(57)【要約】【課題】箔状電極端子の耐久性を向上させる。【解決手段】電池外装１０６，１０７内に発電要素１０９が収容され、発電要素の電極に接続された正極端子１０４が電池外装の外周縁から導出された薄型電池１０であって、電極端子１０４、１０５に接合された軸芯２００を有し、少なくとも正極端子１０４に接触した電池外装１０６、１０７の領域が、軸芯２００に巻き付けられた薄型電池。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁から導出された薄型電池であって、
前記電極端子に接合された軸芯を有し、
少なくとも前記電極端子に接触した前記電池外装の領域が、前記軸芯に巻き付けられた薄型電池。
【請求項２】
前記軸芯は、前記軸芯に巻き付いた前記電池外装の一方の端部のみから導出している請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
前記軸芯に巻き付いた前記電池外装の直径が、前記薄型電池の厚さに実質的に等しい請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
前記電極端子は、前記軸芯に接合されていない領域が前記電池外装に覆われている請求項１〜３の何れかに記載の薄型電池。
【請求項５】
前記発電要素は、リチウムイオン電池である請求項１〜４の何れかに記載の薄型電池。
【請求項６】
前記発電要素の正極活物質がリチウム成分を含む請求項１〜５の何れかに記載の薄型電池。
【請求項７】
前記発電要素の正極活物質がマンガン酸リチウムまたはニッケル酸リチウムを含む請求項６記載の薄型電池。
【請求項８】
前記発電要素の負極活物質が非晶質炭素を含む請求項１〜７の何れかに記載の薄型電池。
【請求項９】
前記発電要素のセパレータの厚さが２５μｍ〜５０μｍである請求項１〜８の何れかに記載の薄型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は、電池外装内に発電要素が収容され、箔状の電極端子を有する薄型二次電池に関する。
【０００２】
【背景技術】
薄型電池は、小型軽量であるため、これを複数接続して組電池にすることで高電圧化および高容量化することができる（たとえば特開平９−２５９８５９号公報参照）。
【０００３】
しかしながら、上記特開平９−２５９８５９号公報に開示された薄型電池では、正極端子や負極端子がアルミニウム箔や銅箔などの箔状端子で構成されているため、複数の薄型電池の端子間を接続して組電池を構成すると、振動等により当該端子に作用する応力が端子と電池外装との界面に集中し、電極端子の破断や電池外装からの剥離が生ずる問題があった。
【０００４】
【発明の開示】
本発明は、箔状電極端子の耐久性を向上させることを目的とする。
【０００５】
本発明によれば、電池外装内に発電要素が収容され、前記発電要素の電極に接続された電極端子が前記電池外装の外周縁から導出された薄型電池であって、前記電極端子に接合された軸芯を有し、少なくとも前記電極端子に接触した前記電池外装の領域が、前記軸芯に巻き付けられた薄型電池が提供される（請求項１参照）。
【０００６】
電池外装から外周縁から導出する電極端子を軸芯に接合し、当該軸芯を中心に電池外装を巻き付けて、薄型電池の電池外装から電極端子が導出する部位（以下、単に端子導出部位ともいう。）の強度を向上させることにより、応力集中による電極端子の破断や電池外装からの剥離を緩和することが可能となり、電極端子の耐久性が向上すると共に薄型電池の延命が可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１（Ａ）は本発明の実施形態における薄型電池の全体を示す平面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図２（Ａ）は本発明の実施形態における軸芯を取り付ける前の薄型電池の端子導出部の部分平面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図３（Ａ）は本発明の実施形態における軸芯を取り付けた薄型電池の端子導出部の部分平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図、図４（Ａ）は従来の薄型電池の端子導出部の部分平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。図１は一つの薄型電池（単位電池）を示し、この薄型電池１０を複数積層することにより所望の電圧、容量の組電池が構成される。
【０００９】
