JP2008226669A - 非水電解質電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電池ケースの外表面にシール剤層６と電解液吸収剤層７とをこの順で形成することにより、外部からの電解液が付着しても、アルミラミネートフィルム２１、２２のアルミニウム箔層２１ａ、２２ａが腐食するおそれのない非水電解質電池を提供する。
【解決手段】電池ケースにアルミラミネートフィルム２１、２２を用いた非水電解質電池において、この電池ケースのアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面にシール剤層６を形成すると共に、このシール剤層６の外表面に電解液吸収剤層７を形成した構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルミラミネートフィルムやアルミニウム缶等の電池ケースを用いた非水電解質電池に関するものである。

電池ケースにアルミラミネートフィルムを用いることにより薄型軽量化を図った非水電解質二次電池が従来から広く使用されている（例えば、特許文献１参照。）。このような非水電解質二次電池の構成例を図４に示す。この非水電解質二次電池１は、電池ケース２が２枚の方形のアルミラミネートフィルム２１、２２によって構成され、この電池ケース２の内部に発電要素３が収納されると共に非水電解液が充填される。

アルミラミネートフィルム２１、２２は、アルミニウム箔の両面を樹脂層で挟んで積層した方形のラミネートフィルムであり、周縁部を除く中央の大部分に凹部が形成されている。これらのアルミラミネートフィルム２１、２２は、凹部側を向かい合わせにして上下から重ね合わせ、これらの間に発電要素３を挟み非水電解液を充填して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３の両端面から突出する正極リード端子４と負極リード端子５は、これら２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２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。

上記非水電解質二次電池１は、極めて大きな外力や衝撃等が加わると、フレキシブルなアルミラミネートフィルム２１、２２が損傷を受けて内部の非水電解液が漏れ出すことがある。そして、導電性の非水電解液が外部に漏れ出して周囲に広がると、近傍の配線や回路基板等が短絡を起こすおそれが生じる。

そこで、従来は、非水電解質二次電池１の電池ケース２に用いられるアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に電解液吸収剤を塗布して電解液吸収剤層を形成する場合があった。電解液吸収剤は、非水電解液を吸収してゲル化する樹脂である。従って、非水電解質二次電池１の電池ケース２の内部から非水電解液が漏れ出しても、アルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に形成された電解液吸収剤層が吸収してゲル化するので、この非水電解液が流動性をなくし、周囲に広がるのを防止することができる。

ところが、例えば上記非水電解質二次電池１を複数個積み重ねて直列接続にして組電池として用いるような場合に、この組電池内のいずれかの非水電解質二次電池１から非水電解液が漏れ出すと、この非水電解液が別の正常な非水電解質二次電池１の電池ケース２の電解液吸収剤層に吸収されることがある。すると、この正常な非水電解質二次電池１では、非水電解液が電解液吸収剤層に吸収されてゲル化した状態でアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に長期間付着することになる。しかも、非水電解液は、外気中の湿気と反応してフッ酸（フッ化水素）を発生するので、このフッ酸がアルミラミネートフィルム２１、２２の樹脂層を徐々に浸透し、内層のアルミニウム箔に達してこれを腐食するようになる。そして、このようにアルミニウム箔が腐食されると、アルミラミネートフィルム２１、２２のバリア性が著しく低下するので、電池ケース２の内部に外気中の湿気等が浸入して非水電解質二次電池１の電池寿命を短縮させるという問題が発生していた。

非水電解質二次電池１は、電池ケース２の内部でも、発電要素３の正極の集電体や正極リード端子４等にアルミニウム（アルミニウム合金を含む）が用いられている。ただし、非水電解液中では、アルミニウムは、表面の酸化皮膜に覆われて不働態化している。しかしながら、電池ケース２のバリア性が低下して外気中の湿気が浸入すると、非水電解液と反応してフッ酸が発生するので、このフッ酸がアルミニウムの酸化皮膜を浸食して腐食させることになり、これによって電池寿命が短縮されるようになる。

なお、上記電解液吸収剤層のさらに外表面にシール剤を塗布してシール剤層で覆ったとしても、非水電解液がアルミラミネートフィルム２１、２２のアルミニウム箔を腐食する問題を解消することはできない。なぜなら、シール剤層は、液状の有機溶剤からなる非水電解液に対して軟化して溶解しやすいので、外表面に非水電解液が付着すると、この非水電解液が内部に浸透して電解液吸収剤層で吸収されるようになり、結局は上記のように、非水電解液が電解液吸収剤層に吸収された状態でアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に長期間付着することになるからである。

