JP2010003485A - リード部材、リード部材付非水電解質蓄電デバイス及びリード部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】形状保持性と信頼性とを両立できるリード部材、リード部材付非水電解質蓄電デバイス及びリード部材の製造方法を提供する。
【解決手段】
リード部材１０は、帯状の金属箔１１の長さ方向の中間部に、第一の絶縁フィルム１２が金属箔１１の一方の側面から接着され、第二の絶縁フィルム１３が金属箔１１の他方の側面から接着されて、第一の絶縁フィルム１２と第二の絶縁フィルム１３とが貼り合わされてなり、第一の絶縁フィルム１２の金属箔１１の長さ方向の一方の端部１２ａが、第二の絶縁フィルム１３の同側の端部１３ａからずらされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、包材で密閉した非水電解質蓄電デバイスに用いられるリード部材、そのリード部材付非水電解質蓄電デバイス及びリード部材の製造方法に関する。

携帯電話やデジタルオーディオプレーヤなどの小型電子機器に用いられるシート状非水電解質蓄電デバイス用リード線部材に関して、テープ状のオレフィン系樹脂フィルムを、リボン状金属の送り方向に直交して供給し、プレス機で加圧しつつ加熱することによりリボン状金属に接着する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２９７７４９号公報

小型電子機器に用いられる非水電解質蓄電デバイスには、正極、負極及び電解質媒体を包材で被覆し、リード部材をこの包材から一部突出させた状態として包材を密閉することにより製造されるものがある。このような非水電解質蓄電デバイスの場合、電子機器内の収納スペースへの収納のため、リード部材を折り曲げた状態で使用されることがある。

ところで、リード部材に貼る絶縁フィルムは絶縁性を確保する上である程度の厚さが必要である。このため、リード部材の絶縁フィルム位置での折り曲げは、加工性が悪く、また、絶縁フィルムの弾性によって折り曲げが元に戻ってしまうことがあり、形状保持性が悪かった。これに対して、リード部材を絶縁フィルムが無い金属箔の位置で折り曲げると、形状保持性は良いものの、金属箔が絶縁フィルムで保護されていないため、破断を生じる可能性があり、信頼性に劣ってしまう。

そこで、本発明の目的は、形状保持性と信頼性とを両立できるリード部材、リード部材付非水電解質蓄電デバイス及びリード部材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決することのできる本発明のリード部材は、帯状の金属箔の長さ方向の中間部に、第一の絶縁フィルムが前記金属箔の一方の側面から接着され、第二の絶縁フィルムが前記金属箔の他方の側面から接着されて、前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムとが貼り合わされてなるリード部材であって、
前記第一の絶縁フィルムの前記金属箔の長さ方向の一方の端部が、前記第二の絶縁フィルムの同側の端部からずらされていることを特徴とする。

また、本発明のリード部材付非水電解質蓄電デバイスは、本発明のリード部材が接続された正極及び負極が電解質媒体とともに包材で密封され、前記リード部材が前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムで前記包材に密着されてなるリード部材付非水電解質蓄電デバイスであって、
前記リード部材は、前記第一の絶縁フィルムの端部が前記包材から突出し、前記第二の絶縁フィルムの端部が前記包材から前記第一の絶縁フィルムよりも小さく突出しているかまたは前記包材の端部と同位置にあることを特徴とする。
なお、非水電解質蓄電デバイスとしては、例えばリチウムイオン電池等の非水電解質電池や電気二重層キャパシタ等の非水電解質キャパシタが挙げられる。非水電解質蓄電デバイスは、非水電解質媒体を備えており、非水電解質媒体としては、非水溶媒に電解質（例えばリチウム化合物）を溶解した非水電解液やポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド等からなる固体電解質が用いられる。

また、前記リード部材が、前記第二の絶縁フィルムの前記端部の位置で折り曲げられていることが好ましい。

また、本発明のリード部材の製造方法は、帯状の金属箔の長さ方向の中間部に、第一の絶縁フィルムを前記金属箔の一方の側面から接着し、第二の絶縁フィルムを前記金属箔の他方の側面から接着して、前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムとを貼り合わせるリード部材の製造方法であって、
前記第一の絶縁フィルムの前記金属箔の長さ方向の一方の端部を、前記第二の絶縁フィルムの同側の端部からずらして前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムとを貼り合わせることを特徴とする。

