JP2001052663A - 電 池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外装体に金属樹脂複合材を用いた電池におい
て、シール時の短絡不良の発生を低減し、接合部の耐振
性を向上させ、機器組み込み時の体積効率を改善するこ
とを目的とする。 【構成】 電池系内の前記融着部と電極タブ部の間に存
在する端子部分および／または電極タブ部を熱可塑性樹
脂シートで密着固定することにより、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、金属樹脂複合材で
外装された電池に関し、特に金属樹脂複合材で外装され
たリチウム二次電池に関する。

【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等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及び角形が中
心であった。

【０００３】そこで、薄形化、軽量化という点におい
て、金属樹脂複合材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金属リチウ
ム電池、リチウムイオン電池が注目されてきており、こ
れを軟包装材で包装するタイプの電池についてもすでに
提案されている（特開昭６２−５５８６５号公報等）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
軟包装材を外装に用いたリチウム二次電池では、製造時
に発電要素からの電流の取り出し口である端子と電極タ
ブ部とを一緒にシール封止してしまうと、金属樹脂複合
材内面の樹脂がシール時に加える熱により破壊され、端
子と金属樹脂複合材とが短絡するといった問題があっ
た。

【０００５】また、端子部周縁は機械的強度が弱く、電
池の使用時に、振動等によって端子と電極タブ部との接
合部がはずれるといった問題があった。短絡を防止する
ために、プラスチック等の熱可塑性でない絶縁物を配置
する方法もあるが、この場合には密着が充分でなく、振
動等によって端子と電極タブ部との接合部がはずれると
いった問題に対しては有効ではなかった。

【０００６】また、従来の同タイプの電池においては、
組み込み機器内において、発電要素以外のシール部分や
端子部分がデッドスペースとなり、機器の小型化を阻害
する要因となっていた。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あって、シール時の短絡不良の発生を低減し、接合部の
耐振性を向上させ、機器組み込み時の体積効率を改善す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本出
願第１の発明は、外装体に金属樹脂複合材を用いた電池
であって、少なくとも一部が樹脂融着により封止され、
正極および／または負極の端子が該融着部を貫通し、且
つ、正極および／または負極の電極には少なくとも一箇
所の電極タブ部を有し、該タブ部と端子が少なくとも一
箇所の接合箇所を有する電池において、電池系内の前記
融着部と電極タブ部の間に存在する端子部分および／ま
たは電極タブ部を熱可塑性樹脂シートで密着固定する事
を特徴とする電池である。

【０００９】したがって、本出願第１の発明の電池によ
れば、端子と電極タブ部との接合部の耐振性を向上させ
ることができる。

【００１０】また、本出願第２の発明は、前記外装体の
少なくとも一方に絞り加工を施している電池であり、本
出願第３の発明は、前記外装体は、絞り加工を施してい
ない金属樹脂複合材と絞り加工を施している金属樹脂複
合材から成り、電池厚さをＴとしたとき、前記端子融着
部厚さの中心位置及び前記絶縁材料で密着固定した部分
の厚さの中心位置は、絞り加工を施していない電池外面
から、絞り深さ方向に向かって１／４Ｔ以下の領域にあ
ることを特徴とする電池である。

【００１１】したがって、本出願第２および第３の発明
の電池によれば、機器組み込み時の体積効率を改善する
ことができる。

【００１２】また、本出願第４の発明は、前記端子融着
部は電極タブ部を含まず、前記端子融着部と電極タブの
間に存在する端子部分の距離が０．１ｍｍ〜１０ｍｍで
ある電池である。

【００１３】したがって、本出願第４の発明の電池によ
れば、金属樹脂複合材と端子との短絡を防止し、良品率
を向上させることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１、２は本発明の実施の１形態
を示す電池の平面図及び断面図である。金属樹脂複合材
の外装体１は、外面がポリエチレンテレフタレート（Ｐ
ＥＴ）フィルム、内面がポリプロピレン（ＰＰ）フィル
ム、あるいは無水マレイン酸により変成されたＰＰフィ
ルム、芯材がアルミニウム箔で構成された金属樹脂複合
材を用いている。金属樹脂複合材の材質については、こ
れに限定されるものではない。１’は、外装体のうち樹
脂融着により封止された部分である。

