JP4485614B2

JP4485614B2 - 非水電解質電池及びその製造方法

Info

Publication number: JP4485614B2
Application number: JP09263999A
Authority: JP
Inventors: 佳生合田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2019-03-31
Also published as: JP2000285904A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素を収容する外装ケースが一対のラミネートシートの周囲を溶着シールして形成された非水電解質電池において、発電要素から外部に引き出す正極リード及び負極リードの構造に改良を加えた非水電解質電池及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムポリマー二次電池等の非水電解質電池をラミネートシートによって形成した外装ケースに収容することにより、薄型で且つ軽量の電池を構成することができ、携帯機器の電源として用いるのに有効である。
【０００３】
このラミネートシートを外装ケースとした電池は、図１１（ａ）に示すように、２つ折りにして上下一対としたラミネートシートの両側部を熱溶着によりシールして封筒状に形成した外装ケース１内に、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した積層電極群２８を挿入し、更に電解液が注入される。この外装ケース１の開口辺は、図１１（ｂ）に示すように、前記積層電極群２８の正極板に接続された正極リード２６及び負極板に接続された負極リード２７を外部に引き出して熱接合によりシールし、外装ケース１内を密閉することにより、ラミネートシートを外装ケース１とした電池が完成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成において、正極リード２６及び負極リード２７は、外装ケース１の開口辺の上下のラミネートシートを熱溶着する間を通して外部に引き出される。開口辺の正極リード２６及び負極リード２７のない位置では上下のラミネートシートの樹脂層間が溶融して完全なシールがなされるが、正極リード２６及び負極リード２７が介在する位置では各リードの金属面に樹脂層を溶着させる必要があるが、金属と樹脂との接着は結合力が弱く、この境界面から電解液が漏れる恐れがある。そのため、従来構成においては、正極リード２６及び負極リード２７の所定位置に予めその両面から樹脂シート２９を溶着し、ラミネートシートとの溶着性の向上を図っている。
【０００５】
しかし、正極リード２６及び負極リード２７は箔状に薄く形成されているが、それでも端部には隙間が生じやすく、この隙間から漏液する恐れがある。また、外装ケース１の内圧が増加した場合のように、シール部分を上下に引き剥がそうとする力が加わったとき、樹脂シート２９と各リードとの接合力が弱いため、正極リード２６及び負極リード２７の部分からシールが剥がれる恐れがある。
【０００６】
本発明の目的とするところは、ラミネートシートのシール部分に介在する正負極リードとラミネートシートとの溶着接合を強化した非水電解質電池とその製造方法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願の第１発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した素電池を積み重ねて積層電極群が形成されてなり、一対のラミネートシートの周囲をシールした外装ケース内に前記積層電極群及び電解液を収容し、前記正極板に一端側が接合された正極リードと、前記負極板に一端側が接合された負極リードとを、外装ケースのシール辺を通して外部に引き出してなる非水電解質電池において、前記正極リード及び負極リードの少なくとも幅方向の一側端に切り欠き、または、一側端の切り欠き且つ中央部の穴、が形成され、この切り欠きを含む前記シール辺の通過位置に両面から樹脂シートが溶着されてなり、外装ケースのシール時に両面のラミネートシートが前記樹脂シートを挟んで互いに溶着されてなることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、正極リード及び負極リードに形成した切り欠き、または、一側端の切り欠き且つ中央部の穴、を含む部位に両面から樹脂シートが溶着されているので、両面の樹脂シートは溶着時に切り欠き内に溶融物を充填して正極リード及び負極リードに対する密着性が向上する。外装ケースのラミネートシートは正極リード及び負極リードの通過位置では樹脂シートに溶着するので、正極リード及び負極リードを通過させるシール辺の接合強度が強化され、外装ケース内の内圧増加等に対するシール辺の引き剥がし方向の引っ張りにも耐える強度が得られる。また、リードの金属と樹脂との界面が電解液の漏液通路となりやすいが、切り欠きにより漏液経路が物理的に延長され、漏液を抑制することができる。
