(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極タブが接続された正極と負極タブが接続された負極とがゲル状電解質を介して積層されてなる電池素子が、外装材中にラミネートされ、上記ラミネートされたラミネート部分から上記正極タブ及び上記負極タブが外部に引き出されてなるリチウムイオンポリマー電池であって、
上記外装材が、上記正極タブ及び上記負極タブのそれぞれの先端近傍まで覆っており、
引き出された上記正極タブと上記負極タブとの間の上記ラミネート部分の上記外装材に切り込み部が形成され、
上記切り込み部は、プレス成型により打ち抜かれたことを特徴とするリチウムイオンポリマー電池。
【請求項２】
上記正極タブ及び上記負極タブと上記外装材とが接する部分に、樹脂フィルムが配されていることを特徴とする請求項１記載のリチウムイオンポリマー電池。
【請求項３】
正極タブが接続された正極と負極タブが接続された負極とがゲル状電解質を介して積層されてなる電池素子を、上記正極タブ及び上記負極タブを外部に引き出しつつ、外装材中にラミネートするリチウムイオンポリマー電池の製造方法であって、
上記正極タブと上記負極タブとの間の上記ラミネート部分の上記外装材をプレスで打ち抜くことにより切り込み部を形成する
ことを特徴とするリチウムイオンポリマー電池の製造方法。
【請求項４】
上記正極タブ及び上記負極タブと上記外装材とが接する部分に、樹脂フィルムが配されていることを特徴とする請求項３記載のリチウムイオンポリマー電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電極タブのラミネート部分の形状を改善したリチウムイオンポリマー電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型ＶＴＲ、携帯電話、携帯用コンピューター等のポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。そしてこれらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二次電池、なかでも非水電解質二次電池（いわゆるリチウムイオン電池）について、薄型や折り曲げ可能な電池の需要が高まっている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウム含有化合物、負極活物質として炭素系材料を用い、さらに、非水溶媒に電解質塩を溶解した非水電解液を用いた電池であり、高エネルギー密度を有する代表的な二次電池である。
【０００４】
ところが、薄型のリチウムイオン二次電池を従来の非水電解液を用いて作製すると、内部の液が漏れ、周辺の電子部品に影響を与えるおそれがある。そこで、電解液を固体化した固体電解質が提案されている。
【０００５】
中でも、マトリックスポリマに非水電解液を含浸させたゲル状の固体電解質（以下、ゲル状電解質と称する。）は、その電解液相がイオン伝導のメインパスとなるため、電解液に準ずるレベルの高いイオン伝導性が期待できることから、活発に開発が進められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ラミネートされた従来のリチウムイオンポリマー電池では、正極タブ及び負極タブ（以下、正極タブと負極タブとをまとめて電極タブと表現する場合がある。）を長くすると、正極タブと負極タブとが電池単体で交差してしまい、ショートする可能性があるため、電極タブの長さを長くすることができなかった。
【０００７】
電極タブの長さが短いと、例えば、図１１に示すように、保護回路２０等が配されたプリント基板２１の電極２２，２３に正極タブ３０及び負極タブ３１を半田付け等によって接合する場合に、接合部とラミネート部とが非常に近接しているために、接合部分に高温がかかると、その熱によってラミネート部が破損してしまうという問題があった。また、ラミネートされた電池素子にも高温により影響を及ぼしてしまうおそれがある。そのため、従来の電池では、プリント基板２１に電極タブを接合する場合には、プリント基板２１と電極タブとの間に、補助材として金属タブ３２を追加する必要があった。
【０００８】
また、従来のラミネートタイプの電池では、湿度から電解質及び電池素子を守るために、例えば３ミリ以上のラミネート部分が必要であった。しかし、ラミネート部分が大きいと、その分デッドスペースも大きくなり、電池の体積効率上、不利であった。
【０００９】
