JP2024032326A - 電池 - Google Patents

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Abstract

Figure 2024032326000001
【課題】より小型化された電池を提供すること。
【解決手段】電池は、正極と、負極と、正極と負極との間に配置されるセパレータとを含む電池素体と、電池素体を収容し、且つ、開口部が設けられる筐体と、筐体の外側に配置され、開口部を覆った状態で開口部の縁部に接着剤層を介して接合され、且つ、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む正極端子と、を備え、筐体は、電池素体の負極と電気的に接続され、正極端子は、開口部の縁部と交差する方向から見た場合に、開口部と重なる第１部位が電池素体の正極と電気的に接続されており、正極端子における接着剤層に面する部位には、陽極酸化被膜が設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池に関する。
特許文献１には、正極端子となるリベットと、リベットにカシメられるガスケットとを備える二次電池が開示されている。具体的には、リベット（正極端子）は、プレート部と、プレート部から突出するピンとを有する。ピンをガスケットの貫通孔に挿入したのち、ピンの先端部を潰す変形によって、リベットをガスケットにカシメる。これらのリベット、ガスケットおよび電池素体は、筐体の内部に収容される。
特許文献２に記載された二次電池は、電池素体と、電池素体を収容する外装ケースと、を備える。電池素体の負極体は外装ケースに接続される。外装ケースには挿通孔が貫通して設けられ、電池素体の正極体に接続されたリード体が挿通孔に挿入される。また、外装ケースの外側に配置されて挿通孔を覆う平板状電極端子は、リード体に接続される。そして、平板状電極端子と外装ケースの外面とは、シール部材を介して接合される。
特許文献３に記載された二次電池においては、ヒートシールタイプの電池ケースと、電池ケースから突出するアルミニウム製の端子と、を備え、アルミニウム製の端子の表面にアルマイト層を設けている。このアルマイト層によって、電池ケースの内面フィルムと端子との接着性を向上させる。
特許文献４には、バイポーラ電極を有する二次電池が開示されている。バイポーラ電極は、集電体の一方の面に正極活物質層が設けられ、集電体の他方の面に負極活物質層が設けられる。電池素体は、上下に複数積層されたバイポーラ電極を有する。
米国特許出願公開第２０１９／０３４１５８７号明細書 特開２０１９－４６６３９号公報 特開２０００－１４９９１３号公報 特開２００５－３１０４０２号公報
近年、電池をより小型化したいという要望がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より小型化された電池を提供することを目的とする。
本発明の一側面の電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータとを含む電池素体と、前記電池素体を収容し、且つ、開口部を有する筐体と、前記開口部を覆い、前記筐体の外側に配置される正極端子と、前記筐体と前記正極端子を接合する接着剤層と、を備え、前記正極と前記正極端子は電気的に接続され、前記正極端子における前記接着剤層に面する部位には、陽極酸化被膜を有する。
本発明によれば、より小型化された電池を提供することが可能となる。
図１は、第１実施形態に係る電池の断面を示す模式図である。 図２は、図１の電池を分解した模式図である。 図３は、図２の一部の断面を拡大した模式図である。 図４は、第１実施形態に係る正極端子を裏面側から見た背面図である。 図５は、第２実施形態に係る電池の断面を示す模式図である。 図６は、図５の一部を拡大した模式図である。 図７は、第１変形例に係る正極端子を示す断面図である。 図８は、第２変形例に係る正極端子を示す断面図である。
以下に、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。各実施の形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では第１実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
［第１実施形態］
まず、第１実施形態に係る電池について説明する。図１は、第１実施形態に係る電池の断面を示す模式図である。図２は、図１の電池を分解した模式図である。図３は、図２の一部の断面を拡大した模式図である。図４は、第１実施形態に係る正極端子を裏面側から見た背面図である。
図１および図２に示す電池１００は、例えば、二次電池を含む化学電池である。二次電池として、例えば、リチウムイオン二次電池が適用可能である。但し、本発明に係る電池は、二次電池に限定されず、その他の種々の電池を適用可能である。
図１および図２に示すように、電池１００は、電池素体１と、筐体２と、正極端子３と、を備える。
図１に示すように、電池素体１は、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３とを含む。具体的には、正極１１と負極１２との間にセパレータ１３が介在する。即ち、電池素体１においては、正極１１、セパレータ１３および負極１２がこれらの順に並ぶ。