また、上記では、アルミラミネートフィルム２１、２２を用いた場合を示したが、アルミニウム箔以外の金属箔による金属ラミネートフィルムを用いた場合にも同様の問題が発生する。さらに、電池ケースの一部に金属材を用いた金属ラミネートフィルム以外の電池ケースの場合や、金属材のみからなる電池ケースの場合にも、この電池ケースの金属材が非水電解液によって発生したフッ酸により腐食するおそれがあるので、同様の問題が発生する。

さらに、上記問題点は、非水電解質二次電池に限らず、非水電解質一次電池であっても、事情は同じである。
特開２００５−２０９５８７号公報（第２頁、第４図）

本発明は、電池ケースの外表面にシール剤層と電解液吸収剤層とをこの順で形成することにより、外部からの電解液が付着しても、電池ケースの金属材が腐食するおそれのない非水電解質電池を提供しようとするものである。

請求項１の発明は、電池ケースの全部又は一部に金属材を用いた非水電解質電池において、この電池ケースの外表面にシール剤層を形成すると共に、このシール剤層の外表面に電解液吸収剤層を形成したことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、外部からの非水電解液がこの非水電解質電池の電池ケースに付着すると、外表面の外層側に形成された電解液吸収剤層がこの非水電解液を吸収してゲル化するので、内層側のシール剤層が有機溶剤からなる非水電解液を透過するようなことがなくなる。しかも、電解液吸収剤層に吸収された非水電解液が外気中の湿気と反応してフッ酸が生じても、内層側のシール剤層はこのフッ酸の水溶液を遮蔽することができる。従って、電池ケースの金属材が外部からの非水電解液によって発生したフッ酸により腐食するようなおそれが生じないので、電池ケースのバリア性を確実に維持することができる。

上記発明の一例としては、電池ケースにアルミラミネートフィルムを用いた非水電解質電池において、この電池ケースのアルミラミネートフィルムの外表面にシール剤層を形成すると共に、このシール剤層の外表面に電解液吸収剤層を形成した非水電解質電池が挙げられる。

この非水電解質電池によれば、外部からの非水電解液が電池ケースに付着すると、アルミラミネートフィルムの外表面の外層側に形成された電解液吸収剤層がこの非水電解液を吸収してゲル化するので、内層側のシール剤層が有機溶剤からなるこの非水電解液を透過するようなことがなくなる。しかも、電解液吸収剤層に吸収された非水電解液が外気中の湿気と反応してフッ酸が生じても、内層側のシール剤層はこのフッ酸の水溶液を遮蔽することができる。従って、アルミラミネートフィルムのアルミニウム箔が外部からの非水電解液によって発生したフッ酸により腐食するようなおそれが生じないので、電池ケースのバリア性を確実に維持することができる。

特に、アルミラミネートフィルムを用いた電池ケースは、極めて大きな外力や衝撃等が加わると損傷を受けて非水電解液の漏液が生じるおそれが大きくなるので、漏れ出した非水電解液により他の正常な非水電解質電池まで電池ケースのバリア性が低下し電池寿命が短くなるのを防止する必要性が高くなる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、これらの図においても、図４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。

本実施形態は、図４に示した従来例と同様の非水電解質二次電池１について説明する。本実施形態の非水電解質二次電池１は、図１に示すように、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２を用いた電池ケース２の内部に、発電要素３を収納すると共に非水電解液を充填したものである。

アルミラミネートフィルム２１、２２は、図２に示すように、アルミニウム箔層２１ａ、２２ａの一方の面に、ナイロンやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のようなバリア性と強度の高いベース樹脂層２１ｂ、２２ｂを積層すると共に、他方の面にポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）等のような熱可塑性樹脂層２１ｃ、２２ｃを積層した３層構造のフレキシブルフィルムである。また、これらのアルミラミネートフィルム２１、２２は、図１に示すように、方形シート状の周縁部を除く中央の大部分に、熱可塑性樹脂層２１ｃ、２２ｃ側が窪んだ凹部が予めプレス加工によって形成されている。

