(57)【要約】      （修正有）【課題】薄型パック電池を収納するためのアルミラミネートフィルムからなる外装体と一体的に成形されたリチウム二次電池用の正極端子に関し、外部機器への電気的接続を容易にすると共に正極端子の腐食を防止し、リチウム二次電池を取り扱う際の正極端子部の強度アップと損傷防止を図る。【解決手段】アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる一の接続端子を用いたリチウム二次電池用の正極端子２であって、前記一の接続端子８の少なくとも一の端部にはアルミニウム以外の他の金属材料からなる他の接続端子９が接合されており、かつ、前記一の接続端子と他の接続端子との接合部分は樹脂からなるシール手段４で覆われている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる一の接続端子を用いたリチウム二次電池用の正極端子であって、前記一の接続端子の少なくとも一の端部にはアルミニウム以外の他の金属材料からなる他の接続端子が接合されており、かつ、前記一の接続端子と他の接続端子との接合部分は樹脂からなるシール手段で覆われていることを特徴とする、リチウム二次電池用の正極端子。
【請求項２】
前記他の接続端子は、ニッケル、またはニッケルメッキが施されたアルミニウム以外の他の金属材料からなるものであることを特徴とする、請求項１に記載のリチウム二次電池用の正極端子。
【請求項３】
前記ニッケルメッキが施されたアルミニウム以外の他の金属材料は、鉄または銅のいずれかから選ばれた１種の金属元素であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用の正極端子。
【請求項４】
前記シール手段は、変成ポリプロピレン樹脂または変成ポリエチレン樹脂のいずれかから選ばれたものであること特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載のリチウム二次電池用の正極端子。
【請求項５】
前記シール手段は、リチウム二次電池の外装ラミネートフィルムと一体的に成形されることによりシール部を形成するものであることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のリチウム二次電池用の正極端子。
【請求項６】
前記シール手段は、リチウム二次電池の外装体の内外部に露出されるように配置されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載のリチウム二次電池用の正極端子。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれかに記載のリチウム二次電池用の正極端子を用いて形成されたことを特徴とする、リチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池などにおける外部リード線への接続性を改善したリチウム二次電池用の正極端子であって、特に、薄型パック電池を収納するためのアルミラミネートフィルムからなる外装体と一体的に成形されたリチウム二次電池用の正極端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にリチウム二次電池に代表される薄型パック電池は、特に携帯用機器に使用されている。図１に示されるように、一般的な薄型パック電池１には正極端子２と負極端子３とが備え付けられている。
【０００３】
図２には、図１に示される従来技術の正極端子２を用いた薄型パック電池１を、Ａ−Ａ部で切断したときの正極端子２近傍の拡大された断面図が示されている。正極端子２は帯状アルミニウム箔からなり、その表裏面の中で正極端子２とアルミラミネートフィルムからなる外装体５とが重なり合う部分には、あらかじめ変成ポリプロピレン樹脂フィルムからなるシール手段４が接着されている。
【０００４】
この正極端子２は、表面に正極活物質が被覆されているリチウム二次電池の電池要素７を構成している正極に超音波溶接により接合される。そして、正極端子２が接合された正極と負極およびセパレーターとを巻き込み、または積層してリチウム二次電池の電池要素７を形成させた後、図２に示されるように外装体５の中に収納される。
【０００５】
