JP2006164784A - Film-armored electric device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は、電池やキャパシタに代表される、化学電池要素やキャパシタ要素などの電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素をフィルムからなる外装材で封止したフィルム外装電気デバイスに関する。 The present invention relates to a film-clad electrical device in which electrical device elements that store and output electrical energy, such as chemical battery elements and capacitor elements, represented by batteries and capacitors, are sealed with a packaging material made of a film. .
従来、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」という)のモータ駆動用の電源として、軽量かつ薄型の電池の開発が進められている。この種の電池の一例として、複数のフィルム外装電池が重ね合わされて所定の電圧が得られるように構成された組電池が知られている。 Conventionally, development of a lightweight and thin battery as a power source for driving a motor of an electric vehicle or a hybrid electric vehicle (hereinafter simply referred to as an “electric vehicle or the like”) has been underway. As an example of this type of battery, an assembled battery is known in which a plurality of film-clad batteries are stacked to obtain a predetermined voltage.
図8は、特許文献1に開示された従来のフィルム外装電池の一例を示す図である。図8に示すように、フィルム外装電池150は、2枚の外装フィルム130a、130bによって形成された密閉空間内に配置された電池要素120と、該電池要素120に電気的に接続され、外装フィルム130a、130b同士の封止部から引き出された正極用の電極タブ125a及び負極用の電極タブ125bとを有している。電池要素120は、正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層したものであり、所定の電解液と共に外装フィルム内の密閉空間に収容されることによって所定の電圧を出力するものである。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a conventional film-clad battery disclosed in Patent Document 1. In FIG. As shown in FIG. 8, the film-
図9は、図8のフィルム外装電池150の電極タブ125a及びその周辺構造を図8の矢印B方向から見て示す平面図である。図9に示すように、電極タブ125aの板厚はその幅方向の全体にわたって一定となっている。したがって電極タブ125aの端部(図示右側の端部)では2枚の外装フィルム130a、130bが、電極タブ125aの外周面に沿うように比較的急な角度で折り曲げられている。
しかしながら、上述したような従来の構成では電極タブの板厚が一定となっているため、図9に示したように、電極タブ125aの端部と外装フィルム130a、130bの各内側面との間に空隙135が発生してしまう可能性がある。このような空隙135は、外装フィルム内の密閉空間の気密性を低下させる原因となり、仮に、この空隙135が内部の密閉空間と連通すれば、密閉空間内に封入された電解液が空隙135を通じて外部に漏れるおそれもある。逆に、この空隙135内に水分が浸入すれば、電極タブの腐食が発生する原因ともなる。
However, since the plate thickness of the electrode tab is constant in the conventional configuration as described above, as shown in FIG. 9, the gap between the end portion of the electrode tab 125a and each inner side surface of the
いずれにしてもこうした空隙135の存在は、フィルム外装電池の電気的性能を低下させたり、あるいは電池の寿命を短くしたりする原因となるため好ましくない。また、以上、電池を例に挙げて説明したが、こうした問題は、電池要素120に代えてキャパシタ等からなる電気デバイス要素を外装フィルム内に収容したフィルム外装電気デバイスにおいても同様に生じうる問題である。 In any case, the presence of such a gap 135 is not preferable because it causes the electrical performance of the film-clad battery to deteriorate or the life of the battery to be shortened. In addition, the battery has been described above as an example, but such a problem may occur in a film-covered electric device in which an electric device element including a capacitor or the like is housed in an outer film instead of the battery element 120. is there.
なお、図9において電極タブ125aの厚さが薄い場合、空隙135は比較的発生しにくいが、電極タブの厚さが増すにつれて空隙135はより発生しやすくなる。他方、近年の技術開発においては電池要素120の高性能化が進められており、電池要素120はより高電流を出力できるようになってきている。こうした電池要素120の高性能化に対応するためには、電極タブ130a、130bの断面積を大きくする必要があり、そのためには電極タブの厚さをより厚くしなければならないこともある。こうした技術背景からすれば、仮に比較的厚い電極タブを使用する場合であっても上述したような空隙135が発生しにくい構成とすることが好ましい。
In FIG. 9, when the thickness of the electrode tab 125a is thin, the gap 135 is relatively less likely to be generated, but the gap 135 is more likely to be generated as the thickness of the electrode tab is increased. On the other hand, in recent technological development, the performance of the battery element 120 has been improved, and the battery element 120 can output a higher current. In order to cope with the high performance of the battery element 120, it is necessary to increase the cross-sectional area of the
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくい高信頼性のフィルム外装電気デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a highly reliable film-covered electrical device in which the airtightness of the sealed space in the exterior film is not impaired. .
