JP2002507050A - 密閉封止型バッテリーのパッケージ材料 - Google Patents

密閉封止型バッテリーのパッケージ材料

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Abstract

(57)【要約】 第１の金属箔の層と、第２の金属箔の層と、第１および前記第２の各金属箔層の間に配置され、第１の金属箔層と第２の金属箔層の間に前もって定めた間隔を設定する中間の隔離層と、第１の金属箔層上に第１のセルフシールポリマーで形成される第１の層とを具備する、ポリマー製電解槽すなわちバッテリーのパッケージ用の柔軟な積層材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は一般にパッケージ材料に関し、さらに詳細に述べると、電気化学装置
のパッケージおよび気密封止用の柔軟な積層物に関する。本発明は特に電解質セ
ルおよびバッテリーのパッケージに適用でき、このケースについて特に言及して
説明する。しかしながら、本発明はポリマー電解質を使用するかまたは装置を環
境から遮断するために気密性のパッケージを必要とする電気化学装置のパッケー
ジに適用すると有利であることが了解されよう。
【０００２】 （発明の背景） マイクロエレクトロニクスにおける改良によって、携帯型の完全なパッケージ
とする様に電子装置に直接内蔵できる電解槽に対する要求が増加した。マイクロ
エレクトロニクスにおける改良によって電子装置のサイズが小さくなるのに伴い
、このような装置内の電源のスペースと重量も同様に減少した。この結果バッテ
リーが供給できる、単位スペース当たりの電力を最大にすることが重要であるが
、同時に、重量を最小にし電子装置の電源のスペースを十分に利用することが重
要である。柔軟なパッケージを使用して電解質バッテリーまたはセルを囲うこと
はバッテリーまたはセルの重量を低減する１つの方法であり、このようなパッケ
ージは変わった形状のスペースに合わせやすい。柔軟なパッケージはさらに気密
性のあるバッテリー容器を提供することができ、そしてさらに、従来のパッケー
ジ、すなわち金属缶または成形加工したプラスチックケースより軽い。柔軟なパ
ッケージはまた容易にバッテリー構造の形状と同じ形状にもなる。
【０００３】 柔軟なパッケージは単一層のポリマーフィルムまたは単一層の金属箔で形成す
ることができるが、通常は靭性をもたせるためのポリマー層と、気密性のバリヤ
を形成する金属箔層と、および接着剤または封止材の第３の層とを有する多層材
料からなる。この多層材料はぴったりと包み込む、たとえばバッテリーまたはセ
ルの周りで折り畳むのに必要な大きさにされる。通常熱と圧力をこの材料が重な
り合う縁の部分に加えて封止部を形成しセルまたはバッテリーを囲包する。材料
を折るなどの操作およびバッテリーまたはセルを効果的にパッケージングするの
に必要なぴったりとしたラッビングを行なうには材料を形成する種々の層に相当
の応力を加える。このような応力は金属箔層内のクラックの生成を招く可能性が
ある。金属箔中に存在する可能性がある「ピンホール欠陥」に加え、このような
クラックによってパッケージの気密性が損なわれたり、溶媒がバッテリーから漏
れるかまたは水蒸気および酸素がバッテリー内に浸入する可能性がある。金属箔
層の厚みを気密性の問題を避けるのに十分な厚さに増加すると、重量、厚み、剛
性および製造費の望ましくない増加が必要になる可能性がある。
【０００４】 本発明はこれら問題やその他の問題を克服し、電解質バッテリーすなわちセル
のような電気化学装置のパッケージを形成する柔軟な多層材料を提供する。
【０００５】 （発明の概要） 本発明によれば、第１の金属箔の層と、 第２の金属箔の層と、 前記第１および前記第２の各金属箔層の間に配置され、前記第１の金属箔層お
よび前記第２の金属箔層の間に前もって定めた間隔を設定する中間の隔離層と、 前記第１の金属箔層上にあって、接着剤のような性質を持つ材料で形成され、
厚みが約７６μｍより小さい第１のセルフシール層と、 前記第２の金属箔層上にあって、接着剤のような性質を持つ材料で形成され、
厚みが約７６μｍより小さい第２のセルフシール層とを具備する、ポリマー製電
解槽すなわちバッテリーのパッケージ用の柔軟な積層材料が提供される。
【０００６】 本発明の他の態様によれば、厚みが約２μｍから約１００μｍの第１および第
