JP4304715B2

JP4304715B2 - 組電池の設置方法

Info

Publication number: JP4304715B2
Application number: JP2002186619A
Authority: JP
Inventors: 友紀田辺; 充博滝; 伸晃吉岡; 弘志屋ケ田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2004031161A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池を複数接続してなる組電池の設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、積層型ラミネート電池としては、金属層と熱融着性樹脂層とが積層されたフィルム、すなわちラミネートフィルムにより発電体を被包し、熱融着性樹脂層同士を熱融着することにより密封封止したものが知られており、正極リード端子および負極リード端子は外装体であるラミネートフィルムの封止部から延出された構成が知られている。この積層型ラミネート電池を複数接続したものが組電池である。組電池は、積層型ラミネート電池のリード端子同士を導電性材料で接続して構成されている。また、この組電池は金属等のケースで覆って用いられることが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電池は様々な上下方向に設置される可能性があり、正極リード端子引き出し部を下向きにして設置される場合もある。とりわけ、対向する向きに正極および負極リードを引き出す形態の電池（以下、両側リード引き出し電池という）の場合には、正極リードを下向きにせざるを得ない場合がある。例えばこのタイプの電池を積み重ねて直列に接続し、縦置きに設置した場合、正負極リードの方向を互い違いとせざるを得ないため、２つの電池のうちの１つは正極リードが下向きに設置される。
【０００４】
積層型ラミネート電池の内部において、電解液は重力方向である下側に溜まる。このため、下側方向に位置するリード端子は電解液と接触して劣化しやすくなり、リード／外装体の剥離劣化が発生して封止信頼性が悪化しやすい。特に、電池内において正極リード端子は負極リード端子と比較して高電位にあり、一般的には電気化学的に金属イオンが溶出しやすいため、電解液との接触による劣化が生じやすい。また、特に電池が加圧状態で挟持されるように金属等のケースで覆った組電池の場合には、電池のラミネート外装体が押さえつけられるため、電池内部でのガス発生による内圧の上昇がリード封止を圧迫し、封止信頼性の劣化が加速される。
【０００５】
本発明は、前述したような問題を解決するためになされたものであり、正極リード端子の劣化を緩和し、正極リード端子が下向きに設置された場合でもリード／外装体の剥離劣化が生じにくく、封止信頼性に優れた組電池の設置方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の組電池の設置方法は、発電体をフィルムで密封封止して外装した複数の積層型ラミネート電池のリード端子同士を接続し、かつ、正極リード端子を下側に向けて設置される電池を少なくとも一つ含む組電池の設置方法において、少なくとも下側に向けて設置される正極リード端子には表面処理が施されていることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明は、少なくとも極板が積層されてなる発電体にリード端子を設けた電池本体を、前記リード端子が外部と通電可能となるよう延出させて挟み込むようにしてフィルムで密封封止してなる積層型ラミネート電池を複数含む組電池の設置方法であって、
複数の前記積層型ラミネート電池を前記積層方向に重ね合わせ、
前記リード端子同士を接続する際に、少なくとも１つの電池の正極リード端子を重力方向で見て下側に向けて配置し、
前記下側に向けて配置した正極リード端子に表面処理をすることを特徴とする組電池の設置方法である。
【０００８】
また、本発明は、少なくとも極板が積層されてなる発電体にリード端子を設けた電池本体を、前記リード端子が外部と通電可能となるよう延出させて挟み込むようにしてフィルムで密封封止してなる積層型ラミネート電池を複数含む組電池の設置方法であって、
