JPH11144691A

JPH11144691A - 薄形電池及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11144691A
Application number: JP9305847A
Authority: JP
Inventors: Masao Kawaguchi; 正夫川口; Soichi Hanabusa; 聡一花房
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JP3597027B2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱融着の際の発電要素の熱劣化を回避しつ
つ、エネルギー密度を向上することが可能な薄形電池を
提供する。【解決手段】上部に開口部を有する箱形をなすガスバ
リア性の容器１１と、前記容器１１内に収納された発電
要素と、前記容器１１の開口部に熱融着されたガスバリ
ア性の蓋板１２とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄形電池及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えばシート形リチウムイオン二
次電池のような０．５ｍｍ程度の厚さを有する薄形電池
は、小型、軽量を重視する携帯パソコンのようなコード
レス機器の電源として注目され、その開発が活発に進め
られている。

【０００３】前記薄形電池の実用化にあたっての重要な
要素技術は、正極、負極の活物質の選択、電池の構成技
術の他に、外装材による薄形発電要素の密封技術が挙げ
られる。前記外装材による前記薄形発電要素の密封性が
低下すると、前記発電要素を構成する電解液が揮発、漏
洩して電池反応を低減させるばかりか、外部から湿気が
容易に侵入して性能低下を招く。

【０００４】このようなことから、従来の前記薄形電池
は、内面に熱融着性樹脂フィルムが配された外装材内に
正極、セパレータおよび負極を有する薄形発電要素を前
記正負極に電気的に接続された外部端子が前記外装材の
開口縁部から延出するように収納し、かつ前記開口縁部
で前記熱融着性樹脂フィルムを互いに熱融着して前記発
電要素を前記外装材内に密封した構造を有する。前記外
装材は、例えば熱融着性樹脂フィルム、アルミニウム箔
のようなバリアフィルムおよびポリエチレンテレフタレ
ートフィルムのような剛性を有する樹脂フィルムを少な
くともこの順序で積層した積層フィルムからなる。

【０００５】前記薄形電池においては、外装材がフィル
ムであるため、前記フィルム内における発電要素の位置
がずれやすいという問題点がある。発電要素の位置がず
れると、熱融着の際に前記発電要素が熱影響をうけて劣
化し、放電特性が劣化する。このようなことから、フィ
ルム内の発電要素と熱融着部との間にマージンを設け、
発電要素の位置ずれに起因する熱融着の際の発電要素の
熱劣化を回避することが行われている。しかしながら、
マージンを設けるとフィルム内に収納される発電要素の
容積が小さくなり、薄形電池の容量が低下するという問
題点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱融着の際
の発電要素の熱劣化を回避しつつ、エネルギー密度を向
上することが可能な薄形電池及びその製造方法を提供し
ようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄形電池
は、上部に開口部を有する箱形をなすガスバリア性の容
器と、前記容器内に収納された発電要素と、前記容器の
開口部に熱融着されたガスバリア性の蓋板とを具備する
ことを特徴とするものである。

【０００８】本発明に係る薄形電池は、上部に開口部を
有する箱形をなすガスバリア性の容器と、前記容器内に
収納された発電要素と、前記容器の開口部に熱融着され
たガスバリア性の蓋板と、前記発電要素の正負極端子に
それぞれ接続された外部正負極端子とを具備し、前記容
器の開口部に形成された２つの凹部に端子と外部端子と
の接続部がそれぞれ配置されていることを特徴とするも
のである。

【０００９】本発明に係る薄形電池の製造方法は、矩形
の凹部が形成されたガスバリア性の外装材の前記凹部内
に発電要素を収納し、前記外装材にガスバリア性の蓋板
を熱融着させることにより前記外装材内に前記発電要素
を密封することを特徴とするものである。

【００１０】本発明に係る薄形電池の製造方法は、矩形
の凹部が形成されたガスバリア性の外装材の前記凹部内
に発電要素を収納し、前記外装材にガスバリア性の蓋板
を熱融着させることにより前記外装材内に前記発電要素
を密封し、前記発電要素の正負極端子と外部正負極端子
との接続部が前記外装材の前記凹部の周縁に形成された
２つの窪み部内にそれぞれ配置されていることを特徴と
するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る薄形電池の一例（第
１の薄形リチウムイオン二次電池）を図１〜図４を参照
して詳細に説明する。図１は本発明に係る第１の薄形リ
チウムイオン二次電池を示す断面図、図２は図１の二次
電池の部分切欠上面図、図３は図１の二次電池の外装材
を示す平面図、図４は図３の外装材を示す断面図であ
る。

