JP3583909B2

JP3583909B2 - Sheet type battery

Info

Publication number: JP3583909B2
Application number: JP24902597A
Authority: JP
Inventors: 聡一花房
Original assignee: Toshiba Battery Co Ltd
Current assignee: FDK Twicell Co Ltd
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2017-09-12
Also published as: JPH1186806A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素がフィルム内に収納された構造のシート形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達にともない、小型で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な非水電解液二次電池の開発が要望されている。このような二次電池としては、リチウムまたはリチウム合金を活物質とする負極と、モリブデン、バナジウム、チタンあるいはニオブなどの酸化物、硫化物もしくはセレン化物を活物質として含む懸濁液が塗布された集電体からなる正極と非水電解液を具備したリチウム二次電池が知られている。
【０００３】
また、最近では負極に例えばコークス、黒鉛、炭素繊維、樹脂焼成体、熱分解気相炭素のようなリチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を含むものを用い、正極としてリチウムコバルト酸化物やリチウムマンガン酸化物を含むものを用いるリチウムイオン二次電池の開発、商品化が活発に行われている。
【０００４】
これら非水電解液二次電池の形態は、当初、コイン形や、円筒形が主流であったが、用途の多様化に伴い角形や長円形等の体積効率の優れた形態を有するものの要求が高まっている。また、さらなる軽量化及び小型化を目的として、発電要素を収納する容器を従来の金属製外装缶からフィルム材料に変更することが検討されている。
【０００５】
このフィルム材料としては、フィルムの内外で水蒸気及び酸素等の気体の交換が行われないよう中心にアルミニウム箔等の金属箔が配置され、最外層としてポリエチレンテレフタレート等の前記金属箔を物理的衝撃から保護するための樹脂層が、最内層としてアイオノマー等の熱融着性樹脂層が設けられた複合フィルム（ラミネートフィルム）が一般的に用いられている。前記複合フィルムを用いた電池の封止は、まず、２枚の複合フィルムの間に発電要素となる内容物を前記発電要素と前記最内層が接するように配置し、前記２枚のフィルムの４辺を加熱圧着し、フィルム周縁の最内層同士を接着することにより行われる。このように発電要素をフィルム材料で密封することにより、電池の薄形化及び軽量化を図れる。
【０００６】
前述のようなフィルム材で封止する構造の電池において、電池の気密性を従来の金属外装缶を用いたものと同程度にするためには、融着部の面積をある程度大きくする必要がある。
【０００７】
しかしながら、融着部を広くすると、融着部の大きさ分二次電池の外形が大きくなるため、大きさの割に電池容量が低く、単位体積当たりのエネルギー効率が低くなるという問題点が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高い気密性を維持しつつ、単位体積当たりのエネルギー効率が向上されたシート形電池を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、シート状の正極、シート状の負極、正極リード、及び負極リードを含む素電池と、
前記素電池を前記正極リードおよび前記負極リードの先端が外部に突出するように被覆すると共に、両方の開口部が熱融着により封止された筒状フィルムと
を具備するシート形電池であって、
前記筒状フィルムは、熱融着性層を備えた二枚の熱融着シール用フィルムを互いの熱融着性層が対向するように重ね、二つの相対する開口部を、内面が熱融着性層である封止用フィルムで外側から挟んで覆い、熱融着で固定したものであることを特徴とするシート形電池が提供される。
また、本発明によると、シート状の正極、シート状の負極、正極リード、及び負極リードを含む素電池と、
前記素電池を前記正極リードおよび前記負極リードの先端が外部に突出するように被覆すると共に、両方の開口部が熱融着により封止された筒状フィルムと
を具備するシート形電池であって、
前記筒状フィルムは、熱融着性層を備えた熱融着シール用フィルムをその熱融着性層が内側に位置するように二つに折り、前記熱融着シール用フィルムの開口部を、内面が熱融着性層である封止用フィルムで外側から挟んで覆い、熱融着で固定したものであることを特徴とするシート形電池が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシート形電池を図１〜５に示すシート形ポリマー電解質二次電池（ａ）〜（ｂ）を例にして説明する。
【００１１】
（１）ポリマー電解質二次電池（ａ）
図１は本発明に係るシート形電池の一例（シート形ポリマー電解質二次電池（ａ））を示す上面図、図２は図１の二次電池のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３は図１の二次電池の組立方法を説明するための斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、２枚の矩形状熱融着シール用フィルム１ａ，（１ｂ）の間に素電池が帯状の正極リード２及び帯状の負極リード３の先端が外部に突出された状態で配置されている。短冊形の熱融着シール用フィルムを縦に二つ折りにすることにより形成された封止用フィルム４ａは、前記フィルム１ａ及び前記フィルム１ｂの長手方向に沿う右側端部にこの端部を挟むように熱融着で接着されている。短冊形の熱融着シール用フィルムを縦に二つ折りにすることにより形成された封止用フィルム４ｂは、前記フィルム１ａ及び前記フィルム１ｂの長手方向に沿う左側端部にこの端部を挟むように熱融着で接着されている。前記フィルム１ａ及び前記フィルム１ｂの間に形成された残りの開口部、すなわち、前記フィルム１ａ及び前記フィルム１ｂの長手方向と直交する両端部（図１の点々模様で示す領域）は、熱融着によって封止されている。前記素電池５は、図２に示すように、負極層６が銅製エキスパンドメタルのような網状集電体７の両面に担持された構造を有する負極８を備える。２枚の正極９は、前記負極８の両面に配置されている。各正極９は、活物質を含む正極層１０がアルミニウム製エキスパンドメタルのような網状集電体１１の両面に担持された構造を有する。固体電解質層１２は、前記正極９と前記負極８の間に介在されている。前記各正極９の集電体１１は、図２の手前側に位置する部分に帯状の正極端子１３を有する。また、前記負極８の集電体７は、前記正極端子１３と重ならないような位置（例えば、図２の奥側に位置する部分）に帯状の負極端子１４を有する。前記２枚の正極端子１３は、前記正極リード２を三つ折りにすることにより形成された袋内に１つに束ねられた状態で配置され、この袋内に溶接によって固定されている。一方、前記負極端子１４は、前記負極リード３を三つ折りにすることにより形成された袋内に先端が配置され、この袋内に溶接によって固定されている。
【００１３】
このようなシート形ポリマー電解質二次電池（ａ）は、例えば、以下に説明する方法により製造される。まず、図３に示すように、２枚の矩形状熱融着シール用フィルム１ａ、１ｂを用意する。また、短冊形の熱融着シール用フィルム２枚それぞれを縦方向に二つに折り、熱融着性の封止用フィルム４ａ、４ｂを用意する。前記封止用フィルム４ａで前記フィルム１ａ及びフィルム１ｂの長手方向に沿う右側端部を挟み、これらを熱融着で接着する。また、前記封止用フィルム４ｂで前記フィルム１ａ及びフィルム１ｂの長手方向に沿う左側端部を挟み、これらを熱融着で接着する。このようにして得られた筒状のフィルム内に前述した構造の素電池５を前記正極リード２及び前記負極リード３の先端が外部に突出するように配置する。次いで、前記筒状フィルムの長手方向と直交する両端部を熱融着によって封止することにより、前述した図１，２に示す構造のシート形ポリマー電解質二次電池（ａ）を製造する。
【００１４】
なお、前述した図１，２においては、２枚の熱融着シール用フィルムを用いる構成にしたが、１枚の熱融着シール用フィルムを二つに折って用いることができる。この場合、二つ折りにしたフィルムの開口している端部のうち、互いに対向している二つの端部を前述したような封止用フィルムで封止する。
【００１５】
