JP2003346779A

JP2003346779A - 非水電解質二次電池

Info

Publication number: JP2003346779A
Application number: JP2002148951A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Usumi; 羽隅　　毅
Original assignee: Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Current assignee: Sanyo GS Soft Energy Co Ltd
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】ラミネートフィルム中の金属と負極とが接触し
ても電池本体が発熱せずに、電池の端子電圧変化として
検出できる非水電解質二次電池を提供する。【解決手段】金属と樹脂とのラミネートフィルムからな
る容器２に、正負極板５，７及びセパレータ６を含む蓄
電要素８が収納された電池１において、ラミネートフィ
ルムの金属（バリア層２ｂ）が、抵抗４を介して正極と
電気的に接続されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、非水電解質二次
電池、特に携帯用電話機等の小型機器に用いられる電池
に属する。

【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小型電子機器が普及してい
る。それにともなって、内蔵される電池は、高エネルギ
ー密度を有し、且つ軽量なものが要求されている。その
ような要求を満たす典型的な電池は、リチウム塩を溶解
した有機溶媒を電解質とする非電解質二次電池である。
この電池は、リチウム金属やリチウム合金等の活物質、
または、リチウムイオンをホスト物質（ここでホスト物
質とは、リチウムイオンを吸蔵又は放出できる物質を言
う。）である炭素に吸蔵させたリチウム化合物を負極材
料としている。

【０００３】この電池は、上記の負極材料をその支持体
である集電体に保持している負極板と、リチウムイオン
と可逆的に電気化学反応をする正極活物質をその支持体
である正極集電体に保持してなる正極板と、電解液とそ
の電解液を保持するとともに負極板と正極板との間に介
在して両極の短絡を防止するセパレータを蓄電要素とし
ている。集電体は、フィルムないし箔状である。

【０００４】蓄電要素の形態としては、複数枚の正極板
及び負極板がセパレータを介して積層された積層タイプ
と、１枚の帯状の正極板及び負極板がセパレータを介し
て重ね合わされて渦状に巻かれた巻きタイプとがある。
例えば巻きタイプの電池の場合、正極板及び負極板は、
セパレータを介して渦状に巻かれ、その蓄電要素の外周
部をテープで巻留められ、ステンレス、アルミニウム等
の金属からなる容器に収納され、電解液を注入後、蓋板
で密封固着して組み立てられる。

【０００５】最近では、電池の軽量化や電池デザインの
自由化などの要請から、電池容器をアルミニウム箔と樹
脂を積層して得られるラミネートフィルムで構成した電
池容器が実用化されている。このような電池において、
前記フィルムのうち容器の内面側に位置する樹脂が集電
体のバリなどに起因にして貫通され、フィルム内のアル
ミ箔が負極と接触すると、リチウム−アルミ合金が生成
し、アルミニウム箔の微粉化が起こる。その結果、フィ
ルムの気密性の低下を招き、大気中の水分が浸入するな
どして電池が膨らみ、機器に装着困難となる。そして、
この現象は充放電の繰り返し等により経時的に反応が進
行するため、製造時にはこのような接触が生じていても
製造直後では検知できず、また、使用途中でこのような
接触が生じた場合にもこれを検出することができない。

【０００６】そこで、負極とアルミニウム箔との接触を
防止するために、（１）蓄電要素全体を絶縁テープで包
む方法、並びに（２）ラミネートフィルムの金属と電池
の正極を電気的に接続する事により、ラミネートフィル
ム中の金属の電位を正極の電位に準ずるようにし、ラミ
ネートフィルム中の金属が負極と接触した場合に、電池
の端子電圧変化として検出する方法が提案されている
（特開２０００−３５３５０２）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、絶縁テープで
包むことは電池全体を厚くし、軽量化に反する。また、
ラミネートフィルムの金属と電池の正極を電気的に接続
し、ラミネートフィルム中の金属が負極と接触した場合
に、電池の端子電圧変化として検出する方法は、負極と
正極が電気的に短絡するため、電池本体が発熱する危険
性を伴う。それ故、この発明の課題は、ラミネートフィ
ルム中の金属と負極とが接触しても電池本体が発熱せず
に、電池の端子電圧変化として検出できる非水電解質二
次電池を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の非水電解質二次電池は、金属と樹脂とのラ
ミネートフィルムからなる容器に、１または２以上の正
負極板及びセパレータを含む蓄電要素が収納された電池
において、ラミネートフィルムの金属が、抵抗を介して
正極と電気的に接続されていることを特徴とする。

