JPS6182662A - 偏平型非水電解液電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は熱融着性シール部材により各素電池を密封する
少なくとも一個の素電池から成る偏平型非水電解液電池
の改良に係るものである。

〔従来例の構成とその問題点］ 近年、各種電子機器の多様化に伴い、電池の形状も小形
化、更に薄型化へと多様化している。薄型化を実現する
為には発電要素の構成法も重要な課題であるが、電池或
いは素電池の密封方法もｍｍ重要な技術課題であり、従
来の円筒型電池やボタン型電池の如く、電池容器と電池
蓋の間にガスケットを介在させて電池容器の間口端の折
り曲げにより密封する方法では、容器や塁、及びガスケ
ットの薄肉化に限界が有り、通常１．０ｍｍ、試作的に
も１．Ｑｍｍ素電池厚みが７７ｒＩ型化の限界とされて
いる。そこで、ざらに電池を薄型化するための密封構造
として、通称゛シートバッテリー°、′ペーパーバッテ
リー°と呼ばれる電池に採用されているように、接首剤
もしくは熱融着性樹脂により平板状もしくはフｉルム状
の電池容器を密封する方法が１足案されている。この際
、技術的に重要な問題点は、電池が薄型化するにつれ、
正負極の極間距離が狭くなり、両極間の絶縁が確実に維
持された状態で密封を果すことが困難で、さらに小型、
薄型の電池となる程′、寸法精度の要求が厳しくなるた
め、これに応える寸法安定性を確保することが困難な点
にあった。又、係る小型、薄型の電池の発電要素として
は、当然、高エネルギー密度の系を選択すべきであり、
そのため、リチウムを負極とし、有機溶媒に無は塩を溶
解した非水電解液を用い、正極として二酸化マンガン、
フッ化黒鉛など各種固体活物質を用いた、いわゆる非水
電解液リチウム電池を採用するのが最良である。

然るに、これらの非水電解液は前述のごとく有機溶媒、
例えば、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート
、ディメトキシエタン、ディオキソラン、テトラヒドロ
フランなどエステル系、もしくはエーテル系の溶媒を用
いるため、シール部材として用いる接着剤や熱融着材や
ガスケットなどの樹脂材料は上記の溶媒に化学的に安定
なものを選択する必要があり、この条件を満たすものと
しては、ポリオレフィン系、シリコーン系、フッ素系な
どの樹脂に限定され、熱融着性、気密性などの条件を付
加して選択するとポリオレフィン系樹脂が最も適切とさ
れている。

次に従来の偏平型非水電解液電池の構成と問題点の口体
例を説明づる。

偏平型電池は保存による性能劣化を防止するため、偏平
な発電要素を包装材料で外装・密封して用いられるが、
特に非水電解液を用いる偏平な発電要素の場合、外気中
の水分の電池内への侵入や電解′ａ漏出による影響が大
きいため、その包装材料としては、水蒸気バリヤー性及
び耐漏出性、耐電解液性を考慮した第１図ならびに第２
図に示す多層フィルムが用いられてきた。

第１図は、表面材をなす耐熱性樹脂フィルム（１）とバ
リヤー性保持のためのアルミニウム箔（２）と耐右ｉ電
解液性でかつ正負極の集電体金属に対する熱接着が可能
な接着性樹脂層（３）と　　　′をｆｆ１ｆｆｌ一体化
した多層フィルムを示す。

また第２図は第１図に示す包装材料を改良したもので、
アルミニウム箔（２）と接着性樹脂（３〉との間にもう
一枚の樹脂フィルム（４）を配置したものである。この
樹脂フィルム（４）は、最内面の接着性樹脂層（３）よ
りも熱融着温度の高いト１詣で構成され、接着性樹脂（
３）が溶融した際にもアルミニウム箔（２）の露出を抑
制するものである。しかしこのような包装材料では次の
ような問題点があった。

その第一は偏平な発電要素を外装すべく、周囲で包装材
料同士を熱融着する工程において、最内面の接着性樹脂
層（３）にピンホールが発生し、このピンホールを通じ
て、包装材ｆｉＬ中のアルミニウム箔を餌蝕させること
である。

第二の問題点は、集電体金属と包装材料との熱接着時に
、集電体金属が内面の樹脂層や樹脂フィルムを破壊した
り、量適してアルミニウム箔（２）と接触し、異種金属
と電解液の作用により局部電池を形成することである。

この局部電池の形成により、集電体又はアルミニウム箔
（２）の一方が溶出したり、酸化したりする。特に包装
材料中のアルミニウム箔（２）が溶出すると、その溶出
部から有機電解液が然発したり、あるいは外気中の水分
の電池内部への浸入により、ガス発生を（ａいて電池不
良を発生したり、最悪の場合電池が破裂するという問題
があった。

（発明の目的） 本発明は上記従来例の問題点を解消し、水蒸気バリヤー
性、耐漏液性、耐電解液性と共に、金属の露出や局部電
池の形成のない偏平型非水電解液電池を提供することを
目的とする。

