JP2005174602A - 電池 - Google Patents

Abstract

【課題】発電要素１の両端部に突出した電極１ａ，１ｂのアルミニウム箔や銅箔を内側に曲げることにより、振動や衝撃を受けた場合にも、このアルミニウム箔や銅箔が電池ケース２のアルミラミネートシート２１，２２を傷付けたり突き破るようなことのない電池を提供する。
【解決手段】帯状の正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを介して巻回すると共に、この巻回軸方向の両端部に電極１ａ，１ｂの側縁部の活物質未塗布部のアルミニウム箔と銅箔を突出させた扁平状の発電要素１をアルミラミネートシート２１，２２からなる電池ケース２に収納した電池において、この発電要素１の巻回軸方向の両端部に突出した電極１ａ，１ｂのアルミニウム箔と銅箔が巻回軸側に向けて曲がっている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミラミネートシート等のようなフレキシブルシートからなる電池ケースに発電要素を収納した電池に関するものである。

携帯用電子機器等では、発電要素を収納する電池ケースにアルミラミネートシートを用いることにより薄型軽量化を図った電池が従来から使用されている。このようなフレキシブルな電池ケースを用いた非水電解質二次電池の従来の構成例を図４に示す。この非水電解質二次電池は、発電要素１を収納する電池ケース２が２枚の方形のアルミラミネートシート２１，２２からなる。

発電要素１は、正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃを介して円筒形に巻回したものを側面から押し潰して扁平状に成形したものである。正極１ａは、集電体基材となる帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を塗布したものであり、負極１ｂは、集電体基材となる帯状の銅箔の表面に負極活物質を塗布したものである。もっとも、これら正極１ａと負極１ｂは、帯状の片方の側縁部に活物質未塗布部を設けておき、発電要素１として巻回したときに、巻回軸方向の前方側の端部に正極１ａの活物質未塗布部のアルミニウム箔を突出させると共に、後方側の端部に負極１ｂの活物質未塗布部の銅箔を突出させるようにしている。そして、この発電要素１の前方端部に突出する正極１ａのアルミニウム箔には、正極リード端子３を溶接すると共に、後方端部に突出する負極１ｂの銅箔には、負極リード端子４を溶接している。

電池ケース２のアルミラミネートシート２１，２２は、図５に示すように、ナイロン樹脂等からなるベースフィルム層２１ａ，２２ａとアルミニウム箔からなる金属層２１ｂ，２２ｂとポリプロピレン等からなるシーラント層２１ｃ，２２ｃをラミネート状に積層したフレキシブルなシートである（なお、アルミラミネートシート２２のベースフィルム層２２ａと金属層２２ｂとシーラント層２２ｃは図示を省略している。）。そして、これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、シーラント層２１ｃ，２２ｃを向かい合わせにして重ね合わせると共に、これらの間に発電要素１を挟んで周縁部を熱溶着することにより内部を密閉して電池ケース２となる。また、発電要素１の前後の端面から突出するリード端子３，４は、これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２の前後の周縁部が重なり合った間を通し封止されて外部に突出するようになっている。

上記構成の従来の非水電解質二次電池は、使用時等に外部から振動や衝撃を受けると、重量の重い発電要素１が電池ケース２の内部でアルミラミネートシート２１，２２の内面に接触を繰り返したり衝突することになる。そして、発電要素１は、前後の端部から電極１ａ，１ｂのアルミニウム箔や銅箔の側縁が鋭利なエッジとなって突出し、しかも、これらのアルミニウム箔や銅箔は、発電要素１の肩部１ｄで湾曲することにより腰がしっかりとしたものとなり、巻回軸方向に沿った力を受けても容易には折れ曲がることがないようになるので、例えば図５の矢印Ｂに示すように、これらの金属箔のエッジがアルミラミネートシート２１，２２の内面に接触したり衝突した場合に、ポリプロピレン等からなる柔らかいシーラント層２１ｃ，２２ｃを傷付けたりここに食い込んで、さらに金属層２１ｂ，２２ｂやシーラント層２１ｃ，２２ｃを突き破るおそれがある。

このため、従来は、発電要素１の前後の端部、特に肩部１ｄで湾曲して突出するアルミニウム箔や銅箔が強い振動や衝撃によってアルミラミネートシート２１，２２を内側から突き破り電池ケース２を破損するおそれがあるという問題があった。また、アルミラミネートシート２１，２２を突き破らないまでも、発電要素１のアルミニウム箔や銅箔が内面のシーラント層２１ｃ，２２ｃを削り取ったり食い込むことにより金属層２１ｂ，２２ｂに接触して絶縁が阻害されるおそれがあるという問題もあった。

