JP2001332241A - 薄型電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 防湿性多層フィルムよりなる外装材を極力小
さくすることにより薄型電池のエネルギー密度の向上を
図るとともに、短絡による不良の発生を防ぎつつ、十分
な電極端子の強度を得る。 【解決手段】 樹脂層及び金属箔層を含む防湿性多層フ
ィルムによって開口部の設けられた外装材３が形成さ
れ、集電体９ａ、１１ａにリード材９ｃ、１１ｃの接合
された発電素子５が外装材３の内部に収容され、リード
材９ｃ、１１ｃの導出された外装材３の開口部が接着性
樹脂により封口されてなる薄型電池１において、集電体
９ａ、１１ａとリード材９ｃ、１１ｃの接合部が、封口
部におけるリード材９ｃ、１１ｃの封止部に重なり、且
つ封口部におけるリード材導出方向のリード封止長さＹ
が、集電体９ａ、１１ａとリード材９ｃ、１１ｃの接合
長さＸより短く設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、樹脂層及び金属箔
層を含む防湿性多層フィルムを外装材として接着性樹脂
により封口されてなる薄型電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子機器の小型化、高性能化に伴
い、用いられる電池は小型、軽量で且つ高容量であるこ
とが求められてきている。また、携帯用電子機器などを
駆動するための電源として、経済性や省資源の目的から
二次電池が使用され、その用途は急速に拡大しつつあ
る。このような要求から、薄型且つ高エネルギー密度の
例えば非水系リチウム二次電池（非水系二次電池）が実
用化されている。

【０００３】この種の薄型電池は、充電時に正極中のリ
チウムが電解液を介して負極中に吸蔵され、放電時には
負極中のリチウムが電解液を介して正極中に吸蔵される
という電気化学的な可逆反応を利用したもので、リチウ
ムが正極と負極の間を行き来することで充放電が行われ
る。

【０００４】薄型電池の電極原反は、一般に箔状のアル
ミニウム又は銅などの集電体上に正極活物質又は負極活
物質を結着剤と共に分散した懸濁液をパターン状に塗布
・乾燥・プレスして作られる。そして所望の大きさに裁
断された後、集電体の露出した部分にリード材が接合さ
れ、電極を有した発電素子が作られる。

【０００５】この種の薄型電池は、樹脂層及び金属箔層
を含む防湿性多層フィルムが外装材とされ、この外装材
に発電素子が収容される。外装材からはリード材が導出
され、その導出部分は接着性樹脂により封口される。そ
して、リード材と集電体との接合部は、封口された外装
材の内部側に配置された。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
薄型電池は、リード材と集電体との接合部を発電素子と
重ならないように配置する場合、発電素子の面積に加え
て接合部の面積も外装材内部に確保しなければならなか
った。このため、外装材内部の面積が増加し、薄型電池
のエネルギー密度が低下する問題があった。また、集電
体とリード材の接合部を発電素子と重なるように配置し
た場合には、薄型電池の厚みが増してしまい、やはりエ
ネルギー密度が低下する問題があった。更に、リード材
を用いずに集電体をそのまま電極端子として外装材から
導出させた場合には、十分な機械的強度が得られない問
題があった。この場合、十分な強度を得るために集電体
を厚くすれば、発電素子の体積に占める集電体の割合が
増加してしまい、やはりエネルギー密度が低下する問題
があった。本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、
防湿性多層フィルムよりなる外装材を極力小さくするこ
とにより薄型電池のエネルギー密度の向上を図るととも
に、短絡による不良の発生を防ぎつつ、十分な電極端子
の強度を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１記載の薄型電池は、樹脂層及び
金属箔層を含む防湿性多層フィルムによって開口部の設
けられた外装材が形成され、集電体にリード材の接合さ
れた発電素子が該外装材の内部に収容され、前記リード
材の導出された前記外装材の開口部が接着性樹脂により
封口されてなる薄型電池において、前記集電体と前記リ
ード材の接合部が、封口部におけるリード材の封止部に
重なり、且つ該封口部におけるリード材導出方向のリー
ド封止長さが、集電体とリード材の接合長さより短いこ
とを特徴とする。

【０００８】この薄型電池では、集電体とリード材の接
合部が、封口部におけるリード材の封止部に重ねられ、
接合部の面積を外装材内部に確保する必要がなくなる。
これにより、防湿性多層フィルムよりなる外装材が極力
小さく形成可能になり、高いエネルギー密度が得られる
ようになる。また、リード材導出方向のリード封止長さ
が、集電体とリード材の接合長さより短く設定されるこ
とで、リード材端部と集電体端部が封止部と重ならな
い。これにより、リード材又は集電体と外装材中の金属
箔層とが接触することによる短絡不良が発生しなくな
る。更に、外装材が、集電体とリード材の接合部に密着
され、電極端子の接合強度が高められる。

