JPH0334267A

JPH0334267A - 密閉型二次電池

Info

Publication number: JPH0334267A
Application number: JP1168531A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hasuda; 蓮田　良紀; Takaharu Akuto; 阿久戸　敬治; Toshio Horie; 堀江　利夫; Maki Ishizawa; 真樹石沢; Tsutomu Ogata; 努尾形
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1991-02-14
Anticipated expiration: 2010-05-15
Also published as: JPH0744038B2

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】（発明の属する技術性’ＪＦ）本発明は密閉型二次電池、さらに詳細には機器の小型化
に伴う電池の薄形化を実現すると共に、さらに長寿命化
および嵩信頼化を同時に可能にすることができる密閉型
二次電池、特に前記密閉型二次電池に使用するフィルム
基板に関するものである。

（従来技術）ポータプル機器などの小型機器の普及に伴い、安価で薄
形の密閉型二次電池の需要が増大している。その薄形化
の方法として、例えば特願昭６３−１８５０８５号に記
載されている密閉型二次電池がある。

この電池はプラスチックからなるフィルム基板の同一平
面上に正極板と負極板が並設され、正極板と負極板の各
端面間の空間には硫酸を含有してなる電解質が充填され
ている。

この構造を取ることにより、充放電に伴う電池反応の場
の進展方法が電極面間ではなく、電極面と平行方向とな
る電極端面間の反応となる。これにより電極面中央部に
位置する集電部の劣化が保護されるため、電極厚さが薄
くなっても電池寿命が低下することなく薄形化を可能と
している。

この電池の電極板が並設されるフィルム基板としては耐
酸性ポリマーであるポリエチレン、ポリプロピレンなど
のポリオレフィン系樹脂フィルムが用いられている。該
フィルム基板は電池ケースも兼ねており、上面に該フィ
ルム基板と同じフィルム基板を設け、上下のフィルム基
板同士は安全弁部を除きその外周が熱シールされて密閉
構造を形成し、電池の経済的な製造性、信頼性および軽
量化を可能にしている。

（発明が解決する問題点〉しかしながら、電池形状の厚さ１ｍｍ程度の薄形の特徴
を維持させつつ、高容量化を図るために電極板を厚くす
ると、フィルム基板の厚さを薄くせざるを得なくなり、
そのために、（ｉ）曲げに対する電池ケース強度不足、
および（ｉｉ）電解質中の水分の電池ケース外への透湿
量が多くなることによる電池容量低下、即ち電池寿命が
短くなるという問題点を有している。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、電池
の薄形という電池形状の特徴を損なうことなく電池ケー
スの強度向上および電池寿命の長寿命化を可能にする新
しい密閉型二次電池、特にフィルム基板を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するため、本発明による密閉型二次電
池は、正極板と負極板とが第１のフィルム基板の同一平
面上に配置され、前記正極板と負極板の間隙には電解質
が充填され、前記第１のフィルム基板の上面に前記正極
板、負極板および電解質を覆うように前記第１のフィル
ム基板と同一の第２のフィルム基板が配置され、前記第
１および第２のフィルム基板の外周を熱シールして密閉
構造を形成した密閉型二次電池において、前記第１およ
び第２のフィルム基板が、透湿度０．０ｇ６０４ｇ／ｍ
２．２４ｈ、４０℃、９０％ＲＨ以下の防湿性および電
池ケースとしての強度を有する単層フィルムあるいは多
層構造フィルムであることを特徴とする。

すなわち、前記密閉型二次電池をｔｉ戊するフィルム基
板が、透湿度０．０８６０４ｇ／ｍ２．２４ｈ、４０℃
、９０％ＲＨ以下の防湿性および電池ケースとしての強
度を満足する単層フィルムあるいは多層構造フィルムで
あることを主たる特徴としている。

また、密閉型二次電池の薄形化を目的として、フィルム
基板の厚さを１２５μｍ以下とし、がっ、透湿度０．０
８６０４ｇ／ｍ２．２４ｈ、４０℃、９０％ＲＨ以下の
防湿性および電池ケースとしての強度性能を合わせ持つ
ことも特徴とする。

