JP2002025627A

JP2002025627A - 非水系フィルムパッケージ二次電池

Info

Publication number: JP2002025627A
Application number: JP2000213113A
Authority: JP
Inventors: Sadahiro Katayama; 禎弘片山; Takeyoshi Nosaka; 武義野阪; Tatsuji Nakagome; 達治中込; Tokuo Inamasu; 徳雄稲益
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2000-07-13
Filing date: 2000-07-13
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】外装体に、軽量、薄形状の金属樹脂複合フィ
ルムに代表されるフィルムパッケージを使用した高エネ
ルギー密度の非水系フィルムパッケージ二次電池の安全
性を向上させる。【解決手段】正極集電体と電気的に接続されている発電
要素の最外面をアルミニウムを主成分とする材料で構成
することにより、上記課題を解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系フィルムパ
ッケージ二次電池に関し、特に安全性に配慮した非水系
フィルムパッケージ二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話を代表とする携帯情報端
末の普及が著しく、これら情報機器の多機能化、小型軽
量化の進展に伴い、電源に用いられる二次電池にも、小
型軽量かつ高容量であるエネルギー密度の高い電池が要
求されている。なかでも、非水系二次電池、特にリチウ
ムイオン、リチウムポリマー電池の研究開発が盛んに行
われている。

【０００３】特開平９−２９３５３５号公報には、外装
体に金属缶を用いる非水系二次電池において、積層され
た発電要素の最外層に配置された正極シートの正極活物
質量が、内層における正極活物質量よりも小さくするこ
とで、安全性を高める提案がなされている。

【０００４】一方、特開平９−１９９１７８号公報で
は、非水系二次電池の外装体を、従来の金属電槽缶に代
え、軽量・薄形の金属樹脂複合フィルムに代表されるフ
ィルムパッケージを使用することで、さらに高エネルギ
ー密度を達成した非水系二次電池が提案されている。

【０００５】しかしながら、高エネルギー密度の非水系
二次電池は、内部短絡が生じた際に放出されるエネルギ
ーも大きく、さらに、外装体にフィルムパッケージを使
用した場合、外装体に従来のアルミニウム缶やステンレ
ス缶を用いた電池と比較して外傷を受けやすく、発電要
素への異物の貫入を受けやすい構造的特徴を持ってい
る。そのため、異物貫入に起因する短絡の危険性があっ
た。例えば、外装体に金属缶を用いる従来の非水系二次
電池では、鋭利な刃物等が接触した程度では、金属缶の
外装体が損傷されることがなかった。しかしながら、非
水系フィルムパッケージ二次電池の場合、鋭利な刃物等
の接触により、フィルム外装体が容易に損傷を受け、内
部の発電要素にまで異物が貫入し、内部短絡を引き起こ
す虞れがある。

【０００６】図１に示すように、非水系フィルムパッケ
ージ二次電池は、集電体に正極活物質を含む合剤が担持
されたシート状の正極と、集電体に負極活物質を含む合
剤が担持されたシート状の負極とが、セパレータを介し
て積層された発電要素１が、外装体であるフィルムパッ
ケージ４に封入され、正極シートに接続された正極端子
２及び負極シートに接続された負極端子３は、正極端子
開放端２A及び負極端子開放端３Aが外部露出するよう
に、フィルムパッケージのシール部６Ａ〜６Ｄを横断し
て外部に取り出されている。

【０００７】また、フィルムパッケージは、例えばアル
ミニウム製の金属箔芯材と、前記金属箔芯材の表面に沿
う外層樹脂と、前記金属箔芯材の裏面に沿う内層樹脂と
が積層された樹脂フィルムにより形成された金属樹脂複
合フィルムである。前記金属箔芯材は、例えば厚さ３０
〜１００μｍのアルミニウム箔であり、前記外層樹脂
は、例えば厚さ１０〜２０μｍのポリエチレンテレフタ
レート（ＰＥＴ）であり、前記内層樹脂は、例えば厚さ
２０〜１００μｍのポリプロピレン（ＰＰ）等の融着性
樹脂層である。

