(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層と樹脂層とが積層された金属樹脂複合フィルムの一部に収納凸部を形成し、この収納凸部に、電解質層を介して正極および負極が積層された発電要素を収納し、発電要素を収納した一方の金属樹脂複合フィルムに他方の金属樹脂複合フィルムを重ね合わせ、一対の金属樹脂複合フィルムの内面同士が重ね合わせた重ね合わせ部の端部を互いに融着封止して接着部を形成し、前記重ね合わせ部の少なくとも一部を曲げて収納凸部の側面に沿わせ、前記重ね合わせ部が収納凸部の天井面を越えないように設定した密閉形電池であって、前記重ね合わせ部の曲げ部は、前記重ね合わせ部のうち融着封止されていない未接着部を含み、前記曲げ部のうち前記未接着部の範囲が接着部と未接着部との境界から１mmを越えないような範囲であることを特徴とする密閉形電池。
【請求項２】
電池の厚さが４mm以下である請求項１記載の密閉形電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉形電池に係り、特に電池の厚さが４mm以下の密閉形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池は薄型で高いエネルギー密度を有することから、携帯用端末器電源に多く用いられ、更なる高容量化，薄型化が要求されている。この小型二次電池の構成としては、捲回した極群（発電要素）を円筒型のケースに収納した円筒型電池や、平板状の極板を積層した発電要素を平角型ケースに収納した角型電池がある。より安価で軽量な小型二次電池を提供する手段として、例えば実開昭60-162362号公報や特開昭61-206157号公報では、発電要素をアルミ金属樹脂複合フィルムの袋に収納し、前記発電要素収納部の周縁の、前記アルミ金属樹脂複合フィルム同士が重ね合わされてなる重ね合わせ部の端部を熱融着により封口したものが提案されている。
【０００３】
特に、電池の厚さが４mm以下の薄型の密閉形電池においては、外装体の厚さがエネルギー密度に大きく影響する。そのため、薄型電池の外装体には、従来の金属缶に比べて厚さ寸法が１／５〜１／３である金属樹脂複合フィルム外装体が多く用いられる。
この金属樹脂複合フィルム外装体を用いた密閉形電池は、金属樹脂複合フィルム同士が重ね合わされてなる重ね合わせ部の端部を接着して接着部を形成しており、重ね合わせ部における金属樹脂複合フィルムの接着剤層を透過して酸素や水が電池内部に侵入することを防ぐため、接着部の幅をある程度大きく設定している。
【０００４】
このため、発電要素収納部周縁の重ね合わせ部の面積は、最低でも薄型電池の約４％程度を占め、薄型電池の体積エネルギー密度に大きく関わってきた。この重ね合わせ部の存在による体積エネルギー密度の低下を抑えるために、特開平11-67167号公報では発電要素収納部周縁の重ね合わせ部を薄型電池の上面側に折り曲げて、この折り曲げ部分を薄型電池の上面に這わすことで突出部をなくしている。しかし、上面に這わせた重ね合わせ部の厚さがそのまま電池厚さに加算され、厚さが４mm以下の薄型電池では最低でも約５％の厚さの増加となり、金属樹脂複合フィルム外装体を用いた利点が損なわれ、体積エネルギーも減少する。
【０００５】
また、特開平11−260327号公報では重ね合わせ部を密閉形電池の厚さの範囲内で折り曲げることにより、重ね合わせ部の突出を防いでいる。しかし、１枚の金属樹脂複合フィルムを筒状に形成するために金属樹脂複合フィルムを重ね合わせるため、密閉形電池の厚さが増す。このため、体積エネルギーが減少する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この改良品として、特開平11-96991号公報では、折り返された面に凹凸を付けて、折り返された重ね合わせ部を密閉形電池の厚さ内に抑えたものが提案されているが、構造が比較的複雑になる。このため、折込み作業が煩雑であり、製造コストを抑え難いという問題がある。加えて、折れ目にかかる歪で金属樹脂複合フィルムの金属層に亀裂が生じやすく、そこから酸素や水が電池内部に侵入するという虞れがある。
