JP5626858B2 - ラミネートフィルム外装型二次電池 - Google Patents

Description

本発明は、ラミネートフィルムで外装された構造のラミネートフィルム外装型二次電池に関し、特に、その封止性を向上させられる端子の構造に関する。

近年、電気自動車やハイブリッド自動車の普及に伴って、その駆動用電源としてリチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池の開発が盛んに行われている。

非水電解液二次電池では、一般に、正極の電位において使用可能なアルミニウム箔等の帯状の正極集電体上に正極活物質のスラリーを塗布した後に乾燥および圧縮を行うことで製造された正極電極と、帯状の銅箔等からなる負極集電体上に負極活物質のスラリーを塗布した後に乾燥および圧縮を行って製造した負極電極とが用いられている。このような正極電極および負極電極の複数を、ポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂製の微多孔性フィルムから成るセパレータを介して積層または捲回する。その後、このような積層体または捲回形素子を外装材であるラミネートフィルムで覆い、電解液を注入した後、開口を封止することによって電池が製造される。このような電池はラミネートフィルム外装型二次電池と呼ばれている。

この電池においては、超音波溶接等の溶接により、正極および負極のそれぞれにリード端子を接続し、そのリード端子を電池外装体の外部へ極性端子として延出させた構造が多く用いられる。

特許文献1では、上記構造の電池において、リード端子上に位置するフィルム部分に凹部を設けることで封止性を向上させる技術が提案されている。

特許文献２では、上記構造の電池において、リード端子に貫通孔を形成し、リード端子とフィルムとの接着部分における封止性を向上させる技術が提案されている。

特許文献３では、上記構造の電池において、リード端子とフィルムとの接着部分における端子形状が１直線状以外の線で形成されると記述されているが、もともとの端子幅に対し幅を狭くする方向に加工することで、端子における幅狭の部分が過電流で溶断されることを説明している。

特開2001-229889号公報 特開2004-95471号公報 特開2002-56839号公報

上述したようなラミネートフィルム外装型二次電池の構造において、ラミネートフィルム周縁の封止性が十分でないと、該周縁より突出している正極端子や負極端子の周りから電解液が漏れるという問題がある。また、この問題に対処するために端子に幅狭い部分を形成すると、特許文献３に記載されているように端子部が破損するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、リード端子と接着されるラミネートフィルム部分の封止性を向上して電解液漏れを防止することにある。また、過電流等による端子部の破損のない構造を提供することでもある。

本発明は、電池要素と、該電池要素を挟んで周縁部が熱融着された一対のラミネートフィルムと、該電池要素の両端部の夫々からラミネートフィルムの熱融着された周縁部間を通って延出された正極および負極の端子と、熱融着された一対のラミネートフィルムで出来る空間にて電池要素に含浸させた電解液と、を備えたラミネートフィルム外装型電池に係るものである。

一つの態様によれば、端子は平坦な形状を有しており、ラミネートフィルムの周縁部が熱融着される部分の端子の両縁間の幅が電池要素からの前記端子の延出方向とは交差する方向に広がるように、該端子の縁より突出する形で矩形に形成された凸部を有し、前記幅が広がる方向における前記凸部の長さと前記端子の延出方向に沿った方向における前記凸部の長さがそれぞれ２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。

本発明によれば、端子とこれに熱融着されるラミネートフィルムの周縁部との封止性を向上して電解液漏れを防止することができる。さらに、端子に過電流が流れた場合においても封止部および端子部が破損する心配もない。

本発明が適用されたラミネートフィルム外装型二次電池の分解斜視図。 本発明の実施形態におけるラミネートフィルム熱融着部分での端子の投影図。 本発明と同効果が得られる端子形状の応用例の図。 本発明と比較するために従来の端子の構造を示した図。

以下、本発明によるラミネートフィルム外装型二次電池の実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本実施形態によるラミネートフィルム外装型二次電池の分解斜視図である。

この図に示されるように、ラミネートフィルム外装型二次電池１は、凹形状の一対のラミネートフィルム２と、接合された一対のラミネートフィルム２で出来る空間に収納される電池要素３と、電池要素３の両端部の夫々から引き出された正極集電部４および負極集電部５と、正極集電部４および負極集電部５にそれぞれ接続された正極端子６および負極端子７と、電池要素３の内部に含浸させた電解液とから構成される。

