JP2004319098A

JP2004319098A - 電気化学セル及びその製造方法

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Publication number: JP2004319098A
Application number: JP2003107296A
Authority: JP
Inventors: Morinobu Endo; 守信遠藤; Tetsuo Uchiyama; 哲夫内山; Kazutoshi Takeda; 和俊竹田; Yoshifumi Maehara; 芳文前原; Masahito Takenaka; 雅人竹中; Tsugio Sakai; 次夫酒井; Kensuke Tawara; 謙介田原; Shinichi Takasugi; 信一高杉; Masashi Yamada; 雅志山田; Shuichi Aizu; 修一会津
Original assignee: SII Micro Parts Ltd
Current assignee: SII Micro Parts Ltd
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】電気化学セルのシール性を向上させ、長期間の信頼性の向上を図る。
【解決手段】発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子４の所定部分の全周囲に封止材３が融着され、かつ前記封止材３が前記外部端子４の側面まで回り込んでいる。なお前記封止材３は変性ポリオレフィン単独、または、変性ポリオレフィン／変性ポリオレフィンより融点の高い樹脂／変性ポリオレフィン樹脂の三層品である。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外装ラミネートフィルムにてキャパシタや電池等の発電要素を収納した電気化学セル及びその製造方法に関する。より詳細には、外部リード端子での密封性に優れた電気化学セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達にともない、小型で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な非水電解質二次電池などの高性能薄型電池が期待されている。
【０００３】
リチウム負極と沃化ブチルピリジウム塩正極からなる発電要素を熱溶着性樹脂チューブ内部に入れて、酸処理、脱脂したのち、このチューブと同質の熱溶着性樹脂で被覆されたリード線とともに熱溶着し、電池を密封する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここでは、熱溶着性樹脂チューブは、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレンーエチレン共重合樹脂、ポリフッ化アルコキシレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂などの耐沃素性フッ素樹脂である。これら耐沃素性フッ素樹脂の融点は、１７０℃〜３１０℃と高い。リード線に熱溶着性樹脂を被覆する方法は、リード線表面を軽く酸で処理し、トリクレンで脱脂し、熱溶着性樹脂シートの間に挿入し、同樹脂の融点温度で１０分間ほど、加圧状態で加熱することによって行う。
【０００４】
また、正極、負極、電解液が封入袋に封入され、正極と負極のリード線を夫々外部に取り出す構造を有し、かつ、電解液の密封についての信頼性の高い構造を有する非水電解質電池が知られている（例えば、特許文献２参照）。ここでは、封入袋とリード線は、封入袋の絶縁体とリード線の最外層の絶縁体が融着されることにより一体化されている。封入袋は金属層と絶縁層の間にヒートシール時に溶融しない絶縁層を設けている。
【０００５】
あるいは、正極リード及び負極リードの表面の少なくとも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良い熱融着性樹脂で被覆されているラミネートシートを外装ケースとする電池が知られている（例えば、特許文献３参照）。ここで、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されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５６−７１２７８号公報（第２頁、第１図）
【０００７】
【特許文献２】
特開平９−２８３１００号公報（第２〜３頁、第３図）
【０００８】
【特許文献３】