【０００９】
上記構成において、切り欠きが、開放端側より内側寄りに切り欠き幅が大きくなるように形成されてなることによって、切り欠きを形成するプレス加工時に抜き滓が飛散することなく、飛散した抜き滓が付着することによるリード製造の不良発生を防止できる。
【００１０】
また、正極リード及び負極リードの樹脂シートの溶着部位に複数の切り欠きを列設形成することができ、両面の樹脂シートの接合強度が向上すると同時に、界面に発生する漏液経路の距離を増加且つ複雑化して漏液を防止するのに有効である。
【００１１】
また、正極リード及び負極リードの樹脂シート溶着部位が、その幅方向の端辺方向に厚さが薄くなるように形成することにより、漏液経路となりやすいリードの両端部に生じる樹脂シート接合間の隙間の発生をより小さくすることができる。
【００１２】
また、本願の第２発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した素電池を積み重ねて積層電極群が形成されてなり、一対のラミネートシートの周囲をシールした外装ケース内に前記積層電極群及び電解液を収容し、前記正極板に一端側が接合された正極リードと、前記負極板に一端側が接合された負極リードとを、外装ケースのシール辺を通して外部に引き出してなる非水電解質電池の製造方法において、前記正極リード又は負極リードの幅に形成された金属薄板のテープをプレス加工工程に搬送してテープの幅方向の少なくとも一側端に切り欠き、または、一側端と中央部に複数の切り欠きと穴、を形成し、これを樹脂シート取付け工程に搬送して切り欠き、または、一側端の切り欠き且つ中央部の穴、を含む両面の所定範囲にテープ幅より大きな幅の樹脂シートを供給して両面の樹脂シート間を仮接合し、これを樹脂シート溶着工程に搬送して両面から加熱及び加圧することにより樹脂シートとテープとの間を接合し、これを所定位置で切断して正極リード又は負極リードに形成し、この正極リードを正極板に負極リードを負極板にそれぞれ接合し、外装ケースのシール時に両面のラミネートシートを樹脂シートを挟んで互いに溶着することを特徴とする。
【００１３】
上記製造方法によれば、正極及び負極の各リードは、それぞれに適合する材料によって形成されたテープの幅方向の少なくとも一側端に切り欠き、または、一側端の切り欠き且つ中央部の穴、を形成し、これを樹脂シート取付け工程に搬送して切り欠き、または、一側端と中央部に複数の切り欠きと穴、に所定間隔で切り欠きを形成し、その切り欠きを位置決め部位として両面から樹脂シートを溶着して、リード部材が連続的に製造されるので、生産性が向上すると同時に、箔状で且つ小さなリード部材の製造が効率的になされる。このようなテープ状に連続したリード部材は正負各極板への接合位置に搬送しやすく、所定長さに切断して極板に接合、もしくは一端を極板に接合して切断する接合加工により、生産性のよい電池製造を行うことができる。
【００１４】
また、プレス加工工程においてテープの両側辺に複数の切り欠きを列設形成し、この切り欠き部の形成部位をテープの幅方向に両側辺に向けて板厚が薄くなるようにプレス加工することによって、ラミネートシートのシール辺に金属板を通過させることによる外装ケース内の電解液の漏液発生が生じやすい状態においても、漏液を阻止するリード構造を形成することができる。
【００１５】
【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。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
本実施形態は、非水電解質電池の一例であるリチウムポリマー二次電池について示すもので、図１に平面図及び断面図として示すように、複数の素電池５を積層して形成された積層電極群２を、ラミネートシートで形成された外装ケース１内に収容して構成されている。
【００１７】
