JP2003077450A

JP2003077450A - 薄型電池

Info

Publication number: JP2003077450A
Application number: JP2001267007A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nishimura; 隆西村; Hironori Kuriki; 宏徳栗木; Yasuhiro Yoshida; 育弘吉田; Osamu Hiroi; 治廣井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2001-09-04
Publication date: 2003-03-14

Abstract

(57)【要約】【課題】電池のパッケージに大きな衝撃が加わり、電
池体がパッケージ内で移動したとしても、リードの破損
を防止することができるとともに、信頼性の高い薄型電
池を提供する。【解決手段】正極と負極とがセパレータを介して積層
された積層体または積層巻回された巻回体からなる電池
体を、前記正極と負極にそれぞれ接合された複数のリー
ドをパッケージの外部に取り出した状態で封口してなる
電池。前記リードが折り曲げ可能な帯状体からなり、該
帯状体の前記電池体の近傍に湾曲部が成形されていると
ともに、該湾曲部の直径が電池体とパッケージとのあい
だに生じる隙間の距離より小さくされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄型電池に関する。
さらに詳しくは、正極と負極とがセパレータを介して積
層された積層体または積層巻回された巻回体からなる電
池体を、正極と負極にそれぞれ接合された複数のリード
をパッケージ外部に取り出した状態で封口してなる薄型
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、薄型電池について説明する。この
電池は従来よりさまざまな装置の主電源やバックアップ
電源として用いられており、とくに近年では携帯用電子
機器の発達に伴い、リチウムイオン二次電池などの充電
可能な高性能の電池が注目を集めている。

【０００３】つぎにこのリチウムイオン二次電池を説明
する。従来、リチウムイオン二次電池は、正極と負極と
のあいだに絶縁および電解質保持の機能をもつセパレー
タを配置して、これらを円筒状または平板状に巻回して
金属製の缶に収納したのち、その缶による圧力により正
極、セパレータおよび負極を密着させて、電極とセパレ
ータとのあいだの接触を保持している。

【０００４】しかし、缶が金属製であるために、電池自
体の重量が増加してしまうという問題がある。また、薄
型の缶を製造することが困難であるという問題もある。
そのため、小型携帯機器などに搭載するうえで、軽量か
つ薄型にすることが重要な課題となっている。

【０００５】この課題に対する従来技術としては、正極
および／または負極とセパレータとを予め接合させるこ
とにより、金属製の剛性のある缶を必要としない電池の
構造および製造法が特開平１０−１７７８６５号公報な
どにおいて提案されている。これにより、金属缶を用い
ない軽量かつ薄型の電池の製造が可能である。

【０００６】このリチウムイオン二次電池は、金属缶に
代えて、軽量で、かつ透湿性のないアルミニウムなどの
金属箔または金属箔と樹脂の積層材を箱型に成形して貼
り合せた蓋体と缶体からなる容器、または金属箔と樹脂
の積層材で形成した袋が用いられている。

【０００７】図４〜５は金属缶を用いない従来のリチウ
ムイオン二次電池の一例を示す。図４は一部破断正面図
であり、図５は図４のＢ−Ｂ線断面図である。電池体３
１はセパレータを介して正極および負極が順次積層また
は巻回されており、リード３２は銅、アルミニウムまた
はニッケルなどの導電性金属の薄板で作られている。リ
ード３２は、一端が電池体３１の正極および負極にそれ
ぞれ少なくとも１個は接合され、他端が蓋体と底体とか
らなるパッケージ３３の外に突出している。パッケージ
３３は、アルミニウムなどの金属箔と熱融着性樹脂の積
層体からなり、リード３２の表裏に設けられた封止部分
であるヒートシール部３５を介して、パッケージ３３の
外縁部が熱融着されて封口されている。

