JP2000348693A

JP2000348693A - 薄形電池およびその製造方法

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Publication number: JP2000348693A
Application number: JP11160098A
Authority: JP
Inventors: Yoji Ishihara; 洋司石原; Soichi Hanabusa; 聡一花房; Fumimasa Yamamoto; 文将山本; Takahiro Kimijima; 崇啓君嶋
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】薄形・軽量化、および信頼性向上が図られた
薄形電池と、そのような薄形電池の製造方法の提供。【解決手段】シート状の発電要素２と、前記発電要素
から引き出された正・負極リード３，４と、前記正・負
極リード３，４を導出して発電要素２を被覆封止する外
装フィルム５，６とを有する薄形電池であって、前記外
装フィルム５，６の膜厚が発電要素２の両主面側で異な
っていることを特徴とする薄形電池である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄形電池およびそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯形の電話機やテレビカメラなどの電
源としては、小形、軽量、薄形化や大容量、高電圧化な
どが求められており、正極層、ポリマ−電解質層および
負極層を重ね合わせた発電要素（積層体）、もしくはこ
のような発電要素複数個の積層体を、シート状（薄形）
に一体化した構成の発電要素（電極要素ないし電池要
素）を備えた厚さ 0.5mm程度の薄形電池も知られている
（たとえば米国特許第 5,296,318号明細書）。

【０００３】図２は従来の薄形電池を透視平面的に、ま
た、図３は従来の薄形電池の要部構成を拡大して断面的
に示したものである。図２および図３において、１は外
装フィルム、２は発電要素、３は前記発電要素２の正極
に一端が接続し、他端が外装フィルム１から液密に導出
された正極リード（外部接続用端子）、４は前記発電要
素２の負極に一端が接続し、他端が外装フィルム１から
液密に導出された負極リード（外部接続用端子）であ
る。

【０００４】ここで、発電要素２は、電解液を担持する
シート状セパレーター、前記シート状セパレーターの一
主面に積層・配置されたリチウム含有金属酸化物を活物
質とし、かつ正極集電体を有するシート状正極、および
前記シート状セパレーター１の他主面に積層・配置され
たリチウム金属もしくはリチウムを吸蔵・放出する炭素
質材を活物質とし、かつ負極集電体を有するシート状負
極で形成されている。なお、前記シート状セパレーター
は、電解質保持性のポリマ、たとえばヘキサフロロプロ
ピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマ−電解
質系である。また、シート状の正極は、リチウムを含む
金属酸化物などの活物質、電解質保持性ポリマーおよび
正極集電体で構成されている。さらに、シート状の負極
は、たとえばリチウムイオンを吸蔵・放出する活物質、
電解質保持性ポリマーおよび負極集電体で構成されてい
る。

【０００５】より具体的には、シート状正極は、正極集
電体（たとえばルミニウムの箔、パンチドメタル、エキ
スバンドメタル）の突出・延設部に、アルミニウム箔片
の一端を溶接・接続して正極リード３が、また、シート
状負極は、負極集電体（たとえば銅の箔、パンチドメタ
ル、エキスバンドメタル）の突出・延設部に、銅箔片の
一端を溶接・接続して負極リード４がそれぞれ配設され
ている。そして、これら各シート状電極およびシート状
セパレーターは、積層体化して発電要素２を形成してい
る。

【０００６】また、外装フィルム１は、発電要素２を液
密ないし気密に封装する構成を採るが、正・負極リード
３，４を一括的に、液密ないし気密に封止・導出しなが
ら、外装フィルム１が形成する封装体外に導出してい
る。ここで、外装フィルム１は、一般的に、発電要素２
を挟む両主面側とも同じ膜厚であり、また、金属箔（た
とえばアルミ箔）1aの両面にポリエチレンテレフタレー
ト樹脂フィルム1b，1b′、さらに、一方のポリエチレン
テレフタレート樹脂フィルム1b面に変性ポリプロピレン
樹脂フィルム1cを積層一体化して成る厚さ0.08〜0.30mm
程度の多層形フィルムなどである。

【０００７】なお、この種の軽量、フレキシブルな薄形
電池の製造は、一般的に、次のように行われる。先ず、
前記シート状正極、シート状セパレータ（ポリマー−電
解質系）およびシート状負極を積層状に組み合わせて発
電要素２を作製する。その後、発電要素２を形成してい
る各シート状電極の集電体の突出・延設部に、対応する
正・負極リード３，４を位置合わせ・溶接する。

