(57)【要約】【課題】長期間に渡って密封性を維持する外装構造を有するラミネート電池を提供する。【解決手段】本発明のラミネート電池１は、積層構造を有する電池要素２と、電池要素２を内部に封止するラミネートシート３と、電池要素２を外部と電気的に接続可能とするために、電池要素２からラミネートシート３の外部に引き出されるタブ４と、タブ４が引き出されるラミネートシート３の端部およびタブ４の一部を覆うように設けられ、ラミネートシート３内を密閉する密閉部材７とを有する。【選択図】　　　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層構造を有する電池要素と、
前記電池要素を内部に封止するラミネートシートと、
前記電池要素を外部と電気的に接続可能とするために、前記電池要素から前記ラミネートシートの外部に引き出されるタブと、
前記タブが引き出される前記ラミネートシートの端部および前記タブの一部を覆うように設けられ、前記ラミネートシート内を密閉する密閉部材と、
を有するラミネート電池。
【請求項２】
前記密閉部材は、蒸着加工またはスパッタ付着加工により前記ラミネートシート端部および前記タブの一部に金属を付着させて形成される請求項１に記載のラミネート電池。
【請求項３】
前記ラミネートシートと前記タブとを結合するために、該ラミネートシートと該タブとの間に配される結合部材をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のラミネート電池。
【請求項４】
前記密閉部材は、耐腐食性を有する金属により形成される請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のラミネート電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のラミネート電池を複数接続してなるモジュール。
【請求項６】
請求項５に記載のモジュールを複数接続してなる組電池。
【請求項７】
請求項６に記載の組電池を搭載してなる車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネート電池、該ラミネート電池を複数接続したモジュール、該モジュールを複数接続した組電池、および該組電池を搭載した車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）の実用化に向けてモータ駆動用電池の開発が鋭意行われている。モータ駆動用電池としては、繰り返し充電が可能な二次電池の使用が提案されている。
【０００３】
これまでに提案されている二次電池の形態としては、電池要素が金属製の缶の内部に配置された構造を有する缶電池、電池要素がラミネートシートを用いて封止された構造を有するラミネート電池などがある。自動車などの移動体用電源としては、軽量化および小型化に役立つラミネート電池が好ましい。
【０００４】
ところで、空気中の水分が二次電池内部に浸透すると、化学反応によって電池特性の劣化が惹起される。したがって、二次電池の電池要素は、外気と接触しないように完全に密封される必要がある。特に、ラミネート電池は缶電池に比べて密封性が劣るため、ラミネート電池の密封性を確保するための手段の開発が所望されている。
【０００５】
この問題を扱う技術として、例えば、電解液を注入する封口部においてラミネートシートからなる外装構造の密封性が低下して、外気中の水分が浸入しやすい点を考慮してなされたものがある（例えば、特許文献１参照。）。該発明は、封口部が、封口部の密封性を確保するための封口部補助部材でさらに覆われる。
【０００６】
比較的短期間の用途（たとえば、通常２〜３年間使用される携帯電話）に適用されるのであれば、外装構造が、ある程度の密封性を有していれば充分かもしれない。しかし、比較的長期間の用途（たとえば、通常数年、場合によっては１０年以上使用される自動車）に適用されるのであれば、外装構造が、より高い密封性を有していることが所望される。特に自動車用電源として用いる場合には、ラミネート電池が振動や熱に晒されるため、高い密封性が所望される。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−２２３０８７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の目的は、長期間に渡って密封性を維持する外装構造を提供し、これによりラミネート電池の電池特性を長期間に渡って持続させることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、積層構造を有する電池要素と、前記電池要素を内部に封止するラミネートシートと、前記電池要素を外部と電気的に接続可能とするために、前記電池要素から前記ラミネートシートの外部に引き出されてなるタブと、前記タブが引き出される前記ラミネートシートの端部および前記タブの一部を覆うように設けられ、前記ラミネートシート内を密閉する密閉部材とを有するラミネート電池である。
