JP2002075296A - 薄型二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全性が優れ、エネルギー密度の高い、小
型・軽量の薄型二次電池を提供する。 【解決手段】正極板と負極板と隔離体とを有する発電要
素を袋状の電池外装体に収納し、発電要素の正極板およ
び負極板のそれぞれから電池外装体外部に導出して外装
体封着部外部で電極端子を形成する接続導体に樹脂被覆
層を設けた薄型二次電池において、少なくとも正極板に
接続された接続導体に被覆される樹脂層の厚さを、発電
要素の正極板に接続する側で薄くする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池の発電要素を
フレキシブルな袋状電池外装体に収納する薄型二次電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯用無線電話、携帯用パソコ
ン、携帯用ビデオカメラ等の電子機器が開発され、各種
電子機器が携帯可能な程度に小型化、薄型化されてい
る。それに伴って、内蔵される電池には、高エネルギー
密度が要求される。

【０００３】そのような要求を満たす電池として、非水
電解質二次電池があり、また、高分子固体電解質二次電
池やゲル状高分子電解質二次電池も実用化されつつあ
る。これらの二次電池では、リチウムと遷移金属との複
合酸化物等の正極活物質をその支持体である正極集電体
に保持した正極板と、リチウム金属やリチウム合金、ま
たはリチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素質材料をを
その支持体である負極集電体に保持した負極板と、負極
板と正極板との間に介在して両極間の短絡を防止する隔
離体とを有している。非水電解質二次電池では、隔離体
にポリオレフィン樹脂などからなる微多孔膜を用い、さ
らに、非プロトン性の有機溶媒にＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ
６等のリチウム塩を溶解した非水電解液を用いている。
また、高分子固体電解質二次電池では、隔離体として高
分子固体電解質を用い、非水電解液を用いないが、ゲル
状高分子電解質二次電池では、高分子固体電解質に非水
電解液を含有させたゲル状電解質を用いている。

【０００４】そして、このような非水電解質二次電池や
高分子固体電解質二次電池、ゲル状高分子電解質二次電
池は、４Ｖ以上の高い電圧を示すために、単位重量当り
のエネルギー密度が高く、小型・軽量化が可能で、充放
電サイクル特性に優れており、繰り返し充放電して使用
できることから、この二次電池を内蔵した電池パックは
各種携帯用電子機器用の電源として最適である。

【０００５】これらの二次電池は、薄いシート状ないし
は箔状に成形し、裁断した正極板および負極板を、隔離
体を介して順に積層したり（積層型）、あるいは渦巻き
状に巻回して（巻回型）、発電要素を構成しており、特
に後者の場合には、その断面を非円形あるいは長円形の
発電要素形状とすることにより、電極表面積を大きくす
ることができ、高率での充放電を可能としている。

【０００６】そして、これらの二次電池には、従来、ス
テンレス鋼、ニッケルメッキを施した鉄またはアルミニ
ウム等の金属からなる円筒型または角型の電池外装体が
用いられてが、気密性が高く、かつ機械的強度に優れて
いる反面、金属材料が重いために、電池をより軽量化す
るためには大きな制約となっていた。

【０００７】そこで、この問題を解決し、さらなる軽量
化、薄型化を進めるため、発電要素を袋状の電池外装体
に収納する方法が実用化されてきている。そして、袋状
電池外装体に気密構造を有する金属ラミネート樹脂フィ
ルムを使用することにより、電解液の漏液や電池外部か
らの水分等の侵入がない、軽量で単位重量当りのエネル
ギー密度の高い電池を得ることができるようになってき
ている。

【０００８】ここで、正極板と負極板と隔離体とを有す
る発電要素を袋状電池外装体に収納した薄型二次電池の
構造について、図４及び図５に示す長円形巻回型の発電
要素を用いた場合を例として説明する。なお、この電池
における端子形成側封着部の詳細断面構造を図６に示
す。

【０００９】この薄型二次電池は、帯状の正極板２と負
極板３とが隔離体４（セパレータ）を介して長円形状に
巻回された発電要素１が袋状電池外装体７に収納される
とともに、正極板２と負極板３のそれぞれの電極に超音
波溶接により接続固定された接続導体５、６が発電要素
１の巻回軸方向にある一方の端面から導出され、電池外
装体封着部８の外部で電極端子１１、１２を形成する構
造をとっている。

【００１０】上記電池外装体７は、ＰＥＴ（ポリエチレ
ンテレフタレート）層、アルミニウム箔層、ＰＥ（ポリ
エチレン）層に代表される各層を融着させて積層される
フレキシブルな金属ラミネート樹脂フィルムで構成さ
れ、ＰＥ層を内側にして折り曲げられ、熱融着により背
封着部１０および底封着部９を形成して袋形状のものと
される。

