JP2007095374A - 薄型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極端子が側面に露出した薄型電池であって、電池外装材の構造がシンプルで、製造工程を簡単化できるものを提供する。
【解決手段】 片面に正極集電体１３２を、他面に負極集電体１３７を、それぞれ有する素電池を、外装材１１０、１２０で密閉してなる電池。外装材１１０、１２０は、少なくともアルミニウム層と熱接着性樹脂層とを含んで周縁が熱接着される。外装材１１０は、正極集電体１３２を外部へ露出させるべく開口する正極窓１１１を備える。同様に、外装材１２０は、負極集電体１３７を外部へ露出させるべく開口する負極窓１２１を備える。正極窓１１１および負極窓１２１は、ともに単純な開口で構成されるため、構造がシンプルで製造も簡単である。
【選択図】図４

Description

本発明は、薄型電池に関する。さらに詳しくは、電池側面に露出する面状の電極端子を備えた薄型電池に関する。

近年のエレクトロニクス機器の小型化および薄型化に伴い、それらに使用される電池もまた薄型化する傾向にある。特許文献１および特許文献２は、そのような薄型化に対応した電池を開示しているが、いずれにおいても、タブ状の正極端子および負極端子が電池外部へ突出した構成を有するため次のような問題がある。

すなわち、タブ状の突出する電極端子部分の密閉性を確保するために、電極端子表面を接着フィルムで被覆した状態で当該電極端子を外装材に挟み込んで、ヒートシールしている。しかし、ヒートシールの際の圧力や温度が適切でない場合には、外装材中の金属箔と電極端子とが接触してショートすることもあるので、これを避けるために種々の工夫が必要となる。
このように、電極端子が外部に突出する構成においては、電極端子部分における密閉性を確保するのは容易ではない。

一方、特許文献３では、突出する電極端子を無くし、電池側面に露出する面状の電極端子を備えた薄型電池が開示されている。図１は、特許文献３に開示された薄型電池を説明する斜視図である。
図１（ａ）のような、外部に突出する正極端子１１および負極端子１２を有する電池１０に代えて、図１（ｂ）のような、側面に端子５５、６５が面状に露出する平板状の薄型電池３０が提案されている。
このような構成によれば、外部に突出する電極端子が存在しないので、特許文献１および２に係る上記問題は解消される。しかも、電池自体の形状がシンプルかつコンパクトとなり、また、これを収容する電池室の形状およびサイズもシンプルでコンパクトなものとなる。

しかしながら、特許文献３に開示された薄型電池においては、外装材の積層構造が複雑で製造工程も複雑になるという問題がある。これを図２の断面図を参照して説明する。図２は、特許文献３中の図３をそのまま現したものであり、そのため、本明細書では説明しない参照数字も含まれている。
特許文献３の電池では、当該断面図に示したように、素電池４０を密封する第１および第２の外装材５０、６０がそれぞれ３層構造を有している。第１外装材５０における中央の導電層５２は開口のない導電性フィルム５２で構成されていて、当該導電性フィルム５２の表裏両面にそれぞれ、開口を有する絶縁層５１、５３を形成している。
内側絶縁層５３に設けた開口内には導電性接着剤が塗布され、これにより、素電池４０の正極集電体４１と導電性フィルム５２とが導通する。そして、導線性フィルム５２は、外側絶縁層５１に設けた開口内に露出しているので、ここから正極集電体４１を外部に導通させることができる。
第２外装材６０についても同様の構成である。

以上のように、特許文献３に開示された構成では、外装材が「開口を有する層（５１、５３）」と「開口を有しない層（５２）」との組合せで構成されているので、絶縁層５１、５３に開口部を設ける工程、および開口部を有するフィルムと導電性フィルムとを積層する工程が必要となり、工程および位置合わせが煩雑となる。また、導電性接着剤は、それ自体が特殊であるため、コストアップにつながる。さらに、十分な接着強度が得られるか否かについても疑問が残る。

特開２００２−２１６７１９号公報 特開２００２−２４５９８２号公報 特開平１１−２８８７３７号公報

したがって、本発明の目的は、電極端子が側面に露出した薄型電池であって、電池外装材の構造がシンプルで、製造工程を簡単化できるものを提供することである。

本発明は、上記課題を有効に解決するために創案されたものであって、以下の特徴を備える電池を提供する。
本発明の電池は、「片面に正極集電体を、他面に負極集電体を、それぞれ有する素電池」を外装材で密閉してなる。そして、外装材は、少なくともアルミニウム層と熱接着性樹脂層とを含んで周縁が熱接着されるとともに、「正極集電体を外部へ露出させるべく開口する正極窓」と「負極集電体を外部へ露出させるべく開口する負極窓」とを備える。

上記構成を備えた本発明の電池においては、素電池を覆う外装材に設けた正極窓および負極窓は、それぞれ、外装材に対して単純な貫通開口を設けることで構成されていて、当該窓から露出する正極集電体および負極集電体が、それぞれ電池の正極および負極を構成している。
したがって、外装材を特許文献３の場合のような「開口を有する層」と「開口を有しない層」との組合せからなる複雑な構成としなくても、電池側面に面状に露出する電極端子を設けることができる。