【０００９】請求項２記載の薄型電池は、金属リチウム
若しくはリチウム合金からなる負極と、リチウムイオン
を吸蔵し得る物質からなる正極と、電解質とを備えたリ
チウムイオン一次電池であることを特徴とする。

【００１０】この薄型電池では、薄型のリチウムイオン
一次電池において、高いエネルギー密度が得られるとと
もに、短絡不良の発生が防止され、且つ電極端子の接合
強度が高められる。

【００１１】請求項３記載の薄型電池は、リチウムを可
逆的にドープ・脱ドープし得る物質からなる負極と、リ
チウム複合酸化物からなる正極と、電解質とを備えたリ
チウムイオン二次電池であることを特徴とする。

【００１２】この薄型電池では、薄型のリチウムイオン
二次電池において、高いエネルギー密度が得られるとと
もに、短絡不良の発生が防止され、且つ電極端子の接合
強度が高められる。

【００１３】請求項４記載の薄型電池は、上記電解質
が、固体電解質又はゲル電解質であることを特徴とす
る。

【００１４】この薄型電池では、電解質が、固体電解質
又はゲル電解質のリチウムイオン一次電池又は二次電池
において、高いエネルギー密度が得られるとともに、短
絡不良の発生が防止され、且つ電極端子の接合強度が高
められる。

【００１５】請求項５記載の薄型電池は、正極及び負極
が複数枚積層されたことを特徴とする。

【００１６】この薄型電池では、高いエネルギー密度が
得られるとともに、短絡不良の発生が防止され、且つ電
極端子の接合強度が高められるのに加えて、正極及び負
極が複数枚積層され、充電時に負極中に吸蔵されるリチ
ウム、放電時に正極中に吸蔵されるリチウムが増大さ
れ、充放電容量が高められる。

【００１７】請求項６記載の薄型電池は、防湿性多層フ
ィルムと、集電体及びリード材との間が、樹脂材を介し
て封口されたことを特徴とする。

【００１８】この薄型電池では、防湿性多層フィルム
と、集電体及びリード材との接合面に樹脂材が密着さ
れ、電極端子導出部分のシール性がより高められる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る薄型電池の好
適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１
は本発明に係る薄型電池の断面視を（ａ）、上面透視を
（ｂ）に示した説明図、図２は図１に示した防湿性多層
フィルムの断面図、図３は図１の薄型電池の封口前の断
面図、図４は図１の薄型電池の封口前の斜視図である。

【００２０】薄型電池１は、外装材３の内部に、発電素
子５を収容して構成される。外装材３は、図２に示すよ
うに、金属箔層７ｂの外面側に融着される高分子膜層７
ａと、金属箔層７ｂの内面側に融着される熱融着性高分
子膜層７ｃとを積層した防湿性多層フィルム７からな
る。

【００２１】発電素子５は、図３に示すように、正極９
と、負極１１との間に、セパレータ１３を挟んで積層し
て構成される。正極９は、正極集電体９ａ、正極塗膜９
ｂ、正極リード材９ｃとからなる。負極１１は、負極集
電体１１ａ、負極塗膜１１ｂ、負極リード材１１ｃとか
らなる。

【００２２】図４に示すように、正極集電体９ａは、発
電素子５の上層で、図４の下側の一部が帯状に延出さ
れ、その下面に正極リード材９ｃが接合されている。一
方、負極集電体１１ａは、発電素子５の下層で、図４の
上側の一部が帯状に延出され、その上面に負極リード材
１１ｃが接合されている。

【００２３】外装材３は、このように構成された発電素
子５を内方に配置させた後、図３に示す開口部１５の設
けられた袋状に形成される。発電素子５の正極リード材
９ｃ及び負極リード材１１ｃは、この開口部１５から外
装材３の外部へ導出されることになる。

【００２４】発電素子５を収容した外装材３の開口部１
５は、接着性樹脂により封口される。本発明に係る薄型
電池１は、正極集電体９ａと正極リード材９ｃの接合部
１７ａ、及び負極集電体１１ａと負極リード材１１ｃの
接合部１７ｂが、封口部１９におけるリード材９ｃ、１
１ｃの封止部２０に重なり、且つ封口部１９におけるリ
ード材導出方向のリード封止長さＹが、集電体９ａ、１
１ａとリード材９ｃ、１１ｃの接合長さＸより短くなる
ように設定されている。