【００１２】図１に示すように、本発明に係る第１の薄
形リチウムイオン二次電池は、多孔質金属板からなる集
電体１の両面に正極層２が担持された構造を有する正極
と、多孔質金属板からなる集電体３の両面に負極層４が
担持された構造を有する負極と、前記正極層２及び前記
負極層４の間に配置されたゲル状電解質層５とを有する
積層電極（発電要素）を備える。前記正極集電体１と同
様な金属板からなる帯状正極端子６は、前記正極集電体
１からそれぞれ延出されている。前記負極集電体３と同
様な金属板からなる帯状負極端子７は、前記負極集電体
３から延出されている。帯状金属板からなる外部負極端
子８は、前記負極端子７に接続されている。図２に示す
ように、帯状金属板からなる外部正極端子９は、前記２
つの正極端子６と接続されている。外装材１０は、図３
及び図４に示すように、上部に開口部を有する箱形容器
１１と、前記開口部の一端を延出することにより形成さ
れた蓋板１２とを備える。前記容器１１の開口部は、前
記蓋体１２が一体化されている端部を除き、縁取られて
おり、前記蓋体１２との熱融着部として機能する。前記
外装材は、ガスバリア性を有する材料、例えば、内面に
熱融着樹脂層が配されており、かつ内部に金属層が存在
した積層シートから形成されている。従って、前記容器
１１の内面は熱融着樹脂層が配され、前記蓋板１２は前
記容器１１の開口部を覆った状態の際に下面となる面に
熱融着樹脂層が配されている。前記積層電極は、図１及
び図２に示すように、前記外装材１０の容器１１内に前
記外部正負極端子８，９が前記容器１１からそれぞれ延
出するように収納されている。前記外装材１０は蓋板１
２の部分から折り曲げられ、前記容器１１の開口部が前
記蓋板１２によって覆われている。前記蓋板１２は、前
記容器１１の熱融着部として機能する開口部に互いの熱
融着樹脂層を熱融着させることによって固定され、前記
外装材１０内に前記積層電極が密封されている。

【００１３】前記薄形リチウムイオン二次電池の正極、
負極、電解質層及び外装材としては、例えば、以下に説
明するものを用いることができる。１）正極この正極は、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料、非
水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む正極
層が集電体に担持されたものから形成される。

【００１４】前記材料としては、種々の酸化物（例えば
ＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ などのリチウムマンガン複合酸化物、二
酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ₂ などのリチウム含有
ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ₂ などのリチウム含
有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化
物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど）や、
カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリ
ブテンなど）等を挙げることができる。中でも、リチウ
ムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、
リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好ましい。

【００１５】前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶
解することにより調製される。前記非水溶媒としては、
エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネー
ト（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチル
カーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥ
Ｃ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチ
ロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリ
ル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプ
ロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨ
Ｆ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることが
できる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上
混合して使用しても良い。

【００１６】前記電解質としては、例えば、過塩素酸リ
チウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）、六フッ化リン酸リチウム（Ｌ
ｉＰＦ₆ ）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、六
フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆ ）、トリフルオロメ
タンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ）、ビスト
リフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ
（ＣＦ₃ ＳＯ₃ ）₂ ］等のリチウム塩を挙げることがで
きる。

【００１７】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ま
しい。前記非水電解液を保持する機能を有するポリマー
としては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポ
リプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリ
マー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオ
ロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等を用いることが
できる。前記ＨＦＰの共重合割合は、前記共重合体の合
成方法にも依存するが、通常、最大で２０重量％前後で
ある。

【００１８】前記正極は、導電性を向上する観点から導
電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料として
は、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセ
チレンブラックなど）、ニッケル粉末等を挙げることが
できる。

【００１９】前記正極集電体としては、例えば、アルミ
ニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシ
ュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いることがで
きる。前記外部正極端子は、例えばアルミニウム箔から
形成することができる。

【００２０】２）負極この負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出する材料、非
水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む負極
層が集電体に担持されたものから形成される。

【００２１】前記材料としては、リチウムイオンを吸蔵
放出する炭素質材料を挙げることができる。かかる炭素
質材料としては、例えば、有機高分子化合物（例えば、
フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース
等）を焼成することにより得られるもの、コークスや、
メソフェーズピッチを焼成することにより得られるも
の、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表され
る炭素質材料を挙げることができる。中でも、５００℃
〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下にて前記メソ
フェーズピッチを焼成して得られる炭素質材料を用いる
のが好ましい。

【００２２】前記非水電解液及び前記ポリマーとして
は、前述した正極で説明したものと同様なものが用いら
れる。なお、前記負極シートは、人造グラファイト、天
然グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラッ
ク、ケッチェンブラック、ニッケル粉末、ポリフェニレ
ン誘導体等の導電性材料、オレフィン系ポリマーや炭素
繊維等のフィラーを含むことを許容する。

