(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれシート状またはフィルム状の正極板、電解質を保持するセパレータ及び負極板からなる扁平な電池要素を、ポリアミド樹脂層を有する樹脂フィルム主体のラミネートシートで形成された外装ケース内に収納する非水電解液二次電池において、前記電池要素の正極集電部に一端が接続されその他端が前記外装ケースから導出された正極リードと、前記電池要素の負極集電部に一端が接続されその他端が前記外装ケースから導出された負極リードを備えており、
前記ラミネートシートの電池要素の無い周囲４辺から選ばれた少なくとも２辺のそれぞれ１箇所に、電池使用機器に配設された突起部と嵌合する、電池使用機器との固定用開孔部及び／または切れ込み部が前記電池要素および正・負極集電部、正・負極リードの無い箇所に配設されていることを特徴とするラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池。
【請求項２】
請求項１に記載のラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池及びこの非水電解液二次電池に配設されている開孔部及び／または切れ込み部を固定する為の突起部が配設されていることを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水電解液二次電池及びこれを内蔵した機器に関し、ラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池と機器との固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話、携帯情報端末等の携帯電子機器の性能は、搭載される半導体素子、電子回路だけでなく、充放電可能な二次電池の性能に大きく依存しており、搭載される二次電池の容量アップと共に、軽量・薄型化をも同時に実現し、安価であることが要望されている。これらの要望に応える二次電池として、ニッケルカドミウム蓄電池の約２倍のエネルギー密度を有するニッケル水素蓄電池が開発され、次いで、非水電解液を用いたリチウム二次電池がこれを上回るエネルギー密度を有する電池として開発され、脚光を浴びている。
【０００３】
この非水電解液二次電池の形状には、円筒形、角形、扁平形のものがあり、特に樹脂フィルム主体のラミネートシートで形成された外装ケース内に電池要素を収納した非水電解液二次電池は、薄型化が可能な電池としての期待は大きくその開発が急がれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなラミネートシートを外装ケースとする電池を、電池使用機器に装着するには、前記ラミネートシートを外装ケースとする電池を樹脂製ケースに内蔵し、電池使用機器とコネクターや接続端子を勘合することにより固定しており、コストアップの要因になっていた。
【０００５】
本発明は、安価で容易に精度良く、ラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池と機器との固定方法を提供することを主たる目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明は、それぞれシート状またはフィルム状の正極板、電解質を保持するセパレータ及び負極板からなる扁平な電池要素を、ポリアミド樹脂層を有する樹脂フィルム主体のラミネートシートで形成された外装ケース内に収納する非水電解液二次電池において、電池要素の正極集電部に一端が接続されその他端が前記外装ケースから導出された正極リードと、電池要素の負極集電部に一端が接続されその他端が前記外装ケースから導出された負極リードを備えており、ラミネートシートの電池要素の無い周囲４辺から選ばれた少なくとも２辺のそれぞれ１箇所に、電池使用機器に配設された突起部と嵌合する、電池使用機器との固定用開孔部及び／または切れ込み部が電池要素および正・負極集電部、正・負極リードの無い箇所に配設されている。
【０００７】
また、このようにしてラミネートシートに配設されている開孔部及び／または溝部を固定する為の突起部が配設されていることを特徴とする機器である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池の平面図、断面図を示す。
【００１０】
図１（ｂ）において、ラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池は、アルミニウム製の集電体に正極活物質と結着材を含むペーストを塗布、乾燥、プレス加工することにより正極活物質層４を作製する。
【００１１】
次に、銅製の負極集電体７に負極活物質と結着材を含むペーストを塗布、乾燥、プレス加工することにより負極活物質層６を作製する。溶剤に溶解したポリマーペーストを用い製膜、乾燥し、非水電解液を吸収、保持するセパレータ５を作製する。
【００１２】
このようにして、作製した正極板と負極板とをセパレータを介して積層し、正極の集電部に配設したリード取り付け部１２に正極リード１１を溶接し、負極の集電部に配設したリード取り付け部１４に負極リード１３を溶接した後、ポリオレフィン樹脂フィルムの間に金属箔を配して全体を積層一体化したラミネートシート製の袋状ケース１内に収納し、非水電解液を注液し袋状ケースの溶着シール部２で封口し、エージングして非水電解液をゲル化し、充放電することによってラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池８を作製する。
