JP2012064337A - 密閉型蓄電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】発電素子を内蔵する外装体の周辺部を、内部のガス発生に伴う応力に応じたクリープで破断し難くなるように封止することができ、更に、電池全体の重量が増加することなく、コスト高とならないように封止することができる密閉型蓄電池を提供する。
【解決手段】正負両極に電流取り出し用リード１０１，１０２が電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が収納された凹部を有し、この凹部の周辺部から外方に突き出たフランジ部を有する金属製の外装体１０３と、凹部を蓋状に覆ってフランジ部の一面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着され、凹部を封止する金属板１０４とを有する。フランジ部の下面に熱接着された金属板１０４が、フランジ部の外方に突き出され、この突き出された部分がフィルムを介してフランジ部の他面に折り返され、この折り返し部分が当該他面にフィルムを介して熱接着された構造とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、電池の外装体に、発電を行う発電要素を密閉状態に封入する密閉型蓄電池に関する。
従来、密閉型蓄電池として例えば特許文献１〜６に記載の電池が有る。特許文献１の電池は、薄い金属層の両面に熱融着性の樹脂層が固着されてなるラミネートフィルムで構成された外装体に、正負両極と電解質とを含む発電要素が収納された薄型密閉電池である。この電池は、図１に示すように、正負両極に金属からなる集電タブ７，８がそれぞれ設けられ、それぞれの集電タブ７，８が外装体の集電タブ導出部から電池外に導出され、この集電タブ導出部が、集電タブ７，８と外装体内面との間に熱融着性の変性樹脂層９，１０を介在させて熱融着することにより封口されて構成されている。
この構成においては、変性樹脂層９，１０の変性樹脂が、カルボン酸変性ポリエチレン（酸変性ＰＥ）又はカルボン酸変性ポリプロピレン（酸変性ＰＰ）である。一般的に外装体内面の熱融着性樹脂は、従来ＰＰ又はＰＥのため集電タブ（金属製）との接着性が乏しかった。しかし、上記特許文献１の構成では、集電タブ（金属製）７，８と接着性を有する変性樹脂として酸変性ＰＰ又は酸変性ＰＥを介在させることで、集電タブ７，８とラミネートフィルムによる外装体との密着性を向上させ、これによってシール性を向上させている。
特許文献２の電池は、図２（ａ）に示す斜視図及び（ｂ）に示す（ａ）のＡ１−Ａ２断面図に示すように、正極、負極及びセパレータからなる電池体２と、電池体２を電解液（図示せず）と共に封入するパッケージ７と、電池体２からパッケージの外部に引き出されたリード端子１２とから成る。パッケージ７は、箱型に成形されたラミネートシート（ラミネートフィルム）６と平面状のラミネートシート４との貼り合わせにより形成されており、ラミネートシート６の箱型の部分に電池体２が収納されている。
即ち、パッケージ７は、電池体２を収納する電池体収納部分１１と、電池体収納部分１１を囲んで周囲に張り出して形成されたシール部分１４とから成る。シール部分１４は、長期に渡り水分を遮断して電池体２をシール可能なように幅広に形成されている。このシール部分１４は、パッケージ７の長辺に平行な方向において電池体収納部分１１との境界部より垂直上方に折り曲げられ、さらに電池収納部分１１よりも高さが低くなるようその先端部分が下方に折り返されている。
即ち、ラミネートシート６のシール部分１４を、電池体収納部分１１に向かって略垂直に折り曲げ、更にその折り曲げた先端部分を折り返した状態としてある。この部分は、図３に符号１６で示すように巻き込んだ構成ともされている。これらの構成とすることで、シール部分１４を幅広に形成した場合でも、シール部分１４の占有面積の増大を抑制することが可能であるため電池のシール性を維持しつつ、電池の体積エネルギー密度を向上させることが可能となっている。
特許文献３の電池は、図４（ａ）に示す斜視図及び（ｂ）に示す（ａ）のＡ３−Ａ４断面図に示すように、正極又は負極を兼ねる金属から成る２枚の外装体で発電要素を挟み、それら２枚の外装体間をＰＰ、ＰＥ、変性ＰＰ、変性ＰＥ等の金属接着用フィルムにより接着して密閉する構成となっている。この構成により、外装体から電極としての金属端子を突出させる必要がなくなるため、電池のシール性の改善が可能である上、端子シールに関する複雑な加工工程も不要なため、生産効率の高い電池が実現可能となる。
特許文献４の電池は、図５の断面図に示すように、正極集電体２１と負極集電体２５との間に、金属リチウム２４、セパレータ２３及び正極合剤２２を挟み、これらを、正極集電体２１と負極集電体２５との周辺部の対向面をシール樹脂材である接着剤２６で接着して充填した構成となっている。
また、特許文献５の電池は、図６の断面図に示すように、一対の電極２０，４０と、これらの電極２０，４０間に設けられた電解質とを有する発電要素１０と、一方が電極２０と接すると共に他方が電極４０と接し、互いに対向して発電要素１０を挟む一対の集電体７０，７０と、発電要素１０を取り囲むように一対の集電体間７０，７０に配されると共に、この一対の集電体７０，７０を密封する封口材５６とを備える。そして、封口材５６が、一対の集電体７０，７０上に各々形成された硬化した樹脂層５０、及び、硬化した樹脂層５０同士を接着するシール樹脂材としての熱可塑性高分子層５２を備えて構成されている。
これら特許文献４及び５の電池は、シール樹脂材によって、外装体周辺部のシール特性が改善し、水分の侵入による内部抵抗の上昇、容量低下等の電池特性の劣化を引き起さないシール信頼性の高いものとなる。
特許文献６の電池は、図７の断面図に示すように、発電素子２ａを収容するアルミニウムやラミネートフィルム等による外装体１ａと、この外装体１ａを蓋する蓋部材３ａとを有し、蓋部材３ａを含む外装体１ａの最大面積となる平面部２１ａの少なくともいずれか一方に、リブ、フィン、ディンプル等の複数の凹凸構造が形成されている。また、外装体１ａの周辺部をヒートシールにより封止した構成、又は、周辺部に絶縁性ガスケットを配置し封止する構成となっている。この構成によって、凹凸構造で発熱効率が向上し、安全性の高い電池が実現可能となる。
特開平１０−２８９６９８号公報 特許第３５２７８５８号公報 特開２００４−６１２４号公報 特開平１１−１０２６７５号公報 特開２００５−１２９９１３号公報 特開２００３−２８８８６３号公報
