JP4670120B2 - 扁平型電池とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は扁平型の密閉式電池、特に発電要素が、周縁部が樹脂の融着により封止されたフィルム状パッケージに内包された扁平型電池に関するものである。更には長期信頼性に優れ、生産性の高い安価な電池を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子技術の大きな進歩により、一般ユーザー向けの携帯機器の小型軽量化が進んでいる。
【０００３】
非水電解液系の密閉式電池を例にとり、電池のパッケージの面から小型軽量化の動きを説明すると、成型品の場合、それまでの鉄、ステンレス鋼等の重い材質から、アルミニウム等の軽い材質への転換がある。さらに最近の動きとして、アルミニウム箔を芯材としてその両面に合成樹脂層を配したラミネートフィルムの採用がある。このパッケージ方式は、過去に実公平３−３９８８３号や実公平２−９４９８号に提案されている。
【０００４】
ラミネートフィルムの構成は、通常アルミニウム箔を芯材に、外面にポリエチレンテレフタレートやポリアミド樹脂層、内面にポリプロピレンやポリエチレン等融着性樹脂の層を配している。フィルム状パッケージ式扁平型電池の構造は、正極、負極、電解質およびセパレータで構成される発電要素が、周縁部が融着されたフィルム状パッケージ内に内包され、正極および負極の端子は、融着部を貫通して内部の正極、負極と接続している。端子は厚さが数十〜１００μｍのニッケル、アルミニウム、銅等の金属箔である。
【０００５】
上記構造の扁平型電池においては、気密性に優れること及び正極、負極間の短絡が生じないことが高い信頼性を確保する上で重要である。
【０００６】
ここでいう短絡とは、正極端子、負極端子または正極集電体、負極集電体が各々ラミネートフィルムの芯材であるアルミニウム箔と接触して生じる短絡のことである。
【０００７】
優れた気密性を得る為には、特に端子貫通部の気密保持が重要で、技術的に難しい端子側面と封口樹脂との良好な密着が要求される。また短絡を生じさせないためには、端子および集電体とアルミニウム芯材との間に、強固で柔軟な絶縁層が確実に形成されていなければならない。端子とパッケージフィルムの密着を向上させる方法として、特開昭６０−６５４４２号、特開昭６３−２３２２６５号等には端子表面のプライマー処理が提案されている。
【０００８】
また、端子とフィルムの芯材であるアルミニウム箔の接触を防止する方法としては、特開平２−６００５０号には両者の間にポリイミド樹脂のように非可塑性の樹脂層を配置する方法が、また特開平１１−４０１９８号には端子貫通部分のフィルムの芯材であるアルミニウム箔を排除する方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術のうち、端子のプライマー処理に関しては、気密性は向上するものの、短絡防止に関してはほとんど効果が無く、かつプライマー処理工程は煩雑であり、融着封止部へのプライマー処理部の位置合わせも難しいため、生産性に乏しい欠点があった。
【００１０】
また、端子とパッケージの間に非可塑性樹脂を挿入する方法や、端子貫通部の芯材を排除する方法は、短絡防止の目的には有効であるが、気密性が犠牲になるという欠点があった。本発明は、高い気密性を保ちながら、短絡の恐れがなく、さらには生産性にも優れた密閉式扁平型電池を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、発電要素が、少なくとも一辺が樹脂融着により封止されたパッケージに内包され、正極および負極の端子が該融着部を貫通してなる電池において、端子とパッケージの間の少なくとも端子と融着部が重なる位置に、融着性樹脂フィルムが挿入されており、該貫通部に隣接する両方もしくは片方の辺が樹脂融着により封止された電池であって、該融着性樹脂フィルムが極群の肩部を覆っていることを特徴とする扁平型電池である。また、端子とパッケージが接する表裏２面のうち、少なくとも片面に融着性樹脂フィルムが挿入されてなる扁平型電池である。また、正極および負極の少なくとも一方の集電体に端子接続用タブ部が形成されており、端子とパッケージの間に挿入された融着性樹脂フィルムが、該タブ部を覆っていることを特徴とする扁平型電池である。また、端子とパッケージの間に挿入される融着性樹脂フィルムを、あらかじめパッケージ内面に固定することを特徴とする扁平型電池の製造方法である。
【００１２】
即ち、本発明は、前記課題の中で、品質上の高信頼性を達成するため、少なくとも端子と融着部が重なる面の端子とパッケージの間に融着樹脂フィルムを挿入し、該挿入フィルムが、極群の少なくとも片面の集電体の肩部を覆うように配置する。更には、端子接続用タブを設けた集電体の場合には該タブ部も覆うように配置する。
