JP2000268787A - 薄型電池用外装材 - Google Patents

薄型電池用外装材

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JP2000268787A
JP2000268787A JP11074710A JP7471099A JP2000268787A JP 2000268787 A JP2000268787 A JP 2000268787A JP 11074710 A JP11074710 A JP 11074710A JP 7471099 A JP7471099 A JP 7471099A JP 2000268787 A JP2000268787 A JP 2000268787A
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layer
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resin
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Hideki Nishihama
秀樹 西濱
Osamu Ishida
修 石田
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Hitachi Maxell Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極のリード部と外装材の金属箔との接触に
基づく電気的短絡の発生を防止することができる薄型電
池用外装材を提供する。 【解決手段】 金属箔を芯材とし、内層に接着層を有す
るラミネートフィルムからなる薄型電池用外装材におい
て、上記金属箔と接着層との間に上記接着層の構成樹脂
とは異なる材料で構成される絶縁層を設ける。上記絶縁
層の構成材料としては接着層の構成樹脂より高融点であ
ることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄型電池、特にポ
リマーリチウムイオン電池などの薄型ポリマー電解質電
池用の外装材に関し、さらに詳しくは、電極のリード部
と外装材の金属箔との接触に基づく電気的短絡の発生を
防止することができる薄型電池用外装材に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来より電池を薄型化する試みは数多く
なされてきたが、電解質が液状のため金属缶などの強固
な材料での密封が必要であった。
【０００３】ところが、近年、電解質を固体化したもの
やゲル化したものが提案されるに至り、外装材は必ずし
も強固な金属缶である必要がなくなり、数々の方策が考
えられている。
【０００４】その一つとして、金属缶に代えて、金属箔
を芯材とするラミネートフィルムを外装材として用いる
ことが考えられ、それによって、耐湿性を保持したまま
電池の薄型化が可能になってきた。
【０００５】上記金属箔を芯材とするラミネートフィル
ムは、通常、内層が加熱により溶融して接着力を発揮す
る熱溶融性樹脂からなる接着層で構成され、外層が保護
用の樹脂層で構成されている。
【０００６】そして、この金属箔を芯材とするラミネー
トフィルムからなる外装材により正極、負極および電解
質などで構成される発電要素を密封する場合、通常、上
記発電要素より大きい外装材を２枚用い、それを発電要
素の上下に配置し、外装材同士の接合部分を加熱して、
外装材の接着層を構成する熱溶融性樹脂同士を接着させ
て封止するか、あるいは、上記外装材を袋状にしてお
き、その内部に発電要素を収容した後、その開口部を加
熱して外装材の接着層を構成する熱溶融性樹脂同士を接
着させて封止する方法が採用されている。つまり、封止
に際しては、接着層が主として働き、外気との遮断に際
しては金属箔と接着層とが主として働き、電極のリード
部の取り出しは、上記外装材の封止部分より取り出され
ることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記金属箔
を芯材とするラミネートフィルムからなる外装材で発電
要素を密封した場合、電極のリード部と外装材の金属箔
とが接触し、その金属箔を介して正負極間の短絡が生じ
るという問題があった。
【０００８】すなわち、電極のリード部は金属で構成さ
れているため、外装材としてのラミネートフィルムの接
着層の構成樹脂との接着は必ずしも良好でなく、通常、
外装材の接着層の構成樹脂同士の接着より長い時間また
は高い温度が必要である。そのため、外装材の接着層の
構成樹脂が溶融しすぎて、芯材の金属箔がむき出しの状
態になり、それが電極のリード部と接触し、その金属箔
