JP2005174680A

JP2005174680A - 電池

Info

Publication number: JP2005174680A
Application number: JP2003411604A
Authority: JP
Inventors: Isao Suzuki; 鈴木　　勲; Takehito Matsubara; 岳人松原; Kuniyoshi Munenaga; 胸永　　訓良; Minoru Hirata; 稔平田; Seiji Nemoto; 聖治根本; Takeshi Shimozono; 下薗　　武司
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30
Anticipated expiration: 2023-12-10
Also published as: JP4591656B2

Abstract

【課題】アルミラミネートシート２１，２２の凹部２１ａ，２２ａの両端底部に突起２１ｂ，２２ｂを形成することにより、発電要素１が偏って収納されたりがたつきを生じるようなことのない電池を提供する。
【解決手段】電池ケース２を構成するアルミラミネートシート２１，２２に形成された凹部２１ａ，２２ａを重ね合わせて形成される発電要素収納空間に巻回型偏平状の発電要素１を嵌め込んで収納した電池において、これらのアルミラミネートシート２１，２２の凹部２１ａ，２２ａにおける発電要素１の巻回軸に直交する両側底部に、この巻回軸方向に沿って凹部２１ａ，２２ａ内側への突起２１ｂ，２２ｂが形成された構成とする。
【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、アルミニウム箔を集電体基材とする正極と銅箔を集電体基材とする負極とをセパレータを介して巻回し、これを側面から押し潰して扁平状に成形したものであり、前方端部には正極の側端部のアルミニウム箔を突出させると共に、後方端部には負極の側端部の銅箔を突出させて、これらのアルミニウム箔と銅箔にリード端子３，４を溶接している。

アルミラミネートシート２１，２２は、ナイロン樹脂等からなるベースフィルム層とアルミニウム箔からなる金属層とポリプロピレン等からなるシーラント層とをラミネート状に積層した方形のフレキシブルなシートである。また、これらのアルミラミネートシート２１，２２は、扁平状の発電要素１の上半分と下半分を嵌め込むことができるように、事前に中央の大部分に絞り加工によって内側の面が窪んだ凹部２１ａ，２２ａが形成されている。そして、これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、シーラント層を向かい合わせにして重ね合わせ、凹部２１ａ，２２ａ同士によって形成された発電要素収納空間に発電要素１を嵌め込んで周縁部を熱溶着することにより、内部を密閉した電池ケース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て封止されて外部に突出するようになっている。

ところが上記従来の構成では、発電要素１が長尺な正極と負極を巻回して作成されるために、外形の大きさにある程度ばらつきが生じることと、アルミラミネートシート２１，２２の絞り加工の精度に限界があるために、凹部２１ａ，２２ａの寸法も精密に制御できないという理由から、これら凹部２１ａ，２２ａが発電要素１の最大の大きさよりも確実に大きくなるように、余裕を持った寸法で形成される。従って、２枚のアルミラミネートシート２１，２２を重ね合わせて形成される凹部２１ａ，２２ａの発電要素収納空間に通常の発電要素１を嵌め込むと、図５に示すように、これら凹部２１ａ，２２ａと発電要素１との間に幅方向（左右方向）の隙間Ｗや深さ方向（左右方向）の隙間Ｄがそれぞれ生じる場合がほとんどとなる。

このため、従来は、凹部２１ａ，２２ａの発電要素収納空間の偏った位置に発電要素１が嵌め込まれたり、アルミラミネートシート２１，２２の熱溶着後に、凹部２１ａ，２２ａの発電要素収納空間内で発電要素１が固定されず、がたつきを生じるという問題が発生していた。

なお、発電要素を嵌め込んだ凹部を有するラミネートシートに平坦なラミネートシートを重ね合わせて封着することにより電池ケースを構成した電池において、このラミネートシートの凹部の対向する側面に窪みを形成した発明が既になされている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この特許文献１に記載されたラミネートシートの凹部の側面の窪みは、複数の電池を上下交互に配置して組み合わせるために、この凹部の側面の変形を防止するリブの役割を果たすと共に、この凹部に嵌め込んだ発電要素が向かい側の平坦で撓み易いラミネートシートを押して電池ケース内で動くのを防止するために、この発電要素を抱え込むように固定するためのものである。従って、上記図４及び図５に示した従来の非水電解質二次電池のように、凹部２１ａ，２２ａの側面が多少変形しても支障がない場合には、このような窪みの形成は不要である。しかも、凹部の側面の変形を防止するためには、この側面にリブ状に多数の窪みを形成する必要があるので、絞り加工による成形が困難であるだけでなく、これらの窪みは、発電要素に押されて容易には撓むようなことがないため、このような窪みの撓みにより発電要素収納空間の幅方向や深さ方向の隙間を調整してがたつきを防止することは期待できない。また、これらの窪みは、発電要素を抱え込むように固定するためのものであるため、ラミネートシートの凹部における底部ではなく縁部に形成する必要があるので、僅かな撓みが生じて発電要素収納空間の幅方向の隙間を多少調整できたとしても、深さ方向の隙間を調整する効果は全く生じない。
特開２０００−２００５８４号公報

