JP3505905B2

JP3505905B2 - 非水電解質電池

Info

Publication number: JP3505905B2
Application number: JP07589096A
Authority: JP
Inventors: 豊福田; 幸司花房; 啓一田中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2004-03-15
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09265974A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の電源等
に使用される非水電解質電池に関するものである。より
詳細には、正電極、負電極及び電解液が封入袋に封入さ
れ、正電極と負電極に接続されたリード線を夫々外部に
取り出す構造の非水電解質電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化と共に電源としての電
池の小型化、軽量化への要求が強まっている。一方、高
エネルギー密度化、高エネルギー効率化も求められてお
り、リチウムイオン電池などの二次電池への期待が高ま
っている。こうした要求に対して、例えば、特開昭６１
−２４０５６４号公報にみられるごとく、耐酸性を有す
る熱可塑性樹脂からなる袋に極板群を挿入し、この極板
群を多数個、フィルム状、シート状またはチューブ状合
成樹脂からなる袋状外装体で包み込んで密閉形鉛蓄電池
とする試みが提案されている。

【０００３】また、特開昭５６−７１２７８号公報にみ
られるごとく、シート状バッテリーの「熱融着しろ」を
出来るだけ少なくして小型化を図り、かつ、リード線金
属を直接プラスチック袋に熱封入するのではなく、あら
かじめリード線に樹脂被覆したものを用いる試みが提案
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６１−２４
０５６４号公報などで開示されている従来の封入袋に封
入するタイプの電池にあっては、電極の金属の一部を極
柱として外部に取り出し、これを外部との接続に使用し
ているので、この金属のシール部での密封性に不安が残
っていた。

【０００５】上記特開昭５６−７１２７８号公報では、
この不安を解消させることを目的として、外部との接続
には、あらかじめ樹脂被覆したリード線を電極につない
だものを用い、リード線の被覆と袋のプラスチックとを
熱融着させて、密封性を改良している。封入袋がプラス
チックのみの場合は、この方法は有効であるが、非水電
解質電池の気密性（電解液の揮発、外部からの水分の浸
入）が得られないため、例えば、リチウムイオン電池等
に適用する場合、サイクル特性が急速に低下する問題が
ある。そして非水電解質電池の気密性を向上させるた
め、封入袋を金属箔とプラスチックとの貼り合せを用い
て作製しようとすると、不具合が生ずる。すなわち、ヒ
ートシールの条件によっては、リード線の導体と封入袋
の金属箔とが短絡するといったトラブルが生じる心配が
ある。これは小型化、薄肉化をはかるため、リード線の
被覆厚さを薄くしようとすると顕在化しやすい。

【０００６】また、上記特開昭５６−７１２７８号公報
では、リード線に用いる導体材料に対する配慮がなされ
ていないため、充放電サイクルにおいて、過充電で正電
極の電位が高くなると正電極側に接続されたリード線が
溶解したりして、形状が変化するという問題があった。
また、負電極側に接続されるリード線の導体材料につい
ても、リチウムと合金化しやすい材質のものを利用する
と、リード線が腐食されやすくなり、負電極板との接続
信頼性が低下する問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による非水電解質
電池は、正電極、負電極及び電解液を、金属箔を含む積
層フィルムからなる封入袋に収納し、電極に接続したリ
ード線を外部に取り出す構造の非水電解質電池であっ
て、リード線の取り出し部分を覆うように封入袋のヒー
トシール温度では溶融しない絶縁層を備え、ヒートシー
ル時にリード線の導体と封入袋の金属箔とが短絡を生じ
ないようにしたものである。また、ヒートシール温度で
は溶融しない絶縁層の外側に、封入袋のヒートシール温
度で溶融する絶縁層を備え、封入袋からの取り出し部分
における密封信頼性を高めるようにしたものである。

