JP2002025512A - 密閉形電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 封止部の曲げ作業が簡単になり、体積エネル
ギー密度を高め、かつ金属樹脂複合フィルムの金属層に
亀裂が発生する虞れのない密閉形電池を提供する。 【解決手段】 密閉形電池10は、一方の金属樹脂複合フ
ィルム12に収納凸部16を形成し、この収納凸部16に発電
要素24を収納し、発電要素24を収納した一方の金属樹脂
複合フィルム12に他方の金属樹脂複合フィルム14を重ね
合わせ、重ね合わせた一対の金属樹脂複合フィルム12，
14の内面同士を互いに融着封止し、融着封止した封止部
26の少なくとも一部を曲げて収納凸部16の側面17に沿わ
せ、この封止部26が収納凸部16の天井面18を越えないよ
うに設定し、封止部26の曲げ部27における金属層（12
Ａ，14Ａ）の伸び率ａが１．５を越えないように設定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は密閉形電池に係り、
特に電池の厚さが４mm以下の密閉形電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン電池は薄型で高いエネル
ギー密度を有することから、携帯用端末器電源に多く用
いられ、更なる高容量化，薄型化が要求されている。こ
の小型二次電池の構成としては、捲回した極群（発電要
素）を円筒型のケースに収納した円筒型電池や、平板状
の極板を積層した発電要素を平角型ケースに収納した角
型電池がある。より安価で軽量な小型二次電池を提供す
る手段として、例えば実開昭60-162362号公報や特開昭6
1-206157号公報では、発電要素をアルミ金属樹脂複合フ
ィルムの袋に収納し、熱融着により封口したものが提案
されている。

【０００３】特に、電池の厚さが４mm以下の薄型の密閉
形電池においては、外装体の厚さがエネルギー密度に大
きく影響する。そのため、薄型電池の外装体には、従来
の金属缶に比べて厚さ寸法が１／５〜１／３である金属
樹脂複合フィルム外装体が多く用いられる。この金属樹
脂複合フィルム外装体を用いた密閉形電池は、金属樹脂
複合フィルムの端部同士を重ねあわせて封止部を接着し
たものであり、封止部の接着剤層を透過して酸素や水が
電池内部に侵入することを防ぐため、封止部の幅をある
程度大きく設定している。

【０００４】このため、封止部の面積は、最低でも薄型
電池の約４％程度を占め、薄型電池の体積エネルギー密
度に大きく関わってきた。この封止部による体積エネル
ギー密度の低下を抑えるために、特開平11-67167号公報
では封止部を薄型電池の上面側に折り曲げて、この折り
曲げ部分を薄型電池の上面に這わすことで突出部をなく
している。しかし、封止部の厚さがそのまま電池厚さに
加算され、厚さが４mm以下の薄型電池では最低でも約５
％の厚さの増加となり、金属樹脂複合フィルム外装体を
用いた利点が損なわれ、体積エネルギーも減少する。

【０００５】また、特開平11−260327号公報では封止部
を密閉形電池の厚さの範囲内で折り曲げることにより、
封止部の突出を防いでいる。しかし、１枚の金属樹脂複
合フィルムを筒状に形成するために、金属樹脂複合フィ
ルムを重ね合わせるため密閉形電池の厚さが増す。この
ため、体積エネルギーが減少する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この改良品として、特
開平11-96991号公報では、折り返された面に凹凸を付け
て、封止部を密閉形電池の厚さ内に抑えたものが提案さ
れているが、構造が比較的複雑になる。このため、折込
み作業が煩雑であり、製造コストを抑え難いという問題
がある。加えて、折れ目にかかる歪で金属樹脂複合フィ
ルムの金属層に亀裂が生じやすく、そこから酸素や水が
電池内部に侵入するという虞れがある。

【０００７】本発明は、前述した問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、封止部の曲げ作業が簡単に
なり、体積エネルギー密度を高め、かつ金属樹脂複合フ
ィルムの金属層に亀裂が発生する虞れのない密閉形電池
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、請求項１に記載したように、金属と
樹脂が積層された金属樹脂複合フィルムの一部に収納凸
部を形成し、この収納凸部に、電解質層を介して正極お
よび負極が積層された発電要素を収納し、発電要素を収
納した一方の金属樹脂複合フィルムに他方の金属樹脂複
合フィルムを重ね合わせ、重ね合わせた一対の金属樹脂
複合フィルムの内面同士を互いに融着封止し、融着封止
した封止部の少なくとも一部を曲げて収納凸部の側面に
沿わせ、この封止部が収納凸部の天井面を越えないよう
に設定した密閉形電池であって、前記封止部は、一方の
金属樹脂複合フィルムの金属面と他方の金属樹脂複合フ
ィルムの金属面との面間隔をｄ、封止部の曲げ部の曲率
半径をｒ、封止部の曲げ角度をθとし、曲げ部における
金属層の伸び率ａを次式で表すと、金属層の伸び率ａが
１．５を越えないように設定したことを特徴としてい
る。

