(57)【要約】【課題】熱融着時の絶縁樹脂フィルムの突出を抑制し、融着前後における絶縁樹脂フィルムの突出量の変化が小さく、電池の外形寸法を安定化させることにより、容積効率の悪化を回避することが可能な密閉型電池を提供する。【解決手段】電池収納部６を成形した金属ラミネート樹脂フィルムから成る外装材４と、この外装材４の電池収納部６内に収納された発電要素１とを備え、上記発電要素１に一端が接続された端子２，３が絶縁樹脂フィルム５を介して外装材４と熱融着されて外部端子２，３として外装材４外部に取り出される構造を有する密閉型電池において、前記外部端子２，３の熱融着部に対向する外装材４端部に切欠７，７が形成されていることを特徴とする密閉型電池である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池収納部を成形した金属ラミネート樹脂フィルムから成る外装材と、この外装材の電池収納部内に収納された発電要素とを備え、上記発電要素に一端が接続された端子が絶縁樹脂フィルムを介して外装材と熱融着されて外部端子として外装材外部に取り出される構造を有する密閉型電池において、前記外部端子の熱融着部に対向する外装材端部に切欠が形成されていることを特徴とする密閉型電池。
【請求項２】
前記絶縁樹脂フィルムを介して外装材と外部端子とが熱融着されている部位において、熱融着された絶縁樹脂フィルムの外装材端面からの突出量が０．２ｍｍ以下であ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】
前記切欠は矩形状に形成されており、この矩形切欠の長辺長さが外部端子の幅より大きく形成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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外装材に金属ラミネート樹脂フィルムを用いた密閉型電池に係り、特に電池の外形寸法を安定化させることにより、容積効率の悪化を回避すること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などの携帯電子機器における急速な高性能化，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に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。そして、電池内に占める発電要素の割合を大きくすることが、直接的に電池の高容量化につながるため、外装材に矩形状の絞り成形を施し、その絞り成形部に発電要素を緊密に収納することにより発電要素以外で電池容量に関与しない不要な空間部分を極力小さくしている。
【０００５】
また、このよう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電池では、収納される発電要素の正負極に接続されたリード線（正負極端子板）も外装材周縁部と熱融着されて外部端子として電池外部に取り出される構造が採用されることが一般的である。すなわち、外部端子の熱融着部分には、ポリエチレンやポリプロピレンなどから成る絶縁樹脂フィルムを介して外部端子と外装材である金属ラミネート樹脂フィルムとを熱融着し、前記外部端子と金属ラミネート樹脂フィルムを構成する軟質金属膜との電気的絶縁を強化している。
【０００６】
すなわち、上記よう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従来の密閉型電池は、図５に示すような負極（正極）端子２（３）を導出した発電要素１を、図６に示すように外装材４の絞り成形部６内に収容し、電池外に導出した負極（正極）端子２（３）を外装材４の周縁部と、絶縁樹脂フィルム５を介して熱融着して形成される。
【０００７】
上記発電要素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の間に、電解液を保持しつつ正負両極の短絡を防止するシート状もしくは箔状のセパレータを介在させた状態で長円筒状に捲回されて形成される。
【０００８】
また、上記発電要素１にはその負極と電気的に接続され、ポリプロピレンから成る絶縁樹脂フィルム５が融着された部分を持つ負極端子２と、正極と電気的に接続され、同様に絶縁樹脂フィルム５が融着された部分を持つ正極端子３とが設けられており、これらの正負極端子２，３は共に上記捲回軸と平行な方向に沿って上記発電要素１より延出している。
【０００９】
一方、外装材で発電要素を被包した従来の非水電解質系二次電池の外部端子と外装材端面の金属露出部分との短絡を防止するために、発電要素を外装材で被包し、この外装材の縁辺部を重ね合わせた後に加熱加圧して接合する際に、絶縁樹脂フィルムを外装材端面から外方に突出させて融着する封止構造も提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−４０１１４号公報（第１−５頁、第１図〜第５図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記のように絶縁樹脂フィルムを外装材端面から外方に突出させて融着することにより外部端子と外装材端面の金属露出部分との短絡を防止した従来構造を有する密閉型電池においては、電池の外形寸法を小型化するという技術的観点から絶縁樹脂フィルムの外装材からの突出部分は可及的に小さくすることが望ましい反面、熱融着部における短絡をより確実に防止するためには、ある程度の突出量が必要であり、この突出量は過大であっても過小であっても好ましくない。