前記リード端子同士を接続して、前記複数の積層型ラミネート電池を直列に接続する際に、少なくとも１つの電池の正極リード端子を重力方向で見て下側に向けて配置し、
前記下側に向けて配置した正極リード端子に表面処理をすることを特徴とする組電池の設置方法である。
【０００９】
本発明によれば、下側に向けた正極リード端子に表面処理が施されているので、下側方向に設置された正極リード端子の劣化が緩和され、リード／外装体の剥離劣化が生じにくく、封止信頼性に優れた組電池を得ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の実施の一例としての積層型ラミネート組電池の斜視図で、その特徴は、少なくとも下側方向に位置する正極リード端子１１には表面処理が施されていることである。
【００１１】
図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ組電池１に用いられている積層型ラミネート電池２１の一例であり、その断面図を図３に示す。図３を参照すると、積層型ラミネート電池２１は、少なくとも極板が積層されてなる発電体３にリード端子１１、１２を設けた電池本体１４を、リード端子１１、１２が外部と通電可能となるよう延出させて挟み込むようにしてフィルムで密封封止してなる。すなわち、発電体３が、両者ともフィルムからなる下部外装体５および上部外装体６により被包され、発電体の周囲の外装体同士がヒートシールされることにより密封封止されている。なお、フィルムとは曲げ変形に対して柔軟性を有する薄い部材を指し、本発明においては金属箔単独、あるいは一般にラミネートフィルムと呼ばれる金属箔と樹脂フィルムとの積層体が好ましい。本形態の電池は、外装体のヒートシールを減圧下で行うことにより減圧封止されている。
【００１２】
続いて、図３を用いて積層型ラミネート電池の製造方法の一例を説明する。まず、凹部２２を予め形成してある下部外装体５の凹部２２に、発電体３を載置する。発電体３から伸びる集電箔２３には、符号４の部分（溶接部）において予めリード１１、１２を溶接しておく。次に、上部外装体６として凹部を有しない平面状のフィルムを上からかぶせる。その後、減圧下においてヒートシールを行い、図２の積層型ラミネートタイプの単電池２１を得る。
【００１３】
次に、本発明の組電池の実施の形態を説明する。先述のようにして得られた積層型ラミネート電池２１を極板の積層方向に複数重ね合わせるとともに、正極リード端子１１および負極リード端子１２をそれぞれ並列になるようにリード接続部２で接続し、図１に示す積層型ラミネート組電池１を得る。リード接続部２は導電性材料からなり、一般に銅板が用いられることが多い。接続は超音波溶接、抵抗溶接、リベットによるかしめ等により行われる。一般に、この組電池は金属等のケースで周辺を覆い、発電体が加圧状態で挟持されるようにしている。こうすることにより、電池の発電体の極板密着性を保つことができる。
【００１４】
本発明では図１に示すように、少なくとも一方のリード端子を下側に向けて設置される組電池において、下向きに延出された正極リード端子１１に表面処理を施している。
【００１５】
仮に図４（ａ）、（ｂ）のように表面処理を施していない正極リード端子１３が下側になるように組電池を設置した場合、積層型ラミネート電池２１の内部において電解液は下側にあるリード端子側に溜まる。正極リード端子は負極リード端子と比較して高電位にあり、一般的には電気化学的に金属イオンが溶出しやすいため、表面処理を施していない正極リード端子は電解液との接触により劣化して、リード／外装体の剥離劣化が生じ、封止信頼性が悪化する。
【００１６】
本発明では、図１に示すように少なくとも下側方向に位置する正極リード端子１１に表面処理を施して積層型ラミネート組電池１を設置することで、これらの不具合を回避することができ、封止信頼性の優れた組電池を提供することができる。
【００１７】
