WO2001008248A1 - Cell and cell inspecting method - Google Patents

Description

明 細 書 電池および電池検査方法 技術分野

本発明は電池を軽量化し、 かつシールド効果を有するとともに、 シー ル漏れのない信頼性の高い電池を得るものである。 背景技術

携帯電子機器の小型 ·軽量化への要望は非常に大きい。 その実現は電 池の性能向上に大きく依存する。 これに対応すベく多様な電池の開発、 改良が進められてきた。 電池に要求されている特性は、 高電圧、 高エネ ルギ一密度、 安全性、 形状の任意性等がある。 これまで携帯用電子機器 に用いられる電池としては、 ニカ ド （N i C d )電池、 ニッケル水素 （N i M H ) 電池、 リチウムイオン電池がある。 これらの電池では、 電池体、 電池コアあるいは電池エレメン トなどと称される、 正極、 セパレ一夕お よび負極を束ねたものが電池容器に収納されており、 その電池容器とし ては、 鉄やステンレスあるいはアルミニゥムといった金属の缶を用いて いた。

近年、 より軽量化を狙って開発された電池、 例えば特開平 1 0— 1 7 2 6 0 6号公報に開示されているような、 正極、 セパレ一夕、 負極を接 着し、 一体化した電池体 （電池エレメント） を用いる電池の場合、 電池 容器の材料には、 重量エネルギー密度を向上させるため、 より軽い材質 である、アルミニゥム箔の両面にポリエチレンフィルムなどを張合せた、 いわゆるラミネートシートを用いている。

電池容器に金属缶を用いるときは、 通常、 正極または負極どちらか一 方の極と電池缶とを電気的に接続している。 金属缶を用いた場合は接続 は容易であり、 例えば、 リチウムイオン電池の容器に鉄やステンレスの 金属缶を用いた場合は、 金属缶と負極とを電気的に接続し、 アルミ缶を 用いた場合は、 金属缶と正極とを電気的に接続する。 電池缶の材質によ つて、 接続する極を変える理由は、 電池缶の腐食防止のためである。 こ のように従来の金属缶を用いた電池の場合、 缶の電位は正極もしくは負 極の電位と一致し、 結果として電池エレメン トと電池の電気エネルギー を供給する電気回路とを電気シールド （電磁シールド、 静電シ一ルド） する効果が発現していた。

ところが、 従来のラミネートシート材を電池容器として用いた電池の 場合、 ラミネートシート中の金属箔は、 正極、 負極のいずれにも接して おらず、 電位が不安定であるため、 電気シールドの効果が得られないと いう問題があった。

この発明は、 ラミネートシート材を電池容器に用いた電池に対して、 簡便、 かつ確実に、 シールド効果をあげ得る手段を提供することを目的 とするものである。 発明の開示

この発明に係る第 1の電池は、 正極および負極とこの正極および負極 の間に設けられた電解質層とを有する電池体、 上記正極と電気的に接続 された正極リード、 上記負極と電気的に接続された負極リード、 高分子 樹脂と金属箔とを積層したラミネートシートからなり上記電池体を収納 するとともに、 上記正極リードおよび負極リードを封止して密閉構造と した電池容器、 この電池容器の金属箔と上記正極リ一ドまたは負極リー ドとを電気的に接続する接続手段を備えたものである。 これによれば、 簡便、 かつ確実に電池容器の電位を正極または負極の電位に保ち、 電池 体および電池を接続した電気回路を電気シールド （電磁シールド、 静電 シールド） することができる。