なお、アルミラミネートシートからなる電池ケースを用いた電池において、帯状の電極の側縁部に切り込みや切り欠きを形成しているものがある（例えば、特許文献１〜３参照。）。ただし、特許文献１は、電極の集電体基材として用いる金属多孔体基板の活物質未塗布部が圧延によって割れを生じるのを防止するために複数の切り込みを入れているにすぎない。また、特許文献２と特許文献３は、電極の集電体基材として用いる金属箔の側縁部に複数の切り込みや切り欠きを形成して、これらの切り込みや切り欠きの間をリードとすることにより、このリードを介した電極と端子との間の電気抵抗を小さくし大電流が流れ得るようにしたものにすぎない。従って、これらの特許文献１〜３に記載の電池では、上記問題を解決することはできない。
特開２０００−３２３１６５号公報 特開平１１−２３８５００号公報 特開平９−９２３３５号公報

本発明は、発電要素の端部に突出した電極の活物質未塗布部を内側に曲げることにより、振動や衝撃を受けた場合にこの電極の活物質未塗布部が電池ケースのフレキシブルシートを傷付けたり突き破るおそれがあるという問題を解決しようとするものである。

請求項１の発明は、帯状の正負の電極をセパレータを介して巻回してなる発電要素をフレキシブルシートからなる電池ケースに収納した電池において、この発電要素の巻回軸方向の端部の少なくとも一部が巻回軸側に向けて曲がっていることを特徴とする。

請求項２の発明は、前記発電要素の巻回軸方向の端部の少なくとも巻回軸側に向けて曲がった部分に切り欠き又は切り込みが形成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発電要素の端部が内側に曲がっているので、振動や衝撃を受けてこの発電要素の端部が電池ケースのフレキシブルシートに衝突したような場合にも、フレキシブルシートを傷付けたり突き破るようなおそれがなくなる。

請求項２の発明によれば、発電要素の端部に切り欠きや切り込みが形成されているので、この発電要素の端部が内側に曲がり易くなる。特に扁平状の発電要素の場合には、巻回の湾曲部で端部が曲がり難くなるので、このような切り欠きや切り込みによって容易に内側に曲がるようにすることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について説明する。

本実施形態では、図４〜図５に示した従来例と同様に、発電要素１を２枚のアルミラミネートシート２１，２２からなる電池ケース２に収納した非水電解質二次電池について説明する。なお、図１〜図３においても、これら図４〜図５に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

電池ケース２は、従来例と全く同じ構成である。即ち、２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、図５に示したように、それぞれナイロン樹脂等からなるベースフィルム層２１ａ，２２ａとアルミニウム箔からなる金属層２１ｂ，２２ｂとポリプロピレン等からなるシーラント層２１ｃ，２２ｃをラミネート状に積層したフレキシブルシートである。これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、同じ大きさの方形のものをシーラント層２１ｃ，２２ｃ同士が接するように向かい合わせにして上下から重ねて用いる。また、これらのアルミラミネートシート２１，２２は、図４に示したように、重ね合わせた間に発電要素１が収納できるように、事前に中央の大部分に絞り加工によって内面側が凹状に窪んだ発電要素収納部を形成している。なお、このような発電要素収納部は、上下のアルミラミネートシート２１，２２の片方にのみ形成してもよいし、双方共に平坦なシート状のままのものを使用してもよい。

発電要素１も、従来例とほぼ同様の構成であり、帯状の正極１ａと負極１ｂとをセパレータ１ｃを介して巻回し、これを側面から押し潰して扁平状に成形したものである。そして、この発電要素１の前方端部からは正極１ａの活物質未塗布部のアルミニウム箔を突出させると共に、後方端部からは負極１ｂの活物質未塗布部の銅箔を突出させている。また、この発電要素１の前方端部に突出するアルミニウム箔には、正極リード端子３の後方基部を超音波溶接すると共に、後方端部に突出する銅箔には、負極リード端子４の前方基部を超音波溶接している。正極リード端子３は、短冊状のアルミニウム箔からなり、負極リード端子４は、短冊状の銅箔からなる。従って、この発電要素１は、前方端面から前方に向けて正極リード端子３の先端部が突出すると共に、後方端面から後方に向けて負極リード端子４の先端部が突出することになる。

