JP2007053023A - ラミネート型電池とラミネート型電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】長期的に高い信頼性で，内部に発生するガスを適切に導くことのできるラミネート型電池とラミネート型電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明のラミネート型電池モジュール１０は，複数個のラミネート型電池１１を接続してなり，各ラミネート型電池１１は，電極体２１に対し離隔して配置されたガス排出部材２４を有し，ガス排出部材２４には通気孔３１と，通気孔３１の内部から電極体２１へ向かって貫通する小通気孔とが形成されており，ラミネートケース２５は，電極体２１の周辺部が互いに溶着されており，ガス排出部材２４のうち通気孔３１以外の部分にも両側から溶着されて小通気孔の外側開口を覆っており，電極体２１と小通気孔の外側開口との間に，他の部分より溶着幅の狭い安全弁部３３が設けられ，各ラミネート型電池１１のガス排出部材２４の通気孔３１同士が気密に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は，電極体をラミネートフィルムで覆って電解液を封入してなるラミネート型の電池と，そのラミネート型電池を複数個接続してモジュール化したラミネート型電池モジュールに関する。さらに詳細には，安全弁部を有するラミネート型電池とラミネート型電池モジュールに関するものである。

従来より，充放電可能な二次電池が使用されている。一般に二次電池では安全弁部が設けられ，充放電時に内部に発生するガスによって内圧が所定値以上となったときに，そのガスを放出するようにされている。例えば，特許文献１には，ガスを適切に導くためのダクトを備え，各電池の安全弁がシール部材を介して接続されている電源装置が開示されている。この装置によれば，各電池から発生するガスは，安全弁からダクトを介して適切に排出されるとされている。この特許文献に記載の装置では，各電池は金属製等のケースに入れられ，それ自体である程度の剛性を有している。そのため，安全弁部分にシール部材を押圧することによるシール方法が可能である。

一方，ラミネートフィルムを外装体として溶着密閉された薄型軽量の二次電池も多く使用されている。このようなものでは，ケース自体の剛性が乏しく，上記のように押圧によって安全弁をシールすることは難しい。そのため，例えば特許文献２には，安全弁近傍に補強部材が配置されたラミネート型の電池が開示されている。この文献では，この補強部材により，安全弁部の作動信頼性が向上したとされている。
特開２００３−１００２６７号公報 特開平５−１２９０１０号公報

しかしながら，前記した従来の各技術には，以下のような問題点があった。特許文献１に記載のダクトとシール部材によるガス流通方法は，ケースの剛性が乏しいラミネート型の電池を利用したラミネート型電池モジュールには採用できない。また，特許文献２のように補強部材を配置したラミネート型電池を使用して，ダクト等に接続したとしても，充放電によって各電池がそれぞれ膨張・伸縮を繰り返すため，接続箇所の形状が変化しがちであり，安定したシール性を得にくいという問題点があった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，長期的に高い信頼性で，内部に発生するガスを適切に導くことのできるラミネート型電池とラミネート型電池モジュールを提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明のラミネート型電池は，電極体と，電極体に接続された正負の端子と，正負の端子を外部に突出させつつ電極体を密封するラミネートフィルムとを有するラミネート型電池であって，電極体に対し離隔して配置された排気部材を有し，排気部材には，電極体と排気部材とを結ぶ方向と交差する方向に貫通する主通気孔と，主通気孔の内部から電極体へ向かって貫通する副通気孔とが形成されており，ラミネートフィルムは，電極体を両側から覆うとともに周辺部が互いに溶着されており，排気部材のうち主通気孔以外の部分にも両側から溶着されて副通気孔の外側開口を覆っており，電極体と副通気孔の外側開口との間に，他の部分より溶着幅の狭い安全弁部が設けられているものである。

本発明のラミネート型電池では，電極体は，正負の端子が接続され，ラミネートフィルムによって密封されている。また，主通気孔と副通気孔とが形成された排気部材を有するので，ガスの流通方向を変えることができる。ここで，ラミネートフィルムは排気部材のうち主通気孔以外の部分にも溶着されて副通気孔の外側開口を覆っているので，ラミネートフィルムによって排気部材と電極体との連通が遮断されている。さらに，電極体と副通気孔の外側開口との間に，他の部分より溶着幅の狭い安全弁部が設けられているので，内圧の上昇によって排気される場合にはこの安全弁部から排気される。このときガスは，安全弁部から副通気孔を介して主通気孔に連通されるので，適切に導かれる。

