JP3942138B2

JP3942138B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP3942138B2
Application number: JP2000244464A
Authority: JP
Inventors: 泉田中
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002056839A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉型電池に関し、とくに可撓性の外装材によって電池要素を封口した密閉型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯用の電子機器は、小型軽量化と共に機能の高度化が進んでいる。その結果、これらの電子機器に使用する電源用の電池には、小型、軽量で容積あたり容量が大きな電池が求められている。
【０００３】
エネルギー密度が大きな電池として、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウムイオン電池が用いられている。
こうした密閉型電池においては、従来から用いられてきた金属缶に代えて、合成樹脂製フィルムとアルミニウムフィルムとを積層した可撓性フィルムを外装材として、熱融着によって封口することが行われている。
ところが、可撓性の外装材の封口部は、金属缶を溶接して封口したものに比べて、封口に問題を生じることがあった。
特に、電池要素に接続した電極タブを外部に取り出す部分においては、電極タブによって段差が生じたり、合成樹脂製フィルム同士ではなく、金属と合成樹脂フィルムとの異種材料の接合であるために、耐透湿性、密封性、バリア性、熱溶着部の機械的な剥離強度が劣る欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、可とう性の外装材を用いた密閉型電池において熱融着時に電極タブ部分での密封不良を解決することを課題とするものであり、密閉型電池の耐透湿性、密封性、バリア性、安全性等を向上させることを課題とするものであり、特にリチウムイオン電池における密閉性能の向上を図ることを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題は、密閉型電池において、電池要素に接合した外部へ導出される電極タブの可撓性の外装材の熱融着部における外装材面への投影像の外形線には、楕円状、円弧状、Ｖ字状、またはジグザグ状の線が形成され、熱融着部に位置する電極タブの断面積は、他の部分の断面積よりも大きくはない密閉型電池によって解決することができる。
一本の直線以外の外形線が電極タブに切れ込みを形成することによって形成したものである前記の密閉型電池である。
また、熱融着部に位置する部分の電極タブの厚みは他の部分の厚みよりも大きくはない前記の密閉型電池である。
電極タブの熱融着部に位置する部分に過電流で溶断するものである前記の密閉型電池である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の密閉型電池は、電池要素に接合して電池の外部へ取り出す電極タブが密閉用の外装材と接する部分の外装材面への投影像の外形線は、一直線ではなく、凹凸、ジグザグ状の線で形成されたものであることを特徴としている。
このために、電極タブの側面と外装材によって形成される接触面は一直線状の電極タブに比べてその長さが長くなり、電極タブと外装材の接触面を通じた電解液の漏液、外部からの水分の浸入に対しての経路が長くなるので、リードと外装材の接触面の封口特性を良好なものとすることができる。
また、電極タブは外形線を凹凸状あるいはジグザグ状としたので、電極タブの上下の外装材は電極タブの切り込み部において電極タブに食い込むようになり、電極タブ部分における外装材の接合強度を大きなものとすることができる。
【０００７】
図１は、本発明の密閉型電池の一実施例を説明する図であり、斜視図を示す。本発明の密閉型電池１は、図１（Ａ）に示すように、電池要素２を可撓性の外装材３に収納し、電解液を注入した後に可撓性の外装材３の周囲に形成した熱融着部４によって封口されており、正極電極タブ５および負極電極タブ６が一体に熱融着されている。
図１（Ｂ）は、正極導電タブ５および負極導電タブ６の熱融着部を拡大して説明する図である。
熱融着部４に位置する正極導電タブ５および負極導電タブ６の外形線７ａ、７ｂおよび８ａ、８ｂは、それぞれの電極タブの幅方向の中央部へ向かって切り込み９ａ、９ｂおよび１０ａおよび１０ｂが形成されており、外形線は一直線で結ばれたものに比べて長くなっている。そして、電極タブの両側面から中央部へ向かって切り込まれた結果、熱融着部に位置する電極タブの厚みは、他の部分と同一もしくは他の部分に比べて小さいので電極タブの厚みは電極タブ中央部１１、１２は断面積が小さくなっており、過大な電流が流れた場合には発熱によって溶断するフューズの作用を果たすこととなる。
