JP3597027B2

JP3597027B2 - 薄形電池

Info

Publication number: JP3597027B2
Application number: JP30584797A
Authority: JP
Inventors: 正夫川口; 聡一花房
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JPH11144691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄形電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばシート形リチウムイオン二次電池のような０．５ｍｍ程度の厚さを有する薄形電池は、小型、軽量を重視する携帯パソコンのようなコードレス機器の電源として注目され、その開発が活発に進められている。
【０００３】
前記薄形電池の実用化にあたっての重要な要素技術は、正極、負極の活物質の選択、電池の構成技術の他に、外装材による薄形発電要素の密封技術が挙げられる。前記外装材による前記薄形発電要素の密封性が低下すると、前記発電要素を構成する電解液が揮発、漏洩して電池反応を低減させるばかりか、外部から湿気が容易に侵入して性能低下を招く。
【０００４】
このようなことから、従来の前記薄形電池は、内面に熱融着性樹脂フィルムが配された外装材内に正極、セパレータおよび負極を有する薄形発電要素を前記正負極に電気的に接続された外部端子が前記外装材の開口縁部から延出するように収納し、かつ前記開口縁部で前記熱融着性樹脂フィルムを互いに熱融着して前記発電要素を前記外装材内に密封した構造を有する。前記外装材は、例えば熱融着性樹脂フィルム、アルミニウム箔のようなバリアフィルムおよびポリエチレンテレフタレートフィルムのような剛性を有する樹脂フィルムを少なくともこの順序で積層した積層フィルムからなる。
【０００５】
前記薄形電池においては、外装材がフィルムであるため、前記フィルム内における発電要素の位置がずれやすいという問題点がある。発電要素の位置がずれると、熱融着の際に前記発電要素が熱影響をうけて劣化し、放電特性が劣化する。このようなことから、フィルム内の発電要素と熱融着部との間にマージンを設け、発電要素の位置ずれに起因する熱融着の際の発電要素の熱劣化を回避することが行われている。しかしながら、マージンを設けるとフィルム内に収納される発電要素の容積が小さくなり、薄形電池の容量が低下するという問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、熱融着の際の発電要素の熱劣化を回避しつつ、エネルギー密度を向上することが可能な薄形電池及びその製造方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る薄形電池は、上部に開口部を有する箱形をなすガスバリア性の容器と、前記容器内に収納され、正極及び負極を含む発電要素と、前記容器の開口部に熱融着されたガスバリア性の蓋板とを具備し、
前記容器及び前記蓋板は、内面に配されたアイオノマーまたはポリエチレンを含む熱融着性樹脂層と、外面に配されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層と、前記熱融着性樹脂層と前記ＰＥＴ層の間に配置された厚さが３０μｍ以上、１００μｍ以下のアルミニウム層とを含む多層シートから形成され、
前記容器の開口部と前記蓋板との熱融着部が折り返されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る薄形電池の一例（第１の薄形リチウムイオン二次電池）を図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る第１の薄形リチウムイオン二次電池を示す断面図、図２は図１の二次電池の部分切欠上面図、図３は図１の二次電池の外装材を示す平面図、図４は図３の外装材を示す断面図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係る第１の薄形リチウムイオン二次電池は、多孔質金属板からなる集電体１の両面に正極層２が担持された構造を有する正極と、多孔質金属板からなる集電体３の両面に負極層４が担持された構造を有する負極と、前記正極層２及び前記負極層４の間に配置されたゲル状電解質層５とを有する積層電極（発電要素）を備える。前記正極集電体１と同様な金属板からなる帯状正極端子６は、前記正極集電体１からそれぞれ延出されている。前記負極集電体３と同様な金属板からなる帯状負極端子７は、前記負極集電体３から延出されている。