JP3632062B2 - Thin polymer battery - Google Patents
Thin polymer battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP3632062B2 JP3632062B2 JP23184997A JP23184997A JP3632062B2 JP 3632062 B2 JP3632062 B2 JP 3632062B2 JP 23184997 A JP23184997 A JP 23184997A JP 23184997 A JP23184997 A JP 23184997A JP 3632062 B2 JP3632062 B2 JP 3632062B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- battery
- thin polymer
- polymer battery
- battery according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄型ポリマー電池に関し、詳しくは薄型電池の外装構造、すなわち外装包皮材(外被包材)の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年のエレクトロニクス分野の発展はめざましく、電子機器の小型化、軽量化、高性能化の要求が著しい。電子機器の心臓と言われる電池には、単位体積当たりまたは単位重量当たりのエネルギー密度が大きく、且つ長寿命の電池の開発が望まれている。そのような中で、携帯電話、小型OA機器、小型通信機などへのリチウムイオン2次電池の用途展開が期待されている。
【0003】
従来、ハンディタイプのビデオカメラやコードレス電話、携帯電話などの小型電子機器には、電源供給用の種々形式の1次電池あるいは2次電池が搭載されている。充電して繰り返し利用可能な2次電池をこれら電子機器等に搭載する場合には、電子機器等あるいは充電器等への着脱を容易にするために単数あるいは複数の2次電池等を一つのケースに納めた電池装置が使用されている。
この電池装置(図示せず)はたとえば、プラスチック材料等からなる、おおむね長方体状に形成される電池容器と、この電池容器内に収納される単数あるいは複数の充電放電可能な2次電池とからなっている。
【0004】
このような電池装置は、電子機器等や充電用機器等に搭載するために、陽極端子と陰極端子とを有しており、電子機器などに搭載された場合には2次電池に蓄えられた電力を、陽極端子と陰極端子とから電子機器等へ供給する。
この2次電池は、図10に示すように正極板11と負極板12とをセパレータ13で袋詰めをして、交互に重ね合わせることによって形成される。
【0005】
そして、この正極板11と負極板12と、袋状のセパレータ13とからなる積層体を、図示しないおおむね長方体のバッテリーケースに挿入して電解液を注入するか、または予め高分子固体電解質やゲル電解質を正極板11と負極板12の間に形成した後に、バッテリーケースに挿入することによって2次電池として機能させる。電流の取出しは正極端子14a、負極端子14bで行う。
前記正極板11はたとえば図11に示すように、矩形で厚さ20μm程度のアルミニウム箔からなる集電体21の両面に、リチウムと遷移金属との複合酸化物たとえばLiV2 O5 ,LiCoO2 ,LiNiO2 やLiMn2 O4 などを正極活物質22として塗布乾操させたものである。
【0006】
一方、前記負極板12は、たとえば図11に示す矩形で厚さ10μm程度の銅箔からなる集電体23の両面に、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能なカーボンたとえばグラファイト構造を有する炭素や軟黒鉛化炭素材料等の炭素を負極活物質24として塗布乾燥させたものである。また、セパレータ13には、たとえば厚さ25μm程度の多孔性ポリエチレンフィルムや多孔性ポリプロピレンフィルムを袋状にして使用している。
【0007】
図11において電解質25としては、たとえばエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒にLiPF6 を溶解した非水電解液や、前記溶媒中にLiBF4 あるいはLiN(CF3 SO2 )2 を溶解した非水電解液を使用するか、またはそれらをゲル化した高分子ゲル電解質を使用する。
図11に示すような、正極板11/電解質25/セパレータ13/電解質25/負極板12の組み合わせを電池発電要素と呼んでいる。
【0008】
冒頭でも述べたが、近年ますます電池電源には重量当たりの高エネルギー密度と体積当たりの高エネルギー密度、長寿命、高信頼性が求められており、小型・軽量で薄い電池の実現のために薄型電池が提案されている。従来、薄型電池はその厚みを極力薄くするために扁平な発電要素を、金属箔と熱融着樹脂フィルムとを有するラミネートフィルム(外被包材)で液密、気密に外装しており、特に非水電解液を用いた電池発電要素を外装する場合には、発電要素への外気中の水分や酸素、窒素の進入や、外気への電解液の漏洩による性能劣化や安全性の低下が大きいため、数々の提案がなされている。
【0009】
図12は従来の扁平型薄型電池の外装構造(ラミネートフィルムによる外装例)を示す断面図、図13は外被包材の積層構造を示す断面図である。この薄型電池では、ステンレス鋼製基板1の裏面にアイオノマーフィルム2をラミネートし、このアイオノマーフィルム2上に正極側リード体9を介して、導電性ガラス基板3および発電要素を載置し、さらにこの発電要素上に、負極側リード体8を介してアルミニウム箔ラミネートフィルム7を被覆してある。前記発電要素は正極4、固体電解質5および負極6から構成されている。
【0010】
前記アルミニウム箔ラミネートフィルム7は、図13に示すようにアルミニウム箔7aの内面に熱融着性樹脂フィルムとしてアイオノマーフィルム7bをラミネートし、外面にアルミニウム箔7aの保護フィルムとしてポリエステルフィルム7cをラミネートしたものである(特開昭60−211762号公報)。
【0011】
このように、図12の薄型電池では、機能素子の基板の裏面にポリエステルの熱融着フィルムをラミネートし、電池発電要素を配置した後に内側面にアイオノマーの熱融着性樹脂フィルムを被せ、基板にラミネートした熱融着フィルムと、金属箔ラミネートフィルムの熱融着性樹脂フィルムとを熱融着させて封止してある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭60−211762号公報の薄型電池では、融着部の融着を確実に行ったとしてもショートしてしまうという欠点があった。すなわち内側面の熱融着性樹脂フィルムにピンホールが発生した場合には、金属箔と集電体あるいは端子との間で電気的にショートし、最悪の場合には発火してしまうという欠点があった。また、外被包材同士を熱融着した際に、シールエッジ部で端子が金属箔と接触してショートしてしまうという欠点があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【0013】
