JP3905973B2 - 薄型電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型電池に関し、詳しは、シート状のラミネート材で構成される外装体を有し、この外装体は、発電要素を収納した外装体本体部と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、外装体本体部の底部を封止する第２封止部と、外装体本体部の側端部を封止する第３封止部とから構成され、しかも、前記第１封止部は、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブが、電池外に導出している状態で封止された構造の薄型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器等の小型化に伴って、電池の小型化が望まれるようになってきている。この電池の小型化を達成するために、本発明者らは、先に、アルミニウム層の両面に接着剤層を介して樹脂層が形成されたラミネート材を袋状にしてラミネート外装体を構成し、このラミネート外装体の収納空間に発電要素を収納するような薄型電池を提案した。このような構造の電池であれば、飛躍的に電池の小型化を達成できる。
【０００３】
ところで、上記構造の電池では、ラミネート材により発電要素を封止する必要があり、そのため、ラミネート材の端部同士が溶着された封止構造を有している。かかる封止構造を具体的に説明すれば、図１９に示すように、外装体本体部３の頂部を封止する第１封止部４ａと、外装体本体部３の底部を封止する第２封止部４ｂと、外装体本体部３の側端部を封止する第３封止部４ｃとから構成され、しかも、前記第１封止部４ａは、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブ５ａ，５ｂが、電池外に導出している状態で封止された構造となっている。
【０００４】
このよう薄型電池では、上記の如く封止構造を有するので、本質的に以下の要請がある。
▲１▼封止部は、ラミネート材の端部同士を重ね合わせて接着した部分であるので、ラミネート材の端面が外部に露出している。このため、露出端面のうちの水分や酸素に対する透過性の大きい接着剤層から、水分等が侵入し、この水分等が、接着剤層を覆う樹脂層を通過して電池内部に侵入して、電池特性の劣化を招く原因となっている。そこで、かかる問題を解決するため、封止部からの水分等の侵入を可及的に低減することが、要請されている。
▲２▼また、体積エネルギー密度の向上を図ることも、本質的な要請である。
ここで、体積エネルギー密度とは、本来的には、電池の体積に対する発電要素の全出力エネルギーの割合で定義されるものであるが、このような薄型電池の分野においては、見かけ上の体積エネルギー密度を用いている。ここに、見かけ上の体積エネルギー密度とは、電池の最大縦、最大横、最大厚みに基づいて算出した見かけ上の体積に対する発電要素の全出力エネルギーの割合を意味する。図１９に示す従来の薄型電池を例にして説明すれば、電池の縦は、外装体本体部の縦Ｌ１と第１封止部の幅Ｍ１と第２封止部の幅Ｍ２をそれぞれ加えた値（Ｌ１＋Ｍ１＋Ｍ２）であり、電池の横はＬ２であり、電池の厚みは、Ｌ３である。よって、体積エネルギー密度Ｗは、発電要素の全出力エネルギーをφとすると、以下の第１式で表される。
Ｗ＝エネルギーφ／｛（Ｌ１＋Ｍ１＋Ｍ２）・Ｌ２・Ｌ３｝ … （１）
【０００５】
このような見かけ上の体積エネルギー密度を用いるのは、以下の理由による。即ち、電子機器等の電池収納空間は、電池の縦、横、厚み、の各々の最大長さに対応した方形体状に形成されているので、電子機器等の電池収納空間に則して体積エネルギー密度を算出するのが、電池の使用方法を考慮すれば実情に合致したものと考えられるからである。
このようにして、上記構造の薄型電池において、体積エネルギー密度としては、上記定義するところの見かけ上の体積エネルギー密度が用いられている。よって、本明細書においても、用語「体積エネルギー密度」とは、上記定義するところの見かけ上の体積エネルギー密度を意味するものとして使用することにする。
【０００６】
しかしながら、従来の薄型電池では、封止部が外装体本体部から突出形成されたままの状態であるため、上記要請の観点から、以下の課題が生じていた。
即ち、封止部の幅が長い場合は、これに応じて電池の縦長が大きくなり、体積エネルギー密度は減少することになる。封止部の幅が短い場合は、これに応じて電池の縦長が小さくなり、体積エネルギー密度は増加することになる。よって、体積エネルギー密度の向上を図るという観点からすれば、封止部は短い方が良いことになる。
逆に、封止部の幅が長い場合は、外部の水分等が侵入し難く、電池性能の劣化を防止でき、封止部の幅が短い場合は、短い分だけ外部の水分等が侵入し易くなり、水分等の侵入に起因した電池性能の劣化を招くことになる。よって、水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止という観点からすれば、封止部は長い方が良いことになる。
従って、従来例の封止部構造では、体積エネルギー密度の向上及び水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止という２つの要請のいずれか一方の要請しか満たすことができず、２つの要請を同時に満たすことができなかった。
【０００７】
そこで、上記２つの要請を同時に満たすため、封止部を外装体本体の上面側に折り曲げて、この折り曲げ部分を外装体本体の上面に密着させる構造が提案されている。しかしながら、このような構造では、電池の厚みが増加し、電池厚みが薄いという薄型電池の特徴が失われる。更に、電池の厚みの増加により、体積エネルギー密度の減少を招くことにもなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、外装体本体部に連なる封止部の幅を短くすることなく、しかも電池厚みを増大することなく、体積エネルギー密度を向上するようにした薄型電池の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のうちで請求項１記載の発明は、シート状のラミネート材で構成される外装体を有し、この外装体は、発電要素を収納した外装体本体部と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、前記頂部に対向する外装体本体部の底部を封止する第２封止部と、前記頂部と前記底部の方向に延びる外装体本体部の側端部を封止する第３封止部とから構成され、前記第１封止部は、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブが、電池外に導出している状態で封止された構造の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の如く、第１封止部及び前記第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部を、折り曲げることにより、当該封止部の外装体本体部からの突出長さが短くなる。このため、当該封止部の幅を長くしておいても、折り曲げることにより体積エネルギー密度の低下を防止できる。よって、当該封止部の幅を短くすることに起因した外部の水分等の侵入による電池特性の劣化を防止することができ、しかも当該封止部の幅を長くすることに起因した体積エネルギー密度の低下を防止することができる。加えて、折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されているので、電池の厚みを増加させることもない。従って、かかる観点からも、電池厚みが薄いという薄型電池の特徴を維持することができると共に、電池厚みが厚くなることに伴う体積エネルギー密度の減少も防止できる。
【００１１】
尚、封止部の構造は、ラミネート材の内側面同士を密着させる場合、ラミネート材の内側面と外側面を重ねて密着させる場合、ラミネート材の外側面同士を密着させる場合、その他、ラミネート材の一方の端部を予め内側に折り曲げて内側面同士を密着させておき、且つ他方の端部も同様に内側に折り曲げて内側面同士を密着させておき、当該両端部の外側面同士を密着させる場合など、種々の構造が考えられる。本請求項１記載の発明における封止部は、上記種々の封止部構造のうち、外装体本体部から突出形成されている全ての種類を含む概念である。
【００１２】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、前記第３封止部はラミネート材の内側面と外側面とが密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、これらの第１及び第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されていることを特徴とする。
【００１３】
上記の如く、第１封止部及び第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着して形成されたものであり、第３封止部はラミネート材の内側面と外側面とが密着して形成されたものであり、従って、第１封止部及び第２封止部のみが外装体本体部から突出した形状である。よって、第１封止部及び第２封止部のうちの少なくともいずれか一方の封止部を、折り曲げ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制することにより、上記請求項１記載の発明において説明したのと同様の作用・効果を奏することになる。
【００１４】
