JP2017045710A - Flat battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は扁平型電池に関する。 The present invention relates to a flat battery.
近年、スマートホンのような薄型かつ軽量の情報端末が広く世界で使用されるようになり、使用される扁平型電池もますます小型薄型化が求められている。 In recent years, thin and lightweight information terminals such as smart phones have been widely used in the world, and flat batteries used are also required to be smaller and thinner.
扁平型電池は、金属箔の表面に活物質層(活物質とバインダー剤との混合物)を設けてなる正極側の電極板(以降「正極」と表記する)及び負極側の電極板(以降「負極」と表記する)を薄板状に形成し、セパレータを介して電気的に絶縁した状態で対向させ、その間に電解液を介在させる。 A flat battery has a positive electrode plate (hereinafter referred to as “positive electrode”) and a negative electrode plate (hereinafter referred to as “positive electrode”) in which an active material layer (a mixture of an active material and a binder) is provided on the surface of a metal foil. A negative electrode) is formed in a thin plate shape, and is opposed to each other in an electrically insulated state via a separator, and an electrolytic solution is interposed therebetween.
そして対向させた正極及び負極を所定の形状の電池ケースに収納し、電池ケースの所定の電極端子に正極及び負極をそれぞれ電気的に接続することで、一次又は二次電池として機能する。電池ケースは正極側ケースと負極側ケースとから構成され、対向させた正極及び負極を正極側ケースに収納し、絶縁材を介して負極側ケースで全体を封入する構造が主流となっている。 Then, the positive and negative electrodes opposed to each other are accommodated in a battery case having a predetermined shape, and the positive electrode and the negative electrode are electrically connected to predetermined electrode terminals of the battery case, respectively, thereby functioning as a primary or secondary battery. The battery case is composed of a positive electrode side case and a negative electrode side case, and a structure in which the positive electrode and the negative electrode opposed to each other are accommodated in the positive electrode side case and the whole is enclosed in the negative electrode side case via an insulating material is the mainstream.
また別の構造として、薄板状の正極側ケースと薄板状の負極側ケースを用い、セパレータを介して対向させた正極及び負極を挟み込み、正極側ケースと負極側ケースの外周を絶縁物でシールする構造がある。この構造は電池が特に薄くできる利点があるので従来から多くの提案がある。(例えば、特許文献1)
特許文献1に記載の技術は、正極側ケースと負極側ケースに、対向させた正極及び負極を挟み込み、正極側ケース及び負極側ケースの外周を、熱接着樹脂を用いて電池全体を封止する構造である。
As another structure, a thin plate-like positive electrode side case and a thin plate-like negative electrode side case are sandwiched between the positive electrode and the negative electrode facing each other via a separator, and the outer periphery of the positive electrode side case and the negative electrode side case is sealed with an insulator. There is a structure. Since this structure has the advantage that the battery can be made particularly thin, there have been many proposals. (For example, Patent Document 1)
In the technique described in
以下図を用いてこの特許文献1に開示された技術を詳述する。図16は特許文献1に開示された薄型電池100の構造を示し、図16(a)は斜視図であり、図16(b)は断面図である。図16(b)に示すように特許文献1に開示された薄型電池100は、正極端子板101と負極端子板101’との間に、発電要素である負極部104と正極部106とセパレータ30とを保持した電池の構成であって、正極端子板101及び負極端子板101’の外周部の間隙に、絶縁性の熱接着樹脂102を配し、この絶縁性の熱接着樹脂102を正極端子板101及び負極端子板101’に各々熱溶着させ薄型電池100を封止している。
The technique disclosed in
特許文献1に開示された薄型電池100においては、正極端子板101及び負極端子板101’を高温処理したのち、絶縁性の熱接着樹脂102と接着し、正極端子板101及び負極端子板101’と絶縁性の熱接着樹脂102との接着面の強化を図っている。
In the
しかしながら絶縁性の熱接着樹脂102は有機材をベースにした高分子材なので水分の透過性が大きい。すなわち正極端子板101及び負極端子板101’とは、絶縁性は図ら
れているが、薄型電池100を封止する重要な要素である絶縁性の熱接着樹脂102そのものから侵入する水分を完全に遮断できない。
However, since the insulating thermal
このため薄型電池100の諸特性の劣化を生じ、更に高温高湿の悪条件が加われば容量の低下や電池としての基本機能の喪失といった問題を生じてしまう。
For this reason, various characteristics of the
本発明は上記課題を解決することを目的とする。すなわち、正極と負極とを収納した金属ケースの外周部において、水分の透過性を減じる構造を採用することで、信頼性の高い扁平型電池を実現することにある。 The present invention aims to solve the above problems. In other words, a highly reliable flat battery is realized by adopting a structure that reduces moisture permeability in the outer peripheral portion of the metal case containing the positive electrode and the negative electrode.
上記課題を解決するため本発明の扁平型電池は下記記載の構成を採用する。 In order to solve the above problems, the flat battery of the present invention adopts the following configuration.
本発明の扁平型電池は、上外装金属板と下外装金属板との間に電極を挟持した扁平型電池であって、上外装金属板と下外装金属板とは、遮水性枠体を介して接着されていることを特徴とする。 The flat battery of the present invention is a flat battery in which an electrode is sandwiched between an upper exterior metal plate and a lower exterior metal plate, and the upper exterior metal plate and the lower exterior metal plate are interposed via a water shielding frame. It is characterized by being bonded.
これにより、扁平型電池の外周部から流入あるいは透過する水分が減少し電池としての寿命や信頼性が向上する。 As a result, moisture flowing in or permeating from the outer periphery of the flat battery is reduced, and the life and reliability of the battery is improved.
さらに遮水性枠体はセラミック又はガラスでも良い。 Further, the water shielding frame may be ceramic or glass.