【００１１】次に、外装体７の開口部から発電要素１を
挿入するが、この際、発電要素１から導出された接続導
体５、６を開口部から突出させておく。そして、外装体
７の内部に電解液を注入した後、開口部を熱融着するこ
とにより端子形成側封着部８を形成して封口し、薄型二
次電池を得る。

【００１２】発電要素１から導出される接続導体５、６
には、図６に示すように、外装体７の金属ラミネート樹
脂フィルムとの間を完全に封止するため、熱融着によっ
て金属にもよく馴染む熱可塑性樹脂が被覆されている。
通常、この樹脂被覆層１３には、金属ラミネート樹脂フ
ィルム内側の樹脂層（熱溶着される層）と同質系樹脂を
変成したものが用いられ、金属ラミネート樹脂フィルム
の内側の樹脂層がＰＥの場合、その酸変成品やアイオノ
マー等の熱可塑性樹脂が用いられる。その厚さは、封着
部での気密性を確実に保持させるため、１０〜１００μ
ｍとしている。また、樹脂被覆層１３は、接続導体５、
６を絶縁保護する目的もあり、電池外装体７の端子形成
側封着部８に位置する部分から、発電要素１の正極板２
あるいは負極板３の近傍に至る区間に付設されており、
被覆層の全長を通じて一様な厚さを持たせている。

【００１３】また、発電要素１における巻回軸方向の負
極板３幅寸法は正極板２幅寸法より大きく、発電要素１
の極板が露出する端面では、負極板３の方が正極板２よ
り突出する形で構成されている。したがって、正極板２
に接続された接続導体５の樹脂被覆層が正極板２に接続
する側の近接部分では、その両隣に位置する負極板３の
間に挟入するような形で存在することになる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな袋状電池外装体を用いた薄型二次電池においては、
金属製電池外装体を使用した電池とは異なり、金属ラミ
ネート樹脂フィルム自体が柔軟性をもつため、電池外装
体の外部から強い衝撃や応力が加わった場合、電池外装
体が変形したり、内部の発電要素１の位置がずれること
がある。例えば、この薄型二次電池を内蔵した電池パッ
クを、正極・負極端子１１、１２側を下にして落下させ
ると、図７に示すように、この外装体７が変形して内部
の電池発電要素１が端子１１、１２側に移動することに
なる。そして、このようなことが繰り返されると、電池
外装体７内部の正極接続導体５が変形して、その樹脂被
覆層１３が隣接する負極板３を圧迫して変位させること
になり、極めて稀なこととは言え、変形した負極板３と
さらにその隣に対向する正極板２との間に介在する隔離
体４を損傷させたような場合には、この負極板３と正極
板２とが接触して、短絡を発生させるという問題があっ
た。

【００１５】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、電池パック落下時においても発電要
素がずれることを防止することにより、上記の短絡現象
を防止し、安全性に優れ、かつ、エネルギー密度の高
い、小型・軽量の薄型二次電池を提供することを目的と
している。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極板と負極
板と隔離体とを有する発電要素を袋状の電池外装体に収
納し、発電要素の正極板および負極板のそれぞれから電
池外装体外部に導出して外装体封着部外部で電極端子を
形成する接続導体に樹脂被覆層を設けた薄型二次電池に
おいて、少なくとも正極板に接続された接続導体に被覆
される樹脂層の厚さを、発電要素の正極板に接続する側
で薄くすることを特徴としている。

【００１７】本発明によれば、正極板に接続された接続
導体に被覆される樹脂層の厚さを、発電要素の正極板に
接続する側で薄くすることにより、この電池が強い衝撃
を受けて発電要素の位置がずれるようなことが起こって
も、樹脂被覆層に隣接する負極板を変形させることな
く、この負極板と隣り合う正極板との接触による短絡を
防止できるようになる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】本発明の一つの実施形態として、帯状の正
極板２と負極板３とがセパレータを介して長円形状に巻
回された発電要素１が袋状電池外装体７に収納される薄
型二次電池において、正極板２に接続された接続導体４
に被覆される樹脂層１３の厚さを、発電要素の正極板２
に接続する側で薄くして構成した実施例を図１、図２お
よび図３に示す。図１には、袋状電池外装体を用いた薄
型二次電池の外観を、図２には、この薄型二次電池のＡ
−Ａ’縦断面構造を、さらに、図３には、端子形成側封
着部の詳細断面構造を示す。

