JP2006228591A - 非水電解液二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 近年の携帯機器の小型・軽量化に対応して、必要とする電池容量を確保した上で導電電極タブの接合強度を維持できる信頼性の高い非水電解液二次電池を提供すること。
【解決手段】 厚さが薄い部分と厚さが厚い部分の２段構造の導電タブを用い、厚さが薄い部分を電池要素側に装着することで、電池要素側の正電極導電タブ４ｂおよび負電極導電タブ５ｂの電池要素３に占める占有体積を抑制することで、必要とする電池容量を確保する。更に、引き出された正電極導電タブ４ａおよび負電極導電タブ５ａの強度を保つために厚くし、導電タブの厚さが薄い部分にラミネートフィルムからなる可撓性の外装材７を装着し、熱融着することで、その封止部の信頼性を高めつつ、引き出したタブの強度を保つ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関するものであり、特に、倦回体を用いた非水電解液二次電池の体積効率を向上させる構造に関するものである。また、外装体にラミネートを用いた非水電解液二次電池の封止部の信頼性を向上させる構造に関するものである。

携帯用の電子機器に使用する電源用の電池には、小型、軽量で体積効率が高い電池が強く求められている。発電要素をラミネートフィルム等の薄型外装体に収納した電池は、その観点から有利な構成を持つ電池と考えられる。ラミネートフィルムは、金属箔およびシール材としての高分子樹脂層が積層された構造となっており、熱融着封口によって内容物を密閉できる。携帯用の電子機器の小型・軽量化に対応して、より体積効率の高い電池が求められ、電極タブのサイズそのものが、電池性能を確保する上での障害になっている。また、ラミネートフィルムを外装体とする電池では、電池内部への外気の侵入や電池内の電解液の漏洩が起きないように、シール部分の封止信頼性を確保することが強く要求される。特に、非水電解液二次電池では、シール信頼性は重要な問題である。シール不良がある場合は、外部からの水分の進入により電解液が劣化し、電池性能が著しく劣化する。

倦回体を用いた非水電解液二次電池１であるリチウムイオン電池は、正極電極シート８、負極電極シート９およびセパレータ１０を介して巻き回して製造した電池要素３あるいは正極電極シート８、負極電極シート９およびセパレータ１０を介して積層した電池要素３を金属製の電池外装缶２に収納する。次に、絶縁性部材で絶縁して形成した蓋体に極性の異なる電極端子を取り付けて、電池外装缶２と蓋体との会合部を封口する。その後、非水電解液注液口から所定の量の電解液を注入し、非水電解液注液口に液口栓を嵌合した状態でレーザーを照射により溶融させて一体化する。

図２は、従来の非水電解液電池の構造を示した斜視図、電極タブ部および全体の断面図である。図２（ａ）は、従来の非水電解液二次電池の構造を示した斜視図であり、図２（ｂ）は、その電極タブ部の断面図であり、図２（ｃ）は、その全体の断面図である。図２に示すように、非水電解液二次電池１は、電池外装缶２内に電池要素３を収納して、電池要素３に接続した一方の正電極導電タブ４および負電極導電タブ５を電池外装缶２の内壁面６に接合する。ラミネートフィルムからなる可撓性の外装材７を用いた熱融着で封口し、それらの接触部を接合する。熱融着は、比較的接合が容易であり、封口部から漏洩がないように確実に接合部を形成できるという利点がある。従来の電池の構造では、厚さが一定の正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５を使用していた。電池要素３側に正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５を溶接して、このような倦回体を用いた非水電解液二次電池１を作製した。正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５の厚さは、そのまま完成した非水電解液二次電池１の大きさを制約する要因になっていた（特許文献１および特許文献２）。

携帯機器の設計サイズから、電池に割り当てられるスペースと性能は決まる。図２のように厚さが一定の正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５を用いた場合は、近年の携帯機器の小型・軽量化に対応して非水電解液二次電池１の容積を小さくすると、正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５の占める占有体積を無視できなくり、必要とする電池容量を確保できなくなるという問題が生じた。また、正電極導電タブ４、負電極導電タブ５およびラミネートフィルムからなる可撓性の外装材７とが接触する部分は、正電極導電タブ４、負電極導電タブ５の厚みに依存して接触部の凹凸が増加した。接触部の凹凸が増加すると、十分に接触しない箇所が増加し、その部分の接合強度が劣化する。ラミネートを外装材７として用いた非水電解液二次電池１では、封止部のタブ厚みが厚いほど、その信頼性は低くなるのに対して、正電極導電タブ４、負電極導電タブ５の厚みを薄くし過ぎた場合は、引き出された導電タブ部の超音波溶接あるいは抵抗溶接すると、引き出された導電タブ部の亀裂・破断が起き易くなるという問題があった。