前記熱融着シール用フィルムとしては、例えば、絶縁性を有する最外層と、熱融着性を有する最内層と、前記最外層及び前記最内層の間に配置された金属層とを含むラミネートフィルムを挙げることができる。このようなフィルムは、内部に金属層を含むため、前記二次電池の気密性を高めることができ、好適である。
【００１６】
前記熱融着シール用フィルムの最内層は、例えば、アイオノマー、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、エチレンビニルアセテート樹脂（ＥＶＡ）のような熱融着樹脂を含む層から形成することができる。
【００１７】
前記熱融着シール用フィルムの金属層を形成する金属は、例えば、アルミニウム、ニッケル等を挙げることができる。
【００１８】
前記熱融着シール用フィルムの最外層は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、ナイロンのような絶縁性樹脂を含む層から形成することができる。
【００１９】
前記ラミネートフィルムとしては、例えば、（ａ）ＰＥＴ（最外層）／Ａｌ箔／ＰＥＴ／ＰＰもしくはＰＥ（最内層）、（ｂ）ＰＥＴ（最外層）／Ａｌ箔／ナイロン／ＰＥ（最内層）、（ｃ）ＰＥＴ（最外層）／ＰＥ／Ｎｉ箔／アイオノマー（最内層）、（ｄ）ナイロン（最外層）／ＰＥ，ＰＥＴ／ＰＥ／ＥＶＡ，ＰＥＴ／アイオノマー（最内層）、（ｅ）ＰＥＴ（最外層）／ナイロン／ＰＥ，ＰＥＴ／ＰＰ，ＰＥＴ／ナイロン／ＰＰ，ＰＥＴ／ビニリデンクロライド樹脂／ＰＥ，Ａｌ蒸着ＰＥＴ／ＰＥ，ＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴ／アイオノマー（最内層）、（ｆ）ポリカーボネート（最外層）／ＰＥ／ＥＶＡ（最内層）、（ｇ）ＰＥＴ（最外層）／Ａｌ箔／ＰＥ／アイオノマー（最内層）等を挙げることができる。
【００２０】
前記ポリマー電解質二次電池の正極、負極及び電解質層としては、例えば、以下に説明するものを用いることができる。
【００２１】
（正極）
この正極は、正極活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む正極層が集電体に担持されたものから形成される。
【００２２】
前記正極活物質としては、種々の酸化物（例えばＬｉＭｎ_２Ｏ_４などのリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ_２などのリチウム含有ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ_２などの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など）や、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好ましい。
【００２３】
前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。
【００２４】
前記非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。
【００２５】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ_６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_３）_２］等のリチウム塩を挙げることができる。
【００２６】
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ましい。
【００２７】
前記非水電解液を保持するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等を用いることができる。前記ＨＦＰの共重合割合は、前記共重合体の合成方法にも依存するが、通常、最大で２０重量％前後である。
【００２８】
前述した図１、２においては、前記正極の集電体としてアルミニウム製エキスパンドメタルを使用したが、前記集電体には、例えばアルミニウム箔、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いても良い。
【００２９】
前記正極の端子１３及びリード２は、例えば、アルミニウムから形成することができる。また、前記正極端子１３は、メッシュのような網状のものや、板状のものを用いることができる。
【００３０】
前記正極は、導電性を向上する観点から導電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセチレンブラックなど）、ニッケル粉末等を挙げることができる。
【００３１】
前記正極は、例えば、以下に説明する方法によって作製することができる。
【００３２】
前記非水電解液を保持するポリマー、可塑剤、前記活物質及び前記導電材料を前記ポリマーが可溶な有機溶媒に混合してペーストを調製した後、製膜することにより電解液未含浸の正極層を得る。これを前記集電体に積層し、前記正極層中の可塑剤を例えば溶媒抽出により除去した後、前記非水電解液を含浸させることにより前記正極を得ることができる。また、正極層の集電体への積層は、前記ペーストを前記集電体に塗布することによって行っても良い。
【００３３】
前記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジメチル（ＤＭＰ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ｔｒｉｓ−ブトキシエチルホスフェート等を挙げることができる。
【００３４】
（負極）
この負極は、負極活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む負極層が集電体に担持されたものから形成される。
【００３５】
前記負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を挙げることができる。かかる炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を焼成することにより得られるもの、コークスや、メソフェーズピッチを焼成することにより得られるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表される炭素質材料を挙げることができる。中でも、５００℃〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下にて前記メソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質材料を用いるのが好ましい。
【００３６】
前記非水電解液及び前記ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
【００３７】
前述した図１、２においては前記負極の集電体としては、銅製エキスパンドメタルを使用したが、例えば銅箔、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を用いても良い。
【００３８】
前負極の端子１４及びリード３は、例えば、銅から形成することができる。また、前記負極端子１４は、メッシュのような網状のものや、板状のものを用いることができる。
【００３９】
なお、前記負極は、人造グラファイト、天然グラファイト、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、ポリフェニレン誘導体等の導電性材料、オレフィン系ポリマーや炭素繊維等のフィラーを含むことを許容する。
【００４０】
前記負極は、例えば、以下に説明する方法によって作製することができる。
【００４１】
前記非水電解液を保持するポリマー、可塑剤および前記活物質を前記ポリマーが可溶な有機溶媒に混合してペーストを調製した後、製膜することにより電解液未含浸の負極層を得る。これを前記集電体に積層し、前記負極層中の可塑剤を例えば溶媒抽出により除去した後、前記非水電解液を含浸させることにより前記負極を得ることができる。また、負極層の集電体への積層は、前記ペーストを前記集電体に塗布することによって行っても良い。
【００４２】
前記可塑剤としては、前述した正極で説明したのと同様なものを用いることができる。
【００４３】
（固体ポリマー電解質層）
この電解質層は、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む。
【００４４】
前記非水電解液及び前記ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
【００４５】
前記電解質層は、強度を更に向上させる観点から、酸化硅素粉末のような無機フィラーを添加しても良い。
