JP2000285905A - 薄型電池 - Google Patents

薄型電池

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JP2000285905A
JP2000285905A JP11093344A JP9334499A JP2000285905A JP 2000285905 A JP2000285905 A JP 2000285905A JP 11093344 A JP11093344 A JP 11093344A JP 9334499 A JP9334499 A JP 9334499A JP 2000285905 A JP2000285905 A JP 2000285905A
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博行 大野
Mikiya Yamazaki
幹也 山崎
Tsutomu Sonozaki
勉 園▲ざき▼
Ikuro Nakane
育朗 中根
Satoru Fukuoka
悟 福岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の製造コストの高騰を招くことなく、且
つ厳格な封止条件等を要求されることなく、電池が破裂
することによる電池を用いた機器等の破損を防止しうる
薄型電池の提供を目的とする。 【解決手段】 正極1と負極2とがセパレータを介して
巻回された偏平渦巻き状の発電要素4が、ラミネート外
装体6の収納空間5内に収納され、且つ上記正極1には
正極タブ8が、上記負極2には負極タブ9が、それぞれ
接続されると共に、これら両タブ8・9が電池外に突出
する構造の薄型電池において、上記正極タブ8は正極側
の外部電極を兼用し、上記負極タブ9は、薄い金属箔か
ら成ると共に電池外部における上記収納空間5に対応す
る位置に配置される安全片12と、この安全片12の両
端に電気的に接続されるリード10・11とを介して負
極側の外部電極と接続されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、僅かな電池内圧の
上昇によって変形する外装体を有し、この外装体内に発
電要素が収納された薄型電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器等の小型化に伴って、電
池の小型化が望まれるようになってきている。この電池
の小型化を達成するために、本発明者らは、先に、アル
ミニウム層の両面に接着剤層を介して樹脂層が形成され
たラミネート材を袋状にしてラミネート外装体を構成
し、このラミネート外装体の収納空間に発電要素を収納
するような薄型電池を提案した。このような構造の電池
であれば、飛躍的に電池の小型化を達成できる。
【0003】しかしながら、上記ラミネート外装体を用
いた薄型電池では、過充電時等の場合に、電池の内部圧
力が高まって、電池が破裂することがある。このような
ことが生じると、電解液或いは電極等の電池構成部材が
電池外に飛散して、電池を用いた機器等を破損するおそ
れがある。
【0004】そこで、電池が破裂するのを防止すべく、
以下に示すような方法が提案されている。 (1)電池の内部圧力が所定値に達した場合に開口する
ような圧力開放弁を電池に取り付ける方法。 (2)電池の内部圧力が所定値に達した場合に、ラミネ
ート外装体の封止部が開口するような方法。
【0005】しかしながら、上記(1)(2)の方法で
は、以下に示すような課題を有していた。 (1)の方法の課題 (1)の方法では、圧力開放弁を構成する新たな材料が
必要となり、しかも圧力開放弁を電池に取り付けるとい
う作業工程が新たに必要となるため、電池の製造コスト
が高騰するという課題。
【0006】(2)の方法の課題 (2)の方法においては、電池の内部圧力が所定値に達
した場合に、ラミネート外装体の封止部が開口し、しか
も、通常時は電池内に水分が進入したり、電解液が漏れ
るのを防止しなければならないが、両者を満たす封止材
料や封止条件を見出すのが困難であるという課題。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みなされたものであって、電池の製造コストの高騰
を招くことなく、且つ厳格な封止条件等を要求されるこ
