JP4292490B2

JP4292490B2 - ラミネートパック電池

Info

Publication number: JP4292490B2
Application number: JP16341299A
Authority: JP
Inventors: 智彦野田
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: JP2000353504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートパック電池に関するものであり、特にラミネートパック電池用接着剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯用電子機器や電池使用機器の小型軽量化が急速に進展している。それに伴い、それら電子機器の電源として使用される電池についても、小型軽量・薄型化の要求が増加してきている。特にリチウムイオン電池においては、電解液をゲル化することで液漏れを防ぎ、それによって従来のように頑丈に封口された電槽を不要にした電池が提案されている。例えば特開平６−３０２３０５号には、一対の正極集電体と負極集電体が端子および電槽を兼ね、両集電体間に枠状熱融着性樹脂を挟んでシールする方法が提案されている。このような薄型電池は、ＩＣカード等への用途が期待されている。
【０００３】
一方、そのような小型軽量の電池は、携帯情報端末機器等への用途の需要が高まっており、それに伴い電池容量も大きなものが求められている。電池容量を大きくしようとすると電極の体積を大きくせねばならず、そうなれば上記に例示した電池のように端子を兼ねた一対の正極集電体と負極集電体を電槽とする構造の薄型電池では、大きな容量を持つ電池の設計が困難になる。そこで、電極を積層、巻き込み、折り畳み等の方法で容量を上げたうえ、熱融着性樹脂を片面に配したアルミラミネートパック等で全体を包み、ヒートシール法により封口する方法が提案されている。
【０００４】
ここで、封口性を向上させるために封口材にフィラーを入れる方法がいくつか提案されている。例えば、熱融着性樹脂を用いるものではないが、特開昭６２−１５４５５２号では電池の封口剤に無機微粒子を含ませる方法が示されている。また、特開昭６２―５５８６６号、特開昭６３―２２１５５５号、特開昭６３―２４４５５１号、特開昭６３―２４４５５２号では、熱融着性樹脂に無機物質をフィラーとして混入する方法が示されている。封口材にフィラーを混入すると、ヒートシール時に加えられた熱により封口材が流れ出し、アルミラミネート材料のアルミニウムが露出し、絶縁性を低下させるのを防ぐことができ、また、封口材を透過して侵入する水分をフィラーの混入によって侵入経路を長くすることで水分の侵入を遅らせることができる。
【０００５】
ところで、アルミラミネートパック表面は電気的に絶縁体であるため、ラミネートパック電槽内部から正負極のリード端子を用いてラミネートパックの封口部を横断し、外部に端子を導き出す必要がある。リード端子としては、例えばニッケル板などの金属板を用いることができる。
【０００６】
封口部のうちリード端子周縁部については、シール性が特に不足することから、熱融着される温度で溶融する接着剤を別途配置することで、接着力を強化することが行われている。接着剤としては、例えば変成ポリオレフィンが用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記熱融着性樹脂にフィラーを混入する方法は、電池の重量エネルギー密度並びに体積エネルギー密度を下げることになり、特に軽量薄型の電池ではこれによるデメリットは大きかった。また、これらの技術を用いても、上記リード端子の周縁部で生じる問題を解決するものではなかった。
【０００８】
一方、封口部のリード端子周縁部においては、固い金属製のリード端子が挟み込まれるため、ヒートシール時に接着剤や熱融着性樹脂に亀裂等が生じやすいという問題があった。これらに亀裂等が生じると、アルミラミネートに用いられているアルミニウムが露出し、リード端子と電気的に接触して電池の短絡を引き起こすおそれがある。ヒートシール条件を厳密にコントロールすることで、亀裂等の発生をある程度減少させることができるが、それでも亀裂等に基づく短絡不良を大きく低減させることは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するべくなされたものであって、ヒートシール時に発生するリード端子部分の短絡不良を低減させ、高い生産効率を実現することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するべく、熱融着樹脂によって全体を封口するラミネートパック電池において、熱融着される温度で溶融しない粒子状の物質を含有する接着剤をリード端子周縁に配置して、該接着剤と該熱融着樹脂とを接合させたラミネートパック電池である。また、前記接着剤は、接着剤シートに前記粒子状の物質を挟み込んでシート状としたことを特徴としている。また、前記粒子状の物質は、ゼオライト微粉末、ポリカーボネート微粉末又は二酸化マンガン微粉末であることを特徴としている。
