JPH01112652A - プラスチック電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、少なくとも正極に高分子材料を用いたプラス
チック電池に関し、詳細には、電極および電解液を収容
する電槽の構造に関する。

この発明に関するプラスチック電池は、自動車、電化製
品等の電池を必要とする製品においてそのケース等に適
用するための薄型化が可能な電池として利用される。

〔従来の技術〕

従来、電極として導電性高分子材料を用いたプラスチッ
ク電池が知られている。このプラスチック電池は鉛電池
に比較して開路電圧が大きく、しかも軽量であるため出
力密度が大きいという優れた利点を有する。

高分子材料からなる電極は、正極および負極の両極に用
いられる場合と、負極をリチウムとして正極にのみ用い
られる場合とがある。後者は、約３．７ｖと高い開路電
圧を発生する。

これらのプラスチック電池は、出力密度の高さから、軽
量化を必要とされる自動車、電化製品等への適用が検討
されている。

そして、電槽は、従来の鉛バッテリーと同様の樹脂製の
箱型電槽が用いられている。この箱型電槽は、ＡＳ樹脂
、ポリプロピレン等を薄肉に成形して作られる。（例え
ば、「電池ハンドブック」；電気書院発行、３−１６〜
３−１８を参照）。

なお、本出願人は、ポリプロピレン等の樹脂から構成し
た箱型電槽に正極としてポリピロールを用い、負極とし
てリチウムを用いたプラスチック電池を既に提案済であ
る（特開昭６２−２６７７０号）。

ところが、このプラスチック電池においては、電槽の隙
間から水分、空気等が侵入して、電極、特に負極のリチ
ウムが徐々に劣化してしまう問題があった。これに対し
、本出願人は、軽金属外層と樹脂内層からなる積層型電
槽を備えたプラスチック電池を既に提案済である（特願
昭６２−１１９９８号；未公知）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このプラスチック電池は、可撓性を有する薄い外層と内
層からなる電槽を備えているため、従来の箱型電槽の電
池に比べて曲げ等の力が加わっても、柔軟に変形して破
損等が生じにくい利点がある。

しかしながら、折り曲げ力が働くと、電槽内の極板が押
圧された高密度化され、極板の内部抵抗が増加するため
、電池性能が低下する。また、正極に付着しているポリ
ピロールが脱落することにより、電池容量が低下する。

そして、さらに極端な曲げ力が働くと、電槽に亀裂が入
り、電解液が漏洩し、周辺機器を汚損する恐れがあり、
これらの問題の解決が望まれていた。

したがって、本発明の目的は、電極等の劣化防止を図っ
た積層型電槽を備えたプラスチック電池であって、曲げ
力による悪影響を受けにくいプラスチック電池を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、軽金属外層と樹脂内層からなる積層
型電槽を備えたプラスチック電池であって、電槽内が内
層樹脂の溶着部で区切られた複数の単位電槽を備えてな
るプラスチック電池を特徴とする。

具体的には、本発明は次の構成からなる。

なお、参考までに第１図における符号を付しである。

本発明のプラスチック電池は、少なくとも正極に導電性
高分子材料を用い、電解液に接触するように正極および
負極を所定間隔で配設した単位電槽（１０ａ、ｂ、ｃ、
ｄ）を、複数組み内部に並列もしくは直列に接続した電
槽（１０）を有するものである。

この電槽（１０）は、軽金属の薄板からなる外層と電解
液の腐食を受けない樹脂の内層からなる。

単位電槽（１０ａ、ｂ、ｃ、ｄ）間は内層の樹脂の溶着
部（４２，４４）が設けられる。そして、組みとなった
正極および負極の間の接続端子（４６）は単位電槽（１
０ａ、ｂ、ｃ、ｄ）間の溶着部（４４）を跨ぐように設
けられる。正極および負極から外部への端子は外周部の
溶着部（４２）を跨ぐように設けられる。

本発明の上記構成において、外層の軽金属は、アルミニ
ウムシート等を用いることができる。また、内層の樹脂
は、電解液に対する耐蝕性を有するものであればよく、
例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレン
テレフタレート、塩化ビニリデン等を用いることができ
る。また、外層の軽金属の表面に塩化ビニリデンのよう
に酸素、水分の透過性が低い樹脂保護膜を設けてもよい
。

