(57)【要約】【課題】安全性の高い電池を提供する。【解決手段】電池１０は、第１のラミネートフィルム１２と第２のラミネートフィルム１３とを重ね合わせて縁部を溶着することで形成された電池容器１１に正極板と負極板とからなる発電要素１５を収納する。正極板および負極板には、正極リード端子１６および負極リード端子１７が接続され、正極及び負極リード端子１６，１７は、電池容器１１の縁部において、第１のラミネートフィルム１２と第２のラミネートフィルム１３との間に挟まれてタブフィルム１８を介してその一部が熱溶着されるとともに、電池容器１１から外部へ導出されている。正極及び負極リード端子１６，１７の少なくとも一方においては、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度が、第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くなっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とを備える発電要素を、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとを重ね合わせて縁部を溶着することで形成された電池容器に収納した電池であって、
前記正極板および前記負極板には、正極リード端子および負極リード端子が接続され、
前記正極リード端子及び前記負極リード端子は、前記電池容器の縁部において、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとの間に挟まれて樹脂層を介してその一部が熱溶着されるとともに、前記電池容器から外部へ導出され、
前記正極リード端子及び前記負極リード端子の少なくとも一方においては、前記第１のラミネートフィルムとの溶着強度が、前記第２のラミネートフィルムとの溶着強度よりも弱くなっていることを特徴とする電池。
【請求項２】
前記正極リード端子及び前記負極リード端子において、前記第１のラミネートフィルムとの溶着強度は、前記第２のラミネートフィルムとの溶着強度よりも弱くなっていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
正極板と負極板とを備える発電要素を、金属箔と樹脂フィルムとをラミネートしたラミネートフィルム製の電池容器に収納した電池は、薄型で軽量であるという特長を有することから、携帯用の電子機器などで従来から使用されている。このような電池としては、例えば特許文献１に記載の非水電解質二次電池が知られている。
【０００３】
この電池の正極板および負極板には、それぞれ正極リード端子及び負極リード端子が接続されており、この正極及び負極リード端子の一端は電池容器の外側に導出されている。
【０００４】
各リード端子は、電池容器の縁部においては、２枚のラミネートフィルム（以下、第１のラミネートフィルムおよび第２のラミネートフィルムともいう）の間に挟まれており、各リード端子の厚み方向の上下面は、第１のラミネートフィルムおよび第２のラミネートフィルムに対してそれぞれ熱溶着されている。
【特許文献１】特開２００３−３０８８８７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電池において、内部短絡が発生すると、短絡電流による急激な発熱に起因して活物質の熱暴走反応が起こり、この熱暴走反応により、多量のガスが発生し電池内圧が上昇することがある。また、電池を過充電することによっても、電池内圧が上昇することがある。
【０００６】
そして、内部短絡などによって電池内圧が上昇すると、各リード端子の上下面が第１および第２のラミネートフィルムに対して同じ強度で熱溶着されている場合には、リード端子の上下面と第１及び第２のラミネートフィルムとの溶着部分が一度に剥離されて、内部にたまっていたガスと発電要素が一気にとび出すおそれがあり危険である。
【０００７】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、内部短絡などによって電池内圧が上昇した場合に、発電要素等のとび出しを防止した安全性の高い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】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、正極板と負極板とを備える発電要素を、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとを重ね合わせて縁部を溶着することで形成された電池容器に収納した電池であって、前記正極板および前記負極板には、正極リード端子および負極リード端子が接続され、前記正極リード端子及び前記負極リード端子は、前記電池容器の縁部において、第１のラミネートフィルムと第２のラミネートフィルムとの間に挟まれて樹脂層を介してその一部が熱溶着されるとともに、前記電池容器から外部へ導出され、前記正極リード端子及び前記負極リード端子の少なくとも一方においては、前記第１のラミネートフィルムとの溶着強度が、前記第２のラミネートフィルムとの溶着強度よりも弱くなっている構成としたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記正極リード端子及び前記負極リード端子において、前記第１のラミネートフィルムとの溶着強度は、前記第２のラミネートフィルムとの溶着強度よりも弱くなっているところに特徴を有する。
