JP5314837B2 - 電池用リート゛線被覆フィルム材および電池用フィルム被覆リード線 - Google Patents

Description

本発明は、電池用リード線被覆フィルム材および電池用フィルム被覆リード線に関する。

なお、この明細書において、発電要素とは、密封容器内に収納せられている正極、負極、隔膜および電解液等をいう。また、密封容器には、一対のフランジ付トレイ状成形容器半体を合着してなる容器の外に一対のフィルムの周縁部を接合してなる袋も含まれる。

従来の電池とくに薄型のポリマー電池用リード線は、発電要素密封容器内部の正極および負極にそれぞれ接続せられかつ容器外部に端部が取り出されており、容器が、金属層および熱可塑性合成樹脂層を含む一対の容器半体を熱可塑性合成樹脂層どうし内側にし、その周縁部において熱融着せしめてなるものであり、リード線の長さの中間が両容器半体周縁部の合わせ目に介在されている。
リード線の前記合わせ目相当部分は、２枚の熱可塑性樹脂フィルムで挾まれ、これらがリード線に熱融着被覆せられており、この被覆フィルムにより、リード線は両容器半体周縁部にその合わせ目で熱融着せられる。

上記ポリマー電池は、近年用途の拡大により出力の増大が要求され、電池寸法が大型化の傾向にあり、それにともなって電池に用いられる帯板状リード線も大型化してきている。そのため、従来の被覆フィルムは、これをリード線に熱融着させる場合、高い熱融着条件が必要となり、その結果、熱可塑性樹脂の流れ出し量が大きくなってリード線のエッジが露出し、リード線と容器半体中の金属層間の絶縁性が不十分なことにより、短絡が発生することがある。

そこで、この短絡を防止するために、下記特許文献１に開示されているように、容器半体中の金属層と熱可塑性合成樹脂層との間に、熱融着時に溶融しない絶縁層が介在されているものが知られている。しかしながら、これは容器半体の製造時に余分に絶縁層を設けるための工程が増え、コスト高となる欠点がある。

この欠点を解消するため、絶縁層を設けることなく、リード線と容器半体中の金属層間に短絡が発生しないようにしたものとして、下記特許文献２に開示されているように、金属層および熱可塑性合成樹脂層を含む一対の容器半体の熱可塑性合成樹脂層に絶縁性粒子が散在含有せしめられているものが提案せられている。
特開平９−２８３１００号公報 特開２０００−１７３５５８号公報

なるほど、特許文献２に開示の提案によれば、容器半体一対を絶縁性粒子含有熱可塑性合成樹脂層どうし内側にし、リード続を挟んでその周縁部において熱融着すると、リード線と容器半体の金属層との間に絶縁性粒子が介在し、リード線と金属層との短絡するおそれがない。しかしながら、絶縁性粒子含有熱可塑性合成樹脂層では、リード線との熱融着が十分でなく、発電要素密封容器の気密性が低下し、電解液の漏洩や水分の浸透による電池性能の低下のおそれがある。

本発明の目的は、発電要素密封容器の気密性を低下させることなく、リード線と容器半体中の金属層とが短絡するおそれのない電池用リード線を提供するにある。

請求項１の発明による電池用リード線被覆フィルム材は、電池の発電要素密封容器が、金属層および熱可塑性合成樹脂層を含む一対の容器半体を熱可塑性合成樹脂層どうし内側にし、その周縁部において熱融着せしめられてなるものであり、容器内部の正極および負極にそれぞれ接続せられかつ両容器半体周縁部の合わせ目から容器外部に端部が取り出されるリード線の少なくとも合わせ目相当部分に局部的に熱融着被覆せられ、両容器半体周縁部に熱融着するためのフィルム材であって、フィルム材が少なくとも外層、中間層および内層の３層の熱可塑性合成樹脂層からなり、そのうち中間層全体に粒径５〜１ ０ ０μｍの絶縁性微粒子が散在含有せしめられかつ中間層の熱可塑性合成樹脂に対する絶縁性微粒子の含有割合が、１〜３０重量％であることを特徴とするものである。

