JP3751947B2 - フィルム外装電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池要素を可撓性を有する外装材に収納したフィルム外装電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器等の電源としての電池は、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、電池の外装材に関しても、軽量化、薄型化に限界のある従来の金属缶に代わり、さらなる軽量化、薄型化が可能であり、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能な外装材として、金属薄膜フィルム、または金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムを用いたものが使用されるようになった。
【0003】
電池の外装材に用いられるラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜であるアルミニウム薄膜の片面にヒートシール層である熱融着性樹脂フィルムを積層するとともに、他方の面に保護フィルムを積層した3層ラミネートフィルムが挙げられる。
【0004】
外装材にラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池においては、一般に、正極、負極、および電解質等で構成される電池要素を、熱融着性樹脂フィルムが内側になるようにして外装材で包囲し、電池要素の周囲で外装材を熱融着することによって電池要素を気密封止(以下、単に封止という)している。熱融着性樹脂フィルムには、例えばポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムが用いられ、保護フィルムには、例えばナイロンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムが用いられる。
【0005】
ここで、電池要素の正極および負極を外装材の外部へ引き出すために、正極および負極にはそれぞれリード端子が接続され、これらリード端子を外装材から突出させている。電池要素へのリード端子の接続は、電池要素の封止に先立って、超音波溶接などによって行われる。また、電池要素の封止にあたっては、2枚の外装材を用い、これら2枚の外装材で電池要素を挟み、外装材の周縁部を熱融着する。外装材の熱融着は、外装材の3辺を先に熱融着して袋状とした後、外装材の内部から空気を排気して外装材の内部を真空として大気圧によって外装材を電池要素に密着させ、この状態で残りの1辺を熱融着する。
【0006】
この際、電池要素がある程度の厚みを持っている場合には、一方の外装材を、電池要素を収納し易いように、深絞り成形によって鍔付きの容器状に形成しておき、この容器状に形成した外装材を、電池要素の上から被せることが一般に行われている。
【0007】
例えば、特許文献1には、それぞれタブが突出した複数の正極板および負極板を、電解質を介在させて多層に積層することによって電池要素を構成し、正極板のタブおよび負極板のタブをそれぞれ一括して超音波溶接することによって正極および負極の集電部とし、これら集電部をそれぞれ正極および負極のリード端子と接続した後、電池要素を、平らな外装材の上に載置し、さらにその上に、容器状に形成した外装材を被せ、2枚の外装材の周縁部を熱融着したフィルム外装電池が開示されている。この種のフィルム外装電池では、集電部は正極板および負極板のタブを超音波溶接用のヘッドで上方から加圧することによって形成し、上記のような外装材を用いて電池要素を封止しているため、リード端子は電池要素の下面近傍から引き出されている。
【0008】
なお、上記のように正極板と負極板を交互に積層して電池要素を構成した電池は積層型電池と呼ばれる。また、帯状の正極と負極をセパレートシートを介在させて重ね、これを捲回した後、扁平状に圧縮することによって、正極と負極が交互に積層された構造の電池要素を用いた電池は、捲回型電池と呼ばれる。
【0009】
また電池要素としては、リチウム電池やニッケル水素電池などの化学電池のほかに、キャパシタのような蓄電機能を持ったものも、ラミネートフィルムを外装材として用いられるようになった。
【0010】
