JP2004503909A - リチウム−平板状電池 - Google Patents

Abstract

第１の薄層電極を収容するための第１のケーシング部と、第２の薄層電極を収容するための第２のケーシング部と、前記の薄層電極間に配置されたセパレータとからなるリチウム−平板状電池において、前記のケーシング部が導電性シートから形成され、前記のセパレータは２つのケーシング部の接触箇所の領域内で絶縁性のシール材料及び定着材料を有しており、前記の２つのケーシング部は前記のセパレータに接するシール材料及び定着材料を用いて結合して、前記のセパレータを介して閉じた一つのケーシングを形成しているリチウム−平板状電池。

Description

【０００１】
本発明は、第１の薄層電極を収容するための第１のケーシング部と、第１の薄層電極を収容するための第２のケーシング部と、前記の薄層電極間に配置されたセパレータとからなるリチウム−平板状電池に関する。このような平板状電池は特に米国特許第５，５５８，９５７号明細書及び欧州特許第８６２，２２７号明細書から公知である。
【０００２】
米国特許第５，５５８，９５７号明細書には、電極及びセパレータが特別なフレーム及び多層の伝導シートとを備えた複雑なケーシング中に収納されているセルが記載されている。このケーシングの複雑さによって、複数の層及び方向で多数の接着が生じるため、この公知のセルの機械的強度及び伝導性は疑わしい。欧州特許第８６２，２２７号明細書には、冒頭に挙げた種類のセルが記載されており、その際、この構造は簡単に見えるが、取り囲むケーシングシートを通して電極のコネクタ部を案内しなければならず、それに関連する密封の問題が伴うという難点が生じる。この密封の問題をこの公知の提案が、伝導部がネット構造を有することによって解決することを試みている。しかし、これは伝導部の効率及び機械的強度に関して不利に影響を及ぼす。
【０００３】
ドイツ国特許第３１２２２６５８号明細書には、電池のカップ部と蓋部との間の領域内でセパレータが突出し、その際、カップ部と蓋部との間にシール部が装入されている電池が記載されている。この場合、蓋部の上方へカップ縁部を折り曲げる際に生じる力を受け止めるために、カップ部が特に形状安定性で、強靱な部部材である。セパレータに対して危険なこの折り曲げ力は、この場合、カップ部の補強する隆起部によって特に受け止められる。それによりこの文献に記載された電池は強固であり、材料消費が著しくかつ複雑な構造で比較的重い。
【０００４】
米国特許第５７１４２８３号明細書からは、パンケーキ形の多層体として記載された電池が公知であり、この場合、セパレータはケーシング底部とケーシング蓋部との間の領域内で突出しているが、その箇所はシール機能又は密封機能は有していない。反対に、特別なシール材料及び固定リングがこの課題を別個に担っており、極めて複雑な構造となっている。
【０００５】
米国特許第５８０９９４４号明細書からは、コイン形セル又はボタン形セルが公知であり、この場合、セパレータはケーシング底部とケーシング蓋部との間に突出し、その箇所で折り曲げの際に押し潰される。このために、セパレータの周縁部は複数回折り返されるか又は折り畳まれ、その結果、折り曲げ時にセパレータの同様の複数の取り囲み領域は必然的に高い折り曲げ力にさらされ、それにより損傷されることがある。さらに、セルの形状から著しく強固なボディが生じる。折り曲げ時に生じる破損の危険性は、セルの折り曲げ縁部にシール材料を挿入することによりセパレータとシール材料との間で分離が生じるまで減少する。全体として折り曲げが原因となる漏れの危険を伴う複雑な構造が生じる。
【０００６】
米国特許第３９９７３６５号明細書から、ケーシング部の間の結合箇所で接着剤として突出する支持体材料にセパレータが懸架されているような解決策は公知である。この場合、このセパレータ自体は支持体機能を有しておらず、かつアノードとカソードとの間に典型的に配置されている。このことは特にこの解決策の実施態様から明らかであり、その際、セパレータは支持体材料内に包まれておらず、つまりケーシング部のための支持体機能を明らかに有していない。
【０００７】
本発明の課題は、
−　セパレータ自体が中心的な支持機能を担い、
−　簡単な構造で最小の部材数を有し、
−　シールの問題がなく伝導の可能な範囲での最前の効率を有し、かつ
−　特にデータ記憶カード、例えばスマートカード（Ｓｍａｒｔ−Ｃａｒｄ）において使用できる平板状電池を提供することであった。
【０００８】
前記の課題は、ケーシング部が導電性シートから形成され、セパレータは２つのケーシング部の接触箇所の領域内で電気的に絶縁性のシール材料を有しており、前記の２つのケーシング部は前記のセパレータに接するシール材料を用いて結合して、前記のセパレータを介在させて閉じた一つのケーシングを形成していることにより解決される。
【０００９】
この簡単な構造により、こうして形成されたケーシングは同時にコネクタ部を形成し、かつセパレータは同時に２つのケーシング部の結合用のシール材料の支持体でありかつケーシングを支持しかつ結合する部材であることが達成される。それにより本発明によるセルは特にプラスチックカードの厚さのデータ記憶システムに組み込むために適している。
【００１０】
本発明の有利な実施態様によると、ケーシング部が形成するシートが金属箔である。この構成により欧州特許第８６２２２７号による別々の支持体シートの必要性はなくなり、それに関連するシールの問題もなくなる。
【００１１】
本発明による他の詳細及び特徴は、本発明の可能な実施態様の添付図面と関連する次の記載から明らかである。
【００１２】
図１は本発明による平板状電池の断面図であり；