本発明者は、前記ショートをなくするために金属箔と熱融着性樹脂フィルムとの間に、別のフィルムを介在させれば良いと考えた。そこでナイロン、エチレン−ビニルアルコール重合体を介在させたところ電池寿命が低下した。このような結果はナイロン、エチレン−ビニルアルコール重合体の吸湿性に起因するもので、したがって水分を嫌うリチウム電池には、これらのフィルムは採用できないことがわかった。
【0014】
ところで、ポリエステル(ポリエステル系熱融着性樹脂)は吸湿性がなく、電解質に使われるような溶剤に対する耐溶剤性にも優れていることが知られている。しかし、ポリエステルは金属箔との接着性が悪いため、ポリエステルフィルムと金属箔との界面に接着剤を介在させなくてはならない。しかし、一般にポリエステルは非水電解液で膨潤することが知られており、薄型ポリマー電池の電解質が液、ゲルであるにもかかわらず、電解液成分が存在するため、介在させたに接着剤が剥離してしまう恐れがあった。
【0015】
したがって本発明の目的は、薄型ポリマー電池において、外被包材の金属箔よりも外側の耐熱性樹脂フィルムにピンホールが発生した場合でも、金属箔が外気に曝されて端子とのショートや外気の進入が発生する心配がなく、電池内部要素の進出もなく、しかも内側の熱融着性樹脂にピンホールが発生した場合にも、金属箔と集電体とのショートを阻止することができるとともに、液およびゲル電解質の電解液成分に侵されないようにした外装包皮材を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明では、2枚の外被包材、二つに折り込んだ1枚の外被包材、または袋状に二つに折り込んだ1枚の外被包材で、それぞれ電池内部要素を挟んで外被包材の周囲で外被包材同士を接着して密封した薄型ポリマー電池において、たとえば図7に示すように、前記外被包材が、保護層、接着剤層、バリアメタル層、接着剤層、ショート防止層、密着層の順に積層した形態となっており、特に、密着層は、前記ショート防止層側から、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)とアイオノマーとが順次積層された2層からなるものとする。
【0017】
すなわちに示す外被包材31は、(1)外側から強度を保つための保護層41、(2)下地の金属箔のバリアメタル層43、(3)保護層41とバリアメタル層43との接着性向上用の接着剤層42a(外側の接着剤層)、(4)バリアメタル層43の内側のショート防止層44、(5)バリアメタル層43とショート防止層44との接着性向上のための接着層層42b、および(6)ショート防止層44の内側の、耐電解液性を向上させるための密着層により構成されている。
【0018】
また、前記外被包材31では、たとえば図8に示すように、
▲1▼保護層41を、耐熱性樹脂フィルムであるポリエチレンテレフタレートフィルム(51)で、
▲2▼接着剤層42a,42bを熱融着性樹脂フィルムであるアイオノマーフィルム(52,54)で、
▲3▼バリアメタル層43をアルミニウム箔53で、
▲4▼ショート防止層44をポリエチレンテレフタレートフィルム(55)で、それぞれ形成する。
【0019】
前記密着層(図7および図8を参照)は、たとえば第1密着層45と第2密着層46とからなる2層構造にする。第1密着層45は、ポリエチレンテレフタレート51からなるショート防止層44との接着性が良く、かつ耐電解液性の良い線状低密度ポリエチレン(LLDPE)56とし、第2密着層46はこのLLDPEとの接着性および耐電解液性が良く、かつ端子金属との接着性が良好なアイオノマー57とする。このように、図7に示す外被包材31は、たとえば保護層41(最外層)〜第2密着層46(最内層)の7層からなる積層構造とする。
【0020】
すなわち、請求項1に記載のポリマー電池(図2、7および図11を参照)は、正極板11と負極板12とを電解質層25および、省略しても良いセパレータ13を介して交互に対向させて重ねてなる電池内部要素を外被包材31で挟み込み、外被包材31の周囲で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封することにより構成した電池において、外被包材31が、外層側から保護層41、接着剤層42a、バリアメタル層43、接着剤そう42b、ショート防止層44、密着層(線状低密度ポリエチレン(LLDPE)の層とアイオノマーの層)の順に積層した形態となっていることを特徴とする。
【0021】
請求項2に記載のポリマー電池は、請求項1において、電池内部要素を2枚の外被包材で挟み込み、外被包材の周囲で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封したことを特徴とする。
【0022】
請求項3に記載のポリマー電池は、請求項1において、電池内部要素を二つに折り込んだ1枚の外被包材で挟み込み、外被包材の3辺で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封したことを特徴とする。
【0023】
請求項4に記載のポリマー電池は、請求項2または3において、保護層が耐熱性フィルムであることを特徴とする。
【0024】
請求項5に記載のポリマー電池は、請求項4において保護層の耐熱性フィルムがポリエチレンテレフタレートフィルムであることを特徴とする。
【0025】
請求項6に記載のポリマー電池は、請求項2または3において保護層とバリアメタル層との間の接着剤層がアイオノマーであることを特徴とする。
【0026】
請求項7に記載のポリマー電池は、請求項1においてバリアメタル層がアルミニウム箔であることを特徴とする。
【0027】
請求項8に記載のポリマー電池は、請求項2または3においてバリアメタル層とショート防止層との間の接着剤層がアイオノマーであることを特徴とする。
【0028】
請求項9に記載のポリマー電池は、請求項2または3において、ショート防止層が耐熱性フィルムであることを特徴とする。
【0029】
請求項10に記載のポリマー電池は、請求項9においてショート防止層の耐熱性フィルムがポリエチレンテレフタレートフィルムであることを特徴とする。
【0030】
上記のように、本発明のポリマー電池は、密着層が2層になっていることを特徴とする。
【0031】
上記のように、本発明のポリマー電池は、密着層が、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)とアイオノマーとの2層からなっていることを特徴とする。
【0032】
請求項11に記載のポリマー電池は、請求項1において、電池内部要素が外被包材の最も外側の面と、最も内側の面とで融着して筒状に折り込んだ1枚の外被包材で挟み込み、外被包材の2辺で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封することにより構成したことを特徴とする。
【0033】
請求項12に記載のポリマー電池は、請求項11において外被包材の外側の接着剤層がアイオノマーであることを特徴とする。
