(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞り成形を施して絞り成形部を形成した金属ラミネート樹脂フィルムから成る外装材と、この外装材の絞り成形部に収納された発電要素と、この発電要素に電気的に接続されたリードとを具備し、上記外装材の周縁部が熱融着により封止されているとともに、上記リードが外装材である上記金属ラミネート樹脂フィルムに熱融着される部分を経由して外部に導出されている構造を有する密閉型電池において、上記発電要素を収納する絞り成形部の側面に、上記リードの融着側に突出する凸部が形成されており、この凸部が、上記リードと重ならない位置に形成されていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記絞り成形部内に発電要素を収納した金属ラミネート樹脂フィルム製外装材の周縁部を熱融着により封止する際に、上記金属ラミネート樹脂フィルム製外装材に形成した絞り成形部内が減圧された状態で封止されていることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【請求項３】
前記絞り成形部内に発電要素を収納した金属ラミネート樹脂フィルム製外装材の周縁部のうち、前記リードが外装材である金属ラミネート樹脂フィルムに熱融着される部分の長さが３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の密閉型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型電池に係り、特に絞り成形された金属ラミネート樹脂フィルム製外装材の絞り成形部に発電要素を収納した後に外装材の周縁部を封止した密閉型電池であり、電池の変形を効果的に抑止でき使用中の寸法変化が小さく高精度な配置設計が可能な密閉型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやヘッドホンステレオ、携帯端末機などの携帯電子機器における急速な高性能化，多機能化，軽量化および小型化を指向した技術展開には目覚しいものがあり、これらの電子機器を長時間稼動させるための駆動電源となる二次電池の高エネルギー化および高容量化への技術的要求も一段と高まっている。
【０００３】
これらの技術的要求に対応するため、リチウム金属、リチウム合金、もしくは炭素質材料のようなリチウムを吸蔵、放出できる物質を負極材料に使用した非水電解液二次電池の開発が活発に進められるようになった。この非水電解液二次電池のなかでも、電池の発電要素以外が占める体積を減少させることが、電池の高エネルギー化および小型化に有利であるという技術的観点から、従来から電池外装材として使用されていた鉄やアルミニウム製の金属缶の代わりに、より薄肉化が可能な金属ラミネート樹脂フィルムを外装材として使用した密閉型電池が注目されている。
【０００４】
上記金属ラミネート樹脂フィルムは、電解液や水分およびガスの透過を防止することが可能なアルミニウム箔などの軟質金属膜とナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのプラスチックフィルムとを貼り合わせて積層して構成される。この金属ラミネート樹脂フィルムが電池外装材として使用される場合には、発電要素を収納した状態で外装材周縁部が熱融着により封止される構造が一般的に採用されている。
【０００５】
上記封止構造を採用する場合、金属ラミネート樹脂フィルムの形態には大きく分けて２種類に分かれ、一つの従来の形態としては積層シート状の金属ラミネート樹脂フィルムをそのまま袋状に形成して、その内部に発電要素（電池本体）を収納する形態が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
他の一つの形態としては、金属ラミネート樹脂フィルムに絞り成形加工を施し、その絞り成形部分に発電要素を収納する形態である。この場合、後者の形態では、収納される発電要素の形状に合致した絞り成形部分を形成しているために、前者の袋状の外装材と比較して電池全体の体積に占める発電要素の割合を大きくすることができ、電池容量を高めることができるという利点がある。
【０００７】
さらに、深絞り成形部の側壁に、電極端子が延在する方向に沿って発電要素に近づくように絞り成形部の内側に突出する突出部を形成した構造も採用されている（例えば、特許文献２参照）。この突出部を形成した電池構造によれば、突出部が絞り成形部内において発電要素を位置決めするため、発電要素が絞り成形部内で移動することが効果的に防止できる。その結果、発電要素が電極端子に応力を作用させることが防止できるため、電極端子の断線が回避され、信頼性が高い電池を供給することができるとされている。
【特許文献１】特開平１１−４０１１４号公報（第１−３頁、第３図）