【００２０】この薄型二次電池は、接続導体５、６が発
電要素１の巻回軸方向にある両方の端面から導出され、
一方の面から突出した接続導体５、６を端子形成側封着
部８で固着して電極端子８、９を形成するとともに、接
続導体５、６の端子形成側封着部８に位置する部分には
厚さ６０μｍの酸変成ポリエチレン層１３を被覆してい
る。なお、この樹脂被覆層１３は、正極板２に近接する
３ｍｍの区間は厚さを３０μｍと薄くし、樹脂被覆層１
３と正極板２端部との間には少なくとも０．５ｍｍの隙
間を空けるよう設計している。ただし、この樹脂被覆層
１３が正極板２端部と接していても、さらには正極板２
端部に乗り上げていても、実用上何ら差し支えない。

【００２１】上記電池外装体７は、前出と同様、アルミ
ニウム箔層を挟んでＰＥＴ層とＰＥ層を融着させた金属
ラミネート樹脂フィルムで構成され、背封着部１０と底
封着部９とを続けて熱融着することにより袋形状のもの
とする。そして、その開口部から発電要素１を挿入し、
電解液を注入した後、開口部を熱融着することにより端
子形成側封着部８を形成して接続導体５、６を固着す
る。このように電池外装体７を気密封口することで、薄
型二次電池を得る。

【００２２】上記の実施例では、正極接続導体５の樹脂
被覆層１３において、正極板２に接続する側の近接部分
でその厚さを薄くしており、このような形態の樹脂被覆
層１３を得るのに、接続導体５に樹脂を被覆した後に、
熱プレスする方法によった。ただ、他に幅の異なる樹脂
を重ね合わせて、貼りあわせることによってもこのよう
な形態の樹脂被覆層１３を得ることができ、樹脂被覆層
１３を形成する手段にこだわる必要はない。また、厚さ
の異なる部分を２段階で形成せずとも、本発明の効果は
得られるため、他段階で順次厚さを変化させても、さら
には漸次的に厚さを変化させてもよい。また、上記の実
施例では、接続導体５、６に酸変成ポリエチレン層を被
覆させたが、電池外装体７と接続導体５、６との密着性
が良好に確保され、電解液の漏出に至ることのない熱可
塑性樹脂であれば、これに限定されるものではない。

【００２３】上記の実施例では、正極接続導体５の樹脂
被覆層１３において、正極板２に近接する部分でその厚
さを薄くしたが、同様のことを負極接続導体６の樹脂被
覆層に適用してもよい。

【００２４】本発明に使用する発電要素は、断面が長円
形に限られるものではなく、断面が円形や非円形の巻回
型であっても良い。さらに、平板状の極板を隔離体を介
して積層する積層型や、シート状極板を折りたたんで隔
離体を介して積層する折畳型など、あらゆる形式の発電
要素を使用することができる。

【００２５】なお、上記の実施例において示したよう
に、発電要素１の形状として長円形巻回型を使用する場
合には、袋状電池外装体７に、長円形巻回型発電要素１
をその巻回軸が袋状電池外装体７の開口面に垂直方向で
あるように収納すると、発電要素１から導出された接続
導体５、６をそのまま電極端子１１、１２として取り出
すことができ、製造方法において有利である。

【００２６】本発明の薄型二次電池の正極材料には、リ
チウムを吸蔵・放出可能な化合物として、組成式Ｌｉｘ
ＭＯ２、またはＬｉｙＭ２Ｏ４（ただしＭ は遷移金
属、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦２ ）で表される複合酸化
物、トンネル状の空孔を有する酸化物、層状構造の金属
カルコゲン化物などの無機化合物を用いることができ
る。その具体例として、ＬｉＣｏＯ２ 、ＬｉＮｉＯ
２、ＬｉＭｎ２Ｏ４ 、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４ 、ＭｎＯ２、
ＦｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２、ＴｉＳ２
等が挙げられる。また、有機化合物としては、例えばポ
リアニリン等の導電性ポリマーなどが挙げられる。な
お、無機化合物、有機化合物を問わず、上記の各種活物
質を混合して用いてもよい。

【００２７】さらに、負極材料たる化合物としては、Ａ
ｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合
金、ＬｉＦｅ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｏＯ２等の遷移金属酸
化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌｉ５
（Ｌｉ３Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム
箔、又はこれらの混合物を用いてもよい。

【００２８】非水電解液の溶媒としては、エチレンカー
ボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、ス
ルホラン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジ
メチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１，２−
ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラ
ヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、ジオキ
ソラン、メチルアセテート等の極性溶媒、もしくはこれ
らの混合物を使用してもよい。