ところで、上記の特許文献１の電池において、外装体と集電タブ７，８間のシールは、化学的な接着（水素結合力）によるものであり、一般的な低接着力なシール方式と比較した場合、高温環境下及び長期的なシール性の維持という点では一定の効果を有する。しかし、リチウム電池に代表される様な蓄電池では、長期的な使用や異常時に、電池内部でガスが発生するものが多く、このガス発生による電池内圧の上昇に伴い応力が生じる。この応力（膨らみ）に応じて変性樹脂層９，１０が変形するクリープを起こして破断（破袋）し、シール性を維持できないという問題がある。特に、特許文献１の構成では、電池の外装体周辺における上下のラミネートフィルムの密閉接着部分が、変性樹脂層９，１０であるＰＰ（又はＰＥ）を介して行われているので、ガス発生に伴う応力に応じてＰＰがクリープを起こして破断する。
この破断は特許文献２の電池についても同様に生じる。即ち、特許文献２の電池の周辺部分は、図８に示すように、ＰＰを挟んで接着された上下のラミネートフィルムのＡｌ（アルミニウム）が折り曲げられ、この折り曲げられた先端部分が更に折り返されている状態となっている。このため、電池内部のガス発生に伴う応力が生じた場合、ＰＰがクリープを起こして破断することを遅延できる効果は得られる。しかし、その折り返された部分は、矢印Ｙ１で示すように空間があるため、ＰＰを挟んだＡｌの構成部分が独立した構成となっているので、上記のクリープ破断を遅延することはできても、クリープ破断そのものを抑止する抗力は無い。このため、更なる時間経過においてはクリープ破断を防止することはできないという問題がある。
特許文献３の電池は、外装体が金属であるため、この金属板の厚みが厚い場合にガス発生時の応力に耐え得るが、その金属板の厚みの増加に伴って電池重量が増加するという問題がある。
特許文献４及び５の電池は、外装体周辺部がシール樹脂材によりシールされたヒートシール形態であるため、長期的な使用に伴う電池内圧の上昇によるシール樹脂材のクリープによって、シール性が低下し、破断に至るという問題がある。
特許文献６の電池は、外装体１ａの周辺部をシール樹脂材のヒートシールにより封止した構成、又は、周辺部に絶縁性ガスケットを配置し、かしめ等の圧縮力によって封止する構成となっている。このため、ヒートシールにより封止した構成では長期的な使用に伴う電池内圧の上昇によるシール樹脂材のクリープによって、シール性が低下し、破断に至るという問題がある。また、絶縁性ガスケット等の封止構成では圧縮力を受けている絶縁性ガスケット自身がクリープし、圧縮力が低下することでシール性そのものが低下するという問題がある。また、周辺部を溶接してシール性を向上させることも考えられるが、この場合、溶接機等の設備が必要となるためコスト高となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発電素子を内蔵する外装体の周辺部を、内部のガス発生に伴う応力に応じたクリープで破断し難くなるように封止することができ、更に、電池全体の重量が増加することなく、コスト高とならないように封止することができる密閉型蓄電池を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、正負両極に電流取り出し用リードが電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が収納された凹部を有し、この凹部の周辺部から外方に突き出たフランジ部を有する金属製の外装体と、この外装体の凹部を蓋状に覆って前記フランジ部に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着され、当該凹部を封止する金属板とを有する密閉型蓄電池において、前記熱接着される部分は、前記フランジ部又は前記金属板である金属層と、前記金属接着性樹脂フィルムとが交互に積層されて互いに熱接着されると共に、少なくとも当該金属層を３層以上有する構造であることを特徴とする。
この構成によれば、少なくとも金属層を３層以上有するので、金属製の外装体のフランジ部の上下面に金属接着性樹脂フィルムを介して金属板が熱接着されることとなる。言い換えれば、外装体の凹部を封止する金属板が、外装体のフランジ部の一方の面（下面）に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着され、更に、フランジ部の他方の面（上面）にも金属板が金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着される。以降、金属層が４層、５層と増加するに従って、フランジ部の上下面に金属接着性樹脂フィルムを介して金属板が積層されて熱接着される。この発明構造は、従来の外装体のフランジ部の一方の面に金属接着性樹脂フィルムを介して金属板を熱接着した従来構造に比べ、フランジ部の上下面に複数層の金属層が接着されているので、フランジ部と金属板との接合力が高くなり、凹部内圧の上昇に伴う応力に対する抗力が強くなる。
つまり、従来構造では、外装体の凹部内の発電要素からガスが発生し、このガス発生によって凹部内圧が上昇した場合、この応力に応じたクリープで、互いに熱接着されたフランジ部と金属板とが剥がれる。或いは破断する。しかし、本発明構造では、フランジ部の上下面に複数層に金属板が各々金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着されているので、フランジ部と金属板との接合力が高くなり、これによって凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力が強くなり、フランジ部と金属板とが剥がれ難くなる。或いは破断し難くなる。しかも、外装体の周辺部分のフランジ部の上下面に、複数層の金属板を熱接着するだけなので、電池全体の重量は殆ど増加せず、また、コストも高くならないようにすることができる。
請求項２に記載の発明は、正負両極に電流取り出し用リードが電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が収納された凹部を有し、この凹部の周辺部から外方に突き出たフランジ部を有する金属製の外装体と、この外装体の凹部を蓋状に覆って前記フランジ部の一面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着され、当該凹部を封止する金属板とを有する密閉型蓄電池において、前記金属板は、前記フランジ部の外方に突き出し、この突き出した部分が前記金属接着性樹脂フィルムを介して当該フランジ部の他面に折り返され、この折り返し部分が当該他面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着されていることを特徴とする。
