JP2001052661A - 非水電解質電池用封入袋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フッ酸の生成を十分に防止することができる
非水電解質電池用封入袋を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、非水電解質電池を構成する非
水電解液を封入するための非水電解質電池用封入袋であ
って、プラスチック層２４，２８の間に少なくとも２つ
の金属層２２ａ，２２ｂを有するシート材で形成されて
いることを特徴とする。この封入袋によれば、プラスチ
ック層２４，２８の間に設けられる少なくとも２つの金
属層２２ａ，２２ｂにそれぞれ存在するピンホール２３
ａ，２３ｂ同士がほとんど重なり合うことがない。従っ
て、封入袋の内部に非水電解液が封入されても、外部か
らの水分の侵入によるフッ酸の生成が十分に防止され
る。また、ピンホールがあっても封入袋外部からの水分
の侵入が十分に防止されるので、金属層２２の厚さを十
分に小さくすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の電源等
としての非水電解質電池に用いられる非水電解質電池用
封入袋に係り、より詳細には、非水電解質電池を構成す
る非水電解液を封入するための非水電解質電池用封入袋
に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化の要求に合わせて、そ
の電源として用いられる電池の小型化、軽量化の要求が
強まっている。一方、電池に対する高エネルギー密度
化、高エネルギー効率化も求められている。こうした要
求を満たすため、フィルム状、シート状又はチューブ状
合成樹脂からなる袋状外装体内に複数個の熱可塑性樹脂
からなる袋を封入し、その袋のそれぞれの中に非水電解
液、並びに正極、負極及びセパレータからなる極板群を
挿入して密閉型電池とする試みが提案されている（例え
ば特開昭６１−２４０５６４号公報）。

【０００３】また、封入袋の密封性を向上させるため
に、封入袋を形成するシート材として、プラスチックフ
ィルムの間に１つの金属層を挟んだ構造のものが知られ
ている（例えば特開平３−６２４４７号公報、特開昭５
７−１１５８２０号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の公報に記載の非水電解質電池は、非水電解液と
してフッ化リチウム化合物を含むものが用いられる場合
には、以下に示すような問題を有していた。

【０００５】すなわち、従来の特開昭６１−２４０５６
４号公報に記載の非水電解質電池においては、合成樹脂
からなる袋状外装体を通して外部から水分が侵入する
と、非水電解液と水分とが反応して非水電解液中にフッ
酸が生成する場合がある。また、特開平３−６２４４７
号公報、特開昭５７−１１５８２０号公報に記載の非水
電解質電池においては、封入袋に金属層が含まれている
ため封入袋の密封性は向上するものの、非水電解液中に
フッ酸が生成する場合がある。

【０００６】こうして生成するフッ酸は、電池の性能劣
化を促進するだけでなく、封入袋の外部へ漏出して外部
の機器を腐食させたり、あるいは人体に悪影響を及ぼ
す。

【０００７】そこで、本発明は、フッ酸の生成を十分に
防止することができる非水電解質電池用封入袋を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特にプラ
スチック層の間の金属層と上記従来の問題点との相関関
係について検討した。その結果、金属層には一般にピン
ホールが形成されており、そのため、金属層を用いても
ピンホールを通して外部から水分が侵入し、その水分と
非水電解液とが反応してフッ酸が生成することを見出し
た。ここで、金属層に形成されるピンホールの密度はそ
の厚さが小さいほど小さくなる傾向があるため、金属層
の厚さを増加させることにより封入袋外部からの水分の
侵入を防止することも考えられる。しかし、これでは、
封入袋の小型化が図れなくなる上に、封入袋が柔軟性を
失い、封入袋が破れ易くなる。

【０００９】そこで、本発明は、非水電解質電池を構成
する非水電解液を封入するための非水電解質電池用封入
袋であって、プラスチック層の間に少なくとも２つの金
属層を有するシート材で形成されていることを特徴とす
る。

【００１０】本発明の封入袋においては、プラスチック
層の間に少なくとも２つの金属層が設けられ、金属層の
それぞれに存在するピンホール同士がほとんど重なり合
うことがない。従って、外部からの水分の侵入が十分に
防止される。このため、封入袋の内部に非水電解液が封
入されても、外部からの水分と封入袋の内部の非水電解
液との反応が十分に防止される。また、金属層に形成さ
れるピンホールの密度が大きくても封入袋外部からの水
分の侵入が十分に防止されるので、金属層の厚さを十分
に小さくすることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の非水電解質電池用
封入袋の好適な実施形態について説明する。なお、図面
において、同一又は同等の構成要素には同一の符号を付
すこととする。