【００１３】
正極集電体３は、アルミニウム製の箔、ラス加工やエッチング加工を施したアルミニウム製の箔からなり、厚みは１０μｍ〜６０μｍが好ましい。また、負極集電体７は、銅製の箔、ラス加工やエッチング加工を施した銅製の箔からなり、厚みは１０μｍ〜５０μｍが好ましい。
【００１４】
正極活物質層４は、正極活物質と結着材、必要に応じて導電材、可塑剤を加え、溶媒に混練分散させたペーストをＰＥＴフィルム上に塗着、乾燥、プレス加工して作製される。
【００１５】
負極活物質層６は、負極活物質と結着材、必要に応じて導電材、可塑剤を加え、溶媒に混練分散させたペーストを負極集電体７上に塗着、乾燥、プレス加工して作製される。
【００１６】
正極活物質としては、リチウムイオンをゲストとして受け入れ得るリチウム含有遷移金属化合物が使用される。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、クロム、鉄及びバナジウムから選ばれる少なくとも１種類の金属とリチウムの複合金属酸化物、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＭｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＣｏxＮｉ(1-x)Ｏ2（０＜ｘ＜１）ＬｉＣｒＯ2、αＬｉＦｅＯ2、ＬｉＶＯ2等が好ましい。
【００１７】
負極活物質としては、黒鉛、活性炭、あるいはフェノール樹脂やピッチ等を焼成炭化したものがあげられるが、特に、安全性やサイクル寿命特性等の観点から、格子面（００２）の面間隔（ｄ002）が３．３５０〜３．４００Åである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料が好ましい。
【００１８】
結着材としては、活物質間の密着性を保つフッ素樹脂材料、ポリアルキレンオキサイド骨格を持つ高分子材料、またはスチレン−ブタジエン共重合体などがある。フッ素系樹脂材料として、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）の共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）が好ましい。
【００１９】
必要に応じて加える導電材、導電助剤としてはアセチレンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素系導電材が好ましく、可塑剤としては、フタル酸ジイソブチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジ−ｎ−ブチル、フタル酸ジプロピル、フタル酸ジヘキシルなどのフタル酸エステルが好ましい。
【００２０】
溶剤としては、結着材が溶解可能な溶剤が適切で、有機系結着材の場合は、アセトン、シクロヘキサノン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等の有機溶剤を単独またはこれらを混合した混合溶剤が好ましく、水系結着材の場合は水が好ましい。
【００２１】
セパレータ５は、結着材と同様のポリマーを用いることができ、前記溶媒に溶解したポリマーペーストをポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂などの耐熱性のフィルム上に製膜し、乾燥させることによって作製するか、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などのポリオレフィン樹脂製の微多孔性膜の両面に結着材と同様のフッ素系樹脂材料を貼着したものを用いることができ、このセパレータ５を介して正極と負極とを温度と圧力をかけて積層して極板群を作製する。このときの温度は、４０℃から極板群中の結着材の軟化点以下の温度に加温した状態で、０．２ＭＰａ〜５．０ＭＰａの圧力にてプレスすることが好ましい。
【００２２】
ラミネート製の袋状ケース１は、ポリオレフィン樹脂フィルムの間に金属箔を配して全体を積層一体化したラミネートシートで、積層した極板群に接する内側から接着層、金属箔、絶縁層が順次積層されている。接着層はリードとの接着性に優れた酸変性のポリオレフィン樹脂、金属層はガスバリアー性や光遮断性に優れたアルミニウム金属箔、絶縁層は機械的強度に優れたポリアミド樹脂が好ましい。
【００２３】
非水電解液としては、非水溶媒と電解質からなり、非水溶媒としては、主成分として環状カーボネートおよび鎖状カーボネートが含有される。前記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、およびブチレンカーボネート（ＢＣ）から選ばれる少なくとも一種以上であることが好ましい。また、前記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、およびエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）等から選ばれる少なくとも一種以上であることが好ましい。
【００２４】
電解質としては、例えば、電子吸引性の強いリチウム塩を使用し、例えば、ＬｉＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＳＯ2ＣＦ3）2、ＬｉＮ（ＳＯ2Ｃ2Ｆ5）2、ＬｉＣ（ＳＯ2ＣＦ3）3等が挙げられる。これらの電解質は、一種類で使用しても良く、二種類以上組み合わせて使用しても良い。これらの電解質は、前記非水溶媒に対して０．５〜１．５Ｍの濃度で溶解させることが好ましい。
