JP4154633B2 - 非水電解質電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子を収容してなる非水電解質電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話、携帯用コンピューター等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そしてこれらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池、なかでも非水電解質二次電池（いわゆるリチウムイオン電池）について、薄型や折り曲げ可能な電池の研究開発が活発に進められている。
【０００３】
このような形状自在な電池の電解質として固体化した電解液の研究は盛んであり、特に可塑剤を含んだ固体電解質であるゲル状の電解質や高分子にリチウム塩を溶かし込んだ高分子固体電解質が注目を浴びている。
【０００４】
一方で、こうした電池の薄型軽量というメリットを生かすべく、プラスチックフィルムやプラスチックフィルムと金属を張り合わせたいわゆるラミネートフィルムを用いて封入するタイプの電池が種々検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば二次電池の場合、充放電を制御するための制御回路を電池周辺に配置する必要があり、外形寸法を抑えながらこの充放電制御回路を搭載するための空間を十分に確保し得るような構造が要求される。
【０００６】
さらに、このような電池を容器に収容して取り扱うことを考えた場合、外形寸法がなるべく小さく、寸法のバラツキも小さいことが必要である。外形寸法のバラツキが大きいと、容器への挿入作業が煩雑なものとなる。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、制御回路を搭載するための空間を十分に確保しながらも、外形寸法を抑えることができ、体積効率の高い非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、生産性に優れた非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子が収容され、熱溶着により封入されるとともに、上記電池素子を構成する各電極と導通される電極端子リードが熱溶着部に挟まれて外装材の外部に引き出されてなる非水電解質電池において、
外形形状が矩形状であり、その４辺のうち上記電極端子リードが引き出される１辺に対応する熱溶着部の両側角部であって、該１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部との交差部分が切り欠かれるとともに、上記電極端子リードが引き出される１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部が電池の厚さ以下の幅となるように折り曲げられ、電池素子の側面に沿って内側に折り畳まれ、
これらにより構成される空間に電池の制御回路が搭載されていることを特徴とするものである。
【００１０】
外装材の熱溶着部を折り畳んで形成される空間に電池の制御回路を搭載することで、電池寸法内の電池素子が存在しないスペースが有効利用され、体積効率が大幅に向上する。
【００１１】
ただし、熱溶着部を折り目をきっちりと付けて折り畳むことは難しく、収容し得る制御回路のサイズが制約されたり、外形寸法が不安定になる等の不都合が発生する。
【００１２】
そこで、本発明では、電極端子リードが引き出される１辺に対応する熱溶着部の両側角部であって、該１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部との交差部分を切り欠き、このような不都合を解消している。
【００１３】
上記角部を切り欠くことで、折り畳まれた熱溶着部の上記空間への迫り出し抑えられ、制御回路を搭載するための空間が十分に確保される。
【００１４】
同時に、外形寸法のバラツキも抑えられる。特に、折り畳んだ熱溶着部を接着剤によって固定すれば、外形寸法のバラツキはほとんど解消され、外形寸法自体も小さく抑えられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した非水電解質電池の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本発明の非水電解質電池（いわゆるリチウムイオン二次電池）は、例えば固体電解質、ゲル状電解質を用いた固体電解質電池、またはゲル状電解質電池であり、図１及び図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質、またはゲル状電解質を配設してなる電池素子１をラミネートフィルムよりなる外装材２に収容し、周囲を熱溶着することにより封入されてなるものである。外形形状は、ほぼ矩形（長方形）である。
【００１７】
上記電池素子１には、電池素子１を構成する負極と電気的に接続される負極端子リード３、及び正極と電気的に接続される正極端子リード４が設けられており、これら負極端子リード３、正極端子リード４は、外装材２の外方へと引き出されている。
【００１８】
これら負極端子リード３、正極端子リード４は、正負極のそれぞれの集電体に接合されており、その材質としては、正極端子リード４は高電位で溶解しないもの、例えばアルミニウム、チタン、あるいはこれらの合金等が挙げられる。負極端子リード３には、銅、ニッケル、またはこれらの合金を用いることができる。
【００１９】
ここで、リチウムイオン二次電池は、電池本体と制御回路がいわゆる化粧ケースにパックされてはじめて最終製品としての電池になる。
【００２０】
この際、限られたスペース内を有効利用してより多くの電池素子を投入し、より体積効率を上げることで高性能化することが望まれる。
【００２１】
扁平型の電池をラミネートフィルムにパックした電池では、その封止部をどのように処理するかが、この体積効率を大きく左右する。特に同じ容量の電池であれば、いかに薄く仕上げるかが重要で、例えば厚さ３ｍｍの電池において１００μｍ厚くなることは体積効率が３％悪くなることを、厚さ０．５ｍｍの電池において１００μｍ厚くなることは体積効率が２０％悪くなることを意味する。
【００２２】
また、端子リードの取り出し方向としては、例えば特開平１０−２０８７１０号公報に記載されるように、電池素子集電体の面を利用してラミネートフィルムの熱溶着部ではない部分から取り出す構造が示されているが、制御回路との接続を考えた場合、制御回路との接続配線が電池厚み方向に存在してしまうため、電池本体と制御回路が化粧ケースにパックされて最終製品の電池となった場合、却って体積効率の悪い電池になってしまう。
【００２３】
そこで、図１及び図２に示すように、ラミネートフィルムの熱溶着部２ａで負極端子リード３、正極端子リード４を挟持し、ここから取り出すようにする。
【００２４】
そして、ここに生じる電池素子１の存在しないスペースに、制御回路５を搭載する。こうすることで、単に電池素子１と制御回路５が電気的に接続されるばかりか、制御回路５は外装材２の熱溶着部２ａ上に保持され、振動や衝撃に対して安定になる。
【００２５】
このとき、外装材２として、電池素子１を収容しうる空間を予め例えば深絞り成形により形成したものを用いれば、制御回路５を搭載するスペースを有効に生み出して、より有効なスペース利用することが可能になる。
【００２６】
また、端子リードが取り出される方向以外の外装材２の熱溶着部の処理であるが、上記端子リードが取り出される熱溶着部２ａと直交する２辺に対応する熱溶着部２ｂ，２ｃを電池の厚み以下の幅となるように１回以上折り曲げ、これを電池側端部に折り畳んで、厚み方向の電池外寸が短くなるように考慮し、この折り畳み部、すなわち熱溶着部２ｂ，２ｃで制御回路５を含めた電池が保護されるようにしている。
