JP2003288864A

JP2003288864A - 電池

Info

Publication number: JP2003288864A
Application number: JP2002091609A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Kodama; 康伸児玉
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】小型および薄型でかつ、長寿命の電池を提供
することを目的とする。【解決手段】それぞれ金属層１Ｍ、２Ｍと樹脂層１
Ｐ，２Ｐとを含む第1および第2の外装体１、２を周縁部
で貼り合わせて形成された外装容器内に、正極板および
負極板を電解質を介して積層した積層体を収容してな
り、前記第1および第2の外装体の金属層は互いに異なる
金属で構成されてい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、電池にかかり、特
に薄型で長寿命の電池構造に関する。【０００２】【従来の技術】近年、携帯電話やＰＤＡ、ノート型パソ
コンは薄型化への傾向が強く、その電源として、アルミ
ニウムフィルムなどの可撓性材料を外装容器に用いた極
めて薄い仕様の電池が提案されている。【０００３】たとえば、従来、リチウム電池として、図
６（ａ）および（ｂ）に示すように、外表面が補強樹脂
（図示せず）で被覆されたアルミニウムフィルム１０１
の外周部（容器の外周部に相当する領域）を、内表面に
塗布された熱溶着性ポリオレフィン層１０３で溶着させ
て、封止し、袋状の外装容器を形成したものが提案され
ている。このリチウム電池では、この外装容器の内部に
正極活物質を形成した２枚の正極板（図示せず）の間に
袋状のポリプロピレン多孔膜からなるセパレータ（図示
せず）を介して負極活物質を備えた負極板（図示せず）
を形成したもので、封止部から正極端子１０７、負極端
子１０８を導出して形成されている。【０００４】【発明が解決しようとする課題】このようなリチウム電
池においては、外装容器はアルミニウムフィルム１０１
など、単一の金属材料と、必要に応じて積層される補強
樹脂とから形成されている。このリチウム電池は、小型
でかつ薄型であり、占有面積が小さいという利点を有し
ている。しかしながら、このようなリチウム電池におい
て、負極端子と外装容器のアルミニウムフィルムとが接
触すると、このアルミニウムフィルムが腐食されてしま
うなどの問題があった。すなわち、リチウムとアルミニ
ウムが反応してＬｉ−Ａｌとなり、これが水分と反応し
て脆弱化するためであり、穴があくこともあり、これが
長寿命化を阻む大きな問題となっていた。【０００５】本発明は前記実情に鑑みてなされたもの
で、小型および薄型でかつ、長寿命の電池を提供するこ
とを目的とする。【０００６】【課題を解決するための手段】本発明の電池は、それぞ
れ金属層と樹脂層とを含む第1および第2の外装体を周縁
部で貼り合わせて形成された外装容器内に、正極板およ
び負極板を電解質を介して積層した積層体を収容してな
り、前記第1および第2の外装体の金属層は互いに異なる
金属材料で構成されていることを特徴とする。【０００７】かかる構成によれば、外装容器の外周部を
構成する領域では、異なる金属の積層構造となってお
り、水分に対するバリア性が高められ、シール性の高い
容器構造を提供することが可能となる。さらにまた、第
１又は第２の外装体の一方にアルミニウムフィルムを用
いる場合にも、正極端子側にアルミニウムフィルムが位
置するように配することにより、負極端子とアルミニウ
ムフィルムが接触することが防止でき、Li-Alが形成さ
れるのを防ぐことができ、水分に対するバリア性を高め
ることが可能となる。また、異なる金属材料を用いて形
成されているため、外装容器の表裏が容易に識別可能で
ある。ここで、外装体の一方は、リチウムと合金化し難
い金属であることが望ましい。これは、仮に負極端子と
この金属層が接触した場合にでも、リチウムと合金化す
ることなく、水分に対するバリア性が高まるからであ
る。【０００８】望ましくは、それぞれ正極端子または負極
端子に接続されるタブフィルムに用いられる樹脂が、タ
ブフィルムの表面と裏面とで異なる材料で構成されてい
る。例えば、熱に対する耐性が表裏で異なる樹脂材料を
用いることにより、極板タブフィルムが一方の外装フィ
ルムのシートに、融着しないようにすることができる。
例えば架橋度の高い樹脂材料を配することにより、タブ
フィルムが一方の外装フィルムのシートに、融着しない
ようにすることができる。【０００９】また、正極端子または負極端子のうちの一
