JP2013048041A - 薄型電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極、負極および正極と負極との間に介在する電解質層を積層した電極構成体を備えるシート状の電極群と、電極群を密閉収納するフィルム外装体と、を含み、フィルム外装体が、第一の樹脂フィルムと、第一の樹脂フィルムの一面に順に積層された、厚みが0.01〜1μmの金属材料または無機材料の蒸着層と第二の樹脂フィルムとを積層した蒸着層含有ラミネートフィルムから形成されている薄型電池。
【選択図】図1
Description
(電極群の作製)
正極活物質として電解二酸化マンガン100質量部、導電剤としてアセチレンブラック5質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5質量部を適量のN−メチル−2−ピロリドン(以下NMPという)に添加し、混合することにより正極合剤ペーストを調製した。そして、正極集電体となる、厚み15μmのアルミニウム箔の片面に正極合剤ペーストを塗布し、乾燥した後、圧延し、50mm×50mmのサイズに切り抜くことにより、総厚が115μmの正極を得た。続いて、アルミニウム製の正極リードを正極集電体に溶接した。
第一の樹脂フィルムが厚み15μmのポリアミド6からなるフィルムであり、第二の樹脂フィルムが厚み35μmのポリエチレンフィルムからなるフィルムであり、第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層が設けられた総厚約50μmのラミネートフィルムaからなるシート状の袋体を作成した。具体的には、ラミネートフィルムaを60mm×65mmの寸法の長方形状に切断し、得られた2枚のラミネートフィルムaの切断片を重ね合わせて、その3辺の約3mmの幅の周端部で互いに熱融着させて一つの開口部を有する袋体に加工した。そして、得られた袋体に上述した電極群を収容し、その開口部から正極リード及び負極リードを外部に導出した状態で、開口部を熱融着することにより総厚約0.3mmの薄型電池Aを得た。
得られた薄型電池及び電極群等の特性を次のような方法により評価した。
JIS K7171の測定方法に準拠して、電極群の曲げ弾性率を測定した。なお、電極群の試験片の形状は、長さ50mm、幅50mm、厚み0.19mmの短冊型試験片を用いた。なお、支持台は支点間距離L30mm、先端半径R2mmのものを用いた。また、先端半径R5mmの圧子を100mm/分で移動させ、試験片の中央部に荷重を加えた。
ラミネートフィルムを平行部幅5mm、標線間距離20mmの引張試験3号ダンベルに切出し、JIS K7161に準拠して5mm/分の引張速度にて万能試験機を用いて引張試験を行い、引張弾性率を求めた。
薄型電池の可撓性を曲げ弾性率の評価により判定した。具体的には、JIS K7171の測定方法に準じて、薄型電池の曲げ弾性率を測定した。なお、試験片としては、得られた薄型電池をそのまま用いた。支持台は支点間距離L30mm、先端半径R2mmのものを用いた。また、先端半径R5mmの圧子を100mm/分で移動させ、試験片の中央部に荷重を加えた。
〈薄型電池の電池容量〉
25℃の環境下にて、閉路電圧が1.8Vに達するまで、薄型電池を250μA/cm2の電流密度で放電し、放電容量を求めた。なお、電流密度は、正極活物質層の厚み方向の面における単位面積あたりの電流値を指す。
薄型電池を25℃の環境下にて、閉路電圧が3Vに達するまで、250μA/cm2の電流密度で放電した。その後、図6に示すように、薄型電池30(薄型電池A)の両端の熱溶着で閉じられた部分を、互いに対向するように水平に配置された伸縮可能な固定部材51で固定した。そして、図6に示すように、曲率半径Rが20mmの曲面部を有する治具52を薄型電池30に押し当て、曲面部に沿って薄型電池10を変形させた。その後、治具52を薄型電池30から引き離し、変形を元に戻した。この屈曲変形を10000回繰り返した。そして、この10000回の屈曲変形処理が与えられた薄型電池を60℃の環境下で90日間保存した。そして、屈曲変形処理及び90日間保存処理を施さなかった薄型電池(未処理の薄型電池)及び10000回の屈曲変形処理及び90日間保存処理を与えた薄型電池(処理後の薄型電池)をそれぞれ、25℃の環境下で、閉路電圧が1.8Vに達するまで、250μA/cm2の電流密度で放電し、それぞれの放電容量を求めた。そして、下記式:
屈曲保存後の容量維持率(%)=(処理後の薄型電池の放電容量/未処理の薄型電池の放電容量)×100
により、屈曲保存後の容量維持率(%)を求めた。
結果を表1に示す。
第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に、厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層を備えた実施例1のラミネートフィルムaに代えて、厚み0.05μmの酸化ケイ素の蒸着層を備えた総厚約50μmのラミネートフィルムbを用いた以外は実施例1と同様にして薄型電池Bを得、評価した。結果を表1に示す。
第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に、厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層を備えた実施例1のラミネートフィルムaに代えて、厚み0.05μmのアルミニウムの蒸着層を備えた総厚約50μmのラミネートフィルムcを用いた以外は実施例1と同様にして薄型電池Cを得、評価した。結果を表1に示す。
