JP2015103291A - Laminate battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外装にラミネートフィルムを用いる電池に関し、特には、ラミネートフィルムの電池要素を封止する形態に関する。 The present invention relates to a battery using a laminate film for an exterior, and particularly to a form for sealing a battery element of a laminate film.
携帯電話をはじめとした携帯型の電池使用機器には充放電容量が大きなリチウムイオン電池等が広く用いられている。また、電気自動車、電動自転車、電動工具、電力貯蔵等の用途においても、高出力の二次電池が求められている。 Lithium ion batteries having a large charge / discharge capacity are widely used in portable battery-powered devices such as mobile phones. In addition, high output secondary batteries are also required in applications such as electric vehicles, electric bicycles, electric tools, and power storage.
これら高出力の電池においては、電池の容積あるいは質量当たりのエネルギー密度を大きくするために、電池の外装容器として、管型や角型などのアルミニウム製の材料に代え、少なくとも熱可塑性フィルムと金属箔を積層して薄肉化が可能なラミネートフィルムを使用したラミネート型電池が広く用いられている。ラミネートフィルムは、その外周縁が熱融着等により封口されラミネート容器となされて電池要素を封止する。 In these high output batteries, in order to increase the energy density per unit volume or mass of the battery, at least a thermoplastic film and a metal foil are used instead of an aluminum material such as a tube type or a square type as a battery outer container. Laminate type batteries using a laminate film that can be thinned by laminating are widely used. The outer peripheral edge of the laminate film is sealed by heat fusion or the like to form a laminate container, which seals the battery element.
ところが、ラミネート型電池は、その電池要素が、作動中(充放電中)にジュール熱を発生することから、ラミネート容器の内部が60℃前後に昇温する。さらに、短絡や異常な充放電があった場合には、100℃を越す内部温度となる場合がある。この昇温により、電池要素を構成する電解液が気化し、その気化物により、ラミネート容器の内圧が急激に上昇する。そして、ラミネート容器の強度がこの内圧に耐えきれなくなったとき、ラミネート容器は破裂する虞がある。 However, since the battery element generates Joule heat during operation (during charging / discharging), the temperature of the inside of the laminate container rises to around 60 ° C. Furthermore, when there is a short circuit or abnormal charge / discharge, the internal temperature may exceed 100 ° C. By this temperature increase, the electrolyte solution constituting the battery element is vaporized, and the internal pressure of the laminate container is rapidly increased by the vaporized material. And when the intensity | strength of a laminate container cannot endure this internal pressure, there exists a possibility that a laminate container may burst.
この問題を解決するものとしては、例えば、特許文献1に開示された技術がある。特許文献1に記載された薄型電池用発電要素を収納するための袋体は、その周縁がヒートシール部に形成され、ヒートシール部の一部が、他のヒートシール部のシール幅よりも狭くなるよう内縁から外縁に向かって切欠状に形成されている。 As a technique for solving this problem, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1. The bag body for storing the power generation element for a thin battery described in Patent Document 1 has a peripheral edge formed in the heat seal part, and a part of the heat seal part is narrower than the seal width of the other heat seal part. It is formed in a cutout shape from the inner edge toward the outer edge.
しかしながら、上述した従来技術のようにヒートシール周縁部の一部に切欠を設けた場合、切欠部のヒートシール幅が狭いため、その部分の水蒸気バリア性が劣る。その結果、外部から水分が浸入し、電解液と反応することでラミネート容器の内圧が逆に上昇することになる。また、切欠部を形成することにより局所的な応力集中が生起するため、内圧上昇時にラミネート容器自体の歪みが生じ、電池要素を短絡させる可能性がある。 However, when a notch is provided in a part of the peripheral edge of the heat seal as in the prior art described above, the water vapor barrier property of that part is inferior because the heat seal width of the notch is narrow. As a result, moisture enters from the outside and reacts with the electrolytic solution, so that the internal pressure of the laminate container is increased. Moreover, since local stress concentration occurs by forming the notch, the laminate container itself may be distorted when the internal pressure is increased, and the battery element may be short-circuited.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、水蒸気バリアに影響するヒートシール幅を狭くすることなく、ラミネートフィルムの局所的な剥離強度調整を可能とするラミネート型電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a laminate type battery that enables local peel strength adjustment of a laminate film without reducing the heat seal width that affects the water vapor barrier. With the goal.