【０００８】本発明者らの検討によれば、正極シートと
負極シートとがセパレータを介して積層された発電要素
に異物等が貫入されると、最初に前記発電要素の最外周
の正極シートと負極シートとが直接接触して内部短絡に
至る。また、貫入する異物が、釘のような金属等の電気
良導体の場合は、該異物を介しても正極シートと負極シ
ートが内部短絡する。さらに貫入が進むと、短絡箇所は
貫入開始場所から順次発電要素内部に向かって増え、異
物が発電要素を完全に貫通すると、貫通の断面方向に積
層されて隣り合った正極シートと負極シートがすべて内
部短絡することになる。このような内部短絡を生じる
と、これらの短絡部に大きな電流が流れて発熱する。さ
らに電池自身も大きな電流が流れ、自己発熱することに
なる。これらの発熱によって、特に短絡部分の温度が急
上昇し、温度が正極活物質の分解温度に達すると、正極
活物質が電解液や集電体と反応して激しく発熱する、こ
の発熱反応により、さらに近傍の活物質の反応が進むこ
とで、該反応は連鎖的なものとなり、電池の発火、破裂
に至ることがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑みなされたものであって、外装体にフィルムパッケ
ージを用いた非水系フィルムパッケージ二次電池におい
て、その安全性を向上させることを目的とする。

【００１０】

【問題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者らは鋭意検討した結果、発電要素の配置構
造を特定のものとすることにより、前記発電要素に異物
が貫入され、内部短絡を引き起こしても、発熱が少な
く、安全性が確保されたフィルムパッケージ電池が提供
できることを見いだした。

【００１１】即ち、本発明のフィルムパッケージ電池
は、請求項１に記載したように、フィルムパッケージが
発電要素を密封封止してなる非水系フィルムパッケージ
電池において、前記発電要素のうち、電極と電気的に導
通状態にある部分の最外面は、アルミニウムを主成分と
した材料が用いられ、且つ、正極集電体と電気的に接続
されていることを特徴としている。

【００１２】このような構成によれば、正極集電体と電
気的に接続されている発電要素の最外面が、アルミニウ
ムを主成分としているので、異物が貫入する際に最外周
の短絡箇所の電気抵抗が小さくなり、大きな電流が流れ
て電池自身の電気量を消費する。さらに異物が電池を貫
通した場合も、短絡電流が電気抵抗の小さい最外周の内
部短絡箇所に優先して流れ込むことで、内部短絡による
発熱が主に最外周の電気抵抗の小さい短絡箇所に集中す
ることになる。

【００１３】また、本発明のフィルムパッケージ電池
は、請求項２に記載したように、前記発電要素は、正極
シート及び負極シートがセパレータを介して積層された
積層体が捲回されてなる捲回式電極であり、該発電要素
のうち、電極と電気的に導通状態にある部分の少なくと
も最外周がアルミニウムを主成分とする箔で構成され、
前記最外面を構成していることを特徴としている。

【００１４】このような構成によれば、さらに、正極集
電体と電気的に接続されている発電要素の最外周にアル
ミニウムを主成分とする箔を用いているので、前記内部
短絡時の短絡抵抗をさらに小さくすることが可能とな
り、そこで生じる発熱を最小限に抑えることが可能とな
る。

【００１５】また、本発明のフィルムパッケージ電池
は、請求項３に記載したように、前記発電要素のうち、
負極集電体と電気的に接続されている部分の最外面が、
銅を主成分とする材料が用いられていることを特徴とし
ている。

【００１６】このような構成によれば、外傷等による内
部短絡を起こした場合、抵抗の小さいアルミニウムを主
成分とする箔と銅との間で最大電流が流れ、さらに発熱
が抑制されるまた、本発明のフィルムパッケージ電池
は、請求項４に記載したように、正極集電体と電気的に
接続されている前記最外面を構成する前記アルミニウム
を主成分とする箔が、焼鈍されてなる箔であることを特
徴としている。