【００２５】従って、集電体９ａ、１１ａとリード材９
ｃ、１１ｃの接合部１７ａ、１７ｂが、封口部１９にお
けるリード材９ｃ、１１ｃの封止部２０に重ねられ、接
合部１７ａ、１７ｂの面積を外装材３の内部に確保する
必要がなくなる。これにより、防湿性多層フィルム７よ
りなる外装材３が極力小さく形成可能になり、高いエネ
ルギー密度が得られるようになる。

【００２６】また、リード材導出方向のリード封止長さ
Ｙが、集電体９ａ、１１ａとリード材９ｃ、１１ｃの接
合長さＸより短く設定されることで、外装材３とリード
材９ｃ、１１ｃの間に介在する集電体９ａ、１１ａが、
外装材３より長く延出され、リード材９ｃ、１１ｃと外
装材３とが集電体９ａ、１１ａを介して離間されること
になる。これにより、リード材９ｃ、１１ｃと外装材３
を構成する金属箔層７ｂとが接触することによる短絡不
良が発生しなくなる。

【００２７】更に、外装材３が、集電体９ａ、１１ａと
リード材９ｃ、１１ｃの接合部１７ａ、１７ｂに密着さ
れるので、電極端子の接合強度が高められることにな
る。

【００２８】

【実施例】次に、上記実施の形態と同一の構成を有する
薄型電池を実際に製作し、比較例と比較した結果を説明
する。なお、本実施例による薄型電池は、上記実施の形
態の薄型電池１と同一の構成であるため、図１〜図４を
用い、同一の符号を付して説明する。

【００２９】実施例による薄型電池１は、先ず始めに防
湿性多層フィルム７を、以下のようにして作成した。厚
さ２０μｍのアルミニウム箔（金属箔層）７ｂの片側に
１５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム（高分
子膜層）７ａと、もう片側に厚さ６５μｍのポリプロピ
レンフィルム（熱融着性高分子膜層）７ｃとを熱融着
し、厚さ１００μｍの防湿性多層フィルム７を得た。

【００３０】次に負極１１は以下のようにして作成し
た。負極材料として黒鉛炭素材料を９０重量％、結着剤
としてフッ化ビニリデン樹脂を１０重量％混合し、負極
合剤を調整する。この負極合剤を、溶剤であるＮメチル
２ピロリドンに分散させてスラリーにする。負極集電体
１１ａとして厚さ１０μｍの銅箔を用い、この集電体の
上に均一に負極合剤スラリーを塗布し、乾燥させた後、
加圧成型して負極１１とした。負極１１の負極集電体１
１の端部に厚さ１００μｍのニッケル負極リード材１１
ｃを接合した。

【００３１】次に正極９は以下のようにして作成した。
正極材料としてリチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ
２を９０重量％、導電剤としてグラファイトを６重量
％、結着剤としてフッ化ビニリデン樹脂を４重量％混合
して正極合剤を調整し、溶剤であるＮメチル２ピロリド
ンに分散させてスラリーにする。正極集電体９ａとして
厚さ２０μｍのアルミニウム箔を用い、この集電体の上
に均一に正極合剤スラリーを塗布し、乾燥させた後、加
圧成型して正極９とする。正極９の正極集電体９ａの端
部に１００μｍのニッケル正極リード材９ｃを接合し
た。

【００３２】負極１１、正極９及び微多孔ポリオレフィ
ンフィルムよりなるセパレータ１３を負極１１、セパレ
ータ１３、正極９の順に積層して発電素子５を作成し
た。

【００３３】このようにして作成した発電素子５を二つ
折りした防湿性多層フィルム７に挟み込み、電解液を注
液した後防湿性多層フィルム７の発電素子５と重ならな
い周縁部を加熱融着し、全体を封止して薄型電池１であ
るリチウムイオン二次電池を作成した。

【００３４】ここで用いた電解液はエチレンカーボネー
トとプロピレンカーボネートを体積比で５０：５０に混
合した溶媒中に、支持電解質塩ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／
Ｌ（リッター）の割合で溶解したものである。なおリー
ド材９ｃ、１１ｃの封止は、リード封止長さＹが、集電
体９ａ、１１ａとリード材９ｃ、１１ｃの接合長さＸを
越えることなく（Ｙ≦Ｘ）、且つ封口部１９が接合部１
７ａ、１７ｂに重なるように行った。

