JPH10289696A

JPH10289696A - 電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10289696A
Application number: JP9095881A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Sasayama; 昌聡笹山; Takashi Namikata; 尚南方
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-04-14
Filing date: 1997-04-14
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ラミネートフィルムを外装体として使用する電
池において、安全性の高い電池であって、軽量化および
形状自由度の拡大等の効果が損なわれないものを提供す
る。【解決手段】ラミネートフィルムからなる袋４内に電池
素子１０を入れ、端子２，３を袋４の外部に延ばした状
態で、開口端を熱融着して封口する。この熱融着の前ま
たは後に、アラミドフィルム（絶縁シート）５を、端子
２，３の袋４の開口端との境界位置に接着剤で貼りつけ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ラミネートフィル
ムを外装体とする電池、およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、携帯機器などの電池応用機器
の軽量化および薄型化に伴い、搭載する電池の軽量化お
よび高容量化が図られてきた。このような電池として
は、例えばリチウム電池が挙げられ、リチウム電池は、
リチウムの卑な酸化還元電位を利用した高容量の電池と
して、これまでに、携帯機器等の分野において数多くの
実績がある。

【０００３】一方、電池の外装体としては、金属板を、
用途に応じて円筒型、角型、コイン型などに成形して得
られる電池缶が用いられてきた。この場合には、電池缶
をなす容器と蓋がそれぞれ正極、負極の端子を兼ねてお
り、両者間をガラス等でハーメチックシールを行うか、
あるいは両者間に絶縁性樹脂を挟むことにより短絡を防
止している。

【０００４】しかしながら、このような電池缶からなる
外装体は、軽量化ならびに形状の自由度において限界が
あるため、電池缶を外装体としない偏平形電池が提案さ
れている。

【０００５】すなわち、特開昭６０−１００３６２号公
報、特開昭６０−４９５６８号公報、特開昭６０−６５
４４２号公報等に、金属箔と熱融着性フィルムからなる
ラミネートフィルムを外装体とした偏平形電池が開示さ
れている。これらの電池では、ラミネートフィルムの金
属箔はガス遮蔽材として設けられ、正極端子および負極
端子を熱融着性フィルムの間から外部に出している。ま
た、特開昭６０−４９５６８号公報および特開昭６０−
６５４４２号公報に記載の偏平形電池は、ラミネートフ
ィルムの外側が熱硬化性樹脂で被覆されている。

【０００６】特開平７−１３０３５２号公報には、外周
部に端子を突出させた形状の集電体を兼ねる２枚のシー
ト（ステンレス鋼板等）の間に電池素子を入れ、両シー
トの間を外周部に配置した窓枠状シール材で密封し、シ
ート状端子の突出長さの半分以上をこのシール材で被覆
した偏平型電池が開示されている。これにより、所定の
落下試験によってもシート状端子が折れ曲がらないよう
に、また、折れ曲がっても短絡が生じないようにしてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述のような、金属箔
と熱融着性樹脂フィルムからなるラミネートフィルムを
外装体とした偏平形電池においては、最も外側に絶縁性
樹脂フィルムを備えたラミネートフィルムを用いた場合
でも、端子が短絡する現象が見られる。

【０００８】これは、ラミネートフィルムを電池形状に
応じて切断する際に金属箔の端面が露出し、この露出部
に折れ曲がった端子が接触することに起因する。すなわ
ち、折れ曲がった端子が金属箔の露出部に接触すると、
充電の際に電位が上がらなかったり、充電状態の電池が
短絡したりする。

【０００９】なお、外装体をなすラミネートフィルムと
して金属箔のないものを用いると、ガス遮蔽性、特に水
蒸気に対する遮蔽効果が著しく低下し、特にリチウム電
池などでは電池性能が大きく劣化する問題が生じるた
め、金属箔は必要不可欠なものである。

【００１０】また、前述のようにラミネートフィルムの
外側を熱硬化性樹脂で被覆すると、ラミネートフィルム
を外装体としたことによる電池の軽量化および形状自由
度の拡大等の効果が十分には得られない。

