JP3821465B2

JP3821465B2 - ポリマー電解質電池

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Publication number: JP3821465B2
Application number: JP30621399A
Authority: JP
Inventors: 宏山本
Original assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Current assignee: Hitachi Maxell Energy Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001126709A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマー電解質電池に関し、さらに詳しくは、特に携帯用電子機器、電気自動車、ロードレベリングなどの電源として使用するのに適したポリマー電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリマー電解質電池では、電極および電解質をシート状にすることができ、それによって、Ａ４版、Ｂ５版などの大面積でしかも薄形の電池の作製が可能になり、各種薄形製品への適用が可能になって、電池の使用範囲が大きく広がっている。特にポリマー電解質を用いた電池は、耐漏液性を含めた安全性、貯蔵性が優れており、しかも薄く、フレキシブルであることから、機器の形状に合わせた電池を設計できるという、今までの電池にない特徴を持っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このポリマー電解質電池は、通常、アルミニウムフィルムを芯材にし、内面側に接着層となる熱融着性樹脂フィルムを配置したラミネートフィルムを外装材に用い、薄いシート状の電極とシート状のポリマー電解質層とを積層し、それを上記ラミネートフィルムからなる外装材で封止することによって、薄形電池に仕上げられる。
【０００４】
そして、このポリマー電解質電池では、電極を薄形にするため、通常、金属箔が集電体に用いられていて、正極の集電体にはアルミニウム箔が用いられ、負極の集電体には銅箔が用いられている。また、電池の外部端子、つまり、電池使用機器との接続に用いる正極端子や負極端子としては、電池使用機器との接続の容易さなどから、通常、ニッケルの箔またはリボンが用いられている。
【０００５】
これら電極と外部端子との電気的接続は、通常、正極側では正極作製時にアルミニウム箔の一部に正極合剤層を形成せずにアルミニウム箔の露出部分を残し、そこを正極端子との接続のためのリード部にし、負極側では負極作製時に銅箔の一部に負極合剤層を形成せずに銅箔の露出部分を残し、そこを負極端子との接続のためのリード部にしている。
【０００６】
しかしながら、上記アルミニウム製のリード部や銅製のリード部は厚みが薄いこともあって強度が低く、また、それらと正極端子や負極端子との接続部分も異種金属の接続によるものであるため強度が低いという問題があった。
【０００７】
すなわち、それらと正極端子や負極端子との接続は、通常、抵抗溶接、超音波溶接などで行われているが、いずれも、その溶接強度が低く、特に正極側におけるアルミニウムとニッケルとの溶接は、非常に難しく、その溶接強度が非常に低いという問題があった。
【０００８】
また、電池使用機器から高電圧または高容量が要求される場合、このポリマー電解質電池では、電極やポリマー電解質を薄いシート状にすることができるという特徴と生かしつつ、複数枚のシート状の正極と複数枚のシート状の負極とをそれぞれの間にポリマー電解質を介在させて積層して多層構造の電極積層体とし、それらの電極を直列または並列に接続することによって、電池使用機器が要求する高電圧または高容量に対応できるようにしている。
【０００９】
しかしながら、上記のような多層構造の電極積層体を有する場合には、その多層構造の電極積層体を構成する複数枚の正極のアルミニウム製のリード部や複数枚の負極の銅製のリード部を積層して正極端子や負極端子と接続する必要があり、その接続がさらにしにくくなるという問題があり、特に正極側では、上記のようにアルミニウムとニッケルとの溶接が非常に難しく、溶接強度が低いことに加えて、アルミニウムとニッケルとではその間に電解液が介在すると局部電池を形成してアルミニウムの腐食が生じるため、その接続を外装材の封止部分のところで行わなければならず、正極のリード部が複数枚であって厚みが厚くなることもあり、その接続がさらに困難になるという問題があった。
【００１０】
