JP2001229888A - 薄型電池 - Google Patents

薄型電池

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JP2001229888A
JP2001229888A JP2000038285A JP2000038285A JP2001229888A JP 2001229888 A JP2001229888 A JP 2001229888A JP 2000038285 A JP2000038285 A JP 2000038285A JP 2000038285 A JP2000038285 A JP 2000038285A JP 2001229888 A JP2001229888 A JP 2001229888A
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cups
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barrier film
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Takahiro Yamamoto
高弘 山本
Katsuhiko Inoue
克彦 井上
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A&T Battery Corp
AT Battery KK
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A&T Battery Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 中間にアルミニウム箔のようなガスバリアフ
ィルムが介在された外装フィルムに厚い電極群を収納し
ても、前記ガスバリアフィルムを既存の厚さのままで、
そのガスバリアフィルムへのピンホールやクラックの発
生を防止することが可能な高容量の薄型電池を提供す
る。 【解決手段】 正極および負極をセパレータを挟んで捲
回・扁平化または積層した電極群と電解液とを中間にガ
スバリアフィルムを介在された外装フィルムに収納、密
閉した薄型電池において、前記外装フィルムは、互いに
開口部が合致される２つのカップを有し、かつ前記電極
群および前記電解液は、前記外装フィルムの前記２つの
カップ内に収納されることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄型電池の製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、非水系二次電池、特にリチウムイ
オン二次電池は高電圧、高エネルギー密度を有すること
から一体型ビデオカメラ、移動通信機、ノートブック型
パソコン等のコードレス携帯型電子機器の電源として注
目されている。とりわけ、角型二次電池の需要が伸びて
おり、小型・軽量化への要求が進むに伴って電池の厚さ
を薄くすることが要望されている。このような要求に対
し、小型・軽量化かつ薄型の電池の開発が盛んに行なわ
れている。中でも、アルミニウム箔のようなガスバリア
フィルムを中間に挟んだプラスチックラミネートフィル
ムを外装フィルムとして用いる電池はサイズが自由に選
択できる等の特徴を有するために注目されている。
【０００３】ところで、前記薄型電池は従来より深絞り
加工で形成した１つのカップを有する外装フィルムを用
意し、この外装フィルムのカップ内に正極および負極を
セパレータを挟んで捲回・扁平化または積層した電極群
および電解液を収納し、折曲げ部を除く３辺を熱シール
して密閉した構造のものが知られている。前記カップ
は、ほぼ前記電極群の厚さに相当する深さを有する。こ
のため、薄型電池の高容量化を目的として前記電極群の
厚さを厚くする場合には、前記外装フィルムのカップの
深さを深くして対応している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、薄型電
池の高容量化に対応して前記外装フィルムのカップの深
さを深くすると、前記外装フィルムの中間に介在させた
アルミニウム箔のようなガスバリアフィルムにピンホー
ルやクラックが生じてそのガスバリア性が著しく損なわ
れるという問題があった。 本発明は、中間にアルミニウム箔のようなガスバリアフ
ィルムが介在された外装フィルムに厚い電極群を収納し
ても、前記ガスバリアフィルムを既存の厚さのままで、
そのガスバリアフィルムへのピンホールやクラックの発
生を防止することが可能な高容量の薄型電池を提供しよ
うとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係わる薄型電池は、正極および負極をセパレ