また、本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１記載の薄型電池において、前記第１封止部、前記第２封止部及び前記第３封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであることを特徴とする。
【００１５】
上記の如く、第１封止部〜第３封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着して形成されたものであり、第１封止部〜第３封止部のいずれもが、外装体本体部から突出した形状であり、それゆえに第１〜第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部を、折り曲げ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制することにより、上記請求項１記載の発明において説明したのと同様の作用・効果を奏する。
【００１６】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１記載の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、前記第３封止部はラミネート材の外側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、これらの第１封止部及び第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されていることを特徴とする。
【００１７】
上記の如く、第１封止部及び第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着して形成されたものであり、第３封止部はラミネート材の外側面同士が密着して形成されたものであり、従って、第１封止部及び第２封止部のみが外装体本体部から突出した形状である。よって、第１封止部及び第２封止部のうちの少なくともいずれか一方の封止部を、折り曲げ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制することにより、上記請求項１記載の発明において説明したのと同様の作用・効果を奏することになる。
【００１８】
また、本発明のうちで請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部の折り曲げ部分が、外装体本体部に密着していることを特徴とする。
【００１９】
上記の如く、前記第１封止部及び前記第２封止部の双方の折り曲げ部分を、外装体本体部に密着させるので、当該折り曲げ部分の外装体本体部からの突出長さを可及的に小さくすることができる。このため、より一層の体積エネルギー密度の向上を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
〔第１の形態〕
本発明の第１の形態を、図１〜図１２に基づいて、以下に説明する。尚、図３及び図５において、図解の容易を図るため、渦巻き電極体の断面構造は簡略化して描いている。
本発明の薄型電池は、図１及び図２に示すように、シート状のラミネート材で構成されるラミネート外装体１を有する。このラミネート外装体１は、発電要素としての渦巻き電極体２（図７を参照）を収納した外装体本体部３と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部４ａと、外装体本体部の底部を封止する第２封止部４ｂと、外装体本体部の側端部を封止する第３封止部４ｃとを有する。前記第１封止部４ａでは、前記渦巻き電極体２を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブ５ａ，５ｂが、電池外に導出している状態で封止されている。
【００２１】
前記渦巻き電極体２は、図７及び図８に明らかに示すように、正極板６と負極板７とが電解質層８を介して渦巻き状に巻回された構造とされている。正極板６は、帯状の正極集電体の両面に正極活物質が形成された構成とされ、負極板７は、帯状の負極集電体の両面に負極活物質が形成された構成とされている。この渦巻き電極体２は、図３に示すように、外装体本体部３内に収納されている。また、上記電解質層８は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とが体積比で３：７の割合で混合された混合溶媒にＬｉＰＦ6 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解されたものから成る。
【００２２】
ここで、図４に示すように、ラミネート外装体１を構成するラミネート材１８（厚み：１００μｍ）の具体的な構造は、アルミニウム層１５（厚み：３０μｍ）の一方の面に、ウレタン系接着剤から成る接着剤層（厚み：５μｍであり、図示せず）を介してポリプロピレンから成る樹脂層１６（厚み：３０μｍ）が接着されており、またアルミニウム層１５の他方の面に、変性ポリプロピレンから成る接着剤層（厚み：５μｍであり、図示せず）を介してポリプロピレンから成る樹脂層１７（厚み：３０μｍ）が接着された構造である。
【００２３】
また、前記第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂは、図３に示すように、それぞれラミネート材１８の内側面１８ａ同士が密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである。また、前記第３封止部４ｃは、図５及び図６に明らかに示すように、ラミネート材１８の内側面１８ａと外側面１８ｂとが密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである。これらの第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂは、図２及び図３に明らかに示すように、折り曲げられており、且つこの折り曲げ部分は外装体本体部３の端面に密着している。更に、折り曲げ部分は、外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内に規制されている。このように、第１封止部４ａを折り曲げることにより、封止部の外装体本体部３からの突出長さを短くすることができる。このため、封止部を折り曲げない場合に比べて、電池の縦長が短くなり、これに応じて電池の体積が減少するので、体積エネルギー密度を大きくすることができる。
【００２４】
また、このように封止部を折り曲げる構成により、封止部の幅を長くしておいても、これに起因して体積エネルギー密度の低下を招くことはない。よって、封止部の幅が短いことに起因して水分や酸素が電池内部に侵入して電池特性を劣化させるという事態を防止することができる。
【００２５】
また、折り曲げ部分が外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内に規制されているので、薄型電池の本来の特徴である電池厚みが薄いという意義を失うこともなく、また、電池厚みの増加に応じた体積エネルギー密度の増加を招くこともない。
【００２６】
尚，参考までに述べると、外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内から、部分的に折り曲げ部分がはみ出すように折り曲げた場合には、封止部の突出長さに起因した体積エネルギー密度の低下を防止することができても、その一方で電池の厚みが大きくなる分だけ、体積エネルギー密度が減少する。加えて、電池の厚みが大きくなると、薄型電池の本来的な意義も失われることになる。よって、本実施の形態のように、封止部を折り曲げ、且つ折れ曲げ部分が、外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内に規制される構成とすることにより、体積エネルギー密度の向上に加えて、電池の厚みを可及的に薄くした薄型電池を実現できる。
尚、この電池の大きさは、縦Ｌ１が６５ｍｍ（図１参照）、横Ｌ２が３５ｍｍ（図１参照）、厚みＬ３が３．３ｍｍ（図３参照）となるように構成されている。尚、後述するように第１封止部４ａの幅Ｍ１（図１２参照）及び第２封止部４ｂの幅Ｍ２（図１２参照）は、共に５ｍｍとなるように構成されている。
【００２７】
ここで、上記構造の電池を、以下のようにして作製した。
先ず、樹脂層（ポリプロピレン）／接着剤層／アルミニウム合金層／接着剤層／樹脂層（ポリプロピレン）の５層構造から成るシート状のラミネート材１８を用意した後、図９に示すように、このラミネート材１８における端部近傍の内側面１８ａ同士を重ね合わせ、更に、重ね合わせ部１９を溶着して、封止部４ｃを形成する。この際、収納空間２０を十分に確保してラミネート材１８を筒状とすべく、内部に台座を配置した状態で溶着を行う。尚、筒状とされたラミネート材１８の寸法は、幅が３５ｍｍ、長さが７５ｍｍである。
【００２８】
次に、図１０に示すように、筒状のラミネート材１８の収納空間２０内に渦巻き電極体２を挿入する。尚、渦巻き電極体２は、集電タブ５ａ，５ｂが予め付設されており、正極板６と負極板７とを電解質層８を介して渦巻き状に巻き取り、この巻き取られた渦巻き電極体２を加圧力１０Ｋｇ／ｃｍ2 で加圧して、楕円形状とした。
次いで、筒状のラミネート材１８の一方の開口部から集電タブ５ａ，５ｂが突出するように渦巻き電極体２を配置した。次に、図１１に示すように、この状態で、両集電タブ５ａ，５ｂが突出している開口部のラミネート材１８を溶着して封止し、第１封止部４ａ（幅：５ｍｍ）を形成した。この際、溶着は高周波誘導溶着装置を用いて行った。
【００２９】