特開平１１−２３３１３３号公報（第２〜４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載されている電池は、熱溶着性樹脂チューブに、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂、ポリ三フッ化塩化エチレン樹脂、四フッ化エチレンーエチレン共重合樹脂、ポリフッ化アルコキシレート樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂などの耐沃素性フッ素樹脂を使用しているので、アルミ箔等金属とのラミネート化が難しく、水分透過を嫌うリチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタには不適である。これら耐沃素性フッ素樹脂はアクリル酸、マレイン酸等にて変性されていないので、耐沃素性フッ素樹脂にてリード線を被覆していても真に界面同士まで被覆されているか疑わしい。また、耐沃素性フッ素樹脂の融点は、１７０℃〜３１０℃と高く、正極活物質、負極活物質、電解液もしくは電解質、セパレータ等の発電要素に悪影響を及ぼすこと無く、このチューブと同質の熱溶着性樹脂で被覆されたリード線とともに熱溶着し、電池を密封することは困難である。リード線の表面は、軽く酸で処理し、トリクレンで脱脂しているに過ぎず、積極的にリード線側面を改質するために表面処理を行っていないので、リード線表面と熱溶着性樹脂表面の界面で、ファン・デル・ワールス力での結合が起こらず、十分に被覆されない課題を有する。リード線と熱溶着性樹脂で被覆する方法は、リード線を熱溶着性樹脂シートの間に挿入し、同樹脂の融点温度で１０分間ほど、加圧状態で加熱しているに過ぎず、融点温度以上で十分加熱していないので、耐沃素性フッ素樹脂である熱溶着性樹脂が十分に流動性を帯びず、リード線界面まで十分に被覆していない。このように従来電池はリード線側面での密封性が十分でなく、外部から水分、空気等が侵入したり、内容物が外部に漏れたりするので電池の信頼性が悪くなる。
【００１０】
特許文献２に記載されている電池は、リード線に絶縁体が配設されることのみ開示しているに過ぎない。すなわち、絶縁体の構成と材質、リード線への絶縁体の配設方法と配設温度、リード線の表面改質処理の有無、リード線と絶縁体の界面レベルでの密封性など全く記載がない。このように従来電池はリード線側面での密封性が十分でなく、外部から水分、空気等が侵入したり、内容物が外部に漏れたりするので電池の信頼性が悪くなる。
【００１１】
特許文献３に記載されている電池は、２枚の変性ポリエチレンフィルムにて正極リードもしくは負極リードを挟んで重ね合わせ、温度２００℃、圧力１Ｋｇｆ／ｃｍ^２を加えた状態を３０秒間維持して各リードのシール部位の通過位置にフィルムを被覆しているが、正極リードもしくは負極リードの側面に２枚の変性ポリエチレンフィルムが十分に回り込み、かつ正極リードもしくは負極リードの側面と変性ポリエチレンフィルムとの界面が完全に被覆するか疑問である。従来電池は正極リードもしくは負極リードの側面部分での電池の密封性が悪くなる欠点がある。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されると記載されているが、熱融着性樹脂材質の選定がラミネートシート構成と強く係ることは一切記載がない。熱融着性樹脂の構成について、少なくとも真中に、ポリメチルペンテン（融点温度２３０℃〜２４０℃）、ポリエチレンナフタレート（融点温度２６０℃〜２７０℃）を配し、その両面に変性ポリエチレンもしくは変性ポリプロピレンを配した三層品に関する開示がない。従来電池の熱融着性樹脂の構成は高融点材料を少なくとも真中に配置していないので、正極リードもしくは負極リードとラミネートシート中の金属シートと接触し、場合によってはその金属シートを通して正極リードと負極リードとが短絡する現象が発生する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の所定部分の全周囲に封止材が融着されている。このような構成により、外部リード端子部、とりわけ外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００１３】
また、本発明は、発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子に封止材が融着され、封止材が融点以上の温度で外部リード端子の側面まで回り込ませている。このような構成により、外部リード端子部、とりわけ外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００１４】
また、本発明による発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルの製造は、外部リード端子の所定部分の全周囲に封止材を融着する工程と、外部リード端子の封止材被覆部の少なくとも一部分が外装ラミネートフィルムとともにヒートシールされる工程を備えることとした。このような方法により外部リード端子の側面を通しての内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止される電気化学セルを製造できる。したがって、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００１５】