上記フィルム材を構成する少なくとも３層の熱可塑性合成樹脂の具体例としては、ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、酸変性ポリエチレン、ブロックポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、アイオノマー等の熱融着性に優れた樹脂であることが好ましい。
上記少なくとも３層は同じ熱可塑性合成樹脂でもよいし、異なる熱可塑性合成樹脂でもよい。

上記リード線は、通常電極と同材質のものが使用されるが、異なる材質のものであってもよい。一般的には、正極材にアルミニウムが、負極材にニッケルや銅が使用されるので、正極に接続せられるリード線にはアルミニウムが、負極に接続せられるリード線にはニッケルや銅が使用される。

上記絶縁性微粒子の素材の具体例としては、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ポリエチレンテレフタレート、ポリアマイド、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これら絶縁性微粒子の粒径は５〜１ ０ ０μｍに限定したのは、粒径が５μｍ未満であると、リード線と容器半体中の金属層とが短絡するおそれがあり、１００μｍを超えると、絶縁性微粒子含有熱可塑性合成樹脂層の厚さを不必要に大きくしなければならないからである。

上記において、中間層の熱可塑性合成樹脂に対する絶縁性微粒子の含有割合を１〜３０重量％に限定したのは、１重量％未満では、リード線と容器半体中の金属層とが短絡するおそれがあり、逆に３０重量％を超えると、絶縁性微粒子含有熱可塑性合成樹脂層の強度が弱くなり、同様にリード線と容器半体中の金属層とが短絡するおそれがあるからである。１〜３０重量％のなかでもとくに好ましくは、５〜１５重量％である。

請求項２の発明による電池用フィルム被覆リード線は、請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た一対の対向状フィルムで１本のリート゛線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挟まれ、両フィルムがリード線に熱融着せられるとともに、リード線の両側方に突出した両フィルムの縁部どうしが熱融着せられてリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明による電池用フィルム被覆リード線は、請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た一対の対内状フィルムで所定間隔をおいた２本のリード線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挟まれ、両フィルムがリード線に熱融着せられるとともに、２本のリード線の間および両側方に突出した両フィルムの縁部どうしが熱融着せられて２本のリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とするものである。

請求項４の発明による電池用フィルム被覆リード線は、請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た２つ折りフィルムでリード線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挟まれ、２つ折りフィルムの両半分がリード線に熱融着せられるとともに、リード線の一側方に突出した縁部どうしが熱融着せられてリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とするものである。

請求項５の発明による電池用フィルム被覆リード線は、請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た２つ折りフィルムで所定間隔をおいた２本のリード線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挾まれ、２つ折りフィルムの両半分がリード線に熱融着せられるとともに、２本のリード線の間および片方のリード線の一側方に突出した縁部どうしが熱融着せられて２本のリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明による電池用リード線被覆フィルム材を用いた請求項２ないし５のいずれかの発明による電池用フィルム被覆リード線によれば、発電要素密封容器の気密性が低下することなく、リード線と容器半体中の金属層とが短絡するおそれもない。

本発明を実施するための最良の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１に示す薄型ポリマー電池の発電要素密封容器（１）は、図２および図３に示すように、外側から順に表面保護層となる熱可塑性合成樹脂層（４）、バリア層となるアルミニウム箔層（５）および融着層となる熱可塑性合成樹脂層（６）よりなる一対のフランジ付トレイ状成形容器半体（７）（８）の内面熱可塑性合成樹脂層（６）どうしを内側にし、フランジ部分であるその周縁部（９）（１０）において熱融着せられてなるものであり、電池用フィルム被覆リード線（２）（３）は、容器（１）内部の正極および負極（図示略）にそれぞれ接続せられかつ両容器半体（７）（８）周縁部の合わせ目から容器（１）外部に端部が取り出されている。各リード線（２）（３）は、図５に示すように、予め周縁部（９）（１０）の幅を含みその外側まで突出しかつその両側面を覆いうる大きさの１対のフィルム（１１）（１２）で挾まれて局部的に熱融着被覆せられている。フィルム（１１）（１２）は、外層（１３）、中間層（１４）および内層（１５）の３層の部可塑性合成樹脂からなり、そのうち中間層（１４）に絶縁性微粒子（１６）が散在含有せしめられている図４の電池用リード線被覆フィルム材（Ｆ）から前記大きさに裁断して得られたものである。