【００１５】２は負極端子であり、ニッケルを用いてい
る。負極端子には銅やその合金を用いても良い。３は正
極端子であり、アルミニウムを用いている。正極端子に
はアルミニウム合金も使用可能である。端子の材質につ
いてはこれらに限定されるものではない。また、負極端
子２および正極端子３のうち破線で示した部分は、それ
ぞれの端子の融着部と電極タブ部の間に存在する部分で
あり、端子融着部から電極タブ部までの距離は０．１ｍ
ｍ〜１０ｍｍが望ましい。その理由は０．１ｍｍ以下で
は端子融着部と電極タブ部との距離の制御が難しく、短
絡が起こり易くなり、１０ｍｍ以上では電池の重量及び
体積が増してしまいエネルギー密度の低下をきたすため
である。

【００１６】負極板は、負極集電体４と負極合材層５か
らなり、銅箔からなる負極集電体４は、端子と接着する
ための負極タブ部４’を有している。負極合材層５は、
リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料を用いてい
る。

【００１７】正極板は、正極集電体６と正極合材層７か
らなり、アルミ箔からなる正極集電体６は、端子と接着
するためのタブ部６’を有している。正極合材層７は、
リチウムイオンを吸蔵放出可能なリチウム含有酸化物を
用いている。８は非水電解質を含むセパレータである。

【００１８】外装体と発電要素を合わせた厚みをＴとす
る。９は圧力のみかけて封止されていない部分であり、
該部分の厚さの中心位置は、絞り加工を施していない電
池外面から、絞り深さ方向に向かって１／４Ｔ以下の領
域にあることが望ましい。外装体１のうち樹脂融着によ
り封止された部分１’の厚さの中心位置についても同様
である。このような設計をする事により、これらの部分
の上方に空間を設ける事ができるので、この空間に保護
回路やリード線を配置することができる。また、この空
間を利用して、組み込まれる機器の基板を配置する設計
とすることもできる。

【００１９】１０は電池系内において化学的、電気化学
的に安定な熱可塑性樹脂シートである。具体的には、６
ナイロン、６・６ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリエチ
レンやポリプロピレンなどポリオレフィン樹脂等熱可塑
性樹脂、無水マレイン酸などにより変性されたポリエチ
レンやポリプロピレンなど酸変性ポリオレフィン樹脂や
アイオノマー、ＥＶＡ、ＥＡＡのような金属接着性樹脂
を用いる事ができるがこれらに限定されるものではな
い。

【００２０】

【実施例】（本発明）正極は、ＬｉＣｏＯ₂ （活物
質）、アセチレンブラック（導電材）およびＰＶＤＦ
（バインダー）で構成される正極合材がアルミニウム箔
（集電体）上に担持されている。負極は、繊維状黒鉛
（活物質）、アセチレンブラック（導電材）およびＰＶ
ＤＦ（バインダー）で構成される負極合材が銅箔（集電
体）上に担持されている。この正極、負極は共にエチレ
ンカーボネート（ＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−Ｂ
Ｌ）およびポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系のモノ
マーを混合し、ＬｉＢＦ₄ 塩を溶解した溶液に含浸し、
電子線照射によって溶液をゲル化した。

【００２１】上記の正極と負極の間に、エチレンカーボ
ネート（ＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）およ
びポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系のモノマーを混
合し、ＬｉＢＦ₄ 塩を溶解した溶液を厚さ２０μｍのポ
リプロピレンの不織布に含浸し、電離性放射線照射によ
ってゲル化したものを電解質層兼セパレータとして用
い、正極、セパレータおよび負極を積層し、電極体を作
製した。但し、セパレータはポリマーゲルセパレータの
みでなく、不織布あるいは微多孔性のセパレータに電解
液を含浸したものを用いてもよい。

【００２２】上記電極体を外面が厚さ約２０μｍのＰＥ
Ｔフィルム、内面が厚さ約３０μｍのＰＰフィルム、芯
材が厚さ約５０μｍのアルミニウム箔で構成された金属
樹脂複合材２枚を使って四辺を高周波シールによって封
止した。この時、電池の端子のある辺については、端子
と電極タブ部が一緒に封止されないように、端子溶着部
と電極タブ部の間に隙間を０．５ｍｍ程度開け、その部
分を覆うように熱可塑性樹脂シートを配し、電極タブ部
は加圧して電極タブ部と端子との密着性を高め、端子の
部分のみを高周波シールして図１、２に示す様な電池を
作製した。熱可塑性樹脂シートには、無水マレイン酸変
性ポリプロピレンを用いた。

