JP3993320B2

JP3993320B2 - シート電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP3993320B2
Application number: JP25934298A
Authority: JP
Inventors: 康夫井尻
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-08-28
Also published as: JP2000077043A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート電池およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における電子技術の発達に伴い、各種電子機器の小型化、軽量化が進行している。特に、ノート型パソコン、携帯電話、デジタルカメラなどの分野においては顕著であり、これらの機器においては電源となる電池についてもより一層の小型化、軽量化が要求されている。また、これらの機器においては、小型化と共に内部の余剰空間が減少しており、電源のための空間を確保するのも困難な場合がある。そのため、最近においては電子機器内部の空間の形状や大きさに影響されないシート電池が各種開発されてきている。
【０００３】
図４は、従来のシート電池を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。同図（ｂ）は線Ｂ−Ｂを通る厚み方向の断面を示している。
同図の例ではシート電池４０は、矩形のフィルム４１とフィルム４２との間に、正極４５、セパレータ４６、負極４７を積層してなる積層体４８を挟み込み、さらにその間に電解液（図示せず）を注入して形成されている。フィルム４１の周縁部４１ａとフィルム４２の周縁部４２ａとは、ヒートシールによって接合されている。４９はヒートシールされた部位をハッチングを施して示している。フィルム４１およびフィルム４２は可撓性を有する材料で形成されており、積層体４８の形状に合わせて弾性変形して積層体４８を挟み込んでいる。正極４５および負極４７には、外部へと突出するリード端子（正極リード端子４５ａ、負極リード端子４７ａ）がそれぞれ接続されている。リード端子（４５ａ、４７ａ）は周縁部４１ａと周縁部４２ａとで挟まれ、これらの間を通って外部へと突出している。
【０００４】
図４に示すシート電池は、（１）二枚のフィルム（４１、４２）の四辺ある周縁部のうちの二辺を予めヒートシールして接合し、積層体４８を挿入し、残る二辺のうちの一辺をヒートシールして接合し、未だ接合されていない一辺から電解液を注入し、この一辺についてもヒートシールすることで製造される。または、（２）フィルム４１、積層体４８及びフィルム４２を順に重ね、四辺ある周縁部のうちの三辺をヒートシールして接合し、接合されていない一辺から電解液を注入し、この一辺についてもヒートシールすることで製造される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記（１）、（２）に示す製造方法のうち、（２）の製造方法においては、積層体４８の位置合わせが難しいため、ヒートシール時に積層体４８を挟み込んでしまう危険性がある。よって、通常シート電池は（１）の製造方法に従って製造される。しかしながら、シ─ト電池を上記（１）の製造方法に従って製造する場合においては、積層体４８をフィルム間に挿入する際に、積層体４８にシワや折れが発生するという問題がある。
【０００６】
また、シート電池４０の小型・軽量化を図る観点からは、積層体４８の外周とフィルム（４１、４２）との間にできる電池内部の空きスペースＳを出来る限り小さくする必要があり、そのためには接合された周縁部（４１ａ、４２ａ）と積層体４８との距離Ｌが出来る限り短くなるようにヒートシールする必要がある。
【０００７】
しかし、Ｌを短くしようとすると、積層体４８を配置又は挿入した後のヒートシールにおいて、積層体４８にかかる部分の周縁部までヒートシールしてしまう場合がある。この場合、積層体４８において内部短絡が生じてしまうため、空きスペースＳの縮小には限界がある。
【０００８】
なお、特願平８−８３５９６号公報には、電池内部に減圧処理を施して空きスペースＳを減少させたシート電池が開示されている。しかし、このシート電池においては、減圧処理により空きスペースＳはある程度小さくできるが、周縁部（４１ａ、４２ａ）と積層体４８との距離Ｌは短くすることが出来ず、結果として電池の小サイズ化を図ることは困難である。
【０００９】
本発明の課題は、上記問題を解決し、一層の小型・軽量化を図り得るシート電池およびその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のシート電池は、次の特徴を有するものである。