２のアルミニウム箔の層と、 前記アルミニウム各層の間に配置され厚みが約２μｍから約１００μｍの熱可
塑性材料の層と、 前記アルミニウム箔の各層に塗布され、熱可塑性ポリマーで形成される封止剤
−接着剤の各層とを具備する、ポリマー製電解槽のパッケージ用の柔軟な多層材
料が提供される。
【０００７】 本発明の目的は電気化学装置のパッケージ用積層材料を提供することにある。 本発明の他の目的は、前に述べたように電解槽すなわちバッテリーのパッケー
ジ用積層物を提供することにある。
【０００８】 本発明の他の目的は、前に述べたように熱および圧力を加えた場合セルフシー
ル性である積層材料を提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、前に述べたように多層の金属箔を有してパッケー
ジの気密性を確保する積層材料をを提供することにある。
【０００９】 これらの目的およびその他の目的は添付図面を参照した以下の好ましい実施形
態の説明から明白になるであろう。 本発明はある部品の物理的な形および部品の配置をとることができ、本発明の
好ましい実施形態は明細書の中で詳細に説明され、その部品の一部を形成する添
付図に例示される。
【００１０】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 図について説明すると、これらの図は本発明の好ましい実施形態を説明する目
的のためだけに示したものであり、図と同一のものに限定するためのものではな
い。図１は柔軟な積層した材料２０で形成されるパッケージまたは容器１４を備
えるバッテリー１０を示す。パッケージ１４は電気化学装置を囲うようになされ
る。図示した実施形態では、リード１６、１８を備える平板型固体電解質セル１
２が示されている。パッケージ１４は一般に１枚の積層材料２０のシートから形
成され、このシートの一方の側の上に１個または複数の長方形のセル１２を置い
て形成される。各リード１６、１８の一部が材料２０上に位置し、リード１６、
１８の一部が材料２０の縁を越えて伸張するようにこのセル１２の位置が定めら
れる。その後、材料２０の他の半分がセル１２の上に折り返されて材料２０の他
方の側に重なる。材料２０は、折り重ねた場合、材料がセル１２の三方の外周縁
を越えて伸張し粘着性の密閉材同士が接合するのに必要な大きさにされる。これ
らの三方の縁に熱もしくは圧力またはその両方を加えてセル１２の外周をシール
する。これまで述べたようなバッテリー１０のパッケージ１４を形成するこの方
法は、パッケージ１４の形状と同様、一般に従来から知られている。この点、セ
ル１２およびパッケージ１４は、それ自体、本発明の一部を形成するものではな
い。本発明は特に外側パッケージ１４を形成する積層材料２０に関する。
【００１１】 本発明によれば、材料２０は好ましくは積層構造であり、少なくとも２つの金
属箔の層と、この２層の金属箔層の間の隔離層と、および少なくとも１つの圧力
または熱に敏感なセルフシール材を備える。
【００１２】 この２つの金属箔層はパッケージ１５内に気密性の障壁を形成するバリヤ層と
して設けられる。金属箔層はバッテリーすなわちセル内への空気の移動、および
／またはセルからの溶媒の移動を防ぐために設けられる。中間の隔離層は金属箔
の各層を隔離し「切り離す」ために設けられる。さらに詳細に述べると、各金属
箔層間の隔離はピンホールまたはクラックのようなそれぞれの金属箔層の欠陥の
配列や保持によって積層材料の気密性が損なわれるのを防ぐために設けられる。
さらに、各金属箔間に間隔離を置いて単一の金属箔層内のクラックまたは穴の漏
れが他の金属箔層に浸透または伝播するのを防ぐ。以下でより詳細に説明するよ
うに、隔離層は広範囲の材料で構成することができ、主に２つの金属箔層の間に
間隔を取るかまたはこれらの層の隔離を行なうために設けられる。２つの金属層
間の間隔を取ることに加えて、パッケージ１４に物理的強度、すなわち引っ張り
強さ、耐貫通性および剛性を与えるような機械的物性を隔離層が有することが好
ましい。セルフシールの層は加熱および冷却された場合、もしくは加圧下または
その両方の条件下で積層材料２０のセルフシール層自体または他の層の１つと接
合または結合しそれが接触するどんな面をも封止するような粘着性がある材料と
して設けられる。
【００１３】 図について説明すると、図３Ａ〜図３Ｄに材料２０の好ましい実施形態を示す
