(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極電極、負極電極及びセパレーターからなる電池を複数枚積層するとともに、前記各々の正極電極から引き出された正極集電体と前記各々の負極電極から引き出された負極集電体とを、それぞれ束ねて並列結線した正極端子接続部及び負極端子接続部を介して、外部接続用正極リード及び外部接続用負極リードにそれぞれ接続し、前記電池、正極集電体及び負極集電体、並びに正極端子接続部及び負極端子接続部を外皮包材に収納し、そして外部接続用正極リード及び外部接続用負極リードを外皮包材の外部へ引き出す構造の扁平型電池において、前記正極端子接続部及び負極端子接続部を電池厚さ方向に平行として外皮包材端部スペースに収納したことを特徴とする扁平型電池。
【請求項２】
外皮包材がその少なくとも３周辺に沿って熱融着部を有し、電池長手方向の熱融着部を内方に折り曲げた構造を有することを特徴とする請求項１の扁平型電池。
【請求項３】
正極電極、負極電極及びセパレーターからなる電池を複数枚積層し、前記各々の正極電極から引き出された正極集電体と前記各々の負極電極から引き出された負極集電体とをそれぞれ束ね、金属箔帯状リード板を前記束ねた正極集電体及び負極集電体上に前記電池方向に載せて接続し、不要な部分を切断し、その後、前記正極端子接続部及び負極端子接続部を、前記接続した金属箔帯状リード板とともに、電池厚さ方向に折り曲げ、前記金属箔帯状リード板を電池長手方向に折り返して外部接続用電極リードを形成し、そして前記電池、正極及び負極集電体、正極及び負極端子接続部を外皮包材で包装することを包含することを特徴とする扁平型電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平型電池及びその製造方法に関するものであり、特に、正極端子接続部及び負極端子接続部を電池厚さ方向に平行として外皮包材端部スペースに収納し、それにより端子接続部を収容するに必要な外皮包材端部スペースを縮小し、外皮包材内部での電池有効容積を高めた扁平型電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、電池に対する要求は、高エネルギー密度化はもちろん、軽量化、薄型化への要求が一段と高まっている。例えば扁平型リチウム二次電池への期待が高まっている。こうした電池は、外部からの水分の侵入や電池内部の有機溶媒などの外部への漏洩などを防止するために包装される。
【０００３】
図３（１）及び（２）に従来からの扁平型電池の一例を示す。フィルム状の外皮包材１内には、シート状の単体の電池３が、複数枚積層されて電池を形成している。金属からなる正極集電体４の外端部及び負極集電体５の外端部を各々複数枚束ねて正極端子接続部６及び負極端子接続部６’をそれぞれ形成し、そして外部接続用正極リード７、外部接続用負極リード８をそれぞれ電気的に結合して外皮包材外方へ引き出すことにより並列接続を行っている。フィルム状の外皮包材１はその周辺を熱融着部２によりシールされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
端子接続部５、６の形成方法は、様々な方法があるが、金属同士の接合であることから、超音波溶接法が広く用いられている。しかしながら、この端子接続部５、６に必要な長さは、束ねるのに必要な長さと、溶接痕の大きさがどうしても必要であり、外皮包材内部での端子接続部の長さは通常５〜８ｍｍもの大きな長さが必要とされ、そのため外皮包材内部で比較的大きなスペースを必要とし、それだけ、外皮包材内部での電池の有効容積が小さくなるという欠点があった。一方、小スペースで短絡状態及び接触不良の発生の減少を試みると、煩雑なデザインとなり、量産製造技術の確立が困難となるという問題点があった。
【０００５】
本発明の課題は、端子接続部の存在による電池の有効容積の減少化の問題を改善する技術を確立することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
端子接続部が外皮包材内部で比較的大きなスペースを必要としたのは、基本的に、それらが外部接続用リードと一直線となって電池長手方向に形成されているためである。そこで、本発明者は、端子接続部を電池の厚さ方向（積層方向）、すなわち外部接続用リードと直交する方向に配向させることを想到し、その実現の可否について検討を重ねた結果、簡単な方法でその確立に成功した。少なくとも３周辺に沿って形成した熱融着部の電池長手方向の熱融着部を内方に折り曲げた構造とすることも、この課題に向けて有益である。
