JP2019029277A - リード部材および蓄電デバイス - Google Patents
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Abstract
【課題】リード導体のコーナ部のめくれが抑制され、電極の金属箔がリード導体のめくれで破損することが防止されるリード部材と、このリード部材を備えた蓄電デバイスを提供する。【解決手段】断面偏平状で長尺のリード導体２１と、リード導体２１の長手方向両端を除く領域の両面に設けた絶縁樹脂フィルム２２を有する蓄電デバイスに用いられるリード部材２０である。蓄電デバイスの内部に配置されるリード導体２１のコーナ部に突条２３が形成されている。リード部材２０を備えた蓄電デバイスである。【選択図】図４
Description
本発明は、電池やキャパシタ等の蓄電デバイスに用いられるリード部材およびそのリード部材を備えた蓄電デバイスに関する。
リチウムイオン電池などの非水電解質電池は、正極、負極および電解液を、積層フィルムからなる封入体に収納し、正極、負極に接続したリード部材（タブリード）を密封封止して外部に取り出す構造となっている。リード部材は、正極用としてアルミニウムのリード導体、または、負極用としてニッケルまたはニッケルメッキを施した銅のリード導体の長手方向両端を除く領域にポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂フィルム製多層構造のシーラントフィルムを両面から溶着して構成される。
リード部材として、例えば、特許文献１には、軟銅の丸導体を導体幅が導体厚さの４０倍以上となるように平坦に圧延した平型導体の表面にニッケルメッキを施し、その両面に絶縁樹脂フィルムを貼り合わせてなり、カットによる切断バリや切断粉を生じさせず、電極となる金属箔を傷つけないようにしたリード部材が開示されている。
ところで、電子機器の小型化に伴い、使用される電池についても厚さの薄い電池が求められる。このため、電池を構成する正極、負極、封入体等を薄く構成するとともに、リード部材についても薄く構成することが望ましい。一方、正極および負極からなる電極に用いられる金属箔を薄く構成すると、リード部材を構成するリード導体の角がめくれて電極を構成する金属箔に接触したときに、この金属箔を破る不具合が生じる。
リード導体の角をめくれ難くするためのコーナ加工としては、角を丸くする加工や、角を一定の角度で切り落とす加工が考えられる。しかしながら、こうしたカットによる加工は、精度を要するとともに、上述の通り、加工工程において切断バリや切断粉が生じる。このように加工されたリード導体を有するリード部材が電極となる金属箔と接続されると、この金属箔を傷つけて、電極として正常に機能しなくなったり、回路内の電気的短絡を発生させる。
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、リード導体におけるコーナ部のめくれを抑制し、このリード導体のめくれにより電極の金属箔に生じがちな破損を防止するリード部材と、このリード部材を備えた蓄電デバイスを提供することをその目的とする。
本発明の一態様に係るリード部材は、断面偏平状のリード導体と、該リード導体の長手方向両端を除く領域の両面に設けた絶縁樹脂フィルムを有する蓄電デバイスに用いられるリード部材であって、前記蓄電デバイスの内部に配置される前記リード導体のコーナ部に突条が形成されているリード部材である。
また、本発明の一態様に係る蓄電デバイスは、上記のリード部材を備えた蓄電デバイスである。
本発明によれば、リード導体におけるコーナ部のめくれを抑制し、このリード導体のめくれにより電極の金属箔に生じがちな破損を防止するリード部材と、このリード部材を備えた蓄電デバイスを提供することができる。
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るリード部材は、（１）断面偏平状のリード導体と、該リード導体の長手方向両端を除く領域の両面に設けた絶縁樹脂フィルムを有する蓄電デバイスに用いられるリード部材であって、前記蓄電デバイスの内部に配置される前記リード導体のコーナ部に突条が形成されているリード部材である。
本実施形態によれば、リード導体が、蓄電デバイスの内部に配置される。このリード導体のコーナ部に突条が形成されていることにより、そのコーナ部において突条の向きと交差する方向でのリード導体の折り曲げ強度が箔状のリード導体の折り曲げ強度を越えるため、リード導体のコーナ部のめくれが抑制され、電極の金属箔がリード導体のめくれで破損することが防止されるという効果を奏する。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の一態様に係るリード部材は、（１）断面偏平状のリード導体と、該リード導体の長手方向両端を除く領域の両面に設けた絶縁樹脂フィルムを有する蓄電デバイスに用いられるリード部材であって、前記蓄電デバイスの内部に配置される前記リード導体のコーナ部に突条が形成されているリード部材である。
