(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠体と、発電要素と、外装フィルムから構成される枠付き電池において、
該発電要素が該枠体の内部に収納されて該外装フィルムで封口されており、
前記枠体が端子を有し、
前記発電要素が集電体突出部を有し、該集電体突出部が前記端子と接合され、
前記外装フィルムが下側外装フィルムと上側外装フィルムからなり、該下側外装フィルムが前記枠体に固定され、前記集電体突出部が前記下側外装フィルムからはみ出しており、
該上側外装フィルムが少なくとも前記発電要素及び前記端子と前記集電体突出部との接合部を覆っている、枠付き電池。
【請求項２】
前記下側外装フィルムに、凹部が設けられている請求項１記載の枠付き電池。
【請求項３】
前記枠体は、外装フィルムの外形に嵌合する凹部を有し、発電要素および外装フィルムを枠体の厚さを越えることなく収納している請求項１記載の枠付き電池。
【請求項４】
前記集電体突出部の幅は端子の幅よりも狭く、集電体突出部の下側外装フィルムからの突出距離は上側外装フィルムの下側外装フィルムからのはみ出し距離よりも小さく、上側外装フィルムの接合幅は上側外装フィルムの下側外装フィルムからのはみ出し距離よりも大きい請求項１記載の枠付き電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外装体にラミネートフィルムを用いて、発電要素を密封した電池に関するものであり、特に枠体と端子と電池が一体化した枠付き電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リチウムイオン電池は高いエネルギー密度を有することから、携帯用端末機用電源に多く用いられ、更なる高容量化、薄型化の開発が要求されている。
【０００３】
この小型二次電池の構成としては、巻回した極群を円筒形の金属ケースに収納した円筒形電池や平板状の極板を積層して平角形金属ケースに収納した角形電池がある。より安価で軽量な小型二次電池を提供する手段として、例えば実開昭６０−１６２３６２号、特開昭６１−２０６１５７号では、発電要素をアルミラミネートフィルムの袋に収納し、熱溶着により封口したものが提案されている。
【０００４】
さらに、ラミネートフィルムの外装、特に電池周辺の封口部である薄肉部が外力に弱く変形し易いことから、外装容器を用いる等の工夫がなされている。実公昭６３−４２４６２号では、外装フィルムの接合部である電池薄肉部の上に、電池厚肉部に嵌合する枠体を結合したものが示されている。
【０００５】
リード端子にはニッケルなど強度の高い金属板を用い、ラミネートパック電槽内部から端子を導き出す方法が一般的である。また、実開昭６０−１６２３６２号では、ラミネートフィルムの感熱層にリード体となる金属蒸着膜を形成し、金属蒸着膜の一端を電極棒に接触させて端子を形成する方法が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、外装容器を用いると外装体にフィルムを用いた電池の高エネルギー密度および低製造コストの利点を損なう。また、枠体を電池薄肉部の上に結合しただけでは、枠体と電池との結合部が外部の衝撃にさらされやすく、電池が剥離脱落する原因となる。さらに、外装フィルムで密封された電池に枠体を取り付けることは、後工程である二次的加工となっていたので、そのための工数が別途必要である。
【０００７】
また、リード端子は外装フィルムにのみ固定されているため、電池を機器に装脱着する際に端子が変形し、接触不良になったり、端子が受ける外力が電池内部の発電要素に伝わり短絡の原因となることがある。さらに、リード端子材料は、厚さや強度の選択が難しい。即ち、リード端子には一定の強度が要求されるので、厚さの薄い材料が選択できない。しかし、厚さの厚い材料を用いると、外装フィルムの封口部のうち、リード端子が横切る部分の密封性を確保することが困難になる。さらに、リード端子を取り付けることは、そのための材料費および加工工数を必要とする。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、外装体にフィルムを用いた電池の高エネルギー密度および低製造コストの利点を損なうことなく、剛性を高め、安全性を確保すると共に、外部機器に装脱着するための強固で自由な形状の端子を簡単な工程で提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、枠体と、発電要素と、外装フィルムから構成される枠付き電池において、該発電要素が該枠体の内部に収納されて該外装フィルムで封口されており、前記枠体が端子を有し、前記発電要素が集電体突出部を有し、該集電体突出部が前記端子と接合され、前記外装フィルムが下側外装フィルムと上側外装フィルムからなり、該下側外装フィルムが前記枠体に固定され、前記集電体突出部が前記下側外装フィルムからはみ出しており、該上側外装フィルムが少なくとも前記発電要素及び前記端子と前記集電体突出部との接合部を覆っている、枠付き電池である。