JP4341098B2 - battery - Google Patents
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Description
【0001】
【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などに使用される、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】
絶縁性の樹脂フィルムと金属箔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、例えば特開平10−214606号公報に開示されるように従来より周知となっている。
【0003】
図3は、従来から一般的に知られている、ラミネートシート14と15を外装ケース12として用いた電池の構成を示す断面図であり、図4はその平面図である。これらの図に於いては、正極板1と負極板2とをセパレータ3を介して積層して構成した電極群4を備え、その上下を、それぞれラミネートシート14と15で覆い、ラミネートシートの周囲Pを熱融着などの方法によりシールすることにより、前記積層電極群4を収容する外装ケース12とした電池の構成を示している。しかるに、前記電極群には電解液が含浸されており、シール部の主要な目的は、前記電解液の電池ケース外への散逸防止と異物の電池ケース内への侵入防止である。
【0004】
前記電池外装ケース12の内部に封入される積層電極4は、電解液を外装ケース12内に注入した状態で封入されている。このような、ラミネートシート14と15を外装ケースとする電池に於いては、外装ケース12内に封入された、前記電解液の散逸は外装ケースの周囲Pのシール部の断面で主として発生する。即ち、電解液の蒸気はシール部の接合樹脂中を拡散し、時間の経過に連れてシール部の断面から外装ケース12から外に散逸して行く。この電解液の散逸は電池性能の劣化と密接に関係しているために、散逸を可能な限り防止する必要がある。この電解液の散逸を防止する手段として、幅の広いシール部を設けたり、シール部を構成する樹脂層の厚さを可能な限り薄くして、電解液の透過断面積を小さくするなどの方法が考えられる。
【0005】
しかしながら、シール幅を大きくすることは無駄に電池体積を増加させることになり、またシール部の樹脂層を薄くすることも、ラミネートシート製造工程上や、電池外装ケースとして使用する際の強度上からの制限もある。また、電解液の透過断面積を小さくすることにも限界がある。そこで、図5に示すようなシール構造を採用することにより、実質的にシール幅を拡大して、電解液の散逸を制限する方法も提案されているが、外装ケースとして使用するラミネート材の使用量を増加させるのみならず、シール部の加工のための工数を増加させるなどの問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するもので、ラミネートシートを外装ケースとして使用する電池において、簡単な加工により、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を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明では、少なくとも一層には金属箔を、また別の一層には熱融着性樹脂フィルム層を有し、センターラインを挟んで左右対称な形状をした一枚のラミネートシートを、熱融着性樹脂フィルム層が金属箔層よりも内側に来るようにセンターライン上で二つに折り曲げて重ね合わせ、その重ね合わさったラミネートシートの周囲Pを二重にシールすることにより、即ち、内側のシール部では、重ね合わせられた熱融着性樹脂のフィルム層同士を熱溶着し、さらにその外側には熱融着性樹脂フィルム層を除去して金属箔表面を露出させ、金属箔同士を重ね合わせて溶接したシール部を設ける。
【0008】
ラミネートシートからこのようにして、長方形をした袋状の電池の外装ケースを作製し、正極と負極とをセパレータを介して積層した積層電極群を、その内部に収容する電池に於いて、リード線引き出し部を除く、電池外装ケースのシール部を二重構造として、電解液の散逸を防止することを特徴とする。
【0009】
なお、内側のシール部は、主として液状の電解液が外側の金属シール部と直接接触して金属シール部の腐食を進行させることを防止すること、および、機械的な強度を持たせることなどにより外側シールの補強を主目的とし、外側のシール部は主として、電解液が外装ケース外へ散逸することを防止することを目的とする。
【0010】