【００１２】図１は、本発明の封入袋の好適な実施形態
を示す斜視図である。本発明の封入袋は、例えば図１に
示すような薄肉形の非水電解質電池１０に組み込まれ
る。この非水電解質電池１０は、非水の溶媒（例えば有
機溶媒）に電解質（例えばリチウム化合物）が溶解され
た非水電解液（非水電解質媒体）を含む単一の電気化学
セルを、周縁部が熱融着されてヒートシールされる部分
１２が形成された封入袋（袋体）１４に封入することに
より構成されている。この非水電解質電池１０において
は、正極用リード線１８ａ、負極用リード線１８ｂの一
端が封入袋１４の上部から上方に延び、外部との電気的
な接続を可能にしている。なお、正極用リード線１８
ａ、負極用リード線１８ｂはそれぞれ、正極用リード導
体１９ａ、負極用リード導体１９ｂを有しており、それ
らの外周にはそれぞれ絶縁体２１ａ，２１ｂが被覆され
ている。

【００１３】図２は、図１の非水電解質電池１０のＡ−
Ａ線又はＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図２に示すよ
うに、非水電解質電池１０は封入袋１４を有しており、
封入袋１４の内部には、非水電解液２０が収容されてい
る。この非水電解液２０としては、例えばプロピレンカ
ーボネート、γ−ブチロラクトン等の有機溶媒に、Ｌｉ
ＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆のようなフッ化リチウ
ム化合物からなる溶質が溶解したものが用いられる。さ
らに、封入袋１４内には、非水電解液２０に浸される正
極板３０と負極板３２が封入され、これら正極板３０及
び負極板３２は、集電体と呼ばれる金属箔又はエキスパ
ンデッドメタルの金属基材（図示せず）と、金属基材上
に形成された活物質層（図示せず）とからなる。また、
正極板３０と負極板３２との間には、非水電解液２０の
拡散を防止するためのセパレータ３４が配置されてい
る。

【００１４】さらに、正極板３０の金属基材は、導線３
６を介して、例えばアルミニウムからなる正極用リード
導体１９ａの一端に接続され、正極用リード導体１９ａ
の他端は封入袋１４の外部に延びている。負極板３２の
金属基材も、例えば銅又はニッケルからなる負極用リー
ド導体１９ｂの一端に導線３８を介して接続され、負極
用リード導体１９ｂの他端は封入袋１４の外部に延びて
いる。また、正極用リード導体１９ａ、負極用リード導
体１９ｂにはそれぞれ絶縁体２１ａ，２１ｂが被覆さ
れ、これら絶縁体２１ａ，２１ｂは、それぞれリード導
体１９ａ，１９ｂに接着される熱可塑性ポリオレフィン
樹脂からなる熱可塑層２３ａ，２３ｂと、その外側に設
けられる架橋ポリオレフィン樹脂からなる架橋層２５
ａ，２５ｂとで構成されている。そして、正極用リード
線１８ａ及び負極用リード線１８ｂは、絶縁体２１ａ，
２１ｂを介して封入袋１４の内面と熱融着されることに
よって封入袋１４に取り付けられている。

【００１５】ここで、封入袋１４の構成について詳細に
説明する。

【００１６】図２に示すように、封入袋１４は、例えば
一対の多層シート材１５によって形成されている。多層
シート材１５のそれぞれにおいては、プラスチック層２
４、２８によって金属層２２が挟持されている。

【００１７】より詳細に述べると、封入袋１４は、非水
電解液２０と接触する上記多層シート材１５の最も内側
のプラスチック層２４の周縁部を熱融着することにより
形成されている。ここで、最も内側のプラスチック層２
４は、例えば熱接着性を有する熱可塑性樹脂からなり、
この熱可塑性樹脂としては、例えばポリエチレン等が用
いられる。これらのうち、多層シート材１５の内側のプ
ラスチック層２４の周縁部に形成されるヒートシール部
分１２における非水電解液２０の漏出を防止する観点か
ら、マレイン酸変性ポリオレフィン（例えばマレイン酸
変性低密度ポリエチレン）が好ましく用いられる。一
方、封入袋１４の最も外側のプラスチック層２８は、金
属層２２を外傷から保護するためのものであり、このプ
ラスチック層２８を構成するプラスチックとしては、耐
摩耗性の観点から、エンジニアリングプラスチックが好
ましい。こうしたエンジニアリングプラスチックとして
は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ナ
イロン等が用いられる。

