JP2001052660A

JP2001052660A - 電池

Info

Publication number: JP2001052660A
Application number: JP11223364A
Authority: JP
Inventors: Takeyoshi Nosaka; 武義野阪; Hiroyuki Fukutome; 宏行福留; Kenji Kono; 健次河野; Taizo Harada; 泰造原田
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-23
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: JP4171855B2

Abstract

(57)【要約】【目的】金属樹脂複合材を外装フィルムに用いた電池
において、水分侵入、電解液の透過に関する問題を解決
し、長期信頼性に優れた電池を提供する。【構成】電池の封止部をエンボス加工することで、上
記目的を達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の電源に
使用される電池の構造に関するものであり、長期信頼性
に優れた電池を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、エレクトロニクス分野の発展に伴
い電子機器の小型化がめざましい。特に携帯電話やＰＨ
Ｓなどの携帯機器類や小型パーソナルコンピュータの需
要拡大は著しく、これらの機器類の軽薄短小化に伴い、
電源となる電池においても高機能化に加えて小型化・薄
形化が求められている。しかし、これらの機器に従来使
用されてきた電池は、金属電槽缶を用いた円筒形や角形
が中心であった。

【０００３】そこで、薄形化、軽量化という点におい
て、外装フィルムとしてアルミラミネートフィルムのよ
うな軟包装材を用いた電池の技術が過去に提案されてい
る（特開昭５５−３５４６９号公報等）。また、発電要
素として軽量であるリチウム電池、リチウムイオン電池
が注目されてきており、これをアルミラミネートフィル
ムで包装するタイプの電池についても既に提案されてい
る（特開昭６２−５５８６５号公報等）。

【０００４】図１、図２は、それぞれ従来の軟包装材を
外装フィルムとして用いた電池の平面図と封止部の断面
図である。１は金属樹脂複合材の外装フィルムであり、
１ａ、１ａ’は、保護層となるポリエステルフィルムで
ある。１ｂ、１ｂ’は基材となる金属箔であり、一般に
はアルミニウム箔が用いられる。また、１ｃ、１ｃ’は
接着層であるシーラントを示し、これには熱溶着性を有
するポリプロピレンフィルムを用いている。電池周辺の
封止部は、図２に示すように外装フィルム１の接着層で
あるポリプロピレンを熱溶着して封止してある。

【０００５】発電要素は、正極集電体（アルミニウム
箔）４上に担持されているＬｉＣｏＯ₂（活物質）、ア
セチレンブラック（導電材）とポリフッ化ビニリデン
（バインダー樹脂）で構成される正極合材５と、負極集
電体（銅）８上に担持されている人造黒鉛（活物質）、
アセチレンブラック（導電材）とポリフッ化ビニリデン
（バインダー）で構成される負極合材７がゲル電解質６
を挟んで対向している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のような非水電解
質電池は、水分が入ると水素ガスが発生し、電池が膨張
する。このため、正極合材５とゲル電解質セパレータ６
との界面、負極合材７とセパレータ６の界面の接触が悪
くなり、内部抵抗が増加し、充放電性能が悪化する。さ
らに、電池内の電解液が減少した場合も、イオンの移動
が抑制され、内部抵抗の増加を引き起こす。従来から使
用されている金属電装缶では溶接などにより封止が行わ
れるため、封止が完全な場合には水分の侵入や、電解液
の揮発について問題とはならなかった。しかし、金属樹
脂複合材のような軟包装材を用いた非水電解質電池で
は、封止部の樹脂層に水分、電解液の吸収透過性がある
ため、封口の際これらの性状に十分配慮した材料の選定
や設計を行わなければ水分浸入や電解液の揮発の問題を
解決するのは難しい。

【０００７】これらの問題を解決するには、封止部から
の水分の侵入、電解液の透出を抑制する必要がある。具
体的には、封止巾を広くする、あるいは封止部の厚さを
薄くし、水分、電解液の透過を抑制することが効果的で
ある。しかし、封止部の巾を広げると、体積容量密度、
重量容量密度が低下するため、封止部の巾を広げるのは
好ましくない。また、封止部のシーラント層の厚さを薄
くする場合には、図１のような電池形状の場合、端子の
取り出し部が外装フィルムの封止部と重なる構造である
ため、基材となる金属層と接触し、絶縁不良となる可能
性が高くなる。この問題を回避するためには通常の封止
方法では端子厚さ以上の樹脂層厚さが必要となり、それ
以下の厚さでショート発生を抑制して封止することは困
難であった。

【０００８】また、電池周辺部の封止を熱溶着により行
うと、外装フィルムの金属と樹脂部の熱膨張係数が異な
り、しわが発生しやすい。しわのある部分と無い部分で
は封止部の接着強度が異なり封止部の均一性が損なわれ
てしまう上、極端な場合には封止できないといった問題
も起こりうる。さらに、仮に封止できていたとしても、
極端なしわの場合には、基材である金属部分に亀裂が発
生し、その部分から水分、電解液が透過し前述と同様の
問題が起こる。

