JPH10208708A

JPH10208708A - 扁平形電池

Info

Publication number: JPH10208708A
Application number: JP9013823A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Yoshihisa; 洋悦吉久; Shuichi Ido; 秀一井土
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1997-01-28
Filing date: 1997-01-28
Publication date: 1998-08-07
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: JP3452172B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絞り加工工程においてピンホールや亀裂など
の損傷が生ぜず、単位体積当たりの容量の優れた扁平形
電池を提供する。【解決手段】本発明の扁平形電池は、金属箔６１と融
着性樹脂フィルム６５が熱によって直接接着されたパッ
ケージ６を有し、該融着性樹脂フィルム６５の引っ張り
降伏点応力が１００〜３００ｋｇ／ｃｍ²、破断点伸び
が５００〜１０００パーセントであることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は正極、負極、セパレ
ータおよび電解質から成る発電要素が、金属箔と樹脂フ
ィルムのラミネートフィルムから成るパッケージ内に収
納密閉された扁平形電池に関するものである。特に、そ
のパッケージフィルムの構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯機器の小型化が益々進むに伴
い、その電源として使用される電池に対しても小型軽量
化の要求が高まっている。また機器の高機能化が進むに
伴い、消費電力が増大し電池に対して益々高容量化の要
求が高まっている。さらには、使用期間も数年〜１０年
と長期間使用する用途が増える傾向にあり、これに適応
可能な信頼性の高い封口機能も要求されている。

【０００３】前記機器側の要求を満たす為に、電池に於
いては無論のこと、電極の材料やセパレータ、電解液等
で様々な改良が成されてきている。一方、電池のパッケ
ージにおいても薄型化、軽量化の提案が出されている。
その１つは従来一般的であった絞り加工によって作製さ
れた厚手の金属や成形によって作製された合成樹脂製パ
ッケージに替えて、金属箔や合成樹脂フィルムを採用し
ようとするものがある。

【０００４】具体例を図４、図５の断面図で示す。図４
で１は正極、２は例えばアルミニウム（Ａｌ）箔製の正
極集電体、３は負極、４は例えば銅箔製の負極集電体、
５は電解液を含むセパレータまたは高分子固体電解質の
フィルムである。これらで構成される発電要素はパッケ
ージフィルム６内に収納されている。パッケージフィル
ム６は、フィルムを通して水分や酸素等の物質の透過が
起きないような材質構成が選定される。一般的には、合
成樹脂と金属箔のラミネートフィルムが使用される。ラ
ミネートフィルム６の構成は、図５に示すようにＡｌ等
の金属箔６１を芯にして、外面には、パッケージフィル
ムの機械的強度を保ち、中のＡｌ箔を保護するためにナ
イロンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの
機械的強度の強い樹脂６２、内面には変性ポリプロピレ
ン（ＰＰ）やポリエチレン等の融着性に富み、水分の透
過しにくい樹脂６３が配置され、接着剤６４で前記金属
箔６１と接着されている。

【０００５】また、実公平３ー３９８８３号公報にはＡ
ｌ箔とα，βー不飽和カルボン酸がグラフト重合された
オレフィン系樹脂が直接熱融着により積層されて成る電
池用外被包材が開示されている。この提案にある如く、
有機溶媒を含む非水電解液を内包する電池においては、
接着剤を用いずに金属と樹脂を直接熱融着するのが、長
期の使用中での金属と樹脂の剥離を防止するのに有効で
ある。従って、金属箔と樹脂フィルムを重ねて、加熱し
てラミネートする必要がある。従来の提案においては、
パッケージフィルムを構成するＡｌ箔や樹脂の物性につ
いて規定されていない。一般的に、金属箔には、純Ａｌ
またはＪＩＳＨ４１６０で合金番号１１００、３００
３、もしくは３００４で規定された組成のＡｌ合金箔が
使用される。内面に配される融着性樹脂フィルムには、
不飽和カルボン酸がグラフト重合された、変性ＰＥやＰ
Ｐが使用される。外面に配される機械的強度を維持する
ための樹脂フィルムには、ナイロンやＰＥＴが常用され
る。外面の樹脂フィルムと金属箔は、ウレタン系の接着
材を介してラミネートされる。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】前記に図示した、従
来のパッケージの欠点を述べることによって、本発明が
解決しようとする課題を説明する。従来電池は、パッケ
ージの厚さを小さくできる点においては、小型化、軽量
化に有効なものである。ある種の電池、例えばリチウム
電池に於いては、外部からの水分や酸素の侵入を極端に
嫌う、また、外部に向かって電解液が逸散してはならな
い。パッケージは、電池の内と外の間の物質の透過を阻
止し得る十分な機能を有していなければならない。ま
た、使用期間中、前記パッケージに要求される機能が失
われてはならない。