【００１８】そして、最も内側のプラスチック層２４と
最も外側のプラスチック層２８との間には上述したよう
に金属層２２が設けられている。こうした金属層２２に
は一般にピンホールが形成されており、そのため、金属
層２２を用いてもピンホールを通して外部から水分が侵
入し、その水分と非水電解液２０とが反応してフッ酸が
生成する場合がある。

【００１９】そこで、図３に示すように、上記金属層２
２は２つの金属層２２ａ，２２ｂで構成されている。こ
うすることにより、金属層２２ａ，２２ｂに形成された
ピンホール２７ａ，２７ｂ同士が重なり合う確率が低下
し、外部からの水分が外側の金属層２２ａのピンホール
２７ａを通して侵入しても、その水分は内側の金属層２
２ｂによって遮断され、ピンホール２７ｂを通過するこ
とが十分に防止される。すなわち、ピンホール２７ａと
ピンホール２７ｂとが連通しないことにより非水電解液
２０への水分の侵入が防止される。従って、非水電解液
２０と水分との反応が十分に防止され、フッ酸の生成が
十分に抑えられる。そのため、電池の性能劣化が防止さ
れ、電池の寿命を延ばすことができると共に、フッ酸が
封入袋１４の外部へ漏出して外部の機器を腐食させた
り、あるいは人体に悪影響を及ぼすという問題も十分に
防止できる。

【００２０】さらに、金属層２２ａ，２２ｂにピンホー
ル２７ａ，２７ｂが高密度に存在していても封入袋１４
の外部からの水分の侵入が十分に防止される。従って、
金属層２２を厚くしてピンホール２７ａ，２７ｂの密度
を減少させる必要がなく、金属層２２の厚さを十分に小
さくすることができる。そのため、封入袋１４の厚さも
小さくでき、封入袋１４の小型化が図られると共に、柔
軟性も確保され、封入袋１４が破れにくくなる。

【００２１】上記金属層２２ａ，２２ｂを構成する金属
材料としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合
金、銅等が用いられる。このうち、軽量化の点からはア
ルミニウム、アルミニウム合金が最も好ましい。また、
金属層２２ａ，２２ｂの厚さは通常６μｍ以上であり、
好ましくは９μｍ以上である。金属層２２ａ，２２ｂの
厚さは、通常１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下
である。金属層２２ａ，２２ｂの厚さが６μｍ未満で
は、ピンホールの密度が大きくなり、金属層２２ａ，２
２ｂのピンホール２７ａ，２７ｂ同士が重なり合う確率
が高くなって封入袋１４の外部から水分が侵入し易くな
る傾向があり、１００μｍを超えると、封入袋１４の柔
軟性が低下して封入袋１４が破れ易くなる傾向がある。

【００２２】つぎに、上述した封入袋１４の作製方法に
ついて説明する。

【００２３】まず、マレイン酸変性ポリオレフィンから
なるフィルム、ＰＥＴからなるフィルム、及び例えばア
ルミニウム等からなる金属箔２枚をそれぞれ用意する。
金属箔は、例えば金属材料を圧延加工することにより用
意することができる。

【００２４】つぎに、ＰＥＴフィルムをプラスチック層
２８として、その上に接着剤を介して金属箔を貼り合わ
せ、金属層２２ａを形成する。その後、この金属層２２
ａの上に、接着剤を介してアルミニウム等からなる金属
箔を貼り合わせて金属層２２ｂを形成する。さらにその
金属層２２ｂの上に、接着剤を介してマレイン酸変性ポ
リオレフィンフィルムからなるフィルムをプラスチック
層２４として貼り合わせる。このようにして、マレイン
酸変性ポリオレフィンからなるプラスチック層２４とＰ
ＥＴからなるプラスチック層２８とによって２枚の金属
層２２ａ，２２ｂが挟持された多層フィルムを得る。そ
して、多層フィルムを切断し、矩形状の多層シート材１
５を２枚用意する。

【００２５】つぎに、マレイン酸変性ポリオレフィンか
らなるプラスチック層２４同士が対向するようにこれら
多層シート材１５を重ねあわせ、矩形の周囲３辺を、シ
ール機を用いて所定の加熱条件で所望のシール幅だけヒ
ートシールする。こうして開口を有する袋が得られる。

【００２６】そして、この袋の内部に、正極３０、負極
３２、セパレータ３４を挿入すると共に、非水電解液２
０を注入する。続いて、正極用リード線１８ａ、負極用
リード線１８ｂの一部をそれぞれ袋内に挿入した状態
で、シール機を用いて、袋の開口をシールする。このよ
うにして封入袋１４の作製が完了する。