上記目的を達成するため本発明によるフィルム外装電気デバイスは、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素が、外装フィルムによって形成された密閉空間内に封入されると共に、前記電気デバイス要素に電気的に接続されたシート状の電極タブが前記外装フィルム同士の封止部から引き出されているフィルム外装電気デバイスにおいて、前記電極タブは、前記封止部において前記電極タブの幅方向少なくとも片側の端部近傍に、前記電極タブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなる薄肉部を有していることを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, according to the film-covered electrical device of the present invention, an electrical device element that stores and outputs electrical energy is enclosed in a sealed space formed by the exterior film and is electrically connected to the electrical device element. In the film-covered electrical device in which a sheet-like electrode tab connected to the exterior film is drawn out from the sealing portion between the exterior films, the electrode tab is at least one end in the width direction of the electrode tab in the sealing portion. In the vicinity, the electrode tab has a thin portion where the plate thickness gradually decreases toward the outside.
また、上記本発明のフィルム外装電気デバイスにおいて、前記薄肉部では、前記電極タブの一方の面が平坦となっており他方の面が傾斜面となっていてもよい。また、封止部においては、前記各外装フィルムの内側面と前記電極タブ外周面との間にシール材が挟み込まれていてもよい。外装フィルムとしては、少なくとも熱融着樹脂層と、前記密閉空間を気密するための非通気層とを含むラミネートフィルムを利用可能であり、この場合、前記熱融着樹脂層と前記シール材とが互いに熱融着されていることが好ましい。 In the film-clad electrical device of the present invention, in the thin portion, one surface of the electrode tab may be flat and the other surface may be an inclined surface. Moreover, in the sealing part, the sealing material may be inserted | pinched between the inner surface of each said exterior film, and the said electrode tab outer peripheral surface. As the exterior film, a laminate film including at least a heat-sealing resin layer and a non-air-permeable layer for hermetically sealing the sealed space can be used. In this case, the heat-sealing resin layer and the sealing material include It is preferable that they are heat-sealed to each other.
上述したような本発明のフィルム外装電気デバイスによれば、外装フィルムの封止部において電極タブの端部近傍に薄肉部が形成されているため、電極タブを外装フィルム同士で挟み込んだ際に外装フィルムと電極タブとの間に空隙が発生しにくくなることから、比較的厚い板厚の電極タブを使用する場合であっても、外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくいものとなり、フィルム外装電気デバイスの高信頼性化を図ることができる。 According to the film-covered electrical device of the present invention as described above, since the thin portion is formed in the vicinity of the end portion of the electrode tab in the sealing portion of the exterior film, the exterior is provided when the electrode tab is sandwiched between the exterior films. Since air gaps are less likely to occur between the film and the electrode tab, even when using a relatively thick electrode tab, the hermeticity of the sealed space in the exterior film is unlikely to be impaired, High reliability of the film-clad electrical device can be achieved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明のフィルム外装電気デバイスの一態様としてフィルム外装電池を例に挙げて説明する。図1は、本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図である。図2は、図1のフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a film-clad battery will be described as an example of the film-clad electrical device of the present invention. FIG. 1 is an external perspective view of the film-clad battery of this embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view showing the configuration of the film-clad battery of FIG.
