JPH11265699A

JPH11265699A - 薄型電池

Info

Publication number: JPH11265699A
Application number: JP10067948A
Authority: JP
Inventors: Takashi Namikata; 尚南方; Masaaki Sasayama; 昌聡笹山
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】【課題】過充電、充電状態の加熱、電極間短絡におい
ても高い安全性を有する薄型で、軽量で、且つ高容量の
非水系電池を提供する。【解決手段】ポリマ−積層体材料からなる袋状電池用
外装体でパッケージされた薄型電池において、外装体内
の圧力＞外装体外の圧力の場合に、ばねまたは磁気カッ
プリングで開閉を行う安全弁等の外装体内のガスを外装
体外に放出する機構が付与されてなる薄型電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマ−積層体か
らなる外装体で封止された薄型一次電池または／および
二次電池に関し、特に安全性に優れた二次電池に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、パソコン、携帯電話、ビデオカメ
ラなど種々の携帯機器に用いる電源として高エネルギー
密度電池が開発されている。このような高エネルギー密
度電池として繰り返し充放電可能なリチウムイオン二次
電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など
が挙げられ、特にリチウムイオン二次電池はエネルギー
密度が大きいことが特徴であり、電池の小型軽量化が可
能であることから活発に開発が進められている。

【０００３】従来、リチウムイオン二次電池は電極間の
イオン移動媒体として電解液が用いられ、通常は電極と
多孔質セパレータの積層体に電解液が含浸された構造を
有する。しかしながら電極とセパレ−タは一体化してお
らず、電極空孔部およびセパレ−タからの液漏れを防ぐ
ため電池パッケージに重厚な金属材料が用いられてい
る。

【０００４】一方、固体電解質をイオン移動媒体とする
電池は、従来の電解液をイオン移動媒体とする電池に比
べ、電極とセパレ−タが一体化しているため実質的に液
漏れがなく、電池の信頼性、安全性が高められる。ま
た、積層体形成の容易さ、電池形態の自由度が高いこと
による量産性、電池の薄型化、パッケージの簡略化、軽
量化が期待されている。さらには、従来の電解液系電池
で起こりうる液漏れが実質的に起こらないため製造工程
管理が容易である、電極／固体電解質／電極積層体の直
列接続積層による高電圧化も可能であるという利点も有
している。

【０００５】上記したように、この固体電解質をセパレ
−タとする電池においては、ポリマ−積層体を該電池の
外装体材料として用いることができ、この外装体は現在
用いられている電池の金属容器に比較して薄膜で軽量で
あるため電池の軽量化、薄膜化が容易である。この電池
を通常の動作で使用する場合高い安全性と信頼性が確保
できるが、電極間短絡、過充電、高温環境保持などの異
常状態や誤動作においても高い安全性と信頼性が確保さ
れることが要求されている。

【０００６】金属缶を外装体に用いた電池においては、
電池内部の圧力増加によってラプチャ−デイスクが開放
し同時に電極端子の導通を遮断する安全構造が提案さ
れ、利用されている（特開平２−１１２１５１号公
報）。該構造は防爆弁に端子リードが設置され、この防
爆弁の内圧による変形を構造内部で吸収するように設計
されており、このため該防爆弁は厚い構造となってい
る。また、該防爆弁は円筒型形状もしくは角型形状の金
属缶に溶接またはかしめにより金属缶に接合されてい
る。従って本発明のような薄型電池に利用することはで
きない。