【００２７】なお、本発明の封入袋は、上述の実施形態
に限定されるものではない。例えば金属層２２は、上記
実施形態のように、２つの金属層２２ａ，２２ｂで構成
されるものに限定されない。すなわち、金属層２２は、
少なくとも２つの金属層を有していればよい。金属層２
２が３つ以上の金属層で構成されている場合、ピンホー
ル同士の重なり合う確率がより一層低下し、封入袋１４
の外部からの水分の侵入がより一層防止される。

【００２８】また、封入袋は、上記実施形態では２枚の
シート材１５を重ね合わせ、周縁部同士を熱融着するこ
とにより形成されているが、１枚のシート材１５の端部
同士を熱融着して両端に開口を有する筒状体を形成し、
これら両端の開口をシールすることによって形成されて
もよい。

【００２９】さらに、金属層２２ａは、金属蒸着によっ
て形成してもよい。この場合、接着剤は不要であり、金
属層２２ａは、最も外側のプラスチック層２８上に直接
設けられることになる。このとき、蒸着により形成され
る金属層２２ａの厚さは、通常１００〜３０００Åであ
る。

【００３０】以下、本発明の内容を、実施例を用いてよ
り具体的に説明する。

【００３１】

【実施例】（実施例１）以下のようにして電池サンプル
を作製した。まず、ＬｉＣｏＯ₂粉末１００重量部に、
グラファイト１０重量部、ポリフッ化ビニリデン１０重
量部を混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解した
後、ベースト状の活物質を用意した。つぎに、このペー
スト状の活物質を厚さ２０μｍのアルミ箔の片面に塗布
し、乾燥させた後、ローラプレスした。こうして厚さ
０．１ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１０５ｍｍの正極板を作
製した。

【００３２】また、リン状天然黒鉛粉末１００重量部に
対し、ポリフッ化ビニリデン２０重量部を混合し、Ｎ−
メチル−２−ピロリドンに溶解した後、ペースト状の活
物質を用意した。この活物質を厚さ２０μｍの銅箔の両
面に塗布し、乾燥させた後、ローラプレスした。このよ
うにして厚さ０．１０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１０５ｍ
ｍの負極板を作製した。

【００３３】つぎに、正極板の活物質が塗布されていな
いアルミ箔の部分に、アルミニウムからなるリード導体
を超音波溶接した。同様にして、負極板の活物質が塗布
されていない銅箔の部分に銅からなるリード導体を超音
波溶接した。

【００３４】一方、厚さ１２μｍのＰＥＴフィルムを用
意し、このＰＥＴフィルムに対してアルミ蒸着を行い、
ＰＥＴフィルムの表面に厚さ１００Åのアルミ蒸着層を
形成した。つぎに、このアルミ蒸着層に厚さ２μｍのウ
レタン系接着剤を塗布し、その上に、厚さ１２μｍ、直
径０．３ｍｍのピンホールを有するアルミ箔を接着し
た。さらに、アルミ箔の上には、厚さ２μｍのウレタン
系接着剤を塗布し、その上に厚さ１００μｍのポリエチ
レンフィルムを貼り合わせ、多層フィルムを得た。こう
して得られた多層フィルムを切断し、１００ｍｍ×５０
ｍｍの矩形状の多層シート材を一対用意した。

【００３５】つぎに、一対の多層シート材をポリエチレ
ンフィルムが対向するように重ね合わせ、シール機を用
いて、矩形の３辺をシールし、開口を有する袋体を作製
した。

【００３６】こうして作製した袋体内に、上述した正極
板、負極板及びこれらに接続されたリード導体を挿入
し、その後、非水電解液を開口を通して８ｃｃ注入し
た。このとき、非水電解液としては、エチレンカーボネ
ートとジエチルカーボネートを１：１の体積比で混合し
た溶媒に、六フッ化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／リット
ルとなるように溶解したものを用いた。

【００３７】その後、シール機を用いて、開口をシール
し、電池サンプルを得た。こうして得られた電池サンプ
ルを、温度６０℃、相対湿度９５％（９５％ＲＨ）の恒
温恒湿槽内に３日間放置した後、封入袋を開封し、中和
滴定により非水電解液中のフッ酸濃度を測定した。その
結果、フッ酸濃度は、初期値０．００３ｗｔ％に対して
０．００４ｗｔ％であり、フッ酸濃度がほとんど増加し
ていないことが分かった。このことから、フッ酸の生成
が十分に防止されたことが分かった。