本実施形態によれば、リード導体が、蓄電デバイスの内部に配置される。このリード導体のコーナ部に突条が形成されていることにより、そのコーナ部において突条の向きと交差する方向でのリード導体の折り曲げ強度が箔状のリード導体の折り曲げ強度を越えるため、リード導体のコーナ部のめくれが抑制され、電極の金属箔がリード導体のめくれで破損することが防止されるという効果を奏する。
本実施形態の一態様として、上記（１）のリード部材において、（２）前記突条の断面形状が、Ｖ字状またはＷ字状であってもよい。
本実施形態によれば、突条の断面形状が、Ｖ字状またはＷ字状であることにより、突条の形成されたリード導体では、厚み方向に加わる力に対して強度が増すため、リード導体のコーナ部における折り曲げ強度が大きくなって、めくれをさらに抑制することができる。
本実施形態によれば、突条の断面形状が、Ｖ字状またはＷ字状であることにより、突条の形成されたリード導体では、厚み方向に加わる力に対して強度が増すため、リード導体のコーナ部における折り曲げ強度が大きくなって、めくれをさらに抑制することができる。
また、本発明の一態様に係る蓄電デバイスは、（３）上記（１）または（２）のリード部材を備えた蓄電デバイスである。
本実施形態によれば、突条を形成しているリード導体のコーナ部がめくれ難くなるため、リード導体のコーナ部が電極に接触し、電極の箔を破る不具合を防止することができる。
本実施形態によれば、突条を形成しているリード導体のコーナ部がめくれ難くなるため、リード導体のコーナ部が電極に接触し、電極の箔を破る不具合を防止することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
以下に、本発明に係るリード部材および蓄電デバイスの具体例を、非水電解質電池を例に説明するが、蓄電デバイスとしては、電気二重層コンデンサやリチウムイオンキャパシタなどであってもよい。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。なお、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
以下に、本発明に係るリード部材および蓄電デバイスの具体例を、非水電解質電池を例に説明するが、蓄電デバイスとしては、電気二重層コンデンサやリチウムイオンキャパシタなどであってもよい。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。なお、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るリード部材を備えた非水電解質電池の一例を示す図であり、図２は、図１に示す非水電解質電池の透過平面図、また、図３は、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材の取り出し箇所の断面図である。さらに、図４は、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材の一例を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂは、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材が有するリード導体のコーナ部に形成された突条の断面図である。
図１は、本発明の一実施形態に係るリード部材を備えた非水電解質電池の一例を示す図であり、図２は、図１に示す非水電解質電池の透過平面図、また、図３は、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材の取り出し箇所の断面図である。さらに、図４は、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材の一例を示す図である。図５Ａおよび図５Ｂは、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材が有するリード導体のコーナ部に形成された突条の断面図である。
図１および図２に示すように、非水電解質電池（以下、「電池」ともいう。）１０は、封入体１１と、正極（アノード）１２および負極（カソード）１３に接続されたリード部材２０とを有している。封入体１１は、複合包装材からなる２枚のシート部材のそれぞれの周縁部をヒートシールにより熱融着で袋状としたものであり、封入体１１内には、正極１２および負極１３とともに、正極１２と負極１３との間に設けられたセパレータ（隔膜）１４、および、非水電解質１５が、密封して収納されている。
リード部材２０は、電池１０のリード線として用いられるもので、金属箔などからなる断面偏平状で長尺のリード導体２１を有している。リード導体２１は、封入体１１内の正極１２および負極１３にそれぞれ接続されている。図３では、リード導体２１が正極１２に接続されている様子を示す。同様に、正極１２に接続されているリード導体２１とは別のリード導体２１が負極１３に接続されているが、本図では、その様子は省略する。
図２および図３に示すように、リード導体２１の長手方向両端の一方の領域は、正極１２と負極１３との間に収容され、この両電極の間に挟まれるリード導体２１のコーナ部に、後で詳述する突条２３が形成されている。
