JP2007265738A - 液漏れ検知機能を備えた電池 - Google Patents

Abstract

【課題】過充電により内圧が上昇した場合にガス圧を外部に逃がす安全機構を備えた電池に対して、漏れ出た電解液から周辺機構部を保護するための手段を追加的に設ける。
【解決手段】電池外周縁から内側に退避して区画された隔離領域４０を設け、ここに電池外部に露出する導電部材５０を配置する。発電要素２０が封止された封止領域３５から隔離領域４０を区画する退避シール部３１ａのシール強度は、他のシール部３１よりも弱く設定する。電池の内圧が上昇した場合に、退避シール部３０ａが剥離し、そこからガスが逃げるとともに、電解液が隔離領域４０内へと漏れ出る。電池外部に露出した導電部材と正負いずれか一方の電極との間に検出装置を導通接続して電流を検知することで電解液が漏れ出たことを検知できるので、これを何らかの方法で警告すれば、電解液が隣接する他の電池や周辺機構部に達する前に、当該電池を取り外して周辺機構等を保護できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、液漏れ検知機能を備えた電池に関する。

特許文献１には、過充電によりリチウム二次電池の内圧が上昇した場合に、安全弁機構によりガス圧を外部に逃がして、ラミネートフィルムの破損を未然に防止する技術が開示されている。
すなわち、発電要素を包むフィルム材周辺の熱シール部の一部に強度の弱い部分を設けて、この部分を安全弁として利用している。過充電により内圧が上昇すると、当該強度の弱い部分が剥離して、この部分からガスが外部に逃げる。

特開平１１−９７０７０号公報

特許文献１に開示されたようにして、ガス圧を外部に逃がすことでラミネートフィルムの破損は防止できる。しかし、ガス圧を逃がすために開口した部分から電解液が流出すると、隣接する他の電池や、周辺機構部が電解液に接して、破損その他の不利益を招く。つまり、ガスを外部に逃がしてラミネートフィルムの破損を防ぐだけでは、その周辺機構の破損まで防ぐことはできない。

したがって、ラミネートフィルムの破損を防止するだけでなく、流出した電解液から周辺機構を守るための何らかの手段を講じることが望ましい。

本発明は、上記課題を有効に解決するために創案されたものであって、以下の特徴を備えた、液漏れ検知機能付きの電池を提供する。

本発明の電池は、正極、負極、およびこれら両極間に充填される電解質を含む発電要素を、最内層にシール層を有する積層外装材に封入し、当該積層外装材の周縁部をシールしてなる。そして、上記積層外装材の周縁部の一部に、電池外周縁から内側に退避して延在する「退避シール部」を設けることで、「発電要素が封止された封止領域」から区画された「隔離領域」を形成している。
この「隔離領域」内に、電池外部に露出する「導電部材」を配置するとともに、「退避シール部」は、少なくとも部分的に他のシール部よりもシール強度を弱く設定している。

なお、シール強度を相対的に弱くする具体的な手法としては、上記シール層を構成するシール樹脂の種類を異ならせて、シール強度に差を設けることが好ましい。

上記構成を備える本発明の電池は、以下に説明する通り、液漏れを検知する機能を有する。
すなわち、過充電等によって電池の内圧が上昇した場合に、「封止領域」と「隔離領域」との境界に位置する「退避シール部」が剥離し、そこからガスが逃げるとともに、電解液が「隔離領域」内へと漏れ出る。そして、漏れ出た電解液が「隔離領域」内に配置された「導電部材」に達すると、これにより、「正負の両電極」と「導電部材」との間に電位差が生じる。

導電部材は電池外部に露出しているので、正負いずれか一方の電極と導電部材との間に検出装置を導通接続することが可能であり、当該検出装置で電流を検知することにより、隔離領域内に電解液が漏れ出たことを検知できる。したがって、電解液が漏れ出た事実を何らかの方法で警告すれば（例えば、光や音を利用した警告）、電解液が隣接する他の電池や周辺機構部に達する前に、充電装置（あるいは他の装置類）から当該電池を取り外して、周辺機構等を保護することができる。