【００２７】
このように熱溶着部２ｂ，２ｃを電池側端部に折り畳み、厚み方向の電池外寸が短くなるようにすることで、体積効率が大幅に向上する。例えば、厚さ３．３ｍｍの電池素子の場合に約５％、厚さ０．５ｍｍの電池素子の場合に約２５％もの体積効率の差が生じる。
【００２８】
また、この折り畳まれた熱溶着部２ｂ，２ｃは、外部からの衝撃に対して制御回路５を側面から保護する働きも有している。したがって、上記構成とすることで、電池の制御回路も含めた電池外寸での体積エネルギー密度が高く、優れた耐衝撃性を有する電池が得られる。
【００２９】
ただし、このとき熱溶着部２ａと熱溶着部２ｂとが交差する角部、及び熱溶着部２ａと熱溶着部２ｃとが交差する角部を残したまま熱溶着部２ｂ，２ｃを折り畳むと、この部分が迫り出して制御回路５を収容するための空間の寸法が小さくなる。
【００３０】
また、折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃも不安定となり、外形寸法にバラツキを生ずる。
【００３１】
そこで、本発明では、例えば図３に示すように、熱溶着部２ａの両側角部、すなわち熱溶着部２ａと熱溶着部２ｂとが交差する角部、及び熱溶着部２ａと熱溶着部２ｃとが交差する角部を第１の折り曲げ線Ｌ１の位置まで斜めに切り欠いて切り欠き部Ｃを形成し、上記迫り出しを極力小さくするような構成とする。
【００３２】
上記斜めの切り欠き部Ｃを形成することにより、この部分の制御回路５を収容するための空間への迫り出しが僅かなものとなり、制御回路５を収容する空間の寸法が拡大される。
【００３３】
なお、切り欠き形状としては、これに限られるものではなく、例えば図４に示すように第２の折り曲げ線Ｌ２の外側部分のみを斜めに切り欠いて切り欠き部Ｃを形成してもよいし、図５に示すように、折り曲げ線Ｌ２までの領域を矩形に切り取る段差形状の切り欠き部Ｄを形成するようにしてもよい。
【００３４】
さらには、図６に示すような円弧状の切り欠き部Ｒ１や、図７に示すような逆円弧状の切り欠き部Ｒ２としてもよい。前者の場合、熱溶着部のシール長さを一定にすることができ、水分侵入や内圧に対する耐性を確保する上で都合がよい。後者の場合、図５に示すような段差形状の切り欠き部Ｄと異なり、シール長さの短い部分に角部が形成されることがなく、やはり水分侵入や内圧に対する耐性を確保する上で好適である。
【００３５】
上記各切り欠き部を形成するに際し、その切り欠き量は任意に設定することができるが、例えば確実に水分の侵入を防止するためには、切り欠き部においても３ｍｍ以上のシール長さを維持できるように設定することが好ましい。
【００３６】
また、折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃも含めた電池の外形寸法をより一層小さくするためには、接着剤による固定が有効である。接着剤により固定すれば、折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃの折り曲げ状態が安定化され、外形寸法を縮小することができ、またそのバラツキも抑えることができる。
【００３７】
一方、上記電池素子１であるが、例えば固体電解質電池、またはゲル状電解質電池を考えた場合、高分子固体電解質に使用する高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマー等、もしくはフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-トリフルオロエチレン）などおよびこれらの混合物が各種使用できるが、勿論、これらに限定されるものではない。
【００３８】
正極活物質層または負極活物質層に積層されている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層または負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化される。
【００３９】
ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子からなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
【００４０】
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００４１】
高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００４２】
このようなゲル状電解質または高分子固体電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
たとえば、塩化リチウム臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6等を挙げることができる。
【００４４】
これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4が酸化安定性の点から望ましい。
【００４５】
リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用いることができる。
【００４６】
本発明の電池は、上記のようなゲル状電解質もしくは固体電解質を使用する以外は、従来のリチウムイオン電池と同様に構成することができる。
【００４７】
すなわち、リチウムイオン電池を構成する場合の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。このような負極の構成材料、たとえば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。このほか、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2 等の酸化物を使用することもできる。このような材料から負極を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。
【００４８】
正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。たとえばリチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2，Ｖ2Ｏ5等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ2 （式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ2，ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2(式中、０＜ｙ＜１である。)、ＬｉＭｎ2Ｏ4等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に的に優れた正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。
【００４９】
上記電池素子１の構造としては、固体電解質を挟んで正極、負極を交互に積層した積み重ね型、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを巻き取った巻き取り型、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを交互に折りたたんだ折り畳み型等を挙げることができ、任意に選定することができる。
【００５０】
本発明は、一次電池、二次電池のいずれにも適用可能であるが、特に非水電解液二次電池へ適用することで、大きな効果を得ることができる。
【００５１】
