JP2000306556A - 枠付き電池 - Google Patents

枠付き電池

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外装体にフィルムを用いた電池の高エネルギ
ー密度および低製造コストの利点を損なうことなく、外
装体にフィルムを用いた電池の剛性を高め、安全性を確
保することを目的とする。 【構成】 外装フィルムを用いてその周辺部を接合する
ことにより、発電要素を密封した構成を有する電池にお
いて、電池周辺部の前記外装フィルムの接合部に相当す
る薄肉部上に、電池の厚肉部に嵌合する窓と端子を有す
る枠体を結合した枠付き電池とすることで、上記目的を
達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外装体にラミネー
トフィルムを用いて、発電要素を密封した電池に関する
ものであり、外装フィルムの接合部分に相当する薄肉部
の折れ曲がりと薄肉部の枠体からの剥離および端子の変
形を防止することを目的とする。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオン電池は高いエネルギー密
度を有することから、携帯用端末機用電源に多く用いら
れ、更なる高容量化、薄型化の開発が要求されている。
【０００３】ポータブル機器電源に使用されている各種
小型二次電池のエネルギ−密度を比較してみると、鉛電
池では２０〜４０Ｗｈ／ｋｇ、５０〜１００Ｗｈ／ｌ、
ニッケルカドミウム電池では４０〜５０Ｗｈ／ｋｇ、１
３０〜２００Ｗｈ／ｌ、ニッケル水素電池では５０〜６
０Ｗｈ／ｋｇ、２５０〜３００Ｗｈ／ｌ、リチウムイオ
ン電池では９０〜１１０Ｗｈ／ｋｇ、２５０〜３００Ｗ
ｈ／ｌとなる。
【０００４】この小型二次電池の構成としては、巻回し
た極群を円筒形のケースに収納した円筒形電池や平板状
の極板を積層して平角形ケースに収納した角形電池があ
る。これらのケースは強度をもたせるため金属容器で形
成され、製造コストが割高であり、軽量化が容易でな
い。
【０００５】より安価で軽量な小型二次電池を提供する
手段として、発電要素をポリエチレンシートやアルミシ
ートをラミネートし、非ガス透過性を持たせたフィルム
部材よりなる袋状体に収納し、熱溶着等により接合密閉
したものが提案されている。このような二次電池として
は、例えば、実開昭６０−１６２３６２号に開示されて
いるように、平板状極板群を内側から感熱性接着層、ア
ルミニウム箔および高分子フィルムからなるラミネート
で封止し、ラミネートフィルムの感熱層にリード体とな
る金属蒸着膜を形成し、金属の蒸着膜の一端を電極端子
に接触させて発電要素をラミネートフィルムで封止した
ものや、特開昭６１−２０６１５７号に開示されている
ように、平板状極板群をチューブ状のラミネートフィル
ム部材に挿入した後、両端部を熱溶着して密閉したもの
等がある。このような外装体にラミネートフィルムを用
いた電池においては、外装フィルムが剛性に乏しいた
め、外力を加えると容易に変形する。このため、形状の
自由度は大きくなるが、過剰な変形はその応力のため電
池内部構造を破壊し、活物質の脱落および短絡の原因と
なる。特に電池周辺の外装フィルムの接着部である薄肉
部は変形し易く、外力も受けやすい為、落下等の衝撃に
よって短絡する可能性が高い。また、端子部も外装フィ
ルムのみにより固定されている為、端子が受ける外力
は、そのまま電池内部の発電要素に伝わり短絡の原因と
なることがあった。
【０００６】そこで、上記のような電池の変形に対する
安全性を確保する為、外装容器を用いる等の工夫がなさ
れている。また、実開昭６３−４２４６２号では外装フ
ィルムの接合部である薄肉部の上に厚肉部に嵌合する枠
体を結合したものを開示している。
【０００７】しかしながら、外装容器を用いると外装体
にフィルムを用いた電池の高エネルギー密度および低製
造コストの利点を損なう。また、実開昭６３−４２４６
２号では外装体にフィルムを用いた場合の利点は保たれ
るが、端子が外装フィルムにのみ固定されている為、電
池装脱着時に端子が変形し、接触不良になったり、端子
に加わる応力が電池内部に伝わり、電池内部の発電要素
が変形して短絡を引き起こすことがある。また、枠体が
薄肉部の上に結合されているだけであり、枠体と電池の
結合部が外部の衝撃に曝され易く、剥離脱落の原因とな
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の問題点に鑑みなされたものであり、外装体にフィルム
を用いた電池の高エネルギー密度および低製造コストの
利点を損なうことなく、外装体にフィルムを用いた電池
の剛性を高め、安全性を確保することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、外装フィルムを用いてその周辺部を接
合することにより、発電要素を密封した構成を有する電
池において、電池周辺部の前記外装フィルムの接合部に
相当する薄肉部上に、電池の厚肉部に嵌合する窓と端子
を有する枠体を結合した枠付き電池である。また、前記
枠体の電池との結合部に電池周辺部の薄肉部に嵌合する
凹部を形成した枠付き電池である。