この構成によれば、フランジ部の下面に金属接着性樹脂フィルムを介して金属板を熱接着した従来構造に比べ、更に、金属板のフランジ部外方への突き出し部分がフランジ部の上面に折り返されて当該上面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着されているので、外装体のフランジ部への金属板の接着力が強くなっている。従って、従来構造では、外装体の凹部内の発電要素からガスが発生し、このガス発生によって凹部内圧が上昇した場合、この応力に応じたクリープで、互いに熱接着されたフランジ部と金属板とが剥がれる。或いは破断していた。しかし、本発明では、フランジ部の上下面に折り返された金属板が各々金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着されているので、凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力が強くなり、フランジ部と金属板とが剥がれ難くなる。或いは破断し難くなる。しかも、外装体のフランジ部の下面から外方に突き出た金属板をフランジ部の上面側に折り返して当該上面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着するだけなので、電池全体の重量は殆ど増加せず、また、コストも殆ど係らないようにすることができる。
請求項３に記載の発明は、前記外装体及び前記金属板の材質は、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル又はニッケルメッキ銅であることを特徴とする。
この構成によれば、密閉型蓄電池自体の強度を強くすることが出来る。
請求項４に記載の発明は、前記外装体及び前記金属板の厚みは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする。
この構成によれば、密閉型蓄電池自体の強度をより強くすることができると共に、外装体及び金属板の板圧がそれほど厚くないので、電池重量をそれほど増加しないようにすることが出来る。
請求項５に記載の発明は、前記外装体及び前記金属板における前記金属接着性樹脂フィルムが熱接着される表面は、クロメート処理、アルマイト処理又はベーマイト処理されていることを特徴とする。
この構成によれば、外装体及び金属板に金属そのものを使用すると、電池内部は電解質等に由来する酸やアルカリがあるので金属と接着していても金属がボロボロになり剥がれてしまう。そこで上記の各処理を行うと、酸やアルカリに対する耐性が向上し、腐食し難くなる。
請求項６に記載の発明は、前記金属接着性樹脂フィルムは、酸変性ポリオレフィン樹脂であることを特徴とする。
この構成によれば、金属接着性樹脂フィルムを酸変性ポリオレフィン樹脂とすることで、金属との密着性（シール性）を向上できると共に、電解液に対する溶解性を低下することができる。他の樹脂では、金属との密着性（シール性）が不十分であったり、電解液に対し、融けたり、融け易くなったりする欠点がある。
請求項７に記載の発明は、前記金属板における前記フランジ部の他面に折り返されて熱接着された部分が、当該熱接着されたフランジ部の部分とともに、前記金属接着性樹脂フィルムを介在して前記折り返し方向と同方向に１乃至は複数回渦巻状に巻かれ、この巻き部分が熱接着されていることを特徴とする。
この構成によれば、外装体の封止部分を、フランジ部と金属板との間に金属接着性樹脂フィルムを介在して複数回渦巻状に巻き、この巻き部分を熱接着したので、封止部分の接着強度をより高めることができる。これによって、凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力をより強くすることができ、フランジ部と金属板とがより剥がれ難くなる。或いはより破断し難くなる。しかも、フランジ部と金属板とを金属接着性樹脂フィルムを介して複数回渦巻状に巻回して熱接着するだけなので、電池全体の重量は殆ど増加せず、また、コストも殆ど掛かることが無い。
請求項８に記載の発明は、前記フランジ部に熱接着された金属板をカシメ加工したことを特徴とする。
この構成によれば、外装体の凹部の封止部分が金属板と、より強固に接合されるので、凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力をより強くすることができ、フランジ部と金属板とがより剥がれ難くなる。或いはより破断し難くなる。
請求項９に記載の発明は、前記外装体は、前記電極体の正負両極の何れか一方に電気的に接続されており、この接続された以外の極に電気的に接続された電流取り出し用リードが前記凹部から外部へ引き出されていることを特徴とする。
この構成によれば、外装体が例えば正極に接続されている場合、外装体から正極用のリードは突き出ておらず、外装体が正極リードを兼ね、負極リードが突き出た構成となる。逆に、外装体が負極に接続されている場合、外装体から負極用のリードは突き出ておらず、外装体が負極リードを兼ね、正極リードが突き出た構成となる。従って、正極リード又は負極リードを製造するコスト及び材料費を削減することが出来る。
請求項１０に記載の発明は、前記外装体は、前記電極体の正負両極の何れか一方に電気的に接続され、前記金属板は、前記外装体が電気的に接続された以外の極に電気的に接続されていることを特徴とする。
この構成によれば、外装体が例えば正極リード、金属板が負極リードを兼ねた構成となるので、正極リード及び負極リードを製造するコスト及び材料費を削減することが出来る。
請求項１１に記載の発明は、前記外装体は、前記金属板と対向する表面が凹凸形状となされていることを特徴とする。
この構成によれば、外装体の表面が凹凸形状となっているので、その分、電池の熱を放射する表面積が増え、冷却効果が高くなる。このように冷却効果が高くなると、外装体のフランジ部への金属板の接着力の低下が抑制できる。
請求項１２に記載の発明は、前記凹凸形状の凸部の高さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする。