電池素体１は、正極１１および負極１２がセパレータ１３を介して互いに積層されていると共に、その正極１１、負極１２およびセパレータ１３が巻回され巻回体であってもよい。また、正極１１および負極１２がセパレータ１３を介して互いに積層された積層体であってもよい。
（正極）
正極１１は、正極集電体および正極活物質層を含む。正極集電体は、正極活物質層を支持する導電性の支持体であり、その正極活物質層が設けられる一対の面を有している。この正極集電体は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料は、アルミニウムなどである。なお正極活物質層は正極集電体の両面に設けられてもよく、片面に設けられてもよい。
正極活物質層は、リチウムを吸蔵放出可能である正極活物質のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。また、正極活物質層は、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。正極活物質層の形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法などである。
正極活物質は、リチウム化合物を含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム化合物は、リチウムを構成元素として含む化合物であり、より具体的には、リチウムと共に１種類または２種類以上の遷移金属元素を構成元素として含む化合物である。ただし、リチウム化合物は、さらに、リチウムおよび遷移金属元素のそれぞれ以外の他元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。
リチウム化合物の種類は、特に限定されないが、具体的には、酸化物、リン酸化合物、ケイ酸化合物およびホウ酸化合物などである。酸化物の具体例は、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＣｏＯ２およびＬｉＭｎ２Ｏ４などである。リン酸化合物の具体例は、ＬｉＦｅＰＯ４およびＬｉＭｎＰＯ４などである。
正極結着剤は、合成ゴムおよび高分子化合物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。合成ゴムは、スチレンブタジエン系ゴムなどであると共に、高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどである。正極導電剤は、炭素材料などの導電性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その炭素材料は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。ただし、導電性材料は、金属材料および高分子化合物などでもよい。
（負極）
負極１２は負極集電体および負極活物質層を含む。負極集電体は、負極活物質層を支持する導電性の支持体であり、その負極活物質層が設けられる一対の面を有している。この負極集電体は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その金属材料は、銅などである。なお負極活物質層は負極集電体の両面に設けられてもよく、片面に設けられてもよい。
負極活物質層は、リチウムを吸蔵放出可能である負極活物質のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。また、負極活物質層は、さらに、負極結着剤および負極導電剤などの材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。負極結着剤および負極導電剤のそれぞれに関する詳細は、正極結着剤および正極導電剤のそれぞれに関する詳細と同様である。負極活物質層の形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法、気相法、液相法、溶射法および焼成法（焼結法）などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。
負極活物質は、炭素材料および金属系材料のうちの一方または双方などを含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。炭素材料は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛（天然黒鉛および人造黒鉛）などである。金属系材料は、リチウムと合金を形成可能である金属元素および半金属元素のうちのいずれか１種類または２種類以上を構成元素として含む材料であり、その金属元素および半金属元素の具体例は、ケイ素およびスズのうちの一方または双方などである。ただし、金属系材料は、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの２種類以上の混合物でもよい、それらの２種類以上の相を含む材料でもよい。金属系材料の具体例は、ＴｉＳｉ２およびＳｉＯｘ（０＜ｘ≦２または０．２＜ｘ＜１．４）などである。
（セパレータ）
セパレータ１３は、正極１１と負極１２との間に介在している絶縁性の多孔質膜であり、その正極１１と負極１２との接触（短絡）を防止しながらリチウムイオンを通過させる。このセパレータ１３は、ポリエチレンなどの高分子化合物を含んでいる。
