JPH08287889A - 薄型高分子固体電解質電池及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄型高分子固体電解質電池の電池特性の向上
をはかる。 【構成】 本発明は、正極活物質と、高分子固体電解質
と、負極活物質とを重ねて発電要素を構成し、該発電要
素を正極外装体及び負極外装体の間に配置し、該外装体
の周縁部を封口体により密閉した薄型高分子固体電解質
電池において、前記封口体は、熱溶着性樹脂と、この熱
溶着性樹脂よりも水分透過性が低い樹脂とから構成さ
れ、前記熱溶着性樹脂は、前記各外装体との接触部と、
封口体の電池外部露出部又は電池内部露出部の少なくと
も一方を備えると共に、これらが一体に形成されてお
り、且つ前記水分透過性の低い樹脂が、前記熱溶着性樹
脂の外装体接触部間に介在していることを特徴とするも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄型高分子固体電解質
電池の封口部の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器類の小型化、軽量化、薄
型化に伴って、これに使用される電池として、小型で且
つ厚みが極めて薄い高性能のものが要望されている。

【０００３】これらの用途に用いられる電池としては、
リチウム電池が高エネルギー密度、信頼性の点で有望で
ある。

【０００４】しかしながら、従来のリチウム電池では、
電解質として液体電解質を使用していたため、漏液を防
止するための封口部材等の電池容積に占める割合が大き
くなり、電池の薄型化を十分に図ることができなくなる
という問題点を有していた。

【０００５】そこで、漏液の心配のない固体電解質、特
に柔軟性のあるフィルム状に成形することが容易な有機
高分子をベースとした高分子固体電解質を用いる研究が
行われている。

【０００６】ところで、従来、高分子固体電解質を用い
た薄型電池の封口体には、熱溶着性樹脂単体が使用され
てきた。

【０００７】しかしながら、熱溶着性樹脂自身は、通常
のポリエチレンやポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂と
比較して、水分の透過性が非常に高い。

【０００８】従って、このような熱溶着性樹脂を薄型高
分子固体電解質電池の封口体として使用した場合、周囲
の水分が熱溶着性樹脂（封口体）を通って、電池内に浸
入して、電池性能が低下してしまうという問題を有して
いた。

【０００９】これに対して、封口体を３層構造（熱溶着
性樹脂１７／アルミニウム等の金属１８／熱溶着性樹脂
１７、又は熱溶着性樹脂１９／ポリエチレンあるいはポ
リプロピレン等の樹脂２０／熱溶着性樹脂１９）にする
ことが考えられている。（図９、図１０） しかしながら、図９のような電気導電性のアルミニウム
等を中間層とした場合、封口体を熱溶着し、電池を密閉
する時に、正極外装体１と負極外装体２とがアルミニウ
ムを介して接触することがあり、電気的ショートの不良
発生率が非常に高いものであった。

【００１０】又、図１０のようなポリエチレン等の樹脂
を中間層とした封口体の場合、ポリエチレン等は、アル
ミニウムなどの金属と比較して、熱溶着性樹脂との接着
強度が弱いので、長期保存中における漏液の問題が生じ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
に従来の封口体における問題点を解決し、水分浸入にお
ける電池性能劣化を防止でき、且つ溶着時における電気
的ショートによる不良率を低下させることを目的とする
ものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、正極活物質
と、高分子固体電解質と、負極活物質とを重ねて発電要
素を構成し、該発電要素を正極外装体及び負極外装体の
間に配置し、該外装体の周縁部を封口体により密閉した
薄型高分子固体電解質電池において、前記封口体は、熱
溶着性樹脂と、この熱溶着性樹脂よりも水分透過性が低
い樹脂とから構成され、前記熱溶着性樹脂は、前記各外
装体との接触部と、封口体の電池外部露出部又は電池内
部露出部の少なくとも一方を備えると共に、これらが一
体に形成されており、且つ前記水分透過性の低い樹脂
が、前記熱溶着性樹脂の外装体接触部間に介在している
ことを特徴とする。

