいて、前記被膜は、厚みが1μm以上30μm以下であることを特徴とする。
【0025】
本発明においては、被膜の厚みが1μm以上30μm以下であるので、電池ケースの電気絶縁性が良好であり、得られる電池の初期厚みも良好である。被膜の厚みが1μm未満である場合、電池ケース内に油膜・汚れ等があり、電着されなかった部分が生じたときに、短絡が生じるおそれがある。被膜の厚みが30μmを超える場合、電池の初期厚みが大きくなる。
【0026】
第8発明に係る電池は、正極及び負極を含む発電要素と、該発電要素を収容する、第1乃至第7発明のいずれかの電池ケースとを備えることを特徴とする。
【0027】
本発明においては、電池ケースの電気絶縁性が良好であるので、電池ケースと発電要素との短絡が確実に防止される。
【0028】
第9発明に係る非水電解質二次電池は、正極、負極及びセパレータを含む発電要素と、非水電解質と、前記発電要素及び非水電解質を収容する、第1乃至第7発明のいずれかの電池ケースとを備えることを特徴とする。
【0029】
本発明においては、セパレータがめくれて正極又は負極が露出した場合でも、負極又は正極である電池ケースとの短絡が確実に防止される。
【0030】
第10発明に係る非水電解質二次電池は、第9発明において、前記発電要素は、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなり、外面の一部が前記電池ケースの内面に当接するように構成されており、前記内面の、前記発電要素の外面が当接する部分の一部又は全部には、前記被膜は形成されていないことを特徴とする。
【0031】
本発明においては、電池ケースの内面の、発電要素の外面が当接する部分の一部又は全部には、被膜が形成されていないので、前記外面と電池ケースとの接触による集電が行われ、大電流放電が可能となり、高率放電特性が良好である。
【発明の効果】
【0032】
本発明によれば、電着塗装により、多くの装置・道具を用いることなく、容易かつ簡便に電池ケースに電気絶縁性の被膜が成膜されている。また、つきまわり性が良好であるので、ムラなく均一な厚みで成膜され、膜厚を制御することも可能である。
【0033】
本発明によれば、電解活性型電着塗料組成物を用いた電着塗装により電気絶縁性の被膜が形成されているので、被膜は電気絶縁性が良好であり、熱・化学的に安定である。そして、電気絶縁性が良好であるので、膜厚を薄くすることができる。
【0034】
本発明によれば、被膜の厚みが1μm以上30μm以下であるので、電気絶縁性及び電池の初期厚みが良好である。
【0035】
本発明によれば、電池ケースの内面に被膜が形成されているので、この電池ケースを用いて電池を構成したときに、発電要素と電池ケースとの短絡が確実に防止される。
【0036】
本発明によれば、非水電解質二次電池を構成した場合に、セパレータがめくれて正極又は負極が露出した場合でも、負極又は正極である電池ケースとの短絡が確実に防止される。
【0037】
本発明によれば、電池ケースの内面の、発電要素の外面が当接する部分の一部又は全部には、被膜を形成しないように構成されているので、前記外面と電池ケースとの接触による集電が可能であり、良好な高率放電特性及び出力特性が得られるとともに、電池ケースの内面の他の部分には被膜が形成されているので、発電要素と電池ケースとの短絡が確実に防止されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0038】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る非水電解質二次電池(以下、電池という)を示す断面図である。図1において、1は電池、2は扁平巻状電極群、3は負極、4は正極、5はセパレータ、6は角型平板状の電池ケース、7は電池蓋、8は安全弁、9は負極端子、10は負極リード、11は絶縁被膜、12は正極リードである。扁平巻状電極群2は、正極4と負極3とをセパレータ5を介して巻回したものである。電池蓋7は負極端子9及び安全弁8を有し、扁平巻状電極群2は、巻回軸を電池蓋7に平行にした状態で電池ケース6に収容してあり、電池蓋7と電池ケース6とはレーザー溶接されている。負極端子9は負極リード10と接続され、正極リード12は電池蓋7と接続されている。電池1の場合、電池蓋7の負極端子9が設けられている部分以外の全体及び電池ケース6の全体が正極(端子)とされる。
電池ケース6内には、扁平巻状電極群2とともに、非水電解質が収容されている。
【0039】
正極4は、正極活物質、導電剤及びバインダからなる正極合剤の層をAl等の板状の金属集電体上に形成することにより作製される。
本実施の形態の電池1に用いる正極活物質としては、リチウムを吸蔵放出可能な化合物である、組成式Lix MO2 、又はLiy24 (ただしMは遷移金属、0≦x≦1、0≦y≦2)で表される複合酸化物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物を用いることができる。その具体例としては、LiCoO2 、LiNiO2 、LiMn24 、Li2 Mn24 等があり、これらを混合して用いてもよい。
【0040】
本実施の形態の電池1に用いる負極活物質としては、例えば、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合金、LiFe23 、WO2 、MoO2等の遷移金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素材料、Li3 (Li3 N)等の窒化リチウム、若しくは金属リチウム箔、又は、これらの混合物を用いてもよい。粒状の炭素材料を用いる場合には、例えば、負極活物質粒子と結着剤とからなる負極合剤を銅等の板状の金属集電体上に形成することで負極3が作製される。前記炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛(MCMB又はMCF等のメソフェーズ系黒鉛)を用いることが好ましく、メソフェーズ系黒鉛(MCMB又はMCF)を用いることがさらに好ましい。また、天然黒鉛の表面の一部又は全部を、天然黒鉛よりも結晶性が低い低結晶性炭素で被覆したものを用いてもよい。
【0041】
