(57)【要約】【課題】金属層の亀裂およびピンホールに起因してラミネート容器の気密性が低下することを抑制することが可能な電池を提供する。【解決手段】この電池１００は、外装体１を備える電池１００であって、外装体１のラミネート層１０は、アルミニウム層１２および１４と、アルミニウム層１２とアルミニウム層１４との間に設けられたＰＰ中間層１３とを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネート容器を備える電池であって、
前記ラミネート容器のラミネート層は、
第１金属層および第２金属層と、
前記第１金属層と前記第２金属層との間に設けられた中間層とを含む、電池。
【請求項２】
前記中間層は、前記第１金属層と前記第２金属層とを接着するための樹脂層である、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第１金属層および前記第２金属層は、それぞれ、５μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有する、請求項１または２に記載の電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池に関し、特に、金属層を含むラミネート容器を備える電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属層を含むラミネート容器を備えた電池が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、電極群が内部に収納されるとともに、非水電解液が内部に封入された外装ケースを備えるラミネート型電池が開示されている。この外装ケースは、非水電解液が封入された内部から外部に向かって、ポリオレフィン樹脂層、熱溶着性樹脂層、接着剤層、金属箔層およびポリオレフィン樹脂層が積層されたラミネートフィルムから構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−４０２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載のラミネート型電池のラミネートフィルムでは、金属箔層の厚みが所定値よりも大きい場合、ラミネートフィルムに外力（曲げ荷重）が加えられた際に、曲げ荷重に起因して金属箔層に亀裂（クラック）が発生しやすい。また、金属箔層の厚みが所定値よりも小さい場合、金属箔層には微小な穴（ピンホール）が多く存在する。このため、金属箔層の亀裂およびピンホールに起因してラミネートフィルムの気密性が低下するという問題点がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、金属層の亀裂およびピンホールに起因してラミネート容器の気密性が低下することを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の電池は、ラミネート容器を備える電池であって、ラミネート容器のラミネート層は、第１金属層および第２金属層と、第１金属層と第２金属層との間に設けられた中間層とを含む。
【０００８】
上記の電池では、ラミネート層が第１金属層と第２金属層とを含むことによって、ラミネート層に金属層を１層のみ設ける場合に比べて、各々の金属層の厚みを小さくすることができる。これにより、金属層の許容曲げ耐力を大きくすることができ、金属層の耐荷重性を向上させることができる。この結果、金属層に亀裂が発生することを抑制して、金属層の亀裂に起因してラミネート容器の気密性が低下することを抑制することができる。
【０００９】
また、第１金属層および第２金属層の厚みが小さくされたことに起因してピンホールが形成される場合であっても、第１金属層のピンホールと第２金属層のピンホールとが積層方向に重なる可能性は非常に低い。一方の金属層のピンホールを通過した水分が中間層を透過したとしても、その水分が他方の金属層のピンホールを通過するような状況が生じにくくなる。これにより、金属層が１層しか設けられていない場合と比べて、金属層のピンホールに起因してラミネート容器の気密性が低下することをより抑制することができる。
【００１０】
本発明の電池において、好ましくは、中間層は、第１金属層と第２金属層とを接着するための樹脂層である。このように構成すれば、樹脂層によって、第１金属層と樹脂層との層間および第２金属層と樹脂層との層間に隙間が生じることなく、第１金属層と第２金属層とを接着することができるので、水分が層間を通過して浸入することを効果的に回避することができる。
【００１１】
