JP2013073789A - ラミネート電池 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、封止漏れ等が起こりにくいラミネート電池を提供すること。
【解決手段】それぞれ少なくとも１つの突起を有する正極リードおよび負極リードと、
前記正極リードおよび前記負極リードと電気的に接続されている電極群と、電解液、前記電極群を収容し、かつ、前記正極リードを貫通する第１の穴と前記負極リードを貫通する第２の穴を有する金属ラミネート外装体とを備え、前記正極リードおよび前記負極リードを前記金属ラミネート外装体に貫通させ、前記正極リードおよび負極リードの突起と、前記金属ラミネート外装体とを係合することで、生産性に優れ、封止漏れ等が起こりにくいラミネート電池を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、外装体として金属ラミネート外装体用いたラミネート電池に関するものである。

近年、電子機器のポータブル化およびコードレス化が急速に進んでおり、このような機器に用いる駆動用電源として、小型かつ軽量で、高エネルギー密度を有する二次電池への要望が高まっている。また、小型民生用途のみならず、電力貯蔵装置や電気自動車用途としての二次電池の需要も拡大し、高出力特性、長期にわたる耐久性、および安全性などの特性が要求されている。二次電池のなかでも、リチウムを活物質とする非水電解質二次電池は、起電力が高く、高エネルギー密度であるという特徴を有するため、開発が盛んに行われている。

また、このような二次電池に対して、薄型化への要望も高まってきている。例えば携帯電話、小型ネットパソコン、大画面電子書籍、多機能スマートフォン等の電子機器は、大画面化とともに薄型化が進んでおり、搭載する二次電池も大判かつ薄型の形状が望まれている。このような要望に対して、金属を円筒形や角形に成形した金属缶外装体ではなく、金属ラミネート外装体を用いた薄型二次電池が開発されている。この金属ラミネート外装体を用いた薄型二次電池では、その可撓性ゆえの形状自由度を活かし、ポータブル機器内における平面空間だけでは無く、折れ曲がり空間、湾曲空間に合わせて設置することができるといった展開も期待できる。

金属ラミネート外装体は、アルミニウム箔等の金属箔の両面にポリエチレン等の樹脂層が形成されており、開口部で対向する金属ラミネート外装体同士の内面に設けられている樹脂層を熱で溶着することで封口され、金属ラミネート外装体の四辺は密封される。この際、金属ラミネート外装体内に配置された電極群に接続された熱溶着性樹脂付きの正極リードおよび負極リードが金属ラミネート外装体同士の間で挟み込まれた状態で、金属ラミネート外装体同士が熱圧着される。

しかし、金属ラミネート外装体の四辺の熱溶着のうち、正極リードおよび負極リードを介した金属ラミネート外装体の辺の熱溶着は、正負極のリードが存在するので当該辺は、他の辺に比べて溶着部分が厚くなっているため、封止強度を維持するために他の溶着部よりより多くの圧力と温度そして溶着時間が必要になるため、他の辺の熱溶着とは溶着条件を変える必要があり時間と工数がかかる。

また、正極リードおよび負極リードの存在により、金属ラミネート外装体の辺同士の熱溶着が不完全となって封止漏れが生じ、その結果、金属ラミネート外装体に封入している電解液が漏れる、あるいは、金属ラミネート外装体外部から金属ラミネート外装体内部に水分が流入するといったことが課題であった。

このような問題に対し、特許文献１では、金属ラミネート外装体同士の密着性を高めるために、金属リードに複数の凹凸部を設けることを提案している。

特開２００５−２２２７８８号公報

しかし、平坦な金属リードに比べ、特許文献１に記載の金属リードに複数の凹凸部を設けた構造では、金属ラミネート外装体同士の密着性は向上するが、基本的には正極リードおよび負極リードが金属ラミネート外装体同士の間で挟み込まれた状態での熱溶着による金属ラミネート外装体同士の封止であるので、熱溶着する手間と、封止漏れ、水分の流入という課題を依然として抱えている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、金属リードを金属ラミネート外装体同士の間で挟み込んだ状態で、金属ラミネート外装体同士を熱圧着することなくラミネート電池を生産できるので、生産性に優れ、封止漏れ等が起こりにくいラミネート電池を提供することを目的とする。

本発明のラミネート電池は、それぞれ少なくとも１つの突起を有する正極リードおよび負極リードと、前記正極リードおよび前記負極リードと電気的に接続されている電極群と、電解液、前記電極群を収容し、かつ、前記正極リードを貫通する第１の穴と前記負極リードを貫通する第２の穴を有する金属ラミネート外装体とを備え、前記正極リードおよび前記負極リードを前記金属ラミネート外装体に貫通させ、前記正極リードおよび負極リードの突起と、前記金属ラミネート外装体とを係合することを特徴としている。