【００１３】又、前記熱溶着性樹脂が、外装体接触部と
電池外部露出部とからなる断面略コ字状であることが好
ましい。

【００１４】又、前記熱溶着性樹脂が、変性ポリエチレ
ン、変性ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、エチレ
ンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、アイオノマー、
エチレンメタアクリレート、エチレンエチルアクリレー
トから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。

【００１５】又、前記熱溶着性樹脂よりも水分透過性が
低い樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレンから選ばれ
る少なくとも１種であることが好ましい。

【００１６】又、本発明の製造方法は、正極外装体及び
負極外装体の各周縁端部に熱溶着性樹脂を配置する工程
と、該熱溶着性樹脂間に熱溶着性樹脂よりも水分透過性
が低い樹脂を配置して、前記正極外装体と前記負極外装
体で正極活物質と高分子固体電解質と負極活物質とを重
ねてなる発電要素を挟み込み、前記外装体の周縁部を熱
重合する工程と、前記熱重合部の外面において、前記正
負極外装体周縁上に配置した熱溶着性樹脂間を更なる熱
溶着性樹脂によって接続し、これら熱溶着性樹脂を一体
化する工程と、からなることを特徴とする。

【００１７】又、本発明の他の製造方法は、正極外装体
又は負極外装体のどちらか一方の周縁端部に熱溶着性樹
脂、熱溶着性樹脂よりも水分透過性の低い樹脂、熱溶着
性樹脂の順で積層した３層構造の第１の枠状シートを配
置する工程と、前記一方の外装体に、正極活物質と高分
子固体電解質と負極活物質とを重ねてなる発電要素を配
置する工程と、前記第１の枠状シートの外側にさらに熱
溶着性樹脂の第２の枠状シートを配置する工程と、一方
の外装体と他方の外装体で前記第１及び第２の枠状シー
トを挟み込み熱重合する工程と、からなることを特徴と
する。

【００１８】

【作用】本発明による封口体は、正負極外装体との接触
部と、封口体の電池外部露出部又は電池内部露出部の少
なくとも一方を備えると共に、これらが一体に形成され
ており、正極外装体と、負極外装体とを熱溶着性樹脂に
よって強固に接着することができると共に、水分透過性
の低い樹脂が熱溶着性樹脂の外装体接触部間に介在して
いるので、電池外部から電池内部へ浸入する水分等の不
純物を抑制して電池性能の低下を防止することができ
る。

【００１９】尚、本発明の熱溶着性樹脂としては、変性
ポリエチレン、変性ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニ
ル、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、アイ
オノマー、エチレンメタアクリレート、エチレンエチル
アクリレート等が使用される。

【００２０】

【実施例】

［実施例１］図１に本発明の薄型高分子固体電解質電池
の断面図を示す。図１に基づいて本発明薄型高分子固体
電解質電池の構造について説明する。

【００２１】１は厚さ０．１ｍｍのアルミニウム板から
なる正極集電体を兼ねた正極外装体であり、２は厚さ
０．１ｍｍのステンレスからなる負極集電体を兼ねた負
極外装体である。６は正極活物質層３と高分子固体電解
質層５と負極活物質層４とを積層してなる発電要素であ
る。正極活物質層３はＬｉＣｏＯ₂を活物質とし、負極
活物質層４はリチウムからなる。尚、負極活物質層とし
ては、リチウムの代わりにリチウム合金又は炭素材料を
用いてもよい。高分子固体電解質層５は四フッ化ホウ酸
リチウム、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネ
ート及びポリウレタンを主要成分とする。７は正極外装
体と負極外装体とを電気的に絶縁する枠状の形態をした
封口体である。ここで、封口体７は変性ポリエチレンか
らなる熱溶着性樹脂９と、熱溶着性樹脂よりも水分透過
性の低いポリエチレン８からなり、その封口体断面は、
外装体接触部１０と電池外部露出部１１とから構成され
る熱溶着性樹脂９は略コ状を形成しており、その他の部
分はポリエチレン８からなるものである。