【０００８】さらに、正電極に接続されるリード線を、
アルミニウムまたはチタンあるいはこれらの合金で形成
し、負電極に接続されるリード線を、ニッケルまたは銅
あるいはこれらの合金で形成して、リード線の溶解、形
状変化、腐食を防止し、また、リード線を平角導体で形
成して信頼性を高めるようにしている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
より説明する。図１は本発明による非水電解質電池の概
略を説明する図、図２は非水電解質電池の封入袋の内部
を模式的に示した図、図３は非水電解質電池の横断面を
示す図、図４はリード線の取り出し部分を説明する図、
図５はリード線の一例を説明する図である。図中、１，
１’はリード線、２，２’はリード線の絶縁体、３は封
入袋、４は封入袋のシール部分、５は正電極、５’は負
電極、６は隔膜、７，７’は電極導電体、８，８’は活
物質層、９は金属箔（アルミ箔）、１０，１１は絶縁
層、１２は最内層のフィルム、１３，１４はＰＥ（ポリ
エチレン）層、１５はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレ
ート）層を示す。

【００１０】本発明による非水電解質電池は、図１及び
図２に示すように、正電極５及び負電極５’、隔膜６、
電解液を積層フィルムのシール部分４で密封して袋状に
した封入袋３に収納し、電極に接続したリード線１，
１’を外部に取り出す構造の非水電解質電池を対象とす
る。リード線１，１’は、絶縁体２，２’により電気的
に絶縁されて、封入袋３の積層フィルム内に積層されて
いる金属箔と電気的に接触しないようにされる。封入袋
３は、図３に示す如く、直接接触する封入袋３の最内層
のフィルム１２（例えば、酸性変性ポリオレフィン層：
ＬＰＤＥ）の周辺部のシール部分４を互いに融着密封す
ることにより作製される。

【００１１】また、図４及び図５に示す如く、封入袋３
とリード線１，１’は、リード線１，１’の外周を被覆
する絶縁体２，２’に封入袋３の最内層のフィルム１２
を融着させることにより一体化されて、リード線１，
１’が外部に取り出される。絶縁体２，２’は、低融点
の絶縁層１０と高融点の絶縁層１１とからなり、また、
この絶縁層１１の外側に、図５の一点鎖線で示すよう
に、封入袋のヒートシール温度で溶融する絶縁層を追加
形成することができる。外部に取り出されるリード線
１，１’は、封入袋内部において、正、負電極５，５’
にそれぞれ接続されている。リード線１，１’と正、負
電極５，５’とは、あらかじめ接続された状態で封入袋
３に封入される。

【００１２】正電極５及び負電極５’は、集電体と呼ば
れる金属箔やエキスパンデッドメタル等の金属基材上に
活物質層が形成された構造を有する。リード線１，１’
と正電極５及び負電極５’の接続方法については特に限
定されないが、これら電極の金属基材とリード線１，
１’の導体とをスポット溶接や、超音波溶接等で接続す
る方法が利用できる。

【００１３】封入袋３に収納された非水電解質電池で
は、従来の円筒型電池や角型電池と比較し、薄肉化を実
現するために、円筒型電池のようにリード線１，１’を
接続するための余剰空間が少なく、電池内の電解液とリ
ード線１，１’とが接触する。従って、正電極５に接続
されるリード線１には、非常に高い電位がかかるため
に、高電位で溶解しないアルミニウムまたはチタン、あ
るいはこれらの金属の合金が好ましい。また、負電極
５’に接続されるリード線１’には、過充電でリチウム
が析出し、過放電で電位が高くなることから、リチウム
により腐食されにくく、リチウムと合金が形成されにく
く、かつ比較的高電位で溶解しにくい材質のものが好ま
しい。以上の観点から、負電極５’に接続されるリード
線１’には、ニッケルまたは銅、あるいはこれらの金属
の合金が好ましい。

【００１４】リード線１，１’の形状については、丸型
や平角導体の単線を利用できるが、丸型の場合、電池容
量が大きい場合には、丸型の直径が大きくなるため、封
入袋３の最内層のフィルム１２の間にはさまれるリード
線１，１’の厚みが大きくなるために、リード線１，
１’の絶縁層１１と封入袋３の最内層のフィルム１２と
の融着部に間隙が生じやすくなり、リード線１，１’と
封入袋３の融着部での密閉の信頼性が低下するという問
題がある。それに対して、平角導体を利用した場合に
は、電池容量増加に対しても導体の厚みを大きくせずに
幅を大きくすることで断面積をかせぐことができるため
に、封入袋３の最内層のフィルム１２との間に挟まれた
リード線１，１’の絶縁層１１との融着部の密閉に対す
る信頼性の低下は生じない。さらに、ＦＰＣ（フレキシ
ブルプリント基板）等を利用した外部回路や、電極５，
５’との接続においても平角導体の方が接触面積を大き
くでき、スポット溶接や超音波溶接により、より信頼性
の高い接続を行うことが可能となる。