さらに、ハイブリッド自動車などの大型機器向けの電池においても、外装材にフィルムを用いることで、金属缶を用いた電池に比べて薄型・軽量ながら電極面積を大きくすることができるため、電池要素収納部の凹部をより広くて深い形状としたラミネートフィルムが、高出力・大容量の電池用の外装材として使われ始めている。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−126678号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のフィルム外装電池では、電池要素の封止時にフィルムが過剰に変形し易く、フィルムにクラックが入ってしまうことがあるという問題点があった。以下に、この現象について図15および図16を参照して説明する。なお、図15では、内部構造が見えるように外装材を透視した状態で示している。
【0013】
図15に示すように、電池要素106の正極用および負極用のタブをそれぞれ一括して接続することによって形成された集電部107は、基部では電池要素の厚みとほぼ等しい厚みであるが先端に向かって厚みが徐々に薄くなる形状を有している。そのため、外装材102に形成する凹部102aの形状は、外装材102の深絞り成形の容易性の観点から、集電部107が収納される部分も含めて全体として略矩形状に形成される。また、図15では積層型の電池要素106を示しているが、捲回型であっても、高出力化・低抵抗化のために正極および負極からそれぞれ複数のタブを導出して集電部を形成することがあり、そのような場合にも、外装材の凹部は同様に形成される。
【0014】
したがって、電池要素106の封止前の状態では、集電部107の近傍に大きな余剰空間が形成される。この余剰空間が存在することによって、電池要素106の封止時には、図16に示すように、大気圧によって余剰空間の部分で外装材102が大きくへこんでしまう。大きな余剰空間を有する外装材102がへこむと、鋭角に折れ曲がった角部が形成され、その部分にクラックが発生するおそれがある。外装材102は、内部の電解液などのバリア層としての機能を持つので、外装材102にクラックが入ると、そこからの電解液漏れなどが生じ、フィルム外装電池としての性能や信頼性が大きく損なわれるおそれがある。
【0015】
本発明の目的は、電池要素を収納するための凹部が設けられた外装材を用いたフィルム外装電池において、電池要素の封止時に生じる外装材のへこみを最小限に抑えることによって外装材の損傷を防止することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のフィルム外装電池は、正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、この電池要素の正極および負極にそれぞれ、電池要素の厚み方向での一方の表面に沿って電池要素から突出して設けられた、電池要素よりも厚みの薄い中継部と、中継部を介して正極および負極とそれぞれ接続されたリード端子と、電池要素をその厚み方向両側から挟んで配され、電池要素を収納する収納部が形成されるとともに、周縁部が互いに接合されることでリード端子を突出させて電池要素を気密封止した外装材とを有する。そして、本発明のフィルム外装電池ではさらに、収納部は、電池要素を挟む外装材の一方の側に設けられた、電池要素の平面形状と略等しい平面形状を持ち、かつ、電池要素の厚さから中継部の厚さを減じた値に略等しい深さの第1の凹部と、電池要素を挟む外装材の他方の側に設けられた、電池要素と中継部とを合わせた平面形状と略等しい平面形状を持ち、かつ、中継部の厚さと略等しい深さの第2の凹部と、を対向させて形成されている。
【0017】
本発明のフィルム外装電池は、電池要素を収納する収納部が、それぞれ上記の平面形状および深さを有する2つの凹部を対向させて形成されるので、収納部を構成する空間は、電池要素および中継部を合わせた形状にほぼ合致する。このことにより、電池要素を外装材で封止した際に、大気圧による外装材のへこみは殆ど発生せず、その結果、外装材の折れ曲がりによる損傷が防止される。しかも、第1の凹部および第2の凹部は、それぞれ深さが一定であるので、外装材への凹部の加工も容易である。
【0018】
本発明のフィルム外装電池において、リード端子は、中継部の、外装材の一方の側と対向する面に接続されていることが好ましい。第2の凹部は、中継部の深さと略等しい深さであるので、中継部のリード端子が接続された面は外装材同士が互いに接合される面とほぼ同一平面上にある。したがって、中継部の上記の面にリード端子を接続することで、リード端子を曲げることなく外装材から突出させることができる。