【発明の効果】
【００１０】
＜請求項１の発明＞
請求項１に記載の発明によれば、正極リード端子及び負極リード端子の少なくとも一方において、リード端子と第１のラミネートフィルムとの溶着強度は、第２のラミネートフィルムとの溶着強度よりも弱くなっている。
【００１１】
したがって、２枚のラミネートフィルムとの溶着強度の差があるリード端子においては、内部短絡などによって電池内圧が上昇した場合に、リード端子と第１のラミネートフィルムとの溶着部分から剥離されて、リード端子と第１および第２のラミネートフィルムとの溶着部分が一度に剥離されるのを防ぐから、発電要素等のとび出しを防止した安全性の高い電池を提供することができる。
【００１２】
＜請求項２の発明＞
請求項２に記載の発明によれば、正極および負極リード端子の双方において、リード端子と第１のラミネートフィルムとの溶着強度が、第２のラミネートフィルムとの溶着強度よりも弱くなっている。
【００１３】
したがって、電池内圧が上昇した場合に、正極および負極のリード端子の双方において、リード端子と第１のラミネートフィルムとの溶着部分から剥離可能となっているから、両リード端子において、第１および第２のラミネートフィルムとの溶着部分が一度に剥離されるのを防ぐことができ、発電要素等のとび出しを、より有効に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
＜実施形態１＞
以下、本発明の電池１０を非水電解質二次電池（以下、電池１０ともいう）に適用した実施形態１について、図１および図２を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の電池１０は、長円巻回型の発電要素１５と非水電解液（図示せず）とを、ラミネートフィルムからなる電池容器１１内に収納してなるものであり、電池容器１１の対向する縁部からは、発電要素１５に接続された正極リード端子１６および負極リード端子１７が電池容器１１の外側へ導出されている。
【００１５】
本実施形態の電池の発電要素１５は、正極板と負極板とをセパレータを介して巻回してなり、正極板および負極板には、それぞれ、正極リード端子１６および負極リード端子１７が接続されている。
【００１６】
発電要素１５を構成する正極板は、アルミニウムなどの金属により形成された正極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な正極活物質を含んだ正極合剤層を備えている。正極集電体には、正極リード端子１６が溶着されている。この正極リード端子１６の材質としては、アルミニウム、ニッケルなどの金属を用いることができる。
【００１７】
正極活物質として用いられるリチウムを吸蔵放出する遷移金属酸化物としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ１／２Ｍｎ１／２Ｏ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、Ｌｉ２Ｍｎ２Ｏ４、ＭｎＯ２、ＦｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｖ６Ｏ１３、ＴｉＯ２、ＴｉＳ２等が挙げられる。
【００１８】
正極合剤には、上記正極活物質の他に、アセチレンブラックなどの導電剤、ポリフッ化ビニリデンなどの結着剤等を添加することができる。
【００１９】
負極板は、銅などの金属により形成された負極集電体の両面にリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質を含んだ負極合剤層を備えており、負極集電体には、負極リード端子１７が溶着されている。この負極リード端子１７の材質としては、銅やニッケルなどの金属を用いることができる。
【００２０】
負極活物質としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｄ等とリチウムとの合金、ＬｉＦｅ２Ｏ３、ＷＯ２、ＭｏＯ２、ＳｉＯ、ＣｕＯ等の金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Ｌｉ５（Ｌｉ３Ｎ）等の窒化リチウム、もしくは金属リチウム、またはこれらの混合物を用いることができる。
【００２１】
また、セパレータは、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用いることができ、特に合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。
【００２２】
非水電解質は、非水電解液及び固体電解質のいずれを用いてもよく、併用することもできる。
【００２３】