上記実施形態では、各リード線（２）（３）を被覆するために一対のフィルム（１１）（１２）が用いられたが、図６に示すように、図４に示す電池用リード線被覆フィルム材（Ｆ）から裁断して得た２つ折りフィルム（１７）で各リード線（２）（３）を挟み、局部的に熱融着被覆してもよい。
さらに、図１の鎖線で示すように、電池用リード縁被覆フィルム材（Ｆ）から得た一対の対向状フィルムで所定間隔をおいた２本のリード線（２）（３）を挾み、両フィルムを２本のリード線（２）（３）に熱融着するとともに、２本のリード線（２）（３）の間および両側方に突出した両フィルムの縁部どうしを融着し、２本のリード線（２）（３）をフィルムによりともに局部的に被覆してもよい。２つ折りフィルムの場合も、２本のリード線（２）（３）をフィルムによりともに局部的に被覆することができる。

一対のフィルム（１１）（１２）の素材である電池用リード線被覆フィルム材（Ｆ）の厚さは、１５０μｍであり、外層（１３）の厚さは25μmで、熱可塑性合成樹脂としてランダムポリプロピレンが用いられており、中間層（１４）の厚さは100μmで、熱可塑性合成樹脂としてブロックポリプロピレンが用いられ、これに絶縁性微粒子（１６）として平均粒径30μmの酸化マグネシウムがブロックポリプロピレンに対し１０重量％含有せしめられて散在せしめられており、内層（１５）の厚さは25μmで、熱可塑性合成樹脂として酸変性ポリプロピレンが用いられている。

正極に接続せられるリード線（２）として、厚さ200μmで幅１０ｍｍのアルミニウム製薄帯板が用いられ、負極に接続せられるリード線（３）として、同寸法のニッケル製薄帯板が用いられた。

各リード線（２）（３）をそれぞれ上記大きさの１対のフィルム（１１）（１２）の間に介在させ、２５０°Ｃで１０秒間、０．２Ｍｐａの加圧条件で局部的に熱融着被覆し、電池用フィルム被覆リード線となした。

外層（１３）の熱可塑性合成樹脂として低密度ポリエチレンが用いられ、中間層（１４）の熱可塑性合成樹脂として高密度ポリエチレンが用いられ、内層（１５）の熱可塑性合成樹脂として酸変性ポリエチレンが用いられた以外は、実施例１と同じである。

比較例１

中間層の熱可塑性合成樹脂に絶縁性微粒子が合有せしめられていない以外は、実施例２と同じである。

比較例２

一対のフィルムとして、各１層のみからなるアイオノマーが用いられた以外は、実施例１と同じである。

上記各例のフィルムが被覆された正極および負極に接続せられる２本のリード線を評価試料として１０組用意し、各リード線を外側から順に表面保護層となる熱可塑性合成樹脂層、バリア層となる金属層および融着層となる熱可塑性合成樹脂層よりなる容器を構成する一対のフランジ付トレイ状成形容器半体の周縁部間に挟み、２５０°Ｃの加熱下で１０秒間、０．２Ｍｐａで圧着した。
容器半体のバリア層となる金属層端面と、リード線の介在させられている被覆フィルムとの直列抵抗値を三和電気製作所マルチテスターJR-8Dにより測定し、その直列抵抗値が０ＫΩの試料を被覆フィルムの絶縁性が正常で短絡が発生していないものとし、この値を超える試料を絶縁性が不十分で短絡が発生しているものとして評価した。その結果を表１に示す。なお表１には、試料組数を分母に、短絡発生試料組数を分子として示した。