〔発明の構成〕

」二記目的を達成するために、本発明は、合成樹脂と電
気絶縁性無機質被膜のみを材料とする多層包装十オ料に
よって少なくとも一つの発電要素を外装して成ることを
ＩＪＩ徴どり−る部平型非水電解液電池を１２供する。

以下図面を認可しＣ本発明をより具体的に説明する１゜ 図面の第３図は本発明の一実施例における包装材１１の
断面図であり、１ｉｉ１熱性樹脂フイルム（１）と電気
絶縁性防湿性無機質連続被膜（５）を両面に蒸着した耐
熱性フィルム（６）から成る防湿層（７）と熱接着又は
熱融着性樹脂フィルム〈３）とから構成されている。又
第４図は本発明の別の包装材料の断面を示し、外側から
耐熱性樹脂フィルム（１）、両面に電気絶縁性防湿性無
機質連続被膜（５）を蒸着した耐熱性フィルム（６〉か
ら成る防湿層（７）、熱接着または熱融着性樹脂フィル
ム（３′）、両面に電気絶縁性防湿性無機質連続被膜（
５′）を蒸着した耐熱性フィルム（６−）から成る防湿
Ｍ　（７＝　）　、最内面の熱接着または熱融着性樹脂
フィルム（３〉の多朽構造としたものである。

耐熱性樹脂フィルム（１）は、熱融着性または熱接着性
樹脂フィルム（３）（３′）よりも少なくとも２０〜３
０℃以上好ましくは５０℃以上高い融点又は軟化点を有
するもので、防ｍＪＦｊ（７）（７′）と積層して電気
絶縁性無機買被Ｒ’Ａ　（５）（５′）のピンホール発
生や腐蝕を防ぐと共に、包装材料に熱接着作業性を与え
るもので、ポリニスデル、ナイロン′１のｐ７さ１２へ
・５０μ程度のものが使用できるが、これに特に限定さ
れない。電気絶縁性防湿ゼｌ被１１’ｌ（５）（５Ｍは
ポリエステル、ナイロン等のｆｆ４　、；’、ｉ性フィ
ルム（６）（６−）の片面または両面に１−酸化ケイ素
または一雅化ケイ素等の電気絶縁性、１ｌｊｊ機買を真
空蒸着法又はスパッタリング法により連続被膜として３
００オングストローム以上好ま（）くは５００オングス
トロ一ム以上被覆形成させたものである。この無機質被
膜（５）（５′）は電解液の外部への蒸発及び外部の水
分の電池系への浸入を防ぐと共に、、アルミニウム箔と
巽なり優れた電気絶縁性を有しており、内部電池形成に
よる腐蝕の恐れがない。耐熱性フィルム（６）＜６′）
は偏平型非水電解液電池の構成’ｔＡ料として薄いもの
が好ましいが、物理的強度、ならびに蒸着まｊこはスパ
ッタリング適性史には積層加工適性の面ぐ少くとも１０
μ以上のものが良い。なｄ５、長門保存性に必要なバリ
ヤー性が不足する場合には第４図に示すように防湿層を
更に多Ｆ１構造とすることで解決される。

次に熱接着または熱融着性樹脂フィルム（３）はエヂレ
ンーアクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重
合体及び亜鉛やナトリウム、カルシウム、マグネシウム
等の金属イオンで架橋されたエチレン−メタクリル酸共
重合体から選択される樹脂である。これは、電気絶縁性
防湿性無様質被膜（５）（５′）及び集電体金属である
ニッケル箔、硬質アルミニウム箔、ステンレススチール
箔あるいはチタン箔のいずれにも接着性を有し、かつ有
機電解液により膨潤劣化しない点で選定される。ちなみ
に通常のポリエチレン又はポリプロピレンにカルボキシ
ル呈を導入した樹脂では有機電解液存在下での無ぼ質被
膜への接着性が不安定であり、また金属及び無機質被膜
共に接着性を有するエチレン−酢酸ビニル共重合体の部
分ケン化物等では、有機電解液に対する耐性が不充分で
、長門間の保存により樹脂自体が膨潤劣化する危険があ
る。

最外腎の耐熱性樹脂フィルム（１）と防湿層（ア）とは
電１！！製造時に受ける熱に対して安定な接着剤又は接
着性フィルムで貼り合わせれば良いか、最内面の熱接着
または熱融着性樹脂フィルム（３）と防湿層（７）ある
いは防湿層＜７）　　（７′）同士の接着は接着剤を用
いずに、上記した三秤の熱接着又は熱融着ｔ’ｌ樹脂フ
ィルムを用いて熱接着または熱融前によって接芒する。

