JP5023391B2

JP5023391B2 - ラミネート電池の製造方法

Info

Publication number: JP5023391B2
Application number: JP2007204343A
Authority: JP
Inventors: 育央小嶋; 大輔香野
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2007-08-06
Filing date: 2007-08-06
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2027-08-06
Also published as: JP2009043442A

Description

本発明は、発電素子がラミネートフィルムを用いて封止された構造を有するラミネート電池に関するものである。

近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張し、なお、高性能化の検討がなされている。このような二次電池として特にリチウムイオン二次電池が、その高性能のため注目されている。

リチウムイオン二次電池の素子の一般的な構造は、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、及びバインダからなる正極活物質層を、アルミニウム箔からなる正極集電体表面に形成してなる正極、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を、銅箔からなる負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフィルムからなるセパレータを介して重ね、電解液を含浸したものである。

そして、二次電池としての容量増加のため、正極及び負極の対を複数積層した積層素子や、帯状に形成した正極及び負極を巻き回した巻回素子などが用いられているが、いずれの場合も電解液を用いるので、このような素子を金属のケースに封入して、電解液が外部に漏れないようにしている。従って、リチウムイオン二次電池に代表される二次電池を、さらに小型化、軽量化するには、金属ケース以外の外装材を用いることが必要となる。

外装材を薄型化、軽量化するには、高分子フィルムを用いるのが、最も簡便である。しかし高分子フィルムは、水分や低分子量の有機溶媒の透過を防止しきれないので、アルミニウムなどの金属箔と高分子フィルム層からなる、ラミネートフィルムが用いられている。

このような用途に用いられるラミネートフィルムにおいては、金属箔の一方の面に、比較的機械的強度が大きい高分子フィルムを、保護層として貼り付け、対向する面に、熱融着性が大きい熱可塑性の高分子フィルムを、熱融着層として貼り付けた三層構造を有するのが一般的である。

図３は、従来の三層構造のラミネートフィルムを外装に用いた、ラミネート電池を示す図で、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）はラミネートフィルムの切断端面を拡大した断面図である。図３において、９は発電素子、１０は正極端子、１１は負極端子、１２はラミネートフィルム、１３は熱融着層、１４は金属箔、１５は保護層である。

このような外装構造を形成するには、図３における上下方向から、熱融着層１３を対向させた状態で、ラミネートフィルム１２で発電素子９を挟み、発電素子９の表面に熱融着層１３が密着するように、ラミネートフィルム１２にフォーミングを施した後、発電素子９の周縁部分の熱融着層１３を、熱プレスなどを用いて接合、一体化する。そして、一定長の前記一体化部分を確保するようにして、ラミネートフィルム１２の周縁部を切断する。

このような外装構造の問題点として、ラミネートフィルム表面の保護層１５が外部応力により傷ついたり、電解液を発電素子に注入する際に飛散した電解液で汚染されたりして封止の信頼性を著しく低下させることがある。

これに対処する技術として、特許文献１には、保護部材を予めラミネートフィルムの表面上に固定化して設けておき、その後、熱融着することで発電素子を封止する。このため、保護部材とラミネートフィルムを一体的に取り扱うことができかつ、外部応力から素子を保護する製造方法が開示されている。

しかし、この方法は、大型電池をこの状態のまま装置に組み込むことを前提しており、ラミネートフィルムを外装材に使用する目的の小型軽量という概念からは、改善の余地がある。

特開２００６−２９４３５１号公報

従って、本発明の課題は、ラミネートフィルムを用いた外装構造を有する二次電池を、傷や汚れにより封止信頼性を低下させない製造方法を提供することにある。

前記課題を解決するため本発明のラミネート電池の製造方法は、外層となる保護層に金属箔と熱融着層を積層したラミネートフィルムの前記保護層上に保護フィルムを可剥離性接着剤で仮接着し、保護フィルム付ラミネートフィルムを形成する工程と、正極、負極、および電解質を有する発電素子を、前記保護フィルム付ラミネートフィルムに収納し、前記保護フィルム付ラミネートフィルムの熱融着層同士を接合する工程と、前記保護フィルムを剥離する工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、ラミネートフィルムの表面に保護フィルムを接着し、ラミネートフィルムが露出しない状態で組立を行い製造するので、ラミネートフィルム自体は保護されているため、保護フィルムを剥離した後のラミネートフィルムは、従来見られたような、外部応力による傷や電解液による汚れ不良を、極めて少なくすることができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に用いる保護フィルム付ラミネートフィルムの断面図であり、図２は、本発明のラミネート電池の製造工程を示す斜視図である。図１、図２において、１は発電素子、２は正極端子、３は負極端子、４は保護フィルム付ラミネートフィルム、５は熱融着層、６は金属箔、７は保護層、８は保護フィルムである。