【００２２】尚、熱溶着性樹脂として、変性ポリエチレ
ンを使用したが、例えば、変性ポリプロピレン、エチレ
ン酢酸ビニル、エチレンアクリル酸、エチレンメタクリ
ル酸、アイオノマー、エチレンメタアクリレート、エチ
レンエチルアクリレート等の熱溶着性樹脂を使用しても
よい。

【００２３】さらに、熱溶着性樹脂よりも水分透過性の
低い樹脂として、ポリエチレンを使用したが、熱溶着性
樹脂よりも水分透過性の低い樹脂であれば、例えばポリ
プロピレンを使用してもよい。

【００２４】次に、本発明薄型高分子固体電解質電池の
組立工程を図２に示し、その組立工程について説明す
る。

【００２５】まず、正極外装体１及び負極外装体２の周
縁部分に各々アプリケータを使用して、変性ポリエチレ
ンを枠状にラミネートし、外装体接触部１０を形成す
る。外装体接触部１０の厚みは１０μｍであり、その幅
は４ｍｍである。（図２ａ） 次に、負極外装体２上に発電要素６を作製し、正極外装
体１で挟み込む。この時、外装体接触部１０上には別途
枠状に形成したポリエチレン８を載置する。尚、ポリエ
チレンの厚みは１８０μｍ、幅は３ｍｍとし、外装体接
触部１０の電池内部周縁端とポリエチレン８の電池内部
周縁端とが一致するように載置する。従って、電池外部
周縁端には凹状部１２が形成される。（図２ｂ） さらに、この状態でインパルス式のヒートシーラを使用
し、加熱温度１５０℃で加熱処理することにより、変性
ポリエチレンを溶融・固化して熱溶着した。

【００２６】尚、この状態では、ポリエチレン８の外周
側面が凹状部１２から電池外部に露出した形態になって
おり、この部分から水分等が電池内部に透過するという
問題が生じる。従って、その後、アプリケータを使用し
て、凹状部１２に変性ポリエチレンをさらに塗布するこ
とによって（図２ｃ）、ポリエチレン８の外周側面を完
全に変性ポリエチレンによって被い、電池外部露出部１
１を形成する。尚、電池周囲からのはみ出した変性ポリ
エチレンはカッター等で取り除いた。

【００２７】以上のように封口体７は形成され、その断
面は外装体接触部１０と電池外部露出部１１からなる変
性ポリエチレン９が略コ字状となり、その内周側にポリ
エチレン８が収納された状態となっている。（図２ｄ） このようにして作製した本発明薄型高分子固体電解質電
池を本発明電池Ａ１とする。又、本発明電池Ａ１の電池
寸法は、縦８６ｍｍ×横５４ｍｍ×厚み０．４ｍｍであ
る。

【００２８】［実施例２］図３に本発明の他の実施例を
示す。尚、実施例１で使用した変性ポリエチレン９の代
わりにエチレンアクリル酸１３を使用する以外は、実施
例１と同様のものを使用した。

【００２９】図４に本発明の他の実施例の組立工程図を
示し、その組立工程について説明する。

【００３０】まず、負極外装体２の周縁部分にエチレン
アクリル酸／ポリエチレン／エチレンアクリル酸からな
る３層構造の枠状シート１４を載置する。この時、枠状
シートは厚み２００μｍ、幅３ｍｍであり、載置個所は
負極外装体２の最外周端部から１ｍｍのスペースをとる
ものとする。（図４ａ） 次に、負極外装体２上に発電要素６を作製し、正極外装
体１で挟み込む。さらに、３層構造の枠状シート１４の
外側にエチレンアクリル酸枠状シート１５を載置する。
尚、このエチレンアクリル酸枠状シート１５の厚みは２
００μｍ、幅は１ｍｍである。（図４ｂ） さらに、この状態でインパルス式のヒートシーラを使用
し、加熱温度１５０℃で加熱処理することにより、エチ
レンアクリル酸を溶融・固化して熱溶着した。（図４
ｃ） 以上のように封口体７は形成され、その断面はエチレン
アクリル酸１３が略コ字状となり、その内周側にポリエ
チレンが収納された状態となっている。（図４ｄ） このようにして作製した本発明薄型高分子固体電解質電
池を本発明電池Ａ２とする。又、本発明電池Ａ２の電池
寸法は、縦８６ｍｍ×横５４ｍｍ×厚み０．４ｍｍであ
る。

