JPH11506264A - 高分子積層電池構造に対する電気的接続 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可撓性積層構造の繰り返し充電可能な電池（１０）の導電要素（３２）と、脆いエキスパンディッドメタル極板集電要素（１２）との間の電気的接続が加熱活性化接着剤シート材料（３４）によって維持され、この材料は、これら要素の間の安定した電気的接触を維持すると同時に物理的な補強をもたらす。また、金属箔表面（４６）を具えたこのような接着材料は、集電器または電池の電極要素と外部の使用器具との間の電気的接続を直接もたらすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 高分子積層電池構造に対する電気的接続 発明の背景 本発明は、繰り返し充電可能な２次電池に関し、特にこのような電池は、高分 子配合電極と、集電箔の間に貼り合わされる電解質要素とを積層して構成される 。より詳細には、本発明は、極めて薄い網状の集電箔を具えた上述のような電池 に関し、上述のような集電要素の間か、あるいは集電箔から使用器具への電気的 接続を行うための手段を提供する。 本発明が役立つ典型的な高分子配合の電池構造は、例えば米国特許５，４６０ ，９０４および５，４７８，６６８に記載されている。このような電池は、リチ ウム内位添加化合物と炭素とからなるそれぞれ正負の高分子配合フィルムマトリ クス電極を具え、これらは共通セパレータおよび電気的接続のための一次端子を もたらす金属箔集電要素に貼り合わされる。 上述した高分子電池の製造の際に利用される独特で有利な溶媒抽出処理のため 、集電要素は抽出流体の迅速な通過を可能とする少なくとも１枚の箔を具えてい る。孔あき、あるいは網状の箔極板がこの役割において特に好ましい。しかしな がら、このような箔極板の異なる有利な軽量構造は、母線やワイヤ，箔あるいは 他の導電体に対し、電池端子、特に電池セル集電要素を取り付けるために工業的 に良く用いられるはんだ付けやエンボス加工あるいは超音波溶接などの強烈な作 業を用いることに対し、伝導性がないかも知れない脆くて限られた表面要素を結 果として生ずる。本発明は、このような潜在的な破壊的手法を取ることなく、上 述のような電池集電極板要素と他の導電体との間の電気的接続を物理的に達成し て維持するための手段を提供する。 発明の概要 本発明は、安定した電気的接続を達成するため、高分子積層電池集電器として 好ましい材料である網状あるいは格子状の箔に対して接着剤配合物、好ましくは 加熱活性化接着剤を用いている。 その最も単純な形態において、本発明は、実質的により高い強度の導電箔を脆 い集電極板の上に重ねて接触状態で貼り合わせるため、隣接する電極層に関して 熱可塑性配合物を使用することができる。しかしながら、電極配合物に対する結 合を高めるため、接着剤プライマー層あるいは加熱接着剤被覆が集電箔に好まし くは用いられる。従って、集電極板要素と物理的に接触状態で固定される導電箔 は、外部の利用のための電流の主要な導体として役立つか、あるいはワイヤや他 の導体が一般的に用いられる溶接またははんだ付け手段によって貼り付け可能な 複合的なベースとして使用することができる。 非導電性のテープ状フィルム支持体上の加熱接着剤被覆は、導電性箔極板の一 部を電気的接触状態で効果的に接合すると同時に、孔があいていないより頑丈な 金属箔あるいはワイヤ導電体に対して箔極板または金属被覆樹脂導体を同様に接 合するために特に好ましい。 本発明において有効である好ましい加熱活性化接着剤配合物は、任意の上述の ような材料、特に約８５℃から１２５℃の範囲で流動粘着性を発生すると共に約 −２０℃から７０℃の範囲の通常の電池使用温度において良好な引っ張り強さを 維持する現存の高分子から選択可能である。金属表面に対する接着親和力は、有 効な配合物に対して付加的な長所がある。 