JP4237286B2 - ラミネートシートを外装ケースとする電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムポリマー二次電池等に適用されるラミネートシートを外装ケースとする電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一対の絶縁樹脂フィルムに金属シートを積層して一体化したラミネートシートを外装ケースとして使用した電池は、従来より知られている。
【0003】
図5は、このラミネートシートを外装ケースとする電池の従来例を断面構造で示している。即ち、図5に示す従来例は、正極板1と負極板2とをセパレータ3を介して積層してなる積層電極4を備え、一対のラミネートシート15、16の周囲Pをシールすることにより、前記積層電極4を収容する外装ケース17を構成してなるものである。正極板1は正極集電体1aに正極活物質層1bを塗着させて構成され、負極板2は負極集電体2aの両面に負極活物質層2bを塗着させて構成されている。この負極板2の両側にセパレータ3を介して正極板1を配して積層することにより積層電極4が構成され、前記正極集電体1aは図示するように正極リード8に接続され、正極リード8はラミネートシート15、16のシール部位を通過して外部に引き出されている。負極集電体2aも同様に負極リード9により外部に引き出される。
【0004】
一対のラミネートシート15、16は、金属シート(例えば、アルミニウム)の一方面側に熱融着性樹脂層(例えば、ポリエチレン)、他方面側に機械的強度に優れた樹脂層(例えば、ポリエチレンテレフタレート)を積層して形成されたもので、ラミネートシート15、16間のシールは、その周囲Pにおいて前記熱融着性樹脂層側で互いに密着させた状態で加圧/加熱することにより、熱融着性樹脂間の熱融着による接合によってなされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記外装ケース17を形成するラミネートシート15、16は、アルミニウム等による金属シートに熱融着性樹脂層をラミネートしたもので、この熱融着性樹脂層として一般的に低密度ポリエチレンや無延伸のポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が用いられている。これらのポリオレフィン樹脂は金属への接着性が乏しいため、積層電極4の正極板1及び負極板2から引き出された各リード8、9が通過するシール部位において、各リード8、9とポリオレフィン樹脂層との間の接着性が低下し、外装ケース17内に注入されている電解液が揮発したり、漏液しやすくなる問題点があった。また、電解液の注入時にリード8、9とラミネートシート15、16との接合面に電解液の付着があると、シール時にリード8、9に対するラミネートシート15、16の接着は全くなされず、外装ケース17の密閉性が損なわれる問題点もあった。
【0006】
本発明が目的とするところは、ラミネートシートとリードとの間の接合性をよくして、電解液の散逸を大幅に抑制したラミネートシートを外装ケースとする電池を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる積層電極、および揮発性の電解液を一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより形成された外装ケース内に収容し、前記正極板及び負極板それぞれに接続された正極リード及び負極リードを前記外装ケース外に引き出してなる電池において、前記正極リード及び負極リードの表面の少なくとも前記ラミネートシートのシール部位を通過する部分が金属との接着性のよい熱融着性樹脂で被覆されてなり、前記ラミネートシートが金属シートと接合面側に位置する熱融着性樹脂とを備えたラミネート構造により形成されてなり、正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が前記金属シート間で接合されてなることを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、ラミネートシートのシール部位を通して外装ケース外に引き出される正極リード及び負極リードの表面は熱融着性樹脂で被覆されているので、各リードは熱融着性樹脂で被覆された状態でラミネートシート間にシールされる。従って、各リードは金属との接着性のよい熱融着性樹脂により充分に接着した状態に被覆され、熱融着性樹脂とラミネートシートとは熱接合により密着するので、各リードを引き出すシール部位から外装ケース内に注入された電解液が漏液することが防止される。さらに正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が金属シート間で接合されているので、熱融着性樹脂の融着部を浸透して漏出する電解液の散逸を抑制することができる。
