JP5520017B2

JP5520017B2 - ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子

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Publication number: JP5520017B2
Application number: JP2009271962A
Authority: JP
Inventors: 高弘山本; 克哉佐藤; 敏男津端
Original assignee: Asahi Kasei Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP2011113929A

Description

この発明は、ラミネートフィルム外装体（ラミネートフィルムからなる外装体）を有する蓄電素子に関する。

近年、地球環境の保全および省資源を目指したエネルギーの有効利用の観点から、深夜電力貯蔵システム、太陽光、風力など自然エネルギー発電技術に基づく分散型蓄電システム、電気自動車用の蓄電システムなどが注目を集めている。
これらの蓄電システム向けの蓄電素子としては、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等の非水電解質蓄電素子が好ましいとされている。これらの非水電解質蓄電素子は、金属箔からなる集電体に活物質層が形成された正極板および負極板と、これらの間に配置されたセパレータとからなる電極体を、金属缶またはラミネートフィルムからなる外装体に入れ、電解液を注入した後に密閉して製造される。

ラミネートフィルムからなる外装体は、金属製中間層と熱溶融性樹脂層を有するラミネートフィルムを、前記熱溶融性樹脂層を最内層としてヒートシールされて形成される。ラミネートフィルムからなる外装体には、厚さ方向の中央部にヒートシール部が形成されるパウチ型と、厚さ方向の一方の面にカップ成形された部分を有するカップ型がある。
金属缶からなる外装体を用いた非水電解質蓄電素子では、電極の対向面積を増やして高容量かつ高出力を得るために、前記電極体として、長尺な正極板および負極板が長尺なセパレータを介して捲回された電極捲回体が用いられている。電極捲回体を用いる場合は、正極板および負極板の最内周部または最外周部に、活物質層がなく集電体が露出した部分を１箇所ずつ設けて、各部分に、正極端子用リードおよび負極端子用リードの一端を固定している。

ラミネートフィルムからなる外装体を用いた薄型の非水電解質蓄電素子では、前記電極体として、上述の電極捲回体以外に、略長方形に形成された複数の正極板および負極板が両者の間にセパレータを配して積層された電極積層体も用いられている。電極積層体を用いる場合は、複数の正極板および負極板の各々に、活物質層がなく集電体が露出した耳部を設けて、正極板の各耳部の端部を束ねて正極端子用リードの一端に、負極板の各耳部の端部をまとめて負極端子用リードの一端にそれぞれ固定している。そして、正極端子用リードおよび負極端子用リードは、外装体の外部にヒートシール部を介して引き出されている。

ラミネートフィルムからなる外装体を用いた蓄電素子は、金属缶からなる外装体を用いた蓄電素子と比較して構造的な強度が低い。そのために、落下または振動などの衝撃を受けた時に、正極・負極端子用リードがヒートシール部の近くで損傷したり、正極・負極端子用リードと電極体との接続部分が損傷したりする恐れがある。このようなラミネートフィルムからなる外装体を用いた蓄電素子の問題点を解決するために、種々の提案がなされている。

特許文献１には、電極積層体の電極タブ（耳部）と電極リード（正極・負極端子用リード）との結合力を向上させるために、電極リードを２枚のリード部材で構成し、その一端を相互密着させ、他端を開いた構造とし、その他端で電極タブ積層体（複数の耳部の端部を重ねた部分）の上面と下面を同時に被覆して結合することが記載されている。
特許文献２には、外部リード（正極・負極端子用リード）が外装体内のヒートシール部の界面付近で破断することを防止するために、外部リードを、電極捲回体または電極積層体からなる電極群（電極体）とヒートシール部との間に位置する部分で撓んだ形状にすることが記載されている。

特許文献３には、積層型電池（電極積層体を備えた電池）において、電極タブ（正極・負極端子用リード）を介して外部から電極リード（耳部）に入力される振動を抑制するために、外装体内の電極タブの電極リードが固定されている部分よりヒートシール部側に、電極積層体の積層方向の少なくとも一方に向かって突出する凸部を、振動吸収部として設けることが記載されている。

特開２００８−２７８９２号公報特開２００１−２６６８４２号公報特開２００４−３９２７４号公報

ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子のうち、正極板と負極板とセパレータからなる電極体として電極積層体を備えたものは、前述のように、正極・負極端子用リードと正極板および負極板との間に薄い金属箔からなる耳部が存在するため、電極捲回体を備えたものと比較して、落下または振動などの衝撃に対する強度が弱い。
特許文献１の方法は、耳部の正極・負極端子用リード側の端部を補強しているだけであり、正極・負極端子用リードと正極板および負極板との間に薄い金属箔からなる耳部が存在したままである。
特許文献２の方法は、電極捲回体を備えたものに対しては有効であるかもしれないが、電極積層体を備えたものに対する効果は不十分である。