【０００８】リード３２が接合された電池体３１は、減
圧下で所定容器内に収容され、電解液が予備充電され
る。そののち、アルミニウムなどの金属箔または金属箔
に変性ポリエチレンなどの熱融着性樹脂を積層もしくは
コートした材料からなり、三方が封止され一方に開口部
を有するパッケージ３３に電池体３１が収納され、熱融
着によりヒートシール部３５を介してパッケージ３３が
封口される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のリチウムイオン
電池は、以上のように構成されているが、パッケージ３
３は、前述したようにアルミニウムなどの金属箔やアル
ミニウムに樹脂を積層した材料で作られている。パッケ
ージ３３が絞り加工で作られる場合には、側壁をつなぐ
辺および側壁と絞り底をつなぐ辺には必ず丸みが必要で
ある。絞り加工をし、一方を残して三方を封止したパッ
ケージ３３に電池体３１を収納すると、必ずパッケージ
３３と電池体３１とのあいだに図６に示すような隙間Ｓ
ができる。また、パッケージ３３を絞り加工で形成せず
に、単なる平板を融着して袋状に形成する場合でも、電
池体３１に厚さがある限り、電池体３１とパッケージ３
３とのあいだには隙間ができる。この隙間があるため、
電池を搭載した機器の落下や運搬中の振動時に、図７
（ａ）、（ｂ）に示すように電池体３１がパッケージ３
３の中で動くため、リード３２が変形し破損するおそれ
がある。また、パッケージ３３は柔軟なため、前述のよ
うな衝撃がさらに激しくなると、パッケージ３３が変形
するため、電池体３１とパッケージ３３とのあいだの隙
間Ｓの距離より、さらに大きく電池体３１がパッケージ
３３内で移動し、図８に示されるようにリード３２の破
損の確率が高まるおそれがある。

【００１０】本発明は、前記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、たとえ電池のパッケージに
大きな衝撃が加わり、電池体がパッケージ内で移動した
としても、リードの破損を防止することができるととも
に、信頼性の高い薄型電池を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
薄型電池は、正極と負極とがセパレータを介して積層さ
れた積層体または積層巻回された巻回体からなる電池体
を、前記正極と負極にそれぞれ接合された複数のリード
をパッケージの外部に取り出した状態で封口してなる電
池であって、前記リードが折り曲げ可能な帯状体からな
り、該帯状体の前記電池体の近傍に湾曲部が成形されて
いるとともに、該湾曲部の直径が電池体とパッケージと
のあいだに生じる隙間の距離より小さくされてなること
を特徴とする。

【００１２】また、請求項２記載の本発明の薄型電池
は、前記電池のパッケージの材料は金属箔または金属箔
と樹脂の積層材である。

【００１３】さらに請求項３記載の本発明の薄型電池
は、前記電池のリードの材料がアルミニウム、ニッケ
ル、銅またはこれらのうち、少なくとも２種の複合材で
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の実施の形態を説明する。

【００１５】実施の形態１図１は本実施の形態１にかかわる薄型電池のリードを成
形する加工方法および電池体にリードを取り付ける手順
を説明する模式図である。図１（ａ）に示されるよう
に、成形前の折り曲げ可能な薄板状の帯状体であるリー
ド１の一端部近傍に、図１（ｂ）に示されるように丸棒
２を押圧して、少なくとも１部分に比較的小さなＲを有
する湾曲部３を成形する。ついで図１（ｃ）に示される
ように、リード１の他端部に熱融着性樹脂からなるヒー
トシール部４を形成する。つぎに図１（ｄ）に示される
ように、リード１は電池体５を積層または巻回する前
に、前記湾曲部３側の一端部を電池体５の正極および負
極に超音波接合またはかしめなどの手段により接合され
る。接合されたリード１には、比較的小さな曲率をもつ
Ω状の湾曲部３が設けられているが、このΩ状の湾曲部
の径は、図２に示されるように、電池体５がパッケージ
６内に収納された際に電池体５とパッケージ６とのあい
だに生じる隙間Ｓの寸法より小さく、電池体５が無理な
くパッケージ６内に収納される寸法にされている。