を介して正極と負極とが短絡を引き起こすことになる。
【０００９】本発明は、上記のような従来技術における
問題点を解決し、薄型電池における電極のリード部と外
装材の金属箔との接触に基づく短絡の発生を防止するこ
とができる薄型電池用外装材を提供することを目的とす
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属箔を芯材
とし、内層に接着層を有するラミネートフィルムからな
る薄型電池用外装材において、金属箔と接着層との間に
上記接着層の構成樹脂とは異なる材料で構成される絶縁
層を設けることによって、上記課題を解決したものであ
る。
【００１１】本発明者らが上記構成の本発明に至った経
過および本発明によって電極のリード部と外装材の金属
箔との接触に基づく短絡の発生を防止できる理由を説明
すると、次の通りである。
【００１２】正負極の短絡の原因は、前記のように、外
装材として用いるラミネートフィルムの金属箔が電極の
リード部に直接接触するためである。つまり、本来、絶
縁層としての作用も担っている接着層が溶融して絶縁層
としての作用をしなくなったためである。従って、何ら
かの方法でこの金属箔と電極のリード部とが接触しない
ようにすれば、短絡の発生を防止することができると考
えられる。
【００１３】そこで、本発明では、上記のように、外装
材の金属箔と接着層との間に接着層の構成樹脂とは異な
る材料で構成される絶縁層を設けることによって、たと
え接着層が溶融しすぎたとしても、上記絶縁層が残って
金属箔とリード部との絶縁が保たれるようにして、短絡
の発生を防止できるようにしたのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明において、絶縁層を構成す
る材料としては、絶縁性のものであれば特に限定される
ことなく各種のものを使用することができるが、例え
ば、不織布、ガラス繊維、絶縁性酸化物、セラミック
ス、上記接着層の構成樹脂以外の樹脂などが好適なもの
として挙げられる。
【００１５】不織布やガラス繊維の場合、接着層の構成
樹脂が溶融してそれらの空隙部分に入り込み接着するこ
とになるが、接着層の構成樹脂が溶融しすぎた場合で
も、それらは物理的空間を保持することができるので、
短絡を引き起こすことはない。絶縁性の樹脂で絶縁層を
構成する場合、該樹脂としては接着層の構成樹脂より高
融点のものが好ましく、例えば、ポリプロピレン、ポリ
エステルテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド、ナイ
ロン、ポリカーボネートなどが好適に用いられる。
【００１６】本発明において、接着層を構成する樹脂、
金属箔を構成する材料、保護樹脂層を構成する樹脂とし
ては、従来と同様のものを用いることができるが、それ
らを例示すると、接着層を構成する樹脂としては、例え
ば、低密度ポリエチレン、硬質塩化ビニル樹脂、可塑化
塩化ビニル樹脂、アイオノマー、セルローズアセテート
樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂などが用いられ、金
属箔としては、例えば、アルミニウム箔などが用いら
れ、保護樹脂層を構成する樹脂としては、例えば、ポリ
エチレンテレフタレート、ナイロンなどが用いられる。
そして、これらの厚みなども従来と同様にすればよい。
【００１７】金属箔と接着層との間に設ける絶縁層の厚
さとしては、絶縁性の確保を図る観点から、５μｍ以
上、特に８μｍ以上が好ましい。この絶縁層の厚みは厚
くなればなるほど、絶縁性は優れたものになるが、あま
りにも厚くなりすぎると、外装材において樹脂で構成さ
れる層の厚みが厚くなり、その樹脂層の厚み増加によっ
て、水分の透過可能面積が増加し、水分の透過量が多く
なるおそれがあるので、通常は、１５０μｍ以下、特に
１００μｍ以下が好ましい。
【００１８】本発明の外装材で密封される発電要素を構
成する正極、負極、電解質などは、特に限定されること
なく従来同様の構成のものを含め各種のものを用いるこ
とができるが、電解質に関しては、ポリマー電解質を用
いることが特に好ましい。
【００１９】本発明のラミネート構成の外装材と係わり
を有する電極のリード部は、電極の集電体と同材質のも
のであってもよいし、また、異なる材質のものであって
もよい。
【００２０】例えば、正極の集電体としては、通常、ア
ルミニウム製の箔、パンチドメタル、網、エキスパンド
メタルなどが用いられ、リード部は、通常、正極作製時
にアルミニウム製の集電体の一部に正極合剤層を形成せ
ずに集電体の露出部を残すことによって設けられる。た
だし、電池使用機器との接続が容易なように、上記アル
ミニウム製の集電体の露出部にニッケル製の箔やリボン
