JP4668370B2

JP4668370B2 - ポリマー電池

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Publication number: JP4668370B2
Application number: JP10152899A
Authority: JP
Inventors: 均関野; 淳福田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: CN101159320A; CN101159320B; JP2000294204A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリマー電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電池の構成材料を収納するケースには、大抵の場合、金属製のケースが用いられていた。しかし、ノート型パソコン、携帯電話など各種の電子機器の発達、普及に伴い、その軽量化、薄肉化が進められると共に、これらに使用される電池についても、その重量をできるだけ軽くし、また、使用機器における電池スペースをできるだけ少なくできるよう電池そのものの軽量化、薄肉化が求められている。
このような要求に応えるために、例えば、ポリマー電池と言われる電池、すなわち、電池の電極端子や電解質などに、高分子材料を導入し、シート状に成形して軽量、薄肉化した種々のシート状電池が研究開発されている。これらのシート状電池に用いる電池ケースに関しては、その軽さ及び薄さとともに強度、水蒸気その他のバリア性、耐熱性、耐久性、密封性、電極端子との接着性、耐電解液性等を含め、大量生産に適した形態や製造方法は完成されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ポリマー電池の電極端子は、銅、ニッケル、アルミニウムなどの薄板状金属が用いられている。
一方、前記積層体からなる材料をヒートシールにより製袋してなるケース（または包装袋）の一辺には、図７に示すように、電極端子５３の一部が露出される。この電極端子５３が露出したケースの端面、すなわち断面には、バリア層６２としての金属の断面が露出している。電極端子５３の金属が折れ曲がって前記ケース端面に露出した金属の断面に接触点５９において接触すると、電池の発電性能の低下の原因となる。従って、電極端子５３とバリア層６２の端面露出部との接触のない端部構造が要望されている。
また、従来は、ケース５５として、予め製袋した袋にポリマー電池本体を挿入した後、その挿入口からポリマー電池本体を挿入し、電極端子の一部を含めたヒートシールを行っていた。
このように、製袋した後に個断ちされた袋にポリマー電池本体を挿入すると、タイトな包装とならない。つまり、薄い電池本体を挿入するために、キャリヤプレートを添わせて挿入する等の方法を用いていた。そのために、ポリマー電池本体とケースとの間に隙間を形成しタイトな包装とならず望ましくない。
本発明は、ポリマー電池のポリマー電池本体を包装してケースとする積層体を用いて包装形態とする際に、前記積層体の中に積層されている金属バリア層の断面に電極端子が接触するおそれのない包装形態とその生産性のよい包装方法とを提供するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも最外層と、金属箔からなるバリア層と、２軸延伸フィルムからなる補強層と、最内層がヒートシール可能な酸変性ポリオレフィン系樹脂からなるヒートシール層とが順に積層された積層体からなる包装袋と、基体部と該基体部の端部にその一方の端部が接続された電極端子とからなる電池本体とからなり、前記包装袋は開口部を有し、前記電池本体は前記開口部側に前記電池本体の電極端子が位置するように配置され、前記開口部側の前記電極端子部において密封シールして前記電極端子の他方の端部が前記密封シールの外側に位置するように構成し、前記密封シールの外側の前記包装袋の前記開口部を構成する非シール部からなる前記積層体は電極端子側とは反対側の外側に折り返えされ、該折り返し部がその重合面と接着されていることを特徴とし、前記包装袋の開口部の両角部に前記開口部を構成する前記非シール部からなる前記積層体を折り返し易くする切り込みが形成されていることを含むものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のポリマー電池について、図面等を用いて詳細に説明する。