JP2000058014A

JP2000058014A - 薄型電池

Info

Publication number: JP2000058014A
Application number: JP10226277A
Authority: JP
Inventors: Mashio Shibuya; 真志生渋谷; Takashi Tomita; 尚富田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-25
Anticipated expiration: 2018-08-10
Also published as: JP4186260B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、軽量であるとともに体積エネルギー密
度が向上され、高防湿性により電池寿命が長い。【解決手段】少なくとも正極材５と負極材６と高分子
電解質８とが積層構成されてなる電池構体２と、電極端
子部材３と、金属箔からなる外装材４とを備えてなり、
電極端子部材３の先端部を露呈させて外装材４によって
電池構体２を密封する。外装材４は、一方の電極端子を
兼用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極材と高分子電
解質とを積層構成してなるリチウムイオン電池等の薄型
電池に関し、詳細には電池構体の外装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電池は、化学エネルギーや物理的エネル
ギー或いは生物化学エネルギーを電気的エネルギーに変
換する装置と定義され、化学電池、生物電池或いは物理
電池等に大分類される。例えば化学電池については、化
学変化の過程が可逆的でないもの或いは充電可能に構成
されていない一次電池と、化学変化の過程が可逆的であ
るもの或いは充電可能に構成されている二次電池及び反
応に関与する物質を外部から供給して反応生成物を外部
に取り出しながら化学反応を促進する燃料電池等に分類
される。

【０００３】電池は、携帯型電子機器等の電源として汎
用されている。かかる携帯型電子機器は、その多機能化
に伴って電源容量の確保とともにより携帯性の確保が求
められており、電源の小型化、軽量化とともに薄型化、
換言すれば薄型電池の要求が高まっている。携帯型電子
機器には、一般にエネルギー密度、出力密度の大きいリ
チウム電池が用いられている。従来のリチウム電池は、
電極間の導電性物質として液体の電解液が用いられてお
り、この電解液の液漏れを防ぐために金属缶が備えら
る。従来のリチウム電池は、機械的強度を保持するため
に金属缶を４ｍｍ以下に構成することが困難であるため
に、薄型化について限界があった。

【０００４】一方、最近の電池においては、無機或いは
有機の非水固体電解質や高分子ゲルからなる非水半固体
化電解質を用いた電池が提案されている。これら半固体
化電解質を用いた電池は、流動性が無い或いは極めて小
さい電解質の特性によってその厚みが一定に保持され、
またこの電解質と電極間の接着力によって電極間の距離
や圧力が一定に保持されることから金属缶が不要とされ
て、軽量化や小型化とともに薄型化が図られると期待さ
れている。

【０００５】例えば図６に示した薄型リチウムイオン電
池１００は、帯状集電体上に正極活物質を被着するとと
もにゲル状電解質を塗布した正極材と、帯状集電体上に
負極活物質を被着するとともにゲル状電解質を塗布した
負極材とをセバレータを挟んで積層した後にこれを平た
く折り畳んで電池構体１０１を構成している。薄型リチ
ウムイオン電池１００は、この電池構体１０１の正極材
と負極材とに導線を網目状に織ってなる正極端子１０２
及び負極端子１０３とをそれぞれ接合する。

【０００６】薄型リチウムイオン電池１００は、これら
正極端子１０２及び負極端子１０３の先端部を外方に露
呈した状態で、フィルム状のラミネート材１０４によっ
て電池構体１０１を封装してなる。ラミネート材１０４
は、内部に少なくとも一層以上のアルミニウム層を含む
高分子多層フィルムからなり、電池構体１０１を包み込
んだ状態で外周部に熱溶着処理が施されて熱用地着部位
１０５が形成される。

【０００７】なお、薄型電池としては、例えば上述した
リチウム電池と基本的な構成を同様としたポリマー電池
も注目されている。このポリマー電池は、帯状集電体上
に正極活物質を被着してなる正極材と、帯状集電体上に
負極活物質を被着してなる負極材との間にポリマー電解
材からなるセバレータを挟み込んで電池構体が構成され
る。ポリマー電池も、電池構体をラミネート材により包
み込んだ状態で、このラミネート材の周囲に熱溶着処理
が施されてなる。

【０００８】上述した高分子多層フィルムからなるラミ
ネート材１０４は、高い気密性や軽量・薄厚にもかかわ
らず機械的強度が大きいといった特性を有するととも
に、熱溶着等の極めて簡易な溶着処理を施すことによっ
て電池構体１０１を高精度に密封することができる。し
たがって、従来の薄型リチウムイオン電池１００は、厚
み寸法が４ｍｍ程度を限界としていた金属缶を有するリ
チウム電池と比較して、小型軽量化とともに１ｍｍ以下
に構成することが可能とされしかも防湿性にも優れてい
ることから、様々な携帯型電子機器等の電源として使用
した場合にその小型化、軽量化とともに薄型化に貢献す
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の薄型
リチウムイオン電池１００は、上述したように高分子多
層フィルムからなるラミネート材１０４の外周部に電池
構体１０１を密封するために熱溶着部位１０５が構成さ
れる。従来の薄型リチウムイオン電池１００は、用いら
れる非水電解質の特性から、電池構体１０１を密封する
外装材について高い防湿性が要求される。ラミネート材
１０４は、熱溶着部位１０５の幅寸法が大きい程その防
湿性が高くなる。熱溶着部位１０５は、通常仕様の高分
子多層フィルムを用いる場合に最低でも５ｍｍ以上に設
定することが望ましい。