次に本発明の包装材料を用いて発電ｖ！ｉ素を外装した
偏平型電池の（１“４成例を第５図を参照して説明する
。二枚あるいは二つに折りたたんだ包装材料（８）に、
は正極宅電体及び負極集電体（１０）がそれぞれ熱融性
されている。この際の融着温度は１２０℃から１８０℃
である。ｉＥ極東集電（９）にはチタン、ステンレスス
チール、アルミニウムなどが用いられ、負皆ツミ電体（
１０）にはニッケル、ステンレススチールなどが用いら
れる。またそのｆつさは３０〜８０μである。正極合剤
層（１１）は正極活物７′ｔ、導電剤としてのカーボン
ブラック及結着剤から成る。正極活物質には二酸化マン
カンなどの金属酸化物や金属硫化物またはフッ１ヒ炭」
が使用される。結着剤はポリテトラフロロエチレンを用
いる。一方ｐＨ４（１２）にはリチウムなどのアルカリ
金属を用いる。Ｕパレータ（１３）はポリプロピレン不
織布である。電解液にはγ−ブヂロラクトン、ディメト
キシエタンのごとき非プロトン系で、高誘電率、低粘度
の有機溶媒に、ホウフッ化リチウム、過塩素酸リチウム
などの無機塩を溶解したものを用いる。この電解液はセ
パレータ（１３）に含浸されている。これら発電要素の
周囲は包装材料（８）同士で熱溶着される。その温度条
件は１２０〜１８０℃である。なお、正負極の端子は、
包装材料（８）に開けられた窓（１４）から露出してい
る正極集電体（９）と負極集電体く１０）が兼ねている
。

以下は本発明に係る包装材料を用いて電解液をγ−ブチ
ロラクトンとする発電要素を包装して成る電池を作成し
、保存前及び５０℃−９０％Ｒ１Ｈ１の条件下で４６日
間保存した後の包装材料の最内面の層と酸化ケイ素蒸着
層の接着強度の変化を見たものである。

Ｏ包装材ｒ１の層構成 ■厚さ２５μのポリエステルフィルム（ＰＥＴ）／接る
剤／酸化ケイ素を両面にＦ！、着した厚さ１２μのＰＥ
Ｔ／厚さ６０μの無水？レイン酸で変性したボリエヂレ
ン ■厚さ２５μのＰＥＴ／ＥＴ／／両面に酸化ケイ素を蒸
着した厚さ１２μのＰＥＴ／厚さ６０μのエチレン−ア
クリル酸共重合体 ■厚さ２５μのＰＥＴ／接着剤接着剤／両生ケイ素を蒸
着した厚さ１２μのＩ）　Ｅ　Ｔ　／厚さ６０μのエチ
レン−メタクリル酸共重合体 ■厚さ２５μのＰ’ＥＴ、、／接着剤／両面に酸化ケイ
素を蒸着した厚さ１２μのＰＥＴ／エチレン−メタクリ
ル酸共重合体を亜鉛イオンで架橋したアイオノマー（厚
さ６０μ） ■厚さ２５μのＰ　Ｅ　Ｔ　、、／接着剤／両面に酸化
ケイ素を蒸着した厚さ１２μのＰＥＴ／エチレン−酢酸
ビニル共重合体の部分ケン化物（厚さ６０μ）（以下余
白） なお、この実験においては吸湿による水素ガスの発生及
びこれによる極間の聞き、すなわち内部抵抗の増加が、
いずれの場合にも若干見られたが、第４図に示ずような
防湿層を多層とした包装材料を用いたところ、その程度
は大幅に減少し、充分実用に耐えるものであった。また
、第１図に示したアルミニウム箔を使用したものでは製
造直後で１０〜１３％、保存後では２０％近くが短絡し
。

不良品となっている。

〔発明の効果〕

以上のような実験結果及び説明から明らかなように、本
発明の電池では包装材料からアルミニウム泊が取り除か
れてて、導電性の素材が一切用いられていないために、
従来アルミニウム箔に起因していた短絡などの゛４池製
造上及び保存上のトラブルが皆無となると共に、防湿層
により気密、液密性が良好に保つことができる。更に電
極窓部での端子と包装材料との短絡等の問題もなくなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の嘔平型電池の包装材料を示す
断面図、第３図及び第４図は本発明に係る包装＋Ａ料の
断面図、第５図は偏平型非水電解液電池を示す断面図で
ある。 （１）・・・耐熱性樹脂フ、ｒルム （２）・・・アルミニウムｎ５ （３）・・・接着性樹脂層　　（４）・・・樹脂フィル
ム（５）（５Ｍ・・・電気絶縁性防湿性無機質被膜（６
）（６′）・・・耐熱性樹脂フィルム（７）（７′）・
・・防湿層（８）・・・包装材料（９）・・・正極集電
休 〈１０）・・・ｒ１極東雷休

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）合成樹脂と電気絶縁性無機質被膜のみを材料とする
   多層包装材料によつて少なくとも一つの発電要素を外装
   して成ることを特徴とする偏平型非水電解液電池。 ２）包装材料が外側から、耐熱性フィルム、電気絶縁性
   無機質被膜、熱接着または熱融着性フィルムの少なくと
   も三層構成から成る特許請求の範囲第１）項記載の偏平
   型非水電解液電池。 ３）電気絶縁性無機質被膜が合成樹脂フィルムに蒸着さ
   れた酸化ケイ素の被膜から成ることを特徴とする特許請
   求の範囲第１）項又は第２）項記載の偏平型非水電解液
   電池。