ータを挟んで捲回・扁平化または積層した電極群と電解
液とを中間にガスバリアフィルムが介在された外装フィ
ルムに収納、密閉した薄型電池において、 前記外装フィルムは、互いに開口部が合致される２つの
カップを有し、かつ前記電極群および前記電解液は、前
記外装フィルムの前記２つのカップ内に収納されること
を特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる薄型電池
（例えば薄型非水電解液二次電池）を図１〜図３を参照
して詳細に説明する。
【０００７】図１は、薄型非水電解液二次電池を示す斜
視図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３は図１
の薄型非水電解液二次電池の展開斜視図である。 電極群１は、図１〜図３に示すように活物質を含む正極
２とセパレータ３と活物質を含む負極４とセパレータ３
とを渦巻状に捲回し、さらに成形して扁平化した矩形状
をなす。前記正負極２，４に接続された外部端子５，６
は、それぞれ前記電極群１の同一側面から外部に延出さ
れている。
【０００８】内面側から外面側に向けてシーラントフィ
ルム７、ガスバリアフィルム８および剛性を有する有機
樹脂フィルム９を積層した構造の外装フィルム１０は、
互いに開口部が合致される２つの矩形状カップ１１1，
１１2を有し、これらのカップ１１1，１１2内に前記電
極群１および電解液が収納されている。前記外装フィル
ム１０は、その折曲げ部が電極群１の前記外部端子５，
６が延出された側面と反対側の側面側に位置し、この折
り曲げ部を除く前記各カップ１１1，１１2周辺の３つの
面におけるシーラントフィルム７同士を熱シールして水
平方向に延出したシール部１２ａ,１２ｂ,１２ｃを形成
することにより前記電極群１および電解液をカップ１１
1，１１2内に密閉している。前記電極群１の正負極２，
４に接続された外部端子５，６は、前記折り曲げ部と反
対側のシール部１２ｂを通して外部に延出されている。
【０００９】次に、本発明に係る薄型電池、例えば薄型非
水電解液二次電池の製造方法を説明する。 まず、正極、セパレータ、負極およびセパレータを渦巻
状に捲回してほぼ円筒状物とした後、例えば室温で圧力
１０〜３０ｋｇ／ｃｍ2の条件の下で加圧成形すること
により正極、セパレータ、負極およびセパレータが渦巻
状に捲回され、かつ扁平状をなす電極群を作製する。な
お、前記この捲回時に正負極に外部端子を例えば溶接に
より接続する。
【００１０】次いで、折り曲げ時に互いに重なり合う矩
形状カップを有し、内面側から外面側に向けてシーラン
トフィルム、ガスバリアフィルムおよび剛性を有する有
機樹脂フィルムを積層した構造の１枚の外装フィルム素
材を用意し、この外装フィルム素材の一方のカップ内に
前記電極群をその正負極の外部端子が他方のカップと反
対側の縁部から外部に延出するように収納する。つづい
て、この外装フィルム素材を他方のカップが前記一方の
カップから突出した前記電極群に被さるように折り曲
げ、前記各カップ周辺の面（シーラントフィルム）を重
ねる。ひきつづき、前記外装フィルム素材の重ね合わさ
れた面のうち所定の未シール部を残して熱シールしてシ
ール部を形成する。
【００１１】次いで、非水電解液を前記外装フィルム素
材の未シール部を通して注液し、未シール部を熱シール
することにより、前述した図１および図２に示すように
扁平状の電極群１および電解液をシーラントフィルム
７、ガスバリアフィルム８および剛性を有する有機樹脂
フィルム９をこの順序で積層した外装フィルム１０の互
いに開口部が合致されるカップ１１1，１１2内に収納、
密閉した構造を有する薄型非水電解液二次電池を製造す
る。
【００１２】次に、前記正極２、セパレータ３、負極
４、外装フィルム１０および非水電解液を詳述する。
【００１３】前記正極２は、集電体の片面もしくは両面
に活物質および結着剤を含む正極層を担持した構造を有
する。
【００１４】前記集電体としては、例えばアルミニウ
ム、ニッケルまたはステンレスの板、アルミニウム、ニ
ッケルまたはステンレスのメッシュ等を挙げることがで
きる。
【００１５】前記活物質としては、種々の酸化物、例え
ば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチ
ウム含有ニッケル酸化物、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、リチウム含
有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫
化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物な
どを挙げることができる。中でも、リチウムコバルト酸