【特許文献２】特開２００３−７７４２６号公報（第１−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１に記載されているように金属ラミネート樹脂フィルムをそのまま袋状に形成して、その内部に発電要素を収納した従来の電池では、金属缶を外装材として用いた電池と比較して電池が変形しやすいという欠点があった。これは、樹脂フィルムが軟質で可撓性を有し、また外装材自体の強度が金属缶と比較して小さいためである。そのため、過充電操作等によって電池内部でガスが発生した場合などに、電池が膨張変形してしまい、所定寸法より電池が厚くなって配置設計が困難になったり、周辺部品に応力を作用させたりするなどの問題が発生していた。
【０００９】
また、このような電池内圧上昇に起因する変形については、金属ラミネート樹脂フィルムに絞り成形を施した電池の方が、絞り成形を施さない電池より不利な場合がある。つまり、金属ラミネート樹脂フィルムに絞り成形を施したセルの場合、絞り成形部を発電要素の外形形状とほぼ同一形状に形成できるため、結果的に電池内に無駄な空間が少なくなり、電池内において発生したわずかなガスによっても電池が大きく変形してしまう問題点があった。
【００１０】
一方、前記特許文献２に記載されているように深絞り成形部の側壁に、リード（電極端子）が延在する方向に沿って発電要素に近づくように絞り成形部の内側に突出する突出部を形成した従来の電池では、上記突出部の両側に形成された張り出し部が、リードの熱融着部と干渉する位置に形成されている。そのため、上記張り出し部の張り出し高さに相当する分だけリードの熱融着部の幅が減少することになり、熱融着部における気密封止性が低下し水分の混入等によって電池特性が低下する問題点もあった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上述した従来の密閉型電池に生起している問題点を解決するためになされたものであり、特に電池の変形を効果的に抑止でき使用中の寸法変化が小さく高精度な配置設計が可能な密閉型電池を提供することを目的とする。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る密閉型電池は、絞り成形を施して絞り成形部を形成した金属ラミネート樹脂フィルムから成る外装材と、この外装材の絞り成形部に収納された発電要素と、この発電要素に電気的に接続されたリードとを具備し、上記外装材の周縁部が熱融着により封止されているとともに、上記リードが外装材である上記金属ラミネート樹脂フィルムに熱融着される部分を経由して外部に導出されている構造を有する密閉型電池において、上記発電要素を収納する絞り成形部の側面に、上記リードの融着側に突出する凸部が形成されており、この凸部が、上記リードと重ならない位置に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
すなわち、本発明においては、外装材として使用する金属ラミネート樹脂フィルムの絞り成形部の側面から突出するように凸部を形成することを特徴的構成としている。電池内部でガスが発生した場合には、上記凸部に発生ガスが収容吸収されるため、電池の変形を効果的に抑止することが可能となる。つまり、電池内でガスが発生した場合において、電池外形寸法に影響を与えない上記凸部に発生ガスを逃がして蓄積することにより、二次電池の膨れを回避することができる。その結果、電池内に占める発電要素の割合が大きく高容量であり、使用中の寸法変化が小さい安定した品質を有する密閉型電池を供給することが可能になる。
【００１４】
また、上記密閉型電池において、前記絞り成形部の側面から突出する凸部が、前記リードと重ならない位置に形成されていることが必要である。
【００１５】
上記凸部の形成位置が、リードと重なり干渉してしまうと、その重なり幅に相当する分だけ外部端子の熱融着部の幅が減少してしまうので封止性が低下し電池特性が劣化し易くなる。そこで、凸部が前記リードの熱融着部と干渉しない位置として、例えば、正陰極リードの中間の位置または各リードの外側位置に上記凸部を形成することにより、熱融着部幅の減少が回避され封止性の低下は起こらず電池特性の劣化も少なくできる。
【００１６】
さらに、上記密閉型電池において、前記絞り成形部内に発電要素を収納した金属ラミネート樹脂フィルム製外装材の周縁部を熱融着により封止する際に、上記金属ラミネート樹脂フィルム製外装材に形成した絞り成形部内が減圧された状態で封止されていることが好ましい。
【００１７】
上記のように、封止作業を減圧環境下で実施するなど、外装材に形成した絞り成形部内を予め減圧した状態で封止することにより、電池内部の無駄な空間を極力小さくでき、さらには電池製造段階から電池内に残留する気体成分等の影響が効果的に回避でき、特に電池の経年変化に伴う内圧上昇による電池の変形を効果的に防止する効果も得られる。
