JP4228376B2

JP4228376B2 - 電池

Info

Publication number: JP4228376B2
Application number: JP22826399A
Authority: JP
Inventors: 達治中込; 徳雄稲益; 盛勝新井; 敏之温田
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1999-08-12
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2019-08-12
Also published as: JP2001052663A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属樹脂複合材で外装された電池に関し、特に金属樹脂複合材で外装されたリチウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エレクトロニクス分野の発展に伴い電子機器の小型化がめざましい。特に携帯電話やＰＨＳ等の携帯機器類や小型パーソナルコンピュータの需要拡大は著しく、これらの機器類の軽薄短小化に伴い電源となる電池においても高機能化に加えて小型化・薄形化が求められている。しかし、これらの機器に従来使用されてきた電池は金属電槽缶を用いた円筒形及び角形が中心であった。
【０００３】
そこで、薄形化、軽量化という点において、金属樹脂複合材のような軟包装材を用いた電池の技術が過去に提案されている（特開昭５５−３５４６９号公報等）。また、発電要素として軽量である金属リチウム電池、リチウムイオン電池が注目されてきており、これを軟包装材で包装するタイプの電池についてもすでに提案されている（特開昭６２−５５８６５号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の軟包装材を外装に用いたリチウム二次電池では、製造時に発電要素からの電流の取り出し口である端子と電極タブ部とを一緒にシール封止してしまうと、金属樹脂複合材内面の樹脂がシール時に加える熱により破壊され、端子と金属樹脂複合材とが短絡するといった問題があった。
【０００５】
また、端子部周縁は機械的強度が弱く、電池の使用時に、振動等によって端子と電極タブ部との接合部がはずれるといった問題があった。短絡を防止するために、プラスチック等の熱可塑性でない絶縁物を配置する方法もあるが、この場合には密着が充分でなく、振動等によって端子と電極タブ部との接合部がはずれるといった問題に対しては有効ではなかった。
【０００６】
また、従来の同タイプの電池においては、組み込み機器内において、発電要素以外のシール部分や端子部分がデッドスペースとなり、機器の小型化を阻害する要因となっていた。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、シール時の短絡不良の発生を低減し、接合部の耐振性を向上させ、機器組み込み時の体積効率を改善することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本出願第１の発明は、外装体に金属樹脂複合材を用いた電池であって、少なくとも一部が樹脂融着により封止され、正極および／または負極の端子が該融着部を貫通し、且つ、正極および／または負極の電極には少なくとも一箇所の電極タブ部を有し、該タブ部と端子とが少なくとも一箇所の接合箇所を有する電池において、前記端子と前記電極タブ部とが一緒に封止されないように前記接合箇所が電池系内の前記融着部から電極タブ部側に位置ずれして配され、前記接合箇所を含みかつ前記融着部とは異なる端子部分と、電極タブ部と、を熱可塑性樹脂シートで加圧して前記外装体と前記端子部分と前記電極タブ部とを密着固定する、ことを特徴とする電池である。
【０００９】
したがって、本出願第１の発明の電池によれば、端子と電極タブ部との接合部の耐振性を向上させることができる。
【００１０】
また、本出願第２の発明は、前記外装体の少なくとも一方に絞り加工を施している電池であり、本出願第３の発明は、前記外装体は、絞り加工を施していない金属樹脂複合材と絞り加工を施している金属樹脂複合材から成り、電池厚さをＴとしたとき、前記端子融着部厚さの中心位置及び前記絶縁材料で密着固定した部分の厚さの中心位置は、絞り加工を施していない電池外面から、絞り深さ方向に向かって１／４Ｔ以下の領域にあることを特徴とする電池である。
【００１１】
したがって、本出願第２および第３の発明の電池によれば、機器組み込み時の体積効率を改善することができる。
【００１２】
また、本出願第４の発明は、前記端子融着部は電極タブ部を含まず、前記端子融着部と電極タブの間に存在する端子部分の距離が０．１ｍｍ〜１０ｍｍである電池である。
【００１３】
したがって、本出願第４の発明の電池によれば、金属樹脂複合材と端子との短絡を防止し、良品率を向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１、２は本発明の実施の１形態を示す電池の平面図及び断面図である。金属樹脂複合材の外装体１は、外面がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、内面がポリプロピレン（ＰＰ）フィルム、あるいは無水マレイン酸により変成されたＰＰフィルム、芯材がアルミニウム箔で構成された金属樹脂複合材を用いている。金属樹脂複合材の材質については、これに限定されるものではない。１’は、外装体のうち樹脂融着により封止された部分である。
【００１５】
