JP2016129091A - 蓄電デバイス用外装体 - Google Patents
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Abstract
Description
熱封止されるラミネート外装材の一方が前記収納室外に延長されて熱融着性樹脂層が露出する導電用フランジが形成され、この導電用フランジに熱融着性樹脂層の少なくとも一部が除去されて金属箔層が露出する外部導電部を有し、前記外部導電部を有するラミネート外装材が収納室内において熱融着性樹脂層の一部が除去されて金属箔層が露出する内部導電部を有することを特徴とする蓄電デバイス用外装体。
図1、3、4に本発明の蓄電デバイス用外装体の3つの実施形態を示す。
(第1の外装体)
図1に示す外装体1は、図2のラミネート外装材10を立体成形した本体20とフラットなラミネート外装材10からなる蓋板30とで構成されている。
(第2の外装体)
図3に示す外装体2は、平面視長方形の凹部51を有する本体部50と前記凹部51に被せる蓋板部60とが1枚のラミネート外装材10で一体に形成されている。前記本体部50は凹部51の4辺の開口縁から外方に延びるフランジ52、53、54、55を有し、本体部50と蓋板部60とを二つ折りにすることによって組み立てられ、凹部51が閉塞されて収納室40が形成される。また、4辺のフランジ52、53、54、55のうちの折り曲げ線の対向辺のフランジ53は、その一部が外方に延長され折り曲げた蓋板60から突出し、熱融着性樹脂層15が露出する導電用フランジ56となされている。また、収納室40の周りの3辺の熱融着性樹脂層15同士が重なる部分がベアセル装填後の熱封止部41となる(図8A参照)
ラミネート外装材10の金属露出部16は前記導電用フランジ56と凹部51底面の2箇所に形成され、導電用フランジ56の金属露出部は収納室40外に露出する外部導電部57であり、凹部51底面の金属露出部は収納室40内の内部導電部58である。即ち、前記外装体2は金属箔層11を介して収納室40の内外に導通する1組の導電部を有している。
(第3の外装体)
2つの部材で構成した蓄電デバイス用外装体は、一方の部材にのみ外部導電部および内部導電部を形成し、他方の部材として金属露出部の無いラミネート外装材を用いることができる。図4に示す外装体3は、図1の外装体1の本体20と金属露出部のないラミネート外装材からなる蓋板35とを組み合わせた外装体である。前記蓋板35は本体20の導電用フランジ22を除く平面寸法に形成されているので、本体20に蓋板35を被せると導電用フランジ22が収納室40外に露出する。即ち、前記外装体3は金属箔層11を介して収納室40の内外に導通する1組の導電部を有している。
[ラミネート外装材の構成材料]
ラミネート外装材10を構成する各層の材料は蓄電デバイスの外装材として使用できる限り、任意の材料を使用できる。好ましい材料は以下のとおりである。
(耐熱性樹脂層)
外装体の外側層となる耐熱性樹脂層13を構成する耐熱性樹脂としては、外装材を熱封止する際の熱封止温度で溶融しない耐熱性樹脂を用いる。前記耐熱性樹脂としては、熱融着性樹脂層15を構成する熱融着性樹脂の融点より10℃以上高い融点を有する耐熱性樹脂を用いるのが好ましく、熱融着性樹脂の融点より20℃以上高い融点を有する耐熱性樹脂を用いるのが特に好ましい。
(熱融着性樹脂層)
内側層である熱融着性樹脂層15は、リチウムイオン二次電池等で用いられる腐食性の強い電解液などに対しても優れた耐薬品性を具備させるとともに、外装材に熱封止性を付与する役割を担うものである。
(金属箔層)
前記金属箔層11は、ラミネート外装材10に酸素や水分の侵入を阻止するガスバリア性を付与する役割を担うものである。また、本発明においては金属露出部を導電部として利用するので、導電性の良い金属箔を使用する。例えば、アルミニウム箔、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔、あるいはこれのクラッド箔、これらの焼鈍箔または未焼鈍箔等が挙げられる。また、ニッケル、錫、銅、クロム等の導電性金属でめっきした金属箔、たとえばめっきしたアルミニウム箔を用いることも好ましい。前記導電性めっき皮膜は金属箔層の少なくとも金属露出部に対応する部分に形成されていれば良い。また、前記金属箔層11は下地処理として下記の化成処理を施して化成皮膜を形成することも好ましい。
(金属箔層の化成皮膜)
