TWI389373B - 引線構件及其製法、與非水電解質蓄電裝置 - Google Patents

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Description

引線構件及其製法、與非水電解質蓄電裝置
本發明關於非水電解質蓄電裝置所使用的引線構件及其製法，以及使用其的非水電解質蓄電裝置。
隨著電子機器的小型化，要求作為電源的電池之小型化、輕量化。又，亦要求高能量密度化、高能量效率化，作為滿足如此要求者，對於鋰離子電池等的非水電解質電池之期待係愈來愈高。作為非水電解質電池，已知有將正極、負極及電解液收納在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋內，將連接於正極、負極的電極板之引線導體取出到外部的構造者(例如參照專利文獻1)。
第4(A)圖、第4(B)圖及第5圖係上述專利文獻1中所揭示的非水電解質電池之概略圖。此非水電解質電池係由一對引線1a、1b之取出部分各自被絕緣體3a、3b所覆蓋，由封入袋6的密封部分14取出到外部的形態之薄形構造所形成。封入袋6的周緣部之密封部分14係經由熱封而熱熔黏成為袋狀。於封入袋6內中，密封收納正極、負極、隔膜等與溶解在非水溶劑(例如有機溶劑)中的電解質(例如鋰化合物)之非水電解質介質。
第4(A)圖顯示第5圖之a-a箭號方向的截面。非水電解質電池係將正極11a及負極11b、隔膜12、非水電解介質13等收納於袋狀的封入袋6內，使連接於正極11a、負極11b的引線(引線構件)1a、1b成為密封狀態，取出到外 部的構造者。封入袋6係使用由在最內層薄膜7與最外層薄膜9之間，以三明治狀貼合至少由鋁等的金屬所成的金屬箔層8而成的密封性高之多層薄膜10所形成。
而且，於裁切成矩形狀的2片多層薄膜10之周邊的密封部分14，將最內層薄膜7彼此互相熔黏密封以成為袋狀的封入袋6。連接於正極11a、負極11b的引線之引線導體2a、2b係被絕緣體3a、3b所覆蓋，以便其取出部分對多層薄膜10的金屬箔層8不發生電性短路。絕緣體3a、3b係接著及密封於封入袋6的指定緣部。
覆蓋此引線導體2a、2b的取出部分之絕緣體3a、3b，係如第4(A)圖的b-b箭號方向之截面圖的第4(B)圖所示地，例如，由貼合有由馬來酸酐改性低密度聚乙烯或馬來酸酐改性低密度聚丙烯等的聚烯烴樹脂所成的熱塑性樹脂薄膜所形成的熱塑性層4、與由經交聯的低密度聚乙烯等的聚烯烴樹脂所成的交聯樹脂薄膜所形成的交聯層5之2層所形成。
此絕緣體3a、3b係在引線的引線導體2a、2b之取出部分，預先將絕緣體3a、3b的熱塑性層4加熱熔融而使密封接著後，夾入封入袋6的取出口內。然後，以熱封來封閉多層薄膜10的周邊之密封部分14。絕緣體3a、3b的交聯層5，因為係由在其熱封時的溫度不易熔融變形的材料所形成，故熱封之後，在引線的引線導體2a、2b與多層薄膜內的金屬箔層8之間，交聯層5殘留著，因此不必擔心引線導體2a、2b與金屬箔層8的電性短路。
又，正極11a及負極11b係在稱為集電體的金屬箔或金屬網等的金屬基材上形成有活性物質層的構造，引線導體2a、2b係連接於電極基材之電極板。此連接係可利用點焊或超音波熔接等。
專利文獻1：日本發明公開：特開2001-102016號公報