【００１０】したがって、従来の薄型リチウムイオン電
池１００は、上述したように全体が薄型に構成される
が、外周部にデッドスペースとしての熱溶着部位１０５
が構成されるために、例えば一辺が数センチ以下の小型
仕様とされる場合に体積エネルギー密度の効率が悪くな
るといった問題があった。このため、従来の薄型リチウ
ムイオン電池１００は、金属缶を有するリチウム電池と
比較して、大幅な軽量化も図られるが、体積比では１／
２乃至１／３程度にすぎない。

【００１１】従来の薄型リチウムイオン電池１００にお
いては、熱溶着部位１０５を内側へと折り曲げることに
よって外形寸法を小さくする対策を講じることも考慮さ
れるが、この熱溶着部位１０５が硬いために作業が面倒
となりかつきれいな状態で折り曲げることが困難であ
る。また、従来の薄型リチウムイオン電池１００は、熱
溶着部位１０５を折り曲げた場合にはその分厚み寸法も
増加し、実質的な薄型化が達成されなくなるといった問
題が生じる。さらに、従来の薄型リチウムイオン電池１
００は、隣り合う二辺の熱溶着部位１０５が重なり合う
ためにさらに厚み寸法が増加してしまうといった問題も
ある。

【００１２】したがって、本発明は、少なくとも正極
材、負極材、高分子電解質とが積層構成されてなる薄型
の電池構体を有し、体積エネルギー密度が向上されると
ともに小型軽量化と長寿命化が図られた薄型電池を提供
することを目的に提案されたものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成する本発
明にかかる薄型電池は、少なくとも正極材と負極材と高
分子電解質とが積層構成されてなる電池構体と、電極端
子部材と、金属箔からなる外装材とを備えてなる。薄型
電池は、外装材によって、電極端子部材の先端部を露呈
させた状態で電池構体を包み込むとともに、この外装材
の外周部を接合してなる。

【００１４】また、本発明にかかる薄型電池は、外装材
が正極材又は負極材の集電体と電気的に接合されること
によって電極端子を構成してなる。さらに、薄型電池
は、電極端子部材に絶縁樹脂シートをあてがって外方へ
と引き出した状態で、外装材がその外周部を接合される
ことによって電池構体を密封する。さらにまた、薄型電
池は、外装材によって密封された電池構体を、電極端子
部材の先端部を外方に引き出した状態でさらに封装材に
よって封装されてなる。

【００１５】以上のように構成された本発明にかかる薄
型電池によれば、外装材が金属箔であることからその接
合部位の折曲げ処理が容易であり、電池構体を密封した
状態で極めて簡単に内側に折り曲げることが可能である
とともに全体の厚みを大幅に増加させることも無い。し
たがって、薄型電池は、より薄型かつ小型、軽量であっ
て体積エネルギー密度の向上が図られるとともに防湿性
に優れることで長寿命化が図られる。

【００１６】また、本発明にかかる薄型電池によれば、
外装材が正極電極端子部材又は負極電極端子部材のいず
れか一方の電極端子部材として作用することから、構造
の簡易化が図られる。薄型電池によれば、外装材を接合
する際に絶縁樹脂シートを介して電極端子部材が絶縁を
保持されて引き出されることから、その処理が簡易に行
われるとともに引出し部における密封性も保持される。
薄型電池によれば、外装材をさらに封装材によって被覆
して補強されることから、機械的強度の向上が図られ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施の形態
として図面に示した薄型電池１は、負極端子部材３が設
けられた電池構体２を、図１に示すように負極端子部材
３の先端部３ａが露呈するようにして外装材４によって
密封してなる薄型のリチウムイオン二次電池を示す。リ
チウムイオン二次電池１は、詳細を後述するが外装材４
が正極端子部材に兼用される。

【００１８】リチウムイオン二次電池１は、図２に示す
ように、電池構体２が、正極材５と、負極材６と、これ
ら正極材５と負極材６とによって挟み込まれたセパレー
タ７と、ゲル状電解質８（８ａ、８ｂ）との積層体によ
って構成される。リチウムイオン二次電池１は、詳細を
後述するが、図３に示すように負極端子部材３を絶縁シ
ート９（９ａ、９ｂ）によって挟み込むことにより外装
材４に対して絶縁性を保持した状態でこの外装材４から
引き出してなる。

【００１９】電池構体２は、詳細を後述するように、正
極材５、負極材６、セパレータ７及びゲル状電解質８か
らなる積層体を、正極材５が最外層を構成するようにし
て折り畳まれてなる。電池構体２は、積層体を折り畳ん
だ状態で厚み寸法が約３．５ｍｍとされる。なお、電池
構体２は、正極材５、負極材６、セパレータ７及びゲル
状電解質８の積層体を平たく折り畳んで構成するばかり
でなく、例えばつづら折りしたり巻回して構成してもよ
い。

