JP4508199B2

JP4508199B2 - リード用シーラントフィルム及び非水電解質電池

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Description

本発明は、リード用シーラントフィルム及び非水電解質電池に係り、更に詳細には、電極端子リードを封止するのに用いられるリード用シーラントフィルム、及びこれを用いた非水電解質電池の改良に関する。

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研究開発が活発に進められている。

このような形状自在な電池の電解質として固体化した電解液の研究は盛んであり、特に可塑剤を含んだ固体電解質であるゲル状の電解質や高分子にリチウム塩を溶かし込んだ高分子固体電解質が注目を浴びている。
一方で、こうした電池の薄型軽量というメリットを生かすべく、プラスチックフィルムやプラスチックフィルムと金属を貼り合わせたいわゆるラミネートフィルムを用いて封入するタイプの電池が種々検討されている。このような電池では、いかにして金属缶同等以上の密封信頼性を確保できるかが重要な課題の一つとなっている。

例えば、従来の電池のように、外装が樹脂単体で形成されたプラスチックフィルムにより構成されていると（特許文献１参照）、水分が樹脂を透過して侵入したり、電解液が樹脂を透過して揮発するという不都合を免れない。したがって、樹脂単体で形成されたプラスチックフィルムは、有機溶媒系の固体電解質を利用した電池への使用には適さない。
特開昭５６−７１２７８号公報

このような不都合を解消するには、外装フィルムの構成に金属箔を含むアルミニウムラミネートパック等の採用が効果的であるが、この場合、短絡が大きな問題となる。
例えば、外装の熱融着界面より短冊状の電極端子が取り出されることになるが、このとき、取り出し口の端面に露出する外装材の金属箔の端面、又は適切な温度範囲、圧力範囲を超えた熱融着を行った際に樹脂が流動して露出した金属箔の表面と上記電極端子が接触し、短絡を起こす。

これに対し、耐熱層を他の樹脂層で挟持した３層構造を有するシーラントフィルムが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５参照）。
特開２０００−２６８７８９号公報特開２００４−０９５５４３号公報特開２００２−２４５９８８号公報特開２００２−２１６７２０号公報

しかしながら、かかる従来技術において、特許文献２、特許文献３及び特許文献４に記載の電池にあっては、各樹脂層の融点が規定されておらず、構成樹脂が同一系のものでもないので、３層構造を形成する際には、低融点の樹脂（層）と高融点の樹脂（層）を接着剤で貼付しなければならない。よって、シーラントフィルムを形成する際と、最終的に電池をシールする際の２回に亘って熱履歴を被ることになるので、電池を高温環境下で保存することを考慮すると、上記接着剤の電解液によるデラミネーションが懸念される。

一方、特許文献５に記載の電池では、同じ系の樹脂を押し出しラミネートすることが開示されているが、使用するフィルムは、片側に必ず電子線架橋を施したフィルムであり、コストアップに繋がる。

本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、接着剤が不要で信頼性の高い封止性と耐短絡性を併有し、低コストなリード用シーラントフィルム及び非水電解質電池を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の融点差を有する酸変性ポリプロピレンを用いた積層構造を採用することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明のリード用シーラントフィルムは、非水電解質電池の電極端子リードを封止するのに用いられるリード用シーラントフィルムにおいて、
共押し出しされた内層、中間層及び外層から成るラミネート構造を有し、
上記中間層が高融点の酸変性ポリプロピレンから成るとともに、上記内層及び上記外層が低融点の酸変性ポリプロピレンから成り、
上記高融点酸変性ポリプロピレンと上記低融点酸変性ポリプロピレンとの融点の差が、２０〜２５℃であり、
上記高融点酸変性ポリプロピレンの融点が１５０〜１６８℃であり、上記低融点酸変性ポリプロピレンの融点が１３０〜１４８℃である。

