JP2004213963A

JP2004213963A - 薄型電池

Info

Publication number: JP2004213963A
Application number: JP2002380410A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Hirata; 典彦枚田; Kyoichi Watanabe; 恭一渡邉; Tatsuumi Onishi; 達海大西
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】水分の侵入を抑制して性能維持を図ることが可能な薄型電池を提供する。
【解決手段】外周部の端縁から導出する端子を有する薄型電池１０であって、正極活性物質が塗着された２枚の正極板１０１と、微多孔性膜の５枚のセパレータ１０２と、負極活性物質が塗着された２枚の負極板１０３と、各正極板１０１と接続された正極端子１０４と、各負極板と接続された負極端子１０５と、図示しない電解質と、これらを封止する電池外装１０６、１０７と、当該電池外装１０６、１０７と端子１０４、１０５との間のシールフィルム１０８とから構成されている。シールフィルム１０８は、水架橋型樹脂で構成されており、電池外装１０６、１０７の外周縁から端子の導出方向に略円弧形状に突出しており、電池外装１０６、１０７の開口断面の一部を覆っている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、電池外装内に発電要素が収容され、前記電池外装の外周縁から電極端子が導出した薄型二次電池に関する。
【０００２】
【背景技術】
ポリエチレン系樹脂から成る電池外装の内部に発電要素を収容して封止し、当該電池外装の外周縁から電極端子を導出させた薄型電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、電池外装をポリエチレン系樹脂で構成した場合には、当該電池外装を介して、大気中の水分が電池外装内部の発電要素に侵入し、この水分と発電要素の電解液中の電解質とが反応してアニオンを形成して電極端子を腐食するため、当該腐食箇所から電解液が漏洩するおそれがあり、当該薄型電池の性能維持を十分に図ることはできない。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２５９８５９号公報
【０００５】
【発明の開示】
本発明は、電池外装内に発電要素が収容され、前記電池外装の外周縁から電極端子が導出した薄型電池であって、特に、発電要素への水分の侵入を抑制して性能維持を図ることが可能な薄型電池を提供することを目的とする。
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、最内層の第１の合成樹脂層及び第２の合成樹脂層を少なくとも有する封止手段を備え、前記封止手段の内部に発電要素が収容されて封止され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記封止手段の外周縁から導出された薄型電池であって、前記封止手段の第１の合成樹脂層は、水架橋型樹脂を含み、前記電極端子が導出された封止手段の外周縁において、前記第１の合成樹脂層の外周縁が、前記第２の合成樹脂層の外周縁に対して前記電極端子の導出方向に突出していると共に、前記第１の合成樹脂層の突出部分が、前記封止手段の第２の合成樹脂層の開口断面の一部を覆っている薄型電池が提供される。
【０００７】
本発明では、封止手段の内部に発電要素を収納して封止し、発電要素の電極に接続された電極端子が封止手段の外周縁から導出された薄型電池において、前記封止手段の最内側に位置する第１の合成樹脂層を水架橋型樹脂で構成し、電極端子が導出する封止手段の外周縁において（以下、単に、端子導出部ともいう）、第１の合成樹脂層の外周縁を、封止手段の第１の合成樹脂層とは異なる第２の合成樹脂層の外周縁に対して、電極端子の導出方向に突出させると共に、当該突出部分が、端子導出部の周囲の前記第２の合成樹脂層の開口断面を覆う。このように、封止手段の第２の合成樹脂層の開口断面を、水架橋型樹脂から成る第１の合成樹脂層で覆うことにより、当該水架橋型樹脂が、封止手段の第２の合成樹脂層を介して侵入しようとする大気中の水分と接触して、当該水分を架橋反応に消費し、封止手段内の発電要素に水分が侵入するのを抑制することができ、当該薄型電池の性能維持を図ることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図２は、図１（Ｂ）のＩＩ部の拡大断面図である。
【０００９】
図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装１０６と、下部電池外装１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１、セパレータ１０２、負極板１０３及び電解質を特に発電要素１０９と称する。
【００１０】
なお、正極板１０１、セパレータ１０２及び負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１、３枚のセパレータ１０２及び１枚の負極板１０３でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板及びセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【００１１】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比で例えば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１２】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ_２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。
