JP2984696B2 - 薄型電池 - Google Patents

薄型電池

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は薄型電池、特に、シート型二次電池に関す
る。
［従来の技術］ 近年、導電性高分子材料としてポリアセチレン、ポリ
ピロール、ポリアニリン等の導電性高分子材料を用いた
高エネルギー密度二次電池の開発が行われている。特に
上記高分子材料は可撓性のあるシート型電極に加工する
ことができるので、シート型またはカード型電池の電極
として注目されているが、このような部材を用いるに
は、実装方法の開発、あるいは電池の信頼性の点から困
難な点が多く、特に、発電要素の固定法については、シ
ート型金属罐で検討されているに過ぎない。
更に、上記電極材料が軽量化できても、他の構成材料
の重量のために、電池全体の重量当りのエネルギー密度
が低下する。電極の負極材料としてリチウム、リチウム
合金（Li−Al、Li−Si）またはｎ型ドーピングの可能な
高分子材料（ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポ
リアセチレン等）を用いた場合、負極が不安定なため
に、外装材を通しして水分が透過すると負極が劣化す
る。また、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネ
ート、ジメトキシエタン、γ−ブチルラクトーン、スル
ホラン、THF、２メチルTHFなどの非水溶媒を用いた場
合、経時での接着性が低下するという障害が生じたり、
正極と負極の電極間距離を一定にするなどの固定化が困
難であるという問題があった。
特に、上記導電性高分子活物質との組合せの場合、不
安定な負極材料、高濃度の電解質を含有する非水溶媒を
用いた電池系では、外装材料との接着部の信頼性は軽
量、薄型二次電池では特に重要な問題である。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、このような高分子材料を用いた非水二次電
池の外装材および接着層について信頼できる構成を見出
したものである。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の構成は、所定の輪
郭形状に形成された一対のアルミニウム／プラスチック
フィルム積層シートからなる外装材の間に、少なくとも
正極が導電性高分子材料からなる発電要素を保持せしめ
た二次電池において、この発電要素の一部がシート状の
プラスチックよりなる枠組に固定され、枠組周辺部が接
着層によって外装材の一部と密封状態に接着している薄
型電池である。
すなわち、外装材の材質がアルミニウムとプラスチッ
クフィルムの積層体であって、外装材の接着層が熱融着
性のポリエチレン、ポリプロピレンまたはプロピレン構
造を含む共重合体等のポリオレフィンであって、内部の
電池要素としての正極、負極、セパレーター等がシート
状枠組に固定され、かつ、このシート状枠組が外装材の
内側に固定された構成を有するものが電池として優れた
信頼性を発揮することを見出したものである。
図面を参照して具体的に説明すると、第１図に示すよ
うに、発電要素11が熱融着層16を有するプラスチック枠
10に固定されており、この発電要素とプラスチック枠全
体が同じく熱融着層16を有する一対の外装材9,9によっ
て挾まれ、これらが周辺の熱融着層16によって密封状態
に融着している。
この融着部と外装材９の構成は第２図に示すように、
発電要素11を固定したプラスチック枠10が一対の外装材
9,9によって密封されている。
外装材９はポリプロピレン熱融着層12、ナイロン層1
3、アルミニウム層14、ポリエステル層15から成る積層
体で、上記熱融着層12によって、密着している。
発電要素11の構成は例えば第３図に示すように集電体
７と導電性高分子材料８からなる正極２をセパレーター
３を介して負極１によって挾んだ構成になっている。負
極１はニッケルホイル５とリチウムホイル６の積層体に
なっている。
正極１、負極２、セパレーター３から成る発電要素は
第４図に示すように折り重ねられており、そのまま第１
図に示すようにプラスチック枠10に固定されてターミナ
ル４に接続されている。
プラスチック外装材が従来、レトルト食品の包装に広
く用いられているが、電池、特に非水溶媒電池に使用し
た場合に必要とされる物性は食品とは異なる。例えば、
エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド、ポリエス
テルなどのホットメルト型の樹脂は電解液によって膨潤
し、かつ、水分を比較的透過し易いので電池の外装材に
は適していない。
電池の発電要素を封入するプラスチック外装材料は原
則としてアルミニウムシートとプラスチックフィルムと
の積層体（積層シート）である。アルミニウムシートは
防湿効果が大で、気体透過性も低いので、気体の発生が
少ない上記非水溶媒電池の外装材として適している。
アルミニウム層は４μｍ以上の厚さが必要であり、可
撓性のある実装をするためには25μｍ以下がよい。
プラスチック層の材料としては、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリエステル、ポリイミド等が用いられる
が、特に、一軸または二軸延伸されたポリエステルフィ
ルムが適している。
このポリエステルフィルムの厚さは12〜150μｍが適
当である。
熱融着層は本発明において特に重要である。この熱融
着層の材料としてはポリプロピレン、特に一軸延伸され
たCPPが接着強度、高温における接着強度が優れてい
る。
本発明におけるプラスチックシート枠は、厚さ20〜50
0μｍのプラスチックシートを四角形または円形に打ち
抜いたものが適しており、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン等のポリオレフィンの他に、ポリカーボネート、ポリ
塩化ビニル、アセタール樹脂、フッ素樹脂、ポリエステ
ル、ポリイミド等、耐薬品性に優れた材料で作られてお
り、発電要素の固定に用いられる。発電要素は接着材に
よってプラスチックシート枠の周辺部で固定され、特に
電極端子部がシート枠上に固定されることが好ましい。
また、このプラスチック枠はヒートシールによって外装
封止部の一部または全部と封止密着されることが好まし
い。
本発明要素である高分子材料活物質は電解重合法又は