となく、電池が破裂することによる電池を用いた機器等
の破損を防止しうる薄型電池の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうちで請求項1記載の発明は、正極と負極
とセパレータとからなる発電要素が、僅かな電池内圧の
上昇によって変形する外装体の収納空間内に収納され、
且つ上記正極には正極タブが、上記負極には負極タブ
が、それぞれ接続されると共に、これら両タブが電池外
に突出する構造の薄型電池において、上記両タブのうち
一方のタブは一方の外部電極を兼用し、他方のタブは、
少なくとも一部が薄い金属箔から成ると共に電池外部に
おける上記収納空間に対応する位置に配置される安全片
と、この安全片の両端に電気的に接続されるリードとを
介して他方の外部電極と接続されることを特徴とする。
【0009】このような構成であれば、過充電時等の場
合に、電池の内部圧力が高まって電池(収納空間)が膨
らむと、この収納空間に対応する位置に配置している薄
い金属箔を備えた安全片が切断される。したがって、そ
れ以上の充電が防止されるので、電池が破裂するレベル
まで電池内圧が上昇することがない。
【0010】また、圧力開放弁を構成する新たな材料が
必要とならず、しかも圧力開放弁を電池に取り付けると
いう作業工程が新たに必要とならないため、電池の製造
コストが高騰するという課題を解決できる。加えて、封
止条件等が緩和されるので、電池内に水分が進入した
り、電解液が漏れるのを防止しつつ、確実に電池が破裂
するのを抑えることができる。
【0011】また、請求項2記載の発明は請求項1記載
の発明において、僅かな電池内圧の上昇によって変形す
る外装体としてラミネート外装体が用いられることを特
徴とする。僅かな電池内圧の上昇によって変形する外装
体としてラミネート外装体が例示されるが、本発明はこ
れに限定するものではない。
【0012】また、請求項3記載の発明は請求項1又は
2記載の発明において、上記安全片の両端は上記外装体
に固定されていることを特徴とする。このように安全片
の両端が外装体に固定されていれば、電池内圧が高まっ
た場合に安全片が確実に切断されるので、上記の効果が
一層発揮される。
【0013】また、請求項4記載の発明は請求項1、2
又は3記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部
分の厚みが0.5mm以下、好ましくは0.1mm以下
であることを特徴とする。このように規制するのは、薄
い金属箔部分の厚みが0.5mmを超えると、金属箔部
分が切断しなくなることがあるということを考慮したも
のである。
【0014】また、請求項5記載の発明は請求項1、
2、3又は4記載の発明において、上記安全片の薄い金
属箔部分の幅が電池幅以下、好ましくは5.0mm以下
であることを特徴とする。このように規制するのは、薄
い金属箔部分の幅が電池幅を超えると、金属箔部分が切
断しなくなることがあるということを考慮したものであ
る。
【0015】また、請求項6記載の発明は請求項1、
2、3、4又は5記載の発明において、上記安全片の薄
い金属箔部分は、収納空間に対応する位置の略中央部に
配置されることを特徴とする。収納空間に対応する位置
の略中央部では、電池が膨らんだ場合に最も膨れが大き
くなって、安全片が確実に切断されるので、上記の効果
が一層発揮される。
【0016】また、請求項7記載の発明は請求項1、
2、3、4、5又は6記載の発明において、上記安全片
の薄い金属箔部分に切り込みが形成されていることを特
徴とする。また、請求項8記載の発明は請求項1、2、
3、4、5又は6記載の発明において、上記安全片の薄
い金属箔部分にくびれが形成されていることを特徴とす
る。
【0017】また、請求項9記載の発明は請求項1、
2、3、4、5又は6記載の発明において、上記安全片
の薄い金属箔部分にミシン目が形成されていることを特
徴とする。また、請求項10記載の発明は請求項1、
2、3、4、5又は6記載の発明において、上記安全片
の薄い金属箔部分に空孔が形成されていることを特徴と
する。上記請求項7〜請求項10の構成であれば、安全
片が一層確実に切断されるので、上記の効果がより一層
発揮される。
【0018】
【発明の実施の形態】〔第1の形態〕本発明の第1の形