また，本発明のラミネート型電池モジュールは，複数個のラミネート型電池を接続してなり，各ラミネート型電池は，電極体と，電極体に接続された正負の端子と，正負の端子を外部に突出させつつ電極体を密封するラミネートフィルムとを有するものであるラミネート型電池モジュールであって，各ラミネート型電池は，電極体に対し離隔して配置された排気部材を有し，排気部材には，電極体と排気部材とを結ぶ方向と交差する方向に貫通する主通気孔と，主通気孔の内部から電極体へ向かって貫通する副通気孔とが形成されており，ラミネートフィルムは，電極体を両側から覆うとともに周辺部が互いに溶着されており，排気部材のうち主通気孔以外の部分にも両側から溶着されて副通気孔の外側開口を覆っており，電極体と副通気孔の外側開口との間に，他の部分より溶着幅の狭い安全弁部が設けられているものであり，各ラミネート型電池の排気部材の主通気孔同士が気密に接続されているものである。

本発明のラミネート型電池モジュールによれば，各ラミネート型電池の排気部材の主通気孔同士が気密に接続されているので，主通気孔同士によって流路が形成される。そして，どのラミネート型電池から発生したガスでも，この主通気孔同士によって形成される流路に流れ込む。この流路はラミネートフィルムによって形成されているものではないので，強固な接続が可能であり，長期的に高い信頼性を有する。

さらに本発明では，隣接するラミネート型電池の排気部材の主通気孔同士を接続する連結管を有することが望ましい。このようにすれば，排気部材同士が適切な間隔を設けて接続されることができる。従って，各ラミネート型電池が充放電によって膨張・収縮したとしても，互いに干渉することがない。

本発明のラミネート型電池とラミネート型電池モジュールによれば，長期的に高い信頼性で，内部に発生するガスを適切に導くことができる。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，複数個のラミネート型電池を接続してなるラミネート型電池モジュールに本発明を適用したものである。

本形態のラミネート型電池モジュール１０は，図１に示すように，複数のラミネート型電池１１を略平行に並べて形成されている。各ラミネート型電池１１は，図２に示すように，電極体２１，負極端子２２，正極端子２３，ガス排出部材２４を有し，電極体２１と電解液とをラミネートケース２５に封入したものである。ラミネート型電池モジュール１０は，図１に示すように，各ラミネート型電池１１のガス排出部材２４が連結管２６によって適切な間隔をあけて連結されることにより，モジュール化されたものである。図１では，３個のラミネート型電池１１が連結されたものを示しており，図２のラミネート型電池１１のほぼ中央における断面を示している。

各ラミネート型電池１１の電極体２１は，正極板と負極板とをセパレータを挟んで扁平に捲回した一般的なものであり，ここでは，リチウムイオンの移動を利用したリチウムイオン型のものを使用している。また，図２に示すように，電極体２１の正極板に正極端子２３が，負極板に負極端子２２がそれぞれラミネートケース２５の内部で接続されている。そして，負極端子２２と正極端子２３とは，その先端部をラミネートケース２５の外部へ突出させた状態で密封されている。ラミネート型電池モジュール１０では，各ラミネート型電池１１の端子２２，２３は順次直列に接続され，全体として大きい電圧や電流を提供できるようにされている。

ガス排出部材２４は，図３〜図５に示すように，その全体が略四角形板状であり，中央部には通気孔３１が貫通している。通気孔３１の周囲には，その両側へ円環状に突出した環状凸部３１ａが形成されている。また，下部には小通気孔３２が形成されている。小通気孔３２の一端は通気孔３１の内部に開口しているとともに，他端はガス排出部材２４の厚みの中を貫通して外部へ開口している。ここで，図５は，図４のＡ−Ａ断面図である。このガス排出部材２４は，ＰＰ等の樹脂によって形成される。

