(57)【要約】【課題】リード端子３，４を被覆材５，６と高分子吸収体フィルム７，８で覆うことにより、アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂにおけるリード端子３，４の突出部での電解液の漏液を確実に防止することができる電池を提供する。【解決手段】２枚のアルミラミネートフィルム２２を重ね合わせて周縁の溶着部２１ｂ，２２ｂを熱溶着することにより電池ケース２を構成し、この電池ケース２内に収納したエレメント１から突出するリード端子３，４がこの溶着部２１ｂ，２２ｂの間を介し外部に引き出された電池において、この溶着部２１ｂ，２２ｂの間に介在するリード端子３，４の封止部３ａ，４ａが、熱溶着された熱可塑性樹脂からなる被覆材５，６に覆われると共に、この被覆材５，６が熱溶着された熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体フィルム７，８に覆われている構成とする。【選択図】図１
2006107894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを重ね合わせて周縁部を熱溶着することにより電池ケースを構成し、この電池ケース内に収納したエレメントから突出するリード端子がフレキシブルフィルムを熱溶着して重ね合わせた間を介し外部に引き出された電池において、
このフレキシブルフィルムを重ね合わせた間に介在するリード端子の封止部が、熱溶着された熱可塑性樹脂からなる被覆材に覆われると共に、この被覆材が熱溶着された熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体フィルムに覆われていることを特徴とする電池。
【請求項２】
少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを重ね合わせて周縁部を熱溶着することにより電池ケースを構成し、この電池ケース内に収納したエレメントから突出するリード端子がフレキシブルフィルムを熱溶着して重ね合わせた間を介し外部に引き出された電池において、
このフレキシブルフィルムを重ね合わせた間に介在するリード端子の封止部が、熱溶着された熱可塑性樹脂からなる被覆材に覆われると共に、この被覆材に覆われたリード端子がフレキシブルフィルムを重ね合わせた間から突出する部分が熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体で覆われていることを特徴とする電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミラミネートフィルム等のフレキシブルフィルムからなる電池ケースを用いた電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルミラミネートフィルムを電池ケースに用いた従来の非水電解質二次電池の構成例を図４に示す。この非水電解質二次電池は、エレメント１を収納する電池ケース２が２枚の方形のアルミラミネートフィルム２１，２２からなる。エレメント１は、帯状の正極と負極をセパレータを介して巻回し長円筒形とした発電要素であり、両端面から正極リード端子３と負極リード端子４を突出させている。正極リード端子３は、短冊状のアルミニウム箔からなり、基部をエレメント１の正極に接続されている。また、負極リード端子４は、短冊状の銅箔からなり、基部をエレメント１の負極に接続されている。
【０００３】
電池ケース２を構成する２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２は、アルミニウム箔からなる金属層の一方の面にナイロンやＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等のバリア性や強度の高い樹脂からなるベースフィルム層を積層すると共に、他方の面にポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなるシーラント層を積層した３層構造の方形のフレキシブルなラミネートフィルムである。また、これらのアルミラミネートフィルム２１，２２は、長円筒形のエレメント１を嵌め込むことができるように、事前に中央の大部分に絞り加工によってシーラント層側の面が窪んだ凹部２１ａ，２２ａが形成されている。そして、これら２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２は、シーラント層を向かい合わせにして重ね合わせ、凹部２１ａ，２２ａ同士によって形成された空間にエレメント１を嵌め込んで、電解液を充填した後に周縁の溶着部２１ｂ，２２ｂを熱溶着することにより、内部を密閉した電池ケース２となる。
【０００４】