【０００７】
かくして、本発明は、
（１）正極電極、負極電極及びセパレーターからなる電池を複数枚積層するとともに、前記各々の正極電極から引き出された正極集電体と前記各々の負極電極から引き出された負極集電体とを、それぞれ束ねて並列結線した正極端子接続部及び負極端子接続部を介して、外部接続用正極リード及び外部接続用負極リードにそれぞれ接続し、前記電池、正極集電体及び負極集電体、並びに正極端子接続部及び負極端子接続部を外皮包材に収納し、そして外部接続用正極リード及び外部接続用負極リードを外皮包材の外部へ引き出す構造の扁平型電池において、前記正極端子接続部及び負極端子接続部を電池厚さ方向に平行として外皮包材端部スペースに収納したことを特徴とする扁平型電池、及び
（２）外皮包材がその少なくとも３周辺に沿って熱融着部を有し、電池長手方向の熱融着部を内方に折り曲げた構造を有することを特徴とする（１）の扁平型電池
を提供するものである。
【０００８】
本発明はまた、正極電極、負極電極及びセパレーターからなる電池を複数枚積層し、前記各々の正極電極から引き出された正極集電体と前記各々の負極電極から引き出された負極集電体とをそれぞれ束ね、金属箔帯状リード板を前記束ねた正極集電体及び負極集電体上に前記電池方向に載せて接続し、不要な部分を切断し、その後、前記正極端子接続部及び負極端子接続部を、前記接続した金属箔帯状リード板とともに、電池厚さ方向に折り曲げ、前記金属箔帯状リード板を電池長手方向に折り返して外部接続用電極リードを形成し、そして前記電池、正極及び負極集電体、正極及び負極端子接続部を外皮包材で包装することを包含することを特徴とする扁平型電池の製造方法をも提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、金属箔帯状リード板と複数本の集電体とを切断、折り曲げの簡単な方法で接続し、電池の有効内容積を大きくすることを目的とした扁平型電池にある。図１（１）及び（２）に本発明の具体例を示す。部品番号は図３で説明したのと同じである。すなわち、フィルム状の外皮包材１内には、シート状単体の電池３が、複数枚積層されて電池を形成している。金属からなる正極集電体４の外端部及び負極集電体５の外端部を各々複数枚束ねて正極端子接続部６及び負極端子接続部６’をそれぞれ形成し、そして外部接続用正極リード７、外部接続用負極リード８をそれぞれ電気的に結合して外皮包材外方へ引き出すことにより並列接続を行っている。フィルム状の外皮包材１はその周辺を熱融着部２によりシールされている。
従来の図３に示した電池との相違点は、正極端子接続部６及び負極端子接続部６’が電池の厚さ方向に平行に形成されている点である。
図１においては、正極端子接続部６及び負極端子接続部６’が電池の厚さ方向に平行に形成されているため、（ａ）及び（ｂ）においては直線状に見える。図１と図３とを比較すると明確なように、端子接続部を収容する外皮包材内のスペースは、図１の方がはるかに少なくてすむ。従って、外皮包材内での電池有効容積を増加することができる。
【００１０】
本発明の電極リード系統は、図２の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の手順で作られる。図３は負極を例にとって示すが、正極でも全く同じである。
図２（ａ）では、積層された電池３をアンビル１０の凹入部にセットし、電池負極から伸びる集電体を束ね、最終的に外部接続用負極リード８となる金属箔帯状リード板（Ｔａｂ箔）を束ねた負極集電体上に載せて、溶接チップ９とアンビル１０との間に挟み込み、圧接しながら超音波をかけ、超音波溶接を行う。このとき、外部接続用電極リード８は外部側へではなく、電池３方向に延びるように位置決めされる。このことにより、特別な治具は不要で、手で保持しながら行うことができる。もちろん、専用治具を使用しても、自動化も容易である。
【００１１】
図２（ｂ）では長さのそろわない不要なところを切断して切り落としている。このことにより信頼性の高い接続を損なわずに、任意の大きさとすることができる。ここで端子接続部６はシート状単体の電池の積層厚さよりも短く切断することが重要である。
【００１２】