なお、本発明においてポリマー電池を包装した包装袋はポリマー電池のケースとなるものであって、以下の説説明においては、ケースと包装袋とは同一のものを意味する。図１は、本発明のポリマー電池の実施例を示す、（ａ）ポリマー電池とポリマー電池本体の斜視図、（ｂ）Ｘ₁−Ｘ₁部断面図、（ｃ）Ｙ₁部拡大図である。図２は、本発明のポリマー電池の包装方法の実施例を説明するための図であり、（ａ）製袋と電池本体の充填状態を示す斜視図、（ｂ）Ｙ₂部の拡大図である。図３は、図２（ｂ）のＸ₂−Ｘ₂部断面図、図２（ｂ）のＸ₃−Ｘ₃部断面図である。図４は、本発明のポリマー電池の別の包装方法の実施例を説明するための図である。図５は、本発明におけるケースの各種の形式を示す平面図とその各断面図である。図６は、本発明のケースを構成する積層体の実施例の材質を示す断面図である。
【０００６】
本発明のポリマー電池の包装袋としては、少なくとも片面がヒートシール性を有し、前記ポリマー電池としての機能を維持するために必要な各種保護性を持たせた積層体からなるものである。
特に、外部からの水分の浸入は、電解質等との反応を引き起こし、ポリマー電池としての機能低下の原因となるために、前記包装袋を形成する積層体の層構成として、少なくとも20μｍ以上の厚さのアルミニウム箔を用いることが好ましい。
また、ポリマー電池は各種電気機器において利用されるが、図１（ａ）に示すように、ポリマー電池本体２は薄板状で、かつ、その一辺に電極端子３を備えている。
本発明におけるポリマー電池のケース５としては、前記ポリマー電池本体２を前記電極端子３の一部を露出させるだけで、その他は完全密封となるように被覆する必要がある。
【０００７】
本発明のポリマー電池１の包装方法は、図２（ｂ）及び図３（ａ）に示すように、ポリマー電池の非電極端子側の後シール部８と電極端子側の前シール部７を電極端子の一部を含む密封シール部とし、該前シール部７に延長した非シール部９を設けたもので、該非シール部９の両端に切り込み１２を設ける。
前記非シール部９は、図１（ｃ）に示すように、それぞれ外側に折り返して折り返し部１０となる。そして、該折り返し部１０とその重合面とを接着部１１で接着することによって、電極端子３が突出しているケース端面には、導電層であるバリア層断面が露出しないことになり、前述の電極端子３とバリア層の露出断面とのショートのおそれのない構造とすることができる。
前記切り込み１２は、図２（ｂ）に示すような、前記両端部を切り欠いた形状にしてもよい。前記切り込み１２は、前記非シール部９を折り返し易くするものである。
【０００８】
本発明のポリマー電池の包装方法についてさらに説明する。図２（ａ）に示すように、包装袋５となる積層体をロール状に繰り出し、筒状に成形しながら、ポリマー電池本体２を供給し、背貼りシール部６を摘まみシールする。この際、包装材をポリマー電池本体にタイトに密着させるために、シール直前において、前記合掌部に寄せることが望ましい。その方法は、図示はしないが、寄せるというよりも、回転ゴムローラなどにより、合掌シールの際に緩まないように、積層体を押さえこむようにする。
【０００９】
また、ポリマー電池本体２を包装袋５の筒状成形部に供給して、前記電極端子側及び非電極端子側のシール部を形成するまでの間に、前記ポリマー電池本体が前後にずれることを防止するために、図４に示すように、ポリマー電池が前記筒状成形部に供給直後に、前記前シール部を仮シールバー１５により電極端子３と積層体とを接着して、ポリマー電池本体２と積層体との位置を固定することが望ましい。その後、背貼りシール部６をシール後、非電極端子側本シールバー１６及び電極端子側本シールバー１７によりそれぞれ後シール部８、前シール部７を形成する。なお、図４においては、それぞれのヒートシールバーのみを示したが、実際のヒートシール部は、前記ヒートシールバーとその受部となる押さえプレートとからなるものである。
【００１０】
そして、前記後シール部８、前シール部７を形成することにより、ポリマー電池本体を密封包装することができる。この際、図２（ｂ）に示すように、前記前シール部７から後シール部までの間に切り込み１２を設ける。該切り込み１２は前記前シール部７と後シール部８の形成と同時に行うことが、生産性の点から好ましいが、前記シール部の形成前またはその後であってもよい。または、個々の包装体としてカットした後に設けてもよい。該切り込み１２は、前記非シール部の折り返しを容易にするために設けるものである。
