(57)【要約】【課題】小型で高容量の薄型二次電池を提供する。【解決手段】外装体２００と、この外装体２００に挿入される正極、負極、及び正負極間に介在されるセパレータを有する発電要素３００と、正極及び負極に各々電気的に接続されて、外装体２００の周縁部２６１を通して外部に延出される帯状の正極リード１１０及び負極リード１２０と、を備え、正極リード１１０と負極リード１２０とは、帯状の電気絶縁体１３０を介して電気的に絶縁して積層する構造を実現する。【選択図】図１
2015046217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装体と、前記外装体に収容される正極、負極、及び正負極間に介在されるセパレータを有する発電要素と、前記発電要素から前記外装体の周縁部を通して外部に延出される帯状の正極リード及び負極リードと、を備え、前記外装体の前記周縁部を封止した薄型二次電池において、
前記正極リードと前記負極リードとが、電気絶縁体を介して電気的に絶縁して積層されており、
前記正極及び前記負極の少なくともいずれかには、前記正極リード又は前記負極リードと接続される接合部が前記発電要素の端面から延出されて形成されていることを特徴とする薄型二次電池。
【請求項２】
前記接合部は、前記正極及び前記負極の少なくともいずれかに、連結部材を接続して形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄型二次電池。
【請求項３】
前記接合部は、前記正極及び前記負極の少なくともいずれかにおいて、端部の一部を延出して形成されることを特徴とする請求項１に記載の薄型二次電池。
【請求項４】
前記正極リード及び前記負極リードの少なくともいずれかは、複数の接合部と接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型二次電池。
【請求項５】
外装体と、前記外装体に収容される正極、負極、及び正負極間に介在されるセパレータを有する発電要素と、前記発電要素から前記外装体の周縁部を通して外部に延出される帯状の正極リード及び負極リードと、を備え、前記外装体の前記周縁部を封止した薄型二次電池において、
前記正極リードと前記負極リードとが、電気絶縁体を介して電気的に絶縁して積層されており、
前記正極リード及び前記負極リードの少なくともいずれかは、前記正極又は前記負極の端部の一部が延出して形成されていることを特徴とする薄型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外装体で発電要素を封止した構造を有する薄型二次電池に関し、特に封止部エリアを減少させて電池容量を確保した薄型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン等の電子機器の進歩に伴い、その駆動電源となる二次電池は、薄型化、小型化、及び高容量化が絶えず要請されてきた。これら電子機器の駆動電源として使用される二次電池として、例えば特許文献１及び２に記載されるように、アルミニウム合金箔と高分子フィルムとのラミネートフィルムからなるラミネート外装体内に、正極及び負極を有する発電要素を収容して封止した薄型二次電池がある。
【０００３】
この薄型二次電池では、正極及び負極に各々電気的に接続されて、ラミネート外装体の周縁部でリード溶着されて外部に延出する帯状の正極リード及び負極リードが、ラミネート外装体の同一辺から平行に突出している。このラミネート外装体の同一辺から突出している正極リード及び負極リードのため、幅の狭い電池を設計することが困難であり、小型化の要請に応えることは困難であった。
【０００４】
そこで、特許文献３には、ラミネート外装体の互いに対向する辺から正極リード及び負極リードが各々突出している薄型二次電池が記載されている。この薄型二次電池では、正極リード及び負極リードがラミネート外装体の同一辺から平行に突出しておらず、幅の狭い電池を設計することができ、薄型化のみならず小型化の要請にも応えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−００７９２１号公報
【特許文献２】特開平１１−０８６８０８号公報