【０００９】水分侵入の抑制方法として、封止部にすじ
状の凹凸を設ける方法が過去に提案されている（特開昭
６１−２９０６５号公報）。しかし、この方法では、凹
凸が筋状に入っているため、封止部の接着強度が凹部と
凸部で異なり、封止部の接着強度の均一性を保つことは
出来ない。

【００１０】また、外装フィルムが平面状のまま外装フ
ィルムに発電要素を挟んで封止すると、封止部やその他
の箇所に、しわ、亀裂等が発生し、水分の侵入、電解液
の揮発が増大し、前述と同様の問題が発生する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決し、品質上の高信頼性を達成するため、正極、負極及
びセパレータからなる発電要素が、金属樹脂複合材であ
る外装フィルムに接着封止されて成る電池であって、該
電池の封止部をエンボス加工したことを特徴とする電池
である。また、エンボス加工により形成した凹部の形状
が、円形、楕円形または多角形である電池である。ま
た、前記外装フィルムの少なくとも一面が絞り成形さ
れ、そこに発電要素をはめ込み封止したことを特徴とす
る電池である。

【００１２】即ち、金属樹脂積層材の外装フィルムを用
いた電池の封止部に、格子状あるいは斑点状の凹凸をつ
けること、即ちエンボス加工することで、水分、電解液
の透過を抑え、サイクル寿命、保存寿命を改善するもの
である。さらに、発電要素が収まるよう、外装フィルム
に成型を行うことで、極群を内包する際、シール部に発
生する物理的長さの違いによる歪みを無くし、封止部の
接着強度の安定、品質に悪影響を与え得るしわ等の外観
形状上の問題の解決を図り、先の改善効果をさらに高め
ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の詳細について実施例により説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００１４】（実施例１）正極、ゲル電解質セパレータ
６（アクリレート修飾を施したポリエチレンオキサイド
２０重量部に対しエチレンカーボネート／γ―ブチロラ
クトン＝２／３の混合溶液に２．４Ｍの四フッ化ホウ酸
リチウムを溶解した電解液を８０重量部加えて混合した
溶液をポリプロピレン不織布に含浸し、電子線硬化によ
りゲル化したセパレータ）及び負極とを積層した発電要
素９を図４に示すように絞り成型した外装フィルム１に
入れ、平板状の外装フィルム１で蓋をし、四方を熱溶着
により封止した。封止部には図３のように、エンボス加
工を行うことにより、凹部の形状が円形または楕円形で
ある形状の凹凸部を設けている。また、シール部の強度
を均一、安定にするためには図のようにシール巾に対し
て凹部が２個以上有ることが望ましい。２はアルミニウ
ム製の正極端子、３はニッケル製の負極端子である。

【００１５】（実施例２）封止部に、図５のようにエン
ボス加工を行うことにより、凹部の形状が三角形、四角
形、五角形等の多角形である形状の凹凸部を設けている
こと以外は実施例１と同様にして電池を作製した。ま
た、シール部の強度を均一、安定にするためには図のよ
うにシール巾に対して凹部が２以上有ることが望まし
い。

【００１６】実際の発電要素について、以下のような物
質、材料が使用可能である。

【００１７】正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ₂、Ｌｉ
ＮｉＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＶＯ₅等のＬｉ含有遷
移金属酸化物やスルフィド等が利用可能であるが、高電
位を持つものであれば特にこれらに限定されるものでは
ない。

【００１８】負極活物質としては、黒鉛質カーボン、Ｌ
ｉ金属、Ｌｉ合金、難黒鉛化炭素、低温焼成カーボン等
が利用可能であるが、特にこれらに限定されるものでは
ない。

【００１９】電解質としては、封止部が電解液によって
汚染されると、封止部の強度の均一、安定性の保持が困
難であるため、封止部が汚染される可能性の低い非水電
解液を保持させたゲル電解質、あるいはリチウムイオン
伝導性の固体電解質の使用が望ましい。具体的には、ポ
リエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリフ
ッ化ビニリデンをベースポリマーとし、プロピレンカー
ボネート、γ−ブチロラクトンなどの環状カーボネー
ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなど
の鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン、１，２−ジ
メトキシエタン、プロピオン酸メチルなどのエーテル、
エステル類などを単独あるいは２種類以上の混合溶媒と
し、これに、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ
₆、ＬｉＡｓＦ₆などの電解質を単独あるいは２種類以
上溶解させた非水電解液を保持させたゲル電解質、ある
いはリチウムイオン伝導性の固体電解質の使用が可能で
ある。また、封止部の汚染の恐れがないのであれば、前
記電解液と液保持性の無いセパレータ（ポリプロピレ
ン、ポリエチレン等の微多孔膜、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リエステル等の不織布等）の組み合わせを用いたものも
使用可能である。

