JPH11102675A - 薄形非水電解質電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用時に折り曲げを繰り返した場合でも、封
口部の剥離が起こらず、電池を保存した場合でも、水分
の侵入による内部抵抗上昇、容量低下などの電池特性の
劣化が起こらない、信頼性の高い薄形非水電解質電池を
提供することを目的とする。 【構成】 電池外装体を兼ねる正極集電体と、同じく電
池外装体を兼ねる負極集電体の間に、正極活物質層、セ
パレーター層、負極活物質層を積層してなる発電要素を
配置してその周囲を封口してなる薄形非水電解質電池に
おいて、水分透過率が２５℃において５×１０^-6ｍｇ・
ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ以下である窓枠状の熱可塑
性接着材を、１組の正極集電体と負極集電体の間に配し
て、電池の周辺部を封口部の厚みが０．５ｍｍ以下で幅
／厚み比率が２以上となるように加熱接着し、封口して
いる薄形非水電解質電池とすることで、上記目的を達成
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファッション、玩
具、電子機器などの分野に利用される薄形電池に関する
ものであり、詳しくはリチウム一次電池、リチウム二次
電池、リチウムイオン電池などの薄形非水電解質電池の
封口技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子機器などの薄形化、小形化、
軽量化に伴い、それに用いられる電池の需要が増大して
きている。特に、リチウム電池は、高電圧、高エネルギ
ー密度であることから薄形化の要求が多い。このリチウ
ム電池に代表される非水電解質電池は、品質を保持する
為に、長期に渡って密閉性、気密性を保持できる信頼性
の高い封口が必要とされている。

【０００３】これまで、薄形非水電解質電池は、集電体
材料として脱脂処理のみを行ったステンレス箔を用い、
封口材として、ポリ四弗化エチレン系樹脂、ポリエステ
ル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂
などの熱可塑性樹脂を用いて封口部を加熱接着してい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、封口材としてポ
リ四弗化エチレン系樹脂を用いた場合、初期の接着強度
が弱く、折り曲げの繰り返しにより接着剤の剥離が生じ
ることがあった。また、ポリエステル系樹脂を用いた場
合、初期接着強度は強いものの、電池の保存中に電池内
部の非水電解質成分が接着樹脂と接することにより、接
着材と集電体との接着力が低下し、接着材の剥離が生じ
る等の問題があった。また、ポリエチレン系樹脂を用い
た場合、接着強度は保存後まで十分保たれているが、ポ
リエチレン系樹脂は水分透過率が大きい為に、電池の保
存中に封口部の接着剤を通って侵入する水分により、内
部抵抗上昇や容量低下などが生じるなどの問題があっ
た。

【０００５】一方、集電体材料として脱脂処理のみを行
ったステンレス箔を用いると、初期の接着強度は強い場
合でも、電池を保存した場合、接着強度が低下し接着剤
の剥離が生じるという問題があった。

【０００６】本発明は、使用時に折り曲げを繰り返した
場合でも、封口部の剥離が起こらず、電池を保存した場
合でも、水分の侵入による内部抵抗上昇、容量低下など
の電池特性の劣化が起こらない、信頼性の高い薄形非水
電解質電池を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、電池外装体を兼ねる正極集電体と、同じく
電池外装体を兼ねる負極集電体の間に、正極活物質層、
セパレーター層、負極活物質層を積層してなる発電要素
を配置してその周囲を封口してなる薄形非水電解質電池
において、水分透過率が２５℃において５×１０^-6ｍｇ
・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ以下である窓枠状の熱可
塑性接着材を、１組の正極集電体と負極集電体の間に配
して、電池の周辺部を封口部の厚みが０．５ｍｍ以下で
幅／厚み比率が２以上となるように加熱接着し、封口し
ていることを特徴とする薄形非水電解質電池としたもの
である。