さらに、従来のラミネート電池では、電極タブのラミネート部分から湿気の侵入があるため、タブ幅を広くすることが出来なかった。また、タブ幅が大きくなると、位置の公差が大きくなるため、電極タブの溶接の位置決めには製造上の問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、電極タブ部分のラミネート形状を改善し、電極タブを長く、かつ太く形成することを可能としたリチウムイオンポリマー電池及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のリチウムイオンポリマー電池は、正極タブが接続された正極と負極タブが接続された負極とがゲル状電解質を介して積層されてなる電池素子が、外装材中にラミネートされ、ラミネート部分から正極タブ及び負極タブが外部に引き出されてなるリチウムイオンポリマー電池であって、外装材が、正極タブ及び負極タブのそれぞれの先端近傍まで覆っており、引き出された正極タブと負極タブとの間のラミネート部分の外装材に切り込み部が形成され、切り込み部は、プレス成型により打ち抜かれたことを特徴とする。
【００１２】
上述したような本発明に係るリチウムイオンポリマー電池では、正極タブと負極タブとの間のラミネート部分の外装材に切り込み部が形成されているので、ラミネート部分を十分に確保しつつ、電極タブを長く、太くすることができる。
【００１３】
また、本発明のリチウムイオンポリマー電池の製造方法は、正極タブが接続された正極と負極タブが接続された負極とがゲル状電解質を介して積層されてなる電池素子を、正極タブ及び負極タブを外部に引き出しつつ、外装材中にラミネートするリチウムイオンポリマー電池の製造方法であって、正極タブと負極タブとの間のラミネート部分の外装材をプレスで打ち抜くことにより切り込み部を形成することを特徴とする。
【００１４】
上述したような本発明に係るリチウムイオンポリマー電池の製造方法では、正極タブと負極タブとの間のラミネート部分の外装材に切り込み部を形成するので、ラミネート部分を十分に確保しつつ、電極タブを長く、太くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用したリチウムイオンポリマー電池について、その実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
このリチウムイオンポリマー電池１の一構成例を図１乃至図４に示す。このリチウムイオンポリマー電池１は、図３に示すように帯状の正極２と、正極２と対向して配された帯状の負極３と、正極２及び負極３上に形成されたゲル状電解質層４と、ゲル状電解質層４が形成された正極２とゲル状電解質層４が形成された負極３との間に配されたセパレータ５とを備える。
【００１７】
そして、このリチウムイオンポリマー電池１は、ゲル状電解質層４が形成された正極２とゲル状電解質層４が形成された負極３とが、セパレータ５を介して積層されるとともに長手方向に巻回された、図２に示す電極巻回体６が、絶縁材料からなる外装フィルム７により覆われて密閉されている。そして、正極２には正極タブ８が、負極３には負極タブ９がそれぞれ接続されており、これらの正極タブ８と負極タブ９とは、外装フィルム７の周縁部である封口部に挟み込まれている。また、正極タブ８及び負極タブ９が外装フィルム７と接する部分には、樹脂フィルム１０が配されている。
【００１８】
正極２は、図５に示すように、正極活物質を含有する正極活物質層２ａが、正極集電体２ｂの両面上に形成されている。この正極集電体２ｂとしては、例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
【００１９】
正極活物質には、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、スピネルマンガン酸リチウム等のリチウム複合酸化物を用いることができる。これらのリチウム複合酸化物は、一種類を単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
【００２０】
また、負極３は、図６に示すように、負極活物質を含有する負極活物質層３ａが、負極集電体３ｂの両面上に形成されている。この負極集電体３ｂとしては、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
【００２１】
