JP5375013B2 - 電気部品、非水電解質電池、並びに、それらに用いられるリード線及び封入容器 - Google Patents

Description

本発明は、小型電子機器の電源等として用いられる電気部品及び非水電解質電池、並びにこれらを構成する部材であるリード線及び封入容器に関するものである。

電子機器の小型化、軽量化に伴って、これらの機器に使用される電池、コンデンサなどの電気部品についても小型化、軽量化が求められている。このため、例えば、袋体を封入容器として用い、その内部に非水電解質、正極、及び負極を封入してなる非水電解質電池が採用されている。

封入容器には、電解液やガスの透過、外部からの水分の浸入を防止する性質が求められる。このため、アルミニウム箔などの金属層を樹脂で被覆したラミネートフィルムが封入容器の材料として用いられ、２枚のラミネートフィルムの端部を熱融着して封入容器を形成する。

封入容器の一端は開口部とし、この内部には非水電解質、正極板、負極板、及び正負の極板間のセパレータ等を封入する。さらに正極板、負極板にその一端が接続されたリード導体を封入容器の内部から外部へ延びるように配置して、最後に開口部をヒートシール（熱融着）することで封入容器の開口部を閉じると共に、封入容器とリード導体とを接着して開口部を封止する（この、最後に接着される部分をシール部と呼ぶ）。

このとき、封入容器の金属層とリード導体とは熱融着層を介して接着される。熱融着層はあらかじめリード導体のシール部に対応する部分に設けておくか、又は封入容器のシール部に対応する部分に設けておくことで封入容器の金属層とリード導体との間に介在させる。ヒートシール時に熱融着層の流動性が高いと、封入容器とリード導体との接着力を高めることができる。しかし熱融着時に流動しすぎると、金属層とリード導体とが短絡してしまう。このことから、熱融着層には、金属層とリード導体との短絡を発生させることなく、接着性、シール性（密封性）を維持できるという特性が求められる。

特許文献１には、このような非水電解質電池に用いる電池用封入袋及びリード線が開示されている。リード導体の導体直上にのみマレイン酸変性ポリオレフィン層を設けることでシール部の密封性を高めることができると記載されている。
また特許文献２には、リチウム電池タブ部に用いる接着性フィルムとして、少なくともタブ（リード導体）に接着する層としての、電子線架橋された酸変性ポリオレフィンフィルムにポリオレフィン樹脂をラミネートした多層フィルムが開示されている。
特許第３５６２１２９号公報 特開２００２−２１６７２０号公報

シール部においては封入容器とリード導体との接着性、密封性が必要とされるが、封止直後の接着性が充分であっても、時間が経過すると徐々に接着力が低下し、金属層またはリード導体との界面で剥がれが生じるという問題があった。これは時間の経過と共にシール部分から水分が透過し、封入容器の内部に封入された電解質と水との反応でフッ化水素酸が発生してリード導体（金属）が腐食することに起因する。特に自動車用途では長期にわたって使用できる必要があり、接着部分の耐電解液性をさらに向上することが課題となっている。特に、負極のリード導体として用いるニッケルやニッケルメッキ層との界面での剥がれが生じやすく、耐電解液性の改善が求められている。

本発明はこのような問題に鑑み、初期状態及び電解液との接触状態での接着性、密封性を高めることができる電気部品、非水電解質電池、及びそれらに用いるリード線、封入容器を提供することを課題とする。

本発明は、金属層を有する封入容器、前記封入容器の内部から外部に延びる負極用リード導体、並びに、前記封入容器の内部に封入された非水電解質及び前記封入容器の内部に封入され、前記負極用リード導体の端部に接続される電極を有し、前記封入容器と前記負極用リード導体とがシール部で熱融着されてなる非水電解質電池であって、前記負極用リード導体はニッケルめっき銅又はニッケルであり、前記シール部の少なくとも一部において、前記金属層と前記負極用リード導体との間であって前記負極用リード導体と接する部分に、酸変性スチレン系エラストマーからなる層を有することを特徴とする非水電解質電池である。このような構成の非水電解質電池は、シール部の接着性、密封性が高く、さらに使用状態で時間が経過しても接着性、密封性を維持することができる。