特開２００４−１９９９９５号公報 特開２００２−０２３１２７号公報

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、倦回体およびラミネートを外装材７として用いた非水電解液二次電池において、近年の携帯機器の小型・軽量化に対応して、必要な電池容量を確保し、導電電極タブの接合強度を維持できる信頼性の高い構造の非水電解液二次電池を提供することである。

上記目的を達成するための第１の発明は、電池要素を電池外装缶に収納した倦回体を用いた非水電解二次電池において、厚さが薄い部分と厚さが厚い部分からなる２段構造の導電タブを備える非水電解液二次電池である。

上記目的を達成するための第２の発明は、前記導電タブにおいて、厚さが薄い部分を電池要素側に装着した非水電解液二次電池である。

上記目的を達成するための第３の発明は、前記導電タブにおいて、厚さが厚い部分を、引き出されたタブ部にした非水電解液二次電池である。

上記目的を達成するための第４の発明は、前記導電タブにおいて、厚さが薄い部分にラミネートフィルムからなる可撓性の外装材を装着して、導電タブ部と電池要素側を熱融着した非水電解液二次電池である。

厚さが薄い部分と厚さが厚い部分の２段構造の導電タブを用い、厚さが薄い部分を電池要素側に装着することで、正電極導電タブ及び負電極導電タブの電池要素に占める占有体積を抑制することにより、小型・軽量電池に必要な電池容量を確保する。

更に、引き出された導電タブ部の強度を保つために、導電タブの厚さが薄い部分にラミネートフィルムからなる可撓性の外装材を装着して、正電極導電タブ及び負電極導電タブと電池要素を熱融着することで、その封止部の信頼性を高めつつ、引き出したタブの強度を確保する。

その結果、必要とする電池容量を確保した上で、導電電極タブの接合強度を維持できる信頼性の高い構造の非水電解液二次電池を実現できる。

本発明を実施するための最良の形態に係る非水電解液二次電池は、厚さが薄い部分と厚さが厚い部分の２段構造の導電タブを用い、厚さが薄い部分を電池要素３側に装着し、正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５の電池要素３に占める占有体積を抑制することにより、小型・軽量電池に必要な電池容量を確保する。更に、引き出された導電タブ部の強度を保つために、導電タブの厚さが薄い部分にラミネートフィルムからなる可撓性の外装材７を装着して、正電極導電タブ４及び負電極導電タブ５と電池要素３を熱融着することで、その封止部の信頼性を高めた上で、引き出したタブの強度を保つことを可能とする。

次に、本発明の実施例１について、図面にて詳細に説明する。図１は、本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の構造を示した斜視図、電極タブ部および全体の断面図である。図１（ａ）は本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の構造を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、その電極タブ部の断面図であり、図１（ｃ）は、その全体の断面図である。図２は、従来の非水二次電池の構造を示した斜視図、電極タブ部および全体の断面図である。図２（ａ）は、従来の非水電解液二次電池の構造を示した斜視図であり、図２（ｂ）は、その電極タブ部の断面図であり、図２（ｃ）は、その全体の断面図である。

倦回体を用いた非水電解液二次電池１であるリチウムイオン電池は、正極電極シート８、負極電極シート９およびセパレータ１０を介して巻き回して製造した電池要素３あるいは正極電極シート８、負極電極シート９およびセパレータ１０を介して積層した電池要素３を金属製の電池外装缶２に収納して作製した。なお、電池要素３は、０．２ｍｍの厚さの正極電極シート８と０．１ｍｍの厚さの負極電極シート９および厚さ０．０３ｍｍのセパレータ１０を用いて作製した。

この非水電解液二次電池１の電池外装缶２内に収納された電池要素３に接続した一方の正電極導電タブ４および他方の負電極導電タブ５は、電池外装缶２の内壁面６に接合した。なお、ラミネートフィルムからなる可撓性の外装材７を用いた熱融着で、これらの接合面を封口した。

ここで用いた正電極導電タブ４および負電極導電タブ５は、引き出された正電極導電タブ部４ａおよび負電極導電タブ部５ａが厚く、電池要素側の正電極導電タブ部４ｂおよび負電極導電タブ部５ｂが薄い２段構造にした。なお、電池要素側の正電極導電タブ部４ｂおよび負電極導電タブ部５ｂの厚みは、薄ければ薄いほど良いが、使用する材質強度から一般的には、０．１ｍｍが限界とされている。