そのため、上記正極のリード部の積層体をアルミニウム製のリード体の一方の端部に接続し、そのリード体の他方の端部を外装材の封止部分のところで外部端子と接続することが提案されているが、溶接回数が増える上に、電池の実効内容積を減少させるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明者らは、正極端子として、アルミニウムとニッケルやステンレス鋼などの他の金属との部分クラッド材であって、電解液と接触する電池内部、つまり、外装材の封止部分より内側にあたる部分をアルミニウム単独で構成し、また、電池外部、つまり、外装材の封止部分より外側にあたる部分をニッケルまたはステンレス鋼が存在するように構成した部分クラッド材を用い、上記正極端子を構成する部分クラッド材の一方の端部のアルミニウム部分を上記正極のリード部と接続し、上記正極端子を構成する部分クラッド材の他方の端部を外装材の封止部分より外部側に引き出すことによって、上記問題を解決してきた。
【００１２】
そして、上記部分クラッド材からなる正極端子と正極のリード部との接続にあたっては、溶接強度が高くかつ溶接が容易であるという理由から超音波溶接が採用されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記正極端子と正極のリード部とを超音波溶接する場合、溶接時の振動が正極端子を構成する部分クラッド材の一方の金属と他方の金属との界面に集中し、必要な溶接強度まで溶接しようとすると上記部分で切断が生じてしまうという問題があった。
【００１４】
したがって、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決し、超音波溶接による正極端子の破断を防止して、信頼性の高いポリマー電解質電池を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正極と負極とそれらの間に介在するポリマー電解質とを内面側に熱融着性樹脂フィルムを配置してなるラミネートフィルムからなる外装体内に有し、正極のリード部と部分クラッド材で構成される正極端子の一方の端部とを超音波溶接で接続してなるポリマー電解質電池において、上記正極端子を構成する部分クラッド材の一方の金属と他方の金属との界面を、外装体の熱融着性フィルムとは別の接着フィルムで被覆することによって、超音波溶接時に上記部分クラッド材の金属間の界面にかかる振動を緩和して、正極端子の破断を防止するとともに溶接部分の強度を向上させて信頼性を高め、上記課題を解決したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明において、上記正極端子を構成する部分のクラッド材の異種金属間の界面を被覆するための接着フィルムとしては、例えば、変性ポリオレフィンフィルムなどが用いられる。この接着フィルムの厚さは、特に限定されるものではないが２０〜２００μｍが好ましい。すなわち、接着フィルムの厚さが上記より薄い場合は、破断を防止する効果を充分に発現することができなくなり、また、接着フィルムの厚さが上記より厚くなると、外装材の封止時に接着フィルムがシール部外面に漏れ出して外観を低下させるおそれがある。この接着フィルムは正極端子の異種金属間の界面とその近傍で超音波溶接による影響を受ける部分を被覆しておけばよいが、その異種金属間の界面の両横にそれぞれ０．５〜２ｍｍ程度の幅で被覆しておくことが好ましい。
【００１７】
また、正極端子を構成する部分クラッド材としては、電池内部側の部分、つまり、外装材のシール部より内側の部分をアルミニウムのみにし、それ以外の部分はアルミニウムとニッケルまたはステンレス鋼とのクラッド材にするのが好ましい。また、上記クラッド部分よりさらに電池外部側ではニッケルまたはステンレス鋼などで構成されていて、アルミニウム層が存在しないものでもよい。
【００１８】
そして、この正極端子を構成する部分クラッド材の厚さは、特に限定されるものではないが、４０〜２００μｍが好ましい。すなわち、上記部分クラッド材の厚さを４０μｍより厚くすることによって正極端子としての引張強度や折曲強度を確保し、引張りや折曲げによる正極端子の破断を防止することができ、また、厚さを２００μｍ以下にすることによって外装材のシール部に隙間が生じたり、電池総高が厚くなりすぎて薄形電池としての特徴を失うのを防止することができる。
【００１９】
つぎに、図面に基づいて本発明の構成と従来構成を対比しつつ説明する。まず、図１０の（ａ）により正極端子について説明すると、この正極端子５はアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとからなり、アルミニウム部分５ａはほぼ中央部より一方の端部にかけて正極端子５の全厚を占めており（つまり、上記部分はアルミニウムのみで構成されている）、ほぼ中央部から他方の端部にかけてはアルミニウムとニッケルとのクラッド材になっていて、図示のものでは下側がアルミニウム部分５ａでその上側をニッケル部分５ｂが占めている。