図２は他の実施態様の本発明による平板状電池の断面図である。
【００１３】
断面図で示された本発明による平板状電池は第１のケーシング部１を有し、このケーシング部１の大きさによって平板状電池のサイズが決まる。このケーシング部１はこの場合それぞれ適当なもしくは所望の形を有することができる。この第１のケーシング部１がその内側で、リチウムをインターカレートする活物質、例えば遷移金属酸化物（酸化マンガン、リチウム−コバルト−オキサイドなど）からなる第１の電極（３）を支持する。
【００１４】
第２のケーシング部２は電気化学的活物質、例えばリチウム−シート又は−黒鉛からなる第２の電極４（アノード）を支持し、そのケーシング縁部でセパレータ５を間に挟んでケーシング蓋部と対峙している。第２のケーシング部２の周縁部は有利に第１のケーシング部１の相応する周縁部よりも有利に小さい。電解質含有シートからなるセパレータ５はその周縁部でもしくは両方のケーシング部１，２の接触箇所の領域内で、電気的絶縁性の定着−及びシール材料５_１を有している。
【００１５】
定着能力の改善のため及び移行抵抗の減少のために、ケーシング部１，２の少なくとも一方の内側は、電極３，４を支持する領域内で導電性の導電剤及び定着剤で被覆されいる。
【００１６】
本発明の場合、ケーシング部１，２が形成するシートが、１２〜５０μｍ、有利に１５〜２５μｍの厚さを有する銅、アルミニウム、チタン又は特殊鋼からなる金属箔である場合が有利である。
【００１７】
２つのケーシング部１，２の結合及び封止のためのセパレータ５のシール材料５_１は、ヒートシール可能なポリマーシートであり、８０〜１３０℃でケーシング部１，２の接触箇所でシールされる。この場合、シール材料５_１は有利に変性されたポリマー、例えばポリオレフィン、ポリカーボネート又はポリエチレンテレフタレートからなる多層構造を有する。２つのケーシング部１，２は特にシール材料５_１を用いて９０〜１４５℃でかつ５〜２００ｍｂａｒ、有利に５０ｍｂａｒの圧力での真空シールにより有効に結合される。本発明の範囲を逸脱せずに、２つのケーシング部１，２のシールはシール材料５_１を用いて超音波により及び真空中で行うこともできる。
【００１８】
図示された断面図において、セパレータ５はそのシール材料５_１と共にわずかに第２のケーシング部２の周縁部を越えて突出し、それぞれ電極として機能する２つのケーシング部１，２の確実な絶縁を保障している。セパレータ５に接するシール材料５_１のこのような張り出しは、特に２つのケーシング部１，２のコネクタ部６，７の領域内に設けられている。
【００１９】
その際、本発明において、第１のケーシング部１はその平面延在部において第２のケーシング部２の縁部よりも大きいことは、つまり第２のケーシング部２の縁部を全ての縁側で越えていることは必須ではないが有利である。
【００２０】
ケーシング部１，２及びセパレータ５により形成される平板状電池の全体の厚さは明らかに１ｍｍを下回り、有利に０．４ｍｍである。それにより、本発明による平板状電池は特に有利にデータ記憶カードに組み込むことができる。この場合、もちろん、本発明の範囲を逸脱せずに、例えば図示されていないデータ記憶カード中に組み込まれた本発明による平板状電池をカバーシートを用いてカード内に溶接固定するか又は平板状電池を保護カバー中に溶接固定するか又は保護材料で被覆することが可能である。
【００２１】
例として示された実施態様の形の本発明による平板状電池は、図示された質量及び比率に関して限定されない。これはむしろ発明思想のよりよい条件のために選択される。本発明による平板状電池は冒頭に記載した先行技術のものと比較して、簡単な構造の利点、伝導部の機械的頑丈性の利点及び有害でかつ機械的強度に悪い影響を及ぼす漏出なしにシールの領域内での最高に有効なケーシングシールの利点を有する。それにより、本発明による平板状電池は全体で高い機械的強度の点で及び高い効率を有する電流の伝導の点で優れている。本発明による平板状電池のこの実施態様により特にコネクタ部６，７に対する高い折り曲げ保護及び湾曲保護が生じる。この平板状電池は従って、その全体の効率に悪い影響を与えることなしに強い機械的負荷のかかる環境における使用に適している。セパレータがケーシング部の結合用のシール材料の支持体として同時に機能するこの態様はセル構造の著しい簡素化をもたらす。
【００２２】
図２において、本発明による他の実施態様でのこのようなセル構造を図示する。この場合、セパレータ５′は断面図においてほぼ骨の形を有し、その結果、このセパレータ５′は全体として両面に周縁の隆起部と電極３′及び４′用の収容モジュールとを備えたほぼワッフルの形を有する。この周縁の隆起部では、セパレータ５′は定着材料及びシール材料５_１′を有する。この材料はシートの形であることができるが、周縁の隆起部の一部であってもよい。この場合にケーシング部１′及び２′はセパレータ５′もしくはその周縁の隆起部５_１′上に平らに載置されている。それにより明らかに間隔をおいたコネクタ部６′及び７′を備えた寸法的に簡単なセルボディが形成され、同時にセパレータ５′はその周縁の隆起部によってセルの基本構造として機械的に安定な形で形成される。このワッフル状の構造によって、セパレータ５′は全体のセルの中心的支持体として特に適している。この場合に、セパレータ及びケーシング部により形成されるセルボディは絶縁層及び保護層により取り囲まれているのが有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による平板状電池の断面図。
【図２】
他の実施態様の本発明による平板状電池の断面図。

