JP3896581B2

JP3896581B2 - 薄形電池

Info

Publication number: JP3896581B2
Application number: JP26295098A
Authority: JP
Inventors: 悟岡田; 史朗加藤; 貴浩板垣
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1998-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-09-17
Also published as: JP2000090889A; DE19943961A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄形電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近のマイクロエレクトニクス化は、各種電子機器のメモリ−バックアップ用電源に代表されるように、電池の電子機器内収納、エレクトロニクス素子及び回路との一体化に伴って、電池の小型化、軽量化、薄型化、高エネルギ−密度化が要望されている。一次電池の分野では、既にリチウム電池などの小型、軽量の電池が実用化されているがその用途分野は限られている。そこで、従来の電池よりさらに小型軽量で、かつより薄い電池が開発されている。加えて、電池の使用期間も数年〜１０年と長期間使用する用途が増える傾向にあり、これに適応可能な信頼性の高い封口機能も要求されている。
【０００３】
これらの機器側の要求を満たす為に、電極の材料やセパレータ、電解液などで様々な改良がなされてきている。一方、電池のパッケージにおいても薄型化、軽量化の提案が出されている。その１つは従来一般的であった絞り加工によって作製された厚手の金属や成形によって作製された合成樹脂製パッケージに代えて、金属箔や合成樹脂フィルムを採用しようとするものである。
【０００４】
また、コイン型電池などにおいても、別部品として端子を取り付けることは一般的に行われているが、特に薄いことを特徴として開発されてきている薄形電池においては、端子を設けるにあたっては、例えば、特開平６―３４９４７９号公報の様に別部品として電池形成後に取り付けるか、例えば、特公平３―１９６６８号公報の様に集電体が端子を兼ねる構造としたものがある。しかし、前者の方法では、端子を取り付けることにより電池総厚さが増加し、特に厚さを制限することを目的とする薄形電池においては体積効率を下げるなどの問題があるため、後者が一般的に採用されている。薄形電池の製造方法として後者を採用した場合、正極と負極を別々に打ち抜いて張り合わせる方法では、正負極を張り合わせる際の位置合わせが困難であり、生産性も悪いため、連続的ウェブ状の正極と負極を張り合わせ、その後に電池の形に打ち抜く方法が一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電池形成後、端子を別部品として取り付けするとなると図４の様に電池総厚さの増加や端子を取り付ける際に、スポット溶接、超音波溶接、レーザー溶接又ははんだ付け若しくは導電性樹脂接着材などにより発熱を伴う場合、端子取り付け時に封口性能に影響を与えるなどの問題がある。また、図５の様に集電体が端子を兼ねる構造では、厚さの増加は無いが、様々な制約が必要であり、コストが高くつくという欠点があった。様々な制約とは次の３点である。
【０００６】
１）電池を端子部で機器にはんだ付けをするため、端子にははんだ付けの容易性が要求される。そのため、端子を兼ねる集電体にステンレス鋼を使用する場合には、Ｎｉめっきなどをする必要がある。正極では、電池内部や封口部にＮｉめっきをすると電気的な腐食により封口部が剥がれることがあり、正極では電池の外側のみの片面めっきが必要である。薄いステンレス箔の片面めっきや部分めっきは生産性が悪くコストが高い。また、生産性を上げようとすれば必要でない所もめっきすることになり、同様にコスト高となる。
【０００７】
２）集電体は通常連続した薄状材料から打ち抜いて使用するが、図６の様に端子がある場合では、図７の様に端子が無い場合に比べ集電体にＡ部のようなロスができ、その分の材料が無駄になる。
【０００８】
３）図８に示すような電池を作る場合、図９に示される様に正極集電体、負極集電体に短絡防止の為の開口部（端子の逃がし穴）を設ける必要があり、それぞれに打ち抜き金型が必要である。また、電池の打ち抜き金型の形状を図８に示すような複雑な形状にする必要がある。また、端子の位置を変更しようとした時には、全ての金型を変更する必要があり、容易に端子の位置を変更出来なかった。本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、端子を集電体の上から取り付けることによる電池総厚さの増加を防止し、端子位置の変更に伴う打ち抜き金型の変更を不要とすると同時に端子形成のために複雑になっていた打ち抜き金型の簡素化、正負極集電体など金型種類の削減、材料の無駄の排除、また、ステンレス箔集電体を使用した場合のはんだ付けの容易性を向上させるためのＮｉめっき工程の省略による製造コストの削減を実現する。さらに、端子取り付けによる封口性能への影響を及ぼさない構造とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
