JP2017010799A - 蓄電デバイス - Google Patents
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Abstract
【構成】蓄電デバイス1の外装体30を構成する第一外装材10は第一耐熱性樹脂層12、第一接着剤層15、第一金属箔11、第三接着剤層16、第一熱可塑性樹脂層13からなるラミネート材であり、第二外装材20は第二耐熱性樹脂層22,第二接着剤層25、第二金属箔21、第四接着剤層26、第二熱可塑性樹脂層23からなるラミネート材であり、それぞれ複数個の金属箔内側露出部14,24を有し、正極活物質層61、負極活物質層63が積層され周囲を熱封止して複数の電池要素室40が形成されている。電池要素室40間の熱封止部51において、第一外装材10は第一金属箔11と第一耐熱性樹脂層12との間に第一接着剤層15が存在しない第一非接着部17aを有し、第二外装材20は第二金属箔21と第二耐熱性樹脂層22との間に第二接着剤層25が存在しない第二非接着部27aを有する。
【選択図】図1B
Description
第二金属箔の一方の面に第二接着剤層を介して第二耐熱性樹脂層が積層され、他方の面に第四接着剤層を介して第二熱可塑性樹脂層が積層され、前記第二熱可塑性樹脂層側の面に第二金属箔が露出する第二金属箔内側露出部を有する第二外装材と、
第一金属箔内側露出部に積層された正極活物質層と、第二金属箔内側露出部に積層された負極活物質層と、これらの間に配置されるセパレーターとを有する電池要素とを備え、
前記第一外装材の第一熱可塑性樹脂層と第二外装材の第二熱可塑性樹脂層とが向かい合い、第一熱可塑性樹脂層と第二熱可塑性樹脂層とが融着した熱封止部に囲まれることによって、室内に第一金属箔内側露出部および第二金属箔内側露出部が臨む複数の電池要素室を有する外装体が形成され、
前記電池要素室内に電解質とともに封入された電池要素は、正極活物質層が第一金属箔内側露出部に導通するとともに負極活物質層が第二金属箔内側露出部に導通し、
隣接する電池要素室間の熱封止部において、第一外装材は第一金属箔と第一耐熱性樹脂層との間に第一接着剤層が存在しない第一非接着部を有し、第二外装材は第二金属箔と第二耐熱性樹脂層との間に第二接着剤層が存在しない第二非接着部を有することを特徴とする蓄電デバイス。
[第1の蓄電デバイス]
図1Aおよび図1Bに示す蓄電デバイス1は、外装体30が第一外装材10と第二外装材20とにより構成され、熱封止部50、51によって5×4に区画された20個の電池要素室40を有している。各電池要素室40内に電池要素60と電解質(符号なし)とが封入されている。前記熱封止部50は蓄電デバイス1の外周部に位置する熱封止部であり、熱封止部51は隣接する電池要素室40間に位置する熱封止部であり、複数本の熱封止部51が格子状に形成されている。なお、図1B中の部分拡大図は熱封止部51の構造を説明するために熱封止部51を他の部分よりも拡大して表した図であり、一定の拡大比率で表した図ではない。また、他の断面図も同様である。
[第2の蓄電デバイス]
前記第一耐熱性樹脂層12および第二耐熱性樹脂層22の除去は蓄電デバイス1の分割前に行うこともできる。
[第3の蓄電デバイス]
図4の蓄電デバイス3は、図3の蓄電デバイス2の両面に絶縁シート70を貼り付けたデバイスである。前記絶縁シート70により第一金属箔外側露出部18および第二金属箔外側露出部28を保護し、絶縁性を保つとともに溶媒付着等による劣化を防止することができる。前記蓄電デバイス3は所要サイズに分割した後に、電極端子として利用する部分の絶縁シート70を剥がして第一金属箔外側露出部18および第二金属箔外側露出部28を露出させる。電極端子として利用しない部分は絶縁シート70を残しておくことにより、絶縁性を保つとともに劣化を防止できる。
[第4の蓄電デバイス]
図5Aおよび図5Bの蓄電デバイス4において、第一外装材10は、第一非接着部17aに臨む第一金属箔11の一部が除去されて形成された第一金属箔除去部19を有し、第一非接着部17aには第一金属箔外側露出部18と第一金属箔除去部19が臨んでいる。同様に、第二外装材20は、第二非接着部27aに臨む第二金属箔21の一部が除去されて形成された第二金属箔除去部29を有し、第二非接着部27aには第二金属箔外側露出部28と第一金属箔除去部29が臨んでいる。前記第一金属箔除去部19および第二金属箔除去部29は、第一外装材10と第二外装材20の積層方向において、第一金属箔外側露出部18(第一金属箔11)と第二金属箔外側露出部28(第二金属箔21)とが重ならない位置に形成されている。
[第5の蓄電デバイス]