帯状金属板からなる外部負極端子８は、前記負極端子７に接続されている。図２に示すように、帯状金属板からなる外部正極端子９は、前記２つの正極端子６と接続されている。外装材１０は、図３及び図４に示すように、上部に開口部を有する箱形容器１１と、前記開口部の一端を延出することにより形成された蓋板１２とを備える。前記容器１１の開口部は、前記蓋体１２が一体化されている端部を除き、縁取られており、前記蓋体１２との熱融着部として機能する。前記外装材は、ガスバリア性を有する材料、例えば、内面に熱融着樹脂層が配されており、かつ内部に金属層が存在した積層シートから形成されている。従って、前記容器１１の内面は熱融着樹脂層が配され、前記蓋板１２は前記容器１１の開口部を覆った状態の際に下面となる面に熱融着樹脂層が配されている。前記積層電極は、図１及び図２に示すように、前記外装材１０の容器１１内に前記外部正負極端子８，９が前記容器１１からそれぞれ延出するように収納されている。前記外装材１０は蓋板１２の部分から折り曲げられ、前記容器１１の開口部が前記蓋板１２によって覆われている。前記蓋板１２は、前記容器１１の熱融着部として機能する開口部に互いの熱融着樹脂層を熱融着させることによって固定され、前記外装材１０内に前記積層電極が密封されている。
【００１３】
前記薄形リチウムイオン二次電池の正極、負極、電解質層及び外装材としては、例えば、以下に説明するものを用いることができる。
１）正極
この正極は、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む正極層が集電体に担持されたものから形成される。
【００１４】
前記材料としては、種々の酸化物（例えばＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ_２などのリチウム含有ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ_２などのリチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど）や、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好ましい。
【００１５】
前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。
前記非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。
【００１６】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２］等のリチウム塩を挙げることができる。
【００１７】
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ましい。
前記非水電解液を保持する機能を有するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等を用いることができる。前記ＨＦＰの共重合割合は、前記共重合体の合成方法にも依存するが、通常、最大で２０重量％前後である。
【００１８】
前記正極は、導電性を向上する観点から導電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセチレンブラックなど）、ニッケル粉末等を挙げることができる。
【００１９】
前記正極集電体としては、例えば、アルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いることができる。
前記外部正極端子は、例えばアルミニウム箔から形成することができる。
【００２０】
２）負極
この負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む負極層が集電体に担持されたものから形成される。
【００２１】
前記材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を挙げることができる。かかる炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を焼成することにより得られるもの、コークスや、メソフェーズピッチを焼成することにより得られるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表される炭素質材料を挙げることができる。中でも、５００℃〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下にて前記メソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質材料を用いるのが好ましい。