特許文献３の方法では、振動吸収用の凸部を設けることで蓄電素子が大きくなるとともに、凸部がヒートシール部の近くに存在するためヒートシール部の密閉性に影響を及ぼすことが考えられる。ヒートシール部の密閉性を高くするために加熱温度を高くすることでラミネートフィルムに過剰な熱がかかると、ラミネートフィルムを構成する金属製中間層と正極・負極端子用リードとの絶縁性能が低下することも考えられる。
この発明の課題は、外装体がラミネートフィルムからなり、電極積層体を備えた蓄電素子の耐衝撃性を、密閉性と絶縁性を確保した状態で改善することである。

上記課題を解決するためのカップ型のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子は、金属製中間層と熱溶融性樹脂層を有するラミネートフィルムが、前記熱溶融性樹脂層を最内層としてヒートシールされて形成され、厚さ方向の一方の面にカップ成形された部分を有する外装体と、前記外装体内に収納された、複数の正極板および負極板が両者の間にセパレータを配して積層されている電極積層体と、前記外装体内に収納された電解液と、一端に、前記複数の正極板から延びる各耳部の端部がまとめて固定され、他端が、前記外装体の外部にヒートシール部を介して引き出された正極端子用リードと、一端に、前記複数の負極板から延びる各耳部の端部がまとめて固定され、他端が、前記外装体の外部にヒートシール部を介して引き出された負極端子用リードと、を有し、前記正極端子用リードおよび負極端子用リードは、それぞれ、外装体内部空間において、前記外装体内のカップ底面に面接触する第１の平面部と、第１の平面部から屈曲して前記カップ底面と対向する前記外装体の内面に達する中間部と、この中間部から屈曲して前記内面に接触しながらヒートシール部に向かう第２の平面部と、を有し、第１の平面部のカップ底面に接触する面の反対面に、前記各耳部の端部がまとめて固定されていることを特徴とする。

上記課題を解決するために、この発明のパウチ型のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子は、金属製中間層と熱溶融性樹脂層を有するラミネートフィルムが、前記熱溶融性樹脂層を最内層としてヒートシールされて形成され、厚さ方向の中央部にヒートシール部が形成されている外装体と、前記外装体内に収納された、複数の正極板および負極板が両者の間にセパレータを配して積層されている電極積層体と、前記外装体内に収納された電解液と、一端に、前記複数の正極板から延びる各耳部の端部がまとめて固定され、他端が、前記外装体の外部にヒートシール部を介して引き出された正極端子用リードと、一端に、前記複数の負極板から延びる各耳部の端部がまとめて固定され、他端が、前記外装体の外部にヒートシール部を介して引き出された負極端子用リードと、を有し、前記正極端子用リードおよび負極端子用リードは、それぞれ、外装体内部空間において、前記外装体内の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な二面の一方に面接触する第１の平面部と、第１の平面部から屈曲して外装体の厚さ方向の中央部に達する中間部と、この中間部から屈曲してヒートシール部に向かう第２の平面部と、を有し、第１の平面部の前記二面の一方に接触する面の反対面に、前記各耳部の端部がまとめて固定されていることを特徴とする。

このパウチ型のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子は、前記正極端子用リードの第１の平面部は前記二面の一方に面接触し、前記負極端子用リードの第１の平面部は前記二面の他方に面接触するものであることが好ましい。
この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の前記負極端子用リードは、ニッケル、ニッケル合金、銅、ニッケルメッキされた銅、及び銅とニッケルからなるクラッド材のいずれかの金属材料により、厚さが０．０８〜０．５ｍｍの板状に形成されたものであることが好ましい。

この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の前記正極端子用リードは、アルミニウムまたはアルミニウム合金により、厚さが０．０８〜０．５ｍｍの板状に形成されたものであることが好ましい。
この発明のカップ型のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子によれば、落下や振動により衝撃が加わった際に、正極・負極端子用リードの中間部が衝撃を吸収するとともに、第１の平面部とカップ底面とが面接触していることで両者の間に摩擦力が作用するため、衝撃に伴う力が耳部に伝わりにくい。また、第２の平面部のヒートシール部の端部からの長さを長くとることで、ヒートシールを従来と変わらない方法で行うことができるため、密閉性と絶縁性が確保される。

この発明のパウチ型のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子によれば、落下や振動により衝撃が加わった際に、正極・負極端子用リードの中間部が衝撃を吸収するとともに、第１の平面部と外装体の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な二面の一方の面とが面接触していることで、両者の間に摩擦力が作用するため、衝撃に伴う力が耳部に伝わりにくい。また、第２の平面部のヒートシール部の端部からの長さを長くとることで、ヒートシールを従来と変わらない方法で行うことができるため、密閉性と絶縁性が確保される。

この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子は、耐衝撃性が高く、密閉性と絶縁性が確保されたものである。
よって、この発明の蓄電素子は、特に自動車における、内燃機関または燃料電池、モーター、及び蓄電素子を組み合せたハイブリット駆動システムの分野、ＯＡ機器、瞬時電圧降下対策、さらには瞬間電力ピークのアシスト用途などで好適に利用できる。

ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の第１実施形態を示す正面図である。第１実施形態のカップ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子を示す部分断面図である。この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の第２実施形態を示す正面図である。第２実施形態のパウチ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子を示す部分断面図である。この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の第３実施形態を示す正面図である。第３実施形態のパウチ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子を示す部分断面図である。カップ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の従来例を示す部分断面図である。カップ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の比較例を示す部分断面図である。カップ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の比較例を示す部分断面図である。カップ型ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の比較例を示す部分断面図である。

［第１実施形態］
図１の蓄電素子は、長方形のカップ型非水系リチウム型蓄電素子であり、外装体１と、電極積層体２と、電解液と、負極端子用リード３と、正極端子用リード４と、で構成されている。電極積層体２と電解液は、外装体１内に収納されている。電極積層体２は矩形カップ部１５内に配置されている。

負極端子用リード３は、一端が電極積層体２の負極板の耳部２３に接続され、他端が外装体１の外部にヒートシール部１１を介して引き出されている。正極端子用リード４は、一端が、電極積層体２の正極板の耳部２４に接続され、他端が外装体１の外部にヒートシール部１１を介して引き出されている。外装体１は、このヒートシール部１１と反対側の縁部にもヒートシール部１２を有し、両ヒートシール部１１，１２に直交する縁部にもヒートシール部１３を有する。

外装体１は、図２に示すように、ポリプロピレンフィルム（熱溶融性樹脂層）５１、アルミニウム箔（金属製中間層）５２、およびナイロンフィルム５３が積層されたラミネートフィルム５が、ポリプロピレンフィルム５１を最内層としてヒートシールされて形成されている。電極積層体２は、図２に示すように、複数の負極板２１および正極板２２が、両者の間にセパレータ２５を配して積層されたものである。

負極端子用リード３は、図２に示すように、外装体内部空間において、外装体１内のカップ底面１５ａに面接触する第１の平面部３１と、第１の平面部３１から屈曲してカップ底面１５ａと対向する外装体１の内面１６に達する中間部３２と、中間部３２から屈曲して内面１６に接触しながらヒートシール部１１に向かう第２の平面部３３を有する。第１の平面部３１とこれに連続する中間部３２の一部の内面（第１の平面部３１がカップ底面１５ａに接触する面の反対面）に、負極板２１から延びる各耳部２３の端部がまとめて、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ接続、銀ロウ接続などにより固定されている。

図２には示されないが、正極端子用リード４も負極端子用リード３と同様に、外装体内部空間において、第１の平面部、中間部、第２の平面部を有し、正極板２２から延びる各耳部２４の端部がまとめて、第１の平面部とこれに連続する中間部の一部の内面（第１の平面部がカップ底面１５ａに接触する面の反対面）に、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ接続、銀ロウ接続などにより固定されている。
この実施形態の蓄電素子によれば、落下や振動により衝撃が加わった際に、負極端子用リード３の中間部３２が衝撃を吸収するとともに、第１の平面部３１とカップ底面１５ａとが面接触していることで両者の間に摩擦力が作用し、正極端子用リード４も同様に機能するため、衝撃に伴う力が耳部２３，２４に伝わりにくい。

また、第２の平面部３３のヒートシール部１１と外装体１内部との境界点（ラインＡ上の点）を起点とした長さ（寸法ｂ）を長くとることで、ヒートシールを従来と変わらない方法（通常の温度条件）で行うことができるため、密閉性と絶縁性が確保される。
寸法ｂが短すぎると、ヒートシール部で正極・負極端子用リードとラミネートフィルムの金属製中間層とが接触しやすくなる。寸法ｂ（および正極・負極端子用リードの外装体内での全長：寸法ａ）が長すぎると同じカップ内に小さな電極積層体しか収納できなくなるために蓄電素子の体積エネルギー密度が小さくなる。寸法ｂは０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。第１の平面部３１の寸法ｃは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
さらに、衝撃に伴う力が耳部２３，２４に伝わりにくいことで、外装体１の内部における電極積層体２のガタツキを少なくできるため、落下や振動により衝撃が加わった際に電極活物質の欠落を防止することもできる。

［第２実施形態］
図３は、この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の第２実施形態を示す正面図である。
この蓄電素子は、長方形のパウチ型非水系リチウム型蓄電素子であり、外装体１と、電極積層体２と、電解液と、負極端子用リード３と、正極端子用リード４と、で構成されている。電極積層体２と電解液は、外装体１内に収納されている。

負極端子用リード３と正極端子用リード４が、互いに反対側のヒートシール部１１ａ，１１ｂに配置されている。この例では、両ヒートシール部１１ａ，１１ｂと直交する縁部のヒートシール部１４から、電解液を注入する。
負極端子用リード３は、一端が電極積層体２の負極板の耳部２３に接続され、他端が外装体１の外部にヒートシール部１１ａを介して引き出されている。正極端子用リード４は、一端が、電極積層体２の正極板の耳部２４に接続され、他端が外装体１の外部にヒートシール部１１ｂを介して引き出されている。

外装体１は、図４に示すように、ポリプロピレンフィルム（熱溶融性樹脂層）５１、アルミニウム箔（金属製中間層）５２、およびナイロンフィルム５３が積層されたラミネートフィルム５が、ポリプロピレンフィルム５１を最内層としてヒートシールされて形成されている。電極積層体２は、図４に示すように、複数の負極板２１および正極板２２が、両者の間にセパレータ２５を配して積層されたものである。