以上が本発明を適用した非水電解質電池の基本的な構造であるが、その構造をより明確なものとするため、その作製手順について説明する。
【００５２】
上記非水電解質電池を作製するためには、先ず、図８に示すように、電池素子１をラミネートフィルムよりなる外装材２に収容し、周囲を熱溶着することにより封入した後、図９に示すように、熱溶着部２ａの両側角部を斜めにカッティングし、切り欠き部Ｃを形成する。
【００５３】
次いで、図１０に示すように、両側熱溶着部２ｂ，２ｃを中間位置（折り曲げ線Ｌ２）で一度折り曲げ、さらに電池素子１の側面に沿って（折り曲げ線Ｌ１）折り曲げる。この折り曲げは２段階で行い、図１０に示すように、ある程度折り癖を付けた後、図１１に示すように、しっかりと折り込む。
【００５４】
最後に、図１２に示すように四隅に接着剤Ｂを塗布し、図１３に示すように折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃを接着固定する。
【００５５】
上記折り曲げに際しては、専用の治具を用いることが好ましく、以下、この折り曲げ治具について説明する。
【００５６】
折り曲げ治具２０は、図１４に示すように、基台２１上にＴ字状のレバー２２を回転可能に支持するスタンド２３と、図１４中矢印Ｄ方向にコイルバネ２４によって付勢されかつ図１４中矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向に上昇、下降可能に配設されたブレード２５と、ブレード２５直下にＶ字状の溝部２６が形成されたＶ溝ブロック２７と、Ｖ溝ブロック２７に隣接して配設され非水電解質電池のセット位置をガイドするガイドプレート２８とを備えて構成されている。
【００５７】
折り曲げ治具２０は、レバー２２が図１４中矢印Ｃ方向に押圧されると、ブレード２５に配設されたカムフォロアー２９を介してブレード２５が押し下げられ、図１４矢印Ｃ方向に下降する。折り曲げ治具２０は、ブレード２５が下降すると、ブレード２５の直下に位置してＶ溝ブロック２７上に形成された溝部２６内にブレード２５の先端が嵌合する。ブレード２５の先端は、溝部２６の形状に合わせて略Ｖ字状の二辺を有する断面略三角形状に形成されている。
【００５８】
上述した構成を有する折り曲げ治具２０によって熱溶着部２ｂ，２ｃを折り曲げるには、先ず、折り曲げ治具２０上にガイドプレート２８とＶ溝ブロック２７とによって位置合わせをして非水電解質電池がセットされる。この時、非水電解質電池は、図１５（ａ）に示すように、一方の熱溶着部２ｂがＶ溝ブロック２７の溝部２６上に位置するようにセットされる。
【００５９】
そして、レバー２２を図１４中矢印Ｃ方向に押し下げて、ブレード２５を止まるまで降下させる。降下したブレード２５は、溝部２６上に位置して配設された非水電解質電池の熱溶着部２ｂに接触し、溝部２６内に押圧する。これによって、熱溶着部２ｂが溝部２６内に押圧されると、図１５（ｂ）に示すように、略Ｖ字状に折り曲げられる。
【００６０】
その後、反対側の熱溶着部２ｃについても折り曲げ治具２０を用いて同じように折り曲げを行うことにより、折り癖が付けられる。熱溶着部２ｂ，２ｃが両方とも折り曲げられたら、折り曲げ治具２０から非水電解質電池を取り外す。
【００６１】
なお、熱溶着部２ｂ，２ｃの折り曲げは、溝部２６とブレード２５の形状を変更することにより所望の角度に折り曲げることができる。また、溝部２６とブレード２５とがともに熱溶着部２ｂ，２ｃを略Ｖ字状に折り曲げるように形成されているが、熱溶着部２ｂ，２ｃを曲率Ｒを有して折り曲げるようにしてもよい。この場合、折り曲げ治具２０には、熱溶着部２ｂ，２ｃに設ける曲率Ｒを有する溝と、この溝の形状に合わせて曲率Ｒを有する形状に先端が成形されたブレードが配設される。
【００６２】
上記により作製された非水電解質電池１０は、例えばケース１１に入れられた状態で取り扱われる。
【００６３】
図１６は、上記非水電解質電池１０のケース１１への挿入方法を示すものである。非水電解質電池１０のケース１１へ挿入するには、図１６に示すように、先ず制御回路５を所定の位置に収め、この制御回路５と電池素子１とを繋ぐプリント配線板５ａ（この部分において負極端子リード３及び正極端子リード４と制御回路５の電気的接続が図られる。）を折り畳む。これにより、図１７に示すような収容状態となる。
【００６４】
このとき、非水電解質電池１０の外形寸法が大きかったり、外形寸法にバラツキがあると、挿入操作が煩雑なものとなる。
【００６５】
本発明では、熱溶着部２ａの角部を切り欠き、さらには接着剤によって固定しているので、外形寸法も抑えられ、そのバラツキも小さなものであるので、円滑に挿入操作が行われる。
【００６６】
【実施例】
次に、本発明を適用した具体的な実施例及び比較例について、実験結果に基づいて説明する。
【００６７】
サンプル電池の作製方法、及び評価方法は下記の通りである。
【００６８】
サンプル電池の作製
先ず、負極を次のように作製した。
【００６９】
粉砕した黒鉛粉末９０重量部と、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをＮ-メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。そして、このスラリーを負極集電体である厚さ１０μｍの帯状銅箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形し、負極を作製した。
【００７０】
一方、正極を次のように作製した。
【００７１】
正極活物質（ＬｉＣｏＯ2）を得るために、炭酸リチウムと炭酸コバルトを０．５モル対１モルの比率で混合し、空気中、９００℃で５時間焼成した。次に、得られたＬｉＣｏＯ2 ９１重量部、導電剤として黒鉛６重量部、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。そして、このスラリーを正極集電体である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の片面に均一に塗布し、乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形し、正極を作製した。
【００７２】
さらに、ゲル状電解質を次のようにして得た。
【００７３】
負極、正極上に炭酸エチレン（ＥＣ）４２．５重量部、炭酸プロピレン（ＰＣ）４２．５重量部、ＬｉＰＦ6 １５重量部からなる可塑剤３０重量部に、重量平均分子量Ｍｗ６０万のポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部、そして炭酸ジエチル６０重量部を混合溶解させた溶液を均一に塗布し、含浸させ、常温で８時間放置し、炭酸ジメチルを気化、除去しゲル状電解質を得た。
【００７４】
ゲル状電解質を塗布した負極、及び正極をゲル状電解質側をあわせ、圧着することで面積３．３ｃｍ×５．２ｃｍ、厚さ０．３ｍｍで容量５０ｍＡｈの平板型ゲル状電解質電池、及び面積３．３ｃｍ×５．２ｃｍ、厚さ３．３ｍｍで容量５５０ｍＡｈの平板型ゲル状電解質電池を作製した。
【００７５】
極板の活物質層が塗工されていない部分（正極はアルミ箔、負極は銅箔）上にアルミニウムからなる正極端子リード及びニッケルからなる負極端子リードを溶接した後、ラミネートフィルムからなる封入体に挿入し、２００℃、１０秒の条件でシール機によりシール幅５ｍｍで熱融着し、試験電池とした。
【００７６】
切り欠き部の有無、形状についての検討
ここで作製したサンプルの構成は以下の通りである。
【００７７】
サンプル１ ：図５に示すような段差形状の切り欠き部を形成。
【００７８】
サンプル２ ：図４に示すような斜めの切り欠き部を第２の折り曲げ線Ｌ２まで形成［切り欠き部寸法 ２．７ｍｍ（幅方向：折れ曲げ線と直交する方向）×６．５ｍｍ（長さ方向：折れ曲げ線に沿った方向）］。
【００７９】
