JPS625557A - 扁平型非水電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱融着性シール部材により各素電池を密封する
少なくとも一個の素電池から成る扁平型非水電解液電池
の改良に係るものである。

〔従来の技術） 近年、各種電子機器の多様化に伴い、電池の形状も小形
化、更に薄型化へと多様化している。薄型化を実現する
為には発電要素の構成法も重要な課題であるが、電池或
いは素電池の密封方法も一層重要な技術課題であり、従
来の円筒型電池やボタン型電池の如く、電池容器と電池
蓋の間にガスケットを介在させて電池容器の開口端の折
り曲げにより密封する方法では、容器や蓋、及びガスケ
ットの薄肉化に限界が有り、通常１．５＋ｎｍ、試作的
にも１，０ｆｆｌｆｆｌの素電池厚みが薄型化の限界と
されている。そこで、さらに電池を薄型化するための密
封構造として、通称′シートバッテリー′、“ベーパー
バッテリー′と呼ばれる電池に採用されているように、
接着剤もしくは熱融着性樹脂により平板状もしくはフィ
ルム状の電池容器を密封する方法が提案されている。こ
の際、技術的に重要な問題点は、電池が薄型化するにつ
れ、正負極の極間距離が狭くなり、両極間の絶縁が確実
に維持された状態で密封を果すことが困難で、さらに小
型、薄型の電池となる程、寸法精度の要求が厳しくなる
ため、これに応えるｊ法安定性を確保することが困難な
点にあった。又、係る小型、薄型の電池の発電要素とし
ては、当然、高エネルギー密度の系を選択すべきであり
、そのため、リチウムを負極とし、有機溶媒に無機塩を
溶解した非水電解液を用い、正極として二酸化マンガン
、フッ化黒鉛など各種固体活物質を用いた、いわゆる非
水電解液リチウム電池を採用するのが最良である。

然るに、これらの非水電解液は前述のごとく有機溶媒、
例えば、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート
、ディメトキシエタン、ディオキソラン、テトラヒドロ
フランなどエステル系、もしくはエーテル系の溶媒を用
いるため、シール部材として用いる接着剤や熱融着材や
ガスケットなどの樹脂材料は上記の溶媒に化学的に安定
なものを選択する必要があり、この条件を満たすものと
しては、ポリオレフィン系、シリコーン系、フッ素系な
どの樹脂に限定され、熱融着性、気密性などの条件を付
加して選択するとポリオレフィン系樹脂が最も適切とさ
れている。

次に従来の扁平型非水電解液電池の一例を第３図に示し
、その構成を説明する。第３図に於いて（１）は負極集
電体、負極容器及び負極端子を兼ねたステンレススチー
ルの箔で、該負極集電面にはリチウム箔の負極（２）が
圧着されている。

（３）はポリプロピレン不織布製セパレータ、（４）は
二酸化マンガンにフッ素樹脂粉とアセチレンブラックを
混合してカルボキシルメチルセルロースをゲル状とした
もので練合して導電性塗膜（５）に塗着して乾燥した正
極層である。（６）は正極集電体と正極容器及び正極端
子を兼ねたステンレススチールの箔で、正極集電面には
導電性塗膜（５）が塗布されている。一対のステンレス
スチール箔（１）（６）の間には外周部に額縁状に加工
された変性ポリエチレン製のシール部材（７）が介在し
、加圧及び加熱によりシール部材（７）をステンレスス
チールｆｆ１（１）（６）の周縁部に溶着し、電池室を
密封している。尚、電池内にはプロピレンカーボネート
に過塩素酸リチウムを溶解した電解液を注入している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然るにこの方法では熱溶着の際の樹脂の軟化と加圧力に
よりシール部材（７〉が電池の内側及び外側に流動する
と共に薄肉化するために、（７−へ）部の如く、シール
部に於いて樹脂のはみ出しによる外形寸法が不揃いに大
きくなり、またステンレススチール箔（１）（６）の打
ち扱き加工の際のパリなど端部の微小な変形によってス
テンレススチールｆａ（１）（６）の端部が相互に接触
し、電池の短絡が発生し易かった。尚、第１図は後述す
る本発明の詳細な説明する図であるが、この図のシール
部材（８−）の形状が本従来例におけるシール部材〈７
）の溶着前の変形していない時の形状にほぼ相当するの
で、これが（７−Ａ＞部の状態に変形すると見ればよい
。

