JP2005203140A5 - - Google Patents

Description

電池

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３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上下方向から側面を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。これら正極１ａと負極１ｂは、帯状の片方の側縁部に活物質を塗布しない部分を設けておき、前後方向にずらして巻回することにより、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、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。また、これらのアルミラミネートシート２１，２２は、フレキシブル性は有するものの伸びがほとんど生じないので、発電要素１を嵌め込むために、事前に中央の大部分に、絞り加工によって外面のベースフィルム層側を半円筒状に膨らませた発電要素収納部２１ａ，２２ａを形成している。そして、これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、内面のシーラント層が向かい合わせになるようにして重ね合わせると共に、これらの間に発電要素１を挟み上下半分ずつをそれぞれの発電要素収納部２１ａ，２２ａに嵌め込んで、四方の周縁部を熱溶着することにより、この発電要素１が収納された内部を密閉して電池ケース２を構成している。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。

ところが、上記非水電解質二次電池は、電池ケース２の内部を完全に密閉する前に、非水電解液が注入されてから、減圧下で完全に密閉され、その後、大気圧の環境下に戻されるので、発電要素１が収納されたこの電池ケース２の内部は減圧状態となる。このため、２枚のアルミラミネートシート２１，２２における半円筒状に膨らんだ発電要素収納部２１ａ，２２ａは、大気圧に押されて内側に嵌め込まれた発電要素１に沿って密着するようになり、この発電要素１との隙間が潰れることになる。

しかしながら、発電要素１は、電極１ａ，１ｂのアルミニウム箔や銅箔に活物質が塗布された前後の中央の大部分は、これらの電極１ａ，１ｂがセパレータ１ｃを介して密に巻回されているが、前後の両端部は、活物質が塗布されていないアルミニウム箔や銅箔だけが突出しているので、巻回の間に隙間が非常に多い状態となる。例えば図４に示すように、電極１ａ，１ｂに活物質が塗布された中央の領域Ａでは、巻回の間が密着して隙間はないが、発電要素１の前方端部の領域Ｂでは、正極１ａの活物質未塗布部のアルミニウム箔だけが突出するので、巻回の間に隙間が非常に多い状態となる。これは、発電要素１の前後の端部では、正極１ａ又は負極１ｂだけが突出するので、それだけでも巻回の間に負極１ｂ又は正極１ａの分の隙間が生じるが、これら正極１ａ又は負極１ｂがそのまま突出するのではなく、活物質が塗布された部分の十分の１程度の厚さのアルミニウム箔や銅箔だけが突出するので、これら金属箔の巻回の間はさらに隙間が多いものとなるためである。

このため、上記発電要素収納部２１ａ，２２ａは、発電要素１の前後の中央の大部分を覆うシート部分では、僅かな隙間を埋めるために少し内側に撓むだけであるが、この前後の両端部を覆うシート部分では、突出した正極１ａのアルミニウム箔や負極１ｂの銅箔を上下方向から圧迫して巻回中心側に押しやって撓むことになる。しかも、扁平状の巻回型の発電要素１の前後の両端部における左右の両側部では、電極１ａ，１ｂの金属箔が湾曲して突出するために巻回中心側に圧迫されてもあまり大きく撓むことはないのに対して、この左右の中央部では、これらの金属箔が多くの隙間をあけて平坦に重なり合っているだけであるため、上下方向から圧迫されると、容易に大きく撓むようになる。例えば図５に示すように、電極１ａ，１ｂに活物質が塗布された中央の領域Ａでは、単に発電要素収納部２１ａ，２２ａのシート部分が発電要素１の表面に密着するだけであるが、前方端部の領域Ｂに突出するアルミニウム箔は、上下方向から圧迫されて密接し大きく潰れる。従って、発電要素収納部２１ａ，２２ａは、前後の両端部における発電要素１の金属箔のみの突出部を覆うシート部分が、特に左右の中央部で、内側に大きく撓んで窪むことになり、伸びがほとんど生じないアルミラミネートシート２１，２２にこのような大気圧による窪みが発生することによって、半円筒状の端面２１ｃ，２２ｃであった部分に皺２１ｂ，２２ｂが寄るようになる。そして、これらのアルミラミネートシート２１，２２に皺２１ｂ，２２ｂが寄ると、その部分が急な角度で折り曲げられることになるので、強い振動や落下等による衝撃を受けると、折り曲げ部分にクラックが発生し易くなり、非水電解質二次電池の液漏れ等の原因になるという問題が生じる。

