JP2000311666A

JP2000311666A - 電気化学電池の接続リードを処理して気密性を向上させる方法ならびに該方法により得られる気密シール電気化学電池

Info

Publication number: JP2000311666A
Application number: JP2000080841A
Authority: JP
Inventors: Like Xie; ライク，シー; Mohamed Alamgir; モハメド，アラムギー; Peter C Tamburrino; シー．タンブリノピーター
Original assignee: Thomas and Betts Corp
Current assignee: ABB Installation Products Inc
Priority date: 1999-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2000-11-07
Also published as: CA2302980A1

Abstract

(57)【要約】本発明は電気化学電池を気密封止する方法を提供する。
本発明方法においては、電池から、電池の使用されてい
る装置への接続リードとして働く外部金属製タブに接着
剤組成物からなる被膜を塗布形成する。接着剤がタブ表
面を被覆し、気密に封止する。被覆方法としては、タブ
表面に接着剤膜を直接的に熱封止することができる。あ
るいは、接着剤組成物の水性懸濁液をタブ表面に吹き付
け塗りし、またはタブに組成物をローラー塗りし、次い
で熱処理して接着剤を溶融、流動させることにより行う
ことができる。被覆されたタブは、その後に、金属箔の
形態を有する対応する集電体に溶接する。完成した電池
組立体は最終クロージャー封止体中に、封止されたタブ
が封止体から外へ延びるように熱封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明は、電気化学電池用の接続リード
の経済的な製造方法、ならびにそれにより得られる電池
に関する。とりわけ、本発明は、電気化学電池の金属製
接続タブを処理し、さらにその電池を最終クロージャー
封止体中にパッケージングすることで、最良の気密性を
有し、安価に製造できるコンパクトな電池を得る方法に
関する。

【０００２】

【発明の背景】電気化学電池は再充電可能なバッテリー
技術の分野における技術水準を代表する存在である。か
かるバッテリーはしばしば、再充電可能なポリマー製バ
ッテリーパックにパッケージングされている。このパッ
クは、所定の処方を有するイオン導電体を利用してお
り、その導電体は高いエネルギー密度、高い性能信頼性
および長い寿命を有していることが本技術分野において
知られている。小型の携帯用電子機器におけるバッテリ
ーのサイズや形状の縮小化の要求に応える電気化学電池
の開発によって重量の著しい軽減が実現されている。こ
れらの電池はさらに、高速サイクル、機械的ショック、
熱的ショック、振動、過剰電圧、過小電圧、短絡、自動
車用バッテリー充電、釘の貫入や高圧テストに曝された
場合にも優れた結果を示す。これらの性質が、電気化学
電池を、携帯電話，ポケットベル（登録商標）、ラップ
トップコンピューター、手持ち型端末や無線通信機器を
含む広範囲の用途での使用に益々好ましいものにしつつ
ある。本明細書中において「バッテリー」という用語と
「電池」という用語は同義のものとして使用するものと
する。

【０００３】気密性はまた、電気化学電池に高度に望ま
れる性質のひとつである。従来技術においては、気密封
止電池では、その製造時に付与された気密条件が、長期
に亘る保存や使用後にも維持されることが極めて重要で
あることが認識されていた。従来のバッテリー技術にあ
っては、十分な剛性や気密性を実現するために金属製ケ
ーシングをしばしば使用することがあった。金属製ケー
シングを有する電気化学電池では、気密シールを付与す
る一手段として封止部材をケーシング中に溶接ないし融
着することによって気密シールを作り出すものがある。
しかし、溶接部に隣接するケーシングがその中にある電
解質に熱を伝え、ときに電解質の蒸発を引き起こすこと
がある。これらガスが電池ケーシングから離脱するとき
に電池全体の構造に気密性をもたらしている溶接部にピ
ンホールを残すことがある。従って、単に金属製ケーシ
ング中にシールを溶接するだけでは必ずしも確実な気密
性を保証し得ない。さらには、金属製ケーシングはその
本来の強固な構造を有するものの、過剰な重量および構
造上の制限（すなわち、円筒形や矩形といった単純な幾
何学的形状しか形成し得ないという制限）をはじめとす
る大きな欠点が有している。