次いで、この状態で、真空加熱乾燥（温度：１０５℃）を２時間行い、ラミネート材１８及び渦巻き電極体２の水分を除去した。この後、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとが体積比で３：７の割合で混合された混合溶媒に、溶質であるＬｉＰＦ6 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入した後、この状態で１時間放置した。しかる後、渦巻き電極体２に対応するラミネート材１８を金属板にて加圧しつつ、上記封止部４ａとは反対側のラミネート材１１の端部を超音波溶着装置を用いて溶着し、第２封止部４ｂ（幅：５ｍｍ）を形成した（図１２）。次いで、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂを１回折り曲げ、この折り曲げ部分を外装体本体端面に密着させることにより薄型電池（長さ：６４ｍｍ、幅：３５ｍｍ、厚み：３．３ｍｍ、放電容量５００ｍＡｈ）を作製した。尚、上記電解液注入工程以降の工程は、アルゴン雰囲気のドライボックス内で行った。
【００３０】
ここで、ラミネート外装体の樹脂層としては上記ポリプロピレンに限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン系高分子、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン等のポリビニリデン系高分子、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン７等のポリアミド系高分子等が挙げられる。
【００３１】
また、樹脂層の厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましく、金属層の厚さは、０．１μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。これは、金属層や樹脂層の厚みが余りに小さくなると、酸素透過性が高くなるため電池特性が低下する等の問題が生じる一方、樹脂層の厚みが余りに大きくなると加工性が低下する等の問題が生じ、金属層の厚みが余りに大きくなると電池が重くなったり電池の柔軟性に欠ける等の問題が生じるからである。これらのことから、樹脂／金属積層体全体の厚みは、２μｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下であるのが望ましい。
【００３２】
更に、正極材料としては上記ＬｉＣｏＯ2 に限定するものではなく、例えば、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、或いはこれらの複合体等であっても良く、また本発明は上記リチウムイオン電池に限定されるものではなく、正負極間に固体電解質が存在するポリマー電池等の他の電池にも適用しうる。
加えて、上記形態ではラミネート材１８を筒状とする際に台座を用いたが、このような方法に限定するものではなく、台座の代わりに、直接渦巻き電極体２を用いてラミネート材１８を筒状とすることも可能である。
【００３３】
〔第２の形態〕
図１３は本発明の第２の形態の斜視図である。この第２の形態は、第１封止部４ａは折り曲ずにそのままの状態とし、第２封止部４ｂのみを折り曲げたことの他は、第１の形態と同様である。尚、図１２において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。
このように、第１封止部４ｂのみを折り曲げるように構成した場合は、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂを共に折り曲げる第１の形態に比べると、体積エネルギー密度は減少するけれども、それでもいずれの封止部をも折り曲げない従来例に比べれば、体積エネルギー密度は増加することになる。よって、このような第２の形態においてもまた、第１の形態と同様に体積エネルギー密度の向上及び水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止することができる。
【００３４】
〔第３の形態〕
図１４は本発明の第３の形態の斜視図であり、図１５は図１４のＣ−Ｃ線矢視断面図である。尚、図１５において、図解の容易を図るため、渦巻き電極体２の断面構造は簡略化して描いている。
この第３の形態は、第１封止部４ａは折り曲ずにそのままの状態とし、第２封止部４ｂのみを折り曲げ、更に外装体本体部の両側面に、断面がＶ字状の溝部３０を形成したことの他は、第１の形態と同様である。尚、図１４及び図１５において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。このようにＶ字状の溝部３０を形成することにより、仮想線で示す外装体本体部の側面３ａが内方側に凹み、電池の横長さが短くなる。そのため、体積エネルギー密度の向上を図ることができる。
【００３５】
〔第４の形態〕
第４の形態では、図１６及び図１７に示すように、第１封止部４ａ、第２封止部４ｂ及び第３封止部４ｃが、それぞれラミネート材１８の内側面１８ａ同士が密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、これらすべての第１〜第３封止部４ａ〜４ｃが、折り曲げられることの他は、第１の形態と同様である。尚、図１６及び図１７において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。
この第４の形態では、第１の形態と異なり、第３封止部４ｃは、内側面１８ａ同士を重ね合わせて溶着されたものであることから、溶着された状態のままでは、図１７の仮想線で示すように、外装体本体部３から突出している。そのため、このままの状態では、電池厚みが大きくなり、体積エネルギー密度が減少することになる。そこで、第３封止部４ｃについても、折り曲げることにより、体積エネルギー密度の減少を防止している。
尚、この実施の形態では、第１〜第３封止部のすべてを折り曲げるようにしたけれども、第１〜第３封止部のうちの１つの封止部、あるいは、第１〜第３封止部のうちの２つの封止部のみを折り曲げるようにしてもよい。
【００３６】
〔第５の形態〕
第５の形態は、図１８に示すように、第３封止部４ｃがラミネート材１８の外側面１８ｂ同士が密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであることの他は、第１の形態と同様である。尚、図１８及び図１９において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。
この第５の形態では、第３封止部４ｃは外装体本体部の外方側に突出していないので、第３封止部４ｃの存在そのものは、体積エネルギー密度に影響を与えない。従って、第１の形態と同様に第１封止部４ａ及び第２封止部４のみが、折り曲げられている。このような構成であってもまた、本発明の効果を奏することができる。
尚、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂのいずれか一方を折り曲げるようにしてもよいことは勿論である。
〔その他の形態〕
▲１▼上記の形態では、封止部は横に１回折り曲げるようにしたけれども、本発明はこれに限定さるものではなく、縦、横、斜め、何れの方向に折り曲げてもよく、また、折り曲げ回数についても特に制限はない。要は、封止部の外装体本体部分からの突出長さを短くする構成であれば充分である。
▲２▼また、上記の形態では、封止部は外装体本体部端面に密着するように構成したけれども、封止部を単に折り曲げるだけで密着させない構成であってもよい。尚、密着させた場合の方が、封止部の外装体本体部分からの突出長さを短くできるので、より好ましいが、密着させない場合であっても、従来例に比べて当該突出長さを短くできるので、発明の効果が十分に得られる。
▲３▼また、上記の形態では、発電要素としては、渦巻き状電極体を使用したけれども、複数枚の正負極板がセパレータを介して積層されたタイプの電極体を使用するようにしてもよい。
【００３７】
【実施例】
〔実施例１〕
実施例１としては上記第１の形態に示す構造の電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ１と称する。尚、第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。
電池の縦：６４ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００３８】
〔実施例２〕
実施例２としては上記第２の形態に示す構造の電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ２と称する。尚、第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。
電池の縦：６８ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００３９】
〔比較例１〕
図１９に示すように、第１封止部及び第２封止部が、いずれも折り曲げられず、外装体本体部から突出形成されたままの状態であることの他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。尚、第１封止部及び第２封止部の幅は、上記実施例１と同じである。第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ１と称する。