さらに、フィルム基板として多層構造フィルムを用いた
場合には、そのフィルム構成を、少なくとも熱シール可
能な接着層、電解質中における水分の電池セル外への逃
失防止のための防湿層、補強のための保護層の３層構造
とし、がっ、前記接着層の上面に前記防湿層と前記保護
層を順／逆に構成したことも特徴とする。

（ＩＩＩ成例）第１図は、本発明の密閉型二次電池に使用するフィルム
基板のうち、多層構造フィルムを用いた例として３層構
造フィルムによる密閉型二次電池の構造を示している。

図中、同図（ａ）は平面図、（ｂ）は熱シールしたフィ
ルム基板外周部におけるＡ−Ａ″断面図であり、■は正
極板、２は負極板、３は電解質、４はフィルム基板、５
は安全弁、６は接着層、７は防湿層、８は保護層である
。

上述の第１図より明らかなように、本発明による密閉型
二次電池は、正極板１および負極板２を第一のプラスチ
ック基板４の同一平面上に形成すると共に、電解質３を
前記正極板１と負極板２の間で形成される空間に充填し
く第１図（ａ）参照〉、第２のプラスチック基板４′を
前記正極板１、負極板２及び電解質３を覆うように配置
した構造になっている（第１図（ｂ）参照）。なお、５
は安全弁である。

ここで３層構造のフィルム基板４．４′は、接着層６、
防湿層７および保護層８から構成されており、正極板１
および負極板２は、接着層６上に熱圧着により固定され
、さらに正極と負極の両電極間に硫酸を含有してなる電
解質３が形成されている。

密閉型二次電池を構成する場合には、フィルム基板４の
上面に、正極板１、負極板２および電解質３を覆うよう
にしてフィルム基板４と同−構成のフィルム基板４を配
し、上下フィルム基板４の接着層６同士をその外周部に
おいて熱シールすることにより実現される。

接着層６に用いる材料としては、ポリエチレン、ポリプ
ロピレンなとのポリオレフィン系樹脂またはエチレン・
アクリル酸・無水マレイン酸三元共重合体、ポリプロピ
レン系接着剤などのポリオレフィン系ホットメルト接着
剤がある。接着層６にポリオレフィン系樹脂を用いる場
合には、正極板１および負極板２の接着面に同種のポリ
オレフィン系樹脂フィルムを予めコートしておく必要が
ある。

一方、接着層６にホットメルト接着剤を用いる場合には
、正極板１および負極板２の接着面には上述のポリオレ
フィン系樹脂フィルムのコートは必ずしも必要としない
、したがって、その厚さ分だけ電極板材料の活物質量を
多くすることにより、より一層の電池の高容量化を図れ
る利点を有する。

また、接着層６の厚さは、その外周部において熱シール
する際の信頼性を確保する観点から、最低３０μｍの厚
さが必要である。

次に、防湿層７の機能について説明する。

電解質中の水分が電池セル外へ逃失する場合には、電池
容量が経時的に劣化していく、初期の電池容量に対し８
０％以上の寿命容量を少なくとも５年間維持するために
は、前記フィルム基板の透湿度を０．０８６０４ｇ／ｍ
２．２４ｈ、４０℃、９０％ＲＨ以下とする必要がある
。なお、透湿度の計算は、報文「電気化学協会′８５秋
季大会講演要旨集、Ｐ８３（１９８５）　Ｊにある電池
寿命の理論的考察に基づき、電池容量が８０％以下に低
下（減少水分量２８ｗｔ％）するまでの時間を電池寿命
として、電池使用環境温度の最高温度である４０’Ｃに
ついて行なった。