【００１７】このような構成によれば、アルミニウムを
主成分とする箔を焼鈍処理することにより、箔の伸び率
が向上し軟らかくなることから、釘や鋭利な刃物のよう
な金属物の貫入が生じたとしても、最外周のアルミニウ
ム箔と該金属物との電気的な接触抵抗を減少させるの
で、そこで生じる発熱を最小限に抑えることが可能とな
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの記載により限定されるものではな
い。

【００１９】本発明における発電要素の形状は、特に規
定されるものではないが、正極シートと負極シートがセ
パレータを介して積層された積層体が捲回されてなる発
電要素を用いると、体積エネルギー効率の高い電池が容
易に提供できる点で好ましい。具体的には、正極シート
と負極シートがセパレータを介して積層されて渦巻き状
に捲回され、その断面積が楕円形状に変形させた形状の
発電要素、または前記積層体を折りたたんだ形状の発電
要素を用いると好ましい。

【００２０】発電要素が捲回式電極である場合、正極活
物質が片面のみに塗工されているアルミニウムを主成分
とする電極が、正極シートの外端部から１周以上にわた
って塗工面を内側にして捲回されている構造とすると、
構造を単純化でき、製造工程を簡略化できる点で好まし
い。また、正極集電体とは別に、アルミニウムを主成分
とする箔を前記正極集電体に電気的に接続して最外周に
巻いておいてもよい。

【００２１】本発明において、最外周にアルミニウムを
主成分とする箔を用いる場合、前記箔と対向する負極シ
ートとの間に配置される絶縁体としては、発電要素内層
部に用いられるセパレータを延長して用いることができ
るが、これに限定されるものではない。前記絶縁体とし
て、前記セパレータよりも機械的及び熱的に内部短絡を
発生しやすい絶縁体を配置すると、発電要素最外周部で
の内部短絡を優先して発生させることができるので、電
池の安全性をより向上させることができる。例えば、前
記絶縁体の機械的強度がセパレータよりも弱いものを使
用すると、特に電池の変形による内部短絡に対して、発
電要素内層部に優先して、最外周部において内部短絡が
発生するため、安全性が向上する。また、最外周のアル
ミニウムを主成分とする箔と対向する部分が正極シート
である場合は、絶縁体を配置してもよいが、エネルギー
密度が低下するので前記絶縁体を特に配置する必要はな
い。

【００２２】本発明に用いるフィルムパッケージについ
ては特に限定されるものではないが、金属樹脂複合フィ
ルムを用いると、加工性及び密閉性が良好である点で好
ましい。ここで、金属樹脂複合フィルムのエリクセン値
が６ｍｍ以上のものを用いると、発電要素を収納するた
めの凹部をあらかじめ絞り加工によって成形する場合に
おいて、前記絞り加工部分に破断を生じる虞がないの
で、密閉性をより確実に確保できる点で好ましい。

【００２３】本発明の非水系二次電池において、正極、
負極、セパレータ、および電解質等の材料は、特に限定
されるものではなく、この種の非水系フィルムパッケー
ジ二次電池において通常使用されるものを用いることが
できる。

【００２４】

【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらの記載により限定されるも
のではない。なお、図１に非水系フィルムパッケージ二
次電池の外観図を、図２、図３、図４、図5及び図6にそ
れぞれ実施例１、２、３，４および比較例１における非
水系二次電池構造の模式断面図を概念的に示すが、これ
らの図では、説明のために発電要素中の積層体の巻き数
は実際よりも少なく描いている。

【００２５】（実施例１）（正極シートの作製）正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂、
導電剤としてアセチレンブラック及びバインダーとして
ポリフッ化ビニリデンを、９０：５：５の重量比率で混
合後、溶剤としてＮ−メチルピロリドンを用いて上記材
料の正極スラリーを作製した。得られた正極スラリー
を、正極集電体９である厚さ２０μｍのアルミニウム箔
（H材）の両面の所定部分に、所定量塗布し乾燥後、所
定厚さにロールプレスして正極シート８を作製した。

