JP2006156185A - フィルム外装電気デバイス用ケースおよびケース付きフィルム外装電気デバイス - Google Patents

フィルム外装電気デバイス用ケースおよびケース付きフィルム外装電気デバイス Download PDF

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Abstract

【課題】フィルム外装電気デバイスがケース内にてずれることなく保持することが可能なフィルム外装電気デバイス用ケースを提供する。
【解決手段】セルケース10は、ラミネートフィルムの周縁の熱融着部7aにて熱融着して充放電可能な発電要素を封止し、発電要素と電気的に接合された電極3、4が熱融着部7aの一部から延出しているフィルム外装電池1を収納するものであり、対向面11A、12Aに挟持部11a1、11b2、12a1、12b2および電極3、4が延出される延出部が形成されている、矩形状の第1の枠体11、第2の枠体12を有し、挟持部11a1、11b2、12a1、12b2が、延出部よりも熱融着部7aを挟持する側に突出して形成されており、熱融着部7aのうちラミネートフィルム7同士が直接熱融着した部分を挟持するものである。
【選択図】図3

Description

本発明は、電池やキャパシタに代表される、電気デバイス要素を外装フィルムに収容したフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケース、およびケースに収納されたケース付きフィルム外装電気デバイスに関する。
近年、モータ駆動用のバッテリを搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車(以下、単に「電気自動車等」ともいう)の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される電池にも、操縦特性、走行距離を向上させるため、当然ながら、軽量、薄型化が求められている。電池を軽量かつ薄型とするため、その外装体にアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いフィルムとなしたラミネート材を用いたフィルム外装電池が開発されている。ラミネート材は、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有するものである。
発電要素をラミネート材で被覆したフィルム外装電池は軽量である一方、剛性が低く、振動、衝撃の影響を受け易いため、車両に搭載する場合、これらの課題を解決する必要がある。この課題を解決するため、特許文献1に開示されているように、ケース内にフィルム外装電池を挟持固定する技術が従来より知られている。
特開平10−012278号公報
2枚のラミネートフィルムによって発電要素を密封した構造のフィルム外装電池をケース内にてしっかり保持しようとする場合、ラミネートフィルムの熱融着部となる4辺全てを均等な力で挟持することが望ましい。すなわち、2枚のラミネートフィルム同士が熱融着した部分だけでなく2枚のラミネートフィルムの間から電極が延出している部分をも均等な力で挟持することが最も好ましい。
しかしながら、電極を挟み込んだ部分は、ラミネートフィルム同士が接合されている熱融着部に比べて当然ながらその厚みが電極分だけ厚くなる。また、電極を挟み込んでラミネートフィルムが接合された領域と、ラミネートフィルム同士が接合されている領域との境となる領域は除々に厚みが変化していく。
また、ラミネートフィルム同士が接合されている箇所は接着層は1層となるが、電極を挟み込んだ部分は電極の表裏面のそれぞれに接着層が形成され、2層の接着層が形成されることとなり、厚みを規定する要素が増えることで場所により微妙に厚さが異なる。
これら電池の挟持する部分の厚みの変化を考慮した段差をケースに設けることで均等な力にて電池を挟持することができるようにも考えられるが、正確な厚さを規定することが極めて困難であり、また、電極を挟み込んだ部分における厚みの個体差等によりやはり均等な力で挟持することは困難であった。
不均等な力で熱融着部の挟持がなされると、所望の固定力で電池全体をケースにしっかりと固定することができず、ケース内で電池の位置が当初固定していた位置からずれてしまい、その結果、電池がケースと干渉して破損に至る場合があった。
そこで、本発明は、フィルム外装電気デバイスがケース内にてずれることなく保持することが可能なフィルム外装電気デバイス用ケースを提供することを目的とする。また、該フィルム外装電気デバイス用ケースに収納されているケース付きフィルム外装電気デバイスを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、外装体フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着して充放電可能な電気デバイス要素を封止し、電気デバイス要素と電気的に接合された電極が熱融着部の一部から延出しているフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースにおいて、互いに対向する対向面に熱融着部を挟持する挟持部および電極が延出される延出部が形成されている、2つの矩形状の枠体を有し、挟持部が、延出部よりも熱融着部を挟持する側に突出して形成されており、熱融着部のうち外装体フィルム同士が直接熱融着した部分を挟持することを特徴とする。