【００４６】
前記電解質層は、例えば、以下に説明する方法で作製することができる。
【００４７】
前記非水電解液を保持するポリマーに可塑剤を添加し、これらを有機溶媒に溶解させてペーストを調製し、成膜し、得られた膜中の可塑剤を例えば溶媒抽出により除去した後、前記非水電解液を含浸させることにより得ることができる。
【００４８】
前記可塑剤としては、前述した正極で説明したのと同様なものを用いることができる。
【００４９】
なお、可塑剤の抽出及び非水電解液の含浸は、正極、負極及び固体電解質層について個別に行っても良いし、正極、負極及び固体電解質層のうち少なくとも２つを積層した状態で行うこともできる。
【００５０】
（２）ポリマー電解質二次電池（ｂ）
図４は本発明に係るシート形電池の一例であるポリマー電解質二次電池（ｂ）を示す上面図、図５は図４の二次電池の組立工程を説明するための斜視図である。
【００５１】
図４に示すように、二つ折りにされた熱融着シール用フィルム内１５に、前述した二次電池（ａ）で説明したのと同様な構成の素電池が正極リード２及び負極リード３の先端が外部に突出された状態で配置されている。前記フィルム１５の長手方向に沿う左側端部に、前記フィルム１５の折り曲げ端部が位置している。短冊形の熱融着シール用フィルムを縦に二つ折りにして形成された封止用フィルム１６は、前記フィルム１５の長手方向に沿う右側端部にこの端部を挟むように熱融着によって接着されている。前記フィルム１５の長手方向と直交する両端部（図４の点々模様で示す領域）は、熱融着により封止されている。
【００５２】
このようなシート形ポリマー電解質二次電池（ｂ）は、例えば、以下に説明する方法により製造される。まず、図５に示すように、矩形状熱融着シール用フィルム１５を横に二つ折りにする。また、短冊形の熱融着シール用フィルムを縦方向に二つに折り、熱融着性の封止用フィルム１６を用意する。前記フィルム１５の長手方向に沿う両端部のうち、開口している方を（図５では、フィルム１５の長手方向に沿う右側端部）前記封止用フィルム１６で挟み、これらを熱融着で接着する。このようにして得られた筒状のフィルム内に前述した構造の素電池５を前記正極リード２及び前記負極リード３の先端が外部に突出するように配置する。次いで、前記筒状フィルムの長手方向と直交する両端部を熱融着によって封止することにより、前述した図４に示す構造のシート形ポリマー電解質二次電池（ｂ）を製造する。
【００５３】
前記熱融着シール用フィルムとしては、前述した二次電池（ａ）で説明したのと同様なものを挙げることができる。
【００５４】
以上詳述したように本発明に係るシート形電池は、シート状の正極と、シート状の負極と、正極リードと、負極リードとを含む素電池を備え、前記素電池を熱融着シール用フィルムにより前記正極リードおよび前記負極リードの先端が外部に突出するように被覆し、前記フィルムを熱融着で張り合わせることにより得られる構造を有するシート形電池において、前記素電池を被覆する際に前記フィルムに生じる開口部（但し、前記正極リード及び前記負極リードが突出している端部を除く）のうち少なくとも１端は別のフィルム材を貼り着けることにより封止され、残りの開口部は熱融着により封止されることを特徴とするものである。このような電池は、封止されるべきフィルム端部（但し、正極リード及び負極リードが突出している端部を除く）のうち少なくとも１端が熱融着でなく、別のフィルム材の張り付けにより封止されているため、最外郭寸法（電池サイズ）を小さくすることができる。その結果、前記電池は、高い気密性を維持しつつ、単位体積当たりのエネルギー効率を向上することができる。
【００５５】
【実施例】
以下、本発明に係わる実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００５６】
（実施例１）
＜正極の作製＞
まず、活物質として組成式がＬｉＭｎ_２Ｏ_４で表されるリチウムマンガン複合酸化物５６重量％と、カーボンブラック５重量％と、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末１７重量％と、可塑剤としてフタル酸ジブチル（ＤＢＰ）２２重量％をＮ−Ｎ−ジメチルホルムアミド中で混合し、ペーストを調製した。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に塗布し、シート化し、非水電解液未含浸の正極シートを作製した。アルミニウム製エキスパンドメタルからなり、正極端子部を有する集電体の両面に、得られた正極シートを熱ロールで加熱圧着することにより非水電解液未含浸の正極を作製した。
【００５７】
＜負極の作製＞
活物質としてメソフェーズピッチ炭素繊維５８重量％と、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末１７重量％と、可塑剤｛フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）｝２５重量％とをＮ−Ｎ−ジメチルホルムアミド中で混合し、ペーストを調製した。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に塗布し、シート化し、電解液未含浸の負極シートを作製した。銅製エキスパンドメタルからなり、負極端子部を有する集電体の両面に、得られた負極シートを熱ロールで加熱圧着することにより電解液未含浸の負極を作製した。
【００５８】
＜固体ポリマー電解層の作製＞
酸化硅素粉末３３．３重量％と、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン（ＶｄＦ−ＨＦＰ）の共重合体粉末２２．２重量％と、可塑剤｛フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）｝４４．５重量％とをアセトン中で混合し、ペースト状にした。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム（ＰＥＴフィルム）上に塗布し、シート化し、電解液未含浸の電解質層を作製した。
【００５９】
＜非水電解液の調製＞
エチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＤＭＣ）が体積比で２：１の割合で混合された非水溶媒に電解質としてのＬｉＰＦ_６をその濃度が１ｍｏｌ／ｌになるように溶解させて非水電解液を調製した。
【００６０】
＜素電池の作製＞
前記正極を２枚と前記負極を１枚と前記電解質層を２枚用意し、前記正極と前記負極をその間に前記電解質層を介在させながら交互に積層し、これらを１４５℃に加熱した剛性ロールにて加熱圧着し、積層物を作製した。このような積層物をメタノール中に浸漬し、前記積層物中のＤＢＰをメタノールによって抽出し、除去した。これを乾燥し、前記組成の非水電解液に浸積することにより前記積層物への電解液の含浸を行い、積層厚が２．０ｍｍ、外径寸法が４０×６０ｍｍの素電池を作製した。
【００６１】
＜電池の組立＞
前記素電池が有する合計２つの正極端子を１つに束ねた状態で、正極リード（厚さが０．５ｍｍの帯状アルミニウム箔からなる）を三つ折りにすることにより形成された袋内に配置し、超音波溶接によりこれらを固定した。また、負極端子を負極リード（厚さが０．５ｍｍの帯状銅箔からなる）を三つ折りにすることにより形成された袋内に配置し、これらを超音波溶接により固定した。
【００６２】
一方、熱融着シール用フィルムとして、厚さが０．１ｍｍで、ポリエチレンテレフタレート層、アルミニウム箔層、ポリエチレン層及びアイオノマー樹脂層がこの順番に積層された矩形状複合フィルム（寸法が５０×９０ｍｍ）を２枚用意した。この２枚のフィルムをアイオノマー樹脂層（熱融着性樹脂層）が内側に位置するように重ねた。また、厚さが０．１ｍｍの短冊形の複合フィルム（寸法が２３×９０ｍｍ）を２枚用意し、各フィルムを縦に二つに折って封止用フィルムを作製した。前記２枚の複合フィルム本体の長手方向に沿う両端部を前記各封止用フィルムでそれぞれ挟み、これらを熱融着で接着することにより筒状のフィルムを作製した。この筒状フィルム内に前記素電池を前記正極リード及び前記負極リードの先端が外部に突出するように配置した。ひきつづき、前記筒状フィルムの開口されている２辺を、加熱融着時の影響が素電池に表れないように素電池寸法と加熱融着部分のマージンを持たせるようにして融着幅１０ｍｍで加熱融着することにより、前述した図１，２に示す構造を有し、厚さが２．４ｍｍで、リード部分を除く外径寸法が５０×９０ｍｍで、電気容量が１５０ｍＡｈのポリマー電解質二次電池を１００個製造した。
【００６３】
（実施例２）
