JPH1140114A - 非水電解質電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極、負極、電解液等が封入袋に封入される
構造の非水電解質電池であって、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、これらのリー
ド線をも封入する構造であって、長期の使用でも密封信
頼性を保つことができる非水電解質電池を得ることを目
的とする。 【解決手段】 封入袋のヒートシール部分に保護フィル
ム層を設けたことを特徴とする。また、この保護フィル
ム層を構成するプラスチック層に水の透過防止機能又は
酸の透過防止機能あるいはこの両方の機能を持たせるこ
とも特徴である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器の電源等
に使用される非水電解質電池に関するものである。より
詳細には、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が高い構造を有す
ることを特徴とする。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化と共に電源としての電
池の小型化、軽量化への要求が強まっている。一方、電
池に対する高エネルギー密度化、高エネルギー効率化も
求められており、Ｌｉイオン電池などの２次電池への期
待が高まっている。こうした要求に対して、例えば、特
開昭６１−２４０５６４号に見られるごとく、耐酸性を
有する熱可塑性樹脂からなる袋に極板群を挿入し、この
極板群を多数個、フィルム状、シート状またはチューブ
状合成樹脂からなる袋状外装体で包み込んで密閉型鉛蓄
電池とする試みが提案されている。また、特開平３−６
２４４７号や特開昭５７−１１５８２０号に見られるよ
うに封入袋のシートに、プラスチックフィルムの間に金
属層を挟んだ構造として密封性を向上する試みもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】金属層を設けることで
密封性は大幅に向上するが、シール部分からの水分の侵
入は完全には防ぐことは出来ない。水分が侵入すると、
電解液と反応しフッ酸を生成するが、このフッ酸がプラ
スチックフィルム層を透過して金属層を腐食するか或い
は金属層とプラスチック層間で剥離を発生させることが
ある。本発明は、シール部分からの水分の侵入を大幅に
制御し、フッ酸の生成を低減させることによって、実質
的な封入袋の金属層の腐食防止、或いは金属層とプラス
チックフィルム層間での剥離防止の機能を有する封入袋
を用いた非水電解質電池を提供することを目的する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願発明者等は前述の目
的を達成するべく鋭意検討した結果、封入袋のヒートシ
ール部分に特定の保護フィルム層を設けることにより、
シール部分からの水分の侵入を大幅に制限出来、その結
果、フッ酸の生成を低減させ、実質的な封入袋の金属層
の腐食防止、或いは金属層とプラスチックフィルム層間
での剥離防止の機能を封入袋に持たせ得ることを見出
し、本発明を完成した。

【０００５】以下、本発明にかかわる封入袋タイプの電
池について図を用いて詳細に説明する。電極、電解質、
隔膜等が封入袋に挿入されたタイプの電池に於いては、
図３に示す如く、直接接触する封入袋の内側の最内層の
ヒートシール層１０が融着されることにより封入袋が作
製されている。そして、模擬的に図２に示した如くに、
封入袋に正極、負極、隔膜、電解液が収納され、又、図
４に示す如く、封入袋とリード線は封入袋のヒートシー
ル層１０とリード線の絶縁体２が融着されることにより
一体化され、リード線が外部に取り出されており、封入
袋内部に於いてリード線が正、負極の極板にそれぞれ接
続されている。リード線と電極とは、あらかじめ接続さ
れ、封入袋に封入される。

【０００６】正極、負極極板は、集電体と呼ばれる金属
箔やエキスパンテッドメタル等の金属基材上に活物質層
が形成された構造を有する。リード線と正極、負極極板
の接続方法については特に限定されないが、この極板の
金属基材とリード線の導体とをスポット溶接や、超音波
溶接等で接続する方法が好ましく利用できる。