サンプル３ ：図３に示すような斜めの切り欠き部を第１の折り曲げ線Ｌ１まで形成（切り欠き部寸法 ６．２ｍｍ×６．２ｍｍ）。
【００８０】
比較サンプル：切り欠き部無し。
【００８１】
各サンプルについて、図１８に示す外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を測定し、さらに図１９に示す制御回路５を収容する空間の寸法Ｋを測定した。各サンプルについての測定結果を表１〜表４に示す。表１がサンプル１、表２がサンプル２、表３がサンプル３、表４が比較サンプルの測定結果を示している。
【００８２】
【表１】
【００８３】
【表２】
【００８４】
【表３】
【００８５】
【表４】
【００８６】
切り欠きが無い場合（比較サンプル）に比べ、サンプル１〜３では制御回路５を収容する空間の寸法Ｋが拡大されている。
【００８７】
外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３についても、サンプル１〜３では縮小傾向にあるが、寸法が不安定でありバラツキが大きい。
【００８８】
また、各サンプルについて比較すると、サンプル１は、上記結果は良好であるが、水分試験に懸念があり、切り欠き角部を安定して形成することが難しい等の難点がある。また、シール長さも問題である。
【００８９】
サンプル２は、上記結果は良好であり、水分試験についても問題はないが、折り込みが難しい。
【００９０】
サンプル３では、上記サンプル１やサンプル２における問題が解消され、最良の形態と言える。
【００９１】
接着剤の有無についての検討
先の比較サンプルにおいては、接着剤による固定を行っていないが、同様の構成のサンプルについて、接着剤による固定を行った。これをサンプル４とする。
【００９２】
このサンプル４についても同様の測定を行った。結果を表５に示す。
【００９３】
【表５】
【００９４】
先の比較サンプルと比べ、接着剤を塗布することによって外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が改善されている。
【００９５】
ただし、制御回路５を収容する空間の寸法Ｋはほとんど変わらない。
【００９６】
切り欠き部＋接着剤
そこで、切り欠き部と接着剤による固定を組み合わせたサンプルを作製した。
【００９７】
ここで作製したサンプルの構成は以下の通りである。
【００９８】
サンプル５ ：図５に示すような段差形状の切り欠き部を形成。接着剤による固定有り。
【００９９】
サンプル６ ：図４に示すような斜めの切り欠き部を第２の折り曲げ線Ｌ２まで形成。接着剤による固定有り。
【０１００】
サンプル７ ：図３に示すような斜めの切り欠き部を第１の折り曲げ線Ｌ１まで形成。接着剤による固定有り。
【０１０１】
これらサンプル５〜７についても同様の測定を行った。結果を表６〜表８に示す。
【０１０２】
【表６】
【０１０３】
【表７】
【０１０４】
【表８】
【０１０５】
切り欠き部と接着剤による固定を組み合わせたサンプルでは、制御回路５を収容する空間の寸法Ｋが拡大され、同時に外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３も改善されている。
【０１０６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、制御回路を搭載するための空間を十分に確保しながら、外形寸法を抑えることができる。したがって、体積効率の高い非水電解質電池を提供することが可能である。
【０１０７】
さらに、本発明の非水電解質電池は、作製も容易であり、ケースへの挿入操作なども容易である。したがって、生産性も大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された非水電解質電池の一構成例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明が適用された非水電解質電池の一構成例を示す概略断面図である。
【図３】切り欠きの一例を示す概略平面図である。
【図４】切り欠きの他の例を示す概略平面図である。
【図５】切り欠きのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図６】切り欠きのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図７】切り欠きのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図８】電池作製手順を示すものであり、外装材への封止工程を示す概略斜視図である。
【図９】切り欠き部形成工程を示す概略斜視図である。
【図１０】折り癖形成工程を示す概略斜視図である。
【図１１】折り曲げ工程を示す概略斜視図である。
【図１２】接着剤塗布工程を示す概略斜視図である。
【図１３】熱溶着部の固定工程を示す概略斜視図である。
【図１４】折り曲げ治具の概略構成を示す斜視図である。
【図１５】折り曲げ治具による折り曲げ工程を説明する概略断面図である。
【図１６】非水電解質電池のケースへの挿入操作を示すものであり、制御回路の挿入状態を示す概略斜視図である。
【図１７】非水電解質電池のケースへの収容状態を示す斜視図である。
【図１８】測定した外形寸法を説明するための模式図である。
【図１９】制御回路を収容する空間の寸法を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 電池素子、２ 外装材、２ａ，２ｂ，２ｃ 熱溶着部、３ 負極端子リード、４ 正極端子リード、５ 制御回路、Ｃ，Ｄ，Ｒ１，Ｒ２ 切り欠き部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子を収容してなる非水電解質電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話、携帯用コンピューター等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そしてこれらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池、なかでも非水電解質二次電池（いわゆるリチウムイオン電池）について、薄型や折り曲げ可能な電池の研究開発が活発に進められている。
【０００３】
このような形状自在な電池の電解質として固体化した電解液の研究は盛んであり、特に可塑剤を含んだ固体電解質であるゲル状の電解質や高分子にリチウム塩を溶かし込んだ高分子固体電解質が注目を浴びている。
【０００４】
一方で、こうした電池の薄型軽量というメリットを生かすべく、プラスチックフィルムやプラスチックフィルムと金属を張り合わせたいわゆるラミネートフィルムを用いて封入するタイプの電池が種々検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば二次電池の場合、充放電を制御するための制御回路を電池周辺に配置する必要があり、外形寸法を抑えながらこの充放電制御回路を搭載するための空間を十分に確保し得るような構造が要求される。
【０００６】
さらに、このような電池を容器に収容して取り扱うことを考えた場合、外形寸法がなるべく小さく、寸法のバラツキも小さいことが必要である。外形寸法のバラツキが大きいと、容器への挿入作業が煩雑なものとなる。
【０００７】
そこで、本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、制御回路を搭載するための空間を十分に確保しながらも、外形寸法を抑えることができ、体積効率の高い非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、本発明は、生産性に優れた非水電解質電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子が収容され、熱溶着により封入されるとともに、上記電池素子を構成する各電極と導通される電極端子リードが熱溶着部に挟まれて外装材の外部に引き出されてなる非水電解質電池において、