このとき、正極端子２のシール手段４の部分を外装体５と共に熱加圧成形すると、外装体５の内面には樹脂フィルム層６が存在するから正極端子２のシール手段４と熱融着され、正極端子２が外装体５と重なり合う部分をシールする。
【０００６】
このように、リチウム二次電池に用いられる一般的な正極端子２はアルミニウムまたはアルミニウム合金の単一材料から成形されているが、アルミニウムまたはアルミニウム合金は溶接など加熱処理に際して表面に薄い酸化層が形成されるため、半田付けなどによる簡易かつ安価な溶接方法で他の機器に電気的に繋がれているリード線を接続することができなかった。
【０００７】
また、従来のアルミニウムなどからなる正極端子２を用いて外装体５の外部で前記リード線と接続するためには、超音波溶接装置などの特殊な装置を用いた接続方法を利用する必要があり、その結果、リチウム二次電池を用いた機器の製造コストが高価となるといった問題があった。さらに、このような特殊装置を用いた溶接では強固な接続が得られず、リチウム二次電池を動かしている際に他の機器のリード線が正極端子２から離脱してしまい、リチウム二次電池がまったく使用できなくなるという問題もあった。
【特許文献１】特開平９−６３５４９号公報
【特許文献２】特開平１０−２３３２３３号公報
【特許文献３】特開平１１−２５０９３４号公報
【特許文献４】特開２００３−２８２０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、薄型パック電池を収納するためのアルミラミネートフィルムからなる外装体と一体的に成形されたリチウム二次電池用の正極端子に関するものであり、外部機器への電気的接続を容易にすると共に正極端子の腐食を防止し、リチウム二次電池を取り扱う際の正極端子接続部分の強度アップと損傷防止を図ることを目的に開発されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる一の接続端子を用いたリチウム二次電池用の正極端子であって、前記一の接続端子の少なくとも一の端部にはアルミニウム以外の他の金属材料からなる他の接続端子が接合されており、かつ、前記一の接続端子と他の接続端子との接合部分は樹脂からなるシール手段で覆われているようにしたリチウム二次電池用の正極端子を提供する。
【００１０】
本発明によるリチウム二次電池用の正極端子は、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなる一の接続端子と正極とが接合された部分の反対側にある端部にアルミニウム以外の他の金属材料からなる他の接続端子を超音波溶接などにより接合し、該接合部分は変成ポリプロピレン樹脂または変成ポリエチレン樹脂などからなるフィルム状のシール手段で全周が覆われるようにして接着される。前記シール手段が施された一の接続端子と他の接続端子との接合部分は、アルミラミネートフィルムなどからなる外装体と共に一体的に熱加圧成形されてその周りに熱硬化した前記樹脂からなる強固なシール層を形成し、該接合部分のシール性および絶縁性を保証すると共に、該接合部分の強度が補強されて接合部分が折り曲がったり離脱することを不可能にする。この結果、リチウム二次電池を取り扱っている際にも他の接続端子の離脱などにより正極端子が損傷することがない。
【００１１】
また、本発明による正極端子を構成する他の接続端子は、ニッケル、またはニッケルメッキが施されたアルミニウム以外の他の金属材料であることが好ましい。
【００１２】
他の接続端子にアルミニウム以外の他の金属材料を用いると、一般的には該他の接続端子と外部機器とを電気的に繋いでいるリード線との間に生じる電気抵抗が大きくなってしまい、実質的にリチウム二次電池の電池容量の低下を招くこととなるが、他の金属材料にあらかじめニッケルメッキを施しておくと、該他の接続端子とリード線との間に生じる電気抵抗を小さくでき、リチウム二次電池の電池容量を低下させることがなくなる。また、このような他の接続端子に用いる材料の選択は、電解液と接するリチウム二次電池内部においてはアルミニウム箔またはアルミニウム合金からなる一の接続端子の選択を可能にし、その結果、正極端子全体の耐腐食性を向上させるためにも寄与する。
【００１３】
なお、上記のように他の接続端子の表面にニッケル層を形成させる方法としては、一般的にはメッキ法が用いられるが、蒸着法などその他の公知の表面処理方法を使用したものであってもよい。
【００１４】