負極端子用リード３は、図４に示すように、外装体内部空間において、外装体１内の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な面１７，１８の一方の面１７に面接触する第１の平面部３１と、第１の平面部３１から屈曲して外装体１の厚さ方向の中央部に達する中間部３２と、中間部３２から屈曲してヒートシール部１１ａに向かう第２の平面部３３を有する。第１の平面部３１とこれに連続する中間部３２の一部の内面（第１の平面部３１が外装体１の面１７に接触する面の反対面）に、負極板２１から延びる各耳部２３の端部がまとめて、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ接続、銀ロウ接続などにより固定されている。

図４には示されないが、正極端子用リード４も負極端子用リード３と同様に、外装体内部空間において、外装体１内の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な内面１７，１８の一方の内面１７に面接触する第１の平面部と、第１の平面部から屈曲して外装体１の厚さ方向の中央部に達する中間部と、中間部から屈曲してヒートシール部１１ｂに向かう第２の平面部を有する。第１の平面部とこれに連続する中間部の一部の内面（第１の平面部が外装体１の面１７に接触する面の反対面）に、正極板２２から延びる各耳部２４の端部がまとめて、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ接続、銀ロウ接続などにより固定されている。

この実施形態の蓄電素子によれば、落下や振動により衝撃が加わった際に、負極端子用リード３の中間部３２が衝撃を吸収するとともに、第１の平面部３１と外装体１の内側の面１７とが面接触していることで両者の間に摩擦力が作用し、正極端子用リード４も同様に機能するため、衝撃に伴う力が耳部２３，２４に伝わりにくい。
また、第２の平面部３３のヒートシール部１１ａと外装体１内部との境界点（ラインＡ上の点）を起点とした長さ（寸法ｂ）を長くとることで、ヒートシールを従来と変わらない方法（通常の温度条件）で行うことができるため、密閉性と絶縁性が確保される。

寸法ｂが短すぎると、ヒートシール部で正極・負極端子用リードとラミネートフィルムの金属製中間層とが接触しやすくなる。寸法ｂ（および正極・負極端子用リードの外装体内での全長：寸法ａ）が長すぎると蓄電素子の体積エネルギー密度が小さくなる。寸法ｂは０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。第１の平面部３１の寸法ｃは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
さらに、衝撃に伴う力が耳部２３，２４に伝わりにくいことで、外装体１の内部における電極積層体２のガタツキを少なくできるため、落下や振動により衝撃が加わった際に電極活物質の欠落を防止することもできる。

［第３実施形態］
図５は、この発明のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子の第３実施形態を示す正面図である。
この蓄電素子は、長方形のパウチ型非水系リチウム型蓄電素子であり、外装体１と、電極積層体２と、電解液と、負極端子用リード３と、正極端子用リード４と、で構成されている。電極積層体２と電解液は、外装体１内に収納されている。
負極端子用リード３は、一端が電極積層体２の負極板の耳部２３に接続され、他端が外装体１の外部にヒートシール部１１を介して引き出されている。正極端子用リード４は、一端が、電極積層体２の正極板の耳部２４に接続され、他端が外装体１の外部にヒートシール部１１を介して引き出されている。

外装体１は、図６に示すように、ポリプロピレンフィルム（熱溶融性樹脂層）５１、アルミニウム箔（金属製中間層）５２、およびナイロンフィルム５３が積層されたラミネートフィルム５が、ポリプロピレンフィルム５１を最内層としてヒートシールされて形成されている。電極積層体２は、図６に示すように、複数の負極板２１および正極板２２が、両者の間にセパレータ２５を配して積層されたものである。

負極端子用リード３は、図６に示すように、外装体内部空間において、外装体１内の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な二面１７，１８の一方の面１７に面接触する第１の平面部３１と、第１の平面部３１から屈曲して外装体１の厚さ方向の中央部に達する中間部３２と、中間部３２から屈曲してヒートシール部１１に向かう第２の平面部３３を有する。第１の平面部３１とこれに連続する中間部３２の一部の内面（第１の平面部３１が外装体１の面１７に接触する面の反対面）に、負極板２１から延びる各耳部２３の端部がまとめて、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ接続、銀ロウ接続などにより固定されている。

正極端子用リード４は、外装体内部空間において、外装体１内の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な二面１７，１８の他方の面１８に面接触する第１の平面部４１と、第１の平面部４１から屈曲して外装体１の厚さ方向の中央部に達する中間部４２と、中間部４２から屈曲してヒートシール部１１に向かう第２の平面部４３を有する。第１の平面部４１とこれに連続する中間部４２の一部の内面（第１の平面部４１が外装体１の面１８に接触する面の反対面）に、正極板２２から延びる各耳部２４の端部がまとめて、超音波溶接、抵抗溶接、はんだ接続、銀ロウ接続などにより固定されている。

