(57)【要約】  ラミネート電池１０は、正極、負極、及び電解質を含む発電要素と、２枚のラミネートフィルム２０，３０から構成された外装体１１であって、発電要素の収容部１２、及び当該各フィルム同士を接合して収容部１２の周縁に形成された封止部１３を含む外装体１１とを備える。そして、収容部１２と封止部１３との境界に角部１７が形成され、封止部１３は、当該角に近接した角領域１８における接着樹脂層Ｍの厚みが、他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みよりも大きい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極、負極、及び電解質を含む発電要素と、
接着樹脂層を含む２枚のラミネートフィルムから構成された外装体であって、前記発電要素の収容部、及び当該各フィルム同士を接合して前記収容部の周縁に形成された封止部を含む外装体と、
を備え、
前記収容部と前記封止部との境界に角が形成され、
前記封止部は、前記角に近接した角領域における前記接着樹脂層の厚みが、他の領域における前記接着樹脂層の厚みよりも大きいラミネート電池。
【請求項２】
請求項１に記載のラミネート電池において、
前記封止部の前記角領域には、前記ラミネートフィルムの少なくとも一方に複数の凸部が形成されているラミネート電池。
【請求項３】
請求項２に記載のラミネート電池において、
前記各凸部は、前記収容部側から外側に向かって形成されているラミネート電池。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のラミネート電池において、
前記収容部は、前記ラミネートフィルムの一方に前記発電要素を収容可能な窪みを予め形成して設けられ、
前記各凸部は、前記窪みを有する前記ラミネートフィルムのみに形成されているラミネート電池。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のラミネート電池において、
前記各凸部の間に位置する凹部における前記接着樹脂層の厚みは、前記他の領域における前記接着樹脂層の厚みよりも大きいラミネート電池。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載のラミネート電池において、
前記各凸部における前記接着樹脂層の厚みは、前記他の領域における前記接着樹脂層の厚みの３倍以下であるラミネート電池。
【請求項７】
正極、負極、及び電解質を含む発電要素と、接着樹脂層を含む２枚のラミネートフィルムから構成された外装体とを備えたラミネート電池の製造方法において、
絞り加工により、前記ラミネートフィルムの少なくとも一方を貫通孔が形成された押さえ治具で押さえて前記発電要素の収容部となる窪みを形成する第１工程と、
前記窪みに前記発電要素を収容した後、前記各ラミネートフィルム同士を接合して前記収容部の周縁に封止部を形成する第２工程と、
を備え、
前記第１工程では、前記押さえ治具に荷重を加えるときに前記貫通孔の角近傍における荷重を他の部分における荷重よりも小さくして、前記封止部となる部分のうち前記窪みとの境界に形成される角に近接した領域に複数の凸部を形成し、該領域における前記接着樹脂層の厚みを、他の領域における前記接着樹脂層の厚みよりも大きくする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネート電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
正極、負極、及び電解質を含む発電要素を収容する外装体として、ラミネートフィルムを用いた所謂ラミネート電池が知られている。例えば、特許文献１には、外装フィルムの封止部のうち少なくとも正極及び負極の突出部とフィルムとが接する部分にフィルム材が溜められた凹部を有するラミネート電池が開示されている。なお、当該凹部は、封止部の長手方向に沿って形成されている。また、特許文献２には、外装フィルムの封止部を形成した後、封止部をエンボス加工して凹凸を設けたラミネート電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２２９８８９号公報
【特許文献２】特開２００１−５２６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ラミネート電池では、上記特許文献でも記載されているように、封止部等からの水分の侵入を抑制することが重要な課題である。また、高温保存等により発電要素から高圧ガスが発生した時など内部圧力が上昇した場合であっても、封止部の破断を防止しなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るラミネート電池は、正極、負極、及び電解質を含む発電要素と、接着樹脂層を含む２枚のラミネートフィルムから構成された外装体であって、発電要素の収容部、及び当該各フィルム同士を接合して収容部の周縁に形成された封止部を含む外装体とを備え、収容部と封止部との境界に角が形成され、封止部は、当該角に近接した角領域における接着樹脂層の厚みが、他の領域における接着樹脂層の厚みよりも大きいことを特徴とする。【０００６】