本発明の電池において、好ましくは、第１金属層および第２金属層は、それぞれ、５μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有する。このように構成すれば、金属層の厚みを５μｍ以上にすることにより金属層のピンホールの数が顕著に多くなることを抑制することができる。また、金属層の厚みを２５μｍ以下にすることにより金属層の許容曲げ耐力を大きくすることができるので、金属層の耐荷重性を向上させることができる。したがって、金属層の厚みを５μｍ以上２５μｍ以下にすることにより、金属層におけるピンホールの数の低減と耐荷重性とを両立させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、上記のように、金属層の亀裂およびピンホールに起因してラミネート容器の気密性が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。
【図２】図１の２００−２００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による電池のラミネート層の層構造を示した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態による電池１００の構成について説明する。
【００１６】
本発明の一実施形態による電池１００は、図１に示すように、約２０Ａｈ以上の放電容量を有する比較的大容量（中型または大型）のリチウムイオン電池である。具体的には、電池１００の幅方向（Ｘ方向）の外周長は、約１０ｃｍ以上約１００ｃｍ以下であり、厚みｔ１（Ｚ方向）は、約０．５ｃｍ以上約５ｃｍ以下である。また、電池１００は、ラミネート層１０を含むフィルム状の外装体１と、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部からそれぞれ外側に突出する平板状の正極端子２および負極端子３とを備えている。
【００１７】
外装体１では、図２に示すように、外装体１の一端の内側表面１ａの一部と、他端の外側表面１ｂの一部とが重ね合わされた状態で溶着されることにより概略Ｙ方向に延びる溶着部１ｃが形成されている。また、図１に示すように、外装体１のＹ方向の両端部は、それぞれ、平板状の正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されることにより封口部１ｄが形成されている。これにより、外装体１は密閉構造を有している。なお、外装体１は、本発明の「ラミネート容器」の一例である。
【００１８】
正極端子２および負極端子３は、それぞれ、アルミニウムおよび銅からなる。また、図２に示すように、外装体１の内部には、発電要素４が収納されているとともに、図示しない電解液が封入されている。発電要素４は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとが互いに重ね合わされた状態で巻回されて形成されている。正極端子２と正極板とは接続されており、負極端子３と負極板とは接続されている。
【００１９】
ここで、本実施形態によるラミネート層１０では、図３に示すように、発電要素４が収納される内側表面１ａから外側表面１ｂに向かって、ＰＰ溶着層１１、アルミニウム層１２、ＰＰ中間層１３、アルミニウム層１４およびＰＰ溶着層１５がこの順に積層されている。また、外装体１を構成するラミネート層１０は、全体の厚み（総厚み）ｔ２が約２００μｍ以上約５００μｍ以下となるように形成されている。
【００２０】
ＰＰ溶着層１１および１５は、約１５０℃の融点を有するポリプロピレン（ＰＰ）からなる。なお、溶着部１ｃでは外装体１の一端のＰＰ溶着層１１と他端のＰＰ溶着層１５とが溶着されている。また、封口部１ｄでは向かい合うＰＰ溶着層１１同士が溶着されている。また、ＰＰ溶着層１１の厚みｔ３とＰＰ溶着層１５の厚みｔ４とは略等しく、共に、約５０μｍ以上約４００μｍ以下である。なお、厚みｔ３およびｔ４は、約１００μｍ以上約３００μｍ以下であるのが好ましい。
【００２１】
なお、ＰＰ溶着層１１および１５は、ポリプロピレン以外のポリオレフィン系樹脂（たとえば、ポリエチレン）であってもよいし、ポリオレフィン系樹脂以外の比較的低温で溶着可能な熱可塑性樹脂（たとえば、ナイロンおよびＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート））であってもよい。
【００２２】
アルミニウム層１２および１４は、展性に優れた純アルミニウム（ＪＩＳ規格の１０００番台）からなるアルミニウム箔により構成されている。アルミニウム層１２および１４は、外装体１の外部から水分が浸入するのを遮断する機能と、外装体１の内部に収納された電解液が外部に揮発するのを遮断する機能とを有している。なお、アルミニウム層１２およびアルミニウム層１４は、それぞれ、本発明の「第１金属層」および「第２金属層」の一例である。