設於引線導體2a、2b之取出部分的絕緣體3a、3b，通常如第4圖所說明地，係由貼合用於形成熱塑性層4的熱塑性樹脂薄膜與用於形成交聯層5的交聯樹脂薄膜所形成。此等樹脂薄膜係難以薄地擠壓成形，通常貼合以50μm左右之厚度所形成的熱塑性樹脂薄膜與交聯樹脂薄膜，厚度之合計成為100μm左右。絕緣體的厚度若厚，則引線的柔軟性係不充分，在絕緣體之邊端與多層薄膜之間會形成間隙，引線與封入袋的閉封係不充分，水分會侵入封入袋內。
又，上述專利文獻1中亦揭示在引線導體上，以熱熔黏來貼上一層熱塑性樹脂薄膜後，從此熱塑性樹脂薄膜的外側，以透過距離成為比薄膜厚度還小的方式，照射經控制的電子線，而形成交聯層，但熱塑性樹脂薄膜的厚度係沒有講明。
本發明之目的為提供彎曲性良好，可防止水分的侵入之非水電解質蓄電裝置中所使用的引線構件及其製法，以及非水電解質蓄電裝置。
本發明的引線構件係使用於非水電解質蓄電裝置，該非水電解質蓄電裝置係在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋體中收納有電極體與非水電解質介質，其特徵為具備連接於前述電極體的引線導體、與接著於該引線導體的在前述封入袋體之內面所接著的絕緣體，前述絕緣體係由厚度20μm以上且40μm以下的一層樹脂薄膜夾持前述引線導體貼合而形成，其全體經交聯。
又，本發明的引線構件之製法係非水電解質蓄電裝置中所使用的引線構件之製造方法，該非水電解質蓄電裝置係在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋體中收納有電極體與非水電解質介質，其特徵為在連接於前述電極體的引線導體上，將由厚度20μm以上且40μm以下的一層樹脂薄膜所成的絕緣體以夾持前述引線導體的方式進行貼合及被覆後，以電離輻射線照射前述絕緣體全體而進行交聯。
另外，本發明的非水電解質蓄電裝置係在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋體中收納有電極體與非水電解質介質，其特徵為具備上述本發明的引線構件。
依照本發明，可減薄引線構件的絕緣體之厚度，與習知者相比，可提高引線構件的柔軟性。又，由於絕緣體對引線導體的接著性良好，而且藉由交聯可提高絕緣體的耐熱性，故可抑制絕緣體的形狀變化。因此，可使良好地密接於封入袋體的薄膜。藉此，提高自封入袋體取出引線構 件的部分之密閉性，故可防止水分的侵入。再者，於形成絕緣體的樹脂薄膜時，不必要貼合熱塑性層與交聯層，故可消除貼合的界面之剝離或微龜裂所致的可靠性降低之可能性。又，可實現蓄電裝置的小型化、薄型化。
 實施發明的最佳形態
藉由圖式來說明本發明的實施形態之例。本發明的非水電解質電池，係如第1圖之一例所示地，為一對引線構件21a、21b的引線導體22a、22b的取出部分各自被絕緣體23a、23b所覆蓋，由封入袋6的密封部分14取出到外部的形態之薄形構造，外觀上係與習知者大致相同的形狀。
作為收納電極體、非水電解質介質等的封入袋體之封入袋6，例如係將2片薄膜的周緣部進行熱封而成為密封部分14的袋狀者。於封入袋6內，密封收納有正極、負極、隔膜等與溶解在非水溶劑(例如有機溶劑)中的電解質(例如鋰化合物)之非水電解質介質(電解液)。引線構件21a、21b，為了對外部作電性連接，係由密封部分14取出，該取出部分係被絕緣體23a、23b所被覆絕緣，與形成封入袋6的多層薄膜內之金屬箔層不發生電性接觸。