適当な上述の如き加熱接着材料は、エチレンアクリル酸共重合体を含有し、水 性分散プライマー配合物、例えばMorton International製のAdcoteプライマーと して商業的に入手可能である。押出フィルムおよび熱可塑性コンパウンドの支持 体被覆は、この目的のために広範囲な実用性を有し、このような材料の特に好ま しい種類は、Modern Plastics(March 1965)においてBonottoおよびPurcellによ って記述されたようなイオンエチレン共重合体を一般的に具える「イオノマー」 であり、例えばDu Pont Company製のSurlyn樹脂として商業的 に入手可能である。同様に入手可能なものは、電池収容手段の他に、押出被覆フ ィルム、ならびに接着結合要素として本発明で直接適用可能なポリマー／箔複合 支持体である。 図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照して説明され、 その図１は、一般的な高分子積層電池構造を代表する部分の斜視図であり、 図２は、下にある電極層に貼り合わされる集電極板部材を示す図１の電池構造 の一部の平面図であり、 図３は、本発明による接着テープ要素により集電部材と電気的接触状態で貼り 付けられる金属箔導体を有する電池構造の同様な部分の平面図であり、 図４は、線４−４に沿って与えた図３の電気的接触構造の一部破断正面図であ り、 図５は、接着テープ要素により電気的接触状態でそこに貼り付けられる金属極 板導体を有する電池構造の同様な部分の平面図であり、 図６は、線６−６に沿って与えた図５の接触構造の一部破断正面図であり、 図７は、取り囲み接着テープ要素により電気的接触状態で貼り付けられる金属 極板導体箔からなる２枚のストリップの平面図であり、 図８は、線８−８に沿って与えた図７の接触構造の一部破断正面図であり、接 着テープ要素の対向部分の実施を示し、 図９は、孔があいていない金属箔ならびに取り囲み接着テープ要素により電気 的接触状態で貼り付けられる金属極板導体からなる２つの代表的なストリップの 平面図であり、 図１０は、線１０−１０に沿って与えた図９の接触構造の一部破断正面図であ り、接着テープ要素の対向部分の実施を示し、 図１１は、一枚の上重ね接着テープ要素の実施を示す図９の構造の同様な破断 正面図である。 発明の説明 代表的な高分子ベースのＬi-イオン電池の構造が図１のモデルで見ることがで き、陽極配合物層１３およびその対応する集電要素１２と、中間セパレータ／電 解質層１４と、陰極配合物層１５およびその対応する集電要素１６との一体積層 物を具えている。積層のために最初に組み立てられる場合、構成部品は、電極１ ３として５６重量部のＬi Ｍn₂Ｏ₄の内位添加化合物と６重量部のカーボンブラ ックとを弗化ビニリデン：ヘキサフルオロプロピレン共重合体が８８対１２の割 合である１６重量部のバインダーマトリクス中に均質に分散して１６重量部のフ タル酸ジブチル（ＤＢＰ）で可塑化した３００μmの厚さの層と、セパレータ１ ４として２０重量部のコロイドシリカを３０重量部のヘキサフルオロプロピレン 共重合体中に均質に分散して５０重量部のＤＢＰで可塑化した８５μmの厚さの 層と、電極１５として５６重量部の黒鉛と３重量部のカーボンブラックとを１５ 重量部のヘキサフルオロプロピレン共重合体中に均質に分散して２３重量部のＤ ＢＰで可塑化した２００μmの厚さの層とを一般的に有する。 前述した特許に記述されているように、電池構造の二次積層処理は、高分子マ トリクスからＤＢＰ可塑剤の溶剤抽出を包含しているので、図１に描かれている ように、銅集電箔１２およびアルミニウム集電箔１６の一方あるいは両方は網状 であってよく、適当な溶剤多孔性をもたらすように、例えば、Delker Corporati onにより販売されているMicroGrid精密箔の如き５０μmの厚さのエキスパンデッ ドメタル極板の形をとっている。具合の良い電気的接続端子は、集電極板タブ１ ７としてもたらされることができる。