ラミネート外装材10の外側層および内側層は樹脂からなる層であり、これらの樹脂層には極微量ではあるが、外装体の外部からは光、酸素、液体が入り込むおそれがあり、内部からは内容物(電池の電解液等)がしみ込むおそれがある。また、外装体の内部導電部に内容物が付着するおそれがある。侵入物や内容物が金属箔層11に到達すると金属箔層の腐食原因となる。本発明のラミネート外装材10は、金属箔層11の表面に耐食性の高い化成皮膜を形成することにより、金属箔層11の耐食性向上を図ることができる。
1)リン酸と、クロム酸と、フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩のうちの少なくとも一方と、の混合物
2)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂およびフェノール系樹脂のうちのいずれかと、クロム酸およびクロム(III)塩のうちの少なくとも一方と、の混合物
3)リン酸と、アクリル系樹脂、キトサン誘導体樹脂、フェノール系樹脂のうちのいずれかと、クロム酸およびクロム(III)塩のうちの少なくとも一方と、フッ化物の金属塩およびフッ化物の非金属塩のうちの少なくとも一方と、の混合物
前記化成皮膜はクロム付着量として0.1〜50mg/m2が好ましく、特に2〜20mg/m2が好ましい。かかる厚さまたはクロム付着量の化成皮膜によって高耐食性のラミネート外装材となし得る。
(接着剤)
耐熱性樹脂層13側の接着剤12としては、例えば、主剤としてのポリエステル樹脂と硬化剤としての多官能イソシアネート化合物とによる二液硬化型ポリエステル−ウレタン系樹脂、あるいはポリエーテル−ウレタン系樹脂を含む接着剤を用いることが好ましい。
また、ラミネート外装材10の総厚は50〜300μmの範囲が好ましい。総厚50μm未満では成形時および熱封止時に破れやピンホールが発生し易くなる。また総厚300μmを超えると成形性が低下するおそれがある。ラミネート外装材が厚くなると材料コストが高くなり、重量も重くなる。
(金属露出部の形成方法)
ラミネート外装材10における金属露出部16の形成方法は特に限定されない。ただし、金属露出部はデバイス本体または他のデバイスと導通させるための接続箇所であるから、確実に導通を得るために金属箔層が面状に露出していることが好ましい。以下に、金属箔層11を面状に露出させる方法例を説明する。
(1)周知の方法により、金属箔層11の一方の面に接着剤12で耐熱性樹脂層13を貼り合わせ、他方の面に接着剤14で熱融着性樹脂層15を貼り合わせて5層構造のラミネート外層材を作製する。このラミネート外装材の熱融着性樹脂層15側の面にレーザーを照射して熱融着性樹脂層15および接着剤14を焼灼除去し、金属箔層11を露出させる。
(2)図5に示すように、金属箔層11と熱融着性樹脂層15との貼り合わせる工程において、金属露出部16に対応する部分に接着剤14を塗布しない未塗布部分17を形成しておき、熱融着性樹脂層15を貼り合わせる。そして、前記未塗布部分17の周囲の熱融着性樹脂層15に切り込みを入れ、未塗布部分17上の熱融着性樹脂層15aを除去する。未塗布部分17には接着剤14が塗布されていないので、熱融着性樹脂層15aの除去により金属箔層11が露出して金属露出部16が形成される。
(3)図6に示すように、金属箔層11と熱融着性樹脂層15との貼り合わせる工程において、金属露出部16に対応する部分に粘着テープ18を貼っておき、その後に接着剤14を塗布して熱融着性樹脂層15を貼り合わせる。そして、粘着テープ18の周囲の熱融着性樹脂層15に切り込みを入れて熱融着性樹脂層15aを除去する。粘着テープ18と熱融着性樹脂層15とは接着剤14によって接合されているので、粘着テープ18は熱融着性樹脂層15aとともに除去される。熱融着性樹脂層15aおよび粘着テープ18の除去により金属箔層11が露出して金属露出部16が形成される。熱融着性樹脂層15への切り込みは、レーザー照射、カッターによる切断等により行う。
[蓄電デバイス]
図7A〜図9Bに、上記の外装体1,2、3を用いたラミネート外装電池101、102、103を示す。
(第1ラミネート外装電池)
図7Aおよび図7Bに、図1の外装体1にベアセル70を装填した第1ラミネート電池101を示す。
(第2ラミネート外装電池)
図8A〜図8Cに、図3の外装体2にベアセル70を装填した第2ラミネート外装電池102を示す。
(第3ラミネート外装電池)
図9Aおよび図9Bに、図4の外装体3にベアセル70を装填した第3ラミネート外装電池103を示す。
また、熱封止部にタブリードが介在せず外装体の熱融着性樹脂層同士が直接接合されるので、接合不良による電解液漏れの事故を防ぐことができる。また、タブリード付近で起きやすい短絡を無くすことができる。