本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る薄型電池１００を示す斜視図である。また、図４は、図３中の４−４線に沿う模式断面図である。

≪電池の全体構成≫
薄型電池１００は、外装材の内部に素電池を密閉して構成される。図示の例では、上下２枚のフィルム状外装材１１０、１２０の間に素電池を挟み込んで、その周辺をシールしている。
フィルム状外装材１１０、１２０の互いに当接する表面には、熱接着性樹脂層が設けられていて、ヒートシールにより密閉構造を実現できる。
例えば、１枚のフィルム状外装材を２つに折り畳んで、その間に素電池を挟み込み、３辺を密閉シールする等、他の構成を採用することもできる。
後述するように、各外装材１１０、１２０は、それぞれ、その中央に貫通開口１１１、１２１が形成されていて、そこから露出する集電体が面状電極を構成する。

≪素電池の形態≫
外装材１１０、１２０内の素電池の構成は次の通りである。
複数の正極板および複数の負極板を交互に積層して、積層体１３０が構成されている。なお、各正極板と各負極板との間には、隔離材が挿入されている。この積層体１３０の側面から、各正極板に連結された正極端子１３１を取り出して、これを正極集電体１３２に接続している。また、積層体１３０の側面から、各負極板に連結された負極端子１３６を取り出して、これを負極集電体１３７に接続している。
なお、正極集電体１３２は、絶縁層１３３を介して、積層体１３０の片面に配置され、負極集電体１３７は、絶縁層１３８を介して、積層体１３０の他面に配置されている。
以上のようにして、素電池は、全体として略六面体の形態に構成されている。ただし、本発明において、素電池の具体的な形態は図示のものに限られず、片面に正極集電体を有し、これと反対側の他面に負極集電体を有するものであればよい。このような条件を満たす限り、シート状の電極板をロール状に巻いたもの、または蛇腹状に畳んだもの等、公知の形態を採用することができる。

≪外装材の構造≫
図３中、上方側に位置する外装材１１０は、そのほぼ中央に正極窓１１１を備える。正極窓１１１は、フィルム状の外装材１１０全厚を貫通して開口しており、その内部に正極集電体１３２が露出し、これが電池１００の正極を構成している。
下方側の外装材１２０も同様の構成で、図４から分かるように、外装材１２０は、そのほぼ中央に負極窓１２１を備えている。負極窓１２１は、フィルム状の外装材１２０全厚を貫通して開口しており、その内部に負極集電体１３７が露出し、これが電池１００の負極を構成している。

なお、フィルム外装材１１０および１２０は、それぞれ外側から順に、基材層とアルミニウム層と内層とからなり、内層として熱接着性樹脂層が設けられている。薄型電池１００の周縁においては、この熱接着性樹脂層同士を当接させて熱接着することで密閉性が保たれている。

外装材１１０、１２０中のアルミニウム層は、外部から電池内部に特に水蒸気が浸入することを防止するために設けているものである。水蒸気バリア性の確保と、加工適性を考慮すると、２０〜１００μｍの厚さのアルミニウム箔を用いることが好ましい。

図示した例では、後に説明する絶縁フィルム１１５、１２５を利用して正極窓１１１および負極窓１２１の部分における密閉性を保っている（すなわち、正極窓１１１や負極窓１２１から内部の電解液等が漏れ出すことを防いでいる）。しかし、絶縁フィルム１１５、１２５を省略することも可能であって、その場合には、外装材１１０、１２０は、少なくとも正極窓１１１および負極窓１２１の開口端縁近傍の裏面側領域において、上記熱接着性樹脂層が正極集電体１３２および負極集電体１３７に接着される。この接着には、接着剤を用いるが、熱接着性樹脂層自体の接着性を利用することも可能である。

≪絶縁フィルムによる窓部分の密閉≫
図３および図４に示したように、絶縁フィルム１１５、１２５を利用して正極窓１１１および負極窓１２１の部分における密閉性を高めることが好ましい。また、絶縁フィルム１１５、１２５を配置することで、「外装材１１０、１２０中のアルミニウム層」と「正極集電体１３２または負極集電体１３７」とが接触してショートすることも防止できる。

図４から分かるように、絶縁フィルム１１５は、正極窓１１１の開口端縁近傍において外装材表面側から裏面側へと断面コ字状に延在し、これにより、正極窓１１１の開口端縁が被覆されている。同様に、絶縁フィルム１２５は、負極窓１２１の開口端縁近傍において外装材表面側から裏面側へと断面コ字状に延在し、これにより、負極窓１２１の開口端縁が被覆されている。
絶縁フィルム１１５、１２５の外装材裏面側へと延在する部分は、当該裏面と正極集電体１３２または負極集電体１３７との間に挟み込まれている。そして、当該裏面と正極集電体１３２または負極集電体１３７とに対して接着されている。

