JP5021961B2

JP5021961B2 - ラミネート電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP5021961B2
Application number: JP2006167372A
Authority: JP
Inventors: 浩一座間; 功栃原
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: CN101090150A; JP2007335290A; US20070292753A1; EP1868257A1; CN101090150B; US8481199B2; EP1868257B1

Description

本発明はラミネート電池およびその製造方法に関し、特に、信頼性の高い端子構造を持つ小型のラミネート電池およびその製造方法に関する。

近年、携帯電話やデジタルスチールカメラなどの携帯機器用の電源として、高容量化、小型化の要求によりリチウムイオン電池が用いられている。また、電動アシスト自転車や電動工具の電源としても、高エネルギー密度で、メモリー効果の無いリチウムイオン電池が用いられている。これらの携帯機器あるいは電源においては、小型化が要求され、それに伴いリチウムイオン電池も小型化、薄型化の設計が要求されてきている。

近年さらに、複数の平板状の正極電極および負極電極をセパレータを介して積層し、それぞれに接続した集電用タブを並列に接続し、電池のエネルギー密度からも有利であるラミネート外装材（金属箔と樹脂膜のラミネート材）を用いた積層型リチウムイオン電池が使用されるようになってきている。

図５は、従来のラミネート電池（ラミネート材で外装された電池）の端子部の絶縁構造を示す平面図であり、１は引出端子、２はラミネートケース、３は絶縁樹脂、４は熱溶着部（封止部）、５は端子の折り曲げ線である。ラミネート電池の端子部はあらかじめ引出端子１に加工された樹脂材（絶縁樹脂３）と共に熱溶着され電池外部に樹脂材（絶縁樹脂３）が突出するように配置され電池端面のラミネート材の金属箔との絶縁が確保されている。また、特許文献１で提案されているような電池を用いる場合においても、正負極の引出端子を回路基板や保護素子または直列や並列に電池を接続し電池パックとする際には、引出端子を折り曲げて実装をしないと電池パックの小型化が実現できない。

このような曲げを行う場合、樹脂部材で覆われた部分は弾性強度が高いため樹脂部材の端で引出端子が折れ曲ってしまい、樹脂部で曲げることは困難であった。図５の例では端子の折り曲げ線５に沿って折り曲げられる。このように樹脂部（絶縁樹脂３）の端で引出端子１を曲げた際には引出端子１の曲げ強度が低いために切断してしまう可能性があり信頼性に問題があった。

特開２０００−２１３８７号公報

すでに説明したように、従来のラミネート電池においては、正負極の引出端子を外部で溶接する際、小型化を達成するために引出端子を折り曲げる必要があり、端子部の曲げ易さと曲げ部の信頼性を確保する点で問題があった。

そこで本発明の課題は、引出端子の曲げ容易性と曲げ部の信頼性を確保できる端子構造を持ったラミネート電池およびその製造方法を提供することである。

本発明のラミネート電池は、正極および負極の電極がセパレータを介して対向するように積層されてなる素電池の積層体から導出された正極および負極の集電タブが、ラミネート外装材の外部に引き出された引出端子の一端に溶接され、前記引出端子の前記ラミネート外装材の溶着部を横切る部分を含むように樹脂材で被覆されてなる端子絶縁部が形成されたラミネート電池において、前記端子絶縁部は絶縁のためと折り曲げ時の端子補強のために、前記引出端子の折り曲げ予定部を覆うように前記ラミネート外装材から所定量だけ露出して形成され、前記折り曲げ予定部の折り曲げ線に沿って前記引出端子および／または前記樹脂材に切り欠き部もしくは欠損部が形成されたものであって、前記端子絶縁部の樹脂材の幅方向の両側に切り欠き部もしくは欠損部が設けられた電池である。

前記端子絶縁部の引出端子に切り欠き部もしくは欠損部が設けられ、その大きさは一定値以上の電流が流れた時に溶断するように調整されるとよい。

前記端子絶縁部の樹脂材の幅方向の両側に切り欠き部もしくは欠損部が設けられてもよい。

前記端子絶縁部の樹脂材は電池封止に用いられるラミネート外装材と一体化していてもよい。

前記素電池の積層体の積層構造を捲回型とするとよい。

また、本発明のラミネート電池の製造方法は、前記ラミネート電池の製造方法であって、前記引出端子の前記折り曲げ線に沿って切り欠き部もしくは欠損部を形成する加工の後、前記樹脂材で被覆する絶縁加工を行うことを特徴とする。