以上に説明したように、前シール部７と後シール部８とを形成した後、図２（ａ）に示したカット線１３において、個々の包装体に個断ちする。
【００１１】
次に、カットされた個々の包装体の前記非シール部９を、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように、それぞれ、外側に折り返して折り返し部１０とし、該折り返し部１０とその重合面とを接着する。折り返した面の接着は、ホットメルト系の接着剤または両面テープ等によって接着して接着部１１を形成する。
【００１２】
このように、端部の非シール部９を折り返すことによって、ケース５の電極端子露出部の端面はヒートシール層のみで形成されるために、ケース端面に露出した金属バリア層と電極端子とが接触するおそれがなくなった。
【００１３】
本発明のポリマー電池の包装形態は、前記ピロータイブの袋以外に、図５に示すような各種の袋形式においても適用可能である。
例えば、図５（ａ）は３方シールタイプの袋、図５（ｂ）は４方シールタイプの袋であり、図５（ｃ）は、前述のピロータイブの袋である。また、図５（ｄ）は、ピロータイプの袋であるが、この場合は、電極端子を背シール部から露出させ、背シール部において、電極端子３の一部をシールし、端部を非シール部として、該非シール部を折り返して折り返し部１０を形成する。
しかし、ポリマー電池本体をタイトに包装できること、包装の作業性が好いこと（自動化が容易）等から、図５（ｃ）に示すピロータイプの袋が望ましい。
【００１４】
次に本発明のポリマー電池に用いる積層体について説明する。前記積層体としては、最内層に、該最内層同士がヒートシール性があり、また、電極端子に対しても熱接着性を有する樹脂を用いること及び積層体中にバリヤー層を設けることを必要とし、通常は、最外層として強度のあるフィルムを用い、必要により、補強層等を積層するものである。また、前記積層体の各層間は、接着剤または接着性樹脂により接着することができる。
【００１５】
従って、ポリマー電池の包装袋を形成する積層体の基本的な構成は、最外層／バリア層／ヒートシール層として示すことができる。そして、バリア層とヒートシール層との間にバリア層を保護し、ケースとしてのバリア性を保持する目的で補強層を介在させてもよい。つまり、図６（ａ）に示すように最外層２１／バリア層２２／補強層２４／ヒートシール層２３となる。また、図６（ｂ）に示すように、最外層とバリア層との間にも補強層２４ａを設けてもよい。なお、前記図６（ａ）において、補強層２４とヒートシール層との接着は、補強層に直接ヒートシール層を形成する樹脂を押出しコートするものである。
【００１６】
次に、本発明のポリマー電池の包装袋を形成する、図６に示すような積層体２０を構成する素材についてさらに説明する。
前記最外層２１の材質としては、印刷、ラミネートの基材としてフィルムとしての引っ張り強度があり、また、耐摩性のよい、かつ、絶縁性の材質が用いられる。具体的には、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリカーボネートなどの樹脂を用いて製膜したフィルム、好ましくは延伸されたフィルムが利用できる。
最外層の厚みとしては、5 〜30μｍ、10〜25μｍがより好ましい。
また、図６（ｂ）に示すいように、前記最外層２１とバリア層２２との間にさらに別の層を第１補強層２４ａとして積層しても良い。該第１補強層２４ａとしては、前記最外層２１のフィルムとともに、積層体としての強度を上げ、バリア層の損傷を防ぐために積層される。その材質としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリカーボネート等の未延伸、または、延伸フィルムを用いることができるが、フィルム強度等の点から２軸延伸フィルムが特に望ましい。
【００１７】
またバリア層２２としては、ポリマー電池のケース内５に水分を浸入させない完全なバリア性を付与しうる材質を選択することが必要である。