【０００７】高温時に電流遮断を行なう素子（Positive
Temperature Coefficient素子またはＰＴＣ素子）を電
極端子に接続した電池が提案されている（米国特許第５
４７８６６８号明細書、特願平８−２５２７１１号、特
願平８−２６１６１８号）が、この安全機構は、ＰＴＣ
素子が設置されている電極端子部の温度上昇を伴った場
合のみ電流遮断を行うものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、異常動作や
異常環境においても高い安全性と高信頼性を有する薄型
で、軽量で、且つ高容量の電池を提供することを目的と
する。特に、過充電、充電状態の加熱、電極間短絡にお
いても高い安全性を有する薄型で、軽量で、且つ高容量
の非水系電池を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、薄型軽量
の電池を作製し、この異常作動時や異常環境における試
験を行い、電池に新たな安全機構を導入することによっ
て高い安全性が確保できることを見出し、本発明に至っ
た。即ち、本発明は、（１）ポリマ−積層体材料から
なる袋状電池用外装体でパッケージされた薄型電池にお
いて、外装体内の圧力＞外装体外の圧力の場合に、外装
体内のガスを外装体外に放出する機構が付与されてなる
薄型電池、（２）外装体内の圧力＞外装体外の圧力の
場合に、外装体内のガスを外装体外に放出する機構が、
ホルダ−部により外装体に固定された安全弁を通じて外
装体の内外に連通した開放孔を有し、該安全弁による該
開放孔の開閉がばねまたは磁気カップリングで行うもの
である上記（１）の薄型電池、（３）安全弁の開放圧
が高温時に低下する上記（２）の薄型電池、である。

【００１０】以下、本発明を詳細に説明する。本発明は
ポリマ−積層体材料からなる袋状外装体でパッケージさ
れた電池であり、該電池は、外装体、イオン移動可能な
セパレ−タを介して電極が接合された電極積層体、電極
からの電流の注入取出のための電極端子、および外装体
内の圧力＞外装体外の圧力の場合に、外装体内のガスを
外装体外に放出する機構によって構成される。

【００１１】本発明で用いられる外装体はポリマ−積層
体材料からなる袋状構造であり、少なくとも最内層に熱
可塑性樹脂層を有し、その外側に１層または２層以上の
絶縁樹脂層を有し、さらに該熱可塑性樹脂層と最も外側
の絶縁樹脂層の間に金属層を有する構造のポリマ−積層
体シ−トを最内層の熱可塑性樹脂層同士を熱融着などで
袋状に加工したものである。

【００１２】このポリマ−積層体材料の熱可塑性樹脂層
として、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレ
フィン、エチレン−ビニルアルコ−ル共重合体、エチレ
ン−アクリル酸誘導体またはメタクリル酸誘導体共重合
体、ポリフェニレンオキシドなどが用いられる。また、
絶縁樹脂層として、ポリイミド、芳香族ポリアミド、脂
肪族ポリアミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニ
レンスルフィド、ポリエチレンナフタレ−ト、ポリエチ
レンフタレ−トなどが用いられる。金属層としてはアル
ミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケル、ステンレ
スなどが用いられる。

【００１３】本発明の薄型電池は、この袋状外装体内に
イオン移動可能なセパレ−タを介して電極が接合された
電極積層体が挿入され、該電極積層体の正極および負極
から該外装体外に延びる電極端子を封止した構造を有
し、約１０ｍｍから約０．３ｍｍの厚みの薄型電池であ
る。この外装体の封止を例えば外装体最内層の熱可塑性
樹脂層の熱融着で行なう場合、電極端子と外装体の積層
構造中の金属層との短絡を防ぐ目的で、電極端子封止部
分においてポリマ−積層体材料中の金属層が欠損した構
造の外装体を用いることが好ましい。この金属層の欠損
部分は、電極端子封止部分において外装体の先端から
０．１ｍｍ以上存在することが好ましく、０．５ｍｍ以
上存在することがより好ましい。この金属層の欠損部分
が大きいことは、電極端子と外装体の短絡防止には好ま
しいが、金属層の無い領域では水蒸気バリア性が低下す
るため非水系電池として好ましくない。このことから、
電池外装体表面中心から外装体の周辺に向かって、金属
層が熱可塑性樹脂層の厚みの１０倍以上の領域に亘って
存在することが好ましい。より好ましくは２０倍以上、
特に好ましくは３０倍以上存在することである。また、
電極端子封止を熱融着で行う場合の熱融着幅は封止強度
と電池形状によって決められ、好ましくは１ｍｍ以上、
さらに好ましくは２ｍｍ以上である。またこの熱融着幅
によって電池が嵩張ることになるので、５０ｍｍ以下が
好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましい。外装体の電極
端子封止部分の外装体の端面を絶縁処理することもでき
る。