【００２３】
また、アルミニウム層１２の厚みｔ４とアルミニウム層１４の厚みｔ５とは略等しく、共に、約５μｍ以上約２５μｍ以下である。ここで、アルミニウム層１２および１４は、厚みが約２５μｍよりも大きい場合と比べて許容曲げ耐力（最大曲げ耐力）が大きい。また、アルミニウム層１２および１４に図示しない微小な穴（ピンホール）が形成されている場合であっても、ピンホールは微小であるので、ＰＰ中間層１３を挟んでアルミニウム層１２のピンホールとアルミニウム層１４のピンホールとが積層方向に重なる可能性は非常に低い。なお、金属層の厚みのより好ましい範囲は、約１０μｍ以上約２０μｍ以下である。
【００２４】
また、電池１００は比較的大容量のリチウムイオン電池であるので、大電流で放電した場合には、正極端子２および負極端子３や発電要素４での発熱が大きくなる。このため、熱伝導性に優れるアルミニウム層１２および１４により、電池１００の熱を外装体１の全体に効果的に拡散させて、外装体１の全体から効果的に放熱することが可能になる。
【００２５】
ＰＰ中間層１３は、アルミニウム層１２とアルミニウム層１４とを隙間なく密着するように接着することが可能なポリプロピレンからなる。また、ＰＰ中間層１３を構成するポリプロピレンは柔軟な樹脂材料であるため、ＰＰ中間層１３は、アルミニウム層１２および１４に加えられる曲げ荷重を適切に緩和する機能を有している。つまり、第１金属層と第２金属層との間の中間層として柔軟な樹脂材料を用いれば、中間層を介して第１金属層および第２金属層に加えられる曲げ荷重を緩和することができ、曲げ荷重に起因して金属層に亀裂が発生することを抑制することができる。なお、ＰＰ中間層１３は、本発明の「中間層」および「樹脂層」の一例である。
【００２６】
また、ＰＰ中間層１３の厚みｔ６は、約５μｍ以上約１５０μｍ以下である。ここで、厚みｔ６を約５μｍ以上にすることによってＰＰ中間層１３の厚みｔ６が十分に確保されるので、アルミニウム層１２および１４に加えられる曲げ荷重をＰＰ中間層１３において効果的に緩和することが可能である。また、厚みｔ６を約１５０μｍ以下にすることによって、ＰＰ中間層１３が露出する外装体１のＹ方向の両端部（図１参照）から内部に向けて水分が浸入することを抑制することができるので、ＰＰ中間層１３に浸入した水分がアルミニウム層１２のピンホールを通過して外装体１の内部に浸入することを抑制することが可能である。
【００２７】
本実施形態では、上記のように、ラミネート層１０がアルミニウム層１２とアルミニウム層１４とを含むことによって、アルミニウム層１２および１４により、ラミネート層１０にアルミニウム層を１層のみ設ける場合に比べて、厚みｔ４およびｔ５を小さくすることができる。これにより、アルミニウム層１２および１４の許容曲げ耐力を大きくすることができ、アルミニウム層１２および１４の耐荷重性を向上させることができる。また、アルミニウム層１２とアルミニウム層１４との間にポリプロピレンからなるＰＰ中間層１３を配置することによって、ＰＰ中間層１３を介してアルミニウム層１２および１４に加えられる曲げ荷重を緩和することができる。この結果、アルミニウム層１２および１４に亀裂が発生することを抑制して、アルミニウム層１２および１４の亀裂に起因して外装体１の気密性が低下することを抑制することができる。
【００２８】
また、アルミニウム層１２のピンホールとアルミニウム層１４のピンホールとが積層方向に重なる可能性は低いので、アルミニウム層１４のピンホールを通過した水分がＰＰ中間層１３を透過したとしても、その水分がアルミニウム層１２のピンホールを通過するような状況が生じにくくなる。これにより、アルミニウム層が１層しか設けられていない場合と比べて、ピンホールに起因して外装体１の気密性が低下することをより抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、上記のように、ＰＰ中間層１３が、アルミニウム層１２とアルミニウム層１４とを隙間なく密着するように接着する機能を有するポリプロピレンからなることによって、アルミニウム層１２および１４とＰＰ中間層１３との層間に隙間が生じることなく、アルミニウム層１２とアルミニウム層１４とを接着することができるので、水分が層間を通過して浸入することを効果的に回避することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、上記のように、厚みｔ４およびｔ５を約５μｍ以上にすることによりアルミニウム層１２および１４のピンホールの数が顕著に多くなることを抑制することができる。また、厚みｔ４およびｔ５を約２５μｍ以下にすることによりアルミニウム層１２および１４の許容曲げ耐力を大きくすることができるので、アルミニウム層１２および１４の耐荷重性を向上させることができる。したがって、厚みｔ４およびｔ５を約５μｍ以上約２５μｍ以下にすることにより、アルミニウム層１２および１４の取り扱いが困難になることを抑制しつつ、アルミニウム層１２および１４におけるピンホールの数の低減と耐荷重性とを両立させることができる。
