(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極と負極とセパレータとからなる発電要素が、僅かな電池内圧の上昇によって変形するラミネート外装体の収納空間内に収納され、且つ上記正極には正極タブが、上記負極には負極タブが、それぞれ接続されると共に、これら両タブが電池外に突出する構造の薄型電池において、
上記両タブのうち一方のタブは一方の外部電極を兼用し、他方のタブは、少なくとも一部が薄い金属箔から成ると共に電池外部における上記収納空間に対応する位置に配置され、電池内圧の上昇に伴う上記ラミネート外装体の変形により切断される安全片と、この安全片の両端に電気的に接続されるリードとを介して他方の外部電極と接続されることを特徴とする薄型電池。
【請求項２】
上記安全片が帯状である、請求項１記載の薄型電池。
【請求項３】
上記安全片の両端は上記外装体に固定されている、請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
上記安全片の薄い金属箔部分の厚みが０．５ｍｍ以下である、請求項１、２又は３記載の薄型電池。
【請求項５】
上記安全片の薄い金属箔部分の幅が電池幅以下である、請求項１、２、３又は４記載の薄型電池。
【請求項６】
上記安全片の薄い金属箔部分は、収納空間に対応する位置の略中央部に配置される、請求項１、２、３、４又は５記載の薄型電池。
【請求項７】
上記安全片の薄い金属箔部分に切り込みが形成されている請求項１、２、３、４、５又は６記載の薄型電池。
【請求項８】
上記安全片の薄い金属箔部分にくびれが形成されている請求項１、２、３、４、５又は６記載の薄型電池。
【請求項９】
上記安全片の薄い金属箔部分にミシン目が形成されている請求項１、２、３、４、５又は６記載の薄型電池。
【請求項１０】
上記安全片の薄い金属箔部分に空孔が形成されている請求項１、２、３、４、５又は６記載の薄型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、僅かな電池内圧の上昇によって変形する外装体を有し、この外装体内に発電要素が収納された薄型電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器等の小型化に伴って、電池の小型化が望まれるようになってきている。この電池の小型化を達成するために、本発明者らは、先に、アルミニウム層の両面に接着剤層を介して樹脂層が形成されたラミネート材を袋状にしてラミネート外装体を構成し、このラミネート外装体の収納空間に発電要素を収納するような薄型電池を提案した。このような構造の電池であれば、飛躍的に電池の小型化を達成できる。
【０００３】
しかしながら、上記ラミネート外装体を用いた薄型電池では、過充電時等の場合に、電池の内部圧力が高まって、電池が破裂することがある。このようなことが生じると、電解液或いは電極等の電池構成部材が電池外に飛散して、電池を用いた機器等を破損するおそれがある。
【０００４】
そこで、電池が破裂するのを防止すべく、以下に示すような方法が提案されている。
（１）電池の内部圧力が所定値に達した場合に開口するような圧力開放弁を電池に取り付ける方法。
（２）電池の内部圧力が所定値に達した場合に、ラミネート外装体の封止部が開口するような方法。
【０００５】
しかしながら、上記（１）（２）の方法では、以下に示すような課題を有していた。
（１）の方法の課題
（１）の方法では、圧力開放弁を構成する新たな材料が必要となり、しかも圧力開放弁を電池に取り付けるという作業工程が新たに必要となるため、電池の製造コストが高騰するという課題。
【０００６】
（２）の方法の課題
（２）の方法においては、電池の内部圧力が所定値に達した場合に、ラミネート外装体の封止部が開口し、しかも、通常時は電池内に水分が進入したり、電解液が漏れるのを防止しなければならないが、両者を満たす封止材料や封止条件を見出すのが困難であるという課題。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の事情に鑑みなされたものであって、電池の製造コストの高騰を招くことなく、且つ厳格な封止条件等を要求されることなく、電池が破裂することによる電池を用いた機器等の破損を防止しうる薄型電池の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、正極と負極とセパレータとからなる発電要素が、僅かな電池内圧の上昇によって変形するラミネート外装体の収納空間内に収納され、且つ上記正極には正極タブが、上記負極には負極タブが、それぞれ接続されると共に、これら両タブが電池外に突出する構造の薄型電池において、上記両タブのうち一方のタブは一方の外部電極を兼用し、他方のタブは、少なくとも一部が薄い金属箔から成ると共に電池外部における上記収納空間に対応する位置に配置され、電池内圧の上昇に伴う上記ラミネート外装体の変形により切断される安全片と、この安全片の両端に電気的に接続されるリードとを介して他方の外部電極と接続されることを特徴とする。