この実施形態の蓄電素子によれば、落下や振動により衝撃が加わった際に、負極端子用リード３の中間部３２が衝撃を吸収するとともに、第１の平面部３１と外装体１の内側の面１７とが面接触していることで両者の間に摩擦力が作用し、正極端子用リード４も同様に機能するため、衝撃に伴う力が耳部２３，２４に伝わりにくい。また、負極端子用リード３の第１の平面部３１が外装体１の内側の対向する二面の一方の面１７に面接触し、正極端子用リード４の第１の平面部４１が他方の面１８に面接触していることから、厚さ方向の両内面で摩擦力が得られるため、第２実施形態の蓄電素子よりも高い耐衝撃性が得られる。

また、第２の平面部３３のヒートシール部１１と外装体１内部との境界点（ラインＡ上の点）を起点とした長さ（寸法ｂ）を長くとることで、ヒートシールを従来と変わらない方法（通常の温度条件）で行うことができるため、密閉性と絶縁性が確保される。
寸法ｂが短すぎると、ヒートシール部で正極・負極端子用リードとラミネートフィルムの金属製中間層とが接触しやすくなる。寸法ｂ（および正極・負極端子用リードの外装体内での全長：寸法ａ）が長すぎると蓄電素子の体積エネルギー密度が小さくなる。寸法ｂは０．０５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下とすることが好ましく、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることがより好ましい。第１の平面部３１の寸法ｃは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
さらに、衝撃に伴う力が耳部２３，２４に伝わりにくいことで、外装体１の内部における電極積層体２のガタツキを少なくできるため、落下や振動により衝撃が加わった際に電極活物質の欠落を防止することもできる。

［No.１−１〜１−４］
図１（および図２）に示す、カップ型ラミネートフィルム外装体を有する非水系リチウム型蓄電素子を以下の方法で作製した。
＜外装部材の作製＞
厚さ８０μｍのポリプロピレンフィルム（熱溶融性樹脂層）５１、厚さ４０μｍのアルミニウム箔（金属製中間層）５２、および厚さ２５μｍのナイロンフィルム５３が積層されたラミネートフィルム５を用意した。

先ず、このラミネートフィルム５に深絞り加工を施して、収納する電極積層体２の大きさに対応させた面積でナイロンフィルム５３側を突出させることにより、縦５５ｍｍ横１００ｍｍ深さ約４ｍｍの矩形カップ部１５を形成した。次に、このラミネートフィルム５の矩形カップ部１５およびその周辺を含む第１の部分と、第１の部分に重ねる第２の部分とからなる領域を、所定の寸法で裁断した。この第１の部分と第２の部分とからなるラミネートフィルム５を、ポリプロピレンフィルム５１側を内側にして両部分の境界で折って重ねることで、外装部材が形成される。

＜正極板の作製＞
先ず、正極活物質として市販の活性炭（ＢＥＴ法による比表面積が２０９４ｍ^２／ｇ）を、導電フィラーとしてケッチェンブラックを、結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂を、溶媒としてＮ−メチルピロリドンを用意した。これらを、活性炭８１．８重量部、ケッチェンブラック８．２重量部、ポリフッ化ビニリデン樹脂１０重量部、Ｎ−メチルピロリドン２３０重量部の割合で配合して混合することにより、スラリーを調製した。
次いで、このスラリーを、厚さ３５μｍのアルミニウム箔の両面に塗布して乾燥させ、さらにプレス加工、打抜き加工を施した。このようにして、正極活物質層の形成部分が長辺９８ｍｍ、短辺４８ｍｍ、厚さ１４５μｍで、アルミニウム箔の端部に正極活物質層を形成しない部分を耳部として設けた正極板を得た。

＜負極板の作製＞
先ず、市販の活性炭（ＢＥＴ法による比表面積が１９５５ｍ^２／ｇ）と石炭系ピッチを用いて、以下の方法により、負極活物質とする、活性炭の表面に炭素質材料が被着している複合多孔性材料を作製した。また、導電フィラーとしてアセチレンブラックを、結着剤としてポリフッ化ビニリデン樹脂を、溶媒としてＮ−メチルピロリドンを用意した。

活性炭１５０ｇをステンレススチールメッシュ製の籠に入れ、石炭系ピッチ３００ｇをステンレススチール製バットに入れた。このバットの上に前述の籠を置き、このバットを電気炉（炉内有効寸法３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）内に入れて、熱処理を行った。具体的には、窒素雰囲気下で、６７０℃まで４時間で昇温し、同温度で４時間保持し、続いて自然冷却により６０℃まで冷却した後、バットを炉から取り出した。このようにして得られた複合多孔性材料のＢＥＴ比表面積は２５５ｍ^２／ｇであった。

これらを、複合多孔性材料８３．４重量部、アセチレンブラック８．３重量部、ポリフッ化ビニリデン樹脂８．３重量部、Ｎ−メチルピロリドン３００重量部の割合で配合して混合することにより、スラリーを調製した。次いで、このスラリーを、厚さ４０μｍの銅箔の両面に塗布して乾燥させ、さらにプレス加工、打抜き加工を施した。このようにして、負極活物質層の形成部分が長辺９８ｍｍ、短辺４８ｍｍ、厚さ１８０μｍで、銅箔の端部に負極活物質層を形成しない部分を耳部として設けた負極板を得た。

