JP4509242B2 - 二次電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池に係り、特に、小型軽量で密閉性に優れた二次電池を得るための二次電池の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来の二次電池１の構造の例を模式的に示す。図中符号２は金属または樹脂製のケースで、ケース２内には、一対の正極３ａと負極３ｂとからなる電極３が、複数個重ねられた状態で、気密的に収容されている。更に、正極３ａと負極３ｂとの間、及び隣接する電極３の間にはそれぞれセパレータ（図示せず。）が介在され、かつ電極３及び／またはセパレータには、電解液が含浸されている。また、符号４は、正極３ａ及び負極３ｂにそれぞれ接続され、ケース２の外部に延設された端子である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電池１は、ケース２が大型で重いという欠点を有している。そこで、上記課題を解決するため、例えば図８に示すような電池１１が提案されている。この電池１１は、ケース２に代えて、アルミ箔等の水蒸気不透過層が積層されたフィルムを熱シールにより平袋状に成形してなる袋体５を用いたもので、電極３を袋体５内に収容し、端子４を袋体５の口部５ａから外部に延設した状態で、口部５ａを端子４を挟んで熱シ−ルすることにより、袋体５が密閉される。この電池１１によれば、外殻を袋体５で形成したため、上記電池１に比して、大幅な小型化及び軽量化が可能となる。
【０００４】
ところで、上記電池１１では、水蒸気不透過層と端子４との接触を避けるため、水蒸気不透過層の内側に電気絶縁層を設ける必要がある。しかしながら、水蒸気不透過層と電気絶縁層とが接着剤で接着されているため、この接着剤が電気絶縁層に浸透した電解液に侵されると、水蒸気不透過層と電気絶縁層との界面から電解液が漏洩し、電池１１の性能が低下するという欠点があった。また、電気絶縁層と端子４との接着が不十分だと、この界面から電解液が漏洩する可能性もあった。本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、小型軽量で密閉性に優れた二次電池を得ることをその目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電解液を収容する袋体と、テープ状をなす金属製の端子とを有する二次電池であって、上記袋体を構成する基材の最内層が電気絶縁層であり、この電気絶縁層に、水蒸気不透過層が、接着剤層を介することなく積層されており、上記電気絶縁層が、上記水蒸気不透過層及び上記端子に対する金属接着性官能基を有する樹脂から構成され、前記袋体は、前記電気絶縁層の形成面が最内層となるよう接合して筒状に成形した後、直方体状に製袋されたガゼット袋であり、接合部を袋体の隅部に設け、かつ他の隅部を、上記接合部と同様、柱状にシールすることにより、その四隅にそれぞれ柱状のシール部を有する構造とされていることを特徴としている。
【０００６】
ここで、上記電気絶縁層が、カルボン酸またはカルボン酸無水物から選択される官能基を有するポリオレフィン系樹脂から構成されていることが望ましい。上記ポリオレフィン系樹脂には、例えば、ポリオレフィンに無水マレイン酸をグラフト共重合させた樹脂が用いられる。また、上記ポリオレフィンには、例えばポリプロピレンが用いられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明に係る二次電池２１の形状の例を、また、その構造を図２に示す。図中符号６は袋体で、袋体６は、後述する図３に示すような構造を有するフィルムを、電気絶縁層６３の形成面が最内層となるよう筒状に成形した後、直方体状をなす、いわゆるガゼット袋に製袋したものである。ここで、袋体６は、図１に示すように、接合部を袋体６の隅部に設け、かつ他の隅部を、上記接合部と同様、柱状にシールすることにより、袋体６の四隅にそれぞれシール部６ｂを有する構造とする。
【０００８】
上記フィルムの構造を図３に示す。このフィルムは、図３の上方から、保護層６１、水蒸気不透過層６２、及び電気絶縁層６３から構成されている。水蒸気不透過層６２は、袋体６内への水蒸気や気体の侵入を防止するためのもので、その材質には、例えばアルミ等の金属箔が使用される。また、保護層６１は、水蒸気不透過層６２を保護するためのもので、その材質には、例えばＰＥＴ等のポリエステル、ナイロン等のポリアミド、ポリプロピレン等のポリオレフィンをはじめとする樹脂が、単独または複数併用して使用される。
【０００９】