【００２５】
袋状ケース１の溶着シール部２は、熱溶着にて封口される。
【００２６】
エージングするには、４５℃〜９０℃の温度で、０．５時間〜３時間エージングして、ポリマーをゲル化させるのが好ましい。
【００２７】
充放電するには、常温にて電池容量の９５％〜１０５％の電気容量まで充電するのが好ましい。
【００２８】
このようにして作製した非水電解液二次電池のラミネートシートの電池要素の無い周囲１５の４辺から選ばれた少なくとも２辺に１箇所配設されている電池使用機器との固定用開孔部及び／または切れ込み部１６と、電池使用機器に配設されている位置決めし、固定できる突起部２３とを嵌合することにより、容易にラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池を備えた機器を作製することができる。
【００２９】
前記電池使用機器との固定用開孔部及び／または切れ込み部１６の形状としては、図３の（ａ）円、（ｂ）＋字切れ込み、（ｃ）−字切れ込み、（ｄ）２孔Ａ、（ｅ）２孔Ｂ、（ｆ）正方形、（ｇ）長方形、（ｈ）三日月などを挙げることができ、自由に組み合わせて使用することができる。その位置としては、図１（ａ）対向する２辺に２箇所づつ、図２の（ａ）２辺の対角に１箇所づつ、（ｂ）１辺に２箇所、（ｃ）４隅に１箇所づつ、（ｄ）対向する２辺の同じ位置に１箇所づつなどを挙げることができる。
【００３０】
また、前記固定用開孔部及び／または切れ込み部１６を固定する為に、図５に示す電池使用機器に配設されている突起部２３の形状としては、図４の（ａ）円柱、（ｂ）先端突起のある円柱、（ｃ）らせん状、（ｄ）突起多数、（ｅ）三角柱、（ｆ）変形した円柱、（ｇ）鍵状突起、（ｈ）先端部テーパー、（ｉ）四角柱などを挙げることができ、自由に組み合わせて使用することができる。
【００３１】
【実施例】
本発明を実施例と比較例を用いて詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。
【００３２】
（実施例１）
正極板は、正極活物質としてＬｉＣｏＯ2、導電材としてアセチレンブラック、結着材としてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、可塑剤としてフタル酸−ｎ−ジブチル（ＤＢＰ）を溶剤であるＮ−メチルー２−ピロリドン（ＮＭＰ）に混練分散させた正極ペーストを、厚さ５０μｍのラス加工を施したアルミニウム製集電体３上に塗着乾燥させた後、プレス加工することにより、正極活物質層４を有する正極板を作製した。
【００３３】
負極板は、負極活物質として球状黒鉛、導電助剤として気相成長炭素繊維、結着材としてＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、可塑剤としてフタル酸−ｎ−ジブチル（ＤＢＰ）を溶媒であるアセトンに混練分散させた負極ペーストを、厚さ５０μｍ、開口率５０％である銅箔をラス加工した集電体７の両面に塗着乾燥させた後、プレス加工することにより負極活物質層６を有する負極板を作製した。
【００３４】
セパレータ５は、Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）を溶媒であるアセトンとシクロヘキサノンからなる混合溶媒に溶解させた溶液をポリエチレンフタレート（ＰＥＴ）樹脂からなるフィルム上に製膜し、８０℃の温度で乾燥させ混合溶媒を除去することによって作製した。
【００３５】
このようにして作製した正極板と負極板とをセパレータ５を介して積層し、正極の集電部に配設したリード取り付け部１２に正極リード１１を溶接し、負極の集電部に配設したリード取り付け部１４に負極リード１３を溶接した後、１３０℃の温度で０．４ＭＰａの圧力条件で１．５秒間熱圧着することにより積層一体化した極板群を作製した後、極板群を６０℃の温度で２０分間キシレン溶液中に浸漬し、可塑剤のＤＢＰを除去した。
【００３６】
次に、内側から厚さ３０μｍの酸変性したポリプロピレン樹脂層、厚さ５０μｍのアルミニウム箔層、厚さ２０μｍのポリアミド樹脂層からなるラミネート製の袋状ケース１内に、極板群を収納した。
【００３７】
そして、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を２：１で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１．０Ｍの濃度で溶解させた非水電解液を注液した後、２３０℃の温度で０．３ＭＰａの圧力条件で２．０秒間熱圧着して、溶着シール部２で封口したが、正極板および負極板に対する温度上昇は無視できる範囲であった。
【００３８】
６０℃の温度で３時間エージングして、正極板及び負極板中のポリマー及びセパレータをゲル化させ、非水電解液を保持させた後、常温で電池容量の１０％の電流値で電池容量の１００％まで充電した後、電池容量の２０％の電流値で３．０Ｖの電圧まで放電することによって、ｎ＝５の平均値で、縦寸法が３５．２ｍｍ、横寸法が６１．８ｍｍ、厚みが３．３２ｍｍのラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解質二次電池８を作製した。
【００３９】
このようにして作製した図１（ａ）に示す非水電解液二次電池のラミネートシートの周囲４辺の内２辺に２箇所づつ、電池使用機器との固定用開孔部１６として図３（ａ）に示すような直径４．０ｍｍの円形の孔を配設し、この孔に対応するように図５に示す電池使用機器の構成部材２４を含む電池使用機器２１の電池の配設位置２２に配設した突起部２３として図４（ｈ）に示す先端テーパー部（先端部直径３．２ｍｍ）を有する直径３．８ｍｍ円柱とを嵌合することにより、安価で容易に精度良く、ラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池を内蔵した機器を作製することができた。