【００１０】
【発明の効果】
上記構成を有する本発明のラミネート電池は、長期間に渡って密封性が維持され、大気中の水分がラミネート電池内部へ浸透することを防止でき、これにより、電池特性を長期間に渡って持続することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明のラミネート電池の平面図、図２は本発明のラミネート電池をタブの伸延方向と直角な方向から見た側面図、図３は本発明のラミネート電池をタブ方向の伸延方向から見た側面図、図４は図１に示すラミネート電池のＡ−Ａ断面図である。
【００１３】
本発明の第１はラミネート電池１である。図１〜図４に示すように、本発明のラミネート電池１は、積層構造を有する電池要素２と、電池要素２を内部に封止するラミネートシート３と、電池要素２からラミネートシート３の外部に引き出されてなるタブ４と、ラミネートシート３とタブ４とを結合するために、該ラミネートシート３と該タブ４との間に配される結合部材５と、ラミネートシート３の端面に設けられる絶縁部材６と、タブ４が引き出されるラミネートシート３の端部、結合部材５の一部、絶縁部材６およびタブ４の一部を覆うように設けられ、ラミネートシート３内を密閉する密閉部材７とを有する。
【００１４】
電池要素２は、充放電に実質的に関与する正極、セパレータ、負極などが積層されてなる。
【００１５】
ラミネートシート３は、ラミネート電池１の外装材として用いられ、２枚で一組となっている。２枚のラミネートシート３を合わせると、それらの間に電池要素２を内包するための空間ができるように、少なくとも一方のラミネートシート３は、中高状に形成されている。
【００１６】
また、ラミネートシート３は、図４に示すように、一般には、熱融着性樹脂フィルム３１、金属箔３２、剛性を有する樹脂フィルム３３がこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。
【００１７】
タブ４は、金属により形成され、電池要素２を外部と電気的に接続可能とするために、電池要素２からラミネートシート３の外部に引き出され、伸延している。
【００１８】
結合部材５は、ラミネートシート３とタブ４との間に配され、熱融着によりそれらを密着性を有して結合する。ここで、結合部材５は、タブ４とラミネートシート３とが直接接触しないように、タブ４の周囲を囲繞してなる。結合部材５がタブ４の周囲を囲繞する範囲は、タブ４とラミネートシート３とを非接触にできれば、特に限定されない。
【００１９】
絶縁部材６は、絶縁体、たとえば、ポリプロピレンにより形成されており、ラミネートシート３のタブ４が引き出される辺の端面に当接して、該端面に融着されている。
【００２０】
密閉部材７は、ラミネートシート３のタブ４が引き出される辺に沿って、ラミネートシート３、絶縁部材６、結合部材５およびタブ４を覆うように形成されている。密閉部材７を形成する方法には、蒸着加工またはスパッタ付着加工を用いる。したがって、密閉部材７は、蒸着加工またはスパッタ付着加工が可能な金属により形成されることになる。
【００２１】
蒸着加工またはスパッタ付着加工を行う際には、まず、密閉部材７を形成したい部分以外、すなわち、図１〜図４に示すように、ラミネートシート３のタブ４が引き出される辺以外の部分にマスクをつける。そして、蒸着加工またはスパッタ付着加工を実行して、マスクを含めた全体に金属を付着させ、その後、マスクを取り除くことにより、所望の部分にだけ金属を残し、密閉部材７を形成することができる。
【００２２】
以上のように、本発明では、タブ４が突出するラミネートシート３の辺に沿って、密閉部材７を形成する。したがって、該密閉部材７により、ラミネートシート３とタブ４との間における密封性をより強力にし、この密閉性を長期間に渡って維持し、これによりラミネート電池１の電池特性を長期間に渡って持続させることができる。
【００２３】
また、上記ラミネート電池１では、ラミネートシート３とタブ４との間に結合部材５が配置され熱溶着により接着されているので、結合部材５がラミネートシート３とタブ４とを密に結合し、ラミネートシート３とタブ４との間の密閉性を向上することができる。
【００２４】
さらに、上記ラミネート電池１では、絶縁部材６がラミネートシート３のタブ４が引き出される辺の端面に当接され融着されている。したがって、タブ４と接触して形成される密閉部材７が、ラミネートシート３を構成する金属膜３２と接触することがない。これにより、タブ４が電池要素２の他方に伸延するタブ４と導体により接続されてラミネート電池１が短絡することを防止できる。
【００２５】
次に、上記ラミネート電池１の構成要素を形成する材料について、それぞれ説明し、併せて該材料を適用することによる効果を説明する。
【００２６】
（密閉部材）