【特許文献３】特開２００７−２５７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述の薄型二次電池では、正極リードがラミネート外装体の一方の周縁部を通して外部に延出する箇所と、負極リードがラミネート外装体の反対側の他方の周縁部を通して外部に延出する箇所と、の各々２カ所にてリード溶着をする必要がある。このリード溶着に要するエリアのため、高容量化の要請に答えることは困難であった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、小型且つ高容量の薄型二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る薄型二次電池は、外装体と、前記外装体に収容される正極、負極、及び正負極間に介在されるセパレータを有する発電要素と、前記発電要素から前記外装体の周縁部を通して外部に延出される帯状の正極リード及び負極リードと、を備え、前記外装体の前記周縁部を封止した薄型二次電池において、前記正極リードと前記負極リードとが、電気絶縁体を介して電気的に絶縁して積層されており、前記正極及び前記負極の少なくともいずれかには、前記正極リード又は前記負極リードと接続される接合部が前記発電要素の端面から延出されて形成されていることを特徴としている。
【０００９】
上述の構成によれば、正極リードと負極リードとが、電気絶縁体を介して電気的に絶縁して積層されており、この積層された正極リード及び負極リードが、外装体の周縁部を通して外部に延出されているため、幅の狭い電池を設計することができ、また、リード溶着をする箇所を減らすことができるため、電池容量を向上させることができ、封止性も向上する。さらに、正極及び負極の少なくともいずれかには、正極リード又は負極リードが接続される接合部が発電要素の端面から延出して形成されているため、正極リード及び負極リードが積層した構成部材を用いても、当該接合部に容易に接続することが可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る薄型二次電池は、外装体と、前記外装体に収容される正極、負極、及び正負極間に介在されるセパレータを有する発電要素と、前記発電要素から前記外装体の周縁部を通して外部に延出される帯状の正極リード及び負極リードと、を備え、前記外装体の前記周縁部を封止した薄型二次電池において、前記正極リードと前記負極リードとが、電気絶縁体を介して電気的に絶縁して積層されており、前記正極リード及び前記負極リードの少なくともいずれかは、前記正極又は前記負極の端部の一部が延出して形成されていることを特徴としている。
【００１１】
上述の構成によっても、幅の狭い電池を設計することができ、また、電池容量を向上させることができ、封止性も向上する。さらに、正極リード及び負極リードの少なくともいずれかは、正極又は記負極の端部の一部が延出されて形成しているため、容易に正極リードと負極リードとを積層させることができる。また、部品点数が削減され、より電池の組立工程を簡略化でき、生産性を向上することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、幅の狭い電池を設計、製造することができ、更にリード溶着をする箇所が１カ所であるから電池容量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る薄型二次電池の外観を示す斜視図
【図２】（ａ）積層された正極リード及び負極リードの斜視図、及び（ｂ）断面図
【図３】実施の形態１に係る発電要素の外観図
【図４】（ａ）実施の形態２に係る発電要素の分解構成図、及び（ｂ）上面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、当該実施形態は本発明の原理の理解を容易にするためのものであり、本発明の範囲は、下記の実施形態に限られるものではなく、当業者が以下の実施形態の構成を適宜置換した他の実施形態も、本発明の範囲に含まれる。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、本実施形態に係る薄型二次電池９００の外観を示す斜視図である。図１に示されるように、薄型二次電池９００は、外装体２００と、発電要素３００と、正極リード１１０と、負極リード１２０と、を備えている。外装体２００は、下面部２６０と、この下面部２６０の一方の端部に位置する折返し部２４０で折り返して形成される上面部２５０と、を備える。また、外装体２００には、発電要素３００を収容する凹部２６５が形成されている。発電要素３００は、後述するように正極、負極、及び正負極間に介在されるセパレータを有している。正極リード１１０及び負極リード１２０は帯状に形成されており、正極及び負極に各々電気的に接続されている。正極リード１１０及び負極リード１２０は、下面部２６０の周縁部２６１を通して外部に延出される。
【００１６】
外装体２００は、例えばラミネート外装体である。ラミネート外装体は、例えば、アル