また、切り込み９ａ、９ｂおよび１０ａおよび１０ｂが形成されているので、この領域において各電極タブの両面に位置する外装材は直接的に接触して熱融着を起こす結果、外装材の熱融着による封口は強固なものとなる。
【０００８】
図２は、本発明の電極タブの熱融着部として使用される他の形状を説明する図であり、図２（Ａ）には、楕円状の切り込み１３を形成したものであり、図１（Ｂ）に示したものと同様の作用を果たすものである。また、図２（Ｂ）は、先端部に多数の円弧状の切り込み１４を設けたものであるが、切り込みが浅い場合には漏洩の可能性のある経路が短くなるので封口特性の向上の作用は小さくなるので、切り込みを深く形成することが好ましい。図２（Ｃ）は、外形線の両側に単一の円弧状切り込み１５を設けたものであり、リードの製造が容易であるという特徴を有している。この場合にも、漏洩の可能性のある経路を長くするために、円弧の中心を結ぶ線が、電極タブの両側の線とが直角以外の角度で交わることが好ましい。また、図２（Ｄ）は、Ｖ字型の切り込み１６を設けたものであり、製造が容易であるという特徴を有しているが、断面積が小さな部分が形成されるようにＶ字型の切り込みを配置することが好ましい。
【０００９】
本発明の密閉型電池は、アルミニウム箔と易接着性フィルムとを積層した積層シート等からなる外装材に電池要素を収納し、熱融着によって封口した電池であれば、各種の電池に適用することができる。
特に、正極タブおよび負極タブの両者を電池要素の最外周部に設けた電池に適用することが好ましい。すなわち、このような電池では、正極導電タブおよび負極導電タブがそれぞれの電極の最外周部に設けられているので、正極導電タブおよび負極導電タブの両者が実質的に同一平面に位置している。したがって、正極導電タブおよび負極導電タブのいずれも、折り曲げ加工等をすることなく、同一平面において外装材を用いて封口することができる。
【００１０】
図３は、可撓性の部材に収納した電池を説明する図であり、特に導電タブの取り出しに特徴を有する電池を説明する図である。
図３（Ａ）は、外装材を示す図であり、可撓性の外装材３を押圧して成型し電池要素に合致した大きさの凹部１７を形成する。
次いで、図３（Ｂ）に断面図を示すように、外装材３の凹部１７に、正極導電タブ５および負極導電タブ（図示せず）を外周部に設けた電池要素２を収納する。外装材３に設けた凹部１７は電池要素２の大きさと同等であるので電池要素に取り付けた正極導電タブ５および負極導電タブ（図示せず）は、水平に外装材３の表面に接することとなる。
次いで、所定の量の電解液を注入した後に外装材に設けた折り曲げ線１８に沿って外装材を１８０°折り曲げて電池要素を覆った後に、減圧装置内において設置して内部の空気を排気した状態で図３（Ｃ）に示すように、熱融着装置１９によって電池要素の周囲を正極導電タブおよび負極導電タブも含めて一体に熱融着して封口し、図３（Ｄ）に示すように、一体にヒートシールした熱融着部４を有する密閉型電池を作製する。
また、更に図３（Ｅ）に示すように、熱融着部４を折り曲げて折り曲げ部２０を形成した後に、図３（Ｆ）に示すように熱融着部４の折り曲げ部２０に電池の名称等を記載した粘着性部材の層を裏面に有するラベル２１を貼り付けて接着固定しても良い。
【００１１】
本発明の密閉型電池は、各種のリチウムイオン電池、ポリマーリチウム電池、水系の密閉型電池等の各種の密閉型電池に適用することができる。
リチウムイオン電池を例に挙げて説明すると、正極電極は帯状のアルミニウム箔に、Ｌｉ_xＭＯ₂（ただしＭは、少なくとも１の遷移金属を表す。）である複合酸化物、例えば、Ｌｉ_xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＮｉＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_xＭｎＯ₃、Ｌｉ_xＮｉ_yＣｏ_(1-y)Ｏ₂などを、カーボンブラック等の導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した正極塗料が本発明の塗布装置によって塗布される。片面の塗布が終わったものは乾燥後に反対面も同様に塗布し、両面を塗布される。
【００１２】
また、負極電極は、帯状の銅箔等の表面に、リチウムをドープ及び脱ドープ可能な、熱分解炭素類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなどのコークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、フェノール樹脂、フラン樹脂などを焼成した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭などの炭素質材料、ポリアセチレン、ポリピロール等の導電性高分子材料、あるいは金属リチウム、リチウム−アルミ合金等のリチウム合金をカーボンブラックなどの導電性物質、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）等の結着剤をＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）等の溶剤とを分散混練した調製した負極塗布液を本発明の塗布装置によって塗布される。片面の塗布が終わったものは乾燥後に反対面も同様に塗布し、両面を塗布される。