【０００７】Ａｌ箔とその内面に配した融着性樹脂フィ
ルムとを接着剤を介して接着したものは、Ａｌ箔と樹脂
フィルムの剥離が生じたり、さらに進行するとＡｌ箔の
腐食が生じ、パッケージの機能が失われる場合があっ
た。リチウム電池に於いては、電解液のソルベントを構
成するのは、一般的にプロピレンカーボネイト（ＰＣ）
やジメチルカーボネイト（ＤＭＣ）などの炭酸エステル
やジエトキシエタン（ＤＥＥ）などのエーテルである。
これらソルベントの分子はゆっくりではあるがポリオレ
フィンフィルムを透過する。透過したソルベント分子は
前記接着材をおかす。このためにＡｌ箔とポリオレフィ
ンフィルムの剥離が生じる。剥離がフィルムのエッジに
到達すると、Ａｌが外の腐食性雰囲気にさらされるため
に、腐食が発生する。このように従来の構成のフィルム
では、徐々にパッケージの封止機能が失われる欠点があ
った。この欠点を改良するため、前記実公平３ー３９８
８３号公報が提案されていた。

【０００８】しかし、従来電池に於いては、パッケージ
フィルムの金属箔に目視では確認出来ない微細な亀裂や
ピンホールが存在し、封止が不完全であるために、使用
中や保管中に特性不良が発生した。その原因の第１は、
封止工程で発生する。封止工程において、パッケージフ
ィルムは、電池の厚さに相当する深さの絞り加工を受け
る。従来の電池では、前記封止工程でパッケージフィル
ムが折れ曲がる部分、すなわち図４の９、１０や、テン
ションの加わるサイド部分１１で金属箔に微細な亀裂や
ピンホールが発生し、封止が破壊される問題があった。
前記の如く従来電池では、金属箔に純ＡｌまたはＪＩＳ
Ｈ４１６０の合金番号１１００、３００３、３００４
を使用していたが、これらは展伸性が乏しく、絞り加工
工程でのテンションに適応できなかった。従来電池で
は、この問題を回避するために、金属箔の厚さを大きく
するか、折れ曲がりの角度を図４の如く、鈍角にしてい
た。しかし、このような構成はパッケージの厚さが厚く
なったり、図４の１２のような空隙が生じるので、同一
寸法の電池では内容積が小さくなり、電池容量を犠牲に
するものであった。従って、このような構成を採用した
電池の厚さは、１〜２ｍｍ以下に限定されていた。

【０００９】原因の第２は、金属箔と融着性樹脂フィル
ムのラミネート工程で発生する。接着剤を介しないで直
接熱融着によるラミネートは、接着剤方式と比べ、ラミ
ネート工程での樹脂フィルムの伸びが大きい。それに伴
って、金属箔に加わるテンションが大きくなる傾向にあ
る。このテンションに耐えきれずに金属箔に損傷が発生
する場合がある。樹脂の材質としてＰＥよりもＰＰのほ
うが伸びが小さいが、それでも従来の金属箔では、耐え
ない場合が生じた。これらの損傷は微細であり、量産の
場で損傷の有無を検査するための簡便で有力な方法が無
いのが現状である。従って、損傷しないラミネートフィ
ルムが求められていた。