図１（ａ）に示すように両側リード引き出しタイプの積層型ラミネート電池を正極リードを下側にして縦置きに設置する場合、および図１（ｂ）に示すように正極リードと負極リードを同じ向きに引き出した積層型ラミネート電池をリード部を下側にして縦置きに設置する場合に、本発明は有効である。正極負極どちらのリード端子封止部が剥離劣化を引き起こしリークに至った場合でも、その時点で組電池全体としての封止寿命に到達することになる。従って、少なくとも下側に設置される正極リード端子に、電解液と接触しても劣化しにくい表面処理を施すことで、組電池としての封止寿命をより長くすることができ、封止信頼性の優れた組電池を提供することができる。
【００１８】
上記の例では電池を並列接続した組電池について説明したが、両側リード引き出しタイプの積層型ラミネート電池を直列接続し縦置きに設置する組電池にも本発明は有効である。この場合、正負極リードの方向を互い違いとせざるを得ないため、２つに１つの電池は正極リードが下向きに設置される。少なくとも下向きに設置される正極リードに表面処理を施すことで先述の不具合を回避することができ、封止信頼性の優れた組電池を提供することができる。
【００１９】
以下に各構成要素の実施の形態について詳述する。
［リード端子］
リード端子の材質としては、正極リード端子にＡｌ、Ｔｉなど、負極リード端子にＮｉ、Ｃｕ、燐青銅、Ｆｅ、真鍮、ステンレス鋼などが使用でき、必要ならば焼き鈍し処理が施されたものでもよい。リード端子は平板状であることが好ましく、厚さとしては２０μｍ〜２ｍｍの範囲であることが好ましい。表面が油分等で汚染されていることは好ましくなく、脱脂処理を行うことが好ましい。脱脂処理済リード端子には、このリード端子の表面にシール材との密着性を高め、また電解液との接触によるリード端子の劣化を防ぐために表面処理を施す。表面処理の方法としては大きく分けて２種類の方法がある。一つは粗面化であり、もう一つは耐食性皮膜被覆である。前者の粗面化処理としては、例えば化学的エッチング処理、電解エッチング処理、機械的粗面化処理等が挙げられる。後者の耐食性皮膜被覆処理としては、部分アミノ化フェノール系重合体と燐酸化合物とチタン化合物とからなる皮膜、燐酸亜鉛系皮膜、クロメート処理等が挙げられる。その他、カップリング剤系でもよく、例えばチタニウム系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤等が挙げられる。タブ封止劣化はタブ表面の腐食による場合が多いので、上記に挙げた中でも耐食性皮膜被覆処理が好ましい。リード端子は図２（ａ）に示すように正極リード１１と負極リード１２を互いに対向させる向きに、あるいは図２（ｂ）に示すように正極リード１１と負極リード１２を同じ側に引き出し、外装体封止部を経由させる。少なくとも下側に向けて設置される正極リード端子１１には表面処理が施されている。
【００２０】
［外装体］
積層型ラミネート電池の外装体としてはフィルム状のもの、すなわち、金属箔、樹脂薄膜、これらの積層体などで例示される柔軟性を有する薄い部材であり、凹部が形成されているものが好適に使用できる。フィルムの厚さとしては１０〜３００μｍが好ましく、さらに好ましくは５０〜２００μｍである。フィルムの厚さが１０μｍ未満であると、電池外装体としての力学的強度に乏しく、容易に破断するなどの不都合が生じ、３００μｍを超えると、柔軟性に乏しくなり、内圧を上昇させずにガスを受容することにおいて不都合となる。凹部の形成は、成形予定部の周囲のフィルムを滑り可能な状態で押さえながら、ポンチとダイスでフィルムを押し込んで成形する絞り成形（深絞り成形）が好ましい。なお、成形予定部の周囲のフィルムを滑らせずに固定して、ダイスでフィルムを引っ張り伸ばして成形する張り出し成形法で凹部を形成してもよい。また、射出成形法で凹部を持つ外装体を作製してもよい。
【００２１】
［発電要素］
