JP2010067423A

JP2010067423A - 蓄電デバイス

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Publication number: JP2010067423A
Application number: JP2008231651A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Otsuka; 大輔大塚
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: JP5347389B2

Abstract

【課題】外包材の劣化を抑え少ない工程で嵩を小さくすることが可能な蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】ラミネート型蓄電デバイス１は、蓄電要素１００と外包材とを備え、外包材は、第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０とを含み、内面層１１１と内面層１２１とが蓄電要素１００の周囲で熱溶着されて固着され、蓄電要素１００が外包材の内部に密封されるラミネート型蓄電デバイス１において、第２のラミネートフィルム１２０の端部には、第２のラミネートフィルム１２０を貫通する切欠き１２４が形成され、第１のラミネートフィルム１１０の端部は、切欠き１２４が形成された第２のラミネートフィルム１２０の端部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部１１４を有し、折り曲げ部１１４では、外面層１２３と内面層１１１とが対向するとともに、第２のラミネートフィルム１２０を挟んで内面層１１１どうしが対向し、切欠き１２４を通じて熱溶着されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池などの蓄電デバイスに関し、特定的には蓄電要素を収容する可撓性フィルムからなる外包材を備えた蓄電デバイスに関するものである。なお、この明細書と特許請求の範囲では、「蓄電デバイス」はリチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池のみならず電気二重層キャパシタなども含む。

従来から、たとえば、リチウムイオン二次電池等の電池に関しては、多様な用途の拡大に伴って、小型化、軽量化、薄型化、形状の自由度等の要求が高まっている。

そこで、このような要求に応えることができるように、電池要素を収容する可撓性の外包材を形成するために多層構造のラミネートフィルムが従来から用いられている。ラミネートフィルムは、電池要素（素電池）に面する内面層と、中間層と、外部に面する外面層とから構成される。内面層は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなる。中間層は、たとえば、アルミニウム箔等の可撓性と強度に優れた金属箔からなる。外面層は、たとえば、ポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂からなる。

このようなラミネートフィルムからなる外包材の中に電池要素を収容した電池（以下、ラミネート型電池という）の構造が、たとえば、特開２００１−２５０５１５号公報（特許文献１）に開示されている。

図５は、従来のラミネート型電池の断面の一部を示す断面図である。

図５に示すように、特開２００１−２５０５１５号公報（特許文献１）に記載の従来のラミネート型電池９では、電池要素９００がラミネート状複合材によって形成される外包材９１０と外包材９２０によって被覆されている。外包材９１０の周辺部９１１と外包材９２０の周辺部９２１は、熱溶着によって接合されて接合片部９３０を形成する。接合片部９３０は、電池９の側面に沿うように折り曲げられて、電池９の側面を覆う外包材９２０の側面に接着剤９４０で接着されている。このように、外包材９１０と外包材９２０の接合片部９３０を電池９の側面に沿うように折り曲げて外包材９２０に接着することによって、電池９の嵩を小さくすることができる。
特開２００１−２５０５１５号公報

しかしながら、特開２００１−２５０５１５号公報（特許文献１）に記載の従来のラミネート型電池では、接合片部９３０を電池９の側面を覆う外包材９２０の表面に接着するために、接着剤を用いているため、接着剤材料費や接着剤塗布工程が必要になり、コストが上がる。また、ラミネート状複合材によって形成されている外包材９２０の外面層が接着剤によって劣化し、電池９の長期信頼性の低下が懸念される。

そこで、この発明の目的は、外包材の劣化を抑え、少ない工程で嵩を小さくすることが可能な蓄電デバイスを提供することである。

この発明に従った蓄電デバイスは、蓄電要素と、蓄電要素を収容する可撓性フィルムからなる外包材とを備える。外包材は、蓄電要素に面する第１の内面層を有する第１の外包部と、蓄電要素を介在して第１の内面層と対向する第２の内面層と第２の内面層の外側を覆う外面層とを有する第２の外包部とを含む。第１の内面層と第２の内面層とが蓄電要素の周囲において熱溶着されることによって固着され、蓄電要素が外包材の内部に密封される。以上のように構成された蓄電デバイスにおいて、第２の外包部の端部には、第２の外包部を貫通する貫通孔が形成されている。第１の外包部の端部は、貫通孔が形成された第２の外包部の端部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有する。折り曲げ部においては、第２の外包部の外面層と第１の外包部の第１の内面層とが対向するとともに、第２の外包部を挟んで第１の外包部の第１の内面層どうしが対向し、貫通孔を通じて熱溶着されている。