【０００７】このリード線導体の材質には、正極接続用
には、非常に高い電位がかかるために、高電位で溶解し
ない材質のものが望ましい。そのためにアルミニウム、
またはチタン、あるいはこれらの金属の合金が好ましく
利用できる。負極接続用には、過充電でリチウムが析出
したり、過放電では、電位が高くなることからリチウム
が析出した場合形状が変化しにくい、即ちリチウムと合
金を形成しにくく、比較的高電位で溶解しにくい材質の
ものが好ましい。以上の観点から、導体の材質にはニッ
ケルまたは銅、あるいはこれらの金属の合金が好ましく
利用できる。

【０００８】導体の形状については、丸型や平角導体の
単線が好ましく利用できるが、丸型の場合、電池容量が
大きい場合には、丸型の直径が大きくなるため、封入袋
の最内層のヒートシール層１０の間にはさまれるリード
線の厚みが大きくなるために、リード線の最外層の絶縁
体２と封入袋の最内層のヒートシール層１０との融着部
に間隙が生じやすくなり、リード線と封入袋の融着部で
の密閉の信頼性が低くなる問題がある。それに対して平
角導体を利用した場合には、電池容量増加に対しても導
体の厚みを大きくせずに幅を大きくすることで断面積を
かせぐことができるため、封入袋の最内層のヒートシー
ル層１０との間にはさまれたリード線の絶縁体２との融
着部の密閉に対する信頼性の低下はおこらない。更にＦ
ＰＣ（フレキシブルプリント基板）等を利用した外部回
路や、電極極板との接続においても平角導体の方が接触
面積が大きく、スポット溶接や超音波溶接により、より
信頼性の高い接続を行うことが可能となる。

【０００９】電解質には、プロピレンカーボネート，γ
ープチロラクトン、エチレンカーボネート，ジエチルカ
ーボネート，ジメチルカーボネート，１、２−ジメトキ
シエタン，テトラヒドロフランなどの有機溶媒にＬｉＣ
ｌＯ₄，ＬｉＢＦ₄，ＬｉＰＦ₆，ＬｉＡｓＦ₆等の非水電
解液やリチウムイオン伝導性の固体電解質などが利用で
きる。

【００１０】封入袋は、アルミ箔等の金属箔や金属蒸着
層がサンドイッチ状に挿入されたプラスチックとの貼り
合わせ材料を用いるものが好ましく、少なくとも内側の
プラスチックは電解質に溶解しないことが必要である。

【００１１】電極、電解質、隔膜等が封入袋に挿入され
たタイプの電池は以上に述べた通りである。封入袋の構
成の一例として、アルミ箔の外面にＰＥＴフィルムを貼
り合わせ、内面にポリエチレンなどの熱可塑性樹脂を貼
り合わせたものを挙げることができる。外面のＰＥＴは
アルミを外傷から保護するために設けられており、内面
のポリエチレンはヒートシールを行うために設けてい
る。このような従来考案されていた材料を用いた場合、
ヒートシールをしていても長期間保存しているうちに徐
々に水分が侵入し、その水が袋内に封入している電解液
と反応してフッ酸を生成する。このフッ酸はポリエチレ
ン等を透過し、アルミとポリエチレンの接着界面を剥離
させてしまうという問題があり、このような袋タイプの
電池容器が実用化されない要因の一つとなっていた。

【００１２】本願発明者等は、この課題を解決する手段
として、封入袋のヒートシール部分に特定の保護フィル
ム層を設けることが有効であることを見出したわけだ
が、ここで言う特定の保護フィルム層としては１層又は
複数層のプラスチックフィルム、あるいはこれと金属層
との貼り合わせフィルムを使用することが出来る。貼り
合わせる金属層としては、アルミ、銅など一般的に市販
されている箔を使用でき、プラスチック層は封入袋に熱
接着可能なものが適当である。例えば、封入袋の最外層
がＰＥＴフィルム層で有ればＰＥＴに熱接着可能なポリ
エステル系ホットメルト樹脂やシラングラフトＥＥＡ
（エチレン−エチルアクリレート）等の樹脂が適当であ
る。

