JP4532096B2

JP4532096B2 - 電池

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Publication number: JP4532096B2
Application number: JP2003386865A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　勲; 岳人松原; 胸永　　訓良; 稔平田; 聖治根本; 下薗　　武司
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2003-11-17
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2023-11-17
Also published as: JP2005149950A

Description

本発明は、アルミラミネートシート等のようなフレキシブルシートよりなる電池ケースの熱溶着部からリード端子を引き出した電池に関するものである。

携帯用電子機器等では、発電要素を収納する電池ケースにアルミラミネートシートを用いることにより薄型軽量化を図った電池が従来から使用されている。このようなフレキシブルな電池ケースを用いた非水電解質二次電池の従来の構成例を図２及び図３に示す。この非水電解質二次電池は、図２に示すように、発電要素１を収納する電池ケース２が２枚の方形のアルミラミネートシート２１，２２によって構成されている。

発電要素１は、帯状のアルミニウム箔を集電体基材とする正極と、帯状の銅箔を集電体基材とする負極とを帯状のセパレータを介して巻回し、これを側面から押し潰して扁平状に成形したものであり、前方端面からは正極の側端部のアルミニウム箔を突出させると共に、後方端面からは負極の側端部の銅箔を突出させている。そして、この発電要素１の前方端面に突出する正極のアルミニウム箔には、短冊状のアルミニウム箔からなる正極リード端子３を超音波溶接すると共に、後方端面に突出する負極の銅箔には、短冊状の銅箔からなる負極リード端子４を超音波溶接している。従って、この発電要素１は、前後の端面からそれぞれリード端子３，４をさらに前方と後方に突出させることになる。

また、これらのリード端子３，４は、突出部の途中にタブフィルム５，６が熱溶着されている。タブフィルム５，６は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹脂からなる、リード端子３，４よりも幅が広く薄い方形のシート材であり、これらリード端子３，４を覆うと共に左右の両側にほぼ均等にはみ出させて熱溶着される。

電池ケース２のアルミラミネートシート２１，２２は、ナイロン樹脂等からなるベースフィルム層とアルミニウム箔からなる金属層とポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなるシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルなシートである。そして、これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、シーラント層を向かい合わせにして重ね合わせ、これらの間に発電要素１を挟んで周縁部を上下から加熱加圧して熱溶着することにより、図３に示すように、この熱溶着された周縁部の熱溶着部２ａに囲まれた内部を密閉して電池ケース２となる。また、発電要素１の端面から突出するリード端子３，４は、この電池ケース２の前後の熱溶着部２ａのアルミラミネートシート２１，２２の間を通して外部に突出することになる。しかも、この前後の熱溶着部２ａでは、リード端子３，４がタブフィルム５，６を介してアルミラミネートシート２１，２２のシーラント層に挟まれるので、事前の熱溶着によりリード端子３，４の金属とタブフィルム５，６とが十分に馴染んでいるだけでなく、アルミラミネートシート２１，２２の熱溶着の際にも、シーラント層とタブフィルム５，６の熱可塑性樹脂同士が容易に馴染むことにより、確実に封止されるようになっている。

これらのタブフィルム５，６は、アルミラミネートシート２１，２２の前後の熱溶着部２ａよりも前後に少し長いものを用いて熱溶着を行うことにより、図３に示すように、この熱溶着部２ａから少し突出させておくようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このようにタブフィルム５，６が電池ケース２の前後の熱溶着部２ａからリード端子３，４と共に幅広く突出していると、これらのリード端子３，４の封止が不十分になったり、これらのリード端子３，４を確実に絶縁することができないようになるおそれがあるという問題があった。