図1、図2に示すように、フィルム外装電気デバイス50は、2枚の外装フィルム21a、21bによって形成される密閉空間内に封入され、電気的エネルギーを貯留及び出力する電池要素10を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the film-covered
電池要素10は、例えばこの種のフィルム外装電池に一般に用いられるリチウムイオン二次電池であり、外装フィルム内の密閉空間に電界液と共に封止されることによって所定の電圧を出力するものである。電池要素10は、詳細には図示しないが、正極用及び負極用の金属箔がセパレータを介して交互に積層されたものであり、その全体の厚さは例えば数mmから十数mm程度である。また、本実施形態では電池要素10は、長方形の輪郭形状を有しており、その各短辺から電極タブ15a、15bが引き出されている。
The
外装フィルム21a、21bは、図2に示すように、電池要素10をその厚さ方向の両側から挟み込んで包囲するものである。外装フィルム21a、21bは例えばラミネートフィルムであり、具体的には、熱融着性を有する樹脂層と、金属薄膜などからなる非通気層と、ポリアミド系合成繊維などからなる保護層とがこの順番に積層されたものである。外装フィルム21a、21bは、互いに対向する面が上記樹脂層となるように配置されている。これにより、外装フィルム21a、21bの樹脂層同士を密着させた状態で、加熱することにより、その密着部が互いに熱溶融する。最終的には、この熱溶融によって接合された部分が図1に示すような封止部23となる。封止部23は、電池要素10の周囲を囲むようにして外装フィルムの外周の全周にわたって形成されている。
As shown in FIG. 2, the
電極タブ15a、15bはいずれも、厚さが例えば300μm程度のシート状の金属薄板で構成されている。なお、本実施形態では、電極タブ15aが正極用の端子であり、その材質は例えばアルミニウム又はルミニウム合金等である。また電極タブ15bが負極用の端子であり、その材質は例えば銅又は合金等である。
Each of the
このように構成されたフィルム外装電池50では、上記の通り、外装フィルムの密閉空間内に電池要素10が電解液と共に封入され、電極タブ15a、15bから所定の電圧が取り出されるようになっている。したがって、外装フィルムによって形成されている密閉空間が確実に気密されていることが好ましく、仮にこの気密性が損なわれた場合にはフィルム外装電池50全体が故障することもある。
In the film-
そこで本実施形態では、電極タブに薄肉部18(図2参照)を設けることで気密性が損なわれにくいようにしている。以下、この薄肉部18及びその周辺構造について、図2に加え図3、図4も参照して詳細に説明する。図3は、本実施形態のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を示す斜視図であり、図2の矢印A方向から見た状態を示している。図4は、電極タブに形成された薄肉部を示す斜視図である。なお、薄肉部18は電極タブ15a、15bの双方に形成されているが、以下、一方の電極タブ15aを例に挙げて説明する。
Therefore, in the present embodiment, the thin portion 18 (see FIG. 2) is provided on the electrode tab so that the airtightness is not easily lost. Hereinafter, the thin portion 18 and its peripheral structure will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4 in addition to FIG. FIG. 3 is a perspective view showing the electrode tab and the peripheral structure of the film-clad battery of this embodiment, and shows a state viewed from the direction of arrow A in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a thin portion formed on the electrode tab. In addition, although the thin part 18 is formed in both the
図2に示すように、電極タブ15aは、外装フィルムの封止部23によって挟まれる領域であって、電極タブ15aの幅方向(図2の奥行方向)の両側に薄肉部18が形成されている。薄肉部18は、図3に示すように、電極タブ15aの板厚が外側(図示右側)に向かって徐々に薄くなるように形成された構造部である。薄肉部18は、図4に示すように、例えば、電極タブ15aの端部近傍を両側面からプレス加工することで形成することができる。なお、この場合、電極タブ15aの上下面に傾斜面16a、16bが形成される。
As shown in FIG. 2, the
また、プレス加工にて薄肉部18を形成する場合、図4に示すように、薄肉部18は電極タブ15aの側縁から僅かに延出することもあるが、このようになっていたとしても特に問題は生じない。もっとも、仮に薄肉部18が延出していることで不都合が生じる場合、事後的に、この延出部を部分的に切断加工すればよい。なお、このような不都合としては、例えば、電極タブ15aの幅が外装フィルム21a、21bの短辺の長さと同じ程度に広い場合が挙げられる。また他にも例えば、フィルム同士で電極タブ15aを挟み込む工程で治具を用いる場合であって、この治具の構造上、電極タブ15aの幅を予め所定の寸法範囲内にしておく必要があるときなどが挙げられる。
Further, when the thin portion 18 is formed by pressing, as shown in FIG. 4, the thin portion 18 may slightly extend from the side edge of the
次に、このように薄肉部15が形成された電極タブ15aを、2枚の外装フィルム21a、21bで挟み込む工程の一例について説明する。
Next, an example of a step of sandwiching the
なお、この工程では2枚のシート状のシール部材30a、30b(図2参照)が用いられる。シール部材30a、30bは、例えば、加熱されることによって互いに溶融し合うと共に、溶融後は一体部材(シール材30、図3参照)となるものであり、具体的には、接着剤又はコーキング材料といった樹脂材料を利用することができ、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、または変性ポリエチレン等のいずれかからなるものであってもよい。また、後述するように、このシール材30は、外装フィルム内の密閉空間の気密性を保つための部材であるため、耐薬品性や耐水性に優れた材料を選択することが好ましい。 In this step, two sheet-like seal members 30a and 30b (see FIG. 2) are used. For example, the sealing members 30a and 30b are melted to each other by being heated, and become an integral member (see the sealing material 30, see FIG. 3) after being melted. Specifically, an adhesive or a caulking material is used. For example, it may be made of any one of polypropylene, modified polypropylene, polyethylene, modified polyethylene, and the like. As will be described later, since the sealing material 30 is a member for maintaining the airtightness of the sealed space in the exterior film, it is preferable to select a material excellent in chemical resistance and water resistance.