非水電解質の溶媒としては、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート等の非水溶媒を、単独、又はこれらを混合して使用することができる。また、適宜、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン等の重合剤等の添加剤を、適量含有したものでもよい。
【0042】
非水電解質は、これらの非水溶媒に支持塩を溶解して使用する。支持塩としては、LiClO4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiCF3 CO2 、LiCF3 SO3 、LiCF3 CF2 SO3 、LiCF3 CF2 CF2 SO3、LiN(SO2 CF32 、LiN(SO2 CF2 CF32 、LiN(COCF32 、LiN(COCF2 CF32 、LiPF3 (CF2 CF33 、LiFOB(リチウムジフルオロオキサラートボレート)、及びLiBOB(リチウムビスオキサラートボレート)等の塩、もしくはこれらの混合物を使用することができる。
【0043】
本実施の形態の電池1のセパレータ5としては、多孔性ポリオレフィン膜及び多孔性ポリ塩化ビニル膜等の多孔性ポリマー膜、又は、リチウムイオン又はイオン導電性ポリマー電解質膜を、単独、若しくは組み合わせて使用することができる。
本実施の形態の扁平巻状電極群2は、板状の前記正極4及び負極3がセパレータ5を介し、巻回されて得られる。
また、電池1の形状は、図1に示した角形に限定されるものではなく、本発明は、円筒形、長円筒形、コイン形、ボタン形、シート形電池等の様々な形状の非水電解質二次電池に適用可能である。
【0044】
電池ケース6は、Al又はAl合金製である。
図2(a)は、図1の電池1の電池ケース6を縦置きしたときの横断面図、図2(b)は電池ケース6の平面に平行な面で切断したときの縦断面図、図2(c)は電池ケース6の平面に垂直な面で切断したときの縦断面図である。
図1及び図2に示されるように、電池ケース6の内面には、電池蓋7の電池ケース6への嵌合部及び注液孔13付近以外の全面に、絶縁被膜11が形成されている。
【0045】
絶縁被膜11は、電着塗料組成物、好ましくはカチオン電着塗料組成物、より好ましくは電解活性型電着塗料組成物を電池ケース6に電着塗装することにより形成される。
【0046】
以下に、電着塗料組成物について具体的に説明する。
電着塗料組成物としては、スルホニウム基又は中和アミノ基を水和基として含有するカチオン電着塗料組成物が好ましい。そして、基体樹脂固形分100gあたりスルホニウム基10〜300mmol及び炭素−炭素不飽和結合50〜2000mmolを含有する基体樹脂に、アミン化合物を、前記基体樹脂固形分100gあたり1〜50mmolであって、かつ、前記基体樹脂に含有されるスルホニウム基の含有量の5mol%以上配合してなるものがさらに好ましい。以下、これを「電解活性型電着塗料組成物」という。
ここで、樹脂固形分100gあたりのスルホニウム基の含有量が10mmol/100g未満である場合、十分な電気絶縁性、つきまわり性及び硬化性を発揮することができず、また、水和性、浴安定性が悪くなる。300mmol/100gを超える場合、電池ケース6への被膜の析出が悪くなる。より好ましくは、基体樹脂固形分100gあたり10〜250mmolであり、10〜150mmolが更に好ましい。
【0047】
前記炭素−炭素不飽和結合は、炭素−炭素間の不飽和二重結合又は不飽和三重結合である。前記基体樹脂において、前記炭素−炭素不飽和結合は、前記基体樹脂の分子末端に存在してもよく、又は、前記基体樹脂の骨格を形成する分子鎖中の一部に存在していてもよい。
【0048】
スルホニウム基は、電着塗装過程で一定以上の電圧又は電流が与えられると、以下に示すように電極上で電解還元反応をうけてイオン性基が消失し、スルフィドとなって不可逆的に不導体化することができる。スルホニウム基を含む電解活性型電着塗料組成物が高度の電気絶縁性及びつきまわり性を発揮することができるのは、このためであると考えられる。
【0049】
【化1】

【0050】
また、電解活性型電着塗料組成物を用いた電着塗装過程においては、電極反応が引き起こされ、生じた水酸化物イオンをスルホニウム基が保持することにより電解発生塩基が電着被膜中に発生するものと考えられる。高pH下にあることと相まって、前記電解発生塩基は、電着被膜中に存在する反応性の低いプロパルギル基等の炭素−炭素不飽和結合を重合反応性が高いアレニル基等に変換させ、基体樹脂は自己架橋し、熱・化学的に安定な絶縁被膜11が成膜される。
【0051】
前記炭素−炭素不飽和結合の含有量は、基体樹脂固形分100gあたり50mmol/100g未満である場合、十分な電気絶縁性、つきまわり性及び硬化性を発揮することができない。2000mmol/100gを超える場合、電着塗料として使用した場合の水和安定性に悪影響を及ぼし、電池ケース6への被膜の析出が悪くなる。より好ましくは、基体樹脂固形分100gあたり80〜1000mmolであり、80〜500mmolが更に好ましい。前記基体樹脂において、前記炭素−炭素不飽和結合は、少なくとも15%がプロパルギル基の炭素−炭素三重結合であることが硬化性の観点から好ましい。
なお、前記炭素−炭素不飽和結合の含有量は、例えば、長鎖不飽和脂肪酸等の分子内に複数個の炭素−炭素二重結合をもつ分子が導入された場合であっても、導入された、分子内に複数個の炭素−炭素二重結合をもつ分子自体の含有量をもって表すものとする。これは、複数個の炭素−炭素二重結合をもつ分子が導入されても、硬化反応に関与するのは、実質的にそのうちの一つの炭素−炭素二重結合のみであると考えられるからである。
【0052】