【０００９】
このような構成であれば、過充電時等の場合に、電池の内部圧力が高まって電池（収納空間）が膨らむと、この収納空間に対応する位置に配置している薄い金属箔を備えた安全片が切断される。したがって、それ以上の充電が防止されるので、電池が破裂するレベルまで電池内圧が上昇することがない。
【００１０】
また、圧力開放弁を構成する新たな材料が必要とならず、しかも圧力開放弁を電池に取り付けるという作業工程が新たに必要とならないため、電池の製造コストが高騰するという課題を解決できる。
加えて、封止条件等が緩和されるので、電池内に水分が進入したり、電解液が漏れるのを防止しつつ、確実に電池が破裂するのを抑えることができる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は請求項１記載の発明において、上記安全片が帯状であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は請求項１又は２記載の発明において、上記安全片の両端は上記外装体に固定されていることを特徴とする。
このように安全片の両端が外装体に固定されていれば、電池内圧が高まった場合に安全片が確実に切断されるので、上記の効果が一層発揮される。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は請求項１、２又は３記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分の厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
このように規制するのは、薄い金属箔部分の厚みが０．５ｍｍを超えると、金属箔部分が切断しなくなることがあるということを考慮したものである。好ましくは、薄い金属箔部分の厚みを０．１ｍｍ以下とする。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は請求項１、２、３又は４記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分の幅が電池幅以下であることを特徴とする。
このように規制するのは、薄い金属箔部分の幅が電池幅を超えると、金属箔部分が切断しなくなることがあるということを考慮したものである。好ましくは、薄い金属箔部分の幅を５．０ｍｍ以下とする。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は請求項１、２、３、４又は５記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分は、収納空間に対応する位置の略中央部に配置されることを特徴とする。
収納空間に対応する位置の略中央部では、電池が膨らんだ場合に最も膨れが大きくなって、安全片が確実に切断されるので、上記の効果が一層発揮される。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分に切り込みが形成されていることを特徴とする。
また、請求項８記載の発明は請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分にくびれが形成されていることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分にミシン目が形成されていることを特徴とする。
また、請求項１０記載の発明は請求項１、２、３、４、５又は６記載の発明において、上記安全片の薄い金属箔部分に空孔が形成されていることを特徴とする。
上記請求項７〜請求項１０の構成であれば、安全片が一層確実に切断されるので、上記の効果がより一層発揮される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
〔第１の形態〕
本発明の第１の形態を、図１〜図４に基づいて、以下に説明する。
図１は本発明の第１の形態に係る薄型電池の正面図、図２は本発明の第１の形態に係る薄型電池の側面図、図３は本発明の第１の形態に係る薄型電池に用いられる発電要素の斜視図、図４はラミネート外装体の断面図である。
【００１９】