本発明に係るラミネート電池の製造方法は、正極、負極、及び電解質を含む発電要素と、接着樹脂層を含む２枚のラミネートフィルムから構成された外装体とを備えたラミネート電池の製造方法において、絞り加工により、ラミネートフィルムの少なくとも一方を貫通孔が形成された押さえ治具で押さえて発電要素の収容部となる窪みを形成する第１工程と、窪みに発電要素を収容した後、各ラミネートフィルム同士を接合して収容部の周縁に封止部を形成する第２工程とを備え、第１工程では、押さえ治具に荷重を加えるときに貫通孔の角近傍における荷重を他の部分における荷重よりも小さくして、封止部となる部分のうち窪みとの境界に形成される角に近接した領域に複数の凸部を形成し、該領域における接着樹脂層の厚みを、他の領域における接着樹脂層の厚みよりも大きくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水分の侵入を抑制できると共に、内部圧力が上昇した場合であっても封止部の破断を抑制できるラミネート電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態の一例であるラミネート電池を示す斜視図である。
【図２】図１のＡＡ線断面図である。
【図３】図１のＢ部拡大図である。
【図４】図３のＣＣ線断面図である。
【図５】図３のＤＤ線断面図である。
【図６】本発明の実施形態の一例であるラミネート電池の製造過程を示す図である。
【図７】従来のラミネート電池の製造過程を示す図である。
【図８】図１のラミネート電池の寸法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１０】
図１〜図５を参照しながら、本発明の実施形態の一例であるラミネート電池１０の構成について詳説する。なお、図３は、収容部１２（凹状加工部２４）と封止部１３との境界に形成される角部１７の近傍を拡大して示す図である。図４は、封止部１３のうち角部１７に近接する領域である角領域１８の断面図（図３のＣＣ線断面図）、図５は、角領域１８から離れた領域の断面図（図３のＤＤ線断面図）である。
【００１１】
図１，２に示すように、ラミネート電池１０は、正極、負極、及び電解質を含む発電要素（図示せず）と、２枚のラミネートフィルム２０，３０から構成された外装体１１とを備える。発電要素は、ラミネートフィルム２０，３０の間に形成された収容部１２の内部空間に収容されている。外装体１１にはラミネートフィルム２０，３０同士を接合して封止部１３が形成され、これにより発電要素が収容された内部空間が密閉されている。
【００１２】
ラミネート電池１０の形状、即ち外装体１１の形状は特に限定されず、例えば、図１に示すように平面視略矩形形状とすることができる。本明細書において、「平面視」とは、ラミネートフィルム２０，３０の主面（面積が最も大きな面）に対して垂直な方向から見た状態を意味する。封止部１３は、外装体１１の端縁に沿って略同じ幅で枠状に形成することができる。封止部１３に囲まれた平面視略矩形状の部分が収容部１２である。本実施形態では、収容部１２と封止部１３との境界線が、外装体１１の端辺（外形線）に対して略平行である。
【００１３】
ラミネート電池１０では、正極に接続された正極リード１４及び負極に接続された負極リード１５が、発電要素が収容された収容部１２の内部空間から引き出されている。各リードは、外装体１１の同じ端辺から互いに略平行となるように引き出されることが好適である。各リードには、樹脂フィルム１６が接着されており、封止部１３において、ラミネートフィルム２０，３０の間に挟まれた樹脂フィルム１６と各フィルムの接着樹脂層が溶着されている。
【００１４】
発電要素の一例は、正極及び負極がセパレータを介して巻回された電極体と、非水電解質とで構成される。非水電解質は、非水溶媒と、非水溶媒に溶解したリチウム塩等の電解質塩を含む液体電解質が一般的であるが、ゲル状ポリマー等を用いた固体電解質であってもよい。
【００１５】
正極は、例えば、金属箔等の正極集電体と、正極集電体上に形成された正極活物質層とで構成される。正極活物質層は、正極活物質の他に、導電材及び結着剤を含むことが好適である。正極活物質としては、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ等の遷移金属元素を含有するリチウム含有遷移金属酸化物が例示できる。
【００１６】