【０００９】

【数１】

【００１０】このように構成された密閉形電池において
は、融着封止された封止部を密閉形電池の収納凸部の側
面に沿って曲げるだけでよいので、封止部の曲げ作業が
簡単になる。また、曲げた封止部が収納凸部の天井面を
越えないように設定したので、封止部を密閉形電池から
突出することを防ぎ、体積エネルギー密度を高める。さ
らに、金属層の伸び率ａが１．５を越えないように設定
したので、封止部を曲げた際に金属樹脂複合フィルムの
金属層に亀裂が発生することを防ぐ。

【００１１】また、本発明においては、請求項２に記載
したように、前記封止部の曲げ部の一部または全てが、
各々の金属樹脂複合フィルムを接着しない未接着部と
し、この未接着部の範囲が接着部と未接着部との境界か
ら１mmを越えないような範囲に設定したことを特徴とす
る。

【００１２】封止部の曲げ部に、一対の金属樹脂複合フ
ィルムが接着されていない未接着部を含むことで、封止
部を曲げる際に、未接着部の金属樹脂複合フィルムをず
らして金属樹脂複合フィルムの歪を緩和できる。一方、
曲げ部に未装着部を含めれば、金属樹脂複合フィルムの
歪を緩和できるが、未接着部の範囲が大きくなると接着
層を十分にとれなくなり、酸素や水が透過されやすくな
る。このため、曲げ部の未装着部を、接着部と未接着部
との境界から１mm以内に設定した。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る実施形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本発
明に係る第１実施形態である密閉形電池10は、金属層12
Ａ，14Ａと樹脂層12Ｂ，14Ｂ（図２参照）とが積層され
た一対の金属樹脂複合フィルム12，14のうちの一方に収
納凸部16を形成し、この収納凸部16に、電解質層を介し
て正極および負極が積層された発電要素24を収納し、発
電要素24を収納した一方の金属樹脂複合フィルム12に他
方の金属樹脂複合フィルム14を重ね合わせ、重ね合わせ
た一対の金属樹脂複合フィルム12，14の内面同士を互い
に融着封止し、融着封止した封止部26の少なくとも一部
を曲げて収納凸部16の側面17に沿わせ、この封止部26が
収納凸部16の天井面18を越えないように設定したもので
ある。

【００１４】融着封止された封止部26を収納凸部16の側
面17に沿って曲げることにより、曲げ作業を手間をかけ
ないで簡単にできる。したがって、製造コストを抑える
ことができる。また、曲げた封止部26を、収納凸部16の
天井面18を越えないように設定したので、封止部26を密
閉形電池10から突出することを防ぎ、体積エネルギー密
度を高める。

【００１５】また、図２に示すように、密閉形電池10
は、一方の金属樹脂複合フィルム12の金属層12Ａ面と他
方の金属樹脂複合フィルム14の金属層14Ａ面との面間隔
をｄ、封止部26の曲げ部27の曲率半径をｒ、封止部26の
曲げ角度をθ（rad）とし、曲げ部27における金属層
（すなわち、金属層12Ａ，14Ａ）の伸び率ａを次式
（１）で表すと、金属層の伸び率ａが１．５を越えない
ように設定した。

【００１６】

【数１】

【００１７】金属層12Ａ，14Ａの伸び率ａが１．５を越
えないように設定したので、封止部26を曲げた際に金属
樹脂複合フィルム12，14の金属層12Ａ，14Ａに亀裂が発
生することを防止できる。

【００１８】封止部26は、曲げ部27の一部または全て
が、各々の金属樹脂複合フィルム12，14を接着しない未
接着部S1とし、この未接着部S1の範囲が接着部S2と未接
着部S1との境界28から１mmを越えないように範囲に設定
した。

【００１９】封止部26の曲げ部27に、一対の金属樹脂複
合フィルム12，14が接着されていない未接着部S1を含む
ことで、封止部26を曲げた際に、未接着部S1の金属樹脂
複合フィルム12，14がずれて金属樹脂複合フィルム12，
14の歪を緩和できる。したがって、金属樹脂複合フィル
ム12，14の金属層12Ａ，14Ａに亀裂が入ることを防止で
きる。

【００２０】一方、曲げ部27に未装着部S1を含めれば、
金属樹脂複合フィルム12，14の歪を緩和できるが、未接
着部S1の範囲が大きくなると接着部S2を十分に確保でき
なくなり、酸素や水が透過されやすくなる。このため、
曲げ部27の未装着部S1を、接着部S2と未接着部S1との境
界28から１mm以内に設定した。