【００１８】
また、上記密閉型電池において、前記絞り成形部内に発電要素を収納した金属ラミネート樹脂フィルム製外装材の周縁部のうち、前記リードが外装材である金属ラミネート樹脂フィルムに熱融着される部分の長さＬ（図２に示す）は３ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１９】
上記のように前記リードが外装材である金属ラミネート樹脂フィルムに熱融着される部分の幅が３ｍｍ未満であると、熱融着部の封止性が不十分となり水分等が電池内に混入して電池特性を阻害する恐れが高くなる。そのため、リードの熱融着部の長さは３ｍｍ以上であることが好ましい。さらに電池の容積効率の観点から上記リードの熱融着部の長さは４〜５ｍｍの範囲がより好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る密閉型電池によれば、外装材として使用する金属ラミネート樹脂フィルムの絞り成形部の側面から突出するように凸部を形成しているため、電池内部でガスが発生した場合には、上記凸部に発生ガスが収容吸収されるため、電池の変形を効果的に抑止することが可能となる。つまり、電池内でガスが発生した場合において、電池外形寸法に影響を与えない上記凸部に発生ガスを逃がして蓄積することにより、二次電池の膨れを回避することができる。その結果、電池内に占める発電要素の割合が大きく高容量であり、使用中の寸法変化が小さい安定した品質を有する密閉型電池を供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る密閉型電池の実施形態の一例について添付図面を参照してより具体的に説明する。
【００２２】
図１に本発明が適用される密閉型電池を構成する発電要素１と外装材４とを組立てる状態を示す斜視分解図である。発電要素１は、負極材料をその支持体である負極集電体に保持してなる負極板と、正極活物質をその支持体である正極集電体に保持してなる正極板と、この負極板と正極板との間に介在して電解液を保持しつつ両極の短絡を防止するセパレータとから成る。上記負極板、正極板、およびセパレータは、いずれも薄いシート状もしくは箔状に成形されており、これらの積層体が所定の捲回軸周りに捲回された後に押圧されて扁平な長円筒状に形成される。また、上記発電要素１には負極と電気的に接続される負極リード２と、正極と電気的に接続される正極リード３とが設けられており、共に捲回軸と平行な方向で上記発電要素１より延出されている。
【００２３】
上記発電要素１は正極板と負極板との間にセパレータを配設し、電解液をセパレータが保持する形態を有しているが、正極板と負極板との間に固体電解質またはゲル状電解質を配設して成る発電要素を採用することもできる。
【００２４】
上記発電要素１を収納する外装材４としては、絞り成形加工を施して絞り成形部５および凸部６を形成した金属ラミネート樹脂フィルムを使用している。この金属ラミネート樹脂フィルムは、アルミニウムなどの軟質金属薄膜に、上記発電要素１を収納した後に熱融着するためのポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンなど熱可塑性プラスチックフィルムを貼り合わせて形成されている。
【００２５】
また、発電要素を収納する絞り成形部５は、発電要素１よりわずかに大きい断面矩形状の成形部を備え、この矩形状の成形部の側面に形成され上記リードの融着側に突出する凸部６を備える。なお、形成する凸部６の寸法は、使用する発電要素１のサイズ仕様によって異なる。例えば、発電要素１の幅が３０〜４０ｍｍである場合には、上記凸部６の幅は８〜１２ｍｍの範囲とし、突出量は１〜４ｍｍ程度とし、高さは発電要素１の高さと同じく４〜５ｍｍの範囲とすることが、発生ガスの吸収容量および熱融着部の封止性の観点から望ましい。
【００２６】
上記金属ラミネート樹脂フィルム製外装材４に上記発電要素１を収納する方法は、図１に示すように、矩形状の絞り成形部５および凸部６を形成した外装材４の一辺を谷折りし、その谷折りした辺と反対側の辺から負極リード２と正極リード３とが引き出される向きとなるように発電要素１を収納し、谷折りした辺以外の３辺の周縁部を熱融着することにより最終的に封止する方法とした。
【００２７】
なお、上記した３辺の融着処理においては、まず正負極リード２，３を引き出す辺（トップシール部）と正負極リード２，３と平行な２辺（サイドシール部）の内の１辺を熱融着した段階で、熱融着を実施していない残る１辺（サイドシール部）側から電解液を注入する。さらに、電解液注入後における未融着の辺（サイドシール部）の熱融着を実施するに際して、例えば減圧環境下で熱融着を実施するなどの方法を採用して電池内部を減圧状態にして封止することにより、電池内部の無駄な空間を極力小さくした。
【００２８】
