JP2005149882A

JP2005149882A - 電気化学セル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2005149882A
Application number: JP2003385011A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Takeda; 和俊竹田; Tsugio Sakai; 次夫酒井; Kensuke Tawara; 謙介田原; Shuichi Aizu; 修一会津; Hiroyuki Koseki; 裕之小関
Original assignee: SII Micro Parts Ltd
Current assignee: SII Micro Parts Ltd
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】電気化学セルから外部に延出した外部リード端子の極性を識別する。
【解決手段】発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の形状、幅、長さ及び厚みを相違させて、正極、負極の識別を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、外装体にてキャパシタや電池等の発電要素を収納した電気化学セル及びその製造方法に関する。より詳細には、外部リード端子形状に特徴のある電気化学セルに関する。

近年、電子機器の発達にともない、小型で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な非水電解質二次電池などの高性能薄型電池が期待されている。外装体にて発電要素を収納し、その発電要素と接続した外部正極リード端子及び外部負極リード端子を電池の外部に延出させたシート形もしくは扁平型電池が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
特開平１０−２１４６１４号公報（第２頁、第１図）特開平１１−２０４０９０号公報（第３頁、第４図）特開２００１−３５４７７号公報（第２頁、第１図）

特許文献１、２、３に記載されている電池は、外部正極リード端子と外部負極リード端子が同一形状、同一幅、同一長、同一厚みであり、一目で、どちらの外部リード端子が正極もしくは負極であるが識別がつかず、電池を機器に使用する上で、甚だ不都合である。

上記課題を解決するために、本発明は、発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の形状を正極と負極で相違させた電気化学セルである。本発明は、発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の幅を正極と負極で相違させた電気化学セルである。本発明は、発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の長さを正極と負極で相違させた電気化学セルである。本発明は、発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の厚みを正極と負極で相違させた電気化学セルである。このような構成とすることにより、外部正極リード端子と外部負極リード端子の形状、幅、長さ、及び厚みが相違しているので、一目で、どちらのリード端子が正極で、どちらのリード端子が負極であるのかが容易に識別出来、本発明の電気化学セル電池を機器に使用する上で、非常に便利である。

本発明は、予め厚みの相違する正極外部リード端子及び負極外部リード端子を準備する工程と、前記正極外部リード端子及び負極外部リード端子を電極体に接続する工程と、前記電極体を主体とする発電要素を外装体にて内包する工程と、電気化学セルをヒートシールにて封口する工程とを備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法である。本発明は、発電要素を外装体にて封口する電気化学セルの製造方法であって、前記電気化学セルを封口した後、正極と負極の外部リード端子の長さを相違させる工程を備える電気化学セルの製造方法である。本発明は、発電要素を外装体にて封口する電気化学セルの製造方法であって、予め厚みの相違する正極外部リード端子及び負極外部リード端子を準備する工程と、前記正極外部リード端子及び負極外部リード端子を電極体に接続する工程と、前記電極体を主体とする発電要素を外装体にて内包する工程と、電気化学セルをヒートシールにて封口する工程とを備える電気化学セルの製造方法である。

特別な設備が不要で、簡単な製造方法を用いることにより、外部正極リード端子と外部負極リード端子の形状、幅、及び長さが相違している電気化学セルを製造できるので、一目で、どちらのリード端子が正極で、どちらのリード端子が負極であるのかが容易に識別出来る電気化学セルを提供できる。本発明の電気化学セル電池は機器に使用する上で、非常に便利である。

本発明は、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、電気二重層キャパシタに適用して効果が大である。さらに、本発明は、二次電池のみならず一次電池にも適用して効果が大である。

以上詳述したとおり、本発明は、外部正極リード端子と外部負極リード端子の形状、幅、長さ、及び厚みが相違しているので、一目で、どちらのリード端子が正極で、どちらのリード端子が負極であるのかが容易に識別出来る。本発明の電気化学セル電池は機器に使用する上で、非常に便利である。