【0019】
収納部を構成する空間を、電池要素と中継部とを合わせた形状により適合させるためには、第1の凹部を、電池要素の中継部が突出した辺に対応する側壁の、第1の凹部の底面に対する傾斜角度が、電池要素の他の辺に対応する側壁と比べて小さく形成することである。また、最も好ましくは、第1の凹部の、電池要素の中継部が突出した辺に対応する側壁を、中継部と対向する部位での第1の凹部の底面に対する傾斜角度を他の部位と比べて小さく形成する。第1の凹部および第2の凹部は、深絞り成形によって、容易に成形することが可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【0021】
[第1の実施形態]
図1および図2は、本発明の第1の実施形態によるフィルム外装電池の外観を示す斜視図、図3および図4は、図1および図2に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。なお、図1と図2、および図3と図4は表裏の関係にあり、以下の説明では、便宜上、図1および図3に示される側を表面側、図2および図4に示される側を裏面側とする。
【0022】
本実施形態のフィルム外装電池1は、電池要素6と、電池要素6に設けられた正極集電部7aおよび負極集電部7bと、電池要素6を電解液とともに収納する外装体2と、正極集電部7aに接続された正極リード端子5aと、負極集電部7bに接続された負極リード端子5bとを有する。
【0023】
外装体2は、電池要素6を上下から挟んで包囲する2枚の外装フィルム3,4からなり、これら外装フィルム3,4の周縁部を熱融着することで、電池要素6が封止される。この際、外装フィルム3,4の3辺を先に熱融着して外装体2を袋状としておき、その袋状となった外装体2の、開放している残りの1辺から内部の空気を排気し、その後、残りの1辺を熱融着することで、電池要素6は、大気圧によって外装体2が密着した状態で封止される。
【0024】
ここで、電池要素6について、図5を参照して説明する。
【0025】
図5に示すように、電池要素6は、複数の正極電極板8と複数の負極電極板9とを有し、最も外側が負極電極板9となるように、これらが交互に積層されている。正極電極板8と負極電極板9との間、および最も外側の負極電極板9のさらに外側には、それぞれセパレータ10が配置されている。正極電極板8および負極電極板9の1辺からは、それぞれタブ8a,9aが突出して設けられている。正極電極板8のタブ8aと負極電極板9のタブ9aは、正極電極板8のタブ8a同士、および負極電極板9のタブ9a同士が重なるように、互いに異なる位置に設けられている。
【0026】
これら正極電極板8のタブ8a同士、および負極電極板9のタブ9a同士は一括して超音波溶接され、図3および図4に示すように、それぞれ正極集電部7aおよび負極集電部7bを形成する。超音波溶接は、各正極電極板8および各負極電極板9からそれぞれ延びたタブ8a,9aの先端部分を溶接ヘッドで加圧して行うので、正極集電部7aおよび負極集電部7bは、基部では電池要素6の厚みとほぼ等しい厚みを有し、そこから先端に向かって厚みが薄くなり、超音波ヘッドが加圧された箇所ではほぼ一定の厚みとなっている。また、超音波溶接は、電池要素6を平らな台上に置いて行うので、正極集電部7aおよび負極集電部7bは、電池要素6裏面に沿って電池要素6から突出している。つまり、電池要素6の裏面と正極集電部7aおよび負極集電部7bの裏面とは、ほぼ同一平面上にある。
【0027】
正極リード端子5aおよび負極リード端子5bは、それぞれ正極集電部7aおよび負極集電部7bの、表面側の外装フィルム3と対向する面の、ほぼ一定の厚みとなった平らな箇所で接続される。
【0028】
外装フィルム3,4としては、金属薄膜と熱融着性樹脂とを積層したラミネートフィルムなど、フィルム外装電池に一般に用いられる周知の外装材を用いることができる。
【0029】
外装フィルム3,4にはそれぞれ凹部3a,4aが互いに対向する位置に形成されており、これら凹部3a,4aが向き合わせられることによって、電池要素6を収納するための電池要素収納部が形成される。凹部3a,4aは、例えば深絞り成形によって形成することができる。電池要素6の封止に際しては、外装フィルム3,4の凹部3a,4aの周囲の、外装フィルム3,4同士が対面している部分が熱融着される。
