JP4375148B2 - 非水電解質電池および非水電解質電池用リード線 - Google Patents

Description

本発明は、正電極、負電極および電界液を封入袋に収納し、電極に接続したリード線を外部に取り出す構造の非水電解質電池と、そのためのリード線に関する。

電子機器の小型化と共に電源としての電池の小型化、軽量化が求められている。また、高エネルギー密度化、高エネルギー効率化に対する要求もあり、このような要求を満たすものとして、リチウムイオン電池などの非水電解質電池への期待が高まっている。非水電解質電池としては、正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、電極に接続したリード線を外部に取り出す構造のものが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図４は、上記特許文献１に開示の非水電解質電池の概略を示す図である。図中、１，１’はリード線、２は絶縁体、３は封入袋、４はシール部分、５は正電極、５’は負電極、６は隔膜、７，７’は電極導電体、８，８’は活性物質、９は金属箔、１０，１１は絶縁層、１２は最内層フィルム、１３は最外層フィルム、１４は積層フィルムを示す。

図４（Ａ）に示す非水電解質電池は、正電極５及び負電極５’、隔膜６、電解液等を、袋状にした封入袋３に収納し、正負電極５，５’に接続したリード線１，１’を密封状態にして外部に取り出す構造のものである。封入袋３は、最内層フィルム１２と最外層フィルム１３との間に、少なくともアルミ、銅、ステンレス等の金属からなる金属箔９をサンドイッチ状に貼り合わせた密封性の高い積層フィルム１４を用いて形成される。そして、矩形状に裁断された２枚の積層フィルム１４に対して、その周辺のシール部分４を、ヒートシールで最内層フィルム１２同士を互い融着密封して袋状の封入袋３とされる。正負電極５，５’に接続されるリード線１，１’は、その取り出し部分が積層フィルム１４の金属箔９に対して電気短絡が生じないように絶縁体２で覆われると共に、封入袋３の所定の縁部に融着されて密封状態で取り出される。

このリード線１，１’の取り出し部分を覆う絶縁体２は、図４（Ｂ）に示すように、例えば、低融点の絶縁層１０とこれよりは融点が高く封入袋３のヒートシール温度では溶融しない絶縁層１１の２層で形成される。この絶縁体２は、リード線１，１’の取り出し部分に、予め内側の絶縁層１０を加熱溶融して密封接着させた後、封入袋３の取り出し口に挟み込まれる。この後、積層フィルム１４の周辺のシール部分４をヒートシールで封止するが、絶縁層１１は、このヒートシール時の温度では、溶融されない材料で形成されているため、リード線１，１’と積層フィルム１４内の金属箔９とが電気的に短絡する心配がなくなるとされている。

なお、絶縁体２の外側に、さらにヒートシール温度で溶融する鎖線で示すような絶縁層を設けて、封入袋３と溶融一体化することで、密封信頼性を向上させることができるとされている。また、正電極５及び負電極５’は、集電体と呼ばれる金属箔やエキスパンデ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で、リード線１，１’と正電極５及び負電極５’の接続は、これら電極基材となる電極導電体７，７’とリード線１，１’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利用できるとされている。
特許３５０５９０５号公報 特開２００１−１０２０１６号公報

非水電解質電池のリード線と電極は、特許文献１にも示されているように、通常は、スポット溶接や、超音波溶接等の溶接手段が用いられている。しかし、リード線と電極との溶接による接続部は、金属突起を有する形状となり、また封入袋と対向するような位置となるため、封入袋に接触して傷をつけたり、最悪の場合は封入袋を破るようなことがあり、信頼性を低下させる一因ともなっている。
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、リード線の外部への取り出し部分における電気絶縁性と密封性に優れ、しかも、リード線と電極の接続部によって、封入袋が損傷されない高信頼性の非水電解質電池とそのためのリード線の提供を課題とする。