第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に、厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層を備えた実施例1のラミネートフィルムaに代えて、厚み0.05μmの窒化ケイ素の蒸着層を備えた総厚約50μmのラミネートフィルムdを用いた以外は実施例1と同様にして薄型電池Dを得、評価した。結果を表1に示す。
第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に、厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層を備えた実施例1のラミネートフィルムaに代えて、厚み0.2μmの酸化ケイ素の蒸着層を備えた総厚約50μmのラミネートフィルムeを用いた以外は実施例1と同様にして薄型電池Eを得、評価した。結果を表1に示す。
第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に、厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層を備えた実施例1のラミネートフィルムaに代えて、厚み1μmの酸化ケイ素の蒸着層を備えた総厚約51μmのラミネートフィルムeを用いた以外は実施例1と同様にして薄型電池Eを得、評価した。結果を表1に示す。
袋体を作成するために用いられた2枚のラミネートフィルムとして、1枚の切断片として実施例2で用いたラミネートフィルムbを用いた。そして、もう1枚の切断片として、第一の樹脂フィルムと第二の樹脂フィルムとの間に、厚み0.05μmの酸化アルミニウムの蒸着層を備えた実施例1のラミネートフィルムaに代えて、厚み35μmのアルミニウム箔層を備えた総厚約85μmのラミネートフィルムfを用いた。そして、ラミネートフィルムbとラミネートフィルムfとからなる袋体を用いた以外は、実施例1と同様にして薄型電池Fを得、評価した。結果を表1に示す。
袋体を作成するために用いられた2枚のラミネートフィルムとして、実施例5で用いたラミネートフィルムfを用いた以外は実施例1と同様にして薄型電池Gを得、評価した。結果を表1に示す。
2 正極リード
3 負極リード
4 フィルム外装体
5 正極
6 負極
7 電解質層
10,20,30 薄型電池
14 蒸着層含有ラミネートフィルム
14a 第一の樹脂フィルム
14b 蒸着層
14c 第二の樹脂フィルム
21 第一ラミネートフィルム
22 第二ラミネートフィルム
Claims (10)
- 正極、負極および前記正極と前記負極との間に介在する電解質層を積層した電極構成体を備えるシート状の電極群と、前記電極群を密閉収納するフィルム外装体と、を含み、
前記フィルム外装体が、
第一の樹脂フィルムと、前記第一の樹脂フィルムの一面に順に積層された、厚み0.01〜1μmの金属材料または無機材料の蒸着層と第二の樹脂フィルムとを積層した蒸着層含有ラミネートフィルムを含むラミネートフィルムから形成されていることを特徴とする薄型電池。 - 前記蒸着層含有ラミネートフィルムの引張弾性率が100MPa以下である請求項1に記載の薄型電池。
- 前記電極群の曲げ弾性率が300MPa以下であり、前記電極群の厚みが700μm以下である請求項1又は2に記載の薄型電池。
- 前記負極が負極活物質としてリチウムを含み、前記蒸着層が3ボルト(vs.Li+/Li)以上の耐電圧を有する請求項1〜3の何れか1項に記載の薄型電池。
- 前記蒸着層が、アルミニウム,チタン,ニッケル,鉄,白金,金,銀,パラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属材料からなる請求項1に記載の薄型電池。
- 前記蒸着層が、酸化ケイ素,酸化マグネシウム,酸化アルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の無機酸化物材料からなる請求項1に記載の薄型電池。
- 前記負極が負極活物質としてリチウムを含み、
前記第一の樹脂フィルムが厚み10〜100μmのポリアミド系フィルムであり、
前記第二の樹脂フィルムが厚み20〜100μmのポリオレフィンフィルムであり
前記ラミネートフィルムの総厚みが30〜200μmであり、
前記フィルム外装体の外面側に前記第一の樹脂フィルムが、前記フィルム外装体の内面側に前記第二の樹脂フィルムが配設された請求項1〜6の何れか1項に記載の薄型電池。 - 正極、負極および前記正極と前記負極との間に介在する電解質層を積層した電極構成体を備えるシート状電極群と、前記電極群を密閉収納するフィルム外装体と、を含み、
前記フィルム外装体は、互いに周端部で接合された、第一ラミネートフィルムと前記第一ラミネートフィルムよりも高い引張弾性率を有する第二ラミネートフィルムとからなり、
前記一ラミネートフィルムが、
第一の樹脂フィルムと、前記第一の樹脂フィルムの一面に順に積層された、厚みが0.01〜1μmである金属材料または無機材料の蒸着層と第二の樹脂フィルムとを積層した蒸着層含有ラミネートフィルムから形成されていることを特徴とする薄型電池。 - 前記第二ラミネートフィルムが、第三の樹脂フィルムと、前記第三の樹脂フィルムの一面に順に積層された、金属箔と第四の樹脂フィルムとを積層した金属箔含有ラミネートフィルムから形成されている請求項8記載の薄型電池。
- 前記電極群の曲げ弾性率が300MPa以下であり、前記第一ラミネートフィルムの引張弾性率が100MPa以下であり、前記第二ラミネートフィルムの引張弾性率が100MPaよりも高い請求項8または9に記載の薄型電池。
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