本発明は、外部正極リード端子と外部負極リード端子の形状、幅、及び長さが相違している電気化学セルを製造できるので、一目で、どちらのリード端子が正極で、どちらのリード端子が負極であるのかが容易に識別出来る電気化学セルを提供できる。本発明の電気化学セル電池は機器に使用する上で、非常に便利である。

また、本発明は、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、電気二重層キャパシタに適用して効果が大である。さらに、本発明は、二次電池のみならず一次電池にも適用して効果が大である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明を実施するための最良の形態の一例を示す電気化学セル１０の断面図である。一対の正極１、負極２は、それぞれ電極活物質と必要により導電性を付与するための炭素等の導電剤と樹脂等の結着剤を混合した混合物からなり、金属製の箔、板、ネット、エキスパンドメタルやパンチドメタル等からなる正極金属集電体３及び負極金属集電体４上に載置もしくは一体に積層形成されている。この正極金属集電体３及び負極金属集電体４には、セル組み立て後セル内電極と外部回路とを電気的に接続するための外部リード端子となるように、正極金属集電体３及び負極金属集電体４の一部分を延長した金属リードを設けている。この金属リードは電気化学セルの外部に延出し、正極外部リード端子５及び負極外部リード端子６となる。

この正極外部リード端子５、負極外部リード端子６は、正極金属集電体３及び負極金属集電体４への電極層の形成に際し電極活物質を塗布しない露出部分を残し、所定のリード形状に打ち抜きプレスやカッティング等により形成される。外部リード端子の厚さは、電極が形成された部分の厚さと同じにするほうが、製造工程が容易であり好ましい。電極形成部の金属集電体と、外部リード端子として作用する部分の厚さを変えた金属箔もしくは金属板を用いることにより、電極形成部と外部リード端子の厚さを同じにすることが可能である。

特に、厚さ1ｍｍ以下の様な薄型の電気化学セル１０の場合には、正極金属集電体３、負極金属集電体４の厚さを数μｍ〜数十μｍの薄さにする必要があり、セルの製造工程や使用時に外部リード端子の切れや破れ等の不良や故障が発生しないように十分な機械的強度を得るため正極外部リード端子５、負極外部リード端子６の厚さを金属集電体（電極形成部）よりも厚くすることが有効である。その結果、特にセル本体の厚さを増やすことなく外部リード端子の強度を高めることが出来る効果を有する。また、平板型電気化学セル１０としてリチウムイオン電池や電気二重層キャパシタ等を構成する場合には、非水電解質中での充電時の耐食性が高い材料として、正極金属集電体３、負極金属集電体４に一般に用いられているアルミニウム箔や銅箔のような機械的強度の低い金属を用いる場合には、特に有効である。金属集電体及び外部リード端子の材質としては、後述の電解質及び電極物質に対し化学的に安定で、充電や過放電等に対し電気化学的に安定で、耐食性のあるものであればよく、アルミニウム、銅、及びニッケル、ステンレス等がよい。正極１と負極２の間にセパレータ７を介して積層した帯状の積層体を偏平状または円筒状に捲回し、プレスして平板状に成形して電極体Ａが得られる。この電極体Ａは、必要により所定の温度で乾燥処理され、外装体８に収納される。外装体8は、樹脂フィルムまたは樹脂フィルム8a、8cと金属箔8bとのラミネートフィルムからなり、このフィルムを袋状に重ねた内側に電極体及び電解液が収納され、周縁部がヒートシール、圧着または接着剤等により密封封止される。電極体と電解液により発電要素が形成される。この電極体の収納に際し、金属製の外部リード端子は、外装体の周縁部の封止部を横断し一端が引き出された状態で収納され封止される。