【００１３】また、保護フィルム層に水分の透過防止機
能又は酸の透過防止機能あるいはこの両方の機能を持た
せることにより、更に有効な結果を得ることが出来る。

【００１４】保護フィルム層に水分の透過防止機能を持
たせるために、保護フィルム層のプラスチック層として
使用する樹脂に、焼成して結晶水を除去したハイドロタ
ルサイト類や硫酸マグネシウムの群より選ばれた１種或
いは数種の無機充填剤を混合したものを使用することが
できる。

【００１５】保護フィルム層に酸の透過防止機能を持た
せるために、保護フィルム層のプラスチック層として使
用する樹脂にカルボン酸金属塩、或いは金属酸化物を混
合したものを使用することができる。カルボン酸金属
塩、金属酸化物としては炭酸カルシウム、酸化マグネシ
ウム、ハイドロタルサイト類、ステアリン酸カルシウム
等が好ましいが、その他ポリ塩化ビニル用の安定剤等も
効果的である。

【００１６】水の透過防止機能と酸の透過防止機能との
両方の機能を持たせることは、一つのプラスチック層に
両方の機能を持たせることによっても出来るし、水の透
過防止機能を持ったプラスチック層と酸の透過防止機能
を持ったプラスチック層とを貼り合わせることによって
も出来る。

【００１７】このような機能をもつプラスチック層を得
るための樹脂としては、電解液に侵されにくいポリエチ
レン、ポリプロピレン、或いはそれらの酸変成物、アイ
オノマー等であることが好ましいが、電解液に侵される
材料であってもその内面に電解液に侵されにくい樹脂層
を設ける構成とすれば使用することができる。

【００１８】

【実施例】以下に実施例について説明する。まず、Ｌｉ
ＣｏＯ₂粉末（日本化学工業製）１００重量部に、グラ
ファイト１０重量部、ポリフッ化ビニリデン１０重量部
を混合し、Ｎ−メチル−２−ピロリドンに溶解した後、
ペースト状にした。次に、このペーストを厚さ２０μｍ
のアルミ箔の片面に塗工し、乾燥後、ローラープレスし
た。このようにして厚さ０．１ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ
１０５ｍｍの極板（５ｍｍは未塗工部）を作製し、正極
とした。

【００１９】次に、リン状天然黒鉛粉末１００重量部
に、ポリフッ化ビニリデン２０重量部を混合し、Ｎ−メ
チル−２−ピロリドンに溶解した後、ペースト状にし
た。このペーストを厚さ２０μｍの銅箔の両面に塗工
し、乾燥後、ローラープレスした。このようにして厚さ
０．１０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１０５ｍｍの極板（５
ｍｍは未塗工部）を作製し、負極とした。

【００２０】このようにして得られた正極と負極の間に
厚み２５μｍのポリプロピレンの微、多孔膜の融膜をは
さみ、極板の活物質層が塗工されていないアルミ箔（正
極）と銅箔（負極）それぞれをリード線の導体部に超音
波溶接により接続し、図２に示す如く封入袋に挿入した
後、８ｃｃの電解液を注入し、減圧含浸した後、リード
線を封入袋の間に挟み込み、封入袋の内層とリード線の
外側の絶縁体を２００℃、５秒の条件でシール機により
熱融着（シール幅：１０ｍｍ）し試験電池とした。電解
液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネ
ートを１：１の体積比率で混合し、六フッ化リン酸リチ
ウムを１ｍｏｌ／リットルとなるように溶解したものを
使用した。

【００２１】なお、使用した封入袋は次のようにして得
た。先ず、表１に示した構造のシートを２枚の矩形状
（７０ｍｍ×１３５ｍｍ）に切断し、ＰＥＴ面を外側に
向けて向かい合わせ、矩形の周辺３辺を３ｍｍ巾でヒー
トシールして封入袋を得た。なお、シートは、ＰＥＴフ
ィルムとアルミ箔をウレタン系接着剤を介して貼り合わ
せたフィルムのアルミ面上に１００μｍの酸変成ＬＤＰ
Ｅを押出コーティングして得た。