方の端子が、第１または第２の外装体の金属材料に電気
的に接続してもよい。かかる構成により、セル完成後に
外装体レベルにおける電気的特性チェックが容易にな
る。端子が逆側の金属材料に接触した場合、セル自体の
電圧が降下するため、チェックが容易になる。【００１０】また、上記正極端子または負極板端子の各
端子が、それぞれ対応する第１または第２の外装体の金
属材料に電気的に接続した電池においては、端子が外装
容器外に導出されない構造としてもよい。かかる構成に
よれば、外装容器自体を電極端子として用いることがで
きる。したがってシール構造も容易となり、極板タブな
どの電極端子を外装容器外部に導出した構造に比べて、
シール性が高められる。【００１１】また、望ましくは、外装体の金属層は、電
極が通常使用される範囲の電位にて、期待される電池特
性に悪影響を及ぼす反応をしないこと、もしくは、誘発
させないものが用いられる。具体的には、正極端子をア
ルミニウムで構成するとともに、負極端子をニッケルで
構成し、正極端子に接触する側の外装体の金属層をアル
ミニウムで構成するとともに、負極端子に接触する側の
外装体の金属層をニッケルで構成してもよい。かかる構
成によれば、外装体を構成する金属の反応を防止するこ
とができ、水分バリア性の高い電池を提供する事が可能
となる。望ましくは、外装体は表面を樹脂被覆されてい
ることを特徴とする。かかる構成によれば、機械的強度
が、より強固でかつシール性も高いものとなっている。【００１２】また、望ましくは、外装体は一部の電極取
り出し領域を除いて表面を樹脂被覆されていることを特
徴とする。かかる構成によれば、強度および取り扱いの
容易性を維持しながら、電流検知あるいは電流出力を容
易にすることができる。【００１３】また、望ましくは、樹脂被覆が第１および
第２のシート間でずれていることを特徴とする。かかる
構成によれば、特別に樹脂被覆除去領域を設けることな
く、容易に電極取り出しを行なうことが可能となる。【００１４】また、望ましくは、前記外装容器に集電体
の役割を持たせることも可能であり、かかる構成によ
れば、有効に外装容器を利用することができ、電極自体
の抵抗の低減を図ることが可能となる。【００１５】望ましくは、前記外装容器は、互いに異な
る第１および第２の金属薄板と、ポリオレフィン層とを
備えた２枚のフィルムからなり、その外周部で、前記ポ
リオレフィン層を接着されて袋状体を形成している。か
かる構成によれば、外装容器が金属薄板とポリオレフィ
ン層とを備えた可撓性のフィルムで構成されており、薄
型で容量の大きい電池を形成することが可能となる。【００１６】なお、前記外装容器を構成する外装体の一
方は、アルミニウムからなる金属薄板の外表面にナイロ
ン層またはポリエチレンテレフタレート層からなる絶縁
樹脂層を形成し、かつ内表面にポリオレフィン層を備え
てなるアルミラミネート材を用いることが好ましい。【００１７】また、前記外装容器を構成する外装体の他
の一方は、ニッケルからなる金属薄板の外表面にナイロ
ン層またはポリエチレンテレフタレート層からなる絶縁
樹脂層を形成し、かつ内表面にポリオレフィン層を備え
てなるニッケルラミネート材を用いることが好ましい。【００１８】望ましくは、前記負極板は、袋状のセパレ
ータに挿入された状態で前記外装容器の正極板と対向す
るように前記外装容器内に収納されていることを特徴と
する。かかる構成によれば、正極板と負極板は確実にセ
パレータを介して相対向することになり、信頼性の高い
ものとなる。【００１９】【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。（第1の実施の形態）このリチウム二次電池は、図１
（ａ）および（ｂ）に正面図およびその封止部の断面図
を示すように、それぞれ金属層と樹脂層とを含む第１お
よび第２の外装体１、２を周縁部に形成されたポリプロ
ピレン層によって貼り合わせて封止部３を形成してなる
外装容器内に、正極板および負極板を電解質を介して巻
回した電極体を収容してなり、この正極板に接続される
正極端子７はアルミニウム、負極板８に接続される負極
端子はニッケルで構成するとともに、これら第１および
第２の外装体を構成する金属材料をそれぞれ、アルミニ
ウムおよびニッケルで構成したことを特徴とするもので
ある。なお正極板は、コバルト酸リチウムを活物質層と
して含むもので、負極板は炭素材料で構成される。【００２０】ここで、この第1の外装体１は、アルミニ
ウムフィルム１Ｍの外表面にナイロン層からなる絶縁樹
脂層１Ｐを形成し、かつ内表面にポリプロピレン層を備
えてなるアルミラミネート材で構成される。【００２１】また、この第２の外装体２は、ニッケルフ
ィルム２Ｍの外表面にナイロン層からなる絶縁樹脂層２