（１）樹脂材料を含む保護層と、金属材料を含む金属層と、接着剤を含む接着剤層とを積層してなる、二つのシート状の外装部材をその周縁部でヒートシールにより接合してなる電池ケースを有し、該ケースの一方又は両方の外装部材には、少なくとも正極、セパレータ、負極及び電解液を収容する絞り加工又は張出し加工によって形成された形状保持性の凹部であって、その側壁と底面とのなす角、或いはその側壁とシート状外装部材の周縁部とのなす角（α）が１００度〜１３５度で深さ０．５ｍｍ〜３ｍｍの凹部が形成される一方、前記正極とセパレータと負極はこの順に積層されて積層体を形成するとともに、その正極及び負極にはそれぞれリード端子が接続され、当該リード端子は、前記二つのシート状の外装部材の周縁部の接合部に挟まれて、その端部がケース外部へ突出していることを特徴とするシート電池。
【００１２】
（２）保護層の厚みが１０μｍ〜１００μｍ、金属層の厚みが１５μｍ〜１００μｍ、接着剤層の厚みが３０μｍ〜１００μｍであり、外装部材の厚みが５５μｍ〜３００μｍである上記（１）記載のシート電池。
【００１４】
【作用】
上記に示すように本発明のシート電池においては、電池ケースを構成する外装部材に、正極、セパレータ、負極および電解液を収容するための凹部が予め設けられており、凹部は形状保持性である。よって、正極、セパレータおよび負極を積層してなる積層体を外装部材間に挿入することによって配置する場合であっても、従来のように積層体にシワや折れが発生するのを抑制することができる。また、電池ケース内の空きスペースを縮小できるので、ヒートシールによる積層体における短絡を回避することもできる。さらに、従来のように電池ケース内を減圧する必要もない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明のシート電池およびその製造方法の一例を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は断面図である。なお、同図（ｂ）は線Ａ−Ａを通る厚み方向の断面を示している。
図１の例に示すように、本発明のシート電池１０は、二つのシート状の外装部材（１、２）をその周縁部（１ａ、２ａ）で接合してなる電池ケース３を有している。電池ケース３の一方又は両方の外装部材（１、２）には、正極５、セパレータ６、負極７および電解液を収容する形状保持性の凹部４が形成されている。正極５および負極７には、外部へと突出するリード端子（正極リード端子５ａ、負極リード端子７ａ）がそれぞれ接続されている。リード端子（５ａ、７ａ）は周縁部１ａと周縁部２ａとで挟まれ、これらの間を通って外部へと突出している。
【００１６】
図１の例では、外装部材１にのみ凹部４が設けられている。凹部４は外装部材１を絞り加工または張出し成形して形成されており、形状保持性となっている。即ち、凹部４は、図４に示すような弾性変形されて形成されたものではなく、塑性変形されて形成されたものである。本発明でいう形状保持性とは、塑性変形のように外力が除去されても凹状の形状を保持し得ることをいう。正極５、セパレータ６及び負極７は順に積層されて積層体８となっている。外装部材（１、２）は、同図では図示していないが、後述する図３に示すように多層構造を有している。
【００１７】
また、図１の例に示すように、本発明のシート電池１０は、外装部材１と外装部材２とを接合する前に、外装部材（１、２）の一方又は両方に、正極５、セパレータ６、負極７および電解液を収容するための形状保持性の凹部４を設ける工程を少なくとも有した製造方法によって製造されている。具体的には、外装部材１に絞り加工または張出し成形を施して凹部４を設けた後、外装部材１の凹部４内に積層体８を配置し、外装部材２を重ね合わせ、これらの四辺の周縁部（１ａ、２ａ）のうち三辺をヒートシールによって接合する。次に、接合されていない残りの一辺から電解液を注入する。さらに、残りの一辺をヒートシールすることでシート電池１０は製造されている。９はヒートシールされた部位をハッチングを施して示している。なお、この場合においては、前述の（２）の製造方法の場合と異なり、凹部４により積層体８の位置ズレは抑制されている。よって、位置ズレによってヒートシール時に積層体８が挟み込まれてしまう危険性は少ないといえる。
【００１８】
図２は、本発明のシート電池の他の例を示す図である。同図ではシート電池は断面でのみ示している。同図の例では、凹部４は外装部材１、２の両方に設けられている。凹部４には図１と同様に正極５、セパレータ６、負極７および電解液が収容されている。また、凹部４は絞り加工されて形成されており、形状保持性である。外装部材の周縁部（１ａ、２ａ）は図１と同様にヒートシールによって接合されている。また、図１の例と同様に正極５および負極７にはリード端子（５ａ、７ａ）が接続されている。９はヒートシールされた部位をハッチングを施して示している。
