(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる積層電極、および揮発性の電解液を一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより形成された外装ケース内に収容し、前記正極板及び負極板それぞれに接続された正極リード及び負極リードを前記外装ケース外に引き出してなる電池において、
前記正極リード及び負極リードの表面の少なくとも前記ラミネートシートのシール部位を通過する部分が金属との接着性のよい熱融着性樹脂で被覆されてなり、
前記ラミネートシートが金属シートと接合面側に位置する熱融着性樹脂とを備えたラミネート構造により形成されてなり、
正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が前記金属シート間で接合されてなることを特徴とするラミネートシートを外装ケースとする電池。
【請求項２】
正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる積層電極、および揮発性の電解液を一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより形成された外装ケース内に収容し、前記正極板及び負極板それぞれに接続された正極リード及び負極リードを前記外装ケース外に引き出してなるリチウムポリマー二次電池において、
前記正極リード及び負極リードの表面の少なくとも前記ラミネートシートのシール部位を通過する部分が金属との接着性のよい熱融着性樹脂で被覆されてなり、
前記ラミネートシートが金属シートと接合面側に位置する熱融着性樹脂とを備えたラミネート構造により形成されてなり、
正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が前記金属シート間で接合されてなることを特徴とするラミネートシートを外装ケースとするリチウムポリマー二次電池。
【請求項３】
正極リード及び負極リードに被覆された熱融着性樹脂が、変性ポリオレフィン樹脂を主成分として形成されてなる請求項１記載のラミネートシートを外装ケースとする電池。
【請求項４】
正極リード及び負極リードに被覆された熱融着性樹脂が、変性のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンからなる群から選ばれた一種またはこれらの組み合わせである請求項３記載のラミネートシートを外装ケースとする電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムポリマー二次電池等に適用されるラミネートシートを外装ケースとする電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一対の絶縁樹脂フィルムに金属シートを積層して一体化したラミネートシートを外装ケースとして使用した電池は、従来より知られている。
【０００３】
図５は、このラミネートシートを外装ケースとする電池の従来例を断面構造で示している。即ち、図５に示す従来例は、正極板１と負極板２とをセパレータ３を介して積層してなる積層電極４を備え、一対のラミネートシート１５、１６の周囲Ｐをシールすることにより、前記積層電極４を収容する外装ケース１７を構成してなるものである。正極板１は正極集電体１ａに正極活物質層１ｂを塗着させて構成され、負極板２は負極集電体２ａの両面に負極活物質層２ｂを塗着させて構成されている。この負極板２の両側にセパレータ３を介して正極板１を配して積層することにより積層電極４が構成され、前記正極集電体１ａは図示するように正極リード８に接続され、正極リード８はラミネートシート１５、１６のシール部位を通過して外部に引き出されている。負極集電体２ａも同様に負極リード９により外部に引き出される。
【０００４】
一対のラミネートシート１５、１６は、金属シート（例えば、アルミニウム）の一方面側に熱融着性樹脂層（例えば、ポリエチレン）、他方面側に機械的強度に優れた樹脂層（例えば、ポリエチレンテレフタレート）を積層して形成されたもので、ラミネートシート１５、１６間のシールは、その周囲Ｐにおいて前記熱融着性樹脂層側で互いに密着させた状態で加圧／加熱することにより、熱融着性樹脂間の熱融着による接合によってなされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記外装ケース１７を形成するラミネートシート１５、１６は、アルミニウム等による金属シートに熱融着性樹脂層をラミネートしたもので、この熱融着性樹脂層として一般的に低密度ポリエチレンや無延伸のポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が用いられている。これらのポリオレフィン樹脂は金属への接着性が乏しいため、積層電極４の正極板１及び負極板２から引き出された各リード８、９が通過するシール部位において、各リード８、９とポリオレフィン樹脂層との間の接着性が低下し、外装ケース１７内に注入されている電解液が揮発したり、漏液しやすくなる問題点があった。また、電解液の注入時にリード８、９とラミネートシート１５、１６との接合面に電解液の付着があると、シール時にリード８、９に対するラミネートシート１５、１６の接着は全くなされず、外装ケース１７の密閉性が損なわれる問題点もあった。