【００２３】前記負極集電体としては、例えば、銅製エ
キスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル
等を用いることができる。前記外部負極端子は、例え
ば、銅箔から形成することができる。

【００２４】３）ゲル状電解質層この電解質層は、非水電解液及びこの電解液を保持する
ポリマーを含む。前記非水電解液及び前記ポリマーとし
ては、前述した正極で説明したものと同様なものが用い
られる。

【００２５】前記電解質層は、強度を更に向上させる観
点から、酸化硅素粉末のような無機フィラーを添加して
も良い。４）外装材この外装材は、例えば、シール面に熱融着性樹脂が配さ
れ、中間にアルミニウム（Ａｌ）のような金属薄膜を介
在させた多層構造のシートからなることが好ましい。具
体的には、シール面側から外面に向けて積層したポリエ
チレン（ＰＥ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート；ＰＥ／ナイロン／
Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート；アイオノマー／Ｎｉ箔／
ＰＥ／ＰＥＴの多層シート；エチレンビニルアセテート
（ＥＶＡ）／ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート；アイ
オノマー／ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴの多層シート等を用
いることができる。ここで、シール面側のＰＥ、アイオ
ノマー、ＥＶＡ以外のフィルムは防湿性、耐通気性、耐
薬品性を担っている。

【００２６】前記多層シート中の金属薄膜の厚さは３０
μｍ以上にすることが好ましい。前記金属薄膜の厚さを
３０μｍ未満にすると、多層シートから前述したような
形状の容器を成形することが困難になる恐れがあると共
に、外装材の保形性が低下する恐れがある。しかしなが
ら、前記金属薄膜の厚さが１００μｍを越えると、シー
ト成形に要する加圧力が相当に高くなるため、プレスな
どの設備投資が大きくなってしまう反面、外装材として
の保形性は必要以上となる。このため、前記金属薄膜の
厚さは３０μｍ〜８０μｍにすることがより好ましい。

【００２７】なお、前述した図１〜４においては、容器
と蓋板とが一体となっている外装材を用いる例を説明し
たが、容器と蓋板は別々にしても良い。前記第１の薄形
リチウムイオン二次電池は、例えば、以下に説明する方
法で製造することができる。

【００２８】（第１工程）まず、正極、負極、前記正極
及び前記負極の間に配置されたゲル状電解質層を有する
積層電極を作製する。前記正極の正極端子に外部正極端
子を、前記負極の負極端子に外部負極端子をそれぞれ接
続する。

【００２９】また、上部に開口部を有する箱形容器と、
前記容器の開口部の一端を延出することにより形成され
た蓋板とを有し、ガスバリア性を有する材料（例えば、
内部に金属層が介在され、かつ内面に熱融着樹脂層が配
された積層シート）からなる外装材を用意する。

【００３０】（第２工程）前記外装材の前記容器内に前
記積層電極を前記外部正負極端子が前記開口部から延出
するように収納する。

【００３１】（第３工程）前記外装材を蓋板部分から折
り曲げることにより前記容器の開口部を前記蓋板で覆
い、前記容器の開口部に前記蓋板を互いの熱融着樹脂層
を熱融着させることにより固定し、前記外装材内に前記
積層電極を密封する。

【００３２】なお、本発明に係る製造方法においては、
容器と蓋板とを別々に形成することを許容する。この場
合、容器内に積層電極を収納した後、前記容器の開口部
に蓋板を配置し、前記容器の開口部に前記蓋板を熱融着
によって固定すればよい。

【００３３】以下、本発明に係る薄形電池の別の例（第
２の薄形リチウムイオン二次電池）を図５〜図９を参照
して詳細に説明する。図５は本発明に係る第２の薄形リ
チウムイオン二次電池を示す断面図、図６は図５の二次
電池の部分切欠上面図、図７は図５の二次電池の外装材
を示す平面図、図８は図７の外装材を長手方向に沿う端
部に沿って切断した際の断面図、図９は図７の外装材を
窪み部が形成された開口部側からみた側面図である。