電池の縦：７２ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００４０】
〔比較例２〕
図２０に示すように、第１封止部及び第２封止部は、いずれも折り曲げず、外装体本体部から突出したままの状態であることの他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。但し、各第１封止部及び第２封止部の幅を、比較例１よりも短くした。また、電池の寸法及び放電容量は以下のとおりである。このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ２と称する。
電池の縦：６６ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：２ｍｍ 第２封止部の幅：２ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００４１】
〔比較例３〕
図２１に示すように、第１封止部及び第２封止部を折り曲げ、折り曲げ部分を外装体本体部の上面に密着させたことの他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ３と称する。
電池の縦：６４ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．６ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００４２】
〔実験１〕
上記本発明電池Ａ１〜Ａ２及び比較電池Ｘ１〜Ｘ３において、６０℃で２０日間電池を保存した後の電池容量回復率及び体積エネルギー密度を調べたので、それらの結果を表１に示す。尚、試料数は、各電池１００個である。
【００４３】
【表１】
【００４４】
表１から以下の事項が理解される。
▲１▼表１から明らかなように、本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１、Ｘ３では、全て電池容量回復率が９０％であるのに対して、比較電池Ｘ２では容量回復率が８０％となっていることが認められる。これは、本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１、Ｘ３共に、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂの幅（それぞれ５ｍｍ）が、比較電池Ｘ２の第１封止部及び第２封止部の幅（それぞれ２ｍｍ）よりも長いので、その長い分だけ本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１、Ｘ３の方が、水分等が封止部端面から電池内部に侵入し難くなり、そのため、保存時の電池容量の劣化を抑えることができると考えられるからである。
【００４５】
▲２▼また、表１から明らかなように、本発明電池Ａ１、Ａ２の何れもが、比較電池Ｘ１に比べて、体積エネルギー密度の増加が認められる。これは、比較電池Ｘ１では、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂが共に折り曲げられずに、外装体本体部から突出形成したままの状態であることから、電池の縦長さに関して、本発明電池Ａ１、Ａ２の方が、比較電池Ｘ１に比べて小さくなり、そのため、電池の全体積に関して、本発明電池Ａ１、Ａ２の方が、比較電池Ｘ１に比べて小さくなるからである。
【００４６】
▲３▼一方、体積エネルギー密度に関して、比較電池Ｘ２は、本発明電池Ａ１よりも小さく、本発明電池Ａ２よりも大きいことが認められる。これは、比較電池Ｘ２では、第１及び第２封止部を折り曲げず、突出形成したままの状態であるけれども、封止部の幅（２ｍｍ）が短い。従って、電池の縦長さが、比較電池Ｘ２（電池の縦長さ：６６ｍｍ）では、本発明電池Ａ１（電池の縦長さ：６４ｍｍ）よりも大きく、本発明電池Ａ２（電池の縦長さ：６８ｍｍ）よりも小さく、これに応じて、電池体積が、本発明電池Ａ１、比較電池Ｘ２、本発明電池Ａ２の順に大きくなるからである。よって、体積エネルギー密度の観点からすれば、比較電池Ｘ２の方が、本発明電池Ａ２よりも優れているとも考えられる。しかしながら、上記の如く、容量回復率に関しては、比較電池Ｘ２は本発明電池Ａ２よりも劣っている。よって、比較電池Ｘ２のように、封止部の幅（２ｍｍ）を短くしただけでは、２つの要請（封止部からの水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止の要請と、体積エネルギー密度の向上を図る要請）のうちの一方のみしか満たさず、２つの要請を同時に満たすことができないことが理解される。
【００４７】
▲４▼一方、比較電池Ｘ３は、容量回復率に関しては、比較電池Ｘ１と同じであっても、体積エネルギー密度が増加している。更に、比較電池Ｘ３は、容量回復率に関して、比較電池Ｘ２を除く他の本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１と同じである。よって、比較電池Ｘ３のように、封止部を折り曲げ、且つ折り曲げ部分を外装体本体部の上面に密着させる構成であれば、上記の２つの要請を満たすことができる薄型電池を実現できるとも考えられる。しかしながら、比較電池Ｘ３では、表１に示すように、本発明電池Ａ１，Ａ２に対して、電池厚みが大きく、また、体積エネルギー密度も小さい。よって、比較電池Ｘ３では、薄型電池の特徴である薄さを失うことになり、また、体積エネルギー密度の向上の観点からすると、本発明電池Ａ１，Ａ２よりも劣ることになる。
【００４８】
▲５▼よって、封止部を折り曲げ、且つこの折り曲げ部分を外装体本体部の厚み範囲内に規制する本発明電池Ａ１，Ａ２によれば、２つの要請（封止部からの水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止の要請と、体積エネルギー密度の向上を図る要請）を同時に満たすことができることが理解される。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、外装体本体部の底部を封止する第２封止部とのうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されているので、以下の効果を奏する。
▲１▼当該封止部の外装体本体部からの突出長さが短くなる。このため、当該封止部の幅を長くしておいても、折り曲げることにより体積エネルギー密度の低下を防止できる。従って、当該封止部の幅を短くすることに起因した外部の水分等の侵入による電池特性の劣化を防止することができると共に、当該封止部の幅を長くすることに起因した体積エネルギー密度による低下を防止することができる。
▲２▼また、折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されているので、電池の厚みを増加させることもなく、薄型電池の特徴である薄さを失うことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態に係る薄型電池の正面図である。
【図２】本発明の第１の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】図５の一部拡大図である。
【図７】渦巻き電極体２の斜視図である。
【図８】渦巻き電極体２の断面図である。
【図９】筒状ラミネート材１８（ラミネート外装体）の斜視図である。
【図１０】筒状ラミネート材１８（ラミネート外装体）に渦巻き電極体２を挿入する状態を示す図である。
【図１１】ラミネート外装体の頂部の封止状態を示す図である。
【図１２】ラミネート外装体の底部の封止状態を示す図である。
【図１３】本発明の第２の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図１４】本発明の第３の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図１５】図１５のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図１６】本発明の第４の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図１７】本発明の第４の形態に係る薄型電池の平面図である。
【図１８】本発明の第５の形態に係る薄型電池の一部断面図である。
【図１９】比較例１に係る薄型電池の斜視図である。
【図２０】比較例２に係る薄型電池の斜視図である。
【図２１】比較例３に係る薄型電池の斜視図である。
【符号の説明】
１：ラミネート外装体
２：渦巻き状電極体
３：外装体本体部
４ａ：第１封止部
４ｂ：第２封止部
４ｃ：第３封止部
５ａ，５ｂ：集電タブ
１５：アルミニウム層
１６：樹脂層
１７：樹脂層
１８：ラミネート材
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型電池に関し、詳しは、シート状のラミネート材で構成される外装体を有し、この外装体は、発電要素を収納した外装体本体部と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、外装体本体部の底部を封止する第２封止部と、外装体本体部の側端部を封止する第３封止部とから構成され、しかも、前記第１封止部は、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブが、電池外に導出している状態で封止された構造の薄型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器等の小型化に伴って、電池の小型化が望まれるようになってきている。この電池の小型化を達成するために、本発明者らは、先に、アルミニウム層の両面に接着剤層を介して樹脂層が形成されたラミネート材を袋状にしてラミネート外装体を構成し、このラミネート外装体の収納空間に発電要素を収納するような薄型電池を提案した。このような構造の電池であれば、飛躍的に電池の小型化を達成できる。