態を、図1〜図4に基づいて、以下に説明する。図1は
本発明の第1の形態に係る薄型電池の正面図、図2は本
発明の第1の形態に係る薄型電池の側面図、図3は本発
明の第1の形態に係る薄型電池に用いられる発電要素の
斜視図、図4はラミネート外装体の断面図である。
【0019】図3に示すように、本発明の薄型電池は、
LiCoO2 を主体とする正極1と、天然黒鉛を主体と
する負極2と、これら両電極を離間するセパレータ(図
3においては図示せず)とから成る発電要素4を有して
おり、上記正極1にはアルミニウムから成る正極タブ8
が、また上記負極2にはニッケルから成る負極タブ9が
それぞれ接続されている。上記発電要素4は、図1及び
図2に示すように、収納空間5内に配置されており、こ
の収納空間5は、ラミネート外装体6の上下端と中央部
とをそれぞれ封止部7a・7b・7cで封口することに
より形成される。また、収納空間5には、エチレンカー
ボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)と
が体積比で3:7の割合で混合された混合溶媒に、各々
LiN(SO2 2 5 2 が0.95M(モル/リッ
トル)の割合、LiPF6 が0.05Mの割合で溶解さ
れた電解質が注入されている。
【0020】上記ラミネート外装体6の具体的な構造
は、図4に示すように、アルミニウム層(厚み:30μ
m)21の一方の面に、ウレタン系接着剤から成る接着
剤層(厚み:2μm)25を介してナイロン層(厚み:
25μm)22が接着され、このナイロン層22にウレ
タン系接着剤から成る接着剤層(厚み:2μm)26を
介してポリエチレンテレフタレート層(厚み:12μ
m)23が接着される一方、アルミニウム層21の他方
の面には、変性ポリプロピレンから成る接着剤層(厚
み:2μm)27を介してポリプロピレン層(厚み:4
0μm)24が接着される構造である。
【0021】ここで、前記正極タブ8と前記負極タブ9
とは、上記ラミネート外装体6の封止部7aから突出し
ている。正極タブ8は正極側の外部端子を兼用する一
方、負極タブ9は負極側の外部端子を兼用せず、新たに
負極側の外部端子13が設けられる。そして、負極タブ
9と負極側の外部端子13とは、略コ字状に折り曲げら
れた負極タブ9の先端に接続されるリード10と、負極
側の外部端子13に接続されたリード11と、これら両
リード10・11を接続する安全片12とにより電気的
に接続される構造となっている。上記安全片12は厚み
20μmの薄い金属箔から成り、且つその両端部近傍で
は上記ラミネート外装体6と固定されている。
【0022】尚、この電池の大きさは、図1に示すよう
に、幅L1 は80mm、長さL2 は91mmとなるよう
に構成されており、また、封止部7a・7bの幅L3
4は5mm、封止部7cの幅L5 は10mmとなるよ
うに構成されている。また、上記安全片12の幅L6
10mmとなるように構成されている。
【0023】ここで、上記構造の電池を、以下のように
して作製した。先ず、正極活物質としてのLiCoO2
と導電剤としてのアセチレンブラックとグラファイトと
結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを
重量比で、90:2:3:5の割合で混合して正極合剤
を作製した後、この正極合剤をアルミニウムから成る帯
状の正極芯体の両面に塗着し、更に圧延、乾燥すること
により正極1を作製した。
【0024】これと並行して、負極活物質としての天然
黒鉛と結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを重量比
で、90:10の割合で混合して負極合剤を作製した
後、この負極合剤を銅から成る帯状の負極芯体の両面に
塗着し、更に乾燥、圧延することにより負極2を作製し
た。次に、これら正負極1・2に、それぞれ正極タブ8
と負極タブ9とを取り付けた後、正負極1・2をセパレ
ータを介して配置する。しかる後、正負両極1・2及び
セパレータを偏平渦巻状に巻回して、図3(図3におい
ては、セパレータは省略している)に示すような発電要
素4を作製した。
【0025】次いで、7層構造のラミネート材(91m
m×170mm)を用意した後、このラミネート材にお
ける両端のポリプロピレン同士を重ね合わせ、更に、重
