JP2009026581A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 近年のモバイル機器の小型・軽量化に対応して、電池の幅を狭くした上で、封止信頼性の高い非水電解液二次電池を提供する。
【解決手段】 正電極シートおよび負電極シートにそれぞれ電気的に接続された電極導電端子をラミネートフィルムからなる可撓性の外装材に収納した非水電解液二次電池において、幅狭部を有する電極導電端子１ａ、１ｂを用い、幅狭部に熱接着部材２ａ、２ｂを装着させ、幅狭部と外装材３が熱接着部材２ａ、２ｂを介して熱融着する。
【選択図】 図１

Description

本発明は非水電解液二次電池に関し、特に発電要素がラミネートフィルムの外装材により封止された非水電解液二次電池に関する。

近年のモバイル機器の小型化・軽量化により、電源用として使用される電池には、小型化・軽量化・体積効率の向上が強く求められている。発電要素をラミネートフィルム等の薄型外装材に収納した電池は、その観点から有利な構成をもつ電池であり、モバイル機器に使用されるようになってきている。

ラミネートフィルムは、金属箔の一方の面に、比較的機械的強度が大きい高分子フィルムを保護層として貼り付け、他方の面に、熱融着性が大きい可撓性の高分子フィルムを貼り付けた３層構造を有するのが一般的であり、熱融着封止によって内容物を密閉するものである。

図２は、従来の非水電解液二次電池の構造を示す図であり、図２（ａ）は、非水電解液二次電池の正面図、図２（ｂ）は、その発電要素を示す斜視図、図２（ｃ）は、電極導電端子に熱接着部材を装着させた部分の斜視図である。ラミネートフィルムを外装材として用いた非水電解液二次電池は、図２（ｂ）に示すように、電極導電端子１ａ、１ｂが接続された正電極シートおよび負電極シートがセパレータを介して積層されテープ６で固定された発電要素５を、図２（ａ）に示すように、発電要素の表面に熱融着層が密着するように、フォーミングを施したラミネートフィルムからなる外装材３に収納し、外装材３の熱融着層を対向させた状態で、発電要素の周縁部分の外装材の熱融着部４を、熱プレスなどにより接合、一体化する。熱プレスの際、発電要素に接合した電極導電端子１ａ、１ｂには熱接着部材２ａ、２ｂを装着させ、熱接着部材２ａ、２ｂを介して外装材の熱融着部４と電極導電端子１ａ、１ｂとを接合している。（例えば特許文献１参照）

上述のような従来の非水電解液二次電池では、図２（ｃ）に示すように、矩形状の電極導電端子１ａ、１ｂに熱接着部材２ａ、２ｂを覆うように装着すると、熱接着部材の幅は電極導電端子幅からはみ出し、電極導電端子幅よりも広くなる。電極導電端子上にある熱接着部材はラミネートフィルムからなる外装材と電極導電端子とを接合させる働きを持ち、端子からはみ出した部分の熱接着部材は、対向したラミネートフィルムからなる外装材の熱融着層に電極導電端子の厚みから生じる隙間を埋め一体化させるために必要不可欠である。熱接着部材を装着することで熱融着部４の、ラミネートフィルムからなる外装材の金属箔−電極導電端子間をショートさせずに封止させ、容易に内容物を密閉することができる。

特開２００４−１９９９９５号公報

電池の小型化を進める上で、幅の狭い電池の要求に対応するためには、発電要素の幅を狭くする必要がある。図２（ｃ）に示すように、矩形状の電極導電端子１ａ、１ｂを用いた従来の非水電解液二次電池では、発電要素の幅は、電極導電端子１ａ、１ｂからはみ出る熱接着部材２ａ、２ｂの幅を考慮する必要がある。すなわち、電極導電端子からはみ出る熱接着部材により、電極導電端子の厚みによる電極導電端子の側面部を熱接着部材２ａ、２ｂで覆うように装着し、外装材の熱融着層で封止することにより電極導電端子の側面部には隙間が残らず封止される。そのため電極導電端子を封止するためには電極導電端子の幅からはみ出る熱接着部材が必要となる。この場合、発電要素の幅を狭め、幅の狭い電池を作製するという観点からは、電極導電端子の幅を狭くする必要があった。

また、電極導電端子はラミネートフィルムからなる外装材と熱接着部材を介して熱融着により封止されている。そのため、電極導電端子の幅は、電池の封止信頼性と大きく関る。非水電解液二次電池では、封止信頼性は重要な問題である。電極導電端子の幅を狭くすることは、ラミネートフィルムと電極導電端子を熱融着させる面積を低減させることに等しい。ラミネートフィルムの熱融着部と電極導電端子の接触面積が狭いほど、封止不良による電池内部から電解液の漏洩や、外部からの水分の浸入による電解液の劣化といった電池性能を著しく劣化させる現象が起こる確率は低くなる。したがって、電池の封止信頼性という観点からは、電極導電端子の幅は狭いほど好ましい。しかし、電極導電端子の幅を狭くすると、外装材から引き出された導電端子部を超音波溶接あるいは抵抗溶接した場合に、端子部の亀裂・破断が起き易くなるという問題が生じていた。