熱融着部には、外装体フィルム同士が直接熱融着した部分、電極が延出している部分、および外装体フィルム同士が直接熱融着した部分から電極が延出している部分へと繋がる部分が含まれるが、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、延出部よりも熱融着部を挟持する側に突出して形成された挟持部が、外装体フィルム同士が直接熱融着した部分を挟持する構成となっている。すなわち、外装体フィルム同士が直接熱融着した、均一の厚さとなっている部分のみを挟持し、外装体フィルム同士が直接熱融着した部分より電極分だけ厚いことに加えて、電極の両面で熱融着することにより厚さの規定を困難とする不確定要素が増している部分である電極が延出している部分、あるいは直接熱融着した部分から電極を熱融着している部分に向かうにつれ厚くなり、その厚さが均一でない、フィルム同士が直接熱融着した部分と電極を熱融着している部分との間の部分は挟持しない構成となっている。このように熱融着部のうち、均一の厚さとなっている部分のみを挟持することで、熱溶着部を均等な力で保持することが可能となる。
また、本発明のフィルム外装電気デバイス用ケースは、挟持部が、枠体の対向面の角部よりも熱融着部を挟持する側に突出して形成されているものであってもよい。矩形状の外装体フィルムの周縁を熱融着する場合、角部は2回熱融着されることがある。例えば、2枚の長方形の外装体フィルムの周縁を熱融着する場合、長辺部分をまず全て熱融着したとする。その後、短辺部分を全て熱融着すると長辺と短辺の重なる部分である角部は2回加熱される、すなわち、2回熱融着がなされることとなる。そうすると、1回だけ加熱した部分と2回加熱した部分とでは厚さが異なる場合がある。このような場合、挟持部を角部よりも熱融着部を挟持する側に突出させておくことで外装体フィルム同士が直接熱融着した部分のうち、厚さの規定しずらい角部を挟持せずに厚さの規定が容易な部分のみを挟持することができるので、より均等な力で電池を保持することが可能となる。
本発明のケース付きフィルム外装電気デバイスは、外装体フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着して充放電可能な電気デバイス要素を封止し、電気デバイス要素と電気的に接合された電極が熱融着部の一部から延出しているフィルム外装電気デバイスと、互いに対向する対向面に、熱融着部を挟持する挟持部が形成されている、2つの矩形状の枠体を有し、フィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースとを有するケース付きフィルム外装電気デバイスにおいて、挟持部が、熱融着部のうち外装体フィルム同士が直接熱融着した部分であって厚さが均一な領域のみを挟持することを特徴とする。
また、本発明のケース付きフィルム外装電気デバイスは、外装体フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着して充放電可能な電気デバイス要素を封止し、電気デバイス要素と電気的に接合された電極が熱融着部の一部から延出しているフィルム外装電気デバイスと、互いに対向する対向面に、熱融着部を挟持する挟持部が形成されている、2つの矩形状の枠体を有し、フィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースとを有するケース付きフィルム外装電気デバイスにおいて、挟持部が、熱融着部のうち外装体フィルム同士が直接熱融着した部分であって同回数熱融着がなされた領域のみを挟持することを特徴とする。
本発明のケース付きフィルム外装電気デバイスは、熱融着部のうち、厚さが均一な領域のみ、あるいは同回数熱融着がなされた領域のみ挟持しているので略均等な力でフィルム外装電気デバイスを保持することができる。よって、フィルム外装電気デバイスを所定の力で保持することができ、フィルム外装電気デバイス用ケース内でフィルム外装電気デバイスでずれてしまうのを防止することができる。
本発明によれば、熱融着部のうち、均一の厚さとなっている部分のみを挟持することで、熱溶着部を略均等な力で保持することが可能となり、よって、フィルム外装電気デバイスの熱溶着部をケース内にてずれることなく保持することが可能となる。
図1に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。
本実施形態のフィルム外装電池1は、正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素2と、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートフィルム7とを有する。フィルム外装電池1は、2枚のラミネートフィルム7によって発電要素2を密封した構造を有している。すなわち、本実施形態のフィルム外装電池1は、ラミネートフィルム7の4辺である熱融着部7aのうち、まず3辺を熱融着して袋状としておき、開放している残りの1辺から内部の空気を排気して真空引きし、その後、残りの1辺の熱融着部7aを熱融着することで、2枚のラミネートフィルム7によって発電要素2を密封封止してなるものである。なお、1枚のラミネートフィルムを折り曲げて残る3辺を熱融着することで袋状に形成してもよい。