図３に示すように、本発明の薄型電池は、ＬｉＣｏＯ2 を主体とする正極１と、天然黒鉛を主体とする負極２と、これら両電極を離間するセパレータ（図３においては図示せず）とから成る発電要素４を有しており、上記正極１にはアルミニウムから成る正極タブ８が、また上記負極２にはニッケルから成る負極タブ９がそれぞれ接続されている。上記発電要素４は、図１及び図２に示すように、収納空間５内に配置されており、この収納空間５は、ラミネート外装体６の上下端と中央部とをそれぞれ封止部７ａ・７ｂ・７ｃで封口することにより形成される。また、収納空間５には、エチレンカーボネート（ＥＣ）とジエチルカーボネート（ＤＥＣ）とが体積比で３：７の割合で混合された混合溶媒に、各々ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃ2 Ｆ5 ）2 が０．９５Ｍ（モル／リットル）の割合、ＬｉＰＦ6 が０．０５Ｍの割合で溶解された電解質が注入されている。
【００２０】
上記ラミネート外装体６の具体的な構造は、図４に示すように、アルミニウム層（厚み：３０μｍ）２１の一方の面に、ウレタン系接着剤から成る接着剤層（厚み：２μｍ）２５を介してナイロン層（厚み：２５μｍ）２２が接着され、このナイロン層２２にウレタン系接着剤から成る接着剤層（厚み：２μｍ）２６を介してポリエチレンテレフタレート層（厚み：１２μｍ）２３が接着される一方、アルミニウム層２１の他方の面には、変性ポリプロピレンから成る接着剤層（厚み：２μｍ）２７を介してポリプロピレン層（厚み：４０μｍ）２４が接着される構造である。
【００２１】
ここで、前記正極タブ８と前記負極タブ９とは、上記ラミネート外装体６の封止部７ａから突出している。正極タブ８は正極側の外部端子を兼用する一方、負極タブ９は負極側の外部端子を兼用せず、新たに負極側の外部端子１３が設けられる。そして、負極タブ９と負極側の外部端子１３とは、略コ字状に折り曲げられた負極タブ９の先端に接続されるリード１０と、負極側の外部端子１３に接続されたリード１１と、これら両リード１０・１１を接続する安全片１２とにより電気的に接続される構造となっている。上記安全片１２は厚み２０μｍの薄い金属箔から成り、且つその両端部近傍では上記ラミネート外装体６と固定されている。
【００２２】
尚、この電池の大きさは、図１に示すように、幅Ｌ1 は８０ｍｍ、長さＬ2 は９１ｍｍとなるように構成されており、また、封止部７ａ・７ｂの幅Ｌ3 ・Ｌ4 は５ｍｍ、封止部７ｃの幅Ｌ5 は１０ｍｍとなるように構成されている。また、上記安全片１２の幅Ｌ6 は１０ｍｍとなるように構成されている。
【００２３】
ここで、上記構造の電池を、以下のようにして作製した。
先ず、正極活物質としてのＬｉＣｏＯ2 と導電剤としてのアセチレンブラックとグラファイトと結着剤としてのポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で、９０：２：３：５の割合で混合して正極合剤を作製した後、この正極合剤をアルミニウムから成る帯状の正極芯体の両面に塗着し、更に圧延、乾燥することにより正極１を作製した。
【００２４】
これと並行して、負極活物質としての天然黒鉛と結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを重量比で、９０：１０の割合で混合して負極合剤を作製した後、この負極合剤を銅から成る帯状の負極芯体の両面に塗着し、更に乾燥、圧延することにより負極２を作製した。
次に、これら正負極１・２に、それぞれ正極タブ８と負極タブ９とを取り付けた後、正負極１・２をセパレータを介して配置する。しかる後、正負両極１・２及びセパレータを偏平渦巻状に巻回して、図３（図３においては、セパレータは省略している）に示すような発電要素４を作製した。
【００２５】
次いで、７層構造のラミネート材（９１ｍｍ×１７０ｍｍ）を用意した後、このラミネート材における両端のポリプロピレン同士を重ね合わせ、更に、重ね合わせ部をインパルス加熱法により溶着して、封止部７ｃを形成した。次に、この筒状のラミネート材の収納空間５内に発電要素４を挿入した。この際、筒状のラミネート材の一方の開口部から両タブ８・９が突出するように発電要素４を配置した。次に、この状態で、両タブ８・９が突出している開口部のラミネート材を溶着して封止し、封止部７ａを形成した。この際、溶着は高周波誘導加熱装置を用いて行った。
【００２６】
次いで、この状態で、真空加熱乾燥（温度：１０５℃）を２時間行い、ラミネート材及び発電要素４の水分を除去した。この後、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとが体積比で３：７の割合で混合された混合溶媒に、各々ＬｉＮ（ＳＯ2 Ｃ2 Ｆ5 ）2 が０．９５Ｍ（モル／リットル）の割合、ＬｉＰＦ6 が０．０５Ｍの割合で溶解された電解液にプレポリマーが混合されたものを注入した。しかる後、上記封止部４ａとは反対側のラミネート材の端部を高周波誘導溶着装置を用いて溶着し、封止部４ｂを形成した。