（電解液）
電解液は、正極１１、負極１２およびセパレータ１３のそれぞれに含浸されており、溶媒および電解質塩を含んでいる。溶媒は、炭酸エステル系化合物、カルボン酸エステル系化合物およびラクトン系化合物などの非水溶媒（有機溶剤）のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その非水溶媒を含んでいる電解液は、いわゆる非水電解液である。電解質塩は、リチウム塩などの軽金属塩のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
図１に示すように、筐体２は、筐体本体２１と蓋２２とを有し、電池素体１を収容する。筐体２は、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレス鋼、Ｃｕ、またはこれらにＮｉめっきを施した材料を含む。筐体本体２１は、底部２１２および側部２１１を有する。底部２１２は中心Ｏを中心とする円形形状を有し、側部２１１は中心Ｏの軸回りの周方向に沿って延びる円筒形状を有する。底部２１２の端部から上側に向けて側部２１１が延びている。筐体本体２１は、断面Ｕ字状であり、上側が開放されている。側部２１１の上端部２１３には、蓋２２が接合される。具体的には、蓋２２の外周端部２２３が側部２１１の上端部２１３に接合される。蓋２２は、中心Ｏを中心とする環状形状を有する。蓋２２には、中央部に円形の開口部２２０が設けられる。開口部２２０は、内壁２２２の内側（内周側）に面する。なお、筐体２の底部２１２は、配線１２１を介して、電池素体１の負極１２に接続される。なお、筐体本体２１と蓋２２は一体成型されていてもよい。
図１に示すように、蓋２２の上側には、正極端子３が接合される。正極端子３は、筐体２の外側に配置され、蓋２２の開口部２２０を覆った状態で蓋２２に接合される。これにより、開口部２２０は、正極端子３で封止される。正極端子３については、詳細に後述する。
図３に示すように、正極端子３は、クラッド材３０と、陽極酸化被膜３４と、を備える。クラッド材３０は、ニッケル材３１と、ステンレス材３２と、アルミニウム材３３とを有する。具体的には、ニッケル材３１の裏側（下側）にステンレス材３２が接合され、ステンレス材３２の裏側（下側）にアルミニウム材３３が接合されている。アルミニウム材３３の裏側（下側）には、陽極酸化被膜３４が形成されている。陽極酸化被膜３４は、いわゆるアルマイト層とも称される。陽極酸化被膜３４の平均厚みは、２ｕｍ以上１００ｕｍ以下であり、より好ましくは、１０ｕｍ以上５０ｕｍ以下である。また、陽極酸化被膜３４のビッカース硬さは、例えばＨＶ３００以上である。
陽極酸化被膜３４の裏側（下側）には、接着剤層３５が設けられる。接着剤層３５は、ポリオレフィン系樹脂を含む。蓋２２は、上側の表面２２４と下側の裏面２２５とを有する。蓋２２の表面２２４と陽極酸化被膜３４とは、接着剤層３５を介して接合される。具体的には、蓋２２の表面２２４のうち、開口部２２０の縁部２２１に接着剤層３５を介して陽極酸化被膜３４が接合される。接着剤層３５は、内周側の端３５１から外周側の端３５２までの領域に設けられる。ここで、接着剤層３５は陽極酸化被膜３４の裏側（下側）に設けているが、開口部２２０の縁部２２１に設けてもよい。なお、開口部２２０の縁部２２１とは、蓋２２の部位のうち内壁２２２から、正極端子３の外周端に対応する部位までの領域をいう。正極端子３における陽極酸化被膜３４と、筐体２における開口部２２０の縁部２２１との平均距離は、０ｕｍより大きく且つ３０ｕｍ以下である。平均距離とは、例えば任意の１断面における縁部２２１の内壁２２２から約２０％の位置と約８０％の位置それぞれ２箇所の計４箇所の距離を測定し、それらの測定値の平均値である。
図４に示すように、正極端子３は、中心Ｏを中心とする円形である。正極端子３における外周側に陽極酸化被膜３４が設けられる形成領域３８が環状に配置される。形成領域３８は、内周端３４１および外周端３４２を有する。形成領域３８の内周端３４１の内周側には、陽極酸化被膜３４が設けられない円形の非形成領域３９が配置される。また、図４に示すように、蓋２２の内壁２２２を二点鎖線で示すと、この二点鎖線の内側の領域を第１部位３７と称する。第１部位３７は、上下方向から見た場合に、正極端子３において開口部２２０と重なる部位である。第１部位３７は、陽極酸化被膜３４の非形成領域３９を含む。
また、非形成領域３９においては、アルミニウム材３３が露出するため、図１および図３に示すように、非形成領域３９のアルミニウム材３３と電池素体１の正極１１が電気的に接続される。例えば、電池素体１の正極１１と電気的に接続している配線１１１の端部１１２が非形成領域３９のアルミニウム材３３と接続される。なお、配線１１１の端部１１３は、図１および図２に示すように、電池素体１の正極１１に接続される。配線１１１は正極端子３に正極１１を接続させる正極１１用の接続配線である。また、配線１２１は筐体２に負極１２を接続させる負極１２用の接続配線である。電池素体１に取り付けてもよく、電池素体１から引き出してもよい。