【００１６】つぎに本発明を実施例に基づいて説明する
が、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

【００１７】実施例１まず材質がアルミニウムおよびニッケルで、厚さが０．
１ｍｍ、幅が５ｍｍの長尺状薄板のリード１を２枚作製
したのち、図１（ｂ）に示すように直径０．５ｍｍの丸
棒２に添わせて成形することにより、Ω状の湾曲部３を
有するリード１を得た。曲げられた薄板の湾曲部３の内
径はほぼ０．５ｍｍであった。このΩ状に曲げられたリ
ード１の所定の端部に図１（ｃ）に示すように、ヒート
シール部４のポリプロピレン樹脂を付けたのち、電池部
材である正極および負極の集電箔に、樹脂を付けたΩ状
湾曲部３を有するリード１を超音波溶接にて接合した。
得られた金属薄板のリード１付きの正極および負極と、
ポリエチレン製の多孔質フィルムを接着剤を塗りながら
巻回することにより、図１（ｄ）に示すような一体型の
電池体５を得た。

【００１８】得られた電池体５を、金型を用いて容器状
に絞り加工されたアルミラミネートフィルム製のパッケ
ージ６内に収納し、リード１のヒートシール部４をパッ
ケージ材であるアルミラミネートフィルムの両側からヒ
ートシールし、パッケージ６の１辺のシールを行なっ
た。なお、絞り加工されたアルミラミネートフィルム製
のパッケージ容器の内径寸法は、電池体１の外径寸法よ
り２ｍｍ大きく、電池体５をパッケージ６に収納した際
には、電池体５の４辺の周囲に約１ｍｍの空間が生じ
た。リード１付近の断面形状の模式図が図２に示されて
いる。

【００１９】つぎにパッケージ６の未シール部の３辺の
うち、２辺をヒートシールによりシールした。ついでパ
ッケージ６の残る１辺の未シール部より、所定量の電解
液をパッケージ６内に注入したのち、パッケージ６の残
る１辺をヒートシールした。得られた電池を樹脂製のパ
ックに収納し、パッケージ６より突出しているリード１
をパックに固定した。以上の工程で同様の電池パックを
１０個作製した。

【００２０】得られた電池パックをリード１側が下にな
るように持ち、硬いコンクリート上でタッピングを１０
０回行なう衝撃試験を行なった。この試験により、図３
（ａ）に示されるように、電池体５がパッケージ６内で
右（矢印Ｆ１方向）に動いたり、図３（ｂ）に示される
ように、電池体５がパッケージ６内で左（矢印Ｆ２方
向）に動いたりする。そののち、電池パックを解体し、
パッケージ６より電池体５を取り出したのち、リード１
の破損状況を顕微鏡にて観察した。１０個の電池を観察
した結果、リード１にクラックなどの破損は全く確認さ
れなかった。

【００２１】実施例２前記実施例１で行なったΩ状の成型時に使用した丸棒治
具として、直径０．２ｍｍのものを用いた。また、負極
リードの材質として銅を用いた。これ以外は、実施例１
と同じ工程で電池体１を得て電池化し、電池パックを１
０個作製した。また、実施例１と同様にタッピングを行
ない、同様に解体後、リードの破損状況を確認した。こ
の結果、１０個の電池にリードの破損は認められなかっ
た。

【００２２】比較例前記実施例１、２で行なったリードのΩ状の成型を行な
わない以外は、実施例１、２と同じ工程で電池体５を得
て電池化し、電池パックを１０個作製した。ついで実施
例１、２と同様にタッピングを行ない、同様に解体後、
リードの破損状況を確認した。この結果、３個の電池で
正極および負極リードにクラックが認められた。そのう
ち、１個の電池ではアルミニウム製正極リードが完全に
破断していた。クラックおよび破断が生じた部分は、す
べて図７(ａ)におけるＤの部位であり、この部位では図
８に示すようにリードが鋭角に折れ曲がっていた。