【００１０】この種の電池の製造において、パッケージ
フィルム内に発電要素を収納するに際して、発電要素が
正しい位置に置かれなければならない。従来の方法では
平面状のパッケージフィルムの上に、発電要素を載置し
ていた。このため、ささいな衝撃でも位置ずれを生じる
ことがあった。従って簡便な位置決めの方法が求められ
ていた。本発明は、封口機能を維持する信頼性が高く、
容量の大きな扁平形電池を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】金属箔と樹脂フィルムで
構成されるラミネートフィルムをパッケージフィルムと
し、内面の融着性樹脂フィルムと金属箔を接着剤を使用
すること無く熱によって直接ラミネートされた扁平形電
池において、融着性樹脂フィルムの引っ張り降伏点応力
と破断点伸びの値を特定する。これにより、ラミネート
工程でる金属箔に加わるテンションの値を金属箔が損傷
を受けずに耐える範囲内に抑える。具体的には、融着性
樹脂フィルムの降伏点応力をＪＩＳＫ６７５８に規定
された測定による降伏点応力を１００〜３００ｋｇ／ｃ
ｍ²、破断点伸びを５００〜１０００％とする。両方の
値がこの範囲内であれば、ラミネート工程でＡｌ箔に損
傷が生じることが無い。封止工程で２〜３ｍｍの深さの
絞り加工が加えられても樹脂フィルム層に損傷が生じる
ことも無い。前記の範囲に比べ、降伏点応力が大きい
か、破断点伸びが大きい場合は、ラミネート工程で金属
箔に加わるテンションが大きくなり、金属箔に損傷が生
じる。逆に小さい場合には封止工程で絞りが加わった時
に樹脂フィルムの層に裂け等の損傷が生じる。

【００１２】金属箔はＦｅを０．６％以上含有するＡｌ
合金箔とする。該合金箔は樹脂との接着性に優れると同
時に、展伸性に富み、鋭角な折れ曲がりが加わる絞り加
工を受けても、亀裂やピンホールが発生することが無
い。さらに前記従来のＡｌ材質では不可能であった約１
０ｍｍ深さの深絞りが可能になった。このため高い信頼
性の封止機能が得られると同時に従来この種のパッケー
ジ方式では実現出来なかった厚手で大きい容量の電池が
実現可能になった。

【００１３】ポリオレフィン系樹脂フィルムは、ＰＰフ
ィルムとする。該樹脂はＰＥに熱変形が小さく、金属箔
とラミネートする過程での伸びが小さい。従って、ラミ
ネート工程で金属箔の伸びが小さく、金属箔に亀裂やピ
ンホールが生じないばかりでなく、寸法精度の高く、反
りやしわの無いフィルムが得られる。また、ＰＥにくら
べ耐熱性に優れ、高温でも前記金属箔との接着性が良い
ので、本発明電池は耐熱性に優れる。