また、本発明の非水電解質電池は、正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子と、ラミネートフィルムから成り上記電池素子を包装する電池素子外装材と、上記正極と上記負極の電極端子リードを外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装材を封止した熱融着部と、を有する非水電解質電池において、
上記電極端子リードは、上記熱融着部の対応する位置においてリード用シーラントフィルムによって被覆されており、
上記リード用シーラントフィルムが、共押し出しされた内層、中間層及び外層から成るラミネート構造を有し、
上記中間層が高融点の酸変性ポリプロピレンから成るとともに、上記内層及び上記外層が低融点の酸変性ポリプロピレンから成り、
上記高融点酸変性ポリプロピレンと上記低融点酸変性ポリプロピレンとの融点の差が、２０〜２５℃であり、
上記高融点酸変性ポリプロピレンの融点が１５０〜１６８℃であり、上記低融点酸変性ポリプロピレンの融点が１３０〜１４８℃であり、
上記低融点酸変性ポリプロピレンの融点と、上記電池素子外装材の少なくとも内層を形成する樹脂の融点との差が０〜１０℃である。

本発明によれば、所定の融点差を有する酸変性ポリプロピレンを用いた積層構造を採用することとしたため、接着剤が不要で信頼性の高い封止性と耐短絡性を併有し、低コストなリード用シーラントフィルム及び非水電解質電池を提供することができる。

以下、本発明のリード用シーラントフィルム及び非水電解質電池につき、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本明細書において、濃度、含有量及び配合量などのついての「％」は、特記しない限り質量百分率を表すものとする。

本発明の非水電解質電池は、例えば、固体電解質電池やゲル状電解質電池であり、その実施形態は、図１及び図２に示すように、正極活物質層と負極活物質層との間に固体電解質、又はゲル状電解質を配設してなる電池素子１をラミネートフィルムから成る電池素子外装材２に収容し、周囲を熱融着することにより封入されて成るものである。
上記電池素子１には、電池素子１を構成する負極と電気的に接続される負極端子リード３、及び正極と電気的に接続される正極端子リード４が設けられており、電極端子リードの一例であるこれら負極端子リード３、正極端子リード４は、外装材２の外方へと引き出されている。

そして、本実施形態の非水電解質電池においては、電池素子１を封入する際に、外装材２の熱融着部に挟まれて外装材２の外部に露出する負極端子リード３、正極端子リード４は、少なくともラミネートフィルムに挟持され熱融着される部分が、耐透湿性を損なうことなく端子金属との十分な密着性及びラミネートフィルム最内層との十分な密着性を得るために、リード用シーラントフィルムにより被覆されている。

この構造を図３に示す。外装材２は、例えば外装保護層２１、アルミニウム層２２及び熱融着層（ラミネート最内層）２３の３層から成り、周囲を熱融着することにより封止される。従って、外装材２の周囲が所定の幅で熱融着部２ａとされ、この部分の熱融着層２３同士が互いに熱融着されることになる。
この結果、上記負極端子リード３や正極端子リード４は、この熱融着部２ａを横切って外装材２の外部に引き出される。

本発明では、これら負極端子リード３や正極端子リード４の上記熱融着部２ａと対応する位置に、リード用シーラントフィルム６を被覆する。
図４は、負極端子リード３を例として、この被覆構造を示すものであり、負極端子リード３は、先ず下塗層５により被覆され（省略することも可能）、さらにその外側がシーラントフィルム６により被覆されている。

本実施形態において、シーラントフィルム６は、それぞれが３層構造を有する上下２枚の樹脂層６１，６２から成り、これら２枚の樹脂層６１，６２の間に負極端子リード３を挟み込み、互いに熱融着されている。
ここで、樹脂層６１は負極端子リード３の一方の主面３ａと接しており、樹脂層６２は負極端子リード３の他方の主面３ｂと接しているが、少なくとも一方の主面３ａと接する樹脂層６１は、図５に示すように、負極端子リード３の形状に倣って変形しており、その表面を見たときに負極端子リード３の形状を反映した凹凸形状を呈している。

このような被覆状態とすることで、負極端子リード３のシーラント樹脂６への食い込みが僅かなものとなり、例えば負極端子リード３にバリ３ｃが発生していたとしても、これがシーラントフィルム６（特に樹脂層６２）を突き破って短絡することはない。
また、シーラントフィルム６がバリの周囲や負極端子リード３の両側縁に沿った部分にも十分に流れ込んでおり、封止を阻害するような欠陥が発生することもなく、十分な封止性が確保されている。