上記エレメント１から突出するリード端子３，４は、２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２が周縁の溶着部２１ｂ，２２ｂで重なり合った間を通して封止され、電池ケース２の外部に突出するようになっている。また、これらのリード端子３，４は、アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂの間に介在することとなる封止部３ａ，４ａに、事前に被覆材５，６を熱溶着している。被覆材５，６は、アルミラミネートフィルム２１，２２のシーラント層と同様の熱可塑性樹脂からなる２枚ずつの方形のシート材を、リード端子３，４の封止部３ａ，４ａを完全に覆うように挟んで熱溶着したものである。従って、アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂは、これらのリード端子３，４の封止部３ａ，４ａを被覆材５，６を介して熱溶着し封止することになる。
【０００５】
ここで、リード端子３，４を直接アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂの間に挟んで熱溶着した場合には、もともとリード端子３，４の金属材料とシーラント層の樹脂材料とが馴染みにくく密着が不十分になり易い上に、アルミニウム箔や銅箔のような熱伝導性の良い金属材料からなるリード端子３，４に熱を奪われてその部分の溶着温度だけが低下するので、これらの界面での封止が不完全になるおそれがある。そこで、上記のように、リード端子３，４に予め別工程で被覆材５，６を熱溶着することにより、最適な溶着温度や圧力等の条件を設定することができるようにして、これらの被覆材５，６とリード端子３，４との界面を確実に封止するようにしている。また、このようにしてリード端子３，４に事前に被覆材５，６が熱溶着されていれば、アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂを熱溶着する際にも、同種の樹脂材料からなるシーラント層と被覆材５，６とが容易に馴染むので、十分な封止を行うことができる。
【０００６】
ところが、上記従来の非水電解質二次電池においても、例えば高温環境下で長時間放置されるようなことがあると、非水電解液の分解により発生したガスが電池内圧を上昇させるために、アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂにおけるリード端子３，４の突出部から漏液が発生し、電池容量が低下したり、外部の配線を腐食させるおそれがあるという問題が生じていた。
【０００７】
なお、上記アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂにおけるリード端子３，４の突出部を通して、外部から電池内部に水分が浸入するのを防止するために、被覆材５，６の一部又は全部を浸透防止部材で構成した発明も従来から提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、被覆材５，６の全部をポリエチレンで構成することは従来から行われており、この場合には上記問題を解消することはできない。また、被覆材５，６の全部を水分吸収剤を含む熱可塑性樹脂で構成した場合にも、この水分吸収剤として用いられるシリカゲルや活性炭、ゼオライト等がリード端子３，４との密着を阻害して封止を確実に行うことが困難になる。さらに、被覆材５，６の全部を水分を吸着除去しうる材料で構成した場合にも、このような特殊な材料とリード端子３，４とを確実に密着させることが困難となる。さらに、被覆材５，６をリード端子３，４の長手方向に沿って密着部材からなる部分と浸透防止部材からなる部分に分割したり（特許文献１の第１図〜第５図）、この浸透防止部材を点在させた場合には（特許文献１の第６図）、これらの被覆材５，６の構造が複雑になって、製造が容易でなかったり製造コストが高くなりすぎる。
【０００８】
しかも、この特許文献１の発明は、被覆材５，６の層自体を通して水分が電池内部に浸入するのを防止するものであるため（特許文献１の段落番号「００１９」）、浸透防止部材が必ずリード端子３，４とアルミラミネートフィルム２１，２２の双方に接するように配置されている。しかしながら、上記で問題となる非水電解液の外部への漏液は、実際には、被覆材５，６とアルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂとの間の界面から漏れ出すことが多い。なぜなら、被覆材５，６を事前に熱溶着することにより、リード端子３，４の金属材料とこれら被覆材５，６の樹脂材料との密着を確実にすることはできるが、アルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂの熱溶着の際に、リード端子３，４に熱を奪われてその部分の溶着温度だけが低下する問題は完全には解消されないので、溶着部２１ｂ，２２ｂでシーラント層同士が熱溶着される他の部分に比べ、被覆材５，６が介在する部分ではどうしても溶着強度が低下して、電池内圧が上昇し強い圧力が加わったような場合には、この被覆材５，６との界面の封止が不十分になるおそれを完全に回避することができないからである。従って、特許文献１の発明は、被覆材５，６とアルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂとの間の界面から非水電解液が漏れ出すのを防止するには非効率な構造となり、効果が少ないにもかかわらず高コストになる等の欠点がある。さらに、特許文献１の発明は、水分の浸透を防止するものであるため、有機溶媒からなる非水電解液の浸透を防止することができない場合もある。