【００２２】
前記非水電解液及び前記ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
なお、前記負極シートは、人造グラファイト、天然グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ニッケル粉末、ポリフェニレン誘導体等の導電性材料、オレフィン系ポリマーや炭素繊維等のフィラーを含むことを許容する。
【００２３】
前記負極集電体としては、例えば、銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を用いることができる。
前記外部負極端子は、例えば、銅箔から形成することができる。
【００２４】
３）ゲル状電解質層
この電解質層は、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む。
前記非水電解液及び前記ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
【００２５】
前記電解質層は、強度を更に向上させる観点から、酸化硅素粉末のような無機フィラーを添加しても良い。
４）外装材
この外装材は、例えば、シール面に熱融着性樹脂が配され、中間にアルミニウム（Ａｌ）のような金属薄膜を介在させた多層構造のシートからなることが好ましい。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したポリエチレン（ＰＥ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート；ＰＥ／ナイロン／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥ／ＰＥＴの多層シート；エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）／ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート；アイオノマー／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート等を用いることができる。ここで、シール面側のＰＥ、アイオノマー、ＥＶＡ以外のフィルムは防湿性、耐通気性、耐薬品性を担っている。
【００２６】
前記多層シート中の金属薄膜の厚さは３０μｍ以上にすることが好ましい。前記金属薄膜の厚さを３０μｍ未満にすると、多層シートから前述したような形状の容器を成形することが困難になる恐れがあると共に、外装材の保形性が低下する恐れがある。しかしながら、前記金属薄膜の厚さが１００μｍを越えると、シート成形に要する加圧力が相当に高くなるため、プレスなどの設備投資が大きくなってしまう反面、外装材としての保形性は必要以上となる。このため、前記金属薄膜の厚さは３０μｍ〜８０μｍにすることがより好ましい。
【００２７】
なお、前述した図１〜４においては、容器と蓋板とが一体となっている外装材を用いる例を説明したが、容器と蓋板は別々にしても良い。
前記第１の薄形リチウムイオン二次電池は、例えば、以下に説明する方法で製造することができる。
【００２８】
（第１工程）
まず、正極、負極、前記正極及び前記負極の間に配置されたゲル状電解質層を有する積層電極を作製する。前記正極の正極端子に外部正極端子を、前記負極の負極端子に外部負極端子をそれぞれ接続する。
【００２９】
また、上部に開口部を有する箱形容器と、前記容器の開口部の一端を延出することにより形成された蓋板とを有し、ガスバリア性を有する材料（例えば、内部に金属層が介在され、かつ内面に熱融着樹脂層が配された積層シート）からなる外装材を用意する。
【００３０】
（第２工程）
前記外装材の前記容器内に前記積層電極を前記外部正負極端子が前記開口部から延出するように収納する。
【００３１】
（第３工程）
前記外装材を蓋板部分から折り曲げることにより前記容器の開口部を前記蓋板で覆い、前記容器の開口部に前記蓋板を互いの熱融着樹脂層を熱融着させることにより固定し、前記外装材内に前記積層電極を密封する。
【００３２】
なお、本発明に係る製造方法においては、容器と蓋板とを別々に形成することを許容する。この場合、容器内に積層電極を収納した後、前記容器の開口部に蓋板を配置し、前記容器の開口部に前記蓋板を熱融着によって固定すればよい。
【００３３】
以下、本発明に係る薄形電池の別の例（第２の薄形リチウムイオン二次電池）を図５〜図９を参照して詳細に説明する。
