JP2012064459A

JP2012064459A - 非水電解質電池

Info

Publication number: JP2012064459A
Application number: JP2010208117A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ueno; 友裕上野; Tatsu Nagai; 龍長井; Yuji Kodera; 裕司小寺
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】耐振動性及び耐衝撃性が高いとともに小型化が可能な非水電解質電池を提供する。
【解決手段】本発明の非水電解質電池は、電池要素と、前記電池要素を収納した可撓性を有する外装材と、前記外装材から外部に引き出された電極リード端子部とを含み、前記外装材の外周は、矩形状に形成され、前記外装材の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて封止部を形成し、前記谷折りされた一辺と対向する上辺封止部から前記電極リード端子部が引き出され、前記上辺封止部以外の側辺封止部が、前記外装材の側面に沿った折線を介して折り畳まれており、前記折線は、前記側辺封止部と前記電池要素との間に配置され、前記側辺封止部の前記谷折りされた一辺側の端部は、前記折線を越えて前記電池要素側に拡張して接合されて拡張封止部を形成していることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、可撓性を有する外装材を備えた非水電解質電池に関する。

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューター等の携帯機器の電源として広く用いられている。携帯機器の高性能化に伴ってリチウムイオン二次電池の高容量化が更に進む傾向にあり、エネルギー密度を更に向上させるため、可撓性を有するラミネート外装材を用いた扁平型非水電解質電池が多く使用されている。

例えば、特許文献１には、従来のラミネート外装材を用いた扁平型非水電解質電池が記載されている。図７は、特許文献１に記載の非水電解質電池の斜視図である。図７において、非水電解質電池１００は、深絞り成形が施されて空間部１０６が形成されたラミネートフィルムからなる外装材１０３に電池要素が収容され、上記電池要素の各電極と導通される電極端子リード１０４、１０５が上記外装材１０３の内部から外部に引き出されている。また、外装材１０３は、深絞り成形が施された周囲のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって熱溶着されるとともに、電極端子リード１０４、１０５が引き出されている部分以外の熱溶着されたサイド部１０７が折り畳まれている。サイド部１０７を折り畳むのは、非水電解質電池１００の大きさをできるだけ小さくして、電池の体積効率を向上させるとともに、ラミネートフィルムの端部における短絡を防止するためである。従って、図７では、一重折りであるが、更に電池の大きさを小さくするために、二重折りする場合もある。

一方、最近では非水電解質電池の高性能化に伴い、非水電解質電池が携帯機器の電源以外の電源としても用いられ始めた。例えば、自動車用やバイク用の電源、ロボット等の移動体用の電源等に非水電解質電池が用いられ始めた。非水電解質電池をこのような電源として用いる場合には、高容量であるだけでなく、高い耐振動性及び耐衝撃性が要求される。

特許第３８２９５０２号公報

しかし、特許文献１に記載されているサイド部１０７を、更に小さくするために、空間部１０６に掛かるまで多重に折り曲げると、サイド部１０７の谷折りされた一辺側の端部１０８に歪が生じ、電池に振動や衝撃が長期間加わった場合に、亀裂等が生じて、電解液が漏液する等の問題が発生する可能性があることが判明した。

本発明は上記問題を解決したもので、耐振動性及び耐衝撃性が高い非水電解質電池を提供するものである。

本発明の非水電解質電池は、電池要素と、前記電池要素を収納した可撓性を有する外装材と、前記外装材から外部に引き出された電極リード端子部とを含む非水電解質電池であって、前記外装材の外周は、矩形状に形成され、前記外装材の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて封止部を形成し、前記谷折りされた一辺と対向する上辺封止部から前記電極リード端子部が引き出され、前記上辺封止部以外の側辺封止部が、前記外装材の側面に沿った折線を介して折り畳まれており、前記折線は、前記側辺封止部と前記電池要素との間に配置され、前記側辺封止部の前記谷折りされた一辺側の端部は、前記折線を越えて前記電池要素側に拡張して接合されて拡張封止部を形成していることを特徴とする。