ラミネートシートとして、熱融着性フイルム層と金属箔層を少なくともそれぞれ一層有するものを選定する理由は、電池外装ケースとしてラミネートシートの周囲を超音波溶着機などを利用して熱溶着する際に、熱融着フィルム層を有するラミネートシートでは能率が良く、しかも、信頼性の高い熱溶着を可能とするためであり、PPフィルム、ポリエチレンフィルム、熱融着性ポリイミドフィルムなどを用いて積層したものが利用可能である。また、金属箔層同士を溶接したシール部は、溶接が比較的容易でしかも、電解液の散逸を完全に防止する機能を有するためであり、金属箔としてはアルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔などが使用可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下では図を参照しながら本発明を実施の形態にしたがって簡単に説明する。
【0012】
図1は本発明に基づいてラミネートシート15から、長方形の袋状をした電池外装ケース12を製造するための製造工程とそのシール構造を工程順に説明するための図である。図2は本発明の電池外装ケースを用いて作製された電池の平面図と断面図を示す。
【0013】
本発明の長方形をしたラミネートシート15から、袋状の電池の外装ケースを製造する場合、ラミネートシートのセンターライン8上で二つに折りまげ、重ね合わせて出来る4辺の内、少なくとも周囲2辺をシールする必要がある。しかし図1では、シールする2辺の間に構造、加工法共に差異はないので、簡略化して1辺のみをシールする場合について図示している。
【0014】
ラミネートシートを折りまげることにより出来る1辺については、改めてシールする必要はなく、また、図2に示す様に極板群に接続されたリード線を取り出す辺については、リード線16、17と電池ケース12とを絶縁するため、リード線の表面が電池外装ケースを通過する部分に金属との接着性の良い変成ポリオレフィン樹脂等の熱融着性樹脂であるリード線絶縁部材18で被覆して、熱溶着するものもあり、本発明とは別のシール工法と構造を用いる必要がある。
【0015】
以下本発明の実施例による電池をシールする工程を図1を参照しながら説明する。図1aは電池の外装ケース12を製作するために、長方形に裁断されたラミネートシート15の斜視図を示すものであり、熱融着性樹脂フィルム層5、金属箔層6、樹脂フィルム層7の3層と、図示しないこれらの各層の間に極薄く介在する接着剤層からなるラミネートシート15を使用する。
【0016】
実施例に於いては、熱融着性樹脂フィルム層5、樹脂フィルム層7共に厚さ20ミクロンのポリプロピレン(以下PPと略す)フィルムからなり、金属箔層6は厚さ40ミクロンのアルミニウム箔からなる。接着剤としては、電解液や溶着加工時の熱により劣化や溶解したり、化学反応を起こしたりすることのない接着材を用いて接着されたラミネートシートを用いている。
【0017】
図1bは電池外装ケース12の外側シール部11として、後工程で溶接される部分の金属箔6の表面に積層された熱融着性樹脂フィルム層5の一部を、エキシマレーザー光線の照射、または、機械的な方法などにより事前に除去したラミネートシート15の斜視図を示すものであり、熱融着性樹脂フィルム層5を除去した部分9の幅Wについては2mmとした。レーザー光線の照射部を高速で振幅1mm幅で振らせながら、レーザー光線の振幅方向に対して垂直方向にラミネートシートのフィルム被剥離部を移動させることにより、能率的に、しかも、容易に熱融着性樹脂フイルム層5を2mm幅で除去することが出来た。
【0018】
図1cは、図1bに示すように、ラミネートシート15の熱融着性樹脂フィルム層5の一部を除去した後、ラミネートシート15を、センターライン8上で折り曲げて、熱融着性樹脂フィルム層5を内側として、ラミネートシートの周辺部Pが位置ずれを起こさないように重ね合わせた状態の半断面を示すが、このような姿勢でラミネートシートを、図示しない溶着治具に取りつけて保持する。
【0019】
図1dは、前記の溶着治具に位置決めして保持したラミネートシートの周辺Pの、内側シール部10に対して超音波溶着工法、または、熱溶着工法を用いて溶着する。即ち、重ね合わされたラミネートシート15の、電池外装ケースのリード線引き出し部となるべき辺と、ラミネートシートを折りまげて生じた辺を除く全ての周囲に於いて、熱融着性フィルム層5を2mm幅で溶着することにより、内側シール部10の加工を完了した状態の半断面を示す。
【0020】
図1eは内側シール部10と0.5mmの間隔を隔てて位置決めし、その外側に超音波溶接機により、又は、炭酸ガスレーザー光線を照射して、1mm幅の外側シール部11の加工を完了した状態の半断面を示す。炭酸ガスレーザー光線をアルミニウム箔の溶接に利用する場合には、溶接部に於いて、アルミニウム箔6同士が密着状態にあり、加熱され溶解すると一体化するように、図示しない溶接治具によりラミネートシートの周囲を軽く押さえ付けておくことが必要であるが、溶接幅の調節が容易である上に、炭酸ガスレーザー光線はエネルギー容量も大きく、さらに、アルミニウム箔表面に対して熱エネルギーとして吸収されやすいため、溶接スピードを速く設定することが出来るので、生産性の向上に効果が大きい。