以上説明したように、第１実施形態に係る電池１００は、正極１１と、負極１２と、正極１１と負極１２との間に配置されるセパレータ１３とを含む電池素体１と、電池素体１を収容し、且つ、開口部２２０が設けられる筐体２と、筐体２の外側に配置され、開口部２２０の縁部２２１を覆った状態で縁部２２１に接着剤層３５を介して接合され、且つ、アルミニウムまたはアルミニウム合金を含む正極端子３と、を備える。筐体２は、電池素体１の負極１２と電気的に接続され、正極端子３は、電池素体１の正極１１と電気的に接続されている。正極端子３における接着剤層３５に対向する部位には、陽極酸化被膜３４が形成される。
筐体２の一部である蓋２２には開口部２２０が設けられ、正極端子３で開口部２２０を封止する。正極端子３には、陽極酸化被膜３４が設けられる。陽極酸化被膜３４は、高絶縁性および高強度を有するため、接着剤層３５の厚さを薄くしても正極端子３と蓋２２との絶縁性を維持することができる。このように、本実施形態によれば、正極端子３に陽極酸化被膜３４が設けられていない場合よりも、接着剤層３５の厚さを薄くして電池１００の小型化を図ることができる。また、正極端子３に陽極酸化被膜３４が設けられているため、新たに絶縁層などを設ける必要もなく、電池１００の小型化を図ることができる。なお、接着剤層３５の厚さは、例えば５ｕｍ以上２００ｕｍ以下であり、より好ましくは、１０ｕｍ以上１５０ｕｍ以下である。
陽極酸化被膜３４の厚みが２ｕｍ以上１００ｕｍ以下であり、より好ましくは、１０ｕｍ以上５０ｕｍ以下である。
陽極酸化被膜３４の厚みを２ｕｍ未満にすると、正極端子３と蓋２２との絶縁性を担保できない可能性がある。陽極酸化被膜３４の厚みが１００ｕｍよりも大きいと、陽極酸化被膜３４が割れやすくなり、また、陽極酸化処理の時間が長くなるため、正極端子３が変形するおそれがある。以上より、陽極酸化被膜３４の厚みが２ｕｍ以上１００ｕｍ以下であることが好ましい。なお、陽極酸化被膜３４の厚みは、例えば、正極端子３の厚みの三分の一が好ましい。また、アルミニウムは、自然酸化により表面に酸化被膜が形成されるが、当該酸化被膜の厚さは、例えば２ｎｍ（ナノメートル）であり、陽極酸化被膜３４の厚さである２ｕｍ以上になることはない。
正極端子３は、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウムを含むクラッド材などの材料を含む。アルミニウムおよびアルミニウム合金としては、特に限定されないが、Ａ１０００、Ａ２０００、Ａ３０００、Ａ４０００、Ａ５０００、Ａ６０００、Ａ７０００番台があげられる。なお、Ａ３０００、Ａ１０００、Ａ５０００、Ａ６０００番系の材料は被膜硬さがＨＶ４５０以上となるため好ましい。正極端子３は、９３質量％以上のＡｌを含み、６質量％未満の不純物を含むアルミニウム合金を含むことが好ましい。不純物としては、１質量％未満のＦｅ、１質量％未満のＣｕ、１質量％未満のＺｎ、１質量％未満のＭｎ、２質量％未満のＳｉなどが挙げられる。
Ａｌ以外の不純物の量が多いと、当該不純物がイオン化するため、陽極酸化被膜３４が形成しにくい。従って、不純物であるＦｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、ＭｎおよびＳｉの含有量を上記範囲内に抑えることにより、正極端子３に陽極酸化被膜３４を円滑に形成することができる。
正極端子３における陽極酸化被膜３４と、筐体２における開口部２２０の縁部２２１との平均距離は、０ｕｍより大きく且つ３０ｕｍ以下である。
陽極酸化被膜３４と開口部２２０の縁部２２１との間には、接着剤層３５が設けられる。よって、平均距離が０ｕｍより大きく且つ３０ｕｍ以下である場合は、筐体内部から外部への電解液の揮発を抑制でき、また、筐体外部から内部への液体の浸入を抑制することができ、ひいては、電池１００の寿命を長くすることができる。
また、接着剤層３５の厚さを複数箇所測定した場合、接着剤層３５がなく陽極酸化被膜３４と開口部２２０の縁部２２１とが当接している箇所もあり、その箇所においては、陽極酸化被膜３４と開口部２２０の縁部２２１との距離は０ｕｍとなる。しかし、この場合でも、他の箇所に接着剤層３５が設けられるため、接着剤層３５における複数箇所の平均厚さが０ｕｍとはならない。よって、平均距離は、０ｕｍより大きくなる。また、平均距離が３０ｕｍより大きい場合は、電池１００の大きさが大きくなってしまうため、好ましくない。
筐体２は、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレス鋼、Ｃｕ、またはこれらにＮｉめっきを施した材料を含む。
これによれば、筐体２の強度を高くすることができるため、筐体２の厚みの薄肉化を図ることができる。従って、電池１００の小型化を図ることができる。また、筐体２の外形の大きさを同じにして、筐体２の内部空間を大きくして、電池素体１を大きくして電池容量を増大することができる。
陽極酸化被膜３４のビッカース硬さがＨＶ３００以上である。
陽極酸化被膜３４のビッカース硬さが大きいと陽極酸化被膜３４の強度が高くなる。従って、電池１００の組立時の際など、陽極酸化被膜３４に力が入力された場合に陽極酸化被膜３４が損傷しにくいため、電池１００の歩留まりを向上させることができる。また、電池１００の製品の使用時に、外部から衝撃を受けた場合などにも陽極酸化被膜３４が損傷せずに電池１００のショートを回避することができる。
なお、硬質アルマイト層のビッカース硬さは例えばＨＶ４００であり、標準的な陽極酸化被膜３４のビッカース硬さは例えばＨＶ２００である。従って、陽極酸化被膜３４としては、例えば硬質アルマイト層が好ましい。
接着剤層３５は、ポリオレフィン系樹脂を含む。