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、正電極端子(9)を接続する正極板(1)と負電極端子(8)を接続する負極板(2)とをセパレータ(3)を介して積層してなる電池要素(4)と、前記電池要素(4)を収納する凹部(7a,7b)を有し前記凹部(7a,7b)外方の外周縁(11)が封口される二枚のラミネートフィルム(5,6)とを備えたラミネート型電池(12)において、前記正電極端子及び前記負電極端子は、両者の端部が前記外周縁から外方へ突出するようにタブフィルム(10)を介して前記外周縁に設けられ、前記正電極端子及び前記負電極端子のいずれか一方又は双方の表面と前記ラミネートフィルムの融着部(5c、6c)とが密着して形成される切掛部(13)を前記タブフィルムの前記電池要素側の側面側に備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is characterized in that a positive electrode plate (1) for connecting a positive electrode terminal (9) and a negative electrode plate (2) for connecting a negative electrode terminal (8) are separated. (3) a battery element (4) formed by stacking, and a recess (7a, 7b) for housing the battery element (4), and an outer peripheral edge (11) outside the recess (7a, 7b). In the laminate type battery (12) provided with two laminated films (5, 6) to seal the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, both ends protrude outward from the outer peripheral edge. As described above, the outer peripheral edge is provided through the tab film (10), and the surface of one or both of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal and the fused portion (5c, 6c) of the laminate film are provided. The notch (13) formed in close contact with the tab fill Wherein the of provided on the side surface side of the battery element side.
この構成によれば、正電極端子及び負電極端子は、両者の端部が外周縁から外方へ突出するようにタブフィルム(10)を介して外周縁に設けられ、正電極端子及び負電極端子のいずれか一方又は双方の表面とラミネートフィルムの融着部(5c、6c)とが密着して形成される切掛部(13)がタブフィルムの電池要素側の側面側に設けられる。 According to this configuration, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are provided on the outer peripheral edge via the tab film (10) so that both ends protrude outward from the outer peripheral edge. A notch portion (13) formed by closely contacting one or both surfaces of the terminal and the fused portion (5c, 6c) of the laminate film is provided on the side surface side of the tab film on the battery element side.
よって、ラミネートフィルムの剥離の切っ掛けとなる切掛部の密着力を低くすることができ、ラミネート容器の内圧が比較的低いときでもラミネートフィルムを容易に剥離させラミネート容器の内圧解放を確実に実施することができるという優れた効果を奏する。また、正負電極端子で合わせて一乃至四の任意の箇所に切掛部を設けることができるので、内圧解放をより確実にするとともに、剥離強度調整を容易にすることができる。 Therefore, it is possible to reduce the adhesive strength of the notch portion that causes the peeling of the laminate film, and even when the internal pressure of the laminate container is relatively low, the laminate film is easily peeled off to reliably release the internal pressure of the laminate container. There is an excellent effect of being able to. In addition, since the notch portions can be provided at any one of the four positions together with the positive and negative electrode terminals, the internal pressure can be released more reliably and the peel strength can be easily adjusted.
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, parts corresponding to each other in all the drawings in this specification are denoted by the same reference numerals, and description of the overlapping parts will be omitted as appropriate.
図1及び図2に示すように、ラミネート型電池12は、電池要素4を二枚のラミネートフィルム5、6の間に配設し、電解質を非水溶媒に溶解させた電解液とともに封止してなる。電池要素4は、ラミネートフィルム5及びラミネートフィルム6のいずれか一方又は双方にエンボス加工等の方法で形成した凹部7a,7bに収納されている。図1及び図2には、ラミネートフィルム5に凹部7aが,ラミネートフィルム6に凹部7bがそれぞれ設けられた例を示す。
As shown in FIGS. 1 and 2, a
電池要素4は、正極板1と負極板2とがセパレータ3を介して積層されたものが複数組さらに積層されてなる。電池要素4は、凹部7a,7bの底面の長方形より僅か小さい長方形の面を含む直方体の形状を有する。ラミネートフィルム5,6の外周縁11は、凹部7a,7bの外周外方で二枚のラミネートフィルム5,6が相互に当接する面であって、加熱融着等の方法によって封口されている。正極板1に接続した正電極端子9及び負極板2に接続した負電極端子8は、ラミネートフィルム5,6の外周縁11でタブフィルム10を介して封口され、両者の端部が外周縁11の外方へ突出している。
The
タブフィルム10は、酸変性のポリプロピレンでなり、極性があるので、接着性を有する。タブフィルム10は、単層又は2層以上の多層構成をとることができる。
The
正極板1は、正極活物質、導電剤及び結着剤からなる正極合材を適切な溶媒に懸濁させて混合し、スラリーとしたものを正極集電体の片面または両面に塗布し、乾燥することで作製することができる。 The positive electrode plate 1 is obtained by suspending and mixing a positive electrode mixture composed of a positive electrode active material, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent, applying a slurry to one or both sides of the positive electrode current collector, and drying. It can produce by doing.
