JP2007005102A - 非水電解質電池および非水電解質電池用リード線 - Google Patents

Abstract

【課題】リード線の外部への取り出し部分における電気絶縁性と密封性に優れた高信頼性の非水電解質電池とそのためのリード線を提供する。
【解決手段】非水電解質電池は、正電極５、負電極５’および電解液を、金属箔を含む積層フィルム１４からなる封入袋３に収納し、正負電極に接続した導体１，１’を外部に取り出す構造を有する。導体１，１’は、絶縁体２０を介して封入袋３に接着され、その絶縁体２０は接着材料と、その中に配設された耐熱材料とによって構成される。そして絶縁体２０をヒートシールすることによって、接着材料と封入袋３の最内層フィルムとが融着する。ここで封入袋３のヒートシール温度では耐熱層は溶融しないため、導体１，１’と封入袋３の金属箔との電気的絶縁を確保することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、正電極、負電極および電解液を封入袋に収納し、電極に接続したリード線を外部に取り出す構造の非水電解質電池と、そのためのリード線に関する。

電子機器の小型化と共に電源としての電池の小型化、軽量化が求められている。また、高エネルギー密度化、高エネルギー効率化に対する要求もあり、このような要求を満たすものとして、リチウムイオン電池などの非水電解質電池への期待が高まっている。非水電解質電池としては、正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、電極に接続したリード線を外部に取り出す構造のものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図５は、従来の非水電解質電池の一例を示す概略図である。図中、１，１’は導体、２は絶縁体、３は封入袋、４はシール部分、５は正電極、５’は負電極、６は隔膜、７，７’は電極導電体、８，８’は活性物質、９は金属箔、１０は接着材層、１１は耐熱層、１２は最内層フィルム、１３は最外層フィルム、１４は積層フィルムを示す。

図５（Ａ）に示す非水電解質電池は、正電極５および負電極５’、隔膜６、電解液等を、袋状にした封入袋３に収納し、正負電極５，５’に接続した導体１，１’を密封状態にして外部に取り出す構造のものである。
封入袋３は、最内層フィルム１２と最外層フィルム１３との間に、少なくともアルミ、銅、ステンレス等の金属からなる金属箔９をサンドイッチ状に貼り合わせた密封性の高い積層フィルム１４を用いて形成される。最内層フィルム１２は、封入袋をヒートシールによって作成するためのシール層となる。また最外層フィルム１３は金属箔９を保護する保護層となる。

封入袋３を作成する際には、矩形に裁断した上記の積層フィルム１４を一対用意し、上記シール層となる最内層フィルム１２を対向させた状態でこれら一対の積層フィルム１４を配置する。そしてこの一対の積層フィルム１４の矩形の周囲３辺のみを、シール機を用いて所定の加熱条件でヒートシールする。これにより、矩形の積層フィルム１４の周囲３辺に、シール部分４が形成される。

正負電極５，５’に接続される導体１，１’は、封入袋３からの取り出し部分が絶縁体２で覆われている。この絶縁体２は、図５（Ｂ）に示すように、例えば、低融点の接着材層１０と、これよりは融点が高く封入袋３のヒートシール温度では溶融しない耐熱層１１の２層で形成される。低融点の接着材層１０には、例えば、酸変性の低密度ポリエチレンが用いられ、耐熱層１１には、架橋して耐熱性を向上させたポリエチレン等が用いられる。

絶縁体２は、導体１，１’に対して予め接着される。この場合、まず接着材層１０と耐熱層１１とを熱ラミネート等によって貼り合わせて積層構成の絶縁体２を作成し、その絶縁体２の接着材層１０を導体１，１’にヒートシールすることで、絶縁体２を導体１，１’接着して一体化させる。

正電極５および負電極５’は、集電体と呼ばれる金属箔やエキスパンデッドメタル等の金属基材上に活物質層が形成された構造を有している。導体１，１’と正電極５および負電極５’の接続には、これら電極基材となる電極導電体７，７’と導体１，１’とのスポット溶接や、超音波溶接等の方法が利用される。

導体１，１’を封入袋３に取り付ける場合、まず導体１，１’を接続した正電極５および負電極５’と隔膜６とからなる電気化学セルを、上記３辺をヒートシールした封入袋３の残り１辺の開口部を通して封入袋３の内部に挿入し、続いて電解液を封入袋３に注入する。
このとき導体１，１’に接着した絶縁体２の耐熱層１１と、封入袋３の最内層フィルム１２とが接触するように配置し、この状態で、封入袋３の残りの１辺をヒートシールしてシール部分４を形成する。