また、本発明のラミネート電池の製造方法は、前記ラミネート電池の製造方法であって、前記端子絶縁部に切り欠き部もしくは欠損部を形成する加工を前記ラミネート外装材による封止の後、前記引出端子の折り曲げの前に行うことを特徴とする。

本発明によれば、ラミネート電池の正負極の引出端子を保護素子に接続する際、あるいは引出端子どうしを直列もしくは並列に接続する際に、折り曲げが容易であり、さらに折り曲げ後の引出端子部の信頼性を確保しながら電池パックの小型化が実現できる。また、引出端子に設ける切り欠き部の大きさを調整することにより電流ヒューズの機能を付加することも出来るので安全性の高いラミネート電池およびその製造方法を提供できる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１〜４は本発明のラミネート電池の引出端子部の構造を説明する図であり、図１は本発明の実施の形態に係る端子折り曲げ線の位置を示す平面図、図２は本発明の実施の形態１での引出端子折り曲げ部を示す平面図、図３は本発明の実施の形態２での引出端子折り曲げ部を示す平面図、図４は本発明の実施の形態３での引出端子折り曲げ部を示す平面図である。

図２において５は端子の折り曲げ線であり、絶縁樹脂３は引出端子１の折り曲げ部を覆う形で形成されている。また、端子を折り曲げ易いように切り欠き部６が設けられている。さらに、切り欠き部６の大きさを調整することで、異常な大電流が流れた場合には、この部分が溶断し電流が遮断する機能を付加することが出来る。ところで絶縁樹脂３は図２のように熱溶着部４の内側の端を越えて伸びている方が好ましいが、熱溶着部４の内側の端まで伸びていなくても端子の折り曲げ性や信頼性は確保することが出来る。また、引出端子１を絶縁樹脂３で被覆してから、ラミネートケース２の熱溶着による封止を行うのではなく、ラミネートケース２の熱溶着前のラミネート部材と一体に絶縁樹脂３が形成されていてもよい。

このような切り欠き部あるいは欠損部は、図３の欠損部７のように丸穴として設置してもよく、他に折り曲げ線５での引出端子１の断面積が小さくなる構造であれば形状はどのようなものでも良い。

さらに、図４に切り欠き部８として示すように、切り欠き部を絶縁樹脂３に設けても本発明の効果は維持できる。

次に本発明の実施の形態のラミネート電池の製造について具体的に説明する。まず、アルミニウム箔からなる正極集電体上に、正極集電体から引き出された正極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するＬｉＭｎ₂Ｏ₄等の正極活物質を塗布して正極集電タブが引き出された正極電極を形成する。また、銅箔からなる負極集電体上に、負極集電体から引き出された負極集電タブ上を除き、リチウムイオンを吸蔵、放出するグラファイト等の負極活物質を塗布して負極集電タブが引き出された負極電極を形成する。正負極集電タブは正極電極あるいは負極電極をそれぞれ接続し、さらに外部電極端子となる正負極の引出端子と接続するためのものである。正負極集電タブは正負極集電体を使用する場合には厚さは集電体と同じにするとよい。幅については用途により異なるが大電流に耐えられる断面積があればよい。

正極電極、負極電極を形成した後、正極集電タブが引き出された正極電極と、負極集電タブが引き出された負極電極とを、ポリプロピレンもしくはポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造の多孔質膜セパレータを介して積層して素電池となる積層体を作製する。このとき、素電池である積層体の積層構造を捲回型（ジェリーロール型）にした方が小型化には適しているが、単位セルを平面上に積層した素電池を用いることもできる。

積層体より出ている正極集電タブと負極集電タブを、それぞれ金属テープ材の正極引出端子および負極引出端子に超音波溶接あるいは抵抗溶接等の手段により接続する。

このように引出端子を接続した積層体を、アルミニウム箔等の金属薄膜の両面に合成樹脂製フィルムを積層したラミネート材を用いて外装する。すなわち、引出端子の一部を露出させ素電池をラミミネートケースに入れ各辺を熱溶着し、最後の辺を溶着する前に電解液を入れ真空中で熱溶着し、積層型リチウムイオン電池を完成させる。このとき、引出端子の外部接続の際の折り曲げ容易性と信頼性の確保のために、端子部を次のように作製する。

上記のように、素電池の積層体から引き出された正極集電タブおよび負極集電タブが引出端子に溶接されているが、この引出端子が電池外部で折り曲げ可能なように、すなわち折り曲げ時に引出端子とラミネート材の金属薄膜とショートしないように、端子部を絶縁加工する。さらに、樹脂絶縁部において折り曲げ易くするために、折り曲げようとする引出端子部に切り欠き部を設ける。

