JP2001319630A

JP2001319630A - フィルムシール型電池およびその製造方法

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Publication number: JP2001319630A
Application number: JP2000137707A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yagata; 弘志屋ケ田; Yutaka Sakauchi; 裕坂内; Masaharu Sato; 正春佐藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP3799959B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シール材としての高分子樹脂層を有するフィ
ルムを外装材として用いた電池において、シール信頼性
を確保すると共に、外装フィルムが融着されたつば部を
折り曲げる際に、折り曲げやすくして割れを防ぐ。【解決手段】外装フィルムが融着されたつば部１２を
有しており、前記つば部は折り曲げられており、つば部
の折り目部分１３の高分子樹脂層は架橋されておらず、
折り目部分を除くつば部の少なくとも一部の高分子樹脂
層が架橋されている構成とする。また、つば部の折り曲
げ予定部を遮蔽した状態で電子線を照射し、その後、前
記折り曲げ予定部を折り曲げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フィルム状の外装
体でシールされた電池に関し、さらに詳しくは、該フィ
ルムが融着されたつば部を有しており、そのつば部の少
なくとも一部が折り曲げられている電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器の薄型小型化に伴い、電
池のさらなる薄型小型化が強く望まれている。発電要素
をラミネートフィルム等の薄型外装材に収納した電池は
そのような観点から有利な構成を持つ電池と考えられ
る。ラミネートフィルムは、金属箔およびシール材とし
ての高分子樹脂層が積層されたフィルムであり、新しい
タイプの電池外装材として注目されている。この種の電
池においては、余分な非機能部分の体積を減らしスペー
ス効率を高くして機器の薄型小型化に対応させるという
要求と、電池内部への外気の侵入や電池内の電解液の漏
洩が起きないようラミネートフィルムのシール信頼性を
確保するという要求の両方がある。

【０００３】特に非水電解液を含む電池ではシール信頼
性は重要な問題である。シール不良があった場合、外部
からの水分の侵入により電池性能が著しく劣化する。し
かも電解液は溶解性の強い有機電解液であり、これに耐
えうる樹脂材料の選択の幅は狭い。こうしたことから非
水電解液を含む電池のシール信頼性は、かねてより開発
者を悩ませる問題であった。

【０００４】このことに対し、例えば以下に示す構成が
考えられている。特開２０００−５８０１３号公報で
は、樹脂フィルムからなる外皮包材で扁平な矩形の発電
要素の周辺をシールし、２つの長辺のシールした余分な
外皮包材を内側に折り曲げた構造を有している扁平型電
池が開示されている。この構成の目的は、シールした余
分な外皮包材を折り曲げることにより、シール幅を広め
にとってシール信頼性を確保しつつスペース効率を高め
ようとしたものである。

【０００５】また、特開平１１−８６８０７号公報で
は、プラスチック層から構成された封入袋に発電要素を
封入しヒートシールして電池の形態とした後、放射線処
理を施すことが記載されている。この方法の目的は、電
解液の液漏れ防止である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記２つの方法を組み
合わせることにより、それぞれの方法を単独に用いた場
合と比べ、シール信頼性のさらなる向上とスペース効率
のさらなる向上の同時達成が期待できることは容易に想
到しうる。しかしながら、本発明者らの検討によれば、
上記の方法を単純に組み合わせただけでは、以下に述べ
る問題が生ずることがわかった。

【０００７】ラミネートフィルムで扁平な発電要素の周
辺をシールすると、発電要素部分よりも薄い「つば」状
のシール部が形成される。発電要素の周辺をシール後全
体に電子線を照射すると、つば部のシール樹脂が架橋さ
れて電解液耐性が向上し、つば部のシール信頼性が向上
する。

