JP7154791B2 - 薄型電池 - Google Patents

Description

この発明は、ラミネートフィルムを外装体に用いた薄型電池に関する。

ラミネートフィルムを外装体に用いた薄型電池としては、例えば、長方形状のアルミニウムラミネートシートを筒状に屈曲し、重なり合う長手方向の両端部を熱融着した筒状体のアルミニウムラミネートシート内に、薄型扁平状の発電体が収容されて筒状体の２つの開口部が熱融着されて作製された薄型電池が知られている（例えば、特許文献１参照）。この薄型電池は、アルミニウムラミネートシート内に収容された矩形状の発電体のいずれかの面と対向する位置に、重ね合わせて熱融着された部位が配置されている。そして、矩形状をなす発電体の外周部において、平行な２対の辺をなす縁のうちの一方は、アルミニウムラミネートシートが屈曲された屈曲部が配置され、他方は筒状体の２つの開口部側に配置され、アルミニウムラミネートシートが重ねられて融着されている。

特開平１１－２１９６８９号公報

上記薄型電池は、筒状体の開口部が融着された部分の両端は、アルミニウムラミネートシートが、薄型扁平状の発電体の一方の面側から他方の面側に折り返されて重ねられている部分なので、アルミニウムラミネートシートの弾性により互いの間隔が広がりやすく十分に融着できない虞がある。また、アルミニウムラミネートシートの弾性に抗するような、より大きな力にて折り曲げた場合には、アルミニウムが損傷し電解液の液漏れが生じる虞があるという課題がある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外装体を折り返した部位を融着した融着部を有しつつも液漏れが生じ難い薄型電池を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するために本発明の一態様に係る薄型電池は、正極と負極とがセパレータを介して積層された扁平形状の電極体と、電解質と、が金属箔を含むラミネートフィルムでなる外装体内に収容され、前記外装体の端部が融着により密封される薄型電池であって、前記外装体は、一方の面側から他方の面側に折り返されて前記電極体の縁に沿う折り返し部を有し、前記折り返し部は、前記電極体の縁に沿う方向における両端部にて前記電極体の外側で前記外装体が対向する部位に、熱溶融性を有する合成樹脂製の融着片が介装されて融着される樹脂介装融着部を有することを特徴とする薄型電池である。

かかる薄型電池において、前記電極体は、矩形状をなしており、前記外装体は、前記電極体の４つの辺のうちの１つの辺をなす前記縁に前記折り返し部が配置され、他の３つの辺より前記電極体の外側にて重なる部位が融着により密封されているものとすることができる。

かかる薄型電池において、前記融着片は、ポリプロピレン製とすることができる。

かかる薄型電池において、 前記正極と前記負極とにはタブリードが取り付けられており、前記融着片は、前記タブリードが備えるタブフィルムとすることができる。

本発明によれば、外装体を折り返した部位を融着した融着部を有しつつも液漏れが生じ難い薄型電池を提供することが可能である。

本発明の一実施形態にかかる薄型電池の外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる薄型電池の構成を示す斜視図である。 図１におけるＡから見たときの融着状態を示す模式図である。 未融着空間を説明する模式図である。 発生するクラックを説明する模式図である。 本発明にかかる薄型電池の変形例の外観を示す斜視図である。 図６におけるＢから見たときの融着状態を示す模式図である。

本発明の一実施例について、以下に添付図面を参照しつつ説明する。
＜薄型電池の構成＞
本発明の一実施形態に係る薄型電池１は、例えば、一次電池、二次電池などの形態として、ラミネートフィルムにより形成される外装体内に扁平矩形状の電極体を電解液とともに密封した薄型電池である。

本発明の一実施形態に係る薄型電池１は、図１に示すように平板状の外観形状をなし、ラミネートフィルム２０により形成された外装体２により密封されている。

薄型電池１は、図２に示すように、外装体２内に、シート状の正極３とシート状の負極４とがセパレータ５を介して積層されてなる電極体６が電解液とともに封入されている。正極３は金属板や金属箔からなる正極集電体３ａの一主面に正極活物質を含んだ正極材料３ｂを配置したものであり、負極４は金属板や金属箔などからなる負極集電体４ａの一主面に負極活物質を含んだ負極材料４ｂを配置したものである。

電極体６は、正極３と負極４をそれぞれの電極材料（３ｂ、４ｂ）が対面するように、
セパレータ５を介して積層、圧着（あるいはセパレータ５に融着）されたものである。
正極３と負極４の各々の電極集電体（３ａ、４ａ）には、タブリード７が取り付けられている。タブリード７は実質的な電極端子板である金属板や金属箔などからなる帯状の端子リード７ａの延長途上に、熱融着性を有する絶縁樹脂製のタブフィルム７ｂが当該端子リード７ａを挟むように融着された構造をなしている。