【００１３】
また生産性を高めるために、端子とパッケージの間に挿入される融着性フィルムは、あらかじめパッケージフィルム内面に固定される。本固定によって、融着性フィルムの位置決めが容易で、かつ正確にできる。結果として生産性を高める効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、参考形態を示す電池の外観図である。パッケージフィルム１は、外面が厚さ約２０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルム、内面が厚さ約３０μｍのポリプロピレンフィルム、芯材が厚さ約５０μｍのアルミニウム箔で構成されている。発電要素は表裏２枚のラミネートフィルムからなるパッケージフィルム１内に内包され、該フィルム１の周縁部２は、表裏二枚のラミネートフィルムのポリプロピレンフィルム層同士が融着封止されている。
【００１５】
４はアルミニウム箔製の正極端子、５は銅箔製の負極端子であり、厚さは共に２０〜５０μｍである。該端子はパッケージの融着封止部を貫通して、内包された発電要素の正極および負極と接続している。３は端子とパッケージフィルム１の間に挿入された厚さ５０〜１００μｍの融着性樹脂フィルムである。挿入された該フィルム３は、少なくとも端子と融着部が重なる面を覆っており、わずかに端部が外に出ている。樹脂フィルム３と端子４および５は強固に接着しており、振動、衝撃、曲げが加わっても剥離を生じない。また端子の側面を含む界面に隙間無く密着している。該フィルム３はさらに水分等の透過の極力小さい材質で構成される。該フィルム３の材質の具体例として、ポリエチレンやポリプロピレン等がある。中でも強度、耐熱性に於いてポリプロピレンが優れている。 さらにマレイン酸変性変性ポリプロピレン等の酸変性ポリプロピレンは、接着強度、柔軟性、加熱融着によって隙間を埋める性質においてすぐれており、本発明の樹脂フィルムとして好適である。
【００１６】
樹脂フィルム３の厚さは、端子の厚さと同等もしくはそれ以上で、具体的には数十〜２００μｍが望ましい。
【００１７】
図２は、図１で示した電池の表側のパッケージフィルムをめくって内部が見えている図である。１はパッケージフィルムである。２は周縁部の融着部である。樹脂フィルム３はポリプロピレンからなり、端子４，５とパッケージフィルム１との間に挿入されている。正極端子４は、図では裏側に隠れて見えないが、正極集電体に接続している。５は負極端子であり、負極集電体６と接続している。７はセパレータである。
【００１８】
樹脂フィルム３は、表側のパッケージフィルム１内面のポリプロピレンフィルム層に、図２に示すようにあらかじめ融着固定されて、表側のパッケージフィルムを裏側のパッケージフィルムに重ね合わせた時、二点鎖線で示すように両極の端子および斜線で示した融着部分の重なる面を覆う。樹脂フィルム３は、端子の平面部に対して強力に接着する。また、端子の厚さと同等以上の厚さを有する樹脂フィルム３は、融着時に端子側面とフィルム１の間の隙間を埋め、側面でも強力な接着が得られ、結果として気密性の高いシールが達成される。
【００１９】
また、樹脂フィルム３の存在は、端子とラミネートフィルムの芯材であるアルミニウム箔との間に、確実な絶縁層を維持するのに有効であり、前記端子とアルミニウム芯材との接触による両極間の短絡発生の防止に有効である。すなわち、樹脂フィルム３の厚さとラミネートフィルム１内面の融着樹脂層の厚さを足した樹脂層の厚さは、端子４または５の厚さを超えており、融着時に樹脂層が溶融しても、端子とアルミニウム芯材との間に樹脂層が確保される。
【００２０】
端子とパッケージ内面が接する面が表裏二面あるが、二つの面の両方に樹脂フィルム３を挿入すれば、もちろん気密性、短絡防止に有効である。しかしながら、上記のように、樹脂フィルムの厚さを端子の厚さと同等か、もしくは厚く設定することにより、表裏どちらか片面のみの挿入でも充分有効であることが確認された。片面のみの挿入により、両面挿入よりさらに生産性を高めることができる。
【００２１】
本発明では、樹脂フィルム３はあらかじめパッケージフィルム１内面に固定されているので、組立時の位置決めが容易である他、前記従来提案の端子のプライマー処理に比べて、はるかに簡単であり、生産性に優れた方法である。
【００２２】
８は表側のパッケージフィルム１にあらかじめ設けられた型付けを示し、発電要素収納の位置決めに有効であるほか、シール時に、パッケージフィルムに張力が加わるのを防ぐ。これにより、集電体エッジに当接するパッケージ内面の樹脂層が破断して集電体とアルミニウム芯材が接触するのを防ぐ効果がある。