【００３４】図５に示すように、本発明に係る第２の薄
形リチウムイオン二次電池は、多孔質金属板からなる集
電体２１の両面に正極層２２が担持された構造を有する
正極と、多孔質金属板からなる集電体２３の両面に負極
層２４が担持された構造を有する負極と、前記正極層２
２及び前記負極層２４の間に配置されたゲル状電解質層
２５とを有する積層電極（発電要素）を備える。前記正
極集電体２１と同様な金属板からなる帯状正極端子２６
は、前記正極集電体２１からそれぞれ延出されている。
前記負極集電体２３と同様な金属板からなる帯状負極端
子２７は、前記負極集電体２３から延出されている。帯
状金属板からなる外部負極端子２８は、前記負極端子２
７に接続されている。図６に示すように、帯状金属板か
らなる外部正極端子２９は、前記２つの正極端子２６と
接続されている。外装材３０は、図７〜図９に示すよう
に、上部に開口部を有する箱形容器３１と、前記開口部
の一端を延出することにより形成された蓋板３２とを備
える。前記容器３１の開口部は、前記蓋体３２が一体化
されている端部を除き、縁取られており、前記蓋体３２
との接着部として機能する。２つの矩形状凹部３３，３
４は、前記蓋板３２が延出された開口部と対向する開口
部に形成されている。前記外装材３０は、ガスバリア性
を有する材料、例えば、内部に金属層が介在された積層
シートから形成されている。前記積層電極は、図５及び
図６に示すように、前記外装材３０の容器３１内に収納
されている。前記負極端子２７と前記外部負極端子２８
との接続部及び前記正極端子２６と前記外部正極端子２
９との接続部は、前記矩形凹部３３，３４内に配置され
た熱融着樹脂３５上にそれぞれ載置されている。また、
前記外部正負極端子２８，２９は、前記矩形凹部３３，
３４が形成された開口部からそれぞれ延出されている。
前記外装材３０は折り曲げられ、蓋板３２が前記容器３
１の開口部を覆っている。熱融着樹脂３５は、接着部と
して機能する開口部と前記蓋板３２との間にこの間の隙
間を埋めるように充填されている。前記熱融着樹脂３５
による熱融着によって前記蓋板１２が前記容器３１の開
口部に固定され、前記外装材３０内に前記積層電極が密
封されている。

【００３５】前記薄形リチウムイオン二次電池の正極、
負極及び電解質層としては、前述した第１の薄形リチウ
ムイオン二次電池で説明したのと同様なものが用いられ
る。また、前記外装材及び前記熱融着樹脂としては、例
えば、以下に説明するものを用いることができる。

【００３６】１）外装材この外装材は、例えば、中間にアルミニウム（Ａｌ）の
ような金属薄膜を介在させた多層構造のシートからなる
ことが好ましい。具体的には、シール面側から外面に向
けて積層したアイオノマー／ポリエステル／アルミニウ
ム箔／延伸ナイロン等を用いることができる。

【００３７】前記多層シート中の金属薄膜の厚さは３０
μｍ以上にすることが好ましい。前記金属薄膜の厚さを
３０μｍ未満にすると、多層シートから前述したような
形状の容器を成形することが困難になる恐れがあると共
に、外装材の保形性が低下する恐れがある。しかしなが
ら、前記金属薄膜の厚さが１００μｍを越えると、シー
ト成形に要する加圧力が相当に高くなるため、プレスな
どの設備投資が大きくなってしまう反面、外装材として
の保形性は必要以上となる。このため、前記金属薄膜の
厚さは３０μｍ〜８０μｍにすることがより好ましい。

【００３８】２）熱融着樹脂前記熱融着樹脂としては、例えば、アイオノマー、ポリ
エチレン等を挙げることができる。

【００３９】なお、前述した図５〜９においては、容器
と蓋板とが一体となっている外装材を用いる例を説明し
たが、容器と蓋板は別々にしても良い。前記第２の薄形
リチウムイオン二次電池は、例えば、以下に説明する方
法で製造することができる。

【００４０】（第１工程）まず、正極、負極、前記正極
及び前記負極の間に配置されたゲル状電解質層を有する
積層電極を作製する。前記正極の正極端子に外部正極端
子を、前記負極の負極端子に外部負極端子をそれぞれ接
続する。

【００４１】また、上部に開口部を有する箱形容器と、
前記容器の開口部の一端を延出することにより形成され
た蓋板と、前記蓋板が延出された１辺を除く開口部に形
成された２つの凹部を有し、ガスバリア性を有する材料
（例えば、内部に金属層が介在された積層シート）から
なる外装材を用意する。

【００４２】（第２工程）前記容器の開口部（前記蓋板
が延出された１辺を除く）と、前記蓋板の下面のうち前
記開口部と対向する部分に熱融着樹脂フィルムを配置す
る。前記外装材の前記容器内に前記積層電極を前記外部
正負極端子が前記開口部からそれぞれ延出するように収
納する。また、前記正極端子と前記外部正極端子との接
続部及び前記負極端子と前記外部負極端子との接続部を
前記容器の開口部の２つの凹部内の熱融着樹脂フィルム
にそれぞれ配置する。

【００４３】（第３工程）前記外装材を蓋板部分から折
り曲げることにより前記容器の開口部を前記蓋板で覆
い、前記容器の開口部及び前記蓋板の間に存在する熱融
着樹脂フィルムを熱融着させることにより前記容器の開
口部に前記蓋板を固定し、前記外装材内に前記積層電極
を密封する。