まず、各外装フィルム21a、21bの内側面(樹脂層)上にシール部材30a、30bをそれぞれ配置する。ここで、シール部材が外装フィルムの側縁から僅かにはみ出るように配置してもよい。次いで、予め作成しておいた電池要素10を、外装フィルム21bの上に配置する。次いで、互いの外周部同士が重なるように、2枚の外装フィルム21a、21bを重ね合わせる。次いで、2枚の外装フィルム21a、21bの外周部を加熱することで、外装フィルム同士が互いに接合され封止部23が形成される。この加熱工程では、2枚のシール部材30a、30bも同時に加熱され、互いに溶融し合い、最終的には図3に示すような一体的なシール材30となる。
First, the sealing members 30a and 30b are respectively disposed on the inner side surfaces (resin layers) of the
シール材30は、外装フィルム21a、21bの内側面と電極タブ15aの外周面との隙間を埋めるように形成される。これにより、外装フィルム内の密閉空間の気密性がより向上する。このように気密性を向上させる観点から言えば、シール部材30a、30bは、加熱した際に外装フィルム(ラミーネートフィルム)の樹脂層とも溶融し合うものであることが好ましい。これにより、最終的に形成されるシール材30とラミネートフィルムの樹脂層とが一体的に接合されるので、シール材30と樹脂層とは剥離しにくくなり外装フィルム内の密閉空間の気密性がより向上する。
The sealing material 30 is formed so as to fill a gap between the inner side surfaces of the
以上説明したような本実施形態のフィルム外装電池50によれば、図3に示すように、電極タブ15aの端部近傍に薄肉部18が形成されており、各外装フィルム21a、21bは薄肉部18の傾斜面16a、16bに沿うようにして屈曲する。したがって、図9に示したような、電極タブ125aに角部が残っている従来の構成と比較すると、各外装フィルム21a、21bの屈曲する角度が比較的緩やかになり、その結果、外装フィルムの内側面と電極タブの外周面との間で空隙135(図9参照)が発生しにくいものとなる。また、このような効果は、比較的厚い板厚の電極タブ15aを利用する場合であっても同様にして得ることができるものであり、したがって本発明は、特に、高電流を出力する電池要素10を利用する場合に有利である。前述した通り、高電流を出力する電池要素10を利用する場合、電極タブ15aをより厚くしなければならないことがあるためである。
According to the film-clad
また、このように電極タブに薄肉部18が形成されていることは、シール材30を効果的に利用できるという利点もある。すなわち、図5に示すように、従来形状の電極タブ125aを用い、電極タブ125aと外装フィルム21a、21bとの間にシール材30を形成する場合、電極タブ125aの厚さ又はシール材30の特性によっては、シール材30の中に気泡31が発生してしまう可能性もある。一方、本実施形態のように薄肉部18が形成されていれば、2枚のシート部材30a、30b(図2参照)を加熱した際に、シート部材30a、30b同士が比較的容易に溶融し合うため、結果的に図5の構成と比較して気泡31はより発生しにくくなる。
Moreover, the formation of the thin portion 18 on the electrode tab as described above has an advantage that the sealing material 30 can be effectively used. That is, as shown in FIG. 5, when using the electrode tab 125 a having a conventional shape and forming the sealing material 30 between the electrode tab 125 a and the
もっとも、本実施形態ではシール材30を用いて外装フィルム内の密閉空間の気密信頼性をより向上させているが、シール材30は必ずしも必要ではない。仮にシール材30がないとしても、薄肉部18が形成されていることによって外装フィルム21a、21bの屈曲角度が緩やかになり、結果として空隙135が発生しにくくなるという本発明による利点を得ることができる。
However, in this embodiment, the sealing material 30 is used to further improve the airtight reliability of the sealed space in the exterior film, but the sealing material 30 is not necessarily required. Even if the sealing material 30 is not provided, the bend angle of the
なお、本発明は上述したようなものに限定されるものではなく本発明のフィルム外装電気デバイスの各構成要素の形状又は材質等は種々変更可能である。 In addition, this invention is not limited to what was mentioned above, The shape or material of each component of the film-clad electrical device of this invention can be variously changed.