即ち、例えばこの非水電解質二次電池を複数個上下に重ねて組電池として使用する場合には、上側の非水電解質二次電池の正極リード端子３を下方に曲げると共に、下側の非水電解質二次電池の負極リード端子４を上方に曲げて、これらのリード端子３，４が重ね合った部分を超音波溶接等により接続固定することがある。しかし、この場合に電池ケース２からタブフィルム５，６が幅広く突出していると、リード端子３，４をこの電池ケース２からの突出基部付近で曲げたときに、これらのリード端子３，４の金属面に密着しているだけのタブフィルム５，６が界面で剥離するおそれが生じ、この剥離が電池ケース２の内部にまで達すると密閉性が悪くなる。そして、このように電池ケース２から突出したリード端子３，４を曲げることは、組電池として使用する場合に限らず、外部の端子と接続する場合等にも通常に行われることである。また、このようにリード端子３，４同士を接続したり外部の端子に接続した場合に、このリード端子３，４の金属面を絶縁するために絶縁テープを巻き付けたり熱収縮チューブで覆うこともある。しかし、この場合に電池ケース２からタブフィルム５，６が突出していると、リード端子３，４に巻き付けた絶縁テープやこれらのリード端子３，４を覆う熱収縮チューブの端とタブフィルム５，６との間の僅かな隙間からこのリード端子３，４の金属面が露出したままになる。そして、このような金属面の露出部分が電池ケース２からの突出基部ではなく、その先の中途半端な位置にあると、リード端子３，４の絶縁が不完全になって、予想し得ない絶縁不良を起こすおそれがある。

なお、特許文献１の第４図や第５図では、「袋２２」（電池ケース２）の「開口縁部２３」（熱溶着部２ａ）から突出した「樹脂フィルム２７」（タブフィルム５，６）の幅が先端ほど少し狭くなっている図が記載されているが、この「樹脂フィルム２７」（タブフィルム５，６）は、最先端の幅も「リード片２５，２６」（リード端子３，４）の幅よりは十分に広いので、上記問題を解消し得るものではない。
特開２００１−２４３９４１号公報（第４−５図）

本発明は、電池ケースの熱溶着部から突出するリード端子のタブフィルムの先端をこのリード端子の幅まで狭めることにより、リード端子の封止や絶縁が不十分になるおそれがあるという問題を解決しようとするものである。

請求項１の発明は、フレキシブルシートよりなる電池ケースの熱溶着部から短冊状のリード端子を引き出した電池において、リード端子における少なくとも電池ケースの熱溶着部に挟まれる部分にこのリード端子よりも幅の広いタブフィルムが両側にはみ出して熱溶着されると共に、このタブフィルムが電池ケースの熱溶着部からリード端子と共に外側に突出し、かつ、この突出したタブフィルムの幅がリード端子の幅まで先側ほど徐々に狭くなると共に、先側ほどゆるやかに狭くなることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電池ケースの熱溶着部から突出するタブフィルムの先端がリード端子の幅まで狭まるので、このリード端子を曲げた場合にタブフィルムの曲げに抗おうとする力が先端ほど弱まり、このリード端子の曲げに沿って容易に曲がるようになる。このため、電池ケースから突出したリード端子からタブフィルムが剥がれたり界面に剥離が生じるようなおそれがなくなり、封止を確実にすることができるようになる。また、この突出したリード端子に絶縁テープを巻き付ける等して絶縁を行う場合にも、この絶縁テープ等でタブフィルムの先端部に重なるまで連続的に覆うことが可能となり、これら絶縁テープ等とタブフィルムとによってリード端子の金属面が全く露出しないようにすることができる。さらに、フレキシブルシートの熱溶着条件を高める等してタブフィルムを十分に溶融させて、先端ほど幅が狭い形状となるようにすることにより、このタブフィルムがフレキシブルシートと完全に溶融一体化するので、これらタブフィルムとフレキシブルシートとの間に界面ができて剥離するというようなこともなくなり、封止をさらに確実にすることができるようになる。