Claims (8)

1. 第１の薄層電極を収容するための第１のケーシング部と、第２の薄層電極を収容するための第２のケーシング部と、前記の薄層電極間に配置されたセパレータとからなるリチウム−平板状電池において、前記のケーシング部（１，２）が導電性シートから形成され、前記のセパレータ（５）は２つのケーシング部（１，２）の接触箇所の領域内で電気的に絶縁性のシール材料及び定着材料（５_１）を有しており、前記の２つのケーシング部（１，２）は前記のセパレータ（５）に接するシール材料及び定着材料（５_１）を用いて結合して、前記のセパレータ（５）を介して閉じた一つのケーシングを形成していることを特徴とするリチウム−平板状電池。
2. ケーシング部（１，２）を形成するシートが金属箔である、請求項１記載のリチウム−平板状電池。
3. ケーシング部（１，２）の少なくとも一方の内側が、薄層電極（３，４）を収容する領域内で導電剤及び定着剤で被覆されている、請求項１及び２のいずれか１項記載のリチウム−平板状電池。
4. 一方のケーシング部（１）の接触箇所が、他方のケーシング部（２）の接触箇所よりもより大きな寸法を有し、セパレータ（４）に接するシール材料はより大きな寸法を有する接触箇所を覆う、請求項１から３までのいずれか１項記載のリチウム−平板状電池。
5. ケーシング部（１，２）を形成するシートが少なくともその一方の面に電解的に析出される銅粒子からなる被覆を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載のリチウム−平板状電池。
6. セパレータ（４）に接するシール材料が、少なくともケーシング部（１，２）を形成するシートの電流の取り出すためのコネクタ部（６，７）の領域内で、ケーシング部（１，２）により形成される平板状電池の包囲ラインを越えて突出する、請求項１から５までのいずれか１項記載のリチウム−平板状電池。
7. セパレータ（５′）が周縁の隆起部（５_１′）と電極（２′，３′）用の収容モジュールとを備えたワッフルの形を有する、請求項１から３までのいずれか１項記載のリチウム−平板状電池。
8. ケーシング部（１′，２′）とセパレータ（５′）とにより形成されるセルボディが、コネクタ部（６′，７′）を除いて絶縁層及び保護層により取り囲まれている、請求項７記載のリチウム−平板状電池。