まず、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の全体構成について説明すると、本例の薄型電池１０はリチウム系の薄型二次電池であり、２枚の正極板１０１と、５枚のセパレータ１０２と、２枚の負極板１０３と、正極端子１０４と、負極端子１０５と、上部電池外装１０６と、下部電池外装１０７と、特に図示しない電解質とから構成されている。このうちの正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３および電解質を特に発電要素１０９と称する。なお、正極板１０１，セパレータ１０２，負極板１０３の枚数には何ら限定されず、１枚の正極板１０１，３枚のセパレータ１０２，１枚の負極板１０４でも発電要素１０９を構成することができ、必要に応じて正極板、負極板およびセパレータの枚数を選択して構成することができる。
【００１０】
発電要素１０９を構成する正極板１０１は、金属酸化物などの正極活物質に、カーボンブラックなどの導電材と、ポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンなどの接着剤とを、重量比でたとえば１００：３：１０の割合で混合したものを、正極側集電体としてのアルミニウム箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。なお、上記のポリ四フッ化エチレンの水性ディスパージョンの混合比率は、その固形分である。
【００１１】
正極活物質としては、例えばニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ２）、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）などのリチウム複合酸化物や、カルコゲン（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）化物を挙げることができる。
【００１２】
発電要素１０９を構成する負極板１０３は、例えば非晶質炭素、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、または黒鉛などのように、正極活物質のリチウムイオンを吸蔵および放出する負極活物質に、有機物焼成体の前駆体材料としてのスチレンブタジエンゴム樹脂粉末の水性ディスパージョンをたとえば固形分比１００：５で混合し、乾燥させたのち粉砕することで、炭素粒子表面に炭化したスチレンブタジエンゴムを担持させたものを主材料とし、これに、アクリル樹脂エマルジョンなどの結着剤をたとえば重量比１００：５で混合し、この混合物を、負極側集電体としてのニッケル箔或いは銅箔などの金属箔の両面に塗着、乾燥させ、圧延したのち所定の大きさに切断したものである。
【００１３】
特に負極活物質として非晶質炭素や難黒鉛化炭素を用いると、充放電時における電位の平坦特性に乏しく放電量にともなって出力電圧も低下するので、通信機器や事務機器の電源には不向きであるが、電気自動車等の電源として用いると急激な出力低下がないので有利である。
【００１４】
また、発電要素１０９のセパレータ１０２は、上述した正極板１０１と負極板１０３との短絡を防止するもので、電解質を保持する機能を備えてもよい。セパレータ１０２は、例えばポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン等から構成される、厚さが２５μｍ〜５０μｍの微多孔性膜であり、過電流が流れると、その発熱によって膜の空孔が閉塞され電流を遮断する機能をも有する。
【００１５】
なお、本発明に係るセパレータ１０２は、ポリオレフィンなどの単層膜にのみ限られず、ポリプロピレン層をポリエチレン層でサンドイッチした三層構造や、ポリオレフィン微多孔膜と有機不織布などを積層したものも用いることができる。セパレータ１０２を複層化することで、過電流の防止機能、電解質保持機能およびセパレータの形状維持（剛性向上）機能などの諸機能を付与することができる。また、セパレータ１０２の代わりにゲル電解質又は真性ポリマー電解質等を用いることもできる。
【００１６】