２は負極端子であり、ニッケルを用いている。負極端子には銅やその合金を用いても良い。３は正極端子であり、アルミニウムを用いている。正極端子にはアルミニウム合金も使用可能である。端子の材質についてはこれらに限定されるものではない。また、負極端子２および正極端子３のうち破線で示した部分は、それぞれの端子の融着部と電極タブ部の間に存在する部分であり、端子融着部から電極タブ部までの距離は０．１ｍｍ〜１０ｍｍが望ましい。その理由は０．１ｍｍ以下では端子融着部と電極タブ部との距離の制御が難しく、短絡が起こり易くなり、１０ｍｍ以上では電池の重量及び体積が増してしまいエネルギー密度の低下をきたすためである。
【００１６】
負極板は、負極集電体４と負極合材層５からなり、銅箔からなる負極集電体４は、端子と接着するための負極タブ部４’を有している。負極合材層５は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素材料を用いている。
【００１７】
正極板は、正極集電体６と正極合材層７からなり、アルミ箔からなる正極集電体６は、端子と接着するためのタブ部６’を有している。正極合材層７は、リチウムイオンを吸蔵放出可能なリチウム含有酸化物を用いている。８は非水電解質を含むセパレータである。
【００１８】
外装体と発電要素を合わせた厚みをＴとする。９は圧力のみかけて封止されていない部分であり、該部分の厚さの中心位置は、絞り加工を施していない電池外面から、絞り深さ方向に向かって１／４Ｔ以下の領域にあることが望ましい。外装体１のうち樹脂融着により封止された部分１’の厚さの中心位置についても同様である。このような設計をする事により、これらの部分の上方に空間を設ける事ができるので、この空間に保護回路やリード線を配置することができる。また、この空間を利用して、組み込まれる機器の基板を配置する設計とすることもできる。
【００１９】
１０は電池系内において化学的、電気化学的に安定な熱可塑性樹脂シートである。具体的には、６ナイロン、６・６ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンやポリプロピレンなどポリオレフィン樹脂等熱可塑性樹脂、無水マレイン酸などにより変性されたポリエチレンやポリプロピレンなど酸変性ポリオレフィン樹脂やアイオノマー、ＥＶＡ、ＥＡＡのような金属接着性樹脂を用いる事ができるがこれらに限定されるものではない。
【００２０】
【実施例】
（本発明）
正極は、ＬｉＣｏＯ₂（活物質）、アセチレンブラック（導電材）およびＰＶＤＦ（バインダー）で構成される正極合材がアルミニウム箔（集電体）上に担持されている。負極は、繊維状黒鉛（活物質）、アセチレンブラック（導電材）およびＰＶＤＦ（バインダー）で構成される負極合材が銅箔（集電体）上に担持されている。この正極、負極は共にエチレンカーボネート（ＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）およびポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系のモノマーを混合し、ＬｉＢＦ₄塩を溶解した溶液に含浸し、電子線照射によって溶液をゲル化した。
【００２１】
上記の正極と負極の間に、エチレンカーボネート（ＥＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）およびポリエチレンオキサイド（ＰＥＯ）系のモノマーを混合し、ＬｉＢＦ₄塩を溶解した溶液を厚さ２０μｍのポリプロピレンの不織布に含浸し、電離性放射線照射によってゲル化したものを電解質層兼セパレータとして用い、正極、セパレータおよび負極を積層し、電極体を作製した。但し、セパレータはポリマーゲルセパレータのみでなく、不織布あるいは微多孔性のセパレータに電解液を含浸したものを用いてもよい。
【００２２】
上記電極体を外面が厚さ約２０μｍのＰＥＴフィルム、内面が厚さ約３０μｍのＰＰフィルム、芯材が厚さ約５０μｍのアルミニウム箔で構成された金属樹脂複合材２枚を使って四辺を高周波シールによって封止した。この時、電池の端子のある辺については、端子と電極タブ部が一緒に封止されないように、端子溶着部と電極タブ部の間に隙間を０．５ｍｍ程度開け、その部分を覆うように熱可塑性樹脂シートを配し、電極タブ部は加圧して電極タブ部と端子との密着性を高め、端子の部分のみを高周波シールして図１、２に示す様な電池を作製した。熱可塑性樹脂シートには、無水マレイン酸変性ポリプロピレンを用いた。
【００２３】
（比較例１）
本発明と同様に電極体を作製し、上記と同じ材質の２枚の金属樹脂複合材で四辺を高周波シールで封止した。この時、端子溶着部が電極タブ部に０．５ｍｍ程度接触する様に高周波シールをした。また、封止する部分と重なっていない電極タブ部を覆う様に熱可塑性樹脂シートを置いて加圧し、電極タブと端子との密着性を高め、電池を作製した。
【００２４】
（比較例２）
本発明と同様に電極体を作製し、上記と同じ材質の２枚の金属樹脂複合材の四辺を高周波シールで封止した。この時、端子溶着部と電極タブ部との間の隙間を０．５ｍｍ程度開け、電極タブ部には熱可塑性樹脂シートを置かずに電池を作製した。
【００２５】
以下の２種類の方法で電池特性を測定し、比較検討を行った。第一の試験は、端子−金属樹脂複合材間の短絡を測定し（試験Ａ）、製造時のショートの発生率を比較検討した。第二の試験は、試験Ａで短絡の無かったものについて電池の端子部をぶら下げた状態で持ち上げ、そのまま加振機に端子部のみを固定し、１０Ｇをかけ、その後のインピーダンスを測定し（試験Ｂ）、電池の耐振性を比較検討した。この試験は、機器に装着される場合、端子部をもってで機器に固定される場合を想定したものである。結果を表１に示す。
【００２６】
【表】