図２（ｃ）は、端子接続部６を本発明に従って厚さ方向に曲げる作業であり、例えばクリッパーでくわえ、まず９０度回動し、そして外部接続用電極リードとなる金属箔帯状リード板を把持具でつまみ、その後把持具を９０度回動する。これは、手で保持しながら折り曲けることもできるが、ピンセット、フォーミングプレス、グリッパーを持つ自動機で容易に行うことができる。溶接部で折り曲げないことが好ましい。
【００１３】
図２（ｄ）は完成図を示す。ここで完成したリード線は外皮包材１内の電池の端から約３ｍｍのスペースしか要しない。
【００１４】
この後、外部接続用電極リードを形成し、前記電池、正極集電体及び負極集電体、正極及び負極端子接続部を外皮包材で包装する。
【００１５】
包装は、外皮包材を発電要素を包むようにその前面及び背面に配置し、そしてその４辺を熱融着する４方シール、或いは一枚の外皮包材を矩形状扁平形電池の一辺に沿って二つ折りし、残りの３辺を熱融着した３方シール構造が採用されている。
特に、電池長手方向の熱融着部を内方に折り曲げることにより、電池容積の縮小化を図ることができる。本発明による端子接続部を電池厚さ方向に平行として外皮包材端部スペースに収納することと併せて、熱融着部を内方に折り曲げることにより、全体で電池容積を従来より相当に小さくすることができる。
【００１６】
発電要素は、扁平型電池であるかぎり、なんら限定されるものではない。リチウム２次電池に代表される非水電解液二次電池が特定例である。
リチウム２次電池に代表される非水電解液二次電池の基本構成は、上述した通り、正極及び負極並びに両電極の間に介在せしめられるセパレータ（電解質）である。
このうち、正極及び負極は、活物質、導電材、結着材、分散媒および必要に応じ（ポリマー系では）可塑剤から構成されるスラリーを金属箔、金属メッシュ等の集電体に塗工したものを使用する。
従来より、非水電解液二次電池においては、正極活物質にコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2 ）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ2 ）、リチウムマンガン複合酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）、二硫化チタン（ＴｉＳ2 ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ2 ）、五硫化バナジウム（Ｖ2 Ｏ5 ）などの遷移金属硫化物、もしくは酸化物が用いられている。一方、負極活物質には、金属リチウム、リチウム−アルミニウム合金やリチウム−ウッド合金などの金属材料とともに、近年では、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な非金属性材料、例えば天然黒鉛、人造黒鉛やこれらより結晶化度の低い非晶質カーボンなどの炭素材料が用いられている。さらに、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な新規な非金属性材料として、酸化鉄（ＦｅＯ2 等）、酸化タングステン（ＷＯ2 ）などの金属化合物、あるいは各種の無機層状化合物（ＬｉＮ3 、ＢＣ2 Ｎ等）、高分子化合物（ポリチオフェン、ポリアセチレン等）などの負極活物質が提案されている。
導電材としては、例えば、グラファイトカーボン、アセチレンブラック等が挙げられる。
結着材としては、フッ素系樹脂が良好で、その他、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ＰＶＤＦ系共重合体等が挙げられる。
分散媒としては、結着材が溶解可能な有機溶媒が適切で、例えば、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、Ｎ−メチルピロリゾン（ＮＭＰ）等が挙げられる。
可塑剤は、スラリーを成膜した後に有機溶媒等で除去可能な有機系物質が有効であり、例えば、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）等が挙げられる。
集電体には、パンチングメタル、エキスパンドメタルもまた有効である。
塗工に必要なスラリーは、上記活物質、導電材、結着材、分散媒および可塑剤を所定の比率で溶剤に溶かして混練して調製する。また、集電体への塗工には、グラビアコート、ブレードコート、コンマコート、ディップコート等の各塗工方法が用いられる。