外装体８を構成する樹脂は、使用環境での湿度や温度による劣化のない耐候性樹脂であり機械的強度があるものであればよく、例えばナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン樹脂等を用いることが出来る。特に内側面に配設する樹脂は、加熱により溶融軟化し、相互に熱接着できる熱可塑性の樹脂であれば、工程が簡便で信頼性が高いヒートシールによる密封封止が可能であり好ましく、例えばポリプロピレンやポリエリレン等のポリオレフィン樹脂や酸変性ポリオレフィンが好適である。特に、電気化学セル１０としてリチウム電池、リチウムイオン電池や電気二重層キャパシタ等の非水電解質を使用するセルを構成する場合には、外装体８から外部の湿気（水分）がセル内に侵入するとセルの著しい性能低下や充電時に浸入した水分及び電解質の分解を引き起こし、セルの膨張や甚だしい場合には破裂を引起すので、上記のような耐候性の樹脂と水分不透過の金属箔とヒートシールが可能な熱可塑性樹脂が積層一体化されたラミネートフィルムが特に好ましい。

また、上記の電極体Ａを外装体８内に収納し、正極外部リード端子５、負極外部リード端子６を外装体８の間に挟んでヒートシールにより接着封止するために、外装体８の内側の樹脂と正極外部リード端子５、負極外部リード端子６の間に、金属との接着性が高い酸変性ポリオレフィン樹脂又は外部リード端子と接する側が酸変性ポリオレフィンであり外装体８に接する側がポリオレフィンである樹脂等からなる封止材９を介在させることが特に好ましい。この封止材９の介在は外装体８の最内面の樹脂層に表面を酸変性したポリオレフィン樹脂を配置するか、外部リード端子に予め酸変性ポリオレフィン又はOLE_LINK3外部リード端子と接する側が酸変性ポリオレフィンであり外装体８に接する側がポリオレフィンである樹脂OLE_LINK3を配置又は接着したものを用いてヒートシールする等により可能である。

本発明に用いられるセパレータ７としては、通常、電気化学セルに用いられるものが適用出来る。即ち、リチウム電池やリチウムイオン電池等の非水電解質電池を構成する場合には、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン系の高分子多孔質フィルムや不織布あるいはガラス繊維との混抄紙等、アルカリ電池ではセロファンやレーヨン抄紙、グラフト重合したポリエチレン等、電気二重層キャパシタではセルロース、ポリエステル、ポリオレフィン系樹脂やガラス等の繊維からなる不織布や抄紙あるいはポリオレフィンの多孔質フィルム等を好適に用いることが出来る。

一般に、電極活物質と後述の電解質によりその発電素子又は蓄電素子としての電気化学システムの動作電圧や最大理論容量等の基本的な電気化学特性が規定される。本発明の電気化学セルにおいて、リチウム電池やリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池を構成する場合には、負極活物質としてリチウム金属、リチウムとアルミニウム等の他の金属の合金、ケイ素やすず、タングステン、チタン、鉄等の酸化物、窒化物、硫化物や黒鉛または有機物を焼成して得られる炭素質材料、ポリアセンやポリアセチレン等の導電性高分子等々のリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用い、アルカリ電池を構成する場合には、亜鉛、カドミウム等の金属を用いることが出来る。正極活物質としては、リチウム電池またはリチウムイオン二次電池の場合には、ＣＦＸやＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＮｂＳｅ_３等の金属カルコゲン化物、ＭｎＯ_２、ＭｏＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、ＬｉＸＣｏＯ_２、ＬｉＸＮｉＯ_２、ＬｉｘＭｎ_２Ｏ_４等の金属酸化物、ポリアニリン、ポリピロール、ポリパラフェニレン等の導電性高分子の様なリチウムイオンと反応もしくはリチウムイオンを吸蔵放出可能な物質を用いることが出来、アルカリ電池の場合には酸化銀、二酸化マンガン、水酸化ニッケルやオキシ水酸化ニッケル等の酸化物、水酸化物等が用いられる。

また、電気二重層キャパシタの場合には正極、負極共に、電極活物質として、活性炭やカーボンブラック等の炭素材料、金属やその他の酸化物等の比表面積が大きい物質を用いることが出来る。電極活物質としてリチウムや亜鉛等の上記の様な金属を用いる場合には、それらを金属集電体上に直接所定形状に一体に成形した板や箔を用いることにより、導電剤や結着剤は不要である。また、本発明はこれらの電極活物質の例に限定されず、その他の電極活物質を用いた化学電池、電気二重層キャパシタやこれらを複合した発電素子または蓄電素子からなる電気化学セルに適用することが出来る。