正電極導電タブ４および負電極導電タブ５とラミネートフィルムの外装材７とが接触する部分は、両電極導電タブの厚みに依存した凹凸が発生し、その接合強度が劣化するのを抑制するために、電池要素側の正電極導電タブ部４ｂおよび負電極導電タブ部５ｂの厚さを薄くした。

また、電池容量は、その電池要素３の体積に大きく依存する。電池要素３に占める電池要素側の正電極導電タブ部４ｂおよび負電極導電タブ部５ｂの占有体積が増加すると、必要な電気容量を確保できなくなる。すなわち、必要な電池容量を確保するには、更に電池厚みを増加する必要があり、携帯機器の小型・軽量化の際の大きな障害になっていた。本発明では、電池要素３に占める電池要素側の正電極導電タブ部４ｂおよび負電極導電タブ部５ｂの占有体積を必要最小限にすべく、電池要素側の正電極導電タブ部４ｂおよび負電極導電タブ部５ｂの厚さを０．１ｍｍにした。その結果、図２に示した電池要素側の正電極導電タブ４および負電極導電タブ５の厚さの差（ΔＬ−ΔＭ）から求められる占有体積分だけ、電池体積あたりの電気容量を増加できた。

更に、正電極導電タブ４および負電極導電タブ５の厚みを薄くした場合に、引き出されたタブ部を超音波溶接あるいは抵抗溶接すると、亀裂・破断が起き易くなった従来例の問題は、引き出された正電極導電タブ部４ａおよび負電極導電タブ部５ａの厚さを強度保証できる厚さにすることで、解決した。

その結果、近年の携帯機器の小型・軽量化に対応して、電池の厚さを低減させた上で、必要な電池容量を確保した上で、導電電極タブの接合強度を維持できる信頼性の高い構造の非水電解液二次電池を実現した。

次に、本発明の実施例２について、図面にて詳細に説明する。図３は、本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の導電タブ部の典型的な構造例を示した図である。なお、図３（ａ）は、電池要素側の正電極導電タブ４および負電極導電タブ５の厚さを、電池の厚み方向に薄くした場合の例を示し、図３（ｂ）は、電池要素側の正電極導電タブ４および負電極導電タブ５の厚さを、電池の表面方向に薄くした場合の例を示し、図３（ｃ）は電池要素側の正電極導電タブ４および負電極導電タブ５の厚さを、電池の両方向に薄くした場合の例を示す。いずれの場合も、実施例１と同様の結果が得られた。

以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、なしえるであろう各種変形、修正を含むことはもちろんである。

本発明の実施例１に係る非水電解液二次電池の構造を示した斜視図、電極タブ部および全体の断面図。図１（ａ）は本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の構造を示した斜視図、図１（ｂ）は、その電極タブ部の断面図、図１（ｃ）は、その全体の断面図。 従来の非水電解液二次電池の構造を示した斜視図および断面図、電極タブ部および全体の断面図。図２（ａ）は、従来の非水電解液二次電池の構造を示した斜視図、図２（ｂ）は、その電極タブ部の断面図、図２（ｃ）は、その全体の断面図。 本発明の実施例に係る非水電解液二次電池の導電タブ部の典型的な構造例を示す図。図３（ａ）は、電池要素側の正電極導電タブおよび負電極導電タブの厚さを、電池の厚み方向に薄くした場合の例を示す図、図３（ｂ）は、電池要素側の正電極導電タブおよび負電極導電タブの厚さを、電池の表面方向に薄くした場合の例を示す図、図３（ｃ）は電池要素側の正電極導電タブおよび負電極導電タブの厚さを、電池の両方向に薄くした場合の例を示す図。

符号の説明

１ 非水電解液二次電池
２ 電池外装缶
３ 電池要素
４ 正電極導電タブ
４ａ 引き出された正電極導電タブ部
４ｂ 電池要素側の正電極導電タブ部
５ 負電極導電タブ
５ａ 引き出された負電極導電タブ部
５ｂ 電池要素側の負電極導電タブ部
６ 内壁面
７ 外装材
８ 正極電極シート
９ 負極電極シート
１０ セパレータ

Claims (4)

1. 電池要素を電池外装缶に収納した倦回体を用いた非水電解二次電池において、厚さが薄い部分と厚さが厚い部分からなる２段構造の導電タブを備える非水電解液二次電池。
2. 前記導電タブにおいて、厚さが薄い部分を電池要素側に装着したことを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
3. 前記導電タブにおいて、厚さが厚い部分を、引き出されたタブ部にしたことを特徴とする請求項１記載の非水電解液二次電池。
4. 前記導電タブにおいて、厚さが薄い部分にラミネートフィルムからなる可撓性の外装材を装着して、導電タブ部と電池要素側を熱融着したことを特徴とする請求項２または３記載の非水電解液二次電池。

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