JP3687632B2 - 薄型電池 - Google Patents
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Description
【０００１】
【技術分野】
本発明は、電池外装内に発電要素が収容され、箔状の電極端子を有する薄型二次電池に関する。
【０００２】
【背景技術】
薄型電池は、小型軽量であるため、これを複数接続して組電池にすることで高電圧化および高容量化することができる（たとえば特開平９−２５９８５９号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、上記特開平９−２５９８５９号公報に開示された薄型電池では、正極端子や負極端子がアルミニウム箔や銅箔などの箔状端子で構成されていたため、この端子間を接続して組電池を構成すると、端子に作用する応力が端子と電池外装との接続部の線上に集中し、ここで電極端子が破断しやすいといった問題があった。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は、箔状電極端子の耐久性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、二枚のフィルム部材を封止して形成された電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁の、二枚のフィルム部材間から導出された薄型電池であって、前記電極端子が導出された前記電池外装の外周縁の、前記二枚のフィルム部材で前記電極端子を挟む部分が、当該電極端子の導出方向の直角方向に対して非直線状に形成されている薄型電池が提供される。
【０００６】
第１の観点による発明では、電池外装から電極端子を導出する際に、電池外装の外周縁を非直線状にすることで、電極端子に外力や変位が加わった場合、電池外装の外周縁の線上に、電極端子に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁の長さを長く設定することで、集中する応力や歪みを緩和する。すなわち、電池外装の外周縁を非直線にしておけば、外周縁の位置の電極端子に作用する応力や歪みは、長くなった分だけ分散し、これにより、電極端子の耐久性が向上し、延命することになる。
【０００９】
本発明の第２の観点によれば、二枚のフィルム部材を封止して形成された電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記二枚のフィルム部材の端部により被覆された薄型電池であって、前記フィルム部材の端部の一部が切り欠かれて前記電極端子の中央部のみが露出している薄型電池が提供される。
【００１０】
第２の観点による発明では、電池外装により電極端子を被覆し、電気的接続に必要な部分、特に電極端子の中央部だけ切り欠いて電極端子を露出させる。これにより、電極端子に作用する外力や変位は電池外装によっても支持できるので、電極端子の耐久性が著しく向上する。
【００１１】
また、本発明では、電極端子の電気的接続部分を除いて電池外装により被覆されているので、特に強電回路用電池として用いた場合などは、短絡をより確実に防止することができる。また、電極端子の中央部のみが露出し端縁は電池外装で被覆されているので鋭利なエッジによる他部品の損傷等が防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
第１実施形態
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【００１４】
まず図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装１０６と、下部電池外装１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３および電解質を特に発電要素１０９と称する。
【００１５】
なお、正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１，３枚のセパレータ１０２，１枚の負極板１０４でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【００１６】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１７】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。
【００１８】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【００１９】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００２０】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される、厚さが２５μｍ〜５０μｍの微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００２１】
なお、本発明に係るセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００２２】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０２との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅またはステンレスなどを挙げることができる。また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０４および負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
【００２３】
発電要素１０９は、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７により封止されている。これら上部電池外装１０６および下部電池外装１０７は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されている。特に、電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂フィルムを、電解質に対する耐薬品性に優れ、外周縁のヒートシール性にも優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂等により構成するとともに、中間にたとえばアルミニウム箔やステンレス箔などの可撓性及び強度に優れた金属箔を介在させ、電池外装１０６，１０７の外面を構成する樹脂フィルムを、電気絶縁性に優れたたとえばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等で構成することができる。
【００２４】
そして、これらの上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７によって、上述した発電要素１０９、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａおよび負極端子１０５の一部を包み込み、当該電池外装１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７の外周縁を熱融着などの方法により封止する。
【００２５】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【００２６】
同図に示されるように、封止された電池外装１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部電池外装１０６と下部電池外装１０７との接合部に隙間が生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と電池外装１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【００２７】
同様に、封止された電池外装１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子１０４および負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。このシールフィルムを介在させた例は、第４実施形態に挙げることとする。
【００２８】
図１（Ａ）に示すように、正極端子１０４および負極端子１０５のそれぞれを挟む部分における上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａは、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂから台形状に突出するように形成されている。ここで、図１（Ａ）に上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂを延長した直線を二点鎖線で示すが、正極端子１０４および負極端子１０５を挟み込む部分のみ非直線状に形成され、その外周縁１０６ａ，１０７ａが正極端子１０４および負極端子１０５の先端側へ突出する台形状に形成されている。
【００２９】
これにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁１０６ａ，１０７ａの長さが直線状とした場合より長く設定されているので、換言すれば、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａが非直線に設定されているので、集中する応力や歪みを分散して緩和することができる。
【００３０】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａで分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの延長部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００３１】
第２実施形態
図２は図１の正極端子１０４の部分に相当する他の実施形態を拡大して示す平面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４を挟む部分における上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａは、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂから山形状に突出するように形成されている。ここでも、図２に上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂを延長した直線を二点鎖線で示すが、正極端子１０４および負極端子１０５を挟み込む部分のみ非直線状に形成され、その外周縁１０６ａ，１０７ａが正極端子１０４および負極端子１０５の先端側へ突出する山形状に形成されている。
【００３２】
これにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁１０６ａ，１０７ａの長さが直線状とした場合より長く設定されているので、換言すれば、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａが非直線に設定されているので、集中する応力や歪みを分散して緩和することができる。
【００３３】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａで分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの延長部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００３４】
第３実施形態
図３は図１の正極端子１０４の部分に相当するさらに他の実施形態を拡大して示す平面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４を挟む部分における上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａは、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂから波形状に突出するように形成されている。ここでも、図２に上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂを延長した直線を二点鎖線で示すが、正極端子１０４および負極端子１０５を挟み込む部分のみ非直線状に形成され、その外周縁１０６ａ，１０７ａが正極端子１０４および負極端子１０５の先端側へ突出する波形状に形成されている。
【００３５】
これにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁１０６ａ，１０７ａの長さが直線状とした場合より長く設定されているので、換言すれば、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａが非直線に設定されているので、集中する応力や歪みを分散して緩和することができる。
【００３６】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａで分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの延長部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００３７】
第４実施形態
図４（Ａ）は図１の正極端子１０４の部分に相当する他の実施形態を拡大して示す平面図、同図（Ｂ）は正極端子１０４にシールフィルム１０８を装着した状態を示す平面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００３８】
本例では、正極端子１０４および負極端子１０５（同図には正極端子１０４のみを示す。）を上部電池外装１０６および下部電池外装１０７で挟み込んでヒートシールする際に、電極端子１０４，１０５の厚さ分だけの隙間が生じ、ここから電解質などが漏洩するおそれがあるため、この部分のシール性をより確実に行うために、柔軟性を有し、電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂フィルムとの馴染み性に優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、アイオノマー樹脂などの柔軟性及びヒートシール性に優れた材料からなるシールフィルム１０８が介装されている。このシールフィルム１０８は、同図（Ｂ）に示すように予め電極端子１０４，１０５側に貼り付けた状態で、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の間に挿入して、同時にヒートシールする。
【００３９】
ここで、シールフィルム１０８の先端側の外周縁１０８ａは上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の外周縁１０６ｂ，１０７ｂから突出するように設けられている。この突出させる長さやシールフィルム１０８の厚さ等は特に限定されないが、シールフィルム１０８の先端側の外周縁１０８ａを突出させることにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中しようとするが、シールフィルム１０８で被覆された電極端子１０４，１０５の基端領域１０４Ｘは、それより先端の先端領域１０４Ｙに比べて強度が高まり、これにより電極端子１０４，１０５の材料強度は、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂから先端側へシールフィルム１０８の突出した距離Ｌだけ離れたシールフィルム１０８の外周縁１０８ａを境にして低下することになる。すなわち、電極端子１０４，１０５の先端領域１０４Ｙの強度を強制的に下げることで、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの位置における電極端子１０４，１０５の強度を相対的に向上させる。
【００４０】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａとシールフィルム１０８の外周縁１０８ａとに分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００４１】
第５実施形態
図５（Ａ）は図１の正極端子１０４の部分に相当するさらに他の実施形態を拡大して示す平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、本例では上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の短辺側の両端部をそれぞれ延長し、正極端子１０４および負極端子１０５を当該上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の短辺側の両端部で被覆している。正極端子１０４および負極端子１０５は、この電池外装１０６，１０７の端部においてヒートシールされ、完全に被覆されるが、電力を取り出すための切り欠き部１０６ｃ，１０７ｃが、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７のそれぞれに形成されている。これにより、正極端子１０４および負極端子１０５の表裏それぞれの一部が露出するので、これにバスバーなどを接続して組電池などを構成する。
【００４２】
本例の薄型電池によれば、電池外装１０６，１０７により電極端子１０４，１０５の大部分が被覆されているので、電極端子１０４，１０５に作用する外力や変位は電池外装１０６，１０７によっても支持することができ、電極端子１０４，１０５の耐久性が著しく向上する。
【００４３】
また、本例では、電極端子１０４，１０５の電気的接続部分である切り欠き部１０６ｃ，１０７ｃを除いて電池外装１０６，１０７により被覆されているので、特に強電回路用電池として用いた場合などは、短絡をより確実に防止することができる。また、電極端子１０４，１０５の中央部に切り欠き部１０６ｃ，１０７ｃを形成し、電極端子１０４，１０５のコーナー端縁は電池外装１０６．１０７で被覆されているので、鋭利なエッジによる他部品の損傷等が防止できる。
【００４４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図、（Ｂ）はシールフィルムと電極端子を示す平面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第４実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電部
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装
１０６ａ…外周縁
１０６ｂ…一般外周縁
１０６ｃ…切り欠き部
１０７…下部電池外装
１０７ａ…外周縁
１０７ｂ…一般外周縁
１０７ｃ…切り欠き部
１０８…シールフィルム
１０８ａ…外周縁
１０９…発電要素
【技術分野】
本発明は、電池外装内に発電要素が収容され、箔状の電極端子を有する薄型二次電池に関する。
【０００２】
【背景技術】
薄型電池は、小型軽量であるため、これを複数接続して組電池にすることで高電圧化および高容量化することができる（たとえば特開平９−２５９８５９号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、上記特開平９−２５９８５９号公報に開示された薄型電池では、正極端子や負極端子がアルミニウム箔や銅箔などの箔状端子で構成されていたため、この端子間を接続して組電池を構成すると、端子に作用する応力が端子と電池外装との接続部の線上に集中し、ここで電極端子が破断しやすいといった問題があった。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は、箔状電極端子の耐久性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、二枚のフィルム部材を封止して形成された電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁の、二枚のフィルム部材間から導出された薄型電池であって、前記電極端子が導出された前記電池外装の外周縁の、前記二枚のフィルム部材で前記電極端子を挟む部分が、当該電極端子の導出方向の直角方向に対して非直線状に形成されている薄型電池が提供される。
【０００６】
第１の観点による発明では、電池外装から電極端子を導出する際に、電池外装の外周縁を非直線状にすることで、電極端子に外力や変位が加わった場合、電池外装の外周縁の線上に、電極端子に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁の長さを長く設定することで、集中する応力や歪みを緩和する。すなわち、電池外装の外周縁を非直線にしておけば、外周縁の位置の電極端子に作用する応力や歪みは、長くなった分だけ分散し、これにより、電極端子の耐久性が向上し、延命することになる。
【０００９】
本発明の第２の観点によれば、二枚のフィルム部材を封止して形成された電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記二枚のフィルム部材の端部により被覆された薄型電池であって、前記フィルム部材の端部の一部が切り欠かれて前記電極端子の中央部のみが露出している薄型電池が提供される。
【００１０】
第２の観点による発明では、電池外装により電極端子を被覆し、電気的接続に必要な部分、特に電極端子の中央部だけ切り欠いて電極端子を露出させる。これにより、電極端子に作用する外力や変位は電池外装によっても支持できるので、電極端子の耐久性が著しく向上する。
【００１１】
また、本発明では、電極端子の電気的接続部分を除いて電池外装により被覆されているので、特に強電回路用電池として用いた場合などは、短絡をより確実に防止することができる。また、電極端子の中央部のみが露出し端縁は電池外装で被覆されているので鋭利なエッジによる他部品の損傷等が防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
第１実施形態
図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【００１４】
まず図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装１０６と、下部電池外装１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３および電解質を特に発電要素１０９と称する。
【００１５】
なお、正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１，３枚のセパレータ１０２，１枚の負極板１０４でも発電要素１０９を構成することができる。必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【００１６】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１７】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。
【００１８】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【００１９】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００２０】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される、厚さが２５μｍ〜５０μｍの微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００２１】
なお、本発明に係るセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００２２】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０２との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅またはステンレスなどを挙げることができる。また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０４および負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
【００２３】
発電要素１０９は、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７により封止されている。これら上部電池外装１０６および下部電池外装１０７は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されている。特に、電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂フィルムを、電解質に対する耐薬品性に優れ、外周縁のヒートシール性にも優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂等により構成するとともに、中間にたとえばアルミニウム箔やステンレス箔などの可撓性及び強度に優れた金属箔を介在させ、電池外装１０６，１０７の外面を構成する樹脂フィルムを、電気絶縁性に優れたたとえばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等で構成することができる。
【００２４】
そして、これらの上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７によって、上述した発電要素１０９、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａおよび負極端子１０５の一部を包み込み、当該電池外装１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７の外周縁を熱融着などの方法により封止する。
【００２５】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【００２６】
同図に示されるように、封止された電池外装１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部電池外装１０６と下部電池外装１０７との接合部に隙間が生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と電池外装１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【００２７】
同様に、封止された電池外装１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子１０４および負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。このシールフィルムを介在させた例は、第４実施形態に挙げることとする。
【００２８】
図１（Ａ）に示すように、正極端子１０４および負極端子１０５のそれぞれを挟む部分における上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａは、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂから台形状に突出するように形成されている。ここで、図１（Ａ）に上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂを延長した直線を二点鎖線で示すが、正極端子１０４および負極端子１０５を挟み込む部分のみ非直線状に形成され、その外周縁１０６ａ，１０７ａが正極端子１０４および負極端子１０５の先端側へ突出する台形状に形成されている。
【００２９】
これにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁１０６ａ，１０７ａの長さが直線状とした場合より長く設定されているので、換言すれば、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａが非直線に設定されているので、集中する応力や歪みを分散して緩和することができる。
【００３０】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａで分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの延長部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００３１】
第２実施形態
図２は図１の正極端子１０４の部分に相当する他の実施形態を拡大して示す平面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４を挟む部分における上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａは、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂから山形状に突出するように形成されている。ここでも、図２に上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂを延長した直線を二点鎖線で示すが、正極端子１０４および負極端子１０５を挟み込む部分のみ非直線状に形成され、その外周縁１０６ａ，１０７ａが正極端子１０４および負極端子１０５の先端側へ突出する山形状に形成されている。
【００３２】
これにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁１０６ａ，１０７ａの長さが直線状とした場合より長く設定されているので、換言すれば、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａが非直線に設定されているので、集中する応力や歪みを分散して緩和することができる。
【００３３】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａで分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの延長部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００３４】
第３実施形態
図３は図１の正極端子１０４の部分に相当するさらに他の実施形態を拡大して示す平面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４を挟む部分における上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａは、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂから波形状に突出するように形成されている。ここでも、図２に上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の一般外周縁１０６ｂ，１０７ｂを延長した直線を二点鎖線で示すが、正極端子１０４および負極端子１０５を挟み込む部分のみ非直線状に形成され、その外周縁１０６ａ，１０７ａが正極端子１０４および負極端子１０５の先端側へ突出する波形状に形成されている。
【００３５】
これにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中するが、この外周縁１０６ａ，１０７ａの長さが直線状とした場合より長く設定されているので、換言すれば、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａが非直線に設定されているので、集中する応力や歪みを分散して緩和することができる。
【００３６】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａで分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの延長部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００３７】
第４実施形態
図４（Ａ）は図１の正極端子１０４の部分に相当する他の実施形態を拡大して示す平面図、同図（Ｂ）は正極端子１０４にシールフィルム１０８を装着した状態を示す平面図、同図（Ｃ）は同図（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【００３８】
本例では、正極端子１０４および負極端子１０５（同図には正極端子１０４のみを示す。）を上部電池外装１０６および下部電池外装１０７で挟み込んでヒートシールする際に、電極端子１０４，１０５の厚さ分だけの隙間が生じ、ここから電解質などが漏洩するおそれがあるため、この部分のシール性をより確実に行うために、柔軟性を有し、電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂フィルムとの馴染み性に優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、アイオノマー樹脂などの柔軟性及びヒートシール性に優れた材料からなるシールフィルム１０８が介装されている。このシールフィルム１０８は、同図（Ｂ）に示すように予め電極端子１０４，１０５側に貼り付けた状態で、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の間に挿入して、同時にヒートシールする。
【００３９】
ここで、シールフィルム１０８の先端側の外周縁１０８ａは上部電池外装１０６および下部電池外装１０７の接合部の外周縁１０６ｂ，１０７ｂから突出するように設けられている。この突出させる長さやシールフィルム１０８の厚さ等は特に限定されないが、シールフィルム１０８の先端側の外周縁１０８ａを突出させることにより、正極端子１０４や負極端子１０５に外力や変位が加わった場合、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａの線上に、電極端子１０４，１０５に作用する応力や歪みが集中しようとするが、シールフィルム１０８で被覆された電極端子１０４，１０５の基端領域１０４Ｘは、それより先端の先端領域１０４Ｙに比べて強度が高まり、これにより電極端子１０４，１０５の材料強度は、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂから先端側へシールフィルム１０８の突出した距離Ｌだけ離れたシールフィルム１０８の外周縁１０８ａを境にして低下することになる。すなわち、電極端子１０４，１０５の先端領域１０４Ｙの強度を強制的に下げることで、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの位置における電極端子１０４，１０５の強度を相対的に向上させる。
【００４０】
したがって、本例の薄型電池１０を複数積層してバスバーなどを用いて接続し、組電池を構成した場合、正極端子１０４および負極端子１０５に外力や変位が加わったとき、当該正極端子１０４および負極端子１０５に作用する応力や歪みは、電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ａ，１０７ａとシールフィルム１０８の外周縁１０８ａとに分散されることになる。この結果、従来の構造では電池外装１０６，１０７の外周縁１０６ｂ，１０７ｂの部分で破断したものが、同じ耐久繰り返し回数では破断することがなくなり、総合的に寿命が延びることになる。
【００４１】
第５実施形態
図５（Ａ）は図１の正極端子１０４の部分に相当するさらに他の実施形態を拡大して示す平面図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、本例では上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の短辺側の両端部をそれぞれ延長し、正極端子１０４および負極端子１０５を当該上部電池外装１０６と下部電池外装１０７の短辺側の両端部で被覆している。正極端子１０４および負極端子１０５は、この電池外装１０６，１０７の端部においてヒートシールされ、完全に被覆されるが、電力を取り出すための切り欠き部１０６ｃ，１０７ｃが、上部電池外装１０６および下部電池外装１０７のそれぞれに形成されている。これにより、正極端子１０４および負極端子１０５の表裏それぞれの一部が露出するので、これにバスバーなどを接続して組電池などを構成する。
【００４２】
本例の薄型電池によれば、電池外装１０６，１０７により電極端子１０４，１０５の大部分が被覆されているので、電極端子１０４，１０５に作用する外力や変位は電池外装１０６，１０７によっても支持することができ、電極端子１０４，１０５の耐久性が著しく向上する。
【００４３】
また、本例では、電極端子１０４，１０５の電気的接続部分である切り欠き部１０６ｃ，１０７ｃを除いて電池外装１０６，１０７により被覆されているので、特に強電回路用電池として用いた場合などは、短絡をより確実に防止することができる。また、電極端子１０４，１０５の中央部に切り欠き部１０６ｃ，１０７ｃを形成し、電極端子１０４，１０５のコーナー端縁は電池外装１０６．１０７で被覆されているので、鋭利なエッジによる他部品の損傷等が防止できる。
【００４４】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池の全体を示す平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図である。
【図４】（Ａ）は本発明の第３実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図、（Ｂ）はシールフィルムと電極端子を示す平面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の第４実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電部
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装
１０６ａ…外周縁
１０６ｂ…一般外周縁
１０６ｃ…切り欠き部
１０７…下部電池外装
１０７ａ…外周縁
１０７ｂ…一般外周縁
１０７ｃ…切り欠き部
１０８…シールフィルム
１０８ａ…外周縁
１０９…発電要素
Claims (10)
- 二枚のフィルム部材を封止して形成された電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁の、二枚のフィルム部材間から導出された薄型電池であって、前記電極端子が導出された前記電池外装の外周縁の、前記二枚のフィルム部材で前記電極端子を挟む部分が、当該電極端子の導出方向の直角方向に対して非直線状に形成されている薄型電池。
- 前記電極端子が導出された電池外装の外周縁の、前記二枚のフィルム部材で前記電極端子を挟む部分のみが、略台形状に形成されている請求項１記載の薄型電池。
- 前記電極端子が導出された電池外装の外周縁の、前記二枚のフィルム部材で前記電極端子を挟む部分のみが、略山形状に形成されている請求項１記載の薄型電池。
- 前記電極端子が導出された電池外装の外周縁の、前記二枚のフィルム部材で前記電極端子を挟む部分のみが、略波形状に形成されている請求項１記載の薄型電池。
- 二枚のフィルム部材を封止して形成された電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記二枚のフィルム部材の端部により被覆された薄型電池であって、前記フィルム部材の端部の一部が切り欠かれて前記電極端子の中央部のみが露出している薄型電池。
- 前記電池外装両面それぞれを構成する二枚のフィルム部材の一部がそれぞれ切り欠かれて前記電極端子の両面の中央部のみが露出している請求項５記載の薄型電池。
- 前記発電要素の正極活物質がリチウム成分を含む請求項１乃至６の何れかに記載の薄型電池。
- 前記発電要素の正極活物質がマンガン酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを含む請求項７記載の薄型電池。
- 前記発電要素の負極活物質が非晶質炭素を含む請求項７または８記載の薄型電池。
- 前記発電要素のセパレータの厚さが２５μｍ〜５０μｍである請求項７乃至９の何れかに記載の薄型電池。
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