【０００３】
ところで、上記構造の電池では、ラミネート材により発電要素を封止する必要があり、そのため、ラミネート材の端部同士が溶着された封止構造を有している。かかる封止構造を具体的に説明すれば、図１９に示すように、外装体本体部３の頂部を封止する第１封止部４ａと、外装体本体部３の底部を封止する第２封止部４ｂと、外装体本体部３の側端部を封止する第３封止部４ｃとから構成され、しかも、前記第１封止部４ａは、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブ５ａ，５ｂが、電池外に導出している状態で封止された構造となっている。
【０００４】
このよう薄型電池では、上記の如く封止構造を有するので、本質的に以下の要請がある。
▲１▼封止部は、ラミネート材の端部同士を重ね合わせて接着した部分であるので、ラミネート材の端面が外部に露出している。このため、露出端面のうちの水分や酸素に対する透過性の大きい接着剤層から、水分等が侵入し、この水分等が、接着剤層を覆う樹脂層を通過して電池内部に侵入して、電池特性の劣化を招く原因となっている。そこで、かかる問題を解決するため、封止部からの水分等の侵入を可及的に低減することが、要請されている。
▲２▼また、体積エネルギー密度の向上を図ることも、本質的な要請である。
ここで、体積エネルギー密度とは、本来的には、電池の体積に対する発電要素の全出力エネルギーの割合で定義されるものであるが、このような薄型電池の分野においては、見かけ上の体積エネルギー密度を用いている。ここに、見かけ上の体積エネルギー密度とは、電池の最大縦、最大横、最大厚みに基づいて算出した見かけ上の体積に対する発電要素の全出力エネルギーの割合を意味する。図１９に示す従来の薄型電池を例にして説明すれば、電池の縦は、外装体本体部の縦Ｌ１と第１封止部の幅Ｍ１と第２封止部の幅Ｍ２をそれぞれ加えた値（Ｌ１＋Ｍ１＋Ｍ２）であり、電池の横はＬ２であり、電池の厚みは、Ｌ３である。よって、体積エネルギー密度Ｗは、発電要素の全出力エネルギーをφとすると、以下の第１式で表される。
Ｗ＝エネルギーφ／｛（Ｌ１＋Ｍ１＋Ｍ２）・Ｌ２・Ｌ３｝ … （１）
【０００５】
このような見かけ上の体積エネルギー密度を用いるのは、以下の理由による。即ち、電子機器等の電池収納空間は、電池の縦、横、厚み、の各々の最大長さに対応した方形体状に形成されているので、電子機器等の電池収納空間に則して体積エネルギー密度を算出するのが、電池の使用方法を考慮すれば実情に合致したものと考えられるからである。
このようにして、上記構造の薄型電池において、体積エネルギー密度としては、上記定義するところの見かけ上の体積エネルギー密度が用いられている。よって、本明細書においても、用語「体積エネルギー密度」とは、上記定義するところの見かけ上の体積エネルギー密度を意味するものとして使用することにする。
【０００６】
しかしながら、従来の薄型電池では、封止部が外装体本体部から突出形成されたままの状態であるため、上記要請の観点から、以下の課題が生じていた。
即ち、封止部の幅が長い場合は、これに応じて電池の縦長が大きくなり、体積エネルギー密度は減少することになる。封止部の幅が短い場合は、これに応じて電池の縦長が小さくなり、体積エネルギー密度は増加することになる。よって、体積エネルギー密度の向上を図るという観点からすれば、封止部は短い方が良いことになる。
逆に、封止部の幅が長い場合は、外部の水分等が侵入し難く、電池性能の劣化を防止でき、封止部の幅が短い場合は、短い分だけ外部の水分等が侵入し易くなり、水分等の侵入に起因した電池性能の劣化を招くことになる。よって、水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止という観点からすれば、封止部は長い方が良いことになる。
従って、従来例の封止部構造では、体積エネルギー密度の向上及び水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止という２つの要請のいずれか一方の要請しか満たすことができず、２つの要請を同時に満たすことができなかった。
【０００７】
そこで、上記２つの要請を同時に満たすため、封止部を外装体本体の上面側に折り曲げて、この折り曲げ部分を外装体本体の上面に密着させる構造が提案されている。しかしながら、このような構造では、電池の厚みが増加し、電池厚みが薄いという薄型電池の特徴が失われる。更に、電池の厚みの増加により、体積エネルギー密度の減少を招くことにもなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、外装体本体部に連なる封止部の幅を短くすることなく、しかも電池厚みを増大することなく、体積エネルギー密度を向上するようにした薄型電池の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のうちで請求項１記載の発明は、シート状のラミネート材で構成される外装体を有し、この外装体は、発電要素を収納した外装体本体部と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、前記頂部に対向する外装体本体部の底部を封止する第２封止部と、前記頂部と前記底部の方向に延びる外装体本体部の側端部を封止する第３封止部とから構成され、前記第１封止部は、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブが、電池外に導出している状態で封止された構造の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されていることを特徴とする。
【００１０】
上記の如く、第１封止部及び前記第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部を、折り曲げることにより、当該封止部の外装体本体部からの突出長さが短くなる。このため、当該封止部の幅を長くしておいても、折り曲げることにより体積エネルギー密度の低下を防止できる。よって、当該封止部の幅を短くすることに起因した外部の水分等の侵入による電池特性の劣化を防止することができ、しかも当該封止部の幅を長くすることに起因した体積エネルギー密度の低下を防止することができる。加えて、折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されているので、電池の厚みを増加させることもない。従って、かかる観点からも、電池厚みが薄いという薄型電池の特徴を維持することができると共に、電池厚みが厚くなることに伴う体積エネルギー密度の減少も防止できる。
【００１１】
尚、封止部の構造は、ラミネート材の内側面同士を密着させる場合、ラミネート材の内側面と外側面を重ねて密着させる場合、ラミネート材の外側面同士を密着させる場合、その他、ラミネート材の一方の端部を予め内側に折り曲げて内側面同士を密着させておき、且つ他方の端部も同様に内側に折り曲げて内側面同士を密着させておき、当該両端部の外側面同士を密着させる場合など、種々の構造が考えられる。本請求項１記載の発明における封止部は、上記種々の封止部構造のうち、外装体本体部から突出形成されている全ての種類を含む概念である。
【００１２】
また、本発明のうちで請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、前記第３封止部はラミネート材の内側面と外側面とが密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、これらの第１及び第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されていることを特徴とする。
【００１３】
上記の如く、第１封止部及び第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着して形成されたものであり、第３封止部はラミネート材の内側面と外側面とが密着して形成されたものであり、従って、第１封止部及び第２封止部のみが外装体本体部から突出した形状である。よって、第１封止部及び第２封止部のうちの少なくともいずれか一方の封止部を、折り曲げ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制することにより、上記請求項１記載の発明において説明したのと同様の作用・効果を奏することになる。
【００１４】
また、本発明のうちで請求項３記載の発明は、請求項１記載の薄型電池において、前記第１封止部、前記第２封止部及び前記第３封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであることを特徴とする。
【００１５】
上記の如く、第１封止部〜第３封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着して形成されたものであり、第１封止部〜第３封止部のいずれもが、外装体本体部から突出した形状であり、それゆえに第１〜第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部を、折り曲げ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制することにより、上記請求項１記載の発明において説明したのと同様の作用・効果を奏する。