負極は、例えば、金属箔等の負極集電体と、負極集電体上に形成された負極活物質層とを備える。負極活物質層は、リチウムイオンを吸蔵・脱離可能な負極活物質の他に、結着剤を含むことが好適である。負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、リチウム、珪素、炭素、錫、ゲルマニウム、アルミニウム、鉛、インジウム、ガリウム、及びこれらの合金並びに混合物が例示できる。
【００１７】
外装体１１は、上記のように、発電要素を収容する容器として機能し、発電要素の収容部１２を有する。収容部１２は、ラミネートフィルム２０，３０の間に発電要素を収容可能な内部空間を形成することにより設けられる。即ち、ラミネートフィルム２０，３０同士が接合される封止部１３以外の部分が収容部１２となり得る。但し、収容部１２は、ラミネートフィルム２０，３０の少なくとも一方に発電要素を収容可能な窪みである凹状加工部２４を予め形成して設けることが好適である。本実施形態では、平面視略矩形形状の凹状加工部２４がラミネートフィルム２０のみに形成されている。
【００１８】
凹状加工部２４は、収容部１２の内部空間を拡大するために形成される。凹状加工部２４は、ラミネートフィルム２０の中央部においてラミネートフィルム３０に対向する面側を発電要素が収容可能な程度に窪ませて形成される。換言すると、ラミネートフィルム２０の中央部は、外装体１１の外側に凸となるように膨らんでいる。凹状加工部２４は、後述するように、絞り加工により形成されることが好適である。
【００１９】
外装体１１は、上記のように、ラミネートフィルム２０，３０の端縁同士を接合して形成された封止部１３を有する。これにより、発電要素が収容された収容部１２の内部空間が密閉される。封止部１３は、ラミネートフィルム２０，３０を後述する接着樹脂層２２，３２同士が対向するように重ね合せて熱溶着することにより形成される。
【００２０】
外装体１１を構成するラミネートフィルム２０，３０は、金属層２１，３１と、接着樹脂層２２，３２と、表層２３，３３とをそれぞれ有することが好適である（図３，４参照）。なお、ラミネートフィルム２０，３０には、同じフィルムを用いることができる。以下、ラミネートフィルム２０，３０で共通する内容は、ラミネートフィルム２０を例に挙げて説明する。ラミネートフィルム２０は、上記以外の層を有していてもよく、例えば、金属層２１と表層２３との間に接着性やガスバリア性を向上させるための樹脂層を設けてもよい。また、外的衝撃が小さい用途では表層２３を必要としないことから、表層２３は有していなくてもよい。
【００２１】
金属層２１は、水分等の透過を防ぐ機能を有し、薄膜状のアルミニウムから構成されることが好適である。アルミニウム層は、アルミ箔を用いて、又はアルミ蒸着により形成することができる。金属層２１の厚みは、特に限定されないが、２０μｍ〜６０μｍが好ましく、３０μｍ〜５０μｍがより好ましい。
【００２２】
接着樹脂層２２，３２は、ラミネートフィルム２０，３０同士の熱溶着を可能とする。接着樹脂層２２，３２は、加熱により溶融して互いに接着可能となり、熱溶着された後は各々の界面が確認できない程度に密着する。以下では、熱溶着した接着樹脂層２２，２３を合わせて接着樹脂層Ｍという場合がある。接着樹脂層２２は、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンを主成分とする共重合体等のオレフィン系樹脂から構成されることが好適である。接着樹脂層２２の厚みは、特に限定されないが、金属層２１よりも分厚く、３０μｍ〜１２０μｍが好ましく、６０μｍ〜１００μｍがより好ましい。
【００２３】
表層２３は、例えば、金属層２１等に破れや傷、腐食が発生することを防ぐ保護層として機能する。表層２３は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリエステル系樹脂から構成されることが好適である。表層２３の厚みは、特に限定されないが、５μｍ〜３０μｍが好ましく、１０μｍ〜２０μｍがより好ましい。
【００２４】
外装体１１は、収容部１２と封止部１３との境界に角部１７を有する。本実施形態では、平面視略矩形形状の収容部１２を有することから、収容部１２と封止部１３との境界線は４本の直線からなり、ラミネートフィルム２０について４つの角部１７が存在する。角部１７は、直角に形成されてもよいが、内部圧力が上昇した場合の応力は角部１７に作用し易いため、かかる応力負荷低減の観点からは丸みを帯びていることが好ましい。但し、収容部１２の容量を稼ぐために角部１７の曲率半径を５ｍｍ以下とすることが好ましく、１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることがより好ましい。詳しくは後述するように、ラミネート電池１０によれば、角部１７の曲率半径が小さい場合であっても、内部圧力が上昇した場合の封止部１３の破断を十分に抑制できる。