【０００８】次いで、発電要素２の両面側に、外装フィ
ルム１を積層・配置（１枚の樹脂フィルムを折り曲げ、
両主面を包むように）する一方、各電極リード３，４を
外部に導出する。その後、前記外装フィルム１の対向す
る周縁部同士を熱融着（熱溶着）、もしくは接着剤層を
介して気密に接合・一体化させて封装し、さらに、要す
れば外形加工を施すことにより、所要の薄膜電池を得て
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の薄形電池の場合は、次のような不都合がある。すな
わち、上記薄形電池は、外装フイルムとして、たとえば
水分の侵入・浸透を防止するためアルミニウム箔を内層
させる一方、熱融着ないし接合面を熱融着性樹脂層（無
水マレイン酸などを変性基として分子中に含む樹脂層）
で形成した多層形フィルムを使用し、薄形・軽量化など
を図っている。しかし、一層の薄形・軽量化などに限界
があり、その対応策も検討されている。

【００１０】たとえば、外装フィルムの多層化、材質、
あるいは多層化と材質との組み合わせ・選択によって、
ある程度、達成できるとはいえ、なお、十分とはいえな
い。すなわち、上記多層形フィルムを外装フィルムとし
た発電要素２の封装は、熱融着性樹脂層同士を対向さ
せ、この熱融着性樹脂層の加圧・加熱で融着・接合一体
化することで行われる。

【００１１】しかし、薄形電池の構成においては、発電
要素２自体の薄形化に加え、外装フィルム１の薄形化に
伴う表面凹凸の影響・作用により、液密ないし気密な融
着・接合の形成が困難な場合がある。この液密ないし気
密な融着・接合の形成は、薄形電池の製造歩留まりに影
響するだけでなく、薄形電池の品質ないし信頼性に影響
する。

【００１２】本発明者らは、上記懸念を解消するため、
鋭意検討を進めた結果、発電要素を封装する外装フィル
ムの厚さを、一主面側の厚さに対して、他主面側の厚さ
を薄く設定し、全体としては少なくとも他主面側の厚さ
を低減した分を薄くしても、液密ないし気密な封装が達
成されることを見出した。たとえば、一主面側の厚さを
従来の場合と同じにし、他主面側の厚さを従来の場合よ
りも30〜80％程度にし、両面側の膜厚に差をつけると、
液密性ないし気密性のすぐれた封止・封装が行われるこ
とを確認した。

【００１３】ここで、両面側に配置した外装フィルムの
膜厚差に起因する作用は、明確でないが、相互が適度の
膜厚を有する一方、それらの膜厚差が熱溶着時に、たと
えば歪みの発生などを回避するなど、相乗的な作用が生
じて、上記のように、薄形・軽量化を図りながら良好な
気密封止・封装を達成し、信頼性の高い薄形電池として
機能するに至ったものと考えられる。

【００１４】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、薄形・軽量化、および信頼性向上が図られた薄形
電池と、そのような薄形電池の製造方法の提供を目的と
する。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、シー
ト状の発電要素と、前記発電要素から引き出された正・
負極リードと、前記正・負極リードを導出して発電要素
を被覆封止する外装フィルムとを有する薄形電池であっ
て、前記外装フィルムの膜厚が発電要素の両主面側で異
なっていることを特徴とする薄形電池である。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１記載の薄形電
池において、外装フィルムが金属箔を内層した多層形フ
ィルムである特徴とする。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１もしくは請求
項２記載の薄形電池において、外装フィルムの封止部形
成面が少なくとも熱融着性樹脂層であることを特徴とす
る。請求項４の発明は、シート状の発電要素を組み立て
る工程と、前記発電要素を外装フィルム面上に位置決め
し、正・負極リードを導出して重ねた外装フィルム端縁
部同士の熱融着で液密に封装する工程と、前記外装樹脂
フィルムによる液密な封装過程で、所要の非水電解液を
注入する工程とを有する薄形電池の製造方法であって、
前記発電要素の両主面側に配置する外装フィルムの膜厚
を異ならせておくことを特徴とする薄形電池の製造方法
である。