また、前記下側外装フィルムに、凹部が設けられている枠付き電池である。また、前記枠体は、外装フィルムの外形に嵌合する凹部を有し、発電要素および外装フィルムを枠体の厚さを越えることなく収納している枠付き電池である。また、前記集電体突出部の幅は端子の幅よりも狭く、集電体突出部の下側外装フィルムからの突出距離は上側外装フィルムの下側外装フィルムからのはみ出し距離よりも小さく、上側外装フィルムの接合幅は上側外装フィルムの下側外装フィルムからのはみ出し距離よりも大きい枠付き電池である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００１１】
図１は、本発明による枠付き電池の完成図である。図２は、図１の破線部におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１２】
まず、本発明電池の発電要素を構成する材料について説明する。正極７には、集電体となるアルミニウム箔上に正極活物質を塗布し、電極形状に打ち抜いたものを用いた。正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物、例えば、スピネル型マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎＯ4 ）、ニッケル酸リチウムなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１３】
負極８には、集電体となる電解銅箔上に負極活物質を塗布し、電極形状に打ち抜いたものを用いた。負極活物質としては、メソカーボンマイクロビーズ、コークス、ハードカーボンなどの炭素材が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
電解質には、ゲル状にしたポリマー電解質を用いた。電解質としては、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、スルホラン、γ−ブチロラクトンなどの単独または混合溶媒に、ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＢＦ4 ，ＬｉＣｌＯ4 、リチウムビス−トリフルオロメタンスルホニルイミドなどの支持塩を溶解した電解液、あるいは、これらの電解液とポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリ弗化ビニリデンなどの高分子とのゲル状電解質などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１５】
セパレータ９としては、ポリプロピレン不織布にポリマー電解質前駆体を含浸させ、それに電子線を照射することにより得られたゲル状フィルムを用いた。セパレータについても、特に限定されず、従来から使用されているポリエチレン微多孔膜、ポリ弗化ビニリデン微多孔膜など種々のセパレータを用いることができる。
【００１６】
下側外装フィルム５は、枠体との接着を行うため、枠体を構成する樹脂との接着性の良い樹脂層、アルミニウム金属層および発電要素を密封する樹脂層で構成されたアルミラミネートフィルムを用い、上側外装フィルム１３は、ポリエチレンテレフタレート層、アルミニウム金属層および発電要素を密封する樹脂層で構成されたアルミラミネートフィルムを用いた。尚、アルミラミネートフィルムの構成についてはその要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することが可能である。
【００１７】
次に、本発明電池の構造を説明する。図４に、正・負両極とセパレータとを平板状に積層した積層式極群６を示す。極群の構成については、図５に示すような扁平渦状に巻回した巻回式極群も用いることができる。
【００１８】