本発明は、フレキシブルシートの凹部の両端底部に突起を形成することにより、発電要素が偏って収納されたりがたつきを生じ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、電池ケースを構成するフレキシブルシートを重ね合わせて、このフレキシブルシートに形成された凹部による発電要素収納空間に巻回型の発電要素を収納した電池において、このフレキシブルシートの凹部における両側底部に、凹部内側への突起が巻回軸に平行な直線状に形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フレキシブルシートの凹部に発電要素を収納すると、この発電要素の両側の湾曲部が、凹部の両側底部に形成された突起に押し当たる。すると、フレキシブルシートの断面がほぼＵ字形状に曲がることにより形成された突起の先端が押圧されて、このＵ字形状の開口部側を広げながら突起の先端と凹部の底面とが凹部の深さ方向に移動する。従って、このフレキシブルシートの凹部は、発電要素の厚さに応じて深さが変化するので、この凹部により形成された発電要素収納空間内の発電要素は、厚さが相違しても、この凹部の突起の先端によって固定される。しかも、この凹部の突起は、発電要素の両側の湾曲部に押し当たるので、この発電要素の幅方向の大きさが相違しても、両側の湾曲部を２箇所ずつの突起の間に挟み込むことができ、この幅方向にも固定することができると共に、発電要素を容易にこの幅方向の中央に配置することもできるようになる。

なお、凹部は、重ね合わせるフレキシブルシートの両側に形成されていてもよいし、片側にのみ形成されていてもよい。また、この凹部が重ね合わせるフレキシブルシートの両側に形成されている場合には、突起を双方の凹部に形成してもよいし、片方の凹部にのみ形成してもよい。

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、従来例と同様に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に発電要素１を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、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。

発電要素１は、図１に示すように、正極と負極をセパレータを介して円筒形に巻回したものを側面から押し潰して長円筒形扁平状に成形したものを用いている。そして、この発電要素１は、巻回軸が前後方向を向き、長円筒形における湾曲部１ａが左右に位置するようにして配置している。従って、この発電要素１における巻回軸に直交する幅方向は左右方向となり、厚さ方向は上下方向となる。

上記発電要素１の正極は、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、負極は、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、これら正極と負極は、帯状の側縁部に活物質の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、前方側の端部に正極の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の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の前方の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、後方の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。

電池ケース２に用いるアルミラミネートシート２１，２２は、それぞれナイロン樹脂等からなるベースフィルム層とアルミニウム箔からなる金属層とポリプロピレン等からなるシーラント層とをラミネート状に積層したフレキシブルシートである。ベースフィルム層は、主に強度や外観を確保するために電池ケース２の外表面側に積層された樹脂層であり、金属層は、主に水分やガス、非水電解液等に対する確実なバリア性を確保するために積層された金属箔や金属蒸着膜等（ここではアルミニウム箔を使用しているが、他の金属を使用することもでき、金属箔以外の蒸着膜等も利用することができる。）であり、シーラント層は、アルミラミネートシート２１，２２を重ね合わせて熱溶着することができるように内面側に積層された熱可塑性樹脂層である。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シートであり、シーラント層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。

上記アルミラミネートシート２１，２２は、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凹部２１ａ，２２ａを形成している。即ち、上方から重ね合わせるアルミラミネートシート２１の凹部２１ａは、このアルミラミネートシート２１の下面に形成された凹状の窪みであり、この凹状の深さ方向が上方となり、この上端がほぼ平坦な底になる。また、下方から重ね合わせるアルミラミネートシート２２の凹部２２ａは、このアルミラミネートシート２２の上面に形成された凹状の窪みであり、この凹状の深さ方向が下方となり、この下端がほぼ平坦な底になる。これらの凹部２１ａ，２２ａは、図４に示した従来例と同様に、前後方向と左右方向に沿ったそれぞれの垂直断面が共に深い位置の幅ほど狭くなったほぼ台形状を成し、各角部にはアールが形成されている。従って、これらの凹部２１ａ，２２ａが上下から重なり合って形成される発電要素収納空間の垂直断面は、前後方向や左右方向に横長のほぼ六角形状となる。なお、アルミラミネートシート２１，２２は、平坦なシート状の場合には十分にフレキシブルなシートであるが、比較的腰がありほとんど伸びが生じないので、このように絞り加工によって強制的に凹部２１ａ，２２ａの型付けを行うと、この凹状の窪み形状を維持することができるようになる。