【００１１】本発明は、このような従来技術の問題点に
着目してなされたものであり、ラミネートフィルムを外
装体として使用する電池において、安全性の高い電池で
あって、軽量化および形状自由度の拡大等の効果が損な
われないものを提供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、少なくとも金属箔と熱融着
性樹脂フィルムが積層されているラミネートフィルム
を、電池素子を覆う外装体とし、電池素子をなす正極お
よび負極から外装体の外側まで延びる端子を備え、端子
の外装体との境界部分は絶縁処理されていることを特徴
とする電池を提供する。

【００１３】請求項２に係る発明は、少なくとも金属箔
と熱融着性樹脂フィルムが積層されているラミネートフ
ィルムからなる外装体で電池素子を覆い、電池素子をな
す正極および負極から外装体の外側まで端子を延ばした
状態で、熱融着性樹脂フィルム同士の熱融着により外装
体を封口する熱融着工程と、端子の外装体との境界部分
を絶縁処理する絶縁処理工程とを備えたことを特徴とす
る電池の製造方法を提供する。

【００１４】本発明では、端子の外装体との境界部分を
絶縁処理することにより、端子が折れ曲がって、金属箔
が露出している外装体の端面に接触しても、端子の絶縁
部分が外装体の端面に接触するため、端子の折れ曲がり
に起因する短絡が生じ難くなる。

【００１５】端子の絶縁処理されている部分の表面抵抗
率は１０⁶オーム／□以上、好ましくは１０⁷オーム／
□以上となっていることが好ましい。なお、端子の外装
体との境界部分とは、例えば、外装体の端子が延びてい
る側の外形線を中心に幅５〜２０ｍｍ程度の部分を指
し、この部分の両面に絶縁処理がなされていればよい。
また、前記外形線から外側に、外装体の厚さ以上または
電池素子と外装体の合計厚さ以上となる幅で、絶縁処理
されていても良い。

【００１６】端子の絶縁処理方法としては、絶縁性材料
からなるテープ、フィルム、またはシートを所定の大き
さに切り出し、端子の所定位置に、接着剤を用いて貼り
つける方法、裏面に粘着剤が予め付着してある絶縁テー
プ等を所定の大きさに切り出して、そのまま貼りつける
方法、熱融着性の絶縁性フィルムを所定の大きさに切り
出して、熱融着により貼りつける方法、絶縁性塗料を端
子の所定位置に塗布する方法等が挙げられる。また、ポ
リエチレン等の絶縁性樹脂を含む溶液を塗布してもよ
い。

【００１７】絶縁性材料としては、ガラスやマイカなど
の無機系固体、パルプ、セルロース誘導体などの半合成
高分子、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、
フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ、ポリアミ
ド、ポリイミドなどの熱硬化性樹脂が挙げられる。

【００１８】粘着剤付の絶縁テープとしては、電気絶縁
用ポリ塩化ビニル粘着テープ、電気絶縁用ポリエステル
粘着テープ、ポリアミド粘着テープ、シリコーン粘着テ
ープ、テフロン粘着テープ、粘着紙テープ等が挙げられ
る。

【００１９】絶縁性フィルムまたはシートとしては、電
気絶縁用マイカ紙、アラミド・マイカ紙、アラミド紙、
ポリイミドフィルム、ナイロンフィルム、ポリエチレン
テレフタレートフィルム、テフロンシート、セロハン等
が挙げられる。これらを用いる場合は、接着剤として、
セラック、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂
系接着剤、フタル酸系レジンやシリコーンレジン、ポリ
エステルイミド系レジン、ポリイミド系レジンを用いて
外装体に貼り付ける。

【００２０】熱融着性フィルムとしては、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート／ポ
リエチレン積層フィルムが挙げられる。絶縁性塗料とし
ては、ポリイミドワニス、ポリエステルワニス、ポリエ
ステルイミドワニス、ポリアミドイミドワニス等のポリ
イミド系塗料、ポリウレタン系塗料、または不飽和ポリ
エステル系塗料が用いられる。塗布方法としては、はけ
等により直接塗布する方法、塗布する部分を直接塗料内
に漬ける方法等が採用できる。塗布後は、加熱又は放置
により乾燥して溶剤を揮発させる。

