JP3859333B2 - 電池及び製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノート型パソコンを初めとし、二次電池の需要が伸びてきている。それに伴い、電池のエネルギ密度向上に対する要求も強まり、電池ケースの軽量化や薄膜化が求められている。また、形状の多様化も進んでおり、成形性の向上が期待される。
従来の電池を構成する単位セルの包装ケースには、アルミニウム単体が用いられている。しかし、金属の電池ケースは重くまた厚みが厚い。また、金属の電池ケースは硬く様々な形状に成形するのが困難である。一方、電解液のバリア性や水分に対する防湿性の問題から、単一のプラスチックフィルムで電池ケースを作製するのも困難であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は金属単一の電池ケースに替わり、軽量で薄く、成形性が向上した電池ケースを使用した電池を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電池構成材料である正負極とそこに注入された電解液を封入するケースとフタ材からなる電池であって、ケースが、外層及び第３層はポリエステル、ポリプロピレンいずれかの二軸延伸フィルムであり、第２層に成形可能な金属層を有し、内層がヒートシール性を有するシーラントからなる多層フィルムで構成される電池である。更に好ましい形態としては６０℃・１６８時間放置後、電解液減少率が０．５％以下で、かつ系内への水分増加率が１０ppm以下であり、該金属層がＣｕの含有率が１０〜７０％のアルミニウムで、厚みが１５〜１００μｍであり、該ケースとフタ材の接着強度が５kg/２５mm以上であり、かつフタ材はケースと同一多層フィルムである電池である。
また、電池構成材料である正負極とそこに注入された電解液を封入するケースが、外層及び第３層はポリエステル、ポリプロピレンいずれかの二軸延伸フィルムであり、第２層に成形可能な金属層を有し、内層がヒートシール性を有するシーラントからなり、該ケースを開口部の長軸（Ｄ）と深さ（Ｌ）の比（Ｌ/Ｄ）が０．０３以上となるように冷間成形して、フタ材をヒートシールしてなる電池の製造方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる二軸延伸フィルムには、ポリエステルかポリプロピレンを使用し、その厚みは５〜５０μｍ、より好ましくは、１５〜４０μｍである。厚みが５μｍ未満では、成形時に金属層が裂けてしまう。厚みが５０μｍを超えると、多層フィルムが１００μｍより大きくなり、従来の金属単一ケースの厚みと同等になり、本発明のメリットがなくなる。
【０００６】
本発明に用いられる電池ケースのバリア性は、６０℃・１６８時間放置後、電解液減少率が０．５％以下であり、かつ系内への水分増加率が１０ppm以下である。電解液減少率が０．５％を超えると電池容量が低下し信頼性が落ちてしまう。水分増加率が１０ppmを超えると、Liイオンと水分が化合し充放電特性が劣化する。
【０００７】
本発明に用いられる成形可能な金属層は、Ｃｕの含有率が１０〜７０％、より好ましくは３０〜５０％であるアルミニウムである。含有率が１０％未満では、成形時に金属層が裂けてしまう。含有率が７０％を超えると、製造が困難になる。アルミニウムの厚みは、１５〜１００μｍ、より好ましくは２０〜４０μｍである。厚みが１５μｍ未満では、成形時にピンホール等が生じる。厚みが１００μｍを超えると重量が重くなり本発明のメリットがなくなる。
【０００８】
本発明に用いられるケースとフタ材の接着強度は５kgf/２５mm以上である。接着強度が５kgf/２５mm未満では、内圧によりケースが破壊され液漏れによる危険が生じる。
本発明に用いられるシーラント材料は接着強度が５kgf/２５mm以上であれば特に限定しないが、例えばアイオノマー、ＥＭＭＡ、ＥＥＡ、ＥＭＡＡ等のエチレンとアクリルの共重合体またはマレイン酸変性オレフィン等が挙げられる。
【０００９】
本発明に用いられるケースの開口部の長軸（Ｄ）に対する深さ（Ｌ）の比（Ｌ/Ｄ）は、０．０３以上である。比が０．０３未満では電池構成材料をケース内に納めるのが困難になる。
【００１０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて発明の効果を詳細に説明するが、これは単なる例示であり本発明はこれに限定されるものではない。
図１に示した多層フィルムをドライラミネート法により製膜し、冷間成形により成形を行い、同種の多層フィルムシートでシールを行い、図２に示した電池ケースを得た。
得られた電池ケースの重量測定を行い、中に電解液を２．６〜２．８g入れ、６０℃・１６８時間放置後の電解液減少率と水分増加率の測定を行った。
【００１１】
（実施例1）
外層のフィルムに厚み25μｍのPET、成形可能な金属層にCuを30%含む厚み20μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み25μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（実施例2）
外層のフィルムに厚み30μｍのPET、成形可能な金属層にCuを35%含む厚み30μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み30μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（実施例3）
外層のフィルムに厚み35μｍのPET、成形可能な金属層にCuを35%含む厚み25μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み35μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（実施例4）