【００１０】すなわち、外力が加わり易く変形による応
力が集中し易い電池周辺部に枠体を設けることにより、
落下の衝撃等の外力による電池の変形を防ぎ、電池脱着
時に最も応力が加わる端子部を枠体に固定して、電池脱
着時の電池の破損を防ぐものである。
【００１１】更に、枠体に電池周辺部に嵌合する凹部を
つけることにより、電池と枠体の接合部の最外周部を保
護し、電池の剥離および脱落を防止するものである。
【００１２】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明
する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変
更して実施することが可能である。
【００１３】（本発明）先ず、本発明の電池の構成要素
を説明する。正極には、正極活物質のＬｉＣｏＯ2 ８７
重量部、導電助剤の人造鱗片状黒鉛８．５重量部および
アセチレンブラック１．５重量部を混合した混合粉体
に、バインダーとして１２％ポリフッ化ビニリデン／Ｎ
−メチル−２−ピロリドン溶液を２５重量部加えて練
り、さらにＮ−メチル−２−ピロリドンを２９重量部加
えてペースト状にしたものを集電体となる厚さ２０μｍ
のアルミニウム箔上に厚さ約２６０μｍで塗布したもの
を乾燥後、電極形状に打抜き、厚さ約１００μｍにプレ
スしたものを用いた。
【００１４】尚、正極活物質としては上記以外のリチウ
ム含有遷移金属酸化物、例えばスピネル型マンガン酸リ
チウム（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）、ニッケル酸リチウム等を用
いることができる。
【００１５】負極には、負極活物質として層間距離ｄ０
０２が３．３７Å、結晶子サイズＬｃが３６０Åである
繊維状人造黒鉛９４重量部に、バインダーとして１２％
ポリフッ化ビニリデン／Ｎ−メチル−２−ピロリドン溶
液を５０重量部加えて練り、さらにＮ−メチル−２−ピ
ロリドンを２４重量部加えてペースト状にしたものを集
電体となる厚さ１２μｍの電解銅箔上に厚さ約２１０μ
ｍで塗布したものを乾燥後、電極形状に打抜き、厚さ約
１０５μｍにプレスしたものを用いた。
【００１６】また、負極活物質としても、上記以外のメ
ソカーボンマイクロビーズ、コークス、ハードカーボン
等の炭素材を用いることができる。
【００１７】また、バインダーとしても、上記以外のも
のとして、ポリテトラフルオロエチレン、ゴム系高分子
もしくはこれらとセルロース系高分子との混合物または
ポリフッ化ビニリデンを主体とするコポリマー等を用い
ることができる。
【００１８】電解質としては、先ず、エチレンカーボネ
ートとγ−ブチロラクトンの２：３の混合溶液に、Ｌｉ
ＢＦ4 を１ｍｏｌ／ｌになるように溶解させた電解液を
準備した。該電解液にアクリル酸エステル基が３個付加
されたエチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの共
重合体であるマクロマーを２０％混合したポリマー電解
質前駆体Ａを調製した。ポリマー電解質前駆体Ａを電子
線照射により硬化させゲル状にしたポリマー電解質Ａを
得た。平均分子量が５００であるビスフェノールＡのエ
チレンオキサイド付加体をアクリレート化したモノマー
を該電解液に２０％混合したポリマー電解質前駆体Ｂを
調製した。ポリマー電解質前駆体Ｂを該正負極に真空含
浸し、電子線照射により硬化させ極板中にポリマー電解
質Ｂを形成させた。
【００１９】尚、電解質としても、上記に制限されるも
のではなく、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネ
ート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、スルホラン、γ−ブチロ
ラクトン等の混合溶媒にＬｉＰＦ6 、ＬｉＢＦ4 、Ｌｉ
ＣｌＯ4 、リチウムペルフルオロアルキルスルホン酸イ
ミド塩等の支持塩を溶解した電解液、およびそれらの電
解液とポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリ
ル、ポリフッ化ビニリデン等の高分子とのゲル状電解質
等を用いることができる。
【００２０】セパレータとして厚み３０μｍのポリプロ
ピレン不織布にポリマー電解質前駆体Ａを含浸させ、そ
れに電子線を照射することにより得られた厚み３５μｍ
ゲル状フィルムを用いた。セパレータについても、とく
に限定されず、従来から使用されているポリエチレン微
多孔膜、ポリフッ化ビニリデン微多孔膜等の種々のセパ
レータを用いることができる。
【００２１】次に本発明電池の構造を説明する。上記正
負両極とセパレータとを平板状として積層し、外装フィ
ルム（１）により密閉した電池の一例として断面図を図
１に示す。この積層式極板群（２）の構成も特に限定さ
れるものでなく、図２に示す正負両極とセパレータとを
扁平渦状に巻回した巻回式極板群（３）を外装フィルム
（１）により密閉したものでも良い。また、密閉前の外
装フィルム（１）の一方は深絞り加工により発電要素の
収納部の型が形成されているのが望ましい。
【００２２】図３に示す枠体（５）は合成樹脂成形体を
用いる。枠体（５）に用いる樹脂には軽量性と剛性が求