ミニウム又はアルミニウム合金箔をバリア材として用い、このバリア材の両面に薄い高分子フィルムを貼り合わせて構成されるアルミラミネートフィルムである。バリア材は、電解液やガスの透過を防止する。バリア材の外装側（表面側）には、耐久性を有する高分子フィルムが配置される。一方、バリア材の内装側（裏面側）には、熱融着性を有する高分子フィルムが一体に貼り合わされる。
【００１７】
図２は、積層された正極リード１１０及び負極リード１２０（以下、端子ユニット１５０と記す）の（ａ）斜視図と、（ｂ）断面図である。図２に示されるように、端子ユニット１５０は、正極リード１１０と負極リード１２０とが、断面が長方形である帯状の電気絶縁体１３０を介して積層される。即ち、本実施形態では、正極リード１１０と負極リード１２０とは、長方形の電気絶縁体１３０を介して積層される。封着用タブ１４０は、正極リード１１０及び負極リード１２０を挟持している。電気絶縁体１３０の厚さは、正極リード１１０と負極リード１２０との電気的絶縁性及び物理的耐久性等を考慮して適宜設定され、特に限定されるものではないが、例えば１０μｍ〜１００μｍである。正極リード１１０及び負極リード１２０の外形は、特に限定されるものではないが、例えば厚さ０．１ｍｍ、長さ７０ｍｍ、幅５ｍｍである。そして、この端子ユニット１５０は、正極リード１１０と負極リード１２０とが電池外部に延出するよう配置され、下面部２６０の周縁部２６１、２６２、２６３と、凹部２６５を覆う上面部２５０の周縁部２５１、２５２、２５３と、が各々熱融着されて封止される。これにより、正極リード１１０及び負極リード１２０が、外装体２００の周縁部の１カ所にてリード溶着される。また、熱融着時には、封着用タブ１４０により、正極リード１１０や負極リード１２０の厚みによる隙間を埋めることができるため、封止性が向上し、電解液の漏液や、電池内部への水分やガスの浸入を防ぐことができる。
【００１８】
電気絶縁体１３０は、熱収縮性樹脂、熱可塑性樹脂、及びこれらのブレンド樹脂で形成されていることが好ましい。ここで、熱収縮性樹脂とは、室温付近の温度では寸法の変化は起きないが、樹脂の収縮温度以上の温度まで加熱された際に収縮する性質を有する高分子であり、一旦収縮した後は、完全に収縮が終了している限り寸法変化することはない樹脂をいう。これらの熱収縮性樹脂、熱可塑性樹脂は目的に応じて、収縮温度や収縮率、溶融温度を変化させることができ、特に限定されるものではないが、電気絶縁体１３０に用いられる熱収縮性樹脂の熱収縮率は、例えば１４０℃での熱収縮率が４％〜７％である。熱収縮性樹脂は、特に限定されるものではないが、例えばポリ塩化ビニルを使用することができる。熱可塑性樹脂は、示差走査熱量計を用いて測定される融解温度が、８５℃以上３００℃の熱可塑性樹脂とするものがより好ましい。熱可塑性樹脂は、特に限定されるものではないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート等が好ましい。
【００１９】
電気絶縁体１３０が熱収縮性樹脂を主体として形成されている場合は、仮に電池を収容する電子機器等の異常による外部からの大電流の流れ込み等により、薄型二次電池９００が高温状態になったとしても、大電流による正極リード１１０と負極リード１２０との発熱により、正極リード１１０と負極リード１２０との間に配置された電気絶縁体１３０が収縮することにより、正極リード１１０と負極リード１２０とが接触して電気的絶縁性が失われる。これにより、電池外部からの電流が、電池内部に流れなくなるため、電池内部での異常な反応を抑制し、薄型二次電池の安全性を確保することができる。なお、熱収縮性樹脂を主体として形成とは、電気絶縁体内の固形分比率で、熱収縮性樹脂が６０体積％以上であることを意味する。
【００２０】
また、電気絶縁体１３０が熱可塑性樹脂を主体として形成されている場合も、電池使用時に薄型二次電池９００が高温状態になったとしても、正極リード１１０と負極リード１２０との間に配置された電気絶縁体１３０が溶融することにより、正極リード１１０と負
極リード１２０とが接触して電気的絶縁性が失われる。これにより、電池内部での短絡が抑制できる。なお、熱可塑性樹脂を主体として形成とは、電気絶縁体内の固形分比率で、熱可塑性樹脂が６０体積％以上であることを意味する。
【００２１】
電気絶縁体１３０の幅は、正極リード１１０及び負極リード１２０の幅よりも大きい。仮に電池使用時に薄型二次電池９００が使用される電子機器になんらかの振動が加わることにより、正極リード１１０及び負極リード１２０の位置関係が多少横ずれしたとしても、電気絶縁体１３０の幅が、正極リード１１０及び負極リード１２０の幅よりも大きく設定されることにより、正極リード１１０と負極リード１２０との電気絶縁性を確実に担保することができる。