【０００７】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電要素収納部周縁の重ね合わせ部の曲げ作業が簡単になり、体積エネルギー密度を高め、かつ金属樹脂複合フィルムの金属層に亀裂が発生する虞れのない密閉形電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の密閉形電池は、請求項１に記載したように、金属層と樹脂層とが積層された金属樹脂複合フィルムの一部に収納凸部を形成し、この収納凸部に、電解質層を介して正極および負極が積層された発電要素を収納し、発電要素を収納した一方の金属樹脂複合フィルムに他方の金属樹脂複合フィルムを重ね合わせ、一対の金属樹脂複合フィルムの内面同士が重ね合わせた重ね合わせ部の端部を互いに融着封止して接着部を形成し、前記重ね合わせ部の少なくとも一部を曲げて収納凸部の側面に沿わせ、前記重ね合わせ部が収納凸部の天井面を越えないように設定した密閉形電池であって、前記重ね合わせ部の曲げ部は、前記重ね合わせ部のうち融着封止されていない未接着部を含み、前記曲げ部のうち前記未接着部の範囲が接着部と未接着部との境界から１mmを越えないような範囲であることを特徴としている。
【０００９】
即ち、前記曲げ部に、一対の金属樹脂複合フィルムが接着されていない未接着部を含むことで、重ね合わせ部を曲げる際に、未接着部の金属樹脂複合フィルムをずらして金属樹脂複合フィルムの歪を緩和できる。一方、曲げ部に未接着部を含めれば、金属樹脂複合フィルムの歪を緩和できるが、未接着部の範囲が大きくなると接着層を十分にとれなくなり、酸素や水が透過されやすくなる。このため、曲げ部の未接着部の範囲を、接着部と未接着部との境界から１mm以内に設定した。
【００１０】
【発明の実施の形態】
前記曲げ部は、一方の金属樹脂複合フィルムの金属面と他方の金属樹脂複合フィルムの金属面との面間隔をｄ、曲げ部の曲率半径をｒ、曲げ角度をθとし、曲げ部における金属層の伸び率ａを次式で表すと、金属層の伸び率ａが１．５を越えないように設定するとよい。
【００１１】
【数１】
0004793517.tif 000002
【００１２】
このように構成された密閉形電池においては、融着封止された接着部を含む重ね合わせ部を密閉形電池の収納凸部の側面に沿って曲げるだけでよいので、重ね合わせ部の曲げ作業が簡単である。また、曲げた重ね合わせ部が収納凸部の天井面を越えないように設定したので、重ね合わせ部が密閉形電池から厚さ方向に突出することを防ぎ、体積エネルギー密度を高める。さらに、金属層の伸び率ａが１．５を越えないように設定したので、重ね合わせ部を曲げた際に金属樹脂複合フィルムの金属層に亀裂が発生することを防ぐ。
【００１３】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すように、本発明に係る第１実施形態である密閉形電池10は、金属層12Ａ，14Ａと樹脂層12Ｂ，14Ｂ（図２参照）とが積層された一対の金属樹脂複合フィルム12，14のうちの一方に収納凸部16を形成し、この収納凸部16に、電解質層を介して正極および負極が積層された発電要素24を収納し、発電要素24を収納した一方の金属樹脂複合フィルム12に他方の金属樹脂複合フィルム14を重ね合わせ、重ね合わせた一対の金属樹脂複合フィルム12，14の内面同士を互いに融着封止し、融着封止した接着部を含む重ね合わせ部26の少なくとも一部を曲げて収納凸部16の側面17に沿わせ、この重ね合わせ部26が収納凸部16の天井面18を越えないように設定したものである。
【００１４】
融着封止された接着部を含む重ね合わせ部26を収納凸部16の側面17に沿って曲げることにより、曲げ作業を手間をかけないで簡単にできる。したがって、製造コストを抑えることができる。また、曲げた重ね合わせ部26を、収納凸部16の天井面18を越えないように設定したので、重ね合わせ部26が密閉形電池10から厚さ方向に突出することを防ぎ、体積エネルギー密度を高める。
【００１５】
また、図２に示すように、密閉形電池10は、一方の金属樹脂複合フィルム12の金属層12Ａ面と他方の金属樹脂複合フィルム14の金属層14Ａ面との面間隔をｄ、曲げ部27の曲率半径をｒ、曲げ角度をθ（rad）とし、曲げ部27における金属層（すなわち、金属層12Ａ，14Ａ）の伸び率ａを次式（１）で表すと、金属層の伸び率ａが１．５を越えないように設定した。
【００１６】
【数１】
0004793517.tif 000003
【００１７】
