JP2008103130A

JP2008103130A - 非水電解質二次電池包装部材とそれを用いたリール

Info

Publication number: JP2008103130A
Application number: JP2006283358A
Authority: JP
Inventors: 忠義 ▲高▼橋; Tadayoshi Takahashi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2008-05-01

Abstract

【課題】電池以外の実装部品は静電破壊を起こすものが多く、リフロー対応の実装電池にも静電対応が要求されている。包装部材であるエンボスキャリアテープの基材を静電対応の導電性のものにすることが考えられるが、電池自身は電圧を有しており、外部短絡などによって０Ｖの過放電状態になると著しく性能劣化する。
【解決手段】正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を導電性の帯電防止用樹脂電池包装部材を用いる。
【選択図】図２

Description

本発明は、非水電解質二次電池の包装部材に関するものである。

近年、小型のコイン型非水電解質二次電池は携帯電話等のメモリーバックアップ用電源として利用されるようになった。コイン型非水電解質二次電池のシステムとしては、正極にリチウムマンガン複合酸化物と負極にリチウムアルミニウム合金を組合わせた３．０Ｖ級の非水電解質二次電池や、正極に五酸化ニオブと負極にリチウムアルミニウム合金を組合せた２．５Ｖ級の非水電解質二次電池が挙げられる。

電池の回路基板への実装は従来手付け又は回路に組み込まれた電池ホルダーへの挿入などにより行われていた。最近ではリフローによる自動実装が検討されている（特許文献１参照）。リフローとは、基板と電子部品の端子部にハンダクリームを供給しておき、高温雰囲気を通過させることでハンダ付けを行い、端子接点の電気接触を確保する方法である。

そして、電池の構成材料に耐熱性を付与することにより、リフローによる自動基板実装が可能になる非水電化質二次電池の提案がなされている。

電池がリフロー対応の実装部品として使用する際に、実装工程において静電気に関する問題が発生した。
特開２０００−４０５２５号公報

従来から非水電解質二次電池には正極と負極では異なる活物質を用いていた。例えば、正極には遷移金属酸化物、負極の活物質には金属リチウム、アルミニウム、ケイ素とリチウムとの合金系、炭素系の材料などであり、活物質の違いによる電位差で様々な電圧が得られる。これらの活物質を組み合せた二次電池では、電池の外部短絡や過放電の状態を回避するために、機器側の設計、構造の改良や保護回路の設置などの様々な取り組みがされている。

また、非水電解質二次電池を包装する包装部材であるエンボスキャリアテープについても同様に導電性のないものが用いられている。

一方で、基板に電池などの部品を実装する場合、電池以外の実装部品は静電破壊を起こすものが多く、リフロー対応の実装電池にも静電対応が要求されている。このため、包装部材であるエンボスキャリアテープの基材として、静電対応用に導電性を有するものにすることが考えられる。

しかし、電池自身は電圧を有しており、外部短絡などによって０Ｖの過放電状態になると著しく性能劣化するため、導電性がなく帯電しにくい基材を用いている。

本発明は、非水電解液二次電池の包装部材に対して静電対応を行うことで、電池を基板に実装した際に、電池の周囲にある部品の静電破壊を無くすことを目的とする。

本発明は、正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を、導電性を有する帯電防止用樹脂製の包装部材内に収納した非水電解質二次電池包装部材であることを特徴とするものである。

本発明により、非水電解質二次電池の基板実装での静電対応化が可能となり、他実装部品の静電破壊の抑制およびホコリなどによる接点不良等を無くす事が可能となり、機器の生産効率の向上と品質向上に繋がる。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。

本発明は、正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を、導電性を有する帯電防止用樹脂製の包装部材内に収納されていることを特徴とする。

また、正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を、導電性を有する帯電防止用樹脂製の帯状包装部材内に収納した非水電解質二次電池収納部材をリール状に巻回した非水電解質二次電池包装部材リールであることを特徴とする。

本発明では、正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を用いることで、外部短絡や過放電に対して安定な為、導電性の帯電防止用樹脂からなる包装部材であるエンボスキャリアテープに挿入された梱包状態であっても特性劣化等が起こらない。

電池包装部材であるエンボスキャリアテープは、カーボンが樹脂に練りこまれて導電性を有することを特徴とする。導電性の材料としてはカーボンや、ニッケル、銅、金、銀などの金属が挙げられるが、コスト及び導電性、テープの基材となる樹脂への分散性の点からカーボン材料が最も好ましい。

導電性の指標となる表面抵抗率（ＪＩＳＫ６９１１）は１×１０⁶以下が好ましい。

電池包装用部材であるエンボスキャリアテープ用の基材である樹脂は、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、スチレンブタジエンゴムから少なくとも一種含むことを特徴とする。成形性や加工性や強度などから、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、スチレンブタジエンゴムなどが好ましい。

