JP5510410B2 - 電池 - Google Patents
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Description
この発明は、電池に関し、特に、ラミネートフィルムからなる外装体を備えた電池に関する。
従来、ラミネートフィルムからなる外装体を備えた電池が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、ラミネートフィルムからなり、封口部（溶着部）を有する外装体と、封口部を介して外装体から外側に突出する正極端子とを備えた二次電池が開示されている。この正極端子は、Ａｌからなる第１の部分（第１層）と、Ａｌ合金、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）または鉄（Ｆｅ）からなる第２の部分（第２層）との積層構造を有するように形成されることによって機械的強度が高められている。
しかしながら、上記特許文献１の二次電池では、積層構造を有するように正極端子を形成することによって正極端子の機械的強度が高められている一方、正極端子と外部端子との溶接時などに発生する熱が熱伝導性のよいＡｌ合金、Ｃｕ、ＮｉまたはＦｅからなる第２の部分により拡散されて外装体の封口部に伝達されやすいので、封口部（溶着部）の溶着強度が低下しやすくなる。このため、溶接時に発生する熱に起因して封口部（溶着部）のシール性が低下するという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、端子の機械的強度を高め、かつ、熱に起因する溶着部のシール性の低下を抑制することである。
この発明の一の局面による電池は、ラミネートフィルムからなり、溶着部を有する外装体と、溶着部を介して外装体から外側に露出するとともに、Ａｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第１層と、ステンレス鋼またはＴｉからなる第２層との積層体からなる端子とを備え、端子の第１層は板状であり、第１層の板状の両面に第２層が設けられており、第２層は、外装体の内側および外側に亘って形成されている。
この発明の一の局面による電池では、上記の構成によって、ステンレス鋼またはＴｉは、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＮｉおよびＦｅなどに比べて熱伝導率が小さいので、ステンレス鋼またはＴｉからなる第２層により、端子と外部端子との溶接時などに発生する熱が拡散されるのを抑制することができる。これにより、端子の熱が溶着部（封口部）に伝わって溶着部の溶着強度が低下するのを抑制することができ、その結果、端子の熱に起因する溶着部（封口部）のシール性の低下を抑制することができる。また、Ａｌ、Ａｌ合金、ＣｕおよびＣｕ合金よりも機械的強度が大きいステンレス鋼またはＴｉにより第２層を構成することによって、第２層により端子が補強されるので、端子の機械的強度を高めることができる。また、端子の第１層は板状であり、第１層の板状の両面に第２層が設けられている。このように構成すれば、熱伝導率が小さいステンレス鋼またはＴｉからなる第２層により、板状の第１層の両面において端子の熱の溶着部（封口部）への伝達が抑制されるので、端子の熱に起因する溶着部のシール性の低下をより抑制することができる。また、ステンレス鋼またはＴｉからなる第２層により、第１層の表面および裏面の両面から端子を補強することができるので、端子の機械的強度を効果的に高めることができる。
上記一の局面による電池において、好ましくは、端子の第２層の外側表面には、金属メッキ層が形成されている。このように構成すれば、金属メッキ層により、端子の耐食性を向上させることができるとともに、端子の表面粗さを小さくして端子の接触抵抗を低減することができる。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による電池１００の構成について説明する。
本発明の一実施形態による電池１００は、図１および図２に示すように、１０Ａｈ以上の放電容量を有する比較的大容量の中型または大型のリチウムイオン電池であり、ラミネートフィルムからなる外装体１と、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部からそれぞれ外側に突出することにより露出された正極端子２および負極端子３とを備えている。また、外装体１の内部には、図２に示すように、発電要素４と、図示しない電解液とが収納されている。なお、正極端子２および負極端子３は、本発明の「端子」の一例である。
外装体１は、ラミネートフィルムの内側表面の端部と外側表面の端部とが互いに対向した状態で重ねられて溶着されることにより筒状に形成されている。また、ラミネートフィルムは、図１および図２に示すように、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、内側表面同士が対向した状態で溶着されることにより形成された溶着部（封口部）１ａを有している。電池１００の両端部の溶着部（封口部）１ａは、それぞれ、正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されている。また、外装体１は、図３に示すように、発電要素４が配置される内側から外側方向に向かって、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２、アルミニウム層１３、ＰＥＴ層１４およびＰＥ溶着層１５がこの順に積層されたラミネート構造を有している。また、ラミネートフィルムの厚み（総厚み）ｔ１が１５０μｍ以上５００μｍ以下になるように構成されている。なお、アルミニウム層１３とＰＥＴ層１２および１４との間には、これらを互いに接合する接着層（接着剤、接着フィルムなど）が設けられている。