フィルム外装電池1の発電要素2は、セパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよいし、あるいは、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。
また、発電要素2としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。発電要素2としては、この他に、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気エネルギを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスが発生しうる電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。
フィルム外装電池1の短手方向の熱融着部7aからは、正極側活電極に電気的に接続された正極用電極端子3および負極側活電極に電気的に接続された負極用電極端子4がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子3としてはアルミニウムが多く用いられ、また、負極用電極端子4としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。以下、正極用電極端子3と負極用電極端子4を単に電極と称する場合もある。
フィルム外装電池1の長手方向の熱融着部7aにはその一部を、他の部分よりも熱融着強度を弱くし、他の部分よりも低い圧力で融着が剥がれるようにしたガス排出部8が設けられている。
電池の使用時において、電池に規格範囲外の電圧が印加されたりすると、電解液溶媒の電気分解によりガス種が発生し、電池の内圧が上昇することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されたりしても、電解質塩の分解などによりガス種が生成されたりする。基本的には、規格範囲内で電池を使用してガスを発生させないようにすることが理想的であるが、電池の制御回路が何らかの原因で故障して異常な電圧が印加されたり、何らかの原因で周囲が異常に高温となったりすると、場合によっては大量にガスが発生することもある。
このような、電池内部でのガスの発生は、電池の内圧上昇をもたらす。内圧が極度に上昇し電池が暴発することを防ぐために、外装材として金属缶を用いた電池の多くは、電池の内圧が上昇した際にガスを電池の外部に逃がす圧力安全弁を有している。しかし、フィルムを外装材とするフィルム外装電池においては、圧力安全弁を設けることが構造上難しい。フィルム外装電池では内圧が上昇しすぎるとフィルムが膨張し、最終的には外装材が破裂しその箇所からガスが噴出するが、破裂がどの箇所で発生するか特定できないため、破裂した箇所によっては周囲の機器等に悪影響を及ぼすことがある。
そこで、フィルム外装電池1においては、こういった電池内部でのガスの発生による不具合を解消するため、上述したようなガス排出部8を熱融着部7aに設けている。
図2に本実施形態のセルケースの分解斜視図を示す。図3(a)にセルケースの上面図、図3(b)にフィルム外装電池の上面図を、図3(c)に、挟持部の突出方向を示すための、図3(a)のB−B線における一部断面図を、図4にセルケース内に収納されたフィルム外装電池の上面図を示す。また、図5に図4中矢印A方向からみた電池の挟持状態を示す模式的な断面図を示す。
セルケース10は第1の枠体11と第2の枠体12とを有し、これらの間にフィルム外装電池1を挟持する構成となっている。各枠体11、12の形状はそれぞれ枠状であり、フィルム外装電池1の発電要素2に対応した箇所に開口部13が形成されている。
第1の枠体11は、対向する2つの長辺11aと、これら各長辺11aに略直交し、かつ互いに対向して形成された2つの短辺11bからなる矩形の枠である。各長辺11aはフィルム外装電池1のガス排出部8から排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路11cで繋がっている。本実施形態では、フィルム外装電池1のガス排出部8が熱融着部7aの概ね中央に形成されていることより、排ガス通路11cもこれにあわせて長辺11aの概ね中央に形成されており、開口部13を2分割している。また、長辺11aの一方であって排ガス通路11cの一端にはガス排出口16を形成するための切欠11dが形成されている。
第1の枠体11の各短辺11bにはセルケース10に収納されている状態のフィルム外装電池1の電極を外部へと延出させるための切欠11eがそれぞれ形成されている。