帯状をなす端子リード７ａの一方の端部が正極３の電極端子板または負極４の電極端子板として外装体２の外側に露出し、他方の端部は正極集電体３ａまたは負極集電体４ａに超音波融着などの方法によって接続されている。

外装体２は、矩形状をなす１枚のラミネートフィルム２０から形成されており、電極体６の一方側の面から他方側の面に折り返され、折り返された一枚のラミネートフィルム２０の間に電極体６が配置されている。

ラミネートフィルム２０は、図３（ａ）に示すように、アルミ箔などの金属箔からなる基材２１の表裏に１層以上の樹脂層が積層された構造となっており、一方の面に例えばポリアミド樹脂などからなる保護層２２が積層され、他方の面には例えばポリプロピレンなどの熱融着性を有する熱融着層２３が積層された構造をなしている。

折り返された１枚のラミネートフィルム２０における屈曲する折り返し部２０ａは、矩形状をなす電極体６の４つの辺のうちの１つの辺をなす縁６ａに沿って配置され、電極体６の他の３つの辺をなす縁よりも外側にて重なる周縁領域２０ｂが熱圧着法により融着されて内部が密閉されている。

本実施形態の薄型電池１では、周縁領域２０ｂを融着する際に、折り返し部２０ａの電極体６の縁６ａに沿う方向における両端部にて電極体６の外側でラミネートフィルム２０が対向する部位に、熱溶融性を有する合成樹脂製の融着片８が介装されて融着された樹脂介装融着部２ａを有している。本実施形態では、熱溶融性を有する合成樹脂製の融着片８として、たとえば、ラミネートフィルム２０の熱融着層と同一素材のポリプロピレンにて形成されている。

＜薄型電池の製造方法＞
本実施形態の薄型電池１を製造する場合には、長方形状をなす１枚のラミネートフィルム２０を、熱融着層側を内面として配置し、長手方向における一方側に偏らせて電極体６を配置する。このとき、電極体６の４辺のうちの一辺をなす縁６ａが、長手方向の中央に位置すると共に長手方向と直交するように電極体６を配置する。

次に、ラミネートフィルム２０において電極体６が配置されていない側の部位を電極体６側に折り返し、折り返されて対面するラミネートフィルム２０により電極体６が挟まれる。このとき、図３（ａ）に示すように、ラミネートフィルム２０の折り返し部２０ａの、電極体６の縁６ａに沿う方向における両端部には、折り返されたラミネートフィルム２０間に融着片８を挿入する。

次に、互いに対面するラミネートフィルム２０の周縁領域２０ｂを融着片８と共にヒートバー９により熱圧着して扁平袋状の外装体２に成形し、図３（ｂ）に示すように、折り返し部２０ａの周縁領域２０ｂに樹脂介装融着部２ａを備えた薄型電池１が完成する。なお、この熱圧着に際し、外装体２の周縁領域２０ｂには、ラミネートフィルム２０の縁より端子リード７ａを突出させたタブリード７のタブフィルム７ｂをラミネートフィルム２０と共に熱融着する。これにより端子リード７ａに融着されているタブフィルム７ｂがラミネートフィルム２０の熱融着層２３に融着される。

＜本実施形態にかかる薄型電池による効果＞
本実施形態の薄型電池１によれば、外装体２は、折り返し部２０ａにおいて、電極体６の縁６ａに沿う方向における両端部に融着片８が介装されて融着された樹脂介装融着部２ａを有している。このため、折り返し部２０ａがラミネートフィルム２０の弾性により、対面するラミネートフィルム２０の端部同士が近接しにくい場合であっても、間に介装された融着片８が、ラミネートフィルム２０の端部同士の間を埋めるように溶融されるので、折り返し部２０ａに、図４に示すような未融着空間Ｓが形成されることなく、折り返し部２０ａの周縁領域２０ｂをより確実に密封することが可能である。

また、融着片８を介装することによりラミネートフィルム２０の屈曲が緩やかになり、ラミネートフィルム２０の弾性に抗するような、より大きな力にてラミネートフィルム２０を折り曲げる必要もない。このため、図５に示すように、ラミネートフィルム２０の基材をなすアルミ箔などの金属箔にクラックＣが生じるなど損傷することはないので電解液の液漏れの発生を防止することが可能である。