図５は本発明に係る第２の薄形リチウムイオン二次電池を示す断面図、図６は図５の二次電池の部分切欠上面図、図７は図５の二次電池の外装材を示す平面図、図８は図７の外装材を長手方向に沿う端部に沿って切断した際の断面図、図９は図７の外装材を窪み部が形成された開口部側からみた側面図である。
【００３４】
図５に示すように、本発明に係る第２の薄形リチウムイオン二次電池は、多孔質金属板からなる集電体２１の両面に正極層２２が担持された構造を有する正極と、多孔質金属板からなる集電体２３の両面に負極層２４が担持された構造を有する負極と、前記正極層２２及び前記負極層２４の間に配置されたゲル状電解質層２５とを有する積層電極（発電要素）を備える。前記正極集電体２１と同様な金属板からなる帯状正極端子２６は、前記正極集電体２１からそれぞれ延出されている。前記負極集電体２３と同様な金属板からなる帯状負極端子２７は、前記負極集電体２３から延出されている。帯状金属板からなる外部負極端子２８は、前記負極端子２７に接続されている。図６に示すように、帯状金属板からなる外部正極端子２９は、前記２つの正極端子２６と接続されている。外装材３０は、図７〜図９に示すように、上部に開口部を有する箱形容器３１と、前記開口部の一端を延出することにより形成された蓋板３２とを備える。前記容器３１の開口部は、前記蓋体３２が一体化されている端部を除き、縁取られており、前記蓋体３２との接着部として機能する。２つの矩形状凹部３３，３４は、前記蓋板３２が延出された開口部と対向する開口部に形成されている。前記外装材３０は、ガスバリア性を有する材料、例えば、内部に金属層が介在された積層シートから形成されている。前記積層電極は、図５及び図６に示すように、前記外装材３０の容器３１内に収納されている。前記負極端子２７と前記外部負極端子２８との接続部及び前記正極端子２６と前記外部正極端子２９との接続部は、前記矩形凹部３３，３４内に配置された熱融着樹脂３５上にそれぞれ載置されている。また、前記外部正負極端子２８，２９は、前記矩形凹部３３，３４が形成された開口部からそれぞれ延出されている。前記外装材３０は折り曲げられ、蓋板３２が前記容器３１の開口部を覆っている。熱融着樹脂３５は、接着部として機能する開口部と前記蓋板３２との間にこの間の隙間を埋めるように充填されている。前記熱融着樹脂３５による熱融着によって前記蓋板１２が前記容器３１の開口部に固定され、前記外装材３０内に前記積層電極が密封されている。
【００３５】
前記薄形リチウムイオン二次電池の正極、負極及び電解質層としては、前述した第１の薄形リチウムイオン二次電池で説明したのと同様なものが用いられる。また、前記外装材及び前記熱融着樹脂としては、例えば、以下に説明するものを用いることができる。
【００３６】
１）外装材
この外装材は、例えば、中間にアルミニウム（Ａｌ）のような金属薄膜を介在させた多層構造のシートからなることが好ましい。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したアイオノマー／ポリエステル／アルミニウム箔／延伸ナイロン等を用いることができる。
【００３７】
前記多層シート中の金属薄膜の厚さは３０μｍ以上にすることが好ましい。前記金属薄膜の厚さを３０μｍ未満にすると、多層シートから前述したような形状の容器を成形することが困難になる恐れがあると共に、外装材の保形性が低下する恐れがある。しかしながら、前記金属薄膜の厚さが１００μｍを越えると、シート成形に要する加圧力が相当に高くなるため、プレスなどの設備投資が大きくなってしまう反面、外装材としての保形性は必要以上となる。このため、前記金属薄膜の厚さは３０μｍ〜８０μｍにすることがより好ましい。
【００３８】
２）熱融着樹脂
前記熱融着樹脂としては、例えば、アイオノマー、ポリエチレン等を挙げることができる。
【００３９】
なお、前述した図５〜９においては、容器と蓋板とが一体となっている外装材を用いる例を説明したが、容器と蓋板は別々にしても良い。
前記第２の薄形リチウムイオン二次電池は、例えば、以下に説明する方法で製造することができる。
【００４０】
（第１工程）
まず、正極、負極、前記正極及び前記負極の間に配置されたゲル状電解質層を有する積層電極を作製する。前記正極の正極端子に外部正極端子を、前記負極の負極端子に外部負極端子をそれぞれ接続する。
【００４１】
また、上部に開口部を有する箱形容器と、前記容器の開口部の一端を延出することにより形成された蓋板と、前記蓋板が延出された１辺を除く開口部に形成された２つの凹部を有し、ガスバリア性を有する材料（例えば、内部に金属層が介在された積層シート）からなる外装材を用意する。
【００４２】
（第２工程）