Ｐを形成し、かつ内表面にポリプロピレン層を備えてな
るニッケルラミネート材で構成される。【００２２】このリチウム二次電池は以下に示す方法で
形成される。まず、ここで、第1の外装体１として、ア
ルミニウムフィルム１Ｍの外表面にナイロン層からなる
絶縁樹脂層１Ｐを貼着するとともに、内表面にポリプロ
ピレン層を備えたアルミラミネート材を形成する。【００２３】続いて、第２の外装体２として、ニッケル
フィルム２Ｍの外表面にナイロン層からなる絶縁樹脂層
２Ｐを貼着するとともに、内表面にポリプロピレン層を
備えたニッケルラミネート材を形成する。【００２４】こののち、アルミニウムからなる芯体にコ
バルト酸リチウムと、導電剤としての黒鉛粉末およびカ
ーボンブラックと結着剤としてのフッ素樹脂（ＰＶＤ
Ｆ）とを混練したものを、塗布し、乾燥後プレスした正
極板を用意する。【００２５】また、負極板としては、負極活物質として
の黒鉛粉末と結着剤としてのフッ素樹脂（ＰＶＤＦ）と
を混練したものを、ニッケル箔からなる芯体に塗布して
なるものを用意する。そしてこれら正極板および負極板
をポリプロピレン多孔膜からなるセパレータを介して積
層して巻回したもので、周縁の１辺側から、アルミニウ
ム製の正極端子７、およびニッケル製の負極端子８を導
出できるように正極板および負極板に接続し、電極体を
形成する。【００２６】このようにして形成された電極体を、第1
の外装体1上に、所定の間隔を隔てて、配列する。そし
て第２の外装体２をこの上に被せて、周縁部となる３辺
を熱シールする。この状態で、熱シールしていない1辺
を上にして、電解液を注液し、こののち残る１辺を熱シ
ールする。このようにして形成されたシート状体をシー
ル部の中央が切断線となるようにカッタで切断分離す
る。このようにして、図１（ａ）および（ｂ）（図２
（ａ）乃至（ｃ））に示すリチウム二次電池が形成され
る。なおこの構造では、シール領域から電極端子が突出
しないように形成され、シール領域の表面および裏面の
絶縁樹脂層１Ｐ、２Ｐに窓を形成し、正極端子７および
負極端子８がこの窓から露呈するように形成される。す
なわち、この実施の形態では、正極端子７および負極端
子８は、外装容器内部に埋め込んで形成され、第１の外
装体１を正極とすると共に、第２の外装体２を負極とす
る。ここで図２（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図２
（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。この
場合も第１の外装体１および第２の外装体２はともに外
表面全体を絶縁樹脂層１Ｐ，２Ｐで被覆するように形成
される。内部は正極板４および負極板６がセパレータ５
を介して積層された構造となっている。そして第１の外
装体１のアルミニウムフィルム１Ｍに正極端子７が接触
すると共に、第２の外装体２のニッケルフィルム２Ｍが
負極端子８に接触する。これらの接着は、ポリプロピレ
ン層からなる熱溶着層によって封止部３を構成すること
により達成される。【００２７】かかる構成によれば、外装容器の周縁部の
シール領域を構成する領域では、アルミニウムとニッケ
ルとの積層構造となっており、水分に対するバリア性が
高められ、シール性の高い容器構造を提供することが可
能となる。さらに、正極端子を構成するアルミニウム製
のリードがアルミニウムフィルムに接するように形成さ
れており、正極板側にアルミニウムフィルムが位置する
ように配することにより、Li-Alが形成されるのを防ぐ
ことができ、水分に対するバリア性を高めることが可能
となる。さらにまた、絶縁樹脂層に窓を介して正極端子
および負極端子が露呈しているため、セル完成後に外装
体レベルにおける電気的特性チェックが容易になる。極
板が逆側の金属材料に接触した場合、セル自体の電圧が
降下するため、チェックが容易になる。尚、前記第1の
実施の形態では絶縁樹脂層に窓を形成しこの窓から電極
端子を露呈せしめるようにしたが、樹脂被覆である絶縁
樹脂層が第１および第２のシート間でずれるように形成
しても同様の効果を得ることが可能となる。かかる構成
によれば、特別に樹脂被覆除去領域を設けることなく、
容易に電極取り出しを行なうことが可能となる。【００２８】次に本発明の実施例について説明する。＜実施例＞１．外装体まず、厚み４０μｍのアルミニウムフィルム１Ｍの片面
に、厚さ２５μｍのナイロン層からなる絶縁樹脂層１
Ｐ、他面に、厚さ４０μｍのポリプロピレン層からなる
熱溶着層を備えた外装体を第１外装体とする。続いて、
厚み４０μｍのニッケルフィルム２Ｍの片面に、厚さ２
５μｍのナイロン層からなる絶縁樹脂層２Ｐ、他面に、