また、正極の導電性高分子材料は、ポリピロール、ポリ
チェニレン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリチオ
フェン等を挙げることができ、これらの導電性高分子材
料は、別途集電体の表面に電解重合、気相重合（たとえ
ばポリアセチレン）等によって形成される。

そして、この集電体としては、導電性で電解液と反応す
ることのない材料であればよく、例えばアルミニウム板
等の金属材料をシート状に加工したもの、カーボン繊維
によって繊維間に間隔を有するようにシート状に加工し
たもの等を挙げることができる。なお、カーボン繊維は
導電性を有するために、特に他の厚電性材料を被覆する
必要はないが、より導電性を向上させるために他の導電
性材料を被覆したものを用いてもよい、その際の導電性
材料としては、金、銀、銅等の金属材料の他、Ｉ　ｎｚ
　Ｏａ５−３ｎｏの固溶体等を用いることができる。そ
して、導電性材料は真空蒸着法、イオンブレーティング
、スパッタリング等の適宜手段によってカーボン繊維の
表面に形成することができる。

また、負極のリチウムは、たとえば、Ａ１板の表面にリ
チウム薄膜を電解により析出させたものを用いることが
できる。また、Ａｌ板の表面にリチウムの薄板を接合し
てもよい。

また、非水電解液における電解質は、ホウフッ化リチウ
ム（ＬｉＢＦ４）、過塩素酸リチウム（Ｌｉ　Ｃｊ２０
４）、Ｒａ　Ｎ　ＣＩ　Ｏａ　　（Ｒ：アルキル基、以
下同じ）　、Ｒ４ＮＢＦａ　、Ｒ４ＮＰＦａ等を用いる
ことができる。これらの中で、゛ホウフッ化リチウムと
過塩素酸リチウムは、負極をリチウムとした場合に用い
られる。

〔作用〕

本発明のプラスチック電池は、軽金属外層と樹脂内層か
らなり、電槽内が内層樹脂の溶着部で区切られた複数の
単位電槽を備えているので、外部の水分、酸素は、外層
および溶着部分に妨げられて電槽内部に侵入することが
なく、また、電槽に曲げ力が働いた場合、単位電槽間の
溶着部を基点として単位電槽が折れ曲がるので、単位電
槽自体に曲げ力による悪影響が表れにくい。

〔実施例〕

次に、図面に基づき、本発明の実施例にかかるプラスチ
ック電池を説明する。

（第１実施例） 本実施例は、袋状の積層型電槽への適用例であり、複数
の単位電槽を並列に接続したものである。

第１図ないし第１０図は、第１実施例を説明するための
図面である。

第１図は、袋状の積層型単位電槽を備えたプラスチック
電池の一部を破断した斜視図、第２図は、第１図におけ
るｎ−ｎ線矢視断面図、第３図は、第１図におけるｍ−
ｍ線矢視断面図、第４図は、第１図における■矢視図、
第５図は、電槽の一側に負極を配置した状態を示す斜視
図、第６図は、第５図に示す負極の上にセパレータを介
して正極を配置した状態を示す斜視図、第７図は、第６
図に示す正極の上にセパレータを介して負極を配置した
状態を示す斜視図、第８図は、電槽に曲げ力が加わった
状態を示す模式図、第９図は、単位電槽間の接続状態を
示す模式図、そして、第１θ図は、充放電特性を示すグ
ラフである。

説明を簡単にするために、４つの単位電槽を四方に配置
した例を採り上げる。

第１図に示すように、本実施例におけるプラスチック電
池は、その電槽１０が４つの単位電槽ＩＱａ、ｂ、ｃ、
ｄから構成される。単位電槽１０ａ、ｂ、ｃ、ｄの内、
代表して単位電槽１０ａで説明するが、他の電槽も、外
部端子が設けられいることを除いて略同じ構造である。

単位電槽１０ａは、外層のアルミニウムシート１２と内
層の塩化ビニリデンシート１４を積層してなる。アルミ
ニウムシート１２の外表面には、さらに、ポリエチレン
シート１６が保護膜として設けられている。アルミニウ
ムシート１２および塩化ビニリデンシート１４は、０．
１　ｖｍの厚さをそれぞれ有しており、それらの間は、
接着剤により接着されたラミネート構造とされている。