図２および図３に示すように、リード導体２１の長手方向両端の一方の領域は、正極１２と負極１３との間に収容され、この両電極の間に挟まれるリード導体２１のコーナ部に、後で詳述する突条２３が形成されている。
図３は、図２に示すＡ−Ａ切断面による、電池１０におけるリード部材２０の取り出し箇所の断面図である。封入体１１を構成する複合包装材は、十分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、電池１０外部から電池１０内部への水分や空気の侵入、および、電池１０内部から電池１０外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する必要がある。このため、図３に示すように、封入体１１の最内部の側に配置される合成樹脂製の層であるシール樹脂層１１ａと、封入体１１の外表面の側に配置される合成樹脂製の層である基材樹脂層１１ｃと、最内部のシール樹脂層１１ａと最外部の基材樹脂層１１ｃとの間に配置される少なくとも１つの金属層１１ｂとを有する３層以上の層から構成されていることが好ましい。
最内部の層であるシール樹脂層１１ａは、電池の組立時にシール樹脂層１１ａ同士を溶着し電池１０を密封する層である。シール樹脂層１１ａを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、あるいは、これらのポリオレフィンをカルボン酸により変性した酸変性ポリオレフィンを用いることが好ましい。
基材樹脂層１１ｃは、単層でも２層以上の多層でもよく、基材樹脂層１１ｃを多層構造にする場合は、各層はそれぞれ異なる樹脂から形成されていてもよい。多層構造の場合の各層は、接着剤を介して接着されていてもよく、また、接着剤を介さずに直接積層されていてもよい。基材樹脂層１１ｃを形成する樹脂は、絶縁性を備えるものであれば限定されないが、例えば、ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタンおよびこれらの混合物が使用される。好ましくは、ポリエステル、ポリアミドが挙げられる。
金属層１１ｂは、封入体１１としての強度向上の他、電池１０内部に水蒸気、酸素、光等が侵入するのを防止するためのバリア層として機能するための層である。金属層１１ｂの材料としては、耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔が使用される。
正極１２および負極１３は、それぞれ集電体と呼ばれる金属箔またはエキスパンデッドメタルの金属基材（図示せず）と、集電体となる金属基材上に形成された活物質層（図示せず）とからなる。リチウムイオン電池の場合、正極の活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等を使用する。また、負極１３の活物質としては、黒鉛やチタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）が用いられる。
正極１２の金属基材は、例えば、アルミニウムからなるリード導体２１の一端に電気的に接続され、一方、負極１３の金属基材も、例えば、銅またはニッケルからなるリード導体２１の一端に電気的に接続される。これらの２つのリード導体２１は封入体１１の外部に延びている。リード導体２１については後で詳述する。
セパレータ１４は、表面に１μｍほどの小さな穴の開いた厚さ２．５μｍほどの膜が用いられる。セパレータの材質には、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィンが使用される。
非水電解質１５は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、または、液状電解質と高分子材料とを複合化したゲル状非水電解質であってよい。液状非水電解質は、電解質を０．５モル／Ｌ以上２．５モル／Ｌ以下の濃度で有機溶媒に溶解したものであることが好ましい。
電解質の例としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、および、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）のようなリチウム塩、および、これらの混合物が含まれる。電解質は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、ＬｉＰＦ６が最も好ましい。
有機溶媒の例としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）のような環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（ＤＥＥ）のような鎖状エーテル、γ-ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、およびスルホラン（ＳＬ）が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、または混合溶媒として用いることができる。