【００４４】なお、本発明に係る製造方法においては、
容器の開口部と蓋板の間に２枚の熱融着樹脂フィルムを
配置し、これら熱融着樹脂フィルムの間に端子接続部を
配置し、容器と蓋板をその間に端子を介在させて熱融着
させる代わりに、モールド加工によって熱融着樹脂製の
枠中に端子接続部を埋め込み、この枠を前記容器の開口
部と蓋板の間に配置し、熱融着させても良い。

【００４５】また、本発明に係る製造方法においては、
容器と蓋板とを別々に形成することを許容する。この場
合、容器内に積層電極を収納した後、前記容器の開口部
に蓋板を配置し、前記容器の開口部に前記蓋板を熱融着
によって固定すればよい。

【００４６】以上詳述したように本発明に係る薄形電池
によれば、外装材としてフィルムではなく、予め箱形に
成形された容器を用い、前記容器の開口部に蓋板を熱融
着させるため、発電要素を収納するスペースと熱融着部
との間にマージンを設けなくとも、熱融着の際の発電要
素の熱劣化を回避することができる。その結果、外装材
内の発電要素の占有体積を向上することができるため、
エネルギー密度が向上された薄形電池を実現することが
できる。

【００４７】また、前記薄形電池の外装材に介在された
金属層の厚さを３０μｍ以上にすることによって、前記
外装材の保形性を向上することができるため、体積エネ
ルギー密度の向上を図るために熱融着部の折り曲げを行
った際に、折り曲げ加工が施された電池の寸法がばらつ
くのを抑制することができる。すなわち、前記外装材が
前述したような積層フィルムから構成された薄形電池に
おいて、熱融着部を折り曲げて電池寸法を小さくする
と、前記外装材の保形性が低いため、折り曲げ幅がばら
つきやすく、得られた電池寸法のばらつきが大きくな
る。本願発明のように外装材の金属層の厚さを３０μｍ
以上と厚くすることによって、熱融着部の折り曲げ幅を
一定にすることができ、かつ接着剤等で固定しなくとも
折り曲げた状態を維持することができるため、電池寸法
のばらつきを抑制することができる。

【００４８】さらに、外装材がフィルムである場合に熱
融着部を折り返すと、電池の上下面に熱融着部が折り返
されることとなる。この折り返された融着部を接着剤等
で電池の上下面に固定するため、得られた電池の厚さは
折り返された熱融着部と接着剤の分だけ厚くなり、体積
エネルギー密度を十分に向上させることが困難である。
本発明のように外装材として容器を使用し、かつ外装材
の金属層の厚さを３０μｍ以上にすることによって、熱
融着部を電池の側面に折り返すことができると共に、接
着剤等を用いなくともその折り曲げ状態を保持すること
ができるため、体積エネルギー密度を大幅に改善するこ
とができる。

【００４９】本発明に係る薄形電池の製造方法によれ
ば、矩形の凹部を有する外装材を用意し、前記外装材の
前記凹部内に発電要素を外部正極端子及び外部負極端子
が前記外装材からそれぞれ延出するように収納した後、
前記外装材の上端と蓋体とを熱融着させ、前記外装材内
に発電要素を密封することによって、発電要素収納スペ
ースと熱融着部との間に余分な空間を設けなくとも、熱
融着の際に発電要素が熱劣化するのを防止することがで
きる。その結果、外装材内の発電要素の占有体積を向上
することができるため、エネルギー密度が向上された薄
形電池を製造することができる。

【００５０】本発明に係る別の薄形電池によれば、外装
材としてフィルムではなく、予め箱形に成形された容器
を用い、前記容器の開口部に蓋板を熱融着させるため、
発電要素を収納するスペースと熱融着部との間にマージ
ンを設けなくとも、熱融着の際の発電要素の熱劣化を回
避することができる。また、正極端子と外部正極端子と
の接続部及び負極端子と外部負極端子との接続部を容器
の開口部に形成された凹部内にそれぞれ配置するため、
外装材内の発電要素以外のものが占めるスペースを低減
することができる。その結果、外装材内の発電要素の占
有体積を向上することができるため、エネルギー密度が
より一層向上された薄形電池を実現することができる。

【００５１】さらに、薄形電池の一例である薄形リチウ
ムイオン二次電池においては、外装材内に位置する端子
は、正極の場合はアルミニウム、負極の場合は銅からそ
れぞれ形成されている必要がある。本発明によれば、外
部正負極端子が前記容器内に配置されていないため、外
部正負極端子をニッケルや、銅のような溶接しやすい材
料に変更することができる。その結果、電子機器や、他
の二次電池と簡単に接続することが可能な薄形リチウム
イオン二次電池を低コストで実現することができる。