この発明に係る第 2の電池は、 正極および負極とこの正極および負極 の間に設けられた電解質層とを有する電池体、 上記正極と電気的に接続 された正極リード、 上記負極と電気的に接続された負極リード、 上記正 極リードおよび負極リードとは別に設けられた外装リード、 高分子樹脂 と金属箔とを積層したラミネ一トシートからなり上記電池体を収納する とともに、 上記正極リード、 負極リードおよび外装リードを封止して密 閉構造とした電池容器、 この電池容器の金属箔と上記外装リードとを電 気的に接続する接続手段を備えたものである。 これによれば、 簡便、 か つ確実な手段 （外部から外装リードに所望の電位を与える） で、 電池容 器の電位を所望の電位に保ち電池体および電池を接続した電気回路を、 電気シールド （電磁シールド、 静電シールド） することができる。 この発明に係る第 3の電池は、 上記第 1または第 2の電池において、 接続手段は、 電池容器を構成するラミネートシートと、 リードとを貫通 する貫通孔を有し、 この貫通孔の壁面と接する導電性部材を介して上記 電池容器の金属箔と上記正極リ一ドまたは負極リードとを電気的に接続 したものである。 これによれば、 きわめて簡便、 確実に、 しかも余分な スペースを必要とせずに電気シールドすることができる。

この発明に係る第 4の電池は、 上記第 1または第 2の電池において、 接続手段は、 電池容器を構成するラミネ一トシ一卜のシール部から張り 出した張出部に設けられているものである。 これによれば、 シール部に 余裕がない場合にも、 シール機能は確実に維持することができる。 この発明に係る第 5の電池は、 上記第 1または第 2の電池において、 接続手段は、 電池容器を構成するラミネートシートの金属箔の外表面を 一部露出させて露出部を形成し、 この露出部とリ一ドとを電気的に接続 したものである。 これによれば、 きわめて簡便、 確実に、 しかも余分な スペースを必要とせずに電気シールドすることができる。

この発明に係る第 1の電池検査方法は、 電池容器を構成するラミネー トシ一卜の金属箔の外表面を一部露出させて露出部を形成し、 この露出 部とリード間の電圧と、 正極リードと負極リ一ド間の電圧とを比較する ものである。

この発明に係る第 2の電池検査方法は、 上記第 1の電池検査方法にお いて、 金属箔の外表面を一部露出させる方法が、 レーザー光による高分 子樹脂の焼き飛ばしであるものである。

この発明に係る第 3の電池検査方法は、 上記第 1の電池検査方法にお いて、 金属箔の外表面を一部露出させる方法が、 針状のプローブを押し 当てることによるものである。 これら第 1ないし第 3の電池検査方法に よれば、 電気シールドの性能を、 簡便、 かつ確実に調べることができる。 図面の簡単な説明

第 1図はこの発明における第 1の実施の形態になる電池を示す平面図 ( a ) および部分断面図 （b )、 第 2図は電池体の構造を示す断面図、 第 3図はこの発明における第 1の実施の形態を示す電池の試験状態を示 す平面図、 第 4図はこの発明における第 1の実施の形態になる電池の電 位変化測定結果、 第 5図はこの発明における第 2の実施の形態になる電 池の平面図、 第 6図はこの発明における第 3の実施の形態になる電池の 平面図、 第 7図はこの発明における第 4の実施の形態になる電池の平面 図、 第 8図はこの発明における第 5の実施の形態になる電池の平面図で ある。 発明を実施するための最良の形態 以下実施の形態により、 具体的に本発明を説明する。

実施の形態 1 .

第 1図はこの発明の電池における第 1の実施の形態を示す図であり、 ( a )は平面図、 （b ) は （ a ) の A— A断面図である。 図において、 1 はアルミラミネートシート 7からなる電池容器で、 電池体を収納するた めに、 いわゆるバタ一カップ状に成形された電池体収納部 2と、 電池を 収納した後シール構造とするために熱融着によって 3方をシールしたシ ール部 3と、 電池容器 1の一部としてシール部 3から張り出した張出部 6とを備え、 張出部 6は後述の正極リ一ドと重なる位置に設けられてい る。 4は電池体の正極と電気的に接続された正極リード、 5は張出部 6 と正極リード 4とを貫通する導電部材からなる接続手段、 7 aはアルミ ラミネートシート 7のアルミ箔、 7 bはアルミ箔 7 aの外装シート、 Ί cはアルミ箔 7 aの内装シートであり、 導電部材 5はかしめられ、 張出 部 6のアルミ箔 7 aと正極リード 4とが導電部材 5を介して電気的に接 続されている。