【００２０】
そして、この正極端子５と正極のリード部を超音波溶接により接続するには、図１０の（ａ）に示すように、正極のリード部１ｃを正極端子５の一方の端部を占めるアルミニウム部分５ａに近づけ、正極端子５と正極のリード部１ｃとを超音波溶接により接続する。なお、この図１０の（ａ）は正極端子５と正極のリード部１ｃとの超音波溶接前の状態を示しており、この正極端子５と正極のリード部１ｃとの接続部分は完成後の電池においては電池内部に位置することになる。
【００２１】
ところが、従来法にしたがい、正極端子５と正極のリード部１ｃとを超音波溶接すると、図１０の（ａ）に示すように、正極端子５はアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとの界面で破断を生じる。これは、前記したように、溶接時に正極端子５にかかる振動がアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとの界面に集中するからである。
【００２２】
そこで、本発明では、図５に示すように、正極端子５のアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとの界面を接着フィルム７で被覆し、その接着フィルム７でアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとの界面を被覆後、正極端子５のアルミニウム部分５ａに正極のリード部を超音波溶接により接続すると、溶接時の振動によりアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとの界面で正極端子５が破断するのが防止される。
【００２３】
また、負極端子も正極端子の場合と同様に部分クラッド材で構成するのが好ましい。ただし、負極端子を構成する部分クラッド材は、電池内部側の部分、つまり、外装材のシール部より内側の部分は銅のみにし、それ以外の部分は銅とニッケルまたはステンレス鋼とのクラッド材にするのが好ましい。そして、上記クラッド部分よりさらに電池外部側ではニッケルまたはステンレス鋼などで構成されていて、銅層が存在しないものでもよい。
【００２４】
この負極端子を構成する部分クラッド材の厚さは、特に限定されるものではないが、正極端子の場合と同様に、４０〜２００μｍが好ましい。
【００２５】
そして、この負極端子も負極のリード部との超音波溶接による接続にあたっては、その一方の金属と他方の金属との界面を、外装体の熱融着性フィルムとは別の接着フィルムで被覆しておくことが好ましく、この接着フィルムは前記正極の場合に例示したものと同様のものを使用することができる。また、その使用形態も正極端子側の場合と同様でよい。
【００２６】
本発明において、正極は正極集電体の少なくとも一方の面に正極合剤層を形成することによって作製され、通常、そのリード部は正極の作製時に正極集電体の一部に正極合剤層を形成せずに正極集電体の露出部分を残しておくことによって設けられる。ただし、正極のリード部は上記以外の手段によって正極に設けてもよい。上記正極集電体や正極合剤は公知の構成のものでもよく、例えば、正極集電体としてはアルミニウム箔が特に好適に用いられる。
【００２７】
また、負極は負極集電体の少なくとも一方の面に負極合剤層を形成することに作製され、通常、そのリード部は負極の作製時に負極集電体の一部に負極合剤層を形成せずに負極集電体の露出部分を残すことによって設けられる。ただし、負極のリード部は上記以外の手段によって設けてもよい。上記負極集電体や負極合剤層は公知の構成のものでもよく、例えば、負極集電体としては銅箔が特に好適に用いられる。
【００２８】
ポリマー電解質も、従来構成と同様のものを用いることができ、例えば、上記ポリマー電解質を構成するための電解液としては、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸メチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、エチレングリコールサルファイト、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２−メチル−テトラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの有機溶媒に、例えばＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣ₄Ｆ₉ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂、Ｌｉ₂Ｃ₂Ｆ₄（ＳＯ₃）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＣ_nＦ_2n+1ＳＯ₃（ｎ≧２）、ＬｉＮ（ＲｆＯＳＯ₂）₂〔ここではＲｆはフルオロアルキル基〕などの無機イオン塩を溶解させることによって調製したものが使用され、また、上記電解液をゲル化させるためのゲル化成分としては、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、フッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体などのように直鎖状のポリマーを加熱することにより電解液に溶解させた後、冷却することによって電解液をゲル化させるポリマーや、例えばジペンタエリスリトールヘキサアクリレートなどの活性光線（例えば、紫外線、電子線など）で重合可能な二重結合を一分子あたり２個以上含みモノマーまたはプレポリマーを主成分とする架橋性組成物などが用いられる。
【００２９】
【実施例】
つぎに、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明は実施例に例示のもののみに限定されることはない。
【００３０】
実施例１
まず、この実施例１において用いる正極および負極の作製、ゲル化成分含有電解液の調製について先に説明する。
【００３１】
正極の作製：
正極活物質であるＬｉＣｏＯ₂８０重量部、導電助剤であるアセチレンブラック５重量部、バインダーであるポリフッ化ビニリデン５重量部とをＮ−メチルピロリドンを溶媒として均一になるように混合し、正極合剤含有ペーストを調製した。この正極合剤含有ペーストを厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が１３０μｍになるように正極合剤層の厚みを調整し、正極合剤層形成部分の面積が７０ｍｍ×４０ｍｍになるように切断して正極を作製した。ただし、上記正極の作製にあたっては、アルミニウム箔の長辺方向の端部に正極合剤含有ペーストを塗布せずに、幅７ｍｍ、長さ２０ｍｍのアルミニウム箔の露出部分を残し、そのアルミニウム箔の露出部分を正極端子などとの接続のためのリード部とした。この正極の断面図を図１に模式的に示す。図１に示すように、この正極１は正極集電体１ａの両面に正極合剤層１ｂを形成することによって作製され、そのリード部１ｃは上記正極集電体１ａを構成するアルミニウム箔の一部に正極合剤含有ペーストを塗布せず、アルミニウム箔を露出させることによって構成されている。
【００３２】
負極Ａの作製：
負極活物質である黒鉛９０重量部とカーボトロンＰ（商品名、呉羽化学工業社製の低結晶カーボン）を８重量部とバインダーであるポリフッ化ビニリデン１５重量部とをＮ−メチルピロリドンを溶媒として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製し、厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が１３０μｍになるように負極合剤層の厚みを調整し、負極合剤層形成部分の面積が７２ｍｍ×４２ｍｍになるように切断して負極を作製した。また、この負極の作製にあたっては、銅箔の長辺方向の端部に負極合剤含有ペーストを塗布せず、幅７ｍｍ、長さ２０ｍｍの銅箔の露出部分を残し、その銅箔の露出部分を負極端子などとの接続のためのリード部とした。このようにして作製した負極Ａは、負極合剤層が負極集電体の両面に形成された、いわゆる両面塗布負極と呼ばれるものである。この負極Ａの断面図を図２に模式的に示す。図２に示すように、負極Ａは負極集電体２ａの両面に負極合剤層２ｂを形成することによって作製され、そのリード部２ｃは上記負極集電体２ａを構成する銅箔の一部に負極合剤含有ペーストを塗布せず、銅箔を露出させて構成されている。なお、図示にあたっては、この負極Ａおよび後述の負極Ｂとも同一の参照符号２を付して示す。
【００３３】
負極Ｂの作製：
上記負極Ａの場合と同様の負極合剤含有ペーストを厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体の片面に塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が７０μｍになるように負極合剤層の厚みを調整し、負極合剤層の形成部分の面積が７２ｍｍ×４２ｍｍになるように切断して負極Ｂを作製した。この負極Ｂの作製にあたっても、銅箔の長辺方向の端部に負極合剤含有ペーストを塗布せず、幅７ｍｍ、長さ２０ｍｍの銅箔の露出部分を残し、その銅箔の露出部分を負極端子などとの接続のためのリード部とした。このようにして作製された負極Ｂは、負極合剤層が負極集電体の片面のみに形成された、いわゆる片面塗布負極と呼ばれるものである。この負極Ｂの断面図を図３に模式的に示す。図３に示すように、この負極Ｂは負極集電体２ａの片面のみに負極合剤層２ｂを形成することによって作製されている。