本発明の特徴となる密閉部材７は、上述の通り、蒸着加工またはスパッタ付着加工によりラミネート電池１上に形成される。したがって、その材料には、当然、これらの加工に適した金属が用いられる。このような金属としては、たとえば、アルミニウム、金、白金、銅、またはこれらの合金などが挙げられる。金属の密閉部材７をラミネート電池１上に形成することにより、ラミネートシート３とタブ４との間からラミネート電池１内に外気中の水分が進入することを防止することができ、水分進入によるラミネート電池１の劣化を防止することができる。また、ラミネート電池１内が密閉されることにより、ラミネート電池１内に封入されている電解液の漏れも防止することができる。
【００２７】
特に、密閉部材７の材料としては、上記の白金、銅、またはこれらの合金等の耐腐食性を有する金属を用いることが望ましい。耐腐食性を有する金属を用いることにより、密閉部材７の酸化による腐食劣化を防止して、ラミネート電池１の電池耐久性を向上させることができ、結果として、電池寿命の延長を図ることができる。
【００２８】
また、密閉部材７は、金属により形成されるので、放熱性および強度に優れている。したがって、密閉部材７がない場合に比較して、ラミネート電池１の発熱を促進することができ、これにより、ラミネート電池１の変質による性能低下を防止することができる。さらに、密閉部材７がラミネートシート３の両端を覆うことにより、ラミネート電池１の強度も向上させることができる。
【００２９】
（結合部材）
結合部材５は、ラミネートシート３とタブ４との間における密封性を確保し、ラミネート電池１内部への水分の浸透を抑制する必要がある。したがって、その材料には、たとえば、水分の浸透速度が極めて遅いものや、水分を吸着除去しうるものを使用することが考えられる。
【００３０】
具体的には、結合部材５を構成する材料としては、水分吸収剤を含む熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。水分吸収剤を含むことによって、浸透してきた水分が除去されるので、ラミネート電池１内部まで水分が到達することを防止できる。熱可塑性樹脂としては、公知の材料、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂（アクリロニトリル・スチレン共重合樹脂）、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂）、ポリ塩化ビニル、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどが挙げられる。水分吸収剤としては、シリカゲル、活性炭、ゼオライトなどの公知の水分吸収剤が挙げられる。
【００３１】
また、好ましくは、結合部材５は、ポリエチレンからなる。この場合、前述の水分吸収剤は含んでも含まなくてもよい。ポリエチレンは、水分の浸透速度が、熱可塑性樹脂の中で遅いため水分の浸透を抑制する上で効果的である。また、汎用高分子材料として広く用いられており、入手も容易である。なお、水分吸収剤を用いない場合には、製造コストを抑えることも可能である。
【００３２】
なお、上記本発明のラミネート電池１は、ラミネート電池１内への水分の浸透をより効果的に防止すべく、結合部材５をラミネートシート３とタブ４との間に配したが、結合部材５が配されなくても問題はない。本発明では、タブ４が引き出されるラミネートシート３の辺に沿って、金属製の密閉部材７が付着されるので、これにより、ラミネート電池１内への水分の浸透を十分に防止することができる。
【００３３】
以上、本発明の特徴となる密閉部材７および結合部材５の材料について説明した。続けて、本発明のラミネート電池１における、積層構造を有する電池要素２、ラミネートシート３、タブ４などの材料についても参考までに説明するが、これらには、公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。
【００３４】
以下、本発明のラミネート電池がリチウムイオン二次電池である場合について簡単に記述する。ただし、本発明のラミネート電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるわけではない。本発明のラミネート電池としては、ポリマーリチウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミニウム電池などが挙げられる。これらの中では、車両用電源としての用途を考慮すると、出力およびエネルギー密度に優れるリチウムイオン二次電池が好ましい。
【００３５】
［正極］
正極は、アルミニウム等からなる正極集電体の両面に正極材料が結着した構造を有する。正極材料としては、種々の酸化物（ＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムマンガン酸化物；二酸化マンガン；ＬｉＮｉＯ２などのリチウムニッケル酸化物；ＬｉＣｏＯ２などのリチウムコバルト酸化物；リチウム含有ニッケルコバルト酸化物；リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど）や、カルコゲン化合物（二硫化チタン、二硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。これらの中では、得られるリチウムイオン二次電池の出力特性を考慮すると、リチウムマンガン酸化物またはリチウムニッケル酸化物が好ましい。