電気絶縁層６３は、端子や電極（いずれも後述）と水蒸気不透過層６２との間の電気絶縁性を確保し、かつ袋体６の周縁を熱シールするためのもので、水蒸気不透過層６２に、接着剤層等を介することなく、直接接着積層されている。このような直接的な接着積層方法としては、溶融した樹脂を直接積層する押出ラミネートや、フィルム状の樹脂を直接熱接着するサーマルラミネート等がある。また、直接的な接着積層方法に際しては、水蒸気不透過層６２と電気絶縁層６３の双方を加熱して接着すると高い接着強度が得られる。従って、押出ラミネートにて接着する場合には、冷却ロールに高温の液体を流したり、水蒸気不透過層６２を加熱しながらラミネータに送る等の工夫を施すことが望ましい。
【００１０】
上記条件を満たすため、電気絶縁層６３の材質には、電気絶縁性に優れ、かつ水蒸気不透過層６２を構成する金属及び上記端子を構成する金属に対して接着性を有し、高い熱シール強度が得られ、しかも、袋体６内に封入される電解液に対し耐食性を有する材質が使用される。このような材質としては、カルボン酸またはカルボン酸無水物のような金属接着性官能基を有するポリオレフィン系樹脂、具体的には、無水マレイン酸とグラフト共重合または不飽和カルボン酸とランダム共重合したポリオレフィン系樹脂が挙げられる。また、上記ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が使用可能であるが、耐熱性に優れ、かつ安価である点から、ポリプロピレンの使用が望ましい。
【００１１】
袋体６内には、上記従来の電池１，１１に使用されているものと同様の、全体として直方体状をなす電極３が収容され、かつ電極３には、端子４が接続されている。端子４は、アルミニウムに代表される金属をテープ状に成形したもので、その表裏面は、口部６ａのシール面と平行とされている。そして、口部６ａを、端子４を挟んで表裏から熱シールすることにより、袋体６が密閉されている。
【００１２】
ここで、電気絶縁層６３の厚さは、端子４より厚くする。これは、電気絶縁層６３の厚さが端子４の厚さ以下だと、端子４を挟んで口部６ａを熱シールした際に、端子４との当接部分にて電気絶縁層６３が薄くなり、水蒸気不透過層６２と端子４とが導通する可能性があるためである。
【００１３】
また、水蒸気不透過層６２に使用される金属箔の厚みは、２０μｍ以上であることが望ましい。これは、上記金属箔の厚みが２０μｍ未満だと、金属箔に微細なピンホール等が生じやすく、水蒸気や気体を確実に遮断できなくなる可能性があるためである。
【００１４】
この二次電池２１は、外殻を袋体６で形成したため、小型化及び軽量化の点で優れている。しかも、袋体６の最内層に、水蒸気不透過層６２を構成する金属及び端子４を構成する金属に対し接着性を有し、かつ電解液に対して耐食性を有する電気絶縁層６３を形成し、電気絶縁層６３を、水蒸気不透過層６２及び端子４に、接着剤層を介することなく直接接着したため、電気絶縁層６３と蒸気不透過層６２及び端子４との接着部分からの電解液の漏洩が防止される。従って、この二次電池２１によれば、袋体６からの電解液の漏洩に伴う袋体６の密閉性低下と、それに起因する二次電池２１の性能低下が防止される。
【００１５】
また、端子４がテープ状をなし、かつその表裏面が口部６ａのシール面と平行とされているため、口部６ａを端子４を挟んで熱シールした際に、端子４の厚みにより口部６ａのシール面と端子４との境界部（図１に符号Ｄで示す部分）に形成される段差が少なくて済み、その結果、袋体６が一層確実に密閉される。加えて、電気絶縁層６３を構成する樹脂が口部６ａの熱シールに伴い溶融して上記段差に侵入し、上記段差に形成された隙間を封止するため、袋体６の密閉性が更に向上する。
【００１６】
一方、袋体６が直方体状をなすガゼット袋とされているため、図２に示すような、ある程度の厚みを有する電極３を収容する場合でも、電極３を、袋体６に不要なストレスをかけることなく容易に収容可能で、かつ収容された電極３の角部との当たりによる袋体６の損傷も起こりにくい。また、袋体６の表面積が小さく、かつ袋体６が直方体をなしているため、複数の二次電池２１をまとめて容器等に収納した場合における収納効率が向上する。なお、上記効果を得るためには、袋体６の形状は、ガゼット袋のみならず、少なくとも直方体状をなしていればよい。
【００１７】
更に、図１に示すように、袋体６の四隅にシール部分６ｂを設けた場合には、袋体６の側面がこれらシール部６ｂにより保護されるため、二次電池２１を容器等に収容した際に、袋体６の側面が容器等に直接接触せず、接触や擦過によるピンホール等が発生しにくいという効果が得られる。また、シール部６ｂによる袋体６の側面の保護が不要な場合には、図４に示すように、接合部（シール部）６ｂを袋体６の側面に設けてもよい。袋体６として、直方体状をなさない、例えば３方袋等を用いることももちろん可能である。
