JP3576358B2

JP3576358B2 - ポリマー電解質電池

Info

Publication number: JP3576358B2
Application number: JP22668697A
Authority: JP
Inventors: 茂雄笠原
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-08-22
Filing date: 1997-08-22
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2017-08-22
Also published as: JPH1167165A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、小形、軽量、薄型化だけでなく、高容量化に対応したポリマー電解質二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば携帯電話機、もしくは携帯型ノートパーソナルコンピューターなどの電子機器のコードレス化に当たっては、駆動電源として使用される二次電池について、高性能、小形、軽量、薄型化だけでなく、高容量化が求められている。そして、この種の二次電池としては、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム二次電池、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池が一般的であるが、最近では、さらに軽量化を図ることができるポリマー電解質電池に関心が払われている。
【０００３】
すなわち、正極層、ポリマ−電解質層および負極層を重ね合わせ、熱・圧着により電池要素をシート状に一体化構成し、各電極端子を導出させながら外装フイルムで液密に封装して成るシート状のポリマー電解質二次電池が開発されつつある（たとえば米国特許第５，２９６，３１８号明細書）。ここで、正極層はリチウムイオンを吸蔵、放出する炭素質材料（たとえばポリアニリン、ポリアセン）や金属酸化物を含有する正極、負極層はリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含むリチウム金属や炭素質およびリチウム合金系である。なお、正極層および負極層は、柔軟性などを付与するために電解質保持性のポリマーを適宜含有するとともに、集電体を有している。
【０００４】
図３（ａ）は従来のポリマー電解質電池の要部構成を斜視的に、また、図３（ｂ）は従来のポリマー電解質電池の要部構成を断面的にそれぞれ示したものである。図３（ａ），（ｂ）において、１はセパレーターの機能をする電解質保持性のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマと、リチウム塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液…との系）、２はリチウムイオンを吸蔵、放出する金属酸化物などの活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマを含む正極層を集電体に積層して成る正極、３はリチウムイオンを吸蔵、放出する活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマを含む負極層を集電体に積層して成る負極、４，５は前記正極２および負極３の裏面側を被覆保護する外装・シール用樹脂フイルム（シート）である。なお、図において、６ａ，６ｂは正極２および負極３の集電体に電気的に接続する導出端子である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ポリマー電解質電池の構成では、次のような不都合が認められる。すなわち、シート状電池化によって、高性能、小形、軽量、薄型化などは図られるが、平面的な大きさ・形状の割合に、電池容量を大きく採れないという問題がある。
【０００６】
さらに、説明すると、正極２および負極３の裏面側および側面側を被覆保護するとともに、液密ないし気密に封装する外装・シール用樹脂フイルム（シート）４，５は、一般的に、周縁部の熱圧接・封着領域Ａを要することになり、この分、ポリマー電解質電池の有効な機能領域の低減となる。たとえば、３０×６０ｍｍ角の薄型ポリマー電解質電池の場合、前記周縁部の熱圧接・封着領域ａが５〜１０ｍｍ程度に設定されており、この熱圧接・封着領域ａの占める面積比が割合大きく、結果的に、薄型ポリマー電解質電池の高容量化が損なわれている。
【０００７】