前述した実施例１と同様にして素電池の作製を行った。実施例１と同様な素材の矩形複合フィルム（厚さが０．１ｍｍで、寸法が１０３×９０ｍｍ）を用意し、横方向に沿って二つ折りにした。また、厚さが０．１ｍｍの短冊形の複合フィルム（寸法が２３×９０ｍｍ）を用意し、フィルムを縦に二つに折って封止用フィルムを作製した。前記二つ折りにしたフィルムの開口している端部のうち、折り返し端部と対向している端部を前記封止用フィルムで挟み、これらを熱融着で接着することにより筒状フィルムを作製した。この筒状フィルム内に前記素電池を前記正極リード及び前記負極リードの先端が外部に突出するように配置した。ひきつづき、前記筒状フィルムの開口されている２辺を、加熱融着時の影響が素電池に表れないように素電池寸法と加熱融着部分のマージンを持たせるようにして融着幅１０ｍｍで加熱融着することにより、前述した図４に示す構造を有し、厚さが２．４ｍｍで、リード部分を除く外径寸法が５０×９０ｍｍで、電気容量が１５０ｍＡｈのポリマー電解質二次電池を１００個製造した。
【００６４】
（比較例１）
前述した実施例１と同様にして素電池の作製を行った。実施例１と同様な素材の矩形複合フィルム（厚さが０．１ｍｍで、寸法が７０×９０ｍｍ）を２枚用意し、この２枚のフィルムを互いのアイオノマー樹脂層（熱融着性樹脂層）が対向するように重ねた。この２枚のフィルムの間に前記素電池を前記正極リード及び前記負極リードの先端が外部に突出するように配置した。ひきつづき、前記フィルムの４辺全てを、加熱融着時の影響が素電池に表れないように素電池寸法と加熱融着部分のマージンを持たせるようにして融着幅１０ｍｍで加熱融着することにより図６に示すような構造を有し、厚さが２．２ｍｍで、リード部分を除く外径寸法が７０×９０ｍｍで、電気容量が１５０ｍＡｈのポリマー電解質二次電池を１００個製造した。
【００６５】
すなわち、図６に示すように、各二次電池は、２枚の熱融着シール用フィルム２１を内部に熱融着性層が位置するように熱融着で張り合わせることにより形成された袋内に、素電池が正極リード２及び負極リード３の先端が外部に突出された状態で収納された構造を有する。なお、前記フィルム２１における斜線で示す領域は、熱融着部を示す。
【００６６】
（比較例２）
前述した実施例１と同様にして素電池の作製を行った。実施例１と同様な素材の矩形複合フィルム（厚さが０．１ｍｍで、寸法が１２３×９０ｍｍ）を用意し、内側に熱融着性樹脂層が位置するように横方向に沿って二つ折りにした。このフィルム内に前記素電池を前記正極リード及び前記負極リードの先端が外部に突出するように配置した。ひきつづき、前記フィルムの開口している３辺を、加熱融着時の影響が素電池に表れないように素電池寸法と加熱融着部分のマージンを持たせるようにして融着幅１０ｍｍで加熱融着することにより図７に示すような構造を有し、厚さが２．２ｍｍで、リード部分を除く外径寸法が６０×９０ｍｍで、電気容量が１５０ｍＡｈのポリマー電解質二次電池を１００個製造した。
【００６７】
すなわち、図７に示すように、各二次電池は、内側に熱融着性樹脂層が位置するように横方向に二つ折りにした熱融着シール用フィルム２２を熱融着で張り合わせることにより形成された袋内に、素電池が正極リード２及び負極リード３の先端が外部に突出された状態で収納された構造を有する。なお、前記フィルム２２における斜線で示す領域は、熱融着部を示す。
【００６８】
得られた実施例１〜２及び比較例１〜２の二次電池それぞれについて、平均作動電圧を３．８Ｖとした場合の体積効率（Ｗｈ／ｌ；リード部を除く外径寸法から算出する）を求め、その結果を下記表１、２に示す。また、表１、２中の体積効率は、二次電池１００個の平均値である。
【００６９】

表１，２から明らかなように、実施例１〜２の二次電池は、それぞれ、比較例１，２の二次電池に比べて単位体積当たりのエネルギー効率を向上できることがわかる。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高い気密性を維持しつつ、単位体積当たりのエネルギー効率を向上することができ、信頼性が高いシート形電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシート形電池の一例（シート形ポリマー電解質二次電池（ａ））を示す上面図。
【図２】図１Ａ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】図１の二次電池の組立方法を説明するための斜視図。
【図４】本発明に係るシート形電池の一例（シート形ポリマー電解質二次電池（ｂ））を示す上面図。
【図５】図４の二次電池の組立方法を説明するための斜視図。
【図６】比較例１のポリマー電解質二次電池を示す上面図。
【図７】比較例２のポリマー電解質二次電池を示す上面図。
【符号の説明】
１ａ…熱融着シール用フィルム、
２…正極リード、
３…負極リード、
４ａ、４ｂ…封止用フィルム。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a sheet-type battery having a structure in which a power generation element is housed in a film.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the development of electronic devices, there has been a demand for the development of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is small, lightweight, has a high energy density, and can be repeatedly charged and discharged. As such a secondary battery, a negative electrode containing lithium or a lithium alloy as an active material, and a suspension containing an oxide, sulfide, or selenide of molybdenum, vanadium, titanium, or niobium as an active material were applied. 2. Description of the Related Art A lithium secondary battery including a positive electrode made of a current collector and a non-aqueous electrolyte is known.
[0003]
Recently, a negative electrode containing a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions, such as coke, graphite, carbon fiber, a resin fired body, and pyrolysis gas phase carbon, has been used as a negative electrode, and a lithium cobalt oxide or lithium manganese has been used as a positive electrode. Development and commercialization of lithium ion secondary batteries using oxides are being actively conducted.
[0004]
Initially, the form of these non-aqueous electrolyte secondary batteries was mainly coin-shaped or cylindrical, but with the diversification of applications, there is a demand for those that have a form with excellent volumetric efficiency such as square or oval. Is growing. In addition, for the purpose of further weight reduction and size reduction, it has been studied to change the container for housing the power generation element from a conventional metal outer can to a film material.