【００２７】
最後に、ラミネート外装体６に負極側の外部端子１３を取り付けると共に、負極タブ９にリード１０を、負極側の外部端子１３にリード１１をそれぞれ接続し、更にこれら両リード１０・１１に両端部がラミネート外装体６に固定された安全片１２を接続した。これにより、薄型電池が作製される。
【００２８】
〔第２の形態〕
本発明の第２の形態を、図５及び図６に基づいて、以下に説明する。
図５は本発明の第２の形態に係る薄型電池の正面図、図６は本発明の第２の形態に係る薄型電池の側面図である。
尚、上記第１の形態と同様の機能を有する部材については同じ符号を付してその説明を省略する。このことは、下記の形態についても同様である。
図５及び図６に示すように、安全片１２にくびれ１６・１６を形成して、安全片１２の切断を容易にする他は、上記第１の形態の薄型電池と同様の構成である。
【００２９】
〔第３の形態〕
本発明の第３の形態を、図７及び図８に基づいて、以下に説明する。
図７は本発明の第３の形態に係る薄型電池の正面図、図８は本発明の第３の形態に係る薄型電池の側面図である。
図７及び図８に示すように、安全片１２にミシン目１７を形成して、安全片１２の切断を容易にする他は、上記第１の形態の薄型電池と同様の構成である。
【００３０】
〔第４の形態〕
本発明の第４の形態を、図９及び図１０に基づいて、以下に説明する。
図９は本発明の第４の形態に係る薄型電池の正面図、図１０は本発明の第４の形態に係る薄型電池の側面図である。
図９及び図１０に示すように、安全片１２に切り込み１８・１８を形成して、安全片１２の切断を容易にする他は、上記第１の形態の薄型電池と同様の構成である。
【００３１】
〔第５の形態〕
本発明の第５の形態を、図１１及び図１２に基づいて、以下に説明する。
図１１は本発明の第５の形態に係る薄型電池の正面図、図１２は本発明の第５の形態に係る薄型電池の側面図である。
図１１及び図１２に示すように、安全片１２に空孔１９…を形成して、安全片１２の切断を容易にする他は、上記第１の形態の薄型電池と同様の構成である。
【００３２】
尚、上記５つの形態においては、安全片として薄い金属箔を用いたが、これに限定するものではなく、一部のみを薄い金属箔とし他部は厚みの大きな金属としても良い。このようにすれば、厚みの大きな金属部分は電池が膨れても余り変形しないので、安全片の両端部をラミネート外装体に固定する必要がなくなて薄型電池の製造が容易となる他、安全片の抵抗が小さくなるという利点もある。
【００３３】
また、上記５つの形態においては、正極タブが正極側の外部端子を兼用し、負極タブは負極側の外部端子を兼用しない構成としたが、このような構成に限定するものではなく、負極タブが負極側の外部端子を兼用し、正極タブが正極側の外部端子を兼用しない構成としても良い。この場合には、正極側に、２つのリードと安全片とが設けられることになる。
更に、外装体としては上記ラミネート外装体に限定されるものではなく、僅かな電池内圧の上昇によって変形する外装体であれば、本発明を適用しうる。
【００３４】
加えて、正極材料としては上記ＬｉＣｏＯ2 の他、例えば、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 或いはこれらの複合体等が好適に用いられ、また負極材料としては上記炭素材料の他、リチウム金属、リチウム合金、或いは金属酸化物（スズ酸化物等）等が好適に用いられる。更に、電解液の溶媒としては上記のものに限らず、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの比較的比誘電率が高い溶液と、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン、２−メトキシテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等の低粘度低沸点溶媒とを適度な比率で混合した溶媒を用いることができる。また、電解液の電解質としては、上記ＬｉＰＦ6 等の他、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣＦ3 ＳＯ3 等を用いることができる。
【００３５】
【実施例】
〔実施例１〕
実施例１としては上記第１の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ１と称する。
〔実施例２〕