上述した形態では、電極タブ15aの幅方向の両側に2つの薄肉部18が形成されていたが、薄肉部18は電極タブの少なくとも片側に形成されていればよい。また、以上説明した電極タブ15aの段面形状は図6(a)のような形状であったが、図6(b)に示すような形状の薄肉部19であってもよい。すなわち、図6(b)の薄肉部19では、電極タブ15aの上面のみに傾斜面が形成されており、電極タブ15aの下面は平坦なままとなっている。薄肉部19がこのような形状であっても、薄肉部19ではタブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなっているため、上述した薄肉部18と同様の効果を得ることができる。また、薄肉部19は一方の面(下面)が平坦なままとなっているため、下面側に配置される外装フィルム21bを屈曲させる必要がない。
In the embodiment described above, the two thin portions 18 are formed on both sides of the
次に、薄肉部の形成は図7に示すような方法で行うこともできる。図7(a)に示す電極タブ17は、薄肉部が形成される前の状態を示している。電極タブ17の端部近傍には、予め例えば半円形の切欠き部17aが形成されている。次いで、この切欠き部17a周辺の部位をプレス加工すると、図17(b)に示すように、プレスされた部位が薄くなりながら変形して薄肉部20が形成される。このように予め切欠き部17aを設けることで、最終的に形成される薄肉部20の側縁を電極タブ17の側縁にほぼ一致させることができる。逆に言えば、切欠き部17aの形状は、図17(b)に示すような薄肉部20を形成できるように、タブの板厚又は材質等を考慮して適宜設定すればよい。なお、薄肉部の形成には、プレス加工の他、研削加工、ピーニング加工等を利用することもできる。もっとも、図7(c)に示すように、切欠き部が残った状態で薄肉部20’が形成されていてもよい。
Next, the formation of the thin portion can also be performed by a method as shown in FIG. The
なお、以上の説明では詳細に述べなかったが、リチウムイオン二次電池である電池要素10は、具他的には、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が含浸されるものであってもよい。電池要素10はリチウムイオン二次電池の他にも、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電池要素であってもよい。また、電池要素10は本実施形態のような積層型のものに限らず、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。本発明は、さらに、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは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、電気エネルギー貯留又は出力する電気デバイス要素を外装フィルムの内部に封入したフィルム外装電池デバイスにも適用可能である。
Although not described in detail in the above description, the
10 電池要素
15a、15b、17 電極タブ
16a、16b 傾斜面
18、19、20、20’ 薄肉部
21a、21b 外装フィルム
23 封止部
30a、30b シール部材
30 シール材
31 気泡
50 フィルム外装電池
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電極タブは、前記封止部において前記電極タブの幅方向少なくとも片側の端部近傍に、前記電極タブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなる薄肉部を有していることを特徴とするフィルム外装電気デバイス。 An electrical device element for storing and outputting electrical energy is enclosed in a sealed space formed by the exterior film, and a sheet-like electrode tab electrically connected to the electrical device element is formed between the exterior films. In the film-covered electrical device pulled out from the sealing part,
The electrode tab has a thin-walled portion in which the plate thickness of the electrode tab gradually decreases toward the outside in at least one end portion in the width direction of the electrode tab in the sealing portion. Film exterior electrical device.
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