負極板2は、負極活物質、導電剤及び結着剤からなる負極合材を適切な溶媒に懸濁させて混合し、スラリーとしたものを負極集電体の片面または両面に塗布し、乾燥することで作製することができる。
The
正電極端子9は、各正極板1から取り出された電力をラミネートフィルム5,6の外部へ導くタブ状の部材であって、400μm厚のアルミニウム板でなる。負電極端子8は、各負極板2から取り出された電力をラミネートフィルム5,6の外部へ導くタブ状の部材であって、200μm厚の銅板でなる。銅板は、密着性を向上させるためにニッケルメッキを行うことができる。また正電極端子9及び負電極端子8は、耐食性を向上させるために、化成処理を行うこともできる。なお、図1には、正電極端子9及び負電極端子8は、凹部7a,7bの両短辺側のラミネートフィルム5,6にそれぞれ設けられるように示したが、凹部7a,7bの両長辺側のラミネートフィルム5,6にそれぞれ設けられるようにしてもよい。また、正電極端子9及び負電極端子8は、凹部7a,7bの短辺及び長辺のいずれか一方の辺に対応するラミネートフィルム5,6に併設されるようにしてもよい。
The
セパレータ3は、正極板1及び負極板2を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を有する。セパレータ3は、例えば、多孔性合成樹脂膜、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)の多孔膜を用いることができる。なお、セパレータ3は、正極板1と負極板2との絶縁を担保するため、正極板1及び負極板2よりもさらに大きい外形状を有することが好ましい。
The
ラミネートフィルム5,6は、二軸延伸ポリエステル樹脂(ポリエチレンテレフタレート)及び二軸延伸ポリアミド樹脂(ナイロン)等からなる外装部5a,6aと、アルミ箔等でなるコア部5b,6bと、無延伸ポリオレフィン樹脂(ポリプロピレン)等でなる融着部5c,6cとを上述の順に熱融着又は接着剤により貼り合わせたものである。外装部5a,6aは、一般に延展性を持つコア部の引っ張り強度、突き刺し強度、屈曲弱さ等を補強する。コア部5b,6bは、穴のない材料を用いることでフィルム面を透過する方向(ラミネートフィルムの厚さ方向)の気密・液密構造を達成させている。融着部5c,6cは、電解液に対する耐食性を有するとともに、電池要素4を収納するラミネートフィルム5,6同士を熱融着させる。融着部5c,6cは、未変性のポリプロピレンでなり無極性のため接着性はないが、無延伸であるため熱融着が可能となる。各部の厚さは、一例として、外装部5a,6aが30μmであり、コア部5b,6bが40μmであり、融着部5c,6cが80μmである。
次に、図3に基づいて、ラミネートフィルム5,6の熱融着による封口方法について説明する。なお、図3では、正電極端子9側についてのみ示すが、負電極端子8側も同様に実施することができる。
Next, based on FIG. 3, the sealing method by the heat sealing | fusion of the
タブフィルム10を両面に付着した正電極端子9を挟むように、ラミネートフィルム5外周縁11の融着部5cとラミネートフィルム6外周縁11の融着部6cとを対向配設させる。このとき、正電極端子9は、タブフィルム10の電池要素4側の側面が、凹部7a,7b開口角より僅かに外方の外周縁11の対向面に位置するように配置される。
The
この状態で、対向する外周縁11の両外側から、融着部5c,6cが溶融する適宜な温度に温調された一対のヒートシールバー14を相互に近接移動させて外周縁11に当接させる。そして、ヒートシールバー14同士を適宜な圧力で締め付けることにより、ラミネートフィルム5,6の正電極端子9が設けられない部分の外周縁11同士が熱融着される。ラミネートフィルム5,6の正電極端子9が設けられた部分の外周縁11は、タブフィルム10と密着している。
In this state, a pair of heat seal bars 14 adjusted to an appropriate temperature at which the fused
このとき、融着部5c,6cの未変性ポリプロピレンは溶融・流動してタブフィルム10の電池要素4側の側面及び正電極端子9の表面に密着する。その結果、図2に示すように、タブフィルム10の電池要素4側の側面と凹部7a,7b開口角近傍との間に、ラミネートフィルム5,6の融着部5c,6cを構成する未変性ポリプロピレンがタブフィルム10の側面及び正電極端子9の表面に密着する切掛部13が形成される。なお、切掛部13は、正電極端子9の表裏面のいずれか一方又は双方に設けることができる。また、切掛部13は、負電極端子8の表裏面のいずれか一方又は双方に設けることができる。さらに、切掛部13は、正電極端子9及び負電極端子8のいずれか一方に設けることができる。すなわち、切掛部13は、正負電極端子で合わせて一乃至四の任意の箇所に設けることができる。
At this time, the unmodified polypropylene in the fused
切掛部13は、図2及び図4に示すように、凹部7a,7bを封口して形成したラミネート容器内の圧力が所定値まで上昇したとき正電極端子9の表面からラミネートフィルム5,6が剥離するように、正電極端子9の軸方向に適宜な幅Lで延設されている。幅Lの寸法は、100μm以上であることが好ましい。
As shown in FIGS. 2 and 4, the
そして、切掛部13の剥離が切っ掛けとなって、タブフィルム10は正電極端子9の表面から容易に剥離され、間隙Gが形成される。その結果、ラミネート容器内の圧力が解放される。
And the peeling of the