【００５２】また、前記薄形電池の外装材に介在された
金属層の厚さを３０μｍ以上にすることによって、前記
外装材の保形性を向上することができる。その結果、熱
融着部の折り曲げを行うことによって、体積エネルギー
密度を大幅に向上することができると共に、得られた電
池の寸法がばらつくのを抑制することができる。

【００５３】本発明に係る別の薄形電池の製造方法によ
れば、矩形の凹部と前記矩形凹部の周縁に形成された２
つの窪み部とを有する外装材を用意し、前記外装材の前
記矩形凹部内に発電要素を正極端子と外部正極端子との
接続部及び負極端子と外部負極端子との接続部が前記２
つの窪み部内に熱融着樹脂を介してそれぞれ配置される
ように収納した後、前記外装材の凹部を塞ぐように蓋板
を配置し、これらを熱融着させ、前記外装材内に発電要
素を密封することによって、発電要素収納スペースと熱
融着部との間に位置ずれ分を考慮して余分な空間を設け
なくとも、熱融着の際に発電要素が熱劣化するのを防止
することができると共に、正極端子と外部正極端子との
接続部及び負極端子と外部負極端子との接続部を前記外
装材の凹部よりも外側に位置させることができるため、
前記外装材内の発電要素の占有体積を増大させることが
できる。従って、エネルギー密度がより一層向上された
薄形電池を製造することができる。また、本発明の方法
によれば、電子機器等との接続を容易に行うことが可能
な薄形電池を簡単に製造することができる。

【００５４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。（実施例１）＜正極の作製＞まず、活物質として組成式がＬｉＭｎ₂
Ｏ₄ で表されるリチウムマンガン複合酸化物と、カーボ
ンブラックと、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロ
プロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末と、可塑
剤としてフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）との混合液をアセ
トン中で混合し、ペーストを調製した。なお、各材料の
配合比（ＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ ：ＶｄＦ−ＨＦＰの共重合体：
カーボンブラック：ＤＢＰ）は、５６重量％：１７重量
％：５重量％：２２重量％にした。得られたペーストを
ポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィル
ム）上に厚さが１００μｍ、幅が２００ｍｍとなるよう
に塗布し、シート化し、非水電解液未含浸の正極シート
を作製した。

【００５５】帯状端子部を有する正極集電体として、ア
ルミニウム製エキスパンドメタルを用意した。この集電
体の両面に前記正極シートを熱ロールで加熱圧着するこ
とにより非水電解液未含浸の正極を作製した。

【００５６】＜負極の作製＞活物質としてメソフェーズ
ピッチ炭素繊維と、ビニリデンフロライド−ヘキサフル
オロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末と、
可塑剤｛フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）｝とをアセトン中
で混合し、ペーストを調製した。なお、材料の配合比
（炭素繊維：ＶｄＦ−ＨＦＰの共重合体：ＤＢＰ）は、
５８重量％：１７重量％：２５重量％にした。得られた
ペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥ
Ｔフィルム）上に厚さが１００μｍ、幅が２００ｍｍと
なるように塗布し、シート化し、電解液未含浸の負極シ
ートを作製した。

【００５７】帯状端子部を有する負極集電体として、銅
製エキスパンドメタルを用意した。この集電体の両面に
前記負極シートを熱ロールで加熱圧着することにより電
解液未含浸の負極を作製した。

【００５８】＜ゲル状電解層の作製＞酸化硅素粉末を３
３．３重量部と、ＶｄＦ−ＨＦＰの共重合体粉末を２
２．２重量部と、可塑剤｛フタル酸ジブチル（ＤＢ
Ｐ）｝４４．５重量部とをアセトン中で混合し、ペース
ト状にした。得られたペーストをポリエチレンテレフタ
レートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に厚さが１００μ
ｍ、幅が２００ｍｍとなるように塗布し、シート化し、
電解液未含浸の電解質層を作製した。

【００５９】＜非水電解液の調製＞エチレンカーボネー
ト（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が体積比
で２：１の割合で混合された非水溶媒に電解質としての
ＬｉＰＦ₆ をその濃度が１ｍｏｌ／ｌになるように溶解
させて非水電解液を調製した。

【００６０】＜電池の組立＞前記正極を２枚と、前記負
極を１枚と、前記ゲル状電解質層を２枚用意し、これら
を正極と負極の間にゲル状電解質層が介在するように積
層し、１３０℃に加熱した剛性ロールにて加熱圧着し、
積層物を作製した。このような積層物をメタノール中に
浸漬し、前記積層物中のＤＢＰをメタノールによって抽
出し、除去した。これを乾燥し、端子部を除く外形寸法
が５ｃｍ×３ｃｍの積層電極を作製した。このような積
層電極を５つ作製し、これらを積層し、正極端子を１つ
に束ね、外部正極端子としての帯状アルミニウム箔（厚
さ５０μｍ）に接続した。また、負極端子を１つに束
ね、外部負極端子としての帯状銅箔（厚さ５０μｍ）に
接続した。