前記基体樹脂としては、上述のスルホニウム基及び前記炭素−炭素不飽和結合を含有するものである限り特に限定されるものではなく、アクリル樹脂やエポキシ樹脂を使用可能であるが、樹脂骨格中にスルホニウム基や前記炭素−炭素不飽和結合を容易に導入することができるように、エポキシ基を1分子中に少なくとも2個有するポリエポキシドが好ましい。ポリエポキシド樹脂としては特に限定されず、例えば、エピビスエポキシ樹脂、これをジオール、ジカルボン酸、ジアミン等により鎖延長したもの;エポキシ化ポリブタジエン;ノボラックフェノール型エポキシ樹脂;ノボラッククレゾール型エポキシ樹脂;ポリグリシジルアクリレート;脂肪族ポリオール又はポリエーテルポリオールのポリグリシジルエーテル;多塩基性カルボン酸のポリグリシジルエステル等を挙げることができる。これらのうち、硬化性を高めるための多官能基化が容易であるノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ノボラッククレゾール型エポキシ樹脂、ポリグリシジルアクリレートが好ましい。
【0053】
前記エポキシ樹脂の数平均分子量は、500〜20000が好ましい。数平均分子量が500未満である場合、電着塗装の塗装効率が悪くなり、20000を超えると電池ケース6の表面に良好な被膜を形成することができない。樹脂骨格に応じてより好ましい数平均分子量を設定可能であり、例えば、ノボラックフェノール型エポキシ樹脂、ノボラッククレゾール型エポキシ樹脂の場合には、700〜5000であるのがより好ましい。
【0054】
基体樹脂がエポキシ樹脂を骨格とするものである場合、エポキシ樹脂のエポキシ基を介してスルホニウム基及び炭素−炭素不飽和結合が導入される。基体樹脂は、一分子中にスルホニウム基及び炭素−炭素不飽和結合を共に含有していることが好ましいが、必ずしもその必要はなく、例えば、一分子中にスルホニウム基又は炭素−炭素不飽和結合のいずれかを含有するものであってもよい。この後者の場合にあっては、基体樹脂を構成する樹脂分子全体として、これら2種の官能基の全てを含有する。すなわち、前記基体樹脂は、一般には、スルホニウム基又は前記炭素−炭素不飽和結合のうちのいずれか一つ又は二つ以上を有する複数の樹脂分子からなるものであってよい。本明細書中、前記基体樹脂は、上述の意味においてスルホニウム基及び前記炭素−炭素不飽和結合を含有する。
【0055】
電解活性型電着塗料組成物の第二の成分は、アミン化合物である。このアミン化合物の添加により、電着過程における電解還元によるスルホニウム基のスルフィドへの変換率が増大する。アミン化合物としては特に限定されず、例えば、1級〜3級の単官能及び多官能の脂肪族アミン、脂環族アミン、芳香族アミン等のアミン化合物を挙げることができる。これらのうち、水溶性又は水分散性のものが好ましく、例えば、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、トリブチルアミン等の炭素数2〜8のアルキルアミン;モノエタノールアミン、ジメタノールアミン、メチルエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、モルホリン、N−メチルモルホリン、ピリジン、ピラジン、ピペリジン、イミダゾリン、イミダゾール等を挙げることができる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、水分散安定性が優れているので、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン等のヒドロキシアミンが好ましい。
【0056】
アミン化合物は、直接、電解活性型電着塗料組成物中に配合することができる。従来の中和型アミン系の電着塗料組成物では、遊離のアミンを添加すると、樹脂中の中和酸を奪うことになり、電着溶液の安定性が著しく悪化するが、電解活性型電着塗料組成物においては、このような浴安定性の阻害が生じることはない。
【0057】
アミン化合物の配合量は、上述したように、基体樹脂固形分100gあたり1〜50mmolであることが好ましい。配合量が1mmol/100g未満である場合、化合物を添加することによる効果が発揮できず、50mmol/100gを超える場合、配合量に応じた効果が期待できず、不経済である。より好ましくは、1〜30mmol/100gである。アミン化合物の配合量は、上述の条件を満たした上で、電解活性型電着塗料組成物に含まれる基体樹脂に含有されるスルホニウム基の含有量の5mol%以上であることが好ましい。配合量が前記条件を充たしても、基体樹脂に含有されるスルホニウム基の含有量の5mol%以上でない場合は、スルホニウム基のスルフィドへの変換率の向上に十分寄与することがない。より好ましくは、7mol%以上である。
【0058】
基体樹脂の製造方法を、エポキシ樹脂を使用する場合を典型例として以下に説明する。エポキシ樹脂以外の樹脂を使用する場合にも、以下の方法を適宜変更することにより、実施可能である。前記基体樹脂は、例えば、一分子中に少なくとも2つのエポキシ基を有するエポキシ樹脂に、エポキシ基と反応する官能基及び炭素−炭素不飽和結合を有する化合物を反応させて、炭素−炭素不飽和結合を含有するエポキシ樹脂を得る工程(1)、及び、工程(1)で得られた炭素−炭素不飽和結合を含有するエポキシ樹脂中の残存エポキシ基に、スルホニウム基を導入する工程(2)からなる工程によって好適に製造することができる。一分子中に少なくとも2つのエポキシ基を有するエポキシ樹脂としては、上述したエポキシ樹脂等を好適に使用することができる。
【0059】
前記エポキシ基と反応する官能基及び炭素−炭素不飽和結合を有する化合物としては、例えば、水酸基及びカルボキシル基等のエポキシ基と反応する官能基と炭素−炭素不飽和結合とをともに含有する化合物であってよく、具体的には、プロパルギルアルコール及びプロパルギル酸等の水酸基又はカルボキシル基と炭素−炭素三重結合とを有する化合物;2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルメタクリレート、ヒドロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリレート、アリルアルコール、メタクリルアルコール等の水酸基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する化合物;アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、フタル酸、イタコン酸等のカルボキシル基と炭素−炭素不飽和二重結合とを有する化合物;マレイン酸エチルエステル、フマル酸エチルエステル、イタコン酸エチルエステル、コハク酸モノ(メタ)アクリロイルオキシエチルエステル、フタル酸モノ(メタ)アクリロイルオキシエチルエステル等のハーフエステル類;オレイン酸、リシノール酸等の合成不飽和脂肪酸;アマニ油、大豆油等の天然不飽和脂肪酸等を挙げることができる。