【００２０】外装材の構成としては、アルミ箔などの金
属箔や、金属蒸着層が樹脂層に挟まれたラミネート材を
用いることが好ましいが、樹脂層を押し出しによりコー
ティングした複合材等の利用も可能である。具体的な材
質としては、外側の樹脂層には、保護層として強度の高
いポリエチレンテレフタレートやナイロンを用いること
が好ましく、内側のシーラント材としてはラミネート材
の基材となるアルミニウムや端子金属との接着性の良い
酸変性ポリオレフィン、アイオノマー、エチレン―酢酸
ビニル共重合体、エチレン―アクリル酸共重合体のよう
な金属接着性樹脂を用いることが好ましい。しかし、端
子との接続部分に金属接着層を設けるのであれば、ポリ
プロピレン、ポリエチレン等を用いることも可能であ
る。基材となる金属層は、性能、価格の点からアルミニ
ウムが最も良いと考えられる。中でも、成型を施す場合
には展性、延性に優れた合金箔を使用することが好まし
いが、特にこれに限定されるものではない。

【００２１】（比較例１）絞り成形を行った外装フィル
ムを用い、封止部をエンボス加工せずに平面になるよう
に溶着した以外は実施例と同様にして電池を作製した。

【００２２】（比較例２）成型を施していない平板状の
外装フィルムを用い、封止部をエンボス加工して斑点状
の凹凸になるように形成して溶着した以外は実施例と同
様にして電池を作製した。

【００２３】（比較例３）成型を施していない平板状の
外装フィルムを用い、封止部をエンボス加工せずに平面
となるように溶着した以外は実施例と同様にして電池を
作製した。

【００２４】

【発明の効果】実施例１、２及び比較例１〜３の電池を
それぞれ５個作製し、外観検査と放置試験を行った。

【００２５】外観検査は電池作製後、目視により、大き
なしわ等がないかを確認した。さらに、封止部、しわ部
の顕微鏡観察を行い、亀裂等が発生していないかの確認
を行った。

【００２６】放置試験では、まず、充電電流０．２Ｃｍ
Ａの定電流で４．１Ｖまで充電し、４．１Ｖに達したと
ころで電池電圧が４．１Ｖを保持するように定電圧で充
電を行い、全充電時間が８時間になったところで充電を
中止した。１時間休止した後、放電終止電圧を２．７Ｖ
として、０．２ＣｍＡで定電流放電した。この操作を３
サイクル繰り返した後、再度充電し、電圧が４．０Ｖ以
上であることを確認した後、内部抵抗を測定した、４０
℃９５％の恒温槽にて４週間放置し、放置後の内部抵抗
を測定し増加率を比較した。

【００２７】これら試験結果を表１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例１、実施例２は、共に均一な凹凸が
封止部に認められ、しわなどの発生が認められなかっ
た。また、絞り成形を施していたため、封止部以外の箇
所にもしわは認められなかった。内部抵抗の増加は比較
例よりも低い値であった。封止部の強度も安定してお
り、十分な強度が得られた。

【００３０】比較例１では、封止部に小じわがあり外観
上の問題があった。また、内部抵抗の増加量が放置前と
比較して２．５倍大きくなった。これは水分の透過する
シーラント層の厚さが実施例１、２に比較して厚いた
め、水分の透過量が多くなり内部抵抗が増加したと考え
られる。しわ部分の接着強度としわでない部分の接着強
度を比較した結果、しわ部分の強度が低くなっており、
強度もばらつきが多くなり、強度の均一性に問題がある
ものと考えられた。これは、接着層の厚さがしわ部分と
そうでない部分とで異なるため強度に違いが出たと考え
られる。

【００３１】比較例２の電池では、封止部以外の場所に
極端なしわの入った電池が含まれており、外観上の問題
があった。また、このような電池の中に、極端に内部抵
抗の増加した電池が含まれていた。その電池のしわ部分
を顕微鏡で観察すると、肉眼では観察できない程度のひ
びが入っており、この部分から水分が電池に侵入し、内
部抵抗が上昇したと考えられる。封止部の接着強度、特
に均一性は、大きなしわ部を除けば問題とはならなかっ
たが、大きなしわの所は、強度が極端に弱くなってい
た。

【００３２】比較例３の電池では、全ての電池に大きな
しわが発生し、全体的に実施例１、２より内部抵抗の上
昇が大きい。これらの理由は前述の原因が複合している
と考えられる。

【００３３】これらの結果より、本発明によれば、金属
樹脂複合材を外装フィルムに用いた電池において、水分
侵入、電解液の透過に関する問題を解決し、長期信頼性
に優れた電池を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来電池の平面図である。

【図２】従来電池の断面図である。

【図３】本発明電池の平面図と一部拡大図である。

【図４】本発明電池の外観図である。

【図５】本発明電池の平面図と一部拡大図である。

【符号の説明】

１外装フィルム９発電要素

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原田泰造大阪府高槻市古曽部町二丁目３番21号株式会社ユアサコーポレーション内Ｆターム(参考） 5H011 AA10 AA17 CC02 CC06 CC10 DD05 DD13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極、負極及びセパレータからなる発電
要素が、金属樹脂複合材である外装フィルムに接着封止
されて成る電池であって、該電池の封止部をエンボス加
工したことを特徴とする電池
【請求項２】エンボス加工により形成した凹部の形状
が、円形、楕円形または多角形である請求項１記載の電
池
【請求項３】前記外装フィルムの少なくとも一面が絞
り成形され、そこに発電要素をはめ込み封止したことを
特徴とする請求項１又は２記載の電池