第2圖係本發明的非水電解質電池之概略圖，顯示從第1圖所示的封入袋6之密封部分14的一部分，取出經絕緣體23a、23b所覆蓋的引線構件21a、21b之引線導體22a、22b到外部的構成。封入袋6係與前述第4圖之說明者 同樣地，在最內層薄膜7與最外層薄膜9之間，以三明治狀貼合至少由鋁等的金屬所成的金屬箔層8之多層薄膜10來形成，提高對於封入袋6內所收納的電解液之密封性。
又，封入袋6的多層薄膜10，例如係由3~5層的積層體所構成，於其最內層薄膜7中，作為適合於防止電解液從不溶解電解液的密封部分14漏出者，可使用聚烯烴樹脂(例如：馬來酸酐改性低密度聚乙烯、馬來酸酐改性低密度聚丙烯)。最外層薄膜9，由於係用於保護內側的金屬箔層8防止外傷，故由聚對酞酸乙二酯(簡稱PET)等所形成。
作為封入袋6內所收容的電解質，可使用在碳酸伸丙酯、碳酸伸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氫呋喃等的有機溶劑中溶解有LiClO4 、LiBF4 、LiPF6 、LiAsF6 等的電解質的非水電解液或鋰離子傳導性的固體電解質等。
電極體係由夾持隔膜12而對峙的正極11a與負極11b所構成，具有於稱為集電體的金屬箔或金屬網的金屬基材上形成活性物質層的構造。正極11a係由在鋁箔的電極導電體上形成由LiCoO2 等的還原氧化物粉末與導電劑的碳粉末及黏合劑的黏結劑所成的活性物質而構成。
負極11b係由在銅箔所成的電極導電體上形成由碳粉末與黏合劑的黏結劑所成的活性物質而構成。配設於正極11a與負極11b之間的隔膜12，係由保持電絕緣性且保持離子傳導性的聚烯烴系多孔膜所形成。
在正極11a、負極11b，藉由點焊或超音波熔接等來連接引線構件的引線導體22a、22b，於外部電性取出。連接於正極11a的引線導體22a，由於成為正的高電位，故較佳為以與電解液接觸不會發生溶解的方式，由與電極板同樣的鋁或鈦或此等的合金所形成者。連接於負極11b的引線導體22b，由於過充電而析出鋰，過放電而電位變高，故較佳以鋰不易腐蝕，難以形成與鋰的合金，且高電位不易溶解的與電極板同樣之銅或鎳或此等的合金所形成者。
覆蓋引線構件的引線導體22a、22b之取出部分的絕緣體23a、23b，係貼合一層交聯薄膜25而形成。交聯薄膜25係在厚度方向中全體被交聯。交聯的程度係以凝膠分率來定義，凝膠分率若為20%以上，則可說是交聯。於交聯薄膜25的情況，凝膠分率未必要是100%。凝膠分率若為70%，則可說是充分交聯。此交聯薄膜25之內側部分係接著於引線導體22a、22b而一體化，外側部分係接著於封入袋6的最內層薄膜7，密封封閉引線導體22a、22b的取出部分。
以上雖然以非水電解質電池之例來說明，但於電雙層電容器中，也可為與蓄電池同樣地使用電極體及非水電解質介質的構造，本發明亦可適用於如非水電解質電容器般的電雙層電容器。因此，於本發明中，以含非水電解質電池或非水電解質電容器的非水電解質蓄電裝置當作對象。
非水電解質電容器(省略圖示)，亦例如是將夾持隔膜而配設的一對電極體(藉由電壓施印加而分極為正極與負 極)浸漬在非水電解液中，收納於封入袋體等中而構成。作為非水系所用的代表性電解液，例如可舉出碳酸伸丙酯等。於電極體的電極材料中，使用活性碳或碳纖維，於進行用於提高比表面積的賦活處理後，混合導電材或交聯材，成形為片狀。而且，於此片狀的活性碳接合金屬基材而成為電極體，上述引線構件的引線導體係連接於金屬基材。