これにより、遮水性枠体は絶縁体で構成されるので、上外装金属板と下外装金属板との電気的絶縁性が向上し電池としての信頼性が向上する。また、遮水性枠体と上外装金属板及び下外装金属板との各接合面において接合方式の選択肢が広がり電池を設計する上で柔軟性が増す。 Thereby, since a water-impervious frame is comprised with an insulator, the electrical insulation of an upper exterior metal plate and a lower exterior metal plate improves, and the reliability as a battery improves. Moreover, the choice of a joining method spreads in each joint surface of a water-impervious frame, an upper exterior metal plate, and a lower exterior metal plate, and flexibility is increased in designing a battery.
さらに上外装金属板又は下外装金属板と、遮水性枠体との間にはスペーサを配置してもよい。 Furthermore, you may arrange | position a spacer between an upper exterior metal plate or a lower exterior metal plate, and a water-impervious frame.
これにより、遮水性枠体を電気伝導体で構成した場合でも上外装金属板と下外装金属板との電気的絶縁性が確保されるので、遮水性枠体として最も遮水性が高い金属を選択することが可能となり、電池としての寿命や信頼性が向上する。
また、上外装金属板と遮水性枠体を接合させる接着面の少なくとも一部と、下外装金属板と遮水性枠体を接合させる接着面の少なくとも一部のうち、一方又は両方に、粗面化領域を設けてもよい。遮水性枠体と電極との間には、断熱リングを配置してもよい。
As a result, even when the water-impervious frame is made of an electrical conductor, the electrical insulation between the upper and lower metal plates is ensured, so the metal with the highest water-impervious frame is selected as the water-impervious frame. Thus, the battery life and reliability are improved.
Further, a rough surface is provided on one or both of at least a part of an adhesive surface for joining the upper exterior metal plate and the water-impervious frame and at least a part of an adhesive surface for joining the lower exterior metal plate and the water-impervious frame. A conversion region may be provided. A heat insulating ring may be disposed between the water-impervious frame and the electrode.
さらに、上外装金属板と下外装金属板のいずれか一方と遮水性枠体とが、直接結合してもよい。 Furthermore, one of the upper and lower exterior metal plates and the water-impervious frame may be directly coupled.
これにより、遮水性枠体と上外装金属板または下外装金属板の、いずれか一方の接合面において接着剤が不要となり、接合個所の減少により耐久性が向上し、水分流入個所の減少により信頼性が向上する。 This eliminates the need for an adhesive on the joint surface between the water-impervious frame and the upper or lower metal plate, lowers the number of joints, improves durability, and reduces the amount of moisture inflow. Improves.
また、上外装金属板と下外装金属板のいずれか一方と遮水性枠体とが、一体に形成されていてもよい。 Moreover, either the upper exterior metal plate or the lower exterior metal plate and the water-impervious frame may be integrally formed.
これにより、外部からの水分の流入経路が一か所減るとともに、上外装金属板と下外装金属板との電気的絶縁性が確保されるので、信頼性が向上する。 As a result, the inflow path of moisture from the outside is reduced by one place, and electrical insulation between the upper and lower metal plates is ensured, so that reliability is improved.
本発明によれば、正極と負極とを収納する金属の外周部において水分の透過性を減じる構造を採用したので高寿命かつ信頼性の高い扁平型電池が実現する。 According to the present invention, a flat battery having a long life and high reliability is realized because a structure that reduces moisture permeability at the outer periphery of the metal that houses the positive electrode and the negative electrode is employed.
以下、本発明の扁平型電池の実施形態を示す。なお、説明に関係のない一部の要素は省略し、従来例と同一の要素には同一番号を付与して重複する説明は省略するものとする。なお、説明にあっては、その説明及び図は一実施形態であって、これに限定されるものではない。また、図面における寸法は実際の形状を反映したものではなく図面を見やすくするため、一部誇張して記載している場合がある。 Hereinafter, embodiments of the flat battery of the present invention will be described. It should be noted that some elements not related to the description are omitted, and the same elements as those in the conventional example are given the same numbers, and redundant description is omitted. In addition, in description, the description and figure are one Embodiment, Comprising: It is not limited to this. In addition, dimensions in the drawings do not reflect actual shapes and may be exaggerated in part in order to make the drawings easier to see.
以下図面により扁平型電池の第1の実施形態について説明する。 Hereinafter, a flat battery according to a first embodiment will be described with reference to the drawings.
図1〜図7は、第1の実施形態における扁平型電池を示し、図1は扁平型電池1の構造を示す断面図及び外観図であり、図2は、扁平型電池1の製造工程における電極塗工工程を示す断面図であり、図3は、図2に続く扁平型電池1の製造工程における電極塗工工程を示す断面図であり、図4は、扁平型電池1の組立工程を示す断面図であり、図5は、図4に続く扁平型電池1の組立工程を示す断面図及び外観図であり、図6は、図5に続く扁平型電池1の組立工程を示す断面図及び図1と形状の異なる扁平型電池1の外観図であり、図7は、図1に示す扁平型電池を数多く製造する際の電極塗工工程を示す断面図である。
1 to 7 show the flat battery according to the first embodiment, FIG. 1 is a cross-sectional view and an external view showing the structure of the
[第1の実施形態の構造説明:図1]