[0005]
As this film material, a metal foil such as an aluminum foil is disposed at the center so that gas such as water vapor and oxygen is not exchanged inside and outside the film, and the metal foil such as polyethylene terephthalate is used as an outermost layer from physical impact. A composite film (laminated film) in which a resin layer for protection and a heat-fusible resin layer such as an ionomer are provided as an innermost layer is generally used. To seal a battery using the composite film, first, a content to be a power generation element is disposed between two composite films so that the power generation element and the innermost layer are in contact with each other. This is performed by heat-pressing the sides and bonding the innermost layers at the periphery of the film. By sealing the power generation element with a film material in this way, the battery can be made thinner and lighter.
[0006]
In a battery having a structure sealed with a film material as described above, in order to make the airtightness of the battery comparable to that using a conventional metal outer can, it is necessary to increase the area of the fused portion to some extent. .
[0007]
However, when the fused portion is widened, the outer shape of the secondary battery is increased by the size of the fused portion. Therefore, there is a problem that the battery capacity is low for the size and the energy efficiency per unit volume is low. .
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a sheet-type battery with improved energy efficiency per unit volume while maintaining high airtightness.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a unit cell including a sheet-like positive electrode, a sheet-like negative electrode, a positive electrode lead, and the anode lead,
A tubular film that covers the unit cell so that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead project outside, and both openings are sealed by heat fusion.
A sheet-type battery comprising:
The tubular film is formed by stacking two heat-sealing sealing films provided with a heat-sealing layer such that the heat-sealing layers are opposed to each other. A sheet-type battery is provided which is sandwiched and covered with a sealing film as an adhesive layer from the outside and fixed by heat fusion .
According to the present invention, a sheet-shaped positive electrode, a sheet-shaped negative electrode, a positive electrode lead, and a unit cell including a negative electrode lead,
A tubular film that covers the unit cell so that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead project outside, and both openings are sealed by heat fusion.
A sheet-type battery comprising:
The tubular film is formed by folding the heat-sealing sealing film provided with the heat-sealing layer into two so that the heat-sealing layer is located inside, and opening the opening of the heat-sealing film. A sheet-type battery is provided in which the inner surface is sandwiched and covered with a sealing film as a heat-fusible layer from the outside and fixed by heat-sealing.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the sheet type battery according to the present invention will be described with reference to sheet type polymer electrolyte secondary batteries (a) and (b) shown in FIGS.
[0011]
(1) Polymer electrolyte secondary battery (a)
1 is a top view showing an example of a sheet-type battery according to the present invention (sheet-type polymer electrolyte secondary battery (a)). FIG. 2 is a cross-sectional view of the secondary battery of FIG. FIG. 2 is a perspective view for explaining a method of assembling the secondary battery of FIG. 1.
[0012]
As shown in FIG. 1, a unit cell is formed between two rectangular heat-sealing films 1a and (1b) in a state where the tips of a strip-shaped positive electrode lead 2 and a strip-shaped negative electrode lead 3 project outside. Are located. The sealing film 4a formed by vertically folding the strip-shaped heat-sealing film into two is sandwiched between the right ends along the longitudinal direction of the films 1a and 1b. Is bonded by heat fusion. The sealing film 4b formed by vertically folding the strip-shaped heat-sealing film into two is sandwiched between the film 1a and the left end along the longitudinal direction of the film 1b. Is bonded by heat fusion. The remaining openings formed between the film 1a and the film 1b, that is, both ends (regions indicated by dotted patterns in FIG. 1) orthogonal to the longitudinal direction of the film 1a and the film 1b are heat-sealed. Is sealed by. As shown in FIG. 2, the unit cell 5 includes a negative electrode 8 having a structure in which a negative electrode layer 6 is supported on both surfaces of a net-like current collector 7 such as a copper expanded metal. Two positive electrodes 9 are arranged on both surfaces of the negative electrode 8. Each positive electrode 9 has a structure in which a positive electrode layer 10 containing an active material is supported on both surfaces of a net-like current collector 11 such as an expanded metal made of aluminum. The solid electrolyte layer 12 is interposed between the positive electrode 9 and the negative electrode 8. The current collector 11 of each of the positive electrodes 9 has a band-shaped positive terminal 13 in a portion located on the near side in FIG. In addition, the current collector 7 of the negative electrode 8 has a strip-shaped negative electrode terminal 14 at a position where the current collector 7 does not overlap with the positive electrode terminal 13 (for example, a portion located on the back side in FIG. 2). The two positive electrode terminals 13 are arranged so as to be bundled together in a bag formed by folding the positive electrode lead 2 into three, and are fixed in the bag by welding. On the other hand, the tip of the negative electrode terminal 14 is disposed in a bag formed by folding the negative electrode lead 3 into three parts, and is fixed in the bag by welding.
[0013]
Such a sheet-type polymer electrolyte secondary battery (a) is manufactured, for example, by the method described below. First, as shown in FIG. 3, two rectangular heat-sealing films 1a and 1b are prepared. Further, each of the two strip-shaped heat sealing films is folded in two in the longitudinal direction to prepare heat sealing sealing films 4a and 4b. The right ends along the longitudinal direction of the film 1a and the film 1b are sandwiched by the sealing film 4a, and these are bonded by heat fusion. Further, the left ends of the films 1a and 1b along the longitudinal direction are sandwiched by the sealing film 4b, and these are bonded by heat fusion. The unit cell 5 having the above-described structure is arranged in the cylindrical film thus obtained such that the tips of the positive electrode lead 2 and the negative electrode lead 3 project outside. Then, the sheet-shaped polymer electrolyte secondary battery (a) having the structure shown in FIGS.
[0014]
In FIGS. 1 and 2 described above, two heat-sealing films are used, but one heat-sealing film can be folded into two. In this case, of the open ends of the folded film, two opposing ends are sealed with the sealing film as described above.
[0015]
As the heat-sealing film, for example, a laminated film including an outermost layer having an insulating property, an innermost layer having a heat-sealing property, and a metal layer disposed between the outermost layer and the innermost layer Can be mentioned. Since such a film includes a metal layer inside, the airtightness of the secondary battery can be improved, which is preferable.
[0016]
The innermost layer of the heat sealing film can be formed from a layer containing a heat sealing resin such as ionomer, polyethylene (PE), polypropylene (PP), and ethylene vinyl acetate resin (EVA).
[0017]
Examples of the metal forming the metal layer of the heat sealing film include aluminum, nickel, and the like.
[0018]
The outermost layer of the heat sealing film can be formed from a layer containing an insulating resin such as polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, and nylon.
[0019]
Examples of the laminated film include (a) PET (outermost layer) / Al foil / PET / PP or PE (innermost layer), (b) PET (outermost layer) / Al foil / nylon / PE (innermost layer), (C) PET (outermost layer) / PE / Ni foil / ionomer (innermost layer), (d) Nylon (outermost layer) / PE, PET / PE / EVA, PET / ionomer (innermost layer), (e) PET ( (Outermost layer) / Nylon / PE, PET / PP, PET / Nylon / PP, PET / vinylidene chloride resin / PE, Al deposited PET / PE, PET / Al foil / PET / ionomer (innermost layer), (f) Polycarbonate ( (Outermost layer) / PE / EVA (innermost layer), and (g) PET (outermost layer) / Al foil / PE / ionomer (innermost layer).