外装材として金属ラミネート樹脂フィルムを使用した電池では、負極リード２および正極リード３は、図２に示すように、外装材４の熱融着する部分（トップシール部）を経由して外部に引き出され、外部端子としての役割を果たす。
【００２９】
この負極リード２および正極リード３の融着部分は金属と樹脂とを融着する弱い接合構造であるため、外装材の樹脂同士を融着する強固な接合構造部分と比較して封止性が劣る。このため、リードを引き出す辺については、電解液注入前に封止することが望ましい。また、負極リード２および正極リード３が外装材４と熱融着される部分の封止性を高めるために、金属と接着しやすい他の樹脂フィルムを介して負極リード２および正極リード３を外装材４と融着することが好ましい。
【００３０】
さらに、本実施形態による密閉型電池では、この外装材４とリードとが融着される距離（熱融着幅）が大きく長い方が、優れた封止性が得易い。そのため、形成する凸部６はリードの融着部分と重なることがない位置、すなわち正陰極リードの中間の位置または各リードの外側位置に形成することが望ましい。
【００３１】
また、この封止操作の際、電池の大きさを極力小さくする手段として、電池内部を減圧した状態で封止することが望ましい。
【００３２】
［実施例］
次に、本発明を適用した実施形態について、以下の実施例および比較例を参照して、より具体的に説明する。
【００３３】
［実施例１］
発電要素１として、図１に示すように捲回軸と平行な方向の長さが３４ｍｍであり、巾が２９ｍｍであり、厚さが６ｍｍであるような寸法の発電要素１を準備した。外部端子となる負極リード２および正極リード３の幅はそれぞれ２ｍｍとした。この負極リード２および正極リード３は、捲回軸と平行な方向に発電要素１から延出しており、発電要素１の幅の中心からの距離がそれぞれ６ｍｍとなる位置に、正負極リードの間隔が１２ｍｍとなるように接続した。
【００３４】
外装材４として使用する金属ラミネート樹脂フィルムとして、厚さ２５μｍのナイロン層と、厚さ４０μｍの軟質アルミニウム層と、厚さ３０μｍのポリプロピレン層との３層から成るアルミラミネートフィルムを用意した。次にこの外装材４に対して、ポンチとダイスとから成る絞り成形機を使用し、ナイロン層が外側になるように絞り成形加工を施し、図１に示すような矩形状の絞り成形部５および凸部６を形成した外装材４を製造した。
【００３５】
上記絞り成形部５は、発電要素１が収納される矩形状の部分と、その矩形状部分の側面から突出した凸部６とから成り、矩形状の部分の大きさは、縦が３５ｍｍ、幅が３０ｍｍ、深さが６ｍｍとなるように絞り成形加工した。この凸部６は、図２に示すように、外部端子２，３が融着されて外部に引き出される側の側面中央部に位置し、６ｍｍの成形深さの部分全体がリード２，３と重ならない位置に形成され、幅が９ｍｍで、突出量が３ｍｍの大きさで突出するように形成した。
【００３６】
外装材４は、凸部６が形成された側面に対向する辺を谷折りして発電要素１を収納し、谷折りした辺以外の３辺を熱融着することにより封止した。この封止操作は、折り曲げられることにより重なり合った外装材４の部分を、ヒーターもしくはヒーターを内蔵した金属板により挟み込み熱融着することにより実施した。上記３辺の融着処理においては、まず正負極リード２，３を引き出す辺（トップシール部）と正負極リード２，３と平行な２辺（サイドシール部）の内の１辺を熱融着した段階で、熱融着を実施していない残る１辺（サイドシール部）側から電解液を注入した。
【００３７】
上記熱融着の幅は、リード２，３を熱融着する凸部６が位置する側面側については、折り曲げた外装材４の長さが４１ｍｍとなるように外装材４を裁断し、凸部６が存在する部分の融着幅は２ｍｍとする一方、リード２，３を融着する部分の融着長さが５ｍｍとなるような形状のヒーターを準備し、矩形状の絞り成形部５および凸部６の直近外側を熱融着した。また、２辺については融着幅が２ｍｍとなるように熱融着したが、電解液注入後に最終的に密閉することになる融着部（サイドシール部の１辺）については、内部を減圧状態にして融着した。その結果、最終的に図２に示すような形状および構造を有する実施例１に係る密閉型電池を調製した。
【００３８】
［実施例２］
実施例１において絞り成形部５の側面中央部に形成した凸部６に加え、図３に示すように同じ絞り成形部５の側面側であってリード融着部の外側両端の２箇所に、幅が６ｍｍであり、突出量が３ｍｍである寸法を有する凸部６ａ、６ｂをそれぞれ形成した点以外は、全て実施例１と同一仕様の発電要素１使用し、外装材の絞り成形加工、電解液の注入および熱融着処理を実施することにより、最終的に図３に示すような形状および構造を有する実施例２に係る密閉型電池を調製した。
【００３９】
［比較例１］
側面に凸部を形成せず、リード２，３が引き出される側面側の融着幅を全て５ｍｍとした点以外は、全て実施例１と同一仕様の発電要素１使用し、外装材の絞り成形加工、電解液の注入および熱融着処理を実施することにより、最終的に図４に示すような従来の形状および構造を有する比較例１に係る密閉型電池を調製した。