リード導体２１としては、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタでは正極１２側にはアルミニウムが使用され、負極１３側では銅が使用される。銅はニッケルメッキして使用されることが多い。なお、電気二重層コンデンサでは正極側も負極側もリード部材の導体にはアルミニウムが使用される。
リード導体２１は、外部への電気接続のために封入体１１のシール部から取り出されて外部に導出しており、その取り出し部分では、リード導体２１が絶縁樹脂フィルム２２で被覆絶縁されて、封入体１１を形成する金属層１１ｂと電気的接触が生じないようにしている。絶縁樹脂フィルム２２は、図３で示すように、リード導体２１に溶着する内側層２２ａと、封入体１１と融着する外側層２２ｂの２層により形成されている。絶縁樹脂フィルム２２の内側層２２ａは、加熱溶融により内側層２２ａをリード導体２１に密着させて、リード導体２１表面との良好な密封封止を形成しておくことができ、内側層２２ａの材料の融点は任意に選択できる。一方、外側層２２ｂには、内側層２２ａよりも融点の高い材料が使用される。図４に示すように、リード部材２０は、リード導体２１と絶縁樹脂フィルム２２とから構成されている。
絶縁樹脂フィルム２２の幅は、リード導体２１の幅よりも広く、リード導体２１の幅方向の両端から幅方向に突出するとともに、幅方向に突出した領域で、リード導体２１の両面から貼付された絶縁樹脂フィルム２２同士が貼り合わされている。また、絶縁樹脂フィルム２２の上記幅と直交する方向の長さは、リード導体２１の長手方向の長さよりも短く、例えば、３ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、リード導体２１の長手方向の両端には、絶縁樹脂フィルム２２が貼り合わされていない。
図２および図４に示すように、絶縁樹脂フィルム２２は、リード導体２１の長手方向両端を除く領域に両面から貼り合わされ、リード導体２１には、電池１０内部に配置されるコーナ部に突条２３が形成されている。突状２３の形状はリード導体の角を中心に放射状に延びるものが好ましい。突状２３の長さは０．５〜３ｍｍが好ましい。
図５Ａは、本発明の一実施形態に係る、図４に示すＢ−Ｂ切断面における、リード導体２１のコーナ部に形成された突条２３の断面図である。突条２３の断面形状は、本図では、Ｗ字状である。断面形状がＷ字状の突条２３の形成されたリード導体２１では、厚み方向に加わる力に対して強度が増すため、リード導体２１のコーナ部におけるめくれをさらに抑制することができる。
（第２の実施形態）
図５Ｂは、本発明の他の実施形態に係る、図４に示すＢ−Ｂ切断面における、リード導体２１のコーナ部に形成された突条２３の断面図である。
突条２３の断面形状として、第１の実施形態では、突条２３を頂点とするＷ字状の折り目が形成されているが、図５Ｂに示すように、折り目の山を、リード導体２１の表面と平行な平坦部として設けることもできる。
折り目の山に平坦部を設けることにより、突状部分の高さが低くなり、電池の薄型化に対応できる。
図５Ｂは、本発明の他の実施形態に係る、図４に示すＢ−Ｂ切断面における、リード導体２１のコーナ部に形成された突条２３の断面図である。
突条２３の断面形状として、第１の実施形態では、突条２３を頂点とするＷ字状の折り目が形成されているが、図５Ｂに示すように、折り目の山を、リード導体２１の表面と平行な平坦部として設けることもできる。
折り目の山に平坦部を設けることにより、突状部分の高さが低くなり、電池の薄型化に対応できる。
このような平坦部を有する折り目の山は、例えば、リード導体２１のコーナ部をプレス加工することによって形成することができる。突条２３が、リード導体２１をプレス加工することによって形成されていることにより、プレスの型当て部材により確実に型押しされるため、リード部材２０のコーナ部における折り曲げ強度を簡便かつ低コストに強化することができる。
さらに、突条２３の断面形状は、上記のＷ字状の他、Ｖ字状であってもよいし、波状であってもよい。
さらに、突条２３の断面形状は、上記のＷ字状の他、Ｖ字状であってもよいし、波状であってもよい。
上記のように、本発明の実施形態によれば、リード導体におけるコーナ部のめくれを抑制し、このリード導体のめくれにより電極の金属箔に生じがちな破損を防止するリード部材と、このリード部材を有する蓄電デバイスを提供することが可能となる。
１０…電池、１１…封入体、１１ａ…シール樹脂層、１１ｂ…金属層、１１ｃ…基材樹脂層、１２…正極、１３…負極、１４…セパレータ、１５…非水電解質、２０…リード部材、２１…リード導体、２２…絶縁樹脂フィルム、２２ａ…内側層、２２ｂ…外側層、２３…突条。
Claims (3)
- 断面偏平状で長尺のリード導体と、該リード導体の長手方向両端を除く領域の両面に設けた絶縁樹脂フィルムを有する蓄電デバイスに用いられるリード部材であって、
前記蓄電デバイスの内部に配置される前記リード導体のコーナ部に突条が形成されているリード部材。 - 前記突条の断面形状が、Ｖ字状またはＷ字状である請求項１に記載のリード部材。
- 請求項１または２に記載のリード部材を備えた蓄電デバイス。
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