上記のように、絶縁体２は、低融点の接着材層１０と、これより融点が高く封入袋３のヒートシール温度では溶融しない耐熱層１１とが積層されている。封入袋３をヒートシールするときに絶縁体２を介さずに最内層フィルム１２同士が接触する領域では、これら最内層フィルム１２が溶融して互いに融着する。また最内層フィルム１２が絶縁体２の耐熱層１１に接触する領域では、耐熱層１１は溶融しないが、これに接触する最内層フィルム１２が溶融することでこれらが互いに融着する。このように絶縁体２の耐熱層１１は、封入袋３のヒートシール時に溶融しないため、導体１，１’と、積層フィルム１４内の金属箔９との電気的な短絡を有効に防止することができる。

上記のような構成で封入袋３に導体１，１’を取り付けることによって、導体１，１’が封入袋３の所定の縁部に融着されて、密封状態で取り出された非水電解質電池を作成することができる。

また上記の構成の他の形態として、絶縁体２の外側に、さらに鎖線で示すような低融点の絶縁層を設けて、封入袋３と溶融一体化することで、密封信頼性を向上させることができるとされている。
特許３５０５９０５号公報 特開２００１−１０２０１６号公報

導体１，１’と封入袋３との間に設ける絶縁体２は、上述のように低融点の接着材層１０と、架橋樹脂による耐熱層１１とから構成される。そして耐熱層１１を設けることにより、導体１，１’と積層フィルム１４内の金属箔９との短絡を有効に防止できる、というメリットが得られる。しかしながら一方では、耐熱層の融点が高く、封入袋３のヒートシール温度では溶融しないため、積層フィルム１４の最内層フィルム１２と耐熱層１１との間のシール強度は、絶縁体２と積層フィルムとがそれぞれ溶けて溶着するときよりは弱い。

本発明は、リード線の外部への取り出し部分の封入袋とのシール強度が従来よりも大きい高信頼性の非水電解質電池とそのためのリード線の提供を課題とする。

本発明による非水電解質電池は、正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、正負電極に接続したリード線を外部に取り出す構造を有している。上記のリード線の導体は、絶縁体を介して封入袋に接着される。また上記の絶縁体は、リード線の導体に接着された接着材料と、接着材料中に配設された耐熱材料とからなり、リード線の幅方向に一致する方向を絶縁体の幅方向とするとき、上記耐熱材料は、絶縁体の幅方向に少なくとも導体幅以上に亘って配設されている。

本発明によれば、絶縁体をリード線の導体に接着した状態で封入袋の所定位置に配置し、封入袋をヒートシールする際、絶縁体の接着材料が溶融して、絶縁体と封入袋の最内層フィルムとが融着してシールされ、絶縁体と封入袋との密着力が大きい。このときに前記接着材料の内部に配設された耐熱材料は、封入袋のヒートシール温度では溶融しないため、ヒートシール時にもその形状が維持されて、リード線と封入袋の金属箔との電気的絶縁を確保することができる。これにより、リード線の外部への取り出し部分における電気絶縁性と密封性に優れた高信頼性の非水電解質電池と、そのためのリード線が得られる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明のリード線を備えた非水電解質電池の一例を示す外観図である。図２は図１に示す非水電解質電池の概略を説明する図で、図２（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）はａ−ａ方向から見た部分図、図２（Ｃ）はｂ−ｂ方向から見た部分図である。図３は本発明による非水電解質電池用リード線の例を示す断面図である。図中、２０は絶縁体、２１は接着材料、２２は耐熱材料、２３は接続部を示す。その他の符号は、図５で用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。

本実施形態による非水電解質電池は、図１に一例として示すように、一対の導体１，１’の取り出し部分をそれぞれ絶縁体２０で覆って、封入袋３のシール部分４から外部に取り出す形態の薄形構造で形成される。封入袋３は、周縁部のシール部分４をヒートシールによる熱融着で袋状としたものである。封入袋３内には、正電極、負電極、隔膜等と非水の溶媒（例えば、有機溶媒）に電解質（例えばリチウム化合物）が溶解された非水電解液とを含む単一の電気化学セルを、密封収納している。導体１，１’は、外部への電気接続のためにシール部分４から取り出され、その取り出し部分は絶縁体２０で被覆絶縁されて、封入袋３を形成する積層フィルム内の金属箔と電気的接触が生じないようにしている。

図２は、本発明による非水電解質電池の概略を示す図で、図１で示した封入袋３のシール部分４の一部から、導体１，１’を絶縁体２で覆って外部に取り出す構成を示している。封入袋３は、図では概略で示しているが、図５で説明したのと同様に、内部に金属箔の層を含む積層フィルム１４で形成される。この積層フィルム１４は、最内層フィルムと最外層フィルムとの間に、少なくともアルミ、銅、ステンレス等の金属等の金属箔をサンドイッチ状に貼り合わせて、封入袋３内に収納される電解液に対する密封性を高めている。