[0020]
As the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte layer of the polymer electrolyte secondary battery, for example, those described below can be used.
[0021]
(Positive electrode)
The positive electrode is formed of a positive electrode layer containing a positive electrode active material, a non-aqueous electrolyte, and a polymer holding the electrolyte supported on a current collector.
[0022]
Examples of the positive electrode active material include various oxides (eg, lithium manganese composite oxide such as LiMn ₂ O ₄ , manganese dioxide, lithium-containing nickel oxide such as LiNiO ₂ , lithium-containing cobalt oxide such as LiCoO ₂ , Examples thereof include lithium-containing nickel cobalt oxide, lithium-containing amorphous vanadium pentoxide, and the like, and chalcogen compounds (for example, titanium disulfide, molybdenum disulfide, and the like). Among them, it is preferable to use a lithium manganese composite oxide, a lithium-containing cobalt oxide, and a lithium-containing nickel oxide.
[0023]
The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.
[0024]
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and γ-butyrolactone (γ- BL), sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. The non-aqueous solvents may be used alone or as a mixture of two or more.
[0025]
Examples of the electrolyte include lithium perchlorate (LiClO ₄ ), lithium hexafluorophosphate (LiPF ₆ ), lithium borotetrafluoride (LiBF ₄ ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF ₆ ), and trifluoromethane sulfone. Lithium salts such as lithium acid (LiCF ₃ SO ₃ ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF ₃ SO ₃ ) ₂ ] can be given.
[0026]
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is desirably 0.2 mol / l to 2 mol / l.
[0027]
Examples of the polymer holding the non-aqueous electrolyte include a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a polymer containing the derivative, and a copolymer of vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP). Can be. The copolymerization ratio of the HFP depends on the method of synthesizing the copolymer, but is usually at most about 20% by weight.
[0028]
In FIGS. 1 and 2 described above, an aluminum expanded metal is used as the current collector of the positive electrode. However, for the current collector, for example, aluminum foil, aluminum mesh, aluminum punched metal, or the like may be used. good.
[0029]
The positive electrode terminal 13 and the lead 2 can be formed of, for example, aluminum. Further, as the positive electrode terminal 13, a mesh-like one such as a mesh or a plate-like one can be used.
[0030]
The positive electrode may include a conductive material from the viewpoint of improving conductivity. Examples of the conductive material include artificial graphite, carbon black (eg, acetylene black), nickel powder, and the like.
[0031]
The positive electrode can be produced, for example, by a method described below.
[0032]
After mixing the polymer holding the non-aqueous electrolyte, the plasticizer, the active material and the conductive material with an organic solvent in which the polymer is soluble to prepare a paste, and forming a film, the positive electrode is not impregnated with the electrolyte. Get the layers. The positive electrode can be obtained by stacking this on the current collector, removing the plasticizer in the positive electrode layer by, for example, solvent extraction, and then impregnating with the nonaqueous electrolyte. Further, the positive electrode layer may be laminated on the current collector by applying the paste to the current collector.
[0033]
Examples of the plasticizer include dibutyl phthalate (DBP), dimethyl phthalate (DMP), diethyl phthalate (DEP), propylene carbonate (PC), and tris-butoxyethyl phosphate.
[0034]
(Negative electrode)
The negative electrode is formed from a negative electrode active material, a nonaqueous electrolyte, and a negative electrode layer containing a polymer holding the electrolyte supported on a current collector.
[0035]
Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials that occlude and release lithium ions. Such carbonaceous materials include, for example, those obtained by firing organic polymer compounds (eg, phenolic resin, polyacrylonitrile, cellulose, etc.), those obtained by firing coke and mesophase pitch, and those made by artificial graphite. And carbonaceous materials represented by natural graphite and the like. Among them, it is preferable to use a carbonaceous material obtained by firing the mesophase pitch at a temperature of 500 ° C to 3000 ° C under normal pressure or reduced pressure.
[0036]
As the non-aqueous electrolyte and the polymer, the same ones as described for the positive electrode described above are used.
[0037]
In FIGS. 1 and 2 described above, a copper expanded metal is used as the current collector of the negative electrode. However, for example, a copper foil, a copper mesh, a copper punched metal, or the like may be used.
[0038]
The terminal 14 and the lead 3 of the front negative electrode can be formed of, for example, copper. The negative electrode terminal 14 may be a mesh-like one such as a mesh or a plate-like one.
[0039]
The negative electrode is allowed to contain conductive materials such as artificial graphite, natural graphite, carbon black, acetylene black, Ketjen black, nickel powder, and polyphenylene derivatives, and fillers such as olefin polymers and carbon fibers.
[0040]
The negative electrode can be manufactured, for example, by a method described below.
[0041]
After mixing the polymer holding the non-aqueous electrolyte, the plasticizer, and the active material with an organic solvent in which the polymer is soluble to prepare a paste, a negative electrode layer not impregnated with the electrolyte is obtained by forming a film. This is laminated on the current collector, the plasticizer in the negative electrode layer is removed by, for example, solvent extraction, and then the nonaqueous electrolyte is impregnated to obtain the negative electrode. The lamination of the negative electrode layer on the current collector may be performed by applying the paste to the current collector.
[0042]
As the plasticizer, the same plasticizer as described above for the positive electrode can be used.
[0043]
(Solid polymer electrolyte layer)
The electrolyte layer includes a non-aqueous electrolyte and a polymer that holds the electrolyte.
[0044]
As the non-aqueous electrolyte and the polymer, the same ones as described for the positive electrode described above are used.
[0045]
To the electrolyte layer, an inorganic filler such as silicon oxide powder may be added from the viewpoint of further improving the strength.
[0046]
The electrolyte layer can be produced, for example, by a method described below.
[0047]
After adding a plasticizer to the polymer holding the non-aqueous electrolyte, dissolving them in an organic solvent to prepare a paste, forming a film, removing the plasticizer in the obtained film by, for example, solvent extraction, It can be obtained by impregnating the non-aqueous electrolyte.
[0048]
As the plasticizer, the same plasticizer as described above for the positive electrode can be used.
[0049]
The extraction of the plasticizer and the impregnation of the non-aqueous electrolyte may be performed individually for the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer, or may be performed in a state where at least two of the positive electrode, the negative electrode, and the solid electrolyte layer are stacked. You can also.
[0050]
(2) Polymer electrolyte secondary battery (b)
FIG. 4 is a top view showing a polymer electrolyte secondary battery (b) as an example of a sheet-type battery according to the present invention, and FIG. 5 is a perspective view for explaining an assembling process of the secondary battery of FIG.