【００１４】本発明の電池は、外装体内の圧力＞外装体
外の圧力の場合に、外装体内のガスを外装体外に放出す
る機構を有する。外装体内部に装填された電極積層体
が、外部端子を通じて過充電、大電流放電された場合
や、短絡により異常反応を起こした場合には、外装体内
部の電極積層体中の化学反応および／または異常な温度
上昇によってガス発生を伴うことがある。本発明の電池
は、このような場合に外装体の膨れによる変形を低減ま
たは抑制し、利用される搭載機器の損傷を低減すること
ができる。また、本発明の電池を電池パックとして外部
のハウジングに挿入した構造で使用する際にガス発生が
起こると、ガス発生に伴う変形がハウジングにより抑制
され、電池内圧が上昇し、ガス放出機構が作動する。こ
のガス放出で電極積層体と外装体の密着性が保持され、
電極積層体から外装体への熱伝導が促進され、電池の暴
走反応を抑制し電池を安全な状態にすることができる。

【００１５】本発明の薄型電池は、内部の異常反応に伴
うガス発生による内圧上昇を抑制するため内部と外部の
圧力差によって内部からガス放出する機構を有する。こ
のガス放出構造として、安全弁を外装体の一部に設ける
ことが有効である。このガス放出構造は、安全弁を通じ
て外装体の内外に連通した開放孔を有し、該安全弁はホ
ルダ−で電池外装体に固定され、内部圧力＞外部圧力時
に該安全弁は開かれ、これにより外部にガス放出するこ
とができるものである。

【００１６】安全弁の開閉手段として、ばね、押さえ
板、磁気カップリングなどが利用できる。安全弁の開放
圧は、安全弁による開放孔の開閉手段として用いられる
ばね、押さえ板、磁気カップリング等の応力によって設
定される。また、電池が一定方向で使用される場合に
は、安全弁に設置したおもりの重さで開放圧を調整する
ことも可能であるが、通常、電池が無作為にさまざまな
方向を向けて使用されることから、使用する電池の向き
によって開放圧が変化するおもりを利用することは難し
い。

【００１７】また、安全弁の開閉手段として磁気カップ
リングを用いた場合は、高温で磁性の低下するフェライ
トまたは合金を用いることで高温での安全弁の応力を低
下させることが可能となることから、高温で低い開放圧
でガスを放出することができる。特に電池を充電状態で
高温に保持した場合、電極積層体内部の化学反応が異常
に進行することがあり、高温では開放圧を下げることが
電池安全性から好ましい。このようなフェライトまたは
合金として硬質磁性材料、軟質磁性材料が挙げられる。
硬質磁性材料としてバリウムフェライト、ストロンチウ
ムフェライト、ＣｒＯ₂などの酸化物材料、ネオジウム
鉄ボロン系金属間化合物、サマリウム鉄窒素系金属間化
合物、サマリウムコバルト系金属間化合物などの合金、
軟質磁性材料としてマンガン亜鉛フェライト、ニッケル
亜鉛フェライトなどの酸化物、パーマロイ、センダスト
などの合金が利用できる。この他に、相変態を利用して
応力を下げることのできる形状記憶合金、形状記憶樹脂
などを用いてばねや押さえ板を作製することで、高温で
の安全弁の開放圧を下げることができる。または形状記
憶合金、形状記憶樹脂などで作製された取り付け部材で
ばねや押さえ板を取り付けることで高温での安全弁の開
放圧を下げることもできる。高温側における安全弁の開
放圧は、フェライトや合金の着磁力や形状記憶合金、形
状記憶樹脂の相変態温度を調整することで調節すること
が可能である。

