JP2002289154A - フィルム状外装体を備えた電池 - Google Patents

フィルム状外装体を備えた電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エネルギー密度を良好に保ちつつ、優れた強
度を有するラミネート外装体を備えた電池を提供する。 【解決手段】 電極体20の両側面に、補強シートＳ1、
Ｓ2を貼着する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマー電池など
のフィルム状外装体を備えた電池における電池の高強度
化に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、携帯電話、ポータブルオーディ
オ、デジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）などの小
型電子機器の普及が進むに伴い、薄型・軽量で高容量の
電池に対する要求が急速に高まっている。リチウムイオ
ンポリマーなどを電解質に用いる薄型直方体状（ここで
言う「薄型」とは数ミリ単位程度を指す」のフィルム状
外装体を備えた電池は、薄型直方体状に成形した電極体
を、柔軟で非常に薄いフィルムを貼り合わせて作られた
シート状の外装体に包んだ構成を持つ新しいタイプの電
池であって、比較的大容量でありながら極めて薄形で軽
量化することが可能なため、上記機器の電源用として期
待が高まっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで一般に、上記
のような電池では、外装体が柔軟であるため、落下など
によって変形（特に側面部の折れ曲がりや押圧による凹
み）を生じやすい性質が見られる。フィルム状外装体が
変形すると、内部の電極体も変形しやすく、短絡を発生
する可能性がある。
【０００４】これに対し、例えば電池底部に例えばプラ
スチック成型物からなる補強板を取り付け、落下にかか
る衝撃を緩和する方法が考えられるが、補強板が電池内
部にある体積分だけ、電池のエネルギー密度を低下させ
る原因となる。このように、フィルム状外装体を備えた
電池においては、いまだ解決すべき課題が存在するとい
える。
【０００５】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであって、その目的は、フィルム状外装体を備えた電
池において、エネルギー密度を良好に保ちつつ、優れた
強度を有するものを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、セパレータを介して正極板と負極板とを
重ねてなる方形状の電極体を、フィルムを貼り合わせて
なる外装体に封装した電池であって、前記外装体と前記
電極体との間隙では、前記方形状の電極体における一対
の両辺のうち少なくとも1つの端部付近において、正極
板の端部に対応する領域に合わせて補強シートが被着さ
れているものとした。
【０００７】なお、ここで前記電極体は、負極、正極の
順に幅方向長さの短い帯状体を有し、前記正極板および
前記負極板を前記セパレータを介して巻き回してなる渦
巻状電極体である場合にに適用すると特に有効である。
さらに前記補強シートは、前記電極体の最外周における
電極板の終端部を留める巻き留めを兼ねてもよい。
【０００８】さらに本願発明は、前記電極体において、
正極板が電極体の最外周に位置する場合に特に有効であ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】1.実施の形態1 1-1.ポリマー電池の構成 図1は、本実施の形態1に係る非水電解液電池のリチウム
イオンポリマー電池1（以下、電池1と称す）の部分断面
図であり、図2は、電池1の断面図（外装体10における幅
方向端部付近のｘｚ平面に沿った断面図）である。
【００１０】ポリマー電池1は、図1のように、両サイド
を折り曲げた外装体10を持ち、当該外装体10中にポリマ
ー電解質を含む扁平な電極体20が収納されている。そし
て、電極体から上側（ｙ方向）へアルミ製の正極板端子
11、ニッケル製の負極板端子12を突出させた構成を有す
る。外装体10は、具体的には、一定の長さのポリプロピ
レン/アルミ/ポリプロピレンラミネートフィルム（厚み
100μｍ）の帯状体を半分に折り返し、一定の幅で切断
後、その両端を熱圧着して封筒形状とし、これに電極体
20を封入した構造を有している。
【００１１】電極体20は、正極板21および負極板23をセ
パレータ22を介して巻き回した渦巻電極体を、扁平に押
圧して方形状（薄型直方体）としたものである。当該電
極体20には、ゲル状のポリマー電解質を含浸させてあ
る。なお、ここで言う「直方体」とは電極体20の側面が
カーブしているため厳密な方形状ではないが、ここでは
このような形状も「直方体」と称することにする。
【００１２】正極板21は、アルミ箔にコバルト酸リチウ
ムＬｉＣｏＯ2を塗布してなる。負極板23は、銅箔に黒
鉛（グラファイト）粉末を塗布してなる。セパレータ22
は、厚み0.03mmの多孔質ポリエチレンからなる。なお、
電極体20においては、一般的に図2に示すように、正極