本発明によると、耐振動性及び耐衝撃性が高いとともに小型化が可能な非水電解質電池を提供できる。

図１Ａは本発明の非水電解質電池で用いる電極体を説明するための斜視図であり、図１Ｂは電極体を外装材に収納している状態を示す斜視図であり、図１Ｃは電極体を外装材に収納した状態の斜視図である。本発明の非水電解質電池の側辺封止部を折り畳む前の平面図である。図２のＸ部の拡大透視図である。拡張封止部の形状の変形例を示す模式図である。本発明の非水電解質電池の側辺封止部を折り畳む過程を説明する要部断面図である。本発明の非水電解質電池の平面図である。特許文献１に記載の非水電解質電池の斜視図である。

本発明の非水電解質電池は、電池要素と、上記電池要素を収納した可撓性を有する外装材と、上記外装材から外部に引き出された電極リード端子部とを少なくとも備えている。また、上記外装材の外周は、矩形状に形成され、上記外装材の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて封止部を形成し、上記谷折りされた一辺と対向する封止部（上辺封止部）から上記電極リード端子部が引き出されている。更に、上記上辺封止部以外の封止部（側辺封止部）が、上記外装材の側面に沿った折線を介して折り畳まれており、上記折線は、上記側辺封止部と上記電池要素との間に配置され、上記側辺封止部の上記谷折りされた一辺側の端部は、上記折線を越えて上記電池要素側に拡張して接合されて拡張封止部を形成している。

本発明の非水電解質電池は、上記拡張封止部を備えているので、側辺封止部が、上記側辺封止部と上記電池要素との間に配置された折線を介して折り畳まれても、上記拡張封止部により側辺封止部の端部の強度が向上し、高い耐振動性及び耐衝撃性を有するともに、電池の幅方向の大きさを可能な限り縮小することができる。

以下、本発明の非水電解質電池の実施形態を図面に基づき説明する。但し、図１〜図６では、同一部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する場合がある。

本実施形態では、非水電解質電池として扁平型リチウムイオン二次電池を例に説明する。図１Ａは本実施形態で用いる電極体を説明するための斜視図であり、図１Ｂは電極体を外装材に収納している状態を示す斜視図であり、図１Ｃは電極体を外装材に収納した状態の斜視図である。

図１Ａにおいて、電池要素に含まれる電極体１０は、矩形状の正極１１と矩形状の負極１２とを、矩形状のセパレータ１３を介して積層して作製される。正極１１の一端には、正極リード端子１１ａが設けられ、負極１２の一端には、負極リード端子１２ａが設けられている。

図１Ｂにおいて、可撓性を有する矩形状の外装材１４は、谷折りされて第１外装面１４ａと第２外装面１４ｂとから構成されている。第１外装面１４ａには、深絞り成形により電極収納部１５が形成されている。また、各正極リード端子１１ａ（図１Ａ）及び各負極リード端子１２ａ（図１Ａ）は、それぞれ重ね合わされて溶接されて、それぞれ正極リード端子部１６ａ及び負極リード端子部１６ｂを形成している。

図１Ｃにおいて、電極体１０は、電解液とともに谷折りされた第１外装面１４ａと第２外装面１４ｂとが形成する空間部（電極収納部１５）に収納される。また、外装材１４の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて側辺封止部１７ａ、１７ｂ及び上辺封止部１７ｃを形成している。正極リード端子部１６ａ及び負極リード端子部１６ｂは、外装材１４の谷折りされた一辺と対向する上辺封止部１７ｃから外部に引き出されている。側辺封止部１７ａ、１７ｂ及び上辺封止部１７ｃの形成方法は、特に限定されず、加熱プレス等により熱溶着すればよい。