しかしながら、特に任意の電池保護収容容 器の外側において、慎重な扱いを要する集電極板箔の著しい伸長に対する信頼性 は、結果として得られる電池の強固な特性をひどく損なっている。この欠点に対 して本発明の一部が向けられる。 高分子電池構造の長所の中には、一枚のマスター積層電池シートあるいは連続 ウェブから多数の電池セルの形状および大きさの取得能力がある。マスターセル シートの打ち抜きあるいは他の分割は、セルの電圧範囲が電極対の配合物によっ て決定されるので、容量のみがシート領域と共に変化する多機能電池セルをもた らす。従って、電池電圧の増大が、寸法規定した電池セルの直列積層接続によっ て容易に達成可能である一方、電池容量は並列接続によって増大させることがで きる。しかしながら、後者は、本発明が容易にもたらすことができる多数のセル 間の電気的接続を必要とする。 例えばギロチン装置を用いた対称的なセルシートの切断は、より経済的な製造 作業に概ね役立つけれども、これは、図１中の１７で示されたような個々の端子 接続タブの形成を阻害する。この結果、図２中の上述したような電池セル部２０ の平面図において明らかなように、積層集電極板のわずかな表面領域のみ電気的 接続に対して利用可能であるので、言及した多数並列接続における重要な割り振 りの問題を有する。大きく露出した電極配合物１３の領域と同じように、極板構 成要素１２によって引き起こされるこのように小さな領域と共に、集電極板１２ に対して堅固な電気的接触を確立するため、一般的に用いられるはんだ付けや溶 接作業の使用が制限される。 このようなジレンマは、図３に示されるような本発明の適用により解決され、 純銅箔の端子ストリップ３２が上重ね接着テープ３４によって集電極板１２と物 理的電気的接触状態で堅固に貼り付けられる。図４においてより明瞭に見られる ことができるように、テープ３４は、好ましい実施例において、加熱活性化接着 剤イオノマー配合物の層４７を支持する安定した高分子あるいは高分子／箔複合 材料からなる可撓性支持体４６を具えている。接続作業において、箔導体３２は 、４９のように、露出した集電極板１２と物理的接触状態に置かれ、その周囲の 重要な部分を取り囲むように寸法規定されたテープ３４は、箔ストリップ３２の 上に貼り合わされる。従って、この貼り合わせは、図示しない共通の熱シールシ ューまたはバーの内側に取り囲まれ、接着剤４７を活性化させて電極１３，極板 １２および導電ストリップ３２の各表面のあちこちに流れることをそれにもらた し、冷却により極板１２と導体３２との間の堅固でしっかりした接点接続をもた らし、使用器具を広げたり、ワイヤあるいは他の型式の導体のさらなるはんだま たは溶接結合のためのベースとして役立つことができる。 図５に描かれたような変形例が使用可能であり、セル集電極板１２と同様な軽 量極板箔ストリップ５２との間の電気的接続を達成することが好ましく、セル間 の並列接続をもたらすように電池保護筺体内で利用できるようにする。６９のよ うな極板接触接続は、接着剤６７およびこれを支持する支持体６６によって維持 される一方、６８のような接着剤の主要部は、極板ストリップ５２を取り囲む補 強をもたらす。 本発明の他の実施例において、図７に描かれているように、箔極板の個々のス トリップ７２，７３は、例えば内部電池容器導体に達するように、テープ７４に よって電気的に接続可能である。図８により詳細に見られるように、極板の開口 領域８８中の活性化した接着剤配合物の層８７の境界面でもたらされる著しい密 着接合強度の利点を獲得するため、各極板ストリップ７２，７３の外部に露出し た表面に対してテープの一部を貼り付けることが好ましく、分離したテープの一 部か、あるいは一枚のテープの何れかを両方の表面を取り囲んで折り返されるよ うにする。この方法において、８９の電気的接続は、テープ支持体８６による他 に、イオノマー材料８７の質量によっても補強される。 