【0034】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。
実施例1(請求項1,2)
図1は電池の構造を示す斜視図、図2は図1のA−A’線断面図である。この電池は、図10に示した電池内部要素を2枚の外被包材31,31で挟み込み、これらの外被包材31,31を、その周囲で融着(32は融着部、33は融着面)することで電池内部要素を密封して構成されている。電流の取り出しは正極端子14a、負極端子14bで行う。
【0035】
正極板11はたとえば図11に示すように、矩形で厚さ20μm程度のアルミニウム箔からなる集電体21の両面に、リチウムと遷移金属との複合酸化物たとえばLiV2 O5 ,LiCoO2 ,LiNiO2 やLiMn2 O4 などを正極活物質22として塗布乾燥させたものである。
【0036】
一方、負極板12はたとえば、図11に示す矩形で厚さ10μm程度の銅箔からなる集電体23の両面に、リチウムイオンをドープ・脱ドープ可能なカーボンたとえばグラファイト構造を有する炭素や軟黒鉛化炭素材料等の炭素を負極活物質24として塗布乾燥させたものである。
【0037】
また、図11においてセパレータ13には、たとえば厚さ25μm程度の多孔性ポリエチレンフィルムや多孔性ポリプロピレンフィルムを袋状にして使用している。電解質25は、たとえばエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)との混合溶媒にLiPF6 を溶解した非水電解液や、前記溶媒中にLiBF4 あるいはLiN(CF3 SO2 )2 を溶解した非水電解液を使用するか、またはそれらをゲル化した高分子ゲル電解質を使用する。
【0038】
この実施例では、正極板11/電解質25/セパレータ13/電解質25/負極板12の組み合わせ構造とした電池発電要素を外被包材31,31で挟み込み、外被包材31,31の周囲でこれらを融着して電池内部要素を密封することにより、電池が構成されている。
【0039】
図7は、7層構造の外被包材31の積層構造を示す断面図であって、それぞれの層の機能を示すものである。図8は、この外被包材31の各層を形成する素材の一例を示す断面図である。図7の外被包材31は、外側から保護層41、接着剤層42a、バリアメタル層43、接着剤層42b、ショート防止層44および密着層(第1密着層45と第2密着層46の2層になっている)の順に積層した形態となっている。
【0040】
図7および図8を用いて具体的に説明すると、保護層41は厚さ20μmの耐熱性フィルムであり、ポリエチレンテレフタレート51からなる。保護層41とバリアメタル層43との界面の接着剤層42aは、熱融着樹脂フィルムであるアイオノマー52からなる。バリアメタル層43は、厚さ30〜100μmのアルミニウム箔53である。バリアメタル層43とショート防止層44との界面の接着剤層42bはアイオノマー54からなる。ショート防止層44は耐熱性フィルムであり、ポリエチレンテレフタレート55からなる。
【0041】
第1密着層45は線状低密度ポリエチレン(LLDPE)56からなり、第2密着層46はアイオノマー57からなる。前記融着面33(図2を参照)は、アイオノマー同士によるもの(アイオノマー57,57)であるから融着力が高くかつ均一である。また、アイオノマー57と正極端子14a、負極端子14b(いずれもNi製)との密着性も良好である。
【0042】
実施例2(請求項3)
図3は電池構造を示す斜視図、図4は図3のB−B’線断面図である。この電池は、二つに折り込んだ1枚の外被包材31で電池内部要素を挟み込み、外被包材31の3辺の融着部32で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封することにより構成されている。
【0043】
実施例3(請求項13)
図5は電池構造を示す斜視図、図6は図5のC−C’線断面図である。この電池は、外被包材31の最も外側の面(ポリエチレンテレフタレート51からなる保護層41)と、最も内側の面(アイオノマー57からなる第2密着層46)とを融着して筒状に折り込んだ1枚の外被包材31で電池内部要素を挟み込み、外被包材31の2辺で外被包材同士を融着することにより電池内部要素を密封して構成されている。ポリエチレンテレフタレート51とアイオノマー57との接着性は比較的良好であるから、これらを融着することで、良好な融着状態の融着面33を形成することができる。なお、図9に示すように、ポリエチレンテレフタレート51(保護層41)の上にアイオノマー61を積層すれば、アイオノマー同士の接着により外被包材同士を融着することができるため、前記接着面の接着力が更に増大する。
【0044】
なお、実施例では保護層にポリエチレンテレフタレートを用いたがOPP(延伸ポリプロピレン)またはNY(ポリアミド)であっても良い。
ショート防止層にOPPまたはPAN(ポリアクリロニトリル)を使用し、あるいは密着層にEMAAを用いても良い。また吸湿性、膨潤性、耐電解液性、接着性及び層構成を考慮すればPP,PE,CPP,EMA,EVA等も使用可能である。
さらに、バリアメタル層としてNi箔を用いることもできる。また、本発明の実施例ではセパレータを用いたが、セパレータを省略しても本発明による効果に何ら影響はない。
【0045】
【発明の効果】
以上、説明してきたように貧発明によれば、以下の効果が得られる。
(1)請求項1〜3,11
正極板と負極板とを電解質層および、省略しても良いセパレータを介して交互に対向させて重ねてなる電池内部要素を外被包材で挟み込み、外被包材の周囲で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封することにより構成した電池において、外被包材を、外側から保護層(外側保護層)、接着剤層、バリアメタル層、接着剤層、ショート防止層、密着層の順に積層した構造としたので、外被包材で挟み込み外被包材の周囲で外被包材同士を融着して電池内部要素を密封して構成した際に、電池内部要素のショートを防止することができる。
【0046】
(2)請求項5
また、外被包材の外側保護層を、耐熱性樹脂フィルムであるポリエチレンテレフタレートフィルムで形成したので、電池としての強度が増大する。
【0047】
(3)請求項6〜10
下地の金属箔のバリアメタル層と保護層との接着性を向上するために熱融着性樹脂フィルムであるアイオノマー接着層を設けたので、外被包材の金属箔よりも外側の耐熱性樹脂フィルムにピンホールが発生した場合でも、金属箔が外気に曝されて端子とのショートが発生したり、外気の進入や電池内部要素の進出が発生したりすることがなくなる。また、ポリエチレンテレフタレートとアイオノマーとの接着性が良いので、電池の安全性が向上する。
また、バリアメタル層の内側にポリエチレンテレフタレートからなるショート防止層を設け、バリアメタル層とショート防止層との接着層としてアイオノマーを配置したので、内側の熱融着性樹脂にピンホールが発生した場合にも、金属箔と集電体とのショートを阻止することができる。
【0048】
(4)請求項1〜11