蓄電要素の周辺部では、第１の内面層と第２の内面層とが熱溶着されて固着される。このままでは、蓄電要素の周囲には、外包材に余剰部分が生じる。そこで、第２の外包部の端部を第１の外包部で覆うように、第１の外包部が折り曲げられることによって、外包材の余剰部分を小さくすることができる。

第２の外包部の端部を第１の外包部で覆うように、第１の外包部を折り曲げると、第２の外包部の外面層側では、第２の外包部の外面層と第１の外包部の第１の内面層とが対向する。第２の外包部の外面層と第１の外包部の第１の内面層とは、熱溶着されない。そのため、第１の外包部の折り曲げ部を第２の外包部の外面層に熱溶着して固着することができない。しかし、第１の外包部の折り曲げ部においては、第２の外包部を挟んで第１の内面層どうしが対向している。折り曲げ部に覆われている第２の外包部には貫通孔が形成されている。第２の外包部を挟む第１の外包部の第１の内面層どうしは、貫通孔を通じて熱溶着される。このようにして、第２の外包部を挟んで第１の外包部の第１の内面層どうしが熱溶着されて固着されるので、折り曲げられた外包材の形状を安定化させることができる。

また、このように、接着剤やテープを用いることなく、外包材の余剰部分を折り曲げて熱溶着して固着することができるので、接着剤やテープののりによって外包材が劣化することがない。また、第１の外包部の端部を折り曲げる工程と熱溶着の工程とを同時に行なうことができるので、余剰部分を折り曲げて接着剤を塗布して接着したり、テープで接着したりする場合と比較して、少ない工程で嵩の小さい蓄電デバイスを製作することができる。

このようにすることにより、外包材の劣化を抑え、長期信頼性を高めることができ、少ない工程で嵩を小さくすることが可能な蓄電デバイスを提供することができる。

以上のように、この発明によれば、外包材の劣化を抑え、長期信頼性を高めることができ、少ない工程で嵩を小さくすることが可能な蓄電デバイスを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一つの実施の形態として、ラミネート型蓄電デバイス（一つの例としてはラミネート型電池である）の全体を示す正面図（Ａ）と、図１の（Ａ）に示すラミネート型蓄電デバイスをＢ−Ｂ線で示す方向から見たときの断面図（Ｂ）と、図１の（Ａ）に示すラミネート型蓄電デバイスをリード端子の方向から見たときの斜視図（Ｃ）である。

図１の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ラミネート型蓄電デバイス１は、蓄電要素（一つの例としては素電池または電池要素である）１００と、蓄電要素１００を被覆して収容する可撓性フィルムからなる外包材の第１の外包部として第１のラミネートフィルム１１０と第２の外包部として第２のラミネートフィルム１２０と、蓄電要素１００の正極および負極のそれぞれに電気的に接続されて第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０から突出して延びる正極リード端子１０３および負極リード端子１０４とから構成される。

蓄電要素１００は、正極用集電体、正極用集電体に付与された正極活物質、負極用集電体、負極用集電体に付与された負極活物質、固体電解質から構成される。正極用集電体の正極未塗工部１０１には正極リード端子１０３が接続され、負極用集電体の負極未塗工部１０２には負極リード端子１０４が接続されている。

第１のラミネートフィルム１１０は、蓄電要素１００に面する第１の内面層として内面層１１１と、中間層１１２と、外部に面する外面層１１３とから構成される。第２のラミネートフィルム１２０は、蓄電要素１００に面する第２の内面層として内面層１２１と、中間層１２２と、外部に面する外面層１２３とから構成される。第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０の内面層１１１，１２１は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなる。中間層１１２，１２２は、たとえば、アルミニウム箔等の可撓性と強度に優れた金属箔からなる。外面層１１３，１２３は、たとえば、ポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂からなる。この実施の形態においては、一例として、内面層１１１，１２１は、ポリプロピレンによって形成され、中間層１１２，１２２はアルミニウム箔によって形成され、外面層１１３，１２３はナイロンによって形成されているものとする。

第１のラミネートフィルム１１０は、第２のラミネートフィルム１２０の端部を覆うように折り曲げられる折り曲げ部１１４を有する。第２のラミネートフィルム１２０の端部には、貫通孔として切欠き１２４が形成されている。切欠き１２４は、第２のラミネートフィルム１２０を貫通する孔である。第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４は、第２のラミネートフィルム１２０の端部と、端部に形成されている切欠き１２４とを包むように折り曲げられている。このようにして、第２のラミネートフィルム１２０の切欠き１２４は、第１のラミネートフィルム１１０によって覆われている。

第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０とが蓄電要素１００を挟むようにして収容し、第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１と第２のラミネートフィルム１２０の内面層１２１が熱溶着されることにより、蓄電要素１００の周縁部において固着されている。正極リード端子１０３と負極リード端子１０４は、第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０の外周縁部が熱溶着されて封止された部分から外部に引き出されている。