上記２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２は、熱可塑性樹脂層２１ｃ、２２ｃのある凹部側を向かい合わせにして上下から重ね合わせ、これらの間に発電要素３を収容して、周縁部の熱可塑性樹脂層２１ｃ、２２ｃ同士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３の前後の端面から突出する正極リード端子４と負極リード端子５は、これら２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２の前後の縁部の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。なお、非水電解液は、これらのアルミラミネートフィルム２１、２２が内部を完全に密閉する前に注液される。

図１に示した非水電解質二次電池１は、電池ケース２のアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面（ベース樹脂層２１ｂ、２２ｂの外表面）に、図２に示すように、シール剤層６を形成すると共に、このシール剤層６のさらに外表面に電解液吸収剤層７を形成する。この際、これらのシール剤層６と電解液吸収剤層７は、アルミラミネートフィルム２１、２２におけるベース樹脂層２１ｂ、２２ｂの外表面だけでなく、アルミニウム箔層２１ａ、２２ａや熱可塑性樹脂層２１ｃ、２２ｃも露出する熱溶着部の端面の外表面も覆うように、電池ケース２の外表面全体に形成することが好ましい。

上記シール剤層６は、防湿性と耐薬品性とを備えた樹脂層であり、アルミラミネートフィルム２１、２２の外表面にシール剤を塗布し硬化させて形成する。このシール剤としては、例えばスチレン樹脂やシリコーン樹脂等を用いることができ、本実施形態のようにフレキシブルなアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に形成する場合には、硬化後にも弾性を備えているものを用いることが好ましい。また、湿気硬化型の樹脂を用いれば、塗布後に外気中の湿気と反応することにより容易に硬化させることができる。本実施形態では、このようなシール剤として、株式会社スリーボンド製のＴＢ２９０５を用いた。

上記電解液吸収剤層７は、非水電解液を吸収してゲル化する樹脂層であり、上記シール剤層６の外表面に電解液吸収剤を塗布し硬化させて形成する。この電解液吸収剤としては、例えばシリル基を末端に持つ樹脂を用いることができ、本実施形態のようにフレキシブルなアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に形成する場合には、硬化後にも弾性を備えているものを用いることが好ましい。また、湿気硬化型の樹脂を用いれば、塗布後に外気中の湿気と反応することにより容易に硬化させることができる。本実施形態では、このような電解液吸収剤として、株式会社スリーボンド製のＴＢ１５３０Ｄを用いた。

上記構成の非水電解質二次電池１は、例えば図３に示すように、複数個を上下に積み重ねて直列に接続し、容器に収納して組電池として使用する場合がある。そして、この場合、いずれかの非水電解質二次電池１から非水電解液が漏れ出すと、この非水電解液が別の正常な非水電解質二次電池１の電池ケース２に付着することがある。

すると、この正常な非水電解質二次電池１の電池ケース２では、アルミラミネートフィルム２１、２２の外表面の外層側に形成された電解液吸収剤層７に非水電解液が付着するので、この電解液吸収剤層７は、直ちに非水電解液を吸収してゲル化し膨潤する。このため、液状ではなくゲル化した非水電解液は、内層側のシール剤層６を透過することはないので、アルミラミネートフィルム２１、２２に達することがなくなる。しかも、この電解液吸収剤層７に吸収されてゲル化した非水電解液が外気中の湿気と反応してフッ酸が生じても、内層側のシール剤層６は、このフッ酸の水溶液を遮断することができるので、フッ酸がアルミラミネートフィルム２１、２２に達することもなくなる。

従って、本実施形態の非水電解質二次電池１は、外部からの非水電解液が電池ケース２に付着しても、この非水電解液によって発生したフッ酸がアルミラミネートフィルム２１、２２のアルミニウム箔層２１ａ、２２ａを腐食するようなおそれが生じないので、電池ケース２のバリア性を確実に維持して電池寿命を長く保つことができる。