などを電池内（つまり、外装体の封止部分より内部側）
で溶接などにより接続しておいて、それをリード部とし
てもよい。
【００２１】また、負極の集電体としては、通常、銅製
の箔、パンチドメタル、網、エキスパンドメタルなどが
用いられ、リード部は、通常、負極作製時に銅製の集電
体の一部に負極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残
すことによって設けられる。ただし、前記正極の場合と
同様に、上記銅製の集電体の露出部にニッケル製の箔や
リボンなどを電池内で溶接により接続しておいて、それ
をリード部としてもよい。
【００２２】
【実施例】つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例のみに限
定されるものではない。
【００２３】実施例１ 厚さ３０μｍのアイオノマー（融点：約８９℃）と厚さ
１０μｍのナイロン（融点：約２２０℃）と厚さ２０μ
ｍのアルミニウム箔と厚さ２５μｍのナイロンとを積層
して外装材を作製した。
【００２４】この外装材の要部の断面を図１に示す。図
１に示すように、外装材１は、内層の接着層１ａ、絶縁
層１ｂ、金属箔１ｃおよび外層の保護樹脂層１ｄの４層
ラミネート構造体で構成され、この実施例１の外装材１
では、接着層１ａはアイオノマー（融点：約８９℃）で
構成され、絶縁層１ｂはナイロン（融点：約２２０℃）
で構成されていて、絶縁層１ｂの構成樹脂の方が接着層
１ａの構成樹脂より融点が約１３１℃高く、金属箔１ｃ
はアルミニウム箔で構成され、保護樹脂層１ｄはナイロ
ンで構成され、上記絶縁層１ｂは金属箔１ｃと接着層１
ａとの間に設けられている。
【００２５】実施例２ 実施例１の外装材において絶縁層１ｂおよび保護樹脂層
１ｄを構成するナイロンに代えて、ポリエチレンテレフ
タレート（融点：約２６０℃）を用いて絶縁層１ｂおよ
び保護樹脂層１ｄを構成した以外は、実施例１と同様に
外装材を作製した。
【００２６】この実施例２の外装材における接着層１ａ
の構成樹脂はアイオノマー（融点：約８９℃）であり、
絶縁層１ｂを構成する樹脂がポリエチレンテレフタレー
ト（融点：約２６０℃）であることから、絶縁層１ｂの
構成樹脂の方が接着層１ａの構成樹脂より約１７１℃融
点が高い。
【００２７】実施例３ 実施例２の外装材において接着層１ａを構成するアイオ
ノマーに代えて、ポリエチレン（融点：約１２０℃）を
用いて接着層１ａを構成した以外は、実施例２と同様に
外装材を作製した。
【００２８】この実施例３の外装材における絶縁層１ｂ
の構成樹脂はポリエチレンテレフタレート（融点：約２
６０℃〕であり、接着層１ａを構成する樹脂がポリエチ
レン（融点：約１２０℃）であることから、絶縁層１ｂ
の構成樹脂の方が接着層１ａの構成樹脂より融点が約１
４０℃高い。
【００２９】実施例４ 実施例１の外装材において接着層１ａを構成するアイオ
ノマーに代えて、ポリプロピレン（融点：約１４０℃）
を用いて接着層１ａを構成した以外は、実施例１と同様
に外装材を作製した。
【００３０】この実施例４の外装材における絶縁層１ｂ
の構成樹脂はナイロン（融点：約２２０℃）であり、接
着層１ａを構成する樹脂がポリプロピレン（融点：約１
４０℃）であることから、絶縁層１ｂの構成樹脂の方が
接着層１ａの構成樹脂より融点が約８０℃高い。
【００３１】実施例５ 実施例１の外装材において絶縁層１ａを構成するナイロ
ンに代えて、ポリエチレン系不織布（融点：約１２０
℃）を用いて絶縁層１ａを構成した以外は、実施例１と
同様に外装材を作製した。
【００３２】この実施例５の外装材における接着層１ａ
の構成樹脂はアイオノマー（融点：約８９℃）であり、
絶縁層１ｂを構成するポリエチレン系不織布は融点が約
１２０℃であることから、絶縁層１ｂを構成するポリエ
チレン系不織布の方が接着層１ａの構成樹脂であるアイ
オノマーより融点が約３１℃高い。
【００３３】実施例６ 実施例３の外装材において絶縁層１ｂを構成するポリエ
チレンテレフタレートに代えて、ガラス繊維を用いて絶
縁層１ｂを構成した以外は、実施例３と同様に外装材を
作製した。
【００３４】この実施例６の外装材における接着層１ａ
の構成樹脂はポリエチレン（融点：約１２０℃）であ
り、絶縁層１ｂを構成するガラス繊維の融点は少なくと
も１０００℃以上であることから、絶縁層１ｂを構成す
るガラス繊維の方が接着層１ａの構成樹脂であるポリエ
チレンより融点が約８８０℃以上高い。
【００３５】比較例１ 厚さ３０μｍのアイオノマー（融点：約８９℃）と厚さ
２０μｍのアルミニウム箔と厚さ２５μｍのナイロンと
を積層して外装材を作製した。
【００３６】比較例２ 厚さ３０μｍのポリエチレン（融点：約１２０℃）と厚