また、他の接続端子に用いられるニッケルメッキが施されたアルミニウム以外の他の金属材料としては、鉄または銅のいずれかから選ばれたものであることが好ましい。
【００１５】
他の接続端子を構成する他の金属材料に鉄または銅を選ぶと、半田付けなどによる簡易かつ安価な溶接方法より他の接続端子とリード線との接続が容易に行えるようになり、また、接続された他の接続端子とリード線との接続部分の強度が増すため、リチウム二次電池を動かしている際にリード線が正極端子から離脱してしまい、リチウム二次電池をまったく使用できなくなるといった問題も解消できる。
【００１６】
また、シール手段は、変成ポリプロピレン樹脂または変成ポリエチレン樹脂のいずれかから選ばれたものであることが好ましい。
【００１７】
一の接続端子と他の接続端子の接合部分を覆うシール手段に変成ポリプロピレン樹脂または変成ポリエチレン樹脂からなるフィルムを選ぶと、熱加圧成形された後に接合部分の周りに樹脂からなる強固なシール層を形成し、該接合部分の強度が補強されて接合部分が折り曲がったり離脱することを不可能にし、該接合部分のシール性および絶縁性を高めるために機能する。
【００１８】
また、シール手段は、リチウム二次電池のアルミラミネートフィルムからなる外装体と一体的に成形されていることが好ましい。
【００１９】
シール手段が施された一の接続端子と他の接続端子との接合部分を、アルミラミネートフィルムなどからなる外装体と共に一体的に熱加圧成形すると、前記シール手段とアルミラミネートフィルムの内面に存在する樹脂フィルム層とが相まって接合部分の周りで固く融着結合し、一層強固なシール層および絶縁層を形成させる。この結果、リチウム二次電池を取り扱っている際にも他の接続端子が一の接続端子から離脱することなどによって、正極端子が損傷してしまうことも防止できる。
【００２０】
さらに、このシール手段は、リチウム二次電池の外装体の内外部に露出されるように配置されていることが好ましい。
【００２１】
一の接続端子と他の接続端子との接合部分を覆うシール手段が、熱加圧成形されるリチウム二次電池の外装体接合面の幅に対して広く該外装体内外部に向けて延びるように配置されていると、熱加圧成形によるリチウム二次電池のアルミラミネートフィルムの内面に存在する樹脂フィルム層と正極端子との樹脂シール層とを介した接合が容易となり、さらに、接合後は、外装体の内外部に露出されたシール層も熱加圧成形により硬化しているため、一の接続端子と他の接続端子および正極端子とリチウム二次電池の外装体との接合部の強度を補強し、リチウム二次電池を取り扱う際に正極端子が折れ曲がることを防止する。また、正極端子とリチウム二次電池の外装体とのシール性および絶縁性を一層高めるためにも機能する。
【発明の効果】
【００２２】
このように本発明によれば、外部機器への電気的接続を容易にすると共に正極端子の腐食を防止し、リチウム二次電池を取り扱う際の正極端子部の強度アップと損傷防止を図ることができるリチウム二次電池用の正極端子が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明によるリチウム二次電池用の正極端子の実施例について、図３ないし図８を用いて具体的に説明する。
【００２４】
［正極端子の作製］
【実施例１】
【００２５】
図３は、第１の実施例である本発明による正極端子２の断面図を示す。本発明による正極端子２は、厚さ０．１ｍｍの帯状のアルミニウム箔からなる一の接続端子８の一の末端領域に厚さ０．１ｍｍの帯状のニッケル箔からなる他の接続端子９とを超音波溶接により接合し、さらに、該接合部分１０の全周を覆うように帯状の変成ポリプロピレン樹脂フィルムからなるシール手段４を熱加圧成形して配置したものである。
【実施例２】
【００２６】
図４は、第２の実施例である本発明による正極端子２の断面図を示す。本発明による正極端子２は、厚さ０．１ｍｍの帯状のアルミニウム箔からなる一の接続端子８の片面にある一の末端領域に、厚さ０．１ｍｍの帯状のニッケル箔からなる他の接続端子９の先端および側端が一の接続端子８の先端および側端と一致するように、かつ、一の接続端子８と他の接続端子９とが重なり合う部分を長手方向で２箇所、超音波溶接により接合し、さらに、他の接続端子９の後端であって、該一の接続端子８と他の接続端子９とが重なり合う部分で、かつ、リチウム二次電池の外装体が接合される部分の全周を覆うように帯状の変成ポリプロピレン樹脂フィルムからなるシール手段４を熱加圧成形して配置したものである。