非水電解液は非水溶媒に電解質塩を溶解してなるものであり、非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジオキソラン、メチルアセテート、ビニレンカーボネートなどの極性溶媒を単独でまたは二種以上混合して使用することができる。
【００２４】
非水溶媒に溶解する電解質塩としては、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＣＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＣＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＣＯＣＦ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（ＣＦ２ＣＦ３）３等の塩を単独でまたは二種以上混合して使用することができる。
【００２５】
本実施形態において電池容器１１は、略矩形状をなす２枚のラミネートフィルム１２，１３を重ね合わせて、重なり合っている縁部を熱溶着することで形成されている。電池容器１１を形成するラミネートフィルム１２，１３は、図２に示すように、最も外側に形成されるフィルム層１４Ａと、このフィルム層１４Ａに対してウレタン系接着剤によりラミネートされたアルミニウム箔からなるバリア層１４Ｂと、このバリア層１４Ｂの内側に形成される熱溶着層１４Ｃとを順に積層した三層構造をなしている。
【００２６】
フィルム層１４Ａの材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはナイロン等を用いることができ、熱溶着層１４Ｃの材料としてはポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）等を用いることができる。
【００２７】
さて、電池容器１１の対向する縁部においては、正極リード端子１６及び負極リード端子１７の一部が、上下から２枚のラミネートフィルム１２，１３に挟まれて樹脂層１８を介して熱溶着されている。
【００２８】
樹脂層１８は、各リード端子１６，１７と２枚のラミネートフィルム１２，１３の間にタブフィルム１８を挟んで熱溶着することで形成される。樹脂層１８を形成するタブフィルム１８としては、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）などの熱可塑性樹脂からなるものが使用される。
【００２９】
そして、正極リード端子１６および負極リード端子１７のうち少なくとも一方においては、２枚のラミネートフィルム１２，１３のうち図２において上側に配されているラミネートフィルム１２（本発明における第１のラミネートフィルム）との溶着強度は、下側のラミネートフィルム１３（本発明における第２のラミネートフィルム）との溶着強度よりも弱くなっている。
【００３０】
本発明においては、電池内圧の上昇による発電要素などのとび出しをより有効に防止するという観点から、正極および負極のリード端子１６，１７の双方において、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度が、第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くなっていることが好ましい。以下、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度が第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くなっているリード端子１６，１７を、溶着強度差のあるリード端子１６，１７とする。
【００３１】
溶着強度差のあるリード端子１６，１７においては、リード端子１６，１７と第１のラミネートフィルム１３との溶着強度を１とすると、リード端子１６，１７と第２のラミネートフィルム１２との溶着強度が１．２〜１．５であるのが好ましい。なお、溶着強度差の有無にかかわらず、リード端子１６，１７と第２のラミネートフィルム１３との溶着強度は、従来品と同程度でよい。
【００３２】
各リード端子１６，１７と第１のラミネートフィルム１２との溶着強度を第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くするには、熱溶着温度を変えたり、２種のタブフィルム１８を使用するなどの方法が挙げられる。具体的には、例えば、第１のラミネートフィルム１２との溶着温度を、第２のラミネートフィルム１３との溶着温度よりも低温にしたり、第１のラミネートフィルム１２側に挟まれるタブフィルム１８として、第２のラミネートフィルム１３側のタブフィルム１８を形成する樹脂よりも高分子量の樹脂からなるものを使用することで、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度を第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くすることができる。
【００３３】