【００１９】
図１、２に示すように本発明のシート電池においては、正極５、セパレータ６、負極７を積層してなる積層体８の大きさや形状に合わせて形状保持性の凹部４を形成している。よって、接合された周縁部（１ａ、２ａ）と積層体８との距離Ｌを短くでき、空きスペースＳを必要最小限に抑えることができる。
【００２０】
図３は図１で示した本発明のシート電池を部分的に拡大して示した図であり、断面で示している。同図の例に示すように外装部材１、２は、それぞれ、樹脂材料を含む保護層（１１ａ、１２ａ）と、金属材料を含む金属層（１１ｂ、１２ｂ）と、接着剤を含む接着剤層（１１ｃ、１２ｃ）とを積層してなる多層構造を有している。外装部材の周縁部１ａと周縁部２ａとは、接着剤層１１ｃと接着剤層１２ｃとが熱融着されることによって接合されている。このように外装部材を多層構造とすれば、外傷に対する抵抗性を高くでき、さらに防湿性を向上させることができる。
【００２１】
保護層１１ａ、１２ａを形成する材料としては、ポリエステル、ナイロン、ポリカーボネート、ポリアリレート、液晶ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルケトン等のフィルムが挙げられる。このうち、汎用材料であるとの理由からポリエステル、ナイロンが好ましく用いられる。保護層１１ａ、１２ａはシート電池において外殻となるものである。従って、その厚みは強度の点から１０μｍ以上、好ましくは１２μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは１６μｍ〜７５μｍに設定するのが良い。
【００２２】
金属層１１ｂ、１２ｂを形成する材料としては、アルミニウム、銅、ステンレス等の金属箔が挙げられる。このうち、軽量性に優れている点からアルミニウムが好ましく用いられる。金属層１１ｂ、１２ｂはシート電池において防湿性を付与するためのものである。金属層１１ｂ、１２ｂの厚みは、ピンホールを避けるため１５μｍ以上、好ましくは２０μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは２５μｍ〜８０μｍに設定するのが良い。但し、凹部４の成形の容易性及び形状の維持性を高める点からは、凹部４が形成される金属層１１ｂの厚みは、凹部４が形成されない金属層１２ｂの厚みよりも厚く設定するのが好ましい。なお、凹部４が形成されない金属層１２ｂの厚みは、基本的には可能な限り薄くするのが好ましい。
【００２３】
接着剤層１１ｃ、１２ｃを形成する材料としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレンアクリル酸共重合体（ＥＡＡ）、エチレンアクリル酸エチル共重合体（ＥＥＡ）、変性ポリプロピレン樹脂等のオレフィン系ホットメルト系接着剤が挙げられる。このうち、リード端子に対する接着性が優れている点からエチレンアクリル酸共重合体が好ましく用いられる。接着剤層１１ｃ、１２ｃは、外装部材の周縁部を接合するものであって、電池構成要素を外気から密封するものである。接着剤層の厚みは、密封性の点から３０μｍ以上、好ましくは３５μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは４０μｍ〜８０μｍに設定するのが良い。
【００２４】
本発明の外装部材はシート電池の外装を形成するものであれば良く、図３に示すような多層構造を有していても良い。多層構造とする場合では、積層する層の数は限定されるものではなく、電池の種類や大きさに応じて適宜設定すれば良い。
【００２５】
外装部材への凹部の形成方法としては、絞り加工、張出し成形等が挙げられる。このうち、加工が容易である点からは、張出し成形によるのが好ましい。なお凹部は、その側壁と底面とのなす角、或いはその側壁と周縁部とのなす角（図１で示す角α）が、製造の容易性と空きスペースＳの抑制との兼ね合いから、９１度〜１３５度、好ましくは９１度〜１０５度となるように形成するのが良い。凹部の大きさは、収容する積層体の大きさに応じて決定すれば良い。但し、凹部の深さはシート電池の厚みが限定されるため、０．５ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは０．５ｍｍ〜２ｍｍ、特に好ましくは０．５ｍｍ〜１ｍｍとするのが良い。外装部材の周縁部の接合方法としては、図１〜３に示したヒートシールによる接合方法が挙げられる。
【００２６】