【0030】
表面側の外装フィルム3に形成される凹部3aの平面形状は、電池要素6の平面形状と略等しく、かつ、裏面側の外装フィルム4に形成される凹部4aの平面形状は、電池要素6、正極集電部7a、および負極集電部7bを合わせた平面形状と略等しくなるように設定される。
【0031】
ここで、本発明において平面形状とは、対象となる要素を電池要素6の厚み方向(別の言い方をすれば凹部3a,4aの深さ方向)と垂直な平面に投影したときに得られる形状をいい、特に、凹部3a,4aの平面形状と言った場合には、凹部3a,4aの底面形状そのものをいう。
【0032】
また、各凹部3a,4aの深さは、図6に示すように設定される。すなわち、表面側の外装フィルム3に形成される凹部3aの深さh1は、電池要素6の厚みから集電部7(図6では、正極と負極とを区別せず、両者を総称して単に集電部7として示している。また、以下の説明においても、正極と負極を区別せず単に集電部と称することがある。リード端子についても同様である。)の先端部での厚みを減じた値と略等しく、かつ、裏面側の外装フィルム4に形成される凹部4aの深さh2は、集電部7の先端部での厚みと略等しくなるように設定される。
【0033】
以上のように凹部3a,4aを形成することで、外装フィルム3,4で電池要素6を挟んだ状態では、凹部3a,4aを対向させて形成される空間は、電池要素6および集電部7を合わせた形状に合致しており、電池要素6および集電部7と外装フィルム3,4との間には、隙間は殆ど形成されない。そのため、電池要素6の封止の際に外装フィルム3,4内の空気を排気しても、大気圧による外装フィルム3,4のへこみは殆ど発生しない。したがって、外装フィルム3,4に、鋭角に折れ曲がる角部が発生することはなくなるので、外装フィルム3,4の折れ曲がりによるクラックなどの損傷を防止し、結果的に、内部に収納されている電解液の漏れなどによる、フィルム外装電池1の性能や信頼性の低下を防止することができる。
【0034】
また、各外装フィルム3,4に形成される凹部3a,4aの深さはそれぞれ一定であるので、凹部3a,4aを深絞り成形で加工する場合、深絞り成形で使用するポンチの外装フィルム3,4への加圧面は平面でよく、ポンチ全体の形状も単純な形状とすることができる。そのため、外装フィルム3,4への凹部3a,4aの加工を極めて容易に行うことができる。
【0035】
さらに、図6にも示したように、本実施形態では、リード端子5は集電部7のフィルム3と対向する面のほぼ一定の厚みとなった平らな箇所で集電部7と接続されているが、裏側のフィルム4に形成された凹部4aの深さは集電部7のリード端子5が接続された箇所での厚みと略等しいので、集電部7のリード端子5が接続された面は、フィルム3,4同士の接合面とほぼ同一平面上にある。そのため、このようにリード端子5を接続することで、リード端子5を曲げることなく外装フィルム3,4の接合面から突出させることができる。
【0036】
ところで、前述したように、集電部7は、その基部においては電池要素6の厚みとほぼ等しく、そこから先端に向かって厚みが薄くなる形状であるので、表面側の外装フィルム3の凹部3aをその平面形状が電池要素6の平面形状と等しくなるように形成した場合、集電部7の根元部分が凹部3aに収まりきれなくなることが懸念される。しかし、外装フィルム3,4は可撓性を有しており凹部3aは集電部7の根元部分の形状に合わせて広がることもできるので、集電部7の根元部分の影響はそれほど大きくない。
【0037】
しかも、凹部3aを深絞り成形によって加工する場合、実際には、深絞り成形に使用するポンチとダイスとの間にクリアランスが必要であり、このクリアランスによって凹部3aの側壁はテーパ状となる。このテーパを利用すれば、集電部7の根元部分の影響をより少なくすることができる。
【0038】
最も好ましいのは、外装フィルム3に凹部3aを深絞り成形で加工する際、ポンチとダイスとのクリアランスを、所望のテーパ形状が得られるように適宜設定することである。すなわち、図7に示すように、外装フィルム3に形成しようとする凹部3aの集電部7(図6参照)が突出する辺に対応する部位での、ポンチ12とダイス11とのクリアランスC1を、残りの3辺に対応する部位でのポンチ12とダイス11とのクリアランスC2よりも大きくする。
【0039】