エンボスキャリアテープとしては、単層または表面層に他の帯電防止剤をコートされた２層または３層構造のものも用いることができる。

また、トップテープの材質についても導電性のないものと導電性のあるものがあるが、導電性のある帯電防止性能を有するものを用いることが好ましい。

正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を構成する活物質と電解液には以下のようなものが好ましい。

リチウム含有マンガン酸化物としては、リチウム化したラムスデライト型の二酸化マンガン、斜方晶のＬｉ_0.44ＭｎＯ₂、スピネル型のＬｉ_1+XＭｎ_2-XＯ₄（０≦Ｘ≦０．３３）またはスピネル型のマンガンの一部を異種元素で置換したＬｉ_1+XＭｎ_2-X-yＡＯ₄（ＡはＣｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｂ、０≦Ｘ≦０．３３、０＜ｙ≦０．２５）などが挙げられる。

組成比及び焼成温度など焼成条件によって前記のリチウム含有マンガン酸化物の混晶体を作ることも可能であり、または単に前記のリチウム含有マンガン酸化物で混合物を形成することにより、充電・放電を種々の電圧特性に変えることができる。

また、活物質がＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＮｉ_xＣｏ_1-XＯ₂（０＜Ｘ＜１）及びＬｉＣｏ_1/3Ｎｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｏ₂からなる群より選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。これらのリチウム遷移金属酸化物は、含有リチウムをリチウムイオンとして脱離することができ、反応に使うリチウム供給源として使用できるため、リチウム含有マンガン酸化物に混合することで、反応に必要なリチウム量を増やすことが可能であり、充電・放電条件の適用範囲を広げることもできる。

また、上記の含有リチウムをリチウムイオンとして吸蔵・放出できるリチウム含有遷移金属酸化物に、リチウムイオンを挿入・脱離可能な遷移金属酸化物であるＭｎＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ｖ₆Ｏ₁₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＷＯ₃、ＴｉＯ₂やＭｏＯ₃、又はリチウム含有遷移金属酸化物であるが含有リチウムを反応に使えず外部からのリチウムイオンを挿入・脱離可能なチタン酸リチウムＬｉ_4/3Ｔｉ_5/3Ｏ₄やＴｉ元素の一部を遷移金属酸化物に置換したものを混合することもできる。こうすることで、充電時にリチウムイオンを貯蔵する役割を果たし、加えて充電・放電条件の適用範囲を広げることができる。

電極を構成する導電剤種としては、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ）等を用いることができる。結着剤としては、ポリテトロフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、４フッ化エチレン、６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのフッ素系樹脂が好ましく、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレンプロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）等のゴム系の物を用いることも可能である。

有機電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γブチルラクトン、スルホラン、３メチルスルホラン、テトラグライム、１、２ジメトキシエタン、メチルジグライム、トリエチレングライム、ブチルジグライム、ジメルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの単一溶媒または混合溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）を用いることができる。

外装缶には、鉄、ニッケル及びクロムからなる群より選択される少なくとも一種を含み、かつ孔食指数が２２以上の合金を用いることが好ましい。クロムとモリブデン及び窒素の含有が耐食性に対し非常に効果があり、これらの含有量から導かれる孔食指数ＰＲＥ（ＰｉｔｔｉｎｇＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＥｑｕｉｖａｌｅｎｔ）＝％Ｃｒ＋３．３Ｘ％Ｍｏ＋２０Ｘ％Ｎで定義されており、耐食性の指標とされている。ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ３１６等が挙げられる。

本発明のコイン型二次電池の構成時には電圧がほとんど０Ｖに近い値であることから、導電性のエンボスキャリアテープに挿入されて短絡状態になっても劣化は起こさない。

また、もともと０Ｖに近い状態が安定状態であり、在庫等でエンボスキャリアテープ中に梱包された状態が長期間になっても性能劣化がほとんど見られない。充電についてはリフローにより実装された後に、機器の主電源が装着されて始まる形になる。

以上の電池包装用部材であるエンボスキャリアテープに正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を導電性の帯電防止用樹脂に挿入された梱包状態にすることで、リフロー実装時の他部品への静電破壊などによる影響を無くすことができ、また、ホコ
リ等による悪影響が無くなり、トータルとして実装後の基板の不良発生を大幅に軽減することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図１に示すコイン型非水電解液二次電池において、正極缶１、負極缶２にはステンレスＳＵＳ４４４（孔食指数：２５．４）を、ガスケット３にはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなるものを用いた。正極缶１と負極缶２の内面部に集電体７として導電性カーボンを塗布してある。正極缶１及び負極缶２とガスケット３との間にブチルゴムをトルエンで希釈した溶液を塗布し、トルエンを蒸発させることによりブチルゴムからなるシ−ラント８を設けた。

４は正極であり、５は負極である。６はポリフェニレンスルフィド製の不織布からなるセパレ−タである。電解液はスルホランにリチウムビスパースルホニルメチルイミドＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂を１．５ｍｏｌ／ｌ溶解させたものを使用した。電池寸法は直径が４．８ｍｍ、厚みが１．４ｍｍであった。以下正極、負極について詳しく説明する。