【０００８】しかしこの後、特開２０００−５８０１３
号公報で示されているようにつば部を折り曲げようとす
ると、シール樹脂が架橋され硬くなっているために曲げ
にくい。無理に曲げると割れを生ずることがある。架橋
されていないシール樹脂は一般に柔軟性に富むため、曲
げることには問題がない。しかし多量の線量の電子線を
照射するなどして高度に架橋されたシール樹脂は硬くな
っているため、シャープに曲げようとすると割れを生じ
ることがある。この割れ目が電池の内部から外部につな
がるように形成されてしまうと、外気侵入や漏液のリー
クパスとなってしまう危険性もある。

【０００９】電子線の線量を適度にコントロールして照
射しシール樹脂の架橋度をそれほど高くしなければ、あ
る程度の曲げは可能となるが、そのために電子線線量
（＝架橋度）を制限しなければならず、その分電解液耐
性は損なわれることとなり、トレードオフの関係とな
る。

【００１０】また、順序を逆にしてつば部を折り曲げた
後に電子線を照射することも考えられる。しかしその場
合、つば部の折り曲げた面は電子線照射方向と垂直とな
るため、充分な電子線照射効果が得られないことにな
る。

【００１１】本発明は、上記の問題を解決しようとする
ものであり、シール材としての高分子樹脂層を有するフ
ィルムを外装材として用い、発電要素を封入してなるフ
ィルムシール型電池において、シール信頼性を確保する
と共に、前記フィルムが融着されたつば部を折り曲げる
際に、折り曲げやすくして割れを防ぐことを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、特定の構
成とすることで、あるいは特定の方法を用いることで上
記問題を解決できることを見出した。

【００１３】すなわち本発明は、シール材としての高分
子樹脂層を有するフィルムを外装材として用い、発電要
素を封入してなるフィルムシール型電池において、該フ
ィルムが融着されたつば部を有しており、前記つば部の
少なくとも一部は折り曲げられており、つば部の折り目
部分の高分子樹脂層は架橋されておらず、折り目部分を
除くつば部の少なくとも一部の高分子樹脂層が架橋され
ていることを特徴とするフィルムシール型電池に関す
る。

【００１４】また、高分子樹脂層を有するフィルムを外
装材とし、発電要素を封入してなるフィルムシール型電
池の製造方法において、該フィルムで発電要素を包んだ
状態で該フィルムを融着しつば部を形成する工程と、少
なくとも前記つば部の折り曲げ予定部を遮蔽した状態
で、前記つば部の少なくとも一部に電子線を照射し、そ
の後、前記折り曲げ予定部を折り曲げる工程を含むフィ
ルムシール型電池の製造方法に関する。

【００１５】

【発明の実施の形態】添付した図面を参照しながら、本
発明の実施の形態を以下に詳述する。図１は、本発明の
一実施例としてのフィルムシール型電池を正面から見た
場合の模式図である。図２は、図１の電池のＡ−Ａ’で
切った断面を模式的に示したものである。１１〜１７か
らなるラミネートフィルム外装材で扁平な捲回型の発電
要素４の周囲がヒートシールされ発電要素４が密閉封入
されている。この例では、１枚のラミネートフィルムの
一部に発電要素を収納させるための凹部を金型成形によ
って形成し、適当な形に裁断したものを外装材として用
いており、発電要素を凹部に収納した後フィルムを折り
返してから周囲をヒートシールしている。１２、１３は
ラミネートフィルムのつば状のシール部である。２およ
び３は正極リード端子および負極リード端子であり、１
４の位置においてラミネートフィルム外装材に挟まれる
ようにしてヒートシールされ密閉封止された状態で電池
内部の発電要素から外部へ引き出されている。

【００１６】ラミネートフィルム外装材は少なくとも金
属箔とシール材としての高分子樹脂層（以下シール樹脂
層と称する）がラミネートされたものである。シール樹
脂層に用いることのできる材料の例としては、ポリエチ
レン、ポリプロピレン、アイオノマー、マレイン酸変性
ポリエチレン等の酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性
ポリプロピレン等の酸変性ポリプロピレン等が挙げられ
る。シール樹脂層の膜厚としては、１〜２００μｍ程度
が好ましい。金属箔として用いることのできる材料の例
としては、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル、
金、銀等であり、中でもアルミニウムが特に好ましい。
金属箔の膜厚としては、１〜２００μｍ程度が好まし
い。シール樹脂層と反対側の金属箔表面にポリエチレン
テレフタレートやナイロン製の耐熱性樹脂層が形成され
ていてもよい。