図6の蓄電デバイス5において、前記第一外装材10は、第一金属箔11を挟んで第一非接着部17aの対称位置に第一金属箔11と第一熱可塑性樹脂層13との間に第三接着剤層16が存在しない第三非接着部17bを有している。同様に、前記第二外装材20は、第二金属箔21を挟んで第二非接着部27aの対称位置に第二金属箔21と第二熱可塑性樹脂層23との間に第四接着剤層26が存在しない第四非接着部27bを有している。第三非接着部17bにおいては第一金属箔11と第一熱可塑性樹脂層13とが接着されておらず、第四非接着部27bにおいては第二金属箔21と第二熱可塑性樹脂層23とが背着されていない。
[第6の蓄電デバイス]
図8の蓄電デバイス6は、熱封止部51において、第一非接着部17aと第二非接着部27aの間にある第一熱可塑性樹脂層13と第二熱可塑性樹脂層23とが熱融着しておらず、電池要素室40に接する部分のみが熱融着している。図8において、太実線L1で示した部分が未融着部であり、波線L2で示した部分が融着部である。なお、本実施形態の蓄電デバイス6は第一外装材10と第二外装材20の合わせ面の全域にスペーサー62が介在し、第一熱可塑性樹脂層13、第二熱可塑性樹脂層23およびスペーサー62の三者が熱融着している。
[第一外装材および第二外装材の材料および作製]
第一外装材10は、第一金属箔11の一方の面に第一接着剤層15を介して第一耐熱性樹脂層12が貼り合わされ、他方の面に第三接着剤層16を介して第一熱可塑性樹脂層13が貼り合わされている。第二外装材20は、第二金属箔21の一方の面に第二接着剤層25を介して第二耐熱性樹脂層22が貼り合わされ、他方の面に第四接着剤層26を介して第二熱可塑性樹脂層23が貼り合わされている。各層の好ましい材料は以下のとおりである。
1)リン酸と、
クロム酸と、
フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
2)リン酸と、
アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂およびフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、
クロム酸およびクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
3)リン酸と、
アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂およびフェノール系樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種の樹脂と、
クロム酸およびクロム(III)塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、
フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む混合物の水溶液
上記1)〜3)のうちのいずれかの水溶液を金属箔の表面に塗工した後、乾燥することにより、化成処理を施す。
(I)貼り合わせ工程で金属箔内側露出部を形成し、その後極活物質層を形成する方法
例えば、ドライラミネート法による金属箔と樹脂層とを貼り合わせる工程で、接着剤を付着させない部分が彫刻されたグラビアロールを用い接着剤を塗布して接着剤未塗布部を形成し、金属箔と樹脂層を貼り合わせる。
(II)極活物質層の塗工後に各層を貼り合わせる方法
第一金属箔11の第一金属箔内側露出部14となる部分にバインダー層64用組成物および正極活物質層61用組成物を順次塗布し乾燥させて、バインダー層64および正極活物質層61を積層し、前記正極活物質層61の表面を易剥離性粘着テープ等でマスキングする。第三接着剤を用い、要すれば第三非接着部17bに対応する位置に接着剤未塗布部を形成して第一金属箔11と第一熱可塑性樹脂層13とを貼り合わせる。そして、正極活物質層61上の第一熱可塑性樹脂層13を切除する。易剥離性粘着テープと第一熱可塑性樹脂層13とは第二接着剤で強く接着されているので、易剥離性粘着テープは第一熱可塑性樹脂層13とともに除去され、正極活物質層61が露出する。前記正極活物質層61は第一金属箔内側露出部14上に積層されている。
[電池要素の構造と材料]
電池要素としての電池要素60は、第一金属箔内側露出部14に積層される正極活物質層61、セパレーター62、第二金属箔内側露出部24に積層される負極活物質層63およびこれらに付随する層によって構成されている。バインダー層64、65は必須の層ではないが、金属箔と極活物質層との密着性を高めるためにこれらの間に介在させることが好ましい層である。電池要素60の各層および電池要素60とともに封入する電解質の好ましい組成および厚みは以下のとおりである。なお、以下に説明する組成等は一例であり、本発明はこれらに限定するものではない。
[蓄電デバイスの製造方法]