第2の枠体12も基本的な構成は第1の枠体11と同様である。第2の枠体12も2つの長辺12aおよび2つの短辺12bからなる矩形の枠であり、長辺11aの一方にガス排出口16を形成するための切欠12dが形成されている。なお、第2の枠体12には第1の枠体11と異なり、排ガス通路11cが設けられていない。また、第2の枠体12は第1の枠体11の切欠11eに嵌り込む電極保持部12eが設けられている。電極保持部12eは切欠11eに嵌り込んだ状態で電極を延出可能な開口ができるような厚さに形成されている。なお、開口部13を流れる冷却風がセルケース10と電極3、4との隙間10aから逃げないように隙間10a(図4参照)は製造寸法公差を考慮し、重ならない最小隙間に設定されている。これにあわせて電極3、4の両端部の領域b(図4参照)もできるだけ狭くなるようにするのが好適である。さらには、切欠11eと電極保持部12eとからなる電極3、4の取り出し口と電極3、4との隙間からの冷却風の漏れを完全になくすため、この隙間に充填材を充填して密封するものであってもよいが、この場合、後述する熱融着部7aの均等な力による挟持を阻害しないように充填するのが好ましい。
フィルム外装電池1は、その熱融着部7aが、第1の枠体11の対向面11Aと第2の枠体12の対向面12Aとに形成された挟持部にて部分的に挟持されることでセルケース10内に収納保持される。
第1の枠体11の長辺11aの対向面11Aの挟持部11a1および短辺11bの挟持部11b2は、長辺11aと短辺11bとが繋がる角部11fよりも熱融着部7aを挟持する側(図2および図3(c)中矢印c方向)に若干突出して形成されている。逆にいえば、角部11fは挟持部11a1および挟持部11b2に対して凹んでいる。角部11fに挟持部11a1、11b2が形成されていないのは、以下に理由によるものである。本実施形態のフィルム外装電池1においては、熱融着部7aの長辺部分と短辺部分とは個別に熱融着を行うので長辺部分と短辺部分とが重なる角融着部7b(図2参照)では2回熱融着がなされる。つまり、角融着部7bは2回加熱されることとなり1回だけ加熱した部分とは厚さが異なる場合があるので厚さ精度を規定しにくい。このような厚さを規定しにくい部分をも挟持すると、均等な力をかけて熱融着部7aを挟持することができなくなるため、角部11fには挟持部を形成しない構成としたものである。なお、熱融着がさらに多くの回数なされるような場合には、同じ回数だけ熱融着された部分が挟持され、熱融着の回数が異なり、熱融着部の厚さが規定できないような部分は挟持されないように挟持部11a1、11b2を変更してもよい。
また、短辺11bに形成されている挟持部11b2はフィルム外装電池1の電極3、4を通す切欠11eの部分についても形成されていない。逆にいえば、切欠11eの部分は挟持部11a1および挟持部11b2に対して凹んでいる。これは、以下の理由によるものである。ラミネートフィルム7同士が直接融着しあっている部分はその厚さが均等であるが、図5に示すように、熱融着部7aのうち、電極3、4をラミネートしている部分(図4、5中領域a)およびその近傍(図4、5中領域b)はラミネートフィルム7同士が直接融着しあっている部分(図4、5中領域c)の厚さよりも厚くなっている。また、電極3、4をラミネートしている領域aは電極3、4の両面で熱融着することにより厚さの規定を困難とする不確定要素が増している部分でもある。
また、ラミネートフィルム7同士が直接融着している領域cから電極3、4をラミネートしている領域aまでの間の領域bは、領域cから領域aに向かうにつれ厚くなり、その厚さが均一でない部分である。このような厚さが厚くなっている部分や、厚さが均一でない部分を、たとえ、その厚くなった分の寸法や、除々に厚くなるその度合いを測定し、それに併せて枠体側を作製したとしても、ラミネートフィルム7同士が直接融着しあっている部分と同じ力で挟持することは実質的には困難である。よって、これら厚さが変化している部分については挟持しないようにしたものである。
同様に、第2の枠体12の長辺12aの挟持部12a1および短辺12bの挟持部12b2も長辺12aと短辺12bとが繋がる角部12fよりも熱融着部7aを挟持する側(図2および図3(c)中矢印c方向)若干突出して形成され、また、短辺12bの挟持部12b2は電極保持部12eの部分には形成されていない。逆にいえば、角部12fおよび電極保持部12eは挟持部12a1および挟持部12b2に対して凹んでいる。
以上のような構成の第1の枠体11と第2の枠体12とを、フィルム外装電池1がない状態で重ね合わせると、挟持部11a1と挟持部12a1とが当接し、また、挟持部11b2と挟持部12b2とが当接し、各枠体11、12の角部や電極3、4を延出するための開口を形成する延出部である電極保持部12eと切欠11eといった他の部分は当接しないこととなる。