【００２１】次に、密閉形電池10を製造する工程を説明
する。先ず、正極用に厚さ20μｍのアルミニウム箔上に
正極活物質が塗布された帯状体を準備し、負極用に厚さ
12μｍの銅箔上に負極活物質が塗布された帯状体を準備
する。次に、これらの正極、負極の帯状体にそれぞれ正
極端子20，負極端子22を接続し、帯状体を積層した状態
で偏平渦状に捲回し、最外周が銅箔になる発電要素（捲
回式極群）24を得る。正極、負極、金属樹脂複合フィル
ム12，14が互いに短絡しないように熱可塑性樹脂を付け
る。

【００２２】金属樹脂複合フィルム12，14には、外装側
の樹脂層（ナイロン層）12Ｂ，14Ｂとして厚さ25μｍの
ナイロン層、金属層（金属箔）12Ａ，14Ａとして厚さ50
μｍのアルミニウム金属箔、接着層35（図２参照）とし
て厚さ30μｍの変性ポリプロピレン層を積層した厚さ10
5μｍのものを用いた。また、耐溶剤性を向上させるた
めにナイロン層の表面に６μｍのポリエチレンテレフタ
レート層をさらに設けた金属樹脂複合フィルムを用いて
もよい。

【００２３】次に、一方の金属樹脂複合フィルム12に、
発電要素24を収納するための収納凸部16を形成する。な
お、収納凸部16は、縦29mm、横30mmの長方形で、深さ2.
8mmになるように絞り加工を施したものである。収納凸
部16に発電要素24を納めた後、一方の金属樹脂複合フィ
ルム12に他方の金属樹脂複合フィルム14を重ね合わせ、
一対の金属樹脂複合フィルム12，14のうちの端子部と側
面の一方を塞ぎ、残りの一方から電解液を注液する。注
液後、注液口（すなわち、残りの一方）を封口する。封
止部26は幅が２．５mmであり、この封止部26を収納凸部
16の元から折り曲げ、収納凸部16の側面17に密着させ
て、密閉形電池10を製造する。

【００２４】実施例 次に、密閉形電池10の体積エネルギー密度について表１
に基づいて説明する。なお、表１の縦寸法Ｌ、横寸法
Ｗ、厚さ寸法ｔは、図１、図３〜図４に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】（実施例１）実施例１は、第１実施形態の
密閉形電池10を示し、密閉形電池10は、容量が２００ｍ
Ａｈ、エネルギー量が７４０ｍＷｈ、正負の端子20，22
を含まない体積エネルギー密度が２２２Ｗｈ／Ｌであっ
た。

【００２７】（比較例１）比較例１の密閉形電池40を図
３に示す。密閉形電池40は、封止部41を曲げないで、そ
のまま収納凸部16から突出させ、幅Ｗを大きくした電池
である。なお、図３において、第１実施形態と同一類似
部材については同一符号を付して説明を省略する。比較
例１は、正負の端子20，22を含まない体積エネルギー密
度が１９７Ｗｈ／Ｌであった。

【００２８】（比較例２）比較例２の密閉形電池45を図
４に示す。密閉形電池45は、封止部46の幅を４mmにし、
封止部46を収納凸部16の元から曲げて、収納凸部16の天
井面18まで密着させ、厚さｔを金属樹脂複合フィルム1
2，14分厚くした電池である。なお、図４において、第
１実施形態と同一類似部材については同一符号を付して
説明を省略する。比較例２は、正負の端子20，22を含ま
ない体積エネルギー密度が２０７Ｗｈ／Ｌであった。

【００２９】表１から実施例１は比較例１、２に比べ
て、体積エネルギー密度が一割程度増加していることが
判る。すなわち、外装体に金属樹脂複合フィルム12，14
を用いた密閉形電池を直方体に収納する場合、比較例
１、２のように封止部41，46を突出させると体積エネル
ギー密度をかなり損なわせることが判る。そして、実施
例１のように封止部26の突出部をなくすことにより、か
なりの体積エネルギー密度を向上させることができるこ
とが判る。

【００３０】次いで、密閉形電池10の曲げ部27に発生す
る亀裂について表２に基づいて説明する。なお、表２の
曲げ角度θ、曲率半径ｒ、面間隔ｄは図２に示し、予想
伸び率ａの値は数１に基づく。

【００３１】

【表２】

【００３２】曲げによる金属樹脂複合フィルム12，14の
損傷の度合いを調べるために、金属樹脂複合フィルム1
2，14を接着させた状態で、接着部の曲げ試験を行っ
た。実施例４および実施例７は、接着部に図２に示す未
接着層S1を0.3mm含ませ、それ以外の実施例２〜３、実
施例５〜６および比較例３は未接着層S1を含ませないよ
うにした。それぞれの試料の接着部を、表２に示す曲げ
条件で曲げ、曲げ部分の金属層の亀裂を目視で確認しな
がら、亀裂が生じるまで同様の操作を繰り返した。