【００２０】セパレータ７には、厚みが２５μｍの多孔
質ポリプロピレンフィルムが用いられる。このセパレー
タ７は、特に用いなくともよいが、後述するように外装
材４を電極端子に兼用する場合において適宜の形状とす
ることで正極材５或いは負極材６と外装材４との絶縁を
保持する部材としても有効に機能する。

【００２１】正極材５は、アルミニウム箔からなる正極
集電体１０に正極活物質１１（１１ａ、１１ｂ）を塗布
してなる。正極活物質１１は、ニッケル酸リチウム（Ｌ
ｉＮｉＯ₂）９０重量％、粉末ポリフッ化ビニリデン３
重量％、粉末黒鉛７重量％を、Ｎメチルピロリドン（Ｎ
ＭＰ）を溶媒として分散させてなる。正極材５は、帯状
の正極集電体１０の両面にそれぞれ正極活物質１１を塗
布した後、１００°Ｃの環境で２４時間の減圧乾燥処理
を施し、さらに適宜の加圧力のロールプレスにより圧縮
処理を施して製作される。正極材５は、これを約８００
ｍｍ×１２０ｍｍの外形寸法を以って切り出して使用さ
れる。勿論、正極材５は、かかる構成に限定されるもの
では無い。

【００２２】負極材６は、銅箔からなる負極集電体１２
に負極活物質１３を片面に塗布してなる。負極活物質１
３は、人造黒鉛９１重量％、粉状ポリフッ化ビニリデン
９重量％を、Ｎメチルピロリドン（ＮＭＰ）を溶媒とし
て分散させてなる。負極材６は、帯状の負極集電体１２
に負極活物質１３を塗布した後、１２０°Ｃの環境で２
４時間の減圧乾燥処理を施し、さらに適宜の加圧力のロ
ールプレスにより圧縮処理を施して製作される。負極材
６は、これを正極材５と同様に、約８００ｍｍ×１２０
ｍｍの外形寸法を以って切り出して使用される。勿論、
負極材６は、かかる構成に限定されるものでは無い。

【００２３】ゲル状電解質８には、ポリアクリロニトリ
ル（ＰＡＮ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピ
レンカーボネート（ＰＣ）、六フッ化燐酸リチウム（Ｌ
ｉＰＦ₆）からなるポリアクリロニトリル系ゲル電解質
が用いられる。ゲル状電解質８は、上述した構成物が仕
込みのモル組成比をＰＡＮ：ＥＣ：ＰＣ：ＬｉＰＦ₆＝
１２：５３：２７：８となるように調整されてなる。ゲ
ル状電解質８は、所定量のＥＣとＰＣとを混合して１５
０°Ｃに加熱した後、ＰＡＮを所定量混合して撹拌する
ことによりこのＰＡＮが溶解して粘性を有する溶液とな
り、これに所定量のＬｉＰＦ₆を添加して溶解させる手
順を経てゲル状に作成されてなる。

【００２４】上述した正極材５と負極材６とは、ゲル状
電解質８を塗布した主面を互いに対向させ、セバレータ
７を挟み込んで積層される。正極材５と負極材６とは、
ゲル状電解質８の接着作用によって、その距離や圧力が
一定に保持された状態で積層されて電池構体２を構成す
る。なお、セバレータ７は、後述するように外装材４に
よって電池構体２を包み込んだ際にこの外装材４と負極
材６とが接触しないようにするために、その幅寸法が正
極材５や負極材６の幅寸法よりもやや大とされている。
電池構体２は、正極材５、負極材６及びセバレータ７の
積層体を折り畳んで、外形寸法が全体で約８０ｍｍ×１
３０ｍｍ×３．５ｍｍを以って構成される。

【００２５】負極端子部材３は、例えば直径が５０μｍ
の銅線が用いられ、これを７５μｍの間隔で網目状に織
ったものを矩形に切断したものが用いられる。負極端子
部材３は、その基端部３ｂが負極集電体１２にスポット
溶接等によって接合される。負極端子部材３は、引張り
強度を保持するために、各網目が長手方向に対して長軸
となるいわゆる縦目で構成したものを用いることが好ま
しい。負極端子部材３は、図３に示すように電池構体２
の長手方向の一端側を端子引出し部２ａとして、その先
端部３ａが突出される。

【００２６】外装材４には、薄厚で軽量であるとともに
機械的強度や防湿性に優れ、嵩張らずに折り畳むことが
可能な金属箔、具体的には厚み寸法が約４０μｍのアル
ミニウム箔が用いられる。外装材４は、外形寸法が少な
くとも上述した電池構体２の外形寸法よりもやや大きい
ものが用いられる。外装材４は、図３に示すように折り
目部位４ａを電池構体２の端子引出し部２ａと反対側の
部位２ｂに位置させて長さ方向の中央部から２つ折りに
される。外装材４は、相対する先端部４ｂ、４ｃが端子
引出し部２ａ側において重ね合わされる。外装材４は、
折り目部位４ａと直交する両側面に沿って超音波溶接処
理が施されることによって両側面接合部位４ｄ、４ｅを
形成して袋状に構成される。