あるいは、本発明の発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルの製造方法は、外部リード端子に封止材を融着して封止材被覆部を形成するする工程と、封止材の融点以上の温度で封止材を外部リード端子の側面まで回り込ませる工程と、外部リード端子の封止材被覆部の少なくとも一部分を外装ラミネートフィルムとともにヒートシールする工程を備えることとした。このような方法により、外部リード端子の側面を通しての内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止された電気化学セルを製造できる。したがって、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００１６】
さらに、封止材が外装ラミネートフィルムよりはみ出している構成とした。これにより、外部リード端子部、とりわけ外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、薄型電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、薄型電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００１７】
さらに、封止材を変性ポリオレフィン樹脂単独、または、変性ポリオレフィン樹脂／変性ポリオレフィン樹脂より融点の高い樹脂／ポリオレフィン樹脂の三層品、または、変性ポリオレフィン樹脂／変性ポリオレフィン樹脂より融点の高い樹脂／変性ポリオレフィン樹脂の三層品、のいずれかで構成した。これにより、外部リード端子部とりわけ外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００１８】
本発明は、発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルであって、少なくとも側面が表面改質処理されている外部リード端子の所定部分の全周囲に封止材が融着されている。この構成により、外部リード端子部、とりわけ外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。ここで、表面改質処理は機械的表面処理、化学的表面処理、被覆等である。
【００１９】
さらに、外装ラミネートフィルムの最内面に、ポリプロピレン又は変性ポリプロピレンが配設されている場合には、外部リード端子の所定部分の全周囲に融着された封止材が変性ポリプロピレンもしくは外部リード端子面に変性ポリプロピレンを配した三層品であることとした。または、外装ラミネートフィルムの最内面に、ポリエチレン又は変性ポリエチレンが配設されている場合には、外部リード端子の所定部分の全周囲に融着された封止材は変性ポリエチレンもしくは外部リード端子面に変性ポリエチレンを配した三層品であることとした。外装ラミネートフィルムの最内面に配設された樹脂と封止材とを同一の樹脂とすることにより、両者の融着を確実に行うことができる。封止材が三層品の場合は、封止材に融着する樹脂と外装ラミネートフィルムの最内面に配設された樹脂とを同一樹脂とすることにより、両者の融着を確実に行うことができる。このことは、ヒートシールにより電池等の発電要素を密封する上で重要である。
【００２０】
このような構成により、外部リード端子部、とりわけ、外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００２１】
また、本発明による、発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルの製造方法は、発電要素と接続している外部リード端子の所定部分に、外部リード端子の表裏に封止材を加圧、加熱して融着する工程と、前記工程にて加工された発電要素を真空中で加熱する工程とを備えることとした。このような方法により、外部リード端子部、とりわけ、外部リード端子の側面からの内部電解液の漏出、電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、電気化学セルは長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。
【００２２】