【０００６】
本発明が目的とするところは、ラミネートシートとリードとの間の接合性をよくして、電解液の散逸を大幅に抑制したラミネートシートを外装ケースとする電池を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層してなる積層電極、および揮発性の電解液を一対のラミネートシートの周囲をシールすることにより形成された外装ケース内に収容し、前記正極板及び負極板それぞれに接続された正極リード及び負極リードを前記外装ケース外に引き出してなる電池において、前記正極リード及び負極リードの表面の少なくとも前記ラミネートシートのシール部位を通過する部分が金属との接着性のよい熱融着性樹脂で被覆されてなり、前記ラミネートシートが金属シートと接合面側に位置する熱融着性樹脂とを備えたラミネート構造により形成されてなり、正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が前記金属シート間で接合されてなることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、ラミネートシートのシール部位を通して外装ケース外に引き出される正極リード及び負極リードの表面は熱融着性樹脂で被覆されているので、各リードは熱融着性樹脂で被覆された状態でラミネートシート間にシールされる。従って、各リードは金属との接着性のよい熱融着性樹脂により充分に接着した状態に被覆され、熱融着性樹脂とラミネートシートとは熱接合により密着するので、各リードを引き出すシール部位から外装ケース内に注入された電解液が漏液することが防止される。さらに正極リード及び負極リードの通過位置を除くシール部位が金属シート間で接合されているので、熱融着性樹脂の融着部を浸透して漏出する電解液の散逸を抑制することができる。
【０００９】
上記構成における熱融着性樹脂は、変性ポリオレフィン樹脂を主成分として形成することにより、変性ポリオレフィン樹脂は金属との接着性がよいので、各リードと変性ポリオレフィン樹脂とは熱接着により密着接合して、接合間から電解液が散逸することが効果的に抑制される。
【００１０】
また、熱融着性樹脂は、変性のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテンからなる群から選ばれた一種またはこれらの組み合わせで構成することができ、電解液による樹脂の劣化がなく、リードに対して良好な接着性を得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一実施形態について説明し、本発明の理解に供する。本実施形態は、本発明をリチウムポリマー二次電池に適用した形態を示すもので、以下に図１〜図３を参照して説明する。尚、従来構成と共通する要素には同一の符号を付し、新規要素の構成を明らかにする。
【００１３】
本実施形態に係るラミネートシートを外装ケースとしたリチウムポリマー二次電池は、図１の平面図に示すように、積層電極４の正極側リード接続部１ｃに接続された正極リード８、負極側リード接続部２ｃに接続された負極リード９を外部に引き出した状態になるように、積層電極４を１枚のシートを中央折り曲げ線Ｔで２つ折りにしたラミネートシートで包み、前記中央折り曲げ線Ｔの辺を除く３辺Ｐ1 、Ｐ2 、Ｐ3 を熱接合によりシールした外装ケース７によって積層電極４を密封して構成されている。前記積層電極４及び前記シール構造は、図２にＡ−Ａ線矢視断面として示すように構成されている。なおラミネートシートは、従来例と同様に金属シートの一方面側（接合面側）に熱融着状樹脂層（ポリエチレン）、他方側に機械的強度に優れた樹脂層（ポリエチレンテレフタレート）を積層して形成されたものである。
【００１４】