更に、上記した様な非水電解液リチウム電池では、負極
活物質であるリチウムが水分と反応して水酸化物及び水
素となり、電池寿命が劣化するために、電池の外装・密
封材料は水蒸気透過の非常に少ないものを採用する必要
がある。通常の場合、平面部からの水蒸気透過は２０μ
以上のアルミニウム箔を積層した外被材の採用によって
問題とはならないが、上記した第３図に示すような構造
を考える場合、接着剤もしくは熱融着性樹脂により密封
する方法を採用した場合、電池の小形化につれて、外周
部のシール部材断面からの水蒸気透過の影響が相対的に
大きくなる問題点があり、シール部材（７）としては水
蒸気透過性の少ないことが要求される。前述したように
、シール部材として用いる樹脂材料としてはポリオレフ
ィン系樹脂が最も適切であるが、ポリエチレンやポリプ
ロピレンは水蒸気透過性の少ない樹脂ではあっても、ア
ルミニウム等の金属材料とは比較にならず、長期保存性
の有る超小型電池用密封材料としては不充分である。

以上の例示のように外周部の変形、電池短絡、電池寿命
の劣化などの問題点はシール部材に鵡因し、熱溶着性と
熱溶着時の寸法安定性、断面方向での耐水蒸気性をシー
ル部材が兼ね備えていない点に問題の根源があった。

本発明は外形が安定し、短絡の懸念もなく、密封性が良
く、長期の品質の安定した扁平型非水電解液電池を構成
する手段を提供するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は少なくとも一個の素電池から成り、各素電池が
対向する一対の金属薄板の各周縁部の間に介在された絶
縁部材を兼ねた熱可塑性樹脂製のシール部材と前記一対
の金属薄板との熱溶着により密封して形成された電池室
に発電要素を内蔵して構成される扁平型非水電解液電池
に於いて、シール部材が、ポリオレフィン系樹脂にガラ
スパウダー・繊維等の無機質充填剤を体積分率で少なく
とも３％以上、好ましくは７％以上含む基体と、該基体
の両面に接着温度に於いて基体より低い溶融粘度を有す
るカルボキシル基含有ポリオレフィン系樹脂層を熱融着
によって積層一体化したものであることを特徴とするも
のである。

〔作用〕

本発明の基本的なねらいは前記の従来例に示したような
シール部材の溶着時の変形が少ない状態で密封性良く溶
着をすると共に、シール部材断面からの水蒸気透過を少
なくして電池の保存性を改良するものであり、シール部
材のうち金属と溶着する面には金属と溶着し易く、溶着
温度に於いて比較的溶融粘度の低い樹脂層を設け、シー
ル部材の芯となる基体には溶融粘度が高く、溶着時の加
熱では容易には軟化せず、加熱、加圧によって流動変形
しにくいと同時に、断面方向の水蒸気透過が少ない樹脂
を用いたもので、この方法により密封性が良好でシール
部材の変形が少なく、且つ水蒸気遮断性に優れた電池の
密封を可能としたものである。

シール部材の材質は通常、非水電解液の溶媒として用い
る有機溶媒に耐え、熱融着性の良い熱可塑性樹脂である
ことが必要なためポリオレフィン系樹脂が主に用いられ
ていることは前述の通りで、とりわけ、ポリエチレン、
ポリプロピレン系樹脂が多く用いられている。