【０００８】また、本発明は、少なくとも前記正極集電
体の前記熱可塑性接着材と接する面が、クロメート処理
されていることを特徴とする薄形非水電解質電池であ
り、前記正極集電体の接着材と接する面がクロメート処
理、前記負極集電体の接着材と接する面がＮｉめっきさ
れていることを特徴とする薄形非水電解質電池であり、
前記熱可塑性接着材が、無水マレイン酸変性ポリプロピ
レンであることを特徴とする薄形非水電解質電池であ
り、更に前記封口部の接着材と集電体との初期接着強度
が、Ｔ型剥離試験で１ｍｍ幅当たり２０ｇ以上あること
を特徴とする薄形非水電解質電池である。

【０００９】

【作用】上記の構成により、繰り返し折り曲げに耐える
初期接着強度を持ち、かつ、保存中に接着材が非水電解
質と接しても接着強度の低下を起こさず、また、封口部
からの水分透過が十分抑制されるため電池性能の低下が
長期に渡って抑えられる。以下順に各構成要素の作用を
説明する。

【００１０】接着強度の実用上問題ないレベルは、繰り
返し折り曲げ試験などから、Ｔ型剥離試験で１ｍｍ幅当
たり最低２０ｇ以上である。この接着強度を長期に渡っ
て保持するためには、従来行われている集電体のアルカ
リ脱脂処理のみでは不十分であり、アルカリ脱脂がなさ
れた集電体に、本発明のクロメート処理又はＮｉめっき
処理を行うことにより長期に渡って強度の低下しない接
着が達成される。さらに、クロメート処理又はＮｉめっ
きした集電体に、接着材として耐溶剤性の高い無水マレ
イン酸変性ポリプロピレンを組み合わせて用いることに
より、接着材と非水電解質との接触による保存中の接着
力の低下を防ぐことができる。

【００１１】また、封口部からの水分の侵入量は、接着
材の水分透過率と封口部厚みに比例し、封口部の幅に反
比例することが分かっている。ここで、水分透過率が、
５×１０^-6ｍｇ・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ以下であ
る熱可塑性接着材を用い、電池の周辺部を封口部の幅／
厚み比率が２以上となるように加熱接着した場合には、
水分の侵入が抑制されるため、水分の侵入による内部抵
抗上昇、容量低下などの電池特性の劣化を抑制できる。
また、封口部の厚みを０．５ｍｍ以下にすることによ
り、封口部分を設けるために低下する電池のエネルギー
密度を最小限にできる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。本発明の熱可塑性接着材としては、水分透過率
が、５×１０^-6ｍｇ・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ以下
であり、非水電解質に対して耐性があり、集電体に対し
て接着力が強いものであれば使用可能であるが、集電体
がステンレス箔の場合には、変性ポリオレフィン系樹
脂、特に無水マレイン酸変性ポリプロピレンが好適に用
いられる。無水マレイン酸変性ポリプロピレンは、表現
上は無水マレイン酸を置換基として有するポリプロピレ
ンを主成分とする熱可塑性接着剤を示すが、無水マレイ
ン酸は空気中の水分と反応し次第にマレイン酸に変化し
ていくため、実際には無水マレイン酸変性ポリプロピレ
ンの置換基は、無水マレイン酸とマレイン酸とが混在し
ている。また、無水マレイン酸変性ポリプロピレンの主
鎖は、ポリプロピレンが主体で構成されているが、一部
にエチレンを含むエチレンとプロピレンの共重合体を含
んでいてもよい。

【００１３】本発明に用いる集電体は、アルカリ脱脂で
表面を清浄にした金属箔にクロメート処理したもののク
ロメート処理面が使用できる。また、完成後の薄形電池
の集電体の一部と機器の端子とをはんだで接続する場合
など、集電体の一部にはんだ濡れ性の必要な場合には、
アルカリ脱脂で表面清浄にした金属箔にＮｉめっきした
たもののＮｉめっき面が使用できる。ところが、リチウ
ム電池に用いる場合、クロメート処理は、正極集電体、
負極集電体のどちらにも適用できるが、Ｎｉめっきは、
Ｎｉの溶解析出電位よりも電位が高い正極の集電体に用
いると、非水電解質と接している場合、Ｎｉの溶解が起
こり接着材が剥離してしまうため、一般的なリチウム電
池の正極集電体の接着面には適さない。そのため、一般
的なリチウム電池の場合、正極集電体の接着面にはクロ
メート処理、負極集電体の接着面にはクロメート処理又
はＮｉめっきを用いることになる。