【００３３】なお、実施例５、６、７および比較例３は
接着部に１５０μｍの変性ポリプロピレンを挟んで、熱
融着により封止部を接着し、金属樹脂複合フィルムの積
層された金属と対面の接着された金属樹脂複合フィルム
の金属との面間隔ｄを２１０μｍにした。

【００３４】曲げ試験の結果は表２に示すように、実施
例２〜７のように金属樹脂複合フィルム12，14の金属層
12Ａ，14Ａの予想伸び率ａが１．５以下の場合、金属層
12Ａ，14Ａに亀裂が入り難くく、比較例３のように金属
樹脂複合フィルム12，14の金属層12Ａ，14Ａの予想伸び
率ａが１．５よりも大きいと、金属層12Ａ，14Ａに亀裂
が入り易いことが判る。また、実施例４および実施例７
のように未接着層S1を含ませると金属樹脂複合フィルム
12，14にかかる歪が緩和され、亀裂が入りにくいことが
判る。

【００３５】なお、本発明は、前述した各実施形態に限
定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能であ
り、前述した各実施形態において例示した発電要素，金
属樹脂複合フィルム，封止部，収納凸部等の材質，形
状，寸法，形態，数，配置個所，厚さ寸法等は本発明を
達成できるものであれば任意であり、限定されない。

【００３６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、請求項１に記載したように、融着封止された封止部
を密閉形電池の収納凸部の側面に沿って曲げるだけでよ
い。このため、曲げ作業を手間をかけないで簡単にでき
るので、製造コストを抑えることができる。また、曲げ
た封止部が収納凸部の天井面を越えないように設定した
ので、封止部を密閉形電池から突出することを防ぎ、体
積エネルギー密度を高める。さらに、金属層の伸び率ａ
が１．５を越えないように設定したので、封止部を曲げ
た際に金属樹脂複合フィルムの金属層に亀裂が発生する
ことを防止できる。

【００３７】また、本発明によれば、請求項２に記載し
たように、封止部の曲げ部に、一対の金属樹脂複合フィ
ルムが接着されていない未接着部を含むことで、封止部
を曲げた際に、未接着部の金属樹脂複合フィルムがずれ
て金属樹脂複合フィルムの歪を緩和できる。したがっ
て、金属樹脂複合フィルムの金属層に亀裂が入ることを
防止できる。

【００３８】一方、曲げ部に未装着部を含めれば、金属
樹脂複合フィルムの歪を緩和できるが、未接着部の範囲
が大きくなると接着層を十分にとれなくなり、酸素や水
が透過されやすくなる。このため、曲げ部の未装着部
を、接着部と未接着部との境界から１mm以内に設定し
た。よって、酸素や水の透過を十分に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態を示す平面図および
底面図である。

【図２】図１の２部拡大図である。

【図３】本発明に係る比較例１を示す平面図および底面
図である。

【図４】本発明に係る比較例２を示す平面図および底面
図である。

【符号の説明】

10 密閉形電池 12，14 金属樹脂複合フィルム 12Ａ，14Ａ 金属層 12Ｂ，14Ｂ 樹脂層 16 収納凸部 17 収納凸部の側面 18 収納凸部の天井面 24 発電要素 26 封止部 27 曲げ部 28 境界 Ａ 伸び率 ｄ 面間隔 ｒ 曲率半径 θ 曲げ角度 S1 未接着部 S2 接着部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属層と樹脂層とが積層された金属樹脂
   複合フィルムの一部に収納凸部を形成し、この収納凸部
   に、電解質層を介して正極および負極が積層された発電
   要素を収納し、発電要素を収納した一方の金属樹脂複合
   フィルムに他方の金属樹脂複合フィルムを重ね合わせ、
   重ね合わせた一対の金属樹脂複合フィルムの内面同士を
   互いに融着封止し、融着封止した封止部の少なくとも一
   部を曲げて収納凸部の側面に沿わせ、この封止部が収納
   凸部の天井面を越えないように設定した密閉形電池であ
   って、 前記封止部は、一方の金属樹脂複合フィルムの金属層面
   と他方の金属樹脂複合フィルムの金属層面との面間隔を
   ｄ、封止部の曲げ部の曲率半径をｒ、封止部の曲げ角度
   をθとし、曲げ部における金属層の伸び率ａを次式で表
   すと、金属層の伸び率ａが１．５を越えないように設定
   したことを特徴とする密閉形電池。 【数１】
2. 【請求項２】 前記封止部の曲げ部の一部または全て
   が、各々の金属樹脂複合フィルムを接着しない未接着部
   とし、この未接着部の範囲が接着部と未接着部との境界
   から１mmを越えないような囲に設定したことを特徴とす
   る請求項１に記載した密閉形電池。