[0051]
As shown in FIG. 4, a unit cell having the same configuration as that described in the above-described secondary battery (a) is provided in the heat-sealing sealing film 15 folded in half. It is arranged with its tip protruding outside. The bent end of the film 15 is located at the left end along the longitudinal direction of the film 15. The sealing film 16 formed by folding a strip-shaped heat-sealing film vertically into two is bonded to the right end along the longitudinal direction of the film 15 by heat-sealing so as to sandwich this end. Have been. Both end portions (regions indicated by dotted patterns in FIG. 4) orthogonal to the longitudinal direction of the film 15 are sealed by heat fusion.
[0052]
Such a sheet-type polymer electrolyte secondary battery (b) is manufactured, for example, by the method described below. First, as shown in FIG. 5, the rectangular heat-sealing film 15 is folded in two. Further, the strip-shaped heat sealing film is folded in two in the longitudinal direction to prepare a heat sealing sealing film 16. Of the two ends along the longitudinal direction of the film 15, the opening side (in FIG. 5, the right end along the longitudinal direction of the film 15) is sandwiched by the sealing film 16, and these are heat-sealed. Glue. The unit cell 5 having the above-described structure is arranged in the cylindrical film thus obtained such that the tips of the positive electrode lead 2 and the negative electrode lead 3 project outside. Next, the sheet-shaped polymer electrolyte secondary battery (b) having the above-described structure shown in FIG. 4 is manufactured by sealing both ends of the tubular film orthogonal to the longitudinal direction by heat sealing.
[0053]
Examples of the heat-sealing film include those similar to those described for the secondary battery (a).
[0054]
As described in detail above, a sheet-type battery according to the present invention includes a unit cell including a sheet-shaped positive electrode, a sheet-shaped negative electrode, a positive electrode lead, and a negative electrode lead. When covering the unit cell in a sheet-type battery having a structure obtained by coating the front ends of the positive electrode lead and the negative electrode lead with a film so as to protrude to the outside, and bonding the film by heat fusion, At least one end of the opening (except for the end where the positive electrode lead and the negative electrode lead protrude) formed in the film is sealed by attaching another film material, and the remaining opening is exposed to heat. It is characterized by being sealed by fusion. In such a battery, at least one end of a film end portion to be sealed (excluding an end portion where a positive electrode lead and a negative electrode lead protrude) is not heat-sealed, but is attached by another film material. Since it is sealed, the outermost dimension (battery size) can be reduced. As a result, the battery can maintain high airtightness and improve energy efficiency per unit volume.
[0055]
【Example】
Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0056]
(Example 1)
<Preparation of positive electrode>
First, a copolymer powder of 56% by weight of a lithium manganese composite oxide represented by a composition formula of LiMn ₂ O ₄ as an active material, 5% by weight of carbon black, and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VdF-HFP) 17% by weight and 22% by weight of dibutyl phthalate (DBP) as a plasticizer were mixed in NN-dimethylformamide to prepare a paste. The obtained paste was applied on a polyethylene terephthalate film (PET film) to form a sheet, and a positive electrode sheet not impregnated with a non-aqueous electrolyte was prepared. A positive electrode not impregnated with a non-aqueous electrolyte was prepared by heat-pressing the obtained positive electrode sheet on both sides of a current collector made of aluminum expanded metal and having a positive electrode terminal portion using a hot roll.
[0057]
<Preparation of negative electrode>
58% by weight of mesophase pitch carbon fiber as active material, 17% by weight of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VdF-HFP) copolymer powder, and 25% by weight of plasticizer {dibutyl phthalate (DBP)} A paste was prepared by mixing in -N-dimethylformamide. The obtained paste was applied on a polyethylene terephthalate film (PET film) and formed into a sheet, thereby producing a negative electrode sheet not impregnated with an electrolyte. A negative electrode not impregnated with an electrolytic solution was prepared by heat-pressing the obtained negative electrode sheet on both surfaces of a current collector made of copper expanded metal and having a negative electrode terminal portion using a hot roll.
[0058]
<Preparation of solid polymer electrolytic layer>
33.3% by weight of silicon oxide powder, 22.2% by weight of vinylidene fluoride-hexafluoropropylene (VdF-HFP) copolymer powder, and 44.5% by weight of plasticizer {dibutyl phthalate (DBP)} Was mixed in acetone to form a paste. The obtained paste was applied on a polyethylene terephthalate film (PET film), formed into a sheet, and an electrolyte layer not impregnated with the electrolyte was prepared.
[0059]
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
LiPF ₆ as an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) are mixed at a volume ratio of 2: 1 so that the concentration becomes 1 mol / l, and the non-aqueous electrolysis is performed. A liquid was prepared.
[0060]
<Production of unit cell>
A rigid roll prepared by preparing two positive electrodes, one negative electrode, and two electrolyte layers, alternately laminating the positive electrode and the negative electrode with the electrolyte layer interposed therebetween, and heating them to 145 ° C. To form a laminate. Such a laminate was immersed in methanol, and the DBP in the laminate was extracted with methanol and removed. This was dried and immersed in a non-aqueous electrolyte having the above composition to impregnate the laminate with the electrolyte to produce a unit cell having a stack thickness of 2.0 mm and an outer diameter of 40 × 60 mm. .
[0061]
<Assembly of battery>
In a state where a total of two positive electrode terminals of the unit cell are bundled into one, a positive electrode lead (made of a belt-shaped aluminum foil having a thickness of 0.5 mm) is placed in a bag formed by folding the triode into three. These were fixed by ultrasonic welding. Further, the negative electrode terminal was placed in a bag formed by folding a negative electrode lead (formed of a 0.5 mm thick strip-shaped copper foil) into three, and these were fixed by ultrasonic welding.
[0062]
On the other hand, as a heat-sealing film, a rectangular composite film having a thickness of 0.1 mm, in which a polyethylene terephthalate layer, an aluminum foil layer, a polyethylene layer and an ionomer resin layer are laminated in this order (dimensions: 50 × 90 mm) Were prepared. The two films were stacked so that the ionomer resin layer (heat-fusible resin layer) was located inside. In addition, two strip-shaped composite films (dimensions 23 × 90 mm) having a thickness of 0.1 mm were prepared, and each film was vertically folded into two to produce a sealing film. Both end portions along the longitudinal direction of the two composite film bodies were sandwiched by the respective sealing films, and these were bonded by heat fusion to produce a cylindrical film. The unit cells were arranged in the tubular film such that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead protruded outside. Subsequently, the two open sides of the tubular film are formed with a fusion width of 10 mm so as to have a margin for the unit cell size and the heat-sealed portion so that the influence of the heat-sealing does not appear on the unit cell. By heat fusion, the polymer electrolyte secondary having the structure shown in FIGS. 1 and 2 having a thickness of 2.4 mm, an outer diameter of 50 × 90 mm excluding the lead portion, and an electric capacity of 150 mAh. 100 batteries were manufactured.