【００１８】請求項５の発明は、請求項４記載の薄形電
池の製造方法において、外装フィルムが金属箔を内層し
た多層形フィルムである特徴とする。

【００１９】請求項６の発明は、請求項４もしくは請求
項５記載の薄形電池の製造方法において、外装フィルム
の封止部形成面が少なくとも熱融着性樹脂層であること
を特徴とする。

【００２０】請求項１〜６の発明において、シート状正
極は、たとえばアルミニウム箔、アルミニウム製メッシ
ュ、アルミニウム製エキスバンドメタル、アルミニウム
製パンチメタルなどを集電体としている。そして、集電
体の一部を端子部として延設させ、この端子部を除く集
電体の両面全体に、正極活物質を塗布した構成と成って
いる。なお、前記端子部を成す集電体の延設端に、正極
リードとしてアルミニウム箔片などを溶接してある。

【００２１】一方、シート状負極は、たとえば銅箔、銅
製エキスバンドメタル、銅製パンチメタルなどを集電体
としている。そして、集電体の一部を端子部として延設
させ、この端子部を除く集電体の両面全体面に、負極活
物質を塗布した構成と成っている。なお、前記端子部を
成す集電体の延設端に、負極リードとして銅箔片などを
溶接してある。

【００２２】請求項１〜６の発明において、シート状正
極が付着担持する正極活物質としては、リチウムイオン
を吸蔵・放出するリチウム含有金属酸化物、たとえばリ
チウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化
物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを
含む非晶質五酸化バナジウムや、二酸化マンガン、カル
コゲン化合物などが挙げられる。

【００２３】また、シート状負極が付着担持する負極活
物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出するもので、たと
えばビスフェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セル
ローズなどの焼成物、コークスやピッチの焼成物が挙げ
られ、これらは天然もしくは人口グラファイト、カーボ
ンブラック、アセチレンブラック，ケッチェンブラッ
ク、ニッケル粉末、ニッケル粉末などを含有した形態を
採ってもよい。

【００２４】さらに、上記シート状の正極および負極の
間に介挿配置されたセパレーターに、含浸・担持されて
イオン伝導体を形成する電解液は、たとえばエチレンカ
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、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒に、過塩
素酸リチウム、六フッ化リン酸リチウム、ホウ四フッ化
リチウム、六フッ化ヒ素リチウム、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウムなどを 0.2〜 2mol/ l程度に溶解さ
せたものが挙げられる。ここで、セパレーターの機能を
する電解質保持性のポリマ−電解質系としては、たとえ
ばヘキサフロロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体
などのポリマーが挙げられる。

【００２５】請求項１〜６の発明において、発電要素
（ユニットセル）を一体的に封装する外装フィルムは、
一般的に、この種の薄形電池の外装封止に使用されてい
る多層形フィルムや単層形フィルムである。ここで、多
層形フイルムは、熱融着性樹脂層を被接合面（被封着
面）とし、かつ防湿用などとしての金属箔を内層した多
層形の厚さ0.05〜0.20mm程度のフィルムである。より具
体的には、たとえば無水マレイン酸などの酸で変性した
ポリプロピレン樹脂から成る熱融着性樹脂層、薄いアル
ミニウム箔、およびポリエチレンテレフタレート樹脂フ
ィルムを順次積層・一体化したものが挙げられる。な
お、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムは、多層
形外層フィルム自体、内装するユニットセルに対する補
強性に寄与する。なお、外装フィルムによる液密ない
し気密な封装は、発電要素の両面側に位置決め配置した
外装フィルムの端縁部同士を加熱やビーム照射などで、
熱融着させることにより容易に行われる。

【００２６】請求項１〜３の発明では、発電要素を封止
・封装する外装フィルムの厚さが、両面側で異ならせて
あり、かつ熱溶着・封止部を含めて全体的に気密な封止
・封装が保持される一方、薄形・軽量化も図られる。

【００２７】請求項４〜６の発明では、信頼性の高い封
止・封装を呈し、かつ薄形・軽量化も図られた薄形電池
を歩留まりよく提供できる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して実施例を説
明する。

【００２９】シート状正極の作製ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体粉末をアセトンに溶解した後、このアセントン溶液
に、ジブチルフタレートおよびリチウム含有コバルト酸
化物（ LiCoO₂）を添加混合して正極用ペーストを調製
した。次に、予め用意しておいたアルミニウム製ラスメ
タルから成る多孔質集電体の一端部に未塗工部を残しな
がら、ナイフコーターを用いて、前記正極用ペーストを
塗工し、乾燥空気で乾燥を行った。