この構成によれば、外装体の凹凸形状の凸部の高さを、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとすることで、密閉型蓄電池全体の高さを、高い冷却効果を維持しながら体積が増加しないようにすることができる。
請求項１３に記載の発明は、当該密閉型蓄電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする。
この構成によれば、リチウムイオン二次電池においても、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池と同様の作用効果を得ることが出来る。
特許文献１の電池を説明するための図である。 特許文献２の電池を説明するための図である。 特許文献２の他の電池を説明するための図である。 特許文献３の電池を説明するための図である。 特許文献４の電池を説明するための図である。 特許文献５の電池を説明するための図である。 特許文献６の電池を説明するための図である。 特許文献２の電池の問題点を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。 図９に示すＢ１−Ｂ２断面のＢ１片側部分を示した断面図である。 第１実施形態の密閉型蓄電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 第１実施形態の変形例１に係る密閉型蓄電池における外装体のフランジ部の熱接着部分を示す断面図である。 第１実施形態の変形例２に係る密閉型蓄電池における外装体のフランジ部の熱接着部分を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。 本発明の第５実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。 本発明の第６実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
（第１実施形態）
図９は、本発明の第１実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図、図１０は図９に示すＢ１−Ｂ２断面のＢ１片側部分を示した断面図である。
これらの図に示す密閉型蓄電池１００−１は、正負両極に電流取り出し用の正極リード１０１及び負極リード１０２が電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が凹部に収納された箱型を成し、この箱型の周辺部１０５から四方外方に突き出たフランジ部１０３ａを有する金属から成る外装体１０３と、この外装体１０３の凹部を蓋状に覆ってフランジ部１０３ａに金属接着性樹脂フィルム１０６を介在して熱接着され、当該凹部を密閉状に封止する金属板１０４とを備えて構成されている。
但し、正極リード１０１及び負極リード１０２は、箱型の外装体１０３の対向側面における金属板１０４との接着部分から互いに反対方向に外部へ突き出ている。また、外装体１０３及び金属板１０４の金属は、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル又はニッケルメッキ銅等である。金属接着性樹脂フィルムは、カルボン酸変性ポリエチレン（酸変性ＰＥ）又はカルボン酸変性ポリプロピレン（酸変性ＰＰ）等である。
本実施形態の特徴は、図１０に示すように、外装体１０３のフランジ部１０３ａに金属接着性樹脂フィルム１０６を介在して配置されると共にフランジ部１０３ａから四方外方に突き出た金属板１０４の周辺部を、金属接着性樹脂フィルム１０６と共にフランジ部１０３ａ側に折り返し加工し、この折り返した部分の金属板１０４と金属製の外装体１０３のフランジ部１０３ａとを、金属接着性樹脂フィルム１０６を挟んで熱接着した点にある。
このような密閉型蓄電池１００−１を製造する方法を、図１１のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１において、正極を次の通り作製する。即ち、ＬｉＦｅＰＯ4を８２質量部、アセチレンブラックを１０質量部、そしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を８質量部に対し、ノルマルメチルピロリドン（ＮＭＰ）を加え、混合、分散させて均質塗料液を調製する。この均質塗料液をアルミ製の集電体（５０μｍ）の両面に塗布し、乾燥、プレスして正極を作製する。
ここで、正極の活物質は、リチウムイオンを放出できるリチウム遷移金属複合酸化物である。リチウム遷移金属複合酸化物の一例としてＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎＯ2 、ＬｉＭｎ2Ｏ4 、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＦｅＯ2 、ＬｉＦｅＰＯ4 、ＬｉＭｎＰＯ4等があるがこれに限定されるものではない。また、上記リチウム遷移金属複合酸化物は、単独で用いるだけでなく、これらを複数種類混合して用いることもできる。中でもリチウム遷移金属複合酸化物としてリチウムマンガン含有複合酸化物、リチウムニッケル含有複合酸化物、リチウムコバルト含有複合酸化物及びリチウム鉄含有複合酸化物のうちの１種以上であることが好ましい。正極合剤層は、上記の正極活物質と結着材、導電助剤等を水、ＮＭＰ等の溶媒中で混合した後、集電体上に塗布され形成される。上記結着材としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸リチウム、ＥＰＤＭ、ＳＢＲ、ＮＢＲ、フッ素ゴム等が挙げられる。また導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、非晶質炭素等などが例示できる。
次に、ステップＳ２において、負極を次の通り作製する。即ち、グラファイトを９８質量部、そしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を２質量部に対し、ノルマルメチルピロリドン（ＮＭＰ）を加え、混合、分散させて均質塗料液を調製する。この均質塗料液を銅製の集電体（５０μｍ）の両面に塗布し、乾燥、プレスして負極を作製する。