【００３６】
正極集電体には、導電性を向上させるために、導電性材料を併せて結着させてもよい。導電性材料としては、たとえば、人造黒鉛、カーボンブラック（たとえばアセチレンブラックなど）、ニッケル粉末等が挙げられる。
【００３７】
正極集電体としては、たとえばアルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いることができる。なお、正極は正極集電体の片面に正極材料を結着させた構造であってもよい。
【００３８】
［負極］
負極は、銅などからなる負極集電体の両面に負極材料が結着した構造を有する。負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料を用いることができる。このような炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、有機前駆体（たとえば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素などが挙げられる。好ましくは、負極は非晶質カーボン系材料からなる。本願において「非晶質カーボン系材料」とは結晶構造を有さない炭素材料を意味し、換言すれば非晶質炭素材料を意味する。このような非晶質カーボン系材料は熱硬化性樹脂を炭素化することによって得られる。因みに、放電による電圧依存が大きい非晶質カーボン系材料を用いると、２以上のリチウムイオン二次電池を並列に接続した場合におけるリチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
【００３９】
負極集電体としては、たとえば銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を用いることができる。なお、負極は負極集電体の片面に負極材料を結着させた構造であってもよい。
【００４０】
［セパレータ］
セパレータは、ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いることができ、セパレータ中には、非水電解液が含浸させられる。非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。電解質としては、たとえば過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、四フッ化ホウ素リチウム（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）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ３）２］等のリチウム塩を挙げることができる。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は０．２ｍｏｌ／Ｌ〜２ｍｏｌ／Ｌ程度である。
【００４１】
非水電解液を保持するポリマーとしては、たとえば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体等が挙げられる。
【００４２】
［ラミネートシート］
ラミネートシートは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。
【００４３】
熱融着性樹脂としては、たとえばポリエチレン（ＰＥ）、アイオノマー、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）等を用いることができる。金属箔としては、たとえばＡｌ箔、Ｎｉ箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロンの積層フィルム；アイオノマー／Ｎｉ箔／ＰＥＴの積層フィルム；ＥＶＡ／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム；アイオノマー／Ａｌ箔／ＰＥＴの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートシートは、超音波融着等を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。
【００４４】
［タブ］
タブには、銅、鉄から選ばれる金属を用いることができるが、アルミニウム、ステンレス鋼といった金属またはこれらを含む合金材料も同様に使用可能である。また、表面被覆層にはニッケルが最も好適に使用できるが、銀、金といった金属材料も同様に使用可能である。
【００４５】