電極導電端子をラミネートの外装材から引き出した電池では、電極導電端子の幅を広げると、外装材から引き出された端子の接合強度は増加する。したがって、電極導電端子の接合強度という観点からは、端子幅は広いほど好ましい。しかし、端子幅を広くするとラミネートフィルムの熱融着部と電極導電端子の接触面積が広くなり、封止不良が起こる確率が高くなる。また、端子幅の広さに伴い電池の幅も広くなり、小型化・軽量化といったトレンドにもそぐわなくなる。

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、積層型の発電要素をラミネートを外装材を用いて収納した非水電解液二次電池において、近年のモバイル機器の小型化・軽量化に対応して、発電要素の幅を狭め、電池の幅を狭くした上で、電解液の漏洩や水分浸入に対する封止信頼性を高め、外装材から引き出した端子が充分な強度をもつ構造の非水電解液二次電池を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の非水電解二次電池は、セパレータを介して積層された正電極シートおよび負電極シートと、前記正電極シートおよび前記負電極シートにそれぞれ電気的に接続された電極導電端子とを有する発電要素をラミネートフィルムからなる可撓性の外装材に収納し、前記外装材の周辺部を封止するとともに前記電極導電端子は熱接着部材を介して前記外装材と熱接着した非水電解液二次電池において、前記電極導電端子に設けた幅狭部に熱接着部材を配置し前記外装材と熱接着したことを特徴とする。

また、前記幅狭部に配置した前記熱接着部材は前記電極導電端子の端子幅からはみ出ることなく配置してもよい。また、前記正電極シートおよび前記負電極シートの幅方向の対向辺部と前記電極導電端子の幅方向の端辺部とを同一線上に配置するように前記電極導電端子を接続してもよい。さらに前記電極導電端子の幅狭部は、前記外装材から露出しないことが好ましい。

本発明によれば、電極導電端子に設けた幅狭部に熱接着部材を配置し外装材と熱接着させ、熱接着部材を電極導電端子幅からはみ出ることなく装着することで、電極導電端子の幅方向の端辺部が発電要素の幅方向の対向辺と重なるよう配置することができ、発電要素の幅を狭めることができ、非水電解液二次電池の幅を狭くすることができる。

更に、幅狭部に熱接着部材を配置し外装材と熱接着させることで、ラミネートフィルムの熱融着層と電極導電端子の接触面積が減少し、電解液の漏洩や水分浸入に対する封止信頼性が向上する。

また、端子の幅狭部を除く部分の端子幅は広くすることができ、充分幅広な部分となり、超音波溶接や抵抗溶接に対し強度を確保することができる。

その結果、電池の幅を狭くした上で、封止信頼性を高め、外装材から引き出した電極導電端子が充分な強度をもつ構造の非水電解液二次電池を実現できる。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の非水電解液二次電池の構造を示す図であり、図１（ａ）は、非水電解液二次電池の正面図、図１（ｂ）は、その発電要素を示す斜視図、図１（ｃ）は、電極導電端子に熱接着部材を装着させた部分の斜視図である。

本発明の実施の形態の非水電解液二次電池について説明する。図１（ｂ）に示すように、電極導電端子１ａ、１ｂがそれぞれ正電極シート、負電極シートに接続され、正電極シート、負電極シートをセパレータを介して積層しテープ６で固定された発電要素５を作製する。ここで、電極導電端子１ａ、１ｂには幅狭部を設けておく。次に幅狭部に熱接着部材２ａ、２ｂを配置した後、図１（ａ）に示すようにラミネートフィルムからなる外装材３に収納し、外装材の熱融着層を対向させて発電要素の周縁部の外装材３の熱融着部４を熱プレス等により接合する。熱接着部材を幅狭部に配置する際には、電極導電端子の幅狭部の周囲は熱接着部材で覆われるようにする。また、熱接着部材は電極導電端子の端子幅からはみ出ることがないようにし、さらに、電極導電端子の幅方向の端辺部を、正電極シート、負電極シートの幅方向の対向辺部と同一線上に配置すると電池の幅を狭くできる。また、電極導電端子の幅狭部を外装材から露出することなく熱融着する。これにより、引き出した電極導電端子は充分な強度が確保される。

図３は、本発明の非水電解液二次電池の電極導電端子の幅狭部の構造を示した正面図であり、図３（ａ）は、幅狭部が直線状の図であり、図３（ｂ）は、幅狭部がジグザグ状の図であり、図３（ｃ）は、幅狭部が曲線状の図である。図３（ａ）のように幅狭部が直線状の場合、端子の広い部分に対する幅狭部の溝の深さが、熱接着部材の厚みよりも深い場合、熱接着部材の幅は端子の広い部分からはみ出ることはなくなる。したがって、熱接着部材の厚みよりも端子の溝を深くすることで、電極導電端子の幅方向の辺を発電要素の対向する辺と一致するように配置することができる。また、図３（ｂ）、図３（ｃ）のように端子の幅狭部に凹凸を有する構造の場合、装着する熱接着部材の幅は、端子の凹凸の幅の最大の部分によって決めることになる。よって、幅が最大となる部分の溝が熱接着部材の厚みよりも深い場合、熱接着部材の幅は端子幅広い部分からはみ出ることはなくなる。したがって、熱接着部材の厚みよりも端子の溝を深くすることで、電極導電端子の幅方向の辺を発電要素の対向する辺と一致するよう配置することができる。したがって、電極導電端子１ａ、１ｂの幅狭部は、溝の深さが熱接着部材の厚みよりも深ければよい。