【００１５】封入袋３は、アルミ箔、銅箔、ステンレス
箔等の金属箔９をサンドイッチ状に挿入してプラスチッ
クフィルムと貼り合わせて用いるものが好ましく、少な
くとも最内層のプラスチックフィルム１２は電解質に溶
解しないことが必要である。電解質には、プロピレンカ
ーボネート，エチレンカーボネート，ジエチルカーボネ
ート，ジメチルカーボネート，１、２−ジメトキシエタ
ン，テトラヒドロフランなどの有機溶媒にＬｉＣｌ
Ｏ₄，ＬｉＢＦ₄，ＬｉＰＦ₆，ＬｉＡｓＦ₆等の非水電解
液やリチウムイオン伝導性の固体電解質などが好ましい
が、これに限定されるものではない。

【００１６】正、負電極５，５’、電解液を封入袋３に
入れ、正、負電極５，５’に接続したリード線１，１’
を外部に取り出す構造として、リード線１，１’と共に
封入袋３をヒートシールする際、あらかじめ絶縁被覆し
たリード線１，１’を用いる方が、封入袋３の密封性を
向上させやすいことは、特開昭５６−７１２７８号公報
に開示されている通りである。

【００１７】しかし、封入袋３にプラスチックと金属箔
を貼り合わせた積層フィルムを用いる場合、封入袋３を
ヒートシールする際に、封入袋３の金属箔９とリード線
１，１’とを短絡させない配慮が必要である。それは、
リード線１，１’の絶縁に封入袋３のヒートシール温度
で溶融しない絶縁層を設けることにより解決できる。封
入袋３のヒートシール温度で溶融しない絶縁層として
は、ポリイミドなどの加熱しても溶融しない樹脂フィル
ムや、架橋された樹脂フィルムによる絶縁層でもよい。
また、封入袋３のシール部分４に、例えば、融点が１１
０℃の低密度ポリエチレンやその変成物が用いられる場
合は、１５０℃程度で充分ヒートシールが出来るので、
融点が１５０℃より高い樹脂フィルムからなる絶縁層を
設けておけばよい。

【００１８】また、絶縁体２，２’の最外層が封入袋３
のヒートシール時に溶融して、封入袋３のヒートシール
部と一体化すれば、密封信頼性が更に向上するので、最
外層に封入袋３のヒートシール時に溶融する絶縁層を追
加することが好ましい。上述の特開昭５６−７１２７８
号公報の図面にも開示されているが、絶縁層つきのリー
ド線１，１’を封入袋３にヒートシールするときは、リ
ード線１，１’の絶縁層の一部が封入袋３の外に出るよ
うな位置にセットしてヒートシールすることが好まし
く、そうすることにより密封信頼性も向上し、封入袋３
の金属箔９とリード線１，１’の短絡防止にも役立つ。

【００１９】さらに、正電極５、負電極５’、隔膜６、
電解液、リード線１，１’を封入袋３内に入れ、これら
をヒートシールした後、放射線照射をして、シール部分
４のプラスチックを架橋させ、シール部の耐熱性を向上
させることも可能である。

【００２０】次に、本発明の実施例について上述した図
を用いて説明する。正電極５は、アルミ箔からなる電極
導電体７上に、遷移金属酸化物粉末と導電剤であるカー
ボン粉末と結着剤であるバインダーからなる活物質層８
を形成して構成した。負電極５’は、銅箔からなる電極
導電体７’上にカーボン粉末と結着剤であるバインダー
からなる活物質層８’から構成した。正電極５と負電極
５’の間には、電気的絶縁性を保持し、かつイオン伝導
性を保持するために、ポリオレフィン系の多孔膜の隔膜
６を配置した。電解液としては、有機溶剤にリチウム塩
を溶解したものを用いた。