【特許文献１】特開２００４−３９３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、リード端子の被覆材や突出部を高分子吸収体材料で覆うことにより、フレキシブルフィルムの溶着部におけるリード端子の突出部での電解液の漏液を確実に防止することができる電池を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを重ね合わせて周縁部を熱溶着することにより電池ケースを構成し、この電池ケース内に収納したエレメントから突出するリード端子がフレキシブルフィルムを熱溶着して重ね合わせた間を介し外部に引き出された電池において、このフレキシブルフィルムを重ね合わせた間に介在するリード端子の封止部が、熱溶着された熱可塑性樹脂からなる被覆材に覆われると共に、この被覆材が熱溶着された熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体フィルムに覆われていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、少なくとも内面が熱可塑性樹脂からなるフレキシブルフィルムを重ね合わせて周縁部を熱溶着することにより電池ケースを構成し、この電池ケース内に収納したエレメントから突出するリード端子がフレキシブルフィルムを熱溶着して重ね合わせた間を介し外部に引き出された電池において、このフレキシブルフィルムを重ね合わせた間に介在するリード端子の封止部が、熱溶着された熱可塑性樹脂からなる被覆材に覆われると共に、この被覆材に覆われたリード端子がフレキシブルフィルムを重ね合わせた間から突出する部分が熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体で覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、リード端子の封止部が被覆材と高分子吸収体フィルムを介してフレキシブルフィルムの溶着部に封止されるので、電池内圧の上昇等により電池ケース内部の電解液が被覆材とフレキシブルフィルムの溶着部との間を通って外部に滲み出ようとしても、この電解液が高分子吸収体フィルムに吸収されるために外部まで漏れ出すようなことがなくなる。熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体フィルムは、水溶性や非水系の電解液を分子構造中に吸着してゲルとなることにより、多量の電解液を吸収保持することができる熱可塑性樹脂のフィルムである。
【００１３】
請求項２の発明によれば、リード端子におけるフレキシブルフィルムからの突出部が高分子吸収体で覆われるので、電池内圧の上昇等により電池ケース内部の電解液が被覆材とフレキシブルフィルムの溶着部との間を通って外部に滲み出ようとしても、この電解液が高分子吸収体に吸収されるために外部まで漏れ出すようなことがなくなる。高分子吸収体は、請求項１の高分子吸収体フィルムと同様の熱可塑性樹脂であり、フィルム状であってもよいし、単に付着して覆っているだけのものであってもよい。
【００１４】
なお、前記フレキシブルフィルムは、内面側から熱可塑性樹脂層と金属層と樹脂層とを積層したラミネートフィルムを用いることが好ましい。このように熱可塑性樹脂層の外側に金属層と樹脂層を積層したラミネートフィルムを用いると、電池ケースのバリア性を極めて高いものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図２を参照して説明する。なお、これら図１〜図２においても、図４に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１６】
本実施形態は、従来例と同様に、アルミラミネートフィルムを電池ケースに用いた非水電解質二次電池について説明する。この非水電解質二次電池の電池ケース２やエレメント１の構成は図４に示した従来例と同じである。そして、図１に示すように、このエレメント１の両端面から突出するリード端子３，４の封止部３ａ，４ａには、従来例と同様の被覆材５，６が熱溶着されている。被覆材５，６は、アルミラミネートフィルム２１，２２のシーラント層と同様のポリプロピレンやポリエチレン等の熱可塑性樹脂からなり、このような熱可塑性樹脂の２枚のシート材の間にリード端子３，４を挟んで熱溶着したり、１枚のシート材を二つ折りにした間にリード端子３，４を挟んで熱溶着したり、筒状のシート材の中にリード端子３，４を挿入して熱溶着することにより、封止部３ａ，４ａを覆うようにしている。また、このような熱可塑性樹脂からなる被覆材５，６は、金属製のリード端子３，４に対して最適な溶着温度や圧力等の条件を設定することができるので、界面での封止を確実なものにすることができる。
