JPH0221557A - 薄型電池 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は薄型電池、特に、シート型二次電池に関する。

［従来の技術］ 近年、導電性高分子材料としてポリアセチレン、ポリピ
ロール、ポリアニリン等の導電性高分子材料を用いた高
エネルギー密度二次電池の開発が行われている。特に上
記高分子材料は可撓性のあるシート型電極に加工するこ
とができるので、シート型またはカード型電池の電極と
して注目されているが、このような部材を用いるには、
実装方法の開発、あるいは電池の信頼性の点から困難な
点が多く、特に、発電要素の固定法については、シート
型金属罐で検討されているに過ぎない。

更に、上記電極材料が軽量化できても、他の構成材料の
重量のために、電池全体の重量当りのエネルギー密度が
低下する。電極の負極材料としてリチウム、リチウム合
金（Ｌ　ｉ　−Ａ　ｌ。

Ｌｉ−３ｉ）またはｎ型ドーピングの可能な高分子材料
（ポリバラフェニレン、ポリチオフェン、ポリアセチレ
ン等）を用いた場合、負極が不安定なために、外装材を
通しして水分が透過すると負極が劣化する。また、プロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメトキ
シエタン、γ−プチルラクトーン、スルホラン、ＴＨＦ
、２メチルＴＨＦなどの非水溶媒を用いた場合、経時で
の接着性が低下するという障害が生じたり、正極と負極
の電極間距離を一定にするなどの固定化が困難であると
いう問題があった。

特に、上記導電性高分子活物質との組合せの場合、不安
定な負極材料、高濃度の電解質を含有する非水溶媒を用
いた電池系では、外装材料との接着部の信頼性は軽量、
薄型二次電池では特に重要な問題である。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、このような高分子材料を用いた非水二次電池
の外装材および接着層について信頼できる構成を見出し
たものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための本発明の構成は、所定の輪郭
形状に形成された一対のアルミニウム／プラスチックフ
ィルム積層シートからなる外装材の間に、少なくとも正
極が導電性高分子材料からなる発電要素を保持せしめた
二次電池において、この発電要素の一部がシート状のプ
ラスチックよりなる枠組に固定され、枠組周辺部が接着
層によって外装材の一部と密封状態に接着している薄型
電池である。

すなわち、外装材の材質がアルミニウムとプラスチック
フィルムの積層体であって、外装材の接着層が熱融着性
のポリエチレン、ポリプロピレンまたはプロピレン構造
を含む共重合体等のポリオレフィンであって、内部の電
池要素としての正極、負極、セパレーター等がシート状
枠組に固定され、かつ、このシート状枠組が外装材の内
側に固定された構成を有するものが電池として優れた信
頼性を発揮することを見出したものである。

図面を参照して具体的に説明すると、第１図に示すよう
に、発電要素１１が熱融着層１６を有するプラスチック
枠■０に固定されており、この発電要素とプラスチック
枠全体が同じく熱融着層１６を有する一対の外装材９，
９によって挾まれ、これらが周辺の熱融着層１Ｂによっ
て密封状態に融着している。

この融着布と外装材９の構成は第２図に示すように、発
電要素１１を固定したプラスチック枠１０が一対の外装
材９，９によって密封されている。

外装材９はポリプロピレン熱融着層１２、ナイロン層１
３、アルミニウム層！４、ポリエステル層１５から成る
積層体で、上記熱融着層１２によって、密着している。

発電要素１１の構成は例えば第３図に示すように集電体
７と導電性高分子材料８からなる正極２をセパレーター
　３を介して負極１によって挾んだ構成になっている。

負極ｌはニッケルホイル５とリチウムホイル６の積層体
になっている。

正極１、負極２、セパレーター３から成る発電要素は第
４図に示すように折り重ねられており、そのまま第１図
に示すようにプラスチック枠１０に固定されてターミナ
ル４に接続されている。

プラスチック外装材が従来、レトルト食品の包装に広く
用いられているが、電池、特に非水溶媒電池に使用した
場合に必要とされる物性は食品とは異なる。例えば、エ
チレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド、ポリエステ
ルなどのホットメルト型の樹脂は電解液によって膨潤し
、かつ、水分を比較的透過し易いので電池の外装材には
適していない。