なお、電池ケースを構成するアルミラミネートシートに形成された発電要素収納部の前後の両端部に内側に窪んだ凹部が形成された発明が従来からなされている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この窪み（特許文献１では「突出部」と称している）は、発電要素の前後の端の位置を規制するために、この発電要素の端面を支持するように形成されたものにすぎない。このため、アルミラミネートシートの発電要素収納部は、電池ケース内部の減圧により大気圧で押されると、発電要素の端部を覆う平坦なシート部分が潰れることになり、これより端部側に形成された窪みの形状と相まってさらに複雑な皺や折れ曲がりが発生するので、上記問題を解決することにはならない。
特開２００３−７７４２６号公報

本発明は、フレキシブルシートの発電要素収納部に傾斜状凹部を形成することにより、発電要素の端部を覆う発電要素収納部が大気圧によって大きく潰れて皺が寄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、フレキシブルシートを方形状に膨らませてなる発電要素収納部の内側に金属箔が突出する端部を有する発電要素を収納した電池において、前記発電要素収納部の前記金属箔が突出する端部と対向する側壁部の中央部に、前記発電要素方向に凹む傾斜状凹部を形成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発電要素収納部の側壁部に傾斜状凹部が形成されているので、この発電要素収納部は、内側に収納した発電要素の端部に突出した金属箔を先端部ほど巻回中心側に押しやることになる。このため、発電要素収納部は、電池ケースの内部を減圧して完全に密閉した後に、通常の環境で大気圧により押されても、特に発電要素の端部を覆うシート部分が大きく潰れるようなことがなくなる。従って、この発電要素収納部が大気圧で押されて大きく潰れ皺が寄るようなことがなくなり、電池が振動や衝撃を受けても、液漏れが生じ難くなる。

なお、フレキシブルシートを重ね合わせて封止することにより構成された電池ケースの内部に、このフレキシブルシートを半円筒状に膨らませて形成された発電要素収納部の内側に巻回型扁平状の発電要素を嵌め込んで収納する電池において、この発電要素収納部における半円筒状の端面に中央部ほど窪んだ傾斜状凹部が形成されているようにしてもよい。フレキシブルシートを半円筒状に膨らませて発電要素収納部を形成した場合、この半円筒状の両端面とこの半円筒状の側面の立ち上がり部分とがそれぞれ側壁部になり、ここでは発電要素の巻回軸と交差する一方又は双方の端面に傾斜状凹部を形成することになる。このようにすれば、発電要素収納部の端面に中央部ほど窪んだ傾斜状凹部が形成されるので、この発電要素収納部は、内側に嵌め込んだ発電要素の端部に突出した金属箔を中央部ほど巻回中心側に押しやることになり、発電要素の端部の中央部を覆うシート部分が大きく潰れるのを効果的に防ぐことができる。

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３〜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２においても、これら図３〜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。

図１に示すように、本実施形態の非水電解質二次電池は、従来例と全く同じ構成の巻回型扁平状の発電要素１を用いている。また、電池ケース２の２枚のアルミラミネートシート２１，２２も、従来例とほぼ同様の構成である。即ち、２枚の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をラミネート状に積層したフレキシブルシートであり、同じ大きさの方形のものを内面の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２枚の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、それぞれ事前に中央の大部分に、絞り加工によって内面のシーラント層側から型押しすることにより、外面のベースフィルム層側を半円筒状に膨らませた発電要素収納部２１ａ，２２ａを形成している。これらの発電要素収納部２１ａ，２２ａの半円筒状は、必ずしも円筒形をその軸を含む平面で切断した完全な半円筒形である必要はなく、嵌め込む扁平状の発電要素１の上下半分の外形状に合わせた形状であればよい。従って、軸を含む平面を平行移動した平面で円筒形を切断した円筒部分や、楕円円筒形又は長円筒形をこの軸を含む平面やその平行移動した平面で切断した楕円円筒部分又は長円筒部分等の形状であってもよく、これらに類似する形状でもよい。また、これらの発電要素収納部２１ａ，２２ａの半円筒状の前後の端面２１ｃ，２２ｃは、アルミラミネートシート２１，２２の周縁部から垂直に突出しているのではなく、この垂直よりも緩やかな角度の傾斜面となっている。そして、これらの端面２１ｃ，２２ｃの傾斜は、絞り加工を容易にするためのものであるから、図３〜図５に示した従来例の場合も同様であり、この従来例の場合にはほぼ平面状の傾斜面によって端面２１ｃ，２２ｃが構成されていた。