【００２２】
図３は、本実施形態に係る薄型二次電池９００の発電要素３００の外観図である。図３に示すように、発電要素３００は、例えば巻回式の構造を有する。この発電要素３００は、扁平状に捲回されており、捲回軸に垂直な面における断面形状は、両端部が略半円であり全体として略長方形である。発電要素３００は、負極と正極とが、例えばポリエチレンやポリプロピレンから形成されるセパレータを間に介在させた状態で重ね合わせられて積層しており、その積層状態で渦巻状に扁平巻回加工されている。正極は、例えば帯状のアルミニウム箔から成る正極集電体の両面に、例えばＬｉＣｏＯ２からなる正極活物質と、カーボンブラックからなる導電剤と、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤とから構成される正極活物質層が設けられる。また、正極の一部には、正極活物質層が形成されない正極集電体の露出部が設けられる。露出部には、正極リード１１０が接続される接合部となる正極連結部材１１０ａが、例えば超音波溶接法にて溶着される。
【００２３】
負極は、例えば帯状の銅箔からなる負極集電体の両面に、例えば天然黒鉛からなる負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンからなる結着剤とから構成される負極活物質層が設けられる。また、負極の一部には、負極活物質層が形成されない負極集電体の露出部が設けられる。露出部には、負極リード１２０が接続される接合部となる負極連結部材１２０ａが、例えば超音波溶接法にて溶着される。なお、正極活物質は、ＬｉＣｏＯ２に限定するものではなく、例えばＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ４又はこれらの混合でも良く、負極活物質は天然黒鉛に限定するものではなく、人造黒鉛やＳｉ、Ｓｎ、ＳｉＯ等の合金や酸化物、及びそれらの混合物でも良い。
【００２４】
上述した構成により、図３で示した発電要素３００の端面からは、正極及び負極と接続された正極連結部材１１０ａ及び負極連結部材１２０ａが延出している。この正極連結部材１１０ａ及び負極連結部材１２０ａには、図２で示した端子ユニット１５０の正極リード１１０及び負極リード１２０が、それぞれ接続される。本実施形態によれば、正極リード１１０及び負極リード１２０との接合部となる正極連結部材１１０ａ及び負極連結部材１２０ａが、発電要素３００の端面から延出している。したがって、正極リード１１０及び負極リード１２０が積層された端子ユニット１５０であっても、容易に発電要素と接続することが可能となる。なお、正極連結部材１１０ａ及び負極連結部材１２０ａのそれぞれを発電要素３００の端面から延出させる位置は、正極リード１１０と負極リード１２０との接触による短絡を防ぐために、適度に距離を確保した位置とすることが好ましい。本発明において、正極リード１１０及び正極連結部材１１０ａは、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属で構成される。また、負極リード１２０及び負極連結部材１２０ａは、例えばニッケル、銅、鉄又はステンレス等の金属で構成される。
【００２５】
この端子ユニット１５０を接続した発電要素３００は、外装体２００の凹部２６５へ収容される。正極リード１１０及び負極リード１２０を電池外部に延出させて配置した後、端子ユニット１５０が配置された外装体２００の下面部２６０の周縁部２６１と、凹部２６５を覆う上面部２５０の周縁部２５１の熱融着をする。さらに、周縁部２６２と周縁部
２５２、あるいは周縁部２６３と周縁部２５３のいずれか一方を熱融着する。そして、熱融着をしていない辺から、外装体２００の凹部２６５に電解液を注入し、発電要素３００内に電解液を含浸させる。その後、電解液を注入した辺の熱融着を行い、外装体２００は封止される。
【００２６】
本実施形態では、帯状の正極リード１１０及び負極リード１２０を積層した端子ユニット１５０が、周縁部の１カ所にてリード溶着されるため、従来よりもリード溶着のエリアを減少させることができ、これにより電池容量を向上させることができる。さらに、正極及び負極と接続された正極連結部材１１０ａ及び負極連結部材１２０ａが接合部として発電要素３００の端面から延出しているために、端子ユニット１５０を容易に接続することができる。
【００２７】