つまり、仮に水分がケース内に浸入すると、該水分がポリマー電池の電解質と反応することによってフッ化水素を発生させ、該フッ化水素がケースを構成する積層体の層に浸透し、デラミネーション（層間剥離）の原因となることがあるためである。前記完全なバリア性、具体的には透湿度ゼロの積層体とする必要がある。種々の材質及び厚さ等について実験の結果、20μｍ以上の厚さの金属箔をパリア層として積層することが望ましい。金属箔の厚さが20μｍ未満の場合、該金属箔に当初からピンホールが存在し、また、ケースの屈曲などにより、金属箔に亀裂や新たなピンホールが発生するおそれがある。前記バリア層としては、銅、錫、鉛、鉄、アルミニウム等の金属単体の箔、またはこれらの金属の合金箔を用いることができるが、比較的安価であること、加工性の良さ、比重が小さくて軽いこと等からアルミニウム箔が好ましく用いられる。このような金属箔層の厚さは、10μｍ以上の厚さが必要であり、15〜40μｍの範囲がより好ましい。
【００１８】
また、バリア層２２とヒートシール層２３との間に第２補強層２４ｂを設けてもよい。該第２補強層は、バリア層である金属箔が損傷することを防止する効果がある。前記金属箔の損傷とは積層体の屈曲によるバリア層２２のピンホール発生、或いは内容物（ポリマー電池本体）の鋭角部による損傷などである。第２補強層としては、前記第１補強層と同じ材質であるポリプロピレンフィルム、ポリエステルフィルム、ポリアミドフィルム、ポリカーボネート等の未延伸、または、延伸フィルムを用いることができるが、フィルム強度等の点から２軸延伸フィルムが特に好ましい。
【００１９】
本発明におけるポリマー電池のケース５に用いる積層体２０のヒートシール層２３を形成する樹脂は、ヒートシール層自体同士が互いにヒートシール性を有すると共に、電極端子３の形成材料である銅箔やアルミニウム箔などの導電性材料で形成されている電極端子にもヒートシール性を有する樹脂が用いられる。また、前記ヒートシール層２３を形成する樹脂は、ポリマー電池の電解液等による劣化のない材質であることが要求される。このようなヒートシール層２３に用いる樹脂としては、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸エステル共重合体、エチレン・メタクリル酸エステル共重合体の他、ポリエチレンもしくはポリプロピレンに前記共重合体の一種または二種以上をブレンドしたようなポリオレフィン樹脂なども使用できるが、特に、酸変性ポリオレフィン系樹脂、例えば、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体のような酸成分を共重合して変性したポリオレフィン系樹脂、或いは、ポリエチレン、ポリプロピレンやそれらの共重合体であるエチレンとポリプロピレンその他のα・オレフィンとの共重合体、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸エステル共重合体、或いは、これらの三元共重合体などのポリオレフィン系樹脂に、アクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、イタコン酸、無水イタコン酸などの不飽和カルボン酸、或いは、その無水物をグラフト共重合して変性したポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。そしてこれらの樹脂の中から融点が１００℃以上の樹脂を用いることによって、電池ケースとしての耐熱性に優れるものとなる。
【００２０】
本発明のポリマー電池のケースに用いる積層体を製造する際の各層の貼り合わせ方法としては、２液硬化型のイソシアネート系の接着剤を用いるドライラミネーション法、接着性樹脂を押出して圧着接着するサンドイッチラミネーション法または熱接着性樹脂からなるフィルムを介在させて熱圧着する熱ラミネーション法等が利用できる。
これらのラミネーション法の中で、耐電解液性があり、生産性の良い方法を選択して用いることができる。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明のポリマー電池の包装形態と包装方法について、実施例により詳細に説明する。
ポリマー電池本体は、基体部と電極端子とからなり、前記基体部は、110mm ×70mm×1.5mm であり、電極端子がポリマー電池の基体部の端部に接続され、該電極端子の長さは25mmである。
ポリマー電池のケースとなる積層体としては、略号によりその層構成を示した下記の仕様とした。