ここで、負極の活物質としては、リチウムイオンを吸蔵及び放出できる化合物を単独乃至は組み合わせて用いることができる。リチウムイオンを吸蔵及び放出できる化合物の一例としてはリチウム等の金属材料、ケイ素、スズ等を含有する合金材料、グラファイト、コークス、有機高分子化合物焼成体又は非晶質炭素等の炭素材料が挙げられる。これらの活物質は単独で用いるだけでなく、これらを複数種類混合して用いることもできる。例えば、負極活物質としてリチウム金属箔を用いる場合、銅等の金属からなる集電体の表面にリチウム箔を圧着することで形成できる。また負極活物質として合金材料、炭素材料を用いる場合は、負極活物質と結着材、導電助剤等を水、ＮＭＰ等の溶媒中で混合した後、銅等の金属からなる集電体上に塗布され形成することができる。上記結着材としては、高分子材料から形成されることが望ましく、二次電池内の雰囲気において化学的・物理的に安定な材料であることが望ましい。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアクリル酸リチウム、ＥＰＤＭ、ＳＢＲ、ＮＢＲ、フッ素ゴム等が挙げられる。また導電助剤としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、非晶質炭素等などが例示できる。
ステップＳ３において、外装体１０３を金属板をプレスすることにより凹部の周辺部にフランジ部１０３ａを有する箱型に成型する。
ステップＳ４において、電極体を作製する。即ち、上記ステップＳ１，Ｓ２で得られた正極と負極との間にセパレータ（例えば、ポリプロピレン製セパレータ）を介挿し、これを交互に複数枚積み重ねることで平板形状の電極体を作製する。このように、正極と負極との間には電気的な絶縁作用とイオン伝導作用とを両立する部材であるセパレータを介装することが望ましい。電解質が液状である場合にはセパレータは、液状の電解質を保持する役割をも果たす。セパレータとしては、多孔質合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子（ポリエチレン、ポリプロピレン）やガラス繊維からなる多孔質膜、不織布が例示できる。更に、セパレータは、正極及び負極の間の絶縁を担保する目的で、正極及び負極よりも更に大きい形態を採用することが好ましい。
ステップＳ５において、上記ステップＳ４で作製された電極体に正極リード１０１及び負極リード１０２を溶接する。ステップＳ６において、その正極リード１０１及び負極リード１０２が溶接された電極体を、上記ステップＳ３で形成された外装体１０３の凹部に挿入する。更に、ステップＳ７において、その凹部に電解質としての電解液を注液する。
この電解液は、電解質としては特に限定しないが、有機溶媒などの溶媒に支持塩を溶解させたもの、自体が液体状であるイオン液体、そのイオン液体に対して更に支持塩を溶解させたものが例示できる。有機溶媒としては、通常リチウム二次電池の電解液に用いられる有機溶媒が例示できる。例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。特に、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等及びそれらの混合溶媒が適当である。例に挙げたこれらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類、エーテル類からなる群より選ばれた一種以上の非水溶媒を用いることが、支持塩の溶解性、誘電率および粘度、安定性において優れ、電池の充放電効率も高いので、好ましい。
イオン液体は、通常リチウム二次電池の電解液に用いられるイオン液体であれば特に限定されるものではない。例えば、イオン液体のカチオン成分としては、Ｎ−メチル−Ｎ−プロピルピペリジニウムや、ジメチルエチルメトキシアンモニウムカチオン等が挙げられ、アニオン成分としは、ＢＦ４ −、Ｎ（ＳＯ２ＣＦ３）２ −等が挙げられる。
また、電解質において用いられる支持塩としては、特に限定されない。例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４、ＮａＩ、これらの誘導体等の塩化合物が挙げられる。これらの中でも、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＮ（ＦＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）（Ｃ４Ｆ９ＳＯ２）、ＬｉＣＦ３ＳＯ３の誘導体、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２の誘導体及びＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３の誘導体からなる群から選ばれる１種以上の塩を用いることが、電気特性の観点からは好ましい。
例えば、電解液として、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比３：７にて混合し、その混合有機溶媒中に支持電解質としてのＬｉＰＦ６を１モル／Ｌの濃度で溶解して電解液とする。このように電解液を注液することで、正負両極に電流取り出し用の正極リード１０１及び負極リード１０２が電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が凹部に収納される。
ステップＳ８において、外装体１０３の発電要素が収納された凹部を金属板１０４で封止する。これは、外装体１０３の凹部を、当該凹部側に金属接着性樹脂フィルム１０６を接着した金属板１０４で蓋状に覆う。次に、図１０に示したように、外装体１０３のフランジ部１０３ａに金属接着性樹脂フィルム１０６を介在して配置されると共にフランジ部１０３ａから四方外方に突き出た金属板１０４の周辺部を、金属接着性樹脂フィルム１０６と共にフランジ部１０３ａ側に折り返し加工する。この加工によってフランジ部１０３ａの上下面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して金属板１０４が配置されるので、フランジ部１０３ａと、この上下面の金属板１０４との３層は絶縁される。この３層を各々の層間に介在された金属接着性樹脂フィルム１０６で熱接着する。
ステップＳ９において、上記にて金属板１０４で封止された外装体１０３から成る密閉型蓄電池１００−１を初期充放電して、ステップＳ１０において、密閉型蓄電池１００−１を完成させる。