【００２１】絶縁処理工程は、熱融着工程の前後のいず
れに行ってもよい。熱融着工程の前に行う場合には、先
ず、端子の所定位置に、上記のいずれかの方法により絶
縁処理を施してから、正極および負極の集電体に固定
し、その後、正極、セパレータまたは固体電解質、負
極、および取り出し端子からなる電池素子を作製する。
または、正極および負極の集電体に固定してある端子に
対して絶縁処理を施す。

【００２２】なお、端子の集電体への固定方法は、従来
より公知の、超音波溶接、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接等を
採用することができる。次に、この電池素子をラミネー
トフィルムからなる外装体で覆い、絶縁処理された端子
を外装体の外側まで延ばし、その絶縁処理部分を外装体
との境界位置に配置する。この状態で、熱融着により外
装体を封口する。

【００２３】絶縁処理を熱融着工程の後で行う場合に
は、熱融着工程の際に、外装体の端子取り出し部および
その近傍の融着位置を外装体の端から少し内側として、
外装体の端部に未融着部を残しておくと、このような未
融着部がない場合と比較して絶縁処理を容易に行うこと
ができる。

【００２４】なお、このような端子に対する絶縁処理に
加えて、ラミネートフィルムからなる外装体の少なくと
も端子位置の端面を絶縁処理してもよい。このようにす
ると、端子が折れ曲がったときに接触する金属箔の部分
（外装体の端面に露出した部分）は絶縁部分となるた
め、端子の折れ曲がりに起因する短絡をより確実に防止
することができるようになる。

【００２５】一方、外装体をなすラミネートフィルム
は、少なくとも金属箔と熱融着性樹脂フィルムが積層さ
れているものであり、金属箔と熱融着性樹脂フィルムと
絶縁性樹脂フィルムを含む３層構造以上のものが好まし
く、外側に絶縁性樹脂フィルム、最も内側に熱融着性樹
脂フィルムを有し、両者の間に金属箔を有する構造が特
に好ましい。

【００２６】絶縁性樹脂フィルムの材質としては、ナイ
ロン、ポリエチレンテレフタレート、塩化ビニリデン系
ポリマー、芳香族ポリアミド、フェノール樹脂等が挙げ
られる。熱融着性樹脂フィルムの材質としては、ポリエ
チレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂等が挙げら
れる。金属箔の材質としては、アルミニウム、ステンレ
ス等が挙げられる。

【００２７】本発明で使用可能なラミネートフィルムの
製造方法は特に限定されず、通常の方法である押し出し
ラミネーションやドライラミネーションで製造されたも
のをそのまま使用することができる。

【００２８】なお、本発明の電池は、例えばリチウム電
池に適用することができる。その場合の電池構成材料と
しては、従来のリチウム電池に使用されているものが、
電池構造に応じて適宜選択して使用される。

【００２９】すなわち、正極集電体材料としてはニッケ
ルやアルミニウム等、負極集電体材料としては銅等、端
子材料としてはステンレス、ニッケル、アルミニウム、
銅が用いられる。また、正極活物質としては、ＬｉＣｏ
Ｏ₂やＬｉＭｎ₂Ｏ₄等のＬｉ含有複合酸化物、Ｖ₂Ｏ
₅等のバナジウム酸化物、Ｃｒ₂Ｏ₅等のクロム酸化
物、ＴｉＳ₂、ＭｏＳ₂、ＦｅＳ₂等の遷移金属ジカル
コゲナイト、ＮｂＳｅ₃等の遷移金属トリカルコゲナイ
ト、シュブレル相（ＡｘＭｏ₆Ｙ₈，Ａ＝Ｌｉ，Ｃｕ，
Ｙ＝Ｓ，Ｓｅ）等が用いられる。