電極体Ａには外装体８に収納後または予め収納前にイオン導電性の電解液が含浸吸蔵され、電気化学セル１０の発電要素が構成される。電解質としては、リチウムイオン導電性の非水電解質を用いることが出来る。例えば有機電解質電池の場合、γ−ブチロラクトン、プロピレンカ−ボネ−ト、エチレンカ−ボネ−ト、ブチレンカ−ボネ−ト、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルフォーメイト、１、２−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジメチルフォルムアミド、スルホラン等の有機溶媒の単独又は混合溶媒に支持電解質としてＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３等のリチウムイオン解離性塩を溶解した非水（有機）電解液、ポリエチレンオキシドやポリフォスファゼン架橋体等の高分子に前記リチウム塩を固溶させた高分子固体電解質あるいはＬｉ_３Ｎ、ＬｉＩ等の無機固体電解質である。

また、電気二重層キャパシタの場合には、上記の支持電解質の代りに、またはそれに加えて（Ｃ₂Ｈ₅）₄Ｎ）ＢＦ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₄Ｎ）ＰＦ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₄Ｎ）ＣｌＯ₄、（Ｃ₂Ｈ₅）₃ＣＨ_３Ｎ）ＢＦ₄、（ＣＨ_３）₄Ｎ）ＢＦ₄等のアンモニウム塩やホスフォニウム塩等が用いられる。電解質としてゲル状電解質、高分子固体電解質や無機固体電解質等の固体状電解質が用いられる場合には、セパレータの代わりにこれらの固体状電解質を単独もしくはセパレータと併用して用いることが出来る。

図２に示したように、電気化学セル１０の正極外部リード端子５、負極外部リード端子６の少なくも一方を所定形状にカットする。電気化学セルは短辺２０ｍｍ、長辺３０ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍで、電気二重層キャパシタである。外部リード端子は、いづれもアルミニウムであり、仮に形状の相違がないとしたら、極性の区別は一見では識別できない。図２に示すように、外装体８は外装体の周縁部Ｂでシールされ、電極体Ａを主体とする発電要素を内包している。発電要素と接続する正極外部リード端子５及び負極外部リード端子６が外装体８から延出している。ここで、正極外部リード端子５は先端部が斜めにカットされており、負極外部リード端子６は先端部がカットされていない形状となっている。この形状の相違により、一目で外部リード端子の正極、負極の識別を行うことができる。

発電要素を外装体８にて内包した電気化学セル１０をヒートシールにて封口した後、外装体８から延出している正極外部リード端子５、負極外部リード端子６のいずれか一方の外部リード端子の先端部を適当なハサミなどで任意の形状にカットする。このようにして形状の相違した外部リード端子を有する電気化学セル１０を製造することができる。また、ヒートシール前に、予め形状の相違する正極外部リード端子５，負極外部リード端子６としておいても良い。

図３に示したように、電気化学セル１０の正極外部リード端子５と負極外部リード端子６の幅を相違させるようにカットする。電気化学セルは短辺２０ｍｍ、長辺３０ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍで、電気二重層キャパシタである。外部リード端子は、いづれもアルミニウムであり、仮に幅の相違がないとしたら、極性の区別は一見では識別できない。図示するように、外装体８は外装体の周縁部Ｂでシールされ電極体Ａを主体とする発電要素を内包している。発電要素と接続する正極外部リード端子５、負極外部リード端子６が外装ラミネートフィルムから延出している。ここで、正極外部リード端子５の幅は、負極外部リード端子６の幅より幅が広くなっている。ヒートシール後に、負極外部リード端子６のみ鋏などで幅を裁断すれば良い。この幅の相違により、外部リード端子の正極、負極の区別を行うことができる。

発電要素を外装体８にて内包した電気化学セル１０をヒートシールにて封口した後、外装体８から延出している正極外部リード端子５、負極外部リード端子６のいずれか一方の外部リード端子の幅を適当な挟みなどで任意の形状にカットする。このようにして幅の相違した外部リード端子を有する電気化学セルを製造することができる。また、ヒートシール前に、予め幅の相違する正極外部リード端子５，負極外部リード端子６としておいても良い。