【００１７】本発明においては、電子線架橋がしやすい
という観点から、シール樹脂層に用いる材料として、ポ
リエチレン、アイオノマー、マレイン酸変性ポリエチレ
ン等の酸変性ポリエチレンが好ましく、中でもアイオノ
マーは特に電子線架橋しやすく好ましい。

【００１８】図１、図２の例では、本発明に従って、ラ
ミネートフィルム外装材のつば状のシール部１２は、１
３の折り目に沿って折り曲げられている。シール部のラ
ミネートフィルム外装材はヒートシールされているの
で、図２に示すようにシール樹脂層１６、１７は一体化
している。ここで本発明に従って、折り目部分のシール
樹脂層１７は架橋されておらず、折り目部分ではないつ
ば部のシール樹脂層１６は架橋されている。ここで未架
橋部１３の幅、すなわち１７の部分の幅としては、０．
５ｍｍ〜２ｍｍ程度が好ましい。

【００１９】図１、図２の形態の電池は例えば以下のよ
うにして製造することができる。まずラミネートフィル
ム外装材で発電要素の周囲をヒートシールし、つば部を
折り曲げずに横に伸ばした形態にしておく。次に図３に
示す形の、電子線を遮蔽するためのマスクを電池の上に
設置した状態で電子線を照射する。するとつば部のうち
マスクの５１の部分（斜線部分）によって電子線が遮蔽
された帯状の部分（図１では１３の部分）のシール樹脂
層１７は未架橋となり、他のつば部のシール樹脂層１６
は電子線によって架橋される。次に未架橋部１３の線に
沿ってつば部を折り曲げ、図２のような形態にする。

【００２０】こうすることにより、折り目は柔軟性を維
持したまま、折り目の周囲部分は硬くなるので、シャー
プに折り曲げやすくなる。この効果は、厚紙に針で折り
曲げ予定部にケガキ線を１本または複数本つけると、そ
の線に沿って折り曲げやすくなる効果と同じで、折り曲
げ予定部が線状または帯状に柔らかくなっており、その
周囲がそれより硬くなっていることから得られる効果で
ある。

【００２１】従来知られている構成では、つば部のシー
ル樹脂層は折り曲げ部もそうでない部分も単一の硬さと
なっていたために、シャープな折り目が得られにくく、
丸みを帯びた折れ曲がり方となり、スペース効率の損失
につながっていた。特に、電子線照射しシール樹脂を架
橋させ硬くしてからでは折り曲げにくく、無理にシャー
プに折り曲げようとするとシール樹脂が割れる危険性も
あった。本発明ではこれらのような不都合を防止でき
る。

【００２２】また本形態では、電子線によりつば部のシ
ール樹脂が架橋されているので、電解液が有機電解液で
あってもシール樹脂が電解液に溶解したり膨潤したりす
ることがなく、また高温においてもシール樹脂が溶融し
にくくなり、シール信頼性、シール耐熱性が高い。

【００２３】上記の形態では、発電要素にＬｉＰＦ６な
どのフッ化物系の電解質塩が溶解した電解液を含ませる
ことを想定しているので、電解液が電子線で照射されて
フッ酸が発生することを防止するため、発電要素部分
（図１の１１）を遮蔽する部分と、折り曲げ予定部（図
１の１３）を遮蔽するための線状の突起部分とを有する
形のマスク（図３）を用いたが、本発明においては発電
要素部分を遮蔽する部分を持たないマスクを用いること
も可能である。その場合、マスクの形状は例えば図３の
５１で示された線状のものとなる。