金属層12Ａ，14Ａの伸び率ａが１．５を越えないように設定したので、重ね合わせ部26を曲げた際に金属樹脂複合フィルム12，14の金属層12Ａ，14Ａに亀裂が発生することを防止できる。
【００１８】
曲げ部27は、その一部または全てが、各々の金属樹脂複合フィルム12，14を接着しない未接着部S1とし、この未接着部S1の範囲が接着部S2と未接着部S1との境界28から１mmを越えないように範囲に設定した。
【００１９】
曲げ部27に、一対の金属樹脂複合フィルム12，14が接着されていない未接着部S1を含むことで、重ね合わせ部26を曲げた際に、未接着部S1の金属樹脂複合フィルム12，14がずれて金属樹脂複合フィルム12，14の歪を緩和できる。したがって、金属樹脂複合フィルム12，14の金属層12Ａ，14Ａに亀裂が入ることを防止できる。
【００２０】
一方、曲げ部27に未装着部S1を含めれば、金属樹脂複合フィルム12，14の歪を緩和できるが、未接着部S1の範囲が大きくなると接着部S2を十分に確保できなくなり、酸素や水が透過されやすくなる。このため、曲げ部27の未装着部S1を、接着部S2と未接着部S1との境界28から１mm以内に設定した。
【００２１】
次に、密閉形電池10を製造する工程を説明する。先ず、正極用に厚さ20μｍのアルミニウム箔上に正極活物質が塗布された帯状体を準備し、負極用に厚さ12μｍの銅箔上に負極活物質が塗布された帯状体を準備する。次に、これらの正極、負極の帯状体にそれぞれ正極端子20，負極端子22を接続し、帯状体を積層した状態で偏平渦状に捲回し、最外周が銅箔になる発電要素（捲回式極群）24を得る。正極、負極、金属樹脂複合フィルム12，14が互いに短絡しないように熱可塑性樹脂を付ける。
【００２２】
金属樹脂複合フィルム12，14には、外装側の樹脂層（ナイロン層）12Ｂ，14Ｂとして厚さ25μｍのナイロン層、金属層（金属箔）12Ａ，14Ａとして厚さ50μｍのアルミニウム金属箔、接着層35（図２参照）として厚さ30μｍの変性ポリプロピレン層を積層した厚さ105μｍのものを用いた。また、耐溶剤性を向上させるためにナイロン層の表面に６μｍのポリエチレンテレフタレート層をさらに設けた金属樹脂複合フィルムを用いてもよい。
【００２３】
次に、一方の金属樹脂複合フィルム12に、発電要素24を収納するための収納凸部16を形成する。なお、収納凸部16は、縦29mm、横30mmの長方形で、深さ2.8mmになるように絞り加工を施したものである。収納凸部16に発電要素24を納めた後、一方の金属樹脂複合フィルム12に他方の金属樹脂複合フィルム14を重ね合わせ、一対の金属樹脂複合フィルム12，14のうちの端子部と側面の一方を塞ぎ、残りの一方から電解液を注液する。注液後、注液口（すなわち、残りの一方）を封口する。重ね合わせ部26は幅が２．５mmであり、この重ね合わせ部26を収納凸部16の元から折り曲げ、収納凸部16の側面17に密着させて、密閉形電池10を製造する。
【００２４】
次に、密閉形電池10の体積エネルギー密度について表１に基づいて説明する。なお、表１の縦寸法Ｌ、横寸法Ｗ、厚さ寸法ｔは、図１、図３〜図４に示す。
【００２５】
【表１】
0004793517.tif 000004
【００２６】
図１は、第１実施形態の密閉形電池10を示し、容量が２００ｍＡｈ、エネルギー量が７４０ｍＷｈ、正負の端子20，22を含まない体積エネルギー密度が２２２Ｗｈ／Ｌであった。
【００２７】
これに対して、図３に示す密閉形電池40は、重ね合わせ部41を曲げないで、そのまま収納凸部16から突出させ、幅Ｗを大きくした電池である。なお、図３において、第１実施形態と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図３の密閉形電池は、正負の端子20，22を含まない体積エネルギー密度が１９７Ｗｈ／Ｌであった。
【００２８】
また、図４に示す密閉形電池45は、重ね合わせ部46の幅を４mmにし、重ね合わせ部46を収納凸部16の元から曲げて、収納凸部16の天井面18まで密着させ、厚さｔを金属樹脂複合フィルム12，14分厚くした電池である。なお、図４において、第１実施形態と同一類似部材については同一符号を付して説明を省略する。図４の密閉形電池は、正負の端子20，22を含まない体積エネルギー密度が２０７Ｗｈ／Ｌであった。
【００２９】