【００１７】
本実施形態では、上記リード端子３，４の封止部３ａ，４ａに熱溶着した被覆材５，６を完全に覆うようにさらに高分子吸収体フィルム７，８を熱溶着している。高分子吸収体フィルム７，８は、ここではポリエチレンオキシド（PEO:PolyEthyleneOxide）を架橋処理によって三次元の網目状の分子構造にしたものを用いている。この高分子吸収体フィルム７，８は、有機溶媒や水溶液をこの三次元の網目構造に吸着してゲルとなるので、大量の電解液を吸収して保持することができる。ただし、この高分子吸収体フィルム７，８は、架橋処理によって形成された三次元の網目状の分子構造により電解液を吸着するので、この分子構造を保ったままで高温高圧を加えて金属製のリード端子３，４に確実に熱溶着することは困難である。このため、リード端子３，４の封止部３ａ，４ａには、まず従来と同様の被覆材５，６が熱溶着され、この被覆材５，６に同じ樹脂同士の高分子吸収体フィルム７，８を熱溶着するようにしている。
【００１８】
上記のようにしてリード端子３，４の封止部３ａ，４ａに被覆材５，６と高分子吸収体フィルム７，８を熱溶着したエレメント１は、２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２を向かい合わせにして重ね合わせて形成される凹部２１ａ，２２ａ同士による空間に嵌め込まれ、電解液の充填後に周縁の溶着部２１ｂ，２２ｂを熱溶着されて、図２に示すように、電池ケース２の内部に密封される。また、リード端子３，４は、封止部３ａ，４ａが被覆材５，６と高分子吸収体フィルム７，８とを介して２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂの間に挟み込まれ、この溶着部２１ｂ，２２ｂの熱溶着の際にシーラント層と高分子吸収体フィルム７，８とが溶着することにより封止される。
【００１９】
上記構成によれば、非水電解質二次電池が高温環境下で長時間放置されることにより電池内圧が上昇し、非水電解液が被覆材５，６とアルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂとの間を通って外部に滲み出ようとしても、この非水電解液が高分子吸収体フィルム７，８に吸収されて保持されるので、外部に漏れ出すようなことがなくなる。従って、この非水電解液の漏液防止により、電池外部の配線が腐食するのを防止することができる。また、高分子吸収体フィルム７，８は、吸収した非水電解液を分子構造中に吸着してゲルとなるので、繊維状や多孔質の部材に滲み込んだときのように、さらに非水電解液を連続して吸引するようなこともなく、この非水電解液がそれ以上滲み出すのを塞ぐことができる。従って、非水電解液の外部への漏液を防ぐだけでなく、電池ケース２内の非水電解液が減少することも防ぐので、電池容量が低下するのを防止することもできるようになる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、高分子吸収体フィルム７，８としてポリエチレンオキシドを用いる場合を示したが、電解液を吸着してゲルとなる熱可塑性樹脂であれば、この材料は限定されない。このような熱可塑性樹脂からなる高分子吸収体フィルムとしては、ポリマー電池の電極間に配置される樹脂材料を用いるのが好適であり、本実施形態のポリエチレンオキシドの他に、例えばポリフッ化ビニリデン（PVDF:PolyVinyliDeneFluoride）やポリビニルアルコール（PVA:PolyVinylAlcohol）等を用いることもできる。ただし、ポリエチレンオキシドは、本実施形態で示した非水電解液だけでなく、水溶性の電解液を吸収することもできるが、ポリフッ化ビニリデンは、疎水性であるため、水溶性の電解液を用いる電池には使用することができない。
【００２１】
また、上記実施形態では、高分子吸収体フィルム７，８が被覆材５，６を完全に覆う場合を示したが、少なくともリード端子３，４の長手方向の周囲の全周にわたってこの被覆材５，６が高分子吸収体フィルム７，８で覆われていればよいので、必ずしもリード端子３，４の長手方向の基部側や先端部側まで完全に覆う必要はない。特に、高分子吸収体フィルム７，８がリード端子３，４の基部側の被覆材５，６を完全に覆うと、電池ケース２の内部へのはみ出し量が多くなって、この電池ケース２内の非水電解液を吸収することになるので、この基部側の被覆材５，６を完全に覆う必要はない。
【００２２】
