(57)【要約】【課題】蓄電デバイスに用いることによって薄型の蓄電デバイスを実現できるとともに、蓄電デバイスの外部に導出されたリード導体が折り曲げられた際においても切れにくいリード部材と、このリード導体を有する蓄電デバイスを提供する。【解決手段】リチウムイオン電池の場合、電池は、箔状のリード導体２１と、リード導体２１の長手方向中間部で両面から貼り合わされた絶縁樹脂フィルム２２を有するリード部材２０を有している。リード導体２１は、絶縁樹脂フィルム２２が貼られた箇所で長手方向に厚さが異なる部分を有しており、リード導体の両端部の厚さが異なっている。リード部材２０は封入体１１に密封封止されており、リード部材２０の厚さの厚い端部側のリード導体２１が封入体１１の外部に出ている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
箔状のリード導体と、該リード導体の長手方向中間部で両面から貼付された絶縁樹脂フィルムを有するリード部材であって、
前記リード導体は、前記絶縁樹脂フィルムが添付された箇所で前記長手方向に厚さが異なる部分を有し、前記リード導体の長手方向の両端部の厚さが異なるリード部材。
【請求項２】
前記リード導体の厚さの最大値が最小値の２倍以上であって、厚さの最大値が０．０６ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲にある請求項１に記載のリード部材。
【請求項３】
前記絶縁樹脂フィルムの前記リード導体に接着する部分が、メルトフローレート（温度２３０℃で荷重２．１６ｋｇ）が６ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分以下であり、厚さ２５μｍ以上の酸変性ポリオレフィンの接着層からなる請求項１または２に記載のリード部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１に記載のリード部材が電極に接続され、該電極と電解液が封入体に封入され、前記リード部材が前記封入体に密封封止され、前記リード部材の厚さの厚い端部側のリード導体が前記封入体の外部に出ている蓄電デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池やキャパシタ等の蓄電デバイスに用いられるリード部材およびそのリード部材を有する蓄電デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池などの非水電解質電池は、正極、負極および電解液を、積層フィルムからなる封入体に収納し、正極、負極に接続したリード部材（タブリード）を密封封止して外部に取り出す構造となっている。リード部材は、正極用としてアルミニウムの長尺状のリード導体、または、負極用としてニッケルまたはニッケルメッキを施した銅の長尺状のリード導体の中間部にポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂フィルム製多層構造のシーラントフィルムを両面から溶着して構成される。
【０００３】
リード部材として、例えば、特許文献１には、リード導体を封入体に対して封止する箇所において、リード導体の幅方向の端部の厚みを中央近傍よりも薄くすることによって、封入体内側の樹脂層を傷つけないようにしたリード部材が開示されている。また、特許文献２には、リード導体の封止部の位置において、長手方向に離間した複数の切り欠き部を設けることによって、リード導体を強固に樹脂層に埋め込み、リード導体の長手方向の移動を抑制したものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４８９３８０８号公報
【特許文献２】特許第５０１８８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電子機器の小型化に伴い、使用される電池についても厚さの薄い電池が求められる。このため、電池を構成する正極、負極、封入体等を薄く構成するとともに、リード部材についても薄く構成することが望ましい。一方、電池外部では、リード導体を折り曲げて使用されることがあり、リード導体が切れにくいことが求められる。
