(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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から導出された薄型電池を複数積層して形成した組電池における前記薄型電池であって、前記電極端子が、前記電池外装の外周縁から離れた外側に、前記電池外装の外周縁における強度よりも強度が低下する強度の変極点を備え、該変極点よりも先端側の強度を該変極点の強度以下とした薄型電池。
【請求項２】
前記電極端子の強度の変極点は、前記電極端子の先端側を焼きなまし処理を施すことにより構成している請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
前記電極端子の強度の変極点は、前記電極端子の先端側を基端側より低強度材料を接合することにより構成している請求項１記載の薄型電池。
【請求項４】
前記電極端子の強度の変極点は、前記電極端子の先端側の肉厚を基端側より薄肉に形成することにより構成している請求項１記載の薄型電池。
【請求項５】
前記電極端子の肉厚を先端側に向かって徐々に薄肉に形成している請求項４記載の薄型電池。
【請求項６】
前記電極端子の強度の変極点は、前記電極端子の先端側の幅を基端側より幅狭に形成することにより構成した請求項１記載の薄型電池。
【請求項７】
前記電極端子の幅を先端側に向かって徐々に幅狭に形成している請求項６記載の薄型電池。
【請求項８】
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７の何れかに記載の薄型電池。
【請求項９】
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８記載の薄型電池。
【請求項１０】
前記発電要素の負極活物質が非晶質炭素を含む請求項８または９記載の薄型電池。
【請求項１１】
前記発電要素のセパレータの厚さが２５μｍ〜５０μｍである請求項８乃至１０の何れかに記載の薄型電池。
【発明の詳細な説明】
【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】
本発明によれば、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から導出された薄型電池を複数積層して形成した組電池における前記薄型電池であって、前記電極端子が、前記電池外装の外周縁から離れた外側に、前記電池外装の外周縁における強度よりも強度が低下する強度の変極点を備え、該変極点よりも先端側の強度を該変極点の強度以下とした薄型電池が提供される。
【０００６】
つまり、本発明では電池外装から電極端子を導出する際に、電極端子の強度の変極点を電池外装の外周縁から外側にオフセットすることで、電極端子に外力や変位が加わった場合に電極端子に作用する応力や歪みを電池外周の外周縁に集中するのを防止する。すなわち、電極端子の強度の変極点を電池外装の外周縁からオフセットしておけば、電極端子に作用する応力や歪みは、その強度の変極点にも集中しようとするので、応力や歪みを電池外装の外周縁とこの変極点とに分散させることができる。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。
【０００７】
【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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
なお、本発明のセパレータ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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、ポリアミド、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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
図２（Ａ）は図１の正極端子１０４の部分を拡大して示す正面図であり、正極端子１０４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１０４ｂから突出するように設けられている。ここで、本例の正極端子１０４は、上述したようにアルミニウム箔などの金属箔から構成されているが、同図に示すように正極端子１０４を正極側集電部１０４ａに接合する前に、その先端領域１０４Ｙ１のみを焼きなまし処理する。
【００２４】
これにより、成形加工により硬化した正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ１は、それ以外の基端領域１０４Ｘ１に比べて硬度が低下し、これにより材料強度が、同図（Ｂ）に示すように、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂから先端側へ距離Ｌだけ離れた位置、すなわち正極端子１０４における焼きなまし処理された領域１０４Ｙ１と未処理の領域１０４Ｘ１との境界線１０４ｃの位置で急激に低下することになる。すなわち、正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ１の強度を強制的に下げることで、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂの位置における正極端子１０４の強度を相対的に向上させる。この境界線１０４ｃが本発明に係る電極端子の強度の変極点に相当する。
【００２５】
なお、図示は省略するが、負極端子１０５についても、同図と線対称の位置を境界線として、先端部の領域が焼きなまし処理され、基端部の領域が未処理とされている。
【００２６】
これにより、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、この境界線１０４ｃと、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂ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１０４ｂ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。
【００２７】
第２実施形態
図３（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正面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４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１０４ｂから突出するように設けられている。ここで、本例の正極端子１０４は、上述したようにアルミニウム箔などの金属箔から構成されているが、同図に示すように正極端子１０４を正極側集電部１０４ａに接合する前に、その先端領域１０４Ｙ２のみを徐々に薄肉に加工する。
【００２８】