また、外装体２は、電極体６の４つの辺のうちの１つの辺をなす縁６ａに沿う折り返し部２０ａを除き、他の３つの辺より電極体６の外側にて重なる周縁領域２０ｂを融着により密封している。このため、たとえば、２枚のラミネートフィルム間に電極体が挟まれて四周が融着されて形成される薄型電池より、折り返し部２０ａの分だけ融着される周辺領域を小さくすることが可能である。このため、同一面積に配置可能な電極体６の大きさを大きくすることができるので、よりエネルギー密度が高い薄型電池１を提供することが可能である。

また、融着片８をラミネートフィルム２０の熱融着層と同一素材のポリプロピレン製としたので、溶融温度が同じであり互いに溶融しやすいので、より確実に密封することが可能である。

＜薄型電池の変形例＞
上記実施形態においては、ラミネートフィルム２０の折り返し部２０ａの、電極体６の縁６ａに沿う方向における両端部に融着片８を挿入して樹脂介装融着部２ａを形成する例について説明したが、これに限るものではない。たとえば、図６、図７に示すように、外装体２の周縁領域２０ｂにてラミネートフィルム２０の縁より突出させて熱融着される端子リード７ａのタブフィルム７ｂを一方の端部に配し、他方の端部に融着片８を挿入して、タブフィルム７ｂにより樹脂介装融着部２ａを形成しても構わない。

上記実施形態においては、電極体６の１つの辺をなす縁６ａに沿ってラミネートフィルム２０を折り返して三方を融着する薄型電池１を例に挙げて説明したが、これに限るものではない。例えば、ラミネートフィルムを長手方向の端部同志を重ね合わせて熱融着した筒状体のラミネートフィルム内に電極体を収容して筒状体の２つの開口を熱融着して作製される薄型電池であってもよい。この場合には、矩形状をなす発電体の外周部において平行な一対の辺をなす２つの縁に沿ってラミネートフィルムの折り返し部が形成されるので、電極体の四隅に位置する各折り返し部の融着部分に融着片を挿入、または、タブフィルムを配置して融着することにより樹脂介装融着部を形成する。

＜効果の確認＞
以下、本発明の薄型電池１について効果を確認した実験の結果を示す。
本実験においては、本発明の実施形態のサンプルと２つの比較サンプルとでエネルギー密度と折り返し部２０ａからの液漏れの有無について検証した。比較サンプル１は、折り返し部を有しておらず四方が融着されている外装体を有する薄型電池であり、比較サンプル２は、折り返し部を有して三方が融着されている外装体を有し、折り返し部に融着片が介装されていない薄型電池である。

本実験では、上記実施形態の薄型電池（以下、実施サンプルという）１、すなわち、折り返し部を有して三方が融着されている外装体を有し、折り返し部に融着片が介装されている薄型電池１と、上記２種類の比較サンプルの薄型電池を各々６個ずつ製造し、各薄型電池におけるエネルギー密度と液漏れの有無を確認した。

実施サンプルの仕様は、以下の通りである。
≪実施サンプルの仕様≫
＜正極＞
アルミニウム集電体の片面に、活物質であるＬｉ₂ＣｏＯ₂を９４重量部、導電材であるアセチレンブラックを３重量部、バインダであるＰＶｄＦを３重量部で調整したスラリーを、片面目付量３２．５ｍｇ／ｃｍ²で塗布し、乾燥・プレス後５０ｍｍ×３０ｍｍ（端子溶接部を除く）で切り出して正極電極とした。
＜負極＞
銅集電体の片面に、グラファイトを１００重量部、増粘剤であるＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）を１．５重量部、バインダであるＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）を３．０重量部の組成に調整したスラリーを片面目付量１３．０ｍｇ／ｃｍ²で塗布し、乾燥・プレス後５２ｍｍ×３２ｍｍ（端子溶接部を除く）で切り出して負極電極とした。
＜セパレータ＞
厚さ３５μｍのセルロース製不織布（市販品）を使用した。

＜セルの作成＞
まず、正極、セパレータ、負極の順に積層し、積層体でなる電極体を作製した。
次に、作製した電極体を、外装材をなし２つに折り返されたアルミラミネートフィルムの間に挿入し、セルを組み立てた。
最後に、アルミラミネートフィルムの封止幅を５ｍｍとして、表面にＰＴＦＥシートを配置した１８０℃のヒートバーにて、三辺を封止してセルを作製した。このとき、電極端子板をなすタブリードのタブフィルムを折り返し部に密着させる形で封止を行い、もう一方の折り返し封止部においては、厚さ０．２ｍｍのポリプロピレンフィルムを５×５ｍｍに切断したフィルムを折り返し部に接着させた。また、セルの内部には、電解液(エチレンカーボネート、ジエチルカーボネートを重量比で１：２とした混合溶媒にＬｉＰＦ₆を１モル／Ｌの濃度で溶解した溶液)を注入し、減圧含浸後、真空封止した。
この時の電池サイズは、３７．５ｍｍ×６８．０ｍｍ×０．４２ｍｍ（タブ部を除く）であった。