以上の通り、本発明は、側面が完全に封止材で被覆された外部リード端子を採用しているので、前記外部リード端子の封止材被覆部は少なくとも一部分が外装ラミネートフィルムとともに確実にヒートシールされる。よって、本発明は密封性に優れ、長期間の信頼性に優れた電気化学セルを提供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気化学セルの一実施例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の電気化学セルの外観図である。図示するように、外装ラミネートフィルム１は外装ラミネートフィルムの周縁部２でシールされ発電要素を内包している。発電要素と接続する正極外部リード端子４、負極外部リード端子５が外装ラミネートフィルムから延出している。また、正極外部リード端子４、負極外部リード端子５には封止材３が設けられている。封止材３の材料は、外装ラミネートフィルム１（あるいは、外装ラミネートフィルムの周縁部２）の最内面の材料と同一とすることが望ましい。あるいは、同一の材料でなくとも、融点の近い材質を用いることが望ましい。このように構成することで、外装ラミネートフィルムと封止材が良く融着し、密封性が向上する。また、封止材を多層構造とし、表面層の材料の間に表面層の材料より融点の高い材料を設けた積層構造にしても良い。
【００２４】
図２は、本発明の電気化学セルの一部で、正極もしくは負極の外部リード端子表裏に封止材を配設した状態を示す外観図である。図示するように、正極外部リード端子４もしくは負極外部リード端子５の表裏に封止材３が配設されている。図３は図２の断面図であり、本発明の電気化学セルの一部で、正極もしくは負極の外部リード端子４、５の表裏に封止材３を配設した状態を示す断面図である。図４は、図３に続く工程を示し、本発明の電気化学セルの一部で、正極もしくは負極の外部リード端子４、５と封止材３とをヒートシールバーにて加熱、加圧した状態を示す断面図である。正極もしくは負極の外部リード端子４、５の表裏に配設された封止材３同士は融着しているものの、まだなお封止材３と正極外部リード端子４もしくは負極外部リード端子５との間に隙間６が残存している。図５は、図４に続く工程を示しており、本発明の電気化学セルの一部で、封止材３が正極もしくは負極外部リード端子４、５の側面に回り込んだ状態を示す断面図である。図示するように、封止材３の一部分が外部リード端子４、５の側面に封止材３ａが回り込んでいる。図６は、本発明の電気化学セルの一部で、封止材３が外部リード端子４、５の側面に回り込んだ状態を示す平面図である。
【００２５】
図７は本発明の電気化学セルの断面図である。図７において、外装ラミネートフィルム１の構成はポリプロピレン（厚み３０μｍ）／Ａｌ箔（厚み４０μｍ）／ナイロン（厚み２５μｍ）である。ポリプロピレンが電池の内面となり、ナイロンが電池の外面となる。この外装ラミネートフィルム１は発電要素を内包し、周縁部２をヒートシールして電池を封止している。外部正極リード端子４は正極集電体７と電気的に接続している。図には表れていないが、負極集電体９と電気的に接続している外部負極リード端子５も存在している。封止材３は予め外部正極リード端子４と外部負極リード端子５の一部を被覆している。本図では、封止材３は予め外部正極リード端子４と外部負極リード端子５の別々に被覆されているが、予め外部正極リード端子４と外部負極リード端子５の両方同時に被覆されていても良い。正極もしくは負極の外部リード端子４、５の側面に封止材３ａが回り込んでいる。アルミニウム箔からなる正極集電体７には正極層８が塗布されている。銅箔からなる負極集電体９には、両面に負極層１０が塗布されている。正極層８と負極層１０の間には、ポリエチレン、もしくはポリプロピレンからなる多孔性セパレータ１１が設けられている。正極層８には帯状の内部正極端子７ａが接続され、負極層１０には帯状の内部負極端子９ａが接続されている。アルミニウムからなる外部正極リード端子４は、内部正極端子７ａと溶接され、電気的に接続している。この外部正極リード端子４は外装ラミネートフィルム１から電池の外部へ延出している。銅からなる外部負極リード端子５は内部負極端子９ａと溶接され、電気的に接続している。この外部負極リード端子５は外装ラミネートフィルム１から電池の外部へ延出している。なお、封止材３は外装ラミネートフィルム１の周縁部２よりハミ出てる。電解液はＬｉＰＦ_６１ｍｏｌ／ｌを含有したエチレンカーボネート（ＥＣ）とジメチルカーボネート（ＭＥＣ）の混合液である。発電要素は、正極集電体７、正極層８、負極集電体９、負極層１０、多孔性セパレータ１１、内部正極端子７ａ、内部負極端子９ａから構成される。
【００２６】
次に、本発明の一実施例であるポリマーリチウム二次電池を例に、その基本構成材料につき説明する。正極活物質としては、種々の酸化物（例えばＬｉＭｎ２Ｏ４などのリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ２などのリチウム含有ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ２などのリチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど）や、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二硫化モリブテンなど）等が使用できる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物が使用できる。この正極活物質は集電体であるアルミニウム箔に塗布されている。