これにより、電池要素6の集電部7が突出した辺に対応する凹部3aの側壁の、凹部3aの底面に対する傾斜角度が、残りの3辺に対応する側壁と比べて小さくなる。そして、クリアランスC1の大きさを、形成される凹部3aのこの部分での傾斜が集電部7の根元部分での傾斜と略等しくなるように設定すれば、集電部7の根元部分も含めて、電池要素6を凹部3a内に良好に収めることができる。
【0040】
本実施形態では、外装体2を2枚の外装フィルム3,4で構成しているが、1枚の外装材を2つ折りにして電池要素6を挟み、開放している3辺を熱融着することによって電池要素6を封止する構造としてもよい。この場合は、外装材の、2つ折りにしたときに電池要素6を間においた両側の部分に、電池要素収納部を構成する凹部を形成する。この場合でも、各凹部の平面形状および深さは前述したのと同様に形成すればよい。
【0041】
[第2の実施形態]
図8および図9は、本発明の第2の実施形態によるフィルム外装電池の外観を示す斜視図であり、図10および図11は、図8および図9に示すフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、図8および図10はフィルム外装電池を表面側から見た図を示し、図9および図11はフィルム外装電池を裏面側から見た図を示している。
【0042】
第1の実施形態では、正極リード端子および負極リード端子がともに外装体の同じ辺から突出したものとして説明したが、本実施形態のフィルム外装電池21では、正極リード端子25aと負極リード端子25bとが、フィルム外装電池21の反対側の辺から突出している。それに伴って、外装体22の内部に収納されている電池要素26に設けられる正極集電部27aおよび負極集電部27bの位置も、正極リード端子25aあるいは負極リード端子25bに対応した位置とされる。また、外装体22を構成する2枚の外装フィルム23,24にそれぞれ形成する凹部23a,24aについても、表側の外装フィルム23に形成する凹部23aは第1の実施形態と同様であるが、裏側の外装フィルム24に形成する凹部24aは、正極集電部27aおよび負極集電部27bの位置および形状に合わせて、平面形状が第1の実施形態に対して変更されている。その他の構成は、第1の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【0043】
このように、正極リード端子25aと負極リード端子25bとを互いに異なる辺から突出させることで、同じ辺から突出させたときと比べて、正極リード端子25aおよび負極リード端子25bの幅を大きくすることができる。これにより、正極リード端子25aおよび負極リード端子25bの電気抵抗を小さくすることができるので、正極リード端子25aおよび負極リード端子25bによる損失を抑え、結果的に、高出力のフィルム外装電池21とすることができる。
【0044】
本実施形態では、正極リード端子25aと負極リード端子25bとを外装体22の互いに反対側の辺から突出させた場合を示したが、互いに隣り合う辺から突出させてもよい。また、本実施形態においても、外装体22を2枚の外装フィルム23,24ではなく1枚の外装フィルムで構成することができる。
【0045】
[第3の実施形態]
図12は、本発明の第2の実施形態によるフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図であり、図13は、図12に示す表側の外装フィルムを裏側から見た平面図である。
【0046】
本実施形態のフィルム外装電池31では、表側の外装フィルム33に形成する凹部33aの形状が、第1の実施形態と異なっている。より詳しくは、凹部33aの、電池要素36の正極集電部37aおよび負極集電部37bが設けられた辺に対応する側壁が、正極集電部37aおよび負極集電部37bと対向する部位で、凹部33aの底面に対する傾斜角度が他の部位と比べて小さくなるように形成されている。その他、裏面側の外装フィルム34の凹部34aの形状、凹部33a,34aのそれぞれの深さ、正極リード端子35aが接続される正極集電部37aおよび負極リード端子35bが接続される負極集電部37bが電池要素36の同じ辺に位置することは、第1の実施形態と同様である。
【0047】
このような凹部33aは、深絞り成形で加工する場合には、図14に示すように、ダイス41の穴43の形状を、各集電部に対応する位置にそれぞれ切り込み部43aを有する形状とするだけで、ポンチ42については第1の実施形態と同様の、凹部33a(図13参照)の底面形状に等しい加圧面を有するものを用いて容易に形成することができる。