厚さ４０μｍのポリプロピレン層からなる熱溶着層を備
えた外装体を第２外装体とする。【００２９】２．正極の作製ＬｉＣｏＯ₂で表されるコバルト酸リチウムと、黒鉛粉
末およびカーボンブラックとフッ素樹脂（ＰＶＤＦ）と
を９０：３：２：５で混合し混練したものを用意し、ア
ルミニウムからなる芯体の表面にドクターブレード法に
より塗布し、活物質層を形成した。【００３０】この後プレス法により、圧縮正極板を得
た。そして、正極端子８を装着し正極板を形成する。正
極活物質としては、この他ＬｉＭｎ₂Ｏ₄で表されるマン
ガン酸リチウムと、ＬｉＣｏＯ₂で表されるコバルト酸
リチウムとを所定の質量比となるように混合したもの、
又は、ＬｉＮｉＯ₂で表されるニッケル酸リチウムなど
を用いるなど適宜変更可能である。【００３１】３．負極の作製負極活物質としての黒鉛粉末と、結着剤としてのフッ素
樹脂（ＰＶＤＦ）とを９５：５の質量比で混合し、これ
をドクターブレード法により、厚さ１２μｍの銅箔から
なる負極集電体６ｂに塗布し、圧縮し、負極板を得た。【００３２】そして負極端子８を装着し負極板を形成す
る。なお、負極活物質としては、この他、リチウムイオ
ンを挿入・脱離し得るカーボン系材料、例えば、グラフ
ァイト、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、
炭素繊維、またはこれらの焼成体等が好適である。ま
た、酸化錫、酸化チタン等のリチウムイオンを挿入・脱
離し得る酸化物、リチウム金属、リチウム合金などを用
いてもよい。【００３３】４．電解液の調整エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート
（ＤＥＣ）とを質量比で３：７に混合した混合溶媒に電
解質塩として１モル／リットルの六フッ化リン酸リチウ
ム（ＬｉＰＦ₆）を溶解させた電解液に、ポリプロピレ
ングリコールジアクリレート（分子量３００）を質量比
で１５：１の割合となるように混合した。更にこの混合
液に、重合開始剤としてｔ−ヘキシルパーオキシピバレ
ートを５０００ｐｐｍ添加し、ゲル電解質用の液状組成
物を調整した。【００３４】なお、混合溶媒としては、上述したエチレ
ンカーボネート（ＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥ
Ｃ）を混合したもの以外に、水素イオンを供給する能力
のない非プロトン性溶媒を使用し、例えば、ジメチルカ
ーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（Ｅ
ＭＣ）を混合したものを用いることができる。また、電
解質としては、上述したＬｉＰＦ₆以外に、ＬｉＰＦ_6-X
（Ｃ₂Ｆ₅）_X、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＮ（ＳＯ₂
Ｃ₂Ｆ₅）₂に代表されるイミド塩等を使用することがで
きる。【００３５】５．リチウム電池の作製次に、セパレータとしてポリプロピレンからなる多孔性
フィルムを用意する。そして正極板および負極板をセパ
レータを介して積層し、巻回し、電極体を形成する。こ
の電極体に前述の液状組成物を含浸し、熱硬化を施し、
活性化を実施した。次いで、この活性化された電極体
を、前述の第１の外装体１上の所定の領域に配置し、第
２の外装体２を被せて、外装体の周囲４辺を熱溶着によ
り封止することにより、図１に示したようなリチウムイ
オン二次電池が形成される。【００３６】なお、前記実施の形態では、外装体外表面
を被覆する絶縁樹脂層に窓を形成し、この窓から電流と
りだしが可能となるようにしたが、絶縁樹脂層をずらし
ても良い。【００３７】また、正極および負極が重ね合わせて巻回
された渦巻き状の電極体構造のものに限定されることな
く、複数組の正極および負極をセパレータを介して複数
層積層した積層構造の電極体を構成するもの、正極板負
極板がそれぞれ一層づつ積層された（単層構造の）積層
体を構成するものにも適用可能である。【００３８】（第２の実施の形態）さらにまた、前記第
１の実施の形態では、正極端子７および負極端子８は外
装容器の端縁から突出しないように形成したが、図３
（ａ）乃至（ｃ）に示すように、正極端子７および負極
端子８を外部に突出させるように形成しても良い。ここ
で図３（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）のＡ
−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。この場合は第１
の外装体１および第２の外装体２はともに外表面全体を
絶縁樹脂層１Ｐ，２Ｐで被覆するように形成される。内