封口部にしぼり加工などで片面もしくは両面に、端子厚さを吸収し得る電池総厚さより薄い端子取り付け部を設け、そこにスポット溶接、超音波溶接、レーザー溶接又ははんだ付け若しくは電性樹脂接着材により、端子を集電体の上から取り付けることによって、電池総厚さの増加の課題を解決するものである。
【００１０】
また、前記の様に端子を後付けし、電池構成要素を重ね合わせて同形で同時に打ち抜くことを可能とすることで、上述の端子位置の変更に伴う打ち抜き金型の変更を不要とし、端子形成のために、複雑になっていた打ち抜き金型の簡素化、正負極集電体など金型種類の削減、ステンレス箔集電体を使用した場合のはんだ付けの容易性を向上させるためのＮｉめっき工程の省略を実現できる。
【００１１】
ここで、集電体の厚さについては、電池の屈曲性、強度、エネルギー体積密度、エネルギー重量密度等を考慮する必要があるが、５μｍ未満では屈曲性、エネルギー体積密度、エネルギー重量密度には優れるものの、強度が得られず、使用に耐えない。また、１００μｍを超えると強度は十分であるが、屈曲性、エネルギー体積密度、エネルギー重量密度が低下し、薄形電池のメリットを損なうため、集電体の厚さは５〜１００μｍとする。
【００１２】
また、端子を取り付ける際の発熱による封口性能への影響のないように、封口性能を満たした位置より外側に端子を取り付ける。
【００１３】
ここで、封口幅は、電池の保存性能、エネルギー体積密度、エネルギー重量密度に影響を及ぼすものであり、封口幅が０．５ｍｍ未満であると、保存初期におけるエネルギー体積密度、エネルギー重量密度は高いが、電池内部への水分透過が多くなるため、保存期間が長期に至れば、電池の放電特性が劣化し、保存初期に比べて電池容量の劣化が大きくなる。一方、封口幅が４ｍｍを超えると、電池内部への水分透過は少なくなり、保存期間が長期に至っても、電池の放電特性の劣化は少ないが、封口幅が広くなることにより、同一の外形寸法の電池に比べて電極の面積が大きく取れないため、エネルギー体積密度、エネルギー重量密度が低下する。従って、外形寸法を一定とした場合、電池の使用期間、エネルギー体積密度、エネルギー重量密度等を考慮して、封口幅は０．５〜４ｍｍが適当である。
【００１４】
また、端子を取り付けるにあたって、溶接必要面積は、溶接の方法、種類及び要求される封口性能によって異なるが、少なくとも０．５ｍｍ以上必要であることが確認されている。また、前記同様に３ｍｍ以上になると、エネルギー体積密度及びエネルギー重量密度を低下させて電池性能を損なうため、端子の付けしろにあたる封口幅（Ｗ１−Ｗ２）は、０．５〜３ｍｍとする。
【００１５】
本発明の電池内電解質としては、多官能性水酸基を有するポリエ−テルとジアクリレ−トによってエ−テル結合することによって架橋するものなどが使用できる。
【００１６】
次に、前記電解質に含有するイオン性化合物としては、例えば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃などのＬｉ塩などが挙げられるが、特にこれらに限定されるものでは無い。
【００１７】
また、前記電解質に含有する非水電解液としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどの環状炭酸エステル、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状炭酸エステル、１、２−ジメトキシエタンなどのエーテル類などの単独又はそれらの２種以上の混合物などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
更に、前記電池内正極を構成する活物質としては、マンガンやバナジウムやコバルトなどの金属酸化物が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。前記電池内負極を構成する活物質としては、カ−ボンなどの炭素質材料、リチウム金属、リチウム−アルミニウム、リチウム−鉛、リチウム−スズなどのリチウム合金などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
また、前記電池内正極集電体としては、アルミニウム、ステンレス、チタン、などの材料が、又前記電池内負極集電体としては、ステンレス、鉄、ニッケル、銅などの材料が好ましいが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２０】
【作用】
封口部にしぼり加工などで、片面もしくは両面に端子厚さを吸収する電池総厚さより薄い端子取り付け部を設けことにより、電池総厚さを増すこと無く端子を取り付けることが出来る。
【００２１】
前記端子の後付けにより、電池構成要素を重ね合わせて同形で同時に打ち抜くことを可能とし、上述の様に材料の無駄をなくし、打ち抜き金型の数を削減すると共に、端子部や開口部を不要とするため金型の形状も簡素化される。更に、端子の位置、形状の変更のための金型の変更を無くし、また、はんだ付けについては、はんだ可能な素材を端子にすることや、端子のみをめっきすることにより、はんだ付けに必要でない部分のめっきの工程を省略することが出来る。これらは、製品コストの低減に大きく貢献する。