【0048】
上述した形状に凹部33aを形成することで、各凹部33a,34aを向き合わせて構成される電池要素収納部の形状を、正極集電部37aおよび負極集電部37bを合わせた電池要素36の外形状に、より適合させることができる。その結果、電池要素36の封止時の、外装フィルム33,34の変形をより抑えることができ、外装フィルム33,34にクラックが発生するのをより効果的に防止することができる。
【0049】
本実施形態では、外装体を2枚の外装フィルム33,34で構成した例を示したが、1枚の外装フィルムで構成することもできる。また、正極リード電極35aおよび負極リード端子35bを外装体の同じ辺から突出させた例を示したが、互いに異なる辺から突出させてもよい。
【0050】
【実施例】
次に、本発明の具体的な実施例について、上述した第1の実施形態のフィルム外装電池1を例に挙げて、第1の実施形態の説明に用いた図を参照しつつ説明する。
【0051】
〈正極の製作〉
スピネル構造を持つマンガン酸リチウム粉末、炭素質導電性付与材、およびポリフッ化ビニリデンを90:5:5の質量比でN−メチルピロリドン(NMPと表すことがある)に混合分散、攪拌してスラリーとした。NMPの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーを、ドクターブレードを用いて、正極電極板8となる厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に均一に塗布した。塗布時には、わずかに未塗布部(アルミニウム箔が露出している部分)が筋状にできるようにした。次に、これを100℃で2時間真空乾燥させた。その後、アルミニウム箔のもう一方の面にも同様に、スラリーを塗布し、真空乾燥させた。この際、表裏の未塗布部が一致するようにスラリーの塗布を行った。
【0052】
このようにして両面に活物質を塗布したアルミニウム箔をロールプレスした。これを、活物質の未塗布部を含めて矩形に切り出し、正極電極板8とした。活物質の未塗布部は片側の一部を矩形に残した他は切り取り、残った部分をタブ8aとした。
【0053】
〈負極の製作〉
アモルファスカーボン粉末、ポリフッ化ビニリデンを91:9の質量比でNMPに混合、分散、攪拌してスラリーとした。NMPの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーを、ドクターブレードを用いて、負極電極板9となる厚さ10μmの銅箔の片面に均一に塗布した。塗布時には、わずかに未塗布部(銅箔が露出している部分)が筋状にできるようにした。次に、これを100℃で2時間真空乾燥した。なお、このとき負極電極板9の単位面積あたりの理論容量と正極電極板8の単位面積あたりの理論容量が1:1となるように、活物質の塗布厚を調整した。その後、銅箔のもう一方の面にも同様に、スラリーを塗布し、真空乾燥した。
【0054】
このようにして両面に活物質を塗布した銅箔をロールプレスした。これを正極電極板8のサイズよりも縦横2mmずつ大きいサイズに、未塗布部を含めて矩形に切り出し、負極電極板9とした。活物質の未塗布部は片側の一部を矩形に残した他は切り取り、残った部分をタブ9aとした。
【0055】
〈電池要素の製作〉
上記のようにして作製した正極電極板8と負極電極板9、およびポリプロピレン層/ポリエチレン層/ポリプロピレン層の三層構造を持つマイクロポーラスシートからなるセパレータ10を図5に示すように交互に積層し、厚さ3mmの積層体とした。この際、最も外側の電極板は負極電極板9となるようにし、その負極電極板9のさらに外側にセパレータ10を設置した(つまり、セパレータ/負極電極板/セパレータ/正極電極板/セパレータ/・・・・・・/負極電極板/セパレータ、という順番)。
【0056】
次いで、正極電極板8、セパレータ10、および負極電極板9の積層体である電池要素6を平らな台の上に載置し、正極電極板8のタブ8aと、厚さ0.1mmのアルミニウム板からなる正極リード端子5aとを一括して超音波溶接し、正極集電部7aとした。同様に、負極電極板9のタブ9aと、厚さ0.1mmのニッケル板からなる負極リード端子5bとを一括して超音波溶接し、負極集電部7bとした。
【0057】
〈電池要素の封止〉