【００３５】このようにして作成した二次電池を電極面
積に対して１ｍＡ／ｃｍ２当たりの電流値で４．２Ｖま
で充電し、同じ１ｍＡ／ｃｍ２の電流値で３Ｖまで放電
した。その後、放電した電池のリード材９ｃ、１１ｃの
引っ張り強度を測定した。

【００３６】（比較例１）図５に示すように、リード材
９ｃ、１１ｃの封止を、集電体９ａ、１１ａとリード材
９ｃ、１１ｃの接合部１７ａ、１７ｂに重ならないよう
に、リード材９ｃ、１１ｃの上で封口した以外は、実施
例と同様に薄型リチウムイオン二次電池を作成し、実施
例と同様の充電、放電及びリード材９ｃ、１１ｃの引っ
張り強度試験を行った。

【００３７】（比較例２）図６に示すように、正極９、
負極１１ともにリード材を用いずに、集電体９ａ、１１
ａを電極端子として用いるために、延長した集電体９
ａ、１１ａの上で封口を行った以外は、実施例と同様に
薄型リチウムイオン二次電池を作成し、実施例と同様の
充電、放電及び集電体端子部の引っ張り強度試験を行っ
た。

【００３８】（比較例３）図７に示すように、リード材
９ｃ、１１ｃのリード封止長さＹが、集電体９ａ、１１
ａとリード材９ｃ、１１ｃの接合長さＸよりも長くなる
ようにした（Ｙ＞Ｘ）以外は、実施例と同様に薄型リチ
ウムイオン二次電池を作成し、実施例と同様の充電、放
電及びリード材９ｃ、１１ｃの引っ張り強度試験を行っ
た。

【００３９】以上の実施例及び比較例のエネルギー密
度、リード材の引っ張り強度試験結果、及び薄型電池の
短絡による不良率を表１に示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】比較例１に示すように、リード封止部をリ
ード材９ｃ、１１ｃのみの上に配置した場合には、十分
な端子部強度が得られ、短絡による不良も発生しなかっ
たが、エネルギー密度が低下した。

【００４２】また、比較例２に示すように、集電体９
ａ、１１ａをそのまま電極端子として用いた場合には、
高いエネルギー密度が得られ、短絡による不良の発生も
起こらなかったが、端子強度が著しく低下した。

【００４３】更に、比較例３に示すように、リード封止
長さＹが、集電体９ａ、１１ａとリード材９ｃ、１１ｃ
の接合長さＸを超えた場合には、高いエネルギー密度と
十分な端子強度が得られたものの、短絡による不良が発
生してしまった。これは防湿性多層フィルム７と集電体
９ａ、１１ａとの間に生じる段差により、防湿性多層フ
ィルム７が突き破られ、防湿性多層フィルム７中のアル
ミニウム箔とリード材９ｃ、１１ｃとが短絡したために
発生したものである。

【００４４】これらの結果より、実施例に示すように、
リード材９ｃ、１１ｃのリード封止長さＹが、集電体９
ａ、１１ａとリード封止長さＹの接合長さＸを超えるこ
となく且つ封止部を集電体９ａ、１１ａとリード材９
ｃ、１１ｃの接合部の上に配置することで高いエネルギ
ー密度と良好な端子引っ張り強度が得られ、且つ短絡に
よる不良の発生も起こらないことが確認された。

【００４５】本実施例では正極活物質としてＬｉＣｏＯ
２を用いたが本発明に係る薄型電池は、この実施例に限
定されるものではない。正極活物質としてはＬｉＮｉＯ
２、ＬｉＭｎ２Ｏ４或いはこれらリチウム複合酸化物を
混合して用いても良い。

【００４６】また、負極活物質は黒鉛材料に限定される
ものではなく、低結晶性炭素材料を用いても良く或いは
炭素材料を混合して用いても良い。

【００４７】更に、電解液としてエチレンカーボネート
とプロピレンカーボネートの混合溶媒を用いたが本発明
に係る薄型電池は、この実施例に限定されるものではな
い。エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネー
ト、ガンマーブチルラクトンなどを用いても良い。また
電解質として高分子ゲル状電解質を用いても良い。

【００４８】また実施例では正極９と負極１１の各々１
枚を積層した構造で説明したが、本発明に係る薄型電池
は、この実施例に限定されるものではなく、図８に示す
ように、正極９及び負極１１を複数枚積層した構造であ
っても良く、或いは正極９及び負極１１を捲回した構造
であっても良い。