【００２７】
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質材料が使用できる。炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等）を焼成することにより得られるもの、コークスや、メソフェーズピッチを焼成することにより得られるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表される炭素質材料が使用できる。中でも、アルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス雰囲気において、５００℃〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下にて前記メソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質材料が使用できる。この負極活物質は集電体である銅箔に塗布されている。
【００２８】
非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテトラヒドロフラン等が使用できる。非水溶媒は単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。
【００２９】
電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ４）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ６）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ４）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ６）、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ３ＳＯ３）等のリチウム塩が使用できる。
【００３０】
電解液をポリマー化するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ポリテトラフルオロプロピレン、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体、ポリビニリデンフロライド（ＰＶｄＦ）等が使用できる。取り分け、ビニリデンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）との共重合体が好ましい。セパレータには、ポリエチレンもしくはポリプロピレンからなる多孔性セパレータが使用できる。
【００３１】
外装ラミネートフィルムとして、例えば、変性ポリプロピレン（ＰＰ）／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）／Ａｌ箔／ＰＥＴのラミネートフィルム、変性ポリエチレン（ＰＥ）／ナイロン／Ａｌ箔／ＰＥＴ、変性ＰＰ／Ａｌ箔／ナイロン、変性ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロン、ＰＥ／Ａｌ箔／ナイロン、ＰＰ／Ａｌ箔／ナイロン、変性ＰＰ／Ａｌ箔／ＰＥＴ／ナイロン、変性ＰＥ／Ａｌ箔／ＰＥＴ／ナイロンなどのラミネートフィルムが使用できる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明に係わる実施例を詳細に説明する。
【００３３】
（実施例１）
図２、図３に示したように、外部リード端子４、５の所定部分、また、外部リード端子４、５の表裏に厚み３０μｍの変性ポリプロピレン（融点：１３５℃）からなる封止材３を配設する。外部リード端子４、５は帯状の銅、ニッケル、アルミニウムであるから、アクリル酸もしくはマレイン酸等で変性したポリエチレンもしくはポリプロピレンでなければ、外部リード端子に融着しない。封止材３として変性ポリエチレンと変性ポリプロピレンのいずれかを選択するかは、薄型電気化学セルの使用温度を基準に選択できる。使用温度が高い場合には、融点の高い変性プロピレンの使用が望ましい。図４の通り、外部リード端子４、５の表裏に配設した封止材３を上下よりヒートシールバーにて１９０℃、２．０ＭＰａ、３秒間、加熱、加圧した。外部リード端子４、５は、帯状の銅、ニッケル、アルミニウム、ステンレス鋼などが使用できる。この段階では、外部リード端子４、５の側面には、なお隙間６が見られる。この封止材３が融着した外部リード端子を１０^−２Ｔｏｒｒ以上の真空度の真空乾燥庫に入れ、２００℃、３０分間、加熱した。