【0009】
上記構成における熱融着性樹脂は、変性ポリオレフィン樹脂を主成分として形成することにより、変性ポリオレフィン樹脂は金属との接着性がよいので、各リードと変性ポリオレフィン樹脂とは熱接着により密着接合して、接合間から電解液が散逸することが効果的に抑制される。
【0010】
また、熱融着性樹脂は、変性のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンからなる群から選ばれた一種またはこれらの組み合わせで構成することができ、電解液による樹脂の劣化がなく、リードに対して良好な接着性を得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。本実施形態は、本発明をリチウムポリマー二次電池に適用した形態を示すもので、以下に図1〜図3を参照して説明する。尚、従来構成と共通する要素には同一の符号を付し、新規要素の構成を明らかにする。
【0013】
本実施形態に係るラミネートシートを外装ケースとしたリチウムポリマー二次電池は、図1の平面図に示すように、積層電極4の正極側リード接続部1cに接続された正極リード8、負極側リード接続部2cに接続された負極リード9を外部に引き出した状態になるように、積層電極4を1枚のシートを中央折り曲げ線Tで2つ折りにしたラミネートシートで包み、前記中央折り曲げ線Tの辺を除く3辺P1 、P2 、P3 を熱接合によりシールした外装ケース7によって積層電極4を密封して構成されている。前記積層電極4及び前記シール構造は、図2にA−A線矢視断面として示すように構成されている。なおラミネートシートは、従来例と同様に金属シートの一方面側(接合面側)に熱融着状樹脂層(ポリエチレン)、他方側に機械的強度に優れた樹脂層(ポリエチレンテレフタレート)を積層して形成されたものである。
【0014】
図2において、積層電極4は、正極板1と負極板2とをセパレータ3を介して積層された構造として構成されている。2組の各正極板1は、それぞれ正極活物質層1bと正極集電体1aとを積層して構成され、前記負極板2は負極集電体2aの両面に負極活物質層2bを積層して構成され、正極板1と負極板2との間にポリマー電解質からなるセパレータ3を配して熱融着法やキャスト法により一体化される。なお、多孔質シートにポリマー電解質を塗着、含浸させてなるセパレータ3を用いることもできる。
【0015】
正極集電体1aはアルミニウムまたは導電性材料にアルミニウムをコーティングしたパンチングメタルまたはラスメタルからなり、その表面に導電性炭素材であるアセチレンブラック、ケッチェンブラックまたは炭素繊維と、結着材であるポリフッ化ビニリデンとの混合物を結着させたものである。また、負極集電体2aは銅、ニッケルまたは導電性材料に銅あるいはニッケルをコーティングしたパンチングメタルまたはラスメタルからなり、その表面に正極集電体1aと同様の導電性炭素材を結着させている。また、正極活物質層1b及び負極活物質層2bは、活物質、導電材及びポリマー溶液からなるペーストを前記正極、負極集電体に塗着、乾燥して作製する。これらは図2に示すように、負極板2の一方側の負極活物質2bにセパレータ3を介して一方側の正極板1の正極活物質層1bを対向配置し、他方側の負極活物質層2bにセパレータ3を介して他方側の正極板1の正極活物質層1bを対向配置して、この積層状態を熱接合により一体化して積層電極4を構成する。
【0016】
この積層電極4を構成する正極板1の2枚の正極集電体1aのそれぞれには、図1に示すように、一方側に偏位(図示上下方向)した位置に正極リード8に接続するための正極側リード接続部1cが延出形成され、負極板2の負極集電体2aにも他方側に偏位した位置に負極リード9に接続するための負極側リード接続部2cが延出形成されている。正極側リード接続部1cはアルミニウム薄板で形成された正極リード8に、負極側リード接続部2cは銅薄板で形成された負極リード9に、それぞれ溶接点Sで抵抗溶接または超音波溶接により接合される。この実施構成の場合では、図2に示すように、正極板1は2組設けられているのでそれぞれの正極側リード接続部1cは、1本の正極リード8に溶接点Sで同時に接合される。このように構成される積層電極4をより多く積層して積層電池を構成する場合には、積層数に対応して正極側リード接続部1c、負極側リード接続部2cの多数を接合することになる。
【0017】
