JP4696457B2

JP4696457B2 - 電池及び電池の製造方法

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Publication number: JP4696457B2
Application number: JP2004078681A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　勲; 稔平田
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: JP2005268038A

Description

本発明は、アルミ・ラミネートフィルム等の金属・樹脂ラミネートフィルムを電池容器に用いた電池及びこの電池の製造方法に関するものである。

電池容器にアルミ・ラミネートフィルムを用いた非水電解質二次電池（例えば、特許文献１参照。）の従来の構成例を図４に示す。この非水電解質二次電池は、発電要素１を収納する電池容器２が２枚の方形のアルミ・ラミネートフィルム２１，２２によって構成されている。

発電要素１は、この例では、帯状の正極１ａと負極１ｂをセパレータ１ｃ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１ａの側端部に露出するアルミニウム（箔状又は薄板状）を突出させると共に、後方端面からは負極１ｂの側端部に露出する銅（箔状又は薄板状）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１ａのアルミニウムには、短冊状のアルミニウム（箔状又は板状）からなる正極リード片３の後方端部を超音波溶接により接続すると共に、後方端面に突出する負極１ｂの銅には、短冊状の銅又はニッケル（箔状又は板状）からなる負極リード片４の前方端部を超音波溶接により接続している。これらの電極リード片３，４は、前方と後方への突出部の途中に樹脂フィルム５，６が熱溶着されている。樹脂フィルム５，６は、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹脂からなり、これらの電極リード片３，４をそれぞれ上下から挟んで熱溶着したものである。

電池容器２を構成するアルミ・ラミネートフィルム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金属・樹脂ラミネートフィルムである。そして、これら２枚のアルミ・ラミネートフィルム２１，２２は、図４に示すように、シーラント層を向かい合わせにして上下から重ね合わせ、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電池容器２となる。また、発電要素１の端面から突出する電極リード片３，４は、この電池容器２の前後の周縁部のアルミ・ラミネートフィルム２１，２２の間を通して先端部が外部に突出する。しかも、これらの電極リード片３，４は、事前に樹脂フィルム５，６を熱溶着した部分をアルミ・ラミネートフィルム２１，２２の周縁部で挟み熱溶着するようになっている。

ここで、金属からなる電極リード片３，４を直接アルミ・ラミネートフィルム２１，２２のシーラント層で挟んで熱溶着した場合には、熱伝導性の良い電極リード片３，４に熱を奪われて溶着時の温度が低下したり、これら金属と樹脂の素材の相違から界面の密着が不十分になり、封止が不完全になるおそれがある。そこで、電極リード片３，４に上記樹脂フィルム５，６を予め熱溶着しておくことにより、アルミ・ラミネートフィルム２１，２２のシーラント層と同種の樹脂材料からなるこの樹脂フィルム５，６が容易に熱溶着により馴染んで確実に封止できるようにしている。また、この樹脂フィルム５，６は、予め別工程において電極リード片３，４にのみ熱溶着されるので、最適な溶着温度や圧力等の条件を設定することにより、この樹脂フィルム５，６と電極リード片３，４との界面も確実に封止することができる。しかも、金属からなる電極リード片３，４には、事前にクロメート処理やベーマイト処理等の表面処理を施すことにより、樹脂フィルム５，６との界面の密着性を向上させるようにして、より確実な封止が行われるようにしている。さらに、電極リード片３，４にこのような表面処理が施されると、金属の表面が電解液により腐食されることがなくなるので、この腐食によって樹脂フィルム５，６との界面の密着性が損なわれるのを防ぐこともできる。

ところが、上記電極リード片３，４の表面処理は、金属の表面にドットハッチングで示すような絶縁性皮膜を形成することになるので、電池容器２の前後から突出した電極リード片３，４の先端部に外部の端子等を接続したときに、この絶縁性皮膜が大きな電気抵抗となる。このため、アルミ・ラミネートフィルム２１，２２を電池容器２に用いた従来の非水電解質二次電池は、電極リード片３，４の絶縁性皮膜によって電池の内部抵抗が大きくなるという問題が生じていた。
特開２００１−２４３９４１号公報（第４−５図）

本発明は、電極リード片の表面の一部を研磨して表面処理による絶縁性皮膜を剥がす等することにより、この絶縁性皮膜が電池の内部抵抗を大きくするという問題を解決しようとするものである。

請求項１の電池の製造方法は、ラミネートフィルムの電池容器と、電池内部から外部にかけて備えられた金属片からなる電極リード片とを備えた電池の製造方法であって、前記金属片には絶縁性皮膜を形成する表面処理が施されており、前記表面処理が施された金属片の、前記ラミネートフィルムが熱溶着される箇所に絶縁フィルムが溶着されており、前記表面処理が施された金属片の、前記電池容器から外部に突出する一部を表面研磨することを特徴とする。