本発明の電池では外被包材を、耐電解液性・接着性および、電池内部要素によってマイナスの因子である吸湿性・膨潤性を考慮して選定した、耐熱性樹脂材料及び融着性樹脂材料により最適の層構成で組み合わせた7層の積層構造とし、外被包材同士を融着して電池内部要素を密封することにより電池を構成するとともに、小型・軽量で薄い電池の実現のための扁平な発電要素を金属箔と熱融着樹脂フィルムを有する外被包材で液密・気密に外装した。このため、非水電解液を用いた電池発電要素を外装した場合、従来構造の電池と違って、外気中の水分・酸素・窒素の発電要素への進入や、電池外への電解液漏洩を的確に防止することができるので、これらに起因する性能劣化や安全性の低下がなくなり、重量当たりのエネルギー密度および、体積当たりエネルギー密度がともに高くなるうえ、長寿命・高信頼性が得られる。
【0049】
(5)請求項1〜11
ポリエチレンテレフタレートのショート防止層との接着性が良く、かつ耐電解液性の良い線状低密度ポリエチレン(LLDPE)からなる第1密着層と、このLLDPEとの接着性および耐電解液性が良く、かつ端子金属との接着性が良好なアイオノマーを第2密着層として前記密着層を構成したので、高性能な電池が得られる。
【0050】
(5)請求項11
1枚の外被包材を筒状に折り込んで電池内部要素を挟み込むとともに、この外被包材の2辺(最外面と最内面)を融着して電池内部要素を密封することにより電池を構成するようにしたので、電池製造の作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る電池の構造を示す斜視図である。
【図2】図1のA−A’線断面図である。
【図3】別の実施例に係る電池の構造を示す斜視図である。
【図4】図3のB−B’線断面図である。
【図5】更に別の実施例に係る電池の構造を示す斜視図である。
【図6】図5のC−C’線断面図である。
【図7】本発明に係る電池を構成する外被包材の積層構造を示す断面図であって、それぞれの層の機能を示すものである。
【図8】図7の外被包材の各層を形成する素材の一例を示す断面図である。
【図9】外被包材の別例を示す断面図である。
【図10】従来の2次電池の構造を示す斜視図である。
【図11】図10の2次電池の電池発電要素を示す模式的断面図である。
【図12】従来の扁平型薄型電池の外装構造を示す断面図である。
【図13】図12の電池を構成する外被包材の積層構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 ステンレス鋼製基板
2 アイオノマーフィルム
3 導電性ガラス基板
4 正極
5 固体電解質
6 負極
7 アルミニウム箔ラミネートフィルム
7a アルミニウム箔
7b アイオノマーフィルム
7c ポリエステルフィルム
8 負極側リード体
9 正極側リード体
11 正極板
12 負極板
13 セパレータ
14a 正極端子
14b 負極端子
21 集電体
22 正極活物質
23 集電体
24 負極活物質
25 電解質
31 外被包材
32 融着部
33 融着面
41 保護層
42a,42b 接着剤層
43 バリアメタル層
44 ショート防止層
45 第1密着層
46 第2密着層
51 ポリエチレンテレフタレート
52,54 アイオノマー
53 アルミニウム箔
55 ポリエチレンテレフタレート
56 線状低密度ポリエチレン(LLDPE)
57,61 アイオノマー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin polymer battery, and more particularly, to an outer structure of a thin battery, that is, a structure of an outer covering material (outer covering material).
[0002]
[Prior art]
The development of the electronics field in recent years is remarkable, and the demand for downsizing, weight reduction, and high performance of electronic devices is remarkable. For a battery called the heart of an electronic device, development of a battery having a large energy density per unit volume or unit weight and having a long life is desired. Under such circumstances, the application of lithium ion secondary batteries to mobile phones, small OA devices, small communication devices and the like is expected.
[0003]
Conventionally, various types of primary batteries or secondary batteries for power supply are mounted on small electronic devices such as handy-type video cameras, cordless phones, and mobile phones. When a secondary battery that can be recharged and used repeatedly is mounted on these electronic devices, etc., one or more secondary batteries are placed in a single case in order to facilitate attachment / detachment to / from the electronic device or charger. The battery device stored in is used.
The battery device (not shown) includes, for example, a battery container made of a plastic material or the like and formed in a generally rectangular shape, and one or a plurality of rechargeable secondary batteries housed in the battery container. It is made up of.
[0004]