【００２３】以上のように、比較例では１０個のうち、
４個にリード破損が認められたのに対し、実施例１、２
ではリードの破損は全く認められなかった。比較例で
は、図８で示したとおり、衝撃時にリードが鋭角に屈曲
し、ひずみが屈曲部の先端に集中していた。また、衝撃
を繰り返すあいだ、リードが折れたり伸びたりを繰り返
すため、さらに屈曲先端部が疲労し、リードが破損した
ものと考えられる。これに対し、実施例１、２では、比
較例と同様に衝撃が加わって電池体５がパッケージ６内
で移動しても、図３(ａ)、(ｂ)に示すように鋭角な屈曲
は生じないため、衝撃時の応力はΩ状湾曲部３で分散し
たものと考えられる。いわゆる、部分的な湾曲部３が蝶
番作用を有しているともいえる。また、比較的小さな湾
曲部３は、衝撃時にスペーサーまたはクッション材とし
て機能する効果を有すると考えられる。

【００２４】なお、本実施例１では、リードの材質にア
ルミニウムおよびニッケルを用いたが、両方の材質で効
果が確認されたことから、銅などやこれらの金属のう
ち、少なくとも２種の複合材（金属材）などについても
同様の効果が期待できる。

【００２５】また、本実施例１、２では、湾曲部の形状
をΩ状としたが、比較的小さく湾曲されていれば同様の
効果が期待できる。湾曲部の外径は、最大で電池体とパ
ッケージとのあいだの隙間の距離であり、最小値は、湾
曲成形が可能な範囲で決まるとともに、リードの材質や
厚さなどにより適宜選定することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の薄型電池
によれば、部分的に比較的小さく湾曲されるリードを用
いることにより、リードの破損を防止することができ
る。したがって、信頼性の高いモバイル機器用電池の供
給が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態１にかかわる薄型電池のリード
を成形する加工方法および電池体にリードを取り付ける
手順を説明する模式図である。

【図２】図１におけるリード形状を有する電池体をパ
ッケージ内に収納したときのリード付近の模式断面図で
ある。

【図３】電池体がパッケージ内で左方向Ｆ２と右方向
Ｆ１に移動した際のリードの変形状態を示す模式図であ
る。

【図４】従来の金属缶を用いないリチウムイオン二次
電池の一例を示す一部破断正面図である。

【図５】図４のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】従来の電池体をパッケージ内に収納したとき
のリード付近の模式断面図である。

【図７】図６の電池体がパッケージ内で左右に移動し
た際のリードの変形状態を示す模式図である。

【図８】図７（ａ）のＤの部位における、電池の衝撃
試験を行なったのちに観察されるリードのクラックを示
す図である。

【符号の説明】

１リード、２丸棒、３湾曲部、４ヒートシール
部、５電池体、６パッケージ、Ｓ隙間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田育弘東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者廣井治東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5H011 AA03 AA09 CC02 CC06 CC10 DD13 EE04 FF04 HH02 5H022 AA09 AA18 BB02 BB11 CC03 CC12 EE03 EE04 KK03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正極と負極とがセパレータを介して積層
された積層体または積層巻回された巻回体からなる電池
体を、前記正極と負極にそれぞれ接合された複数のリー
ドをパッケージの外部に取り出した状態で封口してなる
電池であって、前記リードが折り曲げ可能な帯状体から
なり、該帯状体の前記電池体の近傍に湾曲部が成形され
ているとともに、該湾曲部の直径が電池体とパッケージ
とのあいだに生じる隙間の距離より小さくされてなるこ
とを特徴とする薄型電池。
【請求項２】前記電池のパッケージの材料が金属箔ま
たは金属箔と樹脂の積層材である請求項１記載の薄型電
池。
【請求項３】前記電池のリードの材料がアルミニウ
ム、ニッケル、銅またはこれらのうち、少なくとも２種
の複合材である請求項１または２記載の薄型電池。