正極１１は、正極活物質、正極用導電助剤、正極用バインダ等を含む混合物に、溶剤を加えて十分に混練して得た正極合剤ペーストを、正極集電体の両面に塗布して乾燥した後に、その正極合剤層を所定の厚さ及び所定の電極密度に制御することにより形成できる。

上記正極活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ₂等のリチウムコバルト酸化物、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等のリチウムマンガン酸化物、ＬｉＮｉＯ₂等のリチウムニッケル酸化物等が使用できるが、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であればこれらに限定はされない。

上記正極集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。正極集電体としては、例えば、アルミニウム箔等が用いられる。

負極１２は、負極活物質、負極用導電助剤、負極用バインダ等を含む混合物に、溶剤を加えて十分に混練して得た負極合剤ペーストを、負極集電体の両面に塗布して乾燥した後に、その負極合剤層を所定の厚さ及び所定の電極密度に制御することにより形成できる。

上記負極活物質としては、例えば、天然黒鉛又は塊状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛等の人造黒鉛等の炭素材料が用いられるが、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であればこれらに限定はされない。

上記負極集電体としては、構成された電池において実質的に化学的に安定な電子伝導体であれば特に限定されない。負極集電体としては、例えば、銅箔等が用いられる。

セパレータ１３としては、大きなイオン透過度及び所定の機械的強度を有する絶縁性の微多孔性フィルムが用いられる。また、一定温度以上（１００〜１４０℃）で微孔を閉塞し、抵抗を上げる機能を有するものが、電池の安全性向上の点から好ましい。具体的には、上記セパレータとしては、耐有機溶剤性及び疎水性を有するポリプロピレン、ポリエチレン等のオレフィン系ポリマー又はガラス繊維からなるシート、不織布、織布、又はオレフィン系の粒子を接着剤で固着した多孔質体層等が用いられる。

外装材１４としては、アルミニウム等の金属層と熱可塑性樹脂層とが積層されたラミネートフィルム等を用いることができる。これにより、側辺封止部１７ａ、１７ｂ及び上辺封止部１７ｃは、熱可塑性樹脂層を介して熱溶着により確実に接合できる。

上記電解液としては、例えば、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、γ−ブチロラクトン等の有機溶媒を１種類又は２種類以上混合した溶媒に、例えば、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等から選ばれる少なくとも１種類のリチウム塩を溶解させた電解液を用いればよい。この電解液中のＬｉイオンの濃度は、０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌとすればよい。

図２は、本実施形態の扁平型リチウムイオン二次電池の側辺封止部を折り畳む前の平面図である。また、図３は、図２のＸ部の拡大透視図である。図３において、側辺封止部１７ｂと電極体１０（電池要素）との間には、将来側辺封止部１７ｂが折り畳まれる予定の折線１８が配置されている。側辺封止部１７ｂと電極体１０との間に配置された折線１８で折り畳むことにより、側辺封止部１７ｂの部分のみで折り畳んでいた従来の電池よりも、電池の幅を縮小できる。

また、側辺封止部１７ｂの谷折りされた一辺側の端部は、折線１８を越えて電極体１０側に拡張して接合されて三日月状の拡張封止部１９を形成している。拡張封止部１９は、側辺封止部１７ｂと電極体１０との間隙部Ａと、谷折りされた一辺と電極体１０との間隙部Ｂとが交差する領域に形成されている。間隙部Ａを形成する側辺封止部１７ｂと電極体１０との間隔ａは、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．３〜１．５ｍｍがより好ましく、０．５〜１．０ｍｍが最も好ましい。また、間隙部Ｂを形成する谷折りされた一辺と電極体１０との間隔ｂは、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．３〜１．５ｍｍがより好ましく、０．５〜１．０ｍｍが最も好ましい。間隔ａ及びｂが上記範囲内であれば、電池の容量を低下させることなく、電池の耐振動性及び耐衝撃性を向上できる。