絶縁フィルム１１５、１２５は、正極集電体１３２または負極集電体１３７に対して良好に接着できるように、例えば酸変性ポリオレフィン等、金属接着性のある樹脂で構成することが好ましい。
一例として、絶縁フィルム１１５、１２５は、「酸変性ポリオレフィン層／ポリエチレンナフタレート層／酸変性ポリオレフィン層」の三層構造とすることができる。

以上のような絶縁フィルム１１５、１２５を設けることで、内部の素電池から電池外部への導通領域を、当該絶縁フィルムに囲まれた内部領域（正極集電体１３２または負極集電体１３７の露出部分）のみに限って、それ以外の外装材表面領域からの導通を確実に防ぐことができる、というメリットもある。

本発明のような、薄型でその側面に面状に電極が露出する薄型電池は、それらを複数積み重ねることで、全体がスッキリした六面体形状であって、大電圧の複合電池を構成できるというメリットがある。
また、タブ状の電極端子が電池外部に突出することのない構成を採用しているので、電極端子部分における確実な密閉性を保つことができるとともに、外装材中のアルミニウム層と電極端子とが接触する（ショートする）ことも、特に上記絶縁フィルム１１５、１２５を設けることで確実に防止できる。

本発明において、素電池を覆う外装材は単純な貫通開口を有していればよく、外装材自体の積層構造や絶縁フィルムの材質等は、以上に説明したものには限定されない。内部に収容される素電池の特性や、要求される電池性能に応じて適当な積層構造および材質を採用できる。一例を下記に示すが、あくまでも例示に過ぎない。

≪外装材および絶縁フィルムの材質の組合せ例≫
（１）外装材
アルミニウム２０μｍの両面に化成処理を施し、化成処理した一方の面に延伸ポリエステルフィルム（厚さ１２μｍ）をドライラミネート法により貼り合わせ、次に、化成処理したアルミニウムの他方の面を、遠赤外線と熱風とにより、接着樹脂である酸変性ポリエチレン樹脂の軟化点以上に加熱した状態として、酸変性ポリエチレン樹脂（２０μｍ）を接着樹脂として、ヒートシール層となる綿状低密度ポリエチレン樹脂フィルム（３０μｍ）をサンドイッチラミネートして得られた積層体を外装材として使用する。
（２）絶縁フィルム
上記構成の外装材に対して、「酸変性ポリエチレン（不飽和カルボン酸グラフトポリエチレン、１０μｍ）／接着性ＴＰＸ（融点１９０℃、１０μｍ）／酸変性ポリエチレン（不飽和カルボン酸グラフトポリエチレン、１０μｍ）」の構成の共押出フィルム（３０μｍ）を、絶縁フィルムとして使用する。

従来の薄型電池を説明する説明図。 従来の薄型電池を説明する説明図。 本発明の薄型電池の一実施形態を示す概略斜視図。 図３中の４−４線に沿う断面図。

符号の説明

１０ 電池
１１ 正極端子
１２ 負極端子
３０ 電池
４０ 素電池
４１ 正極集電体
４５ 負極集電体
５０ 第１外装材
５１ 外側絶縁層
５２ 導電性フィルム
５３ 内側絶縁層
５５ 端子
６０ 第２外装材
６５ 端子
１００ 電池
１１０ フィルム状外装材
１１１ 正極窓
１１５ 絶縁フィルム
１２０ フィルム状外装材
１２１ 負極窓
１２５ 絶縁フィルム
１３０ 積層体
１３１ 正極端子
１３２ 正極集電体
１３３ 絶縁層
１３６ 負極端子
１３７ 負極集電体
１３８ 絶縁層

Claims (3)

1. 片面に正極集電体（１３２）を、他面に負極集電体（１３７）を、それぞれ有する素電池を外装材（１１０、１２０）で密閉してなる電池であって、
   外装材（１１０、１２０）は、少なくともアルミニウム層と熱接着性樹脂層とを含んで周縁が熱接着されるとともに、正極集電体（１３２）を外部へ露出させるべく開口する正極窓（１１１）と、負極集電体（１３７）を外部へ露出させるべく開口する負極窓（１２１）と、を備えていることを特徴とする、電池。
2. 上記外装材（１１０、１２０）は、少なくとも正極窓（１１１）および負極窓（１２１）の開口端縁近傍の裏面側領域において、上記熱接着性樹脂層が正極集電体（１３２）および負極集電体（１３７）に接着されていることを特徴とする、請求項１記載の電池。
3. 上記正極窓（１１１）および負極窓（１２１）の開口端縁近傍において外装材表面側から裏面側へと延在する絶縁フィルム（１１５、１２５）によって、正極窓（１１１）および負極窓（１２１）の開口端縁が被覆されていて、
   当該絶縁フィルム（１１５、１２５）の外装材裏面側へと延在する部分は、当該裏面と正極集電体（１３２）または負極集電体（１３７）との間に挟み込まれるとともに、当該裏面と正極集電体（１３２）または負極集電体（１３７）とに対して接着されていることを特徴とする、請求項１記載の電池。
   

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