【００２６】（負極シートの作製）負極材料としてグラ
ファイト構造を有する人造黒鉛、バインダーとしてスチ
レンブタジエンゴム（ＳＢＲ）及び同じくバインダーと
してカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を、９７：
２：１の重量比で混合後、溶剤として精製水を用いて負
極スラリーを作製した。得られた負極スラリーを、負極
集電体１１である厚さ１５μｍの銅箔の両面の所定部分
に、所定量塗布し、乾燥後、所定厚さにロールプレスし
て負極シート１０を作製した。

【００２７】上記のようにして作製した正極シート８と
負極シート１０を、厚さ２５μｍのポリエステルで表面
処理した多孔質ポリエチレンフィルムよりなるセパレー
タ７を介して、負極シート１０、セパレータ７、正極シ
ート８、セパレータ７の順に積層し、この積層体を一端
より巻き取って扁平渦巻き状の発電要素１とした。その
際、発電要素１の最外周には正極シート８を配置し、か
つ該正極シート８の最外周面は、全てアルミニウムが露
出しているアルミニウム面１２とした。

【００２８】フィルムパッケージ４は、厚さ５０μｍの
アルミニウム箔からなる金属箔芯材、厚さ１２μｍのポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる外層樹脂
及び厚さ５０μｍのポリプロピレン（ＰＰ）からなる内
層樹脂をラミネートした金属樹脂複合フィルムを用い
た。この金属樹脂複合フィルムのエリクセン値は８ｍｍ
である。

【００２９】前記発電要素１を前記フィルムパッケージ
４に挿入し、非水電解質溶液としてエチレンカーボネー
ト（ＥＣ）及びγ―ブチロラクトン（ＢＬ）を２：３の
体積比で混合した溶媒に、リチウム塩としてＬｉＢＦ₄
を２モル／リットルの濃度で溶解した電解液を注液含浸
し、注液部を熱シールして非水系フィルムパッケージ二
次電池を作製し、本発明電池Ａとした。

【００３０】（実施例２）実施例１において、発電要素
１の正極シート８は外端部より正極集電体９であるアル
ミニウム箔（Ｈ材）１４だけの部分が１周巻回された構
造としたこと以外は実施例１と同様に非水系フィルムパ
ッケージ二次電池を作製し、本発明電池Ｂとした。

【００３１】（実施例３）実施例１において、発電要素
１の最外周には正極シート８を配置し、かつ該正極シー
ト８は外端部より正極集電体９であるアルミニウム箔
（Ｈ材）１４だけの部分が１周分捲回された構造とし
た。また最外周のアルミニウム箔（Ｈ材）１４と対向す
る負極シート１０は内側のみに合剤が担持され、外側の
アルミニウム箔（Ｈ材）１４との対向面には活物質合剤
が担持されていない構造とし、これらアルミニウム箔
（Ｈ材）１４と負極シート１０の間には、セパレータ７
が配置されている。また最外周のアルミニウム箔（Ｈ
材）１４と対向する負極シート１０は内側のみに合剤が
担持され、外側のアルミニウム箔（Ｈ材）１４との対向
面には活物質合剤が担持されていない銅面１３を有し、
これらアルミニウム箔（Ｈ材）１４と負極シート１０の
間には、セパレータ７が配置されている構造としたこと
以外は実施例１と同様に非水系フィルムパッケージ二次
電池を作製し、本発明電池Ｃとした。

【００３２】（実施例４）実施例３において、発電要素
の最外周には正極シート８を配置するが、該正極シート
８は外端部より正極集電体９とは別の、焼鈍処理したア
ルミニウム箔（O材）１５のみの部分が１周分捲回され
た構造としたこと以外は実施例３と同様に非水系フィル
ムパッケージ二次電池を作製し、本発明電池Ｄとした。
ただし、この焼鈍処理したアルミニウム箔（O材）１５
は正極集電体９と電気的に接続されている。