ポリオレフィン系樹脂の接着剤層３５は、例えばリチウムイオン二次電池のような非水溶媒系電池に用いても、電解液による接着剤層３５の劣化が小さく、長期に渡って電解液の漏れを防止することが可能となる。また、例えばリチウムイオン二次電池の異常時に接着剤層３５が軟化して剥がれることにより、内圧の増大を抑制することができ、電池１００の異常による周囲への影響を小さくすることができる。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る電池について説明する。図５は、第２実施形態に係る電池の断面を示す模式図である。図６は、図５の一部を拡大した模式図である。電池１００Ａは、電池素体１Ａと、筐体２Ａと、正極端子３Ａと、を備える。
図５に示すように、電池素体１Ａは、正極１１と、負極１２と、セパレータ１３とを含む。電池素体１においては、正極１１、セパレータ１３および負極１２がこれらの順に上下方向に並ぶ。
図５に示すように、筐体２Ａは、筐体本体２１Ａと蓋２２Ａとを有し、電池素体１Ａを収容する。筐体２Ａの材質は、例えば、ステンレス等を適用可能である。筐体本体２１Ａは、底部２１２Ａおよび側部２１１Ａを有する。筐体本体２１Ａは、断面Ｕ字状であり、上側が開放されている。側部２１１Ａの上端部に蓋２２Ａが接合される。側部２１１Ａには、開口部２２０Ａが設けられ、正極端子３Ａは、筐体２Ａの外側に配置され、側部２１１Ａの開口部２２０Ａを覆った状態で側部２１１Ａに接合される。これにより、開口部２２０Ａは、正極端子３Ａで封止される。
図５および図６に示すように、正極端子３Ａは、本体部３１Ａと、凸部３２Ａと、陽極酸化被膜３４と、を備える。正極端子３Ａは、断面Ｔ字状である。本体部３１Ａおよび凸部３２Ａの材質は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。
本体部３１Ａは、上下方向に延びる。本体部３１Ａは、上面３１１Ａと、下面３１２Ａと、前面３１３Ａと、背面３１４Ａと、を有する。上面３１１Ａおよび下面３１２Ａは、略平行に延びる。前面３１３Ａおよび背面３１４Ａは、略平行に延びる。凸部３２Ａは、本体部３１Ａにおける上下中央部から側方に突出する。凸部３２Ａは、上面３２１Ａと、下面３２２Ａと、前面３２３Ａと、を有する。上面３２１Ａおよび下面３２２Ａは、略平行に延びる。凸部３２Ａは、開口部２２０Ａに挿入される。
陽極酸化被膜３４は、本体部３１Ａおよび凸部３２Ａに設けられる。具体的には、陽極酸化被膜３４は、本体部３１Ａの上面３１１Ａ、下面３１２Ａおよび前面３１３Ａと、凸部３２Ａの上面３２１Ａおよび下面３２２Ａに設けられる。第２実施形態では、凸部３２Ａの前面３２３Ａが陽極酸化被膜３４の非形成領域３９Ａである。また、開口部２２０Ａの縁部２２１Ａとは、側部２１１Ａの内壁２２２Ａから正極端子３Ａの上面３１１Ａに対応する部位までの領域、および、側部２１１Ａの内壁２２２Ａから正極端子３Ａの下面３１２Ａに対応する部位までの領域をいう。なお、非形成領域３９Ａである凸部３２Ａの前面３２３Ａに、配線１１１の端部１１２が接続される。
また、本体部３１Ａの前面３１３Ａは、接着剤層３５を介して側部２１１Ａに接合される。具体的には、開口部２２０Ａの縁部２２１Ａに、接着剤層３５を介して本体部３１Ａの前面３１３Ａが接合される。接着剤層３５は、エポキシ樹脂を含む。
以上説明したように、第２実施形態に係る電池１００Ａにおいても、第１実施形態の電池１００と同様に、正極端子３Ａにおける接着剤層３５に対向する部位には、陽極酸化被膜３４が形成される。従って、正極端子３Ａに陽極酸化被膜３４が設けられていない場合よりも、接着剤層３５の厚さを薄くして電池１００Ａの小型化を図ることができる。
また、正極端子３Ａにおける陽極酸化被膜３４と、筐体２Ａにおける開口部２２０Ａの縁部２２１Ａとの平均距離は、０ｕｍより大きく且つ３０ｕｍ以下である。
このように、平均距離が０ｕｍより大きく且つ３０ｕｍ以下である場合は、筐体内部から外部への電解液の揮発を抑制でき、また、筐体外部から内部への液体の浸入を抑制することができ。ひいては、電池１００Ａの寿命を長くすることができる。
接着剤層３５は、エポキシ樹脂を含む。
エポキシ樹脂を含む接着剤層３５は、高温に耐えることができ、また、電解液の揮発を効果的に抑制することにより、電池１００Ａの長寿命の実現が可能となる。
なお、第１実施形態に係る電池１００および第２実施形態に係る電池１００Ａは、例えばモノポーラ型リチウムイオン電池を適用可能である。これにより、モバイル機器やウェアラブル機器、ＩｏＴ機器などの電子デバイスに求められる高い電池容量密度を、３Ｖ以上４Ｖ以下という電子機器に最適な電圧で供給することが可能となる。
［第１変形例］
次に、第１変形例を説明する。図７は、第１変形例に係る正極端子を示す断面図である。第１変形例に係る正極端子３Ｂにおいては、陽極酸化被膜３４は、本体部３１Ａの前面３１３Ａのみに設けられる。
これによれば、正極端子３Ｂにおいて最も陽極酸化被膜３４が必要な部位にのみ陽極酸化被膜３４を形成しているため、製造コストを低減することができる。
［第２変形例］
次に、第２変形例を説明する。図８は、第２変形例に係る正極端子を示す断面図である。第２変形例に係る正極端子３Ｃにおいては、陽極酸化被膜３４は、本体部３１Ａの前面３１３Ａと、凸部３２Ａの上面３２１Ａおよび下面３２２Ａとに設けられる。