【００１１】
熱融着される温度で溶融しない物質としては、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、ポリカーボネートなど多くの高分子材料、セラミック樹脂、無機ガラス、金属酸化物などの電子伝導性を持たない無機材料を用いることができる。
【００１２】
接着剤が、熱融着される温度で溶融しない物質を含有する構造としては、溶融しない物質の繊維または多孔体の細孔に接着剤が埋め込まれた構造をとる方法、繊維または多孔体が接着剤フィルムに挟み込まれた構造をとる方法、粒子状の溶融しない物質が接着剤フィルムに埋め込まれ、または分散され、あるいは挟み込まれた構造をとる方法、溶融しないフィルムが接着剤フィルムに挟み込まれた構造をとる方法などがある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。。
【００１４】
先ず、本発明電池の発電要素を構成する材料について説明する。正極には、集電体となるアルミニウム箔上に正極活物質を塗布し、電極形状に打ち抜いたものを用いた。正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物、例えば、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ₄）、ニッケル酸リチウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
負極には、集電体となる電解銅箔上に負極活物質を塗布し、電極形状に打ち抜いたものを用いた。負極活物質としては、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、ハードカーボンなどの炭素材が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１６】
電解質には、ゲル状にしたポリマー電解質を用いた。電解質としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、スルホラン、γ−ブチロラクトンなどの単独または混合溶媒に、ＬｉＰＦ₆，ＬｉＢＦ₄，ＬｉＣｌＯ₄、リチウムビス−トリフルオロメタンスルホニルイミドなどの支持塩を溶解した電解液、あるいは、これらの電解液とポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリ弗化ビニリデンなどの高分子とのゲル状電解質などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
セパレータとしては、ポリプロピレン不織布にポリマー電解質前駆体を含浸させ、それに電子線を照射することにより得られたゲル状フィルムを用いた。セパレータについても、特に限定されず、従来から使用されているポリエチレン微多孔膜、ポリ弗化ビニリデン微多孔膜など種々のセパレータを用いることができる。
【００１８】
次に、本発明の接着剤の配置方法を図によって説明する。図１は接着剤の配置方法を示した図であり、図４は完成電池の外観図である。積層された電極群は、正極・負極各々の集電体の一部にリード端子３が取り付けられている。アルミラミネートシート５は、熱融着性樹脂の貼り合わされた面を上にし、その上に電極群を配置する。リード端子３のうち、封口部６によって挟まれる部分に接着剤４を配置する。図１は、この段階の様子を示してある。
【００１９】
接着剤４は、リード端子の両面にそれぞれ配置されることが好ましい。接着剤４の配置の方法としては、図１のように二本のリード端子３を橋渡しするように配置してもよいし、二本のリード端子３の各々に別個に配置してもよい。また、リード端子３の必要な部分に本発明の接着剤４をあらかじめ熱で被覆しておいてもよい。別途用意した接着剤４の形態や配置方法は、これらの例示に限定されるものではない。
【００２０】
次に、上部に同じ外形寸法のアルミラミネートシート５を熱融着性樹脂の貼り合わされた面を下にして配置し、次いで５の周辺部をヒートシール法により封口する。ラミネートパックの中身は、一対の正極と負極からなる単セルとしてもよいし、図２のように必要に応じて積層を繰り返すことで電池の容量を調整した極群を配置してもよい。また、図３のように帯状の正極と負極を重ねて巻き込んだ極群を配置してもよい。ラミネートパック電池の容量を調整するための電極の構造や配置方法は、これらの例示に限定されるものではない。
【００２１】
次に、本発明の接着剤の製造方法を具体的に説明する。
【００２２】
モレキュラーシーブ５Ａを自動乳鉢で粉砕し、２μｍ未満の微粉末をふるいで分取し、ゼオライト微粉末とした。市販の厚さ３０μｍの変成ポリプロピレンシートを数センチ角に切り出し二つ折りにし、分取した微粉末を挟み込み、さらにテフロンコーティングしたガラスクロスで両側を挟み、２２０℃に熱した二枚のステンレス板でホットプレスした。得られた材料を縦１０ｍｍ、横２５ｍｍに切り出し、接着剤シートを得た。この接着剤シートの厚みは約１００μｍであった。この接着剤シートを用いて前記方法で電池を作成し、その電池を本発明電池１とする。