また、密閉型二次電池の薄形化を目的とする場合には、
電池の薄形という特長を損なわせないために、フィルム
基板４の厚さを１２５μｍ以下とする必要があるが、こ
のような場合には、このフィルム基板厚さにて前記透湿
度を満足するようなフィルム基板４の材料を選ぶ必要が
ある１例えば、防湿層７として、厚さ５０μｍのポリク
ロロトリフルオロエチレン、厚さ３０μｍのアルミニウ
ム、チタン合金などの材料を用いればフィルム基板４の
透湿度を０．０８６０４ｇ／ｍ２．２４ｈ、４０’Ｃ１
９０％ＲＨ以下とすることができる。

また、接着層６の外周部における熱シール部がらの水分
の透湿度も前記透湿度条件を満足する必要があるが、通
常のポリオレフィン系樹脂を用いた接着層６であれば、
接着層６の熱シール幅を約２ｍｍ以上とすれば、前記透
湿度条件を十分満足することができる。

また、保護層８の材料には、接着層６に使用される材料
より強度の大きな材料が望ましく、例えば、ポリイミド
、ポリエチレンテレフタレートのような耐熱性樹脂、結
晶性の高いポリプロピレン、繊維強化プラスチックなど
がある。

第２図は、本発明の密閉型二次電池に使用するフィルム
基板の他の楕成例を示しており、第１図（ｂ）とは、保
護層８が内側に、防湿層７が外側に配置されている点が
異なる。このようなフィルム基板４の構成とした場合、
防湿層７としてアルミニウムを用いれば、アルミニウム
面を電極の端子としても兼ねることができる。即ち、正
極板１の端子を上面防湿層７に負極板２の端子を下面防
湿層７に接触固定することにより、アルミニウム面を電
極端子面とすることができる。このことにより、薄形電
池と使用機器との接触の仕方に設計上便利さを与える特
徴も有する。

次に、第１図（ｂ）および第２図に示した本発明による
３層構造のフィルム基板の性能を確かめるための実施例
を以下に示す。

（実施例〉接着層６、防湿層７、保護層８をフィルムラミネータに
より第１図（ｂ）および第２図に示す３層構造に積層し
たラミネートフィルムを形成し、それを用いて密閉型二
次電池を作成した。フィルム基板の実施ｊｆＲ戊例を第
１表に示すが、実施例１〜７が第１図（ｂ）の構成、実
施例８〜１１が第２図の構成である。

作成した電池の大きさは、縦５４ｍｍ、横８５ｍｍ、厚
さ１ｍｍであり、この電池の初期容量は全ての実施例に
おいて約７０ｍＡｈであった。

この電池を用いて４０℃、２．４５Ｖの定電圧、最大充
電電流０．２５Ｃの条件下でトリクル充電を行ない、３
０日毎に放電電流０．２５Ｃ１放電終止電圧１．７Ｖの
条件で容量試験を行なった。

初期容量に対する１５０日後までの容量変化の結果を第
１表に、経時的な容量変化を第３図に示す。

なお、トリクル充電下での電池の環境水蒸気圧は１４　
ｍｍＨｇとした。

く比較例）フィルム基板として、厚さ１００μｍのポリプロピレン
フィルムを用いる以外は、実施例と同様にして密閉型二
次電池を作成した。この電池に対し、実施例と同様な方
法で容量試験を行なった結果を第１表に、経時的な容量
変化を第３図に示す。

第１表および第３図に示すごとく、本発明の３層構造フ
ィルムをフィルム基板として用いて密閉型二次電池を構
成した場合には、比較例のように前記透湿度条件を満足
しない材料をフィルム基板として用いた場合と比較し、
トリクル充電に対する容量低下は認められず、電池ケー
スとしての強度も十分満足していた。

なお、本実施例においては、多層構造フィルムとして３
層構造フィルムを用いた例を示したが、他の構造の多層
フィルムとした場合でも、前記透湿度条件および電池ケ
ースとしての強度を満足するものであれば、同様の効果
を生ずることは言うまでもない。