。図３Ａ〜図３Ｄに示す積層物は基本的に各層の順序や群が異なるだけで同様の
材料の層で形成される。好ましい実施形態によれば、図３Ａ〜図３Ｄに示す積層
材料はそれぞれ少なくとも２つの金属箔層を備える。金属箔層は積層材料２０に
特定の機械的物性を与えるように選択される同じ様なまたは異なった金属箔で形
成することができる。たとえば、１つの層をアルミニウム箔で形成し、他の層を
銅箔で形成することができる。材料２０で使用するのに好ましい金属箔はアルミ
ニウム、銅、ニッケルおよびステンレススチールから成る群から選択される。金
属箔層は好ましくは厚みが１００μｍ（ミクロン）より小さく、さらに好ましく
は、５から５０μｍの間の厚みであり、最も好ましいのは５から１２μｍの間で
ある。好ましい実施形態では、金属層は両方ともアルミニウム箔で形成される。
【００１４】 中間の隔離層について説明すると、この層は布地か、スクリムか、紙か、ポリ
マーフィルムか、粘着テープか、他の金属箔またはこれらの組み合わせで形成す
ることができる。この点で、中間隔離層それ自体を多層にすることができる。た
とえば、中間隔離層は、両面に接着剤の層がある織った布地で形成し、この接着
剤で布地を各金属層に固定することができる。前述のように、隔離層のおもな機
能は金属箔層を隔離することである。さらに、中間隔離層は材料２０に構造的強
度も与える。これは好ましくは機械的に望ましい特性を持つ材料で中間隔離層を
形成し、たとえば薄い接着剤の層を追加して、このような材料を金属箔層に固定
することによって達成される。本発明によれば、中間隔離層は好ましくはポリマ
ーの材料で形成される。ポリマー材料はフィルムまたは樹脂材料でも良く、また
このようなフィルムまたは樹脂材料は接着剤のような性質を有して、フィルム自
体または樹脂材料自体が金属箔層に接着することもできる。接着剤の層だけで各
金属箔層の間の中間隔離層を形成することもできる。
【００１５】 中間隔離層の厚みの合計は好ましくは約２μｍから約１００μｍで、さらに好
ましくは約３μｍから約１８μｍである。好ましい実施形態では、材料２０の中
間隔離層は、熱可塑性材料、エンジニアリング熱可塑性材料、熱可塑性材料の混
合物、熱硬化性材料および熱可塑性材料と熱硬化性材料の混合物などのポリマー
材料で形成されるが、これらの材料に限定される訳ではない。ポリマー材料は接
着剤の薄い層によって金属層に接合される。このポリマー層は１つの金属箔層を
他の金属箔層または他の材料から隔離し、また材料２０に強度を与えるために設
けられる。好ましい実施態様においては、中間隔離層は接着剤の薄い層によって
金属箔層に接合されたＭｙｌａｒ（登録商標）から成る。
【００１６】 セルフシール層について説明すると、この層は好ましくは少なくとも１つの外
側の薄膜層を備える。セルフシール層（または複数の層）は熱もしくは圧力に敏
感かまたはその両方に敏感な材料で形成され、加熱工程および／または加圧工程
によって同様の材料で出来た他の層に接合し、バッテリーパッケージの形成を可
能にする。セルフシール層（複数層を含む）は電気的な絶縁体で、その層が接触
する可能性がある電気化学装置のどのような部品または部品類に対しも化学的お
よび物理的な影響を及ぼさない材料から、単一押出し成形、共押出し成形または
積層のどれを用いても形成することができる（たとえば、バッテリーの電解質溶
液に溶解してはならない）。そのような材料の代表的なものはアクリル樹脂、エ
チレンアクリル酸（ＥＡＡ）共重合体、ＥＥＡ共重合体、エチレンメタクリル酸
（ＥＭＡ）共重合体、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）共重合体、ポリメチ
ルアクリレート（ＰＭＡ）アクリロナイトライト、ビニルクロライドポリプロピ
レン（ＶＣＰＰ）共重合体、アクリル酸ニトリル―ブテジエン―スチレン（ＡＢ
Ｓ）共重合体、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）、ならびに
前述の改質ゴム化合物などである。好ましい実施形態では、セルフシール層はデ
ュポン社製の熱可塑性材料であるＳＵＲＬＹＮ（登録商標）またはＮＵＣＲＥＬ
（登録商標）で形成される。このセルフシール層の厚みは約７６μｍより小さく
、約３８μｍから約６４μｍの間にあるのがより好ましい。