【００３１】又、図５に、熱溶着性樹脂が、各外装体と
の接触部１０と、封口体の電池内部露出部２１とを備え
た場合の本発明の他の実施例を示す。図中、実施例１と
同一番号は同一物を示す。この場合、熱溶着性樹脂の断
面は略逆コ字状になっている。

【００３２】さらに、図６に、熱溶着性樹脂が、各外装
体との接触部１０と、封口体の電池外部露出部１１及び
電池内部露出部２１を備えた場合の本発明の他の実施例
を示す。図中、実施例１と同一番号は同一物を示す。こ
の場合、熱溶着性樹脂の断面は略ロ字状となっている。

【００３３】［比較例１］図７に従来の薄型高分子固体
電解質電池の断面図を示す。尚、実施例１で使用した封
口体の代わりとして変性ポリエチレン１６の単独物を使
用する以外は、実施例１と同様のものを使用した。

【００３４】図８に従来の薄型高分子固体電解質電池の
組立工程を示し、その組立工程について説明する。

【００３５】変性ポリエチレンの枠状シート１６を負極
外装体周縁部上に載置した。この変性ポリエチレン枠状
シートは、厚み２００μｍ、幅４ｍｍである。（図８
ａ） 次に、負極外装体２上に、発電要素６を作製し、正極外
装体１で挟み込む。（図８ｂ）さらに、この状態でイン
パルス式のヒートシーラを使用し、加熱温度１５０℃で
加熱処理することにより、変性ポリエチレンを溶融・固
化して熱溶着した。（図８ｃ） このようにして作製した比較薄型高分子固体電解質電池
を比較電池Ｘ１とする。又、比較電池Ｘ１の電池寸法
は、縦８６ｍｍ×横５４ｍｍ×厚み０．４ｍｍである。

【００３６】［比較例２］図９に従来の薄型高分子固体
電解質電池の要部断面図を示す。尚、封口体として変性
ポリエチレン１７／アルミニウム１８／変性ポリエチレ
ン１７の３層構造使用する以外は、比較例１と同様のも
のを使用した。

【００３７】尚、変性ポリエチレンの厚さは５０μｍ、
アルミニウムの厚さを１００μｍとした。

【００３８】このようにして作製した比較薄型高分子固
体電解質電池を比較電池Ｘ２とする。又、比較電池Ｘ２
の電池寸法は、縦８６ｍｍ×横５４ｍｍ×厚み０．４ｍ
ｍである。

【００３９】［比較例３］図１０に従来の薄型高分子固
体電解質電池の要部断面図を示す。尚、封口体として変
性ポリエチレン１９／ポリエチレン２０／変性ポリエチ
レン１９の３層構造を使用する以外は、比較例１と同様
のものを使用した。

【００４０】尚、変性ポリエチレンの厚さは５０μｍ、
ポリエチレンの厚さを１００μｍとした。

【００４１】このようにして作製した比較薄型高分子固
体電解質電池を比較電池Ｘ３とする。又、比較電池Ｘ３
の電池寸法は、縦８６ｍｍ×横５４ｍｍ×厚み０．４ｍ
ｍである。

【００４２】〔実験１〕本発明電池Ａ１、Ａ２と比較電
池Ｘ１〜Ｘ３との製造時、特に封口体の熱溶着時におけ
る電気的ショートによる不良率を表１に示した。

【００４３】

【表１】

【００４４】尚、各電池とも試験した数量は２５個であ
る。

【００４５】表１から本発明電池Ａ１、Ａ２と、比較電
池Ｘ２とを比較すると、不良率が非常に低いことが判
る。

【００４６】これは、比較電池Ｘ２の封口体が３層構造
からなり、さらに、その３層構造の中間層がアルミニウ
ムであるので、封口体を熱溶着し、電池を密閉する時
に、正極外装体と負極外装体とがアルミニウムを介して
接触して、電気的ショートの不良発生率が高くなったと
考えられる。