しかしながら、本実施形態のアルミラミネートシート２１，２２の発電要素収納部２１ａ，２２ａにおける半円筒状の端面２１ｃ，２２ｃの傾斜面には、中央部ほど窪んだ傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄが形成されている。即ち、これらの端面２１ｃ，２２ｃは、左右の両側部については、従来と同様のほぼ平面状の傾斜面となるが、この左右の中央部については、図２に示すように、アルミラミネートシート２１，２２の前後の周縁部からの立ち上がり部が傾斜角度の緩やかな傾斜面となるので、両側部の傾斜面より窪んだ傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄが形成される。もっとも、本実施形態では、これらの傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄの傾斜面は、発電要素収納部２２ａの頂面に至る奥側で傾斜角度がある程度急になっているので、前後方向に傾斜角度が変化し傾斜曲線となっている。しかも、左右の両側部から中央部に至って急激に傾斜面の傾斜角度が変化するのではないので、この両側部から中央部に近付くほど徐々に変化する。ただし、中央付近では、左右のある程度の幅にわたって同じ傾斜曲線が連続していてもよい。また、これら端面２１ｃ，２２ｃの傾斜面が立ち上がる前後方向の位置は、左右の両側部と中央部とでほぼ同じになるので、この中央部の傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄでは、発電要素収納部２１ａ，２２ａの頂面に至る立ち下がり部が両側部よりも奥側となる。そして、本実施形態では、この傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄが発電要素収納部２１ａ，２２ａの頂面から立ち下がる最奥側の位置が、この発電要素収納部２１ａ，２２ａに嵌め込まれる発電要素１における電極１ａ，１ｂの活物質塗布部と未塗布部との境界にほぼ一致するようにしている。即ち、図２に示すように、発電要素１の電極１ａ，１ｂに活物質が塗布された領域Ａと、この前方端から正極１ａのアルミニウム箔だけが突出する領域Ｂとの境界付近で、発電要素収納部２１ａ，２２ａの頂面の前方端から傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄの傾斜面が立ち下がるようになっている。なお、この傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄの両側の端面２１ｃ，２２ｃは、従来と同様に、発電要素１の正極１ａのアルミニウム箔の突出端付近で、発電要素収納部２１ａ，２２ａの頂面の前方端から立ち下がるようになっている。また、発電要素収納部２１ａ，２２ａは、各面の界面をアール状に形成しているので、この傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄとアルミラミネートシート２１，２２の周縁部や発電要素収納部２１ａ，２２ａの頂面及び端面２１ｃ，２２ｃとの界面もアール状に湾曲させている。

上記構成の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ると共に、これらの間に挟んだ発電要素１の上半分と下半分をそれぞれの発電要素収納部２１ａ，２２ａ内に嵌め込む。この際、発電要素１は、巻回軸を前後方向に向け、扁平状の湾曲部を左右の両側部に配置して、この発電要素１の両端面を発電要素収納部２１ａ，２２ａの両端面２１ｃ，２２ｃが覆うようにして嵌め込まれる。そして、真空中で、これらのアルミラミネートシート２１，２２の周縁部を上下から加熱加圧して、熱溶着により内部を封止する。この際、リード端子３，４の引き出しや、非水電解液の注入及び予備充電は、従来例と同様に行い、これによって非水電解質二次電池が完成する。

このようにして非水電解質二次電池の２枚のアルミラミネートシート２１，２２が熱溶着されて電池ケース２が構成されると、発電要素１の前後の端部に突出する金属箔が湾曲する左右の両側部では、図４に示した従来例と同様に、この金属箔（図４では正極１ａのアルミニウム箔）の突出先端部付近で発電要素収納部２１ａ，２２ａの端面２１ｃ，２２ｃが立ち下がることになるが、この金属箔が隙間をあけて平坦に重なり合っている左右の中央部では、図２に示すように、この金属箔（図２では正極１ａのアルミニウム箔）の突出基部付近で傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄが立ち下がるので、この傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄによって金属箔が上下方向から巻回中心側に押しやられて密集しほとんど隙間のない状態となる。