このような被覆状態を得るためには、弾性体を設けた熱融着装置を用いる。
図６は、電極端子リードをシーラントフィルムで被覆する際に用いられる熱融着装置の一例を示すものである。
この熱融着装置は、上下一対のヒーターヘッド支持基板１１，１２を有し、これらが支柱１３によって支持され、所定の間隔で対向配置されている。
そして、一方のヒーターヘッド支持基板１１は、装置自体の支持台としての役割を果たすものであり、ここに一方のヒーターヘッド１４が固定状態で取り付けられている。

他方のヒーターヘッド支持基板１２は、もう一方のヒーターヘッド１５を上下動可能な状態で支持するものであり、ヒーターヘッド１５を降下させることにより被熱融着物をヒーターヘッド１４，１５間に挟み込むようになっている。
上記ヒータヘッド支持基板１２上には、上記ヒーターヘッド１５に加圧力を付与するためのポンプ１６が設置されている。このポンプ１６は、加圧力を調整するための圧力調整ハンドル１７を備えており、これにより被融着物に加える圧力を調整することが可能である。

その他、上記ヒーターヘッド支持基板１２には、加圧力を表示するための圧力計１８や、下ヒーター温度制御パネル１９、上ヒーター温度制御パネル２０等が設けられている。
以上が熱融着装置の基本構成であるが、本発明では、少なくとも一方のヒーターヘッド（ここではヒーターヘッド１５）の被融着物との対向面に弾性体３０を設け、良好な熱融着を実現し得るようにしている。

上記弾性体３０は、融点が１００℃以上の材料から構成することが好ましく、例えば、シリコンゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステル等が使用可能である。また、弾性体３０の厚さは、１０μｍ〜２ｃｍとすることが好ましい。特に、電極端子リードの厚さ以上（概ね０．１ｍｍ以上）の厚さの弾性体とすることで、その効果は顕著なものとなる。

上記ヒーターヘッド１５表面の弾性体３０は、電極端子リードの両側縁に沿った部分にも効果的に圧力を伝えることができ、この部分に生じ易い封止性能を阻害するトンネル状の空間が生じないよう樹脂を流し込む作用がある。弾性体３０が無いと、電極端子リードの両側縁に沿った部分に圧力を伝えるためにより高い圧力を融着面に与えねばならず、このとき電極端子リードが必然的に有しているバリが露出することがあり、このバリが外装フィルムの金属箔と接触して短絡を発生させる。

図７は、上記弾性体３０を設けたヒーターヘッド１４，１５によるリード用シーラントフィルム６の加圧状態を示すものである。
負極端子リード３の両面にリード用シーラントフィルム６を構成する樹脂層６１，６２を配し、ヒーターヘッド１４，１５で挟み込んで加圧・加熱すると、弾性体３０は負極端子リード３の形状に倣って変形し、これに追従して樹脂層６１も変形する。従って、熱融着後には、樹脂層６１は負極端子リード３の形状に倣って変形し、外観上、負極端子リード３形状を反映した凹凸形状を呈する。

このようにヒーターヘッド１５の表面に弾性体３０を設けることで、負極端子リード３に過剰な圧力が付与されることがなくなり、バリ３ｃによる破膜が抑制される。
また、シーラントフィルム６は、バリ３ｃや負極端子リード３の両側縁に沿った部分にも十分に流れ込み、封止性が損なわれることもない。
なお、上記のような弾性体を設けた熱融着装置は、電極端子リードへのリード用シーラントフィルムの熱融着ばかりでなく、外装材の周囲の熱融着にも適用することができる。

次に、リード用シーラントフィルム６について説明する。
上記リード用シーラントフィルム６は、基本的には、内層、中間層及び外層から成る３層の積層構造を有する。そして、中間層は、高融点の酸変性ポリプロピレンから成り、内層及び外層は、低融点の酸変性ポリプロピレンから成る。
また、本発明のシーラントフィルムにおいて、高融点ポリプロピレンと低融点ポリプロピレンとの融点の差は、２０〜２５℃である。

ここで、酸変性ポリプロピレンは、電極端子リードとの接着性と外装材との良好な熱融着を兼備するものであり、無水マレイン酸で変性したもので分子量が１万以上のものを好適に用いることができる。