＜非水電解液＞
エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートを１：２の体積比で混合した混合溶媒に、六フッ化燐酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１．０モル／Ｌの濃度で溶解させることで、非水電解液を調製した。
＜リード付電極積層体の作製＞
得られた正極板と負極板の間にセパレータ（長辺１００ｍｍ、短辺５０ｍｍ）としてポリエチレン製微多孔膜を配置して、正極板１０枚、負極板９枚を正／負／正・・・正／負／正の順序で積層することによって、正極活物質層／セパレータ／負極活物質層という対向電極を１８組有する電極積層体を得た。また、厚さ０．２ｍｍで短冊状のアルミニウム板を正極端子用リードとして、厚さ０．２ｍｍで短冊状のニッケル板を負極端子用リードとして、それぞれ用意した。

次いで、得られた電極積層体の各正極板の耳部１０枚を重ねて、正極端子用リードの長さ方向一端に超音波溶接により固定した。また、各負極板の耳部９枚を重ねて、負極端子用リードの長さ方向一端に超音波溶接により固定した。正極と負極で、各端子用リードに対する各耳部の固定面は厚さ方向で同じ側の面とした。このようにして得られたリード付電極積層体のリード部を除いた外形寸法は、縦５０ｍｍ横１００ｍｍ厚さ４．１ｍｍであった。

得られたリード付電極積層体の正極端子用リードおよび負極端子用リードに対してフォーミング加工を行うことにより、耳部が固定されている端部を図２に示す形状とした。すなわち、負極端子用リード３については、耳部２３が固定されている端部に第１の平面部３１と中間部３２を形成した。図２では負極端子用リード３のみを示しているが、正極端子用リード４も同じ形状にした。

＜蓄電素子の組み立て＞
リードがフォーミング加工されたリード付電極積層体を、ラミネートフィルムの第１の部分の矩形カップ部１５内に入れ、負極端子用リード３の他端と正極端子用リード４の他端を、ラミネートフィルムの第１の部分のヒートシール部１１より外側に配置した。次いで、ラミネートフィルムを折り曲げることにより、第１の部分の上に第２の部分を重ねた。

これにより、外装部材内の矩形カップ部１５内に電極積層体２が収納され、負極端子用リード３及び正極端子用リード４の一端が外装部材の内部に配置され、他端が外装部材の外側に配置され、境界部の両面がラミネートフィルム５で覆われた状態とした。この状態で、リード３，４を外部に延ばす部分（ヒートシール部）１１と、折り返し線と平行な反対側の部分（ヒートシール部）１３をヒートシールした。ヒートシールの条件は、加熱温度１９５℃、加熱時間２０秒、シール幅１０ｍｍ、圧力０．５ＭＰａである。これにより、外装部材の周縁部が、ヒートシール部１２を除いてヒートシールされて、ヒートシール部１２が開口部となっている外装体１が形成された。

次いで、前述の非水電解液をヒートシール部１２から注入した後に、ヒートシール部１２をヒートシールした。これにより、図１および２に示す構造の非水系リチウム型蓄電素子を完成させた。
サンプルNo.１−１では、この蓄電素子として、図２に示す第１実施形態の構造を有し、寸法ａ，ｂ，ｃが、それぞれａ＝４．０ｍｍ、ｂ＝３．０ｍｍ、ｃ＝１，０ｍｍで、中間部３２の高さｄが４ｍｍであるものを作製した。

サンプルNo.１−２では、この蓄電素子として、図２に示す第１実施形態の構造を有し、寸法ａ，ｂ，ｃが、それぞれａ＝４．０ｍｍ、ｂ＝０．１０ｍｍ、ｃ＝２．０ｍｍで、中間部３２の高さｄが４ｍｍであるものを作製した。
サンプルNo.１−３では、この蓄電素子として、図２に示す第１実施形態の構造を有し、寸法ａ，ｂ，ｃが、それぞれａ＝４．０ｍｍ、ｂ＝０．０５ｍｍ、ｃ＝２．０ｍｍで、中間部３２の高さｄが４．０ｍｍであるものを作製した。
サンプルNo.１−４では、この蓄電素子として、図２に示す第１実施形態の構造を有し、寸法ａ，ｂ，ｃが、それぞれａ＝６．０ｍｍ、ｂ＝３．０ｍｍ、ｃ＝２，５ｍｍで、中間部３２の高さｄが４．０ｍｍであるものを作製した。

［No.１−５］
No.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法でリード付電極積層体を作製した後、得られたリード付電極積層体の正極端子用リードおよび負極端子用リードに対してフォーミング加工を行わなかった。これを用いた以外はNo.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法で蓄電素子を組み立てることで、正面図が図１に相当し、部分断面図が図７に相当する、カップ型ラミネートフィルム外装体を有する非水系リチウム型蓄電素子を作製した。
このサンプルは、カップ型ラミネートフィルム外装体を有する非水系リチウム型蓄電素子の従来例に相当する。寸法ａは５．０ｍｍとした。