本発明は、上記事情に対処してなされたもので、小形、軽量、薄型で、高容量化が図られたポリマー電解質電池の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、セパレーター機能をする電解質保持性の固体ポリマ−電解質、リチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含む正極、およびリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含む負極を積層して成る板状の電極要素と、前記電極要素を液密に被覆・保護する外装・シール用樹脂層とを有するポリマー電解質電池において、前記外装・シール用樹脂層は、樹脂フイルム片の一対の対向する端縁部の側面を電極要素の端面に沿って折り込み型に封止して筒状体を形成し、該筒状体の開口一端側を折り畳んで折り込み型に封止し、前記電極要素の正極および負極のぞれぞれに電気的に接続された導出端子を開口他端側から外部に導出させて、該開口他端側を折り畳んで折り込み型に封止して構成されることを特徴とするポリマー電解質電池である。
【０００９】
すなわち、本発明のポリマー電解質電池は、たとえば、▲１▼厚さ９０μｍ程度のセパレーターの機能をする電解質保持性のポリマ−電解質系（たとえばヘキサフロロプロピレン−フッ化ビニリデン共重合体などのポリマおよびリチウム塩などのエチレンカーボネート溶液…非水電解液…の混合系）、▲２▼金属酸化物などの活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマを含む正極層を集電体に積層して成る厚さ１５０μｍ程度の正極、▲３▼リチウムイオンを吸蔵，放出する活物質，非水電解液および電解質保持性ポリマを含む負極層を集電体に積層して成る厚さ１３０μｍ程度の負極、および▲４▼前記ポリマ−電解質系を介して重ね合わせた正極，負極の外表面（裏面）側および側面側を液密に被覆保護する厚さ２５μｍ程度のポリイミド系樹脂製シール層で構成されている。
【００１０】
そして、前記基本的な構成は、従来の場合と変わらないが、本発明においては、外装・シール用の樹脂層が、対向する少なくとも一対の辺側面部で、電極要素の端面に沿って折り込み型に封止し、平面的に封止領域部を低減させ、平面的に電池要素部が占める面積を相対的に大きくした点に特徴付けられる。
【００１１】
ここで、正極の活物質としては、たとえばリチウムマンガン複合酸化物，二酸化マンガン，リチウム含有コバルト酸化物，リチウム含有ニッケルコバルト酸化物，リチウムを含む非晶質五酸化バナジウム，カルコゲン化合物などが挙げられる。また、負極活物質としては、たとえばビスフェノール樹脂，ポリアクリロニトリル，セルローズなどの焼成物、コークスやピッチの焼成物が挙げられ、これらは天然もしくは人口グラファイト，カーボンブラック，アセチレンブラック，ケッチェンブラック，ニッケル粉末，ニッケル粉末などを含有した形態を採ってもよい。
【００１２】
さらに、電解質系は、たとえば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，ジメチルカーボネート，ジエチルカーボネート，メチルエチルカーボネートなどの非水溶媒に、過塩素酸リチウム，六フッ化リン酸リチウム，ホウ四フッ化リチウム，六フッ化ヒ素リチウム，トリフルオロメタンスルホン酸リチウムなどを０．２〜２ｍｏｌ／ｌ程度に溶解させたものが挙げられる。また、集電体としては、たとえばアルミニウム箔，アルミニウムメッシュ，アルミニウム製エキスバンドメタル，アルミニウム製パンチメタルなどが挙げられ、また、負極の集電体としては、銅箔，銅メッシュ，銅製エキスバンドメタル，銅製パンチメタルなどが挙げられる。
【００１３】
本発明において、発電要素を液密に被覆保護するシール用樹脂層としては、たとえば厚さ１０〜１５０μｍ程度のポリイミド系樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム、アラミド樹脂フィルムなどが挙げられる。そして、たとえば四角形に切断加工したフイルムを、レーザビーム照射による溶着・溶接法などで断面長方形、円形、楕円形などの筒状もしくは有底筒状に形成し、この筒状体内に発電要素を挿入・位置決め・装着した後、電極端子を導出しながら開口端部を折り込み、その折り込み部を接着剤などで接合することにより、外装・封止が行われる。なお、前記筒状体化は、切断加工したフイルムの折り込みなどで行うこともできる。
【００１４】
請求項１の発明では、外装封止の接合部が平面的に占める割合を低減し、同一外形寸法の場合、前記接合部が低減する分、平面的に電池要素領域の占める割合を大きくできるので、少なくとも、電池要素領域の平面的な拡大領域分、電池容量を大きくすることが可能となる。すなわち、ポリマー電解質電池は、高性能、小形、軽量、薄型化だけでなく、高容量化も容易に図られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図１（ａ），（ｂ）および図２（ａ），（ｂ）を参照して実施例を説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、第１の実施例に係るポリマー電解質電池電池の概略構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１（ａ），（ｂ）において、７はポリマー電解質電池である。
【００１７】