ラミネートケース２５は，ラミネート型電池に一般的に使用されるラミネートフィルムで形成されている。このラミネートフィルムは，金属箔に樹脂を積層したフィルム等であり，ラミネートフィルム同士あるいはラミネートフィルムと樹脂製部材との間で，溶着によって容易に接着固定できる。ここでは，図２に示すように，電極体２１とガス排出部材２４とを挟んで，それらの周囲をそれぞれ囲むように溶着されている。すなわち，電極体２１の周囲を囲んでラミネートケース２５同士で溶着されていることにより，電極体２１が密閉されている。

さらに，ラミネートケース２５には，ガス排出部材２４の通気孔３１に対応する孔があらかじめ設けられており，そこからガス排出部材２４の環状凸部３１ａが両側へそれぞれ突出されている。そして，環状凸部３１ａの周囲部分においてラミネートケース２５とガス排出部材２４とが溶着されている。従って，図２に示すように，ラミネート型電池１１には図中奥行き方向に通気孔３１が貫通しており，ガス排出部材２４は確実に固定されている。さらに，ラミネートケース２５がガス排出部材２４の周囲部分においてラミネートケース２５同士で溶着されていることにより，小通気孔３２のうち外部へ開口している下方の端部が封止されている。なお，この小通気孔３２の開口を封止している溶着部分は，図２に示すように，他の部分に比較して幅が狭くされ，安全弁部３３が形成されている。

そして，ラミネート型電池モジュール１０では，図１に示すように，ラミネート型電池１１に貫通している通気孔３１が連結管２６によって互いに連結され，全体としてガス排出用流路が形成されている。この流路は，ガスを適切に処理できる場所へ連通され，流入したガスを安全に排出できるようにされている。なお，通常状態では，この流路と電極体２１とは安全弁部３３によって隔離され，各ラミネート型電池１１はそれぞれ独立している。通常の使用状態の範囲内では，各ラミネート電池１１から外部にガスが流出することはない。

次に，本形態のラミネート型電池モジュール１０の動作を説明する。本形態のラミネート型電池モジュール１０はその全体として充放電されることにより使用される。各ラミネート型電池１１のラミネートケース２５の内部に収納されている電極体２１は，充放電を行うとその厚みが変化するため，ラミネートケース２５は膨張・収縮を繰り返す。このラミネート型電池モジュール１０では，連結管２６によって各ラミネート型電池１１の間に適切な間隔が設けられて連結されているので，膨張した場合でも互いに干渉することはない。また，ガス排出部材２４も連結管２６もある程度の剛性を有しているので，ラミネート型電池１１の電極体２１部分が多少変形しても，その接続部位がゆるんだり外れたりするおそれはない。

ここで，例えば過充電等の原因により，ラミネート型電池１１の内部に所定量を超えてガスが溜まった場合には，所定範囲を超えて内圧が上昇する。この場合，内圧により周囲の溶着部に剥離方向の力が加わることになる。この力が溶着による接着力を超えて大きくなったときには，まず，溶着幅の小さい安全弁部３３が剥がれることになる。安全弁部３３の溶着が剥がれると，ラミネート型電池１１の内部（電極体２１の周囲部分）と小通気孔３２とが連通される。このため，ラミネート型電池１１の内部に溜まったガスが小通気孔３２を介して通気孔３１へと流れこむ。通気孔３１は連結管２６によって連結されて流路が形成されているので，ガスはこの流路を介して適切に排出される。

次に，本形態のラミネート型電池モジュール１０の製造方法を説明する。まず，電極体２１に使用される正極板，負極板，セパレータをそれぞれ製造する。正極板は，帯状のアルミニウム箔の一部にリチウム−金属複合酸化物含有活物質をペースト状にして塗工し，乾燥・圧延する。この正極活物質としては，例えば，Ｌｉ_(1-x)ＮｉＯ₂，Ｌｉ_(1-x)ＭｎＯ₂，Ｌｉ_(1-x)ＭｎＯ₄，Ｌｉ_(1-x)ＣｏＯ₂，Ｌｉ_(1-x)ＦｅＯ₂，やこれらにＬｉ，Ａｌ，Ｃｒ等の遷移元素を添加または置換した材料が利用できる。