［No.１−６］
No.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法でリード付電極積層体を作製した後、得られたリード付電極積層体の正極端子用リードおよび負極端子用リードに対してフォーミング加工を行うことにより、両リードの耳部側の端部を図８に示す形状にした。これを用いた以外はNo.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法で蓄電素子を組み立てることで、正面図が図１に相当し、部分断面図が図８に相当する、カップ型ラミネートフィルム外装体を有する非水系リチウム型蓄電素子を作製した。

このサンプルは、特許文献２の方法を適用した例に相当し、負極端子用リード３の耳部２３側の端部に、外装体１の内面１６（カップ底面１５ａと対向する面）からカップ底面１５ａに向けてＶ字状に突出する撓み部３４が形成されている。寸法ａを５．０ｍｍとし、撓み部３４の高さｅを２．０ｍｍとした。正極端子用リード４にも同様の撓み部が形成されている。

［No.１−７］
No.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法でリード付電極積層体を作製した後、得られたリード付電極積層体の正極端子用リードおよび負極端子用リードに対してフォーミング加工を行うことにより、両リードの耳部側の端部を図９に示す形状にした。これを用いた以外はNo.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法で蓄電素子を組み立てることで、正面図が図１に相当し、部分断面図が図９に相当する、カップ型ラミネートフィルム外装体を有する非水系リチウム型蓄電素子を作製した。

このサンプルの両リードの耳部側の端部は、図２に示した寸法ｂが０で（すなわち、第２の平面部３３がなく）、第１の平面部３１よりヒートシール部１１側に、傾斜部３５が形成されている。この傾斜部３５は、第１の平面部３１から外装体１の内面１６（カップ底面１５ａと対向する面）側に屈曲して、ヒートシール部１１と外装体１内部との境界点（ラインＡ上の点）まで斜めに延びている。寸法ａは４．０ｍｍ、寸法ｃは０．８０ｍｍとした。

［No.１−８］
No.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法でリード付電極積層体を作製した後、得られたリード付電極積層体の正極端子用リードおよび負極端子用リードに対してフォーミング加工を行うことにより、両リードの耳部側の端部を図１０に示す形状にした。これを用いた以外はNo.１−１〜１−４の蓄電素子と同じ方法で蓄電素子を組み立てることで、正面図が図１に相当し、部分断面図が図１０に相当する、カップ型ラミネートフィルム外装体を有する非水系リチウム型蓄電素子を作製した。

このサンプルの両リードの耳部側の端部は、図２に示した寸法ｂが０で（すなわち、第２の平面部３３がなく）、第１の平面部３１よりヒートシール部１１側に、傾斜部３５が形成されている。この傾斜部３５は、第１の平面部３１から外装体１の内面１６（カップ底面１５ａと対向する面）側に屈曲して、ヒートシール部１１の内部（ラインＡ上の点より外側）まで斜めに延びている。寸法ａと寸法ｃはNo.１−７と同じであり、傾斜部３５の第２の屈曲点（第１の平面部３１の反対側の屈曲点）とラインＡ上の点との距離ｆは０．０５ｍｍである。

［性能試験］
先ず、これらのサンプルNo.１−１〜１−８の蓄電素子を２０個ずつ用意し、ラミネートフィルム５のアルミニウム箔５２の部分と負極端子用リード３および正極端子用リード４との間のインピーダンスを測定することで、短絡試験を行った。その結果を下記の表１に示す。表１では、各２０個のうち短絡が生じたものの個数を示している。

また、サンプルNo.１−１〜１−６の蓄電素子を２０個ずつ用意し、２５℃の環境下で４Ｖまで充電させた後、これらの蓄電素子を1個ずつ樹脂製の簡易パック内に入れた。これらパックを１．２ｍの高さからコンクリート上に落下させる垂直落下試験を行った。
サンプルNo.１−１〜１−６の蓄電素子は、図１に示すように、平面形状が長方形の外装体１のヒートシール部１１から、負極端子用リード３および正極端子用リード４が突出している形状である。その長方形の四辺のうちの一辺に沿った端面を下側に向けて垂直落下試験を１２回繰り返し行い、これを、下側に向ける端面を他の三辺に沿った端面に変えて繰り返すことで、合計４８回の垂直落下試験を行った。
垂直落下試験の後、各蓄電素子の電圧（Ｖ）を測定し、電圧が測定できた素子のインピーダンスを測定して、試験前後のインピーダンスの変化量（δＺ）を算出した。

その結果、No.１−１〜１−４の蓄電素子は、各２０個すべての蓄電素子で電圧測定が可能であり、インピーダンスが５％以上上昇したものはなかった。これに対して、No.１−５の蓄電素子は、電圧測定ができた蓄電素子が６個、できなかった蓄電素子が１４個であり、電圧測定ができた蓄電素子６個のうち、インピーダンスが５％以上上昇した蓄電素子が２個、インピーダンスの上昇が５％未満の蓄電素子が４個であった。
また、No.１−６の蓄電素子は、電圧が測定できた蓄電素子が１９個、できなかった蓄電素子が１個であり、電圧が測定できた蓄電素子１９個のうち、インピーダンスが５％以上上昇した蓄電素子が６個、インピーダンスの上昇が５％未満の蓄電素子が１３個であった。これらの結果も下記の表１に示す。