【００１６】
また、本発明のうちで請求項４記載の発明は、請求項１記載の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、前記第３封止部はラミネート材の外側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、これらの第１封止部及び第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されていることを特徴とする。
【００１７】
上記の如く、第１封止部及び第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着して形成されたものであり、第３封止部はラミネート材の外側面同士が密着して形成されたものであり、従って、第１封止部及び第２封止部のみが外装体本体部から突出した形状である。よって、第１封止部及び第２封止部のうちの少なくともいずれか一方の封止部を、折り曲げ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制することにより、上記請求項１記載の発明において説明したのと同様の作用・効果を奏することになる。
【００１８】
また、本発明のうちで請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄型電池において、前記第１封止部及び前記第２封止部の折り曲げ部分が、外装体本体部に密着していることを特徴とする。
【００１９】
上記の如く、前記第１封止部及び前記第２封止部の双方の折り曲げ部分を、外装体本体部に密着させるので、当該折り曲げ部分の外装体本体部からの突出長さを可及的に小さくすることができる。このため、より一層の体積エネルギー密度の向上を図ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
〔第１の形態〕
本発明の第１の形態を、図１〜図１２に基づいて、以下に説明する。尚、図３及び図５において、図解の容易を図るため、渦巻き電極体の断面構造は簡略化して描いている。
本発明の薄型電池は、図１及び図２に示すように、シート状のラミネート材で構成されるラミネート外装体１を有する。このラミネート外装体１は、発電要素としての渦巻き電極体２（図７を参照）を収納した外装体本体部３と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部４ａと、外装体本体部の底部を封止する第２封止部４ｂと、外装体本体部の側端部を封止する第３封止部４ｃとを有する。前記第１封止部４ａでは、前記渦巻き電極体２を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブ５ａ，５ｂが、電池外に導出している状態で封止されている。
【００２１】
前記渦巻き電極体２は、図７及び図８に明らかに示すように、正極板６と負極板７とが電解質層８を介して渦巻き状に巻回された構造とされている。正極板６は、帯状の正極集電体の両面に正極活物質が形成された構成とされ、負極板７は、帯状の負極集電体の両面に負極活物質が形成された構成とされている。この渦巻き電極体２は、図３に示すように、外装体本体部３内に収納されている。また、上記電解質層８は、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とが体積比で３：７の割合で混合された混合溶媒にＬｉＰＦ6 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解されたものから成る。
【００２２】
ここで、図４に示すように、ラミネート外装体１を構成するラミネート材１８（厚み：１００μｍ）の具体的な構造は、アルミニウム層１５（厚み：３０μｍ）の一方の面に、ウレタン系接着剤から成る接着剤層（厚み：５μｍであり、図示せず）を介してポリプロピレンから成る樹脂層１６（厚み：３０μｍ）が接着されており、またアルミニウム層１５の他方の面に、変性ポリプロピレンから成る接着剤層（厚み：５μｍであり、図示せず）を介してポリプロピレンから成る樹脂層１７（厚み：３０μｍ）が接着された構造である。
【００２３】
また、前記第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂは、図３に示すように、それぞれラミネート材１８の内側面１８ａ同士が密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである。また、前記第３封止部４ｃは、図５及び図６に明らかに示すように、ラミネート材１８の内側面１８ａと外側面１８ｂとが密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである。これらの第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂは、図２及び図３に明らかに示すように、折り曲げられており、且つこの折り曲げ部分は外装体本体部３の端面に密着している。更に、折り曲げ部分は、外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内に規制されている。このように、第１封止部４ａを折り曲げることにより、封止部の外装体本体部３からの突出長さを短くすることができる。このため、封止部を折り曲げない場合に比べて、電池の縦長が短くなり、これに応じて電池の体積が減少するので、体積エネルギー密度を大きくすることができる。
【００２４】
また、このように封止部を折り曲げる構成により、封止部の幅を長くしておいても、これに起因して体積エネルギー密度の低下を招くことはない。よって、封止部の幅が短いことに起因して水分や酸素が電池内部に侵入して電池特性を劣化させるという事態を防止することができる。
【００２５】
また、折り曲げ部分が外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内に規制されているので、薄型電池の本来の特徴である電池厚みが薄いという意義を失うこともなく、また、電池厚みの増加に応じた体積エネルギー密度の増加を招くこともない。
【００２６】
尚，参考までに述べると、外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内から、部分的に折り曲げ部分がはみ出すように折り曲げた場合には、封止部の突出長さに起因した体積エネルギー密度の低下を防止することができても、その一方で電池の厚みが大きくなる分だけ、体積エネルギー密度が減少する。加えて、電池の厚みが大きくなると、薄型電池の本来的な意義も失われることになる。よって、本実施の形態のように、封止部を折り曲げ、且つ折れ曲げ部分が、外装体本体部３の厚みＬ３の範囲内に規制される構成とすることにより、体積エネルギー密度の向上に加えて、電池の厚みを可及的に薄くした薄型電池を実現できる。
尚、この電池の大きさは、縦Ｌ１が６５ｍｍ（図１参照）、横Ｌ２が３５ｍｍ（図１参照）、厚みＬ３が３．３ｍｍ（図３参照）となるように構成されている。尚、後述するように第１封止部４ａの幅Ｍ１（図１２参照）及び第２封止部４ｂの幅Ｍ２（図１２参照）は、共に５ｍｍとなるように構成されている。
【００２７】
ここで、上記構造の電池を、以下のようにして作製した。
先ず、樹脂層（ポリプロピレン）／接着剤層／アルミニウム合金層／接着剤層／樹脂層（ポリプロピレン）の５層構造から成るシート状のラミネート材１８を用意した後、図９に示すように、このラミネート材１８における端部近傍の内側面１８ａ同士を重ね合わせ、更に、重ね合わせ部１９を溶着して、封止部４ｃを形成する。この際、収納空間２０を十分に確保してラミネート材１８を筒状とすべく、内部に台座を配置した状態で溶着を行う。尚、筒状とされたラミネート材１８の寸法は、幅が３５ｍｍ、長さが７５ｍｍである。
【００２８】
次に、図１０に示すように、筒状のラミネート材１８の収納空間２０内に渦巻き電極体２を挿入する。尚、渦巻き電極体２は、集電タブ５ａ，５ｂが予め付設されており、正極板６と負極板７とを電解質層８を介して渦巻き状に巻き取り、この巻き取られた渦巻き電極体２を加圧力１０Ｋｇ／ｃｍ2 で加圧して、楕円形状とした。
次いで、筒状のラミネート材１８の一方の開口部から集電タブ５ａ，５ｂが突出するように渦巻き電極体２を配置した。次に、図１１に示すように、この状態で、両集電タブ５ａ，５ｂが突出している開口部のラミネート材１８を溶着して封止し、第１封止部４ａ（幅：５ｍｍ）を形成した。この際、溶着は高周波誘導溶着装置を用いて行った。
【００２９】
次いで、この状態で、真空加熱乾燥（温度：１０５℃）を２時間行い、ラミネート材１８及び渦巻き電極体２の水分を除去した。この後、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとが体積比で３：７の割合で混合された混合溶媒に、溶質であるＬｉＰＦ6 が１Ｍ（モル／リットル）の割合で溶解された電解液を注入した後、この状態で１時間放置した。しかる後、渦巻き電極体２に対応するラミネート材１８を金属板にて加圧しつつ、上記封止部４ａとは反対側のラミネート材１１の端部を超音波溶着装置を用いて溶着し、第２封止部４ｂ（幅：５ｍｍ）を形成した（図１２）。次いで、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂを１回折り曲げ、この折り曲げ部分を外装体本体端面に密着させることにより薄型電池（長さ：６４ｍｍ、幅：３５ｍｍ、厚み：３．３ｍｍ、放電容量５００ｍＡｈ）を作製した。尚、上記電解液注入工程以降の工程は、アルゴン雰囲気のドライボックス内で行った。