【０００９】本発明の電池では、ラミネートフィルム中
の金属が、抵抗を介して正極と電気的に接続されている
ので、上記金属が負極と接触したときに流れる短絡電流
は小さく、電池本体の発熱量も少ない。又、上記接触の
有無を電池の端子電圧変化として検出する機能も維持さ
れる。本発明の好ましい構成は、上記負極板のうち最も
外側に位置するものが、容器の内面と対向している電池
である。この場合に、負極とラミネートフィルム中の金
属とが接触しやすく、発明の作用を顕著に発揮するから
である。また、その構成のうち上記蓄電要素が渦状に巻
かれたタイプのものは、蓄電要素の外周全体が負極板と
なるので、一層好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】―実施形態１― 本発明の実施形態を図面とともに説明する。図１は本発
明に係わる第一の実施形態の非水電解質二次電池を示す
正面図である。図２はその電池の断面図である。図３
は、実施形態の電池に適用される蓄電要素の概略構造図
を示す斜視図である。以下、この実施形態とともに本発
明の電池について更に詳しく説明する。

【００１１】電池１は、電池容器２と、電池容器に収納
された蓄電要素８と、リード３ａ，３ｂとを備えてい
る。電池容器２は、外側から順に、１０〜２５μｍ厚の
ＰＥＴフィルムからなる表面保護層２ａ、１０〜５０μ
ｍ厚のアルミニウム箔からなるバリア層２ｂ、２０〜６
０μｍ厚のＰＥフィルムなどの絶縁性樹脂からなる溶着
層２ｃを重ね合わせたラミネートフィルムからなる。蓄
電要素８は、集電体に活物質を塗布してなる正極板５、
ポリエチレンなどの樹脂の微多孔膜からなるセパレータ
６、及び集電体にホスト物質を塗布してなる負極板７か
らなる。セパレータ６には電解液が保持されている。電
解液は、エチレンカーボナイトＥＣ：ジエチルカーボナ
イトＤＥＣ＝１：１（体積比）の混合液にリチウム化合
物を溶解させたものである。

【００１２】リード３ａ，３ｂは、平面型で、電池容器
２外に露出しており、電池容器２内の正極板５と負極板
７に接続されると共に、溶着部３ｄにおいてラミネート
フイルム間より電池容器２外に露出している。正極リー
ド３ａは、表面のＰＥＴ層の一部が剥離されアルミニウ
ムが露出した電池容器表面接続部（封口部に位置する）
とが、チップ状の抵抗４を介して導線により接続されて
いる。抵抗４は電池容器の外にある保護回路等が実装さ
れている基板９上に取り付けられている。蓄電要素８
は、外側から順に、負極板７、セパレータ６、正極板５
及びセパレータ６を重ね合わせてポリエチレンの長方形
状の巻芯（図示略）を中心として、長辺が電極板の巻軸
と平行になるよう、その周辺に渦状に巻かれている。そ
して、ポリプロピレンからなる巻き止め用テープ（図示
略）で巻かれた状態に固定されている。

【００１３】この蓄電要素８を上記のラミネートフィル
ム２枚で包み、これらのラミネートフィルムの周縁部分
を折り返し、その周縁部分において溶着層２ｃ同士を熱
溶着することで、蓄電要素８を収納した状態で電池容器
が所定形状に形成される。さらに、各電極、セパレータ
が十分湿潤する量の電解液を電池容器２の中に真空注入
し、開口部を熱溶着させることにより、電池１が製作さ
れている。

【００１４】リード３ａ，３ｂは、５０から１００μｍ
の銅、アルミニウム、ニッケルなどの金属導体で構成さ
れ、本電池では、正極用にアルミニウム、負極用にニッ
ケルを用いている。抵抗を接続するためには、表面保護
層２ａの一部を剥がしてバリア層２ｂを露出させて電池
容器２の表面に接続部を作り、この部分と正極リードと
を抵抗を介して電気的に接続する。この抵抗は、保護回
路などが実装されている基板に取り付けられるのが構造
上好ましい。また、その抵抗は、あまり大きい抵抗値を
有するとラミネートフィルム中の金属と正極を絶縁して
しまうため、１００００Ω以下が適当である。逆に前記
抵抗値が小さいと負極と上記金属が接触したときの短絡
電流が大きくなり、発熱や電池の膨張を引き起こすこと
がある。このため、前記抵抗は１００Ω以上のものが適
切である。