また、封入袋３の積層フィルム１４は、例えば、３〜５層の積層体からなり、その最内層フィルムは、電解液で溶解されずシール部分からの電解液の漏出を防止するのに適したものとして、酸変性ポリオレフィン（例：無水マレイン酸変性低密度ポリエチレン）で形成される。最外層フィルムは、内側の金属箔を外傷から保護するのにポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等で形成されている。

封入袋３内に収容される電解質としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロドフランなどの有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｓＦ₆等の電解質を溶解させた非水電解液や、リチウムイオン伝導性の固体電解質などが用いられる。

電極は、隔膜６を挟んで向き合う正電極５と負電極５’からなり、集電体と呼ばれる金属箔またはエキスパンドメタルの金属基材上に活性物質層８，８’を形成した構造を有している。正電極５は、アルミ箔の電極導電体７上に還元酸化物粉末とカーボン粉末と結着剤のバインダーとからなる活性物質８を形成して構成される。負電極５’は、銅箔からなる電極導電体７’上にカーボン粉末と結着剤のバインダーとからなる活性物質８’を形成して構成される。正電極５と負電極５’との間に配される隔膜６は、電気的絶縁性を保持し、且つ、イオン伝導性保持するポリオレフィン系の多孔膜で形成される。

正負電極５，５’は、電極導電体７，７’から一体に形成されている接続片７ａ，７ａ’を、スポット溶接や超音波溶接等により導体１，１’に接続して接続部２３とし、外部に電気的に取り出される。正電極５に接続される導体１は、正の高電位となるので電解液との接触により溶解が生じないように、電極導電体７と同じアルミまたはチタン或いはこれらの合金で形成されているのが好ましい。負電極５’に接続される導体１’は、過充電でリチウムが析出し過放電で電位が高くなることから、リチウムに腐食されにくく、リチウムと合金が形成されにくく、且つ、高電位で溶解されにくい電極導電体７’と同じ銅またはニッケル或いはこれらの合金で形成されているのが好ましい。

導体１，１’には、丸型導体や平角導体の単線を用いることができるが、丸型導体の場合、電池容量が大きいと太径となるため、封入袋３からの取り出し部分の密封性が低下する恐れがある。このため、電池容量が大きくなっても、幅寸法を増加させることで厚みをあまり増加させずにすむ平角導体を用いる方が、密封性を低下させずに取り出すことができる。また、接続片７ａ，７ａ’との溶接に際しても、平角導体を用いたリード線の方が接触面積を大きくすることができ、信頼性に優れた接続を行なうことができる。

導体１，１’の取り出し部分を覆って封入袋３の金属箔との電気的絶縁を行なう絶縁体２０は、接着材料２１と、接着材料２１の中に配設された耐熱材料２２とによって構成される。接着材料２１は、比較的溶融温度が低い樹脂材料で形成され、導体１，１’の導体上に溶融接着することにより、絶縁体２０と導体１，１’とを一体化させる。この接着材料２１には、例えば、熱可塑性ポリオレフィン樹脂等、好ましくは低密度ポリエチレン或いは酸変性低密度ポリエチレン（例：厚み１００μｍ、融点１１０℃）が用いられ、１５０℃程度のシール温度で導体１，１’の導体上に熱融着される。またこの他、酸変性ポリプロピレンを用いることもできる。

耐熱材料２２は、接着材料２１の樹脂材料よりも高融点で、かつ封入袋３のヒートシール温度では溶融しない材料で形成されている。この耐熱材料２２には、例えば、架橋ポリオレフィン樹脂、好ましくは架橋された低密度ポリエチレン或いはエチレン−ビニルアルコール重合体（例：エチレン比率４４％、厚み３０μｍ、融点１６５℃）を用いることができるが、融点が１５０℃以上で導電性がない材料であれば、特に限定されるものではない。

封入袋３の最内層フィルムが酸変性低密度ポリエチレンで形成されている場合、シール部分４は、最内層フィルムが１１０℃程度となる条件でヒートシールされるが、このヒートシール温度では耐熱材料２２は溶融されず、その形状を維持するために、導体１，１’の取り出し部分において、封入袋３の金属箔との電気的絶縁を確保することができる。

そして本実施形態では、耐熱材料２２は、絶縁体２０の幅方向（導体１，１’の幅方向に一致する方向を絶縁体２０の幅方向とする）に少なくとも導体幅より広く配設される。これにより、封入袋３の内部の電解液の漏出を信頼性をもって防ぐことができる。
図３は、絶縁体の構成例を示す図で、図３（Ａ）はリード線と絶縁体との積層体を側面からみた構成図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のｄ−ｄ断面の概略図である。