ここで、ポリマー電解質電池７は、セパレーターの機能をする電解質保持性のポリマ−電解質系８、リチウムイオンを吸蔵、放出する金属酸化物などの活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマーを含む正極層を集電体に積層して成る正極９、およびリチウムイオンを吸蔵、放出する活物質、非水電解液および電解質保持性ポリマーを含む負極層を集電体に積層して成る負極１０を積層して形成された電池要素７′と、前記電池要素７′の表裏面および側面を被覆保護する外装・シール用樹脂層（フイルムないしシート）１１である。
【００１８】
また、前記外装・シール用樹脂層１１は、次のようにして保護被覆したものである。すなわち、四角形に切断された樹脂フイルム片の対向する一対の端縁部を重ね合わせ１１ａ、レーザービーム照射で溶着して断面長方形の筒状体１１′とする。その後、図２（ａ）に斜視的に示すように、筒状体１１′の一開口端側を折り込み、面（ｂ）に側面的に示すごとく、折り畳み、かつレーザービーム照射などで溶着して、有底筒状体化する。
【００１９】
次いで、前記有底筒状体内に、電池要素７′を挿入・位置決め・装着し、正極９および負極１０の集電体に電気的に接続する導出端子１２ａ，１２ｂを導出する一方、上記に準じて、有底筒状体の開口他端側を、折り込み・折り畳みした後、接着剤などによって折り畳み部を相互に接合する。
【００２０】
上記電池要素７′をシール用樹脂層１１で外装・保護した構成、たとえば外形４８×３４×８６ｍｍのポリマー電解質電池の場合、同じ外形寸法とした従来の構成の場合（図３参照）に比べて、電池容量が約８％向上していた。すなわち、高性能、小形、軽量、薄型化が行われるだけでなく、高容量化したポリマー電解質電池として機能することが確認された。
【００２１】
上記では、四角形に切断された樹脂フイルム片を素材として、断面長方形の筒状体１１′化し、さらに、有底筒状体化して電池要素７′を保護・被覆する構成を例示したが、たとえば射出成型法などで形成した薄膜の有底筒状体で行ってもよいし、あるいは対向する一対の辺だけでなく各側面全体について折り込み・折り畳み方式で液密に保護・被覆封装を行っても、同様に、高容量化を図ることができる。
【００２２】
なお、本発明は上記例示に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。すなわち、ポリマー電解質電池要素の構成素材、厚さ・形状、電池要素を被覆・保護する外装・シールする樹脂層の構造、素材、形状などは、特に限定されるものでない。
【００２３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、外装・シール用樹脂フイルムの封止・接合に要するスペースが低減されるので、小形化を容易に図ることができる。ここで、外装・シール用樹脂フイルムの封止・接合部のスペース効率を向上できることは、その分を電池要素用領域として活用できるので、同じ外形寸法ならば、電池容量の大きいポリマー電解質電池が提供される。つまり、電子機器のコードレス化に当たり駆動電源として要求される特性、換言すると、高性能、小形、軽量、薄型化、高容量化を兼ね備えた電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のポリマー電解質電池の概略構成を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＢ− Ｂ線に沿った断面図。
【図２】（ａ）は実施例のポリマー電解質電池の外装・シール用樹脂層を形成する筒状体の開口端の折り込みみ状態を模式的に示す拡大斜視図、（ｂ）は折り畳み状態を模式的に示す側面図。
【図３】従来のポリマー電解質電池の概略構成例を示すもので、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ− Ａ線に沿った断面図。
【符号の説明】
１，８……ポリマ−電解質系
２，９……正極
３，１０……負極
４，５，１１……外装シール用樹脂層（フイルム、シート）
６ａ，６ｂ，１２ａ，１２ｂ……導出端子
７……ポリマー電解質電池
１１ａ……フイルムの重ね合わせ
１１ｂ……フイルム筒状体

Claims

セパレーター機能をする電解質保持性の固体ポリマ−電解質、リチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含む正極、およびリチウムイオンの吸蔵、放出が可能な活物質を含む負極を積層して成る板状の電極要素と、前記電極要素を液密に被覆・保護する外装・シール用樹脂層とを有するポリマー電解質電池において、
前記外装・シール用樹脂層は、樹脂フイルム片の一対の対向する端縁部の側面を電極要素の端面に沿って折り込み型に封止して筒状体を形成し、該筒状体の開口一端側を折り畳んで折り込み型に封止し、前記電極要素の正極および負極のぞれぞれに電気的に接続された導出端子を開口他端側から外部に導出させて、該開口他端側を折り畳んで折り込み型に封止して構成されることを特徴とするポリマー電解質電池。