【００３０】
ここで、ラミネート外装体の樹脂層としては上記ポリプロピレンに限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン等のポリオレフィン系高分子、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル系高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン等のポリビニリデン系高分子、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン７等のポリアミド系高分子等が挙げられる。
【００３１】
また、樹脂層の厚さは、１μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましく、金属層の厚さは、０．１μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５０μｍ以下であることが望ましい。これは、金属層や樹脂層の厚みが余りに小さくなると、酸素透過性が高くなるため電池特性が低下する等の問題が生じる一方、樹脂層の厚みが余りに大きくなると加工性が低下する等の問題が生じ、金属層の厚みが余りに大きくなると電池が重くなったり電池の柔軟性に欠ける等の問題が生じるからである。これらのことから、樹脂／金属積層体全体の厚みは、２μｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下であるのが望ましい。
【００３２】
更に、正極材料としては上記ＬｉＣｏＯ2 に限定するものではなく、例えば、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 、或いはこれらの複合体等であっても良く、また本発明は上記リチウムイオン電池に限定されるものではなく、正負極間に固体電解質が存在するポリマー電池等の他の電池にも適用しうる。
加えて、上記形態ではラミネート材１８を筒状とする際に台座を用いたが、このような方法に限定するものではなく、台座の代わりに、直接渦巻き電極体２を用いてラミネート材１８を筒状とすることも可能である。
【００３３】
〔第２の形態〕
図１３は本発明の第２の形態の斜視図である。この第２の形態は、第１封止部４ａは折り曲ずにそのままの状態とし、第２封止部４ｂのみを折り曲げたことの他は、第１の形態と同様である。尚、図１２において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。
このように、第１封止部４ｂのみを折り曲げるように構成した場合は、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂを共に折り曲げる第１の形態に比べると、体積エネルギー密度は減少するけれども、それでもいずれの封止部をも折り曲げない従来例に比べれば、体積エネルギー密度は増加することになる。よって、このような第２の形態においてもまた、第１の形態と同様に体積エネルギー密度の向上及び水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止することができる。
【００３４】
〔第３の形態〕
図１４は本発明の第３の形態の斜視図であり、図１５は図１４のＣ−Ｃ線矢視断面図である。尚、図１５において、図解の容易を図るため、渦巻き電極体２の断面構造は簡略化して描いている。
この第３の形態は、第１封止部４ａは折り曲ずにそのままの状態とし、第２封止部４ｂのみを折り曲げ、更に外装体本体部の両側面に、断面がＶ字状の溝部３０を形成したことの他は、第１の形態と同様である。尚、図１４及び図１５において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。このようにＶ字状の溝部３０を形成することにより、仮想線で示す外装体本体部の側面３ａが内方側に凹み、電池の横長さが短くなる。そのため、体積エネルギー密度の向上を図ることができる。
【００３５】
〔第４の形態〕
第４の形態では、図１６及び図１７に示すように、第１封止部４ａ、第２封止部４ｂ及び第３封止部４ｃが、それぞれラミネート材１８の内側面１８ａ同士が密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、これらすべての第１〜第３封止部４ａ〜４ｃが、折り曲げられることの他は、第１の形態と同様である。尚、図１６及び図１７において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。
この第４の形態では、第１の形態と異なり、第３封止部４ｃは、内側面１８ａ同士を重ね合わせて溶着されたものであることから、溶着された状態のままでは、図１７の仮想線で示すように、外装体本体部３から突出している。そのため、このままの状態では、電池厚みが大きくなり、体積エネルギー密度が減少することになる。そこで、第３封止部４ｃについても、折り曲げることにより、体積エネルギー密度の減少を防止している。
尚、この実施の形態では、第１〜第３封止部のすべてを折り曲げるようにしたけれども、第１〜第３封止部のうちの１つの封止部、あるいは、第１〜第３封止部のうちの２つの封止部のみを折り曲げるようにしてもよい。
【００３６】
〔第５の形態〕
第５の形態は、図１８に示すように、第３封止部４ｃがラミネート材１８の外側面１８ｂ同士が密着するようにラミネート材１８の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであることの他は、第１の形態と同様である。尚、図１８及び図１９において、実施の形態１と対応する部分については同一の参照符号を付して、説明は省略する。
この第５の形態では、第３封止部４ｃは外装体本体部の外方側に突出していないので、第３封止部４ｃの存在そのものは、体積エネルギー密度に影響を与えない。従って、第１の形態と同様に第１封止部４ａ及び第２封止部４のみが、折り曲げられている。このような構成であってもまた、本発明の効果を奏することができる。
尚、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂのいずれか一方を折り曲げるようにしてもよいことは勿論である。
〔その他の形態〕
▲１▼上記の形態では、封止部は横に１回折り曲げるようにしたけれども、本発明はこれに限定さるものではなく、縦、横、斜め、何れの方向に折り曲げてもよく、また、折り曲げ回数についても特に制限はない。要は、封止部の外装体本体部分からの突出長さを短くする構成であれば充分である。
▲２▼また、上記の形態では、封止部は外装体本体部端面に密着するように構成したけれども、封止部を単に折り曲げるだけで密着させない構成であってもよい。尚、密着させた場合の方が、封止部の外装体本体部分からの突出長さを短くできるので、より好ましいが、密着させない場合であっても、従来例に比べて当該突出長さを短くできるので、発明の効果が十分に得られる。
▲３▼また、上記の形態では、発電要素としては、渦巻き状電極体を使用したけれども、複数枚の正負極板がセパレータを介して積層されたタイプの電極体を使用するようにしてもよい。
【００３７】
【実施例】
〔実施例１〕
実施例１としては上記第１の形態に示す構造の電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ１と称する。尚、第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。
電池の縦：６４ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００３８】
〔実施例２〕
実施例２としては上記第２の形態に示す構造の電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ２と称する。尚、第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。
電池の縦：６８ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００３９】
〔比較例１〕
図１９に示すように、第１封止部及び第２封止部が、いずれも折り曲げられず、外装体本体部から突出形成されたままの状態であることの他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。尚、第１封止部及び第２封止部の幅は、上記実施例１と同じである。第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ１と称する。
電池の縦：７２ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００４０】
〔比較例２〕
図２０に示すように、第１封止部及び第２封止部は、いずれも折り曲げず、外装体本体部から突出したままの状態であることの他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。但し、各第１封止部及び第２封止部の幅を、比較例１よりも短くした。また、電池の寸法及び放電容量は以下のとおりである。このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ２と称する。
電池の縦：６６ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．３ｍｍ
第１封止部の幅：２ｍｍ 第２封止部の幅：２ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００４１】