【０００４】しかし、これら、ならびにそれに関連する
欠点は、電池ケーシングとして代わりに多層構成のプラ
スチック封止パウチのような最終クロージャー封止部材
（封止体）を使用することにより解消することができ
る。電気化学電池において各電極をセパレーターに結合
させれば、剛性を有する電池ケーシングの必要性はなく
なり、電池の重量を著しく減少させることができる。従
って、電気化学電池を薄くて可撓性のある多層構成パウ
チにパッケージングすることができ、それにより重量を
軽減できるだけでなく、最小の厚さの自由な幾何学的形
状に形成できる。かかる封止体の使用は近年普及しつつ
あり、その一例として、本出願人の所有にかかる米国特
許出願第０９／４０５，２００号に開示されているよう
な、ポリマー電解質ベースのリチウムまたはリチウムイ
オンバッテリーのような電気化学電池が挙げられる。

【０００５】電気化学電池用の多層パッケージングは、
典型的には、酸素ならびに水分バリアとして作用するア
ルミニウムのような薄い金属ホイル（箔）からなる層を
少なくとも１つ有している。次いで、このホイル層を、
典型的には、ナイロンやポリエステルのような優れた機
械的保全性を有するポリマー材料からなるシートと、ポ
リエチレンのような低融点ポリオレフィンからなる層と
の間に、例えば熱封止（ヒートシール）によって封止す
ることで積層体を形成する。各ポリマー層のこの組合せ
は、十分な幅を付与した場合、長期間に亘って気密性に
富むシールを与える。

【０００６】この方法による気密性の達成は、パウチ内
の電池から、しばしば金属製接続タブの形をとる接続リ
ードを介して外部接点へ電気的接続をする必要性によっ
て制限を受ける。この接続タブが電池の負端子および正
端子に、あるいはそれらから電気を伝達する。強固な結
合を達成するためには、プラスチック封止パウチの密封
（シール）は、典型的には高められた温度および圧力で
行う。従って、熱封止層が各タブの周囲に流れ込んで気
密シールを作り出すようにする必要があることから、タ
ブの厚さは制限を受ける。電気化学電池についてこれを
行うと、高められた温度および圧力によってパッケージ
材料が変形を受けたり、金属製タブが接着剤層を突き抜
けてしまうことがある。その結果、各タブはパッケージ
を超え、密封領域を外れて延び、密封を典型的に特徴付
けている強固で均質な接着剤／接着剤結合を弱めてしま
う。そのため、各タブ間や各タブと金属箔積層体との間
で予期せぬ電気的短絡が生じるという問題があった。

【０００７】従って、気密性を確保することで電池の劣
化を防止し、電池性能の低下阻止や使用者の安全を図る
ことのできる改良された方法を提供することが望まれて
いる。

【０００８】

【発明の概要】本発明の目的は、電気化学電池の改良さ
れた製造方法を提供することである。

【０００９】本発明の別の目的は、電解質と接続タブと
の気密性を達成し得る、電気化学電池用の改良された密
封法を提供することである。

【００１０】本発明のさらに別の目的は、電気化学電池
の設計の融通性を向上させることである。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、コンパクトな
電池形態を提供しながら、電気化学電池の気密性を増大
させることである

【００１２】本発明のさらに別の目的は、寸法の減じら
れたレセプタクルを収容した電気化学電池用の低プロフ
ィール気密シールを提供すること、および電池の外観を
向上させることである。