【００２１】図５に、実施例に使用したリード線の形状
を示す。図５（ａ）は平面図で、図５（ｂ）は断面図で
ある。リード線１、１’の導体金属として正電極側はア
ルミニウム、負電極側は銅を用いた。リード線１、１’
の導体形状は、厚さ１００μｍ、幅３ｍｍとし、絶縁体
２、２’としては、封入袋のヒートシール温度で溶融し
ないエチレン−ビニルアルコール重合体（エチレン比率
４４％，厚み１００μｍ，融点１６５℃）の絶縁層１１
と、リード線１、１’との密封ための酸変成低密度ポリ
エチレン（厚み４０μｍ，融点１１０℃）の絶縁層１０
の貼り合わせたフィルムを利用し、このフィルム２枚の
貼り合せフィルムの酸変成低密度ポリエチレンの間に導
体を挟み、１５０℃の条件で熱融着させて作製した。な
お、絶縁体２，２’の最外層に封入袋のヒートシール時
に溶融する絶縁層を追加する場合は、絶縁層１１の外側
に、一点鎖線で示すような形態で追加される。

【００２２】正電極側の活物質層８は、ＬｉＣｏＯ_２粉
末１００重量部に、グラファイト１０重量部、ポリフッ
化ビニリデン１０重量部を混合し、Ｎ−メチル−２−ピ
ロリドンに溶解した後、ペースト状にしたものである。
次に、このペーストを厚さ２０μｍのアルミ箔の片面に
塗工し、乾燥後、ローラープレスした。このようにして
厚さ０.１ｍｍ，幅５０ｍｍ，長さ１０５ｍｍの極板
（上方の５ｍｍは未塗工部）を作製し、正電極５とし
た。

【００２３】負電極側の活物質層８’は、リン状天然黒
鉛粉末１００重量部に、ポリフッ化ビニリデン２０重量
部を混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解した
後、ペースト状にしたものである。このペーストを厚さ
２０μｍの銅箔の両面に塗工し、乾燥後、ローラープレ
スした。このようにして厚さ０.１０ｍｍ，幅５０ｍ
ｍ，長さ１０５ｍｍの極板（上方の５ｍｍは未塗工部）
を作製し、負電極５’とした。

【００２４】正電極５の活物質層８が形成されていない
アルミ箔の部分に、リード線１の導体であるアルミニウ
ムを超音波溶接した。同様に、負電極５’の活物質層が
形成されていない銅箔の部分にリード線１’の導体であ
る銅を超音波溶接した。

【００２５】外側から厚さ１２μｍのＰＥＴ（ポリエチ
レンテレフタレート）１５、厚さ１５μｍのＰＥ（ポリ
エチレン）１４、厚さ７μｍのアルミ箔９、厚さ３０μ
ｍのＰＥ（ポリエチレン）１３、厚さ７０μｍの最内層
のフィルム（酸変成ＬＤＰＥ）１２の５層のサンドイッ
チ構造より積層フィルムを７０ｍｍ×１３５ｍｍの矩形
に切断し、この積層フィルム２枚を最内層のフィルム
（酸変成ＬＤＰＥ）１２の側を内側にして、矩形の周囲
３辺を５ｍｍ幅でヒートシールして袋状とした。

【００２６】前記封入袋３内に、リード線１，１’を接
続した正、負電極５，５’を、ポリオレフィン系の多孔
膜の隔膜６を配置した状態で挿入し、続いて電解液を８
ｃｃ注入した。なお、電解液には、エチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートを１：１の体積比率で混合
し、六フッ化リン酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌとなるよう
に溶解したものを使用した。しかる後、封入袋３の開封
部分からリード線１，１’を取り出す状態にして、１５
０℃でリード線１，１’の絶縁体２，２’と、封入袋３
の開封部分の内側同士をシール幅１０ｍｍでヒートシー
ルした。

【００２７】以上の構成で、リード線１，１’の絶縁体
２，２’として、封入袋３のヒートシール温度で溶融し
ない絶縁層１１を設けたことにより、ヒートシール作業
において、封入袋３の金属箔９とリード線１，１’との
短絡を心配する必要が全くなくなった。また、リード線
１，１’の位置決めにおいて、リード線１，１’の絶縁
体２，２’の一部が封入袋３の外に出るようにセットす
ることも有効であった。さらに、絶縁体２，２’の最外
層に封入袋３のヒートシール温度で溶融する絶縁層を追
加することにより、密封信頼性がより向上することも確
認できた。