【００４０】
［比較例２］
絞り成形部５の側面に局部的に突出する凸部を形成しない代わりに、発電要素１のリード２，３の引き出し方向に延びる空間部が発電要素１の端面全体に形成されるように、絞り成形部５の寸法を縦が３８ｍｍで、幅が３０ｍｍとし、リードが引き出される側面側の融着幅を、リード２，３の融着部も含めて全て２ｍｍとした点以外は全て実施例１と同一仕様の発電要素１使用し、外装材の絞り成形加工、電解液の注入および熱融着処理を実施することにより、従来構造を有する比較例２に係る密閉型電池を調製した。
【００４１】
上記のように調製した各実施例および比較例に係る各１００個の密閉型電池のサンプルについて、温度９０℃の高温度環境に２４時間放置する耐久試験を実施した前後における各電池サンプルの厚さをマイクロメーターで測定し、耐久試験前後における電池厚さの変化量の平均値を比較した。
【００４２】
また、上記高温耐久試験後において各電池の封止部を目視観察によって検査し電解液の漏洩（漏液）を発生しているサンプル数を計数した。これらの測定計数結果を下記表１に示す。
【表１】
0004660112.tif 000002
【００４３】
上記表１に示す結果から明らかなように、外装材４として使用する金属ラミネート樹脂フィルムの絞り成形部５の側面から突出するように凸部６，６ａ，６ｂを形成した各実施例１，２に係る密閉型電池によれば、高温度環境下において電池内部にガスが発生した場合においても、上記凸部６，６ａ，６ｂに発生ガスが収容吸収されるため、電池厚さの変化量が小さく電池の変形を効果的に抑止することが可能となることが判明した。つまり、電池内でガスが発生した場合においても、電池外形寸法に影響を与えない上記凸部６，６ａ，６ｂに発生ガスを逃がして蓄積することにより、二次電池の膨れを回避することができた。その結果、電池内に占める発電要素の割合が大きく高容量であり、使用中の寸法変化が小さい安定した品質を有する密閉型電池を供給することが可能になった。
【００４４】
これに対して、凸部を形成していない比較例１に係る電池サンプルにおいては、高温度環境下に放置後の電池厚さが平均値で０．５ｍｍも増加しており、使用条件によっては変形量が大きくなることが判明した。これに対して、局部的に凸部６，６ａ，６ｂを形成した実施例１，２に係るサンプルは全て比較例１のサンプルより厚み増加量が小さくなっており、形状の安定性が優れている。このことから、電池内部でのガス発生による電池厚さの増加は、凸部を形成することにより効果的に抑制できるが判明した。
【００４５】
一方、絞り成形部５の縦方向の長さを発電要素１の縦方向長さより全体的に３ｍｍ長くした比較例２に係る電池サンプルでは、絞り成形部５内の発生ガスの逃げ空間は十分に存在するために耐久試験前後における電池厚さの増加量は実施例１と同等に少ない。しかしながら、リードの融着長さが２ｍｍと短いため、リード融着部の封止性が高温度環境下において劣化し電解液が漏洩した電池の割合が急増した。また、耐久試験後においても外部からの水分の浸入が発生したためか、電池の厚さの更なる増加傾向も観察された。
【００４６】
さらに、図２に示す実施例１に係る密閉型電池において、外部端子２，３が外装材４である金属ラミネート樹脂フィルムに熱融着される部分の長さＬが１〜５ｍｍと変化するように各種の密閉型電池を作成し、前記と同様の高温度耐久性試験を実施した後における漏液を発生した電池割合を計数したところ、熱融着部分の長さＬが３ｍｍ以上である場合に漏液電池数をほぼゼロにすることが可能であることが確認された。
【００４７】
以上の耐久性試験結果より、本発明の実施形態である実施例１、２の電池サンプルが、比較例の電池サンプルと比較して内部ガス発生時の電池厚さの変化量が小さく、封止部の信頼性が高い電池が得られることが証明された。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明が適用された密閉型電池を構成する発電要素と外装材とを組立てる状態を示す分解斜視図。
【図２】本発明が適用された密閉型電池の外形構造を概略的に示す斜視図。
【図３】本発明が適用された密閉型電池の他の実施例に係る密閉型電池の外形構造を概略的に示す斜視図。
【図４】従来例の密閉型電池の外形構造を概略的に示す斜視図。
【符号の説明】
【００４９】
１  発電要素
２  負極リード（負極端子）
３  正極リード（正極端子）
４  外装材（金属ラミネート樹脂フィルム）
５  絞り成形部
６，６ａ，６ｂ  凸部
Ｌ  リードの熱融着部の長さ
【図１】
0004660112.tif 000003
【図２】
0004660112.tif 000004
【図３】
0004660112.tif 000005
【図４】
0004660112.tif 000006