[0063]
(Example 2)
A unit cell was produced in the same manner as in Example 1 described above. A rectangular composite film (thickness: 0.1 mm, dimensions: 103 × 90 mm) made of the same material as in Example 1 was prepared and folded in two along the horizontal direction. In addition, a strip-shaped composite film (dimensions 23 × 90 mm) having a thickness of 0.1 mm was prepared, and the film was folded vertically into two parts to produce a sealing film. Of the open ends of the folded film, the end facing the folded end is sandwiched between the sealing films, and these are bonded by heat fusion to produce a tubular film. did. The unit cells were arranged in the tubular film such that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead protruded outside. Subsequently, the two open sides of the tubular film are formed with a fusion width of 10 mm so as to have a margin for the unit cell size and the heat-sealed portion so that the influence of the heat-sealing does not appear on the unit cell. By heat fusion, a polymer electrolyte secondary battery having the structure shown in FIG. 4 described above, a thickness of 2.4 mm, an outer diameter of 50 × 90 mm excluding the lead portion, and an electric capacity of 150 mAh is obtained. 100 were produced.
[0064]
(Comparative Example 1)
A unit cell was produced in the same manner as in Example 1 described above. Two rectangular composite films (thickness 0.1 mm, dimensions 70 × 90 mm) of the same material as in Example 1 were prepared, and these two films were placed on each other with an ionomer resin layer (heat-fusible resin layer). ) Were stacked so as to face each other. The unit cell was disposed between the two films so that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead protruded outside. Subsequently, all the four sides of the film are heat-fused with a fusion width of 10 mm so as to have a margin for the cell dimensions and the heat-fused portion so that the influence of the heat fusion does not appear on the cell. Thus, 100 polymer electrolyte secondary batteries having a structure as shown in FIG. 6, a thickness of 2.2 mm, an outer diameter of 70 × 90 mm excluding the lead portion, and an electric capacity of 150 mAh were manufactured.
[0065]
That is, as shown in FIG. 6, each secondary battery is formed by laminating two heat-sealing films 21 by heat-sealing such that the heat-sealing layer is located inside. Inside, the unit cell has a structure in which the positive electrode lead 2 and the negative electrode lead 3 are housed with the tips of the cells protruding outside. The hatched area in the film 21 indicates a heat-sealed portion.
[0066]
(Comparative Example 2)
A unit cell was produced in the same manner as in Example 1 described above. A rectangular composite film (having a thickness of 0.1 mm and a size of 123 × 90 mm) made of the same material as in Example 1 was prepared and folded in two along the lateral direction so that the heat-fusible resin layer was positioned inside. I made it. The unit cells were arranged in this film such that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead protruded outside. Subsequently, the three sides of the opening of the film were heated and fused at a fusion width of 10 mm so as to have a margin for the dimensions of the cell and the heat-fused portion so that the influence of the heat fusion did not appear on the cell. By mounting, 100 polymer electrolyte secondary batteries having a structure as shown in FIG. 7, a thickness of 2.2 mm, an outer diameter of 60 × 90 mm excluding the lead portion, and an electric capacity of 150 mAh are manufactured. did.
[0067]
That is, as shown in FIG. 7, each of the secondary batteries is bonded by heat-sealing a heat-sealing sealing film 22 which is folded in two in the lateral direction so that the heat-fusible resin layer is located inside. Has a structure in which a unit cell is housed in a bag formed by the method described above, with the tips of the positive electrode lead 2 and the negative electrode lead 3 protruding outside. The hatched area in the film 22 indicates a heat-sealed portion.
[0068]
For each of the obtained secondary batteries of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, the volume efficiency when the average operating voltage was 3.8 V (Wh / l; calculated from the outer diameter except for the lead portion). And the results are shown in Tables 1 and 2 below. The volume efficiencies in Tables 1 and 2 are the average values of 100 secondary batteries.
[0069]

As is clear from Tables 1 and 2, it can be seen that the secondary batteries of Examples 1 and 2 can improve the energy efficiency per unit volume as compared with the secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2, respectively.
[0070]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to improve the energy efficiency per unit volume while maintaining high airtightness, and to provide a highly reliable sheet battery.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view showing an example of a sheet-type battery according to the present invention (a sheet-type polymer electrolyte secondary battery (a)).
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view for explaining a method of assembling the secondary battery of FIG. 1;
FIG. 4 is a top view showing an example of a sheet-type battery according to the present invention (a sheet-type polymer electrolyte secondary battery (b)).
FIG. 5 is a perspective view for explaining a method of assembling the secondary battery of FIG. 4;
FIG. 6 is a top view showing a polymer electrolyte secondary battery of Comparative Example 1.
FIG. 7 is a top view showing a polymer electrolyte secondary battery of Comparative Example 2.
[Explanation of symbols]
1a: Film for heat sealing,
2. Positive electrode lead,
3: Negative electrode lead,
4a, 4b: sealing film.

Claims

シート状の正極、シート状の負極、正極リード、及び負極リードを含む素電池と、
前記素電池を前記正極リードおよび前記負極リードの先端が外部に突出するように被覆すると共に、両方の開口部が熱融着により封止された筒状フィルムと
を具備するシート形電池であって、
前記筒状フィルムは、熱融着性層を備えた二枚の熱融着シール用フィルムを互いの熱融着性層が対向するように重ね、二つの相対する開口部を、内面が熱融着性層である封止用フィルムで外側から挟んで覆い、熱融着で固定したものであることを特徴とするシート形電池。 A unit cell including a sheet-like positive electrode, a sheet-like negative electrode, a positive electrode lead, and the anode lead,
A tubular film that covers the unit cell so that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead project outside, and both openings are sealed by heat fusion.
A sheet-type battery comprising:
The tubular film is formed by stacking two heat-sealing films provided with a heat-sealing layer such that the heat-sealing layers are opposed to each other. A sheet-type battery, which is sandwiched and covered with a sealing film as an adhesive layer from the outside and fixed by heat fusion .

シート状の正極、シート状の負極、正極リード、及び負極リードを含む素電池と、A sheet-shaped positive electrode, a sheet-shaped negative electrode, a unit cell including a positive electrode lead, and a negative electrode lead,
前記素電池を前記正極リードおよび前記負極リードの先端が外部に突出するように被覆すると共に、両方の開口部が熱融着により封止された筒状フィルムと A tubular film that covers the unit cell so that the tips of the positive electrode lead and the negative electrode lead project outside, and both openings are sealed by heat fusion.
を具備するシート形電池であって、A sheet-type battery comprising:
前記筒状フィルムは、熱融着性層を備えた熱融着シール用フィルムをその熱融着性層が内側に位置するように二つに折り、前記熱融着シール用フィルムの開口部を、内面が熱融着性層である封止用フィルムで外側から挟んで覆い、熱融着で固定したものであることを特徴とするシート形電池。 The tubular film is formed by folding the heat-sealing film provided with the heat-sealing layer into two such that the heat-sealing layer is located inside, and opening the heat-sealing film. A sheet-type battery having an inner surface sandwiched and covered with a sealing film as a heat-fusible layer from the outside and fixed by heat-sealing.