この切り欠き部加工を行う時点は、（１）引出端子となる金属テープ材に切り欠き部を設け、その周辺部に絶縁樹脂を形成する場合と、（２）ラミネート材による外装が終了し、ラミネート電池の実装のために引出端子を折り曲げる前に、切り欠き部加工を行う場合がある。ところで、この絶縁樹脂は引出端子の絶縁・補強とラミネート外装材の封止部の溶着に寄与する。

次に、本発明の実施例を挙げて、引出端子の折り曲げ部について詳述する。

（実施例１）本実施例での引出端子部は図２の形状であり、正極の引出端子１は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム製であり、負極の引出端子１は幅１０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅製である。折り曲げ部は、引出端子上での厚さが０．１ｍｍの絶縁樹脂３で被覆した。封止用の熱溶着部４は９ｍｍの幅で設けた。絶縁樹脂３の露出部について長さは１３ｍｍ、幅は１７ｍｍであり、切り欠き部６は半楕円（長径５ｍｍ、短径３ｍｍ）形状で、絶縁樹脂３の先端から６ｍｍだけ内側に設けた。実際の作製では、まず、引出端子１に切り欠き部６を設け、次に絶縁樹脂３で被覆した。

このような端子部の構造ゆえに、折り曲げ線５に沿った折り曲げが容易になり、また、絶縁樹脂３により被覆された部分で引出端子１を折り曲げたので、折り曲げ後の高信頼性が得られた。

（実施例２）本実施例での引出端子部は図３の形状であり、２つの半楕円形状の切り欠き部６（図２）に代えて、１つの円形穴の欠損部７を設けたこと以外は実施例１と同様に作製した。その欠損部７の直径は５ｍｍであり、絶縁樹脂３の先端から６ｍｍ内側に中心を持つようにした。実際の作製では、まず、引出端子１に打ち抜きにより円形の欠損部７を形成し、その後、絶縁樹脂３で引出端子１の折り曲げ部を被覆した。本実施例２においても、折り曲げの容易性と折り曲げ後の強度的な信頼性で、実施例１に匹敵する効果が得られた。なお、電池作製後、絶縁樹脂３により被覆された引出端子１に円形の打ち抜き加工を行い、絶縁樹脂３と引出端子１の両方に欠損部を設け、その後、折り曲げを行ってもよい。

（実施例３）本実施例での引出端子部は図４の形状であり、絶縁樹脂３の幅方向の両側に半楕円形状の切り欠き部８が形成されている。このとき、絶縁樹脂の寸法は、幅（縦）１７ｍｍ、横２４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍである。なお、切り欠き部８の半楕円の寸法は、長径５ｍｍ、短径３ｍｍであり、ラミネートケースの封止を終えた後、引出端子の外部接続の際の折り曲げの前に形成した。本実施例３においても、端子の折り曲げが容易で、折り曲げ後の機械的強度の信頼生が高い端子構造が得られた。

本発明の実施の形態に係る端子折り曲げ線の位置を示す平面図。本発明の実施の形態１の引出端子折り曲げ部を示す平面図。本発明の実施の形態２の引出端子折り曲げ部を示す平面図。本発明の実施の形態３の引出端子折り曲げ部を示す平面図。従来のラミネート電池の端子部の絶縁構造を示す平面図。

符号の説明

１引出端子
２ラミネートケース
３絶縁樹脂
４熱溶着部（封止部）
５折り曲げ線
６、８切り欠き部
７欠損部

Claims

正極および負極の電極がセパレータを介して対向するように積層されてなる素電池の積層体から導出された正極および負極の集電タブが、ラミネート外装材の外部に引き出された引出端子の一端に溶接され、前記引出端子の前記ラミネート外装材の溶着部を横切る部分を含むように樹脂材で被覆されてなる端子絶縁部が形成されたラミネート電池において、前記端子絶縁部は絶縁のためと折り曲げ時の端子補強のために、前記引出端子の折り曲げ予定部を覆うように前記ラミネート外装材から所定量だけ露出して形成され、前記折り曲げ予定部の折り曲げ線に沿って前記引出端子および／または前記樹脂材に切り欠き部もしくは欠損部が形成されたものであって、前記端子絶縁部の樹脂材の幅方向の両側に切り欠き部もしくは欠損部が設けられたことを特徴とするラミネート電池。
請求項１記載のラミネート電池の製造方法であって、前記端子絶縁部に切り欠き部もしくは欠損部を形成する加工を前記ラミネート外装材による封止の後、前記引出端子の折り曲げの前に行うことを特徴とするラミネート電池の製造方法。