第3圖係說明上述引線構件21a、21b的概略及其製法之一例，第3(A)圖顯示以絕緣體23a、23b覆蓋引線導體22a、22b的取出部分之狀態的外觀。此引線構件21a、21b係可以第3(B)圖～第3(D)圖所示的方法來製造。
首先，如第3(B)圖所示地，例如以絕緣體23a、23b來夾持被覆厚度0.1mm、寬度5.0mm左右的平形形狀之引線導體22a、22b的兩面。作為絕緣體23a、23b的基材，使用厚度40μm以下的矩形狀之樹脂薄膜片23。作為此樹脂薄膜片23，例如可使用熱塑性聚烯烴樹脂薄膜等，較佳為酸改性聚丙烯薄膜或酸改性低密度聚乙烯薄膜，熔點120℃~160℃左右者。接著，如第3(C)圖所示地，樹脂薄膜片23例如可邊藉由加熱器加熱到150℃左右，邊推壓於引線導體22a、22b的表面，經由熱熔黏而接著一體化。
接著，如第3(D)圖所示地，對接著於引線導體22a、22b的樹脂薄膜片23之表面，照射電子線或加馬射線等的電離輻射線E以進行交聯。藉由電離輻射線E的照射，使樹脂薄膜片23在其厚度全體中被交聯而成為交聯薄膜25，提高對引線導體22a、22b的接著力。茲認為交聯薄膜 25係由於輻射線照射時的發熱而產生退火效果，提高接著力。
電離輻射線E的照射，為了使樹脂薄膜片23的全體進行交聯，必須充分的照射量，但若過度照射則樹脂會劣化，接著力或凝聚力會降低。藉由以不過度照射的程度使全體交聯，得到比部分交聯還優良的成品之照射條件範圍變廣，良率提高。
又，為了將樹脂薄膜片23交聯，必須預先添加交聯助劑。
作為交聯助劑，可例示丙烯酸或甲基丙烯酸的酯類、二乙烯基化合物、烯丙醇與丙烯酸或甲基丙烯酸的酯類等。具體地，可舉出乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等的丙烯酸或甲基丙烯酸的酯類；二乙烯基苯、二乙烯基吡啶等的二乙烯基化合物；馬來酸二芳酯、富馬酸二芳酯、氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三烯丙酯等的烯丙醇與丙烯酸或甲基丙烯酸的酯類等。
就交聯助劑的添加量而言，雖然添加量愈多，交聯度愈高，但由於耐熱老化性變差，故必須選擇最適合值，可為23重量%以下。
於本實施形態中，使用異氰尿酸三烯丙酯(日本化成(股)製的TAIC(註冊商標)等)，其添加量為0.5-10重量%。
又，電離輻射線E的照射條件，若以吸收線量來表示 ，則係50-200kGy。以100kGy當作中心值進行照射，但亦可為±30kGy左右的幅度。
若使用異氰尿酸三烯丙酯於交聯助劑，則在金屬與薄膜的界面，未反應的異氰尿酸三烯丙酯(油狀)會浮出而有接著力降低之虞(尤其照射量變少而異氰尿酸三烯丙酯殘留時)。因此，可使用非油狀的交聯助劑。例如，可舉出日立化成(股)的FA-731A(三(2-丙烯醯氧基乙基)異氰尿酸酯(凝固點45-55℃，常溫為固體)。FA-731A的添加量係5-20%左右，較佳為10-15%。若超過20%則難以混合。若低於5%，則與異氰尿酸三烯丙酯相比，凝膠分率變小。
即使常溫為液狀的交聯助劑，若分子量大者(寡聚物、預聚物)，則對表面的遷移變少。例如，於預聚物中，可例示聚丙二醇# 700丙烯酸酯(日立化成(股)的FA-P270A)。
上述絕緣體23a、23b的交聯薄膜25係與以往同樣地，良好地接著於引線導體22a、22b的表面而將引線導體密封。又，可藉由交聯來提高絕緣體的耐熱性，抑制絕緣體23a、23b的形狀變化，可熱熔黏於封入袋體的最內層薄膜而良好地密封封閉。