このように第１実施形態の密閉型蓄電池１００−１は、正負両極に電流取り出し用リード１０１，１０２が電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が収納された凹部を有し、この凹部の周辺部から外方に突き出たフランジ部１０３ａを有する金属製の外装体１０３と、この外装体１０３の凹部を蓋状に覆ってフランジ部１０３ａの一面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着され、当該凹部を封止する金属板１０４とを有する。本実施形態の特徴は、外装体１０３のフランジ部１０３ａの下面に熱接着された金属板１０４が、フランジ部１０３ａの外方に突き出され、この突き出された部分が金属接着性樹脂フィルム１０６を介してフランジ部１０３ａの他面に折り返され、この折り返し部分が当該他面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着された構造とした点にある。
この構造によれば、フランジ部１０３ａの下面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して金属板を熱接着した従来構造に比べ、更に、金属板１０４がフランジ部１０３ａの外方へ突き出され、この突き出し部分がフランジ部１０３ａの上面に折り返されて当該上面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着されているので、外装体１０３のフランジ部１０３ａへの金属板１０４の接着力が強くなっている。
従って、従来構造では、外装体１０３の凹部内の発電要素からガスが発生し、このガス発生によって凹部内圧が上昇した場合、この応力に応じたクリープで、互いに熱接着されたフランジ部１０３ａと金属板とが剥がれていた。或いは破断していた。しかし、本実施形態構造では、フランジ部１０３ａの下面に熱接着された金属板１０４がフランジ部１０３ａの上面にも折り返されて熱接着されているので、凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力が強くなり、フランジ部１０３ａと金属板１０４とが剥がれ難くなる。或いは破断し難くなる。しかも、フランジ部１０３ａの下面から外方に突き出た金属板１０４をフランジ部１０３ａの上面側に折り返して当該上面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着するだけなので、電池全体の重量は殆ど増加せず、また、コストも殆ど係らないようにすることができる。
また、外装体１０３及び金属板１０４の材質は、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル又はニッケルメッキ銅とすることが好ましい。これによって、密閉型蓄電池１００−１自体の強度を強くすることが出来る。
また、外装体１０３及び金属板１０４の厚みは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍとすることが好ましい。これによって、密閉型蓄電池１００−１自体の強度をより強くすることができるとともに、外装体１０３及び金属板１０４の板圧がそれほど厚くないので、電池重量をそれほど増加しないようにすることが出来る。
また、外装体１０３及び金属板１０４における金属接着性樹脂フィルム１０６が熱接着される表面は、クロメート処理、アルマイト処理又はベーマイト処理するのが好ましい。これによれば、外装体１０３及び金属板１０４に金属そのものを使用すると、電池内部は電解質等に由来する酸やアルカリがあるので金属と接着していても金属がボロボロになり剥がれてしまう。そこで上記の各処理を行うと、酸やアルカリに対する耐性が向上し、腐食し難くなる。
また、金属接着性樹脂フィルム１０６は、酸変性ポリオレフィン樹脂とするのが好ましい。これによって、金属接着性樹脂フィルム１０６が酸変性ポリオレフィン樹脂であれば、金属との密着性（シール性）を向上できると共に、電解液に対する溶解性を低下することができる。他の樹脂では、金属との密着性（シール性）が不十分であったり、電解液に対し、融けたり、融け易くなったりする欠点がある。
（変形例１）
図１２は、本発明の第１実施形態の変形例１に係る密閉型蓄電池における外装体のフランジ部の熱接着部分を示す断面図である。本変形例１は、上述の図１０に示したフランジ部１０３ａにおける金属板１０４の折り返し部分を、図１２に示すように、更にフランジ部１０３ａの上面側に折り返したものである。詳細には、フランジ部１０３ａの上面に折り返して熱接着した金属板１０４の部分を、フランジ部１０３ａと共に金属接着性樹脂フィルム１０６を介してもう一度同一方向に折り返し、この折り返し部分をフランジ部１０３ａの上面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着する。
このように本変形例１では、図１０に示した外装体１０３の封止部分を、フランジ部１０３ａと金属板１０４との間に金属接着性樹脂フィルム１０６を介在して図１２に示すように更に渦巻状に巻き、この巻き部分を熱接着した。つまり、外装体１０３の封止部分が２回渦巻状となっている。これによって、封止部分の接着強度をより高めることができるので、凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力をより強くすることができ、フランジ部１０３ａと金属板１０４とがより剥がれ難くなる。或いはより破断し難くなる。しかも、フランジ部１０３ａと金属板１０４とを金属接着性樹脂フィルム１０６を介して２回渦巻状に巻回して熱接着するだけなので、電池全体の重量は殆ど増加せず、また、コストも殆ど掛かることが無い。なお、上記では２回渦巻状としたが、３回以上渦巻状としても良い。
また、図１２に示した本変形例１と、図１０に示した第１実施形態との特徴構造の上位概念として次のように定義することが出来る。即ち、外装体１０３の熱接着される封止部分は、フランジ部１０３ａ又は金属板１０４である金属層と、金属接着性樹脂フィルム１０６とが交互に積層されて互いに熱接着されると共に、少なくとも当該金属層を３層以上有する構造である。概略的には、図１０においては右端の縦の金属板１０４が無く、図１２においては左右の縦の金属板１０４と、右側の縦のフランジ部１０３ａとが無い状態である。
この構造の場合、フランジ部１０３ａから外方に突き出た金属板１０４を折り返す、又はフランジ部１０３ａと金属板１０４の双方を渦巻状に折り返して熱接着するのではなく、外装体１０３の封止部分であるフランジ部１０３ａの上下面に、金属接着性樹脂フィルム１０６を介して金属板を複数層熱接着する構造と成る。