【実施例３】
【００２７】
図５は、第３の実施例である本発明による正極端子２の断面図を示す。本発明による正極端子２は、厚さ０．１ｍｍの帯状のアルミニウム箔からなる一の接続端子８の一の末端領域に、厚さ０．１ｍｍの帯状のニッケル箔からなる他の接続端子９を一の接続端子８の前記一の末端領域の表裏面を完全に挟み込むようにＵ字型に折り曲げて装着し、かつ、一の接続端子８と他の接続端子９とが重なり合う部分の片面側を長手方向で２箇所、超音波溶接により接合し、さらに、他の接続端子９の後端であって、該一の接続端子２と他の接続端子９とが重なり合う部分で、かつ、リチウム二次電池の外装体が接合される部分の全周を覆うように帯状の変成ポリプロピレン樹脂フィルムからなるシール手段４を熱加圧成形して配置したものである。
【比較例】
【００２８】
比較例としては、図３に示される正極端子２であってシール手段４を施さなかったものを使用した、従来型のリチウム二次電池を作製した。
【００２９】
［外装体の作製］
【００３０】
図６は、リチウム二次電池の電池要素７を組み込む前のアルミラミネートフィルムからなる凹加工が施された外装体５の斜視図を示す。外装体５を構成する材料としては、ポリプロピレン樹脂フィルム６に厚さ０．１ｍｍのアルミニウム箔がラミネートされたアルミラミネートフィルムを用い、このアルミラミネートフィルムの一部を電池要素７を収納するために樹脂フィルム層６を収容面とするようにして凹部を形成するように加工したものをリチウム二次電池外装体５として使用した（図６参照）。
【００３１】
［リチウム二次電池要素の作製］
【００３２】
図７は、本発明による正極端子２および負極端子３が取り付けられたリチウム二次電池要素７の斜視図を示す。本発明による実施例３の正極端子２（図５参照）は、リチウム二次電池の電極を巻き付ける前に超音波溶接により電池要素７を構成している正極に取り付けられる（図７参照）。また、同じく負極端子３は、電極を巻き付ける前に超音波溶接により電池要素７の正極端子が取り付けられた反対側に位置する負極に取り付けられ、正極負極の両電極をセパレーター１２を介して図７に示されるように巻き付けた後、負極端子３を電池要素７の側面に沿うように垂直方向へ折り曲げ、さらに、電池要素７の一の片面において正極端子２と同一平面内に延びるように水平方向へ折り曲げられる（図７参照）。このとき、正極端子２および負極端子３にあらかじめ接着されているシール手段４は、電池要素７に近接して正極端子２および負極端子３を被覆するように配置される（図５参照）。
【００３３】
次に、正極端子２および負極端子３が取り付けられた電池要素７を図６に示される外装体５の凹部に組み付けた後、外装体５の残りの平面部により電池要素７を覆うように折り曲げて外装体５の中に収容した。そして、該外装体５同士が重なり合う全周を正極端子２および負極端子３と共に熱加圧成形して外装体５の中に電池要素７を密封し、リチウム二次電池を作製した。図８は、図７に示される本発明による正極端子２を用いたリチウム二次電池を、正極端子２の長手方向の中心線で切断したときの正極端子２近傍の拡大された断面図を示している。
【００３４】
本発明による上記実施例１〜３の正極端子を使用したリチウム二次電池と、比較例である従来型の正極端子を使用したリチウム二次電池との正極端子の耐久性などの比較結果を以下に詳しく述べる。
【００３５】
正極端子の曲げ荷重に対する損傷度合いは、従来型の正極端子を用いたリチウム二次電池では、外部機器への接続のためにあらかじめリード線が半田付けされているニッケル箔からなる端子部分をアルミニウム箔からなる端子部分に超音波溶接を用いて接合しているのみであるから、使用に際してアルミニウム箔からなる端子部分が引きちぎられたり該正極端子が捻られて、５０セル中６セル程度の不良が発生した。一方、これに対し、本発明による正極端子を用いたリチウム二次電池では、他の接続端子の表面に直接リード線を半田付けしても何らの問題は発生せず、また、一の接続端子と他の接続端子とはリチウム二次電池の外装体と一体化しているため、他の接続端子に半田付けされているリード線を動かしたりしてもほとんど端子形状は変形しなかった。
【００３６】