【００２７】外装材４には、電池構体２の最外周層を構
成する集電体と同一の材料の金属箔を用いることが好ま
しい。電池構体２は、上述したように最外周層を正極集
電体１０によって構成したことから、外装材４にアルミ
ニウム箔が用いられている。アルミニウム箔は、軽量で
あるとともに廉価であることから好適である。勿論、外
装材４としては、アルミニウムを主成分としたものであ
れば良く、アルミニウム合金箔や表面に蒸着等によって
アルミニウム層が形成された金属箔を用いてもよい。外
装材４には、上述したように厚み寸法が４０μｍのアル
ミニウム箔を用いたが、材料強度と質量、水分透過性に
よって適宜選択され、１０μｍ乃至１００μｍの厚み寸
法のものが用いられる。外装材４は、ピンホールフリー
や加工性、外装としての厚みや重量を考慮すると、２０
μｍ乃至６０μｍの厚み寸法が好適である。

【００２８】外装材４には、先端部４ｂ、４ｃの相対す
る内面に、絶縁樹脂シート９があてがわれる。絶縁樹脂
シート９は、外装材４の幅寸法とほぼ等しい長さのポリ
エチレンフィルムからなり、図３に示すように外装材４
の先端部４ｂ、４ｃに沿って負極端子部材３と直交して
あてがわれる。絶縁樹脂シート９は、外装材４がその重
ね合わされた先端部４ｂ、４ｃに真空加熱溶着処理が施
されて先端接合部位４ｆを形成することによって、この
外装材４と負極端子部材３との絶縁を保持するとともに
先端部４ｂ、４ｃを密封する。

【００２９】なお、絶縁樹脂シート９には、外装材４の
幅寸法とほぼ等しい長さを有するものを用いて先端接合
部４ｆに段差が生じないように構成したが、少なくとも
負極端子部材３を被覆するに足る長さを有していればよ
いことは勿論である。絶縁樹脂シート９には、ポリエチ
レンフィルム以外にも、金属との接合性が良好であると
ともに水分透過性が小さい特性を有する例えばポリオレ
フィン、ナイロン、アイオノマー、ポリエチレンテレフ
タレート等のフィルム材を用いてもよい。

【００３０】上述したリチウムイオン二次電池１におい
ては、外装材４が正極集電体１０と接合されて正極端子
を構成し、基端部３ｂを負極集電体１３に接合した負極
端子部材３を設けたが、かかる構成に限定されないこと
は勿論である。リチウムイオン二次電池１は、正極集電
体１０と負極集電体１３とにそれぞれ接合される一対の
電極端子部材を設けてもよい。

【００３１】また、リチウムイオン二次電池１は、外装
材４を負極端子として構成し、正極集電体１０と接合さ
れた正極端子部材を設けるようにしてもよい。この場
合、リチウムイオン二次電池１は、電池構体２の最外周
層が負極集電体１３となるように折り畳まれてることに
よってこの負極集電体１３と外装材４とが電気的に接続
されるようにする。正極端子部材は、外装材４に対して
絶縁性を保持されてその先端部が外部へと突出露呈され
る。

【００３２】外装材４には、電池構体２の最外周層を負
極集電体１３として外装材４を負極端子として兼用した
場合には、銅箔を用いることが好適である。勿論、外装
材４には、ニッケル、鉄、ステンレス、アルミニウム或
いはこれら金属のいずれか一種類以上からなる金属箔、
若しくはこれら金属を含む合金箔やこれら金属を表面に
メッキや蒸着等することによって形成した金属箔を用い
てもよい。

【００３３】リチウムイオン二次電池１は、上述した各
構成部材により、以下の方法で製作される。すなわち、
リチウムイオン二次電池１は、電池構体２が、負極端子
部材３の先端部３ａを突出露呈させて外装材４によって
密封されてなる。リチウムイオン二次電池１は、図３に
示すように、２つ折りされた外装材４がその先端部４
ｂ、４ｃを負極端子部材３が引き出される引出し部２ａ
側で重ね合わされて電池構体２を包み込んでなる。リチ
ウムイオン二次電池１は、外装材４に、負極端子部材３
を挟んでその先端部４ｂ、４ｃの内面に絶縁樹脂シート
９があてがわれてなる。

【００３４】リチウムイオン二次電池１は、外装材４
が、電極構体２と重ならないように、折り目部位４ａと
直交する両側面の全域に亘って超音波溶接処理が施され
ることによって両側に沿ってた側面接合部位４ｄ、４ｅ
がそれぞれ形成されて袋状に接合されてなる。リチウム
イオン二次電池１は、これら側面接合部位４ｄ、４ｅ
が、負極端子部材３を引き出す部位ではなく、溶融され
たアルミニウムが再固化することにより接合されること
で極めて良好な防水特性を以って強固に接合されてな
る。

【００３５】リチウムイオン二次電池１は、側面接合部
位４ｄ、４ｅについて、従来のラミネート材と比べて大
きな接合幅を必要としないが、同等の５ｍｍ幅で形成さ
れてもよい。リチウムイオン二次電池１は、側面接合部
位４ｄ、４ｅが、外装材４にアルミニウム箔を用いたこ
とにより比較的簡単に内側に折り曲げることが可能とさ
れる。したがって、リチウムイオン二次電池１は、側面
接合部位４ｄ、４ｅを折り曲げられた場合においてもそ
の厚みが極めて小さいために、その厚み寸法が電池構体
２の厚みと寸法とほとんど変わらなず、有効な体積率と
なる。