この構造によれば、少なくとも金属層を３層以上有するので、金属製のフランジ部１０３ａの上下面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して金属板が熱接着されることとなる。言い換えれば、外装体の凹部を封止する金属板が、外装体のフランジ部１０３ａの下面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着され、更に、フランジ部１０３ａの上面にも金属板が金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着される。以降、金属層が４層、５層と増加する構造では、フランジ部１０３ａの上下面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して金属板が積層されて熱接着される構造となる。
この構造は、従来の外装体のフランジ部１０３ａの一方の面に金属接着性樹脂フィルム１０６を介して金属板を熱接着した従来構造に比べ、フランジ部１０３ａの上下面に複数層の金属層が接着されているので、その分、フランジ部１０３ａと金属板との接合力が高くなり、凹部内圧の上昇に伴う応力に対する抗力が強くなる。
つまり、従来構造では、外装体１０３の凹部内の発電要素からガスが発生し、このガス発生によって凹部内圧が上昇した場合、この応力に応じたクリープで、互いに熱接着されたフランジ部１０３ａと金属板とが剥がれていた。或いは破断していた。しかし、本発明構造では、フランジ部１０３ａの上下面に複数層に金属板が各々金属接着性樹脂フィルム１０６を介して熱接着されているので、フランジ部１０３ａと金属板との接合力が高くなり、これによって凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力が強くなり、フランジ部１０３ａと金属板とが剥がれ難くなる。或いは破断し難くなる。しかも、外装体１０３の周辺部分のフランジ部１０３ａの上下面に、複数層の金属板を熱接着するだけなので、電池全体の重量は殆ど増加せず、また、コストも高くならないようにすることができる。
（変形例２）
図１３は、本発明の第１実施形態の変形例２に係る密閉型蓄電池における外装体のフランジ部の熱接着部分を示す断面図である。本変形例２は、図１３に１０４ａで示すように、図１０に示したフランジ部１０３ａの上面に折り返されて熱接着された金属板１０４の当該折り返し部分表面を、凸状部材で凹状に圧縮してかしめるカシメ加工を行ったものである。
このカシメ加工部１０４ａを有する構造では、外装体１０３の封止部分が金属板１０４と、より強固に接合されるので、凹部内圧上昇に伴う応力に対向する力をより強くすることができ、フランジ部１０３ａと金属板１０４とがより剥がれ難くなる。或いはより破断し難くなる。
また、カシメ加工は、図１３に示すカシメ加工部１０４ａの対向側である金属板１０４の表面に施しても良く、また、それら双方の表面に施しても良い。更に、これらと同様に、図１２に示した渦巻状の封止部分の上下両面又は何れか一面にカシメ加工を施しても良い。更には、上述した第１実施形態と、第１実施形態の変形例１との上位概念の構造において、同様に封止部分の上下両面又は何れか一面にカシメ加工を施しても良い。
（第２実施形態）
図１４は、本発明の第２実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。
第２実施形態の密閉型蓄電池１００−２が、第１実施形態の密閉型蓄電池１００−１と異なる点は、正極リード１０１を外装体１０３−２と兼ねた構成としたことにある。つまり、密閉型蓄電池１００−２には正極リード１０１は突き出ておらず、外装体１０３−２が正極リードを兼ねた構成となっている。
この第２実施形態の密閉型蓄電池１００−２によれば、第１実施形態の密閉型蓄電池１００−１よりも、正極リード１０１を製造するコスト及び材料費を削減することが出来る。なお、逆に負極リード１０２を外装体１０３−２に兼ね合わせ、負極リード１０２が突き出ない構成としても良い。この場合、正極リード１０１のみが突き出た構成となる。
（第３実施形態）
図１５は、本発明の第３実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。
第３実施形態の密閉型蓄電池１００−３が、第２実施形態の密閉型蓄電池１００−２と異なる点は、更に負極リード１０２を金属板１０４−３と兼ねた構成としたことにある。つまり、密閉型蓄電池１００−３には負極リード１０２も突き出ておらず、金属板１０４−３が負極リードを兼ねた構成となっている。この第３実施形態の密閉型蓄電池１００−３によれば、正極リード１０１及び負極リード１０２を製造するコスト及び材料費を削減することが出来る。つまり、第２実施形態の密閉型蓄電池１００−２よりも更に製造コスト及び材料費を削減することが出来る。なお逆に、外装体１０３−２が負極リード１０２を兼ね、金属板１０４−３が正極リード１０１を兼ねる構成としても良い。
（第４実施形態）
図１６は、本発明の第４実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。
第４実施形態の密閉型蓄電池１００−４が、第１実施形態の密閉型蓄電池１００−１と異なる点は、外装体１０３−４における金属板１０４と対向する表面を、当該表面の平行な２辺の一方から他方に直線に跨る凹凸形状１０３ｂ，１０３ｃとしたことにある。つまり、外装体１０３−４表面の一方の端から他方の端に渡って凸形状１０３ｃが形成され、この隣に平行に凹形状１０３ｂが形成され、これら凸形状１０３ｂ及び凹形状１０３ｃが交互に形成されている。
この構成の第４実施形態の密閉型蓄電池１００−４によれば、外装体１０３−４の表面が凹凸形状１０３ｂ，１０３ｃとなっているので、その分、電池の熱を放射する表面積が増え、冷却効果が高くなる。このように冷却効果が高くなると、外装体１０３−４のフランジ部１０３ａへの金属板１０４の接着力の低下が抑制できる。
また、凹凸形状１０３ｂ，１０３ｃの凸部１０３ｃの高さｈ１は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることが好ましい。これによって、密閉型蓄電池１００−４全体の高さを、高い冷却効果を維持しながら体積が増加しないようにすることができる。
（第５実施形態）
図１７は、本発明の第５実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。