請求項２の電池は、ラミネートフィルムの電池容器と、電池内部から外部にかけて備えられた金属片からなる電極リード片とを備えた電池であって、前記金属片には絶縁性皮膜を形成する表面処理が施されており、前記表面処理が施された金属片の、前記ラミネートフィルムが熱溶着される箇所に絶縁フィルムが溶着されており、前記表面処理が施された金属片の、前記電池容器から外部に突出する一部が表面研磨されていることを特徴とする。

請求項３の電池の製造方法は、ラミネートフィルムの電池容器と、電池内部から外部にかけて備えられた金属片からなる電極リード片とを備えた電池の製造方法であって、前記金属片は、マスキング法又は一部ディッピング法により一部を除いて、絶縁性皮膜を形成する表面処理が施されており、前記金属片の表面処理が施された部分の、前記ラミネートフィルムが熱溶着される箇所に絶縁フィルムが溶着されており、前記金属片の表面処理が施されていない箇所を前記電池容器の外部に配することを特徴とする。

請求項１および請求項２の発明によれば、表面処理された電極リード片における樹脂フィルムを溶着していない部分（樹脂フィルム非溶着部）の表面処理皮膜が表面研磨により剥がされるので、この部分を外部の端子等に接続することにより、電池の内部抵抗が大きくなるのを防ぐことができるようになる。また、この電極リード片における樹脂フィルムが溶着されている部分には、従来と同様に表面処理皮膜が形成されているので、この樹脂フィルムとの密着性を高めると共に腐食を防止することもでき、確実な封止を確保することができる。

請求項３の発明によれば、電極リード片における樹脂フィルムを溶着していない部分には表面処理皮膜が形成されていない部分があるので、この部分を外部の端子等に接続することにより、電池の内部抵抗が大きくなるのを防ぐことができるようになる。また、この電極リード片における樹脂フィルムが溶着されている部分には、従来と同様に表面処理皮膜が形成されているので、この樹脂フィルムとの密着性を高めると共に腐食を防止することもでき、確実な封止を確保することができる。

なお、マスキングによる方法では、金属片の一部にマスキングを施してマスキング済み金属片を得る工程と、このマスキング済み金属片に表面処理を施すことによって、一部を除いて表面処理が施された金属片を得ることができる。ここで金属片に施したマスキングは、表面処理を行った後の樹脂フィルムを溶着する前又は後に除去すればよく、除去の必要がなければ、電池が完成するまで放置してもよい。一部ディッピングによる方法では、金属片の一部だけを処理液に浸漬してこの浸漬部分にのみ表面処理を施すことによって、一部を除いて表面処理が施された金属片を得ることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、これら図１〜図３においても、図４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。

本実施形態は、図４に示した従来例と同様に、２枚のアルミ・ラミネートフィルム２１，２２からなる電池容器２を用いた非水電解質二次電池について説明する。また、この電池容器２に収納される発電要素１も、従来例と同様の構成のものであり、図３に示すように、扁平状の巻回型のものを用いる。そして、この発電要素１の前方端面に突出する正極１ａのアルミニウムには、正極リード片３が超音波溶接により接続されると共に、後方端面に突出する負極１ｂの銅には、負極リード片４が超音波溶接により接続されている。

上記電極リード片３，４は、従来例と同様に、短冊状のアルミニウムと銅又はニッケルからなり、これらの金属の表面には、それぞれ予めクロメート処理やベーマイト処理等による表面処理が施されて、ドットハッチングで示すように絶縁性皮膜が形成されている。また、これらの電極リード片３，４の前後への突出部の途中には、樹脂フィルム５，６が熱溶着されている。ただし、本実施形態の正極リード片３には、熱溶着された樹脂フィルム５より前方に突出する部分の絶縁性皮膜が表面研磨によって剥がされ、研磨部３ａが形成されている。また、負極リード片４にも、溶着された樹脂フィルム６より後方に突出する部分の絶縁性皮膜が表面研磨によって剥がされ、研磨部４ａが形成されている。