【００３０】負極活物質としては、金属リチウム、リチ
ウム合金、ニードルコークス、グラファイト等のリチウ
ムを吸蔵することが可能な炭素材料、リチウムをドープ
且つ脱ドープし得る導電性ポリマー等が用いられる。

【００３１】電極間のイオン移動媒体としては、カーボ
ネート系リチウム塩溶液、ゲル系電解質、固体電解質を
用いることができる。このうち、ゲル系電解質の高分子
材料としては、ポリフッ化ビニリデン系重合体、ポリア
クリロニトリル系重合体等が用いられ、有機溶媒として
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γー
ブチロラクトン、１、２ージメトキシエタン、テトラヒ
ドロフラン等が用いられ、溶質として、ＬｉＣｌＯ₄，
ＬｉＰＦ₆，ＬｉＢＦ₄等が用いられる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、具体
的な実施例および比較例により詳細に説明する。（実施例１）正極集電体であるアルミニウム箔にＬｉＣ
ｏＯ₂からなる正極活物質層を形成して、６ｃｍ×５０
ｃｍの帯状に切断することにより正極を作製した。負極
集電体である銅箔にカーボンからなる負極活物質層を形
成して、６ｃｍ×５０ｃｍの帯状に切断することにより
負極を作製した。

【００３３】また、正極端子２として、厚さ２０μｍの
アルミニウム箔を長さ１０ｃｍ幅１ｃｍに切り出した。
負極端子３として、厚さ２０μｍの銅箔を長さ１０ｃｍ
幅１ｃｍに切り出した端子を切り出した。絶縁処理材料
として、厚さ１５μｍのアラミドフィルム（旭化成工業
（株）製アラミカ（商品名））を幅１５ｍｍ×長さ２０
ｍｍに切り出した。接着剤として、エポキシ樹脂系接着
剤（セメダイン（株）製セメダインＥＰ−００７（商
品名））を用意した。

【００３４】先ず、図１に示すように、端子２，３に対
するアラミドフィルム５の貼り付け位置（端子２，３の
長さ方向での中心位置）を、端子２，３の長さ方向一端
から４ｃｍとなる位置に設定した。これは、端子２，３
が長さ方向一端から１ｃｍ重ねて集電体に固定され、こ
こからさらに３ｃｍ外側となる前記位置が、後述の外装
体４との境界位置となる（図３参照）ことから設定され
た。次に、上記接着剤を用い、アラミドフィルム５を長
さ方向で２つ折りにして、各端子２，３の前記位置の両
面に貼りつけた（絶縁処理工程）。

【００３５】このようにして絶縁処理がなされた各端子
２，３を、正極集電体および負極集電体の長さ方向端部
に、それぞれ超音波溶接により固定した。また、ポリフ
ッ化ビニリデン（アトケム社製Ｋｙｎａｒ２８５０
（商品名））を７ｃｍ×５２ｃｍに切断し、これを、エ
チレンカーボネートにＬｉＢＦ₄を濃度１．５Ｍで溶解
させた溶液と、プロピレンカーボネートと、γーブチロ
ラクトンとの１：１：２混合溶液で膨潤させることによ
り、帯状のゲル系電解質を作製した。

【００３６】これらの正極、負極、およびゲル系電解質
を、正負の活物質層側を対向させた間にゲル系電解質を
挟んだ状態で積層し、図２に示すように、この積層体１
を長さの５／１の寸法で折り返して重ねた。これによ
り、正極および負極の各端子２，３が積層体１の一端か
ら同じ方向に延びている、５つ折りの電池素子１０を作
製した。

【００３７】一方、旭化成ポリフレックス（株）製の押
出ラミネーションにより積層されたラミネートフィルム
（厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタレート製フィル
ム、厚さ１５μｍポリエチレン製フィルム、厚さ７μｍ
のアルミニウム箔、厚さ６５μｍポリエチレン製フィル
ムがこの順に積層されているもの）を７ｃｍ×１３ｃｍ
の長方形に切断した後、ポリエチレン側を内側にして２
枚重ね、一つの短辺以外の３辺を熱融着することにより
袋状にした。このラミネートフィルムからなる袋を外装
体とした。