【００１８】本発明において用いられる安全弁は、内圧
が大気圧の１／１０〜１／２の低圧状態から大気圧程度
の状態で外装体外部からの水蒸気を透過しない性質であ
ることが好ましい。特にリチウム電池やリチウムイオン
電池の場合、透湿により電池性能低下を伴うので、開放
孔や用いる磁気カップリング材料の透湿度を勘案して、
安全弁の材料を選択することが好ましい。通常、透湿性
を考慮して金属材料、ガラス、セラミック材料、ポリマ
ー金属積層材料が用いられるが、ポリマー材料単独でも
透過する領域の構造を厚くすることによって透湿量を低
減することが可能であり、安全弁の材料として用いるこ
とができる。リチウム電池またはリチウムイオン電池用
の外装体としての透湿量として、１ｇ／ｍ²・２４ｈｒ
以下、さらに好ましくは０．２ｇ／ｍ²・２４ｈｒ以下
である。

【００１９】本発明電池は、例えば航空機貨物室などの
減圧環境下においてもセル内部の残留ガスの膨張による
外装体の変形を抑制できる利点を有する。また、電池作
製工程において外装体開口部を常圧で封止した後、減圧
環境に保持して安全弁より内部の残留ガスを放出させ、
常圧にもどすことによって外装体が膨れることなく電極
積層体をパッケ−ジできるという利点を有する。

【００２０】本発明の電池で用いられる電極端子材料と
して、銅、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄、
カ−ボンなど金属材料が用いられる。電極端子は電極集
電体と接合されるため、この接合加工性や電気化学安定
性を考慮して、電極集電体と同種の電極端子材料を用い
ることが好ましく、リチウムイオン電池の場合、正極端
子にアルミニウム、負極端子に金属銅が利用される。し
かしながら、電極端子がイオン移動媒体と接触しない場
合、電極端子材料として各種金属が採用できるので上記
に限定されない。また、この電極端子の一部に電流遮断
機能を有する構造を設置することもできる。

【００２１】さらに電極端子の一部に温度上昇により通
電が遮断される素子（ＰＴＣ素子）を接続することもで
きる。この素子は導電性フイラ−と絶縁性樹脂からなる
コンパウンドからなり、導電性フィラ−と樹脂の熱膨張
係数の差を利用して高温時の抵抗を高め電流遮断する機
能を有する。この素子は通常平板状金属／導電性フイラ
−・樹脂コンパウンド／平板状金属からなるため、電流
端子に上記の電流遮断機能を有する構造と直列に電池外
装体内部または外部に接続できる。

【００２２】本発明は、リチウム電池、リチウムイオン
電池など非水系電池に関し、用いられる電極積層体は、
正極／セパレ−タ／負極をユニットとしてこの単位を少
なくとも１つ含むものであり、この製造法として例えば
電極とセパレ−タ−を正極／セパレ−タ／負極の構成で
積層・一体化する方法が利用できる。この積層・一体化
の方法として、平板プレス、ロ−ルまたはベルトによる
ラミネ−ションプレスなどが挙げられ、積層時に加熱し
て電極とセパレータ間を融着させることが好ましい。ま
た電極表面に粘着物を塗布することなどを併用してもよ
い。電極は、通常、粒子状の電極活物質がバインダ−と
ともに塗布形成された活物質層と、電極への電流の注入
・流出を助けるための、金属からなる集電体とから構成
される。加工する電極の形状として、短冊状、長尺状い
ずれも利用可能である。

【００２３】例えば本発明の非水系電池がリチウムイオ
ン電池の場合、正極の活物質としては、リチウムイオン
の電気化学的なド−ピング、脱ド−ピングが可能な電気
化学的な電位の高い物質であり、例えば、コバルト酸リ
チウム、マンガン酸リチウム、ニッケル酸リチウム、コ
バルト・ニッケル酸リチウム、リチウムバナジウム複合
酸化物、ニオブ酸リチウム、などの遷移金属リチウム複
合酸化物、リチウムチタン硫化物、リチウムモリブデン
硫化物、リチウムセレン化ニオブなどの金属カルコゲナ
イド、ポリピロ−ル、ポリチオフェン、ポリアニリン、
ポリアセン化合物、ポリアセチレン、ポリアリレンビニ
レン、ジチオ−ル誘導体、ジスルフィド誘導体などの有
機化合物、およびこれらの混合体を挙げることができ
る。正極の集電体として、金属アルミニウム、金属アル
ミニウム／ポリマ−積層体、ステンレス、カ−ボン、チ
タンなどを用いることができるが、金属アルミニウムが
加工性、量産性に好ましい。