即ち、多層構造フィルムとしては、次のような構成のも
のが考えられる。

ＰＥＴ（１２）／Ａｌ（２０）／ＰＥＴ（１２）　（絶
縁層）　／ＰＥ（２０）ＰＥＴ（１２）／ＡＩ（２０）
／ＰＥＴ（１２）　（絶縁層）　／ＡＰ（２０）ＰＥＴ
（１２）／ＡＩ（２０）／ポリイミド（１２）　（絶縁
層）　／ＡＰ（２０）ここでＰＥＴはポリエチレンテレ
フタレート、ＰＥはポリエチレン、ＡＰはポリプロピレ
ン系接着剤を示し、前記略号の０内の数字は厚さ（μｍ
）を示す（第１表も同様）。

このような構成の多層構造フィルムは、接着層６の厚さ
を確保できない場合に有効であり、第１表に示した本発
明の３層構造フィルムに対し、新たに接着層６と防湿層
７の間に絶縁層を設け、熱シールの際の接着層６の溶融
による上下Ａ１面の短絡を防止したものである。

また、フィルム基板として単層フィルムを用いる場合に
は、前記透湿度条件および電池ケースとしての強度を満
足するようなフィルム材料を選択するか、あるいは単層
フィルムにより薄形電池を作製する場合には、厚さが１
２５μｍ以下であり、かつ、前記透湿度条件および電池
ケースとしての強度を満足するようなフィルム材料を選
択する必要がある。

（以下余白）第１表暗号表ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレートＰＣＴＦＥ　：　ポリクロロトリフロロエチレンＰＥ：
ポリエチレン　　ＰＰ：ボリブロビレンＡＥ：エチレン
・アクリル酸・無水マレン酸三死重合体接着剤ＡＰ：ポ
リプロピレン系接着剤　Ａｌニアルミニウム（発明の効
果）以上説明したように、この発明においては、正・負極板
がフィルム基板の同一平面上に配置された密閉型二次電
池において、フィルム基板が防湿性とケースとしての硬
さを有する多層構造フィルムになっているために、これ
を用いた密閉型二次電池は、従来の防湿性と硬さに乏し
いフィルム基板を用いた密閉型二次電池よりも長寿命化
とケースとしての保護性を同時に達成しているので、薄
形化二次電池の実用上の産業的価値は絶大なものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の密閉型二次電池の平面図および
第１図（ｂ）はＡ−Ａ’の断面図であり、第２図は本発
明の第１図（ｂ）とは異なるフィルム基板の断面図、第
３図は本発明の実施例１〜１１および比較例に示した電
池のトリクル充電期間における容量曲線である。 ■・・・正極板、２・・・負極板、３・・・電解質、４
・・・フィルム基板、５・・・安全弁、６・・・接着層
、７・・・防湿層、８・・・保護層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）正極板と負極板とが第１のフィルム基板の同一平
面上に配置され、前記正極板と負極板の間隙には電解質
が充填され、前記第１のフィルム基板の上面に前記正極
板、負極板および電解質を覆うように前記第１のフィル
ム基板と同一の第２のフィルム基板が配置され、前記第
１および第２のフィルム基板の外周を熱シールして密閉
構造を形成した密閉型二次電池において、前記第１およ
び第２のフィルム基板が透湿度０．０８６０４ｇ／ｍ＿
２、２４ｈ、４０℃、９０％ＲＨ以下の防湿性および電
池ケースとしての強度を有する単層フィルムあるいは多
層構造フィルムであることを特徴とする密閉型二次電池
。
（２）前記第１および第２のフィルム基板が、厚さ１２
５μｍ以下の単層フィルムあるいは多層構造フィルムで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の密閉
型二次電池。
（３）前記多層構造フィルムが、少なくとも熱シール可
能な接着層、電解質中における水分の電池セル外への逃
失防止のための防湿層、電池ケース補強のための保護層
の３層構造フィルムからなり、かつ、前記接着層の上面
に前記防湿層と前記保護層を順／逆に構成したものであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項および第２項
記載の密閉型二次電池。