この段階で、図５に示すとおり、外部リード端子４、５の側面まで回り込んだ封止材３ａは外部リード端子４、５と完全に融着状態となっている。外部リード端子４、５の側面と封止材３ａとは界面においてファン・デル・ワールス力で結合しており、薄型電気化学セル内部の電解液の漏出や薄型電気化学セル外部よりの水分、空気の侵入が防止できる。全周囲に封止材３が融着された外部正極リード端子４は発電要素と電気的に接続している帯状の内部正極端子７ａと超音波溶接され、全周囲に封止材３が融着された外部負極リード端子５は発電要素と電気的に接続している帯状の負極内部端子９ａと超音波溶接される。外装ラミネートフィルム１は発電要素を内包し、全周囲に封止材３が融着された外部リード端子４、５と共に周縁部２にてヒートシールして薄型電気化学セルを封止している。外装ラミネートフィルム１は最内面がポリプロピレンもしくは変性ポリプロピレンで、封止材３と同一の材料であるため、良く融着する。外装ラミネートフィルム１の外周の断面には、金属層が露出している。外部リード端子４、５が折れ曲がり外装ラミネートフィルム１の金属層に接触して、外部リード端子４と５が短絡する危険がある。本発明では、封止材３は外装ラミネートフィルム１の外周より０．５ｍｍ程度はみ出している。この一定のはみ出し量は外装ラミネートフィルム１の厚み０．０９〜０．１２ｍｍより長ければ足りる。このはみ出し量を設けることにより、外部正極リード端子４と外部負極リード端子５とが外装ラミネートフィルム１の金属層を介して短絡することを防止できる。本実施例を用いて、４０ｍｍ＊６２ｍｍ＊３ｍｍサイズのリチウムイオン二次電池を１００個作製し、相対湿度９０％、温度６０℃、４０日間保存したところ、外部リード端子４、５部での漏液はゼロであった。
【００３４】
（実施例２）
図２、図３で示した通り、外部リード端子４、５の所定部分に、また外部リード端子の表裏に変性ポリプロピレン（融点：１３５℃、厚み２５μｍ）／ポリメチルペンテン（融点：２２５℃、厚み５０μｍ）／変性ポリプロピレン（融点：１３５℃、厚み２５μｍ）三層品からなる封止材３を配設する。また、封止材３として変性ポリプロピレン（融点：１３５℃、厚み２５μｍ）／ポリメチルペンテン（融点：２２５℃、厚み５０μｍ）／ポリプロピレン（融点：１３５℃、厚み２５μｍ）三層品も使用可能であるが、表裏の区別が難しいので、使用に際して留意する必要がある。図４の通り、外部リード端子４、５の表裏に配設した封止材３を上下よりヒートシールバーにて１９０℃、２．０ＭＰａで３秒間加熱、加圧した。この段階では、外部リード端子４、５の側面には隙間６が見られる。この封止材３が融着した外部リード端子を１０^−２Ｔｏｒｒ以上の真空度の真空乾燥庫に入れて、２００℃、３０分間、加熱した。この段階で、図５に示すとおり、外部リード端子４、５の側面まで回り込んだ封止材３ａは外部リード端子と完全に融着状態となっている。本実施例を用いて、４０ｍｍ＊６２ｍｍ＊３ｍｍサイズのポリマー二次電池を１００個作製して、外部リード端子４、５間の短絡を調べた所、短絡発生はゼロであった。この理由は高融点のポリメチルペンテンが挟まれて採用されているからである。すなわち、外装ラミネートフィルム１の最内面のポリプロピレンと封止材３のポリプロピレンとが融着しても、外部リード端子４、５が外装ラミネートフィルム内のＡｌ箔と接触して電気的に短絡することがないからである。
【００３５】
（実施例３）
図２、図３で示した通り、外部リード端子４、５の所定部分に、また外部リード端子の表裏に変性ポリプロピレン（融点：１３５℃、厚み３０μｍ）／ポリエチレンナフタレート（融点：２６０〜２７０℃、厚み１２μｍ）／変性ポリプロピレン（融点：１３５℃、厚み３０μｍ）三層品からなる封止材３を配設する。図４の通り、外部リード端子４、５の表裏に配設した封止材３を上下よりヒートシールバーを用いて、１９０℃、２．０ＭＰａで３秒間、加熱、加圧した。この段階では、外部リード端子４、５の側面には隙間６が見られる。この封止材３が融着した外部リード端子４、５を１０^−２Ｔｏｒｒ以上の真空度の真空乾燥庫に入れ、２００℃、３０分間、加熱した。この段階で、図５に示すとおり、外部リード端子４、５の側面まで回り込んだ封止材３ａは外部リード端子４、５と完全に融着状態となっている。本実施例を用いて、４０ｍｍ＊６２ｍｍ＊３ｍｍサイズの電気二重層キャパシタを１００個作製して、外部リード端子４、５間の短絡を調べた所、短絡発生はゼロであった。この理由は高融点のポリエチレンナフタレートが挟まれて採用されているからである。すなわち、外装ラミネートフィルム１の最内面のポリプロピレンと封止材３のポリプロピレンとが融着しても、外部リード端子４、５が外装ラミネートフィルム内のＡｌ箔と接触して電気的に短絡することがないからである。
【００３６】
（実施例４）