【００３０】その後、正極用ペースト塗工部分の外形お
よび未塗工分の寸法を所定の長さ、幅に裁断し、両面に
電解液未含浸正極層を有する一方、端子部と成る未塗工
部分が突設（延設）されたシート状正極を作製した。

【００３１】シート状負極の作製ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体粉末をアセトンに溶解した後、このアセントン溶液
に、ジブチルフタレートおよびメソフューズピッチ系炭
素繊維（ペトカ社製）を添加混合して負極用ペーストを
調製した。次に、予め用意しておいた銅製ラスメタルか
ら成る多孔質集電体の一端部に未塗工部を残しながら、
ナイフコーターを用いて、前記負極用ペーストを塗工し
て、乾燥空気で乾燥を行った。

【００３２】その後、負極用ペースト塗工部分の外形お
よび未塗工部分の寸法を所定の長さ、幅に裁断し、両面
に電解液未含浸負極層を有する一方、端子部と成る未塗
工部分が突設（延設）されたシート状負極を作製した。

【００３３】固体ポリマー電解質素材の作製ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重
合体粉末をアセトンに溶解した後、このアセントン溶液
に、酸化ケイ素粉末を添加混合して電解質用ペーストを
調製した。次に、予め用意しておいた平滑なガラス板面
に塗工し、乾燥空気で乾燥を行った。その後、ガラス板
から剥がして所定の外形寸法に裁断し、電解液未含浸固
体ポリマー電解質素材を作製した。

【００３４】非電解液の調製体積比 1： 1のエチレンカーボネートおよびジメチルカ
ーボネート混合溶媒（非水溶媒）に、LiPF₆（電解質）を1mol/lの割合で溶
解させ、非電解液を調製した。

【００３５】上記作製したシート状負極の両主面側に、
固体ポリマー電解質素材およびシート状正極を順次、位
置決め積層した後、 130℃に加熱した剛性ローラ間を通
過させ、加熱加圧して発電要素本体を作製した。その
後、発電要素本体をメタノール中に浸漬し、シート状正
極およびシート状負極中のジブチルフタレートを溶出・
除去し、多孔質構造化させた。この多孔質構造化体を、
前記調製した非電解液に浸漬し、固体ポリマー電解質素
材などに非電解液を含浸・担持させた。

【００３６】次いで、前記多孔質構造化させた厚さ 0.5
mmの発電要素を６層、同じ極性の端子部を成す集電体突
設（延設）がほぼ同位置に位置するように積層し、これ
らの端子部に、対応する電極リードを成す厚さが 0.1mm
のアルミニウム箔片、厚さが0.1mmの銅箔片を溶接など
により、機械的および電気的に接合する。

【００３７】一方、表１に示すような構成の、厚さ0.14
mmの多層形フィルム５、厚さ0.07mmの多層形フィルム６
をそれぞれ用意した。なお、表１中の各構成層は、ポリ
エチレンテレフタレート樹脂フィルム（PET)5a，6a，5
a′，6a′、アルミニウム箔(Al)5b，6b、酸変性ポリプ
ロピレン樹脂フィルム（変性PP）5c，6cで略記し、ま
た、それらの厚さはmm単位である。

【００３８】表１ PET Al PET 変性PP 計多層形フィルム５ 0.015 0.040 0.015 0.07 0.14 多層形フィルム６ 0.010 0.010 0.010 0.01 0.07 次いで、前記発電要素の両主面に、外装フィルム５，６
を分けて配置・積層し、 190℃に温度調整されたシール
バーを位置決めした。その後、シールバーを20kgf／cm
²で 7秒間加圧して、対向する外周縁同士を熱融着さ
せ、発電要素を封止・封装し、幅40mm，長さ60mm，厚さ
3.21mm，電池容量 600 mAhの薄形電池を得た。上記外
装フィルム５，６による発電要素の封止・封装で、20個
製作した電池容量 600 mAhの薄形電池は、いずれも寸法
精度かよく、平均重量13.15gで、また、体積効率が7.79
kAh/m³であった。