【００１４】薄形非水電解質電池の場合、水分浸入量が
できるだけ少ないほうが電池特性の劣化が抑制されるた
め、できるだけ接着材の水分透過率は低く、封口部の厚
みは薄く、封口部の幅は広いほうが望ましい。そこで、
水分浸入による電池特性の劣化を防ぐことのできる構成
を検討したところ、水分透過率が５×１０^-6ｍｇ・ｃｍ
／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ以下の接着材を用い、封口部の
厚みを０．５ｍｍ以下にしたとき、封口部の幅は１ｍｍ
でも水分の透過量が抑えられ、電池の劣化を十分抑えら
れることが判った。封口部の厚みが０．５ｍｍ以上の場
合、封口部の幅も１ｍｍ以上にしなければ水分の浸入量
を抑えることができなくなる。すなわち、封口部の厚み
を０．５ｍｍ以上にすることは、必要以上に電池の面積
に占める封口部の割合を増やし、エネルギー密度を低下
させてしまうことになる。封口部の厚みの下限について
は限定しないが、正極集電体と負極集電体が短絡しない
厚みであればできるだけ薄い方がよく、通常の接着材を
用いた場合０．０５ｍｍまで薄くすることが可能であ
る。また、封口部の幅／厚みの比が、２以下の場合は、
水分浸入量を十分抑えることができない。上限について
は限定しないが、幅／厚みの比を２以上にするというこ
とは、封口部の幅を必要以上に広くすることであり、電
池のエネルギー密度を低下させることを意味するため、
必要以上に大きくする必要はない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１６】（実施例１）図１は、本発明の薄形非水電
解質電池の断面図である。図中１は縦２０ｍｍ、横３０
ｍｍの正極集電体であり、厚み３０μｍのステンレス箔
（ＳＵＳ３０４）の接着材と接する面をアルカリ脱脂
後、クロメート処理を行ったものである。２は厚み５０
０μｍの正極合剤であり、加熱処理した電解二酸化マン
ガンと、カーボンと、可塑剤としてガンマブチロラクト
ン、塩としてトリフルオロメタンスルホン酸リチウムを
含む高分子固体電解質とから構成される。３は前記高分
子固体電解質からなる５０μｍのセパレーターである。
４は厚み５０μｍの金属リチウムである。５は負極集電
体であり、厚み３０μｍのステンレス箔（ＳＵＳ３０
４）の接着材と接する面をアルカリ脱脂後、Ｎｉめっき
したものである。６は接着材であり、電池の周辺部を接
着するために窓枠状に打ち抜かれた１５０μｍの接着材
を正極集電体１と負極集電体５の間に配し、１ｋｇ／ｃ
ｍ² で加圧密着させ、１９０℃で５秒間加熱して接着後
の接着材の厚みが１００μｍ、幅が１ｍｍとなるように
接着したものである。この接着材６は、水分透過率が
３．５×１０^-6ｍｇ・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ、融
点１６８℃の無水マレイン酸変性ポリプロピレンであ
る。

【００１７】実施例１の電池を７０℃、相対湿度９０％
で５日間保存したときの、保存前と保存後の接着強度、
折り曲げ試験結果、開回路電圧、内部抵抗、容量を表１
に示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】接着強度は、封口部を幅１ｍｍで長さ２０
ｍｍの短冊状に切り出し、接着材と集電体との間を一部
切り分けて引っ張り代を作り、１０ｍｍ／分の速度で引
っ張ってＴ型剥離試験を行った。折り曲げ試験は、Ｒ６
０の折り曲げを１０００回繰り返し、折り曲げ前後の外
観を比較した。内部抵抗は０．１Ｈｚの交流抵抗で評価
した。容量試験は、２０℃中、１００時間率放電を行
い、２. ０Ｖ打ち切りで行った。