【００１５】このように、本発明の電池では、ラミネー
トフィルムの金属が、抵抗を介して正極と電気的に接続
されることにより、樹脂が貫通されてラミネートフィル
ム中の金属が負極と接触しても、抵抗が介在しているた
め流れる短絡電流は小さい。それ故、短絡電流に起因す
る電池本体の発熱量は微小であり、又電池の正極リード
とラミネートフィルム中の金属が電気的に接続されてい
るので端子電圧の変化を測定することで、短絡の有無を
検出できる。

【００１６】―実施形態２― 本発明の第二実施形態の非水電解質二次電池を図４に斜
視図として示す。また、図４のＶ部におけるラミネート
フィルムの厚み方向断面図を図５に示す。この実施形態
の電池１は、抵抗４の接続形態が実施形態１と異なる以
外は実施形態１の電池１と同形同質であるので、以下に
抵抗４の接続形態のみを説明する。先ず、抵抗４は好ま
しくは基板９に適当な手段で機械的に固定されている。
基板９には厚み方向に貫通するように方形の正極端子窓
５ａ及び負極端子窓７ａが形成されており、正極リード
３ａが正極端子窓５ａに、負極リード３ｂが負極端子窓
７ａに各々基板９の裏面側から固定されている。そし
て、抵抗４の一端が正極端子窓５ａを介して正極リード
３ａに接続されている。一方、図５に示すように、電池
容器２の溶着層２ｃ同士が溶着されている折り返し部分
にアルミニウム製のリベット１０が貫通し、このリベッ
ト１０にアルミニウムの板１１の一端が固定され、板１
１の他端が抵抗４の他端に接続されている。これによ
り、正極板５とバリア層２ｂとが抵抗４を介して電気的
に接続した状態とされている。ちなみに板１１を用いる
ことなく図６に示すように抵抗４をリベット１０に直接
接続することもできるが、板１１を用いる方が接続しや
すい。この実施形態の電池１においてもラミネートフィ
ルム中の金属（バリア層２ｂ）が負極と接触したときに
流れる短絡電流は、抵抗４の存在故に小さく、発熱量も
微小である。また、端子電圧の変化から短絡の有無を検
出できる点も同様である。

【００１７】なお、ラミネートフィルム中の金属と正極
との抵抗を介しての接続方法は、以上の実施形態に限る
ものではなく、例えば電池容器内で接続しても良いし、
図２における封口部３ｄで接続しても良い。また、電池
１単独でラミネートフィルム中の金属と正極とが抵抗を
介して接続された構造となっていなくても、電池１が機
器に装填された状態で正極とラミネートフィルム中の金
属とが接続されるような構造としてもよい。例えば電池
容器２の表面にラミネートフィルム中のバリア層２ｂと
抵抗を介して導通している端子部を設けておき、試験装
置や使用機器に挿入した場合に、この端子部と電池１の
正極リードとが接触するようにすればよい。

【００１８】

【実施例】上記実施形態２の電池を下記のように製作し
た。正極活物質ＬｉＣｏＯ₂９２ｗｔ％と導電材として
のアセチレンブラック４ｗｔ％とポリフッ化ビニリデン
４ｗｔ％と適量のＮ―メチルピロリドンとを不活性雰囲
気下で混合した。これを厚さ２０μｍアルミニウム箔に
塗布し、１２０℃で乾燥した後、１５０μｍに圧延し、
幅４５ｍｍに切断することにより、正極板５を作成し
た。

【００１９】負極活物質である天然黒鉛粉末５０ｗｔ％
と人工黒鉛粉末４６％とポリフッ化ビニリデン４ｗｔ％
と適量のＮ―メチルピロリドンとを不活性雰囲気下で混
合した。これを厚さ２０μｍアルミニウム箔に塗布し、
１２０℃で乾燥した後、１５０μｍに圧延し、幅４５ｍ
ｍに切断することにより、負極板７を作成した。セパレ
ータ６としては、厚さ２０μｍ、幅４７ｍｍのポリエチ
レンからなる微多孔性フィルムを使用した。電池容器２
としては、バリア層２ｂとなる厚さ４０μｍのアルミニ
ウム箔に、片面に表面保護層２ａとなる厚さ２０μｍの
ＰＥＴフィルムが接着され、もう一方の面に熱溶着層２
ｃとなる厚さ４０μｍのＰＥフィルムが接着されたアル
ミラミネートフィルムを使用した。このラミネートフィ
ルムを、長さ３３ｍｍ、長さ４０ｍｍ、深さ３ｍｍのカ
ップ型に成形した。