【００２４】また、負極の活物質として、上記正極に対
して電気化学的に低い電位を有するリチウムイオンの電
気化学的なド−ピング、脱ド−ピング可能な材料を用い
る。この例として、グラファイト、コ−クス、不定形炭
素などの炭素系材料、すず系複合酸化物、シリカ系複合
酸化物などの複合酸化物、酸化チタン、酸化鉄などの金
属酸化物のリチウム固溶体、リチウム窒化マンガン、リ
チウム窒化鉄、リチウム窒化ニッケル、リチウム窒化
銅、リチウム窒化アルミニウムなどの窒化物などのセラ
ミックスが用いられる。負極集電体としては、金属銅、
ニッケル、銅やニッケルメッキしたポリマ−材料、ステ
ンレス、炭素などを用いることができる。このうち金属
銅は電気抵抗が低く、リチウムド−ピングを受けにくく
耐久性に優れるため好ましい。

【００２５】上記の活物質を所定の形状に加工して電極
を構成する。この形態として集電体表面に活物質粉末を
バインダ−で分散結合させた形態、活物質をたとえば薄
膜とした連続体の形態が挙げられる。粉末状の活物質を
バインダ−で分散した形態では、集電体と電極活物質層
との電気抵抗を低減するため、カ−ボン、金属などの導
電助剤を添加して活物質層の電気抵抗を低減することが
好ましい。

【００２６】セパレ−タ材料としては、イオン伝導度と
して１０^-6Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、さらに
好ましくは１０^-4Ｓ／ｃｍ以上である。この材料とし
て、多孔質膜材料にイオン導電性の液状媒体を含浸した
材料、イオン伝導性ゲル材料、イオン伝導性固体電解質
材料を用いることができる。このうち、イオン伝導性ゲ
ル材料は電極との密着性に優れ、電極積層体として一体
化の加工を経ても高いイオン伝導度を持つ。固体電解質
材料や多孔質材料の表面にイオン伝導性ゲル材料を積
層、含浸させた材料も利用できる。このイオン伝導性ゲ
ル材料として、例えばポリマ−マトリックスに電解液を
保持させたポリマ−ゲル、イオン透過性セラミックス材
料のゲル材料が挙げられる。このうち前者はフレキシブ
ルであり、電極との密着化ができるため好ましい。

【００２７】このポリマ−マトリックス材料として、例
えば、架橋されたポリ弗化ビニリデンや弗化ビニリデン
共重合体およびこれらの混合体、さらに他のポリマ−と
の混合物としても利用できる。この弗化ビニリデン共重
合体の例として、弗化ビニリデン−ヘキサフルオロプロ
ピレン共重合体、弗化ビニリデン−トリフルオロエチレ
ン共重合体を挙げることができる。ポリ弗化ビニリデ
ン、弗化ビニリデン共重合体は電気化学的に安定な領域
が広く、高強度であるため電池に利用する場合、加工
性、電池性能に優れることから好ましい。このポリマ−
の構造として、バルク、多孔質構造、発泡体構造、粉末
焼結体、粉末圧縮体などの成形体に電解液を含浸した形
態、ポリマ−と電解液を溶媒や加熱溶融によって均一化
した後、所定の形状に成形した形態が用いられる。多孔
質構造を用い、電極との積層一体化工程において微多孔
構造が閉塞する場合においても、ポリマ−が電解液に含
浸されてイオン伝導性を発現するため前記のポリオレフ
ィンセパレ−タでみられたイオン輸送阻害は起こらな
い。