本発明によれば、第一の絶縁フィルムの金属箔の長さ方向の一方の端部が、第二の絶縁フィルムの同側の端部からずらされているので、金属箔と片側のみの絶縁フィルムとを折り曲げることが可能となる。よって、金属箔と両面側の絶縁フィルムとを折り曲げる場合と比べて加工性が良く、しかも、絶縁フィルムの弾性によって折り曲げが元に戻ることを抑制できる。また、金属箔のみを折り曲げる場合と比べて、絶縁フィルムによって金属箔が保護されているため、破断を抑制できる。これにより、形状保持性と信頼性とを両立できる。

以下、本発明の一実施形態について図１から図５を参照して説明する。
図１の（ａ）はリード部材を示す側面図であり、（ｂ）はリード部材を示す平面図、図２はリード部材付非水電解質蓄電デバイスを示す透過平面図、図３はリード部材付非水電解質蓄電デバイスを示す部分断面図、図４及び図５はリード部材付非水電解質蓄電デバイスを示すリード部材を折り曲げた状態の部分断面図である。

図１に示すように、リード部材１０は、帯状の金属箔１１と、この金属箔１１の長さ方向の中間部の両面側に配置される二枚の絶縁フィルム１２，１３とからなっている。リード部材１０は、金属箔１１の長さ方向の中間部に、第一の絶縁フィルム１２が金属箔１１の一方の側面から接着され、第二の絶縁フィルム１３が金属箔１１の他方の側面から接着されて、第一の絶縁フィルム１２と第二の絶縁フィルム１３とが貼り合わされてなるものである。

金属箔１１は、アルミニウム等の導電性金属材料からなっており、一定幅かつ一定厚さをなしている。例えば、金属箔１１の厚さは０．１ｍｍであり、幅は５ｍｍである。

絶縁フィルム１２，１３は、例えば、架橋ポリオレフィン樹脂からなる架橋層と、例えば、熱可塑性ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑層の２層構造とされている。そして、これらの絶縁フィルム１２，１３は、熱可塑層側を金属箔１１側として熱融着されることで相互に接着しかつ金属箔１１に接着する。

第一の絶縁フィルム１２は、幅及び厚さが一定であり、第二の絶縁フィルム１３も、幅及び厚さが一定となっている。両絶縁フィルム１２，１３は、幅及び厚さがそれぞれ同等となっている。また、両絶縁フィルム１２，１３の長さは、第一の絶縁フィルム１２の方が、第二の絶縁フィルム１３よりも長くなっている。例えば、第一の絶縁フィルム１２の厚さは０．１ｍｍ、長さは５ｍｍであり、第二の絶縁フィルム１３の厚さは０．１ｍｍ、長さは３〜５ｍｍである。

そして、これらの絶縁フィルム１２，１３を、それぞれの幅の中心位置を金属箔１１の幅の中心位置に合わせ、長さ方向の同じ側の端部１２ａ，１３ａの位置が互いに長さ方向にずれるように配置した状態で金属箔１１に接着し、第一の絶縁フィルム１２と第二の絶縁フィルム１３とを貼り合わせる。このとき、両絶縁フィルム１２，１３は、長さ方向同じ側の端部１２ａ，１３ａの位置が長さ方向にずれるようにして金属箔１１に接着される。なお、長さ方向逆側についても、長さ方向の同じ側の端部１２ｂ，１３ｂの位置を、長さ方向の一側と対称になるようにずらした状態としても良い。あるいは、長さ方向逆側については、長さ方向の同じ側の端部１２ｂ，１３ｂの位置を互いに一致させた状態としても良い。

第一の絶縁フィルム１２の端部１２ａと第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａをずらす量は、理論上は少しでも（０．１ｍｍでも）ずれていれば折り曲げ性は格段に良くなる。ただし、ずれ量が小さすぎると現実的には結局第一の絶縁フィルム１２の端部１２ａで金属箔１１のみが曲がってしまって断線する可能性が大きくなると考えられる。第一の絶縁フィルム１２が金属箔１１とともに折り曲げられることを考慮すると、絶縁フィルムの厚さの２倍以上両絶縁フィルム１２，１３の端部をずらすと第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａで金属箔１１が第一の絶縁フィルム１２とともに折り曲げられると考えられる。絶縁フィルムの厚さの５倍以上両絶縁フィルム１２，１３の端部をずらすと第一の絶縁フィルム１２とともに金属箔１１が折り曲げられることがさらに確実であり、断線の可能性がない。
一方、絶縁フィルムのずれが長くなれば、リード部材１０の折り曲げ部を絶縁フィルムが完全に覆ってしまうことになる。リード部材１０は機器の端子に接続されるが、端子の位置はリード部材１０の折り曲げ位置とされることが多い。したがって、絶縁フィルムが完全にリード部材１０を覆ってしまうと、その箇所は電気的接点とはならないので、端子の位置設計の自由度を下げてしまい好ましくない。絶縁フィルムのずれは５ｍｍ以下とするのが好ましい。