Such a battery device has an anode terminal and a cathode terminal for mounting on an electronic device or the like, a charging device, and the like, and is stored in a secondary battery when mounted on an electronic device or the like. Electric power is supplied from an anode terminal and a cathode terminal to an electronic device or the like.
As shown in FIG. 10, the secondary battery is formed by packing positive electrode plates 11 and negative electrode plates 12 with
[0005]
Then, the laminate composed of the positive electrode plate 11, the negative electrode plate 12, and the bag-
For example, as shown in FIG. 11, the positive electrode plate 11 has a composite oxide of lithium and transition metal such as LiV 2 O 5 , LiCoO 2 , and the like on both sides of a
[0006]
On the other hand, the negative electrode plate 12 is made of, for example, carbon that can be doped / undoped with lithium ions, such as carbon having a graphite structure or soft, on both sides of a
[0007]
In FIG. 11, as the
A combination of positive electrode plate 11 /
[0008]
As mentioned at the beginning, in recent years, battery power sources are increasingly required to have high energy density per weight, high energy density per volume, long life, and high reliability. Thin batteries have been proposed. Conventionally, in order to reduce the thickness of thin batteries as much as possible, a flat power generating element is externally liquid-tight and air-tightly covered with a laminate film (covering material) having a metal foil and a heat-sealing resin film. When a battery power generation element using a non-aqueous electrolyte is externally mounted, performance deterioration and safety deterioration due to the ingress of moisture, oxygen, nitrogen in the outside air to the power generation element, or leakage of the electrolyte to the outside air is large. Therefore, many proposals have been made.
[0009]
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a conventional flat-type thin battery exterior structure (exterior example using a laminate film), and FIG. 13 is a cross-sectional view showing a laminated structure of an envelope material. In this thin battery, an
[0010]
As shown in FIG. 13, the aluminum
[0011]
Thus, in the thin battery of FIG. 12, a polyester heat-sealing film is laminated on the back surface of the functional element substrate, and after placing the battery power generation element, the inner surface is covered with the ionomer heat-sealing resin film. The heat-sealing film laminated on the metal foil and the heat-fusible resin film of the metal foil laminate film are heat-sealed and sealed.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the thin battery disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-211762 has a drawback of short-circuiting even if the fusion part is securely fused. In other words, when pinholes occur in the heat-sealable resin film on the inner surface, there is a drawback that an electrical short circuit occurs between the metal foil and the current collector or terminal, and in the worst case, it ignites. there were. In addition, when the enveloping material is heat-sealed, there is a drawback that the terminal comes into contact with the metal foil at the seal edge portion and short-circuits.