同様に、図９中のテープ９４の折り曲げ部分は、箔極板９２および中実の箔９ ３からなるストリップを電気的に接続するために用いられ、図１０に見られるよ うに、イオノマー配合物１０７の活性化した接着力ならびに１０８での箔９２， ９３および配合物表面の密着性共に役立つ。図１１に示されるような他の実施は 、テープ９４の単一層と箔９２，９３との間の有効な接着力に依存し、箔の境界 面１０９におけるしっかりした電気的接続の接触を維持している。 接続の導電性を高めるために接着剤配合物中に導電成分、例えば炭素あるいは 金属粉末を含むように、高分子電池のためのしっかりした電気的接触および接続 をもたらす記述した方法の他の種々の実施が当業者によって存在することが予想 されるけれども、このような変形は添付の請求の範囲で規定されるように本発明 の範囲内にあることが意図される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一対の導電要素の間の電気的接続を行う方法であって、 ａ）前記導電要素は、物理的な導電接触状態に置かれ、 ｂ）接着剤配合物の層を支持する可撓性支持体を具えた接着要素の少なくとも 一部は、第１の前記導電要素の上に貼り付けられ、前記第１の要素と前記物理的 接触の領域を取り囲む第２の前記導電要素の表面の少なくとも一部とを接着力で 固定し、それによって前記物理的接触を維持することを特徴とする方法。 ２．前記接着剤配合物は、加熱活性化することを特徴とする請求項１に記載の方 法。 ３．前記接着剤配合物は、高分子イオノマーを具えていることを特徴とする請求 項２に記載の方法。 ４．少なくとも第１の前記導電要素は、網状の箔極板を具え、前記接着剤配合物 は、前記極板の開口領域を通って前記第２の要素の表面に固着することを特徴と する請求項１に記載の方法。 ５．少なくとも第１の前記導電要素は、網状の箔極板を具え、前記導電要素のそ れぞれに接着要素の少なくとも一部が貼り付けられ、それによって前記接着要素 の一部の接着剤配合物が前記極板の開口領域を通って凝集結合状態で固着される ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 ６．積層した高分子電極とセパレータ／電解質部材とを具え、対応する電極部材 の表面を外部に露出する少なくとも１つの導電性の集電部材を有する電池構造に に対して電気的接続を行う方法であって、前記接続が導電要素と前記集電部材と の間の安定した電気的接触によってなされ、 ａ）前記導電要素は、前記集電部材と物理的接触状態に置かれ、 ｂ）加熱活性化高分子イオノマー接着剤配合物の層を支持する可撓性支持体を 具えた接着要素の少なくとも一部は、前記導電部材の上に貼り付けられて前記導 電要素と前記物理的接触の領域を取り囲む前記集電部材の表面の少なくとも一部 とを接着力で固定し、それによって前記物理的接触を維持することを特徴とする 方法。 ７．前記集電部材は、網状の箔極板を具え、前記接着剤配合物は前記極板の開口 領域を通って前記対応する電極部材の一部に固着することを特徴とする請求項６ に記載の方法。 ８．積層した高分子電極およびセパレータ／電解質部材と、対応する電極部材の 表面を露出する少なくとも１つの導電集電部材と、前記集電部材に対して安定し た電気的接触状態の導電部材とを具えた電池構造であって、 ａ）前記導電部材は、前記集電部材と物理的接触状態にあり、 ｂ）前記物理的接触状態は、前記導電部材と前記物理的接触領域を取り囲む前 記集電部材の表面の少なくとも一部とを接着力で固定する接着剤配合物の層を支 持する可撓性支持体を具えた接着要素によって維持されることを特徴とする電池 構造。 ９．前記接着剤配合物は、加熱活性化高分子イオノマーを具えていることを特徴 とする請求項８に記載の電池構造。 １０．前記導電部材は、網状の箔極板を具え、前記接着剤配合物は、前記極板の 開口領域を通って前記集電部材に固着することを特徴とする請求項９に記載の電 池構造。