表１から図１の電池は、図３の電池や図４の電池に比べて、体積エネルギー密度が一割程度増加していることが判る。すなわち、外装体に金属樹脂複合フィルム12，14を用いた密閉形電池を直方体に収納する場合、図３や図４のように重ね合わせ部41，46を突出させると体積エネルギー密度をかなり損なわせることが判る。そして、図１のように重ね合わせ部26が突出しないようにすることにより、かなりの体積エネルギー密度を向上させることができることが判る。
【００３０】
次いで、密閉形電池10の曲げ部27に発生する亀裂について表２に基づいて説明する。なお、表２の曲げ角度θ、曲率半径ｒ、面間隔ｄは図２に示し、予想伸び率ａの値は数１に基づく。
【００３１】
【表２】
0004793517.tif 000005
【００３２】
曲げによる金属樹脂複合フィルム12，14の損傷の度合いを調べるために、金属樹脂複合フィルム12，14を接着させた状態で、重ね合わせ部の曲げ試験を行った。試験例３および試験例６は、重ね合わせ部に図２に示す未接着層S1を0.3mm含ませ、それ以外の試験例は未接着層S1を含ませないようにした。それぞれの試料の重ね合わせ部を、表２に示す曲げ条件で曲げ、曲げ部分の金属層の亀裂を目視で確認しながら、亀裂が生じるまで同様の操作を繰り返した。
【００３３】
なお、試験例４〜７は接着部に１５０μｍの変性ポリプロピレンを挟んで、熱融着により重ね合わせ部の一部を接着し、金属樹脂複合フィルムの積層された金属と対面の接着された金属樹脂複合フィルムの金属との面間隔ｄを２１０μｍにした。
【００３４】
曲げ試験の結果は表２に示すように、試験例１〜６のように金属樹脂複合フィルム12，14の金属層12Ａ，14Ａの予想伸び率ａが１．５以下の場合、金属層12Ａ，14Ａに亀裂が入り難く、試験例７のように金属樹脂複合フィルム12，14の金属層12Ａ，14Ａの予想伸び率ａが１．５よりも大きいと、金属層12Ａ，14Ａに亀裂が入り易いことが判る。また、試験例３および試験例６のように未接着層S1を含ませると金属樹脂複合フィルム12，14にかかる歪が緩和され、亀裂が入りにくいことが判る。
【００３５】
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能であり、前述した各実施形態において例示した発電要素，金属樹脂複合フィルム，重ね合わせ部，収納凸部等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所，厚さ寸法等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【００３６】
【００３７】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、請求項１に記載したように、重ね合わせ部の曲げ部に、一対の金属樹脂複合フィルムが接着されていない未接着部を含むことで、重ね合わせ部を曲げた際に、未接着部の金属樹脂複合フィルムがずれて金属樹脂複合フィルムの歪を緩和できる。したがって、金属樹脂複合フィルムの金属層に亀裂が入ることを防止できる。
【００３８】
ここで、曲げ部に未装着部を含めれば、金属樹脂複合フィルムの歪を緩和できるが、未接着部の範囲が大きくなると接着層を十分にとれなくなり、酸素や水が透過されやすくなる。このため、曲げ部の未装着部を、接着部と未接着部との境界から１mm以内に設定した。よって、酸素や水の透過を十分に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態を示す平面図および底面図である。
【図２】図１の２部拡大図である。
【図３】従来例を示す平面図および底面図である。
【図４】従来例を示す平面図および底面図である。
【符号の説明】
10 密閉形電池
12，14 金属樹脂複合フィルム
12Ａ，14Ａ 金属層
12Ｂ，14Ｂ 樹脂層
16 収納凸部
17 収納凸部の側面
18 収納凸部の天井面
24 発電要素
26 重ね合わせ部
27 曲げ部
28 境界
Ａ 伸び率
ｄ 面間隔
ｒ 曲率半径
θ 曲げ角度
S1 未接着部
S2 接着部
【図１】
0004793517.tif 000006
【図２】
0004793517.tif 000007
【図３】
0004793517.tif 000008
【図４】
0004793517.tif 000009