PET16/DL/AL20/DL/PET16/AD50 (1)
｛略号 PET:ポリエステルフィルム、DL: ドライラミネーション、AL: アルミニウム箔、AD: 酸変性ポリオレフィン樹脂、なお、略号の後の数字は層の厚さをμｍで示したものである｝
なお、前記AD、すなわち、酸変性ポリオレフィン樹脂のヒートシール層は、該酸変性ポリオレフィン樹脂を押出しラミネーション法により直接製膜したものである。
また、本実施例においては、ロール状の積層体をピロー包装機に供給し、ピロータイプの袋を形成しつつ、ポリマー電池本体を供給し、前後シールすると同時に、電極端子の存在する部分の非シール部の両端を抜き落とし、個断ちするまでを前記ピロー包装機により自動的に包装した。
また、前記非シール部の折り返し、また該折り返し面とその重合面との接着には、両面テープを用いた。
得られたポリマー電池の電極端子をいかなる方向に折り曲げても、電極端子とケースを構成している積層体中の導電層とのショートの発生はなかった。また、電池としての基本的機能には何ら問題はなかった。
本実施例においては、前記折り返し部とその重合面との接着は、両面テープを用いたが、ホットメルト系接着剤およびそのアプリケーターを用いて自動化することは容易である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明のポリマー電池は、電極端子とケースを形成する積層体の中にラミネートされた金属バリア層の断面とが接触することによるショートのおそれのないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリマー電池の実施例を示す、（ａ）ポリマー電池とポリマー電池本体の斜視図、（ｂ）Ｘ₁−Ｘ₁部断面図、（ｃ）Ｙ₁部拡大図である。
【図２】本発明のポリマー電池の包装方法の実施例を説明するための図であり、（ａ）製袋と電池本体の充填状態を示す斜視図、（ｂ）Ｙ₂部の拡大図である。
【図３】図２（ｂ）のＸ₂−Ｘ₂部断面図、図２（ｂ）のＸ₃−Ｘ₃部断面図である。
【図４】本発明のポリマー電池の別の包装方法の実施例を説明するための図である。
【図５】本発明におけるケースの各種の形式を示す平面図とその各断面図である。
【図６】本発明のケースを構成する積層体の実施例の材質を示す断面図である。
【図７】従来技術によるポリマー電池を示す、（ａ）ポリマー電池の斜視図、（ｂ）Ｇ矢視拡大図、（ｃ）Ｘ₈−Ｘ₈部拡大図、（ｄ）ケース端部においてショート状態となったときの断面図である。
【符号の説明】
１ポリマー電池
２ポリマー電池本体
３電極端子
４電池基体部
５ケース（包装袋）
６背貼りシール部
６Ｓ側部シール部
７前シール部
８後シール部
９非シール部
１０折り返し部
１１接着部
１２切り込み
１３カット線
１４コンベア
１５仮シールバー
１６非電極端子側本シールバー
１７電極端子側本シールバー
２０積層体
２１最外層
２２バリア層
２３ヒートシール層
２４補強層
２５接着性樹脂層または接着剤層
５１従来技術によるポリマー電池
５２ポリマー電池本体
５３電極端子
５４電池基体部
５５ケース（包装袋）
５６前シール部
５８後シール部
５９接触点
６０従来技術による積層体
６１最外層
６２バリア層
６３ヒートシール層

Claims

少なくとも最外層と、金属箔からなるバリア層と、２軸延伸フィルムからなる補強層と、最内層がヒートシール可能な酸変性ポリオレフィン系樹脂からなるヒートシール層とが順に積層された積層体からなる包装袋と、基体部と該基体部の端部にその一方の端部が接続された電極端子とからなる電池本体とからなり、前記包装袋は開口部を有し、前記電池本体は前記開口部側に前記電池本体の電極端子が位置するように配置され、前記開口部側の前記電極端子部において密封シールして前記電極端子の他方の端部が前記密封シールの外側に位置するように構成し、前記密封シールの外側の前記包装袋の前記開口部を構成する非シール部からなる前記積層体は電極端子側とは反対側の外側に折り返えされ、該折り返し部がその重合面と接着されていることを特徴とするポリマー電池。
前記包装袋の開口部の両角部に前記開口部を構成する前記非シール部からなる前記積層体を折り返し易くする切り込みが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポリマー電池。