前記容器の開口部（前記蓋板が延出された１辺を除く）と、前記蓋板の下面のうち前記開口部と対向する部分に熱融着樹脂フィルムを配置する。前記外装材の前記容器内に前記積層電極を前記外部正負極端子が前記開口部からそれぞれ延出するように収納する。また、前記正極端子と前記外部正極端子との接続部及び前記負極端子と前記外部負極端子との接続部を前記容器の開口部の２つの凹部内の熱融着樹脂フィルムにそれぞれ配置する。
【００４３】
（第３工程）
前記外装材を蓋板部分から折り曲げることにより前記容器の開口部を前記蓋板で覆い、前記容器の開口部及び前記蓋板の間に存在する熱融着樹脂フィルムを熱融着させることにより前記容器の開口部に前記蓋板を固定し、前記外装材内に前記積層電極を密封する。
【００４４】
なお、本発明に係る製造方法においては、容器の開口部と蓋板の間に２枚の熱融着樹脂フィルムを配置し、これら熱融着樹脂フィルムの間に端子接続部を配置し、容器と蓋板をその間に端子を介在させて熱融着させる代わりに、モールド加工によって熱融着樹脂製の枠中に端子接続部を埋め込み、この枠を前記容器の開口部と蓋板の間に配置し、熱融着させても良い。
【００４５】
また、本発明に係る製造方法においては、容器と蓋板とを別々に形成することを許容する。この場合、容器内に積層電極を収納した後、前記容器の開口部に蓋板を配置し、前記容器の開口部に前記蓋板を熱融着によって固定すればよい。
【００４６】
以上詳述したように本発明に係る薄形電池によれば、外装材としてフィルムではなく、予め箱形に成形された容器を用い、前記容器の開口部に蓋板を熱融着させるため、発電要素を収納するスペースと熱融着部との間にマージンを設けなくとも、熱融着の際の発電要素の熱劣化を回避することができる。その結果、外装材内の発電要素の占有体積を向上することができるため、エネルギー密度が向上された薄形電池を実現することができる。
【００４７】
また、前記薄形電池の外装材に介在された金属層の厚さを３０μｍ以上にすることによって、前記外装材の保形性を向上することができるため、体積エネルギー密度の向上を図るために熱融着部の折り曲げを行った際に、折り曲げ加工が施された電池の寸法がばらつくのを抑制することができる。すなわち、前記外装材が前述したような積層フィルムから構成された薄形電池において、熱融着部を折り曲げて電池寸法を小さくすると、前記外装材の保形性が低いため、折り曲げ幅がばらつきやすく、得られた電池寸法のばらつきが大きくなる。本願発明のように外装材の金属層の厚さを３０μｍ以上と厚くすることによって、熱融着部の折り曲げ幅を一定にすることができ、かつ接着剤等で固定しなくとも折り曲げた状態を維持することができるため、電池寸法のばらつきを抑制することができる。
【００４８】
さらに、外装材がフィルムである場合に熱融着部を折り返すと、電池の上下面に熱融着部が折り返されることとなる。この折り返された融着部を接着剤等で電池の上下面に固定するため、得られた電池の厚さは折り返された熱融着部と接着剤の分だけ厚くなり、体積エネルギー密度を十分に向上させることが困難である。本発明のように外装材として容器を使用し、かつ外装材の金属層の厚さを３０μｍ以上にすることによって、熱融着部を電池の側面に折り返すことができると共に、接着剤等を用いなくともその折り曲げ状態を保持することができるため、体積エネルギー密度を大幅に改善することができる。
【００４９】
本発明に係る薄形電池の製造方法によれば、矩形の凹部を有する外装材を用意し、前記外装材の前記凹部内に発電要素を外部正極端子及び外部負極端子が前記外装材からそれぞれ延出するように収納した後、前記外装材の上端と蓋体とを熱融着させ、前記外装材内に発電要素を密封することによって、発電要素収納スペースと熱融着部との間に余分な空間を設けなくとも、熱融着の際に発電要素が熱劣化するのを防止することができる。その結果、外装材内の発電要素の占有体積を向上することができるため、エネルギー密度が向上された薄形電池を製造することができる。
【００５０】
本発明に係る別の薄形電池によれば、外装材としてフィルムではなく、予め箱形に成形された容器を用い、前記容器の開口部に蓋板を熱融着させるため、発電要素を収納するスペースと熱融着部との間にマージンを設けなくとも、熱融着の際の発電要素の熱劣化を回避することができる。また、正極端子と外部正極端子との接続部及び負極端子と外部負極端子との接続部を容器の開口部に形成された凹部内にそれぞれ配置するため、外装材内の発電要素以外のものが占めるスペースを低減することができる。その結果、外装材内の発電要素の占有体積を向上することができるため、エネルギー密度がより一層向上された薄形電池を実現することができる。
【００５１】