【００２８】電解液としては、本発明の電池がリチウム
イオン電池の場合、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶
液が用いられる。このリチウム塩としては、弗化ホウ酸
リチウム、弗化燐酸リチウム、過塩素酸リチウム、弗化
ヒ素酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウ
ム、トリフルオロメタンスルホニルイミドリチウム、パ
−フルオロブタンスルホン酸リチウムなどのリチウム
塩、これらの混合物、複数の塩を混合した溶融塩が用い
られる。この溶融塩の場合、室温で液状のものもあり、
必ずしも電解液溶媒が含まれなくても利用可能である。
また電解液溶媒として、エチレンカ−ボネ−ト、プロピ
レンカ−ボネ−ト、ブチレンカ−ボネ−トなどの環状カ
−ボネ−ト化合物、ジメチルカ−ボネ−ト、ジエチルカ
−ボネ−ト、メチルエチルカ−ボネ−トなどの鎖状カ−
ボネ−ト、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエ−
テル化合物、γ−ブチルラクトン、プロピオラクトン、
酢酸メチルなどのエステル化合物、アセトニトリル、プ
ロピオ二トリルなどの二トリル化合物、スルホラン、ホ
スファゼンなどの化合物などの単体、混合物、前記のポ
リマ−マトリックスの液状オリゴマ−やオリゴマ−と溶
媒の混合物などが用いられる。

【００２９】セパレ−タと電極の積層前に、上記の電解
液や電解液にポリマ−マトリックス材料を溶解、分散し
た溶液やスラリ−、電解液溶媒を前記の電極活物質表面
に塗布、含浸させて電極とセパレ−タの密着性や電極活
物質層のイオン移動を向上させることができる。また、
電極／セパレ−タ積層後、電解液、電解液にポリマ−マ
トリックス材料を溶解、分散した溶液、スラリ−、電解
液溶媒を含浸させることもできる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、実施例で本発明を詳細に説
明する。

【００３１】

【実施例１】ＬｉＣｏＯ₂電極（平均粒径５μｍのＬｉ
ＣｏＯ₂１００重量部と、バインダーとしてのポリフッ
化ビニリデン３重量部およびアセチレンブラック３重量
部をＮ−メチルピロリドンに分散し、１５μｍアルミ集
電体上に塗工、加熱プレスした膜厚１１０μｍ片面塗工
の電極シートを幅９８ｍｍにスリットしたもの）を正極
として幅２９ｍｍ、長さ１１０ｍｍに切断後、長さ方向
に幅１０ｍｍで電極活物質層を剥離してアルミ集電体を
露出させた。グラファイト電極（平均粒径１０μｍのグ
ラファイトＭＣＭＢ（大阪ガス製）１００重量部、スチ
レン−ブタジエンラテックスの水分散スラリ−を固形分
換算で２重量部、およびカルボキシメチルセルロ−ス
０．８重量部を溶解した水溶液を混ぜ合わせて得られた
水に均一分散したスラリ−を１２μｍの銅集電体上に塗
布、加熱プレスして得られた膜厚８５μｍ片面塗工の負
極シ−トを幅１００ｍｍにスリットしたもの）を負極と
して幅３０ｍｍ、長さ１１０ｍｍに切断後、長さ方向に
平行に幅９ｍｍで電極活物質層を剥離して銅集電体を露
出させた。

【００３２】ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体（ヘキサフルオロプロピレン含量３重
量％、エルフアトケム社製商品名カイナ−ル２８５
０）のバルクシ−ト（膜厚５０μｍ）に電子線照射（照
射量１０Ｍｒａｄ）を行い架橋処理した後、フロン（Ｈ
ＦＣ−１３４ａ）を７重量部含浸、加熱延伸処理して得
られた発泡体シート（発泡倍率４倍、膜厚６０μｍ）
に、電解液としてＬｉＢＦ ₄１．０モル／リットル溶液
（溶媒としてエチレンカ−ボネ−ト、γ−ブチルラクト
ンの体積比１：１の混合液を用いた。）を含浸させて固
体電解質膜（電解液含量７５重量％、平均膜厚幅６５μ
ｍ、幅１０２mmの長尺シ−ト）を得た。この固体電解質
膜を幅３２ｍｍ、長さ１０２ｍｍに切断し、セパレータ
とした。