本発明による非水電解質電池は、正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、正負電極に接続したリード線を外部に取り出す構造のものである。封入袋と融着される絶縁体は、リード線と正負電極との接続部を覆う位置まで延びて、接続部に封入袋が直接触れるのを防止する。絶縁体は、リード線導体上に接着する接着層と、封入袋に融着される絶縁層を備え、リード線を電気的に絶縁して密封状態で取り出すと共に、正負電極との接続部を完全に覆って封入袋との接触を防止する。

本発明によれば、リード線の引き出し部分を絶縁する絶縁体を利用して、リード線と電極との接続部を覆い、金属突起物が封入袋に直接接触しないようにすることができる。この結果、この金属突起物で封入袋の内面に傷を付け損傷を与えるのを防止することができ、生産性を低下させることなく信頼性を高めることができる。

図により本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明による非水電解質電池の一例を示す外観図である。図２は本発明による非水電解質電池の概略を説明する図で、図２（Ａ）は断面図、図２（Ｂ）はａ−ａ方向から見た部分図、図２（Ｃ）はｂ−ｂ方向から見た部分図である。図３は本発明による非水電解質電池用リード線の例を示す図である。図中、２０は絶縁体、２０ａは延長部分、２１は接着層、２２は絶縁層、２３は接続部を示す。

本発明による非水電解質電池は、図１に一例として示すように、一対のリード線１，１’の取り出し部分をそれぞれ絶縁体２０で覆って、封入袋３のシール部分４から外部に取り出す形態の薄形構造で形成される。封入袋３は、周縁部のシール部分４をヒートシールによる熱融着で袋状としたものである。封入袋３内には、正電極、負電極、隔膜等と非水の溶媒（例えば、有機溶媒）に電解質（例えばリチウム化合物）が溶解された非水電解液とを含む単一の電気化学セルを、密封収納している。リード線１，１’は、外部への電気接続のためにシール部分４から取り出され、その取り出し部分は絶縁体２０で被覆絶縁されて、封入袋３を形成する積層フィルム内の金属箔と電気的接触が生じないようにしている。

図２は、本発明による非水電解質電池の概略を示す図で、図１で示した封入袋３のシール部分４の一部から、リード線１，１’を絶縁体２０で覆って外部に取り出す構成を示している。封入袋３は、図では概略で示しているが、図４で説明したのと同様に、内部に金属箔の層を含む積層フィルム１４で形成される。この積層フィルム１４は、最内層フィルムと最外層フィルムとの間に、少なくともアルミ、銅、ステンレス等の金属等の金属箔をサンドイッチ状に貼り合わせて、封入袋３内に収納される電解液に対する密封性を高めている。

また、封入袋３の積層フィルム１４は、例えば、３〜５層の積層体からなり、その最内層フィルムは、電解液で溶解されずシール部分からの電解液の漏出を防止するのに適したものとして、酸変性ポリオレフィン（例：無水マレイン酸変性低密度ポリエチレン）で形成される。最外層フィルムは、内側の金属箔を外傷から保護するのにポリエチレンテレフタレート（略称ＰＥＴ）等で形成されている。

封入袋３内に収容される電解質としては、プロピレンカーボネート、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、テトラヒドロドフランなどの有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＡｓＦ_６等の電解質を溶解させた非水電解液や、リチウムイオン伝導性の固体電解質などが用いられる。

電極は、隔膜６を挟んで対峙する正電極５と負電極５’からなり、集電体と呼ばれる金属箔又はエキスパンドメタルの金属基材上に活性物質層８，８’を形成した構造を有している。正電極５は、アルミ箔の電極導電体７上に還元酸化物粉末とカーボン粉末と結着剤のバインダーとからなる活性物質８を形成して構成される。負電極５’は、銅箔からなる電極導電体７’上にカーボン粉末と結着剤のバインダーとからなる活性物質８’を形成して構成される。正電極５と負電極５’との間に配される隔膜６は、電気的絶縁性を保持し、且つ、イオン伝導性保持するポリオレフィン系の多孔膜で形成される。