【００１７】 材料２０全体の厚みは、この後説明するように、材料２０が十分に柔軟性を維
持してセル１２のまわりを包み込むことができるように、好ましくはできるだけ
薄く保つ。同時に、材料２０ および材料の個々の層は、好ましくは十分な厚み
を有して、材料２０にパッケージ１４に要求される靭性および気密性をもたらす
のに必要な機械的物性を与える。この点で、材料２０の全体の厚みは、好ましく
は１５２．４μｍより小さく、好ましくは約６０μｍから約１２７．０μｍの範
囲にあり、さらに好ましくは約１０１．６μｍから約１２７．０μｍの範囲にあ
る。
【００１８】 図について説明すると、本発明の特定の実施形態が示してある。図３Ａは中間
の隔離層が２つのポリマーフィルムの層からなる好ましい材料２０を示す。この
２つのポリマー層は２つの金属箔層の間に挟まれている。好ましくは接着剤（図
示してない）の薄い層が使用されて、構造体のポリマー層を互いに接合し、また
金属箔層に接合する。各金属箔層の上にセルフシール層または接着剤が設けられ
る。
【００１９】 図３Ｂは、図３Ａの内側の各ポリマー材料層と金属箔層の配置が交互になるよ
うに配列を変えた多層の材料２０を示す。この構成では、ポリマー層の１つが２
つの金属箔層の間の中間隔離層を形成し、もう１つのポリマー層は付加的な構造
上の層として形成される。図３Ａに示した実施形態におけるのと同様に、１つま
たは複数の層を別の層に固定するために接着剤（図示してない）を使用すること
ができる。これら２つの金属箔層および２つのポリマー材料層はセルフシールの
２つのポリマー層の間に挟まれる。
【００２０】 図３Ｃは、セルフシール層がただ１つだけであることを除けば図３Ｂに示す材
料と一般に同じである材料２０を示す。このセルフシール層は一方の金属箔層を
覆うことが好ましい。
【００２１】 図３Ｄは２つの金属箔層と、隔離層を形成する単一の接着剤層とからなる材料
を示す。セルフシール材料の単一層が１つの金属箔層の上に配置される。この実
施形態においては、補強材のポリマーは設けられていない。この実施形態におい
ては、各金属箔層をお互いに接合するために、圧力を受けて接着するような実際
の接着剤が各金属箔層の間に塗布される。
【００２２】 このようにして本発明は材料２０の気密性を改善するために間隔を離して配置
した２つの金属箔層２４、２６を有する多層材料２０を提供する。２つの金属箔
層２４、２６によって、パッケージ１４の漏れの可能性は著しく減少する。金属
箔層２４、２６の両方にクラックまたは欠陥が存在しても、２つの金属箔層が隔
離しているので、このようなクラックまたは欠陥がお互いに保持（配列）される
可能性は非常に小さい。この結果、流体が空隙またはクラックを通して金属層の
１つに浸透した場合、第２の金属箔層の別の空隙またはクラックに到達するため
にはそれぞれの層の面に沿って水平に移動する必要がある。材料２０の面を通り
ぬける流体移動は浸透が著しく遅く、このように浸透して第２の金属箔層を通し
て漏出する可能性は著しく低い。間隔をあけて離した２つの金属箔層を設けるこ
とによって、パッケージの気密性が、パッケージの強度とともに改良される。
【００２３】 以上本発明の好ましい実施形態について説明した。本発明の明細書を読めば数
多の変形形態および変更形態が当業者に思い浮かぶであろう。耐久的な気密性を
提供するために２つまたは３つの金属箔層を構造体および／または接着性ポリマ
ー層の他の数多の組み合わせと組み合わせて、望ましい程度の強度、柔軟性、耐
久性、厚み、重量、接着力などを達成することができることが当業者には明らか
であろう。たとえば、熱可塑性材料を除く他のタイプの接着剤、たとえばコンタ
クト接着剤を原則的に使用することができる。封止方法としては熱、圧力、超音
波、高周波誘導等、およびこれらの組み合わせを使用する方法がある。このよう
な変更形態および変形形態はすべて、本発明の請求範囲に入る限り請求項または
これと同等のものとして含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 柔軟な積層材料から形成される従来のバッテリーパッケージを示す平面図であ
る。
【図２】 図１に示すバッテリーパッケージを形成するのに使用される積層材料シートの
図である。
【図３Ａ】 本発明の好ましい実施形態を示す柔軟な積層物を示す拡大断面図である。