【００６１】一方、上部に開口部を有する矩形の凹部
（縦が５５ｍｍ、横が３２ｍｍ、深さが２．８ｍｍ）
と、前記開口部の一端を延出することにより形成された
蓋板（縦が６０ｍｍ、横が４２ｍｍ）とからなる外装材
（縦が１２０ｍｍ、横が４２ｍｍ）を用意した。前記外
装材は、上面側から下面側にかけて厚さが５０μｍのア
イオノマー層、厚さが４０μｍのアルミニウム箔層及び
厚さが１２μｍのＰＥＴ層からなる多層シートから構成
されている。

【００６２】前記外装材の凹部内に前記積層電極を収納
した。前記積層電極の外部正負極端子は、蓋板が延出さ
れた開口部と対向する開口部からそれぞれ延出させた。
前記外装材を蓋板部分から折り曲げ、前記凹部を前記蓋
板によって覆った。次いで、蓋板に、前記外部正負極端
子が延出された開口部及びこの開口部と直交する開口部
のうちの１辺を互いのアイオノマー層を熱融着させるこ
とによって接着した。残りの開口部から前記組成の非水
電解液を注液し、前記積層電極に含浸させた。ひきつづ
き、この開口部を熱融着によって封止することにより、
外部端子を除く外形寸法が６ｃｍ×３．５ｃｍで、厚さ
が３．５ｍｍで、電気容量が５００ｍＡｈの薄形リチウ
ムイオン二次電池を製造した。（比較例）実施例１と同様にして積層電極を作製した。
外装材として、厚さが１２μｍのＰＥＴ層と、厚さが１
０μｍのアルミニウム箔と、厚さが５０μｍのアイオノ
マー樹脂層とがこの順番に積層された多層フィルム（寸
法が１２ｃｍ×５ｃｍ）を用意した。前記フィルムを前
記アイオノマー樹脂層が内側に位置するように二つ折り
にし、前記積層電極を前記正極リード及び前記負極リー
ドが前記フィルムから延出するように被覆した。このフ
ィルムの開口部のうち２辺を幅５ｍｍで熱融着すること
により封止した。次いで、熱融着されていない一端部か
ら実施例１と同様な組成の非水電解液を注液し、前記積
層電極に含浸させた。ひきつづき、この熱融着されてい
ない端部を幅５ｍｍで熱融着することにより、図１０に
示す構造を有し、外部端子部分を除く外形寸法が６ｃｍ
×３．５ｃｍで、電気容量が４２０ｍＡｈの薄形リチウ
ムイオン二次電池を製造した。なお、この二次電池にお
いては、熱融着の際の積層電極の熱劣化を回避するため
に外装材における積層電極収納部と熱融着部との間を幅
５ｍｍで離した。

【００６３】すなわち、図１０に示すように、前記二次
電池は、集電体４１の両面に正極層４２が担持された構
造を有する正極と、集電体４３の両面に負極層４４が担
持された構造を有する負極とを備える。ゲル状電解質層
４５は、前記正極層４２及び前記負極層４４の間に配置
されている。前記正極の集電体４１は、この集電体と同
じ材料からなる帯状端子部４６を有する。前記負極の集
電体４３は、前記端子部４６と対向しないような位置に
この集電体と同じ材料からなる帯状端子部４７を有す
る。正極リード４８は、前記帯状端子部４６に接続され
ている。負極リード（図示しない）は、前記負極端子部
４７に接続されている。前記正極、前記負極及び前記ゲ
ル状電解質層（発電要素）は、二つ折りにしたフィルム
４９によって被覆されている。前記フィルム４９の開口
部は、熱融着により封止されている。

【００６４】得られた実施例１及び比較例の二次電池そ
れぞれについて、平均作動電圧を３．８Ｖとした場合の
体積効率（Ｗｈ／ｌ；端子部を除く外形寸法から算出す
る）を求め、その結果を下記表１に示す。また、表１中
の体積効率は、二次電池１００個の平均値である。