【0021】
なお、溶接部の表面を覆うPPフィルム7は、フィルムの厚さも薄く、炭酸ガスレーザー光線に対して比較的透明度も高いため、PPフィルムを事前に除去することなく、能率的に溶接を行うことが出来る。
【0022】
また、内側シール部10と外側シール部11のシール幅および内外シール部の間隔は電池の大きさを可能なかぎり小さくするためできるだけ小さくすることが好ましい。内外シール部の間隔は外側シールにレーザー溶接を用いれば1mm以下にできる。また、精度良く位置決めすることにより隙間なく隣接させることも可能である。
【0023】
このようにして重ね合わせられたラミネートシートの周囲に二重構造のシール部を設けることにより、特に金属箔同士の溶接によるシール部を外側シール11として設けることにより、電解液の散逸を従来のシール構造と比べて格段に少なくした電池外装ケース12の製造が可能となった。また、シール部の幅は、電池の小形化のために、出来る限り狭いほうが好ましいが、内外のシール部幅とこれらのシールの間の隙間も合せた寸法Lを4mm程度とすることも可能である。
【0024】
また、図2に上記のような本発明の電池外装ケースのシール構造を適用し、熱融着性フイルム層と金属箔層を積層した2層構造からなるラミネートシートを用いて製作した電池外装ケースを有する電池の一例について、その平面図と断面図を示している。
【0025】
この電池は、熱融着性樹脂フィルムの溶着部10と金属箔溶接部11の二重構造のシール部を持った袋状の電池外装ケース12のなかに、正極活物質と正極集電体とを積層して一方側に偏位した位置にリード16を溶接して構成した2組の正極板1と、負極集電体の両面に負極活物質層を積層し、正極板とは逆方向に偏位した位置にリード17を溶接して構成した負極板2との間にポリマー電解質からなるセパレータ3を配して熱溶着法やキャスト法により一体化された電極群4を挿入し、電解液を注入し、リード線導出部でシールされていない部位には電池外装ケース12と絶縁するため、金属との接着性の良い変性ポリオレフィン樹脂等の熱融着性樹脂であるリード線絶縁部材18で被覆して熱溶着して密封したものである。
【0026】
【発明の効果】
以上の説明の様に、本発明においては、長方形に裁断されたラミネートシートを用いて作られる電池外装ケースの周辺部に設けられるシール部を二重構造とし、内側には熱融着性フイルム同士の溶着によるシール部を、その外側には、僅かな間隔を隔てて金属箔同士の溶接によるシール部を設けることにより、主として、内側シール部に於いては、液状の電解液の封止と機械的な強度を持たせて外側シールの補強を目的とし、外側シールにより、電解液が液状であっても、ガス状であっても、完全に電池外装ケースから散逸することの無いようにシールすることを目的としている。
【0027】
以上により、電解液の完全な封止効果と、シール部の機械的にも化学的にも強度の大幅な増加が達成され、これによる電池の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電池外装ケースのシール構造とシール部の加工工程を示す図
【図2】a 本発明による電池の平面図
b 本発明による電池断面図(図2aのA−A断面を示す図)
【図3】従来の電池の断面図(図4のA−A断面を示す図)
【図4】従来の電池外装ケースの平面図
【図5】従来の電池のシール構造を示す断面拡大図
【符号の説明】
1 正極板
2 負極板
3 セパレータ
4 電極群
5 熱融着性樹脂フィルム層
6 アルミニウム箔
7 樹脂フィルム層
8 長方形に裁断されたラミネートシートのセンターライン
9 熱融着性樹脂フィルム層除去部
10 熱融着性樹脂フィルム溶着部
11 金属箔溶接部
12 電池外装ケース
14 ラミネートシート
15 ラミネートシート
16 リード線
17 リード線
18 リード線絶縁部材
W 熱融着性樹脂フィルム層除去部の幅
P ラミネートシートの周囲
S リード線と電極の接続部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery having a laminate sheet as an outer case used for a lithium polymer secondary battery or the like.
[0002]
[Prior art]
A battery using a laminate sheet obtained by laminating and integrating an insulating resin film and a metal foil as an exterior case has been conventionally known, for example, as disclosed in JP-A-10-214606.