図1を用いて扁平型電池1の構造を説明する。図1(a)は扁平型電池1の構造を示す断面図であり、図1(b)は扁平型電池1の外観を示す外観図である。なお図1(a)は図1(b)のA−A´断面図である。
[Structure Explanation of First Embodiment: FIG. 1]
The structure of the
図1(b)に示すように、扁平型電池1の外観は薄い円筒状であって、直径Rは略9mmで、高さTは本実施形態では略1.7mmであるが、扁平型電池1の容量に応じて0.5mmから3mmまで選ぶことができる。
As shown in FIG. 1B, the
次に図1(a)を用いて扁平型電池1の構造を説明する。図1(a)において扁平型電池1は、平板状の上外装金属板10と下外装金属板50との間に正極20と負極40とをセパレータ30を介して挟み、上外装金属板10及び下外装金属板50の外周部を遮水性枠体60と接着層70u及び接着層70dとで封入した構造になっている。正極20は、正極20に含まれているバインダーで上外装金属板10と固着され、負極40は、負極20に含まれているバインダーで下外装金属板50と固着されている。
Next, the structure of the
図1(a)における接着層70u及び接着層70dの高さWと遮水性枠体60の高さBについては後述する。また以下の説明において、上外装金属板10に正極20が固着したものを「正極側の構造体」と表記し、下外装金属板50に負極40が固着したものを「負極側の構造体」と表記する。
The height W of the
以下、図1(a)を用いて扁平型電池1の各要素について詳述する。まず、上外装金属板10及び正極20からなる正極側の構造体を説明する。正極20は、図示していないが正極側の活物資とバインダーと溶剤との混合物とが積層した構造である。詳述すると、活物資であるニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMnO2)、コバルト酸リチウム(LiCoO2)に、アセチレンブラック等の導電剤とポリフッ化ビニリデン等のバインダー剤と溶剤とを混合したのち後述する工程で加熱、加圧、成形し形成されている。なお図示していないが正極20には後述する組成の電解液が含浸されている。
Hereinafter, each element of the
上外装金属板10は、扁平型電池1の正極側の外部端子であり、ステンレス、アルミニウムなどが用いられるが、本実施形態では厚さ略200μmのステンレスを用いた。上外装金属板10は正極20を固着して正極20の集電体としての機能も兼ねている。
The upper and
次に負極40及び下外装金属板50からなる負極側の構造体を説明する。負極40は、図示していないが負極側の活物資とバインダーと溶剤との混合物とが積層した構造である。詳述すると、グラファイトとポリフッ化ビニリデン等のバインダー剤と溶剤とを混合したのち後述する工程で加熱、加圧、成形し形成されている。なお図示していないが負極40には後述する組成の電解液が含浸されている。
Next, the negative electrode side structure composed of the
下外装金属板50は、扁平型電池1の負極側の外部端子であり、ステンレス、銅、ニッケルなどが用いられるが、本実施形態では厚さ略200μmの銅にニッケルメッキを施したものを用いた。下外装金属板50は負極40を固着して負極40の集電体としての機能も兼ねている。
The lower
次にセパレータ30の構造を説明する。セパレータ30は、厚みが略20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを用い形成している。セパレータ30は正極20と負極40とを電気的に隔離し、且つ微細孔を通じてイオンを移動させる。本実施形態では、正極20と負極40との間にセパレータ30を挟み込む構成としている。
Next, the structure of the
なお図示していないがセパレータ30には後述する組成の電解液が含浸されている。
Although not shown, the
次に電解液について説明する。電解液は、本実施形態においては六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)を用い、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DE
C)を溶媒とした。なお、他の単独または2種以上の混合溶媒に溶解した有機電解液でも使用可能である。
Next, the electrolytic solution will be described. In this embodiment, the electrolyte uses lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DE
C) was used as a solvent. In addition, the organic electrolyte solution melt | dissolved in the other individual or 2 or more types of mixed solvent can also be used.
次に遮水性枠体60、接着層70u及び接着層70dについて説明する。遮水性枠体60は本実施例では厚さ略900μmのステンレス材を用い、高さBは略0.9mmの円筒状に形成したものである。
Next, the water-
また接着層70u及び接着層70dは、熱可塑性の変性ポリプロピレンを用い、高さWは略200μmであって、遮水性枠体60と同一の円筒状に形成したものである。
The
以上のように形成した遮水性枠体60、接着層70u及び接着層70dを用い、上外装金属板10及び下外装金属板50の各々の外周部において、接着層70u、遮水性枠体60及び接着層70dの順に重ね、3体を熱溶着している。
Using the water-
なお遮水性枠体60としてセラミックまたはガラスを用いることも可能である。この場合、上外装金属板10と下外装金属板50との電気的絶縁性が確保され、遮水性枠体60と上外装金属板10及び下外装金属板50とを接着する接着材の選択肢が広がる。
It is also possible to use ceramic or glass as the water-
次に図2〜図5を用いて扁平型電池1の製造工程を説明する。扁平型電池1の製造工程は電極塗工工程と組立工程とに分かれ、まずドライルームまたは大気雰囲気中で電極塗工工程が行われ、次に「ブローブボックス」と知られている乾燥雰囲気中で組立工程を行う。
Next, the manufacturing process of the
[扁平型電池1の製造工程の電極塗工工程の説明:図2〜図3]
まず図2〜図3を用いて負極を例に、電極塗工工程を説明する。図2(a)〜図2(d)は扁平型電池1の負極の電極塗工工程を示す断面図である。図2(a)及び図2(b)に示すように、下外装金属板母材50pの上に塗工マスクSMを設置する。なお下外装金属板母材50pは厚さ略200μmの銅にニッケルメッキを施したものを用いる。また塗工マスクSMはアルミ等の金属材を用い、負極40と同一形状の開口部SMkを備えている。
[Description of Electrode Coating Process of Manufacturing Process of Flat Battery 1: FIGS. 2 to 3]
First, the electrode coating process will be described with reference to FIGS. FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views showing the electrode coating process for the negative electrode of the
次に図2(c)に示すように、下外装金属板母材50pと、塗工マスクSMの開口部SMkとで形成された空洞に、ディスペンサDを用いて未硬化負極40Sを充填する。なお未硬化負極40Sとは、負極側の活物資とバインダーと溶剤との混合物であって硬化していない状態である。充填された未硬化負極40Sは、一定時間が経過すると硬化し、図2(d)に示すように未処理負極40bとなる。なお未処理負極40bとは、後述する処理を行う前の負極の状態である。未処理負極40bが形成されたのち塗工マスクSMを取り除く。すると図2(d)に示すように、下外装金属板母材50pと所定の形状の未処理負極40bとが、未処理負極40bに含まれるバインダーによって固着する。なお、スクリーン印刷などの方法により未硬化負極40Sを形成することも可能である。
Next, as shown in FIG. 2C, the uncured
次に図3(a)に示すように、下外装金属板母材50pと未処理負極40bとが固着した状態で、高温槽K内で略200℃で加熱し、未処理負極40bに含まれる溶剤Yを蒸発させる。 Next, as shown in FIG. 3A, in the state where the lower exterior metal plate base material 50p and the untreated negative electrode 40b are fixed, they are heated at about 200 ° C. in the high-temperature vessel K and are included in the untreated negative electrode 40b. Solvent Y is evaporated.