また、高融点ポリプロピレンとは、融点が１５０〜１６８℃程度のポリプロピレンを意味し、低融点ポリプロピレンとは、融点が１３０〜１４８℃程度ポリプロピレンを意味するものとする。
高融点ポリプロピレンの融点が１５０℃未満では、低融点ポリプロピレンとの融点差が小さく、熱でシールする際に短絡が発生することがあり、高融点ポリプロピレンの１６８℃を超える融点に関しては、現在これ以上融点の高いポリプロピレンは存在しない。同じ系統の材料を用いた共押し出し製法では不向きとなる。
一方、低融点ポリプロピレンの融点が１３０℃未満では、ユーザーがごくまれに高温環境（例えば、車のダッシュボード上やファンヒータの噴出し口の前など）に電池パックを置くことがあるのを想定すると、シール部の信頼性を完全には保証できないことがあり、１４８℃を超えると、上記高融点ポリプロピレンとの融点差が小さくなり、低融点ポリプロピレンに合わせてシール温度を設定することから、結果的に短絡が発生することがある。

なお、両ポリプロピレンの融点差（ΔＭｐ）が２０℃未満では、短絡防止効果が乏しく、２５℃を超えると、共押し出しでは製膜できず、接着剤を用いて各々のフィルムを貼り合わせることになり、接着剤層に起因するデラミネーションが発生する可能性が高くなる。

本発明では、上述の高融点ポリプロピレンと低融点ポリプロピレンとの融点差を２０〜２５℃としたことにより、上記の３層構造を形成するのに各層を貼付するための接着剤（層）が不要であり、共押出により、３層構造を有するリード用シーラントフィルムを容易に作製でき、低コストを実現することができる。
また、このように接着剤層が不要であることは、電解液によるデラミネーションの懸念が無く、信頼性の高い非水電解質電池を実現できることを意味する。

更に、本発明では、外装材の少なくとも内層を構成する樹脂、例えばＣＰＰ（無延伸ポリプロピレン）樹脂の融点と、低融点ポリプロピレンとの融点との差（Δｍｐ）を０〜１０℃とする。
このように、シーラントフィルムだけではでなく、外装材であるアルミラミネートフィルムのＣＰＰの融点まで考慮することによって、製造時の耐短絡性を向上でき、電子線架橋を施したフィルムを使用せずに低コスト化を実現できる。
この融点差が１０℃を超えると、シール時に、外装材であるアルミラミネートフィルムなどのＣＰＰの融点にまで温度を上げるため、短絡防止用に構成している３層のリード用シーラントの高融点ポリプロピレンを溶かし始めることがあり、短絡防止効果が低下することがある。

次に、上記リード用シーラントフィルム６の外装材２からのはみ出し量であるが、外装材２を構成する金属薄膜（アルミニウム層２２）との接触による短絡等を考慮すると、シーラントフィルム６の外装材２からのはみ出し長さが、外装材２の厚さ以上であることが好ましい。
当該はみ出し量には、特に上限はなく、例えば端子リードの端面において外部回路との接続を図るような装置構成とすれば、端子リードの全面が上記リード用シーラントフィルム６で覆われていてもよい。但し、接続のし易さ等を考えると、端子リードが０．５ｍｍ以上露出していることが好ましい。

また、上記リード用シーラントフィルム６の厚みは、１０〜５００μｍであることが好ましい。シーラントフィルム６の厚さが薄すぎると、目的とする効果を十分に得ることができない。逆に厚すぎると、段差となって良好な熱融着が難しくなる。
シーラントフィルム６の電極端子リードへの接着は、独立した工程として行ってもよいし、外装材２の周囲を熱融着する際に同時に行ってもよい。

また、例えば、図３に示す例では、端子リードに個別にリード用シーラントフィルム６を形成しているが、図８に示すように、複数の端子リードを一括してリード用シーラントフィルム６で覆うようにしてもよい。
上記シーラントフィルム６は、１枚のフィルムとし、これを電極端子リードに巻回してもよいし、２枚のフィルムによって電極端子リードを挟み込むようにしてもよい。

一方、上記素電池１であるが、例えば固体電解質電池、又はゲル状電解質電池を考えた場合、高分子固体電解質に使用する高分子材料としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリフォスファゼン変性ポリマー、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、及びこれらの複合ポリマーや架橋ポリマー、変性ポリマー等、又はフッ素系ポリマーとして、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏヘキサフルオロプロピレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−テトラフルオロエチレン）、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−トリフルオロエチレン）などおよびこれらの混合物が各種使用できるが、勿論、これらに限定されるものではない。