【００１３】本発明のさらに別の目的は、プラスチック
製電池ケーシングの気密シールのための、金属−接着剤
間結合の強化方法を提供することである。

【００１４】本発明のさらに別の目的は、高速オートメ
ーションに適合する高速で低廉な封止方法を発展させる
ことである

【００１５】これらの目的ならびに他の目的を効果的に
達成するために、本発明は電気化学電池を気密封止する
方法を提供する。本発明方法においては、電池から、電
池の装填されている装置への接続リードとして働く外部
金属製タブに接着剤組成物からなる被膜を塗布形成す
る。接着剤がタブ表面を被覆し、気密に封止する。被覆
方法としては、タブ表面に接着剤膜を直接的に熱封止す
ることができる。あるいは、接着剤組成物の水性懸濁液
をタブ表面に吹き付け塗りし、またはタブに組成物をロ
ーラー塗りし、次いで熱処理して接着剤を溶融、流動さ
せることにより行うことができる。被覆されたタブは、
その後に、金属箔の形態を有する対応する集電体に溶接
する。完成した電池組立体は最終クロージャー封止体中
に、封止されたタブが封止体から外へ延びるようにして
熱封止する。

【００１６】

【好ましい実施形態の詳細な説明】本発明は、気密封止
電気化学電池組立体、およびその製造方法に関するもの
である。かかる組立体は複数の電池からなり、各電池は
該電池とそれが使用される装置との間に電流を伝達する
ためにその電池から延在している金属タブの形態の接続
リードを有している。各金属タブは相対向する２枚の平
面により規定されており、その一方または双方の平面は
該タブを気密に封止する目的で、その上に接着剤組成物
の被覆が設けられている。その後、電池はこれら処理済
みの各タブと共にプラスチック製電池ケーシングのよう
な最終クロージャー封止体中に収容され、その中に電気
化学電池を封止するようにヒートシールされる。

【００１７】図１および図２を参照して説明すると、図
中において同様の部材には同じ番号が付してあり、本発
明の電気化学電池組立体１０は、その中に複数の複電池
（ｂｉ−ｃｅｌｌ）１４を有する電気化学電池１２を包
含している。複数の複電池１４は、複数のアノード、カ
ソードおよびセパレーター部材が熱積層され、さらに切
断された、互いに分離、隣接した複数の個室として製造
することができる。これら各部材を個々の電池に切断
後、各電池を各個室に挿入し、その後に各個室を気密に
封止する。あるいは、電池１２は、各複電池１４が、基
体として作用する一対の平面セパレーター膜の間に介在
する所定の形状、寸法のアノードを包含しているＺ形状
のマニホールドに配列することもできる。各セパレータ
ー膜のアノードと接していない面の上に、カソードが、
対応するアノードと重なり合い位置にあるように設けら
れている。その後に、各セパレーター膜が互いに隣接す
る複電池を互いの重なり合わせ位置で接続させている複
電池間の各空間により規定される各複電池界面において
折り曲げを行う。この後者の実施形態については、本出
願人の所有にかかる米国特許出願第０９／４０５，２０
０号にさらに詳細に説明されている。

【００１８】電気化学電池組立体１０は、図中にプラス
チック製電池ケーシング１６として示される最終クロー
ジャー封止体をさらに包含している。電池ケーシング１
６は互いに重ね合わせ位置にある上部封止層１６ａと下
部封止層１６ｂとを包含している。図２にさらに示すよ
うに、封止体１６は、電気化学電池１２を封止するため
の積層型構造を封止リム１７に沿って有している。詳細
に示すように、上部封止層１６ａと下部封止層１６ｂの
各々には最小の３層が導入されている。ポリマー製カバ
ー１８および１８’は、絶縁による保護と電気化学電子
組立体の気密シールのために、ポリエステルやナイロン
のような優れた機械的保全性を有するポリマーからでき
ている。金属層２０および２０’が、さらに気密性水分
バリアーを提供するために、アルミニウムのような軽量
金属から作られている。接着剤層２２および２２’がさ
らに気密性を高めるためにもうけられており、これらは
互いに所定の幅で熱封止される。接着剤層２２および２
２’の材料組成は製造上ならびに性能上の要求により変
化するが、好ましく使用し得る材料の例としては、ポリ
エチレンのようなポリオレフィン、Ｓｕｒｌｙｎ（デュ
ポン社の商標名）のようなポリ（エチレンメタクリレー
ト）からなるアイオノマー樹脂、またはＡｄｃｏｔｅ
（ＭｏｒｔｏｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌの商標
名）のような積層用樹脂を挙げることができる。なお、
層１６ａおよび１６ｂの各々が３つの異なる層からなる
例について説明したが、封止体１６のこの構造は単に説
明のためのものにすぎず、層の合計数はバッテリー製造
上ならびにバッテリーの最終用途上の必要性に応じて変
えることができることは理解されるべきである。例え
ば、接着剤層と金属層との間、あるいは金属層とポリマ
ー層との間に、層間結合性を高める目的で別の層を設け
ることもできる。