電池要素３は、金属箔などからなる集電体上の所定の領域に活物質層を均一に塗布して形成された複数の正極シートと負極シートを、セパレータを介して積層して構成されている。正極集電部４は、電池要素３の一端側で、複数の正極シートどうしを接続して構成され、負極集電部５は、電池要素３のもう一端側で、複数の負極シートどうしを接続して構成される。

正極シートどうしの接続及び負極シートどうしの接続については、それぞれの金属箔の活物質未塗布部分で、積層された複数の正極シートまたは負極シートを平坦な導電性部材の正極端子６または負極端子７と共に超音波溶接等の溶接により一括して接続される。

各ラミネートフィルム２の凹形状部内に電池要素３を収容するように一対のラミネートフィルム２にて電池要素３を覆い、電池要素３に電解液を注入後、一対のラミネートフィルム２どうしの接合部分を熱融着にて気密に接着した構造である。さらに、接合されたラミネートフィルム２の外周辺より外側に正極端子６および負極端子７が延出している構造である。このため、上記の熱融着工程において、正極端子６および負極端子７の一部が二つのラミネートフィルム２の間に挟まれた状態でラミネートフィルム２の外周端どうしが熱融着され、ラミネートフィルム２の外周端どうしの隙間が封じられている。なお、正極端子６および負極端子７とラミネートフィルム２の外周端とが熱融着される部分は、図４中に符号８で指し示した場所である。

さらに、この熱融着部分４８の構成について説明する。

図２は本実施形態によるラミネートフィルム熱融着部分での端子の投影図である。正極と負極の構成が同じであるため、以降は正極側のみで説明する。

正極集電部４に正極端子６が溶接部９にて溶接されている。この正極端子６の形状は、ラミネートフィルム２の外周縁の熱融着部８に対応する場所に凸部１０を有する形状体である。凸部１０は図２に示すように、熱融着部８に対応する場所において、端子を構成する平坦な導電性部材の、電池要素３からの延出方向とは交差する方向の両縁部より突出する形に形成されている。つまり、正極端子６の両縁が、熱融着部８に対応する場所において、端子延出方向とは交差する方向に広がる形にされている。

本実施形態によれば、ラミネートフィルム熱融着の際、端子の凸部１０のエッジがラミネートフィルムに直接振れることと、凸部に熱量が集中することとで、ラミネートフィルムの熱融着力が強固になる。

一方、熱融着部８に対応する部分の端子の形状を凸部１０とは反対に凹形状とした場合、すなわち、端子延出方向とは交差する方向での端子幅が狭くなるようにした場合でも、ラミネートフィルム２の熱融着力は向上する。ラミネートフィルム２の熱融着の際、端子部分でのラミネートフィルム同士の接着領域が増えるからである。しかし、この端子形状の場合、端子に過電流が流れると端子の幅狭になった部分で抵抗が高くなり発熱する。この発熱により熱融着部８のラミネートフィルム部分で融解や収縮が起こり封止性を低減してしまう。つまり、端子の周囲とラミネートフィルムの間に電池の内外を繋ぐパスが出来て電解液がリークする場合がある。また、上記の発熱で端子が溶断される場合もある。

これに対して、図２に示した端子形状であれば、過電流が流れても凸部１０に熱量が集中することが無く、結果、電解液のリークパスが発生しないため封止性は損なわれない。また、過電流による端子の破損のおそれも無い。

（実施例）
図２は本実施例によるラミネートフィルム熱融着部分での端子の投影図である
上述した正極端子６の形状を用い、図１の形状のラミネートフィルム外装型二次電池１を作製した。試験に用いる試料において、ラミネートフィルムはアルミフィルムの一方の表面にポリプロピレンを形成したものを用い、当該ポリプロピレンを１７０℃で熱融着することで電池要素３を液密に封止した。