【００２０】リードは負極用と正極用の２種類を製作し
た。負極リード３ｂは、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ
０．１ｍｍのニッケル製で、これを負極活物質塗布前に
負極板７のアルミニウム箔に超音波溶着しておいた。正
極リード３ａは、長さ４０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．１
ｍｍのアルミ製で、これを正極活物質塗布前に正極板５
のアルミニウム箔に超音波溶着しておいた。電解液とし
ては、ＥＣ５０ｗｔ％、ＤＥＣｗｔ５０％の混合溶媒
に、ＬｉＰＥ ₆を１モル／リットル溶解したものを使用
した。蓄電要素は、上記正極板５、電解液を含ませた上
記セパレータ６及び上記負極板７を重ねて、リード３
ａ、３ｂ接続部を中心にして最も外側に負極板７が位置
するように巻くことによって、軸方向長さ４７ｍｍ、幅
３９ｍｍ、厚さ３ｍｍの寸法に製作された。

【００２１】電池の組み立てを、以下に、説明する。上
記蓄電要素を電池容器２のカップ部に挿入し、未成形の
平らなラミネートフィルムで蓋をし、両ラミネートフィ
ルムの周辺を折り返し、１５０℃で熱溶着した。それか
ら、ラミネートフィルムの折り返し部にアルミニウム製
の板１１を当てた状態でアルミニウム製のリベット１０
を貫通させ、かしめることにより板１１を固定した。そ
して、この板１１の先端に１００Ωの市販のチップ抵抗
４の一端を接続し、抵抗４の他端を正極端子窓を介して
正極リード３ａに接続した。これにより、容量６００ｍ
Ａｈの非水電解質二次電池を製作した。

【００２２】比較例１として、前記板１１と正極リード
３ａとを、抵抗４を介さずに、直接接続した以外は上記
実施例と同形同質の電池を製作した。同じく比較例２と
して、前記板１１と正極リード３ａとを接続してない以
外は上記実施例と同形同質の電池も製作した。次に、上
記により製作された３種類の電池の各々に対して電流３
００ｍＡ、電圧４．２Ｖ、５時間の定電流定電圧充電を
おこなった。そして、負極板７と上記ラミネートフィル
ム中のアルミニウムとを強制的に短絡させるために、ラ
ミネートフィルムにおける負極リード３ｂの直ぐ上の位
置２ｄに１８０℃の金属棒を押し当てた。この押し当て
により負極リード３ｂを挟む熱溶着層２ｃが軟化し、バ
リア層２ｂであるアルミニウムと負極リード３ｂとが接
触するようになった。

【００２３】その結果、本発明実施例は、ゆっくり放電
して、電池電圧が低下して、一週間後には電池電圧は０
Ｖになり、使用できない状態になった。比較例１は、急
激に放電して、電池は約８０℃近くまで発熱し電池容器
が膨れ、一日後に電池電圧が０Ｖになった。比較例２
は、電池電圧にほとんど変化は無かったが、一週間後ラ
ミネートフィルムに黒い点が発生した。この黒い点は、
アルミニウムとリチウムの合金であることが判明した。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、金属と樹脂とのラミネ
ートフィルムで構成された電池容器の金属が、抵抗を介
して正極板と電気的に接続されているので、ラミネート
フィルムの金属と負極とが電気的に短絡しても電池本体
があまり発熱することがない。また、電池の端子電圧変
化を測定することにより短絡の有無を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１に係る電池を示す斜視図である。

【図２】上記電池の厚み方向断面図である。

【図３】上記電池に適用される蓄電要素の概略構造を
示す斜視図である。

【図４】実施形態２に係る電池を示す斜視図である。

【図５】図４のＶ部におけるラミネートフィルムの厚
み方向断面図である。

【図６】実施形態２に係る電池の変形例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１電池２電池容器２ａ表面保護層２ｂバリア層（ラミネートフィルムの金属）２ｃ熱溶着層３ａ、３ｂリード４抵抗５正極板６セパレータ７負極板８蓄電要素９基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属と樹脂とのラミネートフィルムからな
る容器に、正負極板及びセパレータを含む蓄電要素が収
納された電池において、ラミネートフィルムの金属が、
抵抗を介して正極と電気的に接続されていることを特徴
とする非水電解質二次電池。