リード導体と接する部分に酸変性スチレン系エラストマーからなる層を使用することで、初期の接着性、密封性のみでなく、電解液と接触した状態で時間が経過しても接着性、密封性を維持することができる非水電解質電池が得られる。このような構成の非水電解質電池は、シール部の接着性、密封性が高く、さらに使用状態で時間が経過しても接着性、密封性を維持することができる。

酸変性スチレン系エラストマーとしては、酸変性されたスチレン−ブタジエンブロックコポリマーが好ましい（請求項２）。酸変性されたスチレン−ブタジエンブロックコポリマーは耐熱性に優れるので、シール時に金属層とリード導体との短絡を起こしにくい。また加工性にも優れている。

酸変性スチレン系エラストマーは、電離放射線の照射により架橋されていることが好ましい（請求項３）。架橋されることで、シール部の耐熱性を向上することができ、金属層とリード導体との短絡を防止することができる。また高温で使用した場合でもシール部の接着性、密封性を維持することができる。

請求項４に記載の発明は、上記非水電解質電池に用いられる負極用リード線であって、ニッケルめっき銅又はニッケルであるリード導体と、前記リード導体の少なくとも前記シール部に対応する部分を被覆する熱融着層とを有し、該熱融着層の少なくとも前記リード導体と接する部分が、酸変性スチレン系エラストマーからなることを特徴とする負極用リード線である。

リード導体のシール部に対応する部分とは、リード導体と封入容器（金属層）とが接着する部分である。この部分に対応するリード導体の片面、又は両面を熱融着層で被覆し、その少なくとも導体と接する部分を、酸変性スチレン系エラストマーとすることでシール部の接着性、密封性が高く、さらに使用状態で時間が経過しても接着性、密封性を維持することができる電気部品及び非水電解質電池を得ることができる。

熱融着層は多層構造とし、前記の酸変性スチレン系エラストマーからなる層の他に、ポリオレフィン系樹脂からなる層を有すると好ましい。ポリオレフィン系樹脂は電解液に対する耐性があり、また加工性にも優れるため、多層構造とすることでより性能の良い電気部品又は非水電解質電池を得ることができる。

本発明によれば、初期状態及び電解液との接触状態での接着性、密封性を高めることができる電気部品、非水電解質電池、及びそれらに用いるリード線、封入容器を提供することができる。

本発明に用いる酸変性スチレン系エラストマーとしては、酸変性された、スチレン・エチレンブテン・スチレン共重合体、スチレン・エチレンプロピレン・スチレン共重合体、スチレン・エチレン・エチレンプロピレン・スチレン共重合体、スチレン・ブチレン・スチレン共重合体等が挙げらる。これらの水素添加ポリマーや部分水素添加ポリマーを使用しても良い。酸変性としてはマレイン酸等のカルボン酸を導入したものが例示される。中でも、スチレンとゴム成分のブロック共重合エラストマーは押出加工性に優れており、酸変性されたスチレン−ブタジエンブロックコポリマーがその中でも好ましく例示される。

酸変性スチレン系エラストマーからなる層は単独で使用しても良いし、他の樹脂からなる層と組み合わせても良い。例えば、ポリオレフィン系樹脂からなる層と、酸変性スチレン系エラストマーからなる層を積層して、封入容器の金属層とリード導体との接着に使用することが考えられる。

ポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、酸変性ポリオレフィン等が例示される。また、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸等で変性されて接着性の官能基を持つポリオレフィン樹脂を使用しても良い。特に、無水マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂は金属との接着性、シール性に優れているので好ましい。これらのポリオレフィン系樹脂は熱可塑性樹脂であり、ヒートシール時の加熱によって溶融して封入容器の金属層とリード導体とを接着させる。

酸変性スチレン系エラストマーからなる層や、他の樹脂からなる層には、必要に応じて酸化防止剤、難燃剤、紫外線吸収剤、光安定剤、熱安定剤、滑剤、着色剤等の各種添加剤を混合することができる。また本発明の趣旨を損ねない程度において他の樹脂を混合しても良い。これらの材料をオープンロール、加圧ニーダー、単軸混合機、２軸混合機等の既知の混合装置を用いて混合し、押出成形等によってフィルム状の樹脂層を作製する。