発電体３の構成、形態は特に限定されず、例えば正極、負極、セパレータからなり、平板状のもの、単純に極板を２組以上積層したもの等が用いられる。正極は放電時に正イオンを吸収するもの、または負イオンを放出するものであれば特に限定されず、（I）ＬｉＭｎＯ₂、ＬｉＭｎ₂Ｏ₄、ＬｉＣｏＯ₂、ＬｉＮｉＯ₂等の金属酸化物、（II）ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性高分子、（III）一般式（Ｒ−Ｓｍ）ｎ（Ｒは、脂肪族、または芳香族であり、Ｓは、硫黄であり、ｍ、ｎは、ｍ≧１、ｎ≧１の整数である）で示されるジスルフィド化合物（ジチオグリコール、２，５−ジメルカプト−１，３，４−チアジアゾール、Ｓ−トリアジン−２，４，６−トリチオール等）等の二次電池の正極材料として従来公知のものが使用できる。また、正極に正極活物質を適当な結着剤や機能性材料と混合して形成することもできる。これらの結着剤としてはポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有高分子等が、機能性材料としては電子伝導性を確保するためのアセチレンブラック、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子、イオン伝導性を確保するための高分子電解質、それらの複合体等が挙げられる。負極は、カチオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に限定されず、天然黒鉛、石炭・石油ピッチ等を高温で熱処理して得られる黒鉛化炭素等の結晶質カーボン、石炭、石油ピッチコークス、アセチレンピッチコークス等を熱処理して得られる非晶質カーボン、金属リチウムやＡｌＬｉ等のリチウム合金など、二次電池の負極活物質として従来公知のものが使用できる。
【００２２】
発電体に含まれる非水系電解質溶液としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、Ｎ、Ｎ’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、ｍ−クレゾール等の二次電池の電解液として利用可能な極性の高い塩基性溶媒に、ＬｉやＫ、Ｎａ等のアルカリ金属のカチオンとＣｌＯ₄ ^-、ＢＦ₄ ^-、ＰＦ₆ ^-、ＣＦ₃ＳＯ₃ ^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂Ｎ^-、（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂Ｎ^-、（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃Ｃ^-、（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃Ｃ^-等のハロゲンを含む化合物のアニオンからなる塩を溶解したものが挙げられる。また、これらの塩基性溶媒からなる溶剤や電解質塩を単独、あるいは複数組み合わせて用いることもできる。また、電解液を含むポリマーゲルとしたゲル状電解質としてもよい。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の詳細について実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
＜実施例１＞
スピネル構造を持つマンガン酸リチウム粉末、炭素質導電性付与材、およびポリフッ化ビニリデンを９０：５：５の重量比でＮＭＰに混合分散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーをドクターブレードを用いて、正極集電体となる厚さ２０ミクロンのアルミニウム箔の片面に均一に塗布した。塗布時には、わずかに未塗布部（集電体が露出している部分）が筋状にできるようにした。次に、これを１００℃で２時間真空乾燥させた。同様にもう一方の面にもスラリーを塗布し、真空乾燥させた。この際、表裏の未塗布部が一致するようにした。このようにして両面に活物質を塗布したシートをロールプレスした。これを未塗布部を含めて矩形に切り出したものを８枚用意した。活物質未塗布部はリード端子への接続予定部とするものである。このようにして、合計の理論容量が３Ａｈとなる正極を用意した。
【００２５】
一方、アモルファスカーボン粉末、ポリフッ化ビニリデンを９１：９の重量比でＮＭＰに混合、分散、攪拌してスラリーとした。ＮＭＰの量はスラリーが適当な粘度になるように調整した。このスラリーをドクターブレードを用いて、負極集電体となる厚さ１０ミクロンの銅箔の片面に均一に塗布した。塗布時には、わずかに未塗布部（集電体が露出している部分）が筋状にできるようにした。次に、これを１００℃２時間真空乾燥した。なお、このとき負極層の単位面積あたりの理論容量と正極層の単位面積あたりの理論容量が１：１となるように活物質層の膜厚を調整した。同様にもう一方の面にもスラリーを塗布し真空乾燥した。このようにして両面に活物質を塗布したシートをロールプレスした。これを正極のサイズよりも縦横２ｍｍずつ大きいサイズに、未塗布部を含めて矩形に切り出したものを９枚用意した。活物質未塗布部はリード端子への接続予定部とするものである。このようにして負極を用意した。