【０００６】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、蓄電デバイスに用いることによって薄型の蓄電デバイスを実現するとともに、蓄電デバイスの外部に導出されたリード導体が折り曲げられた際においても切れにくいリード部材と、このリード導体を有する蓄電デバイスを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るリード部材は、箔状のリード導体と、該リード導体の長手方向中間部で両面から貼付された絶縁樹脂フィルムを有するリード部材であって、前記リード導体は、前記絶縁樹脂フィルムが添付された箇所で前記長手方向に厚さが異なる部分を有し、前記リード導体の長手方向の両端部の厚さが異なるリード部材である。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る蓄電デバイスは、上記のリード部材が電極に接続され、該電極と電解液が封入体に封入され、前記リード部材が前記封入体に密封封止された蓄電デバイスであって、前記リード部材の厚さの厚い端部側のリード導体が前記封入体の外部に出ている蓄電デバイスである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蓄電デバイスに用いることによって薄型の蓄電デバイスを実現できるとともに、蓄電デバイスの外部に導出されたリード導体が折り曲げられた際においても切れにくいリード部材と、このリード導体を有する蓄電デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るリード部材を備えた非水電解質電池の一例を示す図である。
【図２】図１に示す非水電解質電池の透過平面図である。
【図３】図１に示す非水電解質電池におけるリード部材の取り出し箇所の断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るリード部材の斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るリード部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本願発明の実施形態の説明）
最初に本願発明の実施形態を列記して説明する。
本発明の一態様に係るリード部材は、（１）箔状のリード導体と、該リード導体の長手方向中間部で両面から貼付された絶縁樹脂フィルムを有するリード部材であって、前記リード導体は、前記絶縁樹脂フィルムが添付された箇所で前記長手方向に厚さが異なる部分を有し、前記リード導体の両端部の厚さが異なるリード部材である。
本実施形態によれば、蓄電デバイスに用いることによって、薄型の蓄電デバイスを実現できるとともに、蓄電デバイスの外部に導出されたリード導体が折り曲げられた際においても切れにくいという効果を奏する。
【００１２】
本実施形態の一態様として、上記（１）のリード部材において、（２）前記リード導体の厚さの最大値が最小値の２倍以上であって、厚さの最大値が０．０７ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲にあってよい。
本実施形態によれば、蓄電デバイスに用いることにより、十分に薄い蓄電デバイスを実現できるとともに、蓄電デバイスの外部に導出されたリード導体の強度を維持できる。
【００１３】
本実施形態の一態様として、上記（１）または（２）のリード部材において、（３）前記絶縁樹脂フィルムの前記リード導体に接着する部分が、メルトフローレート（温度２３０℃で荷重２．１６ｋｇ）が６ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分以下であり、厚さ２５μｍ以上の酸変性ポリオレフィンの接着層からなってもよい。
本実施形態によれば、リード導体の厚さの変化部分の外径に沿って接着層が動くことができるため、絶縁樹脂フィルムがリード導体と間隙なく覆うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る蓄電デバイスは、（４）上記（１）から（３）のいずれか１のリード部材が電極に接続され、該電極と電解液が封入体に封入され、前記リード部材が前記封入体に密封封止された蓄電デバイスであって、前記リード部材の厚さの厚い端部側のリード導体が前記封入体の外部に出ている蓄電デバイスである。
【００１５】
本実施形態によれば、薄型であって、蓄電デバイスの外部に導出されたリード導体が折り曲げられた際においても切れにくい蓄電デバイスを得ることができる。
【００１６】
（本願発明の実施形態の詳細）
以下に、本発明に係るリード部材および蓄電デバイスの具体例を、非水電解質電池を例に説明するが、蓄電デバイスとしては、電気二重層コンデンサやリチウムイオンキャパシタなどであってもよい。なお、本発明は以下の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。なお、以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るリード部材を備えた非水電解質電池の一例を示す図であり、図２は、図１に示す非水電解質電池の透過平面図、また、図３は、図１に示す非水電解質電池におけるリード部材の取り出し箇所の断面図である。さらに、図４は、本発明の一実施形態に係るリード部材の斜視図である。なお、図４では、リード導体の構造を示すために、絶縁樹脂フィルムを透過させて表現している。