【００１４】製造の場で発電要素の位置決めは、パッケ
ージフィルムに発電要素が納まるよう、予めフィルムに
型付けをしておくことで達成できた。本発明にかかるフ
ィルムでは、約１０ｍｍの深さまで型付け加工すること
が可能で、位置決めの手段として有効である他、従来の
この種電池では達成出来なかった厚さの電池の製作が可
能になった。従来の電池に於いては、融着性樹脂の物性
やＡｌの材質に関して規定が無く、封止の信頼性が不十
分であった。本発明は樹脂の物性、Ａｌの材質とラミネ
ート工程、封止工程で生じるパッケージの損傷との相関
に着目して成されたもので、封止の信頼性が高く、かつ
従来より厚手の大きな容量の電池を実現しようとするも
のである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１の（Ａ）は本発明に係る扁平
形電池の一実施形態を示す断面図であり、（Ｂ）は理解
を容易にするための同平面図である。図１に於て、６は
パッケージフィルムである。パッケージフィルムの材料
構成を図２に示す。図２で６１はＡｌ合金箔で、該Ａｌ
合金はＦｅを０．６％以上含有することを特徴とする。
ピンホールが無いこと、および強度を満足することを考
慮して、厚さは２０〜５０μｍが適当である。６５は融
着性樹脂で、具体的には商品名アドマー、モデイック、
ポリタックなどのマレイン酸やアクリル酸がグラフト重
合された変性ＰＰである。封止工程での融着の信頼性を
高くするため、樹脂の厚さは３０〜１００μｍが適当で
ある。金属箔６１と融着性樹脂６５は接着剤を使用せ
ず、熱によってラミネートされる。一般的に接着剤を用
いるラミネートに比べ、熱によるラミネートは樹脂の伸
びが大きく、金属箔に対して大きなテンションが加わる
のであるが、展伸性の高い金属と伸びの小さい樹脂の組
み合せで、テンションを最小限に抑えることができ、金
属の損傷発生を無くすことができた。６２は厚さ５〜２
０μｍのＰＥＴ製のフィルムで、ウレタン系の接着剤６
４を介して、Ａｌ合金箔６１にラミネートされている。
接着層６４の厚さは５〜１０μｍである。図３は予め
形付け加工を施したパッケージフィルム６の断面を示す
図である。発電要素がピッタリ納まるよう、冷間絞り加
工によって、少なくとも１方のフィルムに形が付けられ
ている。発電要素をこのくぼみに挿入することにより、
位置ずれを防止することができる。該材質のパッケー
ジフィルムでは、従来とても達成できなかった約１０ｍ
ｍ深さの加工が可能である。

【００１６】図１に於て、正極１、負極３、セパレータ
５を主構成要素とする発電要素がパッケージ６内に収納
され、パッケージの周辺部７が融着されて電池が封止さ
れる。図１に示す如く本発明電池では、パッケージフィ
ルム６は９および１０においておよそ直角に折り曲げら
れるが、金属箔６１に損傷は認めれられなかった。ま
た、電池のサイド部分１０にも金属の損傷は認められな
かった。タイトな絞り加工が可能になったため、図４と
比較して明かなようにサイド部分のデッドスペース１２
を無くすことができる。このため発電要素が入る有効内
容積が大きく、電池容量が向上した。また、ＰＰはＰＥ
に比べて耐熱性に優れ、ＰＥの場合上限温度が約１００
℃であったのに比べ、１２０〜１３０℃になり、電池の
耐熱性が向上した。なお、８は正極または負極集電体
２、４から延びて、パッケージ６の外へ露出した正極ま
たは負極端子である。

【００１７】以下に実施例により本発明の詳細を記述す
るが、形状、発電要素の構成は以下の例に限定されるも
のでは無い。（実施例１）図１において、１はコバルト酸リチウム
（ＬｉＣｏＯ₂）を主構成物質とする厚さ約０．２ｍｍ
の正極、２は厚さ約３０μｍの純Ａｌ箔製の正極集電体
で、３は炭素粒子を構成物質とする厚さ約０．２ｍｍの
負極、４は厚さ約２０μｍの銅箔製の負極集電体であ
る。５はＬｉＰＦ6 等のリチウム塩をＰＣやＤＭＣなど
の溶媒に溶解させた非水系電解液を含むＰＰもしくはＰ
Ｅの微孔膜製のセパレータである。セパレータ５として
はリチウム塩をＰＥＯなどの高分子に溶解させた高分子
固体電解質も適用できる。図の如く正極１、セパレータ
５、負極３の積層体は折り畳まれ、大きさが４２×３０
ｍｍ、厚さが約８ｍｍの発電要素が形成される。該発電
要素は図３で示した予め冷間加工によって型付けされた
パッケージ６に収納される。型付けの寸法は内包される
電池の構成要素のサイズに等しくされる。パッケージフ
ィルム６の厚さは１００μｍでその構成は外面が１０μ
ｍのＰＥＴフィルム６２、内面が５０μｍの熱融着性Ｐ
Ｐフィルム６５でその降伏点応力は１５０ｋｇ／ｃ
ｍ²、破断点伸びが７００％である。芯はＦｅの含有比
率が１．０％の厚さ４０μｍのＡｌ合金箔６１である。
２枚のパッケージフィルムの融着性樹脂同士が周辺部分
７で融着され、電池が密閉される。封止は外から型で加
圧しながら行うか、もしくは減圧下で行う。