正極活物質層若しくは負極活物質層に積層されている固体電解質、又はゲル状電解質は、高分子化合物と電解質塩と溶媒、（ゲル電解質の場合は、さらに可塑剤）から成る溶液を正極活物質層又は負極活物質層に含浸させ、溶媒を除去し固体化したものである。
正極活物質層若しくは負極活物質層に積層された固体電解質、又はゲル状電解質は、その一部が正極活物質層又は負極活物質層に含浸されて固体化されている。架橋系の場合は、その後、光または熱で架橋して固体化される。

ゲル状電解質は、リチウム塩を含む可塑剤と２％〜３０％のマトリクス高分子から成る。
このとき、エステル類、エーテル類、炭酸エステル類などを単独又は可塑剤の一成分として用いることができる。
ゲル状電解質を調製するに当たり、このような炭酸エステル類をゲル化するマトリクス高分子としては、ゲル状電解質を構成するのに使用されている種々の高分子が利用できるが、酸化還元安定性から、たとえばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。

高分子固体電解質は、リチウム塩とそれを溶解する高分子化合物から成り、高分子化合物としては、ポリ（エチレンオキサイド）や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系、アクリレート系、ポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子などを単独で又は混合して用いることができるが、酸化還元安定性から、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）やポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。

このようなゲル状電解質又は高分子固体電解質に含有させるリチウム塩として通常の電池電解液に用いられるリチウム塩を使用することができ、リチウム化合物（塩）としては、例えば以下のものが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
例えば、塩化リチウム臭化リチウム、ヨウ化リチウム、塩素酸リチウム、過塩素酸リチウム、臭素酸リチウム、ヨウ素酸リチウム、硝酸リチウム、テトラフルオロほう酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、酢酸リチウム、ビス（トリフルオロメタンスルフォニル）イミドリチウム、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＣＦ _３ＳＯ _３、ＬｉＣ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_３、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＬｉＳｉＦ_６等を挙げることができる。
これらリチウム化合物は単独で用いても複数を混合して用いてもよいが、これらの中でＬｉＰＦ_６、ＬｉＢＦ_４が酸化安定性の点から望ましい。

リチウム塩を溶解する濃度として、ゲル状電解質なら、可塑剤中に０．１〜３．０モルで実施できるが、好ましくは０．５から２．０モル／リットルで用いることができる。

本発明の非水電解質電池は、上記のようなゲル状電解質又は固体電解質を使用する以外は、従来のリチウムイオン電池と同様に構成することができる。
即ち、リチウムイオン電池を構成する場合の負極材料としては、リチウムをドープ、脱ドープできる材料を使用することができる。このような負極の構成材料、例えば難黒鉛化炭素系材料や黒鉛系材料の炭素材料を使用することができる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類（ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス）、黒鉛類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体（フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの）、炭素繊維、活性炭等の炭素材料を使用することができる。
この他、リチウムをドープ、脱ドープできる材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール等の高分子やＳｎＯ_２等の酸化物を使用することもできる。このような材料から負極を形成するに際しては、公知の結着剤等を添加することができる。

正極は、目的とする電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物又は特定の高分子を正極活物質として用いて構成することができる。
例えば、リチウムイオン電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ_２、ＭｏＳ_２、ＮｂＳｅ、Ｖ_２Ｏ_５等のリチウムを含有しない金属硫化物又は酸化物や、Ｌｉ_ｘＭＯ_２（式中のＭは一種以上の遷移金属を示し、ｘは電池の充放電状態によって異なり、通常０．０５以上１．１０以下である。）を主体とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。

このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としてはＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＮｉ_ｙＣｏ_１−ｙＯ_２（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４等を挙げることができる。
これらリチウム複合酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に的に優れた正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の複数種を併せて使用してもよい。また、以上のような正極活物質を使用して正極を形成するに際して、公知の導電剤や結着剤等を添加することができる。

セパレータは、例えばポリプロピレン（ＰＰ）若しくはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系の材料から成る多孔質膜、又はセラミック製の不織布などの無機材料から成る多孔質膜により構成されており、これら２種以上の樹脂を混合、溶融した多孔質膜や２種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）の多孔質フィルムが最も有効である。