前記正極リード8及び負極リード9には、図1に示すように、変性ポリエチレンフィルム(金属との接着性のよい熱接着性樹脂)12、13がそれぞれ取り付けられている。この変性ポリエチレンフィルム12、13は、2枚のフィルムによりそれぞれリード8、9を挟んで重ね合わせ、温度200℃、圧力1kgf/cm2 を加えた状態を30秒間維持して各リード8、9のシール部位P2 の通過位置にフィルム被覆したものである。通常のポリエチレンでは金属との接着性に乏しいが、酸変性等の処理によってポリエチレン骨格に官能基を導入して変性ポリエチレンとすることにより、金属に対する接着性が向上し、前記のように加熱、加圧が加えられることによってそれぞれ正極リード8、負極リード8の表面に完全に接着してリード8、9の表面を被覆する。
【0018】
このように変性ポリエチレンフィルム12、13で被覆された正極リード8及び負極リード9を一対のラミネートシート5、6で挟んでシールすると、シール部位P2 のラミネートシート5、6間は熱融着性樹脂の熱融着により接合され、各リード8、9の通過部位ではラミネートシート5、6と変性ポリエチレンフィルム12、13とが熱融着して接合される。各リード8、9と変性ポリエチレンフィルム12、13とは前記のように接着性のよい状態で被覆されているので、シール部位P2 に各リード8、9を通して引き出しても外装ケース7の密閉性が保持される。ここで、図3に示す本実施の形態に対する参考例では変性ポリエチレンフィルム12、13に代えて、1枚の変性ポリエチレンフィルム14により、正極リード8及び負極リード9を同時に被覆する構成としてある。
【0019】
尚、変性ポリエチレンフィルム12、13は、これに代えて同じく変性のポリプロピレン、ポリメチルペンテンを採用することもできる。また、ラミネートシート5、6は、アルミニウム等の金属シートを内側にして、その両面または片面(接合面)に熱融着性樹脂のシートを接合したものが使用でき、熱融着性樹脂としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、熱融着性ポリエチレンテレフタレート、熱融着性ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂、あるいはこれらの2種以上の樹脂の共重合体を採用することができる。このような金属層を含むラミネートシートは、金属層によりガスバリアー性や光遮断性が向上し、樹脂層により熱接合によりシールが容易となる特徴を備えている。
【0020】
このラミネートシート10のシールにより形成される外装ケース7により積層電極4を密封してリチウムポリマー二次電池を製作する工程手順について、次に説明する。
【0021】
上述のように正極側リード接続部1c及び負極側リード接続部2cにそれぞれ溶接された正極リード8、負極リード9に前記変性ポリエチレンフィルム12、13が熱溶着によって取り付けられた積層電極4は、ラミネートシート5、6が両側のシール部位P1 、P3 が熱接合によりシールされて封筒状に形成された外装ケース7内に挿入される。このシール部位P1 、P3 については、電池の長期信頼性を高めるためにラミネートシート10の金属層間を直接接合することがより効果的で、この目的のために、熱融着性樹脂層を除去もしくは破壊して金属層間を接合することができる超音波接合を用いている。
【0022】
このシールにより積層電極4を包含して封筒状になった外装ケース7のシールされていないシール部位P2 から電解液が注入され、シール部P2 が熱接合によりシールされる。このとき、正極リード8及び負極リード9の一部を被覆する変性ポリエチレンフィルム12、13も同時に接合され、一対の正極リード8及び負極リード9のみが外装ケース7から突出するようになる。このシール部位P2 の接合時に、先の電解液注入時の電解液が各リード8、9に付着しているようなことがあっても、それぞれの表面は変性ポリエチレンフィルム12、13で被覆されているので、電解液の付着に影響されることなくシールによる接合がなされる。
【0023】
この正極リード8及び負極リード9が変性ポリエチレンフィルム12、13で被覆された状態でシール部位P2 が接合されることにより、電解液の漏出を防止する効果が向上する。この効果について、従来の各リード8、9の表面が被覆されていない構成とを比較検証したデータを表1及び図4に示す。表1及び図4に示すデータは、ラミネートシートを外装ケース7として本実施形態の構成により製作した電池と、従来構成により製作した電池とをそれぞれ5個づつ用意して、60℃の恒温槽内に一定期間保存して、その間に漏液した電池の数と電池重量の変化を測定したものである。
【0024】