【0060】
工程(1)における反応条件は、通常、室温又は80〜140℃にて数時間である。また、必要に応じて触媒及び溶媒等の反応を進行させるために必要な公知の成分を使用することができる。反応の終了は、エポキシ当量の測定により確認することができ、得られた樹脂の不揮発分測定及び機器分析により、導入された官能基を確認することができる。
【0061】
なお、炭素−炭素不飽和結合を含有するエポキシ樹脂を得る工程としては、工程(1)以外に、炭素−炭素不飽和結合を分子内に有するモノマー、例えば、グリシジルメタクリレートにプロパルギルアルコールを付加したモノマー等を、その他のモノマーと共重合することによっても行うことができる。前記その他のモノマーとしては前記モノマーと共重合可能なものであれば特に限定されず、例えば、アクリル酸又はメタクリル酸のメチル、エチル、プロピル、n−ブチル、i−ブチル、t−ブチル、2−エチルヘキシル、ラウリル、フェニル、ベンジル、2−ヒドロキシエチル、2−ヒドロキシプロピル、4−ヒドロキシブチル等のエステル;プラクセルFM(商品名)シリーズ(メタクリル酸2−ヒドロキシエチルとカプロラクトンとの付加物、ダイセル工業社製);アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等のその誘導体;スチレン、α−メチルスチレン、酢酸ビニル等を挙げることができる。
【0062】
工程(2)においては、工程(1)、又は該当する場合には、上述の炭素−炭素不飽和結合を分子内に有するモノマーとその他のモノマーとを共重合する方法で得られた炭素−炭素不飽和結合を含有するエポキシ樹脂の残存エポキシ基に、スルホニウム基を導入する。スルホニウム基の導入は、スルフィド/酸混合物とエポキシ基を反応させてスルフィドの導入及びスルホニウム化を行う方法、スルフィドを導入した後、更に、酸又はアルキルハライド等により、導入したスルフィドのスルホニウム化反応を行い、必要によりアニオン交換を行う方法等により行うことができる。反応原料の入手容易性の観点からは、スルフィド/酸混合物を使用する方法が好ましい。
【0063】
前記スルフィドとしては特に限定されず、例えば、脂肪族スルフィド、脂肪族−芳香族混合スルフィド、アラルキルスルフィド、環状スルフィド等を挙げることができる。具体的には、例えば、ジエチルスルフィド、ジプロピルスルフィド、ジブチルスルフィド、ジヘキシルスルフィド、ジフェニルスルフィド、エチルフェニルスルフィド、テトラメチレンスルフィド、ペンタメチレンスルフィド、チオジエタノール、チオジプロパノール、チオジブタノール、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2−プロパノール、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2−ブタノール、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−3−ブトキシ−1−プロパノール等を挙げることができる。
【0064】
前記酸としてはスルホニウム基の対アニオンとなり得るものであれば特に限定されず、例えば、蟻酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸、硼酸、酪酸、ジメチロールプロピオン酸、塩酸、硫酸、リン酸、N−アセチルグリシン、N−アセチル−β−アラニン等を挙げることができる。
【0065】
前記スルフィド/酸混合物におけるスルフィドと酸との混合比率は、通常、モル比率でスルフィド/酸=100/60〜100/100程度が好ましい。
【0066】
アルキルハライドとしては特に限定されず、例えば、フッ化メチル、塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、ヨウ化エチル、ヨウ化プロピル、ヨウ化イソプロピル等を挙げることができる。
【0067】
工程(2)の反応は、例えば、工程(1)で得られた炭素−炭素不飽和結合を含有するエポキシ樹脂と、例えば、上述のスルホニウム基含量になるように設定された所定量の前記スルフィド及び酸との混合物とを、使用するスルフィドの5〜10倍モルの水と混合し、通常、50〜90℃で数時間攪拌して行うことができる。反応の終了点は、残存酸価が5以下となることを目安とすればよい。得られた樹脂中のスルホニウム基導入の確認は、電位差滴定法により行うことができる。
スルフィドの導入後にスルホニウム化反応を行う場合も、前記に準じて行うことができる。
【0068】
上述のように、スルホニウム基の導入を、炭素−炭素不飽和結合の導入の後に行うことにより、加熱によるスルホニウム基の分解を防止することができる。
【0069】
こうして得られた基体樹脂に、アミン化合物を所定量配合することにより、電解活性型電着塗料組成物を好適に製造することができる。
【0070】
電解活性型電着塗料組成物には、上述の基体樹脂自体が硬化性を有するので、硬化剤の使用は必ずしも必要ない。しかし、硬化性の更なる向上のために使用してもよい。このような硬化剤としては、例えば、プロパルギル基及び不飽和二重結合のうち少なくとも1種を複数個有する化合物、例えば、ノボラックフェノール等のポリエポキシドやペンタエリスリットテトラグリシジルエーテル等に、プロパルギルアルコール等のプロパルギル基を有する化合物や(メタ)アクリル酸やアリルアルコール等の不飽和二重結合を有する化合物を付加反応させて得た化合物等を挙げることができる。
【0071】
前記硬化剤は、残存するグリシジル基にスルホニウム基を導入し、自己乳化型エマルションとしたものであってもよい。硬化剤の使用量は、前記電解活性型電着塗料組成物中、樹脂固形分として80重量%以下であることが好ましい。前記硬化剤を使用する場合、硬化剤中の不飽和結合の量及びスルホニウム基の量は、上述の電解活性型電着塗料組成物における含有量の範囲内であるように調節して使用されることが好ましい。
【0072】