本発明に用いるラミネートフィルムに使用される金属箔６には、延性や展性に優れ、可撓性が要求される。具体的には、アルミニウムなどが用いられる。アルミニウム箔の電池内面に位置する熱融着層５にポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン−メタクリレート共重合樹脂、エチレン−（メタ）クリレート共重合樹脂等の熱可塑性樹脂層を接着剤層を介して、あるいは接着剤層を用いずに熱融着により貼り合わせ、反対の保護層７にはポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、あるいはナイロン樹脂等を積層したものが用いられる。また、内面のポリエチレン、ポリプロピレン等の接合面から水分が電池容器内に浸入すると、電解質として使用されているＬｉＰＦ₆等が分解してフッ化水素酸が生成し、電池活物質への悪影響や、外装材のアルミニウムの腐食等の問題も生じるために封口面の性能を長期にわたって維持することは極めて重要である。封口面の熱融着特性の改善のために、内面のフィルムには、融着特性が良好な未延伸ポリエチレンフィルムを用いても良く、また、少なくとも封口面には、マレイン酸変成オレフィン樹脂層を形成したものであってもよい。さらに、正極導電タブおよび負極導電タブと外装材が接触する部分には、予めマレイン酸オレフィン等を塗布して表面処理したり、マレイン酸オレフィンフィルム等で被覆し外装材との接合強度を高めたものであっても良い。

保護フィルム８はラミネートフィルムを保護する可剥離性の粘着フィルムからなり、基材としてＰＥＴ、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン等の樹脂が用いられ、加熱や紫外線の照射によって粘着力が低下する特徴をもつ粘着材を貼りあわせて用いられる。粘着材はアクリル系やシリコーン系、ゴム系などを用いることができる。

なお、ラミネートフィルムの周縁部の熱融着には、従来の熱プレス法や超音波を用いた加熱融着法などを、そのまま用いることができる。

次に、具体的な実施例を挙げ、本発明について詳細に説明する。

まず、正極の作製について説明する。コバルト酸リチウムを９４質量部と、ＰＶｄＦを３質量部と、導電性カーボン３質量部を混合して、正極材料とした。この正極材料をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。得られたスラリーを厚さ１５μｍのアルミ箔上に塗布し、乾燥後、厚さ１１５μｍの正極を得た。

次に、負極の作製について説明する。炭素材料粉末を９６質量部と、ＰＶｄＦを３質量部と、導電性カーボン１質量部を混合して、負極材料とした。この負極材料をＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させてスラリー状とした。得られたスラリーを厚さ１０μｍの銅箔上に塗布し、乾燥後、厚１１５μｍの負極を得た。

次に、負極および正極に負極導電タブおよび正極導電タブを、超音波溶接、抵抗溶接等の方法によって接合した後に、巻回装置で巻回し、巻止めテープによって電池要素を固定した後に、扁平に成形して加熱乾燥を行った後に、以下に示すようなラミネートフィルムの外装材によって封口してラミネート電池を製造した。

ここで使用したラミネートフィルムは、保護層として厚さ２５μｍナイロン樹脂フィルムを用い、金属箔には、厚みが４０μｍのアルミニウム箔を用い、熱融着層には、５０μｍのポリプロピレンを用いた。

このラミネートフィルムに厚さ１００μｍのＰＥＴ樹脂層と厚さ２５μｍの可剥離性接着層を持つ保護フィルムを貼り付ける。接着層には紫外線照射によって接着力が小さくなる特性を持たせている

このような構造のラミネートフィルムを、熱融着層を内側にして折り曲げ、端子が解放側に配置されるようにして、前記の発電素子を間に挟んだ。その後、発電素子の表面に熱融着層が密着するように、ラミネートフィルムにフォーミングを施し、熱プレスを用いて、発電素子の周縁部の熱融着層を一体化した。

引き続き、一体化した熱融着層の余長部分を切断し、二次電池を得た。その後、電池の充電および特性検査を行ったあと、紫外線照射装置にて紫外線を照射し保護フィルムの粘着力を小さくし、保護フィルムを剥離した。

保護フィルムの剥離した後の電池を観察したところ、傷や汚れは一切なかった。これによって本発明の効果が確認できた。

本発明の実施の形態に用いる保護フィルム付ラミネートフィルムの断面図。本発明のラミネート電池の製造工程を示す斜視図。従来の三層構造のラミネートフィルムを外装に用いたラミネート電池を示す図、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）はラミネートフィルムの切断端面を拡大した断面図。

符号の説明

１，９発電素子
２，１０正極端子
３，１１負極端子
４，１２ラミネートフィルム
５，１３熱融着層
６，１４金属箔
７，１５保護層
８保護フィルム

Claims

外層となる保護層に金属箔と熱融着層を積層したラミネートフィルムの前記保護層上に保護フィルムを可剥離性接着剤で仮接着し、保護フィルム付ラミネートフィルムを形成する工程と、正極、負極、および電解質を有する発電素子を、前記保護フィルム付ラミネートフィルムに収納し、前記保護フィルム付ラミネートフィルムの熱融着層同士を接合する工程と、前記保護フィルムを剥離する工程を有することを特徴とするラミネート電池の製造方法。