上記凹部２１ａ，２２ａは、左右方向の両側底部に、これらの凹部２１ａ，２２ａの内側に突出する突起２１ｂ，２２ｂが直線状に形成されている。これらの突起２１ｂ，２２ｂは、図２に示すように、アルミラミネートシート２１，２２を断面がほぼＵ字形状となるように皺寄せして、前後方向に沿った畝状に突出させたものであり、凹部２１ａ，２２ａの絞り加工時に同時に形成することができる。なお、図１では、これらの突起２１ｂ，２２ｂは、凹部２１ａ，２２ａの底の前後方向の全長に少し足りない程度の長さに形成されているが、この底の全長にわたって形成してもよく、また、発電要素１の巻回軸に平行となるように前後方向に完全に沿って形成する代わりに、ほぼ前後方向に沿ってはいるが、例えば前後端部が内側に少し湾曲する等、多少前後方向に沿わない部分があってもよい。これらの突起２１ｂ，２２ｂは、凹部２１ａ，２２ａの底面における左右方向の両端部から傾斜した側面の底部側にかけて形成するのが好ましく、この側面の底部寄りの部分に形成することもできる。つまり、図２に示すように、下方のアルミラミネートシート２２の凹部２２ａ内に発電要素１を載置し、また、この発電要素１に上方のアルミラミネートシート２１の凹部２１ａを被せたときに、これらの突起２１ｂ，２２ｂの先端が長円筒形の発電要素１におけるほぼ平坦な下面や上面ではなく両側の湾曲部１ａに確実に当接するような位置に形成されていればよい。

上記２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、上下から周縁部を重ね合わせ、凹部２１ａ，２２ａ同士で形成された発電要素収納空間に発電要素１を収納する。この際、発電要素１は、両側の湾曲部１ａに上下の凹部２１ａ，２２ａの突起２１ｂ，２２ｂが当接するので、この発電要素１が斜めにならず水平に収納されるようにすれば、自動的に凹部２１ａ，２２ａの左右方向の中央部に配置されるようになる。この発電要素１の前後の端面から突出したリード端子３，４は、アルミラミネートシート２１，２２の前後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、周縁部を前後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、基部より少し先端側にそれぞれ予めタブフィルム５，６が熱溶着されている。タブフィルム５，６は、シーラント層と同様のポリプロピレン等の熱可塑性樹脂の薄いフィルムであり、リード端子３，４に予め十分な熱を加えて確実に溶着させておくことにより、アルミラミネートシート２１，２２の熱溶着の際にシーラント層との馴染みを良くして、これらのリード端子３，４とシーラント層との金属・樹脂界面の封止が不十分になるのを防ぐために用いている。

上記２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、熱溶着により周縁部のシーラント層同士が溶融密着して電池ケース２が構成される。ただし、２枚の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されるのではなく、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する。そして、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３に示すように、電池ケース２のアルミラミネートシート２１，２２の周縁部が重ね合わされて熱溶着されると、凹部２１ａ，２２ａの突起２１ｂ，２２ｂが発電要素１の湾曲部１ａに圧迫されて、この発電要素１の外形の大きさに応じて、断面Ｕ字形状の開口部側を広げながら突出量を減少させる。しかも、上方のアルミラミネートシート２１の凹部２１ａでは、発電要素１の湾曲部１ａの上部に圧迫されるので、左側の突起２１ｂは左上方向に押され、右側の突起２１ｂは右上方向に押される。また、下方のアルミラミネートシート２２の凹部２２ａでは、発電要素１の湾曲部１ａの下部に圧迫されるので、左側の突起２２ｂは左下方向に押され、右側の突起２２ｂは右下方向に押される。従って、発電要素１は、両側の湾曲部１ａによってこれら上方と下方の左右４箇所の突起２１ｂ，２２ｂを外側に押し広げるようにして圧迫するので、逆にこれら４箇所の突起２１ｂ，２２ｂによって左上、右上、左下及び右下の斜めの四方から支持されることになり、凹部２１ａ，２２ａの発電要素収納空間内で厚さ方向と幅方向に確実に固定されることになる。なお、アルミラミネートシート２１，２２は、フレキシブルなシートではあるが、絞り加工によって突起２１ｂ，２２ｂのように局所的に急峻な曲げ成形を行うと、上記凹部２１ａ，２２ａの凹状の窪み以上にその曲げ形状を維持しようとする性質が強くなる。従って、発電要素１によって圧迫されると、これらの突起２１ｂ，２２ｂは、通常は弾性変形によって突出量を減少させ、場合によってはこれに塑性変形が加わることになる。ただし、塑性変形のみによって突起２１ｂ，２２ｂが突出量を減少させたとしても、発電要素１を固定することは可能である。