【００３４】
ゲル化成分含有電解液の調製：
プロピレンカーボネートとエチレンカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１．２２ｍｏｌ／ｌ溶解させることによって調製した電解液に開始剤として２，４，６−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド〔商品名：ルシリンＴＰＯ、ビーエーエスエフジャパン（株）製〕をあらかじめモノマー成分に対して２重量％加えて溶解しておき、そこにジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを使用開始１０分前に濃度が６重量％になるように加えて混合し、ゲル化成分を含有する電解液を調製した。このゲル化成分を含有する電解液を上記標題のように「ゲル化成分含有電解液」と簡略化して表現する。
【００３５】
上記のように作製した正極をポリマー電解質層の支持体となる不織布で包んで、正極と支持体とを一体化しておき、その全体にゲル化成分含有電解液を含浸させ、ゲル化して、ポリマー電解質保持正極を得た。負極は不織布で包むことなく、ゲル化成分含有電解液を含浸させ、ゲル化して、ポリマー電解質保持負極を得た。それらの作製方法の詳細を次に示す。
【００３６】
ポリマー電解質保持正極の作製：
支持体としては、厚さ３０μｍ、坪量１２ｇ／ｍ²のポリブチレンテレフタレート不織布〔ＮＫＫ社製、ＭＢ１２３０（商品名）〕を用いた。
【００３７】
そして、正極の正極合剤層形成部分とリード部とにまたがるようにして、厚さ５０μｍ、幅３ｍｍのポリイミドテープをその両面から貼着し、短絡の防止および端子の強度保持と図った。また、リード部の正極端子との接続に用いる部分のすべての表面を、熱により接着面の粘着性が失われる熱剥離テープで被覆した後、この正極を上記ポリブチレンテレフタレート不織布の長さ方向の中央部より左側の部分に載置し、右側の部分を折り返して正極を覆った後、その幅方向の両側部を熱融着器〔商品名：ポリシーラー、富士インパルス（株）製〕でシールして支持体としてのポリブチレンテレフタレート不織布を袋状にし、両者を密接させて正極と支持体とを一体化した。この正極と支持体とを一体化した正極ユニットを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸漬して正極ユニットにゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエチレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、そのポリエチレン製袋の両面から、フュージョンＵＶシステムズ・ジャパン（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ／ｃｍ²の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー成分を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状ポリマー電解質とした。このポリマー電解質層を保持させた正極を袋から取り出し、そのリード部の正極端子との接続に用いる部分に１５０℃の熱風を吹き付けることによって熱剥離テープを該部分から剥がし、ポリマー電解質保持正極を得た。
【００３８】
ポリマー電解質保持負極Ａの作製：
上記のように作製した負極Ａの負極合剤層形成部分とリード部とにまたがるようにして、厚さ５０μｍ、幅３ｍｍのポリイミドテープをその両面から貼着し、短絡の防止および端子の強度保持を図った。また、リード部の負極端子との接続に用いる部分のすべての表面を、熱により接着面の粘着性が失われる熱剥離テープで被覆した後、この負極Ａを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸漬して、ゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエチレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、ポリエチレン製の袋の両面から、フュージョンＵＶシステムズ・ジャパン（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ／ｃｍ²の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー成分を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状ポリマー電解質とした。このゲル状ポリマー電解質を保持させた負極Ａを袋から取り出し、そのリード部の負極端子との接続に用いる部分に１５０℃の熱風を吹き付けることによって熱剥離テープを該部分から剥がし、ポリマー電解質保持負極Ａを得た。