【００２２】

【表１】

【００２３】こうして得られた封入袋を用いて試験電池
を作製した。そして、その試験電池のシール部分を種々
の保護フィルムを用いて覆い被せてヒートシールしたサ
ンプルを準備し、電池の密封信頼性のテストに供した。

【００２４】保護フィルムの構成としては、表２に示し
たものを３ｍｍ幅にスリットしたものを用いた。

【００２５】

【表２】

【００２６】また、保護フィルムのプラスチック層には
表３に示した組成のものを用いた。

【００２７】

【表３】

【００２８】保護フィルムＡ：表２の構成の保護フィル
ムでプラスチック層の組成として表３のＡを使用したも
の。 保護フィルムＢ：同様に表３のＢを使用したもの。 保護フィルムＣ：同様に表３のＣを使用したもの。 保護フィルムＤ：同様に表３のＤを使用したもの。

【００２９】（実施例１） ３ｍｍ幅の保護フィルムＡ
を試験電池のヒートシール部分の長さに切断して図５に
示した如く、ヒートシール部分に覆い被せ、１６０℃、
５秒間の条件でヒートシールを実施した。

【００３０】（実施例２） 保護フィルムＢを用いて実
施例１と同様の操作をした。

【００３１】（実施例３） 保護フィルムＣを用いて実
施例１と同様の操作をした。

【００３２】（実施例４） 保護フィルムＤを用いて実
施例１と同様の操作をした。

【００３３】（比較例１） 保護フィルムをつけなかっ
た。

【００３４】以上のようにして準備した実施例１〜実施
例４及び比較例１の電池サンプルを、６０℃、９５％Ｒ
Ｈ恒温恒湿槽にいれ、１０００時間放置した後、内部の
電解液中のフッ酸濃度を測定し、さらに外観状態を確認
した。フッ酸濃度は０．１ｍｏｌ／リットル水酸化ナト
リウム溶液で滴定して測定した。

【００３５】

【発明の効果】密封信頼性の試験結果は表４に示す通り
で、本願発明の保護フィルムの効果が顕著にあらわれて
いる。すなわち、実施例１〜実施例４の封入袋を用いた
サンプルは、１０００時間経過時点でも外観に影響ので
たものはなく、フッ酸濃度上昇も極めて少ない。特に
Ｃ，Ｄを使用したものは、殆ど上昇無しであった。 一
方、保護フィルムをつけなかった比較例１のサンプルは
フッ酸濃度が上昇しており、さらに、僅かではあるがア
ルミとヒートシール層の層間で剥離が認められた。

【００３６】

【表４】

【００３７】以上は、保護フィルムでヒートシール部分
を覆い被せる例について示したが、表３の配合Ｃ又は配
合Ｄによるプラスチックフィルムをヒートシール部分に
挟んでヒートシールを実施した封入袋型試験電池につい
ても、良好な密封信頼性試験結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の封入袋とリード線を用いた非水電解質
電池を示す。

【図２】封入袋の内部を模式的に示す。

【図３】封入袋の断面を示す。

【図４】封入袋のヒートシール部の拡大図を示す。

【図５】ヒートシール部に保護フィルムを覆い被せてい
るところを示す。

【符号の説明】

１，１′：リード線の導体 ２，２′：リード線の絶縁 ３：封入袋 ４：封入袋のシール部（一例） ５，５′：電極 ６：隔膜 ７：正極集電体 ７′：負極集電体 ８：正極の活物質 ８′：負極の活物質 ９：アルミ箔 １０：ヒートシール層 １１：ＰＥＴ層 １２：ヒートシール部 １３：保護フィルム

フロントページの続き (72)発明者 細川 武広 大阪府大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電気工業株式会社大阪製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極、負極、電解液等が封入袋に封入さ
   れる構造の非水電解質電池であって、封入袋のヒートシ
   ール部分に保護フィルム層を設けたことを特徴とする非
   水電解質電池。
2. 【請求項２】 保護フィルムを構成するプラスチック層
   に水の透過防止機能又は酸の透過防止機能あるいはこの
   両方の機能を持たせることを特徴とする請求項１に記載
   の非水電解質電池。