【００６５】表１寸法（ｍｍ）＜リードを除く＞体積効率（Ｗｈ／ｌ）実施例１６５×３５×３．５２５０比較例６５×３５×３．５２１１（実施例２）実施例１と同様にして積層電極を作製し
た。上部に開口部を有する矩形の凹部（縦が５５ｍｍ、
横が３２ｍｍ、深さが２．８ｍｍ）と、前記開口部の一
端を延出することにより形成された蓋板（縦が６０ｍ
ｍ、横が４２ｍｍ、厚さが０．１０ｍｍ）とを有する外
装材（縦が１２０ｍｍ、横が４２ｍｍ）を用意した。前
記外装材は、蓋板が延出された開口部と対向する開口部
に幅が４．５ｍｍで、深さが１ｍｍの窪み部が２つ互い
に所望の距離を隔てて形成されている。また、前記外装
材は、上面側から下面側にかけて厚さが５０μｍのアイ
オノマー層、厚さが４０μｍのアルミニウム箔層及び厚
さが１２μｍのＰＥＴ層からなる多層シートから構成さ
れている。

【００６６】前記外装材の窪み部が形成された端部及び
この端部と直交する２つの端部に厚さが０．５ｍｍのア
イオノマーフィルムを配置した。また、前記蓋板の下面
のうちこれら端部と対向する領域に前記厚さのアイオノ
マーフィルムを配置した。次いで、前記外装材の凹部内
に前記積層電極を収納すると共に、前記正極端子と前記
外部正極端子との接続部及び前記負極端子と前記外部負
極端子との接続部を前記２つの窪み部内のアイオノマー
フィルム上にそれぞれ配置した。前記外装材を蓋板部分
から折り曲げ、前記凹部を前記蓋板によって覆った。次
いで、蓋板に、前記外部正負極端子が延出された開口部
及びこの開口部と直交する開口部のうちの１辺を互いの
アイオノマーフィルムを熱融着させることによって接着
した。残りの開口部から前記組成の非水電解液を注液
し、前記積層電極に含浸させた。ひきつづき、この開口
部を熱融着によって封止することにより、外部端子を除
く外形寸法が６ｃｍ×３．５ｃｍで、電気容量が５３０
ｍＡｈの薄形リチウムイオン二次電池を製造した。

【００６７】得られた実施例２の二次電池について、平
均作動電圧を３．７Ｖとした場合の体積効率（Ｗｈ／
ｌ；端子部を除く外形寸法から算出し、二次電池１００
個の平均値）を求めたところ、２６５Ｗｈ／ｌであっ
た。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、エ
ネルギー密度が向上された薄形電池及びその製造方法を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の薄形リチウムイオン二次電
池を示す断面図。

【図２】図１の二次電池の部分切欠上面図。

【図３】図１の二次電池の部分切欠上面図。

【図４】図３の外装材を示す断面図。

【図５】本発明に係る第２の薄形リチウムイオン二次電
池を示す断面図。

【図６】図５の二次電池の部分切欠上面図。

【図７】図５の二次電池の外装材を示す平面図。

【図８】図７の外装材を長手方向に沿う端部に沿って切
断した際の断面図。

【図９】図７の外装材を窪み部が形成された開口部側か
らみた側面図。

【図１０】比較例の薄形リチウムイオン二次電池を示す
断面図。

【符号の説明】

１…正極集電体、２…正極層、３…負極集電体、４…負極層、５…ゲル状電解質層、６…正極端子部、７…負極端子部、８…外部負極端子、１１…容器、１２…蓋板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上部に開口部を有する箱形をなすガスバ
リア性の容器と、前記容器内に収納された発電要素と、
前記容器の開口部に熱融着されたガスバリア性の蓋板と
を具備することを特徴とする薄形電池。
【請求項２】上部に開口部を有する箱形をなすガスバ
リア性の容器と、前記容器内に収納された発電要素と、
前記容器の開口部に熱融着されたガスバリア性の蓋板
と、前記発電要素の正負極端子にそれぞれ接続された外
部正負極端子とを具備し、前記容器の開口部に形成され
た２つの凹部に端子と外部端子との接続部がそれぞれ配
置されていることを特徴とする薄形電池。
【請求項３】矩形の凹部が形成されたガスバリア性の
外装材の前記凹部内に発電要素を収納し、前記外装材に
ガスバリア性の蓋板を熱融着させることにより前記外装
材内に前記発電要素を密封することを特徴とする薄形電
池の製造方法。
【請求項４】矩形の凹部が形成されたガスバリア性の
外装材の前記凹部内に発電要素を収納し、前記外装材に
ガスバリア性の蓋板を熱融着させることにより前記外装
材内に前記発電要素を密封し、前記発電要素の正負極端
子と外部正負極端子との接続部が前記外装材の前記凹部
の周縁に形成された２つの窪み部内にそれぞれ配置され
ていることを特徴とする薄形電池の製造方法。
【請求項５】前記容器及び前記蓋板は、内部に金属層
が介在されていることを特徴とする請求項１ないし２い
ずれか１項記載の薄形電池。
【請求項６】前記金属層の厚さは３０μｍ以上である
ことを特徴とする請求項５記載の薄形電池。