【００３９】
ポリマー電解質保持負極Ｂの作製：
上記のように作製した負極Ｂの負極合剤層形成部分とリード部とにまたがるようにして、厚さ５０μｍ、幅３ｍｍのポリイミドテープをその両面から貼着し、短絡の防止および端子の強度保持を図った。また、リード部の負極端子との接続に用いる部分のすべての表面を、熱により接着面の粘着性が失われる熱剥離テープで被覆した後、この負極Ｂを前記ゲル化成分含有電解液に減圧下で１分間浸漬して、ゲル化成分含有電解液を含浸させた後、ポリエチレン製の袋に入れて密閉した。つぎに、そのポリエチレン製袋の外側から、上記負極Ｂの負極合剤層形成部分が配置する側にフュージョンＵＶシステムズ・ジャパン（株）製の紫外線照射装置を用いて、紫外線を１Ｗ／ｃｍ²の照度で１０秒間照射し、電解液中のモノマー成分を重合させるとともに、電解液をゲル化してゲル状ポリマー電解質とした。このゲル状ポリマー電解質を保持させた負極Ｂを袋から取り出し、そのリード部の負極端子との接続に用いる部分に１５０℃の熱風を吹き付けることによって熱剥離テープを該部分から剥がし、ポリマー電解質保持負極Ｂを得た。
【００４０】
つぎに、前記のようにして作製したポリマー電解質保持正極５枚と、ポリマー電解質保持負極Ａ４枚と、ポリマー電解質保持負極Ｂ２枚を用意し、ポリマー電解質保持負極Ｂ、ポリマー電解質保持正極、ポリマー電解質保持負極Ａ、ポリマー電解質保持正極、ポリマー電解質保持負極Ａ、ポリマー電解質保持正極、ポリマー電解質保持負極Ａ、ポリマー電解質保持正極、ポリマー電解質保持負極Ａ、ポリマー電解質保持正極、ポリマー電解質保持負極Ｂの順に積層して電極積層体を得た。この時、２枚のポリマー電解質保持負極Ｂの負極合剤層形成部分は、いずれも電極積層体の内部側を向くようにして積層した。つまり、２枚のポリマー電解質保持負極Ｂの厚さ１０μｍの銅箔からなる負極集電体を電極積層体の外面側を向くように配置した。
【００４１】
この電極積層体では、ポリマー電解質保持正極とポリマー電解質保持負極とを積層しているので、正極に保持させたポリマー電解質と負極に保持させたポリマー電解質とが正極と負極との間にポリマー電解質（特に正極の周囲に支持体として配置したポリブチレンテレフタレート不織布の内部空孔や周囲にポリマー電解質が高密度に存在する）が介在した状態で正極と負極とが積層されている。
【００４２】
この電極積層体を図４に基づいて説明するが、この電極積層体を構成するために積層した電極は、上記のようにポリマー電解質を保持させた正極とポリマー電解質を保持させた負極であり、結果的に正極と負極との間のポリマー電解質が介在している状態になるので、この図４では正極１と負極２との間にポリマー電解質３を介在させた状態のものとして説明する。すなわち、この図４に示す電極積層体は、一番下側に負極２（この負極２は、負極Ｂ、つまり片面塗布負極に基づくものである）が配置し、その上に、ポリマー電解質３を介して、正極１、負極２、正極１、負極２、正極１、負極２、正極１、負極２、正極１、負極２（この負極２は、負極Ｂ、つまり、片面塗布負極に基づくものであり、最外層の２枚の負極２以外は、すべて負極Ａ、つまり、両面塗布負極に基づくものである）の順に積層されている。なお、この図４では、上記の理由により、正極１と負極２との間に白抜きでポリマー電解質３を示したが、以後の図では、このポリマー電解質３の図示を省略する。
【００４３】
正極端子としては厚さ１００μｍ、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍのアルミニウムとニッケルの部分クラッド材（以下、「Ａｌ／Ｎｉ部分クラッド材」という）を用い、接着フィルムとしては厚さ７０μｍで幅７ｍｍの変性ポリオレフィンフィルムを用い、この変性ポリオレフィンフィルムで上記Ａｌ／Ｎｉ部分クラッド材からなる正極端子のアルミニウムとニッケルとの界面を被覆した後、この正極端子の一方の端部を上記電極積層体の正極のリード部の積層体と溶接時間７５ｍｓｅｃ、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、アンプリチュード６０％の条件下で超音波溶接して接続した。この正極端子を構成するＡｌ／Ｎｉ部分クラッド材は電池内部側の端部から１０ｍｍのところまではアルミニウムのみで構成し、そこから電池外部側の端部まではアルミニウムとニッケルとのクラッド材にした。そのクラッド部分のアルミニウム層の厚さは７０μｍで、ニッケル層の厚さは３０μｍである。そして、上記Ａｌ／Ｎｉ部分クラッド材からなる正極端子のアルミニウム部分を正極のアルミニウム製のリード部の積層体と接続し、Ａｌ／Ｎｉクラッド部分の自由端は電池外部側になるようにした。