於本發明中，如上述地，由於絕緣體23a、23b係貼合一層樹脂薄膜(交聯薄膜25)而形成，故與以往貼合熱塑性樹脂薄膜與交聯的樹脂薄膜者相比，絕緣體的厚度可變小。一層樹脂薄膜的厚度可成為40μm以下。因此，貼合有二片樹脂薄膜的部分之長度為80μm以下。但是，於一層樹脂薄膜的厚度為20μm以下時，引線導體的金屬毛邊有 突破絕緣體之虞，而且從樹脂薄膜的製造容易性之點來看，宜為20μm以上。
又，藉由以一層樹脂薄膜(交聯薄膜25)來形成引線構件的絕緣體，不需要以往之貼合2片樹脂薄膜的步驟。結果，可減低成本，同時可消除貼合的界面之剝離、微龜裂所致的可靠性降低之可能性。又，藉由使絕緣體的厚度成為40μm以下的厚度，可提高引線構件的柔軟性，藉此提高對電子機器的設置、對電性接連的自由度，而且可實現蓄電裝置的小型化、薄型化。
雖然已經參照特定的實施態樣來詳細說明本發明，但明顯地熟習該項技術者在不脫離本發明的精神與範圍內，可加以各式各樣的變更或修正。
6‧‧‧封入袋
7‧‧‧最內層薄膜
8‧‧‧金屬箔層
9‧‧‧最外層薄膜
10‧‧‧多層薄膜
11a‧‧‧正極
11b‧‧‧負極
12‧‧‧隔膜
13‧‧‧非水電解質介質
14‧‧‧密封部分
21a、21b‧‧‧引線構件
22a、22b‧‧‧引線導體
23‧‧‧樹脂薄膜片
23a、23b‧‧‧絕緣體
25‧‧‧交聯薄膜
第1圖係本發明的非水電解質電池之一例的概略斜視圖。
第2圖係本發明的非水電解質電池之引線構件的概略圖，其為第1圖的a-a箭號方向之截面圖。
第3圖係本發明的引線構件之製法的概略圖。
第4圖係顯示習知技術的圖，其為第5圖的a-a箭號方向之截面圖。
第5圖係習知的非水電解質電池之一例的概略斜視圖。
6‧‧‧封入袋
7‧‧‧最內層薄膜
8‧‧‧金屬箔層
9‧‧‧最外層薄膜
10‧‧‧多層薄膜
11a‧‧‧正極
11b‧‧‧負極
12‧‧‧隔膜
13‧‧‧非水電解質介質
14‧‧‧密封部分
21a、21b‧‧‧引線構件
22a、22b‧‧‧引線導體
23a、23b‧‧‧絕緣體
25‧‧‧交聯薄膜

Claims (3)

  1. 一種引線構件，係使用於非水電解質蓄電裝置，該非水電解質蓄電裝置係在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋體中收納有電極體與非水電解質介質，其特徵為：具備連接於該電極體的引線導體、與接著於該引線導體的在該封入袋體之內面所接著的絕緣體，該絕緣體係由厚度20μm以上且40μm以下的一層樹脂薄膜夾持該引線導體所貼合而形成，其全體經交聯。
  2. 一種引線構件之製法，係非水電解質蓄電裝置中所使用的引線構件之製造方法，該非水電解質蓄電裝置係在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋體中收納有電極體與非水電解質介質，其特徵為：在連接於該電極體的引線導體上，將由厚度20μm以上且40μm以下的一層樹脂薄膜所成的絕緣體以夾持該引線導體的方式進行貼合及被覆，並經由熱熔黏而接著後，以電離輻射線照射該絕緣體全體而進行交聯。
  3. 一種非水電解質蓄電裝置，係在由含金屬箔層的多層薄膜所成的封入袋體中收納有電極體與非水電解質介質，其特徵為具備申請專利範圍第1項之引線構件。
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