ＰＥ溶着層１１および１５は、熱可塑性樹脂であるポリエチレンからなり、約１３０℃の融点を有している。ＰＥ溶着層１１および１５の厚みは、約４０μｍ以上約２００μｍ以下であり、好ましくは、約８０μｍ以上約１５０μｍ以下である。
アルミニウム層１３は、約４μｍ以上約１００μｍ以下の厚みを有するアルミニウム箔からなり、ラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられている。また、アルミニウム層１３は、外装体１の内部および外部からのガスおよび液体を遮断する機能を有している。
本実施形態の正極端子２は、図１および図２に示すように、平板形状を有し、外装体１の長手方向（Ｙ方向）の一方側（Ｙ２方向側）の溶着部１ａを介して外側に突出するように設けられている。正極端子２は、外装体１の内部において、発電要素４の正極に接合されている。また、正極端子２は、図４および図５に示すように、アルミニウム（Ａｌ）からなる第１層２１と、チタン（Ｔｉ）からなる第２層２２とが圧延接合されたクラッド材（積層体）により構成されている。
詳細には、Ｔｉからなる第２層２２は、Ａｌからなる板状の第１層２１の表面側（Ｚ１方向側）および裏面側（Ｚ２方向側）の両面に設けられている。また、正極端子２は、略全域にわたって第１層２１と第２層２２とのクラッド構造に形成されている。図５に示すように、第１層２１は、０．１ｍ以上１．０ｍｍ以下の厚みｔ２を有している。第２層２２の厚みｔ３は、好ましくは、５０μｍ以上５００μｍ以下である。なお、Ｔｉからなる第２層２２は、Ａｌからなる第１層２１よりも熱伝導率が小さく、Ａｌからなる第１層２１の熱伝導率が約２４１Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるのに対して、Ｔｉからなる第２層２２の熱伝導率は約２２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
また、図４および図５に示すように、正極端子２の外周を覆う溶着補助部材５が設けられている。溶着補助部材５はポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂からなり、外装体１の溶着部１ａを熱溶着する際に、外装体１の内側のＰＥ溶着層１１（図３参照）とともに溶けて溶着部１ａに溶着されるように構成されている。これにより、正極端子２を間に挟んだ状態で外装体１の溶着部１ａを確実に溶着することが可能である。なお、溶着補助部材５は、厚みが極力小さくなるように形成することが好ましい。
本実施形態の負極端子３は、図１および図２に示すように、平板形状を有し、外装体１の長手方向（Ｙ方向）の他方側（Ｙ１方向側）の溶着部１ａを介して外側に突出するように設けられている。負極端子３は、外装体１の内部において、発電要素４の負極に接合されている。また、負極端子３は、銅（Ｃｕ）からなる第１層３１を有しており、第１層３１の両面に設けられた第２層３２の構成は正極端子３のそれと同じである。なお、Ｃｕからなる第１層３１の熱伝導率は約４２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
本実施形態では、Ａｌ（Ｃｕ）からなる第１層２１（３１）と、Ｔｉからなる第２層２２（３２）との積層体により正極端子２（負極端子３）を構成することによって、Ｔｉは、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、ＮｉおよびＦｅなどに比べて熱伝導率が小さいので、Ｔｉからなる第２層２２（３２）により、正極端子２（負極端子３）と外部端子との溶接時などに発生する熱が拡散されるのを抑制することができる。これにより、正極端子２（負極端子３）の熱が溶着部（封口部）１ａに伝わって溶着部１ａの溶着強度が低下するのを抑制することができ、その結果、正極端子２（負極端子３）の熱に起因する溶着部（封口部）１ａのシール性の低下を抑制することができる。また、Ａｌ（Ｃｕ）よりも機械的強度が大きいＴｉにより第２層２２（３２）を構成することによって、第２層２２（３２）により正極端子２（負極端子３）が補強されるので、正極端子２（負極端子３）の機械的強度を高めることができる。これにより、正極端子２（負極端子３）をコネクタ１１０（１２０）の凹部１１０ａ（１２０ａ）に挿入する場合に、正極端子２（負極端子３）が変形（中折れなど）するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、正極端子２（負極端子３）の第２層２２（３２）を、５０μｍ以上５００μｍ以下の厚みに構成する。このように構成すれば、正極端子２（負極端子３）の第２層２２（３２）の厚みを５０μｍ以上にすることにより、正極端子２（負極端子３）の機械的強度を有効に高めることができる。また、正極端子２（負極端子３）の第２層２２（３２）の厚みを５００μｍ以下にすることにより、正極端子２（負極端子３）の厚みが過度に大きくなるのが抑制されるので、溶着部１ａを精度よく溶着することができ、その結果、溶着部１ａのシール性の低下を効果的に抑制することができる。