図４に示したように、電気化学セル１０の正極外部リード端子５、負極外部リード端子６の少なくもいずれか一方を所定形状にカットする。電気化学セルは短辺２０ｍｍ、長辺３０ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍで、電気二重層キャパシタである。外部リード端子は、いづれもアルミニウムであり、仮に長さの相違がないとしたら、極性の区別は一見では識別できない。図示するように、外装体８は外装体の周縁部Ｂでシールされ電極体Ａを主体とする発電要素を内包している。発電要素と接続する正極外部リード端子５及び負極外部リード端子６が外装体８から延出している。ここで、正極外部リード端子５の長さは負極外部リード端子６の長さより長い。負極外部リード端子６の長さは先端部がカットされ、短くなっている。この長さの相違により、外部リード端子の正極、負極の識別を行うことができる。

発電要素を外装体８にて内包した電気化学セル１０をヒートシールにて封口した後、外装体８から延出している正極外部リード端子５、負極外部リード端子６のいずれか一方の外部リード端子の先端部を適当な挟みなどで任意の長さにカットする。このようにして長さの相違した外部リード端子を有する電気化学セルを製造することができる。また、ヒートシール前に、予め長さの相違する正極外部リード端子５、負極外部リード端子６としておいても良い。

図５に示したように、外装体８は外装体の周縁部Ｂでシールされ電極体Ａを主体とする発電要素を内包している。発電要素と接続する正極外部リード端子５及び負極外部リード端子６が外装体８から延出している。ここで、正極外部リード端子５の厚みは負極外部リード端子６の厚みより厚い。この厚みの相違により、外部リード端子の正極、負極の識別を行うことができる。

予め厚みの相違する正極外部リード端子５及び負極外部リード端子６を準備し、電極体Ａに正極外部リード端子５及び負極外部リード端子６を溶接等で接続し、電極体Ａを主体とする発電要素を外装体８にて内包し、電気化学セル１０をヒートシールにて封口する。厚みの相違する正極外部リード端子５、負極外部リード端子６が外装体８から延出しているので、この厚みの相違により、外部リード端子の正極、負極の識別を行うことができる。このようにして厚みの相違した外部リード端子を有する電気化学セル１０を製造することができる。

本発明の電気化学セルの断面図である。本発明の形状の相違する外部リード端子を有する電気化学セルの平面図である。本発明の幅の相違する外部リード端子を有する電気化学セルの平面図である。本発明の長さの相違する外部リード端子を有する電気化学セルの平面図である。本発明の厚さの相違する外部リード端子を有する電気化学セルの外部リード端子側から見た断面の模式図である。

符号の説明

１正極
２負極
３正極金属集電体
４負極金属集電体
５正極外部リード端子
６負極外部リード端子
７セパレータ
８外装体
８ａ樹脂フィルム
８ｂ金属
８ｃ熱可塑性樹脂フィルム
９封止材
１０電気化学セル

Claims

発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の形状を正極と負極で相違させたことを特徴とする電気化学セル。
発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の幅を正極と負極で相違させたことを特徴とする電気化学セル。
発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の長さを正極と負極で相違させたことを特徴とする電気化学セル。
発電要素を外装体にて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の厚みを正極と負極で相違させたことを特徴とする電気化学セル。
発電要素を外装体にて封口する工程と、正極と負極の外部リード端子の形状を相違させる工程とを備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
発電要素を外装体にて封口する工程と、正極と負極の外部リード端子の幅を相違させる工程とを備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
発電要素を外装体にて封口する工程と、正極と負極の外部リード端子の長さを相違させる工程とを備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
予め厚みの相違する正極外部リード端子及び負極外部リード端子を準備する工程と、前記正極外部リード端子及び前記負極外部リード端子を電極体に接続する工程と、前記電極体を主体とする発電要素を外装体にて内包する工程と、電気化学セルをヒートシールにて封口する工程とを備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。