第５実施形態の密閉型蓄電池１００−５が、第４実施形態の密閉型蓄電池１００−４と異なる点は、正極リード１０１を外装体１０３−５と兼ねた構成としたことにある。つまり、密閉型蓄電池１００−５には正極リード１０１は突き出ておらず、外装体１０３−５が正極リードを兼ねた構成となっている。
この第５実施形態の密閉型蓄電池１００−５によれば、第４実施形態の密閉型蓄電池１００−４よりも、正極リード１０１を製造するコスト及び材料費を削減することが出来る。なお、逆に負極リード１０２を外装体１０３−５に兼ね合わせ、負極リード１０２が突き出ない構成としても良い。この場合、正極リード１０１のみが突き出た構成となる。
（第６実施形態）
図１８は、本発明の第６実施形態に係る密閉型蓄電池の外観構成を示す斜視図である。
第６実施形態の密閉型蓄電池１００−６が、第５実施形態の密閉型蓄電池１００−５と異なる点は、更に負極リード１０２を金属板１０４−６と兼ねた構成としたことにある。つまり、密閉型蓄電池１００−６には負極リード１０２も突き出ておらず、金属板１０４−６が負極リードを兼ねた構成となっている。この第６実施形態の密閉型蓄電池１００−６によれば、正極リード１０１及び負極リード１０２を製造するコスト及び材料費を削減することが出来る。つまり、第５実施形態の密閉型蓄電池１００−５よりも更に製造コスト及び材料費を削減することが出来る。なお逆に、外装体１０３−５が負極リード１０２を兼ね、金属板１０４−６が正極リード１０１を兼ねる構成としても良い。
また、第１〜第６実施形態の密閉型蓄電池は、リチウムイオン二次電池とすることが好ましい。これによって、リチウムイオン二次電池においても、前述の密閉型蓄電池と同様の作用効果を得ることが出来る。
１００−１〜１００−６ 密閉型蓄電池
１０１ 正極リード
１０２ 負極リード
１０３，１０３−２，１０３−４，１０３−５ 外装体
１０３ａ フランジ部
１０３ｂ 凹部
１０３ｃ 凸部
１０４，１０４−３，１０４−６ 金属板
１０４ａ カシメ加工部
１０５ 外装体の周辺部
１０６ 金属接着性樹脂フィルム

Claims (13)

  1. 正負両極に電流取り出し用リードが電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が収納された凹部を有し、この凹部の周辺部から外方に突き出たフランジ部を有する金属製の外装体と、この外装体の凹部を蓋状に覆って前記フランジ部に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着され、当該凹部を封止する金属板とを有する密閉型蓄電池において、
    前記熱接着される部分は、前記フランジ部又は前記金属板である金属層と、前記金属接着性樹脂フィルムとが交互に積層されて互いに熱接着されると共に、少なくとも当該金属層を３層以上有する構造であることを特徴とする密閉型蓄電池。
  2. 正負両極に電流取り出し用リードが電気的に接続された電極体と電解質とを含む発電要素が収納された凹部を有し、この凹部の周辺部から外方に突き出たフランジ部を有する金属製の外装体と、この外装体の凹部を蓋状に覆って前記フランジ部の一面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着され、当該凹部を封止する金属板とを有する密閉型蓄電池において、
    前記金属板は、前記フランジ部の外方に突き出し、この突き出した部分が前記金属接着性樹脂フィルムを介して当該フランジ部の他面に折り返され、この折り返し部分が当該他面に金属接着性樹脂フィルムを介して熱接着されていることを特徴とする密閉型蓄電池。
  3. 前記外装体及び前記金属板の材質は、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル又はニッケルメッキ銅であることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型蓄電池。
  4. 前記外装体及び前記金属板の厚みは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の密閉型蓄電池。
  5. 前記外装体及び前記金属板における前記金属接着性樹脂フィルムが熱接着される表面は、クロメート処理、アルマイト処理又はベーマイト処理されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  6. 前記金属接着性樹脂フィルムは、酸変性ポリオレフィン樹脂であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  7. 前記金属板における前記フランジ部の他面に折り返されて熱接着された部分が、当該熱接着されたフランジ部の部分とともに、前記金属接着性樹脂フィルムを介在して前記折り返し方向と同方向に１乃至は複数回渦巻状に巻かれ、この巻き部分が熱接着されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  8. 前記フランジ部に熱接着された金属板をカシメ加工したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  9. 前記外装体は、前記電極体の正負両極の何れか一方に電気的に接続されており、この接続された以外の極に電気的に接続された電流取り出し用リードが前記凹部から外部へ引き出されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  10. 前記外装体は、前記電極体の正負両極の何れか一方に電気的に接続され、前記金属板は、前記外装体が電気的に接続された以外の極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  11. 前記外装体は、前記金属板と対向する表面が凹凸形状となされていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
  12. 前記凹凸形状の凸部の高さは、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の密閉型蓄電池。
  13. 当該密閉型蓄電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の密閉型蓄電池。
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