化学酸化重合法によって重合された導電性の高分子材料
であって充電時に10-3S/cm以上の電気伝導度を有する材
料である。このような高分子材料としてポリピロール、
ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリ
ジフェニルベンジジン、ポリカルバゾール、ポリビニル
カルバゾールおよびこれらの置換体などが挙げられる。
これらの材料はそのままフィルムとして電極活物質に
用いるか、あるいはAl、Niなどの金属ホイル、炭素繊維
シートなどに固定（電解重合により直接重合して複合化
する）するなどしてシート状電極として用いられる。こ
れらの電極活物質は正極又は負極に用いられ、負極とし
てはこのほかLiあるいはLi−Al、Li−Siなどの合金をニ
ッケルシートなどにより補強することにより使用するも
のである。
正極、負極間はガラス繊維紙、ポリエステル、ポリプ
ロピレンなどの不織布などのシート状セパレータ又は固
体状又は半固体状電解質により隔離積層され必要に応じ
てプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジ
メトキシエタン、２メチルTHF、スルホラン、γ−ブチ
ルラクトンなどの溶媒、LiBF4、LiPF6、LiClO4、LiSb
F6、KPF6、KBF4、NaPF6、KBF4などのアルカリ金属塩、T
BABF4、TBAClO4、TBAPF6、TEABF4、TEAClO4（TBA:テト
ラブチルアンモニウム、TEA:テトラエチルアンモニウ
ム）などの有機物塩が添加される。
以上のようにして得られる発電要素は可撓性がありシ
ート型２次電池の重要な構成要素となる。
［実施例］ 以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。
実施例１ 電鋳メッキ法により直径200μｍの孔を200個/cm2の密
度で有する厚さ20μｍのニッケルシートを作製した。
このシートを幅5cm、長さ15cmに裁断し、更に、100メ
ッシュの炭化ケイ素のエメリー粒子により、圧力1kgで
プラスト処理を行ない、集電体とした。
重合液として0.1Mパラトルエンスルホン酸及び0.1Mの
ピロールを溶解したアセトニトリル溶液を用い、4Vの定
電位電解重合法により、上記集電体の両面に厚さ15μｍ
（2.5c/cm2）のポリピロール膜を析出させ、これを正極
とした。
セパレータとしては、ポリプロピレンポアフィルター
（最大孔径0.02×0.2μｍ）に保液性を高めるため、ポ
リプロピレン不織布を張り合わせたポリプラスチックス
株式会社製、商品名ジュラガード5511（75μｍ厚）を用
いた。負極には厚さ10μｍのニッケルホイルに、厚さ70
μｍのリチウムホイルを圧着したものを用いた。50mm×
50mm×0.3mmのポリプロピレンシートを打ち抜き、幅5mm
のプラスチック枠を製造した。このプラスチック枠の内
側に、第４図に示すように正極、負極、セパレータから
成る発電要素を折りたたんで第１図に示すような構成の
電池を製造した。
外装材はポリエステル／アルミニウム／ナイロン／ポ
リプロピレン熱融着層の四層構造から成る、厚さ100μ
ｍのフィルムを用いた。
上記構成のシート状電池を組立てた後、濃度3MのLiBF
4をプロピレンカーボネートとジメトキシエタンとの1:1
混合溶液に溶解した電解液をシリンジにより注入し、そ
の後電池周辺部を加熱圧着により封止し、大きさが50mm
×50mm×0.8mmの電位を作製した。
この電池に30゜耐折試験を100回行なって、その前後
の電池の性能、漏液性を試験した。
耐折試験を100回行っても液漏れは観察されなかっ
た。
電池の性能試験は、1mAの定電流で充放電を行なっ
た。
この結果を下記表に示す。
実施例２ 重合液として0.5Mアニリン、5.5NH2SO4を水に溶解し
たものを用い、集電体を作用極として0.75VvsSCEにより
集電体両面に厚さ20μｍのポリアニリン膜を析出させ、
シート状の正極とした以外は、実施例１と同じようにし
て50mm×50mm×0.7mmの大きさの電池を作製した。
この電池について、実施例１と同じ試験をした。その
結果を下記表に示す。耐折試験を100回行っても液漏れ
は観察されなかった。
実施例３ 電極を集電体の片面に作製し、それを用いて第１図お
よび第２図に示すような電池を製造した以外は実施例２
と同様の構成とした。
この電池の試験を実施例１と同様に行なった。その結
果を下記表に示す。
比較例 実施例２における発電要素をそのまま外装材に封入し
た。
この電池は、耐折試験43回で液漏れが観察された。
この電池の試験を実施例１と同様に行なった結果を下
記表に示す。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の電池は可撓性が大で、
曲げ応力が作用しても電池の容量が変化しないので信頼
性が高い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の薄型電池の分解斜視図、 第２図は第１図の薄型電池の外装材熱融着部の断面を拡
大した模式図、 第３図は発電要素の構成を示す断面の部分模式図、 第４図は発電要素全体の構成を示す断面の模式図であ
る。 １……負極、２……正極、３……セパレータ、 ４……端子、５……ニッケルホイル、 ６……リチウムホイル、７……集電体、 ８……導電性高分子材料、９……外装材、 10……プラスチック枠、11……発電要素、 12……ポリプロピレン熱融着層、 13……ナイロン層、14……アルミニウム層、 15……ポリエステル層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 合議体 審判長 吉田 敏明 審判官 三浦 均 審判官 鈴木 正紀

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の輪郭形状に形成された一対のアルミ
    ニウム／プラスチックフィルム積層シートからなる外装
    材の間に、少なくとも正極が導電性高分子材料からなる
    発電要素を保持せしめた二次電池において、この発電要
    素の一部がシート状のプラスチックよりなる枠組に固定
    され、枠組周辺部が接着層によって外装材の一部と密封
    状態に接着していることを特徴とする薄型電池。
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