シート１６は、厚さ０．０５ｍとされている。

単位電槽１０ａの内部には、電解液１８が封入されてい
る。電解液Ｉ８は、０．５Ｍ（モル／Ｉりの（Ｌ　ｉ　
Ｂ　Ｆ４　）を炭酸プロピレンに溶解させたものを用い
る。このホウフッ化リチウムは、０．５〜１．０　Ｍの
範囲で添加される。

この電解液１８中には、中央に導電性高分子からなる正
極２０を配置し、セパレータ２２ａ、ｂを介してリチウ
ムからなる負極２４ａＳｂが配置される。なお、分かり
易くするために第１図において正極２０、セパレータ２
２ａ、ｂ、負極２４ａ、ｂの間を離間させて描いである
が、実際は、密着しているものである。正極２０は、厚
さ０．２鶴の可撓性を有するカーボングラファイトペー
パーからなる集電体２６上に正極活物質のポリピロ−ル
２８を析出させたものである。負極２４ａ、ｂは、厚さ
０．１鶴のアルミニウム板３ＱａＳｂ上に負極活物質の
リチウムの薄板３２ａＳｂを接合したものである。この
薄板３２ａＳｂは、アルミニウム板３Ｑａ、ｂの端子部
分を除いて重ねられ、その上からチタン製のメツシュ板
を載せて加圧することにより、仮接合を行う。アルミニ
ウム板３ＱａＳｂと薄板３２ａ、ｂは、その後、電池の
充放電によって拡散接合される。また、セパレータ２２
ａ、ｂは、濾紙からなる。

正極２０の端子３４は、ステンレス製であり、第２図に
示すように、金（Ａｕ）粉末を含む導電性接着剤３６に
より集電体２６に接合した後、その周辺をエポキシ樹脂
３８で被覆しである。なお、導電性接着剤３６は、金の
他に白金、カーボンレジン等を用いてもよい。

負極２４ａ、ｂの端子４Ｑａ、ｂは、第３図に示すよう
に、アルミニウム板３Ｑａ、ｂと一体成形されており、
端子４Ｑａ、ｂが重ね合わせられ、中央部においてスポ
ット溶接により接合されている（ナゲツトを矢印Ａで示
す）。

また、正極２０の端子３４および負極２４ａ１ｂの端子
４Ｑａ、、ｂは、第４図に示すように、塩化ビニリデン
シー）１４の周縁部１４ａＳｂにおいて溶着によりシー
ルされている。溶着は、外側より溶着部を加圧および加
熱することにより、行われる。具体的には、市販のポー
タプル真空パック器を用いた。

また、電槽ｌＧの周縁部において塩化ビニリデンシート
１４は、すべて溶着部４２が形成されるとともに、単位
電槽ｉｏａ、ｂ、Ｃ，ｄとの境界部もすべて溶着部４４
が形成されている。なお、境界部は、たとえば、第１図
において一部破断された部分に示すように、単位電槽１
０ｂと１０ｃとの間を跨ぐように互いの正極同士および
負極同士をそれぞれ接続する接続端子４６．４８が設け
られている。接続端子は、単位電槽１０ａと１０ｂ問お
よび単位電槽１０ｃと１０ａ間にも設けられている。

次に、このプラスチック電池の製造方法について、第５
図ないし第７図に基づき説明する。

第５図に示すように、アルミニウムシート１２、塩化ビ
ニリデンシート１４等が積層されたラミネートシート５
０に後に溶着される部分４２ａ、４４ａ（図において斜
線部分で示す）、端子４０ａおよび接続端子４８ａを残
して形成された負極２４ａを配置する。負極２４ａは、
端子４０ａおよび接続端子４８ａを除いてリチウムの薄
板が圧着されている。次に、第６図に示すように、負極
２４ａの上にセパレータ２２ａを載せ、さらに端子３４
および接続端子４６が取り付けられた正極２０を載せる
。そして、第７図に示すように、正極２０の上にセパレ
ータ２２ｂを載せ、さらに負極２４ｂを載せる。最後に
、上からラミネートシートのもう一方を被せて、溶着部
４２ａ、４４ａを加圧かつ加熱して熱溶着を行うことに
より、正極端子３４、負極端子４Ｑａ、ｂ、接続端子４
８ａ、ｂ、４６がそれぞれシールされ、プラスチック電
池が完成する。