図２は、この発明のラミネート型蓄電デバイスの製作の各工程における状態を示す図である。

図２の（Ａ）に示すように、まず、第１のラミネートフィルム１１０上に、蓄電要素１００を置く。次に、図２の（Ｂ）に示すように、第１のラミネートフィルム１１０上に置かれた蓄電要素１００の上に、第２のラミネートフィルム１２０を載せる。第２のラミネートフィルム１２０の端部には複数の切欠き１２４が形成されている。このとき、第１のラミネートフィルム１１０の内面層と第２のラミネートフィルム１２０の内面層が対向して、内面層どうしで蓄電要素１００を挟むようにする。第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４は、第２のラミネートフィルム１２０の端縁から突出している。第２のラミネートフィルム１２０の端縁から突出している折り曲げ部１１４の長さＬ１は、第２のラミネートフィルム１２０の端縁から切欠き１２４までの距離Ｌ２よりも長いように形成されている。次に、第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４を折り曲げる。

図３は、第１のラミネートフィルムの折り曲げ部を折り曲げる前のラミネート型蓄電デバイスの端部の一部を示す斜視図（Ａ）と、折り曲げた後のラミネート型蓄電デバイスの端部の一部を示す斜視図（Ｂ）である。

図３の（Ａ）に示すように、ラミネート蓄電デバイスの端部においては、第１のラミネートフィルム１１０の上には、第２のラミネートフィルム１２０が載せられている。第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０は、内面層１１１，１２１どうしが対向するように重ねられている。第２のラミネートフィルム１２０の端部には複数の切欠き１２４が形成されており、切欠き１２４を通して第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１が露出している。第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４は、第２のラミネートフィルム１２０の端縁から突出している。

正極リード端子１０３と負極リード端子１０４が引き出されている周辺部と、正極リード端子１０３と負極リード端子１０４が引き出されている周辺部に対向する周辺箇所で、それぞれ、第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０を熱溶着してシールし、電解液を投入する。

次に、図３の（Ｂ）に示すように、第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４を折り曲げると、第２のラミネートフィルム１２０の端部と、端部に形成されている切欠き１２４とが第１のラミネートフィルム１１０によって覆われる。折り曲げ部１１４が折り曲げられた第１のラミネートフィルム１１０によって切欠き１２４が覆われると、切欠き１２４においては、第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１（図３の（Ａ））どうしが連通する。この状態で、折り曲げ部１１４において第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０が熱溶着される。

図４は、図３の（Ｂ）に示すラミネート型蓄電デバイスをＩＶ−ＩＶ線の方向から見たときの断面図である。

図４に示すように、第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４が折り曲げられて、第２のラミネートフィルム１２０の端部の切欠き１２４が第１のラミネートフィルム１１０によって覆われて熱溶着される。第２のラミネートフィルム１２０の端部においては、第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１と第２のラミネートフィルム１２０の外面層１２３とが対向している。内面層１１１と外面層１２３は熱溶着されないので、このままでは、折り曲げられた外包材の形状を安定させることができない。しかし、切欠き１２４において、第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１どうしが連通しており、内面層１１１どうしが熱溶着される。

このようにして、第２のラミネートフィルム１２０の端部が第１のラミネートフィルム１１０によって覆われ、第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４が第２のラミネートフィルム１２０の端部上に固定されるので、第１のラミネートフィルム１１０と第２のラミネートフィルム１２０の端部の形状を安定に保つことができる。

以上のように、ラミネート型蓄電デバイス１は、蓄電要素１００と、蓄電要素１００を収容する可撓性フィルムからなる外包材とを備える。外包材は、蓄電要素１００に面する内面層１１１を有する第１のラミネートフィルム１１０と、蓄電要素１００を介在して内面層１１１と対向する内面層１２１と内面層１２１の外側を覆う外面層１２３とを有する第２のラミネートフィルム１２０とを含む。第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１と第２のラミネートフィルム１２０の内面層１２１とが蓄電要素１００の周囲において熱溶着されることによって固着され、蓄電要素１００が外包材の内部に密封される。以上のように構成されたラミネート型蓄電デバイス１において、第２のラミネートフィルム１２０の端部には、第２のラミネートフィルム１２０を貫通する切欠き１２４が形成されている。第１のラミネートフィルム１１０の端部は、切欠き１２４が形成された第２のラミネートフィルム１２０の端部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部１１４を有する。折り曲げ部１１４においては、第２のラミネートフィルム１２０の外面層１２３と第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１とが対向するとともに、第２のラミネートフィルム１２０を挟んで第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１どうしが対向し、切欠き１２４を通じて熱溶着されている。