電池の発電要素を封入するプラスチック外装材料は原則
としてアルミニウムシートとプラスチックフィルムとの
積層体（積層シート）である。アルミニウムシートは防
湿効果が大で、気体透過性も低いので、気体の発生が少
ない上記非水溶媒電池の外装材として適している。

アルミニウム層は４μｍ以上の厚さが必要であり、可撓
性のある実装をするためには２５μｍ以下がよい。

プラスチック層の材料としては、ポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリエステル、ポリイミド等が用いられるが
、特に、−軸または二軸延伸されたポリエステルフィル
ムが適している。

このポリエステルフィルムの厚さは１２〜１５０μｍが
適当である。

熱融着層は本発明において特に重要である。

この熱融着層の材料としてはポリプロピレン、特に−軸
延伸されたＣＰＰが接着強度、高温における接着強度が
優れている。

本発明におけるプラスチックシート枠は、厚さ２０〜５
００μｍのプラスチックシートを四角形または円形に打
ち抜いたものが適しており、ポリエチレン、ポリプロピ
レン等のポリオレフィンの他に、ポリカーボネート、ポ
リ塩化ビニル、アセタール樹脂、フッ素樹脂、ポリエス
テル、ポリイミド等、耐薬品性に優れた材料で作られて
おり、発電要素の固定に用いられる。発電要素は接石材
によってプラスチックシート枠の周辺部で固定され、特
に電極端子部がシート枠上に固定されることが好ましい
。また、このプラスチック枠はヒートシールによって外
装封止部の一部または全部と封止密着されることか好ま
しい。

本発明要素である高分子材料活物質は電解重合法又は化
学酸化重合法によって重合された導電性の高分子材料で
あって充電時にＩＯ’ｓ／ｃｍ以上の電気伝導度を有す
る材料である。このような高分子材料としてポリピロー
ル、ポリフェニレン、ポリチオフェン、ポリアニリン、
ポリジフェニルベンジジン、ポリカルバゾール、ポリビ
ニルカルバゾールおよびこれらの置換体などが挙げられ
る。

これらの材料はそのままフィルムとして電極活物質に用
いるか、あるいはＡｌ５Ｎｉなどの金属ホイル、炭素繊
維シートなどに固定（電解重合により直接重合して複合
化する）するなどしてシート状電極として用いられる。

これらの電極活物質は正極又は負極に用いられ、負極と
してはこのほかＬｉあるいはＬｉ−Ａｔ、Ｌｉ−８ｉな
どの合金をニッケルシートなどにより補強することによ
り使用するものである。

正極、負極間はガラス繊維紙、ポリエステル、ポリプロ
ピレンなどの不織布などのシート状セパレータ又は固体
状又は半固体状電解質により隔離積層され必要に応じて
プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメ
トキシエタン、２メチルＴＨＦ、スルホラン、γ−ブチ
ルラクトンなどの溶媒、Ｌ　ｉＢ　Ｆ　４　、Ｌ　ｉＰ
　Ｆ　６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＳｂＦ６、ＫＰＦ６、Ｋ
　Ｂ　Ｆ　＜　、Ｎ　ａ　Ｐ　Ｆ　＆　、Ｋ　Ｂ　Ｆ　
４などのアルカリ金属塩、ＴＢＡＢＦ４、ＴＢＡＣＩ０
４、ＴＢＡＰＦ＆、ＴＥＡＢＦ４、ＴＥＡＣ１０４（Ｔ
ＢＡ：テトラブチルアンモニウム、ＴＥＡ：テトラエチ
ルアンモニウム）などの有機物塩が添加される。

以上のようにして得られる発電要素は可撓性がありシー
ト型２次電池の重要な構成要素となる。

［実施例］ 以下、実施例によって、本発明を具体的に説明する。

実施例１ 電鋳メツキ法により直径２００μｍの孔を２００個／ｃ
ｎ＋２の密度で有する厚さ２０μｍのニッケルシートを
作製した。

このシートを幅５ｃｍ、長さ１５ｃｍに裁断し、更に、
１００メツシユの炭化ケイ素のエメリー粒子により、圧
力１ｋｇでブラスト処理を行ない、集電体とした。

重合液として０，１Ｍバラトルエンスルポン酸及び０．
１Ｍのピロールを溶解したアセトニトリル溶液を用い、
４■の定電位電解重合法により、上記集電体の両面に厚
さ１５μｉ　（２，５ｃ／ｃｍ２）のポリピロール膜を
析出させ、これを正極とした。