負極活物質にはリチウムをドープ、脱ドープできる材料を用いることができる。このようなリチウムをドープ、脱ドープできる材料として、リチウム金属及びその合金、又は炭素材料等を用いることができる。炭素材料として具体的には、天然黒鉛、人造黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、アセチレンブラック等のカーボンブラック類、ガラス状炭素、活性炭、炭素繊維、有機高分子焼成体、コーヒー豆焼成体、セルロース焼成体、竹焼成体等が挙げられる。
【００２２】
ゲル状電解質層４は、電解質塩と、マトリクスポリマと、可塑剤としての膨潤溶媒とを含有する。
【００２３】
電解質塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ３）２、Ｃ４Ｆ９ＳＯ３Ｌｉ等を単独又は混合して使用することができる。その中でも、イオン伝導性等の観点から、ＬｉＰＦ６を使用することが好ましい。
【００２４】
マトリクスポリマは、ポリマ単体もしくはこれを用いたゲル状電解質が、室温で１ｍＳ／ｃｍ以上のイオン伝導度を示すものであれば、特に化学的な構造は限定されない。このマトリクスポリマとしては、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリシロキサン系化合物、ポリフォスファゼン系化合物、ポリプロピレンオキサイド、ポリメチルメタアクリレート、ポリメタクリロニトリル、ポリエーテル系化合物等が挙げられる。又は、上記高分子にその他の高分子を共重合させた材料を用いることも可能である。化学的安定性及びイオン伝導性の観点からは、ポリフッ化ビニリデンとポリヘキサフルオロプロピレンの共重合比が重量比で８％未満となる材料を使用するのが好ましい。
【００２５】
膨潤溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジエチルエーテル、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、ジメチルスルフォオキサイド、１，３−ジオキソラン、メチルスルフォメート、２−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、スルホラン、２，４−ジフロロアニソール、ビニレンカーボネート等の非水溶媒を単独又は混合して用いることができる。
【００２６】
そして、このリチウムイオンポリマー電池１では、図１に示すように、ラミネート部分１１から引き出された正極タブ８と負極タブ９との間のラミネート部分１１の外装フィルム７に切り込み部１２が形成されている。ラミネート部分１１の外装フィルム７に切り込み部１２を形成することで、ラミネート部分１１も電極タブの一部として構成されることとなり、その分、電極タブも長くすることができる。電極タブを長くしても、その根元部分が外装フィルム７のラミネートで覆われているので、折れ曲がりにくくなり、正極タブ８と負極タブ９とが電池単体で交差するようなことはない。
【００２７】
なお、図２では、打ち抜く前の、すなわち外装フィルム７に切り込み部１２が形成されていない状態を示している。後述するように、この切り込み部１２は、電極巻回体６を外装フィルム７内に収納した後、図４に示す点線部分で外装フィルム７を打ち抜くことにより形成される。
【００２８】
電極タブを十分に長くすることで、図７に示すように、電極タブ先端をプリント基板２１に直接半田付けしても、接続部分と電池本体とが離れているために、接続部分に高温をかけても電池本体には熱の影響はなく、電池本体の耐湿性等の性能を損なうことがない。これにより、接続タブを用いることなくプリント基板２１との接続が可能になる。従って、従来必要とされた接続タブの材料や、接続タブ溶接の工程が不要となり、部品点数や工数の削減が可能になる。また、電極タブが十分に長いために、図８に示すように、複数のリチウムイオンポリマー電池１を重ねてパラレルに組み接続することができる。これにより、接続タブが不要になり、部品点数の削減につながる。
【００２９】
また、このリチウムイオンポリマー電池１では、電極タブが十分に長く、また、十分にラミネートされているために、電極タブを折り曲げて使用することが可能である。図９は正極タブ８、負極タブ９の長さを変えて折り曲げを行うことで、通常の円筒型電池のように正極タブ８、負極タブ９を反対側から出した例である。これにより、絶縁の問題が解決できるため、集合タブ（絶縁物とタブの複合材）を用いずに安くて単純な板金タブで接続が可能になる。
【００３０】