上記正極端子を図５に基づき説明すると、正極端子５はアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとで構成され、正極端子５の電池内部側の端部から１０ｍｍのところ（図示していないが、この位置は上記電極積層体を外装材で封止した後において外装材の封止部分に２ｍｍ入ったところに相当する）まではアルミニウムのみで構成され、そこから電池外部側の端部に向かってはアルミニウムとニッケルとのクラッド材になっていて、そのクラッド部分では下側をアルミニウム部分５ａが占め、その上側をニッケル部分５ｂが占めている。そして、この正極端子５の表面側におけるアルミニウム部分５ａとニッケル部分５ｂとの界面をその裏面も含み変性ポリオレフィンフィルムからなる接着フィルム７で被覆している。この接着フィルム７は正極端子５の裏面側も被覆しているが、接着フィルム７は超音波溶接による正極端子５の異種金属間の界面での破断を防止するためのものであるため、超音波溶接の影響を受ける部分には必要であるものの、たとえ異種金属間の界面でも超音波溶接の影響を受けない部分には必要でない。
【００４４】
また、負極端子としては、厚さ１００μｍ、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍの銅とニッケルの部分クラッド材（以下、「Ｃｕ／Ｎｉ部分クラッド材」という）を用い、接着フィルムとして厚さ７０μｍ、幅７ｍｍの変性ポリオレフィンフィルムを用い、この変性ポリオレフィンフィルムで上記Ｃｕ／Ｎｉ部分クラッド材からなる負極端子の銅とニッケルとの界面を被覆した後、この負極端子の一方の端部を上記電極積層体の負極のリード部の積層体と溶接時間１２０ｍｓｅｃ、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、アンプリチュード６０％の条件下で超音波溶接して接続した。この負極端子を構成するＣｕ／Ｎｉ部分クラッド材は電池内部側の端部から１０ｍｍのところまでは銅のみで構成し、そこから電池外部側の端部までは銅とニッケルとのクラッド材とした。そのクラッド部分の銅層の厚さは７０μｍで、ニッケル層の厚さは３０μｍであった。そして、上記Ｃｕ／Ｎｉ部分クラッド材からなる負極端子の銅部分は負極の銅製のリード部の積層体と接続し、Ｃｕ／Ｎｉクラッド部分の自由端は電池外部側になるようにした。上記負極端子を図６に基づき説明すると、負極端子６は銅部分６ａとニッケル部分６ｂとで構成され、負極端子６の電池内部側の端部から１０ｍｍのところ（図示していないが、この位置は上記電極積層体を外装材で封止した後において外装材の封止部分に２ｍｍ入ったところに相当する）までは銅のみで構成され、そこから電池外部側の端部に向かっては銅とニッケルとのクラッド材になっていて、そのクラッド部分では下側を銅部分６ａが占めその上側をニッケル部分６ｂが占めている。そして、この負極端子６の表面側における銅部分６ａとニッケル部分６ｂとの界面をその裏面も含み前記正極端子５側の場合と同様に変性ポリオレフィンフィルムからなる接着フィルム７で被覆している。
【００４５】
上記のようにして正極端子および負極端子を取り付けた電極積層体を外装材で封止して、積層形ポリマー電解質電池を作製した。
【００４６】
上記電極積層体の封止に際して用いた外装材は、図７に示すように、保護フィルム４ａ、金属箔４ｂ、熱融着性樹脂フィルム４ｃの３層ラミネートフィルムからなり、この実施例では、上記保護フィルム４ａとして厚さ３０μｍのナイロンフィルムが用いられており、金属箔４ｂとしては厚さ５０μｍのアルミニウム箔が用いられ、熱融着性樹脂フィルム４ｃとしては厚さ３０μｍの変性ポリオレフィンフィルムが用いられていて、上記ナイロンフィルムはアルミニウム箔の損傷や腐食を防ぎ、アルミニウム箔は水分やガスの透過を阻止し、変性ポリオレフィンフィルムは接着層として作用する。この外装材４は上記電極積層体の封止にあたって２枚用いられ、両者とも同じ構成のものであるが、そのうちの一方は上記電極積層体を収容しやすいようにあらかじめ鍔付きの容器状に成形され、他方はプレート状をしていて、それぞれ変性ポリオレフィンフィルムを内面側にして、電極積層体の周囲に配置し、その接合部を加熱して変性ポリオレフィンフィルム同士を熱融着させて封止している。
【００４７】
図８は上記のようにして作製された積層形ポリマー電解質電池の平面図である。正極端子５と負極端子６とは同じ方向に取り出されているが、両者の間に通常１５ｍｍの間隔があって、通常の条件下では両者が接触して短絡を引き起こすようなことはない。
【００４８】
上記積層形ポリマー電解質電池の正極端子取出部分の拡大断面図、すなわち、図８のＸ−Ｘ線断面の拡大図を図９に示す。
【００４９】
この図９では、正極端子のＡｌ／Ｎｉ部分クラッド材のアルミニウムとニッケルの界面を被覆した接着フィルム７は外装材４の封止部分において正極端子５と外装材４との間に介在した状態で配置している。