上記発電要素１は、図１に示すように、前方端部に突出した正極１ａの活物質未塗布部のアルミニウム箔がこの発電要素１の巻回軸側に向けて内側に曲がっている。しかも、この正極１ａのアルミニウム箔は、発電要素１の前方端部において、長円筒形扁平状の全周にわたって内側に曲がっている。また、この正極１ａのアルミニウム箔は、単に前方端部が内側に折れ曲がっているだけでもよいが、本実施形態では、前方の先端側ほどより内向きとなるように曲がっているので、先端のエッジはほとんど内側を向いている。このような曲げは、発電要素１の前方端部に突出したアルミニウム箔を、手作業や治具等を用いて、先端ほど内向きに皺寄せながら力を加えることにより形成することができる。また、図示は省略しているが、この発電要素１の後方端部に突出した負極１ｂの活物質未塗布部の銅箔も、正極１ａの場合と同様に内側に曲がっている。

２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、図４に示したように、上下から周縁部を重ね合わせ、発電要素収納部同士で形成された内部空間に上記扁平状の発電要素１を収納する。また、この発電要素１のリード端子３，４は、アルミラミネートシート２１，２２の上下の周縁部の間に挟んで外部に引き出される。このようにして重ね合わされたアルミラミネートシート２１，２２は、周縁部を上下から加熱加圧されて熱溶着される。従って、２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、前後左右の周縁部のシーラント層２１ｃ，２２ｃが全周にわたって溶着されるので、発電要素１が収納された内部が封止される。また、前後の周縁部では、リード端子３，４を挟んだまま２枚のアルミラミネートシート２１，２２のシーラント層２１ｃ，２２ｃが溶着されるので、これらのリード端子３，４を外部に引き出した状態で封止することができる。なお、これらのリード端子３，４は、電極１ａ，１ｂに溶接した基部より少し先端側にそれぞれ予めタブフィルム５，６を熱溶着しておくことにより、アルミラミネートシート２１，２２の熱溶着の際にリード端子３，４の金属とシーラント層２１ｃ，２２ｃの樹脂との界面の封止が確実に行われるようにしている。また、アルミラミネートシート２１，２２は、実際には周縁部を全周にわたって一度に熱溶着するのではなく、周縁部の一部だけ注液口として開口したまま残しておき、ここから非水電解液を注入して、非水電解質二次電池の予備充電を行った後に、この注液口を熱溶着により封止するようにしている。

上記構成の非水電解質二次電池は、図１に示すように、振動や衝撃を受けて発電要素１が例えば矢印Ａに示すように移動し、この発電要素１の前方端部に突出する正極１ａのアルミニウム箔がアルミラミネートシート２１，２２の内面に衝突しても、この正極１ａのアルミニウム箔の先端部が内向きに曲がっているので、アルミニウム箔の側縁のエッジがシーラント層２１ｃ，２２ｃを傷付けたりここに食い込むようなことがなくなる。即ち、正極１ａのアルミニウム箔の先端部が内側に傾斜しているために、アルミラミネートシート２１，２２の内面に真っ直ぐに突き当たるのではなく、斜めに突き当たるようになるので、衝突の衝撃が直接伝わるようなことがなくなる。特に、図１に示すように、アルミラミネートシート２１，２２も発電要素収納部の端で内面が同様に傾斜していると、この正極１ａのアルミニウム箔が突き当たる角度がさらに浅くなる。しかも、このように正極１ａのアルミニウム箔の先端部が斜めに突き当たることにより、このアルミニウム箔の先端部自体もさらに内側に曲がろうとしてクッション材の役割を果たし衝突の衝撃を和らげることにもなる。さらに、本実施形態のように、正極１ａのアルミニウム箔が先端側ほどより内向きとなるように曲がっていると、この先端のエッジがシーラント層２１ｃ，２２ｃに直接当たることがなくなる。

なお、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートシート２１，２２を重ね合わせて電池ケース２とする場合を示したが、例えば１枚のアルミラミネートシートを２つ折りにしたり、封筒のように両端部と中央部で重ね合わせるようにした電池ケースを用いてもよく、予めアルミラミネートシートを袋状にした電池ケースを用いたものであってもよい。さらに、このアルミラミネートシートの重ね合わせ部分は、熱溶着に代えて、接着等の他の方法により封止固着することもできる。さらに、上記実施形態では、電池ケースにアルミラミネートシートを用いる場合を示したが、金属層にアルミニウム以外の金属を用いることもでき、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルシートであれば例えば樹脂だけからなるシートであってもよく、ラミネートシートである必要もない。