前記素電池５は、図２に示すように、負極集電体１２の両面に負極合剤層１３、１３を形成した負極板８の両面に、正極集電体１０の両面に正極合剤層１１、１１を形成した正極板７、７をそれぞれセパレータ９、９を介して積層一体化して構成されている。この素電池５を所要の電圧または電池容量が得られる複数層に積み重ね、図３に示すように、積層した各素電池５の各負極集電体１２の一辺側に延出形成された負極端子１２ａを束ねて、図１（ｂ）に示すように、各負極端子１２ａを束ねた部位を接合すると同時に、これに負極リード４を接合し、同様に、各正極集電体１０の一辺側に延出形成された正極端子１０ａを束ねて、これに正極リード３を接合して積層電極群２が形成される。
【００１８】
また、前記外装ケース１は、アルミニウム箔等の金属層の両面にポリプロピレン等の樹脂層を接合したラミネートシートを、図４に示すように、２つ折りにした両側のシール辺Ｐ１、Ｐ２で熱溶着によりシールして封筒状に形成し、開口部から積層電極群２を挿入し、更に電解液を注入した後、図１に示すように、開口部は正極リード３及び負極リード４をシール辺Ｐ３を通して外部に引き出し、シール辺Ｐ３を熱溶着によりシールすることにより、外装ケース１内は密閉される。前記正極リード３及び負極リード４には、前記シール辺Ｐ３の通過位置に両面からポリプロピレンフィルム（樹脂シート）２５が熱溶着によって接合されているので、シール辺Ｐ３の正極リード３及び負極リード４の通過位置では、上下のラミネートシートはポリプロピレンフィルム（ＰＰフィルム）２５に融着し、シール辺Ｐ３に正極リード３及び負極リード４の金属部を介在させることによるシール性の低下が防止される。また、正極リード３及び負極リード４には、それぞれＰＰフィルム２５の溶着位置に切り欠き１５を形成して、一対のＰＰフィルム２５の接合性の向上を図っている。なお樹脂シート２５としては、ＰＰフィルムの外、ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムとポリエチレンフィルムとを積層したフィルムなどを用いることができる。この正極リード３及び負極リード４の製造方法について以下に説明する。
【００１９】
正極リード３はアルミニウム、負極リード４は銅によって、それぞれ厚さ０．０８ｍｍ、幅３ｍｍのフープ材に形成されたものを材料として製造される。図５は正極リード３の製造工程を模式的に示すもので、負極リード４についても同様に製造される。
【００２０】
図５において、材料リール３１に巻回されたアルミニウムのフープ材２３は端から引き出され、所定間隔で間欠的にプレス加工部３２に搬送され、プレス加工部３２により図６（ａ）に示すように、所定間隔に切り欠き１５が形成される。この切り欠き１５は、切り欠いた開放端側より内側寄りに切り欠き幅が大きくなるような形状に打ち抜くことによって、抜き滓がプレス加工部３２のパンチに付着し難くくなるので、飛散した抜き滓がフープ材２３上に載ることによる後加工での障害の発生が防止できる。前記切り欠き１５の形状は、開放端側より内側寄りに切り欠き幅が大きくなるような形状であれば、任意の形状に形成しても同様の効果が得られる。
【００２１】
切り欠き１５が形成されたフープ材２３には、その両面からそれぞれＰＰリール３３ａ、３３ｂからポリプロピレンテープ２４、２４が供給され、このポリプロピレンテープ２４、２４は、仮接合部３４において、切り欠き１５を位置決め部位として切り欠き１５を含む位置に位置決めされ、図６（ｂ）に示すように、所定長さに切断してＰＰシート２５、２５とすると同時に、フープ材２３の両面にそれぞれ当接したＰＰシート２５、２５は、切り欠き１５の位置で両面の間が熱溶着により仮接合される。ＰＰシート２５が仮接合されたフープ材２３は、熱接合部３５に搬送され、フープ材２３を間にして両面にあるＰＰシート２５、２５側から加圧すると同時に加熱して、図６（ｃ）に示すように、フープ材２３にその両面からＰＰシート２５、２５を熱溶着させる。このとき、ＰＰシート２５、２５は溶融してフープ材２３に接着すると同時に、両面のＰＰシート２５、２５は対面間で互いに融合して一体化される。また、切り欠き１５の位置においても両面のＰＰシート２５、２５は溶融して切り欠き１５内に充填されるので、この切り欠き１５内での接合をアンカー効果として、フープ材２３とＰＰシート２５、２５とは一体的に接合される。このようにＰＰシート２５が所定位置に両面から接合されたフープ材２３は巻き取りリール３６に巻き取られる。
【００２２】
上記構成では、フープ材２３への切り欠き形成のプレス工程とＰＰシート２５の溶着工程とを連続して行うようにしているが、フープ材２３に切り欠き１５を形成した後、これを別位置の溶着工程に移送するようにしても、ＰＰシート２５は切り欠き１５を位置決め部位として位置決めできるので、それぞれの工程を別に行うように構成することもできる。