これにより、薄肉に形成された正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ２は、それ以外の基端領域１０４Ｘ２に比べて強度が低下し、これにより材料強度が、同図（Ｂ）に示すように、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂから先端側へ距離Ｌだけ離れた位置、すなわち正極端子１０４における薄肉加工された領域１０４Ｙ２と未処理の領域１０４Ｘ２との境界線１０４ｃの位置を境にして先端に向かうにしたがって徐々に低下することになる。すなわち、正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ２の強度を強制的に下げることで、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂの位置における正極端子１０４の強度を相対的に向上させる。この境界線１０４ｃが本発明に係る電極端子の強度の変極点に相当する。
【００２９】
なお、図示は省略するが、負極端子１０５についても、同図と線対称の位置を境界線として、先端部の領域が徐々に薄肉加工され、基端部の領域が未加工とされている。
【００３０】
これにより、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、この境界線１０４ｃから先端領域と、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂ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１０４ｂ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。
【００３１】
第３実施形態
図４（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正面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４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１０４ｂから突出するように設けられている。ここで、本例の正極端子１０４は、上述したようにアルミニウム箔などの金属箔から構成されているが、同図に示すように正極端子１０４を正極側集電部１０４ａに接合する前に、その先端領域１０４Ｙ３のみを幅狭に加工する。
【００３２】
これにより、幅狭に形成された正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ３は、それ以外の基端領域１０４Ｘ３に比べて強度が低下し、これにより材料強度が、同図（Ｂ）に示すように、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂから先端側へ距離Ｌだけ離れた位置、すなわち正極端子１０４における幅狭加工された領域１０４Ｙ３と未処理の領域１０４Ｘ３との境界線１０４ｃの位置を境にして急激に低下することになる。すなわち、正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ３の強度を強制的に下げることで、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂの位置における正極端子１０４の強度を相対的に向上させる。この境界線１０４ｃが本発明に係る電極端子の強度の変極点に相当する。
【００３３】
なお、図示は省略するが、負極端子１０５についても、同図と線対称の位置を境界線として、先端部の領域が幅狭に加工され、基端部の領域が未加工とされている。
【００３４】
これにより、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、この境界線１０４ｃと、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂ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１０４ｂ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。
【００３５】
第４実施形態
図５（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正面図であり、第１実施形態と同様に、正極端子１０４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１０４ｂから突出するように設けられている。ここで、本例の正極端子１０４は、上述したようにアルミニウム箔などの金属箔から構成されているが、同図に示すように正極端子１０４を正極側集電部１０４ａに接合する前に、その先端領域１０４Ｙ４のみを徐々に幅狭に加工する。
【００３６】
これにより、徐々に幅狭に形成された正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ４は、それ以外の基端領域１０４Ｘ４に比べて強度が低下し、これにより材料強度が、同図（Ｂ）に示すように、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂから先端側へ距離Ｌだけ離れた位置、すなわち正極端子１０４における幅狭加工された領域１０４Ｙ４と未処理の領域１０４Ｘ４との境界線１０４ｃの位置を境にして先端に向かうにしたがって徐々に低下することになる。すなわち、正極端子１０４の先端領域１０４Ｙ４の強度を強制的に下げることで、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂの位置における正極端子１０４の強度を相対的に向上させる。この境界線１０４ｃが本発明に係る電極端子の強度の変極点に相当する。
【００３７】
なお、図示は省略するが、負極端子１０５についても、同図と線対称の位置を境界線として、先端部の領域が徐々に幅狭に加工され、基端部の領域が未加工とされている。
【００３８】
これにより、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、この境界線１０４ｃから先端領域と、電池外装１０６，１０７の外周縁１０４ｂ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１０４ｂ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。
【００３９】
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】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図、（Ｂ）は位置に対する強度の関係を示すグラフである。
【図３】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る薄型電池を示す部分平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（Ｃ）は位置に対する強度の関係を示すグラフである。
【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）は位置に対する強度の関係を示すグラフである。
【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）は位置に対する強度の関係を示すグラフである。
【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
１０４ｂ…電池外装の外周縁
１０４ｃ…強度の変曲点
１０４Ｘ…基端領域
１０４Ｙ…先端領域
１０５…負極端子
１０６…上部電池外装
１０７…下部電池外装
１０９…発電要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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