表１に示すように、この発明の実施例に相当するNo.１−１〜１−４の蓄電素子は、寸法ｂが０．０５ｍｍと短いNo.１−３を除いて、各２０個全てで正極負極ともに短絡が生じなかったが、No.１−３の蓄電素子は２個の蓄電素子の負極に短絡が生じた。また、上述のように、No.１−１〜１−４の蓄電素子についての落下試験の結果は良好であった。
カップ型非水系リチウム型蓄電素子の従来例であるNo.１−５の蓄電素子は、短絡試験の結果は良好であったが、落下試験の結果は不良であり、耐衝撃性が不十分であった。特許文献２の方法を適用したNo.１−６の蓄電素子は、短絡試験の結果は良好であったが、落下試験の結果はNo.１−１〜１−４の蓄電素子よりも劣り、耐衝撃性が不十分であった。

No.１−７の蓄電素子は、第２の平面部を有さず、傾斜部３５の第２の屈曲点がラインＡ上にあるため、半分以上の蓄電素子に、アルミニウム箔５２と正極・負極端子用リードとの短絡が生じた。
No.１−８の蓄電素子は、第２の平面部を有さず、傾斜部３５の第２の屈曲点がヒートシール部１１内にあるため、全ての蓄電素子にアルミニウム箔５２と負極端子用リードとの短絡が生じ、２０個中１８個の蓄電素子にアルミニウム箔５２と正極端子用リードとの短絡が生じた。
以上の結果から、No.１−１〜１−４の蓄電素子は、No.１−５〜１−８の蓄電素子と比較して、耐衝撃性と絶縁性の両立という点で優れていることが分かる。

１外装体
１１正極端子用リードおよび負極端子用リードのヒートシール部
１１ａ負極端子用リードのヒートシール部
１１ｂ正極端子用リードのヒートシール部
１２ヒートシール部
１３ヒートシール部
１４ヒートシール部
１５矩形カップ部
１５ａカップ底面
１６カップ底面と対向する内面
１７外装体の内面（厚さ方向で対向する二面の一方の面）
１８外装体の内面（厚さ方向で対向する二面の他方の面）
２電極積層体
２１負極板
２２正極板
２３負極の耳部
２４正極の耳部
２５セパレータ
３負極端子用リード
３１負極端子用リードの第１の平面部
３２負極端子用リードの中間部
３３負極端子用リードの第２の平面部
３４負極端子用リードの撓み部
３５負極端子用リードの傾斜部
４正極端子用リード
４１正極端子用リードの第１の平面部
４２正極端子用リードの中間部
４３正極端子用リードの第２の平面部
５ラミネートフィルム
５１ポリプロピレンフィルム（熱溶融性樹脂層）
５２アルミニウム箔（金属製中間層）
５３ナイロンフィルム

Claims

金属製中間層と熱溶融性樹脂層を有するラミネートフィルムが、前記熱溶融性樹脂層を最内層としてヒートシールされて形成され、厚さ方向の中央部にヒートシール部が形成されている外装体と、
前記外装体内に収納された、複数の正極板および負極板が両者の間にセパレータを配して積層されている電極積層体と、
前記外装体内に収納された電解液と、
一端に、前記複数の正極板から延びる各耳部の端部がまとめて固定され、他端が、前記外装体の外部にヒートシール部を介して引き出された正極端子用リードと、
一端に、前記複数の負極板から延びる各耳部の端部がまとめて固定され、他端が、前記外装体の外部にヒートシール部を介して引き出された負極端子用リードと、を有し、
前記正極端子用リードおよび負極端子用リードは、それぞれ、外装体内部空間において、前記外装体内の厚さ方向で対向する平行な又はほぼ平行な二面の一方に面接触する第１の平面部と、第１の平面部から屈曲して外装体の厚さ方向の中央部に達する中間部と、この中間部から屈曲してヒートシール部に向かう第２の平面部と、を有し、第１の平面部の前記二面の一方に接触する面の反対面に、前記各耳部の端部がまとめて固定されていることを特徴とする、ラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子。
前記正極端子用リードの第１の平面部は前記二面の一方に面接触し、前記負極端子用リードの第１の平面部は前記二面の他方に面接触する、請求項１記載のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子。
前記負極端子用リードは、ニッケル、ニッケル合金、銅、ニッケルメッキされた銅、及び銅とニッケルからなるクラッド材のいずれかの金属材料により、厚さが０．０８〜０．５ｍｍの板状に形成されたものである、請求項１または２に記載のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子。
前記正極端子用リードは、アルミニウムまたはアルミニウム合金により、厚さが０．０８〜０．５ｍｍの板状に形成されたものである、請求項１〜３のいずれか１項に記載のラミネートフィルム外装体を有する蓄電素子。