【００３１】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００３２】
たとえば、上記実施形態では、本発明の中間層の一例として、ポリプロピレンからなるＰＰ中間層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、中間層は、ポリプロピレン以外のポリオレフィン系樹脂（たとえば、ポリエチレン）であってもよいし、ポリオレフィン系樹脂以外の熱可塑性樹脂（たとえば、ナイロン）であってもよい。また、中間層は樹脂以外の材料であってもよい。なお、中間層は、第１金属層および第２金属層に加えられる曲げ荷重を適切に緩和可能な柔軟性を有する材料からなるのが好ましい。
【００３３】
また、上記実施形態では、本発明の第１金属層および第２金属層の一例として、純アルミニウムからなるアルミニウム箔により構成されたアルミニウム層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１金属層および第２金属層として、アルミニウム合金を用いてもよいし、アルミニウム以外の金属材料を用いてもよい。なお、第１金属層および第２金属層として、純アルミニウム、または、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格の３０００番台のＡｌ−Ｍｎ系合金、ＪＩＳ規格の５０００番台のＡｌ−Ｍｇ系合金、７０００番台のＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金）もしくはステンレス鋼を用いるのが好ましい。
【００３４】
また、上記実施形態では、２層のアルミニウム層の厚みを略等しくした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１金属層および第２金属層の厚みを異ならせてもよい。ここで、外側に配置される金属層は、内側に配置される金属層よりも加えられる曲げ荷重が大きくなるので、外側に配置される金属層の厚みを内側に配置される金属層の厚みよりも小さくして、外側に配置される金属層の許容曲げ耐力を大きくするのが好ましい。この際、内側に配置される金属層の厚みを大きくすることによって、内側に配置される金属層のピンホールの数を減少させることが可能である。
【００３５】
また、上記実施形態では、本発明の第１金属層および第２金属層が共に純アルミニウムからなる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１金属層の金属材料と第２金属層の金属材料とを異ならせてもよい。この場合、外側に配置される金属層は、内側に配置される金属層よりも大きな許容曲げ耐力を有する金属材料からなることが好ましい。具体的には、許容曲げ耐力の高い金属として、黄銅、銅、ニッケル、ステンレス鋼が挙げられる。第１金属層に比重の小さいアルミニウム（アルミニウム合金）あるいはチタンを用い、第２金属層に許容曲げ耐力の高い上記の金属を用いることで、軽量かつ気密性が確保できる。
【００３６】
また、上記実施形態では、ラミネート層が２層のアルミニウム層を有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ラミネート層は３層以上の金属層を有してもよい。この場合、第１金属層および第２金属層の間だけでなく、第１金属層および第２金属層の間以外の金属層同士の間にも本発明の中間層が配置されることが好ましい。
【００３７】
また、上記実施形態では、本発明の電池を、非水系電解質電池の一種である、中型または大型のリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の電池を、小型のリチウムイオン電池に適用してもよい。また、本発明の電池を、リチウムイオン電池以外の非水系電解質電池に適用してもよいし、ニッケル水素電池などの水系電解質電池に適用してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  外装体（ラミネート容器）
１０  ラミネート層
１２  アルミニウム層（第１金属層）
１３  ＰＰ中間層（中間層、樹脂層）
１４  アルミニウム層（第２金属層）
１００  電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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