外装材として、ナイロン層/アルミニウム層/酸変性ポリプロピレン層/ポリプロピレン層の四層構造を持つアルミラミネートフィルムである2枚の外装フィルム3,4を用いた。一方の外装フィルム3に、電池要素6の平面形状と略等しい平面形状を有する凹部3aを、深絞り成形によって、電池要素6の厚みから集電部7の先端部での厚みを減じた値と略等しい深さで、ポリプロピレン層側が凹状となるように設けた。もう一方の外装フィルム4には、電池要素6と正極および負極の集電部7とを合わせた平面形状と略等しい平面形状を有する凹部4aを、集電部7の先端部での厚みと略等しい深さで、ポリプロピレン層側が凹状となるように設けた。
【0058】
上記の電池要素6を、正極リード端子5aおよび負極リード端子5bのみが外装フィルム3,4から突出するように、2枚の外装フィルム3,4を重ね合わせて各凹部3a,4aで構成される電池要素収納部に電池要素6を収納させて、外装フィルム3,4の周囲3辺を熱融着によって接合した。
【0059】
次に、接合してない残りの1辺から、電池要素6を収納した外装フィルム3,4の内部に電解液を注入した。
【0060】
電解液は、1mol/リットルのLiPF6を支持塩とし、プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートの混合溶媒(質量比50:50)を溶媒とするものを用いた。電解液の注入後、外装フィルム3,4の開放した残りの1辺から内部の空気を排気し、残りの1辺を熱融着することによって電池要素6を封止し、ラミネートフィルムからなる外装体2を有するリチウム二次電池であるフィルム外装電池1を得た。
【0061】
得られたフィルム外装電池1は、電池要素6を封止したときの、大気圧による外装フィルム3,4の変形が若干見られたものの、外装フィルム3,4にクラックを生じさせるような鋭角の角部は見られなかった。
【0062】
以上、代表的な幾つかの実施形態、および具体的な実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更され得ることは明らかである。
【0063】
例えば、可撓性を有する外装材として、金属薄膜と熱融着性樹脂とのラミネートフィルムを用いたが、電池要素を封止するのに十分なバリア性を有するものであれば他の材料を用いることもできる。
【0064】
また、電池要素としては、正極板と負極板とを交互に積層した積層型のものを例に挙げたが、本発明は捲回型にも適用することができる。この場合、リード端子との接続のために正極板および負極板にはそれぞれ複数のタブが設けられ、正極板のタブ同士、および負極板のタブ同士をそれぞれ一括して接合して集電部が形成される。また、捲回型の場合、正極板および負極板にそれぞれ設けられるタブの位置は、捲回された正極板および負極板を扁平状に圧縮したときに、正極板に設けられたタブ同士、および負極板に設けられたタブ同士がそれぞれ重なり合うような位置とされる。
【0065】
また、電池要素としてチウム二次電池の電池要素を例にして説明したが、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の電池要素、さらにはキャパシタ要素などにも適用することができる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、電池要素を収納する収納部を形成する2つの凹部が電池要素および中継部の平面形状および厚さに基づいて最適かつ単純な形状で形成されるので、電池要素の封止時に生じる外装材の変形による外装材の損傷を防止することができる。その結果、外装材からの電解液の漏れなどによるフィルム外装電池の性能や信頼性の低下を防止することができる。しかも、各凹部はそれぞれ深さが一定であるので、各凹部の形成も容易に行うことができる。
【0067】
また、リード端子を、中継部の、外装材の一方の側と対向する面に接続した構成とすれば、リード端子を曲げることなく外装材から突出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態によるフィルム外装電池の表面側から見た斜視図である。
【図2】図1に示したフィルム外装電池の裏面側から見た斜視図である。
【図3】図1に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図4】図1に示したフィルム外装電池の裏面側から見た分解斜視図である。
【図5】図2および図4に示した電池要素の構成を示す分解斜視図である。