上記構成の非水電解質二次電池は、図４に示した２枚のアルミ・ラミネートフィルム２１，２２の周縁部の間に樹脂フィルム５，６を介して電極リード片３，４が挟まれ熱溶着されるので、電池容器２から突出するこれら電極リード片３，４の表面のほとんどが研磨部３ａ，４ａとなる。従って、これらの電極リード片３，４の研磨部３ａ，４ａを図示しない外部の端子等に接続しても、絶縁性皮膜によって電気抵抗が大きくなるようなことがなくなる。この非水電解質二次電池は、電池容器２から突出した電極リード片３，４を電池間の接続に用いたりケースの正極端子と負極端子に接続して組電池として用いることが多い。このとき、電極リード片３，４の絶縁性皮膜により電気抵抗が大きくなると、正負極端子を通じて充放電電流が流れる際に電力が無駄に消費されて発熱が生じるだけでなく、電池の内部抵抗が大きくなることにより電流供給能力等も低下する。しかしながら、電極リード片３，４の研磨部３ａ，４ａを正負極端子に接続すれば、絶縁性皮膜による電気抵抗の増加を避けることができるので、非水電解質二次電池の電池性能を向上させることができるようになる。

上記正極リード片３の第１の製造方法を図１に基づいて説明する。まず、図１（ａ）に示す短冊状のアルミニウムからなる金属片３１にクロメート処理やベーマイト処理等による表面処理を施して、図１（ｂ）に示すように、ドットハッチングで示した絶縁性皮膜で表面全体が覆われた表面処理済み金属片３２を得る。次に、図１（ｃ）に示すように、この表面処理済み金属片３２の前後方向の途中部分を上下から２枚の樹脂フィルム片５１，５２で挟んで熱溶着することにより、図１（ｄ）に示すように樹脂フィルム５が溶着された樹脂フィルム付金属片３３を得る。そして、この樹脂フィルム付金属片３３における樹脂フィルム５の溶着部より前方の樹脂フィルム非溶着部の表面を研磨することにより、図１（ｅ）に示すように研磨部３ａを形成することにより正極リード片３を完成する。

上記正極リード片３の第２の製造方法を図２に基づいて説明する。まず、図２（ａ）に示す短冊状のアルミニウムからなる金属片３１にクロメート処理やベーマイト処理等による表面処理を施して、図２（ｂ）に示す表面処理済み金属片３２を得る。次に、この表面処理済み金属片３２の前方端部の表面を研磨して研磨部３ａを形成することにより、図２（ｃ）に示す表面研磨済み金属片３４を得る。そして、図２（ｄ）に示すように、この表面研磨済み金属片３４の研磨部３ａよりも後方の途中部分（非研磨部）を上下から２枚の樹脂フィルム片５１，５２で挟んで熱溶着することにより、図２（ｅ）に示すように、樹脂フィルム５が溶着された正極リード片３を完成する。

上記第１と第２の製造方法における表面処理は、金属片３１を処理液（気相で処理することも可能である）に浸漬することにより、化成処理によって表面に防食性と密着性（濡れ性）の高い皮膜を形成する処理である。ただし、この皮膜は、絶縁性であるために、このまま正極リード片３として使用したのでは、上述のように外部の端子等に接続した際に電気抵抗が大きくなる。また、上記樹脂フィルム５は、ここでは２枚の方形の樹脂フィルム片５１，５２の間に正極リード片３を挟んで溶着したが、１枚の樹脂フィルムを二つ折りにした間に正極リード片３を挟んだり、筒状の樹脂フィルムの中に正極リード片３を通すようにしてもよい。さらに、上記表面研磨は、砥石やヤスリ、紙ヤスリ、研磨剤等を用いて、機械研削や手作業により行うことができる。

上記負極リード片４についても、正極リード片３の第１の製造方法や第２の製造方法と同様の工程により、短冊状の銅又はニッケルからなる金属片に樹脂フィルム６を溶着すると共に研磨部４ａを形成することができる。

なお、上記実施形態では、電極リード片３，４における発電要素１の電極１ａ，１ｂとの接続部分については、超音波溶接の振動により表面処理皮膜が剥がれることを期待して別段の処理は行わなかったが、必要に応じて表面研磨を行うこともできる。特に超音波溶接によらない接続を行う場合には、このような表面研磨を行うことが好ましい。