試作では、図２に示される凸部１０の縦方向（突出方向）の寸法ａ１１、および凸部１０の横方向の寸法ｂ１２をそれぞれ１〜３ｍｍの３種類、計９つのサンプルを準備した。すなわち、ａ(mm)×ｂ(mm)が、１×１、１×２、１×３、２×１、２×２、２×３、３×１、３×２、３×３、の９つである。そして、これらと比較するため、図４に示すように端子に凸部を有しないものも同数作製した。

試験方法として恒温恒湿試験装置を用い、各サンプルを６０℃９０％ＲＨの雰囲気に５００時間放置した。

この試験において、図４に示した形状の比較サンプルは全数の１０％で漏液が確認された。一方、寸法ａ１１および寸法ｂ１２が２ｍｍ以上のものでは漏液は確認されなかったが、それ以外の寸法のものにおいては全数の１０％以下で漏液が発生した。

以上の結果より、寸法ａ１１および寸法ｂ１２は２ｍｍ以上が必要であることが判明した。３ｍｍまでの寸法種類でしか評価を行っていないが、寸法ａ１１に関しては加工上の問題から５ｍｍまでが最適と判断される。寸法ｂ１２に関しては、熱融着部８の短手方向の幅が１０ｍｍ程度である為、５ｍｍ以下が望ましいと考える。

次に、端子に電流を流した際の端子発熱温度に関しての評価を行った。通常の充放電条件にて端子の温度分布を調査した。

結果、凸部１０においても他の部分と同温度である結果が得られた。本結果より過電流が流れた場合においても端子凸部が異常発熱することなく封止性に変化を生じないことを確認した。

図３に本発明の他の実施例を示す。この図において、前述した電池の構成要素と同じものには同一符号をしている。図３に示す端子２４は、図１に示される正極端子６または負極端子７に相当している。本実施例では、熱融着部８に対応する端子２４の両縁に図１に示したような凸部が設けられておらず、端子幅変更部１４が設けられている。端子幅変更部１４は、図３に示すように、電池要素３の端より延出している平坦な端子１３において、その延出方向とは直交する方向における両縁間の幅を一定の寸法ｃ１５で広げた部位である。

図３の形状のものを評価するため、寸法ｃ１５を１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，５ｍｍのそれぞれに変更した構造の４つのサンプルを作製した。

試験方法は、図２に示した形状例と同じように、恒温恒湿試験装置を用い、６０℃９０％ＲＨの雰囲気に５００時間放置した。

この試験において、寸法ｃ１５が１ｍｍのものは全数の５％以上で漏液が確認されたが、寸法ｃ１５が２ｍｍ以上のものでは漏液は確認されなかった。

本発明によるラミネートフィルム外装型二次電池は、電気自動車やハイブリッド自動車の駆動用電源として利用することができる。また本発明に係る電極端子の形状は、ラミネートフィルム外装型二次電池だけでなく、ラミネート型リチウムイオンキャパシターの構造でも利用が可能である。

１ ラミネートフィルム外装型二次電池
２ ラミネートフィルム
３ 電池要素
４ 正極集電部
５ 負極集電部
６ 正極端子
７ 負極端子
８ フィルム熱融着部
９ 溶接部
１０ 端子の凸部
１１ 寸法ａ
１２ 寸法ｂ
１３ 端子
１４ 端子幅変更部
１５ 寸法c

Claims (1)

1. 電池要素と、該電池要素を挟んで周縁部が熱融着された一対のラミネートフィルムと、該電池要素の両端部の夫々から前記ラミネートフィルムの熱融着された周縁部間を通って延出された正極および負極の端子と、前記熱融着された一対のラミネートフィルムで出来る空間にて前記電池要素に含浸させた電解液と、を備えたラミネートフィルム外装型電池において、
   前記端子は平坦な形状を有しており、前記ラミネートフィルムの周縁部が熱融着される部分の前記端子の両縁間の幅が前記電池要素からの前記端子の延出方向とは交差する方向に広がるように、該端子の縁より突出する形で矩形に形成された凸部を有し、前記幅が広がる方向における前記凸部の長さと前記端子の延出方向に沿った方向における前記凸部の長さがそれぞれ２ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とするラミネートフィルム外装型電池。