JP2000294286A - ポリマーリチウム二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外装フィルムの開口端部のうちリードが延出
されている箇所を加熱融着で封止する際の内部短絡が防
止されたポリマーリチウム二次電池を提供することを目
的とする。 【解決手段】 内部に金属層１６が配置された外装材で
発電要素を正負極リードのうち少なくとも一方の電極リ
ードが前記外装材から延出するように被覆し、前記外装
材の開口端部を内面に配された熱融着性樹脂層を熱融着
させることにより封止するポリマーリチウム二次電池に
おいて、前記外装材の前記熱融着性樹脂層１２ｂ上に絶
縁層１３が前記熱融着性樹脂層１２ｂを挟んで少なくと
も前記電極リードと対向するように積層されていること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリマーリチウム
二次電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリマーリチウム二次電池は、厚さを
０．５ｍｍ程度にすることが可能であるため、薄形電子
機器用の電源として開発が進められている。ポリマーリ
チウム二次電池を実用化するためには、正負極の作用物
質の選択と電池構成技術の他に、外装材による発電要素
の密封技術と、機器との装着を確実、かつ容易にするた
めのパッケージング技術とが重要である。

【０００３】ところで、ポリマーリチウム二次電池は、
活物質、非水電解液を保持する機能を有するポリマー及
び前記ポリマーに保持される非水電解液を含む正負極の
間に、非水電解液を保持する機能を有するポリマー及び
前記ポリマーに保持される非水電解液を含むセパレータ
が介在された構造の発電要素が外装材内に密封された構
成を有する。前記外装材としては、薄形化及び軽量化の
観点から、内面に例えば酸変性ポリオレフィンフィルム
などの熱融着性樹脂フィルムが配され、表面がポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムのような絶縁性
フィルムであり、かつ前記熱融着性樹脂フィルムと前記
絶縁性フィルムの間にアルミニウム箔等の金属箔を介在
させた構造のラミネートフィルムが用いられている。こ
のラミネートフィルム中の金属箔は、外部から水分が侵
入するのを防止する役割をなす。

【０００４】このようなラミネートフィルムを外装材と
して用いる場合、外装材内に発電要素を以下に説明する
方法で密封する。すなわち、前述した発電要素をラミネ
ートフィルムで前記発電要素に電気的に接続された正負
極リードが前記ラミネートフィルムから延出するように
被覆した後、前記ラミネートフィルムの開口端部を加熱
加圧し、この端部内面の熱融着性樹脂フィルムを熱融着
させて封止する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たような構造のラミネートフィルムでは、加熱加圧によ
り熱融着性樹脂フィルムが溶融してラミネートフィルム
から流れ出すと、開口端部内面に前記金属箔が露出し、
リードと接するため、内部短絡を生じるという問題点が
ある。

【０００６】本発明は、外装フィルムの開口端部のうち
リードが延出されている箇所を加熱融着で封止する際の
内部短絡が防止されたポリマーリチウム二次電池を提供
しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、内部に金属層
が配置された外装材で発電要素を正負極リードのうち少
なくとも一方の電極リードが前記外装材から延出するよ
うに被覆し、前記外装材の開口端部を内面に配された熱
融着性樹脂層を熱融着させることにより封止するポリマ
ーリチウム二次電池において、前記外装材の前記熱融着
性樹脂層上に絶縁層が前記熱融着性樹脂層を挟んで少な
くとも前記電極リードと対向するように積層されている
ことを特徴とするポリマーリチウム二次電池である。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明に係るポリマーリチウム二
次電池の一例を図１〜図３を参照して説明する。

【０００９】図１は本発明に係るポリマーリチウム二次
電池の一例を示す平面図、図２は図１のポリマーリチウ
ム二次電池を示す断面図、図３は図１のポリマーリチウ
ム二次電池の封止部付近を示す斜視図である。