さらに、このリチウムイオンポリマー電池１では、ラミネート部分１１の外装フィルム７に切り込み部１２を形成することで、電極タブを太くすることができる。電極タブの根元部分が外装フィルム７のラミネートで十分に覆われているので、電極タブを太くしても、そのラミネート部分１１から湿気が入り込むことを防ぐことができるからである。また、このリチウムイオンポリマー電池１では、ラミネート部分１１を有効利用しているため、十分なラミネート部分１１を確保しながらも、デッドスペースを小さくすることができ、電池の体積効率を向上することができる。
【００３１】
そして、上述したような本実施の形態に係るリチウムイオンポリマー電池１は、つぎのようにして製造される。
【００３２】
まず、正極２としては、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤を、正極集電体２ｂとなる例えばアルミニウム箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより正極活物質層２ａが形成されて正極シートが作製される。上記正極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００３３】
次に、正極シートを帯状に切り出す。そして、正極活物質層２ａの非形成部分に、例えばアルミニウム製のリード線を溶接して正極タブ８とする。このようにして図５に示すような帯状の正極２が得られる。
【００３４】
また、負極３は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤を、負極集電体３ｂとなる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥することにより負極活物質層３ａが形成されて負極シートが作製される。上記負極合剤の結着剤としては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００３５】
次に、負極シートを帯状に切り出す。そして、負極集電体３ｂの負極活物質層３ａの非形成部分に、例えばニッケル製のリード線を溶接して負極タブ９とする。このようにして図６に示すような帯状の負極３が得られる。
【００３６】
次に、正極シートの正極活物質層２ａ上にゲル状電解質層４を形成する。ゲル状電解質層４を形成するには、まず、非水溶媒に電解質塩を溶解させて非水電解液を作製する。そして、この非水電解液にマトリクスポリマを添加し、よく攪拌してマトリクスポリマを溶解させてゾル状の電解質溶液を得る。
【００３７】
次に、この電解質溶液を正極活物質層２ａ上に所定量塗布する。続いて、室温にて冷却することによりマトリクスポリマがゲル化して、正極活物質２ａ上にゲル状電解質層４が形成される。
【００３８】
そして、以上のようにして作製された帯状の正極２と負極３とを、ゲル状電解質層４を介して張り合わせてプレスし、電極積層体とする。さらに、この電極積層体を長手方向に巻回して図２及び図３に示すような電極巻回体６とする。
【００３９】
最後に、図２及び図４に示すようにこの電極巻回体６を、絶縁材料からなる外装フィルム７で挟み、そして、外装フィルム７の外周縁部を封口し、正極タブ８と負極タブ９とを外装フィルム７の封口部に挟み込むとともに電極巻回体６を外装フィルム７中に密閉する。さらに、外装フィルム７によってパックされた状態で、電極巻回体６に対して熱処理を施す。
【００４０】
また、図５及び図６に示すように正極タブ８及び負極タブ９の外装フィルム７との接触部分には、樹脂フィルム１０が予め配されている。これにより外装フィルム７のバリ等によるショートが防止され、また、外装フィルム７と正極タブ８及び負極タブ９との接触性が向上する。
【００４１】
上記樹脂フィルム１０の材料としては、正極タブ８及び負極タブ９に対して接着性を示すものであれば材料は特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体等、ポリオレフィン樹脂からなるものを用いることが好ましい。また、上記樹脂フィルム１０の厚みは、熱融着前の厚みで２０μｍ〜３００μｍの範囲であることが好ましい。樹脂フィルム１０の厚みが２０μｍより薄くなると取り扱い性が悪くなり、また、３００μｍよりも厚くなると水分が透過しやすくなり、電池内部の気密性を保持することが困難になる。
【００４２】
最後に、図４中、点線で示すように、電極タブが引き出されているラミネート部分１１をプレスで打ち抜き、正極タブ８と負極タブ９との間のラミネート部分１１の外装フィルム７に切り込み部１２を形成する。最後に、電池長手方向側面部分の外装フィルム７を折り込むことにより図１に示すようなリチウムイオンポリマー電池１が完成する。
【００４３】