【００３９】一方、比較例として、発電要素の封止・封
装を外装フィルム５で行った他は、同一条件で製作した
電池容量 600 mAhの薄形電池は、幅40mm，長さ60mm，厚
さ3.28mm、平均重量13.30gで、また、体積効率が7.62 k
Ah/m³であった。

【００４０】また、上記実施例に係る薄型電池 100個、
および比較例に係る薄型電池 100個を、20℃の雰囲気中
で開路電圧が4.2Vまで充電し、そのうち各50個を60℃の
乾燥雰囲気下に 1ケ月間貯蔵し、電池の重量変化を計量
する一方、融着・封止部からの漏液を目視や臭気によっ
て確認した結果、漏液が認められず、高温環境下におい
ても、すぐれた気密性を維持している。

【００４１】また、残余の各50個を90℃の乾燥雰囲気下
に 4時間貯蔵し（夏場における車のダッシュボード上へ
の放置を想定）、電池の重量変化を計量する一方、融着
・封止部からの漏液を目視や臭気によって確認して、安
全性の試験評価を行った。その結果、いずれも重量変化
量( g)が 0で、また、漏液発生率(%) も 0で信頼性の高
い封止・封装が行われている。

【００４２】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば、発電要素の構成におい
て、シート状正極、固体ポリマー電解質素材（セパレー
ター）、およびシート状負極は、他の材質の組み合わ
せ、形状・寸法などを設定してもよい。さらに、多層形
外装フィルムも例示以外の多層形フィルムでもよいし、
単層形のフィルムでもよい。

【００４３】

【発明の効果】請求項１〜３の発明によれば、熱溶着・
封止部を含めて全体的に気密な封止・封装が保持される
一方、薄形・軽量化も図られた体積効率のよい薄形電池
が提供される。

【００４４】請求項４〜６の発明によれば、信頼性の高
い封止・封装を呈し、かつ薄形・軽量化も図られた高性
能の薄形電池が歩留まりよく提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る薄型電池の要部構成を拡大して示
す断面図。

【図２】薄型電池の概略構成を透視的に示す平面図。

【図３】従来の薄型電池の要部構成を拡大して示す断面
図。

【符号の説明】

１，５，６……外装（多層形）フィルム 1a……防湿性金属箔 1b，1b′……補強性フィルム 1c……熱融着性樹脂層２……発電要素ユニットセル３……正極リード４……負極リード

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ (72)発明者山本文将東京都品川区南品川３丁目４番10号東芝電池株式会社内 (72)発明者君嶋崇啓東京都品川区南品川３丁目４番10号東芝電池株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA17 CC02 CC06 CC10 DD13 EE04 FF04 GG01 HH02 KK01 5H024 AA00 AA02 AA03 AA07 BB08 BB14 CC04 CC08 DD01 DD03 DD11 EE01 EE09 FF11 FF36 HH13 5H029 AJ15 AK02 AK03 AK05 AL06 AL07 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ04 CJ05 CJ13 CJ23 DJ02 DJ03 DJ05 EJ01 EJ12 HJ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状の発電要素と、前記発電要素か
ら引き出された正・負極リードと、前記正・負極リード
を導出して発電要素を被覆封止する外装フィルムとを有
する薄形電池であって、前記外装フィルムの膜厚が発電要素の両主面側で異なっ
ていることを特徴とする薄形電池。
【請求項２】外装フィルムが金属箔を内層した多層形
フィルムである特徴とする請求項１記載の薄形電池。
【請求項３】外装フィルムの封止部形成面が少なくと
も熱融着性樹脂層であることを特徴とする請求項１もし
くは請求項２記載の薄形電池。
【請求項４】シート状の発電要素を組み立てる工程
と、前記発電要素を外装フィルム面上に位置決めし、正
・負極リードを導出して重ねた外装フィルム端縁部同士
の熱融着で液密に封装する工程と、前記外装樹脂フィル
ムによる液密な封装過程で、所要の非水電解液を注入す
る工程とを有する薄形電池の製造方法であって、前記発電要素の両主面側に配置する外装フィルムの膜厚
を異ならせておくことを特徴とする薄形電池の製造方
法。
【請求項５】外装フィルムが金属箔を内層した多層形
フィルムである特徴とする請求項４記載の薄形電池の製
造方法。
【請求項６】外装フィルムの封止部形成面が少なくと
も熱融着性樹脂層であることを特徴とする請求項４もし
くは請求項５記載の薄形電池の製造方法。