【００１０】すなわち、ポリマーリチウム二次電池は、
正極１と、負極２と、前記正極１及び前記負極２の間に
配置されるセパレータとしての電解質層３とが一体化さ
れたものを主体とする発電要素を備える。前記正極１
は、多孔質集電体４と、前記集電体４の両面に接着され
た正極層５とからなる。一方、前記負極２は、多孔質集
電体６と、前記集電体６の両面に接着された負極層７と
からなる。帯状の正極端子８は、前記各正極１の集電体
４を帯状に延出したものである。一方、帯状の負極端子
９は、前記負極２の集電体６を帯状に延出したものであ
る。例えば帯状アルミニウム板からなる正極リード１０
は、前記２つの正極端子８と接続されている。例えば帯
状銅板からなる負極リード１１は、前記負極端子９と接
続されている。２つの熱融着性樹脂層１２ａ，１２ｂの
間に絶縁層１３が介在された構造の４つのリード保護部
材１４は、前記正極リード１０及び前記負極リード１１
の両面にそれぞれ熱融着されている。内面側から表面側
に向けて熱融着性樹脂層１５と金属層１６と表面層１７
とが積層された構造の外装シート１８は、前記発電要素
を前記正極リード１０及び前記負極リード１１の先端が
前記外装材１２から延出するように被覆している。前記
外装シート１８の正負極リードが延出している端部は前
記各リード保護部材１４上に配置され、この端部内面の
熱融着性樹脂層１５に前記各リード保護部材１４の熱融
着性樹脂層１２ａが熱融着されている。前記外装シート
１８の開口端部１９（長手方向に沿う両端部及びリード
が延出されている端部）は、内面の熱融着性樹脂層１５
が熱融着されることにより封止されている。

【００１１】以下、正極、負極、セパレータ及び外装材
について説明する。この正極１は、多孔質集電体４と、
前記集電体４の両面に接着され、正極活物質、非水電解
液及びこの電解液を保持するポリマーを含む正極層５と
からなる。

【００１２】前記正極活物質としては、種々の酸化物
（例えばＬｉＭｎ₂ Ｏ₄ などのリチウムマンガン複合酸
化物、二酸化マンガン、例えばＬｉＮｉＯ₂ などのリチ
ウム含有ニッケル酸化物、例えばＬｉＣｏＯ₂ などのリ
チウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバ
ルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムな
ど）や、カルコゲン化合物（例えば、二硫化チタン、二
硫化モリブテンなど）等を挙げることができる。中で
も、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバル
ト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好
ましい。

【００１３】前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶
解することにより調製される。

【００１４】前記非水溶媒としては、エチレンカーボネ
ート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチ
レンカーボネート（ＢＣ）、ジメチルカーボネート（Ｄ
ＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチ
ルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−ブチロラクトン（γ−
ＢＬ）、スルホラン、アセトニトリル、１，２−ジメト
キシエタン、１，３−ジメトキシプロパン、ジメチルエ
ーテル、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２−メチルテ
トラヒドロフラン等を挙げることができる。前記非水溶
媒は、単独で使用しても、２種以上混合して使用しても
良い。

【００１５】前記電解質としては、例えば、過塩素酸リ
チウム（ＬｉＣｌＯ₄ ）、六フッ化リン酸リチウム（Ｌ
ｉＰＦ₆ ）、ホウ四フッ化リチウム（ＬｉＢＦ₄ ）、六
フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆ ）、トリフルオロメ
タンスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ ＳＯ₃ ）等のリチ
ウム塩を挙げることができる。

【００１６】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、０．２ｍｏｌ／ｌ〜２ｍｏｌ／ｌとすることが望ま
しい。

【００１７】前記ポリマーは、非水電解液を保持する機
能の他に結着機能を有していることが望ましい。かかる
ポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘
導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を
含むポリマー、ポリテトラフルオロプロピレン、ビニリ
デンフロライド（ＶｄＦ）とヘキサフルオロプロピレン
（ＨＦＰ）との共重合体、ポリビニリデンフロライド
（ＰＶｄＦ）等を用いることができる。中でも、ＶｄＦ
―ＨＦＰ共重合体が好ましい。

【００１８】前記正極は、導電性を向上する観点から導
電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料として
は、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック（例えばアセ
チレンブラックなど）、ニッケル粉末等を挙げることが
できる。

【００１９】多孔質集電体としては、例えば、アルミニ
ウムまたはアルミニウム合金からなるメッシュ、エキス
パンドメタル、パンチドメタル等を用いることができ
る。

【００２０】（２）負極２ この負極２は、多孔質集電体６と、前記集電体６の両面
に積層され、活物質、非水電解液及びこの電解液を保持
するポリマーを含む負極層７とからなる。

【００２１】前記負極活物質としては、リチウムイオン
を吸蔵・放出する炭素質材料を挙げることができる。か
かる炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物
（例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セ
ルロース等）を焼成することにより得られるもの、コー
クスや、メソフェーズピッチを焼成することにより得ら
れるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代
表される炭素質材料を挙げることができる。中でも、ア
ルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガス雰囲気におい
て、５００℃〜３０００℃の温度で、常圧または減圧下
にて前記メソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質
材料を用いるのが好ましい。