電解活性型電着塗料組成物には、不飽和結合間の硬化反応を進行させるために、硬化触媒を使用することができる。硬化触媒の配合量は、電着塗料組成物樹脂固形分100gあたり0.1〜20mmolであることが好ましい。
【0073】
電解活性型電着塗料組成物は、必要に応じて、通常のカチオン電着塗料組成物に用いられるその他の成分を含んでいてもよい。前記その他の成分としては特に限定されず、例えば、顔料、顔料分散樹脂、界面活性剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の塗料用添加剤等を挙げることができる。
【0074】
電解活性型電着塗料組成物は、前記基体樹脂、アミン化合物に、必要に応じて、上述のその他の各成分を混合し、水に溶解又は分散すること等により得ることができる。不揮発分が10〜30%の浴液となるように調製されることが好ましい。
【0075】
本実施の形態においては、カチオン電着塗料組成物、好ましくは電解活性型電着塗料組成物を、これらの塗料組成物を電着塗装して得られる塗膜中に、電着される電着塗料組成物中に含有されるスルホニウム基の40%未満が残存するように電着塗装する。電解活性型電着塗料組成物に電着される前に含有されているスルホニウム基のうち、スルフィド基に変換されずに電着塗装して得られる塗膜中に残存するスルホニウム基が40%以上であると、析出性や平滑性に対する浴温度の影響が大きく、浴管理が難しくなる。この条件は、以下に説明する電着塗装の電極印加電圧、電着時間の条件を充たすとともに、前記アミン化合物の含有量を上述の範囲に設定することによって達成することができる。
【0076】
すなわち、電着塗装は、被塗物を陰極として陽極との間に、通常、5〜500Vの電圧を印加して行う。印加電圧が5V未満であると電着が不十分となり、500Vを超えると、消費電力が大きくなり、不経済である。本実施の形態の組成物を使用して上述の範囲内で電圧を印加すると、電着過程における急激な膜厚の上昇を生じることなく、電池ケース6の全体に均一な被膜を形成することができ、高いつきまわり性を発揮する。
【0077】
電圧を印加する場合の電着塗料組成物の浴液温度は、通常、10〜45℃の範囲で設定可能であり、例えば、30℃等の温度に適宜設定することができる。電解活性型電着塗料組成物中を使用する場合においては、前記浴液温度は、設定温度の、例えば、±10℃以内に制御すればよく、30℃を設定温度とする場合は、浴液温度を20〜40℃の範囲に制御すれば、所望の電着塗膜を得ることができる。
【0078】
本実施の形態において、電着過程は、(i)電着塗料組成物に電池ケース6を浸漬する過程、(ii)電池ケース6を陰極として、陽極との間に電圧を印加し、被膜を析出させる過程、(iii)析出させた被膜に、電圧を更に印加することにより、被膜の単位体積あたりの電気抵抗値を増加させる過程から構成されることが好ましい。電圧を印加する時間は、一般には、2〜4分とすることができる。
【0079】
上述のようにして得られた被膜は、電着過程の終了後、そのまま又は水洗した後、120〜260℃、好ましくは160〜220℃で、10〜30分間焼き付けることにより硬化させて、塗装を完了する。
【0080】
本実施の形態においては、硬化後の被膜の膜厚は1μm以上30μm以下であるのが好ましい。被膜の厚みが1μm未満である場合、電池ケース内に油膜・汚れ等があり、電着されなかった部分が生じたときに、短絡が生じるおそれがある。被膜の厚みが30μmを超える場合、電池の初期厚みが大きくなる。
【0081】
以上のようにして形成された被膜中の残存スルホニウム基量は、電着に供される電着塗料組成物中のスルホニウム基量の40%未満に減少しており、電着塗料組成物中のスルホニウム基の60%以上がスルフィド基に変換されているものと考えられる。
【0082】
本実施の形態においては、電池ケース6がFe、NiめっきしたFe、又はステンレス等からなる場合であっても、電着条件が一定であるとき、電着塗装して得られる被膜の膜厚の素材間による差は小さい。本実施の形態においては、スルホニウム基のスルフィド基への変換率を60%以上、すなわち、電着塗装により得られる被膜中に残存する電着塗料組成物中のスルホニウム基を40%未満とすることによって、析出した塗膜の電気抵抗値は大幅に増大し、被塗物である素材がそれぞれ異なる電気抵抗値を有するものであっても、この析出塗膜の電気抵抗値の大幅な増加が支配要因となって、その析出膜厚差が小さくなるものと考えられる。
【0083】
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2に係る電池14を示す断面図、図4(a)は、図3の電池14の電池ケース16を縦置きしたときの中央部の横断面図、図4(b)は電池ケース16の平面に平行な面で切断したときの縦断面図、図4(c)は電池ケース16の中央部を平面に垂直な面で切断したときの縦断面図である。図中、図1、図2と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【0084】
電池14においては、電池ケース16の底面及び幅狭の側面の内面に、電池蓋7の電池ケース16への嵌合部及び注液孔13付近を除き、絶縁被膜15が形成されている。
図4(b)に示すように、電池ケース16の平面(幅広の側面)の内面の横方向の両端側部分、及び底面側部分には、絶縁被膜15が形成されている。例えば電池ケース16のサイズが縦50mm、横34mm、厚み略4.2mmである場合、電池ケース16の平面において、絶縁被膜15は、横方向の両端部から2〜6mmの幅、底面側端部から0〜5mmの幅を有したコの字状に形成されている。
【0085】
絶縁被膜15は、扁平巻状電極群2が膨れた場合に、扁平巻状電極群2の板状の負極3の長手の端面が電池ケース16の幅狭の側面の内面、及び電池ケース16の平面の横方向の両端側部分に当接して短絡することを確実に防止するために、前記幅狭の側面の内面、及び平面の横方向の両端側部分には必須的に形成される。
電池ケース16の底面、及び平面の底面側端部には、扁平巻状電極群2の外周面(正極4)が対向するので、必ずしも絶縁被膜15を形成させることはないが、絶縁被膜15を形成させる方が好ましい。