実施例２としては上記第２の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ２と称する。
【００３６】
〔実施例３〕
実施例３としては上記第３の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ３と称する。
〔実施例４〕
実施例４としては上記第４の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ４と称する。
【００３７】
〔実施例５〕
実施例５としては上記第５の形態に示す電池を用いた。
このようにして作製した電池を、以下、本発明電池Ａ５と称する。
【００３８】
〔比較例１〕
図１３及び図１４に示すように、正極タブ８が正極側の外部端子を兼用し、負極タブ９も負極側の外部端子を兼用する構成とする（安全片とリードとを設けない）他は、上記実施例１の薄型電池と同様にして電池を作製した。尚、実施例１と同様の機能を有する部材については同じ符号を付している。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ１と称する。
【００３９】
〔比較例２〕
安全片１２として、厚み１．０ｍｍのＮｉ−Ａｌクラッド材を用いる他は、上記実施例１の薄型電池と同様にして電池を作製した。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ２と称する。
【００４０】
〔比較例３〕
図１５及び図１６に示すように、安全片１２を封止部７ｂ上に設ける他は、上記実施例１の薄型電池と同様にして電池を作製した。尚、実施例１と同様の機能を有する部材については同じ符号を付している。
このようにして作製した電池を、以下、比較電池Ｘ３と称する。
【００４１】
〔実験〕
上記本発明電池Ａ１〜Ａ５及び比較電池Ｘ１〜Ｘ３を、電流２Ｃで過充電し、各電池が破裂するか否かを調べたので、その結果を表１に示す。
【００４２】
【表１】
0004175725.tif 000002
【００４３】
表１から明らかなように、比較電池Ｘ１〜Ｘ３では電池が破裂しているのに対して、本発明電池Ａ１〜Ａ５では電池が全く破裂していないことが認められる。
【００４４】
これは、比較電池Ｘ１では安全片が設けられていないので、過充電時にも充電状態が継続され、比較電池Ｘ２では安全片は設けられているが、厚みが大きすぎるため安全片としての役割を発揮できず、やはり過充電時にも充電状態が継続され、比較電池Ｘ３では電池の膨れを生じない封止部上に安全片が存在するため、安全片としての役割を発揮できず、やはり過充電時にも充電状態が継続される。これに対して、本発明電池Ａ１〜Ａ５では、過充電時には電池の膨れを生じる収納空間に対応する位置に安全片が配置され、しかも安全片の厚みが非常に薄いので、過充電時には安全片が切断されて充電状態が終了するという理由によるものと考えられる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電池の製造コストの高騰を招くことなく、且つ厳格な封止条件等を要求されることなく、電池が破裂することによる電池を用いた機器等の破損を防止できるといった優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態に係る薄型電池の正面図
【図２】本発明の第１の形態に係る薄型電池の側面図
【図３】本発明の第１の形態に係る薄型電池に用いられる発電要素の斜視図
【図４】本発明の第１の形態に係る薄型電池に用いられるラミネート外装体の断面図
【図５】本発明の第２の形態に係る薄型電池の正面図
【図６】本発明の第２の形態に係る薄型電池の側面図
【図７】本発明の第３の形態に係る薄型電池の正面図
【図８】本発明の第３の形態に係る薄型電池の側面図
【図９】本発明の第４の形態に係る薄型電池の正面図
【図１０】本発明の第４の形態に係る薄型電池の側面図
【図１１】本発明の第５の形態に係る薄型電池の正面図
【図１２】本発明の第５の形態に係る薄型電池の側面図
【図１３】比較例１に係る薄型電池の正面図
【図１４】比較例１に係る薄型電池の側面図
【図１５】比較例３に係る薄型電池の正面図
【図１６】比較例３に係る薄型電池の側面図
【符号の説明】
１：正極
２：負極
４：発電要素
５：収納空間
６：ラミネート外装体
８：正極タブ
９：負極タブ
１０：リード
１１：リード
１２：安全片
１３：負極側の外部端子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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