また、上記実施形態では、表面研磨により電極リード片３，４の絶縁性皮膜を剥がす場合を示したが、これらの電極リード片３，４の表面の一部にのみ表面処理を施すようにすることにより、絶縁性皮膜が形成されない部分を設けるようにしてもよい。電極リード片３，４の表面の一部にのみ表面処理を施す方法としては、例えばマスキングによる方法と一部ディッピングによる方法がある。マスキングによる方法では、電極リード片３，４の表面の一部にマスキングを施した後に表面処理を施すことにより、このマスキングを施していない部分にのみ絶縁性皮膜を形成する。マスキングとは、表面処理の処理液に対して耐性を有し、電極リード片３，４の表面に密着するような樹脂その他の任意の素材を用い、塗布等により電極リード片３，４の表面の一部をこの素材で覆う処理をいう。この場合、マスキングは、樹脂フィルム５の溶着の前に除去してもよいし、溶着後に除去してもよく、必要がなければ除去しないまま非水電解質二次電池を完成してもよい。このマスキングを除去する場合には、化学的処理によって除去してもよいし、紫外線照射等や引き剥がし等によって除去してもよい。また、マスキングを除去しないまま非水電解質二次電池を完成した場合、電極リード片３，４に外部の端子等を接続する際に除去してもよいし、半田付けによる熱等により除去されるようにしてもよい。一部ディッピングによる方法では、電極リード片３，４の一部だけを表面処理の処理液に浸漬することにより、この処理液に浸漬した部分にのみ絶縁性皮膜を形成する。

また、上記実施形態では、短冊状の電極リード片３，４を用いる場合を示したが、これらの電極リード片３，４の形状や金属材料も任意である。ここで、電極リード片とは、発電要素１の電極１ａ，１ｂに接続されると共に、外部の端子等に接続するために、この発電要素１を収納した電池容器２から一部が引き出されたリード材をいう。

また、上記実施形態では、２枚のアルミ・ラミネートフィルム２１，２２を重ね合わせて電池容器２とする場合を示したが、このアルミ・ラミネートフィルムの構成は任意であり、例えば１枚のアルミ・ラミネートフィルムを二つ折りにして電池容器２を構成することもでき、このアルミ・ラミネートフィルムに発電要素１を嵌め込むための凹部を形成するかどうかも任意である。さらに、上記実施形態では、電池ケースにアルミ・ラミネートフィルムを用いる場合を示したが、アルミニウム箔に代えて他のバリア性を有する金属層を用いた金属・樹脂ラミネートフィルムを用いることもできる。さらに、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、例えば樹脂のみからなるラミネートシートではないシート材を用いることも可能である。

また、上記実施形態では、扁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を扁平状にする方法は任意であり、最初から長円筒形や楕円形に巻回したものを用いてもよい。さらに、この発電要素１は、扁平状である必要もなく、円筒形の巻回型のものを用いてもよく、積層型の発電要素を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、この発電要素１の前後の端面から電極リード片３，４を引き出す場合を示したが、これらの電極リード片３，４の引き出し位置や引き出し方法も任意である。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、正極リード片の第１の製造方法を示す斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、正極リード片の第２の製造方法を示す斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、発電要素の電極に接続した電極リード片を示す斜視図である。従来例を示すものであって、アルミ・ラミネートフィルム製の電池容器を用いた非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。

符号の説明

２電池容器
２１アルミ・ラミネートフィルム（金属・樹脂ラミネートフィルム）
２２アルミ・ラミネートフィルム（金属・樹脂ラミネートフィルム）
３正極リード片（電極リード片）
３ａ研磨部
３１金属片
３２表面処理済み金属片
３３樹脂フィルム付金属片
３４表面研磨済み金属片
４負極リード片
４ａ研磨部
５樹脂フィルム
５１樹脂フィルム片
５２樹脂フィルム片
６樹脂フィルム

Claims

ラミネートフィルムの電池容器と、電池内部から外部にかけて備えられた金属片からなる電極リード片とを備えた電池の製造方法であって、
前記金属片には絶縁性皮膜を形成する表面処理が施されており、前記表面処理が施された金属片の、前記ラミネートフィルムが熱溶着される箇所に絶縁フィルムが溶着されており、前記表面処理が施された金属片の、前記電池容器から外部に突出する一部を表面研磨することを特徴とする電池の製造方法。
ラミネートフィルムの電池容器と、電池内部から外部にかけて備えられた金属片からなる電極リード片とを備えた電池であって、
前記金属片には絶縁性皮膜を形成する表面処理が施されており、前記表面処理が施された金属片の、前記ラミネートフィルムが熱溶着される箇所に絶縁フィルムが溶着されており、前記表面処理が施された金属片の、前記電池容器から外部に突出する一部が表面研磨されていることを特徴とする電池。
ラミネートフィルムの電池容器と、電池内部から外部にかけて備えられた金属片からなる電極リード片とを備えた電池の製造方法であって、
前記金属片は、マスキング法又は一部ディッピング法により一部を除いて、絶縁性皮膜を形成する表面処理が施されており、前記金属片の表面処理が施された部分の、前記ラミネートフィルムが熱溶着される箇所に絶縁フィルムが溶着されており、前記金属片の表面処理が施されていない箇所を前記電池容器の外部に配することを特徴とする電池の製造方法。