【００２４】上記の形態では、つば部を１回折り曲げて
いるが、もう１回折り曲げてもよい。すなわち、図２に
おいては、つば部の根元で１回上向きに（上から見た場
合谷折り方向に）折り曲げているが、つば部の中央付近
でもう１回下向きに（上から見た場合山折り方向に）折
り曲げてもよい。この場合２つめの折り目は１８０゜と
なるため、シャープに折り曲げやすくなるという本発明
の効果がさらに有効に働く。また、図２の形態と反対側
に、つば部根元で電池の裏側に１８０゜折り込んでもよ
い。この場合電池厚さは増加するが電池幅は小さくでき
る。

【００２５】また本発明においてつば部折り曲げ時に熱
を加えてもよい。加熱することにより、架橋部と未架橋
部の変形性の差がさらに大きくなるため、さらにシャー
プに折り曲げやすくなる。

【００２６】なお、本発明は、電池以外のフィルムシー
ル型のデバイスやその他各種物品において利用が可能で
あり、電気二重層コンデンサ、電解コンデンサ、各種セ
ンサー等のフィルムシール型のデバイスにおいても、同
様な効果を得ることができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の詳細について実施例を用いて
具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。

【００２８】＜実施例１＞スピネル構造を持つマンガン
酸リチウム粉末、炭素質導電性付与材、およびポリフッ
化ビニリデンを９０：５：５の重量比でＮＭＰに混合分
散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが
適当な粘度になるように調整した。このスラリーをドク
ターブレードを用いて、正極集電体となる厚さ２０μｍ
のアルミニウム箔の片面に均一に塗布し、１００℃で２
時間真空乾燥させた。同様にもう一方の面にもスラリー
を塗布し、真空乾燥させた。このシートをロールプレス
し、正極用活物質層を形成した。理論容量は６００ｍＡ
ｈとなるようにした。

【００２９】次に、アモルファスカーボン粉末、ポリフ
ッ化ビニリデンを９１：９の重量比でＮＭＰに混合、分
散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが
適当な粘度になるように調整した。このスラリーをドク
ターブレードを用いて、負極集電体となる厚さ１０μｍ
の銅箔の片面に均一に塗布し、１００℃２時間真空乾燥
した。このとき負極層の単位面積あたりの理論容量と正
極層の単位面積あたりの理論容量を１：１となるように
調整した。同様にもう一方の面にもスラリーを塗布し真
空乾燥した。このシートをロールプレスし、負極集電体
の両面に接着した負極活物質層を形成した。

【００３０】これらの正極と負極の間にポリプロピレン
／ポリエチレン／ポリプロピレンの３層構造を持つマイ
クロポーラスセパレーター（ヘキストセラニーズ社製、
セルガード２３００）を介し、楕円状の巻き芯を用いて
巻き上げ、さらに熱プレスを行って薄い楕円状電極巻回
体を得た。

【００３１】一方、アイオノマー樹脂層（シール材とし
ての高分子樹脂層、厚み１００μｍ）、アルミニウム
（５０μｍ）、ポリエチレンテレフタレート（２０μ
ｍ、図２には図示していない）の順に積層した構造を有
するラミネートフィルムを所定の大きさに切り出し、そ
の一部分に上記の電極巻回体の大きさに合った凹部を形
成した。これを折り曲げて上記の電極巻回体を包み込
み、周囲を熱融着（ヒートシール）させて図１、図２に
模式的に示されるような形状のフィルム外装電池を作製
した（ただしこの時点では図１、図２とは異なりつば部
は横に伸びた状態である）。電極巻回体には予め正極リ
ード２および負極リード３（まとめて電極リードとも称
する）を接続しておき、ラミネートフィルムで電極巻回
体の周囲をヒートシールする際に電極リードを外部に引
き出した形で挟むようにしてこの部分を熱融着した。リ
ード引出し部はラミネートフィルム折り曲げ部と対向す
る側とした。図１からわかるように、本電池のつば部
は、電極リード取り出し辺である１辺と、そうでない２
辺からなる。正極リードとしては厚さ０．１ｍｍ、幅４
ｍｍのアルミニウム製の平角導体を用い、負極リードと
しては厚さ０．１ｍｍ、幅４ｍｍのニッケル製の平角導
体を用いた。最後の１辺を熱融着封口する前に電解液を
電極巻回体に含浸させた。最後の１辺は電極リード熱融
着部以外とした。電解液が含浸された電極巻回体は図２
における発電要素４に対応する。電解液は１ＭのＬｉＰ
Ｆ6を支持塩とし、プロピレンカーボネートとエチレン
カーボネートの混合溶媒（重量比５０：５０）を溶媒と
した。