正負電極５，５’は、電極導電体７，７’から一体に形成されている接続片７ａ，７ａ’を、スポット溶接や超音波溶接等によりリード線１，１’に接続して接続部２３とし、外部に電気的に取り出される。正電極５に接続されるリード線１は、正の高電位となるので電解液との接触により溶解が生じないように、電極導電体７と同じアルミ又はチタン或いはこれらの合金で形成されているのが好ましい。負電極５’に接続されるリード線１’は、過充電でリチウムが析出し過放電で電位が高くなることから、リチウムに腐食されにくく、リチウムと合金が形成されにくく、且つ、高電位で溶解されにくい電極導電体７’と同じ銅又はニッケル或いはこれらの合金で形成されているのが好ましい。

リード線１，１’には、丸型導体や平角導体の単線を用いることができるが、丸型導体の場合、電池容量が大きいと太径となるため、封入袋３からの取り出し部分の密封性が低下する恐れがある。このため、電池容量が大きくなっても、幅寸法を増加させることで厚みをあまり増加させずにすむ平角導体を用いる方が、密封性を低下させずに取り出すことができる。また、接続片７ａ，７ａ’との溶接に際しても、平角導体を用いたリード線の方が接触面積を大きくすることができ、信頼性に優れた接続を行なうことができる。

リード線１，１’の取り出し部分を覆って封入袋３の金属箔との電気的絶縁を行なう絶縁体２０は、接着層２１と絶縁層２２の２層で形成するのが好ましい。そして、接着層２１は、比較的溶融温度が低い樹脂材料で形成され、リード線１，１’の導体上に溶融接着して絶縁体２０を密着される。この接着層２１には、例えば、熱可塑性ポリオレフィン樹脂等、好ましくは低密度ポリエチレン或いは酸変性低密度ポリエチレン（例：厚み４０μｍ、融点１１０℃）が用いられ、１５０℃程度でリード線１，１’の導体上に熱融着される。

絶縁層２２は、封入袋３のヒートシール温度では溶融しない樹脂材料で形成され、封入袋３に融着してリード線１，１’を密封状態で引き出す。この絶縁層２２には、例えば、架橋ポリオレフィン樹脂、好ましくは架橋された低密度ポリエチレン或いはエチレン−ビニルアルコール重合体（例：エチレン比率４４％、厚み１００μｍ、融点１６５℃）が用いられる。封入袋３の最内層フィルムが酸変性低密度ポリエチレンで形成されている場合、シール部分４は１１０℃程度でヒートシールされるが、このヒートシール温度では絶縁層２２は溶融されず、リード線１，１’の取り出し部分において、封入袋３の金属箔との電気的絶縁を確保することができる。なお、絶縁層２２の外側に、さらに封入袋３のヒートシール温度で溶融する絶縁層を設けることにより、リード線１，１’の取り出し部分における密封信頼性を高めることができる。

上記のリード線構造で、リード線１，１’と接続片７ａ，７ａ’との接続部２３に、その接続部表面に金属の角部があったり、特に溶接によって接続が形成されるような場合は、金属突起を有する形状となることがある。このため、減圧や外力により軟質の封入袋３が接続部２３に接触すると、傷が付けられ損傷を受ける恐れがある。

本発明は、上述したリード線１，１’において、絶縁体２０にリード線取り出し部分から内部側に延びる方向に延長部分２０ａを設けている。この延長部分２０ａは、リード線１，１’と電極導電体７，７’の接続片７ａ，７ａ’との接続部２３を、完全に覆うように延びている。この絶縁体２０の延長部分２０ａで接続部２３を覆うことにより、封入袋３が接続部２３に直接接触するのを防止することができる。この結果、封入袋３が接続部２３の部分に存在する突起状物によって損傷を受けるのを防止でき、製品に対する信頼性を高めることができる。

図３は、延長部分２０ａの種々の構成例を示す図で、図３（Ａ）と図３（Ｂ）は、延長部分２０ａに接着層２１を有しない例を示している。絶縁体２０は、リード線１，１’に接続片７ａ，７ａ’が接続される前に設けられているとすると、延長部分２０ａが接続を邪魔する状態となる。このため、延長部分２０ａは、リード線の導体上に接着されないようにする必要があり、接着層２１をリード線の取り出し部分に限定的に備えた構造とするのが好ましい。