樹脂層は、加速電子線やγ線などの電離放射線の照射によって架橋して使用することもできる。樹脂を架橋することで耐熱性を高めることができ、使用時の温度が上がった場合の接着力の低下や、リード導体と金属層との短絡を防止することができる。生産性向上の観点から、電離放射線の照射による架橋を行うことが好ましい。

次に本発明の電気部品の構造について図を用いて説明する。図１はリチウム電池などの非水電解質電池の一実施形態を模式的に表す正面図であり、図２は図１のＡ−Ａ’部における部分断面図である。この非水電解質電池１は、略長方形の封入容器２と、封入容器２の内部から外部に延びるリード導体３を有している。

封入容器２は、図２に示されるように、金属層５と、金属層５を被覆する樹脂層６，７とからなる３層のラミネートフィルム８からなる。金属層５はアルミニウム箔などの金属から形成される。封入容器の外側に位置する樹脂層６としては６，６−ナイロン、６−ナイロンなどのポリアミド樹脂や、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。また封入容器２の内部に位置する樹脂層７には、非水電解質に溶解せず、また加熱して溶融する絶縁性樹脂を用いることが好ましく、ポリオレフィン系樹脂、酸変性ポリオレフィン系樹脂が例示され、金属との接着性の観点から酸変性ポリオレフィン樹脂が好ましい。また後述するように、樹脂層７として酸変性スチレン系エラストマーからなる層を用いても良い。封入容器２は、２枚のラミネートフィルム８を重ね合わせて、リード導体が貫通する辺以外の３辺をヒートシールして作製する。封入容器の外周部では、２つの金属層５は樹脂層７を介して接着される。

シール部９において、リード導体３は、熱融着層４を介して封入容器（ラミネートフィルム８）と接着（熱融着）される。熱融着層４のリード導体３と接する部分は酸変性スチレン系エラストマーからなる層とする。図２では、熱融着層４を、酸変性スチレン系エラストマーからなる一層とした状態を示している。樹脂層７として酸変性スチレン系エラストマーからなる層を用いた場合には熱融着層４を省略しても良い。この場合は樹脂層７がリード導体３と接することになる。

非水電解質電池の内部には、更に、リード導体の端部に接続された正極または負極集電体１０、１１、及び非水電解質（図示せず）、並びにセパレータ１２、正極または負極活物質１３、１４が封入される。

酸変性スチレン系エラストマーからなる熱融着層４は、予めリード導体３のシール部に対応する部分を被覆するように設けても良い。このような構造のものをリード線と定義する。図３はリード線の概略断面図であり、リード線の両面を酸変性スチレン系エラストマーからなる熱融着層４が被覆している。熱融着層は多層構造としても良い。その場合、図３に示すように、リード線と接する部分を酸変性スチレン系エラストマーからなる層とし、その外側に他の樹脂からなる層１５を設ける。なおリード線はタブリードと呼ばれることもある。

リード導体３としてはアルミニウム、ニッケル、銅、ニッケルめっきされた銅などの金属が使用される。リチウム電池の場合は正極にはアルミニウム、負極にはニッケルが用いられることが多い。

酸変性スチレン系エラストマーからなる熱融着層４は、予め封入容器側に設けても良い。この場合、ラミネートフィルム８の少なくともシール部に対応する部分を熱融着層４で被覆する。このような封入容器としては、樹脂層７の内部に熱融着層４を設けた形態（図４）や、絶縁樹脂層７の全部を熱融着層４に置き換えた形態（図５）、及び絶縁樹脂層７の一部（シール部に対応する部分）を熱融着層４に置き換えた形態等（図６）が例示される。またリード導体と封入容器とをシール（熱融着）する際に、熱融着層をリード導体と封入容器の間に挟み込んでも良い。これらの場合でも、熱融着層を多層構造としても良く、酸変性スチレン系エラストマーからなる層がリード導体と接するように他の層を設ける。

この実施形態においては、リチウム電池を例に説明したが、本発明の電気部品及び非水電解質電池はこの形状に限られない。

次に発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。実施例は本発明の範囲を限定するものではない。

（実施例１〜５）
（リード線の作製）
負極用のリード導体として厚さ０．１ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ５０ｍｍのニッケルめっき銅を準備した。