【００３２】つば部の幅（シール幅）は、リード取り出
し部の辺は４．５ｍｍ、その他の辺（図１の長辺）は４
ｍｍとした。電池の厚さは３．６ｍｍとした。

【００３３】次に、発電要素収納部を遮蔽する部分と、
つば部の折り曲げ予定部を遮蔽する部分とを併せ持った
ステンレス製の電子線遮蔽用マスクを準備した。このマ
スクは図３に示す形状のものであり、電極リード取り出
し部でない２つの辺のつば部を折り曲げる際に、つば部
に形成される線状の折り曲げ予定部を遮蔽するための線
状の突起が設けられている。図３において、発電要素収
納部を遮蔽する部分は斜線の無い部分であり、つば部の
折り曲げ予定部を遮蔽する部分は斜線の部分である。マ
スクの厚さは５ｍｍ、突起部の幅（５１で示した斜線部
分の幅）は１ｍｍとした。このマスクを上記電池の上に
乗せた状態で電子線を照射した。照射量は４０Ｍｒａｄ
とした。このようにして、つば部の折り曲げ予定部以外
のすべてのつば部に電子線を照射し、図１の１２および
１４の部分のシール樹脂層は架橋され、幅１ｍｍの帯状
の１３の部分のシール樹脂は未架橋となった状態の電池
を得た。次に１３の部分を折り目としてつば部を折り曲
げ、図２のような形態として、本発明のフィルムシール
型電池を完成させた。

【００３４】＜比較例１＞電子線を照射しなかった以外
は実施例１と同様にして電池を作製した。作製した電池
のつば部の折り目は、実施例１の場合に比べて丸みを帯
びており、折りたたんだつば部を含めた電池の幅は実施
例１の場合より若干大きかった。

【００３５】＜比較例２＞図３における５１の部分を省
いた形のマスクを用いる以外は実施例１と同様にして電
池を作製した。実施例１の場合に比べて折り曲げにくか
った。実施例１の場合よりも強い力で実施例１と同等の
シャープさで折り曲げたところ、折り曲げることはでき
たが、折り目のシール樹脂を顕微鏡観察したところ、微
細なクラックが発生しているのが観測された。

【００３６】＜比較例３＞電子線照射線量を５Ｍｒａｄ
とした以外は比較例２と同様に電池を作製した。比較例
２の場合より折り曲げやすかった。折り目のシール樹脂
を顕微鏡観察したところ、クラックは認められなかっ
た。

【００３７】＜耐熱性試験＞実施例１、比較例１、比較
例３の電池を充電状態でオーブンに投入し、オーブンの
温度を徐々に上昇させていくことで、高温下における漏
液耐性を比較評価した。その結果、比較例１、比較例３
の順で漏液が認められ、実施例１は比較例が２つとも漏
液した時点でもなお漏液せずシール性を保っていた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シール樹脂層を有するフィルムを外装材として用い、発
電要素を封入してなるフィルムシール型電池において、
シール信頼性を確保すると共に、前記フィルムが融着さ
れたつば部を折り曲げる際に折り曲げやすく、従来より
シャープに折り曲げることができるためスペース効率を
高くすることができ、また折り曲げによるシール樹脂の
割れを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としてのフィルムシール型
電池を正面から見た場合の模式図である。