【００３８】この袋４内に電池素子１０を入れることに
より、ラミネートフィルムからなる外装体で電池素子を
覆った。この状態で、袋４の開口端を、端から１ｃｍの
幅で熱融着（１２０℃で６秒間）することにより封口し
た（熱融着工程）。

【００３９】このようにして、ラミネートフィルムを外
装体とし、正極および負極から外装体の外側まで延びる
端子を備え、端子の外装体との境界部分が絶縁処理され
ているリチウムイオン二次電池を作製した。

【００４０】得られた電池を、電池充放電特性測定装置
（北斗電工（株）製ＨＪ−１０１ＳＭ６）にかけて充
放電試験を行った。試験条件は、充電条件：定電流４．
２Ｖ、定電位充電、電流密度０．３Ａ、放電条件：定電
流２．７Ｖカット、電流密度０．３Ａとした。

【００４１】その結果、この電池の放電容量は９００ｍ
Ａｈであり、短絡による放電容量の低下は見られなかっ
た。また、充電状態で端子を折り曲げたが、短絡は起こ
らなかった。（実施例２）ゲル系電解質の基材（セパレータ）とし
て、ポリフッ化ビニリデンに代えて架橋したポリアクリ
ロニトリルを用いたこと、および端子２，３を絶縁処理
しない状態で集電体に固定したこと以外は、実施例１と
同様にして、５つ折りの電池素子１０を作製した。

【００４２】また、ラミネートフィルムとして、旭化成
ポリフレックス（株）製の押出ラミネーションにより積
層されたラミネートフィルム（厚さ１５μｍの延伸ナイ
ロン製フィルム、厚さ２０μｍポリエチレン製フィル
ム、厚さ９μｍのアルミニウム箔、厚さ６５μｍポリエ
チレン製フィルムがこの順に積層されているもの）を使
用した以外は、実施例１と同様にして、外装体となる袋
４を作製した。絶縁処理材料として、アラミド粘着テー
プ（３Ｍ社製スコッチバンド５４９０（商品名））５
を用意し、これを１ｃｍ×２ｃｍに切断した。

【００４３】この袋４内に電子素子１０を入れることに
より、ラミネートフィルムからなる外装体で電池素子を
覆った。この状態で、図４に示すように、袋４の開口端
から５ｍｍ開けた位置Ａから内側に１ｃｍの幅で熱融着
（１４０℃で６秒間）することにより、未融着部４２を
残して袋４を封口した（熱融着工程）。

【００４４】この状態で、袋４の未融着部分４２と端子
２，３との間を開いて、そこにアラミド粘着テープ５を
差し入れ、これを１ｃｍ×１ｃｍとなるように２つ折り
して、端子２，３の両面に貼りつけた。これにより、端
子２，３の外装体との境界部分（袋４の融着位置Ａから
外側に１ｃｍとなる部分）を絶縁処理した（絶縁処理工
程）。

【００４５】このようにして得られたリチウムイオン二
次電池について、実施例１と同様にして充放電試験を行
ったところ、得られた電池の放電容量は９００ｍＡｈで
あり、短絡による放電容量の低下は見られなかった。ま
た、充電状態において端子部を折り曲げたが、短絡は起
こらなかった。（実施例３）熱融着位置は、実施例２と同様に、袋４の
開口端から５ｍｍ開けた位置から内側で１ｃｍ幅とし、
絶縁処理を熱融着工程後に以下のようにして行った以外
は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電池を作
製した。

【００４６】すなわち、絶縁処理材料として、厚さ４０
μｍのポリエチレンテレフタレート／ポリエチレン積層
フィルム（旭化成ポリフレックス（株）製）を１ｃｍ×
２ｃｍに切り出したものを用い、これを、ポリエチレン
面を内側に２つ折りにして、実施例１と同様の位置で端
子を挟み１００℃で熱融着することにより、端子の両面
に貼りつけた。