【００１９】上述したように、封止体１６のような可撓
性のプラスチック電池ケーシング内に電気化学電池を封
止する場合に特有の問題は、電池１２とその電池を使用
する装置との間に電気的連通状態を確立するための接続
リードが必要になるということである。かかる接続リー
ドはしばしばアルミニウムタブ３０および銅タブ３０’
のような金属製タブの形態を採る。タブ３０および３
０’は電池１２のアノードおよびカソードと電気的導通
状態を形成し得る金属から作られる。しかして、タブ３
０および３０’は接着剤層２２および２２’の間でバッ
テリーとして作用し、それらの間に最適な気密シールが
形成されるのを阻止する。この問題を解消するために、
本発明は金属タブ３０および３０’を封止体１６で封止
するに先だって前処理することを特徴とする。

【００２０】以下、電池組立体１０の製造について詳細
に説明する。封止を目的とした金属タブ３０および３
０’の準備は以下のようにして行う。金属タブ３０およ
び３０’を予め選択したアセトンのような溶剤中で洗浄
してタブ表面から処理用油分や有機堆積物を除去する。
このタブを乾燥し、次いでポリエチレン、他のポリオレ
フィン、Ｓｕｒｌｙｎ、Ａｄｃｏｔｅ、あるいは封止体
１６の製造に使用した材料と気密性を持って相溶し得る
他の材料のような熱封止可能な接着剤材料で被覆する。
この被覆は、漬け塗、吹付塗、ローラー塗、はけ塗、ま
たは他の慣用塗布方法により付与する。次いで、このタ
ブ３０および３０’を乾燥し、さらに炉に入れて接着剤
を溶融する。接着剤は流動して金属タブの表面を均一に
湿潤、被覆して強固な金属−接着剤結合を形成する。各
タブを次いで対応する集電体に溶接し、封止体１６内に
熱封止する。この封止によって、寸法が小さく、審美性
に富み、リセプタクル内への電池１２の挿入が妨げられ
ない、スペースの節約性に優れた電池１２が得られる。

【００２１】上述したプロセスの実施について以下の実
施例に説明する。これら実施例は、本明細書の開示から
読みとれる種々の材料の組合せの一部を単に例示するも
のであり、本発明の気密封止電気化学電池の製造におけ
るその用途を何ら限定するものではないことは理解され
るべきである。

【００２２】

【実施例１】厚さ５０μｍのアルミニウムホイル製の集
電体をアセトンか類似の溶剤で洗浄してその表面から処
理用油分を全て除去し、次いで乾燥する。スプレーガン
とＥＡＡ接着剤の水性懸濁液とを用いて、アルミニウム
製タブを接着剤の５μｍの層で被覆する。このアルミニ
ウム製タブを次いで約２５０℃の炉内に入れ、約５分間
加熱する。この熱処理でＥＡＡは融解、流動してアルミ
ニウム製タブ表面を均一に被覆する。このアルミニウム
製タブを次いで電池のアルミニウム製グリッドに溶接す
る。銅製タブを同様に処理した後、電池の銅ホイル製の
集電体に溶接して電極スタック（積層体）を形成する。
次いで、この電極スタックをプラスチック製封止用パウ
チの内部に入れる。このパウチを約１３０℃の温度、約
１０ｐｓｉの圧力においてスタックの周囲に熱封止す
る。この封止体は気密性に富み、何らの漏れを示すこと
なく、高められた温度における保存に耐えることができ
る。