次に図3(b)に示すように、下外装金属板母材50pと未処理負極40bとをプレスローラRを用いて圧縮し、未処理負極40bが所定の厚さに形成する。これは活物質層を均一に圧縮してイオン流の不均一をなくし、電池としての諸特性を向上させるためである。なおプレスローラRに替えて加圧プレートを用い、未処理負極40b全体を一度に圧縮することも可能である。 Next, as shown in FIG. 3B, the lower exterior metal plate base material 50p and the untreated negative electrode 40b are compressed using the press roller R, and the untreated negative electrode 40b is formed to a predetermined thickness. This is to uniformly compress the active material layer to eliminate non-uniform ion flow and improve various characteristics as a battery. It is also possible to use a pressure plate in place of the press roller R and compress the entire untreated negative electrode 40b at a time.
次に図3(c)に示すように、下外装金属板母材50pを裁断線cに沿って円形状に裁断し、所定の寸法の負極40と下外装金属板50とが固着して完成し、扁平型電池1の、負極側の構造体についての電極塗工工程が完成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the lower exterior metal plate base material 50p is cut into a circular shape along the cutting line c, and the
図3(d)は、上外装金属板10と正極20とからなる正極側の構造体の断面図であって、以上述べた負極側の構造体と同じく円形状であり、電極塗工工程によって完成した状態を示す。図3(d)に示すように、上外装金属板10と正極20とは正極20に含まれるバインダーによって固着している。
FIG. 3D is a cross-sectional view of the structure on the positive electrode side composed of the top and
[扁平型電池1の製造工程の組立工程の説明:図4〜図6]
次に図4〜図6を用いて扁平型電池1の組立工程を説明する。図4〜図6は扁平型電池1の組立工程を示す断面図及び外観図である。
[Description of Assembly Process of Manufacturing Process of Flat Battery 1: FIGS. 4 to 6]
Next, the assembly process of the
図4(a)に示すように、ディスペンサDを用いて、負極側の構造体の負極40に、電解液Esを含浸させる。同様に図4(b)に示すように、正極側の構造体の正極20に、電解液Esを含浸させる。同様に図4(c)に示すように、セパレータ30に電解液Esを含浸させる。
As illustrated in FIG. 4A, the
次に図4(d)に示すように、正極側の構造体の正極20と負極側の構造体の負極40とを、セパレータ30を介して向き合わせて重ねる。
Next, as shown in FIG. 4D, the
次に図4(e)に示すように、充電電源Jを用いて上外装金属板10と下外装金属板50の間に略4.2Vの直流電圧を印加する、すると正極20と負極40の間で初期充電が始まり、電解液の分解によりガスGが発生する。ガスGの発生が終了すると充電電源Jによる直流電圧の印加を終了する。
Next, as shown in FIG. 4E, a DC voltage of approximately 4.2 V is applied between the upper and
引き続き扁平型電池1の組立工程を説明する。図5(a)に示すように、正極側の構造体の正極20と負極側の構造体の負極40との重ね合わせを分離する。このときセパレータ30は負極40に重ね合わせたままとする。
Next, the assembly process of the
次に図5(b)に示すように、リング状の遮水性枠体60に、やはりリング状接着層70u及び接着層70dをそれぞれ重ねあわせ、重ねあわせた面をシアノアクリレート系接着剤を用いて仮止めする。
Next, as shown in FIG. 5 (b), the ring-shaped water-
次に図5(c)に示すように、遮水性枠体60と接着層70uと接着層70dとを仮止したものを高温槽Kに留置し略170℃で2時間放置する。
Next, as shown in FIG. 5 (c), the
すると図5(d)に示すように、上下面に接着層70u及び接着層70dを備えた円筒状の遮水性枠体60が完成する。
Then, as shown in FIG. 5D, a cylindrical water-
引き続き扁平型電池1の組立工程を説明する。図6(a)に示すように、再び正極側の構造体の正極20と負極側の構造体の負極40とをセパレータ30を介して張り合わせる。このとき上外装金属板10及び下外装金属板50の間に上下面に接着層70u及び接着層70dを備えた遮水性枠体60を挟みこむ。
Next, the assembly process of the
次に図6(b)に示すように、1対のリング状の加圧プレートPを用いて、矢印のように接着層70u及び接着層70dを備えた遮水性枠体60のところを加圧するとともに、略170℃にて約10秒加熱し、上外装金属板10と接着層70uとを、また下外装金属板50と接着層70dとを、各々熱溶着する。
Next, as shown in FIG. 6B, a pair of ring-shaped pressure plates P are used to press the portion of the water-
上記工程により、図6(c)に示す扁平型電池1が完成する。なお、図6(d)は扁平型電池1の斜視図であり、図1(b)のバリエーション例として外形が矩形の扁平型電池1が示されている。
Through the above steps, the
[扁平型電池1の複数の製造工程の説明:図7]
次に図7を用いて複数の扁平型電池1を一度に製造する方法を説明する。図7は複数の扁平型電池1を一度に製造する方法を説明する断面図であり、例として3個の扁平型電池1を一度に製造する場合について説明する。
まず図7(a)に示すように、下外装金属板集合母材50mpに集合塗工マスクSMbを装着する。集合塗工マスクSMbは一度に製造する扁平型電池1の数に応じて複数の開口部SMkを備えており、本実施形態では3個の開口部SMkを備えている。なお下外装金属板集合母材50mpは厚さ略200μmの銅にニッケルメッキを施したものを用い、集合塗工マスクSMbはアルミ等の金属材を用いる。
[Description of a plurality of manufacturing steps of the flat battery 1: FIG. 7]
Next, a method of manufacturing a plurality of
First, as shown in FIG. 7A, the collective coating mask SMb is attached to the lower exterior metal plate aggregate base material 50mp. The collective coating mask SMb is provided with a plurality of openings SMk according to the number of
次に図7(b)に示すように、下外装金属板集合母材50mpと3個の開口部SMkとで囲まれた空洞に、ディスペンサDを用いて、未硬化負極40Sを充填し、図7(c)に示す未処理負極40bとして硬化したのち集合塗工マスクSMbを外す。 Next, as shown in FIG. 7B, the cavity surrounded by the lower exterior metal plate assembly base material 50mp and the three openings SMk is filled with the uncured negative electrode 40S using the dispenser D. After curing as the untreated negative electrode 40b shown in 7 (c), the collective coating mask SMb is removed.