【図6】図1に示したフィルム外装電池の、集電部近傍でのリード端子の突出方向に沿った断面図である。
【図7】外装フィルムに深絞り成形によって凹部を形成する場合に、意図的にテーパをつけて形成するときの、ダイスとポンチとの関係を示す断面図である。
【図8】本発明の第2の実施形態によるフィルム外装電池の表面側から見た斜視図である。
【図9】図8に示したフィルム外装電池の裏面側から見た斜視図である。
【図10】図8に示したフィルム外装電池の分解斜視図である。
【図11】図8に示したフィルム外装電池の裏面側から見た分解斜視図である。
【図12】本発明の第3の実施形態によるフィルム外装電池を表面側から見た状態で示す分解斜視図である。
【図13】図12に示した表面側の外装フィルムを裏面側から見た平面図である。
【図14】図12に示した表面側の外装フィルムを形成するのに用いられる深絞り成形用のダイスおよびポンチの一例の平面図である。
【図15】従来のフィルム外装電池の、電池要素の封止前の、外装材を透視して示す斜視図である。
【図16】図15に示す外装電池の、電池要素の封止後の斜視図である。
【符号の説明】
1,21,31 フィルム外装電池
2,22 外装体
3,4,23,24,33,34 外装フィルム
3a,4a,23a,24a,33a,34a 凹部
5 リード端子
5a,25a,35a 正極リード端子
5b,5b,35b 負極リード端子
6,26,36 電池要素
7 集電部
7a,27a,37a 正極集電部
7b,27b,37b 負極集電部
8 正極電極板
9 負極電極板
10 セパレータ
11,41 ダイス
12,42 ポンチ
Claims (8)
- 正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
前記電池要素の正極および負極にそれぞれ、前記電池要素の厚み方向での一方の表面に沿って前記電池要素から突出して設けられた、前記電池要素よりも厚みの薄い中継部と、
前記中継部を介して前記正極および負極とそれぞれ接続されたリード端子と、
前記電池要素をその厚み方向両側から挟んで配され、前記電池要素を収納する収納部が形成されるとともに、周縁部が互いに接合されることで前記リード端子を突出させて前記電池要素を気密封止した外装材とを有し、
前記収納部は、
前記電池要素を挟む外装材の一方の側に設けられた、前記電池要素の平面形状と略等しい平面形状を持ち、かつ、前記電池要素の厚さから前記中継部の厚さを減じた値に略等しい深さの第1の凹部と、
前記電池要素を挟む外装材の他方の側に設けられた、前記電池要素と前記中継部とを合わせた平面形状と略等しい平面形状を持ち、かつ、前記中継部の厚さと略等しい深さの第2の凹部と、
を対向させて形成されているフィルム外装電池。 - 前記中継部は、前記正極から突出した複数のタブおよび前記負極から突出した複数のタブをそれぞれ一括して接合することで形成された集電部である、請求項1に記載のフィルム外装電池。
- 前記リード端子は、前記中継部の、前記外装材の一方の側と対向する面に接続されている、請求項1または2に記載のフィルム外装電池。
- 前記第1の凹部は、前記電池要素の前記中継部が突出した辺に対応する側壁の、前記第1の凹部の底面に対する傾斜角度が、前記電池要素の他の辺に対応する側壁と比べて小さい、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
- 前記第1の凹部の、前記電池要素の前記中継部が突出した辺に対応する側壁は、前記中継部と対向する部位での前記第1の凹部の底面に対する傾斜角度が他の部位と比べて小さい、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
- 前記第1の凹部および第2の凹部は深絞り成形によって形成されている、請求項1ないし5のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
- 前記正極のリード端子と前記負極のリード端子とは、前記電池要素の互いに異なる辺で前記電池要素と接続されている、請求項1ないし6のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
- 前記電池要素は、化学電池要素またはキャパシタ要素である、請求項1ないし7のいずれか1項に記載のフィルム外装電池。
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