【００４７】従って、本発明電池Ａ１、Ａ２は、封口体
熱溶着時における電気的ショートの不良率を非常に有効
に低減できるものである。

【００４８】〔実験２〕本発明電池Ａ１、Ａ２、比較電
池Ｘ１〜Ｘ３の外装体と封口体との接着強度を測定し
た。測定条件は、各電池を６０℃，９０％の恒温恒湿槽
に入れ、一定期間保存するものとし、保存後の各電池
を、引張速度２５ｍｍ／ｓｅｃにおいて測定したときの
外装体と封口体が剥離したときの強度を接着強度とし
た。

【００４９】図１１にその実験結果を示す。図１１か
ら、比較電池Ｘ３は、本発明電池Ａ１、Ａ２と比較し
て、保存日数が長くなるにつれて、封口体の接着強度が
低下していることが判る。

【００５０】ここで、比較電池Ｘ３の接着強度試験後の
電池を観察すると、封口体の剥離部分は、すべて変性ポ
リエチレンとポリエチレンとの界面であり、正，負極外
装体と変性ポリエチレンとの界面では全く剥離していな
かった。

【００５１】このことからも比較電池Ｘ３のような封口
体構造であると、熱溶着性樹脂である変性ポリエチレン
と外装体との接着強度は十分得られるが、変性ポリエチ
レンとポリエチレンとの界面では十分な強度が得られな
いので、わずかな力でも変性ポリエチレンとポリエチレ
ンの界面で剥離してしまい電池性能に悪影響を与える。

【００５２】これに対して、本発明電池では、熱溶着性
樹脂が断面コ字状を有し、電池外部露出部によって、正
極外装体と負極外装体とが同種類の熱溶着性樹脂で一体
に連結されている。従って、本発明電池の接着強度は、
外装体と熱溶着性樹脂との接着強度に依存することにな
り、十分な強度を得ることができる。

【００５３】〔実験３〕次に、６０℃，９０％の恒温恒
湿槽への保存における各電池の内部抵抗の変化を測定し
た。

【００５４】尚、各電池の保存前の電池内部抵抗値を１
００として、保存後の電池内部抵抗値をそれぞれ示し
た。

【００５５】図１２にその実験結果を示す。図１２か
ら、比較電池Ｘ１は、本発明電池Ａ１、Ａ２と比較し
て、保存日数が長くなるにつれて、電池内部抵抗が増加
していることが判る。

【００５６】これは、比較電池Ｘ１の封口体が水分透過
性の高い変性ポリエチレンで構成されているので、電池
外部に存在する水分が封口体の変性ポリエチレンから電
池内部に侵入して、内部抵抗の上昇が生じたと考えられ
る。

【００５７】これに対して、本発明電池Ａ１、Ａ２の封
口体構造では、内部構造が変性ポリエチレンより水分透
過性の低いポリエチレンであるので、電池内部への水分
の透過を防止することができ、内部抵抗の上昇を抑制す
ることができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、薄型高分子固体電解質電池に
おける封口体を、熱溶着性樹脂と、この熱溶着性樹脂よ
りも水分透過性が低い樹脂とから構成され、この熱溶着
性樹脂は、各外装体との接触部と、封口体の電池外部露
出部又は電池内部露出部の少なくとも一方を備えると共
に、これらが一体に形成されており、且つ水分透過性の
低い樹脂が、熱溶着性樹脂の外装体接触部間に介在する
構成としたことにより、電池外部からの水分透過性を防
止することができので、電池内部抵抗の上昇を抑制する
ことができ、さらに、封口体溶着時における電気的ショ
ートによる不良率を低下させることができ、また、封口
体と外装体との接着強度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明電池Ａ１の断面図を示す。