さらに、薄形電池の一例である薄形リチウムイオン二次電池においては、外装材内に位置する端子は、正極の場合はアルミニウム、負極の場合は銅からそれぞれ形成されている必要がある。本発明によれば、外部正負極端子が前記容器内に配置されていないため、外部正負極端子をニッケルや、銅のような溶接しやすい材料に変更することができる。その結果、電子機器や、他の二次電池と簡単に接続することが可能な薄形リチウムイオン二次電池を低コストで実現することができる。
【００５２】
また、前記薄形電池の外装材に介在された金属層の厚さを３０μｍ以上にすることによって、前記外装材の保形性を向上することができる。その結果、熱融着部の折り曲げを行うことによって、体積エネルギー密度を大幅に向上することができると共に、得られた電池の寸法がばらつくのを抑制することができる。
【００５３】
本発明に係る別の薄形電池の製造方法によれば、矩形の凹部と前記矩形凹部の周縁に形成された２つの窪み部とを有する外装材を用意し、前記外装材の前記矩形凹部内に発電要素を正極端子と外部正極端子との接続部及び負極端子と外部負極端子との接続部が前記２つの窪み部内に熱融着樹脂を介してそれぞれ配置されるように収納した後、前記外装材の凹部を塞ぐように蓋板を配置し、これらを熱融着させ、前記外装材内に発電要素を密封することによって、発電要素収納スペースと熱融着部との間に位置ずれ分を考慮して余分な空間を設けなくとも、熱融着の際に発電要素が熱劣化するのを防止することができると共に、正極端子と外部正極端子との接続部及び負極端子と外部負極端子との接続部を前記外装材の凹部よりも外側に位置させることができるため、前記外装材内の発電要素の占有体積を増大させることができる。従って、エネルギー密度がより一層向上された薄形電池を製造することができる。また、本発明の方法によれば、電子機器等との接続を容易に行うことが可能な薄形電池を簡単に製造することができる。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、活物質として組成式がＬｉＭｎ_２Ｏ_４で表されるリチウムマンガン複合酸化物と、カーボンブラックと、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末と、可塑剤としてフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）との混合液をアセトン中で混合し、ペーストを調製した。なお、各材料の配合比（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４：ＶｄＦ−ＨＦＰの共重合体：カーボンブラック：ＤＢＰ）は、５６重量％：１７重量％：５重量％：２２重量％にした。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さが１００μｍ、幅が２００ｍｍとなるように塗布し、シート化し、非水電解液未含浸の正極シートを作製した。
【００５５】
帯状端子部を有する正極集電体として、アルミニウム製エキスパンドメタルを用意した。この集電体の両面に前記正極シートを熱ロールで加熱圧着することにより非水電解液未含浸の正極を作製した。
【００５６】
＜負極の作製＞
活物質としてメソフェーズピッチ炭素繊維と、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末と、可塑剤｛フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）｝とをアセトン中で混合し、ペーストを調製した。なお、材料の配合比（炭素繊維：ＶｄＦ−ＨＦＰの共重合体：ＤＢＰ）は、５８重量％：１７重量％：２５重量％にした。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さが１００μｍ、幅が２００ｍｍとなるように塗布し、シート化し、電解液未含浸の負極シートを作製した。
【００５７】
帯状端子部を有する負極集電体として、銅製エキスパンドメタルを用意した。この集電体の両面に前記負極シートを熱ロールで加熱圧着することにより電解液未含浸の負極を作製した。
【００５８】
＜ゲル状電解層の作製＞
酸化硅素粉末を３３．３重量部と、ＶｄＦ−ＨＦＰの共重合体粉末を２２．２重量部と、可塑剤｛フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）｝４４．５重量部とをアセトン中で混合し、ペースト状にした。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さが１００μｍ、幅が２００ｍｍとなるように塗布し、シート化し、電解液未含浸の電解質層を作製した。