【００３３】電極の対面領域の表面に上記の電解液をマ
イクロシリンジで塗布した（塗布量は正極３０ｇ／
ｍ²、負極４０ｇ／ｍ²）後、上記で加工した正極およ
び負極の末端の位置合わせを行い、正極の対面領域が負
極の対面領域に完全に重なるようにして、アルミおよび
銅の集電体が対面領域を挟んで互いに反対側にはみ出す
構造として、この正極と負極をセパレ−タを挟んで積層
し、加熱ロ−ルのラミネ−タ（ロ−ル温度１３０℃、ロ
−ル速度３００ｍｍ／ｍｉｎ）で積層一体化させた。同
様にして８枚の積層体を作製した。これら８枚の積層体
を、正極／負極／負極／正極／正極／負極・・・の順
に、アルミ集電体および銅集電体が、それぞれ同じ側に
はみ出るように、すなわち電極の対面領域を挟んで一方
にはアルミ集電体のみが、他方には銅集電体のみが存在
するように重ね合わせ、アルミ集電体および銅集電体を
それぞれ超音波溶接して電極積層体を作製した。さらに
超音波溶接した集電体部に電極端子として、幅１０ｍ
ｍ、長さ３０ｍｍの電極シ−ト（銅集電体には銅シ−
ト、アルミ集電体にはアルミシ−ト、いじれも厚さ３０
μｍ）を超音波溶接した。

【００３４】ポリマ−積層体シ−ト（ポリエチレンテレ
フタレ−ト２５μｍ、金属アルミニウムシ−ト１２μ
ｍ、ポリプロピレン５０μｍを順次積層したシ−ト）を
袋状に加工した外装体（幅４０ｍｍの筒状、長さ１１０
ｍｍの片面を幅３ｍｍで融着してシールした。）を作製
した。この筒の長さ方向の端から３０ｍｍの中心部に直
径１ｍｍの孔をあけ、この孔をばねを用いた安全弁（コ
−ヒ−豆のパッケ−ジ剤（ユ−シ−シ−上島コ−ヒ−
（株））から転用した安全弁の表側に厚さ３０μｍのア
ルミニウムシートを粘着テープで表側全面に張り合わせ
たものを使用した。）でふさいだ。この外装体に上記電
極積層体を挿入して電極端子を外部にはみ出させて、外
装体を端から幅５ｍｍで加熱シ−ルして電池を作製し
た。該電池を減圧環境（１０Ｔｏｒｒで１０分間）に置
いて、安全弁を通じて電池内部のガスを放出させた。な
お該電池の厚さは２．４８ｍｍであった。

【００３５】電極端子を充放電機に接続して充放電試験
（２３０ｍＡ定電流、４．２Ｖ定電位充電、２１５ｍＡ
定電流放電、放電電圧３Ｖ）をおこなった結果、初回放
電量７３２ｍＡｈ、平均電圧３．７Ｖ（２．７Ｗｈ）で
あり繰り返し充放電が可能であった。この電池を室温で
４．２Ｖ充電後（厚さ２．６５ｍｍ）８５℃の恒温槽に
４８時間保持、室温に冷却した結果、電池厚さは２．６
６ｍｍであり外装体の膨れは見られなかった。

【００３６】

【実施例２】実施例１で用いた正極、負極、セパレ−タ
を用い、同様の形状の８層の積層体からなる電池要素を
作製した。この電池要素を、実施例１と同様にしてポリ
マ−積層体シ−トを袋状に加工した外装体（幅４０ｍｍ
の封筒状、長さ１１０ｍｍの片面を幅３ｍｍで融着して
シールした。）に挿入して電極端子を外部にはみ出させ
て、挿入部分を加熱シ−ルして電池を作製した。