なお、本実施形態において、正極リード１１０又は負極リード１２０が接続される接合部を正極及び負極と接続した正極連結部材１１０ａ、負極連結部材１２０ａとした例を説明したが、それに限定されるものではない。すなわち、正極及び負極の少なくともいずれかにおいて、その端部の一部から活物質層が形成されない集電体を延出させることで、接合部を形成し、正極リード又は負極リードと接続する構成としてもよい。このような構成とした場合は、部品点数の削減、および工数が削減するため、より生産性を向上することができる。
【００２８】
また、本実施形態において、正極及び負極の少なくともいずれかから延出させる接合部は複数形成されていてもよい。複数の接合部を設けて、正極リード又は負極リードと接続させることで、より高出力特性に優れた薄型電池を得ることが可能となる。
【００２９】
（実施の形態２）
図４（ａ）は、本実施形態に係る薄型二次電池９００の発電要素３００の分解構成図、および（ｂ）上面図である。発電要素３００は、図４に示すように、積層式の構造とすることも可能である。かかる場合は、図４に示されるように、発電要素３００は、正極３１０と負極３２０とがセパレータ３３０を介して多数積層されて構成されてもよく、つづれ折れ状に折り曲げられた正極３１０と負極３２０により構成されていても良い。正極３１０と負極３２０とを多数積層して構成する場合は、複数の正極３１０、および複数の負極３２０は、それぞれ電気的に接続され、同電位となっている。
【００３０】
本実施形態では、発電要素３００の最外部に位置する正極３１０（図４（ａ）では最下部）は、その端部の一部から正極活物質層が形成されない集電体を延出させ、正極リード１１０を形成している。同様に、発電要素３００の最外部に位置する負極３２０（図４（ａ）では最上部）は、その端部の一部から負極活物質層が形成されない集電体を延出させ、負極リード１２０を形成している。正極リード１１０及び負極リード１２０は、互いに中央部で重なり合う位置に形成され、さらに、正極リード１１０と負極リード１２０とは、電気絶縁体１３０を介して積層される。また、正極リード１１０及び負極リード１２０を挟むように、封着用タブ１４０が設けられる。ここで、積層された正極リード１１０、電気絶縁体１３０、及び負極リード１２０は、封着用タブ１４０で挟んだ状態で、予め溶着しておくことが、組立工程が簡易化するため好ましい。構成された発電要素３００は、上述したように外装体２００に収容され、２辺を熱融着し、電解液注入後、電解液を注入した辺を熱融着することで封止され、薄型二次電池が得られる。
【００３１】
本実施形態においても、帯状の正極リード１１０及び負極リード１２０を、周縁部の１カ所にてリード溶着されるため、従来よりもリード溶着のエリアを減少させることができ、これにより電池容量を向上させることができる。更に、リード接続を減らすことができ、より簡易に製造することが可能となる。
【００３２】
なお、上述の実施形態では、本発明は二次電池を構成するものとして記載したが、電気二重層キャパシタに適用することも可能である。電気二重層キャパシタの構造は特に限定されないが、例えば一対の分極性電極がセパレータを介して配置され、この外側を例えばアルミラミネートフィルムとしての外装体が覆っている。そして一対の分極性電極から正極リード及び負極リードが外装体の外へ延出している。本発明の構成を電気二重層キャパシタに適用する場合にあっても、正極リードと負極リードとが、帯状の電気絶縁体を介して電気的に絶縁して積層されているので、幅の狭い電気二重層キャパシタを設計することができ、更に、リード溶着をする箇所が１カ所であるため、コンデンサ容量を向上させることができる。
【００３３】
また、上述の実施形態では、電気絶縁体１３０は、断面が長方形である帯状体であったが、電気絶縁体１３０の形状はこのような実施形態に限定されるものではなく、外装体２００の周縁部の封止性を阻害しない限り種々の形状とすることが可能であり、断面が台形の柱体、断面が長方形の錐体、これらの混合体等の種々の形状とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
薄型化、小型化が要請される電子機器の駆動電源として利用できる。
【符号の説明】
【００３５】
１１０    正極リード
１１０ａ  正極連結部材
１２０    負極リード
１２０ａ  負極連結部材
１３０    電気絶縁体
１４０    封着用タブ
１５０    端子ユニット
２００    外装体
２４０    折返し部
２５０    上面部
２６０    下面部
２６５    凹部
３００    発電要素
３１０    正極
３２０    負極
３３０    セパレータ
９００    薄型二次電池
【図１】
2015046217.tif 000003
【図２】
2015046217.tif 000004
【図３】
2015046217.tif 000005
【図４】
2015046217.tif 000006