そして、上記非水電解質二次電池を大気圧の環境下に戻すと、電池ケース２のアルミラミネートシート２１，２２における内部が減圧された発電要素収納部２１ａ，２２ａがこの大気圧に押圧される。すると、発電要素１の電極１ａ，１ｂに活物質が塗布された前後の中央部と、この発電要素１の前後の両端部に突出する電極１ａ，１ｂの金属箔が湾曲する左右の両側部を覆う発電要素収納部２１ａ，２２ａのシート部分では、従来と同様に僅かに内側に撓んでこの発電要素１や金属箔の湾曲部の表面に密着する。また、発電要素１の両端部に突出する電極１ａ，１ｂの金属箔が隙間をあけて平坦に重なり合っていた左右の中央部を覆う発電要素収納部２１ａ，２２ａのシート部分、即ち傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄでも、これらの金属箔が既にほとんど隙間がない状態にまで密集しているので、大気圧がこの傾斜状凹部２１ｄ，２２ｄを押圧したとしても、それ以上さらに窪むことはほとんどなく、僅かに内側に撓むだけとなる。

この結果、本実施形態によれば、真空中でアルミラミネートシート２１，２２を封止して構成した電池ケース２を大気圧の環境下に戻しても、内部が減圧された発電要素収納部２１ａ，２２ａが大きく撓むようなことがなくなるので、この大気圧による撓みによって図５に示したような皺２１ｂ，２２ｂが寄るようなことがなくなり、振動や衝撃により非水電解質二次電池が液漏れを起こし易くなるのを防ぐことができるようになる。

なお、上記実施形態では、発電要素収納部２１ａ，２２ａを２枚のアルミラミネートシート２１，２２の双方に形成する場合を示したが、いずれか一方のアルミラミネートシートにのみ形成して、他方のアルミラミネートシートは平坦なものをそのまま用いることもできる。ただし、この場合の発電要素収納部は、発電要素１のほぼ全体が嵌まり込むような深さに形成する必要がある。

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、例えば１枚のアルミラミネートシートを２つ折りにして電池ケースを構成するようにしてもよい。この場合、発電要素収納部は、この１枚のアルミラミネートシートを２つ折りにした双方のシート片に形成してもよいし、いずれか一方のシート片にのみ形成してもよい。また、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、樹脂シートを積層した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の前後の両端部に電極１ａ，１ｂの活物質未塗布部の金属箔を突出させるようにした場合を示したが、前後のいずれかの端部にのみ、正極１ａ又は負極１ｂの金属箔を突出させるようにした発電要素１であってもよい。

また、上記実施形態では、発電要素収納部の前後双方の端面に傾斜状凹部を形成する場合を示したが、いずれか一方にのみ形成することもできる。特に、発電要素１の片方の端部にのみ金属箔を突出させた発電要素１の場合には、発電要素収納部におけるこの突出した金属箔を覆う側の端面にのみ傾斜状凹部を形成すれば足りる。

また、上記実施形態では、発電要素収納部が半円筒状である場合を示したが、この発電要素収納部は、発電要素１を収納する方形状の形状であればよいので、半円筒状の両端面と側面の立ち上がり部分とからなる各側壁部がほぼ垂直面となり頂面がほぼ平坦になった箱状の膨らみを有するものであってもよい。

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、非水電解質二次電池の構成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、非水電解質二次電池の前方端部の構造を示す部分拡大縦断面図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の製造過程における真空中での前方端部の構造を示す部分拡大縦断面図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の大気中での前方端部の構造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
２ 電池ケース
２１ アルミラミネートシート
２１ａ 発電要素収納部
２１ｃ 端面
２１ｄ 傾斜状凹部
２２ アルミラミネートシート
２２ａ 発電要素収納部
２２ｃ 端面
２２ｄ 傾斜状凹部

Claims (1)

1. フレキシブルシートを方形状に膨らませてなる発電要素収納部の内側に金属箔が突出する端部を有する発電要素を収納した電池において、
   前記発電要素収納部の前記金属箔が突出する端部と対向する側壁部の中央部に、前記発電要素方向に凹む傾斜状凹部を形成したことを特徴とする電池。