これによれば、側部２１１Ａの内壁２２２Ａに、正極端子３Ａの凸部３２Ａを近づけて配置することができるため、開口部２２０Ａをより小さくして、開口部２２０Ａの密閉性を更に向上させることができる。
［実施例］
次いで、実施例を通じて本発明を具体的に検証する。
［実施例１］
実施例１は、第１実施形態に対応する。
（電池素体の作成）
正極集電体としてアルミニウム箔の上に、正極活物質としてコバルト酸リチウムを含む正極活物質層を塗工し正極を作成した。負極集電体として銅箔の上に、負極活物質として炭素材料を含む負極活物質層を塗工し、負極を作成した。上記正極および負極をポリエチレン微多孔膜のセパレータを介して巻回し電池素体を作成した。なお、電解液には、ＥＣ／ＤＭＣ＝３／７の溶媒に電解質として１ＭのＬｉＰＦ６を溶解したものを使用した。
（正極端子の作製）
実施例１においては、まず、正極端子を作製した。具体的には、アルミニウム材（Ａ１０５０材）とステンレス材とニッケル材とを接合したクラッド材を作製した。クラッド材の厚みは２５０ｕｍである。次に、このクラッド材から直径９ｍｍの円板をプレスで打ち抜いた。こののち、クラッド材の円板におけるアルミニウム材の表面に、平均厚み１０ｕｍの硬質アルマイト層を形成した。硬質アルマイト層の形成には、硬質アルマイトの一種であるシュウ酸アルマイト浴を用いた。硬質アルマイト層は、アルミニウム材の表面のうち中心部分の直径４ｍｍの円形部分を除いた円環部分に形成した。なお、硬質アルマイト層の平均厚みは、硬質アルマイト層の４箇所の厚みを測定し、その測定した厚みの平均値である。
（蓋の作製）
次に、蓋を作製した。具体的には、ステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ：１７Ｃｒ－１２Ｎｉ－２Ｍｏ－低Ｃ）から直径１２ｍｍの円板をプレスで打ち抜き、この円板の中央部に直径６ｍｍの円形の孔を形成した。これにより、円環形状の蓋を形成した。
そして、正極端子の中心と蓋の中心とを一致させた状態で、正極端子と蓋とを接合した。具体的には、正極端子における硬質アルマイト層に、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）製の接着剤層を設けた。この接着剤層を蓋に当接させ、これらの正極端子、蓋および接着剤層を加熱することにより、正極端子と蓋とをポリプロピレン製の接着剤層を介して熱溶着させた。熱溶着後の接着剤層の厚みは、平均３０ｕｍである。
（電池Ａの作製）
次いで、筐体本体を作製した。具体的には、ステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）をプレスの絞り加工によって、直径１２ｍｍで高さが５ｍｍの筐体本体を成形した。筐体本体は、第１実施形態と同様に、底部および側部を有する。
そして、筐体本体の底部に、電池素子の負極タブを溶接し、電池素子を筐体本体内に収納した。また、正極端子のアルミニウム材における径方向中央部は、硬質アルマイト層が形成されていない非形成領域である。この非形成領域のアルミニウム面に、電池素子の正極タブを溶接した。
さらに、電池素子に電解液を滴下したのち、蓋を筐体本体に溶接によって接合して、筐体本体の上側の開口を蓋で封止した。これによって、実施例１に係る電池Ａを作製した。
（電池Ｂの作製）
また、実施例１の電池Ａに対して、比較例となる電池Ｂを作製した。電池Ｂは、電池Ａに対して、硬質アルマイト層を形成していない点およびポリプロピレン製の接着剤層の厚みが８０ｕｍである点が相違する。
（容量維持率の試験）
電池Ａを温度が６５℃で湿度が９０％の環境に２ヶ月放置した。この放置後の電池Ａの容量維持率を確認したところ、平均８３％という高い容量維持率を示した。なお、平均８３％とは、９個の電池Ａの容量維持率を平均した平均値である。
これに対して、電池Ｂを温度が６５℃で湿度が９０％の環境に２ヶ月放置したところ、電池Ｂの容量維持率は、平均４１％であった。なお、平均４１％とは、９個の電池Ｂの容量維持率を平均した平均値である。
（考察）
電池Ａは、電池Ｂよりも高い容量維持率が得られることが判明した。これは、電池Ａは、硬質アルマイト層を有し且つ接着剤層の厚みが電池Ｂよりも薄いため、筐体外への電解液の揮発や筐体内への水分の侵入が抑制されることが要因と思われる。なお、電池Ａは、接着剤層の厚みを電池Ｂより薄くしても、ショートの不良がないことが確認されている。
なお、以上の結果は、実環境、例えばイヤホンなどのウェアラブル機器において、期待される寿命を待たずに大幅な容量低下を引き起こすリスクが低減されることを意味する。
［実施例２］
実施例２は、第１実施形態に対応する。
（電池素体の作成）
正極集電体としてアルミニウム箔の上に、正極活物質としてリン酸鉄リチウムを含む正極活物質層を塗工し正極を作成した。負極集電体として銅箔の上に、負極活物質として炭素材料を含む負極活物質層を塗工し、負極を作成した。上記正極および負極をポリエチレン微多孔膜のセパレータを介して巻回し電池素体を作成した。なお、電解液には、ＥＣ／ＤＭＣ＝３／７の溶媒に電解質として１Ｍのリチウムビス（フルオロスルホニル）イミド（ＬｉＦＳＩ）を溶解したものを使用した。
（正極端子の作製）