【００２３】
上記巻き取りリール３６に巻き取られたフープ材２３は、端から引き出されて図６（ｃ）に示す破線位置で所定長さｄで切断することによって、図６（ｄ）に示すようにＰＰシート２５が両面から接合された正極リード３に形成される。負極リード４についても、フープ材２３の素材が銅であることを除いて同様に形成される。この正極リード３及び負極リード４は、図１（ｂ）に示すように、各素電池５の正極端子１０ａを束ねた位置に正極リード３の一端側が、負極端子１２ａを束ねた位置に負極リード４の一端側が、それぞれレーザー溶接等の接合手段によって接合される。
【００２４】
また、ＰＰシート２５、２５が溶着されたフープ材２３を、図７に示すように、積層電極群２のリード接合位置に供給し、一端側を正極端子１０ａにレーザー溶接あるいは抵抗溶接もしくは超音波溶接によって接合し、所定長さに切断して、これを正極リード３とし、次の積層電極群２がリード接合位置に位置決めされると、巻き取りリール３６からフープ材２３を送り出す動作を繰り返すことによって効率的なリード接合が可能である。また、これを負極端子１２ａの側でも同時に行うことによって、より効率的なリード接合を行い得る。このようなリード接合方法により、正極リード３又は負極リード４として切り出した場合に、切り出された小さい部材を所定の接合位置に合わせる困難な作業を行うことなく、接合作業を自動化することもできる。
【００２５】
このようにＰＰシート２５が接合された正極リード３及び負極リード４を外装ケース１から外部に引き出し、外装ケース１の開口部を熱溶着によりシールするとき、正極リード３及び負極リード４の通過位置では、外装ケース１の上下のラミネートシートはＰＰシート２５に熱溶着されるので、シール性のよい熱溶着シールを行うことができる。しかし、このような樹脂間のシール位置に金属板を通過させるような場合に、金属板が正極リード３及び負極リード４のように箔状のものであっても、図８に示すように、正極リード３又は負極リード４の両側部に三角形状の微小な隙間ｇが生じやすく、それが外装ケース１内の電解液の漏液経路となるが、正極リード３及び負極リード４に予めＰＰシート２５をその両面から溶着するとき、加熱と同時に適正な加圧が加えられることにより、ＰＰシート２５の溶融物により正極リード３及び負極リード４の両側部の隙間ｇが埋められるようになる。それでも金属と樹脂との間の界面の接合性は低いので、溶着のばらつきにより僅かに生じる隙間から漏液が進行する可能性がある。
【００２６】
正極リード３及び負極リード４の両側に生じやすい隙間ｇによる漏液を防止するために、図９に示すように、正極リード３及び負極リード４の両側に切り欠き１５、１５を形成することにより、漏液経路となるリードの両側端の界面の物理的距離が延長されるので、漏液の防止効果が向上する。また、正極リード３及び負極リード４の引き出し位置からの漏液を、より確実に防止する構造として、正極リード３及び負極リード４は、図１０に示すような形状に形成することができる。図示は正極リード３ａの場合を示し、その両側部に櫛形に凹凸１８、中央部に穴１９を形成すると共に、凹凸１８を形成した両側部を端側に至るほど薄くなるようにプレス成形した薄肉加工部２０を形成し、これらの形成部位にＰＰシート２５をその両面から熱溶着させると、穴１９で両面のＰＰシート２５は接合され、凹凸１８の凹部は溶融したＰＰシート２５で充填される。また、両側端部は薄肉加工部２０により極めて薄くなるので、両側からＰＰシート２５を接合したときに端部に隙間ｇが生じ難くなる。それでも端部に隙間ｇが生じたときには、それが漏液経路となるが、前記櫛形の凹凸１８により漏液経路の距離は物理的に長くなって、漏液の進行が抑制される。
【００２７】