説明を簡単記するため、４つの単位電槽を備えたプラス
チック電池について、その製造方法を述べたが、４８個
の単位電槽を備えたプラスチック電池を製造し、その性
能を評価したので、その結果について説明する。なお、
本発明の実施例と併せて略同じ電極面積を有する単一電
槽からなるプラスチック電池を製造し、比較例とした。

４８個の単位電槽を備えた本実施例のプラスチック電池
は、６０Ｘ５０１１ｍの大きさの電極を縦８セツト、横
６セツトの計４８セット配置し、並列に接続をして、外
形寸法を５００Ｘ３２０ｍｍの大きさとした。この電極
の接続は、第９図において破線で示すように各々の正極
および負極をそれぞれ接続した。なお、比較例のプラス
チック電池は、電極が１セツトのみで、寸法が４８０　
Ｘ　３００　龍で外径寸法を５００Ｘ３２０ｍの大きさ
とした。

実施例および比較例とも、電池電圧は、３．９■、電池
容量は、約５ＡＨであった。

電池性能は、電槽間もしくは単位電槽間の折り曲げ試験
で評価した。

第８図（ａ）、（ｂ）に示すように、電槽間もしくは単
位電槽間を曲げ角度θ１、θ２が３０″となるように保
持した状態で充放電させてその特性を調べた。なお、曲
げていない状態（θ１、θ２がそれぞれ１８０＠）の充
放電特性も調べた。第１０図から分かるように、本実施
例の単位電槽を備えたものは、曲げた状態と曲げていな
い状態で特性が変化していない。これに対して、比較例
のものは、曲げた状態（θ１＝３０’）で、充放電開始
時の過電圧が増加し、容量もｌＯ％程度低下しているこ
とが分る。これは、比較例のプラスチック電池において
、曲げ部分（第８図（ａ）においてＢで示す）の電極間
が圧縮され、電極の内部抵抗が高まったことによると考
えられる。

次に、第８図で示すように、３０″の曲げ状態と１８０
’の状態とで繰り返し曲げテストを行った。

比較例のもは、約２００回で内袋、外袋とも亀裂が入り
、電解液が漏洩したのに対して、実施例のものは、約１
２００回で初めて正極間の接続端子が折れ、電解液が漏
洩した。

したがって、単位電槽を備えた実施例のプラスチック電
池が、単一電槽からなる比較例に比べて、折り曲げ力を
受ける条件においては、電池性能を保持し、優れた耐久
性を有することが分る。

また、本実施例のプラスチック電池は、比較例のものに
対して可撓性を有するため、本戦場所の選択範囲が広が
り、例えば、エンジンフード内でもボデーの曲面部分に
沿わせて配置することができる。他にもボデーのルーフ
内部や、キャビン下部等へも埋め込むことができる。

また、自動車用のバッテリーとしてだけでなく、ＴＶ等
の電化製品のケースにも適用することができ、その場合
にはバッテリースペースの大幅な節約が可能となる。

（第２実施例） 本実施例は、同じく袋状の積層型電槽への適用例であり
、複数の単位電槽を直列に接続したものである。

各種材料等は、第１実施例と同じであり、接続端子と外
部端子の接続関係のみが異なるので、その点を第１１図
ないし第１４図に基づき説明する。

第１１図は、両側のラミネート構造の３層シートを取り
除いた状態を示す図、第１２図は、第１１図におけるｘ
■−ｘ■線矢視断面図、第１３図は、第１１図における
ｘｍ−ｘｍ線矢視断面図、そして、第１４図は、第１１
図におけるＸＴＶ−Ｘ■線矢視断面図である。

なお、図面上の符号は、第１実施例と対応させた１００
番台の数字で表しである。

第１１図に示すように、負極１２４ｂｌ〜１２４ｂ４が
配置されている。これらの内、負極１２４ｂｌは、外部
端子である端子１４０ｂと接続端子である端子１４８ｂ
Ｌがそれぞれ１つ設けられている。負極１２４ｂ２は、
接続端子である端子１４８ｂ２が２つ設けられている。

負極１２４ｂ３も、接続端子である端子１４８ｂ３が２
つ設けられている。負極１２４ｂ４は、接続端子である
端子１４８ｂ４が１つ設けられている。

そして、これらの負極１２４ｂｌ〜１２４ｂ４の接続端
子は、すべて接続端子が臨む側の正極に接合されている
。接合は、もう１つの負極の接続端子とで正極を挟んだ
状態で行われている。