【００１８】実施例１と同一のサイズの電池を試作し
て、パッケージフィルムを構成する融着性樹脂フィルム
の物性およびＡｌ合金箔中に含まれるＦｅの比率とシー
ルの良否の関係を調べた。評価は充電した電池各２０個
を温度４５℃、湿度９０％ＲＨ中に１０日間放置して、
重量変化および開路電圧の低下を生じたものを不良とし
た。表１は融着性樹脂の物理的物性と電池のシールの不
良発生頻度の関係を調べた結果である。芯材は何れもＦ
ｅを１．０％含むＡｌ合金箔である。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１より降伏点応力が１００〜３００ｋｇ
／ｃｍ²で、且つ破断点伸びが５００〜１０００％であ
れば、不良の発生が０であることがわかる。これは、融
着性樹脂の物性が上記の範囲内であれば、型付け加工時
にＡｌに加わるテンションが小さく、金属箔が損傷を受
けないためと推定される。表２はラミネートフィルムを
構成する、Ａｌ合金箔のＦｅ含有比率と電池（２０個）
のシールの不良発生頻度の関係を示すものである。

【００２１】

【表２】

【００２２】表２よりＦｅの含有率が０．６％以上であ
れば不良の発生は０であることがわかる。これは、Ｆｅ
の比率が０．６％以上であれば、Ａｌ合金箔が形付け加
工に耐える延展性を有するため、金属箔が損傷を受けな
い為と推定される。

【００２３】パッケージフィルムを予め形付けしておく
ことにより、パッケージフィルムに発電要素を載置する
工程で常時一定の位置決めが可能である。また、載置後
シールに移る工程で位置ずれを生じることが無い。

【００２４】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明は、ラミネート
フィルムによりパッケージした電池において、従来電池
厚さが最大１〜２ｍｍであったものを約２０ｍｍまで可
能にし、放電容量の大きな電池に対応出来るものであ
る。また、フィルムの直角の絞り加工を可能にしたこと
で電池内のデッドスペース低減に有効である。また、密
閉化の信頼性が高く、長期の使用や保存に耐える。従っ
て、放電容量が大きく、耐熱性に優れる、長寿命の扁平
形電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明に係る扁平形電池の一実施形態
を示す断面図、（Ｂ）は同平面図である。

【図２】図１のパッケージフィルムを示す一部拡大断面
図である。

【図３】（Ａ）は本発明に係るパッケージフィルムに絞
り加工を加えた時の一実施形態を示す断面図であり、
（Ｂ）は同じく他の実施形態を示す断面図である。

【図４】従来の扁平形電池の一実施形態を示す断面図で
ある。

【図５】図４のパッケージフィルムを示す一部拡大断面
図である。

【符号の説明】

６パッケージ６１金属箔６５融着性樹脂フィルム７周縁部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属箔の内面に融着性樹脂フィルムを配
したラミネートフィルム製パッケージ内に発電要素が収
納され、該パッケージの周縁部が融着封止され、該金属
箔と融着性樹脂フィルムが熱によって直接接着された扁
平形電池において、前記融着性樹脂フィルムの引っ張り
降伏点応力が１００〜３００ｋｇ／ｃｍ²、破断点伸び
が５００〜１０００％であることを特徴とする扁平形電
池。
【請求項２】前記金属箔は、鉄を０．６質量％以上含
有するアルミニウム合金箔であり、前記融着性樹脂フィ
ルムは、α，βー不飽和カルボン酸がグラフト重合され
た、変性ポリプロピレンまたはその共重合体フィルムで
あることを特徴とする請求項１記載の扁平形電池。