【００２５】
図３〜図５に示すように、外装体１１では、封止部１３のうち角部１７に近接する角領域１８（図３のドットを付した領域）において、接着樹脂層Ｍの厚みが、他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みよりも大きくなっている。ここで、角領域１８とは、外装体１１の２つの端辺と、角部１７から各端辺に引いた２つの垂線とに囲まれた範囲を少なくとも意味し、好ましくは当該範囲に加えて角部１７から封止部１３の長手方向に沿って所定の長さ範囲（例えば、封止部１３の幅と同程度の長さの範囲）を意味する。
【００２６】
封止部１３の角領域１８には、複数の凸部２５が形成されていることが好適である。本実施形態では、複数の凸部２５を設けることにより、角領域１８における接着樹脂層Ｍの厚みを、他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みよりも大きくしている。これにより、封止部１３の接着強度を効率良く高めて破断を防止できる。
【００２７】
複数の凸部２５は、収容部１２側から外側に向かって、即ち外装体１１の端辺に向かって筋状に形成されている。例えば、一部の凸部２５は、封止部１３の幅方向と略平行に形成され、他の一部の凸部２５は、封止部１３の幅方向及び長手方向に交差して形成される。凸部２５は、少なくとも３本以上形成されることが好ましく、各凸部２５の間に形成される凹部２６もまた複数形成されることが好ましい。つまり、凸部２５の長手方向に直交する方向には、複数の凸部２５と複数の凹部２６とが交互に繰り返され、角領域１８には、収容部１２側から外側に向かって複数の筋状の凹凸が形成される。
【００２８】
本実施形態では、ラミネートフィルム２０のみに筋状の凹凸が形成されている。角領域１８において、筋状の凹凸は、ラミネートフィルム２０，３０の両方に形成されていてもよいが、生産性等の観点から、凹状加工部２４を有するラミネートフィルム２０のみに形成されることが好適である。
【００２９】
凸部２５では、接着樹脂層Ｍの厚みｔ1が、角領域１８以外の他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みｔ3よりも大きい。但し、好ましくはｔ1≦ｔ3×３である。より好ましくは、ｔ3×１．２≦ｔ1≦ｔ3×２．７であり、特に好ましくは、ｔ3×１．５≦ｔ1≦ｔ3×２．５である。厚みｔ1がこの範囲内であれば、接着樹脂層Ｍに気泡が入ることなく接合強度の高い封止部１３を形成でき、角領域１８における封止部１３の破断を防止し易くなる。
【００３０】
凹部２６においても、接着樹脂層Ｍの厚みｔ2が、角領域１８以外の他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みｔ3よりも大きいことが好適である。厚みｔ2は厚みｔ1よりも小さく、好ましくは、ｔ3＜ｔ1≦ｔ3×２であり、より好ましくは、ｔ3×１．０５≦ｔ1≦ｔ3×１．７であり、特に好ましくは、ｔ3×１．１≦ｔ1≦ｔ3×１．５である。厚みｔ2がこの範囲内であれば、接合強度の高い封止部１３を形成できる。
【００３１】
隣接する凸部２５と凹部２６とのピッチ（凸部２５の頂部と凹部２６の底部との間隔）は、１００μｍ〜１０００μｍ程度が好ましく、１５０μｍ〜８００μｍ程度がより好ましく、２００μｍ〜６００μｍ程度が特に好ましい。
【００３２】
さらに、筋状の凹凸は、角領域１８のみに形成されることが好適である。角領域１８に限定して筋状の凹凸を形成し、角領域１８における接着樹脂層Ｍの厚みを他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みよりも大きくすることにより、水分の侵入を抑えながら封止部１３の破断を効率良く防止できる。なお、封止部１３の広範囲に筋状の凹凸を形成して接着樹脂層Ｍの厚みを大きくすると透湿量が増加するが、透湿量に影響のない範囲で角領域１８以外に筋状の凹凸を形成した形態は本実施形態と均等なものと言える。
【００３３】
次に、図６を参照しながら、上記構成を備えたラミネート電池１０の製造方法の一例について詳説する。図７には、比較として従来のラミネート電池の製造方法を例示する。ここでは、従来の製造方法との相違点を説明し、従来公知の方法により製造される発電要素やラミネートフィルム自体の製造方法の説明は省略する。
【００３４】
ラミネート電池１０の製造工程は、絞り加工により、外装体１１を構成する一方のラミネートフィルム２０ｂに凹状加工部２４を形成する第１工程を備える。凹状加工部２４は、上記のように、発電要素の収容部１２となる窪み、より詳しくは収容部１２の容量を増やすための窪みである。さらに、ラミネート電池１０の製造工程は、凹状加工部２４に発電要素を収容した後、ラミネートフィルム２０，３０同士を接合して収容部１２の周縁に封止部１３を形成する第２工程を備える。封止部１３は、上記のように、ラミネートフィルム２０，３０を接着樹脂層２２，３２同士が対向するように重ね合せて熱溶着することにより形成される。