板21、負極板23、セパレータ22の順に、ｙ方向幅が広く
なるように設定されている。これは、正極板21より負極
板23の面積を広く確保することによって、充電時におい
て、正極板21からのLiイオンを十分に負極板23に吸収さ
せ、デンドライトの発生を抑制するように考慮したもの
である。なお、105は、最外周に位置する正極板21を留
める巻き留めテープである。
【００１３】電極体20に含浸するポリマー電解質として
は、一例として、ポリエチレングリコールジアクリレー
トとEC/DEC混合物（質量比30：70）を1：10の割合で混
合し、これにLiPF6を1mol/l添加して加熱重合しゲル化
したものを用いることができる。正極板21および負極板
23には、それぞれ正極板端子11および負極板端子12が取
り付けられ、外装体10の外に配置される。電極体20を入
れた外装体20の封口部102においては、正極板端子11お
よび負極板端子12にそれぞれ封止のための変性ポリプロ
ピレン103、104が包まれており、当該封口部102を熱圧
着することにより、外装体20の内部が密閉される。
【００１４】ここにおいて、本実施の形態の特徴は、図
1に示すように、前記電極体20の最外周の両サイドに沿
って、ポリオレフィン系材料からなる補強シートＳ1、
Ｓ2が貼着されているところにある。この補強シートＳ
1、Ｓ2は、電極体20の最外周面に位置する電極板（すな
わち正極板21）の4隅において、当該正極板21端部とセ
パレータ22にわたって被着されている。これらの補強シ
ートＳ1、Ｓ2を設ける理由と効果は以下の通りである。
【００１５】1-2.実施の形態1の効果 フィルム状外装体を備えた電池では、金属外装缶を有す
る乾電池等に比べ、外装体が落下して床に衝突する際に
変形を生じやすい性質が見られる。フィルム状外装体が
変形すると、内部の電極体も変形しやすく、短絡を発生
する可能性がある。本願発明者らが鋭意検討した結果、
この短絡は落下時に電池の角が床に衝突するとともに、
その衝突によって、電極体の最外周部に位置する電極板
の隅部分の角が、セパレータを突き破ることにより発生
しやすいことがわかった。特に、電極体の最外周に位置
する電極板が正極の場合は、その隅部分にはセパレータ
を介して負極板が存在するので短絡しやすい。また、電
極体を押圧して扁平に成形する場合、電極体の長辺部に
おいて、電極板が折り曲げられるため、隅部分が尖った
状態になりやすく、従って、ここに衝撃が加わるとセパ
レータを突き破って短絡しやすい。
【００１６】これに対して、上記構成の電池1によれ
ば、補強シートＳ1、Ｓ2によって上記のように電極体20
の最外周に位置する正極板21の4隅において正極板21端
部と補強シートによってセパレータ22が覆われているた
め、落下時に外装体の角に衝撃が加わっても、正極板の
角部に加わる衝撃は補強シートにより緩和されるので、
正極板がセパレータを突き破って負極板と短絡するなど
の問題が生じにくい。また本実施の形態のポリマー電池
では、比較的薄いシートを用い、かつ、電極体20の長辺
に沿った部分にだけ設けているので、エネルギー密度の
低下が良好に抑制できるといった効果も期待できる。
【００１７】このような補強シートＳ1、Ｓ2は、本実施
の形態1のようにスパイラル構造の電極体20を備える電
池においては、落下などの衝撃によって比較的内部短絡
を生じやすいので、このような構成の電池1に適用する
と特に高い効果が得られると思われる。なお、図2では
補強シートＳ1だけを示しているが、本実施の形態1では
補強シートＳ2も同様にして設けられている。
【００１８】なお図3は、本発明の実施の形態1のバリエ
ーションにおける電池を正面から見た図である。当図で
は内部が見えるように外装体10の電極体20に対応する位
置でカットしている。当図のように、本電池では、最外
周に位置する正極板21を留める巻き留めテープを、補強
シートＳ1またはＳ2で兼用した例を示している。本願発
明では、このような工夫を行ってもよい。
【００１９】2.その他の実施の形態 以下、本発明について、その他の実施の形態を示す。 2-1.実施の形態2 図4は、本発明の実施の形態2における電池を正面から見
た部分断面図である。当図が示すように本電池は、電極
体の最外周に負極板23が位置する構成であるが、本発明
はこのような構成にも適用してよい。具体的に当該例で
は、少なくとも補強シートＳ1、Ｓ2を、負極板23のｙ方
向両側面の長さ（より詳細には、セパレータ22をおいて
紙面奥側（不図示）に位置する正極板23のｙ方向端部を
覆うことができるように）に合わせて配置している。こ
れにより、上記実施の形態と同様の効果が奏される。
【００２０】なお、具体的には補強シートＳ1、Ｓ2は正
極板のｙ方向両端部の少なくとも一方を覆うように配置
すればよい。 2-2.実施の形態3 図5は、本発明の実施の形態3における電池を正面から見
た部分断面図である。当図が示すように、本電池では、
短い補強シートＳＡ1、ＳＡ2、ＳＢ1、ＳＢ2を電極体20
の4隅において、正極板21およびセパレータ22にわたっ
てスポット状に貼着する構成である。補強シートＳＡ
1、ＳＡ2、ＳＢ1、ＳＢ2は、少なくとも正極板21のｙ方