【００２３】
厚さ１ｍｍのポリカーボネート板を遊星ボールミルで一昼夜粉砕し、４μｍ未満の微粉末をふるいで分取し、ポリカーボネート微粉末とした。市販の厚さ３０μｍの変成ポリプロピレンを数センチ角に切り出し二つ折りにし、分取した微粉末を挟み込み、さらにテフロンコーティングしたガラスクロスで両側を挟み、２２０℃に熱した二枚のステンレス板でホットプレスした。得られた材料を縦１０ｍｍ、横２５ｍｍに切り出し、接着剤シートを得た。この接着剤シートの厚みは約１２０μｍであった。この接着剤シートを用いて前記方法で電池を作成し、その電池を本発明電池２とする。
【００２４】
市販の厚さ３０μｍの変成ポリプロピレンシートを数センチ角に切り出し二つ折りにし、繊維径約３０μｍの微細ガラス繊維を薄く伸ばして挟み込み、さらにテフロンコーティングしたガラスクロスで両側を挟み、２２０℃に熱した二枚のステンレス板でホットプレスした。得られた材料を縦１０ｍｍ、横２５ｍｍに切り出し、接着剤シートを得た。この接着剤シートの厚みは約１３０μｍであった。この接着剤シートを用いて前記方法で電池を作成し、その電池を参考例電池３とする。
【００２５】
２０μｍの厚さのポリエチレンテレフタレートフィルムを５ｍｍ幅のテープ状に切り出し、市販の厚さ３０μｍの２枚の変成ポリプロピレンで挟み、市販のヒートシール機を用いて加熱した。ポリエチレンテレフタレートのテープが芯材として長さ方向に含まれるように縦１０ｍｍ横２５ｍｍに切り出し、接着剤シートを得た。この接着剤シートの厚みは約７０μｍであった。この接着剤シートを用いて前記方法で電池を作成し、その電池を参考例電池４とする。
【００２６】
ステンレス製ビーカーに市販の電解二酸化マンガンを入れ、バルブ付き耐圧密閉ステンレス容器に入れた後、２００℃に熱しながらトラップを経由した拡散ポンプに繋ぎ、密閉ステンレス容器内を１０^-6ｔｏｒｒに減圧した。１６時間経過後に取り出し、０．１〜０．３μｍに微粉化された二酸化マンガン粉末を得た。市販の厚さ３０μｍの変成ポリプロピレンシートを数センチ角に切り出し、二つ折りにし、分取した微粉末を挟み込み、さらにテフロンコーティングしたガラスクロスで両側を挟み、２２０℃に熱した二枚のステンレス板でホットプレスした。得られた材料を縦１０ｍｍ、横２５ｍｍに切り出し、接着剤シートを得た。この接着剤シートの厚みは約８０μｍであった。この接着剤シートを用いて前記方法で電池を作成し、その電池を本発明電池５とする。
【００２７】
１５μｍの厚さのポリプロピレン不織布を５ｍｍ幅のテープ状に切り出し、市販の厚さ３０μｍの２枚の変成ポリプロピレンで挟み、市販のヒートシール機を用いて加熱した。ポリエチレンテレフタレートのテープが芯材として長さ方向に含まれるように縦１０ｍｍ、横２５ｍｍに切り出し、接着剤シートを得た。この接着剤シートの厚みは約７０μｍであった。この接着剤シートを用いて前記方法で電池を作成し、その電池を参考例電池６とする。
【００２８】
熱融着される温度で溶融しない物質を含有しない接着剤として、市販の厚さ５０μｍおよび厚さ１００μｍの変成ポリプロピレンシートを接着剤として用い、前記と同様の方法で電池を作成し、その電池をそれぞれ比較電池１、比較電池２とした。
【００２９】
次に、本発明の効果を確認するため、完成電池の評価試験を行った。各々の上記電池について１０個づつの完成電池を選び、初期充電を行った。条件は定電流定電圧充電０．２Ｃ、４．２Ｖ、１０時間とした。充電後１６時間放置し、電池電圧を測定した。測定結果に基づき、電池電圧が４．１Ｖ以上のグループと４．０Ｖ未満のグループに分け、後者を短絡不良が発生した電池と見なした。結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１から明らかなように本発明電池１〜６は、比較電池１、２に比べて短絡不良の発生を大幅に防止することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明は、接着剤へのフィラーの混入により、ヒートシール時に発生する接着剤の亀裂の発生を抑えることでリード端子部分の短絡不良を低減させ、高い生産効率を提供することができるので、本発明の効果は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】接着剤の配置方法について示した図である。
【図２】発電要素の極群の積層方法について示した図である。
【図３】発電要素の極群の積層方法について示した図である。
【図４】本発明電池の完成図である。
【符号の説明】
３リード端子
４接着剤
５アルミラミネートシート
６熱融着部分

Claims

熱融着樹脂によって全体を封口するラミネートパック電池において、熱融着される温度で溶融しない粒子状の物質を含有する接着剤をリード端子周縁に配置して、該接着剤と該熱融着樹脂とを接合させたラミネートパック電池。
前記接着剤は、接着剤シートに前記粒子状の物質を挟み込んでシート状としたことを特徴とする請求項１記載のラミネートパック電池。
前記粒子状の物質は、ゼオライト微粉末、ポリカーボネート微粉末、又は、二酸化マンガン微粉末である請求項１又は２記載のラミネートパック電池。