【００２２】
また、該端子取り付け部は、封口性能を維持出来る幅より広く取り、そこに端子を取り付けることでスポット溶接、超音波溶接、レーザー溶接又ははんだ付け若しくは導電性樹脂接着材などの発熱による封口性能への影響を防止することが出来る。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明の薄形電池の平面図である。
【００２５】
図２は本発明の薄形電池の断面図であり、負極３、正極４、電解質５を有し、厚さ２０μｍの負極集電体１と２０μｍの正極集電体２と封口材６で構成された薄形電池であり、負極端子７、正極端子８をしぼり形状を成した封口部に取り付けたものである。封口部厚さ（図中ｔ１）は１４０μｍで熱盤にて封口部のみを加熱圧縮することにより、電池総厚さ３３０μｍ（図中ｔ０）よりもしぼり形状にて薄く形成されており、負極端子厚さ３０μｍ（図中ｔ２）及び正極端子厚さ３０μｍ（図中ｔ３）と封口部厚さの合計厚さが電池総厚さを上回らない様に構成した。即ち、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≦ｔ０の関係を満たすものである。
【００２６】
本発明では封口幅を広く取り端子取り付け加工の際の影響を無くするために本実施例では図１の様に封口部の四方４辺の内３辺の封口幅を１ｍｍ（図中Ｗ１）とし、端子を取り付ける１辺を封口幅２ｍｍ（図中Ｗ２）とし、端子の付けしろを形成し封口性能を保持するために、封口幅が１ｍｍ以上外側の位置の正負極面それぞれに、端子をスポット溶接を用いて取り付けた。
【００２７】
本実施例では、正負極両面にしぼり形状を形成し、それぞれに端子を取り付けたが、図３の様に端子を単極のみ要求される場合は、両面しぼり形状とせずに必要面のみしぼり形状とすることも出来る。
【００２８】
また、本実施例では４辺中１辺に端子の付けしろにあたる封口幅を設けたが、図１０の様に端子位置が固定されていれば、取り付け位置部分のみ端子の付けしろにあたる封口幅を設けることができ、図１１の様に全周に端子の付けしろにあたる封口幅を設けることで、端子取り付け位置の変更に柔軟に対応することが出来る。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は次に記載する効果を奏する。
【００３０】
端子を取り付ける際の、電池の総厚さの増加を押さえることにより、機器などに搭載する際に、同じスペースで高容量の電池を搭載することができる。また、端子を後付けすることにより、機器のマイナーチェンジなどに迅速に対応でき、他機種などで端子位置、形状が違っても、電池を標準化することが出来る。更に、製造過程においては上述の様に、打ち抜き金型の削減、簡素化、集電体材料の無駄の排除、めっき工程の省略により製造コスト削減に大きく貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄形電池の平面図である。
【図２】本発明の薄形電池の断面図である。
【図３】本発明の他の実施例による薄形電池の断面図である。
【図４】従来の薄形電池の断面図である。
【図５】従来の他の薄形電池の断面図である。
【図６】端子部を兼ねた集電体の打ち抜き形状を示す平面図である。
【図７】端子部無しの集電体の打ち抜き形状を示す平面図である。
【図８】従来の端子部を兼ねた集電体を用いた薄形電池の平面例である。
【図９】図８の薄形電池の製造方法を示す斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例による薄形電池の平面図である。
【図１１】本発明の他の実施例による薄形電池の平面図である。
【符号の説明】
１負極集電体
２正極集電体
３負極
４正極
５電解質
６封口材
７負極端子
８正極端子
ｔ０電池総厚さ
ｔ１封口部厚さ
ｔ２負極端子厚さ
ｔ３正極端子厚さ

Claims

相対する平板状の正極集電体と負極集電体との間が絶縁性封口材で区画され、該区画内に電池要素が配置され、該絶縁性封口材で密封される電池において、封口部が電池総厚さより薄く、かつ該封口部に端子を取り付けた薄形電池であって、前記封口部の厚さをｔ１、電池総厚さをｔ０、負極端子の厚さをｔ２、正極端子の厚さをｔ３とすると、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３≦ｔ０の関係にあることを特徴とする薄形電池。
前記相対する平板状の正極集電体と負極集電体の厚さが、５μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載の薄形電池。
前記封口部の封口幅をＷ１、端子取り付け部の封口幅をＷ２とすると、０．５ｍｍ＜Ｗ２−Ｗ１＜３ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の薄形電池。
前記封口部の封口幅Ｗ１が、０．５〜４ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の薄形電池。