上記のように金属箔１１に絶縁フィルム１２，１３を接着して一体化された２本のリード部材１０が、図２に示すように、リード部材付非水電解質蓄電デバイス２０の端子として使用される。リード部材付非水電解質蓄電デバイス２０は、シート状のポリマー電池であり、正極２１、負極２２、隔膜２３及び電解質媒体２４が包材２５で密封されたものである。包材２５は、アルミニウムを樹脂でラミネートしたラミネート材からなる。一方のリード部材１０が正極２１に、他方のリード部材１０が負極２２にそれぞれ接続される。リード部材１０は、絶縁フィルム１２，１３の端部１２ｂ，１３ｂ側が、正極２１あるいは負極２２に接続される。そして、これらのリード部材１０が、包材２５から一端側が導出された状態で包材２５が熱融着で封止される。その際に、包材２５に対して、リード部材１０は絶縁フィルム１２，１３の位置で熱融着により接着される。

リード部材１０は、表裏の絶縁フィルム１２，１３の端部１２ａ，１３ａの位置が相違している。このことから、リード部材１０は、包材２５への接着時に、図３に示すように、第一の絶縁フィルム１２の端部１２ａが包材２５から突出し、第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａが包材２５から第一の絶縁フィルム１２よりも小さく突出するか、または、包材２５の端部と同位置となるように配置される（図示例は包材２５の端部と同位置となっている）。なお、正極２１に接続されるリード部材１０および負極２２に接続されるリード部材１０は、何れも、包材２５に対して厚さ方向の同じ側に第一の（長い方の）絶縁フィルム１２が配置され、第一の絶縁フィルム１２が包材２５から同じ長さ突出するように配置された状態で、包材２５に接着される。

そして、リード部材付非水電解質蓄電デバイス２０は、図４に示すように、リード部材１０が、第二の絶縁フィルム１３の長さ方向の外側の端部１３ａの位置となる折り曲げ位置Ｘで、第二の絶縁フィルム１３の配置側に折り曲げられて使用される。つまり、リード部材１０は、第一の絶縁フィルム１２の長さ方向の中間位置及び金属箔１１の長さ方向の中間位置が一緒に、第二の絶縁フィルム１３の側に折り曲げられて使用される。

以上に述べた本実施形態によれば、リード部材１０の両側の絶縁フィルム１２，１３の長さ方向のそれぞれ一方の端部１２ａ，１３ａの位置が、絶縁フィルム１２，１３の厚さの５倍以上長さ方向にずれている。そして、このようなリード部材１０が、第一の絶縁フィルム１２の端部１２ａが包材２５から突出し、第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａが包材２５から第一の絶縁フィルム１２よりも小さく突出するかまたは包材２５の端部と同位置となるようにリード部材付非水電解質蓄電デバイス２０に配置されている。このようなリード部材１０を、その第二の絶縁フィルム１３を折り曲げずに、金属箔１１と第一の絶縁フィルム１２とを折り曲げて使用する。折り曲げの内側には絶縁フィルムが存在しないので、金属箔１１と両側の絶縁フィルム１２，１３とを折り曲げる場合と比べて、絶縁フィルムの弾性によってリード部材１０の折れ曲がりが元に戻ってしまうことを抑制できる。また、折り曲げも容易となり、折り曲げ作業の作業性も向上できる。また、金属箔１１のみを折り曲げる場合と比べて、金属箔１１を折り曲げた外側を第一の絶縁フィルム１２によって保護できるため、リード部材１０の破断を抑制できる。したがって、形状保持性と信頼性とを両立できる。

また、リード部材１０が、第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａの位置で、第二の絶縁フィルム１３の側に折り曲げられている。このため、金属箔１１の折り曲げ側による折り曲げ部の外側を第一の絶縁フィルム１２で保護しつつ、折り曲げ部の内側を第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａで保護できる。

図５に示すように、リード部材１０が、第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａの位置で、第一の絶縁フィルム１２の側に折り曲げられていてもよい。折り曲げる部分に第一の絶縁フィルム１２しかなく第二の絶縁フィルム１３がないことに変わらないので折り曲げやすさ及び復元率は同様である。この場合、第一の絶縁フィルム１２が包材２５に接触するので、包材２５にバリがある場合も包材２５中の金属（アルミニウム）層にリード部材１０の金属箔１１が接触して短絡することがない。