The present invention has been made in view of such problems.
[0013]
The present inventor considered that another film may be interposed between the metal foil and the heat-fusible resin film in order to eliminate the short circuit. Therefore, when a nylon or ethylene-vinyl alcohol polymer was interposed, the battery life decreased. Such a result is attributed to the hygroscopicity of nylon and ethylene-vinyl alcohol polymer, and therefore it has been found that these films cannot be used in lithium batteries that dislike moisture.
[0014]
By the way, it is known that polyester (polyester-based heat-fusible resin) has no hygroscopic property and is excellent in solvent resistance against a solvent used in an electrolyte. However, since polyester has poor adhesion to a metal foil, an adhesive must be interposed at the interface between the polyester film and the metal foil. However, it is generally known that polyester swells with a non-aqueous electrolyte, and even though the electrolyte of a thin polymer battery is a liquid or gel, an electrolyte component is present, so that an adhesive is interposed between them. There was a risk of peeling.
[0015]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thin polymer battery, even when pinholes are generated in the heat-resistant resin film on the outer side of the metal foil of the outer packaging material, the metal foil is exposed to the outside air to cause a short circuit with the terminal or the outside air. Can prevent the short circuit between the metal foil and the current collector even when the inner element of the battery does not enter and there is a pinhole in the inner heat-fusible resin. At the same time, it is an object of the present invention to provide an outer covering material that is prevented from being affected by the electrolytic solution components of the liquid and gel electrolyte.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, two outer enveloping materials, one outer enveloping material folded in two, or one outer enveloping material folded in two in a bag shape, each sandwiching the battery internal element in a thin polymer battery was sealed by bonding together the outer encapsulant around the outer dressings, for example, as shown in FIG. 7, the outer encapsulant has a protective layer, an adhesive layer, a barrier metal layer, the adhesive The adhesive layer, the short prevention layer, and the adhesion layer are laminated in this order . In particular, the adhesion layer is a two-layer structure in which linear low density polyethylene (LLDPE) and ionomer are sequentially laminated from the short prevention layer side. It shall consist of
[0017]
That is, the
[0018]
Moreover, in the said
(1) The
(2) The adhesive layers 42a and 42b are ionomer films (52, 54) which are heat-fusible resin films.
(3) The barrier metal layer 43 is made of aluminum foil 53.
(4) The short prevention layer 44 is formed of a polyethylene terephthalate film (55).
[0019]
The adhesion layer (see FIGS. 7 and 8) has a two-layer structure including a first adhesion layer 45 and a
[0020]
That is, in the polymer battery according to claim 1 (see FIGS. 2, 7 and 11), the positive electrode plate 11 and the negative electrode plate 12 are alternately opposed to each other through the
[0021]
The polymer battery according to
[0022]
A polymer battery according to a third aspect is the polymer battery according to the first aspect, wherein the inner battery element is sandwiched between two outer enveloping materials and the outer enveloping materials are fused together at three sides of the outer enveloping material. The battery internal element is sealed.
[0023]
The polymer battery according to
[0024]
The polymer battery according to
[0025]
The polymer battery according to
[0026]
A polymer battery according to a seventh aspect is characterized in that the barrier metal layer is an aluminum foil in the first aspect.
[0027]
The polymer battery according to an eighth aspect is characterized in that the adhesive layer between the barrier metal layer and the short-circuit preventing layer is an ionomer in the second or third aspect.
[0028]
The polymer battery according to claim 9 is the polymer battery according to
[0029]
The polymer battery according to claim 10 is characterized in that, in claim 9, the heat-resistant film of the short prevention layer is a polyethylene terephthalate film.
[0030]
As described above, the polymer battery of the present invention is characterized in that the adhesion layer has two layers.
[0031]
As described above, the polymer battery of the present invention is characterized in that the adhesion layer is composed of two layers of linear low density polyethylene (LLDPE) and ionomer.
[0032]
A polymer battery according to an eleventh aspect of the present invention is the polymer battery according to the first aspect, in which the battery inner element is a single outer cover that is fused and folded into a cylindrical shape between the outermost surface and the innermost surface of the outer envelope material. The battery is characterized in that it is sandwiched between the packaging materials, and the outer packaging materials are fused together at two sides of the outer packaging material to seal the battery internal elements.
[0033]
A polymer battery according to a twelfth aspect is characterized in that the adhesive layer on the outer side of the outer covering material is an ionomer in the eleventh aspect.