活物質として、ＬｉＯＨとＭｎＯ₂を１：２のモル比で混合し、６５０℃５時間焼成することでＬｉＭｎ₂Ｏ₄が得られた。このＬｉＭｎ₂Ｏ₄を活物質に、導電剤としてカーボンブラックを、結着剤としてＰＴＦＥを重量比で８８：５：７の割合で混合し電極合剤とした。

この電極合剤を０．１ｔｏｎ／ｃｍ²で直径２．３ｍｍのペレットに加圧成形した後、空気中、２５０℃で乾燥してそれぞれ正極、負極とした。正極、負極の構成は正極／負極の重量比が１．１になるようにして、電池Ａを作製した。なお正極と負極の端子をレーザ溶接した。

電池Ａの負極のＬｉＭｎ₂Ｏ₄電極に変えて、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）を活物質に、導電剤として天然黒鉛を、結着剤としてポリアクリル酸を重量比で５０：４０：１０の割合で混合して負極合剤とした。

この負極合剤を０．１ｔｏｎ／ｃｍ²で直径２．４ｍｍのペレットに加圧成型した後、１５０℃で乾燥した。さらに、電極上にリチウム金属をφ２．３ｍｍで打ち抜いたものを圧着した。リチウム量はＳｉＯ１ｍｏｌに対して４ｍｏｌ相当となるよう貼り付けて、電池Ｂを作製した。さらに、正極と負極の端子をレーザ溶接した。

圧着されたリチウムは電池内で、ＳｉＯと電気的にショートした状態になり、ＳｉＯ内へリチウムが取り込まれる。

図２に示すように、電池Ａ及び電池Ｂを、帯電防止性能を有するカーボンを練りこんだポリカーボネートからなるエンボスキャリアテープに挿入した後、帯電防止用のカバーテープにてシールして、電池包装部材の梱包状態にした。

電池Ａ及びＢを挿入後にシールされた梱包状態の電池包装部材を６０℃９０％ＲＨの高温多湿環境下にて３０日間放置した。今回の環境試験は、基板実装される前の部品の保管期間（包装部材での保管）を想定したものである。その後、常温常湿下でシールテープをはずし、エンボスキャリアテープより電池Ａ及びＢを取り出し、充放電により容量確認を行った。電池Ａは充電電圧１．３Ｖ、放電終止電圧０．８Ｖで、０．００５ｍＡの定電流で行った。電池Ｂは充電電圧３．３Ｖ、放電終止電圧２．０Ｖで、０．００５ｍＡの定電
流で行った。

また、電池ＡとＢには環境試験実施前に前記充放電試験を行い、初期容量を測定し、その値を１００として、試験後の容量値を算出した。その結果を（表１）に示す。

結果より、電池Ａについてはほとんど劣化していないのに対して、電池Ｂは著しく劣化した。電池Ａは初期からほとんど電圧が無い為、環境試験に対して安定に特性を維持できた。一方、電池Ｂではエンボスキャリアテープ内に挿入されて外部短絡状態になって、環境試験により著しく劣化した。

なお、活物質にＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂、ＬｉＮｉ_xＣｏ_1-XＯ₂（０＜Ｘ＜１）及びＬｉＣｏ_1/3Ｎｉ_1/3Ｍｎ_1/3Ｏ₂からなる群より選択される少なくとも一種を含む場合でも同様の結果が得られた。

また、実際の製造工程でも電池に起因する静電破壊の問題は発生しない。

本発明により、静電対応の包装部材であるエンボスキャリアテープに挿入された実装用電池を用いることができ、基板実装時に他部品への静電破壊の問題を回避することが可能であり、基板の不良の発生がなくなり、生産効率が向上し、その工業的価値は極めて高い。

本発明のコイン型非水電解質二次電池の断面図（Ａ）本発明の非水電解質二次電池包装部材の部分平面図、（Ｂ）同非水電解質二次電池包装部材の断面図

符号の説明

１正極缶
２負極缶
３ガスケット
４正極
５負極
６セパレ−タ
７集電体
８シーラント
９端子
１０非水電解質二次電池
１１非水電解質二次電池包装部材

Claims

正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を、導電性を有する帯電防止用樹脂製の包装部材内に収納した非水電解質二次電池包装部材。
包装部材はカーボンを樹脂内に含有させた請求項１記載の非水電解質二次電池包装部材。
前記活物質がリチウム含有マンガン酸化物を含む請求項１記載の非水電解質二次電池包装部材。
正極と負極の活物質が同一組成である非水電解質二次電池を、導電性を有する帯電防止用樹脂製の帯状包装部材内に収納した非水電解質二次電池収納部材をリール状に巻回した非水電解質二次電池包装部材リール。
包装部材はカーボンを樹脂内に含有させた請求項４記載の非水電解質二次電池包装部材リール。
前記活物質がリチウム含有マンガン酸化物を含む請求項４記載の非水電解質二次電池包装部材リール。