そのため、正極リード、負極リードを金属ラミネート外装体が有する２つの穴を通すだけで、正極リード、負極リードを金属ラミネート外装体に係合して固定することができ、正極リードおよび負極リードを介した金属ラミネート外装体の熱圧着工程が発生せず、かつ、封止漏れ等の不具合が発生しない。

本発明によれば、生産性に優れ、封止漏れが起こりにくいラミネート電池を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるラミネート電池の斜視図 本発明の実施の形態１におけるラミネート電池の断面図 本発明の実施の形態１におけるラミネート電池に用いる金属ラミネート外装体の斜視図

本発明の第１の発明においては、それぞれ少なくとも１つの突起を有する正極リードおよび負極リードと、前記正極リードおよび前記負極リードと電気的に接続されている電極群と、電解液、前記電極群を収容し、かつ、前記正極リードを貫通する第１の穴と前記負極リードを貫通する第２の穴を有する金属ラミネート外装体とを備え、前記正極リードおよび前記負極リードを前記金属ラミネート外装体に貫通させ、前記正極リードおよび負極リードの突起と、前記金属ラミネート外装体とを係合することを特徴としている。そのため、正極リード、負極リードを金属ラミネート外装体が有する２つの穴に通すだけで、正極リード、負極リードを金属ラミネート外装体に係合して固定することができ、正極リードおよび負極リードを介した金属ラミネート外装体の熱圧着工程が発生せず、封止漏れの不具合が発生しない。

本発明の第２の発明においては、正極リードおよび負極リードに、気密用物質が塗布されていることにより、正極リードと金属ラミネート外装体との間、負極リードと金属ラミ
ネート外装体との間の気密性の確保できる。

本発明の第３の発明においては、前記突起は、前記電極群に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなっている係合部を有することを特徴としている。そのため、電極群に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなっている係合部に金属ラミネート外装体を係合させることにより、金属ラミネート外装体が外部からの圧力により電極群の方に移動することを係合部が阻害する。その結果、金属ラミネート外装体同士の封止漏れが生じず、金属ラミネート外装体外部から金属ラミネート外装体内部への水分の流入を防止する。また、電極群に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなっている係合部に金属ラミネート外装体を係合させることにより、ラミネート電池の内圧が急激に上がった場合には、金属ラミネート外装体が内圧により外方に移動し、ラミネート電池内部の気体を放出することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１、図２において、ラミネート電池１は、電極群２、電極群２と電気的に接続した正極リード３および負極リード４を備える。

正極リード３は、少なくとも１つの突起５が形成されている。本実施の形態では５つの突起５が形成されている。突起５は、電極群２に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなっている係合部６を有している。そして、正極リード３に、気密用物質７が塗布されている。負極リード４も正極リード３と同様の構成である。

電極群２は、正極板と負極板の間に多孔質絶縁体としてのセパレータを同方向に渦巻状に巻回して形成されている。

本発明において、正極板を構成する正極用金属芯材は、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合金等を用いることができるが、中でもアルミニウムまたはアルミニウム合金とすることが電気化学的な溶出等が起こりにくいことから好ましい。また、負極板を構成する負極用金属芯材としては、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金等を用いることができるが、中でも銅、銅合金、ニッケルまたはニッケル合金とすることが電気化学的な溶出等が起こりにくいことから好ましい。また、正負極の金属芯材の厚みは、５〜１００μｍとすることが好ましい。

また、正極活物質としては、リチウム含有遷移金属化合物、例えばコバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄およびバナジウムから選ばれる少なくとも一種の金属とリチウムとの複合金属酸化物が使用できる。また、正極活物質層は、正極活物質、結着剤、および導電剤を、分散媒とともに混練して分散させたスラリー状の合剤を調製し、この合剤を正極集電体に付着させることにより形成できる。

また、負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵及び放出し得る黒鉛型結晶構造を有する材料、例えば、天然黒鉛や球状又は繊維状の人造黒鉛、難黒鉛化性炭素（ハードカーボン）、易黒鉛化性炭素（ソフトカーボン）などの炭素材料や、酸化錫、酸化珪素等の金属酸化物材料、ケイ素、シリサイドなどのケイ素含有化合物などを用いることができる。負極活物質層は、負極活物質、結着剤、および分散媒、必要により導電材を含んだスラリー状の合剤を負極集電体に付着させることにより形成できる。

また、セパレータとしては、ポリオレフィン系材料を用いることができ、ポリオレフィン系材料と耐熱性材料を組み合わせたものを用いることが好ましい。ポリオレフィン多孔
膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体の多孔膜などが例示できる。これらの樹脂は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。耐熱性材料としては、耐熱性樹脂、無機フィラーのそれぞれ単体膜、または、耐熱性樹脂と無機フィラーの混合体を用いることができる。