すると図7(c)に示すように、下外装金属板母材50pの上に所定の形状の3個の未処理負極40bが形成される。 Then, as shown in FIG. 7C, three untreated negative electrodes 40b having a predetermined shape are formed on the lower exterior metal plate base material 50p.
次に図7(d)に示すように、下外装金属板集合母材50mpの上に未処理負極40bが形成された状態で、高温槽K内で略200℃で加熱する。加熱する理由は扁平型電池1の場合と同様なので説明は省略する。
Next, as shown in FIG. 7 (d), the untreated negative electrode 40 b is formed on the lower exterior metal plate
次に図7(e)に示すように、未処理負極40bが所定の厚さになるように3個のプレスローラRを用いて未処理負極40bを圧縮する。圧縮する理由は扁平型電池1の場合と同様なので説明は省略する。また3個のプレスローラRに替えて3個の未処理負極40b一度に圧縮可能な加圧プレートを用い、3個の未処理負極40bをまとめて圧縮することも可能である。
Next, as shown in FIG. 7E, the untreated negative electrode 40b is compressed using three press rollers R so that the untreated negative electrode 40b has a predetermined thickness. The reason for compression is the same as in the case of the
次に図7(f)に示すように、裁断線cに沿って下外装金属板集合母材50mpを裁断し、所定の寸法の負極40と下外装金属板50とが固着して負極側の構造体が一度に3個完成する。
Next, as shown in FIG. 7 (f), the lower exterior metal plate assembly base material 50mp is cut along the cutting line c, and the
以上3個の扁平型電池1を一度に製造する製造工程の電極塗工工程について、負極側を例に説明したが、正極側についての電極塗工工程も負極側と同様なので説明は省略する。更に、こののちの組立工程については、すでに述べた扁平型電池1を単個製造する場合の組立工程と同様なので説明は省略する。
The electrode coating process in the manufacturing process for manufacturing the three
[第1の実施形態の扁平型電池1の効果説明:図1]
図1を用いて扁平型電池1の効果を説明する。図1に示すように、本実施形態の扁平型電池1においては、上外装金属板10と下外装金属板50とは、遮水性枠体60、接着層70u及び接着層70dを介して接着されている。
[Explanation of Effects of
The effect of the
この扁平型電池1の構造において、外部から水分が流入する経路は以下の様である。すなわち上外装金属板10、下外装金属板50及び遮水性枠体60の素材は金属なので水分の透過量は無視しうる。よって外部から扁平型電池1の内部に流入する水分は、接着層70u及び接着層70dの外部と接する領域のみからである。接着層70u及び接着層70
dの外部と接する領域は、接着層70u及び接着層70dの合計の高さ2Wと接着層70u及び接着層70dの円周の長さとで形成される領域である。すなわち、図1(a)に示す扁平型電池1の断面図において、外部から水分が流入する領域の断面積をVhとすると、Vh=2W×L=2×0.2×Lmm2=0.4Lmm2
、と表される。ここでW=200μm=0.2mmであって、Lは接着層70u及び接着層70dの円周の長さである。
In the structure of the
The region in contact with the outside of d is a region formed by the total height 2W of the
It is expressed as Here, W = 200 μm = 0.2 mm, and L is the circumferential length of the
一方、特許文献1に記載された従来技術では、この遮水性枠体60に該当する箇所には高分子材料のみが用いられている。よって扁平型電池1と同じ形状の従来技術を用いた扁平型電池においては、本実施形態で示した遮水性枠体60及び接着層70u及び接着層70dの全ての領域から水分が流入する可能性があるので、外部から水分が流入する領域の断面積をVjとすると、Vj=(B+2W)×L=1.3Lmm2、と表される。
On the other hand, in the prior art described in
一般に一方から他方に水分が流入する場合、水分の流入量は「水蒸気分圧差」と、「流入部分の材料特性」と、「流入する部分の断面積」に比例するので、前の2項目が同じ条件であれば、水分の流入量は「流入する部分の断面積」に比例する。 In general, when moisture flows from one to the other, the amount of moisture inflow is proportional to “water vapor partial pressure difference”, “material characteristics of the inflow portion”, and “cross-sectional area of the inflow portion”, so the previous two items are Under the same conditions, the inflow amount of water is proportional to the “sectional area of the inflow portion”.