一般的にセパレータの厚みとしては５〜５０μｍが好適に使用可能であるが、７μｍ〜３０μｍがより好ましい。
セパレータは、厚すぎると活物質の充填量が低下して電池容量が低下するとともに、イオン伝導性が低下して電流特性が低下することがある。逆に薄すぎると、膜の機械的強度が低下することがある。

外装するラミネートフィルムとしては、金属箔が樹脂フィルムから成る外側樹脂層及び内側樹脂層に挟まれた、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムから成る。
金属箔は、外装材の強度向上の他、水分、酸素、光の進入を防ぎ内容物を守る最も重要な役割を担っており、ステンレス又はニッケルメッキを施した鉄等を材料として適宜用いることができるが、軽さ、伸び性、価格、加工のし易さからアルミニウム（Ａｌ）が最も好適である。なお、必要であれば金属箔と外側樹脂層及び内側樹脂層とのそれぞれの間に接着層を設けてもよい。

外側樹脂層には、外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからナイロン（Ｎｙ）や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）が用いられ、これらから複数種類選択して用いることも可能である。

また、内側樹脂層は、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、ポリエチレン（ＰＥ）、無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ナイロン（Ｎｙ）の他、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）が使用可能であり、これらから複数種類選択して用いることも可能である。

なお、本発明の非水電解質電池を用いた電池パックを製造する際には、回路基板やＰＴＣ素子を配設する。
回路基板は、電子機器と接続可能な外部端子であるコネクタと、電池を保護する保護回路が設けられたものである。
回路基板には、ヒューズ、サーミスタ等の温度保護素子を含む保護回路、電池パックを識別するためのＩＤ抵抗、電子機器と電気的に接続するための接点部が設けられたコネクタ等が実装されている。また、保護回路には、二次電池の監視とＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）の制御を行うＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ；集積回路）、及び充放電制御ＦＥＴが含まれている。

また、保護回路として、回路基板と、負極端子との間に接続されたＰＴＣ素子も設けられる。
ＰＴＣ素子は、電池と直列に接続され、電池の温度が設定温度に比して高くなると電気抵抗が急激に高くなって電池に流れる電流を実質的に遮断する。
ヒューズやサーミスタも電池と直列に接続され、電池の温度が設定温度より高くなると電池に流れる電流を遮断する。

また、電池の監視とＦＥＴの制御を行うＩＣ、及び充放電制御ＦＥＴを含んだ保護回路は、電池の端子電圧が上昇しすぎると発熱・発火等危険な状態になる可能性があるので、電池の電圧を監視し、規定の電圧を越えると充電制御ＦＥＴをオフして充電を禁止する。
電池の端子電圧が放電禁止電圧以下まで過放電し、二次電池電圧が０Ｖになると電池が内部ショート状態となり再充電不可能となる可能性があるので、二次電池電圧を監視し、放電禁止電圧を下回ると放電制御ＦＥＴをオフし、放電を禁止する。

上記素電池１の構造としては、固体電解質を挟んで正極、負極をセパレータを介して交互に積層した積層型、帯状正極及び帯状負極にそれぞれ固体電解質を塗布、形成し、セパレータを介して、これを巻き取った巻回型、正極及び負極をにそれぞれ固体電解質を塗布、形成し、セパレータを介して、これを交互に折りたたんだ折り畳み型等を挙げることができ、任意に選定することができる。
本発明は、一次電池、二次電池のいずれにも適用可能であるが、特に非水電解質二次電池へ適用することで、大きな効果を得ることができる。

以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
図９のような構成を有するリード用シーラントフィルムを作製した。ここで、図９は、電極端子リード（負極端子リード３又は正極端子リード４）を２枚のシーラントフィルム６１及び６２で被覆し、更に外装材２で熱融着した状態を示す概略的な断面図である。
本例では、短絡防止用の中間層６１ｂ及び６２ｂとして高融点酸変性ポリプロピレン（融点１６８℃）を配置し、電極端子リード３又は４である金属条としてＡｌ条又はＮｉ条を配置し、これら金属条への熱接着用に低融点の酸変性ポリプロピレン６１ｃ及び６２ｃ（融点１４３℃）を配し、更に外装材２の内層（ＣＰＰ層）２３との熱接着用に同じく低融点の酸変性ポリプロピレン６１ａ及び６２ａ（融点１４３℃）を配して、シーラントフィルムを形成した。