【００２０】（比較例１）封口材としてポリ四弗化エチ
レン系樹脂を用いた以外は実施例１と同様にして電池を
作製した。この電池の接着強度、折り曲げ試験結果を表
１に示した。表１から接着強度が極めて小さいことが分
かる。

【００２１】（比較例２）封口材として水分透過率が
７．５×１０^-6ｍｇ・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈのポ
リエステル系樹脂を用いた以外は実施例１と同様にして
電池を作製した。この電池の保存前と保存後の接着強
度、折り曲げ試験結果を表１に示した。表１から保存後
の接着強度が極めて小さいことが分かる。

【００２２】（比較例３）封口材として水分透過率が
５．５×１０^-6ｍｇ・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈのポ
リエチレン系樹脂を用いた以外は実施例１と同様にして
電池を作製した。この電池の保存前と保存後の接着強
度、折り曲げ試験結果、開回路電圧、内部抵抗、容量を
表１に示した。表１から内部抵抗が増大することが分か
る。

【００２３】（比較例４）正極集電体、負極集電体とし
てアルカリ脱脂のみを行ったステンレス箔を用いた以外
は実施例１と同様にして電池を作製した。この電池の保
存前と保存後の接着強度を表１に示した。表１から保存
後の接着強度が極めて小さいことが分かる。

【００２４】（比較例５）封口部の厚みを６００μｍと
した以外は実施例１と同様にして電池を作製した。この
電池の保存前と保存後の接着強度、折り曲げ試験結果、
開回路電圧、内部抵抗、容量を表１に示した。表１から
保存後の内部抵抗が増大することが分かる。

【００２５】

【発明の効果】以上で説明した通り、本発明は、使用時
に折り曲げを繰り返した場合でも、封口部の剥離が起こ
らず、電池を保存した場合でも、水分の侵入による内部
抵抗上昇、容量低下などの電池特性の劣化が起こらない
ため、信頼性の高い薄形非水電解質電池を提供でき、そ
の工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の薄形非水電解質電池の断面図である。

【符号の説明】

１ 正極集電体 ２ 正極合剤 ３ セパレーター ４ 負極 ５ 負極集電体 ６ 接着材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井土 秀一 大阪府高槻市城西町６番６号 株式会社ユ アサコーポレーション内 (72)発明者 温田 敏之 大阪府高槻市城西町６番６号 株式会社ユ アサコーポレーション内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池外装体を兼ねる正極集電体と、同じ
   く電池外装体を兼ねる負極集電体の間に、正極活物質
   層、セパレーター層、負極活物質層を積層してなる発電
   要素を配置してその周囲を封口してなる薄形非水電解質
   電池において、水分透過率が２５℃において５×１０^-6
   ｍｇ・ｃｍ／ｍｍＨｇ／ｃｍ² ／ｈ以下である窓枠状の
   熱可塑性接着材を、１組の正極集電体と負極集電体の間
   に配して、電池の周辺部を封口部の厚みが０．５ｍｍ以
   下で幅／厚み比率が２以上となるように加熱接着し、封
   口していることを特徴とする薄形非水電解質電池。
2. 【請求項２】 少なくとも前記正極集電体の前記熱可塑
   性接着材と接する面が、クロメート処理されていること
   を特徴とする請求項１記載の薄形非水電解質電池。
3. 【請求項３】 前記正極集電体の接着材と接する面がク
   ロメート処理、前記負極集電体の接着材と接する面がＮ
   ｉめっきされていることを特徴とする請求項１記載の薄
   形非水電解質電池。
4. 【請求項４】 前記熱可塑性接着材が、無水マレイン酸
   変性ポリプロピレンであることを特徴とする請求項１記
   載の薄形非水電解質電池。
5. 【請求項５】 前記封口部の接着材と集電体との初期接
   着強度が、Ｔ型剥離試験で１ｍｍ幅当たり２０ｇ以上あ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄形非水電解質電
   池。