【００１３】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶性炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、又は黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵及び放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンを例えば固形分比１００：５で混合し、乾燥させた後に粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤を例えば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延した後に所定の大きさに切断したものである。
【００１４】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量に伴って出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１５】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えても良い。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される、厚さが２５μｍ〜５０μｍの微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１６】
なお、本発明に係るセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限定されず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔性膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能及びセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００１７】
発電要素１０９を構成する電解質は、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質である。この液体電解質は、後述する電池外装１０６、１０７及びシールフィルム１０８によって形成される空間に注入された後、電池外装１０６、１０７の外周縁が熱融着などの方法により封止されて密閉されており、電池外装１０６、１０７及びシールフィルム１０８と、発電要素１０９との間の空間に満たされている。
【００１８】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒を用いることができる。
【００１９】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、活当該正極板１０１と負極板１０３との間にセパレータ０１２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。
【００２０】
そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続されており、当該正極端子１０４の一部が、発電要素１０９を封止している電池外装１０６、１０７の一方の端部から導出している。なお、正極端子１０４は、電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができる。また、本例の正極側集電部１０４ａは、正極板１０１の集電体を構成するアルミニウム箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａを構成することもできる。
【００２１】
また、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されており、発電要素１０９を封止している電池外装１０６、１０７の他方の端部から導出している。なお、負極端子１０５は、電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、例えば、ニッケル、銅又はステンレスなどを挙げることができる。また、本例の負極側集電部１０５ａは、負極板１０３の集電体を構成するニッケル箔や銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０５ａを構成することもできる。
【００２２】
本発明の実施形態における電池外装１０６、１０７は、発電要素１０９を封止している。上部電池外装１０６は、図２に示すように、正極端子１０４側から薄型電池の外側に向かって、第１の樹脂層１０６ａ（封止手段の第２の合成樹脂層）、金属層１０６ｂ、第２の樹脂層１０６ｃの順で３つの層１０６ａ〜１０６ｃが積層されている。この３つの層１０６ａ〜１０６ｃは、上部電池外装１０６の全面に渡って積層されており、第１の樹脂層１０６ａは、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。第２の樹脂層１０６ｃは、例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。金属層１０６ｂは、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。従って、上部電池外装１０６は、例えば、アルミニウムなどの金属箔の一方の面（薄型電池の内側面）をポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの樹脂でラミネートし、他方の面（薄型電池の外側面）をポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材などの可撓性を有する材料で形成される。
【００２３】