【００２２】前記非水電解液としては、前述した正極で
説明したものと同様なものが用いられる。

【００２３】前記ポリマーは、非水電解液を保持する機
能の他に結着機能を有していることが望ましい。かかる
ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様
な種類のポリマーを用いることができ、中でもＶｄＦ―
ＨＦＰ共重合体が好ましい。

【００２４】多孔質集電体には、例えば、銅または銅合
金からなるメッシュ、エキスパンドメタル、パンチドメ
タル等を用いることができる。

【００２５】（３）セパレータ３ このセパレータ３は、非水電解液及びこの電解液を保持
するポリマーを含む電解質層からなる。

【００２６】前記電解質層は、強度を更に向上させる観
点から、有機フィラー、あるいは酸化硅素粉末のような
無機フィラーを添加しても良い。

【００２７】前記ポリマーは、非水電解液を保持する機
能の他に結着機能を有していることが望ましい。かかる
ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様
な種類のポリマーを用いることができ、中でもＶｄＦ―
ＨＦＰ共重合体が好ましい。

【００２８】（４）外装材 この外装材は、内面側から表面側に向けて熱融着性樹脂
層１５と金属層１６と表面層１７とが積層された構造の
外装シート１８と、前記外装シート１８の封止部内面の
熱融着性樹脂層１５にリードと対向するようにそれぞれ
積層され、２つの熱融着性樹脂層１２ａ，１２ｂの間に
絶縁層１３が介在された構造を有する４つのリード保護
部材１４とから構成される。

【００２９】前記熱融着性樹脂には、融点が１２０〜１
７０℃の範囲内にあり、かつ非水電解液に溶解しないも
のを用いることが望ましい。融点が前記範囲よりも低い
と、二次電池を高温環境下で使用した際に熱融着性樹脂
フィルムが溶融する可能性があるため、封止部が開放さ
れて気密性が著しく低下する恐れがある。また、融点が
前記範囲よりも高いと、異常高温時に封止部が開放され
難いため、異常高温時に破裂しやすくなる。かかる熱融
着性樹脂としては、例えば、融点が１００℃のアイオノ
マー、酸変性ポリオレフィン（例えば、融点が１２４℃
の無水マレイン酸変性ポリエチレン、融点が１４０℃の
無水マレイン酸変性エチレン−プロピレン共重合体、融
点が１６８℃の無水マレイン酸変性ポリプロピレンな
ど）等を挙げることができる。

【００３０】前記金属層は、例えばアルミニウムから形
成することができる。

【００３１】前記外装シートの表面層は、例えば、ポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような絶縁性を有
する材料から形成することが好ましい。

【００３２】前記リード保護部材の絶縁層は、前記熱融
着性樹脂層との接着性に優れる材料から形成することが
好ましい。かかる材料としては、例えば、ポリプロピレ
ン（ＰＰ）やポリプロピレン（ＰＥ）のようなポリオレ
フィン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等を挙
げることができる。

【００３３】本発明に係るポリマーリチウム二次電池
は、例えば、以下に説明する方法で製造することができ
る。まず、非水電解液未含浸の正極、負極及び電解質層
を以下に説明する方法で作製する。

【００３４】非水電解液未含浸の正極は、例えば、活物
質、非水電解液を保持する機能を有するポリマー、導電
材料及び可塑剤をアセトンなどの有機溶媒中で混合し、
ペーストを調製し、成膜することにより正極シートを作
製し、得られた正極シートを集電体に熱融着させること
により作製される。また、前記ペーストを集電体に塗布
することによって前記正極を作製しても良い。

【００３５】非水電解液未含浸の負極は、例えば、活物
質、非水電解液を保持する機能を有するポリマー及び可
塑剤をアセトンなどの有機溶媒中で混合し、ペーストを
調製し、成膜することにより負極シートを作製し、得ら
れた負極シートを集電体に熱融着させることにより作製
される。また、前記ペーストを集電体に塗布することに
よって前記負極を作製しても良い。

【００３６】非水電解液未含浸の電解質層は、例えば、
無機フィラー、非水電解液を保持する機能を有するポリ
マー及び可塑剤をアセトンなどの有機溶媒中で混合し、
ペーストを調製し、成膜することにより作製される。