部は正極板４および負極板６がセパレータ５を介して積
層された構造となっている。そして第１の外装体１のア
ルミニウムフィルム１Ｍに正極端子７が接触すると共
に、第２の外装体２のニッケルフィルム２Ｍが負極端子
８に接触する。これらの接着は、ポリプロピレン層から
なる熱溶着層によって封止部３を構成することにより達
成される。【００３９】（第３の実施の形態）さらにまた、前記第
１の実施の形態では、正極端子７および負極端子８の先
端が外装容器の端縁よりも内側に位置するように形成し
たが、図４（ａ）乃至（ｃ）および図５に示すように、
正極端子７および負極端子８を電極体との接続部から、
いずれの外装体の金属フィルムにも接触することなくま
っすぐに導出してもよい。ここで図４（ｂ）および
（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ
−Ｂ断面図、図５は接着剤層であるポリプロピレン層で
構成した封止部を含む断面図である。この場合も第１の
外装体１および第２の外装体２はともに外表面全体を絶
縁樹脂層１Ｐ，２Ｐで被覆するように形成される。内部
は正極板４および負極板６がセパレータ５を介して積層
された構造となっている。この例では、正極端子７も負
極端子８も、第１の外装体１のアルミニウムフィルム１
Ｍおよび第２の外装体２のニッケルフィルム２Ｍとは電
気的に接触せず、ポリプロピレン層からなる熱溶着層を
介して固着され封止部３を構成している。【００４０】また、正極および負極が単層のものに限定
されることなく、積層構造の電極体を構成するもの、渦
巻き状の電極体を構成するものにも適用可能である。【００４１】さらには、前記実施の形態では、正極側の
外装体をアルミニウムで構成したが、これに限定される
ことなく、ステンレスなど他の金属を用いても良い。ま
た負極側の外装体としては、ニッケルのほか銅など他の
金属を用いてもよい。さらにまた、電極板としては、パ
ンチングメタルに活物質層を焼結形成したもの、発泡状
金属に活物質を含浸させたものなども適用可能である。【００４２】なお、前記実施の形態では、本発明をポリ
マー電池（高分子固体電解質電池）に適用した例につい
て説明したが、本発明をリチウムイオン電池あるいは他
の電池に適用することも可能である。【００４３】なお、ここでいうポリマーとは、ポリエー
テル系固体高分子、ポリカーボネート系固体高分子、ポ
リアクリロニトリル系固体高分子、およびこれらの二種
以上からなる共重合体もしくは架橋した高分子、ポリフ
ッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）のようなフッ素系固体高分
子から選択される高分子とリチウム塩と電解液を組み合
わせてゲル状にした固体電解質である。【００４４】【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の電池
によれば、正負極端子を外装体から延出することなく、
また、本発明の電池構成により、外装容器のシール性が
向上し、水分の侵入による劣化を防止し、信頼性の向上
を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】【図１】本発明の第１の実施の形態のリチウム二次電池
を示す図である。【図２】本発明の第１の実施の形態のリチウム二次電池
を示す図である。【図３】本発明の第２の実施の形態のリチウム二次電池
を示す図である。【図４】本発明の第３の実施の形態のリチウム二次電池
を示す図である。【図５】本発明の第３の実施の形態のリチウム二次電池
を示す図である。【図６】従来例のリチウム二次電池を示す図である。【符号の説明】１第1の外装体１Ｍアルミニウムシート１Ｐ絶縁樹脂層２第２の外装体２Ｍニッケルシート２Ｐ絶縁樹脂層３封止部４正極板５セパレータ６負極板７正極端子８負極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H011 AA02 AA17 BB04 CC02 CC06 CC10 DD13 FF03 FF04 GG09 HH02 5H029 AJ05 AJ13 AK03 AL07 AM03 AM05 AM07 BJ04 BJ12 CJ05 DJ02 EJ01 EJ12

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】それぞれ金属層と樹脂層とを含む第１およ
び第２の外装体を周縁部で貼り合わせて形成された外装
容器内に、正極板および負極板を電解質を介して積層し
た積層体を収容してなり、前記第１および第２の外装体
の金属層は互いに異なる金属材料で構成されていること
を特徴とする電池。