また、電解液にはリチウム塩を溶解したプロピレンカーボネイト（ＰＣ）、エチレンカーボネイト（ＥＣ）、ガンマブチロラクトン（ＧＢＬ）、ジエチルカーボネイト（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネイト（ＤＭＣ）、２−メチルテトラヒドロフラン（ＭＴＨＦ）などがよく使われている。
【００１７】
外皮包材は、アルミニウムのような金属箔を中間の一層として含む樹脂フィルム主体の多層フィルムから構成される。最も簡単なアルミニウムの多層フィルムの構造は、最外装からアルミニウム保護樹脂層、アルミニウム薄膜、短絡防止用フィルム及び最内接着層フィルムから構成されている。アルミニウム保護樹脂層は、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン等が用いられる。短絡防止用フィルムとしては、ポリエステル等が用いられる。最内接着層フィルムはポリエチレン、アイオノマー、エチレン・（メタ）アクリル酸共重合体、エチレン・アクリル酸メチル（エチル）共重合体、エチレン・メタクリル酸メチル共重合体等が用いられる。
【００１８】
アルミニウム薄膜の厚さは、５〜１００μｍの範囲が適当である。薄膜の厚さが５μｍ未満であると、電池容積を少しでも小さくするために、上述した通り余分な外皮包材を内側に折り曲げた場合、折り曲げ部に発生する応力のため、アルミニウム薄膜にピンホールが生じる。ピンホールは外皮包材の封止信頼性に重大な悪影響を及ぼし、外部からの水分の侵入量の増加や電池内部の有機溶媒などの外部への漏洩などを引き起こす。他方、厚さが１００μｍを超えると、多層フィルムの加工性が悪化するばかりでなく、電池の厚さが増大し、扁平型電池の利点が損なわれるので、好ましくない。
【００１９】
【実施例】
シート状単体の電池は厚さ８００μｍのものを使用し、その縦横の長さは３５ｍｍ×４５ｍｍであった。シート状単体の電池を５個並列接続を行った。複数単体の端子接続部の形成方法は、超音波溶接法を用いた。
集電体の一部の材質はアルミニウムのエキスパンドメタルとし、単体の電池１枚につき２枚あり、合計１０枚を束ねた。外部接続用電極リードはアルミニウム箔とした。集電体の一部の材質は銅のエキスパンドメタルとし、単体の電池１枚につき１枚あり、合計５枚を束ねた。外部接続用電極リードは銅箔からなる。
ここで完成した外部接続用リードは外皮包材内の電池の端から約３ｍｍのスペースしか要しなかった。
【００２０】
（比較例）
比較例として、図３の本発明の端子接続部折り曲げ方法を取らない電池を作製したところ、完成した外部接続用リードは、外皮包材１内の電池の端から約７ｍｍのスペースを要した。これは、発明のリードの３ｍｍのスペースに比べ４ｍｍも大きい。
【００２１】
【発明の効果】
最近の電池に対する特に重要な要求は、高エネルギー密度化である。外皮包材内の電池のリード線を取り出す方向の全体長さ４０ｍｍである場合、電池の容量は比較例に対し本発明のリード線では約１割高エネルギー容量にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う扁平型電池のリード側部を示し、（１）は中央垂直断面図、そして（２）はｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図２】本発明の電極リード系統を作製する手順を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）として示す説明図である。
【図３】従来からの扁平型電池のリード側部を示し、（１）は中央垂直断面図、そして（２）はｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１  外皮包材
２  外皮包材熱融着部
３  電池
４  正極集電体
５  負極集電体
６、６’正極及び負極端子接続部
７  外部接続用正極リード
８  外部接続用負極リード
９  溶接チップ
１０  アンビル
【図１】
0003787437.tif 000002
【図２】
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【図３】
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