向端部に対応して、これを覆うように設けられている。
このような構成によっても、上記実施の形態と同様の効
果が奏される。
【００２１】なお、補強シートＳＡ1、ＳＡ2、ＳＢ1、
ＳＢ2は、このうち少なくとも一つを設ければそれなり
の効果が得られるが、望ましくは電極体下端部にあるＳ
Ａ2、ＳＢ2の2つを設けるのがよく、より望ましくは4つ
とも設けるのがよい。 3.実施例と性能比較実験 実施例電池として、次の電池を作製した。比較例電池と
しては、補強シートを用いない以外は実施例電池と同様
に作製した。
【００２２】*実施例電池1（実施の形態1に相当） *実施例電池2（実施の形態2に相当） *実施例電池3（実施の形態1のバリエーション＜図3＞に
相当） *比較例電池1（負極が最外周の電池） *比較例電池2（正極が最外周の電池） これらの各電池をそれぞれ50個ずつ作製し、1.9メート
ルの高さより落下する落下実験を行った。このとき各電
池には治具を取り付け、電池の底部から床に落下するよ
うにして、電池がショートするまで落下を繰り返し、そ
の落下回数の平均値を調べた。
【００２３】次に示す表1は、そのときに得られた実験
データである。
【００２４】
【表1】
【００２５】当表から明らかなように、実施例電池1〜3
では、いずれも比較例電池1および2にくらべてショート
率が1/2以下に抑えられており、本発明の良好な性能が
呈されているのがわかる。すなわち本発明は、フィルム
状外装体を備えた電池において、エネルギー密度を良好
に保ちつつ、優れた強度を確保できるものと期待でき
る。
【００２６】4.その他の事項 上記実施の形態は、主として電極体20の最外周が正極板
21である構成について示したが、これは、最外周が正極
板21である場合に比較的短絡が生じやすいためであっ
て、本発明はこれ以外の電極体のものに（実施の形態
2）のような構成に適用しても良好な効果を得ることが
できる。
【００２７】上記実施の形態ではリチウムイオンポリマ
ー電池について示したが、本発明はもちろんこれに限定
されるものではなく、他の電極体を使用する場合に適用
しても構わない。また、補強シートの材質としては、上
記実施の形態に限定されず、このほかにポリプロピレン
テープ、ポリフェニレンサルファイドテープ、ポリイミ
ドテープなどが挙げられる。
【００２８】さらに、上記外装体にはラミネートフィル
ムを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されず、
ラミネートフィルム以外のフィルム外装体を用いてもよ
い。
【００２９】
【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
は、セパレータを介して正極板と負極板とを重ねてなる
方形状の電極体を、フィルムを貼り合わせてなる外装体
に封装した電池であって、前記外装体と前記電極体との
間隙では、前記方形状の電極体における一対の両辺のう
ち少なくとも1つの端部付近において、正極板の端部に
対応する領域に合わせて補強シートが被着されているの
で、前記補強シートによって落下などの衝撃を緩和し、
電池を保護することができる。すなわち柔軟なフィルム
状外装体が変形するのが抑制され、電極体の短絡や破損
といった問題が回避され、良好な電池性能が確保され
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の電池の部分断面斜視図である。
【図2】電池の部分断面図である。
【図3】実施の形態1のバリエーションの電池の部分断面
図である。
【図4】実施の形態2の電池の部分断面図である。
【図5】実施の形態3の電池の部分断面図である。
【符号の説明】
1 リチウムイオンポリマー電池 10 外装体 21 正極板 22 セパレータ 23 負極板 Ｓ1、Ｓ2、ＳＡ1、ＳＡ2、ＳＢ1、ＳＢ2 補強シート

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セパレータを介して正極板と負極板とを
    重ねてなる方形状の電極体を、フィルムを貼り合わせて
    なる外装体に封装した電池であって、 前記外装体と前記電極体との間隙では、前記方形状の電
    極体における一対の両辺のうち少なくとも1つの端部付
    近において、正極板の端部に対応する領域に合わせて補
    強シートが被着されていることを特徴とする電池。
  2. 【請求項2】 前記電極体は、負極、正極の順に幅方向
    長さの短い帯状体を有し、前記正極板および前記負極板
    を前記セパレータを介して巻き回してなる渦巻状電極体
    であることを特徴とする請求項1に記載の電池。
  3. 【請求項3】 前記補強シートは、前記電極体の最外周
    における電極板の終端部を留める巻き留めを兼ねている
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の電池。
  4. 【請求項4】 前記電極体において、正極板が電極体の
    最外周に位置することを特徴とする請求項1から3のいず
    れかに記載の電池。
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