ここで、図5に基づいて、ラミネート容器の内圧解放の形態を説明する。図5は、内圧によるラミネートフィルムの変位量(伸び量)を横軸とし、剥離強度(荷重)を縦軸として、切掛部13を有する本発明のものと、切掛部13を有しない従来のものとの剥離強度の挙動を比較して示すグラフである。
Here, based on FIG. 5, the form of internal pressure release of a laminate container is demonstrated. FIG. 5 shows the present invention having a
切掛部13を有しない従来のものでは、タブフィルムは凹部角から電池要素側へ突出するように延設されている。そのため、切掛部がラミネートフィルムのコア部と電極端子表面との中間に位置することになって、応力が分散される。また、切掛部は、共にポリプロピレン系の樹脂でなる融着部とタブフィルムとの間にあるので、密着力が強い。
In the prior art that does not have the
したがって、ラミネート容器の内圧が上昇しても切掛部で剥離することはなく、ラミネートフィルムの外周縁以外の箇所が破断することになる。この時点を図5においてAで示す。Aにおける剥離強度(荷重)の一例は、ラミネートフィルムの長さ15mmあたり170Nであり、これはラミネート容器の内圧1.1MPaに相当する。 Therefore, even if the internal pressure of the laminate container rises, it does not peel off at the notched portion, and the portions other than the outer peripheral edge of the laminate film are broken. This point is indicated by A in FIG. An example of the peel strength (load) in A is 170 N per 15 mm length of the laminate film, which corresponds to an internal pressure of 1.1 MPa of the laminate container.
これに対し、切掛部13を有する本発明のものでは、図2に示すように、タブフィルム10の電池要素4側の側面が、凹部7a,7b開口角より僅か外方に位置している。そのため、切掛部13がラミネートフィルム5,6のコア部5b,6bと正電極端子9又は負電極端子8の表面との間で正電極端子9又は負電極端子8の表面側に偏った箇所に位置することになって、応力が切掛部13に集中する。また、切掛部13は、未変性ポリプロピレン(非極性)でなる融着部5c,6cとアルミニウムや銅(有極性)でなる正電極端子9又は負電極端子8との間に形成され、両者それぞれは異なった材質と極性を有するので、相互間の密着力が弱い。
On the other hand, in the thing of this invention which has the
したがって、ラミネート容器の内圧が比較的低い所定値まで上昇すれば切掛部13は容易に剥離する。この時点を図5においてBで示す。Bにおける剥離強度の一例は、ラミネートフィルムの長さ15mmあたり90Nであり、これはラミネート容器の内圧0.6MPaに相当する。このことから、切掛部13の剥離強度は、100N/15mm以下であることが好ましい。
Therefore, if the internal pressure of the laminate container rises to a relatively low predetermined value, the
このように、切掛部13を設けることにより、図5においてDで示す剥離強度の低減が実現できるので、ラミネート容器の安全弁として選択的開封が可能となる。
In this way, by providing the
切掛部13の実施例としては、図6に示すように、実施例1乃至5で内圧解放部、開封箇所及び判定を示す。また、切掛部を有しないものとして比較例1を示す。
As an example of the
図6によれば、実施例1乃至5のように切掛部13を様々な内圧解放部と開封箇所に設定した結果、それら全てにおいてラミネート容器の内圧は0.6MPa以下で解放され良好(○)という判定がなされている。これに対し、比較例1では、切掛部を有しないので、ラミネート容器の内圧が1.1MPa以上となっても解放されず、ラミネート容器が破袋して電池要素の一部が飛散した。そのため、比較例1は不良(×)という判定がなされている。
According to FIG. 6, as a result of setting the
ところで、上述した切掛部は、正負電極端子に設けられたものであるが、それらとは異なる位置に配設した電圧検出線や温度検出線等に、本発明の切掛部と同様な切掛部を設けることが可能である。 By the way, although the above-mentioned notch is provided on the positive and negative electrode terminals, it is similar to the notch of the present invention on the voltage detection line, the temperature detection line, etc. arranged at a different position from them. A hook can be provided.
なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。 In addition, this invention includes what can be implemented in the aspect which added various change, correction, improvement, etc. based on the knowledge of those skilled in the art. Further, it goes without saying that any of the embodiments to which the above-mentioned changes are added is included in the scope of the present invention without departing from the gist of the present invention.
例えば、凹部7a,7bは外周縁11に対して対称な形状のものとして説明したが、各凹部が外周縁11に対して非対称な形状としてもよい。そのときには、深さが深い凹部側の切掛部がより剥離し易くなる。
For example, the
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態のラミネート型電池12によれば、正電極端子9及び負電極端子8は、両者の端部が外周縁11から外方へ突出するようにタブフィルム10を介して外周縁11に設けられ、正電極端子9及び負電極端子8のいずれか一方又は双方の表面とラミネートフィルム5,6の融着部5c、6cとが密着して形成される切掛部13がタブフィルム10の電池要素4側の側面側に設けられる。
As is clear from the above detailed description, according to the
よって、ラミネートフィルム5,6の剥離の切っ掛けとなる切掛部13の密着力を低くすることができるので、ラミネート容器の内圧が比較的低いときでもラミネートフィルムを容易に剥離させラミネート容器の内圧解放を確実に実施することができるという優れた効果を奏する。また、正負電極端子で合わせて一乃至四の任意の箇所に切掛部13を設けることができるので、内圧解放をより確実にするとともに、剥離強度調整を容易にすることができる。
Therefore, since the adhesive force of the
また、タブフィルム10は酸変性ポリプロピレンでなるので、切掛部13の剥離強度を効果的に低下させることができる。
Moreover, since the
また、融着部5c,6cは未変性ポリプロピレンでなるので、切掛部13の剥離強度を効果的に低下させることができる。
Moreover, since the fused
また、切掛部13は、正電極端子9又は負電極端子8の軸方向に100μm以上の幅を有するので、ラミネートフィルム5,6の剥離強度を最適に調整することができる。
Moreover, since the
また、切掛部13の剥離強度は、100N/15mm以下であるから、ラミネートフィルム5,6を安全・確実に剥離させることができる。
Moreover, since the peeling strength of the
また、各凹部7a,7bは外周縁11に対して非対称な形状であるから、深さが深い凹部側の切掛部がより剥離し易くなり、剥離強度の調整が容易になる。
Moreover, since each recessed
1 正極板
2 負極板
3 セパレータ
4 電池要素
5、6 ラミネートフィルム
5c、6c 融着部
7 凹部
8 負電極端子
9 正電極端子
10 タブフィルム
11 外周縁
12 ラミネート型電池
13 切掛部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記正電極端子及び前記負電極端子は、両者の端部が前記外周縁から外方へ突出するようにタブフィルム(10)を介して前記外周縁に設けられ、
前記正電極端子及び前記負電極端子のいずれか一方又は双方の表面と前記ラミネートフィルムの融着部(5c、6c)とが密着して形成される切掛部(13)を前記タブフィルムの前記電池要素側の側面側に備えることを特徴とするラミネート型電池。 A battery element (4) formed by laminating a positive electrode plate (1) connecting a positive electrode terminal (9) and a negative electrode plate (2) connecting a negative electrode terminal (8) with a separator (3) interposed therebetween; Two laminate films (5, 6) having recesses (7a, 7b) for accommodating the battery element (4) and having the outer peripheral edges (11) outside the recesses (7a, 7b) sealed. In the laminated battery (12),
The positive electrode terminal and the negative electrode terminal are provided on the outer peripheral edge via a tab film (10) so that both ends protrude outward from the outer peripheral edge,
A notch portion (13) formed by adhering the surface of one or both of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal and the fused portion (5c, 6c) of the laminate film is formed on the tab film. A laminate type battery comprising a battery element side surface side.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160808 |
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A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170526 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170601 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20171128 |