外層のフィルムに厚み35μｍのPET、成形可能な金属層にCuを30%含む厚み40μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み35μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
【００１２】
（比較例1）
厚みが300μｍのアルミニウムからなり、開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（比較例2）
外層のフィルムに厚み25μｍのPET、第3層のフィルムに厚み25μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（比較例3）
外層のフィルムに厚み30μｍのO-Ny、成形可能な金属層にCuを35%含む厚み25μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み30μｍのO-Nyを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（比較例4）
外層のフィルムに厚み3μｍのPET、成形可能な金属層にCuを30%含む厚み30μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み3μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
【００１３】
（比較例5）
外層のフィルムに厚み25μｍのPET、成形可能な金属層にCuを5%含む厚み20μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み25μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（比較例6）
外層のフィルムに厚み25μｍのPET、成形可能な金属層にCuを35%含む厚み10μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み25μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（比較例7）
外層のフィルムに厚み30μｍのPET、成形可能な金属層にCuを35%含む厚み25μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み30μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.012となる成形を行い、接着強度が6.5kg/25mmとなるシールを行った。
（比較例8）
外層のフィルムに厚み25μｍのPET、成形可能な金属層にCuを25%含む厚み20μｍのアルミニウム、第3層のフィルムに厚み25μｍのPETを使用した。開口部の長軸（D）に対する深さ（L）の比（L/D）が0.034となる成形を行い、接着強度が1.2kg/25mmとなるシールを行った。
【００１４】
実施例及び比較例の電池ケース構成と測定結果を表１〜３に示す。
表中の略号 ＰＥＴ：二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム
Ｏ‐Ｎｙ：二軸延伸ナイロンフィルム
【００１５】
【表１】
Figure 0003859333
【００１６】
【表２】
Figure 0003859333
【００１７】
【表３】
Figure 0003859333
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、軽量で薄く、成形性が向上した電池ケースを提供することができ、このような電池ケースは、近年のエネルギ密度向上や形状の多様化に対する要求に答えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用されている多層フィルムの層構成を示す断面図である。
【図２】本発明の電池を示す断面図である。
【符号の説明】
１：外層
２：第２層（金属層）
３：第３層
４：内層（ヒートシーラント層）
５：フタ材
６：ケース

Claims (5)

  1. 電池構成材料である正負極とそこに注入された電解液を封入するケースとフタ材からなる電池であって、ケースが、外層及び第３層はポリエステル、ポリプロピレンいずれかの二軸延伸フィルムであり、第２層にＣｕの含有率が１０〜７０％のアルミニウムである成形可能な金属層を有し、内層がヒートシール性を有するシーラントからなる多層フィルムで構成されることを特徴とする電池。
  2. ６０℃、１６８時間放置後、電解液減少率が０．５％以下であり、かつ系内への水分増加率が１０ｐｐｍ以下である請求項１記載の電池。
  3. 金属層が、厚みが１５〜１００μｍである請求項１又は２記載の電池。
  4. ケースとフタ材の接着強度が５ｋｇ／２５ｍｍ以上であり、かつフタ材はケースと同一多層フィルムである請求項１、２又は３記載の電池。
  5. 電池構成材料である正負極とそこに注入された電解液を封入するケースが、外層及び第３層はポリエステル、ポリプロピレンいずれかの二軸延伸フィルムであり、第２層にＣｕの含有率が１０〜７０％のアルミニウムである成形可能な金属層を有し、内層がヒートシール性を有するシーラントからなり、該ケースを開口部の長軸（Ｄ）と深さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）が０．０３以上となるように冷間成形して、フタ材をヒートシールしてなる電池の製造方法。
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