絶縁被膜15は、電池ケース16の内面の、扁平巻状電極群2の外周面が当接する部分の一部又は全部について形成せず、前記外周面と電池ケース16との金属−金属接触による集電が可能であればよいが、前記外周面が当接する部分の全部について形成しないのが好ましい。絶縁被膜15の非形成範囲は、扁平巻状電極群2の外周面が当接する部分より少し広い範囲であってもよい。
なお、電池ケース16の平面は、側面視が中央部が少し凹んだ円弧状をなしているが、これに限定されるものではなく、前記平面は平坦であってもよい。
【0086】
絶縁被膜15は、実施の形態1と同様の電着塗料組成物、好ましくはカチオン電着塗料組成物、より好ましくは電解活性型電着塗料組成物を電池ケース16に電着塗装することにより形成される。
電着塗装は、電着過程は、(i)電池ケース16の内面の絶縁被膜15を形成させない部分にマスキングテープを貼付する過程、(ii)電着塗料組成物に電池ケース16を浸漬する過程、(iii)電池ケース16を陰極として、陽極との間に電圧を印加し、被膜を析出させる過程、(iv)析出させた被膜に、電圧を更に印加することにより、被膜の単位体積あたりの電気抵抗値を増加させる過程から構成されることが好ましい。電圧を印加する時間は、一般には、2〜4分とすることができる。
上述のようにして得られた被膜は、電着過程の終了後、そのまま又は水洗した後、120〜260℃、好ましくは160〜220℃で、10〜30分間焼き付けることにより硬化させて、塗装を完了する。
硬化後の被膜の膜厚は1μm以上30μm以下であるのが好ましい。
【実施例】
【0087】
以下に好適な実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は、本実施例により、何ら限定されるものではなく、その主旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができる。
【0088】
(実施例1)
実施例1に係る電池は、実施の形態1に係る図1の電池1と同一の構成を有する。
実施例1においては、正極活物質としてのLiCoO2 94質量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック3質量%と、バインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)3質量%とを混合して正極合剤を得、これに溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量加えて攪拌することで、正極ペーストを得た。調製した正極ペーストを厚み20μmのアルミニウム集電体に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで正極合剤層の密度が3.4g/cm3 となるように圧縮成形することにより正極を作製した。
【0089】
負極活物質としての炭素材料97質量%と、バインダとしてのカルボキシメチルセルロース1.5質量%及びスチレンブタジエンゴム1.5質量%とを混合して負極合剤を得、これに蒸留水を適宜加えて分散させて、スラリーを調整した。調製したスラリーを厚さ15μmの銅集電体に均一に塗布し、100℃で5時間乾燥させた後、ロールプレスで負極合剤層の密度が1.6g/cm3 となるように圧縮成形することにより負極を作製した。
【0090】
前記炭素材料は、天然黒鉛の表面の一部又は全部を、天然黒鉛よりも結晶性の低い低結晶性炭素で被覆したもの(以下、被覆黒鉛という)であり、前記天然黒鉛は、X線広角回折法による(002)面の平均面間隔(d002)が3.357Åであり、また、アルゴンレーザーラマンによる1580cm-1付近のピークに対する1355cm-1付近のピークの強度比(I1355/I1580)が、0.25であり、さらに、学振法によるX線回折で求めた結晶子サイズLc及びLaは100nm以上であるものを用いた。また、前記被覆黒鉛は、アルゴンレーザーラマンによる1580cm-1付近のピークに対する1355cm-1付近のピークの強度比が1.03である。
【0091】
前記被覆黒鉛は、トルエンガスを炭素原料として化学蒸着処理法によって天然黒鉛の表面を天然黒鉛の質量に対して10質量%の低結晶性炭素で被覆したものである。
【0092】
セパレータとしては、厚さ20μm程度の微多孔性ポリエチレンフィルムを用いた。電解質としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)との体積比が3:7の混合溶媒にLiPF6 を1.1mol/L溶解させたものに、ビニレンカーボネート(VC)を1質量%添加したものを用いた。
【0093】
Al製の電池ケースの内面には、図2(a)、(b)及び(c)に示すように電池蓋の電池ケースへの嵌合部及び注液孔付近以外の全面に、絶縁被膜が形成されている。絶縁被膜は、以下のようにして形成した。
【0094】
まず、スルホニウム基、プロパルギル基及びビニル基を含有する基体樹脂(A)を、以下のようにして製造した。
エポキシ当量200.4のクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(エポトートYDCN−701(商品名)、東都化成社製)100.0gにプロパルギルアルコール13.5g、アリルアルコール10.5g、ハイドロキノン0.05g、ジメチルベンジルアミン0.3gを攪拌機、温度計、窒素導入管及び還流冷却管を備えたセパラブルフラスコに加え、105℃に昇温し、3時間反応させ、エポキシ当量1590のプロパルギル基とビニル基とを含有する樹脂を得た。このものに、1−(2−ヒドロキシエチルチオ)−2,3−プロパンジオール10.6g、氷酢酸4.7g、脱イオン水7.0gを入れ、75℃で保温しつつ6時間反応させ、残存酸価が5以下であることを確認した後、脱イオン水45.6gを加え、目的の樹脂溶液を得た。このものの固形物濃度は、70.9重量%、スルホニウム価は27.6mmol/100gワニスであった。
【0095】
上述のようにして得られた基体樹脂(A)141.0gを使用し、これにニッケルアセチルアセトナート1.0g、モノエタノールアミン0.5g、脱イオン水157.5gを加え、高速回転ミキサーで1時間攪拌後、更に、脱イオン水373.3gを加え、固形分濃度が15重量%となるように水溶液を調製して電着塗料組成物とした(インシュリード1004(商品名)、日本ペイント(株)製)。