外形形状が矩形状であり、その４辺のうち上記電極端子リードが引き出される１辺に対応する熱溶着部の両側角部であって、該１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部との交差部分が切り欠かれるとともに、上記電極端子リードが引き出される１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部が電池の厚さ以下の幅となるように折り曲げられ、電池素子の側面に沿って内側に折り畳まれ、
これらにより構成される空間に電池の制御回路が搭載されていることを特徴とするものである。
【００１０】
外装材の熱溶着部を折り畳んで形成される空間に電池の制御回路を搭載することで、電池寸法内の電池素子が存在しないスペースが有効利用され、体積効率が大幅に向上する。
【００１１】
ただし、熱溶着部を折り目をきっちりと付けて折り畳むことは難しく、収容し得る制御回路のサイズが制約されたり、外形寸法が不安定になる等の不都合が発生する。
【００１２】
そこで、本発明では、電極端子リードが引き出される１辺に対応する熱溶着部の両側角部であって、該１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部との交差部分を切り欠き、このような不都合を解消している。
【００１３】
上記角部を切り欠くことで、折り畳まれた熱溶着部の上記空間への迫り出し抑えられ、制御回路を搭載するための空間が十分に確保される。
【００１４】
同時に、外形寸法のバラツキも抑えられる。特に、折り畳んだ熱溶着部を接着剤によって固定すれば、外形寸法のバラツキはほとんど解消され、外形寸法自体も小さく抑えられる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した非水電解質電池の構成について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
本発明の非水電解質電池（いわゆるリチウムイオン二次電池）は、例えば固体電解質、ゲル状電解質を用いた固体電解質電池、またはゲル状電解質電池であり、図１及び図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質、またはゲル状電解質を配設してなる電池素子１をラミネートフィルムよりなる外装材２に収容し、周囲を熱溶着することにより封入されてなるものである。外形形状は、ほぼ矩形（長方形）である。
【００１７】
上記電池素子１には、電池素子１を構成する負極と電気的に接続される負極端子リード３、及び正極と電気的に接続される正極端子リード４が設けられており、これら負極端子リード３、正極端子リード４は、外装材２の外方へと引き出されている。
【００１８】
これら負極端子リード３、正極端子リード４は、正負極のそれぞれの集電体に接合されており、その材質としては、正極端子リード４は高電位で溶解しないもの、例えばアルミニウム、チタン、あるいはこれらの合金等が挙げられる。負極端子リード３には、銅、ニッケル、またはこれらの合金を用いることができる。
【００１９】
ここで、リチウムイオン二次電池は、電池本体と制御回路がいわゆる化粧ケースにパックされてはじめて最終製品としての電池になる。
【００２０】
この際、限られたスペース内を有効利用してより多くの電池素子を投入し、より体積効率を上げることで高性能化することが望まれる。
【００２１】
扁平型の電池をラミネートフィルムにパックした電池では、その封止部をどのように処理するかが、この体積効率を大きく左右する。特に同じ容量の電池であれば、いかに薄く仕上げるかが重要で、例えば厚さ３ｍｍの電池において１００μｍ厚くなることは体積効率が３％悪くなることを、厚さ０．５ｍｍの電池において１００μｍ厚くなることは体積効率が２０％悪くなることを意味する。
【００２２】
また、端子リードの取り出し方向としては、例えば特開平１０−２０８７１０号公報に記載されるように、電池素子集電体の面を利用してラミネートフィルムの熱溶着部ではない部分から取り出す構造が示されているが、制御回路との接続を考えた場合、制御回路との接続配線が電池厚み方向に存在してしまうため、電池本体と制御回路が化粧ケースにパックされて最終製品の電池となった場合、却って体積効率の悪い電池になってしまう。
【００２３】
そこで、図１及び図２に示すように、ラミネートフィルムの熱溶着部２ａで負極端子リード３、正極端子リード４を挟持し、ここから取り出すようにする。
【００２４】
そして、ここに生じる電池素子１の存在しないスペースに、制御回路５を搭載する。こうすることで、単に電池素子１と制御回路５が電気的に接続されるばかりか、制御回路５は外装材２の熱溶着部２ａ上に保持され、振動や衝撃に対して安定になる。
【００２５】
このとき、外装材２として、電池素子１を収容しうる空間を予め例えば深絞り成形により形成したものを用いれば、制御回路５を搭載するスペースを有効に生み出して、より有効なスペース利用することが可能になる。
【００２６】
また、端子リードが取り出される方向以外の外装材２の熱溶着部の処理であるが、上記端子リードが取り出される熱溶着部２ａと直交する２辺に対応する熱溶着部２ｂ，２ｃを電池の厚み以下の幅となるように１回以上折り曲げ、これを電池側端部に折り畳んで、厚み方向の電池外寸が短くなるように考慮し、この折り畳み部、すなわち熱溶着部２ｂ，２ｃで制御回路５を含めた電池が保護されるようにしている。
【００２７】
このように熱溶着部２ｂ，２ｃを電池側端部に折り畳み、厚み方向の電池外寸が短くなるようにすることで、体積効率が大幅に向上する。例えば、厚さ３．３ｍｍの電池素子の場合に約５％、厚さ０．５ｍｍの電池素子の場合に約２５％もの体積効率の差が生じる。
【００２８】
また、この折り畳まれた熱溶着部２ｂ，２ｃは、外部からの衝撃に対して制御回路５を側面から保護する働きも有している。したがって、上記構成とすることで、電池の制御回路も含めた電池外寸での体積エネルギー密度が高く、優れた耐衝撃性を有する電池が得られる。
【００２９】
ただし、このとき熱溶着部２ａと熱溶着部２ｂとが交差する角部、及び熱溶着部２ａと熱溶着部２ｃとが交差する角部を残したまま熱溶着部２ｂ，２ｃを折り畳むと、この部分が迫り出して制御回路５を収容するための空間の寸法が小さくなる。
【００３０】
また、折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃも不安定となり、外形寸法にバラツキを生ずる。
【００３１】
そこで、本発明では、例えば図３に示すように、熱溶着部２ａの両側角部、すなわち熱溶着部２ａと熱溶着部２ｂとが交差する角部、及び熱溶着部２ａと熱溶着部２ｃとが交差する角部を第１の折り曲げ線Ｌ１の位置まで斜めに切り欠いて切り欠き部Ｃを形成し、上記迫り出しを極力小さくするような構成とする。
【００３２】
上記斜めの切り欠き部Ｃを形成することにより、この部分の制御回路５を収容するための空間への迫り出しが僅かなものとなり、制御回路５を収容する空間の寸法が拡大される。
【００３３】
なお、切り欠き形状としては、これに限られるものではなく、例えば図４に示すように第２の折り曲げ線Ｌ２の外側部分のみを斜めに切り欠いて切り欠き部Ｃを形成してもよいし、図５に示すように、折り曲げ線Ｌ２までの領域を矩形に切り取る段差形状の切り欠き部Ｄを形成するようにしてもよい。
【００３４】