このとき、本発明では、電極タブ部分をプレスで打ち抜くときに、電極タブも同時に成形できるため、電極タブの位置精度を飛躍的に高めることができる。従来は、位置精度がでないために、電池をプリント基板上に溶接する場合に、電極タブ、基板上の溶接エリアを公差の最大値以上に大きくする必要があったが、本発明のように電極タブの位置精度が出て公差が小さくなるならば、溶接エリアを小さくすることが可能になり、配線の小型化が可能になる。また、従来は、電極位置精度が出ないために、連続自動溶接には不向きであったが、精度が出ることによって、自動化が容易になり、生産性が向上する。
【００４４】
また、電極タブ部分をプレスで打ち抜く際には、製品寸法より幅広いタブから打ち抜かなくてはならない。しかし、従来技術ではタブ幅が広いとそこから湿気が侵入するため、簡単には広くはできなかった。それを本発明では、湿気封じのラミネート部分１１を十分長く設定できるために、製品寸法より幅広いタブから打ち抜くことが可能となる。なお、図１０に示すように、予め切り込み部が形成されている外装フィルム７を用いて、電極巻回体６を封入することもできる。
【００４５】
また、上述した実施の形態では、帯状の正極２と帯状の負極３とを積層し、さらに長手方向に巻回して電極巻回体６とした場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、矩形状の正極２と矩形状の負極３とを積層して電極積層体とした場合や、電極積層体を交互に折り畳んだ場合にも適用可能である。
【００４６】
上述したような本実施の形態に係るリチウムイオンポリマー電池１は、その形状については特に限定されることはなく、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることができる。また、本発明は、一次電池についても二次電池についても適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明では、リチウムイオンポリマー電池の正極タブと負極タブとの間のラミネート部分の外装材に切り込み部を形成することで、ラミネート部分を十分に確保しつつ、電極タブの長さを長く、かつ太くすることができる。これにより、本発明では、接続タブを用いることなく電池とプリント基板との接続が可能になり、接続タブの材料や、接続タブ溶接の工程が不要となり、部品点数や工数の削減が可能になる。
また、電極タブをプレス成型により打ち抜いて形成することにより、電極タブの位置精度を飛躍的に高めることができる。これにより、プリント基板上の溶接エリアを小さくすることが可能となる。また、精度が向上するため、連続自動溶接が容易となり、生産性の向上を図ることができる。
【００４８】
また、本発明では、リチウムイオンポリマー電池のラミネート部分を有効利用しているため、十分なラミネート部分を確保しながらも、デッドスペースを小さくすることができ、電池の体積効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリチウムイオンポリマー電池の一構成例を示す斜視図である。
【図２】外装フィルム中に電池素子が収容される状態を示す斜視図である。
【図３】図２中、Ａ−Ｂ線における断面図である。
【図４】外装フィルム中に電池素子が収容された状態を示す斜視図である。
【図５】正極の構成を示す斜視図である。
【図６】負極の構成を示す斜視図である。
【図７】本発明のリチウムイオンポリマー電池をプリント基板に接続する様子を示す平面図及び側面図である。
【図８】２つの電池を積み重ねてパラレルに接続した状態を示す側面図である。
【図９】正極タブ、負極タブを折り曲げて反対方向から出した状態を示す側面である。
【図１０】予め切り込み部が形成された外装フィルム中に電池素子が収容される状態を示す斜視図である。
【図１１】従来のリチウムイオンポリマー電池をプリント基板に接続する様子を示す平面図及び側面図である。
【符号の説明】
１  リチウムイオンポリマ電池、  ２  正極、  ３  負極、  ４  ゲル状電解質層、  ５  セパレータ、  ６  電極巻回体、  ７  外装フィルム、  ８  正極リード、  ９  負極リード、  １０  樹脂フィルム、  １１  ラミネート部分、１２  切り込み部分
【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】
0004269554.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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