第 1図において、 導電部材 5は中空の金属で形成されたものを示して いるが、 中実のものでもよく、 また、 張出部 6のアルミ箔 7 aと正極リ ード 4とが導電部材 5を介して電気的に接続されていればよく、 導電部 材 5の部分に導電性樹脂を充填し、 硬化させたものなど種々の形態のも のが適用できる。

アルミラミネートシート 7は、 アルミ箔 7 aの外装シ一ト 7 bとして P E T (ポリエチレンテレフ夕レート） シート、 内装シート 7 cとして P E (ポリエチレン） 層を重ねたものである。 アルミ箔 7 aの厚みは 2 0 m、 内装シート 7 cの厚みは 9 0 z m、 外装シート 7 bの厚みは 1 2 mである。

第 2図は電池体の構造を示す断面図であり、 8は正極、 9は電解液を 含むセパレ一夕などの電解質層、 1 0は負極、 1 1は正極集電体、 1 2 は正極活物質、 1 3は負極活物質、 1 4は負極集電体である。 このよう に構成されている電池体あるいはこの電池体を複数積層したものを、 第 1図に示した電池容器中に収納して電池を形成する。

第 1図に示したように、 導電部材 5で正極リード 4と力シメられる張 出部 6は、 熱融着シール部分 3よりも外側に張り出している。 張り出す 幅と長さは、 導電部材 5の直径相当あれば十分である。 導電部材 5の直 径相当以下でも、 正極リード 4との接合は可能であるが、 ラミネートシ ―ト中の金属箔と導電部材 5が接触する確率が低下してくる。

また、 シール部分 3の幅に余裕がある場合には、 張り出しが 0すなわ ちシール部分 3に導電部材 5を打ち込んでも、 目的である電池容器 1の シールド機能は得られるが、 シール部分 3の幅に余裕がないときには、 シール能力が低下するという問題が発生する。 導電部材 5の直径は、 リ ード 4の幅よりも小さいことが望ましい。 リード幅より大きい直径の導 電部材 5では、 リード 4を切断してしまうおそれがあるからである。 この例では、 幅 3 m mのリード 4に対し、 直径 1 . 2 mmの導電部材 5を用いた。 リード 4および張出部 6の導電部材 5が貫通する孔は、 予 め開けておいてもよいし、 導電部材 5を打ち込むことで同時に開けても よい。 予め開けるときの孔径は、 導電部材 5の直径と同じか、 小さい方 が望ましい。 導電部材 5の直径より大きな孔を開けた場合、 リード 4お よび張出部 6中の金属箔と導電部材 5が接触する確率が低下してくる。 導電部材 5でリード 4と張出部 6とをカシメる位置は、 導電部材 5と リード 4と張出部 6中の金属箔とが接触する位置であればどこでもよい が、 リード 4の幅の中心線上とするのが、 接触確率がもっとも高くなり 好ましい。

また、 張出部 6は、 当然リード 4と重なるよう配置することが好まし い。

第 3図に示すように、 電池容器 1表面の P E Tフィルムの一部を炭酸 ガスレーザで焼き飛ばし、 アルミ箔表面を露出させた露出部分 9にリー ド線 1 0を接続し、 正極リード 4と負極リード 8間の電圧変化および正 極リード 4とリード線 1 0間の電圧変化を測定した。 第 4図は測定結果 を示す図で、 容量 5 0 0 m A hの電池を 5 0 0 m A定電流で充放電した ときの、 正極リード 4と負極リード 8間の電圧変化および正極リード 4 とリード線 1 0間の電圧変化を示している。 第 4図に示されているよう に、正極リ一ド 4と負極リード 8間の電圧変化は正常な電圧変化を示し、 正極リ一ド 4とリード線 1 0間の電圧は 0 V—定であった。この結果は、 電池容器 1の電位が安定していることを示している。

なお、 この実施の形態では正極リードと電池容器のアルミ箔を接続す るようにしたが、 アルミ箔を用いたラミネートシートでなく、 ステンレ ス箔を用いたラミネートシー卜の場合は負極リ一ドと接続するのがよい < また電池容器材の内層シートが、 電気化学的なイオン伝導性を有しない ときには、 いずれの極のリードに接続してもよい。

実施の形態 2 . .