以上説明したような正極リード３及び負極リード４を用いて積層電極群２を構成することにより、ラミネートシートを外装ケースとした電池における外装ケース１のシール性と耐漏液性とを向上させることができる。また、外装ケース１のリード引き出し辺のシール強度が強化されるので、外装ケース１内の内圧が増加したときのような引き剥がし方向の引っ張りにも耐える接合強度が得られ、更に、電池に振動や衝撃が加えられた場合に、正極リード３及び負極リード４の変形が防止される。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、ラミネートシートによって形成された外装ケース内に積層電極群及び電解液を収容した電池において、積層電極群に接合された正極リード及び負極リードを外装ケースのシール辺を通して外部に引き出すとき、正極リード及び負極リードのシール辺の通過位置に樹脂シートが両面から一体的に接合されているので、シール辺のラミネートシート間に樹脂シートが溶着してシール強度が向上し、ラミネートシートを外装ケースとした電池においても電解液の漏液を生じさせない密閉構造を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る非水電解質電池の一例を示す（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線矢視断面図。
【図２】素電池の構成を示す断面図。
【図３】素電池の正極端子及び負極端子の形成を説明する斜視図。
【図４】外装ケースへの積層電極群の挿入を示す斜視図。
【図５】正極リード又は負極リードの製造装置の構成を示す模式図。
【図６】製造装置の各工程における加工状態を（ａ）〜（ｄ）に示す平面図。
【図７】積層電極群への正極リードの接合方法の一例を示す斜視図。
【図８】シール辺にリードを通過させた状態を示す断面図。
【図９】リードの両側に切り欠きを設けた構成を示す平面図。
【図１０】耐漏液性を向上させたリード構造を示す（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線矢視断面図。
【図１１】従来技術によるラミネートシートを外装ケースとして電池の組み立てを説明する（ａ）は積層電極群の挿入時、（ｂ）は完成時の斜視図。
【符号の説明】
１外装ケース
２積層電極群
３正極リード
４負極リード
５素電池
７正極板
８負極板
９セパレータ
１５切り欠き
１８凹凸
１９穴
２０薄肉加工部
２３フープ材
２４ポリプロピレンテープ
２５ＰＰシート
３２プレス加工部
３４仮接合部
３５熱接合部

Claims

正極板と負極板とをセパレータを介して積層した素電池を積み重ねて積層電極群が形成されてなり、一対のラミネートシートの周囲をシールした外装ケース内に前記積層電極群及び電解液を収容し、前記正極板に一端側が接合された正極リードと、前記負極板に一端側が接合された負極リードとを、外装ケースのシール辺を通して外部に引き出してなる非水電解質電池において、前記正極リード及び負極リードの少なくとも幅方向の一側端に切り欠き、または、一側端の切り欠き且つ中央部の穴、が形成され、この切り欠きを含む前記シール辺の通過位置に両面から樹脂シートが溶着されてなり、外装ケースのシール時に両面のラミネートシートが前記樹脂シートを挟んで互いに溶着されてなることを特徴とする非水電解質電池。
切り欠きが、開放端側より内側寄りに切り欠き幅が大きくなるように形成されてなる請求項１記載の非水電解質電池。
正極リード及び負極リードの樹脂シートの溶着部位に複数の切り欠きを列設形成してなる請求項１記載の非水電解質電池。
正極リード及び負極リードの樹脂シート溶着部位が、その幅方向の端辺方向に厚さが薄くなるように形成されてなる請求項１〜３いずれか一項に記載の非水電解質電池。
正極板と負極板とをセパレータを介して積層した素電池を積み重ねて積層電極群が形成されてなり、一対のラミネートシートの周囲をシールした外装ケース内に前記積層電極群及び電解液を収容し、前記正極板に一端側が接合された正極リードと、前記負極板に一端側が接合された負極リードとを、外装ケースのシール辺を通して外部に引き出してなる非水電解質電池の製造方法において、前記正極リード又は負極リードの幅に形成された金属薄板のテープをプレス加工工程に搬送してテープの幅方向の少なくとも一側端に切り欠き、または、一側端の切り欠き且つ中央部の穴、を形成し、これを樹脂シート取付け工程に搬送して前記切り欠き、または、切り欠き且つ穴を含む両面の所定範囲にテープ幅より大きな幅の樹脂シートを供給して両面の樹脂シート間を仮接合し、これを樹脂シート溶着工程に搬送して両面から加熱及び加圧することにより樹脂シートとテープとの間を接合し、これを所定位置で切断して正極リード又は負極リードに形成し、この正極リードを正極板に負極リードを負極板にそれぞれ接合し、外装ケースのシール時に両面のラミネートシートを樹脂シートを挟んで互いに溶着することを特徴とする非水電解質電池の製造方法。
プレス加工工程においてテープの両側辺に複数の切り欠きを列設形成し、この切り欠き部の形成部位をテープの幅方向に両側辺に向けて板厚が薄くなるようにプレス加工する請求項５記載の非水電解質電池の製造方法。