【００３７】前記可塑剤としては、例えば、フタル酸ジ
ブチル（ＤＢＰ）、フタル酸ジメチル（ＤＭＰ）、エチ
ルフタリルエチルグリコレート（ＥＰＥＧ）等を挙げる
ことができる。前記可塑剤には、前記種類のものから選
ばれる１種または２種以上を用いることができる。

【００３８】ひきつづき、非水電解液未含浸の正極と非
水電解液未含浸の負極の間に非水電解液未含浸の電解質
層を配置し、積層物を作製する。得られた積層物を熱融
着により一体化する。次いで、積層物から可塑剤を例え
ば溶媒抽出により除去した後、前記正極に正極リードを
電気的に接続すると共に、前記負極に負極リードを電気
的に接続する。前記正負極リードの両面にリード保護部
材をそれぞれ配置する。前記積層物を外装シートで正負
極リードの先端が前記外装シートから延出するように被
覆する。この際、前記外装シートの正負極リードが延出
している開口端部を前記リード保護部材上に配置する。
次いで、前記外装シートの開口端部を一部を除いて加熱
加圧することにより前記外装シートと前記リード保護部
材と前記正負極リードとを熱融着させると共に、前記外
装シートの開口端部を一部を除いて熱融着により封止す
る。ひきつづき、前記外装シートの未封止の端部から非
水電解液を注入し、この端部を熱融着させることにより
前記発電要素を外装材内に密封し、本発明に係るポリマ
ーリチウム二次電池が得られる。

【００３９】なお、前述した製造方法においては、外装
シートとリード保護部材とを別々にしたが、予めリード
保護部材が外装シートに一体化されている外装材を用い
ても良い。

【００４０】また、前述した図１〜図３においては、外
装材の正負極リードが延出している開口端部の内面のう
ちリードと対向する領域のみリード保護部材で被覆する
構成にしたが、この開口端部の内面全体をリード保護部
材で被覆しても良い。

【００４１】前述した図１〜図３においては、負極の集
電体として多孔質構造を有するものを用いる例を説明し
たが、銅箔のような金属箔を用いてもよい。

【００４２】前述した図１〜図３においては、正極、電
解質層、負極、電解質層及び正極がこの順番に積層され
た５層構造の発電要素を用いる例を説明したが、これに
限らず、例えば、正極、電解質層及び負極からなる３層
構造の発電要素を用いても良い。３層構造の発電要素
は、多孔質集電体の両面に正極層が担持された構造の正
極と、多孔質集電体の両面に負極層が担持された構造の
負極と、前記正負極の間に接着された電解質層とからな
る構造を有するか、もしくはアルミニウム箔のような金
属箔の片面に正極層が担持された構造の正極と、銅箔の
ような金属箔の片面に負極層が担持された構造の負極
と、前記正負極層の間に接着された電解質層とからなる
構造を有することができる。

【００４３】また、前述した図１〜図３においては、正
負極両方の電極のリードを外装材から延出させる構成に
したが、本発明に係るポリマーリチウム二次電池では、
正極リードもしくは負極リードのみを外装材から延出さ
せる構成にしても良い。

【００４４】以上詳述したように本発明によれば、内部
に金属層が配置された外装材で発電要素を正負極リード
のうち少なくとも一方の電極リードが前記外装材から延
出するように被覆し、前記外装材の開口端部を内面に配
された熱融着性樹脂層を熱融着させることにより封止す
るポリマーリチウム二次電池において、前記外装材の前
記熱融着性樹脂層上に絶縁層を前記熱融着性樹脂層を挟
んで少なくとも前記電極リードと対向するように積層さ
せることによって、前記外装材の開口端部内面に配され
た熱融着性樹脂層を熱融着させる際に前記熱融着樹脂層
が前記外装材から流れ出しても前記外装材の内面に露出
するのが前記絶縁層であるため、前記外装材の金属層と
電極リードとが接触するのを防止することができ、内部
短絡を回避することができる。

【００４５】

【実施例】以下、本発明に係わる実施例を前述した図面
を参照して詳細に説明する。

【００４６】（実施例）前述したような構成の非水電解
液未含浸の正極を２枚、前述したような構成の非水電解
液未含浸の負極を１枚及び前述したような構成の非水電
解液未含浸の電解質層を２枚用意し、これらを前記正極
及び前記負極の間に前記電解質層が介在されるように積
層し、加熱した剛性ロールで加熱圧着した。得られた積
層物から可塑剤を除去した後、厚さが３０μｍの帯状ア
ルミニウム箔からなる正極リードと前記正極を電気的に
接続すると共に、厚さが３０μｍの帯状銅箔からなる負
極リードと前記負極を電気的に接続することにより非水
電解液未含浸の発電要素を作製した。