図２において、積層電極４は、正極板１と負極板２とをセパレータ３を介して積層された構造として構成されている。２組の各正極板１は、それぞれ正極活物質層１ｂと正極集電体１ａとを積層して構成され、前記負極板２は負極集電体２ａの両面に負極活物質層２ｂを積層して構成され、正極板１と負極板２との間にポリマー電解質からなるセパレータ３を配して熱融着法やキャスト法により一体化される。なお、多孔質シートにポリマー電解質を塗着、含浸させてなるセパレータ３を用いることもできる。
【００１５】
正極集電体１ａはアルミニウムまたは導電性材料にアルミニウムをコーティングしたパンチングメタルまたはラスメタルからなり、その表面に導電性炭素材であるアセチレンブラック、ケッチェンブラックまたは炭素繊維と、結着材であるポリフッ化ビニリデンとの混合物を結着させたものである。また、負極集電体２ａは銅、ニッケルまたは導電性材料に銅あるいはニッケルをコーティングしたパンチングメタルまたはラスメタルからなり、その表面に正極集電体１ａと同様の導電性炭素材を結着させている。また、正極活物質層１ｂ及び負極活物質層２ｂは、活物質、導電材及びポリマー溶液からなるペーストを前記正極、負極集電体に塗着、乾燥して作製する。これらは図２に示すように、負極板２の一方側の負極活物質２ｂにセパレータ３を介して一方側の正極板１の正極活物質層１ｂを対向配置し、他方側の負極活物質層２ｂにセパレータ３を介して他方側の正極板１の正極活物質層１ｂを対向配置して、この積層状態を熱接合により一体化して積層電極４を構成する。
【００１６】
この積層電極４を構成する正極板１の２枚の正極集電体１ａのそれぞれには、図１に示すように、一方側に偏位（図示上下方向）した位置に正極リード８に接続するための正極側リード接続部１ｃが延出形成され、負極板２の負極集電体２ａにも他方側に偏位した位置に負極リード９に接続するための負極側リード接続部２ｃが延出形成されている。正極側リード接続部１ｃはアルミニウム薄板で形成された正極リード８に、負極側リード接続部２ｃは銅薄板で形成された負極リード９に、それぞれ溶接点Ｓで抵抗溶接または超音波溶接により接合される。この実施構成の場合では、図２に示すように、正極板１は２組設けられているのでそれぞれの正極側リード接続部１ｃは、１本の正極リード８に溶接点Ｓで同時に接合される。このように構成される積層電極４をより多く積層して積層電池を構成する場合には、積層数に対応して正極側リード接続部１ｃ、負極側リード接続部２ｃの多数を接合することになる。
【００１７】
前記正極リード８及び負極リード９には、図１に示すように、変性ポリエチレンフィルム（金属との接着性のよい熱接着性樹脂）１２、１３がそれぞれ取り付けられている。この変性ポリエチレンフィルム１２、１３は、２枚のフィルムによりそれぞれリード８、９を挟んで重ね合わせ、温度２００℃、圧力１ｋｇｆ／ｃｍ2 を加えた状態を３０秒間維持して各リード８、９のシール部位Ｐ2 の通過位置にフィルム被覆したものである。通常のポリエチレンでは金属との接着性に乏しいが、酸変性等の処理によってポリエチレン骨格に官能基を導入して変性ポリエチレンとすることにより、金属に対する接着性が向上し、前記のように加熱、加圧が加えられることによってそれぞれ正極リード８、負極リード８の表面に完全に接着してリード８、９の表面を被覆する。
【００１８】
このように変性ポリエチレンフィルム１２、１３で被覆された正極リード８及び負極リード９を一対のラミネートシート５、６で挟んでシールすると、シール部位Ｐ2 のラミネートシート５、６間は熱融着性樹脂の熱融着により接合され、各リード８、９の通過部位ではラミネートシート５、６と変性ポリエチレンフィルム１２、１３とが熱融着して接合される。各リード８、９と変性ポリエチレンフィルム１２、１３とは前記のように接着性のよい状態で被覆されているので、シール部位Ｐ2 に各リード８、９を通して引き出しても外装ケース７の密閉性が保持される。ここで、図３に示す本実施の形態に対する参考例では変性ポリエチレンフィルム１２、１３に代えて、１枚の変性ポリエチレンフィルム１４により、正極リード８及び負極リード９を同時に被覆する構成としてある。
【００１９】
尚、変性ポリエチレンフィルム１２、１３は、これに代えて同じく変性のポリプロピレン、ポリメチルペンテンを採用することもできる。また、ラミネートシート５、６は、アルミニウム等の金属シートを内側にして、その両面または片面（接合面）に熱融着性樹脂のシートを接合したものが使用でき、熱融着性樹脂としては、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、変性ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、熱融着性ポリエチレンテレフタレート、熱融着性ポリイミド、ポリメタクリル酸メチル等の樹脂、あるいはこれらの２種以上の樹脂の共重合体を採用することができる。このような金属層を含むラミネートシートは、金属層によりガスバリアー性や光遮断性が向上し、樹脂層により熱接合によりシールが容易となる特徴を備えている。