また，負極板は、帯状の銅箔の一部に，充電時にはリチウムイオンを吸蔵し，放電時にはリチウムイオンを放出するような材料をペースト状にして塗工し，乾燥・圧延する。このような材料としては，例えばリチウム金属，グラファイトまたは非晶質炭素等が利用できる。また，セパレータとしては，ＰＥまたはＰＰを主原料とする多孔質体のシートを用いる。

次に，製造した正極板と負極板との間にセパレータを挟んで，扁平状に捲回する。このとき，負極板と正極板との塗工されていない部分を捲回軸の両側にそれぞれはみ出した状態で捲回する。このはみ出した部分に，図６に示すように，負極端子２２と正極端子２３とをそれぞれ接続する。また，ＰＰ等によって，図３の形状のガス排出部材２４を形成しておく。

次に，ラミネートフィルムを適切な形状に切断して成形したラミネートケース２５に，図７に示すように，負極端子２２と正極端子２３とが接続された電極体２１とガス排出部材２４とを配置し，これらを包み込むようにラミネートケース２５を折り曲げる。そして，電解液を注入して，図８に斜線で示した範囲Ｄ１を溶着する。このとき，正極端子２３のＡｌあるいは負極端子２２のＣｕとラミネートケース２５のＰＰとが強固な結合となるようにすることが重要である。そのため，正極端子２３と負極端子２２との溶着部分をＰＰの軟化点〜融点となるまであらかじめ加熱する。その後，ラミネートケース２５の溶着範囲を加熱すると同時に圧着する。これにより，電極体２１とガス排出部材２４との周囲はそれぞれ封止され，負極端子２２と正極端子２３とはラミネートケース２５からその先端部を突出させて固定される。このとき，図８に示すように，溶着の幅が狭くされた部分として安全弁部３３が形成される。

次に，図９に示すように，ガス排出部材２４とラミネートケース２５とを斜線で示した範囲Ｄ２において溶着する。この時には，ラミネートケース２５のみを加熱する。すなわち，範囲Ｄ２に相当する部分を加熱し，加熱と同時に圧着する。これにより，ガス排出部材２４のうち通気孔３１の周囲の平面部分とラミネートケース２５とが接着されるので，ガス排出部材２４が強固に固定される。以上で，単体のラミネート型電池１１が完成した。

同様にして，ラミネート型電池モジュール１０に必要な個数のラミネート型電池１１を製造する。また，連結管２６を必要個数用意する。そして，図１０に示すように，ラミネート型電池１１と連結管２６とを交互に並べ，各ラミネート型電池１１のガス排出部材２４の通気孔３１の周囲を連結管２６で連結して排ガス経路を形成する。この連結部分は，熱溶着あるいは機械的締結で固定した。また，各ラミネート型電池１１の負極端子２２を他のラミネート型電池１１の正極端子２３と順に接続し，電気的に直列に接続した。これにより，ラミネート型電池モジュール１０が完成した。

次に，このように製作したラミネート型電池モジュール１０を使用してガス排出試験を行った。その結果，過充電状態にしても連結管２６の外部へのガス漏れは見られなかった。また，ラミネート型電池モジュール１０に振動・冷熱試験を行ってから過充電試験をしても，性能の悪化は見られなかった。従って，本形態のラミネート型電池モジュール１０によれば，適切にガスの排出がなされたと言える。

なお，上記のラミネート型電池モジュール１０では，ガス排出部材２４の全周囲をラミネートケース２５によって包んでいるラミネート型電池１１を使用した。これに対して，図１１に示すように，下部のみを溶着固定したラミネート型電池を使用しても良い。このようなラミネート型電池によって製造したラミネート型電池モジュールでも，ガス排出試験の結果は良好であった。