【００４７】一方、リード保護部材として厚さが９μｍ
のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）層と前記ＰＥ
Ｔ層の両面に積層された厚さが２５μｍのアイオノマー
樹脂層とからなるシートを４枚用意した。また、内面側
から表面側に向けて厚さが３０μｍのアイオノマー樹脂
層と厚さが１０μｍのアルミニウム層と厚さが１２μｍ
のＰＥＴ層とが積層された外装シートを用意した。

【００４８】前記正負極リードの両面にリード保護部材
をそれぞれ配置した。前記外装シートを二つに折って前
記発電要素を正負極リードの先端が前記外装シートから
延出するように被覆した。また、前記外装シートの正負
極リードが延出されている開口端部を前記各リード保護
部材上に配置した。前記外装材の開口端部（長手方向に
沿う開口端部及び正負極リードが延出している開口端
部）のうち一箇所を除いて１２５℃に加熱した剛性ロー
ルによって加熱プレスし、前記外装シートと前記各リー
ド保護部材と前記正負極リードとを熱融着し、前記外装
シートの正負極リードが延出している開口端部と前記外
装シートの長手方向に沿う開口端部の一部とを熱融着に
より封止した。次いで、未封止の端部から非水電解液を
注入し、この端部を熱融着することにより発電要素を外
装材内に密封し、前述した図１に示す構造を有し、高さ
が３．１ｍｍで、横幅が３６ｍｍで、長さが６７ｍｍの
ポリマーリチウム二次電池を製造した。

【００４９】（比較例）前述した実施例と同様にして得
られた非水電解液未含浸の発電要素を用意し、前述した
実施例で説明したのと同様な外装シートを二つに折って
前記発電要素を正負極リードの先端が前記外装シートか
ら延出するように被覆した。この状態では前記外装シー
トの長手方向に沿う両端部及び正負極リードが延出して
いる端部が開放されている。これら端部のうち一箇所を
除いて１２５℃に加熱した剛性ロールによって加熱プレ
スし、前記外装シートの開口端部の一部を熱融着により
封止した。次いで、未封止の端部から非水電解液を注入
し、この端部を熱融着することにより発電要素を外装材
内に密封し、前述した図１に示す構造を有し、高さが
３．１ｍｍで、横幅が３６ｍｍで、長さが６７ｍｍのポ
リマーリチウム二次電池を製造した。

【００５０】実施例及び比較例の二次電池それぞれにつ
いて１００個製造し、内部短絡が生じている電池個数を
測定したところ、実施例の二次電池は内部短絡数が０個
であったのに対し、比較例の二次電池は６個あった。

【００５１】従って、熱融着性樹脂層上に絶縁層が前記
熱融着性樹脂層を挟んでリードと対向するように積層さ
れている構造の外装材を備える実施例の二次電池は、リ
ードが延出している端部を熱融着する際の内部短絡を防
止できることがわかる。これに対し、このような絶縁層
が形成されていない外装材を備える比較例の二次電池
は、リードが延出している端部を熱融着する際に内部短
絡が生じることがわかる。

【００５２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、外
装材の開口端部のうちリードが延出されている箇所を熱
融着する際の内部短絡が回避され、信頼性が向上された
ポリマーリチウム二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るポリマーリチウム二次電池の一例
を示す平面図。

【図２】図１のポリマーリチウム二次電池を示す断面
図。

【図３】図１のポリマーリチウム二次電池の封止部付近
を示す斜視図。

【符号の説明】

１…正極、 ２…負極、 ３…セパレータ、 ８…正極端子、 ９…負極端子、 １０…正極リード、 １２ａ，１２ｂ…熱融着性樹脂層、 １３…絶縁層、 １４…リード保護部材、 １５…熱融着性樹脂層、 １６…金属層、 １７…表面層、 １８…外装シート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に金属層が配置された外装材で発電
   要素を正負極リードのうち少なくとも一方の電極リード
   が前記外装材から延出するように被覆し、前記外装材の
   開口端部を内面に配された熱融着性樹脂層を熱融着させ
   ることにより封止するポリマーリチウム二次電池におい
   て、 前記外装材の前記熱融着性樹脂層上に絶縁層が前記熱融
   着性樹脂層を挟んで少なくとも前記電極リードと対向す
   るように積層されていることを特徴とするポリマーリチ
   ウム二次電池。