【図２】図１の電池のＡ−Ａ’で切った断面を模式的
に示したものである。

【図３】本発明の一実施例としてのフィルムシール型
電池を製造する際に用いる電子線遮蔽用マスクを示した
ものである。

【符号の説明】

２正極リード３負極リード４発電要素５電子線遮蔽用マスク１１ラミネートフィルム外装材の発電要素収納部１２ラミネートフィルム外装材のつば状シール部のシ
ール樹脂架橋部１３ラミネートフィルム外装材のつば状シール部のシ
ール樹脂未架橋部１４ラミネートフィルム外装材の電極リード封止部１５金属箔１６架橋されたシール樹脂１７架橋されていないシール樹脂１８発電要素収納部のシール樹脂５１外装材つば部シール樹脂未架橋部形成のための部
分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤正春東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA01 AA09 AA10 AA17 CC02 CC06 CC10 DD00 DD06 DD13 5H029 AJ11 AJ14 AJ15 AK03 AL08 AM03 AM05 AM07 BJ04 BJ14 CJ00 CJ03 CJ05 DJ02 DJ12 EJ01 EJ12 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シール材としての高分子樹脂層を有する
フィルムを外装材として用い、発電要素を封入してなる
フィルムシール型電池において、該フィルムが融着され
たつば部を有しており、前記つば部の少なくとも一部は
折り曲げられており、つば部の折り目部分の高分子樹脂
層は架橋されておらず、折り目部分を除くつば部の少な
くとも一部の高分子樹脂層が架橋されていることを特徴
とするフィルムシール型電池。
【請求項２】前記つば部の折り目に沿って、高分子樹
脂層に線状に未架橋部が設けられており、その周囲のつ
ば部の高分子樹脂層が架橋されている請求項１記載のフ
ィルムシール型電池。
【請求項３】前記線状の未架橋部以外の全てのつば部
の高分子樹脂層が架橋されている請求項２記載のフィル
ムシール型電池。
【請求項４】前記つば部が、電極リードを挟んで融着
された第一の辺と、電極リードが挟まれていない第二の
辺の少なくとも二辺からなり、前記第二の辺が折り曲げ
られている請求項１乃至３のいずれか一項記載のフィル
ムシール型電池。
【請求項５】前記外装材が、金属箔および高分子樹脂
層が積層されたラミネートフィルムである請求項１乃至
４のいずれか一項記載のフィルムシール型電池。
【請求項６】前記フィルムシール型電池が、非水電解
液を含むものである請求項１乃至５のいずれか一項記載
のフィルムシール型電池。
【請求項７】高分子樹脂層を有するフィルムを外装材
とし、発電要素を封入してなるフィルムシール型電池の
製造方法において、該フィルムで発電要素を包んだ状態
で該フィルムを融着しつば部を形成する工程と、少なく
とも前記つば部の折り曲げ予定部を遮蔽した状態で、前
記つば部の少なくとも一部に電子線を照射し、その後、
前記折り曲げ予定部を折り曲げる工程を含むフィルムシ
ール型電池の製造方法。
【請求項８】線状の遮蔽物で前記折り曲げ予定部を遮
蔽する請求項７記載のフィルムシール型電池の製造方
法。
【請求項９】前記折り曲げ予定部以外の全てのつば部
に電子線を照射する請求項８記載のフィルムシール型電
池の製造方法。
【請求項１０】前記つば部の折り曲げ予定部とともに
前記発電要素部分も遮蔽した状態で電子線を照射する請
求項７乃至９のいずれか一項記載のフィルムシール型電
池の製造方法。
【請求項１１】前記発電要素部分を遮蔽する部分と、
前記折り曲げ予定部を遮蔽する部分とを有する遮蔽物を
設置して電子線を照射する請求項１０記載のフィルムシ
ール型電池の製造方法。