【００４９】また実施例では防湿性多層フィルム７を、
集電体９ａ、１１ａ及びリード材９ｃ、１１ｃ上に直接
封口したが、封口部のシール性を向上させるために、図
９に示すように、外装材３の防湿性多層フィルム７と、
集電体９ａ、１１ａ及びリード材９ｃ、１１ｃとの間
を、樹脂材２１を介して封口した構造としても良い。

【００５０】更に、本発明に係る薄型電池は、リチウム
イオン二次電池に限定されるものではなく、その他の二
次電池或いは一次電池においても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。

【００５１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る薄型電池は、集電体とリード材の接合部を、封口部に
おけるリード材の封止部に重ね、且つリード材導出方向
のリード封止長さを、集電体とリード材の接合長さより
短くしたので、接合部の面積を外装材内部に確保する必
要がなくなる。また、外装材が、集電体とリード材の接
合部に密着される。更に、外装材とリード材の間に介在
する集電体が、外装材より長く延出され、リード材と外
装材とが集電体を介して離間される。この結果、防湿性
多層フィルムよりなる外装材を極力小さくすることによ
りエネルギー密度を向上させることができるとともに、
十分な電極端子の強度を得ることができ、且つ短絡によ
る不良の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄型電池の断面視を（ａ）、上面
透視を（ｂ）に示した説明図である。

【図２】図１に示した防湿性多層フィルムの断面図であ
る。

【図３】図１の薄型電池の封口前の断面図である。

【図４】図１の薄型電池の封口前の斜視図である。

【図５】比較例１に係る薄型電池の断面視を（ａ）、上
面透視を（ｂ）に示した説明図である。

【図６】比較例２に係る薄型電池の断面視を（ａ）、上
面透視を（ｂ）に示した説明図である。

【図７】比較例３に係る薄型電池の断面視を（ａ）、上
面透視を（ｂ）に示した説明図である。

【図８】本発明に係る薄型電池の変形例１を示す断面図
である。

【図９】本発明に係る薄型電池の変形例２を示す断面図
である。

【符号の説明】

１…薄型電池、３…外装材、５…発電素子、７…防湿性
多層フィルム、７ａ，７ｃ…樹脂層、７ｂ…金属箔層、
９…正極、９ａ，１１ａ…集電体、９ｃ，１１ｃ…リー
ド材、１１…負極、１５…開口部、１７ａ，１７ｂ…接
合部、２０…リード材の封止部、２１…樹脂材、Ｙ…リ
ード封止長さ、Ｘ…接合長さ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 6/18 Ｈ０１Ｍ 6/18 Ｚ 10/40 10/40 Ｚ Ｂ Ｆターム(参考） 5H011 AA03 AA04 AA13 CC02 CC06 FF04 HH02 HH13 KK01 5H022 AA09 CC02 CC08 CC12 KK03 5H024 AA12 CC04 DD01 DD11 FF11 GG01 HH13 5H029 AJ03 AJ11 AK02 AL07 AM00 AM03 AM05 AM06 AM16 BJ04 DJ02 DJ03 DJ05 HJ04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 樹脂層及び金属箔層を含む防湿性多層フ
   ィルムによって開口部の設けられた外装材が形成され、
   集電体にリード材の接合された発電素子が該外装材の内
   部に収容され、前記リード材の導出された前記外装材の
   開口部が接着性樹脂により封口されてなる薄型電池にお
   いて、 前記集電体と前記リード材の接合部が、封口部における
   リード材の封止部に重なり、且つ該封口部におけるリー
   ド材導出方向のリード封止長さが、集電体とリード材の
   接合長さより短いことを特徴とする薄型電池。
2. 【請求項２】 金属リチウム若しくはリチウム合金から
   なる負極と、リチウムイオンを吸蔵し得る物質からなる
   正極と、電解質とを備えたリチウムイオン一次電池であ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄型電池。
3. 【請求項３】 リチウムを可逆的にドープ・脱ドープし
   得る物質からなる負極と、リチウム複合酸化物からなる
   正極と、電解質とを備えたリチウムイオン二次電池であ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄型電池。
4. 【請求項４】 上記電解質が、固体電解質又はゲル電解
   質であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の
   薄型電池。
5. 【請求項５】 正極及び負極が複数枚積層されたことを
   特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の
   薄型電池。
6. 【請求項６】 防湿性多層フィルムと、集電体及びリー
   ド材との間が、樹脂材を介して封口されたことを特徴と
   する請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の薄型電
   池。