化物（ＬｉＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル酸化物（Ｌｉ
ＮｉＯ2 ）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ 2 Ｏ4
またはＬｉＭｎＯ2 ）を用いると、高電圧が得られるた
めに好ましい。
【００１６】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等
を用いることができる。
【００１７】前記正極層には、例えばアセチレンブラッ
ク、カーボンブラック、黒鉛等の導電剤を含有すること
を許容する。
【００１８】前記正極層は、前記集電体に対して片面塗
工（片面担持）で３〜６倍の厚さを有することが好まし
い。
【００１９】前記セパレータ３としては、例えばポリエ
チレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合
体、エチレン−ブテン共重合体からなる微多孔性膜また
はこれら材料の繊維を有する織布、不織布により作られ
る。
【００２０】前記負極４は、集電体の片面もしくは両面
に活物質および結着剤を含む負極層を担持した構造を有
する。
【００２１】前記集電体としては、例えば銅板、銅メッ
シュ等を挙げることができる。
【００２２】前記活物質は、特に限定されないが、金属
リチウム、リチウム合金、または充放電時にリチウムイ
オンを可逆的に吸蔵・放出、もしくはインターカレート・
ディインターカレートするコークス、炭素繊維、黒鉛、
メソフェーズピッチ系炭素、熱分解気相炭素物質、樹脂
焼成体等の炭素質材料等を挙げることができる。
【００２３】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、
カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等の結着剤を含
有することが好ましい。
【００２４】前記負極層は、前記集電体に対して片面塗
工（片面担持）で３〜６倍の厚さを有することが好まし
い。
【００２５】前記外装フィルム１０のシーラントフィル
ム７としては、例えばポリエチレン（ＰＥ）フィルム、
ポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、ポリプロピレン−ポ
リエチレン共重合体フィルム、アイオノマーフィルム、
エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）フィルム等を用い
ることができる。
【００２６】前記外装フィルム１０のガスバリアフィル
ム８としては、例えばアルミニウム箔を挙げることがで
きる。このアルミニウム箔は、例えば２０〜１００μｍの
厚さを有することが好ましい。 前記外装フィルム１０の前記剛性を有する有機樹脂フィ
ルム９としては、例えばポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）フィルム、ナイロンフィルム等を用いること
ができる。
【００２７】前記外装フィルム１０の２ヶ所に形成され
るカップ１１1，１１2の深さは、同じであっても、異なっ
ていてもよい。 前記非水電解液は、電解質を非水溶媒で溶解した組成を
有する。
【００２８】前記電解質としては、例えば過塩素酸リチ
ウム（ＬｉＣｌＯ4）、四フッ化硼酸リチウム（ＬｉＢ
Ｆ4）、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ6）、六フッ化
砒素酸リチウム（ＬｉＡｓＦ6）、トリフルオロメタン
スルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ3ＳＯ3）、ＬｉＮ（ＣＦ
3ＳＯ2）2等を用いることができる。
【００２９】前記非水溶媒としては、例えばエチレンカ
ーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボ
ネートなどの環状カーボネート；γ−ブチロラクトン等
の環状エステル；テトラメチルスルホラン、ジメチルス
ルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルフォルム
アミドまたはこれらの誘導体などの他の非水溶媒；等を
用いることができる。これらの非水溶媒は、１種または
２種以上の混合物の形態で用いることができる。さら
に、これらの非水溶媒にジメチルカーボネート、メチル
エチルカーボネート、ジエチルカーボネートのような鎖
状カーボネートやアセトニトリル、酢酸エチル、酢酸メ
チル、トルエン、キシレン等の溶媒を混合することによ
り非水電解液の粘度を下げることが可能になる。
【００３０】前記非水溶媒中の前記電解質の濃度は、