【００３３】（比較例１）実施例３において、発電要素
の最外周には負極シートを配置し、かつ該正極シートは
外端部より正極集電体であるアルミニウム箔だけの部分
を無くす構造としたこと以外は実施例３と同様に非水系
フィルムパッケージ二次電池を作製し、比較電池とし
た。

【００３４】（釘刺し試験）本発明電池Ａを１０個用
い、定格容量の１００％の充電を行って満充電状態とし
た後、釘刺し試験を実施した。釘刺し試験の方法は、
（社）日本蓄電池工業会のリチウム二次電池安全性評価
基準ガイドライン（日本蓄電池工業会指針ＳＢＡ−Ｇ−
１１０１−１９９５）に従った。その結果、試験に供し
た電池は、１０個ともに発火、破裂はなかった。

【００３５】本発明電池Ｂを１０個用い、１１０％の過
充電状態にし、釘刺し試験を実施した。その結果試験に
供した電池１０個ともに発火、破裂はなかった。

【００３６】本発明電池Ｃを１０個用い、１２０％の過
充電状態にし、釘刺し試験を実施した。その結果試験に
供した電池１０個ともに発火、破裂はなかった。

【００３７】本発明電池Ｄを１０個用い、１２５％の過
充電状態にし、釘刺し試験を実施した。その結果試験に
供した電池１０個ともに発火、破裂はなかった。

【００３８】比較電池を１０個用い、１００％の過充電
状態にし、釘刺し試験を実施した。その結果試験に供し
た電池１０個ともに発火、破裂した。

【００３９】

【発明の効果】本発明の非水系フィルムパッケージ二次
電池は高エネルギー密度であり、釘刺し試験に代表され
るような異物の貫入によって生じる内部短絡に対して安
全性が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池の外観図である。

【図２】本発明電池Ａの模式断面図である。

【図３】本発明電池Ｂの模式断面図である。

【図４】本発明電池Ｃの模式断面図である。

【図５】本発明電池Ｄの模式断面図である。

【図６】比較電池の模式断面図である。

【符号の説明】

１発電要素４フィルムパッケージ７セパレータ８正極シート９正極集電体１０負極シート１１負極集電体１４アルミニウム箔（Ｈ材）１５焼鈍処理したアルミニウム箔（Ｏ材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲益徳雄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） 5H022 AA09 AA18 BB06 CC02 CC09 CC19 CC24 EE04 5H029 AJ12 AK03 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ04 BJ14 DJ02 DJ03 DJ05 EJ01 HJ12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フィルムパッケージが発電要素を密封封
止してなる非水系フィルムパッケージ電池において、前
記発電要素のうち、電極と電気的に導通状態にある部分
の最外面は、アルミニウムを主成分とした材料が用いら
れ、且つ、正極集電体と電気的に接続されていることを
特徴とする非水系フィルムパッケージ二次電池。
【請求項２】前記発電要素は、正極シート及び負極シ
ートがセパレータを介して積層された積層体が捲回され
てなる捲回式電極であり、該発電要素のうち、電極と電
気的に導通状態にある部分の少なくとも最外周がアルミ
ニウムを主成分とする箔で構成され、前記最外面を構成
していることを特徴とする請求項１記載の非水系フィル
ムパッケージ二次電池。
【請求項３】前記発電要素のうち、負極集電体と電気
的に接続されている部分の最外面が、銅を主成分とする
材料が用いられていることを特徴とする請求項１または
２記載の非水系フィルムパッケージ二次電池。
【請求項４】正極集電体と電気的に接続されている前
記最外面を構成する前記アルミニウムを主成分とする箔
が、焼鈍されてなる箔であることを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の非水系フィルムパッケージ二次
電池。