実施例２においては、まず、正極端子を作製した。具体的には、アルミニウム材（Ａ１０５０材）とステンレス材とニッケル材とを接合したクラッド材を作製した。クラッド材の厚みは２５０ｕｍである。次に、このクラッド材から直径９ｍｍの円板をプレスで打ち抜いた。こののち、クラッド材の円板におけるアルミニウム材の表面に、平均厚み２０ｕｍの硬質アルマイト層を形成した。硬質アルマイト層の形成には、硬質アルマイトの一種であるシュウ酸アルマイト浴を用いた。硬質アルマイト層は、アルミニウム材の表面のうち中心部分の直径４ｍｍの円形部分を除いた円環部分に形成した。なお、硬質アルマイト層の平均厚みは、硬質アルマイト層の４箇所の厚みを測定し、その測定した厚みの平均値である。
（蓋の作製）
次に、蓋を作製した。具体的には、ステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）から直径１２ｍｍの円板をプレスで打ち抜き、この円板の中央部に直径６ｍｍの円形の孔を形成した。これにより、円環形状の蓋を形成した。
そして、正極端子の中心と蓋の中心とを一致させた状態で、正極端子と蓋とを接合した。具体的には、正極端子における硬質アルマイト層に、エポキシ樹脂製の接着剤層を設けた。この接着剤層を蓋に当接させ、これらの正極端子、蓋および接着剤層を加熱することにより、正極端子と蓋とをエポキシ樹脂製の接着剤層を介して接合させた。接合後の接着剤層の厚みは、０以上８ｕｍ以下であった。
（電池Ｃの作製）
次いで、筐体本体を作製した。具体的には、ステンレス材（ＳＵＳ３１６Ｌ）をプレスの絞り加工によって、直径１２ｍｍで高さが５ｍｍの筐体本体を成形した。筐体本体は、第１実施形態と同様に、底部および側部を有する。
そして、筐体本体の底部に、電池素子の負極タブを溶接し、電池素子を筐体本体内に収納した。また、正極端子のアルミニウム材における径方向中央部は、硬質アルマイト層が形成されていない非形成領域である。この非形成領域のアルミニウム面に、電池素子の正極タブを溶接した。
さらに、電池素子に電解液を滴下したのち、蓋を筐体本体に溶接によって接合して、筐体本体の上側の開口を蓋で封止した。これによって、実施例２に係る電池Ｃを作製した。
（電池Ｄの作製）
また、実施例２の電池Ｃに対して、比較例となる電池Ｄを作製した。電池Ｄは、電池Ｃに対して、硬質アルマイト層を形成していない点およびエポキシ樹脂製の接着剤層の厚みが８０ｕｍである点が相違する。
（容量維持率の試験）
電池Ｃを温度が８５℃で湿度が９０％の環境に１ヶ月放置した。この放置後の電池Ｃの容量維持率を確認したところ、平均９６％という高い容量維持率を示した。なお、平均９６％とは、９個の電池Ｃの容量維持率を平均した平均値である。
これに対して、電池Ｄを温度が８５℃で湿度が９０％の環境に１ヶ月放置したところ、電池Ｄの容量維持率は、平均２８％であった。なお、平均２８％とは、９個の電池Ｄの容量維持率を平均した平均値である。
（考察）
電池Ｃは、電池Ｄよりも高い容量維持率が得られることが判明した。これは、電池Ｃは、硬質アルマイト層を有し且つ接着剤層の厚みが電池Ｄよりも薄いため、筐体外への電解液の揮発や筐体内への水分の侵入が抑制されることが要因と思われる。なお、電池Ｃは、接着剤層の厚みを電池Ｄより薄くしても、ショートの不良がないことが確認されている。
［実施例３］
実施例３は、第２実施形態に対応する。
（電池素体の作成）
正極集電体としてアルミニウム箔の上に、正極活物質としてコバルト酸リチウムを含む正極活物質層を塗工し正極を作成した。負極集電体として銅箔の上に、負極活物質として炭素材料を含む負極活物質層を塗工し、負極を作成した。上記正極および負極をポリエチレン微多孔膜のセパレータを介して巻回し電池素体を作成した。なお、電解液には、ＥＣ／ＤＭＣ＝３／７の溶媒に電解質として１ＭのＬｉＰＦ６を溶解したものを使用した。
（正極端子の作製）
実施例３の正極端子は、第２実施形態と同様の形状を有する正極端子とした。正極端子の材質は、アルミニウム材（Ａ５０５２材）である。また、第２実施形態と同様に、正極端子における本体部の上面、下面および前面と、凸部の上面および下面とに、平均厚み３０ｕｍの硬質アルマイト層を形成した。硬質アルマイト層の形成には、硬質アルマイトの一種であるシュウ酸アルマイト浴を用いた。なお、硬質アルマイト層の平均厚みは、硬質アルマイト層の４箇所の厚みを測定し、その測定した厚みの平均値である。
（筐体）
筐体は、第２実施形態と同様に、筐体本体と蓋とを有し、電池素体を収容する。筐体の材質は、ステンレス材である。
（電池Ｅの作製）
正極端子における本体部の前面に形成した硬質アルマイト層の上にエポキシ樹脂製の接着剤層を設けた。正極端子の凸部を筐体本体の開口部に挿入し、開口部の縁部に正極端子の本体部を接着剤層を介して接合した。電池素体を筐体本体の内部に収容し、電池素体の正極タブを正極端子の凸部の前面に溶接した。負極タブは筐体本体の底部に溶接した。そして、蓋を筐体本体にシーム溶接で接合して、電池Ｅを作製した。
（電池Ｆの作製）
また、実施例３の電池Ｅに対して、比較例となる電池Ｆを作製した。電池Ｆは、特許文献１の二次電池である。電池Ｆにおいては、前述したように、正極端子となるリベットを備える。リベットは、プレート部と、プレート部から突出するピンとを有する。ピンをガスケットの貫通孔に挿入したのち、ピンの先端部を潰す変形によって、リベットをガスケットにカシメる。これらのリベット、ガスケットおよび電池素体は、筐体の内部に収容される。
（容量維持率の試験）
電池Ｅを温度が７０℃で湿度が９５％の環境に２ヶ月放置した。この放置後の電池Ｅの容量維持率を確認したところ、平均９０％以上という高い容量維持率を示した。なお、平均９０％以上とは、９個の電池Ｅの容量維持率を平均した値である。