以下、本発明の最良の実施形態について説明する。

本実施形態では、図２に示した従来例と同様に、発電要素１を収納する電池ケース２が２枚のアルミラミネートシート２１，２２で構成された非水電解質二次電池について説明する。なお、図１においても、図２〜図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態の非水電解質二次電池の発電要素１も、図２に示したように、正極と負極をセパレータを介して円筒形に巻回したものを側面から押し潰して扁平状に成形したものを用いている。正極は、帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質を塗布したものであり、負極は、帯状の銅箔の表面に負極活物質を塗布したものである。もっとも、これら正極と負極は、帯状の側縁部に活物質の未塗布部を設けておき、発電要素１として巻回したときに、巻回軸方向の前方側の端面に正極の未塗布部のアルミニウム箔を突出させると共に、後方側の端面に負極の未塗布部の銅箔を突出させるようにしている。そして、この発電要素１の前方の端面に突出するアルミニウム箔には、正極リード端子３の後方基部を超音波溶接すると共に、後方の端面に突出する銅箔には、負極リード端子４の前方基部を超音波溶接している。正極リード端子３は、短冊状のアルミニウム箔からなり、負極リード端子４は、短冊状の銅箔からなる。従って、この発電要素１は、前端面から前方に向けて正極リード端子３の先端部が突出すると共に、後端面から後方に向けて負極リード端子４の先端部が突出することになる。

また、これらのリード端子３，４も、従来例と同様に、突出部の途中にタブフィルム５，６が熱溶着されている。タブフィルム５，６は、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなる薄い方形のシート材からなり、例えばこのような２枚のシート材や二つ折りにした１枚のシート材、又は、チューブ状等のシート材の間にリード端子３，４の中央部分を挟んで加熱加圧することにより、これらリード端子３，４の幅方向の周囲を覆って熱溶着させている。これらのタブフィルム５，６は、短冊状のリード端子３，４よりも幅の広いものを用いるので、これらリード端子３，４の左右の両側にほぼ均等にはみ出して熱溶着されている。そして、これらのタブフィルム５，６は、通常は発電要素１に溶接する前のリード端子３，４に、それぞれこれらリード端子３，４の金属面に十分に馴染むような温度条件等で確実に熱溶着される。ただし、これらのタブフィルム５，６は、リード端子３，４を発電要素１に溶接した後に熱溶着してもよい。

電池ケース２に用いるアルミラミネートシート２１，２２は、それぞれナイロン樹脂等からなるベースフィルム層とアルミニウム箔からなるバリア層とポリプロピレン等からなるシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルシートである。これら２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、同じ大きさの方形のシート材であり、シーラント層同士が接するように向かい合わせにして上下から重ねて用いる。また、これらのアルミラミネートシート２１，２２は、重ね合わせた間に発電要素１が収納できるように、事前に中央の大部分に絞り加工によって内面側が凹状に窪んだ発電要素収納部２１ａ，２２ａを形成している。なお、このような発電要素収納部２１ａ，２２ａは、上下のアルミラミネートシート２１，２２の片方にのみ形成してもよいし、双方共に平坦なシート状のままのものを使用することもできる。

上記２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、発電要素収納部２１ａ，２２ａ同士で形成される内部空間に発電要素１を収納して、上下から周縁部を重ね合わせる。そして、発電要素１の両端面から突出したリード端子３，４は、アルミラミネートシート２１，２２の前後の周縁部の間に挟んで外部に引き出される。また、この際、リード端子３，４に熱溶着されたタブフィルム５，６は、アルミラミネートシート２１，２２の周縁部とリード端子３，４との間に確実に介在させると共に、先端がアルミラミネートシート２１，２２の前後の周縁端から外側にある程度突出するような位置に配置される。