さ２０μｍのアルミニウム箔と厚さ２５μｍのポリエチ
レンテレフタレートとを積層して外装材を作製した。
【００３７】上記実施例１〜６および比較例１〜２のラ
ミネート構造の外装材を２枚用意し、またリード部とし
て厚さ４０μｍのニッケル製のリボンを２本用意した。
【００３８】そして、上記２本のリード部を１５ｍｍ離
れた位置に配置し、通常の電池構成を模して、上記２枚
のラミネート構造の外装材で挟み、外装材の接着層が上
記リード部と対向する部分および外装材の接着層同士の
接合部を加熱下で圧着した。加熱条件は外装材の接着層
の構成樹脂の種類により適正な条件を選んだが、２００
℃で３秒間の加熱を基本とした。
【００３９】図２に上記のように２本のリード部を２枚
の外装材で挟み接合部を加熱圧着した試料の要部の断面
を示し、図３にその平面を示す。図２に示すように、本
発明の外装材１は、内層の接着層１ａ、絶縁層１ｂ、金
属箔１ｃおよび外層の保護樹脂層１ｄからなり、接着層
１ａがリード部２と対向している。ただし、比較例１〜
２の外装材は、図２のように４層にはならず、内層の接
着層、金属箔および外層の保護樹脂層の３層で構成され
ている。
【００４０】そして、リード部は、図３に示すように、
もう１箇所、同様の状態で設けられており、一方のリー
ド部２と他方のリード部２との間隔は１５ｍｍである。
なお、図１〜図３は、いずれも模式的に示したものであ
り、各部材の寸法比は必ずしも正確ではない。
【００４１】上記のような試料を各実施例、比較例とも
５個ずつ作製し、上記実施例１〜６および比較例１〜２
の試料の一方のリード部２と他方のリード部２との直列
抵抗をタケダ理研デジタルマルチメーターＴＲ６８４３
により測定し、その直列抵抗値が１４４ＭΩ以上（上記
テスターの測定限界以上）のものを正負極間の絶縁性が
正常であって短絡の発生がないものと評価し、上記直流
抵抗値が１４４ＭΩより小さいものは正負極間の絶縁性
が不充分であって短絡が発生しているものと評価した。
その結果を表１に示す。なお、表１には、短絡発生試料
個数に関しては、試験に供した試料個数を分母に表示
し、短絡の発生した試料個数を分子に表示する態様で示
した。また、表１への外装材の構成の表示にあたって
は、ナイロンを「ＯＮ」、アルミニウム箔を「Ａｌ
箔」、ポリエチレンテレフタレートを「ＰＥＴ」、ポリ
エチレンを「ＰＥ」、ポリプロピレンを「ＰＰ」と簡略
化し、接着層／絶縁層／金属箔／保護樹脂層の順に表示
した。
【００４２】
【表１】
【００４３】表１に示すように、実施例１〜６は、いず
れも短絡の発生がなかったが、比較例１〜２の場合は、
２０〜４０％程度の比率で短絡が発生した。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、電極
のリード部と外装材の金属箔との接触に基づく短絡の発
生を防止することができる薄型電池用外装材を提供する
ことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄型電池用外装材の要部を模式的に示
す断面図である。
【図２】本発明の外装材でリード部を挟み接合部を加熱
圧着した試料の要部を模式的に示す平面図である。
【図３】図２に示す試料を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１ 外装材 １ａ 接着層 １ｂ 絶縁層 １ｃ 金属箔 １ｄ 保護樹脂層 ２ リード部
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F100 AB10 AB33A AK01B AK01C AK48 AK70 BA03 BA04 BA07 BA10A BA10B BA25 GB41 JA04C JG04C JG10 JL11B 5H011 AA13 CC02 CC06 CC10 DD21 KK04 5H029 AJ12 AM16 BJ04 DJ02 DJ03 EJ01 EJ12 HJ14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 金属箔を芯材とし、内層に接着層を有す
    るラミネート構造の薄型電池用外装材であって、上記金
    属箔と接着層との間に上記接着層の構成樹脂とは異なる
    材料で構成される絶縁層を設けたことを特徴とする薄型
    電池用外装材。
  2. 【請求項２】 絶縁層の構成材料が接着層の構成樹脂よ
    り高融点である請求項１記載の薄型電池用外装材。
  3. 【請求項３】 電池がポリマー電解質電池である請求項
    １または２記載の薄型電池用外装材。
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