【００３８】（実施例２）ＰＥＴフィルムに、厚さ２μ
ｍのウレタン系接着剤を介して、直径０．３ｍｍのピン
ホールを有する厚さ１２μｍのアルミ箔を貼り合わせた
以外は、実施例１と同様にして電池サンプルを作製し
た。なお、アルミ箔同士の重ね合せにおいては、各アル
ミ箔のピンホール同士の位置がほとんど重ならないよう
にして行った。具体的には、ピンホール同士を重ね合わ
せたときに背面側から光を照射すると光が透過するとい
う現象を利用してピンホールの重なり合いを確認した。
この結果、ピンホール位置が重なる確率は１ｐｐｍ以下
であり、ほとんど無視できるレベルであった。なお、ピ
ンホール位置が重なる確率は以下のようにして求めた。

【００３９】即ち、まずピンホールの大きさは直径０．
３ｍｍ程度の略円形程度かこれより小さいため、ピンホ
ールを０．３ｍｍ角の正方形とみなす。また、厚さ１２
μｍ程度で１０ｃｍ角程度の面を有するアルミ箔ではこ
のようなピンホールの存在する確率は１００ｃｍ²に
０．１個程度である。このため、２枚のアルミ箔をＡ，
Ｂとすると、 Ａ，Ｂともにピンホールの存在する確率は０．１²＝
０．０１。また、 ピンホールを３×３の正方形のマスメとして、ＡとＢ
のピンホールが１マスでも重なった場合に重なるものと
考えると、ＢとＡのピンホールが重なる確率は２．５×
１０^-5。

【００４０】従って、ＡとＢのピンホールが重なる確率
は、上記との積として、２．５×１０^-7、即ち０．
２５ｐｐｍとなる。

【００４１】この０．２５ｐｐｍの値は、１０ｃｍ角程
度のアルミ箔であれば、ｎ個の製品を作ったとき１個の
不良が生じる確率が（１−（１−０．００００００２
５）ⁿ）であることを意味する。即ち、１個の不良が生
じる確率が５０％を越える製造数を計算すると約２８０
万個と極めて不良が発生しにくい状態となる。

【００４２】つぎに、得られた電池サンプル内に封入さ
れた非水電解液中のフッ酸濃度について、実施例１と同
様にして測定を行った。その結果、フッ酸濃度は、初期
値０．００３ｗｔ％に対して０．００４ｗｔ％であり、
フッ酸濃度がほとんど増加していないことが分かった。
このことから、フッ酸の生成が十分に防止されたことが
分かった。

【００４３】（比較例１）ＰＥＴフィルムに対してアル
ミ蒸着を行わなかった以外は実施例１と同様にして電池
サンプルを作製した。

【００４４】得られた電池サンプルについて、非水電解
液中のフッ酸濃度を実施例１と同様にして測定した。そ
の結果、フッ酸濃度は、初期値０．００３ｗｔ％に対し
て０．０３５ｗｔ％であり、フッ酸濃度が１０倍以上に
上昇していることが分かった。このことから、封入袋を
構成するシート材に、金属層が１層のみ含まれている場
合には、フッ酸が生成し易くなることが分かった。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、少
なくとも２つの金属層にそれぞれ存在するピンホール同
士がほとんど重なり合わないので、封入袋の内部に非水
電解液が封入されても、外部からの水分の侵入によるフ
ッ酸の生成が十分に防止される。このため、電池の性能
劣化、封入袋の外部へのフッ酸の漏出による外部機器の
腐食、及び人体への悪影響が十分に防止される。また、
ピンホールがあっても封入袋外部からの水分の侵入が十
分に防止されるので、金属層の厚さを十分に小さくする
ことが可能となり、封入袋の小型化、ひいては非水電解
質電池の小型化が図られると共に、封入袋の柔軟性を確
保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の非水電解質電池用封入袋が適
用される非水電解質電池を示す斜視図である。

【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線又はＢ−Ｂ線に沿った
断面図である。

【図３】図２の金属層の構成を詳細に示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…非水電解質電池、１４…封入袋、１５…シート
材、２０…非水電解液、２２ａ，２２ｂ…金属層、２
４，２８…プラスチック層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非水電解質電池を構成する非水電解液を
   封入するための非水電解質電池用封入袋であって、プラ
   スチック層の間に少なくとも２つの金属層を有するシー
   ト材で形成されていることを特徴とする非水電解質電池
   用封入袋。