すなわち、本発明の扁平型電池1における外部から水分が流入する領域の断面積は、同形状の従来技術による扁平型電池のそれの1/3倍以下であり、本発明による扁平型電池1の構造は外部からの水分の流入を減じ、信頼性を高める上で極めて有力な技術であるといえる。
That is, the cross-sectional area of the region where moisture flows from the outside in the
[第2の実施形態の扁平型電池2の説明:図8〜図9]
次に、図8〜図9を用いて、本発明の第2の実施形態である扁平型電池2について説明する。図8は扁平型電池2の構造を示す断面図であり、図9は図8の部分的な構造を拡大して示す断面図である。
[Description of
Next, the
第2の実施形態である扁平型電池2は、第1の実施形態である扁平型電池1と比べて、遮水性枠体60を上外装金属板10及び下外装金属板50に接合する方法が異なる。すなわち、扁平型電池1においては、遮水性枠体60は熱可塑性の変性ポリプロピレンによる接着層70u及び接着層70dを用いて上外装金属板10及び下外装金属板50に熱溶着したが、扁平型電池2では遮水性枠体60は接着層71u及び接着層71dを用いて上外装金属板10及び下外装金属板50に接着されている。
Compared with the
図8に示すように、遮水性枠体60は接着層71u及び接着層71dによって、上外装金属板10及び下外装金属板50と接合されている。その他の要素は扁平型電池1と同等なので説明は省略する。
As shown in FIG. 8, the water-
図9を用いて扁平型電池2の接着層71u及び接着層71dの周辺の構造を詳述する。図9は、下外装金属板50と接着層71dと遮水性枠体60との接着部を拡大して説明する断面図である。図9に示すように下外装金属板50と遮水性枠体60とは接着層71dを介して接着されている。
The structure around the adhesive layer 71u and the adhesive layer 71d of the
接着層71dはスペーサ72と接着剤73とからなり、スペーサ72は遮水性枠体60と下外装金属板50とを電気的に絶縁し、かつ遮水性枠体60と下外装金属板50の接着面の間隔Bsを精緻に保つための直径0.1mm〜10μmのガラスビーズである。また、接着剤73は、下外装金属板50と遮水性枠体60とスペーサ72とを接合する電気的絶縁性を有する接着剤であって、本実施形態では反応型アクリル系接着剤を用いたが他にも利用可能な接着剤が存在する。
The adhesive layer 71d includes a
なお上外装金属板10と接着層71uと遮水性枠体60との接着部についても同等なので説明は省略する。また、第2の実施形態の扁平型電池2の他の構造及び要素は、第1の実施形態の扁平型電池1と同等なので、説明は省略する。
In addition, since it is equivalent also about the adhesion part of the upper
[第2の実施形態の効果の説明:図8〜図9]
図8〜図9を用いて扁平型電池2の効果を説明する。図8〜図9に示すように、本実施形態の扁平型電池2においては、接着層71u及び接着層71dはともにスペーサ72と接着剤73とで構成されているので、遮水性枠体60と上外装金属板10及び下外装金属板50との接合面の電気的かつ構造的信頼性が高い。
[Description of Effects of Second Embodiment: FIGS. 8 to 9]
The effect of the
さらに、扁平型電池2の第1の効果は、接着層71u及び接着層71dはスペーサ72を備えているので、上外装金属板10と遮水性枠体60の間隔Bs及び下外装金属板50と遮水性枠体60の間隔Bsは、10μm程度まで小さくかつ精緻に保つことが可能となる。間隔Bsが小さければより水分の流入量が減少し、扁平型電池としての寿命や信頼性が向上する。さらに上外装金属板10と遮水性枠体60及び下外装金属板50と遮水性枠体60の電気的絶縁性が確保される。
Further, the first effect of the
扁平型電池2の第2の効果は、上外装金属板10と遮水性枠体60及び下外装金属板50と遮水性枠体60との接着面のシール幅Bnを500〜1000μm程度まで狭くできることである。接着層71u及び接着層71dが10μm程度の微細なスペーサ72を備えることによって、上外装金属板10と遮水性枠体60の間隔Bs及び下外装金属板50と遮水性枠体60の間隔Bsは10μm程度まで狭くすることが可能なので、間隔Bsにおける接着剤73の量が少なくなる。一般に接着剤の量は少ないほど接着強度が上がるので、上外装金属板10と遮水性枠体60及び下外装金属板50と遮水性枠体60との接着面の接着強度は更に高まる。
The second effect of the
この結果、上外装金属板10と遮水性枠体60及び下外装金属板50と遮水性枠体60との接合面のシール幅Bnを、通常の電池におけるシール幅5000μmより大幅に狭い500〜1000μm程度に減少することが可能となり、シール幅Bnの減少によって正極20及び負極40の大きさを拡大できるので、扁平型電池2の容量が増加する。
As a result, the seal width Bn of the joint surface between the upper
[第3の実施形態の構造説明図10〜図11]
次に図10〜図11を用いて、本発明の第3の実施形態である扁平型電池3について説明する。図10は扁平型電池4の構造を示す断面図であり、図11は図10の部分的な構造を拡大して示す断面図である。
[Structural Explanation of Third Embodiment FIGS. 10 to 11]
Next, the
第3の実施形態である扁平型電池3は、第2の実施形態である扁平型電池2と比べて、上外装金属板1及び、下外装金属板51及び、遮水性枠体61のそれぞれが、接着層74u及び接着層74dと接する面に粗面化した領域を設けたことが異なる。
図10に示すように、遮水性枠体61は接着層74u及び接着層74dによって上外装金属板11及び下外装金属板51に接着されている。その他の要素は扁平型電池2と同等なので説明は省略する。
The
As shown in FIG. 10, the water-
図11を用いて扁平型電池3の上外装金属板11及び、遮水性枠体61及び、下外装金属板51の構造を詳述する。図11は、下外装金属板51と接着層74dと遮水性枠体61の接合部を拡大して説明する断面図である。図11に示すように下外装金属板51と遮水性枠体61には表面が粗面化した粗面化領域Rsと平坦化領域Rhが1カ所ずつ形成されている。粗面化領域Rsでは算術平均粗さが平坦化領域よりも大きく、接着剤73との接着面積が大きくなっている。
The structure of the upper and
なお上外装金属板11と接着層74uと遮水性枠体61との接着部についても同様なので詳細は省略する。また、第3の実施形態の扁平型電池の他の構造および要素は、第2の実施形態の扁平型電池2と同等なので、説明は省略する。
Since the same applies to the bonded portions of the upper
[第3の実施形態の効果の説明:図10〜図11]
図10〜図11を用いて扁平型電池3の効果を説明する。図10〜図11に示すように、本実施形態の扁平型電池3においては、上外装金属板11及び遮水性枠体6及び下外装金属板51は共に粗面化領域Rsを有しているので構造的信頼性が高い。
扁平型電池3の第1の効果は粗面化領域Rsの算術平均粗さが大きいため接着剤73との接着力を高くする事が可能となる。接着力が高い程充放電に伴う正極20や負極40体積変化に対する耐性が高く信頼性に優れている。