【００１１】
しかしながら、絶縁樹脂フィルムの突出量は、端子を挟み込んだ絶縁樹脂フィルムと外装材とを熱融着する際の加工条件によって大きく変化し安定した寸法が得られにくい問題点があった。すなわち、絶縁樹脂フィルムの突出量は、熱融着部を押圧する金属性ツール（押圧治具）の形状、温度、押圧力、押圧時間等の加工条件によって大きく変化し易く、これらの加工条件を厳正に制御するためには多大な労力を要する難点があった。
【００１２】
また、電子機器などに内蔵される電池は、周辺部品との緊密なレイアウトを実現するために、外形寸法のばらつきを極力抑えることを要求される。そのため、この観点からも絶縁樹脂フィルムの突出量のばらつきを小さく抑制し、絶縁樹脂フィルムの突出量を安定させることが望ましい。しかしながら現実には、上記絶縁樹脂フィルムは封止工程での熱融着時に融着部分が潰れ、突出部分は端子の延出方向に押し出されるために突出量が変化し、安定しないのが実情であり、この突出量を一定範囲内に安定化させる対応策が求められている。
【００１３】
本発明は上述した従来の課題を解決するものであり、熱融着時の絶縁樹脂フィルムの突出を抑制し、融着前後における絶縁樹脂フィルムの突出量の変化が小さく、電池の外形寸法を安定化させることにより、容積効率の悪化を回避することが可能な密閉型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】
【００１４】
上記目的を達成するため本願発明者らは、熱融着時における絶縁樹脂フィルムの突出を抑制し、融着前後における絶縁樹脂フィルムの突出量の変化およびばらつきを低減できる封止構造および熱融着構造を鋭意検討した。
【００１５】
その結果、外部端子が絶縁樹脂フィルムを介して融着される外装材の端部を予め凹形に切り取って切欠部を形成し、切り取った部分（切欠部）を含む外装材の周囲３方を絶縁樹脂フィルムごと熱融着したときに、熱融着時の絶縁樹脂フィルムの突出が効果的に抑制され、融着前後における絶縁樹脂フィルムの突出量の変化が小さい電池を安定して製造することが可能になるという知見が初めて得られた。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００１６】
すなわち、本発明に係る密閉型電池は、電池収納部を成形した金属ラミネート樹脂フィルムから成る外装材と、この外装材の電池収納部内に収納された発電要素とを備え、上記発電要素に一端が接続された端子が絶縁樹脂フィルムを介して外装材と熱融着されて外部端子として外装材外部に取り出される構造を有する密閉型電池において、前記外部端子の熱融着部に対向する外装材端部に切欠が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成に係る本発明の密閉型電池によれば、外部端子の熱融着部に対向する外装材端部に切欠が形成されているため、熱融着時に軟化した絶縁樹脂フィルムが潰れて押出されても、切欠部内に押出されて収容され、外装材の外部方向に押出されることがない。したがって、絶縁樹脂フィルムの突出量の変化が小さい電池が得られ、結果的に絶縁樹脂フィルムの突出量を小さく抑制でき、この突出量を安定化させることができるため、無駄な部分が少さく容量効率が高い電池が得られる。また、外部端子と外装材との短絡を確実に防止できるため、安全性が高い電池が得られる。
【００１８】
また上記密閉型電池において、前記絶縁樹脂フィルムを介して外装材と外部端子とが熱融着されている部位において、熱融着された絶縁樹脂フィルムの外装材端面からの突出量が０．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
上記のように、熱融着された絶縁樹脂フィルムの外装材端面からの突出量を０．２ｍｍ以下とすることにより、無駄な部分が少さく容量効率が高い電池が得られると共に、絶縁樹脂フィルムの突出によって、周辺部品のレイアウトに影響を及ぼすことが無くなり、レイアウト設計の自由度を高めることができる。また、過度に突出した部分を切削または研削して寸法調整する煩雑な作業を省略することが可能になる。
【００２０】
さらに上記密閉型電池において、前記切欠は矩形状に形成されており、この矩形切欠の長辺長さが外部端子の幅より大きく形成されていることが好ましい。
【００２１】