本発明におけるシール部材は係る耐溶媒性の良いポリオ
レフィン系樹脂の範略に入る樹脂のうち、溶融温度及び
水蒸気透過性の異なる樹脂層を積層して複合化したもの
である。そのうち両面に積層する樹脂層としては、比較
的低い温度で速やかに接着し易いことが必要で、基体と
なる樹脂より通常１０〜３０℃以上低い融点又は軟化点
を有するか、又は高いＭＩ（メルトインデックス）値を
有し、金属への接着効果を増すためにカルボキシル基を
含有させたものを用いる。これらは例えば、エチレン又
はプロピレン単量体にアクリル酸、メタクリル酸、イタ
コン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸などの
不飽和カルボン酸を共重合又はグラフト重合させて得ら
れるものである。また、この両面の樹脂層は、無極性の
ポリオレフィン系樹脂本来の熱溶着性及び耐溶媒性を有
すると同時にカルボキシル基の存在により金属面との熱
溶着性が一層良好となる。一方、基体となる樹脂は、両
面の樹脂層と熱融着可能な樹脂で、かつ金属板への接＠
温度において、それよりも高い溶融粘度を有すると同時
に、断面方向での水蒸気透過を抑える為にガラスパウダ
ー・繊維等の無機質充填剤を体積分率で少なくとも３％
以上、好ましくは７％以上含むもので、この基体樹脂自
体にカルボキシル基を含有せしめる必要はないが、基体
の断面積の少なくとも５０％以上を占める形で、両面の
カルボキシル基含有ポリオレフィン系樹脂層と積層一体
化して用いることが水蒸気遮断効果の上で必要である。

ここで無機質充填剤としては、粉末状、フレーク状、繊
維状のガラス、タルク、炭酸カルシウム、雲母等の電気
絶縁性のもので、基体樹脂との接着性改良のために非導
電性の、シラン系、チタン系、アルミニウム系カップリ
ング材等で表面処理したものが特に好ましい。無機質充
填剤の最が３％以下の場合、基体樹脂の水蒸気透過性は
ミクロボイドの発生により、無充填のものに比べてむし
ろ増大するが３％以上、好ましくは７％以上であれば無
充填のものに比べて水蒸気透過性は減少する。

ちなみに粒径０．１μの繊維粉砕によるガラスパウダー
をＭＩ値５．６の低密度ポリエチレンに体積分率で１５
％含有させたものは、透湿度の値が無充填のものの約１
／２、ＭＩ値は０．５以下となり、ステンレススチール
箔との接着温度に於いても流動変形はしなくなる。

なおシール部材は最終的に両面のカルボキシル基含有ポ
リオレフィン系樹脂と基体が積層一体化された形で密封
使用されるが、ステンレススチール箔との接着安定性を
増すために、シール部材を中間から分けてあらかじめ両
面のステンレススチール箔につけておき、最終的に一体
化するか、あるいは一体化したもので最後にステンレス
スチール箔と溶着するかは適宜選択できる。

またここで言う溶融粘度は、ＭＸ値と同様の測定法で、
接着温度で基体は１．５以下好ましくは０．５以下で、
両面の接着性樹脂との差が１．０以上、好ましくは２．
０以上あることが必要である。基体として使用する樹脂
の種類は、一般的なポリエチレン、ポリプロピレンから
分子量が１００万を越える超高分子量のものまで使用可
能であり、基体シートとして製膜ができ、かつ両面の接
着性樹脂と熱融着可能なものであれば特に制限はない。

〔実施例〕

次に本発明を実施例により説明する。

実施例１゜ 第１図は、第３図の従来例の電池構造に本発明を適用し
たもので、シール部材（８）（８Ｍ及びシール部（８−
Ａ＞の形状が異なる以外は第１図と同様の扁平型非水電
解液電池である。