【００１８】
図１および図２に示すように、非水電解質電池（以下、「電池」ともいう。）１０は、封入体１１と、正極（アノード）１２および負極（カソード）１３に接続されたリード部材２０とを有している。封入体１１は、複合包装材からなる２枚のシート部材のそれぞれの周縁部をヒートシールにより熱融着で袋状としたものであり、封入体１１内には、正極１２および負極１３とともに、正極１２と負極１３との間に設けられたセパレータ（隔膜）１４、および、非水電解質１５が、密封して収納されている。
【００１９】
リード部材２０は、電池１０のリード線として用いられるもので、金属箔などからなる長尺のリード導体２１を有している。リード導体２１は、封入体１１内の正極１２および負極１３にそれぞれ接続されている。
【００２０】
封入体１１を構成する複合包装材は、十分な機械的強度と軽量性を確保しつつ、電池１０外部から電池１０内部への水分や空気の侵入、および、電池１０内部から電池１０外部への電解質成分の逸散を効果的に防止する必要がある。このため、図３に示すように、封入体１１の最内部の側に配置される合成樹脂製の層であるシール樹脂層１１ａと、封入体１１の外表面の側に配置される合成樹脂製の層である基材樹脂層１１ｃと、最内部のシール樹脂層１１ａと最外部の基材樹脂層１１ｃとの間に配置される少なくとも１つの金属層１１ｂとを有する３層以上の層から構成されていることが好ましい。
【００２１】
最内部の層であるシール樹脂層１１ａは、電池の組立時にシール樹脂層１１ａ同士あるいは図示しないスペーサを溶着し電池１０を密封する層である。シール樹脂層１１ａを構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリエチレなどのポリオレフィン、あるいは、これらのポリオレフィンをカルボン酸により変性した酸変性ポリオレフィンを用いることが好ましい。シール樹脂層１１ａは、単層でも２層以上の多層でもよい。
【００２２】
基材樹脂層１１ｃは、単層でも２層以上の多層でもよく、基材樹脂層１１ｃを多層構造にする場合は、各層はそれぞれ異なる樹脂から形成されていてもよい。多層構造の場合の各層は、接着剤を介して接着されていてもよく、また、接着剤を介さずに直接積層されていてもよい。基材樹脂層１１ｃを形成する樹脂は、絶縁性を備えるものであれば限定されないが、例えば、ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリウレタンおよびこれらの混合物が使用される。好ましくは、ポリエステル、ポリアミドが挙げられる。
【００２３】
金属層１１ｂは、封入体１１としての強度向上の他、電池１０内部に水蒸気、酸素、光等が侵入するのを防止するためのバリア層として機能するための層である。金属層１１ｂの材料としては、耐腐食性を有する金属材料から形成されている層であることが好ましく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、クロム等からなる金属箔が使用される。
【００２４】
正極１２および負極１３は、それぞれ集電体と呼ばれる金属箔またはエキスパンデッドメタルの金属基材（図示せず）と、集電体となる金属基材上に形成された活物質層（図示せず）とからなる。リチウムイオン電池の場合、正極の活物質としては、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ２Ｏ４）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、リン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ４）等を使用する。また、負極１３の活物質としては、黒鉛やチタン酸リチウム（Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２）が用いられる。
【００２５】
正極１２の金属基材は、例えば、アルミニウムからなるリード導体２１の一端に電気的に接続され、一方、負極１３の金属基材も、例えば、銅またはニッケルからなるリード導体２１の一端に電気的に接続される。これらの２つのリード導体２１は封入体１１の外部に延びている。リード導体２１については後で詳述する。
【００２６】
セパレータ１４は、表面に１μｍほどの小さな穴の開いた厚さ２．５μｍほどの膜が用いられる。セパレータの材質には、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が使用される。
【００２７】