図３に示すように、本実施形態では、絶縁体２０を構成する接着材料２１の内部に耐熱材料２２を配設する場合に、リード線の幅方向ｗにおいて、この筋状の耐熱材料２２は一つの筋が絶縁体２０の全幅にわたるものであればよく、図３に示した直線状の形状には限られない。曲線状のものであってもよい。耐熱材料２２が絶縁体２０の幅方向に少なくとも導体幅より広く筋状に配設されるように構成する。
図３の例では、複数の筋状の耐熱材料２２を接着材料２１の内部に埋め込むように配設している。ここでは、筋状の耐熱材料２２の長手方向がリード線の幅方向ｗに一致するように配設される。

絶縁体２０を導体１，１’に接着した状態で封入袋３の所定位置に配置し、絶縁体２０を挟んで封入袋３の最内層フィルムをヒートシールする際、封入袋３のヒートシール温度で接着材料２１が溶融して、絶縁体２０と封入袋３の最内層フィルムとが融着してシールされる。
このときに接着材料２１の内部に配設された耐熱材料２２は、封入袋３のヒートシール温度では溶融しないため、ヒートシール時にもその形状が維持されて、リード線と封入袋３の金属箔との電気的絶縁を確保することができる。

接着材料２１の内部に配設する耐熱材料２２は、その形状を限定するものではなく、例えば、上記筋状の耐熱材料２２より幅の広いテープ状の耐熱材料を複数配列して、両側から接着材料２１によるフィルムをラミネートしてもよい。

ただし耐熱材料２２は、絶縁体２０の幅方向に少なくとも導体幅より広く配設されている。例えば、図４に示すように、接着材料２１の内部の耐熱材料２２が絶縁体２０をその幅方向に横切るものでないと、封入袋３の内部の電解液が接着材料中を伝って封入袋３の外部に漏出するおそれが生じる。耐熱材料２２が絶縁体２０を横切っていれば、封入袋３内から接着材料中を伝って来た電解液が耐熱材料２２に遮られて封入袋外まで漏出することがない。
耐熱材料２２を絶縁体２０の全幅に亘って備えることにより、導体１，１’の外部への取り出し部分における電気絶縁性と、優れた密封性とを兼ね備えた高信頼性の非水電解質電池を得ることができる。

また耐熱材料２２の体積は、導体１，１’と封入袋３の金属箔との短絡を防ぐためには、接着材料２１の０.５重量％以上必要であり、またヒートシール時にリード線と封入袋との密着を維持するためには、接着材料２１の９０重量％以下に抑える必要がある。すなわち、接着材料２１に対する耐熱材料２２の体積比は、０.５重量％以上９０重量％以下であることが必要となる。

本発明による非水電解質電池の一例を示す外観図である。 本発明による非水電解質電池の概略を説明する図である。 本発明によるリード線の絶縁体の構成例を示す図である。 リード線の絶縁体の好ましくない構成例を示す図である。 従来の技術を説明する図である。

符号の説明

１，１’…導体、２…絶縁体、３…封入袋、４…シール部分、５…正電極、５’…負電極、６…隔膜、７，７’…電極導電体、７ａ，７ａ’…接続片、８，８’…活性物質、９…金属箔、１０…接着材層、１１…耐熱層、１２…最内層フィルム、１３…最外層フィルム、１４…積層フィルム、２０…絶縁体、２１…接着材料、２２…耐熱材料、２３…接続部。

Claims (2)

1. 平板な導体の表面に絶縁体が接着されてなる非水電解質電池用のリード線であって、前記絶縁体は、前記導体に接着される接着材料と、前記接着材料中に配設された耐熱材料とからなり、前記リード線の幅方向に一致する方向を前記絶縁体の幅方向とするとき、前記耐熱材料は、前記絶縁体の幅方向に少なくとも導体幅以上に亘って配設され、前記接着材料に対する前記耐熱材料の体積比は、０.５％以上９０％以下であることを特徴とするリード線。
2. 正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、正負電極に接続した導体を外部に取り出す構造の非水電解質電池であって、前記導体は、絶縁体を介して前記封入袋に接着され、前記絶縁体は、前記導体に接着された接着材料と、前記接着材料中に配設された耐熱材料からなり、前記導体の幅方向に一致する方向を前記絶縁体の幅方向とするとき、前記耐熱材料は、前記絶縁体の幅方向に少なくとも導体幅以上に亘って配設され、前記接着材に対する前記耐熱材料の体積比は、０.５％以上９０％以下であることを特徴とする非水電解質電池。

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