【００３６】リチウムイオン二次電池１は、外装材４
が、重ね合わせた先端部４ｂ、４ｃに真空加熱溶着処理
が施こされて内部を真空にする先端接合部４ｆが形成さ
れてなる。リチウムイオン二次電池１は、負極端子部材
３が、その網目内に溶融した絶縁樹脂シート９が溶け込
むことによって外装材４との絶縁が確実に保持された状
態で先端接合部４ｆにしっかりと接合されなる。リチウ
ムイオン二次電池１は、負極端子部材３を引き出すため
に外装材４の先端接合部４ｆが側面接合部位４ｄ、４ｅ
に対してその防水特性をやや劣化した状態となる。した
がって、リチウムイオン二次電池１においては、負極端
子部材３を部分的に絶縁する絶縁樹脂シート９を用いる
場合に、この絶縁樹脂シート９が負極端子部材３の幅寸
法に対して１ｍｍ程度大きい長さのものを用いることが
好ましい。

【００３７】リチウムイオン二次電池１は、上述したよ
うに外装材４の先端接合部４ｆに、幅方向の全域に亘る
長さ寸法を有する絶縁樹脂シート９を用いることで段差
が無くかつ良好な防水特性を以って構成される。リチウ
ムイオン二次電池１は、先端接合部４ｆを、側面接合部
位４ｄ、４ｅと同様に超音波溶接によって形成してもよ
い。リチウムイオン二次電池１は、外装材４の内部を真
空にして電池構体２を密封することで、外装材４がこの
電池構体２に密着した状態となる。リチウムイオン二次
電池１は、電池構体２の最外周層が正極集電体１０によ
って構成されることから、外装材４とこの正極集電体１
０との電気的導通が確実に保持される。リチウムイオン
二次電池１は、かかる構成によって外装材４が正極端子
としても安定して作用する。

【００３８】本発明は、上述したリチウムイオン二次電
池１に限定されるものでは無く、例えば正極集電体にリ
チウムイオンを吸収できる正極活物質を塗布してなる正
極材と、金属リチウムからなる負極材と、高分子電解質
とを備えるリチウム一次電池にも適用可能であることは
勿論である。また、本発明は、種々の電池にも適用可能
であり、例えば液体電解質を用いた電池であってもよ
い。さらに、本発明は、正極材と負極材との間にポリマ
ー電解質を挟み込んだいわゆるポリマー電池にも好適に
実施される。

【００３９】図４に示した薄型電池２０は、上述したリ
チウムイオン二次電池１に対してさらに機械的強度の向
上を図ったものである。薄型電池２０は、リチウムイオ
ン二次電池１の外装材４を、樹脂フィルム２１によって
封装してなる。樹脂フィルム２１は、例えばポリオレフ
ィンやテフロン系の熱収縮性を有する樹脂によって一方
を開口２２とした袋状に成形されてなる。樹脂フィルム
２１は、リチウムイオン二次電池１の外形寸法よりもや
や大きめの内部空間を有してなる。

【００４０】薄型電池２０は、リチウムイオン二次電池
１が、同図に示すように正極端子部材３が露呈された部
位と反対側を装填側として、開口２２から樹脂フィルム
からなる封装材２１の内部に装填される。薄型電池２０
は、開口２２から負極端子部材３の先端部３ａを露呈さ
せた状態で、封装材２１に加熱処理を施す。薄型電池２
０は、これによって封装材２１がリチウムイオン二次電
池１の外形に倣って収縮してこれを封装する。

【００４１】薄型電池２０は、熱収縮性樹脂フィルムか
らなる封装材２１によって全周を覆われることから、機
械的強度の向上が図られる。薄型電池２０は、封装材２
１が加熱処理を施されて収縮することで装填したリチウ
ムイオン二次電池１の外周部に密着することから、外形
寸法がこのリチウムイオン二次電池１とほとんど同等に
構成される。

【００４２】なお、封装材２１については、無駄な体積
が生じないようにリチウムイオン二次電池１の装填操作
に支障の無い範囲でその大きさに近い範囲で成形するこ
とが好ましい。また、封装材２１は、リチウムイオン二
次電池１の形状に併せて、円筒形や平たい筒状或いは封
筒状等の適宜の形状に成形される。

【００４３】図５に示した薄型電池３０は、上述したリ
チウムイオン二次電池１について、外装材４の両側面に
形成された側面接合部位４ｄ、４ｅを内側に折り曲げる
とともにこれを封装体２５によって封装した構成に特徴
を有している。側面接合部位４ｄ、４ｅは、上述したよ
うにアルミニウム箔からなる外装体４に超音波溶接を施
して形成される。側面接合部位４ｄ、４ｅは、外装体４
の材料特性から折り曲げが極めて簡単であるとともにそ
の厚みも小さい。