(ラミネート外装材)
本体用ラミネート外装材および蓋板用ラミネート外装材の各層の材料を表1に示すとおりである。
(電池本体等)
負電極71として100mm×100mmに断裁した厚さ30μmの銅箔、正電極72として100mm×100mmに断裁した厚さ30μmのアルミニウム箔、セパレーター73として厚さ30μmで幅100mmのポリプロピレンフィルムを用いた。
〈実施例1〉
図7Aおよび図7Bに参照されるラミネート外装電池101であり、図1に参照されるように、外装体1は本体20と蓋板30とからなる。
〈実施例2〉
図9Aおよび図9Bに参照されるラミネート外装電池103であり、図4に参照されるように、外装体3は本体20と蓋板35とからなる。
〈比較例1〉
図10Aおよび図10Bに参照されるラミネート外装電池104であり、外装体4は本体85と蓋板35とからなる。
[ラミネート外装電池の評価]
(軽量化率)
作製した3種類のラミネート外装電池の重量を電子天秤(株式会社島津製作所製 UX820H)で測定し、実施例1、2のラミネート外装電池の軽量化率を下記式により求めた。下記式においてAは実施例1または実施例2のラミネート外装電池の重量であり、Bは比較例のラミネート外装電池の重量である。
(絶縁抵抗)
各例のラミネート外装電池について、外部に露出する正極−負極間の絶縁抵抗を測定した。具体的な測定位置は、実施例1は外装体1の外部導電部27(正極)と外部導電部32(負極)との間であり、実施例2は外装体3の外部導電部27(正極)と外装体3から引き出された負極タブリート75との間であり、比較例1は外装体4から引き出された正極タブリート76と負極タブリート75との間である。絶縁抵抗の測定は、絶縁抵抗試験器(日置電機株式会社製 3154)を用い、25V,100V、1000Vの電圧をかけてから1分後に測定した。なお、前記絶縁抵抗試験器は200MΩが測定限界である。
10…ラミネート外装材
11…金属箔層
12、14…接着剤
13…耐熱性樹脂層
15…熱融着性樹脂層
16…金属露出部
20…本体
26、31、56…導電用フランジ
27、32、57…外部導電部
28、33、58…内部導電部
30…蓋板
40…収納室
41…熱封止部
50…本体部
70…ベアセル(電池本体、デバイス本体)
71…負電極
72…正電極
74…導電性接着剤
75…負極タブリード
76…正極タブリード
101、102、103、104…ラミネート外装電池
Claims (8)
- 金属箔層を挟んで一方の面に耐熱性樹脂層が貼り合わされ他方の面に熱融着性樹脂層が貼り合わされたラミネート外装材の熱融着性樹脂層同士を内側に向けて合わせ、縁部を熱封止することによりデバイス本体を収納する収納室が形成される外装体であり、
熱封止されるラミネート外装材の一方が前記収納室外に延長されて熱融着性樹脂層が露出する導電用フランジが形成され、この導電用フランジに熱融着性樹脂層の少なくとも一部が除去されて金属箔層が露出する外部導電部を有し、前記外部導電部を有するラミネート外装材が収納室内において熱融着性樹脂層の一部が除去されて金属箔層が露出する内部導電部を有することを特徴とする蓄電デバイス用外装体。 - 前記外装体は2枚のラミネート外装材により収納室が形成され、少なくとも一方のラミネート外装材が導電用フランジ、外部導電部および内部導電部を有する請求項1に記載の蓄電デバイス用外装体。
- 前記2枚のラミネート外装材はそれぞれに導電用フランジ、外部導電部および内部導電部を有する請求項2に記載の蓄電デバイス用外装体。
- 前記2つの導電用フランジは収納室の異なる辺に形成されている請求項3に記載の蓄電デバイス用外装体。
- 前記外装体は1枚のラミネート外装材を折り返して収納室が形成されている請求項1に記載の蓄電デバイス用外装体。
- 請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載の蓄電デバイス用外装体の収納室にデバイス本体が収納され、前記デバイス本体の電極と外装体の内部導電部とが導通していることを特徴とする蓄電デバイス。
- 前記デバイス本体の電極と外装体の内部導電部とが物理的接触、接着、超音波溶接のうちのいずれかによって導通している請求項6に記載の蓄電デバイス。
- 請求項6または7に記載の蓄電デバイスの外部導電部が回路に直接接触して接続されていることを特徴とする装置。
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