次に本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、正極および負極のリード端子１６，１７のうち少なくとも一方においては、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度が、第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くなっているから、内部短絡などにより電池内圧が上昇した場合に、溶着強度の弱い第１のラミネートフィルム１２とリード端子１６，１７の溶着部分から剥離されて、リード端子１６，１７と第１及び第２のラミネートフィルム１２，１３との溶着部分が一度に剥離されるのを防ぐ。その結果、発電要素１５がとび出すのを防止した、安全性の高い電池を提供することができる。
なお、第１のラミネートフィルム１２とリード端子１６，１７との溶着部分の剥離は、リード端子１６，１７と樹脂層１８との溶着部分、及び、樹脂層１８と第１のラミネートフィルム１２との溶着部分のうち少なくとも一方が剥離することで発生する。
【００３４】
＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図３によって説明する。
本実施形態においては正極リード端子１６および負極リード端子１７の一部は電池容器１１の一縁部に溶着され、外側へ導出されている。その他の点は実施形態１と同様である。
本実施形態によれば、電池容器１１の一縁部に、正極及び負極のリード端子１６，１７が配されるから、省スペースを図りたい場合に好適である。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
（１）発電要素１５の作製
負極板は、厚さ１４μｍの銅箔からなる負極集電体の両面に負極活物質としてグラファイト９２重量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）８重量部を混合した負極合剤を塗付、プレス、乾燥することにより負極合剤層を形成して作製した。負極集電体には、負極リード端子１７として、３ｍｍ×４０ｍｍ×１００μｍの銅片に２μｍのニッケルメッキを施したものを超音波溶着した。
【００３６】
正極板は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に、リチウムイオンを吸蔵放出可能な遷移金属酸化物としてのリチウムコバルト複合酸化物を９１重量部、導電剤としてアセチレンブラックを３重量部、結着剤としてＰＶｄＦを６重量部混合した正極合剤を塗付し、負極板と同様にして作製した。正極集電体には、正極リード端子１６として、３ｍｍ×４０ｍｍ×１００μｍのアルミニウム片を超音波溶着した。
【００３７】
セパレータとしては、ポリエチレン製の微多孔膜を用い、このセパレータを介して正極板と負極板とを巻回し発電要素１５を作製した。この発電要素１５は、巻回軸方向の長さを９０ｍｍ、幅を６０ｍｍ、厚みを１０ｍｍとした。
【００３８】
（２）電池１０の作製
非水電解質としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とを体積比３：７で混合した溶媒に、ＬｉＰＦ６を１ｍｏｌ／ｌ溶解したものを用いた。
【００３９】
電池容器１１の材料として、厚さ１２μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルム、厚さ９μｍのアルミニウム箔、及び厚さ６０μｍのポリエチレン（ＰＥ）フィルムをドライラミネートしてシート状に形成したラミネートフィルムを用いた。
【００４０】
このラミネートフィルムを２枚、ＰＥフィルムが内側となるようにしてリード端子１６，１７が導出されない縁部を熱溶着して、発電要素１５を収納して、発電要素１５に接続された正極及び負極のリード端子１６，１７を電池容器１１の対向する縁部から電池１０の外側に導出されるように配した（図１を参照）。次に、（実施例１）〜（実施例４）および（比較例１）に示すようにして図１に示す実施形態１の電池１０を作製した。なお実施例１〜４および比較例１の電池１０の公称容量は４Ａｈとした。
【００４１】
（実施例１）
各リード端子１６，１７と２枚のラミネートフィルム１２，１３との間に挟まれるタブフィルム１８として分子量７００００のポリエチレン製のものを用いて、正極リード端子１６と第１のラミネートフィルム１２とを２００℃で熱溶着し、正極リード端子１６と第２のラミネートフィルム１３とを２３０℃で熱溶着した。
【００４２】
負極リード端子１７と２枚のラミネートフィルム１２，１３との熱溶着は、正極リード端子１６と同様に行った。
【００４３】
次に非水電解質の注液口を除いた縁部を熱溶着して非水電解質を真空注液し、その後に注液口を熱溶着して密封し、実施例１の電池１０を作製した。
【００４４】
（実施例２）
負極リード端子１７と第１および第２のラミネートフィルム１２，１３との熱溶着を、ともに２３０℃で行った以外は、実施例１と同様にして実施例２の電池１０を作製した。
【００４５】
（実施例３）
タブフィルム１８として分子量７００００のポリプロピレン製のものと分子量５００００のポリプロピレン製のものとを、それぞれ第１のラミネートフィルム１２と正極リード端子１６との間、第２のラミネートフィルム１３と正極リード端子１６との間に挟み、２３０℃で熱溶着した。