下部電池外装１０７は、上部電池外装１０６と同様の構造のものが用いられ、図２に示すように、正極端子１０４の側から薄型電池の外側に向かって、第１の樹脂層１０７ａ（封止手段の第２の合成樹脂層）、金属層１０７ｂ、第２の樹脂層１０７ｃの順で、３つの層１０７ａ〜１０７ｃが積層されている。下部電池外装１０７の第１の樹脂層１０７ａは、上部電池外装１０６の第１の樹脂層１０６ａと同様に、例えばポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、アイオノマーなどの耐電解液性及び熱融着性に優れた樹脂フィルムである。下部電池外装１０７の金属層１０７ｂは、上部電池外装１０６の金属層１０６ｂと同様に、例えば、アルミニウムなどの金属箔である。下部電池外装１０７の第２の樹脂層１０７ｃは、上部電池外装１０６の第２の樹脂層１０６ｃと同様に、例えばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた樹脂フィルムである。なお、図２には正極端子１０４の断面図を示したが、負極端子側の断面も同様の構造である。このように、電池外装部材に、樹脂層に加えて金属層を具備させることにより、電池外装部材自体の強度を向上させることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明の実施形態においては、正極端子１０４と電池外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンの一部を、シラン基で置換した水架橋型樹脂で構成されたシールフィルム１０８（封止手段の第１の合成樹脂層）が介在されている。
【００２５】
同様に、電池外装部材１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装部材１０６、１０７とが接触する部分に、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンの一部を、シラン基で置換した水架橋型樹脂で構成されたシールフィルム１０８が介在している。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、このシールフィルム１０８は、正極端子１０４が導出する電池外装１０６、１０７の外周縁から、端子の導出方向に円弧状にはみ出している。さらに、図１（Ｂ）及び図２に示すように、シールフィルム１０８のはみ出した部分が、鉛直方向に対しても円弧状に盛り上がり、端子導出部において、上部電池外装１０６の第１の樹脂層１０６ａの開口断面と、下部電池外装１０７の第１の樹脂層１０７ａの開口断面とを塞いでいる。
【００２７】
同様に、図１（Ａ）に示すように、負極端子１０５が導出する電池外装１０６、１０７の外周縁から、端子の導出方向に円弧状にはみ出しており、図１（Ｂ）に示すように、当該シールフィルム１０８のはみ出した部分が、鉛直方向に対しても円弧状に盛り上がり、端子導出部において、上部電池外装１０６の第１の樹脂層１０７ａの開口断面と、下部電池外装１０７の第１の樹脂層１０７ａの開口断面とを塞いでいる。
【００２８】
なお、電池外装部材を構成する層数は上記に限定されず、必要とされる層数を適宜設定することが可能である。また、シールフィルムを介在させずに、水架橋型樹脂で電池外装部材の第１の樹脂層を構成しても良い。
【００２９】
このように、水架橋型樹脂によりシールフィルムを構成し、当該シールフィルムにより電池外装のポリオレフィン系樹脂から成る第１の樹脂層の開口断面を塞ぐことにより、当該ポリオレフィン層から薄型電池の内部に侵入する大気中の水分を架橋反応により捕らえて消費することが可能となり、薄型電池の内部への水分の侵入を抑制することが可能となる。これにより、電極端子の腐食による電解液の漏洩を抑制し、薄型電池の性能維持を図ることが可能となる。また、上述の大気中の水分の消費により、水架橋型樹脂における水架橋反応が進むので、シールフィルム自体の熱的特性や機械的特性が向上する。
【００３０】
また、シールフィルムを電池外装の外周縁からはみ出させることにより、電極端子と当該シールフィルムとの接合面積が拡がり、電極端子と電池外装との接合強度が向上し、薄型電池の封止性が向上する。さらに、シールフィルムを円弧状にはみ出させることにより、電極端子に印加される外力を当該円弧形状に沿って放散することが可能となる。
【００３１】
特に、電極端子と電池外装との接合面は、異種材料同士の界面を構成しているため、長時間使用した薄型電池の内部に発生するガスによる内圧や当該薄型電池の外部からの外力の印加により、界面剥離が発生し、当該剥離箇所から電解液が漏洩する場合がある。これに対して、上述のように、端子導出部の強度を向上させると共に外力を放散することにより、内圧或いは外力による端子導出部の界面剥離を回避して薄型電池の信頼性を向上させることが可能となる。
【００３２】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】図２は、図１（Ｂ）のＩＩ部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電部
１０５…負極端子
１０５ａ…負極側集電部
１０６…上部電池外装
１０６ａ…第１の樹脂層
１０６ｂ…金属層
１０６ｃ…第２の樹脂層
１０７…下部電池外装
１０７ａ…第１の樹脂層
１０７ｂ…金属層
１０７ｃ…第２の樹脂層
１０８…シールフィルム
１０９…発電要素

Claims

最内層の第１の合成樹脂層及び第２の合成樹脂層を少なくとも有する封止手段を備え、前記封止手段の内部に発電要素が収容されて封止され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記封止手段の外周縁から導出された薄型電池であって、
前記封止手段の第１の合成樹脂層は、水架橋型樹脂を含み、
前記電極端子が導出された封止手段の外周縁において、前記第１の合成樹脂層の外周縁が、前記第２の合成樹脂層の外周縁に対して前記電極端子の導出方向に突出していると共に、前記第１の合成樹脂層の突出部分が、前記封止手段の第２の合成樹脂層の開口断面の一部を覆っている薄型電池。
前記第１の合成樹脂層が、略円弧状に突出している請求項１記載の薄型電池。