以上の発電要素１０９は、上から正極板１０１と負極板１０３とが交互に、且つ当該正極板１０１と負極板１０２との間にセパレータ１０２が位置するような順序で積層され、さらに、その最上部及び最下部にセパレータ１０２が一枚ずつ積層されている。そして、２枚の正極板１０１のそれぞれは、正極側集電部１０４ａを介して、金属箔製の正極端子１０４に接続される一方で、２枚の負極板１０３は、負極側集電部１０５ａを介して、同じく金属箔製の負極端子１０５に接続されている。なお、正極端子１０４も負極端子１０５も電気化学的に安定した金属材料であれば特に限定されないが、正極端子１０４としてはアルミニウムやアルミニウム合金などを挙げることができ、負極端子１０５としてはニッケル、銅またはステンレスなどを挙げることができる。また、本例の正極側集電部１０４ａも負極側集電部１０５ａの何れも、正極板１０４および負極板１０５の集電体を構成するアルミニウム箔やニッケル箔、銅箔を延長して構成されているが、別途の材料や部品により当該集電部１０４ａ，１０５ａを構成することもできる。
【００１７】
発電要素１０９は、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７により封止されている。これら上部電池外装１０６および下部電池外装１０７は、例えばポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂フィルムや、アルミニウムなどの金属箔の両面をポリエチレンやポリプロピレンなどの樹脂でラミネートした、樹脂−金属薄膜ラミネート材など、柔軟性を有する材料で形成されている。特に、電池外装１０６，１０７の内面を構成する樹脂フィルムを、電解質に対する耐薬品性に優れ、外周縁のヒートシール性にも優れた、たとえばポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂等により構成するとともに、中間にたとえばアルミニウム箔やステンレス箔などの可撓性及び強度に優れた金属箔を介在させ、電池外装１０６，１０７の外面を構成する樹脂フィルムを、電気絶縁性に優れたたとえばポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等で構成することができる。
【００１８】
そして、これらの上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７によって、上述した発電要素１０９、正極側集電部１０４ａ、正極端子１０４の一部、負極側集電部１０５ａおよび負極端子１０５の一部を包み込み、当該電池外装１０６、１０７により形成される空間に、有機液体溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム等のリチウム塩を溶質とした液体電解質を注入したのち、上部電池外装１０６及び下部電池外装１０７の外周縁を熱融着などの方法により封止する。
【００１９】
有機液体溶媒として、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）などのエステル系溶媒を挙げることができるが、本発明の有機液体溶媒はこれにのみ限定されることなく、エステル系溶媒に、γ−ブチラクトン（γ−ＢＬ）、ジエトシキエタン（ＤＥＥ）等のエーテル系溶媒その他を混合、調合した有機液体溶媒も用いることができる。
【００２０】
同図に示されるように、封止された電池外装１０６、１０７の一方の端部から、正極端子１０４が導出するが、正極端子１０４の厚さ分だけ上部電池外装１０６と下部電池外装１０７との接合部に隙間が生じるので、薄型電池１０内の封止性を維持するために、当該正極端子１０４と電池外装１０６、１０７とが接触する部分に、ポリエチレンやポリプロピレンから構成されたシールフィルムを熱融着などの方法により介在させることもできる。
【００２１】
同様に、封止された電池外装１０６、１０７の他方の端部からは、負極端子１０５が導出するが、ここにも正極端子１０４側と同様に、当該負極端子１０５と電池外装１０６、１０７とが接触する部分にシールフィルムを介在させることもできる。なお、正極端子１０４および負極端子１０５の何れにおいても、シールフィルムは電池外装１０６、１０７の内面を構成する樹脂と同系統の樹脂から構成することが熱融着性の点から望ましい。
【００２２】
図２に示すように、本発明の実施形態に係る薄型電池１０の正極端子１０４は、電池外装１０６、１０７から距離Ｌ分導出している。これに対して、図４に示す従来の薄型電池１０’においては、電池外装１０６’、１０７’からの正極端子１０４’の導出距離は、距離Ｌより大きな距離Ｌ’となっている（Ｌ＜Ｌ’）。即ち、本発明の実施形態に係る薄型電池１０は、従来の薄型電池１０’と比較して、電池外装１０６、１０７から正極端子１０４が導出する距離が小さくなっており、正極端子１０４に接触する電池外装１０６、１０７の面積が増えている。なお、この距離Ｌは、正極端子１０４が軸芯２００の円周の一部と接合するのに十分な面積を確保することが出来る距離である。特に図示しないが、負極端子１０５側の端子導出部においても同様に、電池外装１０６、１０７から距離Ｌだけ負極端子１０５が導出している。