【００２９】また、有機溶媒に溶解するリチウム塩とし
ては、ＬｉＰＦ6、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓ
Ｆ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ
（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）
２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２およびＬｉＮ（ＣＯＣＦ２
ＣＦ３）２などの塩もしくはこれらの混合物でもよい。

【００３０】また、本発明になる薄型二次電池の隔離体
としては、絶縁性のポリエチレン微多孔膜に電解液を含
浸したものや、高分子固体電解質、高分子固体電解質に
電解液を含有させたゲル状電解質等も使用できる。ま
た、絶縁性の微多孔膜と高分子固体電解質等を組み合わ
せて使用してもよい。さらに、高分子固体電解質として
有孔性高分子固体電解質膜を使用する場合、高分子中に
含有させる電解液と、細孔中に含有させる電解液とが異
なっていてもよい。

【００３１】また、上記の実施例では、ＰＥＴとアルミ
ニウム箔とＰＥの各層からなる金属ラミネート樹脂フィ
ルムを用いる非水電解質二次電池の場合について説明し
たが、フレキシブルで十分に丈夫な外装体７であれば、
その材質は特に限定されない。また、本発明は、このよ
うなフレキシブルな外装体を用いる薄型二次電池であれ
ば、電池の種類は問われず、上述の高分子固体電解質二
次電池やゲル状高分子電解質二次電池においても利用す
ることができる。

【００３２】以上に述べてきたように、薄型二次電池に
おける正極板２に接続され、電池発電要素１から導出さ
れる接続導体５に施された樹脂被覆層１３を、正極板２
に接続する側の近接部分で厚さを薄く形成することによ
り、この電池が強い衝撃を受けて発電要素１の位置がず
れるようなことが起こっても、樹脂被覆層１３に隣接す
る負極板３を変形させることなく、その結果、この負極
板３と隣り合う正極板２との間に介在する隔離体４を損
傷させることなく、両極の接触による短絡発生を確実に
防止できるようになった。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、正極板
と負極板と隔離体とを有する発電要素を袋状の電池外装
体に収納し、発電要素の正極板および負極板のそれぞれ
から電池外装体外部に導出して外装体封着部外部で電極
端子を形成する接続導体に樹脂被覆層を設けた薄型二次
電池において、少なくとも正極板に接続された接続導体
に被覆される樹脂層の厚さを、発電要素の正極板に接続
する側の近接部分で薄くすることにより、この電池が強
い衝撃を受けて発電要素の位置がずれるようなことが起
こっても、樹脂被覆層に隣接する負極板を変形させるこ
となく、この負極板と隣り合う正極板との接触による短
絡を防止できるようになる。その結果、安全性・信頼性
に優れ、エネルギー密度の高い、小型・軽量の薄型電池
が得られることになる。

【００３４】本発明によれば、単に接続導体を延伸して
切断するとともに、電池外装体を封着するに際して接続
導体を挟み込んで一体的に熱融着するだけであり、特に
製造工程を追加することなく、安全性・信頼性に優れた
薄型電池を提供することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による薄型二次電池の外観を示す斜視
図。

【図２】本発明による薄型二次電池のＡ−Ａ’断面構造
を示す断面図。

【図３】本発明による薄型二次電池の端子形成側封着部
の詳細断面構造を示す拡大断面図。

【図４】従来の薄型二次電池の外観を示す斜視図。

【図５】従来の薄型二次電池のＡ−Ａ’断面構造を示す
断面図。

【図６】従来の薄型二次電池の端子形成側封着部の詳細
断面構造を示す拡大断面図。

【図７】従来の薄型二次電池において、発電要素巻回軸
方向の外力が加わった場合のＡ−Ａ’断面構造を示す断
面図。

【符号の説明】

１ 電池発電要素 ２ 正極板 ３ 負極板 ４ 隔離体 ５ 正極接続導体 ６ 負極接続導体 ７ 袋状電池外装体 ８ 端子形成側封着部 ９ 底封着部 １０ 背封着部 １１ 正極端子 １２ 負極端子 １３ 樹脂被覆層

───────────────────────────────────────────────────── 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 10/40 Ｈ０１Ｍ 10/40 Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極板と負極板と隔離体とを有する発電
   要素を袋状の電池外装体に収納し、発電要素の正極板お
   よび負極板のそれぞれから電池外装体外部に導出して外
   装体封着部外部で電極端子を形成する接続導体に樹脂被
   覆層を設けた薄型二次電池において、少なくとも正極板
   に接続された接続導体に被覆される樹脂層の厚さを、発
   電要素の正極板に接続する側で薄くすることを特徴とす
   る薄型二次電池。