[Description of Effects of Third Embodiment: FIGS. 10 to 11]
The effect of the
The first effect of the
粗面化領域では密着力は向上するものの、図11に示すように、スペーサ72を配置する場合には、粗面化領域Rsでのスペーサ72は下外装金属板51及び遮水性枠体61と接触せず、下外装金属板51と遮水性枠体61間の高さが安定しない。そこで扁平型電池3ではこの粗面化領域Rsの他に平坦化領域Rhを設けているため、下外装金属板51及びスペーサ72及び遮水性枠体が確実に接触するようになり、高さW1はスペーサ72の直径と略同じ値で安定する。その為、スペーサ72を配置する場合には、平坦化領域Rhを設けた方が、正極20と負極40の間隔が均一に形成され、信頼性の高い扁平型電池3とすることが可能となる。
Although the adhesion force is improved in the roughened region, as shown in FIG. 11, when the
この結果、上外装金属板11と遮水性枠体61及び下外装金属板51と遮水性枠体61との接合面のシール幅Bnを、さらに減少させる事が可能となり、シール幅Bnの減少によって正極20及び負極40の大きさを拡大できるので、扁平型電池3の容量が増加する。
As a result, it becomes possible to further reduce the seal width Bn of the joint surface between the upper
また、本実施形態では、上外装金属板11、下外装金属板51、遮水性枠体61の接着面に粗面化領域Rsと平坦化領域Rhを設けたが、上外装金属板11と遮水性枠体61を接合させる接着面の少なくとも一部と、下外装金属板51と遮水性枠体61を接合させる接着面の少なくとも一部のうち、一方又は両方に、粗面化領域Rsを設けても構わない。
In this embodiment, the roughened region Rs and the flattened region Rh are provided on the bonding surfaces of the upper and
[第4から第7の実施形態の構造説明:図12〜図13]
次に図12〜図13を用いて、本発明の第4の実施形態である扁平型電池4について、第5の実施形態である扁平型電池5について、第6の実施形態である扁平型電池6について、及び第7の実施形態である扁平型電池7について、それぞれ説明する。図12は扁平型電池4の構造を示す断面図であり、図13は扁平型電池5、扁平型電池6及び扁平型電池7の構造を示す断面図である。
[Structure Explanation of Fourth to Seventh Embodiments: FIGS. 12 to 13]
Next, with reference to FIGS. 12 to 13, the
本発明の第4〜第7の実施形態である扁平型電池4〜扁平型電池7の特徴は、第2の実施形態である扁平型電池2と比べて、遮水性枠体60と下外装金属板50との接合方法が異なる。
The
すなわち、扁平型電池2では、透水性枠体60は接着層71u及び接着層71dが含有する接着剤73を用いて下外装金属板50に接着したが、図12に図示した扁平型電池4では、遮水性枠体61は下外装金属板50に直接接合されている。なお「直接結合」とは2つの材料が各々の素材の分子あるいは原子レベルで、または各々の素材にスパッタリング等の手法で注入された別の素材の分子あるいは原子レベルで、結合する状態を表す。
That is, in the
図12を用いて本発明の第4の実施形態である扁平型電池4の構造を詳述する。図12は、第4の実施形態である扁平型電池4の構造例を示す断面図である。図12示すように
遮水性枠体61はステンレスを用い底面がL字型になるように形成されており、下外装金属板50と溶接法により、溶接部DJ部において直接接合されている。扁平型電池4のその他の構造及び要素は第2の実施形態である扁平型電池2と同等なので説明は省略する。
The structure of the
次に図13(a)を用いて第5の実施形態である扁平型電池5の構造を説明する。図13(a)は扁平型電池5の構造を説明する断面図である。図13(a)に示すように遮水性枠体62はセラミック材を用いて形成され、下外装金属板50と金属ろう付法により、金属ろう付部KRにおいて直接結合されている。扁平型電池5のその他の構造及び要素は第2の実施形態である扁平型電池2と同等なので説明は省略する。
Next, the structure of the
次に図13(b)を用いて第6の実施形態である扁平型電池6の構造を説明する。図13(b)は扁平型電池6の構造を示す断面図である。図13(b)示すように遮水性枠体63はガラス材を用い形成され、下外装金属板50と加熱溶着法により、加熱溶着部HRにおいて直接結合されている。扁平型電池6のその他の構造及び要素は第2の実施形態である扁平型電池2と同等なので説明は省略する。
Next, the structure of the
次に図13(c)を用いて第7の実施形態である扁平型電池7の構造を説明する。図13(c)は扁平型電池7の構造を示す断面図である。図13(c)示すように遮水性枠体は、下外装金属板50と一体に形成されている。扁平型電池7のその他の構造及び要素は第2の実施形態である扁平型電池2と同等なので説明は省略する。図13(c)では、遮水性枠体は、下外装金属板50と一体に形成したが、上外装金属板10と一体に形成する構成でも構わない。
Next, the structure of the
[第4〜第7の実施形態の扁平型電池4〜7の効果の説明:図12〜図13(c)]
図12を用いて扁平型電池4の効果を説明する。図12に示すように、遮水性枠体61と下外装金属板50とは溶接法により金属組織間で直接接合するので、結合個所である溶接部DJ部の接合強度が向上し、扁平型電池4の機械的耐久性を高めることができる。
[Description of Effects of
The effect of the
さらに、第1の実施形態である扁平型電池1及び第2の実施形態である扁平型電池2と比べ、外部からの水分の流入経路が一か所減るので、信頼性の高い扁平型電池を実現できる。
Furthermore, compared with the
図13(a)から図13(c)を用いて扁平型電池5〜7の効果を説明する。図13(a)及び図13(b)に示すように、遮水性枠体62、63と下外装金属板50とは金属ろう付法や加熱溶着法により直接接合される。また、図13(c)に図示するように、遮水性枠体と下外装金属板50とが一体に形成されているので外部からの水分の流入経路が一か所減るとともに、上外装金属板10と下外装金属板50との電気的絶縁性が確保されるので、信頼性の高い扁平型電池を実現できる。
The effects of the
なお、第4から第7の実施形態では、第2の実施形態で説明したスペーサ72を含有する接着層71uを用いたが、第1の実施形態で説明したスペーサ72を含まない接着層70uを用いても構わない。また、第3の実施形態で説明したように、上外装金属板10と遮水性枠体62、63との接着面に粗面化領域Rsと平坦化領域Rhを設けても構わない。
In the fourth to seventh embodiments, the adhesive layer 71u containing the
[第8の実施形態の構造説明]
次に図14〜図15を用いて、本発明の第8の実施形態である扁平型電池8について説明する。図14は扁平型電池8の構造を示す断面図であり、図15は組み立て方法を示す断面及び平面図である。