【図３Ｂ】 本発明の第２の実施形態を示す柔軟な積層物を示す拡大断面図である。
【図３Ｃ】 本発明の第３の実施形態を示す柔軟な積層物を示す拡大断面図である。
【図３Ｄ】 本発明の第４の実施形態を示す柔軟な積層物を示す拡大断面図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年３月２８日（２０００．３．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4F100 AB10A AB10B AB17A AB17B AB33A AB33B AK01E AK03C AK03D AK41E AK68C AK68D AK70D AT00E BA05 BA06 BA07 BA10C BA10D CB00E DG11E GB48 JB13C JB13D JB16C JB16D JB16E JL01 JL11 JL12C JL12D JL13C JL13D YY00A YY00B YY00C YY00D YY00E 5H011 AA01 AA17 BB03 CC02 CC06 CC10 KK01

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の金属箔の層と、 第２の金属箔の層と、 前記第１および前記第２の各金属箔層の間に配置され、前記第１の金属箔層お
    よび前記第２の金属箔層の間に前もって定めた間隔を設定する中間の隔離層と、 前記第１の金属箔層上に第１のセルフシール材料で形成され、厚みが約７６μ
    ｍより小さい第１の層と、 前記第２の金属箔層上に第２のセルフシール材料で形成され、厚みが約７６μ
    ｍより小さい第２の層とを具備する、ポリマー製電解槽すなわちバッテリーのパ
    ッケージ用の柔軟な積層材料。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２の金属箔層がアルミニウムで形成される
    請求項１に記載の柔軟な材料。
  3. 【請求項３】 前記第１および第２の金属箔層が銅で形成される請求項１に
    記載の柔軟な材料。
  4. 【請求項４】 前記第１および第２の金属箔層の厚みが約２μｍと約１００
    μｍの間にある請求項２に記載の柔軟な材料。
  5. 【請求項５】 前記第１および第２の金属箔層の厚みが約３μｍと約１８μ
    ｍの間にある請求項４に記載の柔軟な材料。
  6. 【請求項６】 前記第１および第２のセルフシール層がＳＵＲＬＹＮ（登録
    商標）で形成される請求項１に記載の柔軟な材料。
  7. 【請求項７】 前記中間隔離層は織った布地、スクリム、ポリマーフィルム
    、接着剤、樹脂フィルムおよびこれらの組み合わせおよび／またはこれらの積層
    物からなる群から選択される材料で形成される請求項１に記載の材料。
  8. 【請求項８】 前記中間の隔離層の厚みが２μｍと１００μｍの間にある請
    求項７に記載の材料。
  9. 【請求項９】 前記１つまたは複数のセルフシール層は圧力に敏感な材料で
    形成される請求項１に記載の材料。
  10. 【請求項１０】 前記１つまたは複数のセルフシール層は熱可塑性または熱
    硬化性の熱に敏感な材料で形成される請求項１に記載の材料。
  11. 【請求項１１】 前記セルフシール層はポリオレフィン材料で形成される請
    求項１に記載の材料。
  12. 【請求項１２】 前記セルフシール層はエチレンビニルアセテートの混合物
    である請求項１に記載の材料。
  13. 【請求項１３】 厚みが約２μｍから約１００μｍの第１および第２のアル
    ミニウム箔の層と、 前記アルミニウム各層の間に配置され厚みが約２μｍから約１００μｍの熱可
    塑性材料の内側隔離層と、 前記アルミニウム箔の各層に塗布され、熱可塑性ポリマーで形成される封止剤
    でかつ接着剤の各層とを具備する、ポリマー製電解槽のパッケージ用の柔軟な積
    層材料。
  14. 【請求項１４】 前記内側層はポリエステルで形成される請求項１３に記載
    の柔軟な積層物。
  15. 【請求項１５】 前記接着性の層はＳＵＲＬＹＮ（登録商標）で形成される
    請求項１４に記載の柔軟な積層物。
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