また、上記実施形態では、リード端子３，４の封止部３ａ，４ａを覆った被覆材５，６をさらに高分子吸収体フィルム７，８で覆ってからアルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂを熱溶着する場合を示したが、図３に示すように、まずリード端子３，４の封止部３ａ，４ａを被覆材５，６で覆ってからアルミラミネートフィルム２１，２２の溶着部２１ｂ，２２ｂを熱溶着し（ここまでの構成は図４に示した従来例と同じ）、これらのリード端子３，４が溶着部２１ｂ，２２ｂの間から突出する部分を高分子吸収体層９，１０で覆うようにすることもできる。ここで、高分子吸収体層９，１０は、溶着部２１ｂ，２２ｂの間からリード端子３，４と共に被覆材５，６の端部がはみ出している場合には、少なくともこれらの被覆材５，６の端部と溶着部２１ｂ，２２ｂとの境界を確実に高分子吸収体層９，１０で覆う必要があり、図３に示すように、これらの被覆材５，６のはみ出した端部を全て覆うようにしてもよい。しかし、溶着部２１ｂ，２２ｂの間から被覆材５，６がはみ出していない場合には、リード端子３，４と溶着部２１ｂ，２２ｂとの境界を確実に高分子吸収体層９，１０で覆うようにすればよい。高分子吸収体層９，１０は、高分子吸収体フィルム７，８と同様の高分子吸収体材料からなるが、必ずしもフィルム状のものを熱溶着させる必要はなく、図３に示すように、熱溶融した高分子吸収体材料をリード端子３，４の突出部に塗布するようにして層状に覆うようにすることもできる。
【００２３】
また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２にそれぞれ予め凹部２１ａ，２２ａを形成して、ここにエレメント１を嵌め込む場合を示したが、いずれか一方のアルミラミネートフィルム２１，２２にのみ凹部を形成したり、いずれのアルミラミネートフィルム２１，２２にも凹部を形成しないようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１，２２を重ね合わせて電池ケース２を構成する場合を示したが、この電池ケース２の構成は任意であり、例えば１枚のアルミラミネートフィルムを二つ折りにして電池ケース２を構成することもできる。さらに、上記実施形態では、電池ケースにアルミラミネートフィルムを用いる場合を示したが、アルミニウム箔に代えて他のバリア性を有する金属層を用いた金属・樹脂ラミネートフィルムを用いることもできる。さらに、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルフィルムであれば材質は任意であり、例えばラミネートフィルムではない樹脂のみからなるフレキシブルフィルムを用いることも可能である。ただし、このフレキシブルフィルムは、熱溶着により封止されるので、ラミネートフィルムを用いる場合には、内面層が必ず熱可塑性樹脂である必要があり、ラミネートフィルムではない場合には、フレキシブルフィルム全体が熱可塑性樹脂である必要がある。
【００２４】
また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について説明したが、高分子吸収体材料を適当に選択すれば、水溶性の電解液を用いた電池にも同様に実施可能である。さらに、二次電池に限らず一次電池にも同様に実施可能である。さらに、ここでいう二次電池には、エレメントに発電要素を用いた化学電池に限らず、電荷を蓄積する電気二重層キャパシタ等をエレメントに用いるものも含む。
【実施例１】
【００２５】
上記実施形態で示した高分子吸収体フィルム７，８を用いた非水電解質二次電池（実施例）と、従来例で示した非水電解質二次電池（比較例）とを、１００セルずつ温度６０℃の環境下で１箇月放置した場合の電池容量の低下を測定した結果、実施例では、電池容量が８０％未満に低下したものはなかったが、比較例では、電池容量が８０％未満に低下したものが４セル存在した。従って、高分子吸収体フィルム７，８を用いることにより、高温の環境下で長時間放置した場合にも、非水電解液の漏液による電池容量の低下を防止できることが確認された。
【００２６】
また、上記実施例と比較例の非水電解質二次電池について、数セルずつ常温の環境下でサイクル寿命試験を行った結果、比較例の場合には、いずれも５００サイクル程度で電池容量が８０％よりも低下したのに対して、実施例では、１０００サイクル程度まで電池容量が８０％を超えた状態を維持することができた。従って、高分子吸収体フィルム７，８を用いることにより、二次電池のサイクル寿命が向上することも確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の全体斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の他の構成を示す全体斜視図である。
【図４】従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      エレメント
２      電池ケース
２１    アルミラミネートフィルム
２１ｂ  溶着部
２２    アルミラミネートフィルム
２２ｂ  溶着部
３      正極リード端子
３ａ    封止部
４      負極リード端子
４ａ    封止部
５      被覆材
６      被覆材
７      高分子吸収体フィルム
８      高分子吸収体フィルム
９      高分子吸収体層
１０      高分子吸収体層
【図１】
2006107894.tif 000003
【図２】
2006107894.tif 000004
【図３】
2006107894.tif 000005
【図４】
2006107894.tif 000006