表１に示すように、実施例１および実施例２では、いずれも短絡の発生が見られなかったが、比較例１および比較例２では、短絡が高い確率で見られた。

電池の発電要素密封容器内部の正極および負極にそれぞれ接続せられかつ容器外部に端部が取り出されているフィルム被覆リード線を示す平面図である。 図１の一部を切り欠いた部分拡大側面図である。 図２のIII−III線にそう断面図である。 電池用リード線被覆フィルム材の部分垂直断面図である。 一対の対向状フィルムで局部的に被覆された電池用フィルム被覆リード線の部分斜視図である。 ２つ折りフィルムで局部的に被覆された電池用フィルム被覆リード線の部分斜視図である。

（１） 電池の発電要素密封容器
（２）（３） 電池用フィルム被覆リード線
（４） 表面保護層となる熱可塑性合成樹脂層
（５） バリア層となる金属層
（６） 融着層となる熟可塑性合成樹脂層
（７）（８） 容器半体
（９）（１０） 容器半体の周縁部
（１１）（１２） フィルム
（１３） フィルムの外層
（１４） フィルムの中間層
（１５） フィルムの内層
（１６） 絶縁性微粒子
（１７） ２つ折りフィルム
（Ｆ) 電池用リード線被覆フィルム材

Claims (5)

1. 電池の発電要素密封容器が、金属層および熱可塑性合成樹脂層を含む一対の容器半体を熱可塑性合成樹脂層どうし内側にし、その周縁部において熱融着せしめられてなるものであり、容器内部の正極および負極にそれぞれ接続せられかつ両容器半体周縁部の合わせ目から容器外部に端部が取り出されるリード線の少なくとも合わせ目相当部分に局部的に熱融着被覆せられ、両容器半体周縁部に熱融着するためのフィルム材であって、フィルム材が少なくとも外層、中間層および内層の３層の熱可塑性合成樹脂層からなり、そのうち中間層全体に粒径５〜１ ０ ０μｍの絶縁性微粒子が散在含有せしめられかつ中間層の熱可塑性合成樹脂に対する絶縁性微粒子の含有割合が、１〜３０重量％であることを特徴とする電池用リード線被覆フィルム材。
2. 請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た一対の対向状フィルムで１本のリード線の長さのうち所定箇所が挟まれ、両フィルムがリード線に熱融着せられるとともに、リード線の両側方に突出した両フィルムの縁部どうしが熱融着せられてリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とする電池用フィルム被覆リード線。
3. 請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た一対の対向状フィルムで所定間隔をおいた２本のリード線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挟まれ、両フィルムがリード線に熱融着せられるとともに、２本のリード線の間および両側方に突出した両フィルムの縁部どうしが熱融着せられて２本のリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とする電池用フィルム被覆リード線。
4. 請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た2つ折りフィルムで１本のリード線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挟まれ、2つ折りフィルムの両半分がリード線に融着せられるとともに、リード線の一側方に突出した2つ折りフィルムの両半分の縁部どうしが熱融着せられてリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とする電池用フィルム被覆リード線。
5. 請求項１記載の電池用リード線被覆フィルム材より得た2つ折りフィルムで所定間隔をおいた２本のリード線の長さのうち両容器半体周縁部の合わせ目に相当する部分を含む所定箇所が挟まれ、2つ折りフィルムの両半分がリード線に熱融着せられるとともに、２本のリード線の間および片方のリード線の一側方に突出した2つ折りフィルムの両半分の縁部どうしが熱融着せられて2本のリード線がフィルムにより局部的に被覆されていることを特徴とする電池用フィルム被覆リード線。

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