〔比較例３〕
図２１に示すように、第１封止部及び第２封止部を折り曲げ、折り曲げ部分を外装体本体部の上面に密着させたことの他は、上記実施例１と同様にして電池を作製した。第１封止部の幅及び第２封止部の幅、電池の寸法並びに、放電容量は以下のとおりである。このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ３と称する。
電池の縦：６４ｍｍ 電池の横：３５ｍｍ 電池の厚み：３．６ｍｍ
第１封止部の幅：５ｍｍ 第２封止部の幅：５ｍｍ
放電容量：５００ｍＡｈ
【００４２】
〔実験１〕
上記本発明電池Ａ１〜Ａ２及び比較電池Ｘ１〜Ｘ３において、６０℃で２０日間電池を保存した後の電池容量回復率及び体積エネルギー密度を調べたので、それらの結果を表１に示す。尚、試料数は、各電池１００個である。
【００４３】
【表１】
表１から以下の事項が理解される。
▲１▼表１から明らかなように、本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１、Ｘ３では、全て電池容量回復率が９０％であるのに対して、比較電池Ｘ２では容量回復率が８０％となっていることが認められる。これは、本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１、Ｘ３共に、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂの幅（それぞれ５ｍｍ）が、比較電池Ｘ２の第１封止部及び第２封止部の幅（それぞれ２ｍｍ）よりも長いので、その長い分だけ本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１、Ｘ３の方が、水分等が封止部端面から電池内部に侵入し難くなり、そのため、保存時の電池容量の劣化を抑えることができると考えられるからである。
【００４５】
▲２▼また、表１から明らかなように、本発明電池Ａ１、Ａ２の何れもが、比較電池Ｘ１に比べて、体積エネルギー密度の増加が認められる。これは、比較電池Ｘ１では、第１封止部４ａ及び第２封止部４ｂが共に折り曲げられずに、外装体本体部から突出形成したままの状態であることから、電池の縦長さに関して、本発明電池Ａ１、Ａ２の方が、比較電池Ｘ１に比べて小さくなり、そのため、電池の全体積に関して、本発明電池Ａ１、Ａ２の方が、比較電池Ｘ１に比べて小さくなるからである。
【００４６】
▲３▼一方、体積エネルギー密度に関して、比較電池Ｘ２は、本発明電池Ａ１よりも小さく、本発明電池Ａ２よりも大きいことが認められる。これは、比較電池Ｘ２では、第１及び第２封止部を折り曲げず、突出形成したままの状態であるけれども、封止部の幅（２ｍｍ）が短い。従って、電池の縦長さが、比較電池Ｘ２（電池の縦長さ：６６ｍｍ）では、本発明電池Ａ１（電池の縦長さ：６４ｍｍ）よりも大きく、本発明電池Ａ２（電池の縦長さ：６８ｍｍ）よりも小さく、これに応じて、電池体積が、本発明電池Ａ１、比較電池Ｘ２、本発明電池Ａ２の順に大きくなるからである。よって、体積エネルギー密度の観点からすれば、比較電池Ｘ２の方が、本発明電池Ａ２よりも優れているとも考えられる。しかしながら、上記の如く、容量回復率に関しては、比較電池Ｘ２は本発明電池Ａ２よりも劣っている。よって、比較電池Ｘ２のように、封止部の幅（２ｍｍ）を短くしただけでは、２つの要請（封止部からの水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止の要請と、体積エネルギー密度の向上を図る要請）のうちの一方のみしか満たさず、２つの要請を同時に満たすことができないことが理解される。
【００４７】
▲４▼一方、比較電池Ｘ３は、容量回復率に関しては、比較電池Ｘ１と同じであっても、体積エネルギー密度が増加している。更に、比較電池Ｘ３は、容量回復率に関して、比較電池Ｘ２を除く他の本発明電池Ａ１、Ａ２及び比較電池Ｘ１と同じである。よって、比較電池Ｘ３のように、封止部を折り曲げ、且つ折り曲げ部分を外装体本体部の上面に密着させる構成であれば、上記の２つの要請を満たすことができる薄型電池を実現できるとも考えられる。しかしながら、比較電池Ｘ３では、表１に示すように、本発明電池Ａ１，Ａ２に対して、電池厚みが大きく、また、体積エネルギー密度も小さい。よって、比較電池Ｘ３では、薄型電池の特徴である薄さを失うことになり、また、体積エネルギー密度の向上の観点からすると、本発明電池Ａ１，Ａ２よりも劣ることになる。
【００４８】
▲５▼よって、封止部を折り曲げ、且つこの折り曲げ部分を外装体本体部の厚み範囲内に規制する本発明電池Ａ１，Ａ２によれば、２つの要請（封止部からの水分等の侵入に起因した電池性能の劣化防止の要請と、体積エネルギー密度の向上を図る要請）を同時に満たすことができることが理解される。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、外装体本体部の底部を封止する第２封止部とのうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されているので、以下の効果を奏する。
▲１▼当該封止部の外装体本体部からの突出長さが短くなる。このため、当該封止部の幅を長くしておいても、折り曲げることにより体積エネルギー密度の低下を防止できる。従って、当該封止部の幅を短くすることに起因した外部の水分等の侵入による電池特性の劣化を防止することができると共に、当該封止部の幅を長くすることに起因した体積エネルギー密度による低下を防止することができる。
▲２▼また、折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されているので、電池の厚みを増加させることもなく、薄型電池の特徴である薄さを失うことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態に係る薄型電池の正面図である。
【図２】本発明の第１の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図６】図５の一部拡大図である。
【図７】渦巻き電極体２の斜視図である。
【図８】渦巻き電極体２の断面図である。
【図９】筒状ラミネート材１８（ラミネート外装体）の斜視図である。
【図１０】筒状ラミネート材１８（ラミネート外装体）に渦巻き電極体２を挿入する状態を示す図である。
【図１１】ラミネート外装体の頂部の封止状態を示す図である。
【図１２】ラミネート外装体の底部の封止状態を示す図である。
【図１３】本発明の第２の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図１４】本発明の第３の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図１５】図１５のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図１６】本発明の第４の形態に係る薄型電池の斜視図である。
【図１７】本発明の第４の形態に係る薄型電池の平面図である。
【図１８】本発明の第５の形態に係る薄型電池の一部断面図である。
【図１９】比較例１に係る薄型電池の斜視図である。
【図２０】比較例２に係る薄型電池の斜視図である。
【図２１】比較例３に係る薄型電池の斜視図である。
【符号の説明】
１：ラミネート外装体
２：渦巻き状電極体
３：外装体本体部
４ａ：第１封止部
４ｂ：第２封止部
４ｃ：第３封止部
５ａ，５ｂ：集電タブ
１５：アルミニウム層
１６：樹脂層
１７：樹脂層
１８：ラミネート材
Claims (5)
- シート状のラミネート材で構成される外装体を有し、この外装体は、発電要素を収納した外装体本体部と、外装体本体部の頂部を封止する第１封止部と、前記頂部に対向する外装体本体部の底部を封止する第２封止部と、前記頂部と前記底部の方向に延びる外装体本体部の側端部を封止する第３封止部とから構成され、前記第１封止部は、前記発電要素を構成する正負極板にそれぞれ付設された集電タブが、電池外に導出している状態で封止された構造の薄型電池において、
前記第１封止部及び前記第２封止部のうちの少なくとも一方の封止部が、折り曲げられ、且つ折り曲げ部分が外装体本体部の厚み範囲内に規制されている
ことを特徴とする薄型電池。 - 前記第１封止部及び前記第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、
前記第３封止部はラミネート材の内側面と外側面とが密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の薄型電池。 - 前記第１封止部、前記第２封止部及び前記第３封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の薄型電池。 - 前記第１封止部及び前記第２封止部は、それぞれラミネート材の内側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものであり、
前記第３封止部はラミネート材の外側面同士が密着するようにラミネート材の端部近傍を重ね合わせ、この重ね合わせ部を溶着して形成されたものである
ことを特徴とする請求項１記載の薄型電池。 - 前記第１封止部及び前記第２封止部の折り曲げ部分が、外装体本体部に密着している
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄型電池。
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