本発明は、少なくとも側面が表面改質処理されている外部リード端子の所定部分の全周囲に封止材が融着されている薄型電気化学セルである。例えば、幅４ｍｍ、厚み０．０８ｍｍの帯状のアルミニウムよりなる外部リード端子は、脱脂、エッチングなどの前処理工程を経て、下地処理が行われる。ここで、脱脂は、弱アルカリ性脱脂、エマルジョン脱脂、溶剤脱脂等が採用される。エッチングはアルカリまたは酸エッチングが採用される。下地処理は、陽極酸化皮膜処理または化学皮膜処理（化成処理）が採用される。ここでは、化学皮膜処理として、燐酸クロム皮膜処理法を採用し、アルミニウムからなる外部リード端子をクロム酸、燐酸、フッ化物を含む処理液に浸漬し、温度２０〜５０℃、３０秒〜７分間の処理を行う。このことにより、アルミニウムの表面と側面に、燐酸アルミニウムと燐酸クロムの皮膜が形成され、アルミニウムの表面と側面に封止材３の変性ポリプロピレンが融着し、変性ポリプロピレンのマレイン酸もしくはアクリル酸と強く作用し、強く結合することになる。この下地処理として、陽極酸化皮膜処理も採用できる。アルミニウムからなる外部リード端子は硫酸電解液中、２０℃、電流密度３００Ａ／ｍ^２、電圧１６Ｖで１０分間処理され、約３μｍの多孔性酸化皮膜が形成された。このことにより、アルミニウムの表面と側面にアルミニウムの多孔性酸化皮膜が形成され、アルミニウムの表面と側面に封止材３の変性ポリプロピレンが融着して強く結合する。このように強く結合する機構は、アルミニウムの多孔性酸化皮膜の孔中に融着した変性ポリプロピレンが侵入することと、酸化皮膜と変性ポリプロピレンのマレイン酸もしくはアクリル酸とが強く作用して、強く結合することになるためと推定される。すなわち、外部リード端子４、５と封止材３との界面は勿論のこと、外部リード端子４、５の側面と封止材３ａとは界面においてファン・デル・ワールス力で結合しており、電池内部の電解液の漏出や電池外部よりの水分、空気の侵入が防止できる。
【００３７】
（実施例５）
図７に基づき、発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する薄型電気化学セルの本発明製造方法を説明する。正極集電体７、正極層８、負極集電体９、負極層１０、セパレータ１１からなる発電要素には、帯状の内部正極端子７ａ、帯状の内部負極端子９ａを介して、各々外部正極リード端子４、外部負極リード端子５が接続している。帯状の内部正極端子７ａは、外部正極リード端子４と抵抗溶接、超音波溶接、もしくはレーザー溶接などで溶接されている。帯状の内部負極端子９ａは、外部負極リード端子５と抵抗溶接、超音波溶接、もしくはレーザー溶接などで溶接されている。ここで、外部正極リード端子４、外部負極リード端子５が取り付けられた発電要素を発電要素体と呼ぶことにする。この発電要素体の外部正極リード端子４、外部負極リード端子５は、所定位置に、表裏から封止材３がヒーシールバーにて１９０℃、２．０ＭＰａ、３秒間、加圧、加熱して融着される。この段階で、丁度、図４に示す状態となる。さらに、この発電要素体は、含有水分を除去するため、１０^−２Ｔｏｒｒ以上の真空度の真空乾燥庫に入れられ、２００℃、１６時間、加熱される。この発電要素体の乾燥段階で、図５に示すとおり、外部リード端子４、５の側面まで回り込んだ封止材３ａは外部リード端子４、５と完全に融着状態となる。すなわち、本実施例によれば、発電要素体の乾燥工程と、外部リード端子４、５と封止材３との融着工程とを同時に行うことが可能となり、工程が合理化できる。この構成とすることにより、外部リード端子部より、とりわけ外部リード端子の側面を通しての内部電解液の漏出、薄型電気化学セル外部からの水分、空気の侵入が防止されるので、薄型電気化学セルの長期間に亘る密封性が維持され、性能が良好に維持される。本実施例は、側面が完全に封止材で被覆された外部リード端子を採用しているので、前記外部リード端子の封止材被覆部は少なくとも一部分が外装ラミネートフィルムとともに確実にヒートシールされる。よって、本実施例によれば、密封性に優れ、長期間の信頼性に優れた薄型電気化学セルを提供できる。
【００３８】
（比較例１）
実施例１において、図４の通り、外部リード端子４、５の表裏に配設した封止材３を上下よりヒートシールバーにて１９０℃、２．０ＭＰａ、３秒間、加熱、加圧しただけで、以降の工程を実施していない。
【００３９】
（比較例２）
実施例４において、幅４ｍｍ、厚み０．０８ｍｍの帯状のアルミニウムよりなる外部リード端子は、脱脂処理のみされた。
【００４０】