０．５モル／Ｌ以上にすることが好ましい。
【００３１】なお、前記電極群は正極、セパレータ、負極
およびセパレータの積層物を捲回・扁平化したものに限
らず、または正極、セパレータおよび負極を積層したもの
でもよい。
【００３２】また、図１、図３に示すように電極群を外
装フィルムの２つのカップ内にその電極群の外部端子が
前記外装フィルムの折り曲げ部と反対側の辺から延出す
るように収納する形態に限定されない。例えば、電極群を
外装フィルムの２つのカップ内にその電極群の外部端子
が前記外装フィルムの折り曲げ部に隣接する辺から延出
するように収納してもよい。 以上説明したように、本発明に係わる薄型電池は正極お
よび負極をセパレータを挟んで捲回・扁平化または積層
した電極群と電解液とを中間にガスバリアフィルムが介
在された外装フィルムに収納、密閉した構造を有し、前記
外装フィルムとして互いに開口部が合致される２つのカ
ップを有し、かつ前記電極群および前記電解液を前記外
装フィルムの前記２つのカップ内に収納した構成を有す
る。 このような構成によれば、高容量化を目的として前記電
極群の厚さを厚くする場合、前記外装フィルムの開口部
が互いに合致する２つのカップの合計深さを前記電極群
の厚さに設定することで対応できる。例えば、外装フィ
ルムの深さが同等の２つのカップ内にある厚さの電極群
を収納する場合は、従来の外装フィルムの１つのカップ
内に同様な厚さの電極群を収納する場合に比べて前記２
つのカップの深さを半分にする、つまりカップ形成のた
めの深絞り深さを半分に減少することが可能になる。そ
の結果、カップ形成のための深絞り加工を浅くできるの
で、その加工時に前記外装フィルムの中間に介在させた
アルミニウム箔のようなガスバリアフィルムにピンホー
ルやクラックが生じるのを防止できる。 したがって、外装フィルムの２つのカップ内に電極群を
収納することによって、前記電極群の厚さを厚くしても
前記外装フィルムの中間に介在されるガスバリアフィル
ムを既存の厚さ（例えば２０〜１００μｍ）にしたま
ま、深絞りに起因するガスバリアフィルムのピンホール
やクラックの発生を防止して良好なガスバリア性を維持
することができるため、高容量で高信頼性、薄膜かつ軽量
の薄型電池を得ることができる。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を詳細に説明
する。
【００３４】（実施例１） ＜外装フィルム素材の作製＞内側から外側に向かってポ
リプロピレンフィルム（シーラントフィルム）、厚さ４
０μｍのアルミニウム箔（ガスバリアフィルム）および
ナイロンフィルム（剛性を有する有機樹脂フィルム）の
積層フィルムに深絞り加工を施して同等の深さ（約８ｍ
ｍ）の２つの矩形状カップを対称的に形成した後、所定
の寸法に裁断することにより外装フィルム素材を作製し
た。 ＜正極の作製＞まず、活物質としてのＬｉＣｏＯ2粉末
８９重量部に導電フィラーとしてのグラファイト粉末８
重量部および結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂３
重量部をＮ−メチルピロリドン２５重量部に混合してペ
ーストを調製した。このペーストをアルミニウム箔の両
面に塗布し、乾燥し、さらにプレス加工、スリット加工
を施してリール状の正極を作製した。
【００３５】＜負極の作製＞まず、鱗片状グラファイト
カーボン１００重量部をカルボキシメチルセルロースお
よびスチレン−ブタジエンの架橋ゴムラテックス粒子２
重量部を含む水溶液に混合してペーストを調製した。こ
のペーストを銅箔両面（部分的に片面になる箇所を含
む）に塗布し、乾燥し、さらにプレス加工、スリット加
工を施してリール状の負極を作製した。
【００３６】＜非水電解液＞エチレンカーボネートとγ
−ブチロラクトンを１：２の体積比で混合した混合溶媒
に四フッ化硼酸リチウム（ＬｉＢＦ4）を１．２モル／
Ｌ溶解して非水電解液を調製した。
【００３７】次いで、前記正負極の間および正極側にポ
リエチレン製微多孔膜を配置し、前記正負極に外部リー
ド端子を超音波溶接し、その後捲回機により前記負極の
銅箔で最外周面が覆われるように渦巻き状に捲回して１
００個の円筒状物を作製した。つづいて、これら円筒状
物を室温で圧力１０〜３０ｋｇ／ｃｍ2の条件の下で加
熱加圧成形することにより厚さ約１６ｍｍの扁平状電極
群を作製した。
【００３８】次いで、前記外装フィルム素材の一方のカ
ップ内に前記扁平状電極群をその正負極の外部端子が他
方のカップと反対側の縁部から外部に延出するように収
納した。つづいて、この外装フィルム素材を他方のカッ
プが前記一方のカップから突出した前記電極群に被さる
ように折り曲げ、前記各カップ周辺の面（シーラントフ
ィルム）を重ねた。ひきつづき、前記外装フィルム素材