【００２３】

【実施例２】厚さ５０μｍのアルミニウムホイル製の集
電体をアセトンで洗浄してその表面から処理用油分を全
て除去し、次いで乾燥する。次に、アルミニウム製タブ
をＡｄｃｏｔｅ（ＭｏｒｔｏｎＩｎｔｅｒｎａｔｉｏ
ｎａｌの商標名）５０％およびエタノール５０％の混合
物でロールコートする。このアルミニウム製タブを約２
５０℃の炉内に入れ、約５分間加熱する。この熱処理で
接着剤は融解、流動してアルミニウム製タブ表面を均一
に被覆する。このタブを次いで電池のアルミニウム製ホ
イルに溶接する。銅製タブを同様に処理した後、電池の
銅ホイル製の集電体に溶接して電極スタックを形成す
る。次いで、この電極スタックをプラスチック製封止用
パウチの内部に置き、約１３０℃の温度、約１０ｐｓｉ
の圧力において熱封止する。

【００２４】本発明方法において使用するシールは気密
性に富み、何ら漏れを示すことなく、高められた温度に
於ける保存に耐えることができる。本発明のバッテリー
は種々の用途におうじて頻繁に再充電することが必要に
なるが、このバッテリーはバッテリー駆動の装置と再充
電器との間を容易に移行できる。従って、このバッテリ
ーは様々なコネクター形態への適合性を有しており、同
一のバッテリーを様々なタイプの装置において使用する
ことができる。

【００２５】上述した構造については種々の改変が可能
であることは当業者に明らかであろう。従って、本発明
の詳細に開示した範囲を特許請求の範囲に記載する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明方法にかかる電気化学電池の最終
クロージャー封止体中への封止前の概略説明図である。

【図２】図２は図１の電気化学電池の周囲を最終クロー
ジャー封止体で封止した後の金属製タブを示す図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ (72)発明者モハメド，アラムギーアメリカ合衆国．60440 イリノイズ，ボリングブルック，ブルックウッドレーンイースト 159 (72)発明者ピーターシー．タンブリノアメリカ合衆国．60565 イリノイズ，ネイパーヴィル，タウンドライヴ 1932