ね合わせ部をインパルス加熱法により溶着して、封止部
7cを形成した。次に、この筒状のラミネート材の収納
空間5内に発電要素4を挿入した。この際、筒状のラミ
ネート材の一方の開口部から両タブ8・9が突出するよ
うに発電要素4を配置した。次に、この状態で、両タブ
8・9が突出している開口部のラミネート材を溶着して
封止し、封止部7aを形成した。この際、溶着は高周波
誘導加熱装置を用いて行った。
【0026】次いで、この状態で、真空加熱乾燥(温
度:105℃)を2時間行い、ラミネート材及び発電要
素4の水分を除去した。この後、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の割合で混
合された混合溶媒に、各々LiN(SO2 2 5 2
が0.95M(モル/リットル)の割合、LiPF6
0.05Mの割合で溶解された電解液にプレポリマーが
混合されたものを注入した。しかる後、上記封止部4a
とは反対側のラミネート材の端部を高周波誘導溶着装置
を用いて溶着し、封止部4bを形成した。
【0027】最後に、ラミネート外装体6に負極側の外
部端子13を取り付けると共に、負極タブ9にリード1
0を、負極側の外部端子13にリード11をそれぞれ接
続し、更にこれら両リード10・11に両端部がラミネ
ート外装体6に固定された安全片12を接続した。これ
により、薄型電池が作製される。
【0028】〔第2の形態〕本発明の第2の形態を、図
5及び図6に基づいて、以下に説明する。図5は本発明
の第2の形態に係る薄型電池の正面図、図6は本発明の
第2の形態に係る薄型電池の側面図である。尚、上記第
1の形態と同様の機能を有する部材については同じ符号
を付してその説明を省略する。このことは、下記の形態
についても同様である。図5及び図6に示すように、安
全片12にくびれ16・16を形成して、安全片12の
切断を容易にする他は、上記第1の形態の薄型電池と同
様の構成である。
【0029】〔第3の形態〕本発明の第3の形態を、図
7及び図8に基づいて、以下に説明する。図7は本発明
の第3の形態に係る薄型電池の正面図、図8は本発明の
第3の形態に係る薄型電池の側面図である。図7及び図
8に示すように、安全片12にミシン目17を形成し
て、安全片12の切断を容易にする他は、上記第1の形
態の薄型電池と同様の構成である。
【0030】〔第4の形態〕本発明の第4の形態を、図
9及び図10に基づいて、以下に説明する。図9は本発
明の第4の形態に係る薄型電池の正面図、図10は本発
明の第4の形態に係る薄型電池の側面図である。図9及
び図10に示すように、安全片12に切り込み18・1
8を形成して、安全片12の切断を容易にする他は、上
記第1の形態の薄型電池と同様の構成である。
【0031】〔第5の形態〕本発明の第5の形態を、図
11及び図12に基づいて、以下に説明する。図11は
本発明の第5の形態に係る薄型電池の正面図、図12は
本発明の第5の形態に係る薄型電池の側面図である。図
11及び図12に示すように、安全片12に空孔19…
を形成して、安全片12の切断を容易にする他は、上記
第1の形態の薄型電池と同様の構成である。
【0032】尚、上記5つの形態においては、安全片と
して薄い金属箔を用いたが、これに限定するものではな
く、一部のみを薄い金属箔とし他部は厚みの大きな金属
としても良い。このようにすれば、厚みの大きな金属部
分は電池が膨れても余り変形しないので、安全片の両端
部をラミネート外装体に固定する必要がなくなて薄型電
池の製造が容易となる他、安全片の抵抗が小さくなると
いう利点もある。
【0033】また、上記5つの形態においては、正極タ
ブが正極側の外部端子を兼用し、負極タブは負極側の外
部端子を兼用しない構成としたが、このような構成に限
定するものではなく、負極タブが負極側の外部端子を兼
用し、正極タブが正極側の外部端子を兼用しない構成と
しても良い。この場合には、正極側に、2つのリードと
安全片とが設けられることになる。更に、外装体として
は上記ラミネート外装体に限定されるものではなく、僅
かな電池内圧の上昇によって変形する外装体であれば、
本発明を適用しうる。
【0034】加えて、正極材料としては上記LiCoO
2 の他、例えば、LiNiO2 、LiMn2 4 或いは
これらの複合体等が好適に用いられ、また負極材料とし