なお、上記実施形態では、アルミラミネートフィルム２１、２２の外表面にシール剤や電解液吸収剤を塗布することによりシール剤層６や電解液吸収剤層７を形成する場合について説明したが、これらのシール剤層６や電解液吸収剤層７の形成方法は任意であり、シール剤や電解液吸収剤を噴霧したり、非水電解質二次電池１をシール剤や電解液吸収剤に浸漬して形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、電池ケース２におけるアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面の全てを覆うようにシール剤層６と電解液吸収剤層７を形成する場合を示したが、必ずしも外表面の全てを覆う必要はなく、アルミラミネートフィルム２１、２２の外表面の一部だけにシール剤層６を形成してもよく、この場合は、シール剤層６の外表面の全部だけでなく、一部だけに電解液吸収剤層７を形成してもよい。

例えば、特に非水電解液が付着しやすい部分やアルミニウム箔層２１ａ、２２ａが腐食されやすい部分等があれば、その部分だけにシール剤層６と電解液吸収剤層７を形成するようにしてもよい。ただし、外部からの非水電解液がアルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に直接付着することは避ける必要があるので、外部からの非水電解液が付着するおそれのない部分が存在するというような特別の事情がない限り、外表面の全てを覆うように形成することが好ましい。

また、上記実施形態では、発電要素３の両端面からリード端子４、５が突出する場合を示したが、片方の端面から正負のリード端子４、５が共に突出するようになっていてもよく、端面以外の部分、例えば電極の巻回終端部等からリード端子４、５が引き出されるようになっていてもよい。さらに、発電要素３の構成も任意であり、図示の扁平形の巻回型に限らず、円筒形や積層型の発電要素３であっても同様に実施可能である。

また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２の周縁部を熱溶着する場合を示したが、熱溶着に代えて、接着等の他の方法により接合することもできる。さらに、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム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フィルムを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フィルムを袋状にした電池ケースを用いることもできる。

また、上記実施形態では、電池ケース２にアルミラミネートフィルム２１、２２を用いる場合を示したが、アルミニウム箔層２１ａ、２２ａに代えて他の金属箔層を用いた金属箔ラミネートフィルムを用いることもできる。さらに、金属箔ラミネートフィルム以外で、電池ケースの一部に金属材を用いたものや、例えばアルミニウム缶等のような金属材のみからなる電池ケースの場合にも、この電池ケースの金属材が非水電解液によって発生したフッ酸により腐食するおそれがあるので、同様に実施可能である。

また、上記実施形態では、非水電解質二次電池１について説明したが、一次電池の場合も事情は同じであり、非水電解質電池一般に同様に実施可能である。

上記実施形態で示した非水電解質二次電池１を３個上下に積み重ねた組電池（実施例）と、アルミラミネートフィルム２１、２２の外表面に電解液吸収剤層７を形成し、この電解液吸収剤層７のさらに外表面にシール剤層６を形成した非水電解質二次電池１を３個上下に積み重ねた組電池（比較例）とを１０組ずつ作製した。そして、各組電池の上下両端の２個の非水電解質二次電池１の電池ケース２に孔をあけて非水電解液が漏れるようにして、高温高湿度試験を行った。

比較例の組電池では、１０組中４組で、中央の正常な非水電解質二次電池１のアルミラミネートフィルム２１、２２のアルミニウム箔層２１ａ、２２ａに腐食が発生しているのが観察されたが、実施例の組電池では、１０組全ての中央の正常な非水電解質二次電池１でアルミラミネートフィルム２１、２２のアルミニウム箔層２１ａ、２２ａの腐食が生じなかった。

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一部断面斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであって、外表面にシール剤層と電解液吸収剤層を形成したアルミラミネートフィルムの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、複数個の非水電解質二次電池を上下に重ね合わせた組電池を示す斜視図である。 従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す組み立て斜視図である。

符号の説明

１ 非水電解質二次電池
２ 電池ケース
２１ アルミラミネートフィルム
２１ａ アルミニウム箔層
２１ｂ ベース樹脂層
２１ｃ 熱可塑性樹脂層
２２ アルミラミネートフィルム
２２ａ アルミニウム箔層
２２ｂ ベース樹脂層
２２ｃ 熱可塑性樹脂層
３ 発電要素
４ 正極リード端子
５ 負極リード端子
６ シール剤層
７ 電解液吸収剤層

Claims (1)

1. 電池ケースの全部又は一部に金属材を用いた非水電解質電池において、
   この電池ケースの外表面にシール剤層を形成すると共に、このシール剤層の外表面に電解液吸収剤層を形成したことを特徴とする非水電解質電池。

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