第２図に於いて（８）はシール部材の、低密度ポリエチ
レン（ｌＶＮ＝５．６）に粒径０．１μのｍ維粉砕によ
るガラスパウダーを体積分率で１５％含有させたものを
押出製膜した基体、（８−）は（８）の両面に熱溶着で
接着された樹脂層で、ポリエチレンに無水マレイン酸を
５％重合させてカルボキシル基を含有させたもので、約
１５０℃〜１８０℃の熱溶着に適している。〈８）は前
述しだように１８０℃でのＭＩ値が０．４２で、ステン
レススチール箔との接着時に軟化はするが、溶融・流動
して大きく変形することはない。電池（７）形状ハＦＪ
す０．３ｍｍ、外形３０Ｘ３０ｍｍで、ステンレススチ
ール箔（１）（６）は３０μ、両面の樹脂層（８′）は
４０μ、の各厚みである。第３図の（７−Ａ＞　、第１
図の（８−Ａ＞の各シール部を見比べて明らかなように
、本発明を適用した第１図の場合、溶着の際の接着温度
および圧力に対して基体はほとんど変形することなく所
定の形状を維持し、しかも両面の樹脂層（８′）とステ
ンレススチール箔（１）＜６）との熱溶着も確実に行わ
れている。

従って、電池形状も一定化し、ステンレススチール箔（
１）（６）相互間の接触による電池短絡もなく、基体（
８）と両面樹脂（８＝　）、及びステンレススチール箔
（１）（６）の相互間の密着も強固であり、又シール部
材全体の水蒸気透過性も両面に使用する樹脂を単独で用
いたものに比べて、２／３に低下するため、耐漏液性及
び保存性能が優れている。

実施例２゜ 本発明を適用した第１図の実施例１の場合は単電池でし
かも電池の上下面全体が端子として露出している形態で
あるが、第２図に示すように複数の素電池から構成され
る場合、あるいは電池の上下面の一部を端子とし、他部
を絶縁する電池の場合にも同様の考え方を適用できる。

第２図に於いて電池構成要素の材質は第１図におけると
同様で、２つの素電池からなっている点と、電池の上下
面に中央部をくり抜いたポリエステルフィルム（９）（
１０）が溶着されている点で異なり、フィルム（９）（
１０）の中央部の金属露出部（９−）（１０”）が端子
となっている。

なお、（１１）はステンレススチール製の箔で、電池室
の仕切り板と表裏面が各々、正負極集電面として機能し
ており、材質、形状とも（１）（６）と同様である。

本実施例の作用効果は実施例１と同様である。

〔発明の効果〕 以上に詳述した如く、本発明は溶着による密封性が良く
溶着時の変形が少ないと共に、断面からの水蒸気透過の
少ないシール部材を、異なった性質のポリオレフィン系
樹脂を複合、一体化することにより、密封性が良く、外
形形状の一定した、短絡することのない、保存性の良好
な扁平型非水電解液電池を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明実施例の電池の各断面図、第
３図は従来の電池の断面図である。 １・・・ステンレススチール箔 ２・・・負極　　　　　３・・・セパレータ４・・・正
極　　　　　５・・・導電性塗膜６・・・ステンレスス
チール箔 ７・・・シール部材　　７−Ａ・・・シール部８・・・
シール部材の基体 ８−・・・シール部材の両面樹脂層 ８−Ａ・・・シール部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）少なくとも一個の素電池から成り、各素電池が対向
   する一対の金属薄板の各周縁部の間に介在された絶縁部
   材を兼ねた熱可塑性樹脂製のシール部材と前記一対の金
   属薄板との熱溶着により密封して形成された電池室に発
   電要素を内蔵して構成される扁平型非水電解液電池に於
   いて、シール部材が、ポリオレフィン系樹脂に電気絶縁
   性の無機質充填剤を体積分率で少なくとも３％以上含む
   基体と、該基体の両面に接着温度に於いて基体より低い
   溶融粘度を有するカルボキシル基含有ポリオレフィン系
   樹脂層を熱融着によつて積層一体化したものであること
   を特徴とする、扁平型非水電解液電池。 ２）シール部材の構成に於いて、基体樹脂層が断面積の
   少なくとも５０％以上を占める形で、カルボキシル基含
   有ポリオレフィン系樹脂層と積層一体化されていること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１）項記載の扁平型非
   水電解液電池。