なお、両絶縁フィルム１２，１３の全体が長さ方向に対称形状をなすようにすれば、金属箔１１を含めたリード部材１０の全体を長さ方向に対称形状とすることができる。すると、リード部材１０の包材２５への装着の向きの間違いをなくすことができる。なお、絶縁フィルム１２，１３は、長さ方向の一側の端部１２ａ，１３ａのみが上記のようにずれていても良く、この場合、ずれている側を外側にして包材２５に接着されることになる。

次に、本発明のリード部材、リード部材付非水電解質蓄電デバイス及びリード部材の製造方法に係る実施例について説明する。
図６は復元率試験を示す図、図７は屈曲耐久性試験を示す図、図８の（ａ）から（ｆ）はそれぞれリード部材付非水電解質蓄電デバイスの部分断面図である。

アルミニウム箔からなる厚さ０．１ｍｍの金属箔１１を５ｍｍ幅に切断し、厚さ０．１ｍｍの絶縁フィルム１２と、厚さ０．１ｍｍの絶縁フィルム１３とを熱融着してリード部材１０を作成した。

そして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。
復元率試験は、図６に示すように、リード部材１０を所定の折り曲げ位置Ｘで９０°折り曲げ、１分経過後に、戻った角度θを測定した。そして、復元率をθ／９０×１００（％）で算出し、復元率が１０％以下を合格とし、復元率が１０％を超えると不合格とした。なお、この復元率試験は、図９に示すように、リード部材１０を第一の絶縁フィルム１２の側に折り曲げて行ってもよい。

また、屈曲耐久性試験は、リード部材１０を、所定の折り曲げ位置Ｘで、図７に矢印（１）で示すように一方向に９０°折り曲げた後、図７に矢印（２）で示すように元に戻す。次に、図７に矢印（３）で示すように逆方向に９０°折り曲げた後、図７に矢印（４）で示すように元に戻す。以上のような往復の曲げ戻しを一回とし、これを６回繰り返して金属箔１１の破断の有無を確認した。金属箔１１に破断が生じなければ合格とし、金属箔１１に破断が生じた場合を不合格とした。

実施例１では、図８（ａ）に示すように、長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１２及び長さ４．５ｍｍの絶縁フィルム１３を用いた。第一の絶縁フィルム１２を包材２５の際から２．０ｍｍ突出させ、第二の絶縁フィルム１３を包材２５の際から１．５ｍｍ突出させた。そして、包材２５からの突出量が小さい第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａの位置を折り曲げ位置Ｘとして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。

また、実施例２では、図８（ｂ）に示すように、長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１２及び長さ４．０ｍｍの絶縁フィルム１３を用いた。第一の絶縁フィルム１２を包材２５の際から２．０ｍｍ突出させ、第二の絶縁フィルム１２を包材２５の際から１．０ｍｍ突出させた。そして、包材２５からの突出量が小さい第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａの位置を折り曲げ位置Ｘとして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。

また、実施例３では、図８（ｃ）に示すように、長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１２及び長さ３．５ｍｍの絶縁フィルム１３を用いた。第一の絶縁フィルム１２を包材２５の際から２．０ｍｍ突出させ、第二の絶縁フィルム１２を包材２５の際から０．５ｍｍ突出させた。そして、包材２５からの突出量が小さい第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａの位置を折り曲げ位置Ｘとして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。

また、実施例４では、図８（ｄ）に示すように、長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１２及び長さ３．０ｍｍの絶縁フィルム１３を用いた。第一の絶縁フィルム１２を包材２５の際から２．０ｍｍ突出させ、第二の絶縁フィルム１３を包材２５の際と一致させた。そして、包材２５からの突出量が小さい第二の絶縁フィルム１３の端部１３ａの位置を折り曲げ位置Ｘとして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。

また、比較例１は、図８（ｅ）に示すように、長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１２及び長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１３を用いた。第一の絶縁フィルム１２を包材２５の際から２．０ｍｍ突出させ、第二の絶縁フィルム１３も包材２５の際から２．０ｍｍ突出させた。そして、比較例１では、絶縁フィルム１２，１３の端部１２ａ，１３ａの位置を折り曲げ位置Ｘとして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。なお、この比較例１が従来構造である。

また、比較例２は、図８（ｆ）に示すように、長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１２及び長さ５．０ｍｍの絶縁フィルム１３を用いた。第一の絶縁フィルム１２を包材２５の際から２．０ｍｍ突出させ、第二の絶縁フィルム１３も包材２５の際から２．０ｍｍ突出させた。そして、比較例２では、包材２５の端部の位置を折り曲げ位置Ｘとして、復元率試験及び屈曲耐久性試験を行った。

以上の復元率試験及び屈曲耐久性試験の結果は、次表の通りである。

上記結果から明らかなように、実施例１〜４では、復元率試験がすべて合格（○）となり、屈曲耐久性試験もすべて合格（○）となった。
これに対して、比較例１では、復元率試験は合格であったものの、屈曲耐久性試験が不合格となった。
また、比較例２では、９０°屈曲させること自体が困難であり、復元率試験はθが大きく戻って不合格（×）となった。そして、屈曲耐久性試験は、９０°屈曲させることが困難なため測定不能であった。

以上の実施例１〜４から、第一の絶縁フィルム１２と第二の絶縁フィルム１３の長さ方向の端部１２ａ，１３ａの位置が、絶縁フィルム１２，１３の厚さ（０．１ｍｍ）の５倍（０．５ｍｍ）以上、長さ方向にずれていれば良いことが確認された。
上記の実施例では、絶縁フィルム１２，１３と包材２５とを密着（溶着）する部分の長さはいずれも３ｍｍであるが、包材２５中の電解質が外に漏れないためには、絶縁フィルム１２，１３と包材２５との密着（溶着）部分の長さを１ｍｍ以上とすればよい。第一の絶縁フィルム１２と第二の絶縁フィルム１３とが貼り合わされている部分の長さは絶縁フィルム１２，１３と包材２５との密着部分の長さ以上とする。

本発明に係るリード部材の実施形態の例を示すもので（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 本発明に係るリード部材付非水電解質蓄電デバイスの実施形態の例を示す透過平面図である。 図２のリード部材付非水電解質蓄電デバイスを示す部分断面図である。 図２のリード部材付非水電解質蓄電デバイスをにおけるリード部材を折り曲げた状態の部分断面図である。 図２のリード部材付非水電解質蓄電デバイスをにおけるリード部材を折り曲げた状態の部分断面図である。 復元率試験を示す図である。 屈曲耐久性試験を示す図である。 実施例および比較例におけるリード部材付非水電解質蓄電デバイスの部分断面図である。 復元率試験を示す別の図である。

符号の説明

１０：リード部材、１１：金属箔、１２：第一の絶縁フィルム、１３：第二の絶縁フィルム、１２ａ，１３ａ：一方の端部、２０：リード部材付非水電解質蓄電デバイス、２１：正極、２２：負極、２３：隔膜、２４：電解質媒体、２５：包材

Claims (4)

1. 帯状の金属箔の長さ方向の中間部に、第一の絶縁フィルムが前記金属箔の一方の側面から接着され、第二の絶縁フィルムが前記金属箔の他方の側面から接着されて、前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムとが貼り合わされてなるリード部材であって、
   前記第一の絶縁フィルムの前記金属箔の長さ方向の一方の端部が、前記第二の絶縁フィルムの同側の端部からずらされていることを特徴とするリード部材。
2. 請求項１に記載のリード部材が接続された正極及び負極が電解質媒体とともに包材で密封され、前記リード部材が前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムで前記包材に密着されてなるリード部材付非水電解質蓄電デバイスであって、
   前記リード部材は、前記第一の絶縁フィルムの端部が前記包材から突出し、前記第二の絶縁フィルムの端部が前記包材から前記第一の絶縁フィルムよりも小さく突出しているかまたは前記包材の端部と同位置にあることを特徴とするリード部材付非水電解質蓄電デバイス。
3. 前記リード部材が、前記第二の絶縁フィルムの前記端部の位置で折り曲げられていることを特徴とする請求項２に記載のリード部材付非水電解質蓄電デバイス。
4. 帯状の金属箔の長さ方向の中間部に、第一の絶縁フィルムを前記金属箔の一方の側面から接着し、第二の絶縁フィルムを前記金属箔の他方の側面から接着して、前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムとを貼り合わせるリード部材の製造方法であって、
   前記第一の絶縁フィルムの前記金属箔の長さ方向の一方の端部を、前記第二の絶縁フィルムの同側の端部からずらして前記第一の絶縁フィルムと前記第二の絶縁フィルムとを貼り合わせることを特徴とするリード部材の製造方法。

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