【００２６】
上記のようにして用意した正極と負極の間に、負極のサイズよりも縦横２ｍｍずつ大きいサイズの矩形の、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの３層構造を持つマイクロポーラスセパレーター（ヘキストセラニーズ社製、セルガード２３００）を介してこれらを積層した。電極の最外側は負極となるようにし、その負極のさらに外側にセパレータを設置した（セパレータ／負極／セパレータ／正極／セパレータ／・・・・・・／負極／セパレータ、という順番）。正極の活物質未塗布部と負極の活物質未塗布部とは対向する側となるような向きに揃えた。次に、正極リード端子となる厚さ０．１ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍの、部分アミノ化フェノール系重合体と燐酸化合物とチタン化合物からなる耐食性皮膜被覆表面処理を施したアルミニウム板と、正極８枚の活物質未塗布部とを一括して超音波溶接した。同様に負極リード端子となる厚さ０．１ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ５０ｍｍのニッケル板と、負極９枚の活物質未塗布部とを一括して超音波溶接した。なお、正極リード端子および負極リード端子は、上記の溶接接続に先立ち、外装体による封止予定部に予め３０μｍの厚さのフィルム状の酸変成ポリプロピレンからなるシール材を熱融着した。
【００２７】
一方、外装体用のラミネートフィルムとして、ナイロン２５μｍ、軟質アルミニウム４０μｍ、酸変成ポリプロピレン３０μｍの積層体からなるフィルムを準備し、所定のサイズに切り出し、カップ状に深絞り成形した。このラミネートフィルムのカップ成形部に、上記の電極積層体を収納した。次に、上記のラミネートフィルムを成形せずに所定のサイズに切り出しただけのものを、上記の発電要素が収納されたカップ成形部の上にシール面を内側に向けて蓋をするように置いた。
【００２８】
次に、カップ成形されたフィルムのつば部の上を経由して引き出されているリード端子をフィルムつば部と蓋とで挟むようにして、リード端子引き出し部２辺をヒートシールし、次いでリード端子引き出し部でない長辺（以下長辺Ａ、長辺Ｂという）のうち一辺（以下長辺Ａという）をヒートシールした。なお、リード端子封止部のシール強度を水準間で比較しやすいように、リード端子引き出し部はやや弱めの条件でヒートシールを行った。
【００２９】
次に、長辺Ａを下にして傾け、最後の未シール部である長辺Ｂの隙間から、電極積層体に電解液を注液した。電解液は１ｍｏｌ／リットルのＬｉＰＦ₆を支持塩とし、プロピレンカーボネートとメチルエチルカーボネートの混合溶媒（重量比５０：５０）を溶媒とするものである。注液量は、発電要素の体積の５％に相当する量とした。注液後、減圧脱泡を行った。最後に、真空シール機を用いて減圧状態で長辺Ｂのヒートシールを行い、電池を完成させた。
【００３０】
このようにして作製した複数の電池のリード端子部を並列になるようにリード接続部で接続し、組電池を作製した。リード接続部には導電性材料である銅板を用い、超音波溶接で接続した。この組電池を厚さ１ｍｍのアルミ板のケースで周辺を覆い、アルミ外装体による圧力により発電体が加圧状態で挟持されるようにした。こうすることにより、電池の発電体の極板密着性が保たれている。なお、電池の側面部、ラミネートフィルムのヒートシール部はアルミ外装体の内壁と接触せず、圧力が掛からないようにした。
【００３１】
上記組電池を電圧４．３Ｖの満充電にして、図１（ａ）のように表面処理を施した正極リード端子が下側になるように設置し、６０℃、９０％環境下で２ヶ月間放置したところ、リード端子封止部におけるリークは発生しなかった。
【００３２】