[Description of Structure of Eighth Embodiment]
Next, the
第8の実施例である扁平型電池8は、第1の実施形態である扁平型電池1と比べて、断熱リング80追加で形成されている点が異なる。すなわち、扁平型電池1においては遮水性枠体60と正極20及び負極40及びセパレータ30の間は空隙であるが、扁平型電池8では断熱リング80が形成されている。
The
図14に示すように、断熱リング80は接着層70u及び接着層70d及び遮水性枠体60と正極20及びセパレータ30及び負極40との間に形成されている。断熱リング80の材質はポリプロピレン等の熱伝導性が低く絶縁性があるものであればよい。その他要素は扁平型電池1と同等なので説明は省略する。
As shown in FIG. 14, the
[扁平型電池8の組み立て工程の説明:図15]
図15を用いて扁平型電池8の製造方法について説明する。図15(a)は扁平型電池8の組み立て工程を示す上面図を示し図15(b)は(a)のB−B’断面図である。扁平型電池1では上外装金属板10、接着層70u、遮水性枠体60、接着層70d、下外装金属板50の順に重ね合わせた後、加熱プレートPを用いて上下方向から熱を加えているが、扁平型電池8では図15(a),(b)に示すように溶着ヘッド110が矢印方向に動き遮水性枠体60の外周部と接触させる。溶着ヘッド110は加熱されており、遮水性枠体60を経由して接着層70u及び接着層70dを溶解させ上外装金属板10及び下外装金属板50と遮水性枠体60を接着させる。その他製造方法は扁平型電池1と同等なので説明は省略する。
[Description of assembly process of flat battery 8: FIG. 15]
A method for manufacturing the
[第7の実施形態の効果の説明図14〜図15]
図14〜図15を用いて扁平型電池8の効果を説明する。図14〜図15に示すように、断熱リング80が形成されているので溶着ヘッド110からの熱は正極20及びセパレータ30及び負極40に伝わりづらい。扁平型電池1では上下方向から熱を加えているため、熱伝導性の高い上外装金属板10及び下外装金属板50を経由して正極20や負極40へ熱が伝わり含侵している電解液を揮発させてしまう恐れがあった。しかし扁平型電池8では遮水性枠体60が十分に加熱されたとしても断熱リング80があるので正極20及びセパレータ30及び負極40に熱が伝わるのを大幅に抑制しており、初期特性の高い扁平型電池を実現できる。
[Explanation of Effects of Seventh Embodiment FIGS. 14 to 15]
The effect of the
なお、第8の実施形態では、第1の実施形態で説明したスペーサを含有しない接着層70u、70dを用いたが、第2の実施形態で説明したスペーサ72を含む接着層71u、71dを用いても構わない。また、第3の実施形態で説明したように、上外装金属板10と遮水性枠体62、63との接着面に粗面化領域Rsと平坦化領域Rhを設けても構わない。
In the eighth embodiment, the
この発明によれば、扁平型電池を更に薄くすることができるので、カード型あるいはシート型電子装置の二次電池への応用として最適である。 According to the present invention, since the flat battery can be made thinner, it is optimal as an application to a secondary battery of a card type or sheet type electronic device.
1、2,3、4、5 扁平型電池
10 上外装金属板
20 正極
30 セパレータ
40 負極
40b 未処理負極
40S 未硬化負極
50 下外装金属板
50p 下外装金属板母材
50mp 下外装金属板集合母材
60、61、62、63 遮水性枠体
70u、70d、71u、71d、74u、74d 接着層(樹脂封止材)
72 スペーサ
73 接着剤
110 溶着ヘッド
B 遮水性枠体の高さ
Bs 間隔
Bn シール幅
c 裁断面
DJ 直接結合部
D ディスペンサ
Es 電解液
G ガス
J 充電電源
K 高温槽
L 円周の長さ
KR 金属ろう付部
HR 加熱溶着部
P 加圧プレート
R プレスローラ
SM 塗工マスク
SMb 集合塗工マスク
SMk 開口部
Vh、Vj 水分が流入する領域の断面積
Y 溶剤
W 接着層の高さ
100 薄型電池
101 正極端子板
101’ 負極端子板
102 絶縁性の熱接着樹脂
104 負極部
1, 2, 3, 4, 5
50mp lower exterior metal plate
72
Claims (7)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015164883 | 2015-08-24 | ||
| JP2015164883 | 2015-08-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017045710A true JP2017045710A (en) | 2017-03-02 |
Family
ID=58210436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015248422A Pending JP2017045710A (en) | 2015-08-24 | 2015-12-21 | Flat battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017045710A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2022551423A (en) * | 2019-09-25 | 2022-12-09 | インキューブ ラブズ, エルエルシー | Small form factor battery with high power density |
| JP2023503030A (en) * | 2019-11-25 | 2023-01-26 | ゼリオン アドバンスド バッテリー コーポレイション | self packaged battery |
| CN119361925A (en) * | 2024-12-25 | 2025-01-24 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | Battery shell, battery and battery module |
-
2015
- 2015-12-21 JP JP2015248422A patent/JP2017045710A/en active Pending
Cited By (4)
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| CN119361925A (en) * | 2024-12-25 | 2025-01-24 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | Battery shell, battery and battery module |
| CN119361925B (en) * | 2024-12-25 | 2025-03-18 | 蜂巢能源科技股份有限公司 | Battery casing, battery and battery module |
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