＜特性評価＞
セルを、５０ｍＡの定電流でセル電圧が４．２Ｖになるまで充電し、その後４．２Ｖの定電圧を印加する定電流／定電圧充電を１時間行った。続いて、５ｍＡの定電流でセル電圧が２．５Ｖになるまで放電した。

≪比較サンプル１の仕様≫
＜正極＞実施サンプルと同様
＜負極＞実施サンプルと同様
＜セパレータ＞実施サンプルと同様
＜セルの作成＞
実施サンプルと同様に作製した電極体を、外装材をなす２枚のアルミラミネートフィルムの間に挿入してセルを組み立て、アルミラミネートフィルムの封止幅を５ｍｍとして、表面にＰＴＦＥシートを配置した１８０℃のヒートバーにて、四辺を封止してセルを作製した。
電解液の注入、及び、減圧含浸後の真空封止は実施サンプルと同様である。
この時の電池サイズは、４２．５ｍｍ×６８．０ｍｍ×０．４２ｍｍ（タブ部を除く）であった。
＜特性評価＞実施サンプルと同様

≪比較サンプル２の仕様≫
＜正極＞実施サンプルと同様
＜負極＞実施サンプルと同様
＜セパレータ＞実施サンプルと同様
＜セルの作成＞
電極端子板をなすタブリードのタブフィルムを折り返し部に密着させず、もう一方の折り返し封止部にポリプロピレンフィルムを接着していない点で、実施サンプルと相違する。
この時の電池サイズは、３７．５ｍｍ×６８．０ｍｍ×０．４２ｍｍ（タブ部を除く）であった。
＜特性評価＞実施サンプルと同様

実験の結果を表１に示す。
＜表１＞

＜表１における比較サンプル１と実施サンプル及び比較サンプル２との比較より＞
同じ電極を使用している為、いずれのセルも容量は同じであるが、比較サンプル２及び実施サンプルにおいては、アルミラミネートフィルムを折り返し構造とし三方を融着したので、一辺分の融着領域がなくなることにより、電池面積が減少し、セルとしてのエネルギー密度は約１３％増加したことが確認された。

＜表１における実施サンプルと比較サンプル２との比較より＞
表１より比較サンプル２では折り曲げ封止部からの液漏れが見られたが、実施サンプルでは液漏れの発生は見られないことが確認された。

上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

１ 薄型電池、２ 外装体、２ａ 樹脂介装融着部、３ 正極、３ａ 正極集電体、
３ｂ 正極材料、４ 負極、４ａ 負極集電体、４ｂ 負極材料、５ セパレータ、
６ 電極体、６ａ 電極体の折り返し部側の縁、６ａ 電極体、７ タブリード、
７ａ 端子リード、７ｂ タブフィルム、８ 融着片、９ ヒートバー、
２０ ラミネートフィルム、２０ａ 折り返し部、２０ｂ 周縁領域、２１ 基材、
２２ 保護層、２３ 熱融着層、
Ｃ クラック、Ｓ 未融着空間、

Claims (3)

1. 正極と負極とがセパレータを介して積層された扁平形状の電極体と、電解質と、が金属箔を含むラミネートフィルムでなる外装体内に収容され、前記外装体の端部が融着により密封される薄型電池であって、
   前記電極体は、矩形状をなしており、
   前記外装体は、一方の面側から他方の面側に折り返されて前記電極体の縁に沿う折り返し部を有し、
   前記折り返し部は、前記電極体の４つの辺のうちの１つの辺をなす前記縁に配置され、前記電極体の縁に沿う方向における両端部にて前記電極体の外側で前記外装体が対向する部位に、熱溶融性を有する合成樹脂製の融着片が介装されて融着される樹脂介装融着部を有しており、
   前記４つの辺のうちの前記１つの辺を除く３つの辺より前記電極体の外側にて、前記外装体の端部において重なる部位が融着されて前記外装体が密封されていることを特徴とする薄型電池。
2. 請求項１に記載の薄型電池であって、
   前記融着片は、ポリプロピレン製であることを特徴とする薄型電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の薄型電池であって、
   前記正極と前記負極とにはタブリードが取り付けられており、
   前記融着片は、前記タブリードが備えるタブフィルムであることを特徴とする薄型電池。

Images