【００２８】以上のように試作した電池について、電流
密度０.４ｍＡ／ｃｍ²、２.７５〜４.１Ｖの範囲で、充
放電サイクル試験を実施したところ、１０サイクル目で
容量１２７ｍＡｈ、３００サイクル時でも１０３ｍＡｈ
の高い容量が維持されており、優れたサイクル特性を示
すことが確認できた。それに対して、負電極に接続する
リード線に銅を利用し、正電極に接続するリード線にニ
ッケル、銅等を利用した場合には、リード線が溶解して
しまい４.１Ｖまで充電することが不可能であった。一
方、正電極に接続するリード線にアルミニウム、負電極
に接続するリード線にそれぞれアルミニウム、亜鉛など
を利用した場合には、初期１０サイクルではそれぞれ１
２０ｍＡｈ，１２５ｍＡｈの容量が得られたが、１００
サイクル時点でそれぞれ７５ｍＡｈ，９０ｍＡｈと急激
な容量低下が確認された。１００サイクル終了時点で解
体調査したところ、リード線が断線しかかっていること
が確認された。

【００２９】以上の結果、リード線の材質を適切に選定
することにより、電極に接続されたリード線の形状が保
持され、優れたサイクル特性が得られることを確認でき
た。さらに、リード線の導体に平角導体を利用すること
により、封入袋とリード線との融着部での密閉に対する
信頼性が向上できる他、電極極板、ＦＰＣ等の外部回路
との接続信頼性の向上が実現できる。

【００３０】また、本発明によれば、封入袋とリード線
を一体化させて外部にリード線を取り出す構造とするこ
とにより、正電極、負電極、電解液を軽量の袋に収納す
ることができるので、従来利用されている円筒型電池と
比較し、重量当たりのエネルギー密度が高くなるという
利点がある。また、円筒型電池と比較し、電子機器の収
納スペースに合わせた自由な電池形状に設計できる利点
がある。

【００３１】さらに、外側に取り出されたリード線と電
池パックを組み立てる外部回路との接続についても、外
部にリード線が取り出された構造をとるために、溶接や
半田付けによる接続時の熱が外部に放熱されて電池本体
への悪影響が小さい。このリード線の取り出す位置につ
いても、電極の一部をリードとして取り出すのとは異な
り、電極の作製と独立して適宜選定できるので、電池パ
ックにする際の回路設計を簡素化できる利点がある。

【００３２】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、封入
袋３の金属箔９とリード線１，１’との短絡発生を解消
でき、密封信頼性を向上させることができる。また、リ
ード線の材質を適切に選定することにより、電極に接続
されたリード線の形状が保持され、優れたサイクル特性
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非水電解質電池の一例を示す図であ
る。

【図２】本発明の非水電解質電池の封入袋の内部を模式
的に示す図である。

【図３】本発明の非水電解質電池の概略を説明する横断
図である。

【図４】本発明の非水電解質電池におけるリード線のシ
ール部分を説明する部分拡大図である。

【図５】本発明のリード線の一例を説明する図である。

【符号の説明】１，１’…リード線、２，２’…リード線の絶縁体、３
…封入袋、４…シール部分、５…正電極、５’…負電
極、６…隔膜、７、７’…電極導電体、８，８’…活物
質層、９…金属箔（アルミ箔）、１０，１１…絶縁層、
１２…最内層のフィルム、１３，１４…ＰＥ（ポリエチ
レン）層、１５…ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレー
ト）層。

フロントページの続き (56)参考文献特開平９−199178（ＪＰ，Ａ) 特開平９−63639（ＪＰ，Ａ) 特開平９−199179（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01M 2/30 H01M 2/06 H01M 2/26 H01M 10/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】正電極、負電極及び電解液を、金属箔を
含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、電極に接続
したリード線を外部に取り出す構造の非水電解質電池で
あって、前記リード線の取り出し部分を覆うように前記
封入袋のヒートシール温度では溶融しない絶縁層を備え
ていることを特徴とする非水電解質電池。
【請求項２】前記ヒートシール温度では溶融しない絶
縁層の外側に、前記封入袋のヒートシール温度で溶融す
る絶縁層を備えていることを特徴とする請求項１に記載
の非水電解質電池。
【請求項３】正電極に接続される前記リード線が、ア
ルミニウムまたはチタンあるいはこれらの合金で形成さ
れ、負電極に接続される前記リード線が、ニッケルまた
は銅あるいはこれらの合金で形成されていることを特徴
とする請求項１または２に記載の非水電解質電池。
【請求項４】前記リード線が、平角導体であることを
特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質電池。