【0096】
電池ケース内に、前記電着塗料組成物を所定の位置まで満たし、電池ケース6を陰極とし、電池ケース内に陽極をとって、液温度20℃、印加電圧10V、電着時間3分の条件で電着塗装を行った。これを190℃、20分で硬化させた結果、得られた絶縁被膜のコーティング厚みは0.5μmであった。
以上のようにして得られた電池のサイズは、幅34mm、厚み略4.2mm、高さ50mmであり、容量は850mAhである。
【0097】
(実施例2〜9)
絶縁被膜のコーティング厚みを下記の表1に示したように、厚みを1μm〜40μmに変えたこと以外は、実施例1と同様にして、電池ケースの内面に絶縁被膜を形成し、電池を作製した。絶縁被膜の厚みの制御は、液温度、印加電圧及び電着時間を変えることにより行った。
【0098】
(実施例10)
【0099】
実施例10に係る電池は、実施の形態2に係る図3の電池14と同一の構成を有する。
実施例10においては、予め、電池ケースの平面の内面の、扁平巻状電極群の外周面が当接する部分より少し広い範囲、すなわち、前記平面の横方向の両端部から5mmの幅、底面側端部から3mmの幅を有したコの字状の部分を除いた範囲に、マスキングテープ(マスキングテープ(商品名)、日東電工(株)製)を貼付して、マスキングを行った。その後は、電池ケースの内面のマスキングをした部分を除く範囲に、実施例1と同様にして、コーティング厚みが10μmとなるように絶縁被膜を形成し、電池を作製した。
【0100】
【表1】

【0101】
(比較例1)
エポキシアクリレート樹脂を基体樹脂とする塗料組成物を用い、スプレー塗装、UV照射して、電池ケースの内面に被膜を形成した。塗料組成物、電池ケースへのコーティング方法を変えたこと以外は、実施例1と同様にして、電池を作製した。
【0102】
(比較例2)
変性ポリアミドイミド樹脂を基体樹脂とする塗料組成物を用い、スプレー塗装、乾燥して、電池ケースの内面に被膜を形成した。塗料組成物、電池ケースへのコーティング方法を変えたこと以外は、実施例1と同様にして、電池を作製した。
【0103】
(比較例3)
電池ケースの内面に絶縁被膜を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして電池を作製した。
【0104】
これらの各実施例及び各比較例の電池について、以下の初期厚み測定、オーブン加熱試験、及び高率放電試験を行った。その結果を上記表1に示す。
【0105】
(初期厚み測定)
各実施例及び各比較例の電池を100セルずつ作製し、これらの電池を、電流850mAで、電圧4.2Vまで定電流・定電圧で3時間充電し、その後、電流850mAで、電圧3Vまで放電を行い、初期の電池厚みを測定し、その標準偏差を算出した。
【0106】
(オーブン加熱試験)
上述のようにして初期厚みを測定した各電池につき、電流850mAで、電圧4.2Vまで定電流・定電圧で3時間充電した各電池をオーブン内に載置し、5℃/分の速度で150℃まで昇温し、90分間保持し、短絡(電圧の急激な低下)の有無を確認した。
【0107】
(高率放電試験)
各実施例及び各比較例の電池5セルにつき、25℃の周囲温度下、電流850mAで、電圧4.2Vまで定電流・定電圧で3時間充電し、その後、電流850mAで、電圧3Vまで放電を行い、初期の放電容量を測定した。その後、上述の充電を再度行った後、電流1700mAで電圧3Vまで放電を行い、放電容量を測定した。この放電容量の初期の放電容量に対する比率(容量保持率(%))を算出し、5セルの平均値を求めた。
【0108】
表1より、比較例1の電池の場合、絶縁被膜のコーティング厚みが13〜21μmとばらつきが大きく、標準偏差及び電池の初期厚みの平均値が大きいことが分かる。
比較例2の電池の場合、塗装時にダレが生じるために、局所的に膜厚が厚い部分ができる。このために電池の標準偏差、初期厚みともに大きい。比較例2の変性ポリアミドイミド樹脂に限らず、他の樹脂を用いた場合でも、塗り付けにより成膜する限り、同様の問題が生じることが確認されている。
【0109】
実施例の場合、絶縁被膜のコーティング厚みが30μm以下であれば、絶縁被膜を形成しない比較例3と略同様の電池の初期厚みが得られている。
コーティング厚みが30μmを超える場合、絶縁被膜のコーティング厚みは均一であり、標準偏差は小さいが、電池ケースの内寸に対する、扁平巻状電極群が電解質によって膨潤・湿潤した後の厚みの比として定義される挿入係数が大きくなるので、電池の初期厚みが大きくなる。
従って、コーティング厚みは30μm以下であるのが好ましい。
【0110】
オーブン試験の結果から、実施例の電池は、短絡が略100%、防止されていることが分かる。
比較例1及び2の電池の場合、ともにオーブンでの加熱時に被膜が割れて、ケース内面のAlが露出してしまうために、短絡が生じる。被膜の割れは、被膜の伸び率が小さいために電池ケースの変形に追従できないことから生じる。
比較例3の場合、電池ケースの内面に被膜が形成されていないので、短絡は100%生じている。
【0111】
実施例においても、コーティング厚みが0.5μmである場合、電池ケース内に油膜・汚れ等があり、電着されなかった部分が生じることがあるので、短絡が4〜5%発生している。
従って、コーティング厚みは1μm以上であるのが好ましい。
【0112】
また、高率放電試験の容量保持率については、実施例10の場合、電池ケースの内面に被膜が形成されていない比較例3と略同等であるが、実施例1〜9においては比較例3より劣り、比較例1及び2はさらに劣るという結果が得られている。
実施例1〜9、比較例1及び2は、電池ケースの内面の全面に絶縁被膜が形成されており、前記内面の扁平巻状電極群の外周面と接触する部分にも被膜が形成されているので、該部分から集電することができず、比較例3より前記容量保持率が低下している。実施例10の場合、前記部分には絶縁被膜が形成されておらず、該部分から集電することが可能であるので、比較例3と略同等の容量保持率を有する。
【0113】