ては上記炭素材料の他、リチウム金属、リチウム合金、
或いは金属酸化物(スズ酸化物等)等が好適に用いられ
る。更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、
プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−
ブチロラクトンなどの比較的比誘電率が高い溶液と、ジ
エチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テト
ラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、1,3−
ジオキソラン、2−メトキシテトラヒドロフラン、ジエ
チルエーテル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混
合した溶媒を用いることができる。また、電解液の電解
質としては、上記LiPF6 等の他、LiAsF6 、L
iClO4 、LiBF4 、LiCF3 SO3 等を用いる
ことができる。
【0035】
【実施例】〔実施例1〕実施例1としては上記第1の形
態に示す電池を用いた。このようにして作製した電池
を、以下、本発明電池A1と称する。 〔実施例2〕実施例2としては上記第2の形態に示す電
池を用いた。このようにして作製した電池を、以下、本
発明電池A2と称する。
【0036】〔実施例3〕実施例3としては上記第3の
形態に示す電池を用いた。このようにして作製した電池
を、以下、本発明電池A3と称する。 〔実施例4〕実施例4としては上記第4の形態に示す電
池を用いた。このようにして作製した電池を、以下、本
発明電池A4と称する。
【0037】〔実施例5〕実施例5としては上記第5の
形態に示す電池を用いた。このようにして作製した電池
を、以下、本発明電池A5と称する。
【0038】〔比較例1〕図13及び図14に示すよう
に、正極タブ8が正極側の外部端子を兼用し、負極タブ
9も負極側の外部端子を兼用する構成とする(安全片と
リードとを設けない)他は、上記実施例1の薄型電池と
同様にして電池を作製した。尚、実施例1と同様の機能
を有する部材については同じ符号を付している。このよ
うにして作製した電池を、以下、比較電池X1と称す
る。
【0039】〔比較例2〕安全片12として、厚み1.
0mmのNi−Alクラッド材を用いる他は、上記実施
例1の薄型電池と同様にして電池を作製した。このよう
にして作製した電池を、以下、比較電池X2と称する。
【0040】〔比較例3〕図15及び図16に示すよう
に、安全片12を封止部7b上に設ける他は、上記実施
例1の薄型電池と同様にして電池を作製した。尚、実施
例1と同様の機能を有する部材については同じ符号を付
している。このようにして作製した電池を、以下、比較
電池X3と称する。
【0041】〔実験〕上記本発明電池A1〜A5及び比
較電池X1〜X3を、電流2Cで過充電し、各電池が破
裂するか否かを調べたので、その結果を表1に示す。
【0042】
【表1】
【0043】表1から明らかなように、比較電池X1〜
X3では電池が破裂しているのに対して、本発明電池A
1〜A5では電池が全く破裂していないことが認められ
る。
【0044】これは、比較電池X1では安全片が設けら
れていないので、過充電時にも充電状態が継続され、比
較電池X2では安全片は設けられているが、厚みが大き
すぎるため安全片としての役割を発揮できず、やはり過
充電時にも充電状態が継続され、比較電池X3では電池
の膨れを生じない封止部上に安全片が存在するため、安
全片としての役割を発揮できず、やはり過充電時にも充
電状態が継続される。これに対して、本発明電池A1〜
A5では、過充電時には電池の膨れを生じる収納空間に
対応する位置に安全片が配置され、しかも安全片の厚み
が非常に薄いので、過充電時には安全片が切断されて充
電状態が終了するという理由によるものと考えられる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電池の製造コストの高騰を招くことなく、且つ厳格な封
止条件等を要求されることなく、電池が破裂することに
よる電池を用いた機器等の破損を防止できるといった優
れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の形態に係る薄型電池の正面図
【図2】本発明の第1の形態に係る薄型電池の側面図
【図3】本発明の第1の形態に係る薄型電池に用いられ
る発電要素の斜視図
【図4】本発明の第1の形態に係る薄型電池に用いられ
るラミネート外装体の断面図
【図5】本発明の第2の形態に係る薄型電池の正面図
【図6】本発明の第2の形態に係る薄型電池の側面図
【図7】本発明の第3の形態に係る薄型電池の正面図
【図8】本発明の第3の形態に係る薄型電池の側面図
【図9】本発明の第4の形態に係る薄型電池の正面図
【図10】本発明の第4の形態に係る薄型電池の側面図
【図11】本発明の第5の形態に係る薄型電池の正面図
【図12】本発明の第5の形態に係る薄型電池の側面図
【図13】比較例1に係る薄型電池の正面図
【図14】比較例1に係る薄型電池の側面図
【図15】比較例3に係る薄型電池の正面図
【図16】比較例3に係る薄型電池の側面図
【符号の説明】
1:正極 2:負極 4:発電要素 5:収納空間 6:ラミネート外装体 8:正極タブ 9:負極タブ 10:リード 11:リード 12:安全片 13:負極側の外部端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 園▲ざき▼ 勉 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 中根 育朗 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 福岡 悟 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5H011 AA13 CC02 CC06 EE04 KK01 5H022 AA09 CC08 CC12 CC19 EE01 KK01

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極と負極とセパレータとからなる発電
    要素が、僅かな電池内圧の上昇によって変形する外装体
    の収納空間内に収納され、且つ上記正極には正極タブ
    が、上記負極には負極タブが、それぞれ接続されると共
    に、これら両タブが電池外に突出する構造の薄型電池に
    おいて、 上記両タブのうち一方のタブは一方の外部電極を兼用
    し、他方のタブは、少なくとも一部が薄い金属箔から成
    ると共に電池外部における上記収納空間に対応する位置
    に配置される安全片と、この安全片の両端に電気的に接
    続されるリードとを介して他方の外部電極と接続される
    ことを特徴とする薄型電池。
  2. 【請求項2】 僅かな電池内圧の上昇によって変形する
    外装体として、ラミネート外装体が用いられる、請求項
    1記載の薄型電池。
  3. 【請求項3】 上記安全片の両端は上記外装体に固定さ
    れている、請求項1又は2記載の薄型電池。
  4. 【請求項4】 上記安全片の薄い金属箔部分の厚みが
    0.5mm以下、好ましくは0.1mm以下である、請
    求項1、2又は3記載の薄型電池。
  5. 【請求項5】 上記安全片の薄い金属箔部分の幅が電池
    幅以下、好ましくは5.0mm以下である、請求項1、
    2、3又は4記載の薄型電池。
  6. 【請求項6】 上記安全片の薄い金属箔部分は、収納空
    間に対応する位置の略中央部に配置される、請求項1、
    2、3、4又は5記載の薄型電池。
  7. 【請求項7】 上記安全片の薄い金属箔部分に切り込み
    が形成されている請求項1、2、3、4、5又は6記載
    の薄型電池。
  8. 【請求項8】 上記安全片の薄い金属箔部分にくびれが
    形成されている請求項1、2、3、4、5又は6記載の
    薄型電池。
  9. 【請求項9】 上記安全片の薄い金属箔部分にミシン目
    が形成されている請求項1、2、3、4、5又は6記載
    の薄型電池。
  10. 【請求項10】 上記安全片の薄い金属箔部分に空孔が
    形成されている請求項1、2、3、4、5又は6記載の
    薄型電池。
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