次に、本発明の実施例について、図１を参照して説明する。

非水電解液二次電池の発電要素５は、正電極シートおよび負電極シートがセパレータを介するように交互に積層させ幅が５．０ｍｍとなるよう作製した。また、正極および負極の電極導電端子１ａ、１ｂは厚さ０．１ｍｍ、幅２．０ｍｍのものを用い、幅方向の辺を発電要素の対向する辺と一致するような構造にした（図１（ｂ））。電極導電端子は、電池にした場合に端子同士が接触し、ショートすることを防止するため、１．０ｍｍ以上間隔をあける必要がある。

ここで用いた正極および負極の電極導電端子は、端子の幅方向の端辺から０．５ｍｍの深さの溝を有する幅狭部を設けた電極導電端子を用い、幅狭部に厚さ０．５ｍｍの熱接着部材を端子幅からはみ出ることなく装着させ、図１（ｃ）のように、電極導電端子の幅が熱接着部材の幅よりも広くならないように作製した。

非水電解液二次電池は、発電要素５の表面に厚さ０．１ｍｍのラミネートフィルムからなる外装材３の熱融着層が密着するように、ラミネートフィルムにフォーミングを施し、電極導電端子の幅狭部が外装材から露出しないように外装材の熱融着層と熱プレスにより一体化させ封止し、幅５．２ｍｍのラミネート電池を作製した。

(比較例)
次に、比較例として従来の幅の狭いラミネートフィルムを外装材として用いた非水電解液二次電池の作製について図２を参照して説明する。

比較例では、２．０ｍｍの均一な幅をもつ電極導電端子１ａ、１ｂに、０．５ｍｍの厚さをもつ熱接着部材２ａ、２ｂを装着し、電極導電端子は発電要素５の端辺から熱接着部材の厚みの分だけ内側に、かつ正極および負極の電極導電端子の間隔を１．０ｍｍあけ配置し、発電要素５を作製した。このとき、発電要素の幅は６．０ｍｍとなる。

上記の発電要素５を実施例と同様に、厚さ０．１ｍｍのラミネートフィルムと熱融着にて密閉して幅６．２ｍｍのラミネート電池とした。

その結果、近年のモバイル機器の小型化・軽量化に対応し、本発明の実施例は、従来の比較例よりも、発電要素５の幅を狭くし、電池の幅を狭くした上で、熱融着部のラミネートフィルムと電極導電端子の接触面積を低減させ、封止信頼性を高め、外装体から引き出した端子の強度を保つことができる構造の非水電解液二次電池を実現した。

なお、前記実施例では、本発明の実施の形態を説明したが、この発明は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、なしえるであろう各種変形、修正を含むことはもちろんである。

本発明の非水電解液二次電池の構造を示す図、図１（ａ）は、非水電解液二次電池の正面図、図１（ｂ）は、その発電要素を示す斜視図、図１（ｃ）は、電極導電端子に熱接着部材を装着させた部分の斜視図。 従来の非水電解液二次電池の構造を示す図、図２（ａ）は、非水電解液二次電池の正面図、図２（ｂ）は、その発電要素を示す斜視図、図２（ｃ）は、電極導電端子に熱接着部材を装着させた部分の斜視図。 本発明の非水電解液二次電池の電極導電端子の幅狭部の構造を示した正面図、図３（ａ）は、幅狭部が直線状の図、図３（ｂ）は、幅狭部がジグザグ状の図、図３（ｃ）は、幅狭部が曲線状の図。

符号の説明

１ａ，１ｂ 電極導電端子
２ａ，２ｂ 熱接着部材
３ 外装材
４ 熱融着部
５ 発電要素
６ テープ

Claims (4)

1. セパレータを介して積層された正電極シートおよび負電極シートと、前記正電極シートおよび前記負電極シートにそれぞれ電気的に接続された電極導電端子とを有する発電要素をラミネートフィルムからなる可撓性の外装材に収納し、前記外装材の周辺部を封止するとともに前記電極導電端子は熱接着部材を介して前記外装材と熱接着した非水電解液二次電池において、前記電極導電端子に設けた幅狭部に熱接着部材を配置し前記外装材と熱接着したことを特徴とする非水電解液二次電池。
2. 前記幅狭部に配置した前記熱接着部材は前記電極導電端子の端子幅からはみ出ることなく配置したことを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
3. 前記正電極シートおよび前記負電極シートの幅方向の対向辺部と前記電極導電端子の幅方向の端辺部とを同一線上に配置するように前記電極導電端子を接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解液二次電池。
4. 前記電極導電端子の幅狭部は、前記外装材から露出しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解液二次電池。

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