【００４４】薄型電池３０は、リチウムイオン二次電池
１が、同図に示すように負極端子部材３が露呈された部
位と反対側を装填側として、開口２６から封装体２５の
内部に装填される。薄型電池３０は、封装体２５によっ
て折り曲げられた側面接合部位４ｄ、４ｅが保持され
る。封装体２５は、側面接合部位４ｄ、４ｅの保持作用
とともに装填されたリチウムイオン二次電池１の保護作
用も奏する。

【００４５】なお、封装体２５については、上述した熱
収縮性樹脂フィルムと同様に構成されてもよい。また、
封装体２５は、熱可塑性樹脂や熱・光硬化性樹脂によっ
て側面接合部位４ｄ、４ｅが予め折り曲げられたリチウ
ムイオン二次電池１の外周部をモールドした部材であっ
てもよい。

【００４６】上述したリチウムイオン二次電池１を基本
として以下に示す第１の実施例薄型電池１Ａ乃至第６の
実施例薄型電池１Ｆと、外装材にラミネート材を用いた
第１の比較例薄型電池１００Ａ乃至第３の比較例薄型電
池１００Ｃとを製作して、それぞれの評価を行った。

【００４７】第１の実施例薄型電池１Ａは、上述した実
施の形態に示したリチウムイオン二次電池１によって製
作した。電池構体２Ａは、正極材５、負極材６及びセバ
レータ７からなる積層体を平たく折り畳むようにして巻
回し、最外周層を正極集電体１０として外装材４を正極
端子として構成した。電極端子部材３は、直径５０μｍ
の銅線を７５μｍ間隔の網目で編んだ金属網を裁断し、
その基端部３ｂを負極集電体１２に接続した。外装材４
には、厚みが４０μｍのアルミニウム箔が用いられ、超
音波溶接を施して５ｍｍ幅の側面接合部位４ｄ、４ｅを
形成した。

【００４８】第２の実施例薄型電池１Ｂは、電池構体２
Ｂが正極材５、負極材６及びセバレータ７からなる積層
体をつづら折りしてなり、最外周層を負極集電体１２と
して外装材４を負極端子として構成したリチウムイオン
二次電池である。電極端子部材３は、直径５０μｍのア
ルミニウム線を７５μｍ間隔の網目で編んだ金属網を裁
断し、その基端部３ｂを正極集電体１０に接続した。外
装材４には、厚みが４０μｍのニッケル箔を用い、超音
波溶接を施して５ｍｍ幅の側面接合部位４ｄ、４ｅを形
成した。

【００４９】第３の実施例薄型電池１Ｃは、正極材５に
ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）が用いられるとと
もに負極材６に難黒鉛化炭素が用いられ、上述した第１
の実施例薄型電池１Ａと同様の工程によって作成したリ
チウムイオン二次電池である。外装材４には、厚みが４
０μｍのアルミニウム箔が用いられ、超音波溶接を施し
て５ｍｍ幅の側面接合部位４ｄ、４ｅを形成した。

【００５０】第４の実施例薄型電池１Ｄは、正極材５に
ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ₂）が用いられるとと
もに負極材６に厚みが３００μｍのリチウム金属が用い
られ、上述した第１の実施例薄型電池１Ａと同様の工程
によって作成したリチウム金属二次電池である。電極端
子部材３は、その基端部３ｂを負極材６のリチウム金属
に圧着して接続した。外装材４には、厚みが４０μｍの
アルミニウム箔が用いられ、超音波溶接を施して５ｍｍ
幅の側面接合部位４ｄ、４ｅを形成した。

【００５１】第５の実施例薄型電池１Ｅは、正極材５に
二酸化マンガン、負極材６に金属リチウムが用いられ、
上述した第１の実施例薄型電池１Ａと同様の工程によっ
て作成したリチウム一次電池である。外装材４には、厚
みが４０μｍのアルミニウム箔が用いられ、超音波溶接
を施して５ｍｍ幅の側面接合部位４ｄ、４ｅを形成し
た。

【００５２】第６の実施例薄型電池１Ｆは、上述した第
２の実施の形態として示したリチウムイオン二次電池２
０と同様であり、第１の実施例リチウムイオン二次電池
１Ａを製作した後にその側面接合部位４ｄ、４ｅを内側
に折り曲げるとともにこれを熱収縮チューブからなる封
装体２５によって封装したリチウムイオン二次電池であ
る。

【００５３】第１の比較例薄型電池１００Ａは、上述し
た第１の実施例リチウムイオン二次電池１Ａと同様の工
程によって電池構体１０１を製作した後に、この電池構
体１０１を密封する外装体として従来のラミネートフィ
ルム１０４を用いたリチウムイオン二次電池である。ラ
ミネートフィルム１０４は、外層が厚み寸法５０μｍの
ポリエチレンテレフタレートフィルム、中層が厚み寸法
２０μｍのアルミニウム箔、内層が厚み寸法１５０μｍ
のポリエチレンフィルムからなる。第１の比較例薄型電
池１００Ａは、このラミネートフィルム１０４によっ
て、第１の実施例リチウムイオン二次電池１Ａの外装材
４と同様の方法により電池構体１０１を包み込んだ後
に、両側面に沿ってインパルスシーラによる加熱溶融処
理を施して幅１０ｍｍの熱溶着部位１０５を形成してな
る。