図４のような積層式極群を形成するにあたり、図２のように正極と正極が背中合わせになるように積層した。ここで、負極の集電体突出部は、集電体の一辺の中央部に設けた。一方、正極の集電体突出部については、一辺の中央部からはずれた場所に設ける必要がある。ところが、正極と正極を背中合わせに積層した状態で集電体突出部の位置を合わすためには、一辺の中央部より右側に突出部を持つ集電体と、同じく左側に突出部を持つ集電体とを準備する必要がある。これら二種類の集電体を準備する方法としては、異型の金型を用いて左右対称位置にそれぞれ一つの突出部を形成した二種類の形状の集電体を形成する方法、左右対称位置に二つの突出部を持つ集電体を打ち抜き、次に不要となる一方の突出部を切り落とすことによって、二種類の形状の集電体を形成する方法などを選択することができるが、本実施例では後者の方法を用いた。
【００１９】
枠体１は合成樹脂成形体を用い、枠体外形寸法は電池外形寸法以上とした。枠体と電池との接合部が外力による衝撃を受けて剥離・脱落するのを防止し、また厚さを抑えるため、発電要素収納部に相当する窓枠を設けた。また、外装フィルムの外形に嵌合する凹部２を窓枠周囲に設けた。さらに、外部機器との接続を行うための導電性の端子３を具備させた。
【００２０】
外部機器との接続を行うための端子部分の形状については、図３に図示したようなピンコネクタ形状など、自由な形状の端子を用いることができる。
【００２１】
図６に、本発明の枠付き電池の構成の概略を示した斜視図を示す。本発明の枠付き電池の製造手順を特に端子周辺の位置関係に注目して図７に示す。
【００２２】
まず、枠体１に下側外装フィルム５を発電要素収納部に相当する窓枠の凹部に合わせて接着する。
【００２３】
次に、発電要素である積層式極群６を、下側外装フィルム５の凹部に収納し、集電体突出部１１を下側外装フィルム５からはみ出させ、端子３に抵抗スポット溶接により溶接する。最後に、下側外装フィルム５より寸法の大きい上側外装フィルム１３を下側外装フィルム５、発電要素である積層式極群６および端子３と集電体突出部１１との接合部４を完全に覆うように周囲を接合する。
【００２４】
図８は、図７において丸で囲んだＢ部の位置関係をより詳細に説明するための図である。上述の、抵抗スポット溶接により溶接された部分を図８中に示す。
【００２５】
発電要素を完全に密封するために、前記集電体突出部１１の幅ａは端子３の幅ｂよりも狭く、集電体突出部１１の下側外装フィルム５からの突出距離ｃは上側外装フィルム１３の下側外装フィルム５からのはみ出し距離ｄよりも小さく、上側外装フィルム１３の接合幅ｅは上側外装フィルム１３の下側外装フィルム５からのはみ出し距離ｄよりも大きいという寸法設計としておく。このような寸法設計とすると、発電要素の一部である集電体突出部１１が平面上の上下左右すべての方向から外装フィルムによって完全に覆われるため、外部からの水分の侵入を抑えることができ、密封性が向上する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の枠付き電池は、枠体および端子が電池の組み立て工程と連続成型できるので、二次的加工工数が不要となり、製造コストの引き下げができる。また、外装フィルムの周縁部が枠体で覆われているので、装脱着時の外力や落下などの衝撃による変形および短絡が防止できる。また、端子は枠体と一体化しているので、装脱着時の端子の変形や接触不良、外力の衝撃を抑えることができ、端子形状はラミネート接合に制限されることなく、強固で自由な形状の端子を容易に提供することができる。また、リード端子を用いないので端子近傍の密封性を確保する事ができ、またそのための材料費や加工工数が不用となる。
【００２７】
さらに、この技術を用いれば、安全装置等を付加した枠体との連続成形に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の枠付き電池の完成図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】端子部分の他の実施例を示す図である。
【図４】積層式極群の構成を示した図である。
【図５】巻回式極群の構成を示した図である。
【図６】本発明の枠付き電池の構成図である。
【図７】本発明の枠付き電池の製造手順説明図である。
【図８】図７のＢ部拡大図である。
【符号の説明】
１ 枠体
２ 凹部
３ 端子
４ 端子と集電体突出部との接合部
５ 下側外装フィルム
１１集電体突出部
１３上側外装フィルム
ａ 集電体突出部の幅
ｂ 端子の幅
ｃ 集電体突出部の下側外装フィルムからの突出距離
ｄ 上側外装フィルムの下側外装フィルムからのはみ出し距離
ｅ 外装フィルム接合幅
【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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