非水電解質１５は、例えば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、または、液状電解質と高分子材料とを複合化したゲル状非水電解質であってよい。液状非水電解質は、電解質を０．５モル／Ｌ以上２．５モル／Ｌ以下の濃度で有機溶媒に溶解したものであることが好ましい。
【００２８】
電解質の例としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）、および、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２）のようなリチウム塩、および、これらの混合物が含まれる。電解質は、高電位でも酸化し難いものであることが好ましく、ＬｉＰＦ６が最も好ましい。
【００２９】
有機溶媒の例としては、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ビニレンカーボネートのような環状カーボネート、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）のような鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）、ジオキソラン（ＤＯＸ）のような環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）、ジエトキシエタン（ＤＥＥ）のような鎖状エーテル、γ-ブチロラクトン（ＧＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、およびスルホラン（ＳＬ）が含まれる。これらの有機溶媒は、単独で、または混合溶媒として用いることができる。
【００３０】
リード導体２１としては、リチウムイオン電池やリチウムイオンキャパシタでは正極１２側にはアルミニウムが使用され、負極１３側では銅が使用される。銅はニッケルメッキして使用されることが多い。なお、電気二重層コンデンサでは正極側も負極側もリード部材の導体にはアルミニウムが使用される。
【００３１】
リード導体２１は、外部への電気接続のために封入体１１のシール部から取り出されて外部に導出しており、その取り出し部分では、リード導体２１が絶縁樹脂フィルム２２で被覆絶縁されて、封入体１１を形成する金属層１１ｂと電気的接触が生じないようにしている。絶縁樹脂フィルム２２は、図３で示すように、リード導体２１に溶着する内側層２２ａと、封入体１１と融着する外側層２２ｂの２層により形成されている。絶縁樹脂フィルム２２の内側層２２ａは、加熱溶融により内側層２２ａをリード導体２１に密着させて、リード導体２１表面との良好な密封封止を形成しておくことができ、内側層２２ａの材料の融点は任意に選択できる。一方、外側層２２ｂには、内側層２２ａよりも融点の高い材料が使用される。リード部材２０は、リード導体２１と絶縁樹脂フィルム２２とから構成されている。絶縁樹脂フィルム２２は一層または三層以上であってもよい。
【００３２】
絶縁樹脂フィルム２２の幅は、リード導体２１の幅よりも広く、リード導体２１の幅方向の両端から幅方向に突出するとともに、幅方向に突出した領域で、リード導体２１の両面から貼付された絶縁樹脂フィルム２２同士が貼り合わされている。また、絶縁樹脂フィルム２２の長さＬは、リード導体２１の長手方向の長さよりも短く、例えば、３ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、リード導体２１の長手方向の両端部には、絶縁樹脂フィルム２２が貼り合されていない。
【００３３】
そして、本実施形態のリード導体２１は、図３、図４で示すように、絶縁樹脂フィルム２２が貼られた箇所で長手方向に厚さが異なる段差部２１ｃを有している。なお、絶縁樹脂フィルム２２が貼られていない個所では、リード導体２１の厚さは一定となっており、リード導体２１の電池１０外部に導出される電池外側部分２１ａの厚さｄ１が電池１０内部に位置するリード導体２１の電池内側部分２１ｂの厚さｄ２より厚くなっている。より具体的には、電池外側部分２１ａの厚さｄ１は０．０６ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、電池内側部分２１ｂの厚さｄ２は０．０２ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下であり、厚さの比（ｄ２／ｄ１）が２倍以上であることが望ましい。なお、電池内側部分２１ｂの厚さを０．０２ｍｍとした場合は、正極１２または負極１３を構成する電極とほぼ同じ厚さになる。
【００３４】