[0003]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a battery using
[0004]
The laminated
[0005]
However, increasing the seal width unnecessarily increases the battery volume, and reducing the resin layer of the seal portion is also necessary for the laminate sheet manufacturing process and the strength when used as a battery outer case. There are also restrictions. There is also a limit to reducing the permeation cross-sectional area of the electrolytic solution. Therefore, by adopting a seal structure as shown in FIG. 5, a method of substantially expanding the seal width and limiting the dissipation of the electrolyte has been proposed, but the use of a laminate material used as an outer case is also proposed. In addition to increasing the amount, there are problems such as increasing the number of steps for processing the seal portion.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-described problems, and provides a battery using an outer case as a laminate sheet in which the dissipation of the electrolyte is greatly suppressed by simple processing in a battery using the laminate sheet as an outer case. Objective.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, at least one layer has a metal foil, and another layer has a heat-fusible resin film layer, and has a symmetrical shape across the center line. The laminate sheet is folded in two on the center line so that the heat-fusible resin film layer is on the inner side of the metal foil layer, and the periphery P of the laminated sheet is double sealed. In other words, in the inner seal portion, the heat-sealable resin film layers that are overlaid are heat-welded to each other, and the heat-sealable resin film layer is removed on the outer side to expose the surface of the metal foil. And providing a seal portion in which the metal foils are overlapped and welded.
[0008]
In this way, a rectangular bag-shaped battery outer case is manufactured from a laminate sheet, and a battery having a stacked electrode group in which a positive electrode and a negative electrode are stacked with a separator interposed therebetween is contained in a lead wire. The sealing part of the battery outer case excluding the drawer part has a double structure to prevent the electrolyte from escaping.
[0009]
The inner seal part mainly prevents the liquid electrolyte from coming into direct contact with the outer metal seal part to cause the corrosion of the metal seal part to progress, and by providing mechanical strength. The main purpose is to reinforce the outer seal, and the outer seal part is mainly intended to prevent the electrolyte from escaping outside the outer case.
[0010]
The reason for selecting a laminate sheet having at least one each of a heat-fusible film layer and a metal foil layer is that when the heat-sealing of the periphery of the laminate sheet as a battery outer case using an ultrasonic welding machine is performed. A laminate sheet having a heat-sealing film layer has good efficiency and is capable of highly reliable heat welding, and is laminated using a PP film, a polyethylene film, a heat-fusible polyimide film, or the like. Is available. In addition, the seal portion where the metal foil layers are welded together is relatively easy to weld and has a function of completely preventing the electrolyte from escaping. As the metal foil, aluminum foil, stainless steel foil, nickel foil, etc. Can be used.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be briefly described according to embodiments with reference to the drawings.
[0012]
FIG. 1 is a view for explaining a manufacturing process and a sealing structure for manufacturing a battery
[0013]
When manufacturing a bag-shaped battery outer case from the
[0014]
One side formed by folding the laminate sheet does not need to be sealed again, and as shown in FIG. 2, for the side where the lead wire connected to the electrode plate group is taken out,
[0015]
Hereinafter, a process of sealing a battery according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 a shows a perspective view of a
[0016]
In the embodiment, both the heat-fusible
[0017]
FIG. 1 b shows the
[0018]
As shown in FIG. 1 b, FIG. 1 c shows that after removing a part of the heat-fusible
[0019]
In FIG. 1d, welding is performed on the
[0020]
In FIG. 1e, the
[0021]
Since the
[0022]
In addition, the seal width between the
[0023]
By providing a double-structured seal portion around the laminated sheets thus laminated, in particular, by providing a seal portion by welding metal foils as the
[0024]
2 is applied to the battery outer case sealing structure of the present invention as described above, and the battery outer case is manufactured using a laminate sheet having a two-layer structure in which a heat-fusible film layer and a metal foil layer are laminated. The top view and sectional drawing are shown about an example of the battery which has this.
[0025]
This battery includes a positive electrode active material, a positive electrode current collector, and a bag-shaped battery
[0026]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the sealing portion provided in the peripheral portion of the battery outer case made using the laminate sheet cut into a rectangular shape has a double structure, and the inner side of the heat-fusible film is between The seal part by welding of the metal foil is provided on the outside of the seal part by welding metal foils at a slight interval, so that the liquid electrolyte is sealed and machined mainly in the inner seal part. The outer seal is intended to reinforce the outer seal with a certain level of strength, and the outer seal seals the electrolyte so that it does not dissipate completely from the battery outer case, whether it is liquid or gaseous. The purpose is that.
[0027]
As described above, a complete sealing effect of the electrolytic solution and a significant increase in strength both mechanically and chemically of the seal portion can be achieved, thereby improving the reliability of the battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a sealing structure of a battery outer case according to the present invention and a processing step of a sealing portion. FIG. 2a is a plan view of a battery according to the present invention. Figure showing
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional battery (showing a cross section AA in FIG. 4).
FIG. 4 is a plan view of a conventional battery outer case. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a conventional battery seal structure.
DESCRIPTION OF
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