以上より、本発明によれば、電着塗装により電池ケースの内面に被膜を形成するので、1μm前後のオーダーで、厚みが均一である膜を形成することができ、電池の初期厚みを小さく抑えることができることが分かる。また、複雑な立体構造を有する電池ケースでも、つきまわり性が良く、均一な連続膜が形成される。従って、電池ケース内の異極接触による短絡発生率を高くしたオーブン試験においても、有効に短絡を防止することができるという結果が得られており、電気絶縁性が良好である。
【0114】
そして、電池パックの用途、機能等の観点から、優れた高率放電特性及び出力特性を有することが求められている場合には、電池ケースの内面の、発電要素の外周面が当接する部分の一部又は全部には、被膜を形成しないように構成することにより、前記外周面と電池ケースとの接触による集電が可能となり、良好な高率放電特性及び出力特性を有するとともに、電池ケースの内面の他の部分には被膜が形成されているので、発電要素と電池ケースとの短絡が確実に防止されている電池パックが得られる。
【0115】
なお、前記実施形態においては、電着塗料組成物として、電解活性型電着塗料組成物を好適に用いた場合につき説明しているが、これに限定されるものではない。
但し、カチオン電着塗料組成物を用いて電着した場合、被塗物である電池ケースが陰極となるので、酸化反応が生じず、成膜後に電池ケース内に電解質を収容した場合に全く影響がない。そして、つきまわり性が良好であるので、ムラなく均一な厚みで膜が形成され、形成された膜の電気絶縁性が良好である。
そして、電解活性型電着塗料組成物を用いて電着した場合、被膜の電気絶縁性がさらに良好である。電気絶縁性が良好であるので、膜厚を薄くすることができる。
【0116】
また、前記実施形態においては、発電要素が扁平巻状電極群2である場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層した積層状電極群であってもよい。
【0117】
そして、電池ケースの内面に絶縁被膜を形成した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、電池ケースの外面に絶縁被膜を形成してもよい。電池ケースの外面に被膜を形成することにより、電池ケースの機械的強度が向上するために電池膨れが抑制され、安全性が向上する。従来、電池を収縮チューブで覆う等の絶縁処理を施す場合があったが、電池ケースに簡便に絶縁被膜を形成することで、これに代替することができる。このとき、場合により、注液孔部分等の一部をコーティングしないことにしてもよい。
【0118】
さらに、前記実施形態においては、電池として非水電解質二次電池を適用した場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、本発明は他の電池にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0119】
【図1】本発明に係る非水電解質二次電池の断面図である。
【図2】図2(a)は、図1の電池の電池ケースを縦置きしたときの横断面図、図2(b)は電池ケースの平面に平行な面で切断したときの縦断面図、図2(c)は電池ケースの平面に垂直な面で切断したときの縦断面図である。
【図3】本発明の実施の形態2に係る電池を示す断面図である。
【図4】図4(a)は、図3の電池の電池ケースを縦置きしたときの中央部の横断面図、図4(b)は電池ケースの平面に平行な面で切断したときの縦断面図、図4(c)は電池ケースの中央部を平面に垂直な面で切断したときの縦断面図である。
【図5】従来の非水電解質二次電池を示す断面図である。
【符号の説明】
【0120】
1、14、21 電池(非水電解質二次電池)
2、22 扁平巻状電極群
3、23 負極
4、24 正極
5、25 セパレータ
6、16、26 電池ケース
7、27 電池蓋
8、28 安全弁
9、29 負極端子
10、30 負極リード
11、15 絶縁被膜
12、31 正極リード
13 注液孔

【特許請求の範囲】
【請求項1】
合成樹脂を基材とする電着塗料組成物を用いた電着塗装により電気絶縁性の被膜を形成してあることを特徴とする電池ケース。
【請求項2】
前記電着塗料組成物は、カチオン電着塗料組成物である請求項1に記載の電池ケース。
【請求項3】
前記カチオン電着塗料組成物は、電解活性型電着塗料組成物である請求項2に記載の電池ケース。
【請求項4】
前記合成樹脂は、エポキシ樹脂を骨格とする樹脂である請求項1乃至3のいずれかに記載の電池ケース。
【請求項5】
前記エポキシ樹脂は、ノボラッククレゾール型エポキシ樹脂及びノボラックフェノール型エポキシ樹脂からなる群から選択された少なくとも1種である請求項4に記載の電池ケース。
【請求項6】
その内面に、前記被膜が形成してある請求項1乃至5のいずれかに記載の電池ケース。
【請求項7】
前記被膜は、厚みが1μm以上30μm以下である請求項1乃至6のいずれかに記載の電池ケース。
【請求項8】
正極及び負極を含む発電要素と、
該発電要素を収容する、請求項1乃至7のいずれかに記載の電池ケースと
を備えることを特徴とする電池。
【請求項9】
正極、負極及びセパレータを含む発電要素と、
非水電解質と、
前記発電要素及び非水電解質を収容する、請求項1乃至7のいずれかに記載の電池ケースと
を備えることを特徴とする非水電解質二次電池。
【請求項10】
前記発電要素は、板状の正極及び負極をセパレータを介し積層し、又は巻回してなり、外面の一部が前記電池ケースの内面に当接するように構成されており、
前記内面の、前記発電要素の外面が当接する部分の一部又は全部には、前記被膜は形成されていない請求項9に記載の非水電解質二次電池。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2007−242602(P2007−242602A)
【公開日】平成19年9月20日(2007.9.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−27085(P2007−27085)
【出願日】平成19年2月6日(2007.2.6)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】(597176832)三洋ジ−エスソフトエナジー株式会社 (94)
【出願人】(000230054)日本ペイント株式会社 (626)
【出願人】(000005913)三井物産株式会社 (37)
【Fターム(参考)】