【００２０】
このラミネートシート１０のシールにより形成される外装ケース７により積層電極４を密封してリチウムポリマー二次電池を製作する工程手順について、次に説明する。
【００２１】
上述のように正極側リード接続部１ｃ及び負極側リード接続部２ｃにそれぞれ溶接された正極リード８、負極リード９に前記変性ポリエチレンフィルム１２、１３が熱溶着によって取り付けられた積層電極４は、ラミネートシート５、６が両側のシール部位Ｐ1 、Ｐ3 が熱接合によりシールされて封筒状に形成された外装ケース７内に挿入される。このシール部位Ｐ1 、Ｐ3 については、電池の長期信頼性を高めるためにラミネートシート１０の金属層間を直接接合することがより効果的で、この目的のために、熱融着性樹脂層を除去もしくは破壊して金属層間を接合することができる超音波接合を用いている。
【００２２】
このシールにより積層電極４を包含して封筒状になった外装ケース７のシールされていないシール部位Ｐ2 から電解液が注入され、シール部Ｐ2 が熱接合によりシールされる。このとき、正極リード８及び負極リード９の一部を被覆する変性ポリエチレンフィルム１２、１３も同時に接合され、一対の正極リード８及び負極リード９のみが外装ケース７から突出するようになる。このシール部位Ｐ2 の接合時に、先の電解液注入時の電解液が各リード８、９に付着しているようなことがあっても、それぞれの表面は変性ポリエチレンフィルム１２、１３で被覆されているので、電解液の付着に影響されることなくシールによる接合がなされる。
【００２３】
この正極リード８及び負極リード９が変性ポリエチレンフィルム１２、１３で被覆された状態でシール部位Ｐ2 が接合されることにより、電解液の漏出を防止する効果が向上する。この効果について、従来の各リード８、９の表面が被覆されていない構成とを比較検証したデータを表１及び図４に示す。表１及び図４に示すデータは、ラミネートシートを外装ケース７として本実施形態の構成により製作した電池と、従来構成により製作した電池とをそれぞれ５個づつ用意して、６０℃の恒温槽内に一定期間保存して、その間に漏液した電池の数と電池重量の変化を測定したものである。
【００２４】
表１に示すように、各リード８、９を変性ポリエチレンフィルム１２、１３で被覆した本構成の場合では、３０日間の保存においても漏液は検出されず、優れたシール性が示されている。一方、従来構成では、保存３日目から漏液が始まり、シール性が不十分であることが判明した。
【００２５】
【表１】
0004237286.tif 000002
【００２６】
また、図４に示すように、漏液しない期間内においての電池重量の変化は、本構成が１日当たり約０．２ｍｇの重量減であるのに対し、従来構成では１日当たり約２ｍｇの重量減がみられる。この結果からも本構成により、電解液の揮発及び外部への散逸が抑えられていることが判明した。
【００２７】
これらのデータは、シール部位Ｐ1 、Ｐ3 の接合は前述した金属シート間の接合でなく、熱融着性樹脂間の熱融着によるものなので、金属接合により電解液の散逸防止の効果は更に向上する。重量変化は外装ケース７内の電解液の蒸気がシール部位の融着樹脂層を浸透して外部に散逸することが原因となるため、金属シート間の接合を行うことにより散逸経路が減少して電解液蒸気の大気中への散逸を減少させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明の通り本発明によれば、電解液が漏液することが防止され、長期にわたり安定した状態を維持することができ、信頼性の高いラミネートシートを外装ケースとする電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る電池の構成を示す平面構成図。
【図２】  同図のＡ−Ａ線矢視断面で示す積層電極及びシール構造の断面図。
【図３】  変性ポリエチレンフィルムの前記実施の形態とは別の構成とした参考例を示す平面構成図。
【図４】  シール効果を示す測定グラフ（６０℃環境下）。
【図５】  従来構成におけるシール構造を示す断面図。
【符号の説明】
１  正極板
２  負極板
３  セパレータ
４  積層電極
７  外装ケース
８  正極リード
９  負極リード
１２、１３、１４  変性ポリエチレンフィルム（熱融着性樹脂）
【図１】
0004237286.tif 000003
【図２】
0004237286.tif 000004
【図３】
0004237286.tif 000005
【図４】
0004237286.tif 000006
【図５】
0004237286.tif 000007