【００４６】
負極リード端子１７と、第１および第２のラミネートフィルム１２，１３との熱溶着は、正極リード端子と同様に行った。
【００４７】
次に非水電解質の注液口を除いた縁部を熱溶着して非水電解質を真空注液し、その後に注液口を熱溶着して密封し、実施例３の電池１０を作製した。
【００４８】
（実施例４）
負極リード端子１７と、第１および第２のラミネートフィルム１２，１３との熱溶着には、ともに分子量５００００のポリプロピレン製のタブフィルムを用いて、２３０℃で熱溶着を行った以外は実施例３と同様にして実施例４の電池１０を作製した。
【００４９】
（比較例１）
正極および負極リード端子１６，１７と第１および第２のラミネートフィルム１２，１３との熱溶着を２３０℃の溶着温度で行った以外は実施例１と同様にして比較例１の電池を作製した。
【００５０】
（３）溶着強度
実施例１〜４および比較例１の電池１０の、各リード端子１６，１７とラミネートフィルムが熱溶着されている部分を切り取り、引張試験機を用いて、第１のラミネートフィルム１２および第２のラミネートフィルム１３をリード端子１６，１７からそれぞれ引き剥がした際の、破断強度を測定して溶着強度とした。
【００５１】
第２のラミネートフィルム１３の溶着強度を、第１のラミネートフィルム１２の溶着強度で除した値を表１に示す。この値が１であれば、同じ溶着強度で溶着されていることを示し、１よりも大きい値であれば、第１のラミネートフィルム１２の溶着強度が第２のラミネートフィルム１３の溶着強度よりも弱くなっていることを示す。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
（４）電池１０の安全性試験
電池の安全性の確認のために、実施例１〜４、比較例１の電池１０について、釘刺し試験を行った。
釘刺し試験は、電池工業会規格ＳＢＡ Ｇ １１０１（「リチウムイオン二次電池の安全性評価ガイドライン」）に従って実施した。試験には、直径５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、先端角度３０°の鉄製の釘を用い、２４ｍｍ／ｓｅｃの速度で電池ケース側面から被試験体の電池１０を貫通する方法により実施した。
【００５４】
＜試験結果と考察＞
実施例１〜４の電池においては、第１のラミネートフィルム１２がリード端子１６，１７から剥離したが、白煙や発電要素の飛び出しは見られなかった。これは、実施例１〜４の電池では、正極および負極のリード端子１６，１７の少なくとも一方において、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度が、第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くなっているから、２枚のラミネートフィルム１６，１７が一度に剥離しなかったのではないかと考えられる。
【００５５】
一方、比較例１の電池においては、第１および第２のラミネートフィルム１２，１３がリード端子１６，１７からほぼ同時に剥離して、その剥離部分から白煙が見られた。これは、比較例１の電池においては、正極及び負極リード端子の双方において、第１および第２のラミネートフィルム１２，１３と同じ強度で溶着されているからだと考えられる。
【００５６】
以上より、正極および負極リード端子１６，１７の少なくとも一方において、第１のラミネートフィルム１２との溶着強度が、第２のラミネートフィルム１３との溶着強度よりも弱くなるようにすれば、内部短絡などによって電池内圧が上昇した際に発電要素などのとび出しを防止することのできる安全性の高い電池を提供することができるということがわかった。
【００５７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態においては、電池容器として、２枚のラミネートフィルムを重ね合わせて、その縁部を熱溶着したものを用いたが、１枚のラミネートフィルムを封筒状に成形したものや、１枚のラミネートフィルムを二つ折りにして３辺を熱溶着したもの、などであってもよい。
【００５８】
（２）上記実施形態においてはリチウムイオン二次電池に本発明を適用したが、他の種類の電池、例えば、ニッケル水素電池やニッカド電池などに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施形態１の電池の斜視図
【図２】そのＡ−Ａ断面図
【図３】実施形態２の電池の斜視図
【符号の説明】
【００６０】
１０…電池
１１…電池容器
１２…第１のラミネートフィルム
１３…第２のラミネートフィルム
１４Ａ…フィルム層
１４Ｂ…バリア層
１４Ｃ…熱溶着層
１５…発電要素
１６…正極リード端子
１７…負極リード端子
１８…タブフィルム（樹脂層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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