−例を第１２図に示すが、負極１２４ｂｌの端子１４８
ｂｌは、もう一方の負極の端子１４８ａ１とで正極１２
０を挟持した状態で接合されている。その上には、それ
ぞれセパレータ１３２ａ。

ｂを介して負極１２４ａ２．１２４ｂ２が積層されてい
る。他の接続端子も同様に接続されているものである。

負極１２４ｂｌの外部端子は、第１３図に示すように、
端子１４０ａ、ｂが接合されて構成されている。

正極側の外部端子は、第１４図に示すように、正極１２
０に端子１３４が接合されており、セパレータ１３２ａ
、ｂを介して負極１２４ａｌ、１２４ｂ１が積層されて
いる。

本第２実施例では、上述のようにして４つの単位電槽を
直列に接続して電槽を構成した。単位電槽の数が増えて
も、負極の形状を変えることにより、直列に接続するこ
とが可能であ″る。なお、本第２実施例では、負極と一
体的に接続端子を設けたが、別体に接続端子を設けても
よい。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明は、この実施例に限定されるものではな（、特許請求
の範囲に記載の範囲内で種々の実施態様が包含されるも
のである。

〔効果〕

本発明のプラスチック電池によれば、水分、空気等の侵
入防止されるので、電極の劣化防止が図られる。また、
電槽が溶着部で単位電槽に区切られているため、電槽の
破損や電池性能の低下等の曲げ力による悪影響を受けに
くい。

また、樹脂の一部に代えて軽金属を用いているので、電
槽を薄型にすることができる。

また、電槽内に複数の単位電槽を配設するので、複数の
電池を設けたと同じことになり、並列にしたときは電池
の容量を向上することができ、直列にしたときは電池の
電位差を大きくすることができる。

また、袋状電槽が周囲の形状に応じて変形するので、配
置場所に柔軟性を持たせることができる。

また、電槽が偏平形状にすることができるので、薄型化
が図られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１０図は、本発明にかかるプラスチック
電池の第１実施例を説明するための図面であり、 第１図は、袋状の積層型単位電槽を備えたプラスチック
電池の一部を破断した斜視図、第２図は、第１図におけ
る■−■線矢視断面図、第３図は、第１図におけるｍ−
ｍ線矢視断面図、第４図は、第１図における■矢視図、 第５図は、電槽の一例に負極を配置した状態を示す斜視
図、 第６図は、第５図に示す負極の上にセパレータを介して
正極を配置した状態を示す斜視図、第７図は、第６図に
示す正極の上にセパレータを介して負極を配置した状態
を示す斜視図、第８図は、電槽に曲げ力が加わった状態
を示す模式図、 第９図は、単位電槽間の接続状態を示す模式図、そして
、第１０図は、充放電特性を示すグラフである。 第１１図ないし第１４図は、本発明にかかるプラスチッ
ク電池の第２実施例を説明するための図面であり、 第１１図は、両側のラミネート構造の３層シートを取り
除いた状態を示す図、 第１２図は、第１１図におけるｘｉ−ｘｉ線矢視断面図
、 第１３図は、第１１図におけるｘｍ−ｘｍ線矢視断面図
、 そして、第１４図は、第１１図におけるＸｒＶ−ＸＩＶ
線矢視断面図である。 １０・−一−−−−電槽 １０　ａ　％　ｂ　、ｃ　、　ｄ−−−−−−一単位電
槽４２−・−・溶着部 ４４−・−・−溶着部 ４６−・・・−・−接続端子 第１因 ４４蕩羞部 第２図 第４図 第５図 第６図 第８図 （ａ）（１）） 第９図 第１０図 時間（ＨＲ） 第１１図 第１２図 １４８ａｌ　　　　　　　１２４６ど

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　少なくとも正極に導電性高分子材料を用い、電解液に
   接触するように正極および負極を所定間隔で配設した単
   位電槽を、複数組み内部に並列もしくは直列に接続した
   電槽を有するプラスチック電池であって、 軽金属の薄板からなる外層と電解液の腐食を受けない樹
   脂の内層からなる電槽を構成するとともに、単位電槽間
   は内層の樹脂の溶着部が設けられ、組みとなった正極お
   よび負極の間の接続端子は単位電槽間の溶着部を跨ぐよ
   うに設けられ、正極および負極から外部への外部端子は
   外周部の溶着部を跨ぐように設けられることを特徴とす
   るプラスチック電池。