[0034]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Example 1 (
1 is a perspective view showing the structure of the battery, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. In this battery, the battery internal element shown in FIG. 10 is sandwiched between two
[0035]
For example, as shown in FIG. 11, the positive electrode plate 11 is a composite oxide of lithium and transition metal such as LiV 2 O 5 , LiCoO 2 , LiNiO on both surfaces of a
[0036]
On the other hand, the negative electrode plate 12 is, for example, carbon that can be doped / undoped with lithium ions, such as carbon having a graphite structure or soft graphite, on both sides of a
[0037]
In FIG. 11, for example, a porous polyethylene film or a porous polypropylene film having a thickness of about 25 μm is used as the
[0038]
In this embodiment, a battery power generation element having a combined structure of positive electrode plate 11 /
[0039]
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the laminated structure of the
[0040]
Specifically, using FIG. 7 and FIG. 8, the
[0041]
The first adhesion layer 45 is made of linear low density polyethylene (LLDPE) 56, and the
[0042]
Example 2 (Claim 3)
3 is a perspective view showing the battery structure, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG. In this battery, the inner element of the battery is sandwiched between one
[0043]
Example 3 (Claim 13)
FIG. 5 is a perspective view showing the battery structure, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. In this battery, the outermost surface (
[0044]
In the examples, polyethylene terephthalate was used for the protective layer, but OPP (stretched polypropylene) or NY (polyamide) may be used.
OPP or PAN (polyacrylonitrile) may be used for the short prevention layer, or EMAA may be used for the adhesion layer. Further, PP, PE, CPP, EMA, EVA and the like can be used in consideration of hygroscopicity, swelling property, electrolytic solution resistance, adhesiveness and layer structure.
Furthermore, Ni foil can also be used as a barrier metal layer. Moreover, although the separator was used in the Example of this invention, even if a separator is abbreviate | omitted, there will be no influence on the effect by this invention.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the poor invention, the following effects can be obtained.
(1)
A battery internal element formed by alternately stacking a positive electrode plate and a negative electrode plate with an electrolyte layer and an optional separator interposed therebetween is sandwiched between outer envelope materials, and the outer envelope material is surrounded by the outer envelope material. In a battery constructed by fusing together and sealing battery internal elements, the outer enveloping material is protected from the outside by a protective layer (outer protective layer), an adhesive layer, a barrier metal layer, an adhesive layer, and a short prevention layer. Since the structure is formed by stacking the adhesion layers in order, the battery internal element is formed by sealing the battery internal element by sandwiching the outer envelope material around the outer envelope material and sealing the battery internal element. Can be prevented.
[0046]
(2)
Moreover, since the outer protective layer of the outer covering material is formed of a polyethylene terephthalate film that is a heat-resistant resin film, the strength as a battery is increased.
[0047]
(3)
In order to improve the adhesion between the barrier metal layer of the underlying metal foil and the protective layer, an ionomer adhesive layer, which is a heat-fusible resin film, is provided. Even when a pinhole is generated in the film, the metal foil is not exposed to the outside air, causing a short circuit with the terminal, and no entry of outside air or advancement of the battery internal element occurs. Moreover, since the adhesiveness between polyethylene terephthalate and ionomer is good, the safety of the battery is improved.
In addition, when a short-circuit prevention layer made of polyethylene terephthalate is provided inside the barrier metal layer and an ionomer is placed as an adhesive layer between the barrier metal layer and the short-circuit prevention layer, pinholes are generated in the inner heat-fusible resin. In addition, a short circuit between the metal foil and the current collector can be prevented.
[0048]
(4)
In the battery of the present invention, the outer packaging material is selected in consideration of the electrolytic solution resistance / adhesiveness and the hygroscopicity / swelling property, which are negative factors depending on the internal elements of the battery, and the heat resistant resin material and the fusible resin. To achieve a compact battery, a thin battery with a 7-layer laminated structure that is combined with the optimum layer structure according to the material, and by fusing the envelope materials together and sealing the battery internal elements The flat power generation element was packaged in a liquid-tight and air-tight manner with an outer covering material having a metal foil and a heat-sealing resin film. For this reason, when a battery power generation element using a non-aqueous electrolyte is packaged, unlike conventional batteries, moisture, oxygen, and nitrogen in the outside air can enter the power generation element, and electrolyte leakage outside the battery can occur. Since it can be accurately prevented, there is no performance degradation and no reduction in safety due to these, and both the energy density per weight and the energy density per volume are increased, and a long life and high reliability are obtained.
[0049]
(5)
Good adhesion with polyethylene terephthalate short-circuit prevention layer, and good adhesion between the first adhesion layer made of linear low density polyethylene (LLDPE) with good electrolytic solution resistance and LLDPE and electrolytic solution resistance, And since the said adhesion layer was comprised by using the ionomer with favorable adhesiveness with a terminal metal as a 2nd adhesion layer, a high performance battery is obtained.
[0050]
(5) Claim 11
A battery is formed by folding a single envelope material into a cylindrical shape and sandwiching a battery internal element, and sealing the battery internal element by fusing two sides (the outermost surface and the innermost surface) of the envelope material. Since it comprised, the workability | operativity of battery manufacture improves.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a battery according to another embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a battery according to another embodiment.
6 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the laminated structure of the envelope material constituting the battery according to the present invention, and showing the function of each layer.
8 is a cross-sectional view showing an example of a material for forming each layer of the envelope material of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the outer covering material.
FIG. 10 is a perspective view showing a structure of a conventional secondary battery.