セパレータとしては、ポリプロピレンポアフィルター（
最大孔径０．０２Ｘ　Ｏ，２μｍ）に保液性を高めるた
め、ポリプロピレン不織布を張り合わせたポリプラスチ
ックス株式会社製、商品名ジュラガード５５１１　（７
５μｍ厚）を用いた。負極には厚さ１０μｍのニッケル
ホイルに、厚さ７０μｌのリチウムホイルを圧着したも
のを用いた。５゜ｎｍＸ　５０ｍｍＸ　０．３＋ｕａの
ポリプロピレンシートを打ち抜き、幅５Ｉのプラスチッ
ク枠を製造した。

このプラスチック枠の内側に、第４図に示すように正極
、負極、セパレータから成る発電要素を折りたたんで第
１図に示すような構成の電池を製造した。

外装材はポリエステル／アルミニウム／ナイロン／ポリ
プロピレン熱融石層の四層構造から成る、厚さ　１００
μｍのフィルムを用いた。

上記構成のシート状電池を組立てた後、濃度３ＭのＬ　
ｉ　ＢＦ４をプロピレンカーボネートとジメトキシエタ
ンとの１：１混合溶液に溶解した電解液をシリンジによ
り注入し、その後電池周辺部を加熱圧着により封止し、
大きさが５０ｍｍＸ　５０ｍｍＸ　０．８ｍｍの電位を
作製した。

この電池に３０°耐折試験を１００回行なって、その前
後の電池の性能、漏液性を試験した。

耐折試験を１００回行っても液漏れは観察されなかった
。

電池の性能試験は、１ｆｆｌＡの定電流で充放電を行な
った。

この結果を下記表に示す。

実施例２ 重合液として０．５Ｍアニリン、５．５ＮＨ２ＳＯ４を
水に溶解したものを用い、集電体を作用極として０．７
５ＶｖｓＳ　ＣＥにより集電体両面に厚さ２０μｍのポ
リアニリン膜を析出させ、シート状の正極とした以外は
、実施例１と同じようにして５０ｍｍＸ　５０ＩＸ　０
．７ｍｍの大きさの電池を作製した。

この電池について、実施例１と同じ試験をした。その結
果を下記表に示す。耐折試験を１００回行っても液漏れ
は観察されなかった。

実施例３ 電極を集電体の片面に作製し、それを用いて第１図およ
び第２図に示すような電池を製造した以外は実施例２と
同様の構成とした。

この電池の試験を実施例１と同様に行なった。

その結果を下記表に示す。

比較例 実施例２における発電要素をそのまま外装材に封入した
。

この電池は、耐折試験４３回で液漏れが観察された。

この電池の試験を実施例１と同様に行なった結果を下記
表に示す。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の電池は可撓性か大で、曲
げ応力が作用しても電池の容量が変化しないので信頼性
が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の薄型電池の分解斜視図、第２図は第１
図の薄型電池の外装材熱融着部の断面を拡大した模式図
、 第３図は発電要素の構成を示す断面の部分模式図、 第４図は発電要素全体の構成を示す断面の模式図である
。 ■・・・負極、２・・・正極、３・・・セパレータ、４
・・・端子、５・・・ニッケルホイル、６・・・リチウ
ムホイル、７・・・集電体、８・・・導電性高分子材料
、９・・・外装材、１０・・・プラスチック枠、１１・
・・発電要素、１２・・・ポリプロピレン熱融着層、 １３・・・ナイロン層、１４・・・アルミニウム層、１
５・・・ポリエステル層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　所定の輪郭形状に形成された一対のアルミニウム／プ
   ラスチックフィルム積層シートからなる外装材の間に、
   少なくとも正極が導電性高分子材料からなる発電要素を
   保持せしめた二次電池において、この発電要素の一部が
   シート状のプラスチックよりなる枠組に固定され、枠組
   周辺部が接着層によって外装材の一部と密封状態に接着
   していることを特徴とする薄型電池。