【００１３】
なお、負極電極にあっては、巻回して電池要素を作製した場合に片面が正極活物質層に対向しない部分にあっては、片面のみに負極活物質層を形成しても良い。
次いで、負極電極および正極電極に負極導電タブおよび正極導電タブを、超音波溶接、抵抗溶接等の方法によって接合した後に、巻回装置で巻回し、巻止めテープによって電池要素を固定した後に、圧迫して所定の形状に成型し製造することができる。
【００１４】
本発明の密閉型電池に使用することができる外装材としては、アルミニウム箔の電池内面に位置する面にポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー、エチレン−メタクリレート共重合樹脂、エチレン−（メタ）クリレート共重合樹脂、などの熱可塑性樹脂層を接着剤層を介して、あるいは接着剤層を用いずに熱融着により貼り合わせ、反対側にはポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、あるいはナイロン樹脂等を積層したものが用いられる。
また、内面のポリエチレン、ポリプロピレン等の接合面から水分が電池容器内に浸入すると、電解質として使用されているＬｉＰＦ₆ 等が分解してフッ化水素酸が生成し、電池活物質への悪影響や、外装材のアルミニウムの腐食等の問題も生じるために封口面の性能を長期にわたって維持することは極めて重要である。封口面の熱融着特性の改善のために、内面のフィルムには、融着特性が良好な未延伸ポリエチレンフィルムを用いても良く、また、少なくとも封口面には、マレイン酸変成オレフィン樹脂層を形成したものであってもよい。
さらに、正極導電タブおよび負極導電タブと外装材が接触する部分には、予めマレイン酸オレフィン等を塗布して表面処理したり、マレイン酸オレフィンフィルム等で被覆し外装材との接合強度を高めたものであっても良い。
【００１５】
【実施例】
以下に実施例、比較例を示し本発明を説明する。
実施例、比較例
アルミニウム箔の一方の面にポリエチレンフィルムを、他方にはポリエステル製フィルムを積層したラミネートフィルムによって、電池要素に取り付けた、厚さ０．１ｍｍ、幅４．３ｍｍのタブを熱融着幅４．０ｍｍで熱融着を行った。
実施例の電池のタブには、図４に示すように切り込みを設け、比較例の電池のタブは、切り込みを設けずに、それぞれ同数の電池を作製し、恒温恒湿試験装置において６０℃９０％ＲＨの雰囲気に５００時間放置したところ、切り込みを設けたものでは漏洩したものは発生しなかったが、切り込みを設けないものでは、２０％に漏洩が生じた。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の密閉型電池は、電極タブの可撓性の外装材の熱融着部に位置する部分には、切れ込み等を設けることによって、可撓性の外装材への投影像の外形線に位置する部分の長さを長くしたので、電解液の漏洩、あるいは外部からの水分の浸透等を防止し、封口特性が良好な密閉型電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の密閉型電池の一実施例を説明する図である。
【図２】図２は、本発明の密閉型電池の他の実施例を説明する図である。
【図３】図３は、可撓性の部材に収納した電池を説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施例のタブを説明する図である。
【符号の説明】
１…密閉型電池、２…電池要素、３…外装材、４…熱融着部、５…正極電極タブ、６…負極電極タブ、７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ…外形線、９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ…切り込み、１１，１２…電極タブ中央部、１３…楕円状の切り込み、１４…円弧状の切り込み、１５…単一の円弧状切り込み、１６…Ｖ字型の切り込み、１７…凹部、１８…折り曲げ線、１９…熱融着装置、２０…折り曲げ部、２１…ラベル

Claims

密閉型電池において、電池要素に接合した外部へ導出される電極タブの可撓性の外装材の熱融着部における外装材面への投影像の外形線には、楕円状、円弧状Ｖ字状、またはジグザグ状の線が形成され、熱融着部に位置する電極タブの断面積は、他の部分の断面積よりも大きくはないことを特徴とする密閉型電池。
熱融着部に位置する部分の電極タブの厚みは他の部分の厚みよりも大きくはないことを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
電極タブの熱融着部に位置する部分が過電流で溶断するものであることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。