上記のように、矩形状の切欠の長辺長さを外部端子の幅より大きく形成することにより、熱融着時に軟化した絶縁樹脂フィルムが潰れて押出されても、切欠部内に十分に収容される。そのため、絶縁樹脂フィルムが外装材の外部方向に押出されることがなく、その突出量をより小さくすることが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成を有する本発明に係る密閉型電池によれば、外部端子の熱融着部に対向する外装材端部に切欠が形成されているため、熱融着時に軟化した絶縁樹脂フィルムが潰れて押出されても、切欠部内に押出されて収容され、外装材の外部方向に突出することがない。したがって、絶縁樹脂フィルムの突出量の変化が小さい電池が得られ、結果的に絶縁樹脂フィルムの突出量を小さく抑制でき、この突出量を安定化させることができるため、無駄な部分が少さく容量効率が高い電池が得られる。また、外部端子と外装材との短絡を確実に防止できるため、安全性が高い電池が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る密閉型電池の一実施形態について、添付図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
図１は本発明が適用された密閉型電池を構成する発電要素１と外装材４との組立て状態を示す分解斜視図である。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成る負極板と、正極活物質をその支持体である正極集電体に保持して成る正極板と、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。これらの負極板、正極板およびセパレータは、それぞれ薄いシート状もしくは箔状に成形され、積層した状態で長円筒状に捲回されている。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端子２と、正極と電気的に接続される正極端子３とがそれぞれ設けられており、共に上記捲回軸と平行な方向で上記発電要素１より延出している。
【００２５】
また、上記発電要素１を収納する外装材４としては、絞り成形により予め絞り成形部６を形成した金属ラミネート樹脂フィルム５を使用した。この金属ラミネート樹脂フィルムとしては、厚さが２５μｍのナイロン層と、厚さが４０μｍの軟質アルミニウム層と、厚さが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使用し、ナイロン層が最も外側になるように絞り成形を施し、矩形状の絞り成形部６を形成した。また、外装材４の熱融着部で負極端子２および正極端子３が当接する部位は、凹形に切り欠いて切欠部７をそれぞれ形成した。
【００２６】
次に、上記矩形状の絞り成形部６の一辺を谷折りし、上記発電要素１と電解液とを絞り成形部６内に収納し、谷折りした辺以外の３方の辺を、金属製のツールにより押圧して熱融着することにより封止して、図２に示すような密閉型電池を調製した。
【００２７】
このとき、負極端子２および正極端子３はそれぞれ外装材４の外側に引き出され、電池の外部端子としての役割を果たす。外装材４の熱融着部で負極端子２および正極端子３が当接する部位にはそれぞれポリプロピレンから成る絶縁樹脂フィルム５が予め仮融着されており、負極端子２および正極端子３がその絶縁樹脂フィルム５を仮融着してある部分で挟み込まれた状態で熱融着されたものである。
【００２８】
なお、本実施形態では、外装材４に絶縁樹脂フィルム５を仮融着した例を示したが、外装材４の切欠部７を含む周囲３辺を融着して絶縁樹脂フィルム５の変形を抑制できる限りは、絶縁樹脂フィルム５の仮融着は外部端子としての負極端子２および正極端子３の表面に実施しても良い。
【００２９】
図６は、絶縁樹脂フィルム５を外装材４の端面から外方に突出させた従来構造を示しているが、この絶縁樹脂フィルム５を外装材４の端面から外方に突出させずに、正極端子３および負極端子２の双方を同時に被覆するように絶縁樹脂フィルム５を被覆して本実施形態の電池を形成しても良い。一方、図２に示すように正極端子３および負極端子２をそれぞれ個別に絶縁樹脂フィルム５で被覆しても構わない。
【００３０】
次に本発明に係る密閉型電池のより具体的な実施例について、従来構造を有する比較例の密閉型電池と比較しながら以下に説明する。
【００３１】
［実施例］
図３は本実施例に係る密閉型電池の外部端子融着部の寸法例を示す平面図であり、図４は図３に示す密閉型電池の融着部に金属製ツールを押圧して熱融着している状態を示す平面図である。
【００３２】
本実施例では、負極端子２として厚さが０．１ｍｍであり幅が４ｍｍであるニッケル板を使用する一方、正極端子３として厚さが０．１ｍｍであり幅が４ｍｍであるアルミニウム板を使用した。上記負極端子２と正極端子３との間隔Ａは１６ｍｍとした。上記負極端子２と正極端子３とを融着する外装材４の端部はそれぞれ凹形に切り取ってあり、切欠７が形成されている。切り取り部分（切欠７）の幅Ｂは１０ｍｍとし、外装材４の端部からの切り取り深さＣは１ｍｍとし、融着後の各端子２，３の位置が切欠部７の幅（１０ｍｍ）の中心になるように、各凹形の切欠部７，７の間隔Ｄは１０ｍｍとした。
【００３３】