【００２３】
このように、電極端子の軸芯に接合されていない領域を、より大きな面積の電池外装に接触させて覆うことにより、端子導出部の強度を向上させることが可能となる。
【００２４】
また、図２及び図３に示すように、例えば金属などの導電性の材料からなる円柱形状の軸芯２００が、本発明の実施形態における薄型電池１０の正極端子１０４に溶接等で接合されており、軸芯２００と正極端子１０４とが電気的に接続されている。当該軸芯２００の長さは、電池外装１０６、１０７の横方向（図２（Ａ）において上下方向）の長さより若干大きな長さを有しており、その太さは薄型電池１０の厚さよりも小さな直径を有している。なお、当該軸芯の断面形状は、円形状に限定されず例えば三角、四角、多角形状でも良い。軸芯２００の正極端子１０４への接合において、電池外装１０６、１０７が巻き付いた際に当該軸芯２００の一方の端部が電池外装１０６、１０７から導出しないように軸芯２００が正極端子１０４に対して配置される。即ち、図２において、軸芯２００の一方の端部（図２（Ａ）において下側の端部）が、薄型電池１０の電池外装１０６、１０７の一方の長辺（図２（Ａ）において下側の長辺）の延長線上に位置するような配置で、軸芯２００が正極端子１０４に接合される。当該薄型電池１０を用いて組電池を構成するために複数の薄型電池１０同士を電気的に接続する場合には、電池外装１０６、１０７から導出する軸芯２００の他方の端部同士を接続すれば良い。特に図示しないが、負極端子１０５側の端子導出部においても同様に、円柱形状の軸芯２００が負極端子１０５に接合され、当該軸芯２００を中心に電池外装１０６、１０７が巻き付けられており、当該巻き付けられた軸芯２００の一方の端部のみが電池外装１０６、１０７から導出している。
【００２５】
このように、軸芯の一方の端部のみを電池外装から導出させることにより、導電部の露出面積を縮小させて短絡事故の防止が図れると共に、薄型電池の絶縁性を向上させることが可能となる。
【００２６】
そして、図３に示すように、軸芯２００に接合された正極端子１０４と、当該正極端子１０４の接触している領域の電池外装１０６、１０７とは、軸芯２００を中心として巻き付けられる。軸芯２００に巻き付けられた電池外装１０６、１０７の領域の直径Ｔ１は、薄型電池１０の厚さＴ２に実質的に等しくなる。特に図示しないが、負極端子１０５側の端子導出部においても同様に、軸芯２００に巻き付けられた電池外装１０６、１０７の領域の直径が、薄型電池１０の厚さＴ２に実質的に等しくなっている。
【００２７】
このように、巻き付けた電池外装の直径と薄型電池の厚さとを実質的に等しくすることにより、当該薄型電池の体積密度を向上させることが可能となる。
【００２８】
以上のように、電極端子に軸芯を接合し、電極端子及び当該電極端子に接触した電池外装を軸芯に巻き付けることにより、端子導出部位の強度を向上させ、応力集中による電極端子の破断や電池外装からの剥離を緩和することが可能となり、電極端子の耐久性が向上すると共に薄型電池の延命が可能となる。
【００２９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施形態における薄型電池の全体を示す平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図２】図２（Ａ）は本発明の実施形態における軸芯を取り付ける前の薄型電池の端子導出部の部分平面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図３（Ａ）は本発明の実施形態における軸芯を取り付けた薄型電池の端子導出部の部分平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。
【図４】図４（Ａ）は従来の薄型電池の端子導出部の部分平面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１０…薄型電池
１０１…正極板
１０２…セパレータ
１０３…負極板
１０４…正極端子
１０４ａ…正極側集電部
１０５…負極端子
１０５ａ…負極側集電部
１０６…上部電池外装
１０７…下部電池外装
１０９…発電要素
２００…軸芯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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