また電解液は、非水溶媒にリチウム塩を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、例えば、環状カーボネートとして、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなど、また鎖状カーボネートとして、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など、が用いられる。また、リチウム塩としては、電子吸引性の強いリチウム塩、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４などが使用される。

さらに、図３に示すように、図示しない電解液、電極群２を収容し、かつ、正極リード３を貫通する第１の穴８と負極リード４を貫通する第２の穴９および電極群２を挿入する電極群挿入穴１０を有する金属ラミネート外装体１１とを備える。第１の穴８、第２の穴９および電極群挿入穴１０以外の部分は、電極群２を挿入する前の準備段階で封止された状態となっている。

金属ラミネート外装体１１は、外部の衝撃等から電極群２を保護する保護層としての機能を有する。このような金属ラミネート外装体１１としては、絶縁性の樹脂を用いることが好ましく、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリイミド、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、変性ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアセテート、ナイロン樹脂等を用いることができる。また、金属ラミネート外装体１１の厚みは、１０〜１００μｍとすることが好ましい。１０μｍより薄いと保護層としての強度の確保が困難となり、１００μｍより厚いと放熱性が低下するため、好ましくない。

金属ラミネート外装体１１の封口部の内面に熱溶融樹脂を配しておき、熱溶融樹脂を溶融させることで対向する保護層を互いに溶着させる方法を用いることができる。この構成によれば、より密閉した構造を容易に構成することが可能となる。

上記の熱溶融樹脂としては、１００〜２００℃の熱で溶融する樹脂が好ましく、例えば、ポリプロピレン，ポリエチレン，ポリエステル等を用いることができる。また、熱溶融樹脂の厚みは、１０〜１００μｍとすることが好ましい。

この状態で、金属ラミネート外装体１１の電極群挿入穴１０へ、正極リード３、負極リード４を先にして挿入する。そして、挿入先には、第１の穴８、第２の穴９があるので、正極リード３、負極リード４をさらに第１の穴８、第２の穴９へ挿入することにより、正極リード３、負極リード４の先端部を金属ラミネート外装体１１の外部に露出させる。そして、突起５をさらに穴８、９に貫通させていく。そして、正極リード３および負極リード４の突起５と、金属ラミネート外装体１１とを係合して固定する。正極リード３および負極リード４には、気密用物質７が塗布されており、気密用物質７により気密性が保たれることになる。この場合、突起５は、電極群２に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなって面に金属ラミネート外装体１１を係合させることにより、金属ラミネート外装体１１が外部からの圧力により電極群２の方に移動することを阻害する。その結果、金属ラミネート外装体１１同士の封止漏れが生じず、金属ラミネート外装体１１外部から金属ラミネート外装体１１内部への水分の流入を防止する。また、電極群２に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなっている係合部６に金属ラミネート外装体１１を係合させることにより、ラミネート電池１の内圧が急激に上がった場合には、金属ラミネート外装体１１が内圧により外方に移動し、ラミネート電池１内部の気体を放出することが出来る。

そして、適当な位置で、正極リード３および負極リード４の突起５と、金属ラミネート外装体１１とを係合した後に、電極群挿入穴１０から電解液（図示せず）を注入する。適量を注入後に電極群挿入穴１０は、熱圧着により封止して、封止部１２となる。

以上のように、本発明によれば、正極リード３、負極リード４を金属ラミネート外装体１１が有する２つの穴８、９に通すだけで、正極リード３、負極リード４を金属ラミネート外装体１１に係合して固定することができ、正極リード３および負極リード４を介した金属ラミネート外装体１１の熱圧着工程が発生せず、封止漏れの不具合が発生しない。
そのため、生産性に優れ、封止漏れ等が起こりにくいラミネート電池が得られる。

本発明のラミネート電池は、電子機器、自動車、電動バイク又は電動遊具等の駆動用電源として有用である。

１ ラミネート電池
２ 電極群
３ 正極リード
４ 負極リード
５ 突起
６ 係合部
７ 気密用物質
８ 第１の穴
９ 第２の穴
１０ 電極群挿入穴
１１ 金属ラミネート外装体

Claims (3)

1. それぞれ少なくとも１つの突起を有する正極リードおよび負極リードと、
   前記正極リードおよび前記負極リードと電気的に接続されている電極群と、
   電解液、前記電極群を収容し、かつ、前記正極リードを貫通する第１の穴と前記負極リードを貫通する第２の穴を有する金属ラミネート外装体とを備え、
   前記正極リードおよび前記負極リードを前記金属ラミネート外装体に貫通させ、前記正極リードおよび負極リードの突起と、前記金属ラミネート外装体とを係合することを特徴とするラミネート電池。
2. 正極リードおよび負極リードには、気密用物質が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載のラミネート電池。
3. 前記突起は、前記電極群に近づくにつれて徐々に厚みが厚くなっている係合部を有することを特徴とする請求項１に記載のラミネート電池。