まず、リードとなる金属条（幅４ｍｍ、厚さ７０μｍのアルミニウム条、及び幅４ｍｍ、厚さ７０μｍのニッケル条）を準備した。短絡が起き易くなるように、金属条のスリット条件を調整してスリットする際に発生するバリを大きくし、予めバリの大きさが３０μｍ〜４０μｍ程度の大きなものを選んで使用した。
その後、圧力０．３ＭＰａ、金属条と接する酸変性ポリプロピレンの融点よりも２０℃高い温度で３秒間保持し、シールした。１７０℃で３秒間、上記構成のリード用シーラントフィルムをリードに熱溶着させ、所定の形状にカットした。リードに熱接着した後、シーラント付リードとして所定の長さにカットし、次いで、正極、負極のキャリアに溶接し、正負電極とセパレータを巻回して電池素子を作成した。

また、外装材となるアルミラミネートフィルムとしては、外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１４３℃）を有するものを用いた。
このアルミラミネートフィルムは電池素子を収納するために凹形に成型し、電池素子を収納後に折り返し部分を除く３辺を金属ブロックを用い、圧力０．３ＭＰａ、ＣＰＰの融点よりも２０℃高い温度で３秒間保持することでシールし、本例の非水電解質電池（ポリマー電池）を得た。
本例の非水電解質電池におけるリード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（実施例２）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に高融点酸変成ポリプロピレン（融点１６３℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、低融点の酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）をその両側へ配置した。
また、外装材となるアルミラミネートフィルムは外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１４３℃）を有するものを用いた。
これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（比較例１）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に低融点酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、低融点の酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）をその両側へ配置した。
外装材となるアルミラミネートフィルムとしては、外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１４３℃）を有するものを用いた。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（比較例２）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に低融点酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、低融点の酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）をその両側へ配置した。
また、外装材となるアルミラミネートフィルムは最外層部にナイロン層、中間層にアルミ層、最内層部にＣＰＰ層（融点１６８℃）を用いた。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（比較例３）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に高融点酸変成ポリプロピレン（融点１６８℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、高融点の酸変成ポリプロピレン（融点１６８℃）をその両側へ配置した。
また、外装材となるアルミラミネートフィルムとしては、外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１６８℃）を有するものを用いた。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（比較例４）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に高融点酸変成ポリプロピレン（融点１６８℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、低融点の酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）をその両側へ配置した。
また、外装材となるアルミラミネートフィルムとしては、外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１６８℃）を有するものを用いた。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（比較例５）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に高融点酸変成ポリプロピレン（融点１５８℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、低融点の酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）をその両側へ配置した。
また、外装材となるアルミラミネートフィルムとしては、外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１４３℃）を有するものを用いた。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

（比較例６）
リード用シーラントフィルムの構成として、短絡防止用の中間層に高融点を持つポリエチレンナフタレート（融点２６５℃）を配置し、金属条への熱接着及び外装材のＣＰＰ層との熱接着用として、低融点の酸変成ポリプロピレン（融点１４３℃）をその両側へ配置した。
また、外装材となるアルミラミネートフィルムは外層にナイロン層、中間層にアルミ層、内層にＣＰＰ層（融点１４３℃）を有するものを用いた。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の非水電解質電池を作製した。リード用シーラントフィルム、外装材用フィルムの構成を表１に示す。

［性能評価］
（１）耐短絡性
上記各例の非水電解質電池をそれぞれ５個ずつ準備し、テスターを用い、外装のアルミ層と電極リード（正極、負極）間の短絡の有無を確認した。得られた結果を表１に併記する。
（２）デラミネーション
リードとリード用シーラントの間にデラミネーションが起きないか検証するために、上記短絡性の評価と同様に上記各例の非水電解質電池をそれぞれ５個ずつ準備し、８０℃、９０％Ｒｈで２週間高温加湿下にて保存し、取り出して観察を行った。得られた結果を表１に併記する。