【００４０】
（実施例２）
正極板は、正極活物質としてＬｉＣｏＯ2、導電材としてアセチレンブラック、結着材としてフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体Ｐ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）を溶剤であるＮ−メチルー２−ピロリドン（ＮＭＰ）に混練分散させた正極ペーストを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔製集電体３上に塗着乾燥させた後、プレス加工することにより、正極活物質層４と正極リード１１を有する正極板を作製した。
【００４１】
負極板は、負極活物質として球状黒鉛、導電助剤として気相成長炭素繊維、結着材としてＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）、溶媒であるアセトンに混練分散させた負極ペーストを、厚さ１２μｍの銅箔をラス加工した集電体７の両面に塗着乾燥させた後、プレス加工することにより負極活物質層６と負極リード１３を有する負極板を作製した。
【００４２】
セパレータ５は、厚さ１５μｍのポリプロピレン樹脂製の微多孔性膜の両面に厚さ２．５μｍのＰ（ＶＤＦ−ＨＦＰ）からなる層からなるセパレータ５を介して、上記正極板と負極板とを渦巻状に巻回した後、１３０℃の温度で０．４ＭＰａの圧力条件で１．５秒間熱圧着することにより長円状の極板群を作製した。
【００４３】
次に、内側から厚さ３０μｍの酸変性したポリプロピレン樹脂層、厚さ５０μｍのアルミニウム箔層、厚さ２０μｍのポリアミド樹脂層からなるラミネート製の袋状ケース１内に、極板群を収納した。
【００４４】
そして、エチレンカーボネート（ＥＣ）とエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）を２：１で混合した混合溶媒に、ＬｉＰＦ6を１．０Ｍの濃度で溶解させた非水電解液を注液した後、２３０℃の温度で０．３ＭＰａの圧力条件で２．０秒間熱圧着して、溶着シール部２で封口したが、正極板および負極板に対する温度上昇は無視できる範囲であった。
【００４５】
９０℃の温度で３０分間エージングして、正極板及び負極板中のポリマー及びセパレータの表面に設けたポリマー層をゲル化させ、非水電解液を保持させた後、実施例１同様にして、常温で電池容量の１０％の電流値で電池容量の１００％まで充電した後、電池容量の２０％の電流値で３．０Ｖの電圧まで放電することによって、ｎ＝５の平均値で、縦寸法が３５．２ｍｍ、横寸法が６１．８ｍｍ、厚みが３．３２ｍｍのラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解質二次電池８を作製した。
【００４６】
このようにして作製した図２（ａ）に示す非水電解液二次電池のラミネートシートの周囲４辺の内２辺に１箇所づつ、電池使用機器との固定用開孔部１６として図３（ｂ）に示すような直径３．５ｍｍの＋字切れ込みを設け、この切れ込みに対応するように電池使用機器に配設し、固定できる突起部２３として図４（ｄ）に示す高さ０．１ｍｍの突起を多数設けた直径３．２ｍｍの円柱とを嵌合することにより、安価で容易に精度良く、ラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池を内蔵した機器を作製することができた。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ポリアミド樹脂層を有する樹脂フィルム主体のラミネートシートの電池要素、および正・負極集電部、および正・負極リードの無い周囲に、電池使用機器に配設された突起部と嵌合する、電池使用機器との固定用開孔部及び／または切れ込み部を配設することによって、安価で容易に精度良く、ラミネートシートを外装ケースに用いた非水電解液二次電池を内蔵した機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  （ａ）本発明の一実施形態に係る平面図
（ｂ）本発明の一実施形態に係る断面図
【図２】  （ａ）〜（ｄ）本発明の固定用開孔部及び／または切れ込み部の位置を示す例を表す図
【図３】  （ａ）〜（ｈ）本発明の固定用開孔部及び／または切れ込み部の形状を示す例を表す図
【図４】  （ａ）〜（ｉ）本発明の突起部の形状を示す例を表す図
【図５】  本発明の電池使用機器における電池の配設位置を示す平面概略図
【符号の説明】
１    外装ケース
２    封口部
３    正極集電体
４    正極活物質層
５    セパレータ
６    負極活物質層
７    負極集電体
８    非水電解質二次電池
１１  正極リード
１２  正極集電部
１３  負極リード
１４  負極集電部
１５  外装ケースの周囲
１６  固定用開孔部及び／または切れ込み部
２１  電池使用機器
２２  電池の配設位置
２３  突起部
２４  電池使用機器の構成部材
【図１】
0004135353.tif 000002
【図２】
0004135353.tif 000003
【図３】
0004135353.tif 000004
【図４】
0004135353.tif 000005
【図５】
0004135353.tif 000006