さらには、図６に示すような円弧状の切り欠き部Ｒ１や、図７に示すような逆円弧状の切り欠き部Ｒ２としてもよい。前者の場合、熱溶着部のシール長さを一定にすることができ、水分侵入や内圧に対する耐性を確保する上で都合がよい。後者の場合、図５に示すような段差形状の切り欠き部Ｄと異なり、シール長さの短い部分に角部が形成されることがなく、やはり水分侵入や内圧に対する耐性を確保する上で好適である。
【００３５】
上記各切り欠き部を形成するに際し、その切り欠き量は任意に設定することができるが、例えば確実に水分の侵入を防止するためには、切り欠き部においても３ｍｍ以上のシール長さを維持できるように設定することが好ましい。
【００３６】
また、折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃも含めた電池の外形寸法をより一層小さくするためには、接着剤による固定が有効である。接着剤により固定すれば、折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃの折り曲げ状態が安定化され、外形寸法を縮小することができ、またそのバラツキも抑えることができる。
【００３７】
一方、上記電池素子１であるが、例えば固体電解質電池、またはゲル状電解質電池を考えた場合、高分子固体電解質に使用する高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変成ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変成ポリマー等、もしくはフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド-co-トリフルオロエチレン）などおよびこれらの混合物が各種使用できるが、勿論、これらに限定されるものではない。
【００３８】
正極活物質層または負極活物質層に積層されている固体電解質、またはゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）からなる溶液を正極活物質層または負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。正極活物質層または負極活物質層に積層された固体電解質、またはゲル状電解質は、その一部が正極活物質層または負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化される。
【００３９】
ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２重量％以上〜３０重量％以下のマトリクス高分子からなる。このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独または可塑剤の一成分として用いることができる。
【００４０】
ゲル状電解質を調整するにあたり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００４１】
高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物からなり、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独、または混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
【００４２】
このようなゲル状電解質または高分子固体電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４３】
たとえば、塩化リチウム臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｉＦ6等を挙げることができる。
【００４４】
これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いても良いが、これらの中でＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4が酸化安定性の点から望ましい。
【００４５】
リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用いることができる。
【００４６】
本発明の電池は、上記のようなゲル状電解質もしくは固体電解質を使用する以外は、従来のリチウムイオン電池と同様に構成することができる。
【００４７】
すなわち、リチウムイオン電池を構成する場合の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。このような負極の構成材料、たとえば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス)、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体(フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの)、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。このほか、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ2 等の酸化物を使用することもできる。このような材料から負極を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。
【００４８】
正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物または特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。たとえばリチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2，Ｖ2Ｏ5等のリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物や、ＬｉＭＯ2 （式中Ｍは一種以上の遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ2，ＬｉＮｉＯ2，ＬｉＮｉyＣｏ1-yＯ2(式中、０＜ｙ＜１である。)、ＬｉＭｎ2Ｏ4等を挙げることができる。これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に的に優れた正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。
【００４９】
上記電池素子１の構造としては、固体電解質を挟んで正極、負極を交互に積層した積み重ね型、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを巻き取った巻き取り型、正極及び負極を固体電解質を挟んで重ね合わせ、これを交互に折りたたんだ折り畳み型等を挙げることができ、任意に選定することができる。
【００５０】
本発明は、一次電池、二次電池のいずれにも適用可能であるが、特に非水電解液二次電池へ適用することで、大きな効果を得ることができる。
【００５１】
以上が本発明を適用した非水電解質電池の基本的な構造であるが、その構造をより明確なものとするため、その作製手順について説明する。
【００５２】
上記非水電解質電池を作製するためには、先ず、図８に示すように、電池素子１をラミネートフィルムよりなる外装材２に収容し、周囲を熱溶着することにより封入した後、図９に示すように、熱溶着部２ａの両側角部を斜めにカッティングし、切り欠き部Ｃを形成する。
【００５３】
次いで、図１０に示すように、両側熱溶着部２ｂ，２ｃを中間位置（折り曲げ線Ｌ２）で一度折り曲げ、さらに電池素子１の側面に沿って（折り曲げ線Ｌ１）折り曲げる。この折り曲げは２段階で行い、図１０に示すように、ある程度折り癖を付けた後、図１１に示すように、しっかりと折り込む。