【００５０】
比較例１
正極端子を構成するＡｌ／Ｎｉ部分クラッド材のアルミニウムとニッケルとの界面を接着フィルムで被覆せず、かつ負極端子を構成するＣｕ／Ｎｉ部分クラッド材の銅とニッケルとの界面を接着フィルムで被覆しなかった以外は、実施例１と同様に積層形ポリマー電解質電池を作製した。
【００５１】
上記実施例１の電池と比較例１の電池をそれぞれ２０個ずつ製造し、その製造工程中における超音波溶接に基づく正極端子の破断を調べた。その結果を表１に示す。ただし、表１への表示にあたっては分母にそれぞれの電池製造した全電池個数を示し、分子に正極端子の破断が生じた電池個数を示す。なお、正極端子の破断の有無は目視および顕微鏡観察によって判断した。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１に示す結果から明らかなように、比較例１では製造した２０個の電池中の１６個の電池に超音波溶接による正極端子の破断が生じたが、実施例１では超音波溶接による正極端子の破断がまったくなかった。もとより、実施例１では超音波溶接による負極端子の破断もなかった。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、正極端子に部分クラッド材を用いたポリマー電解質電池において、超音波溶接による正極端子の破断が生じない信頼性の高いポリマー電解質電池を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１のポリマー電解質電池を用いる正極を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる負極Ａを模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる負極Ｂを模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる電極積層体を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いるアルミニウムとニッケルとの部分クラッド材からなる正極端子のアルミニウムとニッケルとの界面を接着フィルムで被覆した状態を模式的に示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図６】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる銅とニッケルとの部分クラッド材からなる負極端子の銅とニッケルとの界面を接着フィルムで被覆した状態を模式的に示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその断面図である。
【図７】本発明の実施例１のポリマー電解質電池に用いる外装材を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施例１のポリマー電解質電池を模式的に示す平面図である。
【図９】本発明の実施例１のポリマー電解質電池の正極端子の取付部分を模式的に示す図であって、図８のＸ−Ｘ線断面の拡大図である。
【図１０】従来法によりアルミニウムとニッケルとの部分クラッド材からなる正極端子と正極のリード部とを超音波溶接した時に生じる正極端子の破断を模式的に示すもので、（ａ）は超音波溶接前を示す断面図、（ｂ）は超音波溶接後で正極端子に破断が生じた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１正極
１ａ正極集電体
１ｂ正極合剤層
１ｃリード部
２負極
２ａ負極集電体
２ｂ負極合剤層
２ｃリード部
３ポリマー電解質
４外装材
４ａ保護フィルム
４ｂ金属箔
４ｃ熱融着性樹脂フィルム
５正極端子
５ａアルミニウム部分
５ｂニッケル部分
６負極端子
６ａ銅部分
６ｂニッケル部分
７接着フィルム

Claims

正極と負極とそれらの間に介在するポリマー電解質とを内面側に熱融着性樹脂フィルムを配置してなるラミネートフィルムからなる外装体内に有し、正極端子が少なくとも２種の金属の部分クラッド材で構成され、上記正極のリード部と部分クラッド材で構成される正極端子を超音波溶接してなるポリマー電解質電池において、上記正極端子を構成する部分クラッド材の一方の金属と他方の金属との界面を、上記外装体の熱融着性フィルムとは別の接着フィルムで被覆し、正極のリード部と正極端子とを超音波溶接したことを特徴とするポリマー電解質電池。
負極端子が少なくとも２種の金属の部分クラッド材で構成され、上記負極端子を構成する部分クラッド材の一方の金属と他方の金属との界面を、外装体の熱融着性フィルムとは別の接着フィルムで被覆し、負極のリード部と上記負極端子とを超音波溶接した請求項１記載のポリマー電解質電池。