【００３７】キュリ−温度約１００℃のマンガンフェラ
イト（Ｍｎ０．４６Ｚｎ０．５４Ｆｅ２Ｏ４）焼結体円
板（厚さ２ｍｍ、外径４ｍｍ、内径２ｍｍ）を作製し
た。ついで厚さ１ｍｍのバリウムフェライトプラスチッ
ク磁石シートを切断加工して凸レンズ形状のペレットを
作製した（直径３ｍｍ、中心厚さ２ｍｍ）。このペレッ
トをマンガンフェライト中心部に保持して、３ｋガウス
の磁場中で円板面方向に平行に磁場を設けてフェライト
を着磁した。このバリウムフェライトが装填されたマン
ガンフェライト円板を安全弁として、このマンガンフェ
ライト円板の裏面外周部に両面粘着テープ（外径５ｍ
ｍ、内径３ｍｍのリング状、日東電工（株）製）を貼付
け、外装体の表面に実施例１と同様にして直径１ｍｍの
孔を設け、この孔にマンガンフェライト円板の孔をあわ
せて貼り合わせた。さらに、該電池を減圧環境（１０Ｔ
ｏｒｒで１０分間）に置き、電池内部の空気を放出させ
た。シ−ル後の電池の厚さは２．４ｍｍであった。

【００３８】電極端子を充放電機に接続して充放電試験
（２３０ｍＡ定電流、４．２Ｖ定電位充電、２３０ｍＡ
定電流放電、カットオフ電圧３Ｖ）をおこなった結果、
初回放電量７３５ｍＡｈ、平均電圧３．７Ｖ（２．７９
Ｗｈ）であり繰り返し充放電が可能であった。該電池を
充電状態（厚さ２．６６ｍｍ）で加熱を行なった（昇温
速度５℃／分で１５０℃まで昇温し、１５０℃で１時間
保持した後放冷）が電池の外装体に膨れは見られなかっ
た（電池厚さ２．６８ｍｍ）。

【００３９】また、電極積層体を挿入していない外装体
に、上記安全弁を装着し、内部にガスを送り込んで室温
で安全弁を作動させたところ、０．２ｋｇ／ｃｍ²で安
全弁が作動したが、１１０℃に加熱した場合には、安全
弁は開放状態にあり、ガスで加圧できなかった。このこ
とから、この安全弁の開放圧は高温時に低下することが
判る。

【００４０】

【比較例１】実施例１で用いたと同様の負極、正極、セ
パレ−タを用い電極積層体を作製した。外装体は実施例
１と同様の形状のものを用い、孔は設けず、電極積層体
をそそまま挿入し封止した。同様にして２個の電池を作
製した。シ−ル後の電池の厚さは２．４５ｍｍ、２．４
８ｍｍであった。

【００４１】電極端子を充放電機に接続して充放電試験
（２３０ｍＡ定電流、４．２Ｖ定電位充電、２３０ｍＡ
定電流放電、カットオフ電圧３Ｖ）をおこなった結果、
初回放電量７３３ｍＡｈ、平均電圧３．７Ｖ（２．８Ｗ
ｈ）であり繰り返し充放電が可能であった。該電池を充
電状態（厚さ２．６６ｍｍ）で加熱を行なった（昇温速
度５℃／分で１５０℃まで昇温し、１５０℃で１時間保
持した後放冷）結果、電池の外装体が膨れ、電池厚さが
８ｍｍ程度になった。また、別に作製した電池を充放電
した後、４．２Ｖ充電状態で８５℃に４８時間保持した
結果、電池外装体が膨れ、厚さが４．３ｍｍになった。

【００４２】

【発明の効果】本発明の電池は、高温状態などにおいて
内部からガス発生を伴う場合、安全に外部にガスを放出
し、電池の変形を抑制できることから、異常動作や異常
環境においても高い安全性と高信頼性を有する薄型で、
軽量で、且つ高容量の電池の提供を可能にするものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリマ−積層体材料からなる袋状電池用
外装体でパッケージされた薄型電池において、外装体内
の圧力＞外装体外の圧力の場合に、外装体内のガスを外
装体外に放出する機構が付与されてなる薄型電池。
【請求項２】外装体内の圧力＞外装体外の圧力の場合
に、外装体内のガスを外装体外に放出する機構が、ホル
ダ−部により外装体に固定された安全弁を通じて外装体
の内外に連通した開放孔を有し、該安全弁による該開放
孔の開閉がばねまたは磁気カップリングで行うものであ
る請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】安全弁の開放圧が高温時に低下する請求
項２記載の薄型電池。