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気化学電池の製造方法であって：負極
物質および正極物質のそれぞれを用意する工程であっ
て、該各極物質が互いに電気的結合作動状態にある工
程；負集電体および正集電体のそれぞれを用意する工
程；該負極および正極物質のそれぞれに対する正端子お
よび負端子として接続リードを用意する工程であって、
該各接続リードが、該各極物質を収容する電気化学電池
パッケージから外方へ延在している工程；該各接続タブ
に気密封止用接着剤組成物からなる被覆を、該各タブを
均一に覆うように塗布する工程、および該電気化学電池
パッケージを、最終クロージャー封止体内の封止合わせ
位置に、該各接続リードが該封止体から突出するように
挿入する工程を含む方法。
【請求項２】前記接着剤組成物が、ポリオレフィン、
アイオノマー樹脂および積層用接着剤からなる群より選
ばれるものである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】前記塗布工程を、漬け塗、吹付塗、ロー
ラー塗およびはけ塗からなる群より選ばれる方法により
行う請求項１記載の製造方法。
【請求項４】前記塗布工程の後に、前記各接続リード
を熱処理する工程をさらに含む請求項１記載の製造方
法。
【請求項５】前記各金属タブを約１５０℃〜約３７５
℃の温度において熱処理する請求項４記載の製造方法。
【請求項６】前記電池を前記最終クロージャー封止体
内に熱封止する請求項１記載の製造方法。
【請求項７】前記封止体がプラスチック製電池ケーシ
ングからなる請求項１記載の製造方法。
【請求項８】前記電池ケーシングが、互いの重なり合
せ位置に上部封止層と下部封止層とをさらに有している
請求項７記載の製造方法。
【請求項９】前記上部および下部封止層の各々がその
中に複数の層を含有している請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】前記各層がポリマー製カバー、金属層
および接着剤層のそれそれをさらに含有している請求項
９記載の製造方法。
【請求項１１】前記各接続リードの１つがアルミニウ
ムから作られている請求項１記載の製造方法。
【請求項１２】前記各接続リードのもう１つが銅から
作られている請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】負極物質および正極物質であって、該
各極物質が互いに電気的結合作動状態にある負極物質お
よび正極物質；負集電体；正集電体；および該負極およ
び正極物質のそれぞれに対する正端子および負端子とし
て働く各接続リードであって、該各極物質を収容してい
る電気化学電池パッケージから外方へ延在している各接
続リードを含む電気化学電池；該各接続タブに、該各タ
ブを均一に覆うように塗布された気密封止用接着剤組成
物からなる被覆；および最終クロージャー封止体であっ
て、該電気化学電池パッケージがその内部の封止合わせ
位置に、該各接続リードを該封止体から突出させるよう
に挿入された最終クロージャー封止体を含む気密封止電
気化学電池組立体。
【請求項１４】前記被覆が、ポリオレフィン、アイオ
ノマー樹脂および積層用接着剤からなる材料の群より選
ばれるものである請求項１３記載の電気化学電池組立
体。
【請求項１５】前記被覆が、漬け塗、吹付塗、ローラ
ー塗およびはけ塗からなる塗布方法の群より選ばれる方
法により塗布されたものである請求項１４記載の電気化
学電池組立体。
【請求項１６】前記各接続リードが、前記被覆の塗布
後に熱処理されている請求項１３記載の電気化学電池組
立体。
【請求項１７】前記各金属タブが約１５０℃〜約３７
５℃の温度において熱処理されている請求項１６記載の
電気化学電池組立体。
【請求項１８】前記電池が最終クロージャー封止体内
に熱封止されている請求項１３記載の電気化学電池組立
体。
【請求項１９】前記封止体がプラスチック製電池ケー
シングからなる請求項１３記載の電気化学電池組立体。
【請求項２０】前記電池ケーシングが、互いの重なり
合わせ位置に上部封止層と下部封止層とをさらに有して
いる請求項１９記載の電気化学電池組立体。
【請求項２１】前記上部および下部封止層の各々がそ
の中に複数の層を含有している請求項２０記載の電気化
学電池組立体。
【請求項２２】前記各層が、ポリマー製カバー、金属
層および接着剤層のそれそれをさらに含有している請求
項２１記載の電気化学電池組立体。
【請求項２３】前記各接続リードの１つがアルミニウ
ムから作られている請求項１３記載の電気化学電池組立
体。
【請求項２４】前記各接続リードの１つが銅から作ら
れている請求項１３記載の電気化学電池組立体。
【請求項２５】前記電気化学電池が複数の複電池をさ
らに含有している請求項１３記載の電気化学電池組立
体。
【請求項２６】前記各複電池が、複数のアノード、カ
ソードおよびセパレーター部材を熱積層、切断すること
で、分離し、隣接した複数の個室として製造されている
請求項２５記載の電気化学電池組立体。
【請求項２７】前記各部材が個々の電池に切断され、
前記各個室に挿入されている請求項２６記載の電気化学
電池組立体。
【請求項２８】前記各個室が、前記部材の挿入後に気
密に封止されている請求項２７記載の電気化学電池組立
体。
【請求項２９】前記各複電池が、基体として作用する
一対の平面状セパレーター膜の間に介在する所定の形状
と寸法とを有するアノードを含有している請求項２５記
載の電気化学電池組立体。
【請求項３０】カソードが、前記各セパレーター膜の
前記アノードと接していない面上に、該アノードと重な
り合わせ位置にあるように配されている請求項２９記載
の電気化学電池組立体。
【請求項３１】前記セパレーター膜が互いに隣接する
複電池を互いの重なり合わせ位置で接続させている複電
池間の各空間により規定される各複電池界面において、
Ｚ形状のマニホールドを形成するように折り曲げがなさ
れている請求項３０記載の電気化学電池組立体。