【００２３】
図３は、端子取り出し辺に隣接する辺が融着封止され、樹脂フィルム３が端子と融着部が重なる面の他、集電体６の肩部６’を覆っている本発明の実施の一形態を示す図である。
【００２４】
隣接する辺を融着封止する場合は、融着部と電極肩部が近接しており、融着工程での熱が肩部に伝わる。また融着工程で、表裏のパッケージフィルムの融着面を押圧する時に内包する発電要素の厚さに応じて、パッケージフィルムに張力が加わる。このような熱および張力が加わると、集電体のエッジが当接する部分で、パッケージフィルム内面の融着樹脂層が破断し、集電体とアルミニウム芯材が接触して短絡に至る恐れがあった。
【００２５】
本発明では、図３に示すように、端子部のみでなく、集電体の肩部６’も樹脂フィルム３で覆っているので、集電体エッジとアルミニウム芯材が接触するのを防ぐことができる。
【００２６】
また、図に示したように、樹脂フィルム３’の端部を隣接辺の融着部に位置させ、隣接辺の融着と同時に融着することにより、隙間が生じ易い樹脂フィルム側面の気密をより完全にすることが可能である。さらに図４に示すように、パッケージフィルム１と樹脂フィルム３の幅を同一にすることにより、フィルムをパッケージ内面に固定する工程での位置決めが容易にできる利点がある。
【００２７】
通常、正極集電体の材質はアルミニウムであり、負極集電体は銅であるが、アルミニウムの場合は半田付けが困難であり、また、機械的強度が劣るという欠点がある。銅の場合は耐錆性が劣るという欠点がある。
【００２８】
これらの欠点を解消するため、ニッケル片を端子とし、該ニッケル片と集電体を抵抗溶接や超音波溶接等で接続する構造が採られる。集電体には、端子接続用のタブが設けられる。
【００２９】
図５は、上記タブ付き集電体の例を示す図である。図で４’、５’が各々正極集電体４、負極集電体５に設けられたタブであり、それぞれニッケル片製の正極端子４、負極端子５に接続している。本発明では、図５に示すように、樹脂フィルム３はタブ部全体を覆っている。
【００３０】
集電体の厚さが数十〜１００μｍと非常に薄い場合、端子と集電体の接続部の強度が弱いという欠点があったが、本発明のように接続部全体を融着フィルムで覆い、全体を融着した構造とすることにより、強度不足を補うことができる。また、本構造では、端子の厚さ分、タブ部に突出が生じ、パッケージ内面樹脂層の破断による短絡が生じ易くなるが、接続部を覆うように樹脂フィルムが配置されていることにより、前例同様、短絡を防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上本発明に係る扁平型電池は、振動、衝撃、曲げが加わっても短絡やシール破壊の無い信頼性に優れ、組立が容易で生産性が高く安価で工業的価値の高いものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考形態を示す外観図である。
【図２】図１の内面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す内面図である。
【図４】本発明の他の実施形態における樹脂フィルムとパッケージフィルムの関係を示す説明図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態を示す内面図である。
【符号の説明】
１ パッケージフィルム
２ パッケージ周縁部の融着部
３ 融着性樹脂フィルム
４ 正極端子
５ 負極端子

Claims (4)

1. 少なくとも一辺が樹脂融着により封止されたパッケージに発電要素が内包され、正極および負極の端子が該融着部を貫通してなる扁平型電池において、端子とパッケージの間の少なくとも端子と融着部が重なる位置に、融着性樹脂フィルムが挿入されており、該貫通部に隣接する両方もしくは片方の辺が樹脂融着により封止された電池であって、該融着性樹脂フィルムが極群の肩部を覆っていることを特徴とする扁平型電池。
2. 端子とパッケージが接する表裏２面のうち、少なくとも片面に融着性樹脂フィルムが挿入されてなる請求項１記載の扁平型電池。
3. 正極および負極の少なくとも一方の集電体に端子接続用タブ部が形成されており、端子とパッケージの間に挿入された融着性樹脂フィルムが、該タブ部を覆っていることを特徴とする請求項２記載の扁平型電池。
4. 端子とパッケージの間に挿入される融着性樹脂フィルムを、あらかじめパッケージ内面に固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の扁平型電池の製造方法。

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