【００４７】得られたリチウムイオン二次電池につい
て、実施例１と同様にして充放電試験を行ったところ、
得られた電池の放電容量は９００ｍＡｈであり、短絡に
よる放電容量の低下は見られなかった。また、充電状態
において端子部を折り曲げたが、短絡は起こらなかっ
た。（実施例４）絶縁性塗料として不飽和ポリエステル樹脂
（日立化成工業（株）製日立コイル含浸用ワニスＷＰ
−２７６３（Ｈ）（商品名））を用意した。この塗料
を、端子２，３の両面の実施例１と同じ位置に塗布し、
１００℃で１５分間静置することにより、予め両端子
２，３に絶縁処理を施してから、実施例１と同様にして
電池素子１０を作製した。

【００４８】次に、実施例２と同じラミネートフィルム
からなる袋４内に、この電池素子１０を入れることによ
り外装体で電池素子を覆い、この状態で、袋４の開口端
を、端から１ｃｍの幅で熱融着（１４０℃で６秒間）す
ることにより封口した。

【００４９】得られたリチウムイオン二次電池につい
て、実施例１と同様にして充放電試験を行ったところ、
得られた電池の放電容量は９００ｍＡｈであり、短絡に
よる放電容量の低下は見られなかった。また、充電状態
において端子部を折り曲げたが、短絡は起こらなかっ
た。（実施例５）絶縁性塗料として、ポリエステルイミド樹
脂（日触スケネクタディ化学（株）製電線用エナメル
ＩＳＯＭＩＤ４０−ＳＨ（Ｈ）（商品名））を用いた以
外は、実施例４と同様にしてリチウムイオン二次電池を
作製した。

【００５０】得られたリチウムイオン二次電池につい
て、実施例１と同様にして充放電試験を行ったところ、
得られた電池の放電容量は９００ｍＡｈであり、短絡に
よる放電容量の低下は見られなかった。また、充電状態
において端子部を折り曲げたが、短絡は起こらなかっ
た。（比較例）端子に対して前述のような絶縁処理を行わな
い以外は、実施例１と同様にしてリチウムイオン二次電
池を作製した。得られた電池の正極端子および負極端子
を、それぞれ袋の端面に接触するように折り曲げた状態
で充電を行ったところ、電位は上がらなかった。

【００５１】また、得られた電池を４．２Ｖに充電した
後、正極端子および負極端子を袋４の端面に接触するよ
うに折り曲げたところ、袋と各端子との接触部分が赤熱
した。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の電池
は、ラミネートフィルムを外装体として使用する電池に
おいて、安全性が高く、軽量化および形状自由度の拡大
等の効果が損なわれないものとなる。また、請求項２の
方法によれば、このような電池が容易に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で行った端子に対する絶縁処理を説明
するための図であって、端子の平面図に相当する。

【図２】実施形態において作製した電池素子を示す概略
斜視図である。

【図３】端子の絶縁処理部分の外装体との位置関係を説
明するための図であって、電子素子を示す平面図に相当
する。

【図４】実施例２および３で行った端子に対する絶縁処
理を説明するための図であって、端子の絶縁処理部分近
傍の断面図に相当する。

【符号の説明】

１積層体２端子３端子４ラミネートフィルムからなる袋（外装体）５アラミドフィルム（絶縁処理部材）１０電池素子４２未融着部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも金属箔と熱融着性樹脂フィル
ムが積層されているラミネートフィルムを、電池素子を
覆う外装体とし、電池素子をなす正極および負極から外
装体の外側まで延びる端子を備え、端子の外装体との境
界部分は絶縁処理されていることを特徴とする電池。
【請求項２】少なくとも金属箔と熱融着性樹脂フィル
ムが積層されているラミネートフィルムからなる外装体
で電池素子を覆い、電池素子をなす正極および負極から
外装体の外側まで端子を延ばした状態で、熱融着性樹脂
フィルム同士の熱融着により外装体を封口する熱融着工
程と、端子の外装体との境界部分を絶縁処理する絶縁処
理工程とを備えたことを特徴とする電池の製造方法。