【００５９】
＜非水電解液の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が体積比で２：１の割合で混合された非水溶媒に電解質としてのＬｉＰＦ_６をその濃度が１ｍｏｌ／ｌになるように溶解させて非水電解液を調製した。
【００６０】
＜電池の組立＞
前記正極を２枚と、前記負極を１枚と、前記ゲル状電解質層を２枚用意し、これらを正極と負極の間にゲル状電解質層が介在するように積層し、１３０℃に加熱した剛性ロールにて加熱圧着し、積層物を作製した。このような積層物をメタノール中に浸漬し、前記積層物中のＤＢＰをメタノールによって抽出し、除去した。これを乾燥し、端子部を除く外形寸法が５ｃｍ×３ｃｍの積層電極を作製した。このような積層電極を５つ作製し、これらを積層し、正極端子を１つに束ね、外部正極端子としての帯状アルミニウム箔（厚さ５０μｍ）に接続した。また、負極端子を１つに束ね、外部負極端子としての帯状銅箔（厚さ５０μｍ）に接続した。
【００６１】
一方、上部に開口部を有する矩形の凹部（縦が５５ｍｍ、横が３２ｍｍ、深さが２．８ｍｍ）と、前記開口部の一端を延出することにより形成された蓋板（縦が６０ｍｍ、横が４２ｍｍ）とからなる外装材（縦が１２０ｍｍ、横が４２ｍｍ）を用意した。前記外装材は、上面側から下面側にかけて厚さが５０μｍのアイオノマー層、厚さが４０μｍのアルミニウム箔層及び厚さが１２μｍのＰＥＴ層からなる多層シートから構成されている。
【００６２】
前記外装材の凹部内に前記積層電極を収納した。前記積層電極の外部正負極端子は、蓋板が延出された開口部と対向する開口部からそれぞれ延出させた。前記外装材を蓋板部分から折り曲げ、前記凹部を前記蓋板によって覆った。次いで、蓋板に、前記外部正負極端子が延出された開口部及びこの開口部と直交する開口部のうちの１辺を互いのアイオノマー層を熱融着させることによって接着した。残りの開口部から前記組成の非水電解液を注液し、前記積層電極に含浸させた。ひきつづき、この開口部を熱融着によって封止することにより、外部端子を除く外形寸法が６ｃｍ×３．５ｃｍで、厚さが３．５ｍｍで、電気容量が５００ｍＡｈの薄形リチウムイオン二次電池を製造した。
（比較例）
実施例１と同様にして積層電極を作製した。外装材として、厚さが１２μｍのＰＥＴ層と、厚さが１０μｍのアルミニウム箔と、厚さが５０μｍのアイオノマー樹脂層とがこの順番に積層された多層フィルム（寸法が１２ｃｍ×５ｃｍ）を用意した。前記フィルムを前記アイオノマー樹脂層が内側に位置するように二つ折りにし、前記積層電極を前記正極リード及び前記負極リードが前記フィルムから延出するように被覆した。このフィルムの開口部のうち２辺を幅５ｍｍで熱融着することにより封止した。次いで、熱融着されていない一端部から実施例１と同様な組成の非水電解液を注液し、前記積層電極に含浸させた。ひきつづき、この熱融着されていない端部を幅５ｍｍで熱融着することにより、図１０に示す構造を有し、外部端子部分を除く外形寸法が６ｃｍ×３．５ｃｍで、電気容量が４２０ｍＡｈの薄形リチウムイオン二次電池を製造した。なお、この二次電池においては、熱融着の際の積層電極の熱劣化を回避するために外装材における積層電極収納部と熱融着部との間を幅５ｍｍで離した。
【００６３】
すなわち、図１０に示すように、前記二次電池は、集電体４１の両面に正極層４２が担持された構造を有する正極と、集電体４３の両面に負極層４４が担持された構造を有する負極とを備える。ゲル状電解質層４５は、前記正極層４２及び前記負極層４４の間に配置されている。前記正極の集電体４１は、この集電体と同じ材料からなる帯状端子部４６を有する。前記負極の集電体４３は、前記端子部４６と対向しないような位置にこの集電体と同じ材料からなる帯状端子部４７を有する。正極リード４８は、前記帯状端子部４６に接続されている。負極リード（図示しない）は、前記負極端子部４７に接続されている。前記正極、前記負極及び前記ゲル状電解質層（発電要素）は、二つ折りにしたフィルム４９によって被覆されている。前記フィルム４９の開口部は、熱融着により封止されている。
【００６４】
得られた実施例１及び比較例の二次電池それぞれについて、平均作動電圧を３．８Ｖとした場合の体積効率（Ｗｈ／ｌ；端子部を除く外形寸法から算出する）を求め、その結果を下記表１に示す。また、表１中の体積効率は、二次電池１００個の平均値である。
【００６５】

（実施例２）