第 5図は、 この発明の電池における第 2の実施の形態を示す平面図で ある。 図において、 1 1は炭酸ガスレーザーで P E T層を焼き飛ばし、 アルミ箔表面を露出させた露出部分、 1 2はステンレス製のクリップで ある。 正極リード 4を、 露出部分 1 1に重なるよう折り曲げ、 クリップ 1 2で挟んで固定した。 P E T層の焼き飛ばしは、 表 1の条件でおこな つた。

電池容器 1表面に針状のプローブを突き立て、 このプローブと負極リ —ド 8との間の電圧と、 正極リード 4と負極リード 8間の電圧とを比較 したところ、 同じ電圧であった。 このように同じ電圧であるということ は、 電池容器 1のアルミ箔が正極と同じ電位であることを示している 表 1

なお、 この実施の形態ではリード 4または 8を折り曲げることによつ て露出部に電気的に接続したが、 導電性のペース トを塗布する、 あるい は導電性のシートを貼り付けるなど、 種々の接続手段を採用することが できる。

実施の形態 3 .

第 6図は、 この発明の電池における第 3の実施の形態を示す平面図で ある。 第 6図において、 1 3は外装リード、 6はシール部 3から電池容 器 1の一部として張り出した張出部、 5は導電部材で、 張出部 6と外装 リード 1 3とを貫通し、 カシメられた導電部材 5を介して、 張出部 6の アルミ箔と外装リード 1 3が電気的に接続されている。

電池体は、 第 2図に示した構造のものを使用し、 電池容器 1の材料と してアルミラミネートシートを使用している。 電池容器 1は、 電池体を 収納するいわゆるパター力ップ状に成形された成形部 2を有する電池体 収容部側と、 この電池体収容部側に重ねて密閉構造とするための蓋から なり、電池体収容部側に蓋を重ねて 4方をシール部 3でシールしている。 アルミラミネートシートは、 アルミ箔の外装に P E T (ボリエチレン テレフ夕レート） シート、 内装に C C P (未延伸ポリプロピレン） を重 ねたものである。 アルミ箔の厚みは 1 0 0〃m、 C C P層の厚みは 4 0 m、 P E T層の厚みは 1 2 Ai mである。

第 6図に示したように、 導電部材 5で外装リード 1 3とカシメられる 張出部 6は、 シール部 3よりも外側に張り出している。 張り出す幅と長 さは、 導電部材 5の直径相当あれば十分である。 導電部材 5の直径相当 以下でも、 リードとの接合は可能であるが、 張出部 6中の金属箔と導電 部材 5が接触する確率が低下してくる。 導電部材 5の直径は、 外装リ一 ド 1 3の幅よりも小さいことが望ましい。 外装リード 1 3の幅より大き い直径の導電部材 5では、 外装リード 1 3を切断してしまうおそれがあ るからである。 この例では、 幅 3 m mのリードに対し、 直径 1 . 2 m m の導電部材 5を用いた。 外装リード 1 3および張出部 6の導電部材 5が 貫通する孔は、 予め開けておいてもよいし、 導電部材 5を打ち込むこと で同時に開けてもよい。 予め開けるときの孔径は、 導電部材 5の直径と 同じか、 小さい方が望ましい。 導電部材 5直径より大きな孔を開けた場 合、 外装リード 1 3や張出部 6中の金属箔と導電部材 5が接触する確率 が低下してくる。 導電部材 5で外装リード 1 3と張出部 6とを力シメる 位置は、 導電部材 5と外装リード 1 3と張出部 6中の金属箔とが接触す る位置であればどこでもよいが、 外装リード 1 3の幅の中心線上とする のが、 接触確率がもっとも高くなり好ましい。 また、 張出部 6は、 当然 外装リード 1 3と重なるよう配置することが好ましい。