なお、本明細書の実施例・比較例において、リークの有無はリード端子引き出し部根元のリーク痕（析出物等）を確認することにより行った。
【００３３】
＜実施例２＞
実施例１と同様の表面処理を施した正極リード端子と負極リード端子を同じ向きに引き出した積層型ラミネート電池を電圧４．３Ｖの満充電にして、図１（ｂ）のようにリード端子が下側になるように設置し、６０℃、９０％環境下で２ヶ月間放置したところ、リード端子封止部におけるリークは発生しなかった。
【００３４】
＜比較例１＞
表面処理を施していない正極リード端子と負極リード端子を互いに対向する辺から引き出した積層型ラミネート電池を電圧４．３Ｖの満充電にして、図４（ａ）のように正極リード端子が下側になるように設置し、６０℃、９０％環境下で２ヶ月間放置したところ、正極リード端子封止部でリークが発生した。
【００３５】
＜比較例２＞
表面処理を施していない正極リード端子と負極リード端子を同じ向きに引き出した積層型ラミネート電池を電圧４．３Ｖの満充電にして、図４（ｂ）のようにリード端子が下側になるように設置し、６０℃、９０％環境下で２ヶ月間放置したところ、正極リード端子封止部でリークが発生した。
【００３６】
＜考察＞
実施例１、２、比較例１、２の組電池を６０℃、９０％環境下で２ヶ月間放置したところ、実施例１、２では両リード端子共にリークは発生しなかった。一方、比較例１、２では表面未処理の正極リード端子封止部でリークが発生した。これらの結果により、電解液と接触する下側に位置する正極リード端子に表面処理を施すことで、正極リード端子の劣化が緩和されてリード／外装体の剥離劣化が抑制され、封止信頼性を向上できることが確認された。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、組電池の下側方向に位置する正極リード端子の劣化が緩和されるため、リード／外装体の剥離劣化が生じにくく、封止信頼性の優れた組電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る組電池の一実施形態を示す模式的斜視図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に用いる単電池の一例を示す模式的斜視図である。
【図３】図２（ａ）の単電池の模式的断面図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明を適用しない場合の問題点を説明するための模式的斜視図である。
【符号の説明】
１・・・・組電池
２・・・・リード接続部
３・・・・発電体
４・・・・溶接部
５・・・・下部外装体
６・・・・上部外装体
１１・・・・表面処理済正極リード
１２・・・・表面未処理負極リード
１３・・・・表面未処理正極リード
１４・・・・電池本体
２１・・・・積層型ラミネート電池
２２・・・・凹部
２３・・・・集電箔

Claims

少なくとも極板が積層されてなる発電体にリード端子を設けた電池本体を、前記リード端子が外部と通電可能となるよう延出させて挟み込むようにしてフィルムで密封封止してなる積層型ラミネート電池を複数含む組電池の設置方法であって、
複数の前記積層型ラミネート電池を前記積層方向に重ね合わせ、
前記リード端子同士を接続する際に、少なくとも１つの電池の正極リード端子を重力方向で見て下側に向けて配置し、
前記下側に向けて配置した正極リード端子に表面処理をすることを特徴とする組電池の設置方法。
少なくとも極板が積層されてなる発電体にリード端子を設けた電池本体を、前記リード端子が外部と通電可能となるよう延出させて挟み込むようにしてフィルムで密封封止してなる積層型ラミネート電池を複数含む組電池の設置方法であって、
前記リード端子同士を接続して、前記複数の積層型ラミネート電池を直列に接続する際に、少なくとも１つの電池の正極リード端子を重力方向で見て下側に向けて配置し、
前記下側に向けて配置した正極リード端子に表面処理をすることを特徴とする組電池の設置方法。
前記表面処理が耐食性皮膜被覆処理であることを特徴とする請求項１または２に記載の組電池の設置方法。
正極リード端子と負極リード端子が互いに対向する向きに引き出されている積層型ラミネート電池で構成されたことを特徴とする請求項１、２または３に記載の組電池の設置方法。