表１から、リード用シーラントフィルムとして、内層及び外層（リードと接するか外装用フィルムのＣＰＰと熱接着する部分）に低融点の酸変性ポリプロピレンを配置し、中間層に望ましくは２０℃以上２５℃以下の融点差がある高融点の酸変性ポリプロピレンを配置し、更に外装材用フィルムの内層に低融点のＣＰＰ（融点１４３℃）を用いた実施例１及び２では、外装材用フィルムのアルミ層とリード材との短絡及び高温高湿保存時のリードとリード用シーラント間のデラミネーションが防げることが明らかとなった。
本発明の範囲に属するかかるリード用シーラントフィルムは、高信頼性のあるポリマー電池及びパックを市場に供給するのに有用である。

一方、比較例１〜３のように、融点が同一のフィルムをリード用シーラントフィルムに用いるとリードのバリと外装材のアルミ層との間で短絡が発生した。
また、比較例６のように、リード用シーラントフィルムの中間層にＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などの高融点のフィルムを使用すると、リードのバリと外装材のアルミ層との間で短絡の発生はなくなるが、大きく融点が異なるフィルムを接着剤を用いて貼り合わせるため、特に高温で保存した際などに電解液の成分の影響でデラミネーションが起きた。

本発明の非水電解質電池の一実施形態を示す分解斜視図である。本発明の非水電解質電池の一実施形態を示す概略斜視図である。外装材の熱融着部を一部破断して示す概略斜視図である。負極端子リードにおけるシーラントフィルムの一構成例を示す概略断面図である。シーラントフィルムによる電極端子リードの被覆状態を示す概略断面図である。熱融着装置の一構成例を模式的に示す正面図である。ヒーターヘッドによるシーラント樹脂の圧着状態を示す概略断面図である。負極端子リード及び正極端子リードを一括して被覆するシーラント樹脂の例を一部破断して示す概略斜視図である。電極端子リードをシーランとフィルムで被覆し、更に外装材で熱融着した状態を示す概略的な断面図である。

符号の説明

１…電池素子、２…外装材、２ａ…熱融着部、３…負極端子リード、４…正極端子リード、５…下塗層、６…リード用シーラントフィルム、１１，１２…ヒーターヘッド支持基板、１３…支柱、１４，１５…ヒーターヘッド、１６…ポンプ、１７…圧力調整ハンドル、１８…圧力計、１９…下ヒーター温度制御パネル、２０…上ヒーター温度制御パネル、２１…外装保護層、２２…アルミニウム層、２３…熱融着層、３０…弾性体、６１，６２…樹脂層、６１ａ，６２ａ…外層、６１ｂ、６２ｂ…中間層、６１ｃ、６２ｃ…内層

Claims

非水電解質電池の電極端子リードを封止するのに用いられるリード用シーラントフィルムにおいて、
共押し出しされた内層、中間層及び外層から成るラミネート構造を有し、
上記中間層が高融点の酸変性ポリプロピレンから成るとともに、上記内層及び上記外層が低融点の酸変性ポリプロピレンから成り、
上記高融点酸変性ポリプロピレンと上記低融点酸変性ポリプロピレンとの融点の差が、２０〜２５℃であり、
上記高融点酸変性ポリプロピレンの融点が１５０〜１６８℃であり、上記低融点酸変性ポリプロピレンの融点が１３０〜１４８℃であるリード用シーラントフィルム。
正極と負極をセパレータを介して巻回又は積層して成る電池素子と、ラミネートフィルムから成り上記電池素子を包装する電池素子外装材と、上記正極と上記負極の電極端子リードを外部に導出したまま、上記電池素子の周囲に沿って上記電池素子外装材を封止した熱融着部と、を有する非水電解質電池において、
上記電極端子リードは、上記熱融着部の対応する位置においてリード用シーラントフィルムによって被覆されており、
上記リード用シーラントフィルムが、共押し出しされた内層、中間層及び外層から成るラミネート構造を有し、
上記中間層が高融点の酸変性ポリプロピレンから成るとともに、上記内層及び上記外層が低融点の酸変性ポリプロピレンから成り、
上記高融点酸変性ポリプロピレンと上記低融点酸変性ポリプロピレンとの融点の差が、２０〜２５℃であり、
上記高融点酸変性ポリプロピレンの融点が１５０〜１６８℃であり、上記低融点酸変性ポリプロピレンの融点が１３０〜１４８℃であり、
上記低融点酸変性ポリプロピレンの融点と、上記電池素子外装材の少なくとも内層を形成する樹脂の融点との差が０〜１０℃である非水電解質電池。