しかし、図３（Ｃ）と図３（Ｄ）に示すように、延長部分２０ａを含めて絶縁体２０は、接着層２１と絶縁層２２の２層構造で形成されていてもよい。この場合、延長部分２０ａに接着層２１の溶融温度では溶融しない材料からなるシート部材を貼りつけて非接着面とする構成とすることもできる。なお、接続片７ａ，７ａ’を接続した後は、前記のシート部材は除去してもよい。このように、絶縁体２０の全体を２層構造で形成することにより、接着層２１を部分的に除去したり、設けなかったりするという製造上の識別が不要となり、生産性を高めることができる。

図３（Ｂ）と図３（Ｄ）は、延長部分２０ａがリード線の一方の側のみに形成した例を示している。延長部分２０ａは、接続部２３と封入袋３の間にあって両者の接触を防止すればよいので、リード線１，１’と接続片７ａ，７ａ’との接続が行なわれる側に設けられていればよい。しかし、図３（Ａ）と図３（Ｃ）ように、リード線の両方の側に設けたものであってもよい。後者の場合、いずれか一方の延長部分は不使用となるが、リード線の両方の側に設けることにより、リード線１，１’の取り付け方向を考慮する必要がなくなる。また、接続片７，７’とリード線１，１’との接続を、いずれの方向からも行なうことができ、これらの方向性を考慮する必要がなくなるので、作業上の煩わしさがなく生産性を向上させることができる。

また、図３（Ｄ）のように、接続部２３と封入袋３の表面との間に、絶縁体２０の延長部分２０ａを存在させるだけでなく、延長部分２０ａの接着層２１をも接着して、接続部２３を完全に覆って保護するようにしてもよい。延長部分２０ａの接着は、接続片７ａ，７ａ’をリード線１，１’に接続した後、加熱・加圧することにより接着層２１を溶融して容易に行なうことができる。このように延長部片２０ａも接着固定しておくことにより、封入袋３内に挿入するときに、延長部片２０ａが挿入口の部分で捲れたりすることがなく、作業性を向上させると共に、製品の信頼性を高めることができる。

本発明による非水電解質電池の一例を示す外観図である。 本発明による非水電解質電池の概略を説明する図である。 本発明による非水電解質電池用リード線の各種の構成例を示す図である 従来の技術を説明する図である。

符号の説明

１，１’…リード線、２…絶縁体、３…封入袋、４…シール部分、５…正電極、５’…負電極、６…隔膜、７，７’…電極導電体、７ａ，７ａ’…接続片、８，８’…活性物質、９…金属箔、１０，１１…絶縁層、１２…最内層フィルム、１３…最外層フィルム、１４…積層フィルム、２０…絶縁体、２０ａ…延長部分、２１…接着層、２２…絶縁層、２３…接続部。

Claims (6)

1. 正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、正負電極に接続したリード線を外部に取り出す構造の非水電解質電池であって、前記封入袋と融着される絶縁体が、前記リード線と前記正負電極との接続部を覆う位置まで延びていることを特徴とする非水電解質電池。
2. 前記絶縁体は、リード線導体に接着する接着層と前記封入袋に融着される絶縁層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質電池。
3. 前記リード線と前記正負電極との接続部は、前記絶縁体により覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の非水電解質電池。
4. 前記リード線と前記正負電極との接続は、溶接により形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解質電池。
5. 正電極、負電極および電解液を、金属箔を含む積層フィルムからなる封入袋に収納し、正負電極に接続したリード線を外部に取り出す構造の非水電解質電池用のリード線であって、前記封入袋と融着される絶縁体を備え、前記絶縁体はリード線導体の一部に非接着状態で延びる延長部分を有していることを特徴とする非水電解質電池用リード線。
6. 前記絶縁体は、前記リード線の少なくとも取り出し部分で、リード線導体に接着する接着層と前記封入体に融着される絶縁層を備えていることを特徴とする請求項５に記載の非水電解質電池用リード線。

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