図３では、側辺封止部１７ｂ側のみ示したが、側辺封止部１７ａ側（図２）にも拡張封止部が同様に形成されている。

図４は、拡張封止部の形状の変形例を示す模式図である。図３において拡張封止部１９の形状は、三日月状としたが、この形状に限定されず、例えば、図４Ａに示す扇状、図４Ｂに示す三角状、図４Ｃに示す四角状等であってもよい。

図５は、本実施形態の扁平型リチウムイオン二次電池の側辺封止部を折り畳む過程を説明する要部断面図である。図５では、側辺封止部を二重に折り畳む例を示す。図５Ａは、図２のＩ−Ｉ線矢視断面図を示す。図５Ｂは、側辺封止部１７ｂを先ず下方に約９０度に折り曲げた状態を示す。図５Ｃは、図５Ｂに続いて側辺封止部１７ｂを一重に折り畳んだ状態を示す。図５Ｄは、更に折線１８で折り曲げて最終的に二重に折り畳んだ状態を示す。

図５では、側辺封止部１７ｂ側のみ示したが、側辺封止部１７ａ側（図２）も同様に折り畳まれている。また、側辺封止部１７ｂの折り方は、側辺封止部１７ｂと電極体１０との間の折線１８で少なくとも折られていれば、図５に示したもの限らず、また折り数も特に限定されない。

図６は、完成した本実施形態の扁平型リチウムイオン二次電池の平面図である。本実施形態の扁平型リチウムイオン二次電池２０は、拡張封止部を備えているので、側辺封止部が、側辺封止部と電極体（電池要素）との間に配置された折線を介して折り畳まれても、拡張封止部により側辺封止部の端部の強度が向上し、高い耐振動性及び耐衝撃性を有するともに、電池の幅方向の大きさを可能な限り縮小することができる。

以上説明したように、本発明は、耐振動性及び耐衝撃性が高いとともに小型化が可能な非水電解質電池を提供できる。従って、本発明の非水電解質電池は、高い耐振動性及び耐衝撃性が要求される自動車用やバイク用の電源、ロボット等の移動体用の電源等として広く利用できる。

１０電極体
１１正極
１１ａ正極リード端子
１２負極
１２ａ負極リード端子
１３セパレータ
１４外装材
１４ａ第１外装面
１４ｂ第２外装面
１５電極収納部
１６ａ正極リード端子部
１６ｂ負極リード端子部
１７ａ、１７ｂ側辺封止部
１７ｃ上辺封止部
１８折線
１９拡張封止部
２０扁平型リチウムイオン二次電池

Claims

電池要素と、前記電池要素を収納した可撓性を有する外装材と、前記外装材から外部に引き出された電極リード端子部とを含む非水電解質電池であって、
前記外装材の外周は、矩形状に形成され、
前記外装材の外周辺のうち、谷折りされた一辺以外の三辺が所定の幅をもって接合されて封止部を形成し、
前記谷折りされた一辺と対向する上辺封止部から前記電極リード端子部が引き出され、
前記上辺封止部以外の側辺封止部が、前記外装材の側面に沿った折線を介して折り畳まれており、
前記折線は、前記側辺封止部と前記電池要素との間に配置され、
前記側辺封止部の前記谷折りされた一辺側の端部は、前記折線を越えて前記電池要素側に拡張して接合されて拡張封止部を形成していることを特徴とする非水電解質電池。
前記拡張封止部は、前記側辺封止部と前記電池要素との間隙部Ａと、前記谷折りされた一辺と前記電池要素との間隙部Ｂとが交差する領域に形成されている請求項１に記載の非水電解質電池。
前記間隙部Ａを形成する前記側辺封止部と前記電池要素との間隔ａが、０．１〜１０ｍｍであり、前記間隙部Ｂを形成する前記谷折りされた一辺と前記電池要素との間隔ｂが、０．１〜１０ｍｍである請求項２に記載の非水電解質電池。