本発明の別形態として図６に示すように、正極端子２（負極端子３）の第２層２２（３２）の外側表面に、Ｎｉメッキ層２３（３３）を形成することができる。このように構成すれば、Ｎｉメッキ層２３（３３）により、正極端子２（負極端子３）の耐食性を向上させることができるとともに、正極端子２（負極端子３）の表面粗さを小さくして正極端子２（負極端子３）の接触抵抗を低減することができる。これにより、正極端子２（負極端子３）をコネクタ１１０（１２０）の凹部１１０ａ（１２０ａ）に挿入する場合に、正極端子２（負極端子３）と凹部１１０ａ（１２０ａ）との接触抵抗が小さくなるので、正極端子２（負極端子３）をコネクタ１１０（１２０）の凹部１１０ａ（１２０ａ）に容易に挿入することができる。なお、Ｎｉメッキ層は、正極端子２側において溶解するおそれがあるため、正極端子２の外装体１の内側の部分Ａ２にはＮｉメッキ層を形成しない。また、Ｎｉメッキ層２３（３３）は、本発明の「金属メッキ層」の一例である。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
上記実施形態では、本発明の端子の第１層の一例として、正極端子のＡｌからなる第１層および負極端子のＣｕからなる第１層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、正極端子においてＡｌ合金からなる第１層であってもよいし、負極端子においてＣｕ合金からなる第１層であってもよい。
上記実施形態では、本発明の第２層の一例として、Ｔｉからなる第２層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ステンレス鋼（ＳＵＳ）からなる第２層であってもよい。この場合、電解液に溶解し難いＳＵＳ３１６が好ましい。なお、ＳＵＳの熱伝導率は、Ａｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第１層よりも小さく、かつ、Ｔｉ（約２２Ｗ／（ｍ・Ｋ））よりも小さい約１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。また、本発明では、Ｔｉのみからなる第２層またはＳＵＳのみからなる第２層のみならず、ＴｉやＳＵＳに他の成分が含有されていてもよい。
また、上記実施形態では、本発明の端子としての正極端子および負極端子を、第１層と第２層とが圧延接合されたクラッド材により構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、第１層と第２層とが接着剤により接合された積層体からなる端子などであってもよい。
また、図６に示した本発明の別形態では、本発明の金属メッキ層の一例として、Ｎｉメッキ層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、すず（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）からなる金属メッキ層など、Ｎｉメッキ層以外の金属メッキ層であってもよい。ただし、これらの金属メッキ層を用いる場合には、Ｎｉメッキ層を用いる場合とは異なる各々の材質に適した部分に適用することが好ましい。
たとえばＡｇ、ＳｎおよびＰｂからなるメッキ層の場合には、正極端子２側において、Ａｇ、ＳｎおよびＰｂからなるメッキ層が電解液に溶解するおそれがあるとともに、負極端子３側において、Ａｇ、ＳｎおよびＰｂからなるメッキ層が電解液中のＬｉと合金化する可能性があるため、Ａｇ、ＳｎおよびＰｂからなるメッキ層の場合には、図６に示す正極端子２の外装体１の内側の部分Ａ２および負極端子３の外装体１の内側の部分Ａ４には金属メッキ層を設けない。
また、上記実施形態では、正極端子および負極端子の両方を第１層と第２層との積層体に構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、正極端子または負極端子のいずれか一方だけを第１層と第２層との積層体に構成してもよい。
また、上記実施形態では、正極端子と負極端子との第２層を同じ材料（Ｔｉ）により構成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、正極端子および負極端子の第２層を互いに異なる材料（一方をＴｉ、他方をＳＵＳ）により構成してもよい。
また、上記実施形態では、本発明の電池を、非水系電解質電池の一種であるリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の電池を、たとえば、リチウムイオン電池以外の非水系電解質電池に適用してもよいし、ニッケル水素電池などの水系電解質電池に適用してもよい。
１ 外装体
１ａ 溶着部
２ 正極端子（端子）
３ 負極端子（端子）
２１、３１ 第１層
２２、３２ 第２層
２３、３３ Ｎｉメッキ層（金属メッキ層）
１００ 電池
１ａ 溶着部
２ 正極端子（端子）
３ 負極端子（端子）
２１、３１ 第１層
２２、３２ 第２層
２３、３３ Ｎｉメッキ層（金属メッキ層）
１００ 電池
Claims (2)
- ラミネートフィルムからなり、溶着部を有する外装体と、
前記溶着部を介して前記外装体から外側に露出するとともに、Ａｌ、Ａｌ合金、ＣｕまたはＣｕ合金からなる第１層と、ステンレス鋼またはＴｉからなる第２層との積層体からなる端子とを備え、
前記端子の第１層は板状であり、前記第１層の板状の両面に前記第２層が設けられており、
前記第２層は、前記外装体の内側および外側に亘って形成されている、電池。 - 前記端子の第２層の外側表面には、金属メッキ層が形成されている、請求項１に記載の電池。
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