【００２３】（比較例１）本発明と同様に電極体を作製
し、上記と同じ材質の２枚の金属樹脂複合材で四辺を高
周波シールで封止した。この時、端子溶着部が電極タブ
部に０．５ｍｍ程度接触する様に高周波シールをした。
また、封止する部分と重なっていない電極タブ部を覆う
様に熱可塑性樹脂シートを置いて加圧し、電極タブと端
子との密着性を高め、電池を作製した。

【００２４】（比較例２）本発明と同様に電極体を作製
し、上記と同じ材質の２枚の金属樹脂複合材の四辺を高
周波シールで封止した。この時、端子溶着部と電極タブ
部との間の隙間を０．５ｍｍ程度開け、電極タブ部には
熱可塑性樹脂シートを置かずに電池を作製した。

【００２５】以下の２種類の方法で電池特性を測定し、
比較検討を行った。第一の試験は、端子−金属樹脂複合
材間の短絡を測定し（試験Ａ）、製造時のショートの発
生率を比較検討した。第二の試験は、試験Ａで短絡の無
かったものについて電池の端子部をぶら下げた状態で持
ち上げ、そのまま加振機に端子部のみを固定し、１０Ｇ
をかけ、その後のインピーダンスを測定し（試験Ｂ）、
電池の耐振性を比較検討した。この試験は、機器に装着
される場合、端子部をもってで機器に固定される場合を
想定したものである。結果を表１に示す。

【００２６】

【表】

【００２７】表に示す通り、試験Ａにおいて、端子溶着
部に電極タブ部を含まないものは、電極タブ部を含んで
いるものに比べて端子−金属樹脂複合材間の短絡が大幅
に減少し、良品率が飛躍的に向上した。また、試験Ｂに
おいて加振試験後にインピーダンスが試験前に比べて２
倍以上になった電池を解体してみると、端子と電極タブ
の接合部が破断していた。この結果より、熱可塑性樹脂
シートを配置して圧力のみかけてシールしない部分を設
けることにより、機械的な強度、耐振性ともに向上する
ことがわかる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シール封入時に電極タブを固定し、且つ金属樹脂複合材
と端子との短絡を防止し、生産時の良品率を上昇させ、
接合部の耐振性を向上させる事ができる。また、電極タ
ブ部がある空間に保護回路やリード線を置くことがで
き、また、組み込んだ機器の基板を置くことが出来るの
でエネルギー密度的にも有利な構造であり、工業的価値
は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリチウム二次電池の一例を示す正面図
である。

【図２】図１Ａ−Ａ部の一部断面図である。

【符号の説明】

１ 外装体 １’ 樹脂融着により封止された部分 ２ 負極端子 ３ 正極端子 ４’ 負極タブ部 ６’ 正極タブ部 １０ 熱可塑性樹脂シート

フロントページの続き (72)発明者 温田 敏之 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 AA04 CC02 CC06 CC10 DD13 EE04 FF04 GG01 HH02 HH13 JJ12 KK01 5H022 AA02 AA09 BB11 CC05 CC08 CC13 CC19 CC27 EE01 EE06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外装体に金属樹脂複合材を用いた電池で
   あって、少なくとも一部が樹脂融着により封止され、正
   極および／または負極の端子が該融着部を貫通し、且
   つ、正極および／または負極の電極には少なくとも一箇
   所の電極タブ部を有し、該タブ部と端子が少なくとも一
   箇所の接合箇所を有する電池において、電池系内の前記
   融着部と電極タブ部の間に存在する端子部分および／ま
   たは電極タブ部を熱可塑性樹脂シートで密着固定するこ
   とを特徴とする電池。
2. 【請求項２】 前記外装体の少なくとも一方に絞り加工
   を施している請求項１記載の電池。
3. 【請求項３】 前記外装体は、絞り加工を施していない
   金属樹脂複合材と絞り加工を施している金属樹脂複合材
   から成り、電池厚さをＴとしたとき、前記端子融着部厚
   さの中心位置及び前記絶縁材料で密着固定した部分の厚
   さの中心位置は、絞り加工を施していない電池外面か
   ら、絞り深さ方向に向かって１／４Ｔ以下の領域にある
   ことを特徴とする請求項２記載の電池。
4. 【請求項４】 前記端子融着部は電極タブ部を含まず、
   前記端子融着部と電極タブの間に存在する端子部分の距
   離が０．１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１乃至３のいず
   れかに記載の電池。