実施例１と同様にして積層電極を作製した。上部に開口部を有する矩形の凹部（縦が５５ｍｍ、横が３２ｍｍ、深さが２．８ｍｍ）と、前記開口部の一端を延出することにより形成された蓋板（縦が６０ｍｍ、横が４２ｍｍ、厚さが０．１０ｍｍ）とを有する外装材（縦が１２０ｍｍ、横が４２ｍｍ）を用意した。前記外装材は、蓋板が延出された開口部と対向する開口部に幅が４．５ｍｍで、深さが１ｍｍの窪み部が２つ互いに所望の距離を隔てて形成されている。また、前記外装材は、上面側から下面側にかけて厚さが５０μｍのアイオノマー層、厚さが４０μｍのアルミニウム箔層及び厚さが１２μｍのＰＥＴ層からなる多層シートから構成されている。
【００６６】
前記外装材の窪み部が形成された端部及びこの端部と直交する２つの端部に厚さが０．５ｍｍのアイオノマーフィルムを配置した。また、前記蓋板の下面のうちこれら端部と対向する領域に前記厚さのアイオノマーフィルムを配置した。次いで、前記外装材の凹部内に前記積層電極を収納すると共に、前記正極端子と前記外部正極端子との接続部及び前記負極端子と前記外部負極端子との接続部を前記２つの窪み部内のアイオノマーフィルム上にそれぞれ配置した。前記外装材を蓋板部分から折り曲げ、前記凹部を前記蓋板によって覆った。次いで、蓋板に、前記外部正負極端子が延出された開口部及びこの開口部と直交する開口部のうちの１辺を互いのアイオノマーフィルムを熱融着させることによって接着した。残りの開口部から前記組成の非水電解液を注液し、前記積層電極に含浸させた。ひきつづき、この開口部を熱融着によって封止することにより、外部端子を除く外形寸法が６ｃｍ×３．５ｃｍで、電気容量が５３０ｍＡｈの薄形リチウムイオン二次電池を製造した。
【００６７】
得られた実施例２の二次電池について、平均作動電圧を３．７Ｖとした場合の体積効率（Ｗｈ／ｌ；端子部を除く外形寸法から算出し、二次電池１００個の平均値）を求めたところ、２６５Ｗｈ／ｌであった。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、エネルギー密度が向上された薄形電池及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の薄形リチウムイオン二次電池を示す断面図。
【図２】図１の二次電池の部分切欠上面図。
【図３】図１の二次電池の部分切欠上面図。
【図４】図３の外装材を示す断面図。
【図５】本発明に係る第２の薄形リチウムイオン二次電池を示す断面図。
【図６】図５の二次電池の部分切欠上面図。
【図７】図５の二次電池の外装材を示す平面図。
【図８】図７の外装材を長手方向に沿う端部に沿って切断した際の断面図。
【図９】図７の外装材を窪み部が形成された開口部側からみた側面図。
【図１０】比較例の薄形リチウムイオン二次電池を示す断面図。
【符号の説明】
１…正極集電体、
２…正極層、
３…負極集電体、
４…負極層、
５…ゲル状電解質層、
６…正極端子部、
７…負極端子部、
８…外部負極端子、
１１…容器、
１２…蓋板。

Claims

上部に開口部を有する箱形をなすガスバリア性の容器と、前記容器内に収納され、正極及び負極を含む発電要素と、
前記容器の開口部に熱融着されたガスバリア性の蓋板とを具備し、
前記容器及び前記蓋板は、内面に配されたアイオノマーまたはポリエチレンを含む熱融着性樹脂層と、外面に配されたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層と、前記熱融着性樹脂層と前記ＰＥＴ層の間に配置された厚さが３０μｍ以上、１００μｍ以下のアルミニウム層とを含む多層シートから形成され、
前記容器の開口部と前記蓋板との熱融着部が折り返されていることを特徴とする薄形電池。
前記発電要素の前記正極に形成された正極端子と、
一端が前記正極端子に接続され、かつ他端が前記熱融着部から外部に延出された外部正極端子と、
前記発電要素の前記負極に形成された負極端子と、
一端が前記負極端子に接続され、かつ他端が前記熱融着部から外部に延出された外部負極端子と、
前記容器の開口部に形成され、前記正極端子と前記外部正極端子との接続部が配置される凹部と、
前記容器の開口部に形成され、前記負極端子と前記外部負極端子との接続部が配置される凹部とをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の薄形電池。
前記アルミニウム層の厚さは３０μｍ以上、８０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の薄形電池。
前記多層シートに矩形の凹部を形成し、前記多層シートを二つ折りにし、前記矩形の凹部が存在する方を前記容器とし、かつ前記凹部を被覆する方を前記蓋板とすることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の薄形電池。