【００５４】
最後に、図１２に示すように四隅に接着剤Ｂを塗布し、図１３に示すように折り畳んだ熱溶着部２ｂ，２ｃを接着固定する。
【００５５】
上記折り曲げに際しては、専用の治具を用いることが好ましく、以下、この折り曲げ治具について説明する。
【００５６】
折り曲げ治具２０は、図１４に示すように、基台２１上にＴ字状のレバー２２を回転可能に支持するスタンド２３と、図１４中矢印Ｄ方向にコイルバネ２４によって付勢されかつ図１４中矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向に上昇、下降可能に配設されたブレード２５と、ブレード２５直下にＶ字状の溝部２６が形成されたＶ溝ブロック２７と、Ｖ溝ブロック２７に隣接して配設され非水電解質電池のセット位置をガイドするガイドプレート２８とを備えて構成されている。
【００５７】
折り曲げ治具２０は、レバー２２が図１４中矢印Ｃ方向に押圧されると、ブレード２５に配設されたカムフォロアー２９を介してブレード２５が押し下げられ、図１４矢印Ｃ方向に下降する。折り曲げ治具２０は、ブレード２５が下降すると、ブレード２５の直下に位置してＶ溝ブロック２７上に形成された溝部２６内にブレード２５の先端が嵌合する。ブレード２５の先端は、溝部２６の形状に合わせて略Ｖ字状の二辺を有する断面略三角形状に形成されている。
【００５８】
上述した構成を有する折り曲げ治具２０によって熱溶着部２ｂ，２ｃを折り曲げるには、先ず、折り曲げ治具２０上にガイドプレート２８とＶ溝ブロック２７とによって位置合わせをして非水電解質電池がセットされる。この時、非水電解質電池は、図１５（ａ）に示すように、一方の熱溶着部２ｂがＶ溝ブロック２７の溝部２６上に位置するようにセットされる。
【００５９】
そして、レバー２２を図１４中矢印Ｃ方向に押し下げて、ブレード２５を止まるまで降下させる。降下したブレード２５は、溝部２６上に位置して配設された非水電解質電池の熱溶着部２ｂに接触し、溝部２６内に押圧する。これによって、熱溶着部２ｂが溝部２６内に押圧されると、図１５（ｂ）に示すように、略Ｖ字状に折り曲げられる。
【００６０】
その後、反対側の熱溶着部２ｃについても折り曲げ治具２０を用いて同じように折り曲げを行うことにより、折り癖が付けられる。熱溶着部２ｂ，２ｃが両方とも折り曲げられたら、折り曲げ治具２０から非水電解質電池を取り外す。
【００６１】
なお、熱溶着部２ｂ，２ｃの折り曲げは、溝部２６とブレード２５の形状を変更することにより所望の角度に折り曲げることができる。また、溝部２６とブレード２５とがともに熱溶着部２ｂ，２ｃを略Ｖ字状に折り曲げるように形成されているが、熱溶着部２ｂ，２ｃを曲率Ｒを有して折り曲げるようにしてもよい。この場合、折り曲げ治具２０には、熱溶着部２ｂ，２ｃに設ける曲率Ｒを有する溝と、この溝の形状に合わせて曲率Ｒを有する形状に先端が成形されたブレードが配設される。
【００６２】
上記により作製された非水電解質電池１０は、例えばケース１１に入れられた状態で取り扱われる。
【００６３】
図１６は、上記非水電解質電池１０のケース１１への挿入方法を示すものである。非水電解質電池１０のケース１１へ挿入するには、図１６に示すように、先ず制御回路５を所定の位置に収め、この制御回路５と電池素子１とを繋ぐプリント配線板５ａ（この部分において負極端子リード３及び正極端子リード４と制御回路５の電気的接続が図られる。）を折り畳む。これにより、図１７に示すような収容状態となる。
【００６４】
このとき、非水電解質電池１０の外形寸法が大きかったり、外形寸法にバラツキがあると、挿入操作が煩雑なものとなる。
【００６５】
本発明では、熱溶着部２ａの角部を切り欠き、さらには接着剤によって固定しているので、外形寸法も抑えられ、そのバラツキも小さなものであるので、円滑に挿入操作が行われる。
【００６６】
【実施例】
次に、本発明を適用した具体的な実施例及び比較例について、実験結果に基づいて説明する。
【００６７】
サンプル電池の作製方法、及び評価方法は下記の通りである。
【００６８】
サンプル電池の作製
先ず、負極を次のように作製した。
【００６９】
粉砕した黒鉛粉末９０重量部と、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して負極合剤を調製し、さらにこれをＮ-メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。そして、このスラリーを負極集電体である厚さ１０μｍの帯状銅箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成形し、負極を作製した。
【００７０】
一方、正極を次のように作製した。
【００７１】
正極活物質（ＬｉＣｏＯ2）を得るために、炭酸リチウムと炭酸コバルトを０．５モル対１モルの比率で混合し、空気中、９００℃で５時間焼成した。次に、得られたＬｉＣｏＯ2 ９１重量部、導電剤として黒鉛６重量部、結着剤としてポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部とを混合して正極合剤を調製し、さらにこれをＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させスラリー状とした。そして、このスラリーを正極集電体である厚さ２０μｍの帯状アルミニウム箔の片面に均一に塗布し、乾燥した後、ロールプレス機で圧縮成形し、正極を作製した。
【００７２】
さらに、ゲル状電解質を次のようにして得た。
【００７３】
負極、正極上に炭酸エチレン（ＥＣ）４２．５重量部、炭酸プロピレン（ＰＣ）４２．５重量部、ＬｉＰＦ6 １５重量部からなる可塑剤３０重量部に、重量平均分子量Ｍｗ６０万のポリ（ビニリデンフルオロライド-co-ヘキサフルオロプロピレン）１０重量部、そして炭酸ジエチル６０重量部を混合溶解させた溶液を均一に塗布し、含浸させ、常温で８時間放置し、炭酸ジメチルを気化、除去しゲル状電解質を得た。
【００７４】
ゲル状電解質を塗布した負極、及び正極をゲル状電解質側をあわせ、圧着することで面積３．３ｃｍ×５．２ｃｍ、厚さ０．３ｍｍで容量５０ｍＡｈの平板型ゲル状電解質電池、及び面積３．３ｃｍ×５．２ｃｍ、厚さ３．３ｍｍで容量５５０ｍＡｈの平板型ゲル状電解質電池を作製した。
【００７５】
極板の活物質層が塗工されていない部分（正極はアルミ箔、負極は銅箔）上にアルミニウムからなる正極端子リード及びニッケルからなる負極端子リードを溶接した後、ラミネートフィルムからなる封入体に挿入し、２００℃、１０秒の条件でシール機によりシール幅５ｍｍで熱融着し、試験電池とした。
【００７６】
切り欠き部の有無、形状についての検討
ここで作製したサンプルの構成は以下の通りである。
【００７７】
サンプル１ ：図５に示すような段差形状の切り欠き部を形成。
【００７８】
サンプル２ ：図４に示すような斜めの切り欠き部を第２の折り曲げ線Ｌ２まで形成［切り欠き部寸法 ２．７ｍｍ（幅方向：折れ曲げ線と直交する方向）×６．５ｍｍ（長さ方向：折れ曲げ線に沿った方向）］。
【００７９】
サンプル３ ：図３に示すような斜めの切り欠き部を第１の折り曲げ線Ｌ１まで形成（切り欠き部寸法 ６．２ｍｍ×６．２ｍｍ）。
【００８０】
比較サンプル：切り欠き部無し。
【００８１】
各サンプルについて、図１８に示す外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を測定し、さらに図１９に示す制御回路５を収容する空間の寸法Ｋを測定した。各サンプルについての測定結果を表１〜表４に示す。表１がサンプル１、表２がサンプル２、表３がサンプル３、表４が比較サンプルの測定結果を示している。
【００８２】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