フィルム外装電池1は、その熱溶着部7aの長辺が第1の枠体11の長辺11aと第2の枠体12の長辺12aとで挟持され、また、熱溶着部7aの短辺が第1の枠体11の短辺11bと第2の枠体12の短辺12bとで挟持されることで保持されるのであるが、上述したように各枠体の長辺部分は挟持部11a1と挟持部12a1とが当接し、短辺部分は挟持部11b2と挟持部12b2とが当接する構成となっている。このため、フィルム外装電池1は、熱溶着部7aの長辺は挟持部11a1と挟持部12a1とにより部分的に挟持され(図2〜4中の斜線部で示す被挟持部7a1)、短辺は、熱溶着部7aの挟持部11b2と挟持部12b2とにより部分的に挟持される(図2〜4中の斜線部で示す被挟持部7a2)。すなわち、第1の枠体11と第2の枠体12とはラミネートフィルム7同士が直接融着しあっている部分であって熱融着が1回のみなされた、厚さが均一な部分である熱溶着部7aの被挟持部7a1、7a2を挟持するため、第1の枠体11と第2の枠体12とにより均等な力をかけて挟持することができる。
なお、各挟持部11a1、11b2、12a1、12b2の、熱溶着部7aを挟持する側への突出高さは、被挟持部7a1、7a2を挟持した際、切欠11eおよび電極保持部12eが電極3、4、電極3同士を接合する接合部3’(図2参照)および電極3、4に熱融着されている領域aのラミネートフィルム7のいずれにも当接せず、かつ、角部11f、12fが2回熱融着された角融着部7bのラミネートフィルム7に当接しない高さとする必要がある。
以上、本実施形態のセルケース10によれば、電極の存在や2回熱溶着を実施したことによる熱溶着部7aの厚みの誤差に影響されることなく、熱溶着部7aを均等な力で挟持することができるので、フィルム外装電池1をセルケース10内にてずれることなくしっかり保持することができる。
本発明に適用可能なフィルム外装電池の外観斜視図である。 フィルム外装電池を収納する、本発明のセルケースの一例の分解斜視図である (a)は図2に示したセルケースの上面図であり、(b)に本発明のセルケースに収納されるフィルム外装電池の上面図であり、(c)は(a)のB−B線における一部断面図である。 セルケース内に収納されたフィルム外装電池の上面図である。 図4中矢印A方向からみた、フィルム外装電池の挟持状態を示す模式的な断面図である。
符号の説明
1 フィルム外装電池
2 発電要素
3 正極用電極端子
4 負極用電極端子
7 ラミネートフィルム
7a 熱溶着部
7a1、7a2 被挟持部
7b 角融着部
8 ガス排出部
10 セルケース
10a 隙間
11 第1の枠体
11A、12A 対向面
11a、12a 長辺
11b 、12b 短辺
11c 排ガス通路
11d、11e、12d 切欠
11f、12f 角部
11a1、11b2、12a1、12b2 挟持部
12 第2の枠体
12e 電極保持部
13 開口部
16 ガス排出口

Claims (4)

  1. 外装体フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着して充放電可能な電気デバイス要素を封止し、前記電気デバイス要素と電気的に接合された電極が前記熱融着部の一部から延出しているフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースにおいて、
    互いに対向する対向面に前記熱融着部を挟持する挟持部および前記電極が延出される延出部が形成されている、2つの矩形状の枠体を有し、
    前記挟持部が、前記延出部よりも前記熱融着部を挟持する側に突出して形成されており、前記熱融着部のうち前記外装体フィルム同士が直接熱融着した部分を挟持することを特徴とするフィルム外装電気デバイス用ケース。
  2. 前記挟持部が、前記枠体の前記対向面の角部よりも前記熱融着部を挟持する側に突出して形成されている、請求項1に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
  3. 外装体フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着して充放電可能な電気デバイス要素を封止し、前記電気デバイス要素と電気的に接合された電極が前記熱融着部の一部から延出しているフィルム外装電気デバイスと、
    互いに対向する対向面に、前記熱融着部を挟持する挟持部が形成されている、2つの矩形状の枠体を有し、前記フィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースとを有するケース付きフィルム外装電気デバイスにおいて、
    前記挟持部が、前記熱融着部のうち前記外装体フィルム同士が直接熱融着した部分であって厚さが均一な領域のみを挟持することを特徴とするケース付きフィルム外装電気デバイス。
  4. 外装体フィルムの周縁の熱融着部にて熱融着して充放電可能な電気デバイス要素を封止し、前記電気デバイス要素と電気的に接合された電極が前記熱融着部の一部から延出しているフィルム外装電気デバイスと、
    互いに対向する対向面に、前記熱融着部を挟持する挟持部が形成されている、2つの矩形状の枠体を有し、前記フィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースとを有するケース付きフィルム外装電気デバイスにおいて、
    前記挟持部が、前記熱融着部のうち前記外装体フィルム同士が直接熱融着した部分であって同回数熱融着がなされた領域のみを挟持することを特徴とするケース付きフィルム外装電気デバイス。
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