本発明の実施例１、４と比較例１，２について、各々４０ｍｍ＊６２ｍｍ＊３ｍｍサイズのリチウムイオン二次電池を１００個作製し、相対湿度９０％、温度６０℃、４０日間保存し、外部リード端子部での漏液を比較して調べた。その結果は、本発明を適用したリチウムイオン二次電池では、外部リード端子部での漏液はゼロであった。一方、比較例１を適用したリチウムイオン二次電池では、外部リード端子部での漏液は３０％発生した。比較例２を適用したリチウムイオン二次電池では、外部リード端子部での漏液は１０％発生した。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明は、シール性に優れ、長期間の信頼性に優れた薄型電気化学セルを提供できる。本発明は、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム二次電池、電気二重層キャパシタに適用して効果が大である。本発明は、二次電池のみならず一次電池にも適用して効果が大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の薄型電気化学セルの外観図である。
【図２】本発明の薄型電気化学セルの一部で、外部リード端子表裏に封止材を配置した状態を示す外観図である。
【図３】本発明の薄型電気化学セルの一部で、外部リード端子表裏に封止材を配置した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の薄型電気化学セルの一部で、外部リード端子と封止材とを加熱、加圧した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の薄型電気化学セルの一部で、封止材が外部リード端子側面に回り込んだ状態を示す断面図である。
【図６】本発明の薄型電気化学セルの一部で、封止材が外部リード端子側面に回り込んだ状態を示す平面図である。
【図７】本発明の薄型電気化学セルの断面図である。
【符号の説明】
１外装ラミネートフィルム
２外装ラミネートフィルムの周縁部
３封止材
４外部正極リード端子
５外部負極リード端子

Claims

発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子の所定部分の全周囲に封止材が融着されていることを特徴とする電気化学セル。
発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルにおいて、外部リード端子に封止材が融着され、前記封止材が前記外部リード端子の側面まで回り込んでいることを特徴とする電気化学セル。
前記封止材は外装ラミネートフィルムよりはみ出していることを特徴とする請求項１または２に記載の電気化学セル。
前記封止材は、変性ポリオレフィン樹脂単独、または、変性ポリオレフィン樹脂／変性ポリオレフィン樹脂より融点の高い樹脂／ポリオレフィン樹脂の三層品、または、変性ポリオレフィン樹脂／変性ポリオレフィン樹脂より融点の高い樹脂／変性ポリオレフィン樹脂の三層品であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気化学セル。
前記封止材が融着された外部リード端子の側面は表面改質処理されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気化学セル。
前記表面改質処理が、機械的表面処理、または、化学的表面処理、または被覆であることを特徴とする請求項５に記載の電気化学セル。
前記外装ラミネートフィルムの最内面に、ポリプロピレン又は変性ポリプロピレンが配設されるとともに、前記封止材は変性ポリプロピレンもしくは前記外部リード端子面側に変性ポリプロピレンを配した三層品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
前記外装ラミネートフィルムの最内面に、ポリエチレン又は変性ポリエチレンが配設されているとともに、前記封止材は変性ポリエチレンもしくは前記外部リード端子面側に変性ポリエチレンを配した三層品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気化学セル。
発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルの製造方法であって、外部リード端子の所定部分の全周囲に封止材を融着して封止材被覆部を形成する工程と、前記外部リード端子の封止材被覆部の少なくとも一部分が前記外装ラミネートフィルムとともにヒートシールされる工程を備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルの製造方法であって、外部リード端子に封止材を融着して封止材被覆部を形成する工程と、前記封止材の融点以上の温度で前記封止材を前記外部リード端子の側面まで回り込ませる工程と、前記外部リード端子の封止材被覆部の少なくとも一部分を前記外装ラミネートフィルムとともにヒートシールする工程とを備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。
発電要素を外装ラミネートフィルムにて封口する電気化学セルの製造方法であって、発電要素と接続している外部リード端子の所定部分の表裏に封止材を加圧、加熱して融着する工程と、前記工程にて加工された発電要素を真空中で加熱する工程を備えることを特徴とする電気化学セルの製造方法。