切り欠きが無い場合（比較サンプル）に比べ、サンプル１〜３では制御回路５を収容する空間の寸法Ｋが拡大されている。
【００８７】
外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３についても、サンプル１〜３では縮小傾向にあるが、寸法が不安定でありバラツキが大きい。
【００８８】
また、各サンプルについて比較すると、サンプル１は、上記結果は良好であるが、水分試験に懸念があり、切り欠き角部を安定して形成することが難しい等の難点がある。また、シール長さも問題である。
【００８９】
サンプル２は、上記結果は良好であり、水分試験についても問題はないが、折り込みが難しい。
【００９０】
サンプル３では、上記サンプル１やサンプル２における問題が解消され、最良の形態と言える。
【００９１】
接着剤の有無についての検討
先の比較サンプルにおいては、接着剤による固定を行っていないが、同様の構成のサンプルについて、接着剤による固定を行った。これをサンプル４とする。
【００９２】
このサンプル４についても同様の測定を行った。結果を表５に示す。
【００９３】
【表５】
先の比較サンプルと比べ、接着剤を塗布することによって外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３が改善されている。
【００９５】
ただし、制御回路５を収容する空間の寸法Ｋはほとんど変わらない。
【００９６】
切り欠き部＋接着剤
そこで、切り欠き部と接着剤による固定を組み合わせたサンプルを作製した。
【００９７】
ここで作製したサンプルの構成は以下の通りである。
【００９８】
サンプル５ ：図５に示すような段差形状の切り欠き部を形成。接着剤による固定有り。
【００９９】
サンプル６ ：図４に示すような斜めの切り欠き部を第２の折り曲げ線Ｌ２まで形成。接着剤による固定有り。
【０１００】
サンプル７ ：図３に示すような斜めの切り欠き部を第１の折り曲げ線Ｌ１まで形成。接着剤による固定有り。
【０１０１】
これらサンプル５〜７についても同様の測定を行った。結果を表６〜表８に示す。
【０１０２】
【表６】
【表７】
【表８】
切り欠き部と接着剤による固定を組み合わせたサンプルでは、制御回路５を収容する空間の寸法Ｋが拡大され、同時に外形寸法Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３も改善されている。
【０１０６】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、制御回路を搭載するための空間を十分に確保しながら、外形寸法を抑えることができる。したがって、体積効率の高い非水電解質電池を提供することが可能である。
【０１０７】
さらに、本発明の非水電解質電池は、作製も容易であり、ケースへの挿入操作なども容易である。したがって、生産性も大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された非水電解質電池の一構成例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明が適用された非水電解質電池の一構成例を示す概略断面図である。
【図３】切り欠きの一例を示す概略平面図である。
【図４】切り欠きの他の例を示す概略平面図である。
【図５】切り欠きのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図６】切り欠きのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図７】切り欠きのさらに他の例を示す概略平面図である。
【図８】電池作製手順を示すものであり、外装材への封止工程を示す概略斜視図である。
【図９】切り欠き部形成工程を示す概略斜視図である。
【図１０】折り癖形成工程を示す概略斜視図である。
【図１１】折り曲げ工程を示す概略斜視図である。
【図１２】接着剤塗布工程を示す概略斜視図である。
【図１３】熱溶着部の固定工程を示す概略斜視図である。
【図１４】折り曲げ治具の概略構成を示す斜視図である。
【図１５】折り曲げ治具による折り曲げ工程を説明する概略断面図である。
【図１６】非水電解質電池のケースへの挿入操作を示すものであり、制御回路の挿入状態を示す概略斜視図である。
【図１７】非水電解質電池のケースへの収容状態を示す斜視図である。
【図１８】測定した外形寸法を説明するための模式図である。
【図１９】制御回路を収容する空間の寸法を示す模式図である。
【符号の説明】
１ 電池素子、２ 外装材、２ａ，２ｂ，２ｃ 熱溶着部、３ 負極端子リード、４ 正極端子リード、５ 制御回路、Ｃ，Ｄ，Ｒ１，Ｒ２ 切り欠き部
Claims (13)
- ラミネートフィルムからなる外装材に電池素子が収容され、熱溶着により封入されるとともに、上記電池素子を構成する各電極と導通される電極端子リードが熱溶着部に挟まれて外装材の外部に引き出されてなる非水電解質電池において、
外形形状が矩形状であり、その４辺のうち上記電極端子リードが引き出される１辺に対応する熱溶着部の両側角部であって、該１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部との交差部分が切り欠かれるとともに、上記電極端子リードが引き出される１辺に直交する２辺に対応する熱溶着部が電池の厚さ以下の幅となるように折り曲げられ、電池素子の側面に沿って内側に折り畳まれ、
これらにより構成される空間に電池の制御回路が搭載されていることを特徴とする非水電解質電池。 - 上記熱溶着部の両側角部が斜めに切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記熱溶着部の両側角部が円弧状に切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記熱溶着部の両側角部が段差形状に切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記折り畳まれた熱溶着部が接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記外装材は、上記電池素子を収容する空間を形成するための深絞り成形が施されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記制御回路がフレキシブルプリント基板上に形成され、このフレキシブルプリント基板に設けられた端子部が上記電極端子リードと接続されていることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記電池素子を構成する電解質が、マトリクス高分子及びリチウム塩を含むゲル電解質又は固体電解質であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記電池素子を構成する負極は、リチウムをドープ、脱ドープし得る材料を含む負極であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記リチウムをドープ、脱ドープし得る材料が炭素材料であることを特徴とする請求項９記載の非水電解質電池。
- 上記電池素子を構成する正極は、リチウムと遷移金属の複合酸化物を含む正極であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 二次電池であることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
- 上記電池素子が外装材及び制御回路とともに容器内に収容されてなることを特徴とする請求項１記載の非水電解質電池。
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