前記蓄電デバイス1は、第一外装材10および第二外装材20で外装体30を組み立てる工程でセパレーター62を挟み、電解質を注入して熱封止する。ここで説明する第一外装材10および第二外装材20は、既に正極活物質層61および負極活物質層63が積層されている。
(1)第一外装体10と第二外装体20を向かい合わせる。このとき、正極活物質層61と負極活物質層63の間にセパレーター62を挟むとともに、注射針を各正極活物質層61および負極活物質層63の位置に達するように挟んで両者を重ねて外装体30を組み立てる。前記注射針の端部は外装体30外に引き出しておく。
(2)注射針を挟んだままで、各正極活物質層61および負極活物質層63の周囲を熱封止して熱封止部50,51を形成する。
(3)前記注射針を通じて電解質を注入し、その後注射針に封をする。
(4)予備充電を行い、100℃の恒温槽に8時間入れてガス抜きを行う。
(5)注射針を抜き、抜き跡の穴を熱封止して完全に閉じる。この熱封止により、室内に電池要素60および電解質が封入される。
(6)要すれば、第一非接着部17a上の第一耐熱性樹脂層12を切除して第一金属箔外側露出部18を形成するとともに、第二非接着部27a上の第二耐熱性樹脂層22を切除して第二金属箔外側露出部28を形成する。さらに要すれば、第一金属箔除去部19および第二金属箔除去部を形成する。
〈実施例〉
図1Aおよび図1Bに示す構造の蓄電デバイスを1を作製した。
(第一外装材の作製)
第一金属箔11は、JIS H4160で分類されるA8079の厚さ40μmの軟質のアルミニウム箔であり、両面に化成処理を施した。第一耐熱性樹脂層12は厚さ25μmの二軸延伸ポリアミドフィルムであり、第一接着剤層15用接着剤は二液硬化型のポリエステルポリウレタン接着剤である。第一熱可塑性樹脂層13は厚さ40μmの未延伸ポリプロピレンフィルムであり、第三接着剤層16用接着剤は二液硬化型のオレフィン系接着剤である。正極活物質層61用ペーストとして、コバルト酸リチウムを主成分とする正極活物質100重量部と導電材としてのアセチレンブラック5重量部、結着剤兼電解液保持剤としてのフッ化ビニリデン10重量部として有機溶媒に混練分散させたペーストを用いた。バインダー層64用接着剤としてジメチルホルムアミドに溶かしたPVDFを用いた。
(第二外装材)
第二金属箔21はJIS H3100で分類されるC1100Rの厚さ15μmの硬質銅箔であり、両面に化成処理を施した。第二耐熱性樹脂層22は厚さ12μmの二軸延伸ポリエステルフィルムであり、第二接着剤25層用接着剤は二液硬化型のポリエステルポリウレタン接着剤である。第二熱可塑性樹脂層23は厚さ40μmの未延伸ポリプロピレンフィルムであり、第四接着剤層26用接着剤は二液硬化型のオレフィン系接着剤である。負極活物質層63用ペーストとして、カーボン粉末を主成分とする負極活物質57質量部、結着剤兼電解液保持剤としてのPVDF5質量部、ヘキサフルオロプロピレンと無水マレイン酸の共重合体10質量部、アセチレンブラック(導電材)3質量部、N−メチル―2−ピロリドン(有機溶媒)25質量部が混練分散されてなるペーストを用いた。バインダー層65用接着剤としてジメチルホルムアミドに溶かしたPVDFを用いた。
(蓄電モジュールの作製)
セパレーター62は、ポリプロピレンからなり、335mm×415mmで厚さ8μmの多孔質の湿式セパレーターを用いた。前記セパレーター62は20個の電池要素室40の正極活物質層61と負極活物質層63を1枚のセパレーター62で絶縁できる寸法に設定されている。電解質として、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)が等量体積比で配合された混合溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)が濃度1モル/Lで溶解された電解液を用いた。
(1)第一外装体10と第二外装体20を向かい合わせた。このとき、正極活物質層61と負極活物質層63の間にセパレーター62を挟むとともに、注射針を各正極活物質層61および負極活物質層63の位置に達するように挟んで両者を重ねて外装体30を組み立てた。また、前記注射針の端部は外装体30外に引き出しておいた。
(2)各正極活物質層61および負極活物質層63の周囲を熱封止して熱封止部50,51を形成した。
(3)前記各注射針を通じて1mLの電解質を注入し、注射針に封をした。
(4)第一非接着部17a上の一カ所で第一耐熱性樹脂層12を切除して第一金属箔外側露出部18を形成してこれを仮正極端子とし、第二非接着部27a上の一カ所で第二耐熱性樹脂層22を切除して第二金属箔外側露出部28を形成してこれを仮負極端子とし、正負の端子にクリップを装着して4.2Vの電池電圧が発生するまで予備充電を行い、100℃の恒温槽に8時間入れて電池要素室40内のガス抜きを行った。