本発明のラミネート電池の製造は、当業者であれば想到するであろう公知技術を用いて行うことができる。たとえば、タブの所定の位置に、熱融着技術を用いてシート部材を配置する。このタブを電池要素と接続する。次に、タブが接続された電池要素をラミネートシートで包み込み、電解液を注入するための封口部を残して熱融着する。このとき、タブはラミネートシート外部に引き出され、所定の位置で熱融着されるようにする。続いて、封口部を通じて電解液を注入し、封口部を熱融着により閉じて、ラミネート電池を完成させる。ただし、勿論、この製造方法に限定されるものではない。
【００４６】
本発明の第２は、上記ラミネート電池１を直列および／または並列に複数接続してなるモジュールである。参考までに、図５に本発明のモジュール８の一例を示す。図５は、本発明のモジュール８の一例を示す図である。
【００４７】
モジュール８は、たとえば、図５に示すように、ラミネート電池１を基板９上に４つ並列に配置し接続してなる。当然、モジュールに併置されるラミネート電池１の数や接続は、所望する電気的特性に応じて決定すればよく、本発明のモジュールは図５に示すものに限定されない。
【００４８】
本発明の第３は、上記モジュールを直列および／または並列に複数接続してなる組電池である。参考までに、図６に本発明の組電池１０の一例を示す。図６は、本発明の組電池１０の一例を示す図である。
【００４９】
組電池１０は、たとえば、図６に示すように、モジュール８をテープ１１を用いて、隙間なく積層してなる。隙間なく積層すれば、組電池の体積エネルギー密度の観点からは好ましい。しかし、隙間なく積層させた場合、モジュール８に含まれるラミネート電池１の放熱性が劣化する場合がある。したがって、隙間を空けてモジュール８を積層し、放熱性を向上させることができる。このように、モジュール８の接続方法も図６に示すものに限定されず、組電池１０を使用する環境、構成等に基づいて適宜変更することができる。
【００５０】
本発明の第４は、上記組電池１０を搭載してなる車両である。参考までに、図７に本発明の組電池１０を搭載する自動車１２の斜視図を示す。図７は、本発明の組電池１０を搭載する自動車１２の斜視図である。車両に搭載される組電池１０は、上記ラミネート電池１の特性を有する。このため、本発明の組電池１０を搭載してなる自動車１２は高い耐久性を有し、長期間に渡って使用した後であっても十分な出力を提供しうる。
【００５１】
本発明の効果について、以下の実施例を用いてより詳細に説明する。しかしながら、本発明の技術的思想が以下の実施例に限定されるものでないことは勿論である。
【００５２】
＜実施例＞
本実施例では、ラミネート電池について、ラミネートシート３とタブ４との間の融着幅が１０ｍｍまたは２０ｍｍで、（１）本発明の密閉部材７を設けないもの、（２）本発明の密閉部材７を設け、該密閉部材７が耐腐食性金属でないもの、（３）本発明の密閉部材７を設け、該密閉部材７が耐腐食性金属であるものを１００枚ずつそれぞれ用意した。そして、６ヶ月放置し、その後に、１００枚のうち何枚のラミネート電池の電解液が外部に漏れているかを調べた。液漏れをしているかどうかは、ｐＨ試験紙をラミネートシートとタブとの間に接触させ、電解液のアルカリ性を示すかどうかで判断した。
【００５３】
実験結果は、以下の表に示す通りである。
【００５４】
【表１】
2004134115.tif 000003
【００５５】
上記結果に示すように、密閉部材なしの場合では、融着幅２０ｍｍの方が融着幅１０ｍｍに比較して液漏れ数が少ないものの、５％も液漏れが発生している。これに対し、密閉部材ありの場合では、該密閉部材に耐腐食性があってもなくても、液漏れ発生率はほぼ０パーセントである。
【００５６】
この結果からもわかるように、ラミネート電池に本発明の密閉部材を適用すれば、ラミネート電池の液漏れをかなり低減でき、結果として、ラミネート電池の寿命を延長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラミネート電池の平面図である。
【図２】本発明のラミネート電池をタブの伸延方向と直角な方向から見た側面図である。
【図３】本発明のラミネート電池をタブ方向の伸延方向から見た側面図である。
【図４】図１に示すラミネート電池のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明のモジュールの一例を示す図である。
【図６】本発明の組電池の一例を示す図である。
【図７】本発明の組電池を搭載する自動車の斜視図である。
【符号の説明】
１…ラミネート電池、２…電池要素、３…ラミネートシート、４…タブ、５…結合部材、６…絶縁部材、７…密閉部材、８…モジュール、１０…組電池、１２…自動車、３１…熱融着性樹脂フィルム、３２…金属箔、３３…樹脂フィルム。
【図１】
2004134115.tif 000004
【図２】
2004134115.tif 000005
【図３】
2004134115.tif 000006
【図４】
2004134115.tif 000007
【図５】
2004134115.tif 000008
【図６】
2004134115.tif 000009
【図７】
2004134115.tif 000010