また、 いわゆる 4方シールタイプでは、 電池体収容部側と蓋側の 2個 所にわたって外装リード 1 3が接触するよう配置し、 導電部材 5を貫通 させてカシメる。 このように正極リードおよび負極リードとは別に独立 して外装リード 1 3を形成すると、 通常の正極や負極と異なる所望の電 位を外部の電気回路により外装リード 1 3を介して電池容器 1に与える ことができる。

実施の形態 4 . 第 7図は、 電池容器の形状が、 いわゆるまく ら型といわれる電池であ る。 この電池は、 アルミラミネートシ一卜の両端部を接合（接合部 1 4 ) してアルミラミネ一トシ一トを筒状にし、 この筒の内部に電池体を収納 した後、 筒の両側をシール （シール部 3 ) することによって密閉構造と したものである。

この実施の形態は、 電池容器の形状を第 6図に示したまく ら型とした こと以外は、 実施の形態 1 と同様とした電池である。

なお、 この実施の形態のまく ら型電池に実施の形態 2および実施の形 態 3を適用することも可能である。

実施の形態 5 .

第 8図は、 電池容器の形状が、 いわゆる底蓋型といわれる電池であり、 ( b ) は平面図、 （a ) は側面の形状を示している。 この電池は、 アル ミラミネ一トシ一卜の両端部を接合 （接合部 1 4 ) してアルミラミネ一 トシート筒状にし、 この筒の内部に電池体を収納した後、 筒の両側に第 8図 （ a ) に示す形状の底蓋を当てて、 シール （シール部 3 ) すること によって密閉構造としたものである。

この実施の形態は、 電池容器の形状を第 8図に示した底蓋型であるこ と以外は、 実施の形態 1 と同様とした電池である。

なお、 この実施の形態の底蓋型電池に実施の形態 2および実施の形態 3を適用することも可能である。 産業上の利用可能性

以上のように、 この発明に係る電池は、 電気シールド （電磁シールド、 静電シ一ルド） を必要とする携帯用の電話機、 無線機、 パソコン等の電 源として用いることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 正極および負極とこの正極および負極の間に設けられた電解質層と を有する電池体、 上記正極と電気的に接続された正極リード、 上記負極 と電気的に接続された負極リード、 高分子樹脂と金属箔とを積層したラ ミネートシートからなり上記電池体を収納するとともに、 上記正極リー ドおよび負極リードを封止して密閉構造とした電池容器、 この電池容器 の金属箔と上記正極リードまたは負極リードとを電気的に接続する接続 手段を備えことを特徴とする電池。

2 . 正極および負極とこの正極および負極の間に設けられた電解質層と を有する電池体、 上記正極と電気的に接続された正極リード、 上記負極 と電気的に接続された負極リード、 上記正極リードおよび負極リードと は別に設けられた外装リード、 高分子樹脂と金属箔とを積層したラミネ —トシ一卜からなり上記電池体を収納するとともに、 上記正極リード、 負極リードおよび外装リードを封止して密閉構造とした電池容器、 この 電池容器の金属箔と上記外装リードとを電気的に接続する接続手段を備 えことを特徴とする電池。

3 . 接続手段は、 電池容器を構成するラミネートシートと、 リードとを 貫通する貫通孔を有し、 この孔の壁面と接する導電性部材を介して上記 電池容器の金属箔と上記正極リードまたは負極リ一ドとを電気的に接続 したものであることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項記載の 電池。

4 . 接続手段は、 電池容器を構成するラミネートシートのシール部から 張り出した張出部に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 3項 記載の電池。

5 . 接続手段は、 電池容器を構成するラミネートシートの金属箔の外表 面を一部露出させて露出部を形成し、 この露出部とリ一ドとを電気的に 接続したものであることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項記 載の電池。

6 . 電池容器を構成するラミネ一トシ一卜の金属箔の外表面を一部露出 させて露出部を形成し、 この露出部とリード間の電圧と、 正極リードと 負極リード間の電圧とを比較することを特徴とする電池検査方法。

7 . 金属箔の外表面を一部露出させる方法が、 レーザ一光による高分子 樹脂の焼き飛ばしであることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の電池 検査方法。

8 . 金属箔の外表面を一部露出させる方法が、 針状のプローブを押し当 てることによるものであることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の電 池検査方法。