(5)ガス抜き後注射針を抜き、抜き跡の穴を、3.0Vの放電状態で且つ0.086MPaの減圧下で200℃の熱板で0.3MPaの圧力で挟み付けて3秒間熱封止を行った。この熱封止により、電池要素室40内にコアセルおよび電解質が封入された。
〈評価〉
上記のようにして得られた実施例の蓄電デバイス1を4.2Vにフル充電した。その後、電池要素室40数が1、2、5、12となるように切断して4個の蓄電デバイス1aに分割した。分割した蓄電デバイス1aは、切断端に臨む第一非接着部17aの一カ所で第一耐熱性樹脂層12を切除して第一金属箔外側露出部18を形成して正極端子とし、同様に第二非接着部27aの一カ所で第二耐熱性樹脂層22を切除して第二金属箔外側露出部28を形成して負極端子とした。正極端子および負極端子以外の切断端にビニールテープを貼って短絡を防止した。
1a、5a…分割した蓄電デバイス
10…第一外装材
11…第一金属箔
12…第一耐熱性樹脂層
13…第一熱可塑性樹脂層
14…第一金属箔内側露出部
15…第一接着剤層
16…第三接着剤層
17a…第一非接着部
17b…第三非接着部
18…第一金属箔外側露出部
19…第一金属箔除去部
20…第二外装材
21…第二金属箔
22…第二耐熱性樹脂層
23…第二熱可塑性樹脂層
24…第二金属箔内側露出部
25…第二接着剤層
26…第四接着剤層
27a…第二非接着部
27b…第四非接着部
28…第二金属箔外側露出部
29…第二金属箔除去部
30…外装体
40…電池要素室
50、51…熱封止部
60…電池要素
61…正極活物質層
62…セパレーター
63…負極活物質層
70…絶縁シート
Claims (6)
- 第一金属箔の一方の面に第一接着剤層を介して第一耐熱性樹脂層が積層され、他方の面に第三接着剤層を介して第一熱可塑性樹脂層が積層され、前記第一熱可塑性樹脂層側の面に第一金属箔が露出する第一金属箔内側露出部を有する第一外装材と、
第二金属箔の一方の面に第二接着剤層を介して第二耐熱性樹脂層が積層され、他方の面に第四接着剤層を介して第二熱可塑性樹脂層が積層され、前記第二熱可塑性樹脂層側の面に第二金属箔が露出する第二金属箔内側露出部を有する第二外装材と、
第一金属箔内側露出部に積層された正極活物質層と、第二金属箔内側露出部に積層された負極活物質層と、これらの間に配置されるセパレーターとを有する電池要素とを備え、
前記第一外装材の第一熱可塑性樹脂層と第二外装材の第二熱可塑性樹脂層とが向かい合い、第一熱可塑性樹脂層と第二熱可塑性樹脂層とが融着した熱封止部に囲まれることによって、室内に第一金属箔内側露出部および第二金属箔内側露出部が臨む複数の電池要素室を有する外装体が形成され、
前記電池要素室内に電解質とともに封入された電池要素は、正極活物質層が第一金属箔内側露出部に導通するとともに負極活物質層が第二金属箔内側露出部に導通し、
隣接する電池要素室間の熱封止部において、第一外装材は第一金属箔と第一耐熱性樹脂層との間に第一接着剤層が存在しない第一非接着部を有し、第二外装材は第二金属箔と第二耐熱性樹脂層との間に第二接着剤層が存在しない第二非接着部を有することを特徴とする蓄電デバイス。 - 前記第一外装材が、第一非接着部に臨む第一耐熱性樹脂層が無く第一金属箔が露出する第一金属箔外側露出部を有し、前記第二外装材が、第二非接着部に臨む第二耐熱性樹脂層が無く第二金属箔が露出する第二金属箔外側露出部を有する請求項1に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一金属箔外側露出部および第二金属箔外側露出部が絶縁シートで覆われている請求項2に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一外装材が、第一非接着部に臨む第一金属箔の一部が除去された第一金属箔除去部を有し、前記第二外装材が、第二非接着部に臨む第二金属箔の一部が除去された第二金属箔除去部を有し、かつ、第一外装材と第二外装材の積層方向において、前記第一金属箔除去部および第二金属箔除去部は第一金属箔と第二金属箔とが重ならない位置に形成されている請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一外装材が第一金属箔を挟んで第一非接着部の対称位置に第三接着剤層が存在しない第三非接着部を有し、前記第二外装材が第二金属箔を挟んで第二非接着部の対称位置に第四接着剤層が存在しない第四非接着部を有している請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
- 前記第一非接着部と第二非接着部との間に、第一熱可塑性樹脂層と第二熱可塑性樹脂層とが融着していない未融着部を有する請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の蓄電デバイス。
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