このようにして重ね合わされたアルミラミネートシート２１，２２は、周縁部を上下から加熱加圧されて熱溶着される。従って、２枚のアルミラミネートシート２１，２２は、前後左右の周縁部のシーラント層が全周にわたって溶融一体化することにより熱溶着部２ａとなるので、この熱溶着部２ａに囲まれて発電要素１が収納された内部が封止される。また、前後の周縁部では、タブフィルム５，６を介してリード端子３，４を挟んだまま２枚のアルミラミネートシート２１，２２のシーラント層が熱溶着されるので、このシーラント層とタブフィルム５，６とが溶融一体化して、これらのリード端子３，４を外部に引き出した状態で内部を封止することができる。

しかも、図１に示すように、上記アルミラミネートシート２１，２２の熱溶着により形成された電池ケース２の熱溶着部２ａから前方に突出したタブフィルム５は、前方の先側ほど幅が徐々に狭くなり、先端が正極リード端子３の幅まで狭くなっている。ここで、本実施形態では、図２に示した従来例と全く同じ形状のタブフィルム５，６を使用しているが、アルミラミネートシート２１，２２の熱溶着の温度を高める等によりこの熱溶着条件を変更し、また、タブフィルム５，６のフィルム厚を薄くしたり、これらタブフィルム５，６やアルミラミネートシート２１，２２のシーラント層の素材を変更することにより、図３に示した従来例とは異なり、タブフィルム５の先端が徐々に狭くなるようにしている。即ち、熱溶着条件等の変更によりアルミラミネートシート２１，２２のシーラント層とタブフィルム５が十分に溶融すると、図１に示したように、このタブフィルム５の熱可塑性樹脂が毛細管現象等により前方の先側ほど幅が狭まり、この先端が正極リード端子３の幅に沿うような富士山形の形状となる。そして、この図１では正極リード端子３のタブフィルム５のみを示したが、負極リード端子４のタブフィルム６の幅も、同様に負極リード端子４の幅まで後方の先側ほど徐々に狭くなっている。

なお、電池ケース２は、実際にはアルミラミネートシート２１，２２の周縁部を全周にわたって一度に熱溶着するのではなく、周縁部の一部だけ注液口として開口したまま残しておき、ここから非水電解液を注入する。そして、非水電解質二次電池の予備充電を行った後に、この注液口も熱溶着することにより、電池ケース２の周縁部の全周に熱溶着部２ａを形成して内部を完全に封止するようにしている。

上記構成の非水電解質二次電池は、電池ケース２の前後の熱溶着部２ａから突出するタブフィルム５，６の先端がリード端子３，４の幅まで狭まるので、これらのリード端子３，４を外部接続等のために曲げても、タブフィルム５，６がこの曲げに沿い易くなり、これらのリード端子３，４からタブフィルム５，６が剥がれたり界面に剥離が生じるようなことがなくなる。即ち、タブフィルム５，６が先端まで幅広く突出していると、リード端子３，４を曲げた場合に、これらのタブフィルム５，６もこれに沿って曲がろうとするが、幅広いシート材の強い弾性によって元の水平な状態に戻ろうとする。しかも、リード端子３，４が塑性変形によって永続的に曲がった後も、タブフィルム５，６はこの弾性によって元に戻ろうとし続けるので、先端側から徐々にリード端子３，４の金属面から剥離し易くなる。また、リード端子３，４を曲げることにより、曲がりの外側のタブフィルム５，６は引き伸ばされ、曲がりの内側のタブフィルム５，６は収縮されることも、この剥離を助長する。しかしながら、本実施形態のように、タブフィルム５，６の幅が先側ほど狭くなっていると、リード端子３，４を曲げた場合に、タブフィルム５，６がこの曲げに抗おうとする弾性等が先端側ほど弱くなるので、リード端子３，４の曲げに沿い易くなり、剥離するようなことがなくなる。