の重ね合わされた面のうち所定の未シール部を残して熱
シールしてシール部を形成した後、８５℃の真空オーブ
ンに設置して水分除去のために１２時間の乾燥を行っ
た。 次いで、前記非水電解液を前記外装フィルム素材の未シ
ール部を通して注液し、未シール部を熱シールすること
により、前述した図１および図２に示すように扁平状電
極群１および電解液をポリプロピレンフィルム７、アル
ミニウム箔８およびナイロンフィルム９をこの順序で積
層した外装フィルム１０の互いに開口部が合致されるカ
ップ１１1，１１2内に収納、密閉した構造を有する１０
０個の薄型非水電解液二次電池を製造した。
【００３９】（比較例１）内側から外側に向かってポリ
プロピレンフィルム（シーラントフィルム）、厚さ４０
μｍのアルミニウム箔（ガスバリアフィルム）およびナ
イロンフィルム（剛性を有する有機樹脂フィルム）の積
層フィルムに深絞り加工を施して深さ約１６ｍｍの１つ
の矩形状カップを有する外装フィルム素材のカップ内に
実施例１と同様な扁平状電極群を収納した以外、実施例
１と同様な手順で１００個の薄型非水電解液二次電池を
製造した。
【００４０】得られた実施例１および比較例１の薄型非
水電解液二次電池１００個について、目視による漏液検
査を行った。また、漏液が認められなかった二次電池につ
いて、満充電し、その状態で温度６５℃、湿度９０％の恒
温槽内に７日間放置し、外観検査によりナイロンフィル
ムとアルミニウム箔との間での漏液を調べた。その結果
を下記表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】前記表１から明らかなように２つカップを
有する外装フィルムで扁平状電極群および非水電解液を
収納した実施例１の薄型非水電解液二次電池は、加速試
験前後のいずれにもおいても非水電解液の漏れ出しの発
生が認められないのに対し、１つカップを有する外装フ
ィルムで扁平状電極群および非水電解液を収納した比較
例１の薄型非水電解液二次電池では加速試験前後のいず
れにもおいても非水電解液の漏れ出しが生じることがわ
かる。これは、比較例１の二次電池では外装フィルムの
１つのカップが深すぎるため、その深絞り成形時にアル
ミニウム箔にクラックやピンホールが発生したためであ
る。
【００４３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば中
間にアルミニウム箔のようなガスバリアフィルムが介在
された外装フィルムに厚さの厚い電極群を収納しても、
前記ガスバリアフィルムを既存の厚さのままで、そのガ
スバリアフィルムへのピンホールやクラックの発生を防
止することができ、一体型ビデオカメラ、移動通信機、
ノートブック型パソコン等のコードレス携帯型電子機器
の電源等に有用な高容量、高信頼性、薄膜かつ軽量の薄型
電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄型電池を示す斜視図。
【図２】図１の薄型電池のII−II線に沿う断面図。
【図３】図１の薄型電池の展開斜視図。
【符号の説明】
１…電極群、 ２…正極、 ３…セパレータ、 ４…負極、 ５，６…外部端子、 １０…外装フィルム、 １１1，１１2…カップ、 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ…シール部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H011 AA09 AA17 CC02 CC06 CC10 DD03 DD07 DD13 5H029 AJ14 AJ15 AK02 AK03 AK05 AL06 AL07 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ03 BJ04 BJ12 BJ14 CJ02 CJ03 CJ04 CJ05 CJ06 CJ07 CJ13 DJ02 EJ01 EJ12 EJ14 HJ12

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正極および負極をセパレータを挟んで捲
    回・扁平化または積層した電極群と電解液とを中間にガ
    スバリアフィルムが介在された外装フィルムに収納、密
    閉した薄型電池において、前記外装フィルムは、互いに
    開口部が合致される２つのカップを有し、かつ前記電極
    群および前記電解液は、前記外装フィルムの前記２つの
    カップ内に収納されることを特徴とする薄型電池。
JP2000038285A 2000-02-16 2000-02-16 薄型電池 Pending JP2001229888A (ja)

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