蓄電要素１００の周辺部では、内面層１１１と内面層１２１とが熱溶着されて固着される。このままでは、蓄電要素１００の周囲には、外包材に余剰部分が生じる。そこで、第２のラミネートフィルム１２０の端部を第１のラミネートフィルム１１０で覆うように、第１のラミネートフィルム１１０が折り曲げられることによって、外包材の余剰部分を小さくすることができる。

第２のラミネートフィルム１２０の端部を第１のラミネートフィルム１１０で覆うように、第１のラミネートフィルム１１０を折り曲げると、第２のラミネートフィルム１２０の外面層１２３側では、第２のラミネートフィルム１２０の外面層１２３と第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１とが対向する。第２のラミネートフィルム１２０の外面層１２３と第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１とは、熱溶着されない。そのため、第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４を第２のラミネートフィルム１２０の外面層１２３に熱溶着して固着することができない。しかし、第１のラミネートフィルム１１０の折り曲げ部１１４においては、第２のラミネートフィルム１２０を挟んで内面層１１１どうしが対向している。折り曲げ部１１４に覆われている第２のラミネートフィルム１２０には切欠き１２４が形成されている。第２のラミネートフィルム１２０を挟む第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１どうしは、切欠き１２４を通じて熱溶着される。このようにして、第２のラミネートフィルム１２０を挟んで第１のラミネートフィルム１１０の内面層１１１どうしが熱溶着されて固着されるので、折り曲げられた外包材の形状を安定化させることができる。

また、このように、接着剤やテープを用いることなく、外包材の余剰部分を折り曲げて熱溶着して固着することができるので、接着剤やテープののりによって外包材が劣化することがない。また、第１のラミネートフィルム１１０の端部を折り曲げる工程と熱溶着の工程とを同時に行なうことができるので、余剰部分を折り曲げて接着剤を塗布して接着したり、テープで接着したりする場合と比較して、少ない工程で嵩の小さいラミネート型蓄電デバイス１を製作することができる。

このようにすることにより、外包材の劣化を抑え、長期信頼性を高めることができ、少ない工程で嵩を小さくすることが可能なラミネート型蓄電デバイス１を提供することができる。

以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものである。

本発明の蓄電デバイスは、バックアップ電源として発電所や自宅用の電力貯蔵用バッテリーに用いられるだけでなく、自動車、二輪車、電車、カートなどの車両の動力源用バッテリーとして用いられるラミネート型蓄電デバイスにも適用される。

この発明の一つの実施の形態として、ラミネート型蓄電デバイスの全体を示す正面図（Ａ）と、（Ａ）に示すラミネート型蓄電デバイスをＢ−Ｂ線で示す方向から見たときの断面図（Ｂ）と、（Ａ）に示すラミネート型蓄電デバイスをリード端子の方向から見たときの斜視図（Ｃ）である。この発明のラミネート型蓄電デバイスの製作の各工程における状態を示す図である。第１のラミネートフィルムの折り曲げ部を折り曲げる前のラミネート型蓄電デバイスの端部の一部を示す図（Ａ）と、折り曲げた後のラミネート型蓄電デバイスの端部の一部を示す図（Ｂ）である。図３の（Ｂ）に示すラミネート型蓄電デバイスをＩＶ−ＩＶ線の方向から見たときの断面図である。従来のラミネート型蓄電デバイスの断面の一部を示す断面図である。

符号の説明

１：ラミネート型蓄電デバイス、１００：蓄電要素、１１０：第１のラミネートフィルム、１１１：内面層、１１４：折り曲げ部、１２０：第２のラミネートフィルム、１２１：内面層、１２３：外面層、１２４：切欠き。

Claims

蓄電要素と、
前記蓄電要素を収容する可撓性フィルムからなる外包材とを備え、
前記外包材は、前記蓄電要素に面する第１の内面層を有する第１の外包部と、前記蓄電要素を介在して前記第１の内面層と対向する第２の内面層と前記第２の内面層の外側を覆う外面層とを有する第２の外包部とを含み、
前記第１の内面層と前記第２の内面層とが前記蓄電要素の周囲において熱溶着されることによって固着され、前記蓄電要素が前記外包材の内部に密封される蓄電デバイスにおいて、
前記第２の外包部の端部には、前記第２の外包部を貫通する貫通孔が形成され、
前記第１の外包部の端部は、前記貫通孔が形成された前記第２の外包部の端部を覆うように折り曲げられた折り曲げ部を有し、
前記折り曲げ部においては、前記第２の外包部の外面層と前記第１の外包部の第１の内面層とが対向するとともに、前記第２の外包部を挟んで前記第１の外包部の第１の内面層どうしが対向し、前記貫通孔を通じて熱溶着されている、蓄電デバイス。