また、このように電池ケース２の前後の熱溶着部２ａから突出するタブフィルム５，６の先端がリード端子３，４の幅まで狭まると、これらのリード端子３，４に絶縁テープを巻き付けたり熱収縮チューブで覆う等して絶縁を行う場合に、この絶縁テープや熱収縮チューブ等でこれらリード端子３，４からタブフィルム５，６の先端部に重なるまで連続的に覆うことが可能となり、これら絶縁テープや熱収縮チューブ等とタブフィルム５，６とによって電池ケース２から突出したリード端子３，４の金属面を全く露出させないようにすることができ、確実な絶縁を行うことができるようになる。

さらに、本実施形態のようにアルミラミネートシート２１，２２の熱溶着条件等を変更することによりタブフィルム５，６の先端がリード端子３，４の幅まで狭くなるようにした場合には、これらのタブフィルム５，６とアルミラミネートシート２１，２２のシーラント層が十分に溶融するので、これらの界面を完全に溶融一体化させて封止を確実にすることができるようになる。

なお、上記実施形態では、方形のタブフィルム５，６をアルミラミネートシート２１，２２の熱溶着条件等を変更することにより先端の幅が狭くなるように変形させる場合を示したが、台形状等のように最初から先端の幅が狭いタブフィルム５，６を用いることもできる。

また、上記実施形態では、偏平状に成形した巻回型の発電要素１を示したが、この発電要素１の構成は任意であり、最初から長円筒形や楕円形に巻回したものを用いたり、積層型のものを用いることもでき、必ずしも扁平状のものでなくてもよい。さらに、上記実施形態では、この発電要素１の両方の端面からリード端子３，４を引き出す場合を示したが、片方の端面から正負両極のリード端子３，４を共に引き出すようにしてもよく、端面以外の部分、例えば電極の巻回終端部等から引き出すようにすることもできる。そして、これらのリード端子３，４は、前後の熱溶着部２ａに限らず任意の熱溶着部２ａから引き出すようにすることができ、例えば前方の熱溶着部２ａから正極リード端子３と負極リード端子４を共に引き出すようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、これらのリード端子３，４を発電要素１の電極に超音波溶接により接続固定する場合を示したが、この接続固定の方法も任意であり、接続部材を介して間接的に接続固定することもできる。さらに、上記実施形態では、金属箔からなるリード端子３，４を示したが、薄い金属板等の短冊状の導電体であれば、どのような材質のものを用いてもよい。

また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートシート２１，２２を重ね合わせて電池ケース２とする場合を示したが、例えば１枚のアルミラミネートシートを２つ折りにしたり、封筒のように両端部と中央部で重ね合わせるようにした電池ケースを用いてもよく、予めアルミラミネートシートを袋状にした電池ケースを用いたものであってもよい。さらに、上記実施形態では、電池ケースにアルミラミネートシートを用いる場合を示したが、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルシートであれば材質は任意であり、ラミネートシートでなくてもよい。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池について示したが、この電池の種類は任意であり、他の二次電池や一次電池の場合にも同様に実施可能である。

本発明の一実施形態を示すものであって、アルミラミネートシート製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池における正極リード端子の突出部付近の詳細を示す部分拡大斜視図である。アルミラミネートシート製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池の構造を示す分解斜視図である。従来例を示すものであって、アルミラミネートシート製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池の全体斜視図である。

符号の説明

１発電要素
２電池ケース
２ａ熱溶着部
２１アルミラミネートシート
２２アルミラミネートシート
３正極リード端子
４負極リード端子
５タブフィルム
６タブフィルム

Claims

フレキシブルシートよりなる電池ケースの熱溶着部から短冊状のリード端子を引き出した電池において、
リード端子における少なくとも電池ケースの熱溶着部に挟まれる部分にこのリード端子よりも幅の広いタブフィルムが両側にはみ出して熱溶着されると共に、このタブフィルムが電池ケースの熱溶着部からリード端子と共に外側に突出し、かつ、この突出したタブフィルムの幅がリード端子の幅まで先側ほど徐々に狭くなると共に、先側ほどゆるやかに狭くなることを特徴とする電池。