められる。枠体外周部は電池外周部以上の大きさとし、
中央に発電要素収容部に相当する電池厚肉部に嵌合する
窓（６）を持つ。その窓（６）の縁は電池厚肉部と薄肉
部の境界における段差の傾斜に合致する傾斜を持つ。そ
の枠体（５）の厚みは電池面の枠体からのはみ出しを防
止するため電池厚肉部の厚みと同等またはそれ以上とす
る。電池の枠体（５）からの剥離および脱離を防止する
ため、電池の薄肉部との接着面に薄肉部と同等またはそ
れ以上寸法の深さを持つ凹部（７）を設ける。また、端
子部には端子（９）（図４）及び／または正・負極リー
ド（４）（図６）が枠体（５）より突出する事を防止す
るための端子溝（８）を形成した。端子（９）は図６Ａ
に示すように、端子溝（８）に固定した。
【００２３】凹部（７）と窓（６）枠と端子（９）を有
する枠体（５）を電池に結合した枠付き電池を図４に示
す。図５に図４の破線部における断面図を示す。
【００２４】枠体（５）と電池の結合は枠体（５）の結
着部に接着剤を塗布し張り合わせることにより行った。
尚、この結合は結合部にホットメルト材を使用し融着さ
せることにより行うこと等の結着法も用いることができ
る。
【００２５】端子（９）と正・負極リード（４）とをス
ポット溶接で溶接することにより電子的コンタクトを得
た。尚、図６Ｂに示す様に正・負極リード（４）をその
まま端子として利用させることも可能である。
【００２６】（比較例）本発明と同様にして作成した外
装フィルムで密閉された電池に本発明で用いた枠体に対
して端子および凹部を設けず、電池周辺部の前記外装フ
ィルムの接合部に相当する薄肉部の上に電池の厚肉部に
嵌合する窓を有する枠体を結合した電池を比較例とし
た。
【００２７】以上のようにして作製された枠付き電池２
０個を機器に装脱着した場合に端子の変形および電池の
変形と枠体から剥離した装脱着回数の頻度を測定した。
結果を図７に示す。
【００２８】図７から明らかなように、本発明では１０
回以上電池の装脱着を繰り返しても端子変形および電池
剥離は生じないのに対し、比較例ではすべての電池が１
０回以内の電池の装脱着で端子変形および電池剥離を引
き起こした。よって、本発明の効果は顕著である。
【００２９】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の枠付き電池は、外装にラミネートフィルムを用いた
電池において、装脱着時の端子の変形と電池の変形を防
止し、電池の装脱着を簡便化し、さらに電池の安全性を
向上させたので、その工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層式極板群を用いた外装フィルムにより発電
要素を密閉した電池の断面図である。
【図２】巻回式極板群を用いた外装フィルムにより発電
要素を密閉した電池の断面図である。
【図３】本発明における枠付き電池の枠体の斜視図であ
る。
【図４】本発明の枠付き電池の正面図である。
【図５】図４の破線部における本発明の枠付き電池の断
面図である。
【図６】本発明の枠付き電池の端子部における断面拡大
図である。
【図７】装脱着試験結果を示す図である。
【符号の説明】
１ 外装フィルム ２ 積層式極板群 ３ 巻回式極板群 ４ 正・負極リード ５ 枠体 ６ 窓 ７ 凹部 ８ 端子溝 ９ 端子
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月９日（１９９９．６．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】そこで、上記のような電池の変形に対する
安全性を確保する為、外装容器を用いる等の工夫がなさ
れている。また、実公昭６３−４２４６２号では外装フ
ィルムの接合部である薄肉部の上に厚肉部に嵌合する枠
体を結合したものを開示している。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】しかしながら、外装容器を用いると外装体
にフィルムを用いた電池の高エネルギー密度および低製
造コストの利点を損なう。また、実公昭６３−４２４６
２号では外装体にフィルムを用いた場合の利点は保たれ
るが、端子が外装フィルムにのみ固定されている為、電
池装脱着時に端子が変形し、接触不良になったり、端子
に加わる応力が電池内部に伝わり、電池内部の発電要素
が変形して短絡を引き起こすことがある。また、枠体が
薄肉部の上に結合されているだけであり、枠体と電池の
結合部が外部の衝撃に曝され易く、剥離脱落の原因とな
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】外装フィルムを用いてその周辺部を接合す
    ることにより、発電要素を密封した構成を有する電池に
    おいて、電池周辺部の前記外装フィルムの接合部に相当
    する薄肉部上に、電池の厚肉部に嵌合する窓と端子を有
    する枠体を結合した枠付き電池。
  2. 【請求項２】前記枠体の電池との結合部に電池周辺部の
    薄肉部に嵌合する凹部を形成した請求項１記載の枠付き
    電池。
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