表１に示す材料をフィルム押出加工して、厚さ１００μｍの樹脂層を作製した。得られた樹脂層の表面に、酸変性されたスチレン−ブタジエンブロックコポリマー（ＳＥＢＳ：旭化成（株）製：タフテックＭ１９１３）のトルエン溶液を塗布、乾燥して、厚さ１０μｍの酸変性ＳＥＢＳ層を形成した。その後表１に示す条件で電子線を照射して樹脂を架橋させ、熱融着層とした。得られた熱融着層を２枚準備し、酸変性ＳＥＢＳ層がリード導体と接するようにしてリード導体の両面に被覆した後、２００℃で１０秒プレスして接着させ、リード線を作製した。

（耐電解液性の評価：浸漬後の接着力）
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを１：１の体積比率で混合し、電解質として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）を１．０ｍｏｌ／ｌとなるように溶解した電解液を準備した。この電解液に上記のリード線を浸漬した状態で８０℃恒温槽内に４週間放置した後、熱融着層とリード導体との剥がれがないかどうかを目視で観察した。

（比較例１、２）
酸変性されたスチレン−ブタジエンブロックコポリマーの代わりに、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂を用いたこと以外は実施例１〜５と同様にして、一連の評価を行った。結果を表１に示す。

（脚注）
（＊１）無水マレイン酸変性ポリプロピレン（融点１４０℃）
（＊２）ランダム共重合ポリプロピレン（融点１４０℃）

導体と接する部分に酸変性スチレン系エラストマーを使用した実施例１〜５では、電解液に４週間浸漬した後も剥がれ無く、良好な耐電解液浸漬性が良好であった。これに対し、導体と接する部分に酸変性ポリプロピレンを使用した比較例１と比較例２では、電解液に浸漬してから約１週間で剥がれが生じた。

これらの結果より、本実施形態のリード線、又は封入容器を用いた電気部品、非水電解質電池は耐電解液性に優れることがわかる。

本発明の一実施形態に係る非水電解質電池の正面図である。 本発明の一実施形態に係る非水電解質電池の部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るリード線の部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る封入容器の部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る封入容器の部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る封入容器の部分断面図である。

符号の説明

１ 非水電解質電池
２ 封入容器
３ リード導体
４ 熱融着層
５ 金属層
６ 樹脂層
７ 樹脂層
８ ラミネートフィルム
９ シール部
１０ 正極集電体
１１ 負極集電体
１２ セパレータ
１３ 正極活物質
１４ 負極活物質
１５ 他の樹脂層

Claims (5)

1. 金属層を有する封入容器、前記封入容器の内部から外部に延びる負極用リード導体、並びに、前記封入容器の内部に封入された非水電解質及び前記封入容器の内部に封入され、前記負極用リード導体の端部に接続される電極を有し、前記封入容器と前記負極用リード導体とがシール部で熱融着されてなる非水電解質電池であって、
   前記負極用リード導体はニッケルめっき銅又はニッケルであり、
   前記シール部の少なくとも一部において、前記金属層と前記負極用リード導体との間であって前記負極用リード導体と接する部分に、酸変性スチレン系エラストマーからなる層を有することを特徴とする、非水電解質電池。
2. 前記酸変性スチレン系エラストマーが、酸変性されたスチレン−ブタジエンブロックコ
   ポリマーであることを特徴とする、請求項１に記載の非水電解質電池。
3. 前記酸変性スチレン系エラストマーからなる層が、電離放射線の照射により架橋されて
   いることを特徴とする、請求項１又は２に記載の非水電解質電池。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解質電池に用いられる負極用リード線であって、ニッケルめっき銅又はニッケルであるリード導体と、前記リード導体の少なくとも前記シール部に対応する部分を被覆する熱融着層とを有し、該熱融着層の少なくとも前記リード導体と接する部分が、酸変性スチレン系エラストマーからなることを特徴とする、負極用リード線。
5. 前記熱融着層は多層構造であり、さらにポリオレフィン系樹脂からなる層を有する、請
   求項４に記載の負極用リード線。

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