また、リード導体２１の長手方向中間部に段差部２１ｃを形成した場合に、絶縁樹脂フィルム２２をリード導体２１に密着させる必要がある。このため、本実施形態では、絶縁樹脂フィルム２２のリード導体２１に接着する内側層２２ａとして、メルトフローレートが６ｇ／１０分以上１０ｇ／１０分（温度２３０℃で荷重２．１６ｋｇ）、厚さ２５μｍ以上の酸変性ポリオレフィンの接着層を用いている。これによって、絶縁樹脂フィルム２２がリード導体２１の周囲を隙間無く埋めるように貼り合わされ、リード導体２１の厚さが０．１ｍｍと厚く、さらに段差部２１ｃを有していても、リード導体２１の幅方向両側部と段差部２１ｃにおける絶縁樹脂フィルムの剥離を確実に防止することができる。
【００３５】
（試験結果）
電池外部に導出されたリード導体２１が折り曲げられた際においても切れにくいことを確認するために、実施例１として、図４に示すように、電池外側部分２１ａの厚さｄ１を０．１ｍｍ、電池内側部分２１ｂの厚さｄ２を０．０５ｍｍとなるような段差部２１ｃを設けたリード導体２１に対して、長さＬが５ｍｍの絶縁樹脂フィルム２２を、段差部２１ｃの位置を境に、厚さｄ１の部分を覆う距離Ｌ１が１ｍｍ、厚さｄ２の部分を覆う距離Ｌ２が４ｍｍの位置になるように貼り付けたリード部材２０を作製した。このリード部材２０を使用して電池を１００個作製し、１．５ｍの高さから木製の床に、各面１回ずつ計６面についてそれぞれ落下させた際に、リード導体２１が１回も切れない電池を合格とした。この場合、実施例１のリード部材２０を用いた電池は、１００個全てでリード導体２１が切れることはなく合格であった。
【００３６】
また、比較例として、リード導体２１の厚さが全長にわたって０．０５ｍｍで同じ厚さのリード導体を用いたリード部材を作製し、同様の試験を行ったが不合格となった。このように、本実施形態のリード導体を用いた電池では、電池１０内部のリード導体２１の厚さを薄くすることができるため、薄型の蓄電デバイスを実現でき、また、電池外部に導出されたリード導体２１が折り曲げられた際においても切れにくいという効果を奏する。
【００３７】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の他の実施形態に係るリード部材の斜視図である。なお、図５では、リード導体の構造を示すために、絶縁樹脂フィルムを透過させて表現している。第１の実施形態では、リード導体２１の厚さが異なる部分を形成するために段差部を設けたが、本実施形態では、厚さが徐々に変化するテーパ部２１ｄを設けている。このテーパ部２１ｄの長さは、絶縁樹脂フィルム２２の長さＬ以下であり、２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。テーパ部２１ｄの薄い側の境界は明瞭でないため、リード導体の薄い側の厚さ（ｄ２）より１０％厚い厚さ（１．１×ｄ２）になった個所を境界としてテーパ部２１ｄの長さを定義する。そして、テーパ部２１ｄが絶縁樹脂フィルム２２によって覆われており、リード導体２１は、絶縁樹脂フィルム２２が貼られた箇所で長手方向に厚さが異なる部分を有している。絶縁樹脂フィルム２２がテーパ部２１ｄを完全に覆うのが好ましい。
【００３８】
（試験結果）
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態についても、落下試験を行った。実施例２のリード部材として、長手方向の長さ４ｍｍの範囲で、電池外側部分２１ａの厚さｄ１が０．１ｍｍから電池内側部分２１ｂの厚さが０．０２ｍｍとなるように徐々に薄くしたテーパ部２１ｄを有するリード導体２１を作製し、テーパ部２１ｄの全長にわたって、リード導体２１の長手方向の長さが５ｍｍの絶縁樹脂フィルム２２を貼り付けてリード部材２０を作製した。絶縁樹脂フィルムの端から１ｍｍの部分はリード導体の厚さが０．１ｍｍの部分を覆い、絶縁樹脂フィルムの他の４ｍｍの部分でテーパ部２１ｄを覆った。このリード部材２０を使用して電池を１００個作製し、１．５ｍの高さから木製の床に、各面１回ずつ計６面についてそれぞれ落下させたところ、実施例２のリード部材２０を用いた電池は、１００個全てでリード導体２１が切れることはなく合格であった。この例ではテーパ部２１ｄの薄い側の厚さを０．０２ｍｍとし、それよりも１０％厚い０．０２２ｍｍになった個所を境界としてテーパ部２１ｄの長さを測定した。
【符号の説明】
【００３９】
１０…電池、１１…封入体、１１ａ…シール樹脂層、１１ｂ…金属層、１１ｃ…基材樹脂層、１２…正極、１３…負極、１４…セパレータ、１５…非水電解質、２０…リード部材、２１…リード導体、２１ａ…電池外側部分、２１ｂ…電池内側部分、２１ｃ…段差部、２１ｄ…テーパ部、２２…絶縁樹脂フィルム、２２ａ…内側層、２２ｂ…外側層。
【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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