凹部に収容する正極、セパレータ、負極および電解液としては、従来よりリチウムイオン電池に使用されているものと同様の材料で構成したものを利用することができる。本発明のシート電池はリチウムイオン電池として使用することができる。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に示す。
実施例１
以下の手順に従い、図１、３に示すシート電池の作製を行なった。
最初に、外形１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、厚み０．０１６ｍｍのポリエステル製のフィルムと、外形が上記と同じで厚み０．０２０ｍｍのアルミニウム製の金属箔とを、ウレタン系接着剤を用いてドライラミネート法により貼り合わせ、さらに金属箔の上にＥＶＡからなるホットメルト系接着剤フィルム（厚み０．０５０ｍｍ）を熱接着して多層体を形成した。次に、この多層体に張出し成形を行って形状保持性の凹部４を設け、外装部材１を形成した。なお、外装部材１は、外形１２０ｍｍ×１２０ｍｍ、凹部の深さ１．０ｍｍ、凹部の底面の大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ、角度α１００度となっている。外装部材２は外装部材１の外形に合わせ、同様の材料を貼り合わせて形成した。
【００２８】
次に、上記で得た外装部材１の凹部に積層体（９８ｍｍ×９８ｍｍ×１ｍｍ）を配置し、その上に外装部材２を互いの周縁部で重ね合わせ、その内の三辺のヒートシールを行なった。残りの一辺から電解液を９ｍｌ注入した後、この一辺をヒートシールして本発明のシート電池を得た。なお、周縁部と積層体との距離Ｌは１ｍｍであった。また、積層体および電解液としては、従来よりリチウムイオン電池に使用されているものと同一のものを使用している。
【００２９】
実施例２
外装部材１に使用する金属箔として、厚み０．０８０ｍｍのアルミニウム製の金属箔を使用した以外は、実施例１と同様にしてシート電池を作製した。なお、外装部材２に使用する金属箔としては実施例１と同様のものを使用している。
本実施例では、外装部材１の金属箔の厚みは実施例１に比べて厚くなっている。よって、実施例１よりも凹部を容易に成形でき、又凹部の形状維持性が高められている。
【００３０】
比較例
実施例１と同様の積層体及び電解液を用い、さらに同様の多層体からなる外装部材（凹部なし）を用いて図４に示す従来のシート電池を作製した。完成したシート電池の外形は１２８ｍｍ×１２８ｍｍとなり、実施例１、２と比べて電池面積が約１３％増大している。周縁部と積層体との距離Ｌは５ｍｍであった。なお、距離Ｌをこれより縮めようとすると、ヒートシールを行った場合に、積層体に内部短絡を生じさせてしまうことがあった。
【００３１】
評価
上記実施例１、２および比較例から、本発明のシート電池を用いれば、発電能力が同一の条件下において、外形を小さくでき、余分なスペースＳを縮小できる。また、ヒートシールの際に内部短絡が生じることを抑制できる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明を用いれば、電池ケース内の余分なスペースを縮小でき、従来のシート電池に比べて小型・軽量化されたシート電池を提供することができる。また、本発明を用いれば、正極、セパレータ、負極などを外装部材に容易に収容することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシート電池の一例を示す図である。
【図２】本発明のシート電池の他の例を示す図である。
【図３】図１に示す本発明のシート電池の部分断面図である。
【図４】従来のシート電池を示す図である。
【符号の説明】
１外装部材
１ａ周縁部
２外装部材
２ａ周縁部
３電池ケース
４凹部
５正極
６セパレータ
７負極
８積層体
１０シート電池

Claims

樹脂材料を含む保護層と、金属材料を含む金属層と、接着剤を含む接着剤層とを積層してなる、二つのシート状の外装部材をその周縁部でヒートシールにより接合してなる電池ケースを有し、該ケースの一方又は両方の外装部材には、少なくとも正極、セパレータ、負極及び電解液を収容する絞り加工又は張出し加工によって形成された形状保持性の凹部であって、その側壁と底面とのなす角、或いはその側壁とシート状外装部材の周縁部とのなす角（α）が１００度〜１３５度で深さ０．５ｍｍ〜３ｍｍの凹部が形成される一方、前記正極とセパレータと負極はこの順に積層されて積層体を形成するとともに、その正極及び負極にはそれぞれリード端子が接続され、当該リード端子は、前記二つのシート状の外装部材の周縁部の接合部に挟まれて、その端部がケース外部へ突出していることを特徴とするシート電池。
保護層の厚みが１０μｍ〜１００μｍ、金属層の厚みが１５μｍ〜１００μｍ、接着剤層の厚みが３０μｍ〜１００μｍであり、外装部材の厚みが５５μｍ〜３００μｍである請求項１記載のシート電池。