【００２７】
表に示す通り、試験Ａにおいて、端子溶着部に電極タブ部を含まないものは、電極タブ部を含んでいるものに比べて端子−金属樹脂複合材間の短絡が大幅に減少し、良品率が飛躍的に向上した。また、試験Ｂにおいて加振試験後にインピーダンスが試験前に比べて２倍以上になった電池を解体してみると、端子と電極タブの接合部が破断していた。この結果より、熱可塑性樹脂シートを配置して圧力のみかけてシールしない部分を設けることにより、機械的な強度、耐振性ともに向上することがわかる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、シール封入時に電極タブを固定し、且つ金属樹脂複合材と端子との短絡を防止し、生産時の良品率を上昇させ、接合部の耐振性を向上させる事ができる。また、電極タブ部がある空間に保護回路やリード線を置くことができ、また、組み込んだ機器の基板を置くことが出来るのでエネルギー密度的にも有利な構造であり、工業的価値は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリチウム二次電池の一例を示す正面図である。
【図２】図１Ａ−Ａ部の一部断面図である。
【符号の説明】
１外装体
１’ 樹脂融着により封止された部分
２負極端子
３正極端子
４’ 負極タブ部
６’ 正極タブ部
１０熱可塑性樹脂シート

Claims

外装体に金属樹脂複合材を用いた電池であって、少なくとも一部が樹脂融着により封止され、正極および／または負極の端子が該融着部を貫通し、且つ、正極および／または負極の電極には少なくとも一箇所の電極タブ部を有し、該タブ部と端子とが少なくとも一箇所の接合箇所を有する電池において、
前記端子と前記電極タブ部とが一緒に封止されないように前記接合箇所が電池系内の前記融着部から電極タブ部側に位置ずれして配され、
前記接合箇所を含みかつ前記融着部とは異なる端子部分と、電極タブ部と、を熱可塑性樹脂シートで加圧して前記外装体と前記端子部分と前記電極タブ部とを密着固定する、
ことを特徴とする電池。
前記外装体の少なくとも一方に絞り加工を施している請求項１記載の電池。
前記外装体は、絞り加工を施していない金属樹脂複合材と絞り加工を施している金属樹脂複合材から成り、電池厚さをＴとしたとき、前記端子融着部厚さの中心位置及び前記絶縁材料で密着固定した部分の厚さの中心位置は、絞り加工を施していない電池外面から、絞り深さ方向に向かって１／４Ｔ以下の領域にあることを特徴とする請求項２記載の電池。
前記端子融着部は電極タブ部を含まず、前記端子融着部と電極タブの間に存在する端子部分の距離が０．１ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の電池。