また、これらの突起２１ｂ，２２ｂは、凹部２１ａ，２２ａの両側底部にあってＵ字形状の開口部側を広げるので、これら凹部２１ａ，２２ａの底面をさらに深さ方向に移動させて、発電要素収納空間を発電要素１の厚さ方向に広げると共に、傾斜した側面を垂直に近付く側に移動させて、この発電要素収納空間を発電要素１の幅方向にも広げることになる。従って、この発電要素収納空間に収納される発電要素１は、厚さ方向や幅方向が特に大きい場合にも、十分に収容することができるようになる。即ち、図２や図３に示すアルミラミネートシート２１，２２における凹部２１ａ，２２ａの幅方向に沿った全長は、突起２１ｂ，２２ｂの部分でほぼＵ字形状に曲がっていることにより従来のものに比べて極めて長くなるので、これらの突起２１ｂ，２２ｂのほぼＵ字形状が完全に伸び切った場合には、極めて大きな発電要素１まで収納可能となる。しかも、従来がたつきが生じていた小さな発電要素１も厚さ方向と幅方向に確実に固定することができるので、発電要素１の外形の大きさの相違に対して極めて広範囲に柔軟に対応することができるようになる。

なお、上記実施形態では、アルミラミネートシート２１，２２の凹部２１ａ，２２ａの側面が傾斜面であり垂直断面の形状がほぼ台形である場合を示したが、この側面は底面と直交するようなものであってもよい。ただし、この場合の突起２１ｂ，２２ｂは、発電要素１の幅方向に広く対応するために、より斜め内側に突出させることが好ましい。また、上記実施形態では、アルミラミネートシート２１，２２の凹部２１ａ，２２ａや突起２１ｂ，２２ｂを絞り加工により形成する場合を示したが、これらの形成方法は任意である。

また、上記実施形態では、上下双方のアルミラミネートシート２１，２２の凹部２１ａ，２２ａに突起２１ｂ，２２ｂを形成する場合を示したが、いずれか一方の凹部２１ａ又は凹部２２ａの両側底部にのみ突起２１ｂ又は突起２２ｂを形成することも可能である。即ち、図２や図３に示した左右方向に沿った垂直断面において、例えば上方のアルミラミネートシート２１における凹部２１ａの両側底部にのみ突起２１ｂを形成し、発電要素１の下面は下方のアルミラミネートシート２２における凹部２２ａの底面で支持するようにすることも可能であり、上方の両側底部の突起２１ｂのみによって発電要素１の厚さ方向と幅方向の大きさの相違に対応することができる。

また、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、このアルミラミネートシートの構成は任意であり、例えば１枚のアルミラミネートシートを二つ折りにして電池ケース２を構成することもできる。このように１枚のアルミラミネートシートを二つ折りにした場合、凹部は、折り曲げ部で仕切られる双方のシート片に１箇所ずつ形成することができる。さらに、この凹部は、２枚のアルミラミネートシート２１，２２の一方、又は１枚のアルミラミネートシートの片側のシート片にのみ形成することもできる。さらに、アルミラミネートシートを重ね合わせて封止する際に、熱溶着に代えて、接着等の他の固着手段を用いることもできる。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、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材質は任意であり、例えば樹脂のみからなるラミネートシートではないシート材を用いることもできる。

また、上記実施形態では、偏平状に成形した巻回型の発電要素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に巻回したものを用いてもよい。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、これらのリード端子３，４の引き出し手段も任意である。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。

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構造を示す分解斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、電池ケースのアルミラミネートシートを熱溶着する前の非水電解質二次電池を示す縦断面図である。本発明の一実施形態を示すものであって、電池ケースのアルミラミネートシートを熱溶着した後の非水電解質二次電池を示す縦断面図である。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、電池ケースのアルミラミネートシートを熱溶着した後の非水電解質二次電池を示す縦断面図である。

符号の説明

１発電要素
２電池ケース
２１アルミラミネートシート
２１ａ凹部
２１ｂ突起
２２アルミラミネートシート
２２ａ凹部
２２ｂ突起

Claims

電池ケースを構成するフレキシブルシートを重ね合わせて、このフレキシブルシートに形成された凹部による発電要素収納空間に巻回型の発電要素を収納した電池において、
このフレキシブルシートの凹部における両側底部に、凹部内側への突起が巻回軸に平行な直線状に形成されたことを特徴とする電池。