【００５４】第２の比較例薄型電池１００Ｂは、上述し
た第４の実施例薄型電池１Ｄと同様の工程によって電池
構体１０１を製作した後に、この電池構体１０１を密封
する外装体として従来のラミネートフィルム１０４を用
いたリチウム金属二次電池である。第２の比較例薄型電
池１００Ｂも、第１の比較例薄型電池１００Ａと同様に
ラミネートフィルム１０４によって電池構体１０１を包
み込んだ後に、両側面に沿ってインパルスシーラによる
加熱溶融処理を施して幅１０ｍｍの熱溶着部位１０５を
形成してなる。

【００５５】第３の比較例薄型電池１００Ｃは、上述し
た第５の実施例薄型電池１Ｅと同様の工程によって電池
構体１０１を製作した後に、この電池構体１０１を密封
する外装体として従来のラミネートフィルム１０４を用
いたリチウム一次次電池である。第３の比較例薄型電池
１００Ｃも、第１の比較例薄型電池１００Ａと同様にラ
ミネートフィルム１０４によって電池構体１０１を包み
込んだ後に、両側面に沿ってインパルスシーラによる加
熱溶融処理を施して幅１０ｍｍの熱溶着部位１０５を形
成してなる。

【００５６】上述した各実施例薄型電池１Ａ乃至１Ｆと
比較例薄型電池１００Ａ乃至１００Ｃとについて、それ
ぞれの側面接合部位４ｄ、４ｅ及び熱溶着部位１０５を
内側に折り曲げた状態での厚み寸法を実測した結果は次
の表１のとおりであった。なお、各二次電池について
は、満充電時における厚み寸法を実測した。

【００５７】

【表１】

【００５８】各実施例薄型電池１Ａ乃至第６の実施例薄
型電池１Ｆは、表１から明らかなように、第１の比較例
薄型電池１００Ａ乃至第３の比較例薄型電池１００Ｃと
比較してその厚み寸法が１５％程度まで薄厚に構成され
る。

【００５９】次に、第１の実施例薄型電池１Ａ乃至第６
の実施例薄型電池１Ｆと第１の比較例薄型電池１００Ａ
乃至第３の比較例薄型電池１００Ｃとについて、次の評
価試験を行った。

【００６０】各実施例二次電池（１Ａ乃至１Ｄ及び１
Ｆ）と比較例二次電池（１００Ａ、１００Ｂ）との評価
方法は、温度６０°Ｃ、湿度６０％の環境条件下で、
０．５Ｃの充放電サイクル試験を約７０日間かけて３０
０サイクル行い、その初回電池容量からの容量維持率を
測定して評価した。さらに、この充放電サイクル試験試
験の終了後に、各二次電池について、内部の電解質を分
析して侵入した水分量を測定して評価した。なお、０．
５Ｃとは、電池の定格容量を２時間で放電させる電流値
である。

【００６１】実施例二次電池（１Ａ乃至１Ｄ及び１Ｆ）
と比較例二次電池（１００Ａ、１００Ｂ）のサイクル試
験結果は、次の表２のとおりであった。

【００６２】

【表２】

【００６３】また、実施例一次電池１Ｅと比較例一次電
池１００Ｃとの評価方法は、温度６０°Ｃ、湿度６０％
の高温多湿の環境条件下で７０日間放置した場合と、常
温常湿の環境条件下で７０日間放置した場合とでの放電
容量を測定して評価した。さらに、この放置試験の終了
後に、各一次電池について、内部の電解質を分析して侵
入した水分量を測定して評価した。

【００６４】実施例一次電池１Ｅと比較例一次電池１０
０Ｃの放置試験結果は、次の表３のとおりであった。

【００６５】

【表３】

【００６６】各実施例薄型電池１Ａ乃至第６の実施例薄
型電池１Ｆは、表２及び表３から明らかなように、第１
の比較例薄型電池１００Ａ乃至第３の比較例薄型電池１
００Ｃと比較して防湿特性に優れている。したがって、
各実施例薄型電池１Ａ乃至第６の実施例薄型電池１Ｆ
は、第１の比較例薄型電池１００Ａ乃至第３の比較例薄
型電池１００Ｃと比較して電池寿命が長く、より薄型で
あって体積エネルギー密度が高く構成される。

【００６７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明にか
かる薄型電池によれば、薄型に構成された電池構体を金
属箔からなる外装材によって密封したことにより、より
薄型でかつ小型、軽量であって体積エネルギー密度が高
く、また防湿性に優れることで電池寿命も長く極めて高
性能である。したがって、薄型電池は、携帯型電子機器
等の電源として好適に用いられ、その小型、軽量化と多
機能化を実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる薄型電池の実施の形態として示
すリチウム金属二次電池の構成を説明する斜視図であ
る。