【図２】本発明電池Ａ１の組立工程図を示す。

【図３】本発明電池Ａ２断面図を示す

【図４】本発明電池Ａ２の組立工程図である。

【図５】本発明の他の実施例を示す図である。

【図６】本発明の他の実施例を示す図である。

【図７】比較電池Ｘ１の断面図である。

【図８】比較電池Ｘ１の組立工程図である。

【図９】比較電池Ｘ２の要部断面図である。

【図１０】比較電池Ｘ３の要部断面図である。

【図１１】保存日数と接着強度の関係を示す図である。

【図１２】保存日数と電池内部抵抗値の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】 １・・・・正極外装体 ２・・・・負極外装体 ３・・・・正極活物質層 ４・・・・負極活物質層 ５・・・・高分子固体電解質 ６・・・・発電要素 ７・・・・封口体 ８・・・・ポリエチレン ９・・・・熱溶着性樹脂 Ａ１，Ａ２・・・・・・・本発明電池 Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３・・・・比較電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 束 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極活物質と、高分子固体電解質と、負
   極活物質とを重ねて発電要素を構成し、該発電要素を正
   極外装体及び負極外装体の間に配置し、該外装体の周縁
   部を封口体により密閉した薄型高分子固体電解質電池に
   おいて、前記封口体は、熱溶着性樹脂と、この熱溶着性
   樹脂よりも水分透過性が低い樹脂とから構成され、前記
   熱溶着性樹脂は、前記各外装体との接触部と、封口体の
   電池外部露出部又は電池内部露出部の少なくとも一方を
   備えると共に、これらが一体に形成されており、且つ前
   記水分透過性の低い樹脂が、前記熱溶着性樹脂の外装体
   接触部間に介在していることを特徴とする薄型高分子固
   体電解質電池。
2. 【請求項２】 前記熱溶着性樹脂が、外装体接触部と電
   池外部露出部とからなる断面略コ字状であることを特徴
   とする請求項１記載の薄型高分子固体電解質電池。
3. 【請求項３】 前記熱溶着性樹脂が、変性ポリエチレ
   ン、変性ポリプロピレン、エチレン酢酸ビニル、エチレ
   ンアクリル酸、エチレンメタクリル酸、アイオノマー、
   エチレンメタアクリレート、エチレンエチルアクリレー
   トから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする
   請求項１記載の薄型高分子固体電解質電池。
4. 【請求項４】 前記熱溶着性樹脂よりも水分透過性が低
   い樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレンから選ばれる
   少なくとも１種であることを特徴とする請求項１記載の
   薄型高分子固体電解質電池。
5. 【請求項５】 正極外装体及び負極外装体の各周縁端部
   に熱溶着性樹脂を配置する工程と、該熱溶着性樹脂間に
   熱溶着性樹脂よりも水分透過性が低い樹脂を配置して、
   前記正極外装体と前記負極外装体で正極活物質と高分子
   固体電解質と負極活物質とを重ねてなる発電要素を挟み
   込み、前記外装体の周縁部を熱重合する工程と、前記熱
   重合部の外面において、前記正負極外装体周縁上に配置
   した熱溶着性樹脂間を更なる熱溶着性樹脂によって接続
   し、これら熱溶着性樹脂を一体化する工程と、からなる
   ことを特徴とする薄型高分子固体電解質電池の製造方
   法。
6. 【請求項６】 正極外装体又は負極外装体のどちらか一
   方の周縁端部に熱溶着性樹脂、熱溶着性樹脂よりも水分
   透過性の低い樹脂、熱溶着性樹脂の順で積層した３層構
   造の第１の枠状シートを配置する工程と、前記一方の外
   装体に、正極活物質と高分子固体電解質と負極活物質と
   を重ねてなる発電要素を配置する工程と、前記第１の枠
   状シートの外側にさらに熱溶着性樹脂の第２の枠状シー
   トを配置する工程と、一方の外装体と他方の外装体で前
   記第１及び第２の枠状シートを挟み込み熱重合する工程
   と、からなることを特徴とする薄型高分子固体電解質電
   池の製造方法。