以上詳細に説明したように本形態のラミネート型電池モジュール１０によれば，各ラミネート型電池１１のラミネートケース２５にガス排出部材２４が封入されている。そのガス排出部材２４の小通気孔３２に隣接して溶着幅の狭い安全弁部３３が配置されている。また，各ラミネート型電池１０のガス排出部材２４は，互いに連結管２６によって連結されている。従って，ガス流路はガス排出部材２４と連結管２６とで強固に形成されている。これにより，長期的に高い信頼性で，内部に発生するガスを適切に導くことのできるラミネート型電池モジュール１０となっている。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。
例えば，ガス排出部材２４の外形は，四角に限らず，円，楕円，多角形などであっても良い。また，流路断面形状も円に限らない。また，小通気孔３２と通気孔３１との流路断面積が大きく異なっているものを図示しているが，これに限るものではない。
また例えば，ガス排出部材２４の形状をやや変更して，両側の環状凸部に連結用部分も連続して形成すれば，連結管２６を不要にすることもできる。
また例えば，上記の形態では，１枚のラミネートフィルムを折り返してラミネートケース２５としたが，２枚のラミネートフィルムで構成することもできる。また，折り返して製造する場合には，折り返し部分については必ずしも溶着する必要はない。
また例えば，正極端子および負極端子の形状や突出方向等も，上記の例に限るものではない。
また例えば，本形態のリチウムイオン二次電池に限らず，ラミネートフィルムによって封止されたラミネート型の電池であればどのようなものにも適用可能である。

本形態のラミネート型電池モジュールを示す概略断面図である。 モジュールに組み込まれているラミネート型電池を示す外観図である。 ガス排出部材を示す斜視図である。 ガス排出部材を示す正面図である。 ガス排出部材を示す断面図である。 ラミネート型電池モジュールの製造方法を示す説明図である。 ラミネート型電池モジュールの製造方法を示す説明図である。 ラミネート型電池モジュールの製造方法を示す説明図である。 ラミネート型電池モジュールの製造方法を示す説明図である。 ラミネート型電池モジュールの製造方法を示す説明図である。 ラミネート型電池の別の例を示す外観図である。

符号の説明

１０ ラミネート型電池モジュール
１１ ラミネート型電池
２１ 電極体
２２ 負極端子
２３ 正極端子
２４ ガス排出部材
２５ ラミネートケース
２６ 連結管
３１ 通気孔
３２ 小通気孔
３３ 安全弁部

Claims (3)

1. 電極体と，前記電極体に接続された正負の端子と，前記正負の端子を外部に突出させつつ前記電極体を密封するラミネートフィルムとを有するラミネート型電池において，
   前記電極体に対し離隔して配置された排気部材を有し，
   前記排気部材には，
   前記電極体と前記排気部材とを結ぶ方向と交差する方向に貫通する主通気孔と，
   前記主通気孔の内部から前記電極体へ向かって貫通する副通気孔とが形成されており，
   前記ラミネートフィルムは，
   前記電極体を両側から覆うとともに周辺部が互いに溶着されており，
   前記排気部材のうち前記主通気孔以外の部分にも両側から溶着されて前記副通気孔の外側開口を覆っており，
   前記電極体と前記副通気孔の外側開口との間に，他の部分より溶着幅の狭い安全弁部が設けられていることを特徴とするラミネート型電池。
2. 複数個のラミネート型電池を接続してなり，各ラミネート型電池は，電極体と，前記電極体に接続された正負の端子と，前記正負の端子を外部に突出させつつ前記電極体を密封するラミネートフィルムとを有するものであるラミネート型電池モジュールにおいて，
   各ラミネート型電池は，
   前記電極体に対し離隔して配置された排気部材を有し，
   前記排気部材には，
   前記電極体と前記排気部材とを結ぶ方向と交差する方向に貫通する主通気孔と，
   前記主通気孔の内部から前記電極体へ向かって貫通する副通気孔とが形成されており，
   前記ラミネートフィルムは，
   前記電極体を両側から覆うとともに周辺部が互いに溶着されており，
   前記排気部材のうち前記主通気孔以外の部分にも両側から溶着されて前記副通気孔の外側開口を覆っており，
   前記電極体と前記副通気孔の外側開口との間に，他の部分より溶着幅の狭い安全弁部が設けられているものであり，
   各ラミネート型電池の排気部材の主通気孔同士が気密に接続されていることを特徴とするラミネート型電池モジュール。
3. 請求項２に記載のラミネート型電池モジュールにおいて，
   隣接するラミネート型電池の排気部材の主通気孔同士を接続する連結管を有することを特徴とするラミネート型電池モジュール。

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