表1に示すように、各リード8、9を変性ポリエチレンフィルム12、13で被覆した本構成の場合では、30日間の保存においても漏液は検出されず、優れたシール性が示されている。一方、従来構成では、保存3日目から漏液が始まり、シール性が不十分であることが判明した。
【0025】
【表1】
【0026】
また、図4に示すように、漏液しない期間内においての電池重量の変化は、本構成が1日当たり約0.2mgの重量減であるのに対し、従来構成では1日当たり約2mgの重量減がみられる。この結果からも本構成により、電解液の揮発及び外部への散逸が抑えられていることが判明した。
【0027】
これらのデータは、シール部位P1 、P3 の接合は前述した金属シート間の接合でなく、熱融着性樹脂間の熱融着によるものなので、金属接合により電解液の散逸防止の効果は更に向上する。重量変化は外装ケース7内の電解液の蒸気がシール部位の融着樹脂層を浸透して外部に散逸することが原因となるため、金属シート間の接合を行うことにより散逸経路が減少して電解液蒸気の大気中への散逸を減少させることができる。
【0028】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電解液が漏液することが防止され、長期にわたり安定した状態を維持することができ、信頼性の高いラミネートシートを外装ケースとする電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態に係る電池の構成を示す平面構成図。
【図2】 同図のA−A線矢視断面で示す積層電極及びシール構造の断面図。
【図3】 変性ポリエチレンフィルムの前記実施の形態とは別の構成とした参考例を示す平面構成図。
【図4】 シール効果を示す測定グラフ(60℃環境下)。
【図5】 従来構成におけるシール構造を示す断面図。
【符号の説明】
1 正極板
2 負極板
3 セパレータ
4 積層電極
7 外装ケース
8 正極リード
9 負極リード
12、13、14 変性ポリエチレンフィルム(熱融着性樹脂)
Claims (4)
- 正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる積層電極、および揮発性の電解液を一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより形成された外装ケース内に収容し、前記正極板及び負極板それぞれに接続された正極リード及び負極リードを前記外装ケース外に引き出してなる電池において、
前記正極リード及び負極リードの表面の少なくとも前記ラミネートシートのシール部位を通過する部分が金属との接着性のよい熱融着性樹脂で被覆されてなり、
前記ラミネートシートが金属シートと接合面側に位置する熱融着性樹脂とを備えたラミネート構造により形成されてなり、
正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が前記金属シート間で接合されてなることを特徴とするラミネートシートを外装ケースとする電池。 - 正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる積層電極、および揮発性の電解液を一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより形成された外装ケース内に収容し、前記正極板及び負極板それぞれに接続された正極リード及び負極リードを前記外装ケース外に引き出してなるリチウムポリマー二次電池において、
前記正極リード及び負極リードの表面の少なくとも前記ラミネートシートのシール部位を通過する部分が金属との接着性のよい熱融着性樹脂で被覆されてなり、
前記ラミネートシートが金属シートと接合面側に位置する熱融着性樹脂とを備えたラミネート構造により形成されてなり、
正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が前記金属シート間で接合されてなることを特徴とするラミネートシートを外装ケースとするリチウムポリマー二次電池。 - 正極リード及び負極リードに被覆された熱融着性樹脂が、変性ポリオレフィン樹脂を主成分として形成されてなる請求項1記載のラミネートシートを外装ケースとする電池。
- 正極リード及び負極リードに被覆された熱融着性樹脂が、変性のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンからなる群から選ばれた一種またはこれらの組み合わせである請求項3記載のラミネートシートを外装ケースとする電池。
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