【図２】同リチウム金属二次電池に備えられる電池構体
の構成を説明する要部縦断面図である。

【図３】同リチウム金属二次電池における外装材による
電池構体の密封操作の説明図である。

【図４】本発明にかかる他の薄型電池の実施の形態を示
し、電池構体の密封操作の説明図である。

【図５】本発明にかかる他の薄型電池の実施の形態を示
し、封装材による封装操作の説明図である。

【図６】従来のリチウム金属二次電池の斜視図である。

【符号の説明】

１リチウム金属二次電池（薄型電池）、２電池構
体、２ａ端子引出し部、３負極端子部材（電極端子
部材）、４外装体、４ａ折り目部位、４ｄ,４ｅ
側面接合部位、４ｆ先端接合部位、５正極材、６
負極材、７セバレータ、８ゲル状電解質（高分子電
解質）、９絶縁シート、１０正極集電体、１１正
極活物質、１２負極集電体、１３負極活物質封口材、６封口材、７ラミネート材、８正極端子
部材、９負極端子部材、１０導線

フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 AA03 CC02 CC06 CC10 DD09 DD13 DD18 DD23 EE04 FF04 GG01 HH02 JJ12 KK01 5H024 AA02 AA12 BB14 CC04 DD01 DD03 DD11 DD12 EE01 EE09 FF22 GG01 HH13 5H029 AJ03 AJ15 AK03 AL07 AL12 AM00 AM01 AM11 AM16 BJ04 BJ12 DJ02 DJ03 DJ05 EJ01 EJ12 HJ04 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも正極材、負極材、高分子電解
質とが積層構成されてなる電池構体と、電極端子部材
と、金属箔からなる外装材とを備え、上記外装材は、上記電極端子部材の先端部を露呈させた
状態で上記電池構体を包み込むとともに外周部を接合さ
れることにより、上記電池構体を密封することを特徴と
した薄型電池。
【請求項２】上記外装材は、アルミニウム、ニッケ
ル、鉄、ステンレス、銅のいずれか一種類以上からなる
金属箔、若しくはこれら金属を含む合金箔やこれら金属
を表面にメッキした金属箔が用いられることを特徴とす
る請求項１に記載の薄型電池。
【請求項３】上記外装材には、アルミニウム箔、アル
ミニウム合金箔若しくは表面にアルミニウム層が形成さ
れた金属箔が用いられ、上記正極材を構成する正極集電体と電気的に接合される
ことによって正極端子を構成することを特徴とする請求
項１に記載の薄型電池。
【請求項４】上記外装材には、ニッケル、鉄、ステン
レス、銅のいずれか一種類以上からなる金属箔、若しく
はこれら金属を含む合金箔やメッキ等によってこれら金
属層が表面に形成された金属箔が用いられ、上記負極材を構成する負極集電体と電気的に接合される
ことによって負極端子を構成することを特徴とする請求
項１に記載の薄型電池。
【請求項５】上記外装材は、上記電極端子部材に絶縁
樹脂シートをあてがって外方へと引き出した状態で、外
周部に超音波溶融処理が施されて接合されることを特徴
とする請求項１に記載の薄型電池。
【請求項６】上記絶縁樹脂シートは、上記電極端子部
材の幅よりも大きくかつこの電極端子部材が引き出され
る上記外装材の一辺よりも小さい外形寸法を有すること
を特徴とする請求項５に記載の薄型電池。
【請求項７】上記外装材は、上記電極端子部材の引出
し部位と対向する側を折り目部位として上記電池構体を
包み込んだ状態で、この折り目部位を除く外周部が接合
されることを特徴とする請求項１に記載の薄型電池。
【請求項８】上記外装材によって密封された上記電池
構体は、上記電極端子部材の先端部を外方に露呈させた
状態でさらに封装材によって被覆されることを特徴とす
る請求項１に記載の薄型電池。
【請求項９】上記封装材は、合成樹脂材料によって一
辺を開口した袋状に形成され、上記外装材によって密封
された上記電池構体を、上記電極端子部材の先端部がこ
の開口部から外方に露呈させるようにして封装すること
を特徴とする請求項８に記載の薄型電池。
【請求項１０】上記封装材は、上記電池構体を密封し
た上記外装材が、接合された外周部を内側に折り畳まれ
た状態で、全体を封装することを特徴とする請求項８に
記載の薄型電池。
【請求項１１】上記封装材は、熱収縮フィルムからな
り、上記外装材によって密封された上記電池構体を包み
込んだ状態で加熱処理が施されることを特徴とする請求
項８に記載の薄型電池。
【請求項１２】上記電池構体は、少なくとも帯状集電
体上にリチウムイオンを吸収する正極活物質を被着して
なる上記正極材と、帯状集電体上に金属リチウムを被着
してなる上記負極材と、非水電解液、固体電解質或いは
ゲル状電解質からなる上記高分子電解質とを有し、リチウム一次電池を構成することを特徴とする請求項１
に記載の薄型電池。
【請求項１３】上記電池構体は、帯状集電体上にリチ
ウムを可逆に挿脱する正極活物質を被着してなる上記正
極材と、帯状集電体上に金属リチウム、リチウム合金或
いはリチウムを可逆に挿脱する負極活物質を被着してな
る上記負極材と、非水電解液、固体電解質或いはゲル状
電解質からなる上記高分子電解質とを有し、リチウム二
次電池を構成することを特徴とする請求項１に記載の薄
型電池。