また、上記実施形態では、側面を押し潰すことにより扁平状に成形した発電要素１を示したが、この発電要素１を扁平状にする方法は任意であり、最初から長円筒形や楕円形等の扁平状に巻回したものを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、この発電要素１の前後の端面からリード端子３，４を引き出す場合を示したが、片方の端面から正負両極のリード端子３，４を共に引き出すようにしてもよく、端面以外の部分、例えば電極１ａ，１ｂの巻回終端部等から引き出すようにすることもできる。そして、このように発電要素１の前後の端面から正負のリード端子３，４を引き出さない場合には、この発電要素１の片方の端部にのみ電極１ａ，１ｂの側縁部の活物質未塗布部の金属箔を突出させるようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について示したが、この電池の種類は任意であり、他の二次電池や一次電池の場合にも同様に実施可能である。

また、上記実施形態では、発電要素１の前後の両端部に突出した金属箔の双方を曲げる場合を示したが、発電要素１や電池ケース２の構成によっては、いずれか一方の端部に突出した金属箔だけを曲げるようにすることもできる。さらに、扁平状の発電要素１の端部に突出する金属箔を必ずしも全周にわたって曲げる必要はなく、全周の一部、例えば金属箔が湾曲して特に腰が強くなる肩部１ｄだけを曲げるようにすることもできる。さらに、巻回型の発電要素１の端部に突出する金属箔を必ずしも巻回の中心部まで全て曲げる必要はなく、少なくとも巻回の外周部の金属箔を曲げるだけでもよい。

また、上記実施形態では、発電要素１の端部に突出する金属箔を皺寄せてそのまま内側に曲げる場合を示したが、図２に示すように、肩部１ｄで湾曲した金属箔に端面側から巻回軸方向に沿った切り込み１ｅを形成したものを曲げるようにしてもよい。このような切り込み１ｅは、事前に電極１ａ，１ｂに形成しておくこともできるが、発電要素１の巻回後に形成する方が容易である。金属箔にこのような切り込み１ｅが形成されていると、左右の肩部１ｄの間の平坦な金属箔を容易に内側に曲げることができるようになるだけでなく、特に曲げ加工が困難な肩部１ｄの湾曲した金属箔の腰を弱めることができるので、この部分の金属箔も容易に曲げることができるようになる。しかも、発電要素１を挿入する際に特に金属箔を曲げていなくても、電池ケース２の内面に軽く当接を繰り返すうちに自然に内側に曲がるようにすることもできる。そして、このような切り込み１ｅは、各肩部１ｄに一箇所ずつとは限らず、複数箇所ずつ形成することもでき、肩部１ｄ以外に形成することもできる。

さらに、図３に示すように、発電要素１の端部に突出する金属箔の突出端部に適宜間隔で切り欠き１ｆを形成してから曲げるようにしてもよい。このような切り欠き１ｆは、発電要素１の巻回後に形成することもできるが、事前に電極１ａ，１ｂに形成しておく方が容易である。金属箔にこのような切り欠き１ｆが形成されていると、この金属箔の突出端部に多数のタブが形成された状態となるので、この突出端部を容易に曲げることができるようになる。しかも、発電要素１を挿入する際に特に金属箔を曲げていなくても、電池ケース２の内面に軽く当接を繰り返すうちに、各タブ状の部分が自然に内側に曲がるようにすることもできる。

本発明の一実施形態を示すものであって、アルミラミネートシート製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池の端部を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素の端部の構成例を示す部分拡大斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の発電要素の端部の他の構成例を示す部分拡大斜視図である。 従来例を示すものであって、アルミラミネートシート製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池の構造を示す分解斜視図である。 従来例を示すものであって、アルミラミネートシート製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池の端部を示す部分拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 発電要素
１ａ 正極
１ｂ 負極
１ｃ セパレータ
１ｅ 切り込み
１ｆ 切り欠き
２ 電池ケース
２１ アルミラミネートシート
２１ｃ シーラント層
２２ アルミラミネートシート
２２ｃ シーラント層

Claims (2)

1. 帯状の正負の電極をセパレータを介して巻回してなる発電要素をフレキシブルシートからなる電池ケースに収納した電池において、
   この発電要素の巻回軸方向の端部の少なくとも一部が巻回軸側に向けて曲がっていることを特徴とする電池。
2. 前記発電要素の巻回軸方向の端部の少なくとも巻回軸側に向けて曲がった部分に切り欠き又は切り込みが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。

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