リチウム二次電池を２４時間水没させた後、大気中へ３日間放置した場合のリチウム二次電池の解体調査によるシール性および腐食性観察テストにおいては、従来型の正極端子を用いたリチウム二次電池では外装体と正極端子とのシール部に腐食の発生が観察された。一方、これに対し、本発明による正極端子を用いたリチウム二次電池では、正極端子に一切の腐食は観察されず、高いシール性および耐腐食性を有していることが確認された。
【００３７】
これは、ニッケルなどのアルミニウム以外の金属材料を正極端子として電解液に接する部分に使用すると、電位差により正極端子が腐食する場合があるが、本発明による正極端子では、電池内部にはアルミニウムからなる一の接続端子を用い、電池外部においては耐腐食性の高い他の金属材料からなる他の接続端子を使用しているため、腐食に対する問題が発生しなかったものと考えられる。
【００３８】
本発明による正極端子およびリチウム二次電池の製造容易性については、本発明による正極端子を用いたリチウム二次電池を製作する場合は、正極端子の製作工程が増加したにもかかわらず機械化・自動化が容易であり、正極端子およびリチウム二次電池の生産性を阻害するものではなかった。また、リチウム二次電池を複数個集合化する場合においては、正極端子と各電池または機器とを繋ぐリード線との接続が容易であり、その結果、接続時間が削減されることにより正極端子およびリチウム二次電池の生産性が向上した。
【００３９】
リチウム二次電池の充放電サイクルに対する正極端子の耐久性観察テストにおいては、従来型の正極端子を用いたリチウム二次電池では正極端子と外装体とのシール部において樹脂からなる特別なシール手段を施していなかったため、外装体内部において、電池要素の充放電サイクルに伴う体積膨張・収縮による正極端子と電池要素を構成している負極突起部とが接触することによる内部短絡が発生する場合が約３％あったのに対して、本発明による正極端子を用いたリチウム二次電池では、正極端子は前記負極突起部との接触の可能性がある部分にまで十分な長さを持ってシール手段で覆われているため、このような内部短絡を引き起こすことはなかった。
【００４０】
また、本発明による正極端子を用いたリチウム二次電池の場合は、外装体の内外に熱加圧成形により硬化した樹脂のシール手段を露出させていることから、この硬化した樹脂からなるシール手段が一の接続端子と他の接続端子との接合部分の曲げ荷重に対する強度を補強し、正極端子が電池内部で動くことにより生じる正極端子と他の電池要素（負極突起部など）との接触を効果的に防止することができた。
【００４１】
なお、本発明は実施例は、本発明の技術的思想の一例を示すものであって、本発明は、本発明の技術的思想に従う限り実施例の中で示された正極端子の寸法、位置、シール手段の材質及び形状、およびリチウム二次電池の形状及び容量などに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】従来型の薄型パック電池の斜視図を示す。
【図２】図１に示される薄型パック電池をＡ−Ａ線で切断した場合の正極端子近傍の拡大された断面図を示す。
【図３】本発明による正極端子の先端部分の断面図を示す。（実施例１）
【図４】本発明による正極端子の先端部分の断面図を示す。（実施例２）
【図５】本発明による正極端子の先端部分の断面図を示す。（実施例３）
【図６】薄型パック電池の外装体の斜視図を示す。
【図７】本発明による正極端子が取り付けられたリチウム二次電池要素の斜視図を示す。
【図８】本発明による正極端子を使用した場合の正極端子近傍の拡大された断面図を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１  薄型パック電池
２  正極端子
３  負極端子
４  シール手段
５  外装体
６  アルミラミネートフィルム樹脂層
７  電池要素
８  一の接続端子
９  他の接続端子
１０  接合部分
１１  折り曲げ部分
１２  セパレーター
【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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【図７】
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【図８】
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