【００１８】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明の二次電池の袋体に使用されるフィルムの効果について説明する。材質が異なる各種のラミネートフィルムを用意し、これらのフィルムにより、５０×１００（ｍｍ）の３方袋をそれぞれ作成し、これらの袋体内に、セパレータを介在させた正負電極及び電解液（導電材を非水分散媒に分散させ、色素を混入したもの）を入れ、正負電極からそれぞれ延びるテープ状の端子（アルミニウム製、厚さ１００μｍ）を介在させた状態で、袋体の口部を熱板で挟んでヒートシールし、各種の電池を得た。
【００１９】
そして、これらの電池を、それぞれ濾紙に包んで８０℃のオーブン内にて１６８時間放置した後、電解液の漏洩を、濾紙への色素の転写の有無から調査した。また、放置後の電池から、端子とフィルムとのシール部分をそれぞれサンプリングして、端子とフィルム間の接着強度を測定するとともに、個々のフィルムを電解液に浸積し、６０℃のオーブン内にて１６８時間放置した後、電気絶縁層と蒸気不透過層間の接着強度を測定した。接着強度の測定には、幅２５ｍｍの試料に対する１８０°剥離強度試験を用いた。なお、上記の各試験において、試料数はいずれも１０個とした。
【００２０】
供試した各種フィルムの組成を図５に、また、液漏れ及び接着強度の調査結果を図６にそれぞれ示す。図６の結果から、電気絶縁層に金属接着性官能基を有する樹脂を用い、かつ電気絶縁層を、水蒸気不透過層及び端子に、接着剤等を用いることなく直接接着した実施例では、液漏れが生じず、接着強度も高いのに対し、電気絶縁層と水蒸気不透過層とを接着剤で接着した比較例１，２では、いずれも液漏れが生じ、電気絶縁層と蒸気不透過層間の接着強度も低いことがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明に係る二次電池は、外殻を袋体で形成したため、小型化及び軽量化の点で優れている。しかも、袋体の最内層に、水蒸気不透過層及び端子に対し接着性を有し、かつ電解液に対して耐食性を有する電気絶縁層を形成し、この電気絶縁層を、水蒸気不透過層及び端子に、接着剤層等を介することなく直接接着したため、電気絶縁層と蒸気不透過層及び端子との接着部分からの電解液の漏洩が防止される。従って、本発明の二次電池によれば、袋体からの電解液の漏洩に伴う袋体の密閉性低下と、それに起因する二次電池の性能低下が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る二次電池の形状の例を示す上方斜視図である。
【図２】 本発明に係る二次電池の構造の例を示す図１中ＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。
【図３】 本発明に係る二次電池の袋体に使用されるフィルムの構造の例を示す断面図である。
【図４】 参考例に係る二次電池の形状の例を示す上方斜視図である。
【図５】 本発明の実施例に供試したフィルムの構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施例における液漏れ及び絶縁性の調査結果を示す図である。
【図７】 従来の二次電池の構造の例を示す断面図である。
【図８】 従来の二次電池の構造の例を示す断面図である。
【符号の説明】
３ 電極
４ 端子
６ 袋体
２１ 二次電池
６２ 水蒸気不透過層
６３ 電気絶縁層

Claims (4)

1. 電解液を収容する袋体と、テープ状をなす金属製の端子とを有する二次電池であって、
   上記袋体を構成する基材の最内層が電気絶縁層であり、この電気絶縁層に、水蒸気不透過層が、接着剤層を介することなく積層されており、上記電気絶縁層が、上記水蒸気不透過層及び上記端子に対する金属接着性官能基を有する樹脂から構成され、前記袋体は、前記電気絶縁層の形成面が最内層となるよう接合して筒状に成形した後、直方体状に製袋されたガゼット袋であり、接合部を袋体の隅部に設け、かつ他の隅部を、上記接合部と同様、柱状にシールすることにより、その四隅にそれぞれ柱状のシール部を有する構造とされていることを特徴とする二次電池。
2. 上記電気絶縁層が、カルボン酸またはカルボン酸無水物から選択される官能基を有するポリオレフィン系樹脂から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 上記ポリオレフィン系樹脂が、ポリオレフィンに無水マレイン酸をグラフト共重合させた樹脂であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池。
4. 上記ポリオレフィンがポリプロピレンであることを特徴とする請求項３に記載の二次電池。

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