【００３５】
図６は、上記第１工程である絞り加工工程を示している。図６に示すように、絞り加工工程では、ダイスと呼ばれる下治具１００と、被加工材であるラミネートフィルム２０ｂを押さえる上治具１０１と、プレス金型１０２とを用いて、ラミネートフィルム２０ｂに凹状加工部２４を形成する。下治具１００及び上治具１０１には、凹状加工部２４の形状に対応する貫通孔が形成されており、当該孔にプレス金型１０２を押し込んでラミネートフィルム２０ｂを加工する。
【００３６】
本工程では、まず初めにラミネートフィルム２０ｂを下治具１００上に置き、上治具１０１で押さえて固定する。このとき、図７に示す従来の工程では、上治具１０１に加える荷重を一定とする。これに対して、本工程では、上治具１０１に加える荷重を一定とせず、貫通孔１０１ｈの角部１０１ｅの近傍における荷重αを他の部分における荷重βよりも小さくする。そして、この状態でプレス金型１０２を押し込んで凹状加工部２４を形成する。これにより、凹状加工部２４が形成されると共に、角領域１８となる領域に筋状の凸部２５が多数形成され、該領域における接着樹脂層２２の厚みが、他の領域における接着樹脂層２２の厚みよりも大きくなる。なお、図７に示す従来の工程では、凸部２５のないラミネートフィルム２０ｘが得られる。
【００３７】
即ち、本工程では、既存の設備を用いて荷重α＜荷重βとするだけの簡便な操作により、角領域１８となる領域でラミネートフィルム２０を意図的に撓ませて筋状の凸部２５を多数形成する。また、角領域１８となる領域でラミネートフィルム２０を撓ませることにより、金属層２１のピンホールを防ぐ。金属層２１は、凹状加工部２４の底における角部が破れてピンホールが発生し易いが、本工程によれば当該部分におけるピンホールの発生を防止できる。
【００３８】
以上のように、ラミネート電池１０によれば、角領域１８に筋状の凹凸（凸部２５、凹部２６）を形成し、角領域１８における接着樹脂層Ｍの厚みを他の領域における接着樹脂層Ｍの厚みよりも大きくすることにより、高圧ガスの発生等で内部圧力が上昇した場合であっても角領域１８に加わる応力を緩和でき、内部圧力の上昇による封止部１３の破断を防止できる。さらに、角領域１８に限定して筋状の凹凸を形成することにより、水分の侵入を抑制しながら封止部１３の破断を効率良く防止できる。
【００３９】
表１に示すように、ラミネート電池１０（サンプルＡ１）は、角部１７の曲率半径を小さくしても内部圧力の上昇による封止部１３の破断を防止できる。即ち、ラミネート電池１０によれば、角部１７の曲率半径を小さくして収容部１２の容量を大きくすることができる。また、ラミネート電池１０（サンプルＡ１）では、透湿量が低く抑えられる。
【００４０】
【表１】
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※各サンプルは、以下の通り、収容部に空気のみを封入し、外形寸法が同一となるように作製して、加圧試験を行った。また、収容部に非水電解液のみ収容したサンプルも作製して、電解液中の水分量から透湿性の評価を行った。
収容要素；空気（１２０ｃｃ）、非水電解液・プロピレンカーボネート
外形寸法；図８に記載の通りである。
ラミネートフィルムの積層構造；ＰＥＴフィルム（１２μｍ）／ドライラミネート用接着剤層（３μｍ）／延伸ナイロン（１５μｍ）／ドライラミネート用接着剤層（３μｍ）／アルミニウム層（４０μｍ）／変性ポリプロピレン・ポリプロピレン（８０μｍ、接着樹脂層）
※Ｒ１；角部１７の曲率半径１ｍｍ
※Ｒ３；角部１７の曲率半径３ｍｍ
○；収容部を０．８ＭＰａで押圧した場合に、封止部の破断なし
×；収容部を０．８ＭＰａで押圧した場合に、封止部の破断あり
※透湿量；６０℃９０％ＲＨの環境下で１４日間保存したときの非水電解液中の水分量
【符号の説明】
【００４１】
１０  ラミネート電池、１１  外装体、１２  収容部、１３  封止部、１４  正極リード、１５  負極リード、１６  樹脂フィルム、１７  角部、１８  角領域、２０，３０  ラミネートフィルム、２１，３１  金属層、２２，３２  接着樹脂層、２３，３３  表層、２４  凹状加工部、２５  凸部、２６  凹部、１００  下治具、１０１  上治具、１０２  プレス金型。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2014112395.tif 000013
2014112395.tif 000014
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