図３に示すように、上記外装材４の端子融着部には、帯状の絶縁樹脂フィルム５（粗い斜線部）が仮融着してあり、その絶縁樹脂フィルム５の幅Ｅは６ｍｍとし、長さＦは３６ｍｍとし、外装材端とフィルム端を合わせて端子間中央Ｘを中心に両側均等になるように仮融着した。そして封止の際に行う融着は、図４で細かい斜線部で示すような押圧面を有する金属製ツール（押圧治具）８を融着部に押し当てて実施した。具体的には、温度１８０℃に加熱した金属製ツール８を、図４に示すように、絶縁樹脂フィルム５を介して端子２．３を挟み込んだ外装材４の両側から１０秒間押し当てることにより熱融着処理を実施した。金属製ツール８は外装材４の端部から０．５ｍｍだけ内側の部分に押し当てられるよう、凹形の切欠部７，７に当接する箇所が同じように凹形となっている金属製ツール８を使用した。金属製ツール８の押圧面の寸法は、幅Ｈを５ｍｍとし、端子２，３を融着する凹形部分の幅Ｇを４ｍｍとした。図４において、細かい斜線部で示した金属製ツール（押圧治具）８の押圧面がそのまま融着部分となる。上記のように、切欠部７，７を形成した外装材４の絞り成形部に発電要素１を収容し、絶縁樹脂フィルム５を介して端子２．３を挟み込んだ外装材４の両側から金属製ツール（押圧治具）８を押し当てて熱融着処理を実施することにより、実施例に係る密閉型電池を５０セル製造した。
【００３４】
［比較例］
一方、比較例として切欠部を形成せず、タブ融着部分の寸法が実施例と同一になるようなセルを準備した。すなわち、図５に示すように、外装材４の端子導出部端部に凹形の切欠部を形成せず、仮融着する絶縁樹脂フィルム５を外装材４の端部から１ｍｍだけ突出させて仮融着した以外は実施例と同一仕様の外装材４を準備した。そして熱融着封止は、外装材４の端部から０．５ｍｍだけ内側の部分までの面積範囲（細かい斜線部）を、幅ｗが４ｍｍの金属製ツール８を押し当てて実施した。上記のように、切欠部を形成しない外装材４の絞り成形部に発電要素１を収容し、外装材４から突出した絶縁樹脂フィルム５を介して端子２．３を挟み込んだ外装材４の両側から金属製ツール（押圧治具）８を押し当てて熱融着処理を実施することにより、比較例に係る従来の密閉型電池を５０セル製造した。
【００３５】
上記のように、各５０セルずつ製造した実施例および比較例に係る各密閉型電池について、絶縁樹脂フィルム５の外装材（包材）４端部からの突出量を融着工程前後においてマイクロメータによって測定し、その融着工程前後における差を計算して絶縁樹脂フィルムの突出変形量を算出した。その平均値、最大値および最小値を算出した結果を下記表１に示す。
【表１】
2005228573.tif 000003
【００３６】
上記表１に示す結果から明らかなように、外部端子２，３の熱融着部に対向する外装材４端部に切欠７，７が形成されている各実施例に係る密閉型電池によれば、熱融着時に軟化した絶縁樹脂フィルム５が潰れて押出されても、切欠部７，７内に押出されて収容され、外装材４の外部方向に突出することがない。したがって、絶縁樹脂フィルム５の突出量の変化が小さい電池が得られ、結果的に絶縁樹脂フィルム５の突出量を小さく抑制でき、この突出量を安定化させることができるため、無駄な部分が少さく容量効率が高い電池が得られた。また、外部端子２，３と外装材４との短絡を確実に防止できるため、安全性が高い電池が得られた。
【００３７】
具体的には、実施例に係る各密閉型電池における絶縁樹脂フィルム５の突出変形量は、平均値で０．１５ｍｍであり、最大でも０．２ｍｍであるのに対して、比較例に係る従来構造の密閉型電池では、絶縁樹脂フィルム５の突出変形量の平均値が０．５２ｍｍと大きく、最大値も０．７ｍｍとなり、本実施例に係る密閉型電池においては、絶縁樹脂フィルム５の突出変形量が効果的に小さく抑制されることが判明した。
【００３８】
また、実施例および比較例の電池は、共に外部端子部の融着前寸法は融着部が４ｍｍであり、外装材４端部の未融着部の幅を０．５ｍｍとし、また絶縁樹脂フィルムの突出量を１ｍｍとしており、融着部から絶縁樹脂フィルム５の先端までの合計寸法は５．５ｍｍになっている。しかしながら、実際の熱融着処理後の結果から明らかなように、実施例の電池の融着部分から絶縁樹脂フィルム５の端部までの寸法は、全電池について５．７ｍｍ以内に収まっているのに対して、比較例の電池では６．２ｍｍとなる電池が存在するため、本実施例に係る電池の方が無駄な空間部分を少なくすることが可能であり、電池設計上有利となることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明が適用される密閉型電池の発電要素と外装材との組立て状態を示す分解斜視図。
【図２】本発明が適用される密閉型電池の概略構成を示す斜視図。
【図３】実施例に係る密閉型電池の外部端子融着部の寸法例を示す平面図。
【図４】図３に示す密閉型電池の融着部に金属製ツールを押圧して熱融着している状態を示す平面図。
【図５】比較例に係る従来の密閉型電池の外部端子融着部の構成を示す平面図。
【図６】従来の密閉型電池の概略構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４０】
１  発電要素
２  負極端子
３  正極端子
４  外装材（金属ラミネート樹脂フィルム）
５  絶縁樹脂フィルム
６  絞り成形部
７  切欠
８  金属製ツール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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