これに対して、電池Ｆを温度が７０℃で湿度が９５％の環境に２ヶ月放置したところ、電池Ｆの容量維持率は、電池Ｅと同等であった。
（電池容量の試験）
また、実施例３の電池Ｅに対して、電池Ｆのリベット、ガスケットおよび電池素体は、筐体の内部に収容される。これに対して、実施例３の電子素体は、筐体の外側に配置される。従って、実施例３の電池Ｅの電子素体は、特許文献１に係る電池Ｆの電池素体よりも大きくなるため、実施例３の電池Ｅの電池容量は、特許文献１に係る電池Ｆの電池容量よりも７％大きい値となった。
１、１Ａ 電池素体
１１ 正極
１１１ 配線
１１２ 端部
１１３ 端部
１２ 負極
１２１ 配線
１３ セパレータ
１００、１００Ａ 電池
２、２Ａ 筐体
２１、２１Ａ 筐体本体
２１１、２１１Ａ 側部
２１２、２１２Ａ 底部
２１３ 上端部
２２、２２Ａ 蓋
２２０、２２０Ａ 開口部
２２１、２２１Ａ 縁部
２２２、２２２Ａ 内壁
２２３ 外周端部
２２４ 表面
２２５ 裏面
３ 正極端子
３１ ニッケル材
３２ ステンレス材
３３ アルミニウム材
３４ 陽極酸化被膜
３４１ 内周端
３４２ 外周端
３５ 接着剤層
３５１ 端
３５２ 端
３７ 第１部位
３８ 形成領域
３９ 非形成領域
３Ａ 正極端子
３１Ａ 本体部
３１１Ａ 上面
３１２Ａ 下面
３２Ａ 凸部
３２１Ａ 上面
３２２Ａ 下面
３９Ａ 非形成領域

Claims (18)

  1. 正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に配置されるセパレータとを含む電池素体と、
    前記電池素体を収容し、且つ、開口部を有する筐体と、
    前記開口部を覆い、前記筐体の外側に配置される正極端子と、
    前記筐体と前記正極端子を接合する接着剤層と、を備え、
    前記正極と前記正極端子は電気的に接続され、
    前記正極端子における前記接着剤層に面する部位には、陽極酸化被膜を有する、
    電池。
  2. 前記正極端子の側面に陽極酸化被膜を有する、
    請求項１に記載の電池。
  3. 前記正極端子が凸部を有し、前記凸部と前記正極が電気的に接続される、
    請求項１に記載の電池。
  4. 前記筐体と前記正極端子とが対向する部位に、陽極酸化被膜を有する、
    請求項１に記載の電池。
  5. 前記陽極酸化被膜の厚みが２ｕｍ以上１００ｕｍ以下である、
    請求項１に記載の電池。
  6. 前記陽極酸化被膜の厚みが１０ｕｍ以上５０ｕｍ以下である、
    請求項５に記載の電池。
  7. 前記正極端子は、アルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウムを含むクラッド材のうち少なくとも一つを含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  8. 前記正極端子は、
    ９３質量％以上のＡｌを含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  9. 前記正極端子は、
    ９３質量％以上のＡｌと、Ｆｅ、Ｃｕ、ＺｎおよびＭｎの少なくとも一つを含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  10. 前記正極端子は、
    ２質量％未満のＳｉを含む、
    請求項９に記載の電池。
  11. 前記接着剤層の厚みが、５ｕｍ以上２００ｕｍ以下である、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  12. 前記正極端子における前記陽極酸化被膜と対向する前記筐体と前記陽極酸化被膜との平均距離は、０ｕｍより大きく且つ３０ｕｍ以下である、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  13. 前記陽極酸化被膜が、アルマイトである、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  14. 前記筐体は、
    Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレス鋼、Ｃｕ、またはこれらにＮｉめっきを施した材料を含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  15. 前記陽極酸化被膜のビッカース硬さがＨＶ３００以上である、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  16. 前記接着剤層は、ポリオレフィン系樹脂を含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  17. 前記接着剤層は、エポキシ樹脂を含む、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
  18. 前記正極と前記正極端子が正極タブを介して接続されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の電池。
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