11 is a schematic cross-sectional view showing a battery power generation element of the secondary battery of FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an exterior structure of a conventional flat thin battery.
13 is a cross-sectional view showing a laminated structure of an envelope material constituting the battery of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
57,61 Ionomer
Claims (12)
前記密着層は、前記ショート防止層側から、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)とアイオノマーとが順次積層された2層からなるものであることを特徴とする薄型ポリマー電池。 A battery internal element formed by alternately stacking a positive electrode plate and a negative electrode plate with an electrolyte layer and an optional separator interposed therebetween is sandwiched between outer envelope materials, and the outer envelope material is surrounded by the outer envelope material. In a battery constructed by fusing together and sealing the battery internal elements, the outer enveloping material is formed of a protective layer, an adhesive layer, a barrier metal layer, an adhesive layer, an anti-shorting layer, an adhesion layer from the outside. It is a form that is laminated in order ,
The thin polymer battery is characterized in that the adhesion layer is composed of two layers in which linear low density polyethylene (LLDPE) and an ionomer are sequentially laminated from the short-circuit prevention layer side.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23184997A JP3632062B2 (en) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | Thin polymer battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23184997A JP3632062B2 (en) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | Thin polymer battery |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1167168A JPH1167168A (en) | 1999-03-09 |
JP3632062B2 true JP3632062B2 (en) | 2005-03-23 |
Family
ID=16929983
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23184997A Expired - Fee Related JP3632062B2 (en) | 1997-08-13 | 1997-08-13 | Thin polymer battery |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3632062B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016111542A1 (en) * | 2015-01-06 | 2016-07-14 | 주식회사 엘지화학 | Electrode assembly with improved stability and secondary battery comprising same |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4831268B2 (en) * | 1999-05-25 | 2011-12-07 | 大日本印刷株式会社 | Secondary battery packaging materials |
KR100615153B1 (en) * | 1999-08-09 | 2006-08-25 | 삼성에스디아이 주식회사 | Lithium secondary battery |
KR100369070B1 (en) * | 1999-11-09 | 2003-01-24 | 삼성에스디아이 주식회사 | Material for battery case |
WO2001045183A1 (en) | 1999-12-17 | 2001-06-21 | Dai Nippon Printing Co., Ltd | Packaging material for polymer cell and method for producing the same |
JP2001196098A (en) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | General battery pack |
JP2001307690A (en) * | 2000-04-26 | 2001-11-02 | Gunze Ltd | Package material for sheet-type battery |
JP4736189B2 (en) * | 2001-01-18 | 2011-07-27 | 大日本印刷株式会社 | Lithium-ion battery packaging materials |
JP4880879B2 (en) * | 2004-03-08 | 2012-02-22 | 株式会社東芝 | Non-aqueous electrolyte secondary battery inspection method and non-aqueous electrolyte secondary battery manufacturing method |
JP5533828B2 (en) * | 2011-09-21 | 2014-06-25 | 株式会社Gsユアサ | battery |
JP2014135282A (en) * | 2014-02-17 | 2014-07-24 | Dainippon Printing Co Ltd | Polymer battery |
KR101966359B1 (en) * | 2016-09-13 | 2019-04-08 | 주식회사 엘지화학 | Secondary battery |
-
1997
- 1997-08-13 JP JP23184997A patent/JP3632062B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2016111542A1 (en) * | 2015-01-06 | 2016-07-14 | 주식회사 엘지화학 | Electrode assembly with improved stability and secondary battery comprising same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1167168A (en) | 1999-03-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101414669B (en) | Battery pack and method of manufacturing the same | |
JP6315269B2 (en) | Sealed battery module and manufacturing method thereof | |
JPH09288996A (en) | Nonaqueous electrolyte battery | |
JP3632062B2 (en) | Thin polymer battery | |
JP2001325945A (en) | Cell and manufacturing method of the same | |
KR20150051178A (en) | Pouch-type secondary battery for preventing humidity penetration | |
JP4670275B2 (en) | Bipolar battery and battery pack | |
JP4224739B2 (en) | Battery with frame | |
JP3379417B2 (en) | Enclosure bag for non-aqueous electrolyte batteries | |
KR100731436B1 (en) | Pouch type Lithium Secondary Battery | |
JP2000090897A (en) | Battery and battery pack | |
JP4237557B2 (en) | Battery pack | |
JPH11144691A (en) | Thin battery and manufacture thereof | |
JP2004319098A (en) | Electrochemical cell and its manufacturing method | |
CN101286550B (en) | Battery package and secondary battery comprising same | |
JP3601283B2 (en) | Non-aqueous electrolyte battery | |
JP2023084066A (en) | secondary battery | |
JP2000299130A (en) | Thin battery | |
JP2004164905A (en) | Film-armored battery and battery pack | |
JPH0896829A (en) | Secondary battery | |
JP2004319099A (en) | Electrochemical cell | |
CN110036501B (en) | Secondary battery | |
JP2000156211A (en) | Battery and battery pack | |
JP3632054B2 (en) | Secondary battery | |
JP2000100404A (en) | Nonaqueous electrolyte battery and battery pack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040526 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040608 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040806 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040907 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20041130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20041202 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100107 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110107 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |