JP4341098B2

JP4341098B2 - 電池

Info

Publication number: JP4341098B2
Application number: JP02459899A
Authority: JP
Inventors: 浩竹林; 昌彦小川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP2000223090A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリチウムポリマー二次電池などに使用される、ラミネートシートを外装ケースとする電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
絶縁性の樹脂フィルムと金属箔を積層して一体化したラミネートシートを外装ケースとして使用した電池は、例えば特開平１０−２１４６０６号公報に開示されるように従来より周知となっている。
【０００３】
図３は、従来から一般的に知られている、ラミネートシート１４と１５を外装ケース１２として用いた電池の構成を示す断面図であり、図４はその平面図である。これらの図に於いては、正極板１と負極板２とをセパレータ３を介して積層して構成した電極群４を備え、その上下を、それぞれラミネートシート１４と１５で覆い、ラミネートシートの周囲Ｐを熱融着などの方法によりシールすることにより、前記積層電極群４を収容する外装ケース１２とした電池の構成を示している。しかるに、前記電極群には電解液が含浸されており、シール部の主要な目的は、前記電解液の電池ケース外への散逸防止と異物の電池ケース内への侵入防止である。
【０００４】
前記電池外装ケース１２の内部に封入される積層電極４は、電解液を外装ケース１２内に注入した状態で封入されている。このような、ラミネートシート１４と１５を外装ケースとする電池に於いては、外装ケース１２内に封入された、前記電解液の散逸は外装ケースの周囲Ｐのシール部の断面で主として発生する。即ち、電解液の蒸気はシール部の接合樹脂中を拡散し、時間の経過に連れてシール部の断面から外装ケース１２から外に散逸して行く。この電解液の散逸は電池性能の劣化と密接に関係しているために、散逸を可能な限り防止する必要がある。この電解液の散逸を防止する手段として、幅の広いシール部を設けたり、シール部を構成する樹脂層の厚さを可能な限り薄くして、電解液の透過断面積を小さくするなどの方法が考えられる。
【０００５】
しかしながら、シール幅を大きくすることは無駄に電池体積を増加させることになり、またシール部の樹脂層を薄くすることも、ラミネートシート製造工程上や、電池外装ケースとして使用する際の強度上からの制限もある。また、電解液の透過断面積を小さくすることにも限界がある。そこで、図５に示すようなシール構造を採用することにより、実質的にシール幅を拡大して、電解液の散逸を制限する方法も提案されているが、外装ケースとして使用するラミネート材の使用量を増加させるのみならず、シール部の加工のための工数を増加させるなどの問題点があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するもので、ラミネートシートを外装ケースとして使用する電池において、簡単な加工により、電解液の散逸を大幅に抑制したラミネートシートを外装ケースとする電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明では、少なくとも一層には金属箔を、また別の一層には熱融着性樹脂フィルム層を有し、センターラインを挟んで左右対称な形状をした一枚のラミネートシートを、熱融着性樹脂フィルム層が金属箔層よりも内側に来るようにセンターライン上で二つに折り曲げて重ね合わせ、その重ね合わさったラミネートシートの周囲Ｐを二重にシールすることにより、即ち、内側のシール部では、重ね合わせられた熱融着性樹脂のフィルム層同士を熱溶着し、さらにその外側には熱融着性樹脂フィルム層を除去して金属箔表面を露出させ、金属箔同士を重ね合わせて溶接したシール部を設ける。
【０００８】
ラミネートシートからこのようにして、長方形をした袋状の電池の外装ケースを作製し、正極と負極とをセパレータを介して積層した積層電極群を、その内部に収容する電池に於いて、リード線引き出し部を除く、電池外装ケースのシール部を二重構造として、電解液の散逸を防止することを特徴とする。
【０００９】
なお、内側のシール部は、主として液状の電解液が外側の金属シール部と直接接触して金属シール部の腐食を進行させることを防止すること、および、機械的な強度を持たせることなどにより外側シールの補強を主目的とし、外側のシール部は主として、電解液が外装ケース外へ散逸することを防止することを目的とする。
【００１０】
ラミネートシートとして、熱融着性フイルム層と金属箔層を少なくともそれぞれ一層有するものを選定する理由は、電池外装ケースとしてラミネートシートの周囲を超音波溶着機などを利用して熱溶着する際に、熱融着フィルム層を有するラミネートシートでは能率が良く、しかも、信頼性の高い熱溶着を可能とするためであり、ＰＰフィルム、ポリエチレンフィルム、熱融着性ポリイミドフィルムなどを用いて積層したものが利用可能である。また、金属箔層同士を溶接したシール部は、溶接が比較的容易でしかも、電解液の散逸を完全に防止する機能を有するためであり、金属箔としてはアルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔などが使用可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では図を参照しながら本発明を実施の形態にしたがって簡単に説明する。
【００１２】
図１は本発明に基づいてラミネートシート１５から、長方形の袋状をした電池外装ケース１２を製造するための製造工程とそのシール構造を工程順に説明するための図である。図２は本発明の電池外装ケースを用いて作製された電池の平面図と断面図を示す。
【００１３】
本発明の長方形をしたラミネートシート１５から、袋状の電池の外装ケースを製造する場合、ラミネートシートのセンターライン８上で二つに折りまげ、重ね合わせて出来る４辺の内、少なくとも周囲２辺をシールする必要がある。しかし図１では、シールする２辺の間に構造、加工法共に差異はないので、簡略化して１辺のみをシールする場合について図示している。
【００１４】
ラミネートシートを折りまげることにより出来る１辺については、改めてシールする必要はなく、また、図２に示す様に極板群に接続されたリード線を取り出す辺については、リード線１６、１７と電池ケース１２とを絶縁するため、リード線の表面が電池外装ケースを通過する部分に金属との接着性の良い変成ポリオレフィン樹脂等の熱融着性樹脂であるリード線絶縁部材１８で被覆して、熱溶着するものもあり、本発明とは別のシール工法と構造を用いる必要がある。
【００１５】
以下本発明の実施例による電池をシールする工程を図１を参照しながら説明する。図１ａは電池の外装ケース１２を製作するために、長方形に裁断されたラミネートシート１５の斜視図を示すものであり、熱融着性樹脂フィルム層５、金属箔層６、樹脂フィルム層７の３層と、図示しないこれらの各層の間に極薄く介在する接着剤層からなるラミネートシート１５を使用する。
【００１６】
実施例に於いては、熱融着性樹脂フィルム層５、樹脂フィルム層７共に厚さ２０ミクロンのポリプロピレン（以下ＰＰと略す）フィルムからなり、金属箔層６は厚さ４０ミクロンのアルミニウム箔からなる。接着剤としては、電解液や溶着加工時の熱により劣化や溶解したり、化学反応を起こしたりすることのない接着材を用いて接着されたラミネートシートを用いている。
【００１７】
図１ｂは電池外装ケース１２の外側シール部１１として、後工程で溶接される部分の金属箔６の表面に積層された熱融着性樹脂フィルム層５の一部を、エキシマレーザー光線の照射、または、機械的な方法などにより事前に除去したラミネートシート１５の斜視図を示すものであり、熱融着性樹脂フィルム層５を除去した部分９の幅Ｗについては２ｍｍとした。レーザー光線の照射部を高速で振幅１ｍｍ幅で振らせながら、レーザー光線の振幅方向に対して垂直方向にラミネートシートのフィルム被剥離部を移動させることにより、能率的に、しかも、容易に熱融着性樹脂フイルム層５を２ｍｍ幅で除去することが出来た。
【００１８】
図１ｃは、図１ｂに示すように、ラミネートシート１５の熱融着性樹脂フィルム層５の一部を除去した後、ラミネートシート１５を、センターライン８上で折り曲げて、熱融着性樹脂フィルム層５を内側として、ラミネートシートの周辺部Ｐが位置ずれを起こさないように重ね合わせた状態の半断面を示すが、このような姿勢でラミネートシートを、図示しない溶着治具に取りつけて保持する。
【００１９】
図１ｄは、前記の溶着治具に位置決めして保持したラミネートシートの周辺Ｐの、内側シール部１０に対して超音波溶着工法、または、熱溶着工法を用いて溶着する。即ち、重ね合わされたラミネートシート１５の、電池外装ケースのリード線引き出し部となるべき辺と、ラミネートシートを折りまげて生じた辺を除く全ての周囲に於いて、熱融着性フィルム層５を２ｍｍ幅で溶着することにより、内側シール部１０の加工を完了した状態の半断面を示す。
【００２０】
図１ｅは内側シール部１０と０．５ｍｍの間隔を隔てて位置決めし、その外側に超音波溶接機により、又は、炭酸ガスレーザー光線を照射して、１ｍｍ幅の外側シール部１１の加工を完了した状態の半断面を示す。炭酸ガスレーザー光線をアルミニウム箔の溶接に利用する場合には、溶接部に於いて、アルミニウム箔６同士が密着状態にあり、加熱され溶解すると一体化するように、図示しない溶接治具によりラミネートシートの周囲を軽く押さえ付けておくことが必要であるが、溶接幅の調節が容易である上に、炭酸ガスレーザー光線はエネルギー容量も大きく、さらに、アルミニウム箔表面に対して熱エネルギーとして吸収されやすいため、溶接スピードを速く設定することが出来るので、生産性の向上に効果が大きい。
【００２１】
なお、溶接部の表面を覆うＰＰフィルム７は、フィルムの厚さも薄く、炭酸ガスレーザー光線に対して比較的透明度も高いため、ＰＰフィルムを事前に除去することなく、能率的に溶接を行うことが出来る。
【００２２】
また、内側シール部１０と外側シール部１１のシール幅および内外シール部の間隔は電池の大きさを可能なかぎり小さくするためできるだけ小さくすることが好ましい。内外シール部の間隔は外側シールにレーザー溶接を用いれば１ｍｍ以下にできる。また、精度良く位置決めすることにより隙間なく隣接させることも可能である。
【００２３】
このようにして重ね合わせられたラミネートシートの周囲に二重構造のシール部を設けることにより、特に金属箔同士の溶接によるシール部を外側シール１１として設けることにより、電解液の散逸を従来のシール構造と比べて格段に少なくした電池外装ケース１２の製造が可能となった。また、シール部の幅は、電池の小形化のために、出来る限り狭いほうが好ましいが、内外のシール部幅とこれらのシールの間の隙間も合せた寸法Ｌを４mm程度とすることも可能である。
【００２４】
また、図２に上記のような本発明の電池外装ケースのシール構造を適用し、熱融着性フイルム層と金属箔層を積層した２層構造からなるラミネートシートを用いて製作した電池外装ケースを有する電池の一例について、その平面図と断面図を示している。
【００２５】
この電池は、熱融着性樹脂フィルムの溶着部１０と金属箔溶接部１１の二重構造のシール部を持った袋状の電池外装ケース１２のなかに、正極活物質と正極集電体とを積層して一方側に偏位した位置にリード１６を溶接して構成した２組の正極板１と、負極集電体の両面に負極活物質層を積層し、正極板とは逆方向に偏位した位置にリード１７を溶接して構成した負極板２との間にポリマー電解質からなるセパレータ３を配して熱溶着法やキャスト法により一体化された電極群４を挿入し、電解液を注入し、リード線導出部でシールされていない部位には電池外装ケース１２と絶縁するため、金属との接着性の良い変性ポリオレフィン樹脂等の熱融着性樹脂であるリード線絶縁部材１８で被覆して熱溶着して密封したものである。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明の様に、本発明においては、長方形に裁断されたラミネートシートを用いて作られる電池外装ケースの周辺部に設けられるシール部を二重構造とし、内側には熱融着性フイルム同士の溶着によるシール部を、その外側には、僅かな間隔を隔てて金属箔同士の溶接によるシール部を設けることにより、主として、内側シール部に於いては、液状の電解液の封止と機械的な強度を持たせて外側シールの補強を目的とし、外側シールにより、電解液が液状であっても、ガス状であっても、完全に電池外装ケースから散逸することの無いようにシールすることを目的としている。
【００２７】
以上により、電解液の完全な封止効果と、シール部の機械的にも化学的にも強度の大幅な増加が達成され、これによる電池の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池外装ケースのシール構造とシール部の加工工程を示す図
【図２】ａ本発明による電池の平面図
ｂ本発明による電池断面図（図２ａのＡ−Ａ断面を示す図）
【図３】従来の電池の断面図（図４のＡ−Ａ断面を示す図）
【図４】従来の電池外装ケースの平面図
【図５】従来の電池のシール構造を示す断面拡大図
【符号の説明】
１正極板
２負極板
３セパレータ
４電極群
５熱融着性樹脂フィルム層
６アルミニウム箔
７樹脂フィルム層
８長方形に裁断されたラミネートシートのセンターライン
９熱融着性樹脂フィルム層除去部
１０熱融着性樹脂フィルム溶着部
１１金属箔溶接部
１２電池外装ケース
１４ラミネートシート
１５ラミネートシート
１６リード線
１７リード線
１８リード線絶縁部材
Ｗ熱融着性樹脂フィルム層除去部の幅
Ｐラミネートシートの周囲
Ｓリード線と電極の接続部

Claims

正極板と負極板とをセパレータを介し、積層して成る積層電極および電解液を収容する電池の外装ケースとして、少なくとも一層に金属箔を、他の一層には熱融着性樹脂フィルムとを積層後一体化した一枚のラミネートシートを所定の形状に裁断し、裁断されたラミネートシートのセンターライン上を通る直線上で二つに折りまげて完全に重ね合わせ、その周囲をシールすることにより構成する電池に於いて、前記シール部は熱融着樹脂フィルム層同士の溶着によるシール部分および、金属箔同士の溶接によるシール部分の、二重シール構造から成る部分を有し、前記二重シール構造の内側シール部は、熱融着性樹脂フィルム層と熱融着性樹脂フィルム層との溶着部から成り、外側のシール部は金属箔と金属箔との溶接によるシール部からなることを特徴とする電池。
内外の二重シール部は隙間無く接するか、あるいは１ｍｍ以内の間隔で隣接していることを特徴とする請求項１に記載の電池。
正極板と負極板とをセパレータを介し、積層して成る積層電極および電解液を収容する電池の外装ケースとして、少なくとも一層に金属箔を、他の一層には熱融着性樹脂フィルムとを積層後一体化した一枚のラミネートシートを所定の形状に裁断し、裁断されたラミネートシートのセンターライン上を通る直線上で二つに折りまげて完全に重ね合わせ、その周囲をシールすることにより構成する電池に於いて、前記シール部は熱融着樹脂フィルム層どうしの溶着によるシール部分および、金属箔同士の溶接によるシール部分の、二重シール構造から成る部分を有し、前記ラミネートシートの熱融着性樹脂フィルム層を除去して露出した前記金属箔同士の溶接による前記シール部分が前記熱融着樹脂フィルム層同士の溶着による前記シール部分に隣接した位置であることを特徴とする電池。