また、「隔離領域」は、電池外周縁から内部に退避した退避シール部によって規定されているので、電池側面から内側に入り込んだ位置に存在することとなる。したがって、「隔離領域」内に漏れ出した電解液は、表面張力の作用で当該「隔離領域」内にある程度の時間は保持される。したがって、上記警告を発した後、電解液が実際に周辺機構部等まで拡がるのに要する時間を長くすることができるので、実際に電池を取り外すまでに多少時間を要したとしても、周辺機構部まで電解液が拡がることを高い確率で防止できる。

本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池１０を示す概略分解斜視図である。図２は、組み立て状態における電池１０を示す斜視図である。

≪基本構成≫
電池１０は、発電要素２０を外装フィルム３０で封止して構成される。発電要素２０は、それ自体は従来から知られたものである。簡単に説明すると、ポリマー電解質を保持したセパレータの両側に、正極および負極を配置したものであって、正極につながる正極リード２１および負極につながる負極リード２２が外部に突出している。

外装フィルム３０は、その中央線３０ａにおいて２つに折り畳まれて発電要素２０を挟み込むとともに、正極リード２１および負極リード２２を外部に突出させた状態で、折畳線３０ａ以外の３方を熱シールすることで、発電要素２０を密封している（図２）。このため、外装フィルム３０は、その最内層（図１中の上面）にシール樹脂層を有している。

なお、後に詳述するが、３辺をシールする際に、正極リード２１と負極リード２２の間には金属ストリップ５０（導電部材）が挟み込まれる。この領域おいて、シール部は電池内部へと退避するように延在する退避シール部３１ａとされ、これにより、隔離領域４０を規定している。「隔離領域」とは、電池内部において、発電要素２０を封止する封止領域３５から「隔離」されているという意味である。
この隔離領域４０内に導電部材を配置し、これを利用して、液漏れ検知機能を実現している。

≪液漏れを検知する原理≫
図３は、図２に示した電池１０の正面図である。斜線を付した領域３１、３１ａがシール部であって、これらのシール部３１、３１ａにより、発電要素２０を密閉収容する封止領域３５が規定されている。
正極リード２１と負極リード２２の間の領域において、シール部の一部３１ａ（退避シール部）は、電池外周縁４１から内側へ退避するよう延在して形成されていて、これにより隔離領域４０が規定されている。
すなわち、退避シール部３１ａによって、封止領域３５と隔離領域４０とが区画されている。

電池１０内において、封止領域３５と隔離領域４０との境界を定める退避シール部３１ａは、他の周縁シール部３１よりもシール強度が弱く設定されている。
このようにシール強度に相対的な差を設けると、過充電により電池の内圧が上昇した場合に、最初に強度の弱い退避シール部３１ａが剥離して、この部分からガス圧を外部に逃がすことができる。また、剥離した箇所からはガスだけでなく電解液も流出するが、退避シール部３１ａは隔離領域４０に隣接しているので、流出した電解液は隔離領域４０内に入る。

一方、隔離領域４０内には、金属ストリップ５０が配置されていて、この金属ストリップ５０は、電池外部へ突出している。すなわち、退避シール部３１ａが剥離して電解液が隔離領域４０内に入り、更に金属ストリップ５０に達すると、金属ストリップ５０と正極リード２１または負極リード２２との間に電位差が生じる。
したがって、これを利用して液漏れが生じたことを検出できる。例えば、図４に示したように、金属ストリップ５０と負極リード２２との間に導通接続された検出装置を用いて両者間に流れる電流を検出することで、液漏れが生じたことを検出できる。なお、金属ストリップ５０と正極リード２１との間に検出装置を導通接続しても、同様に液漏れを検出することができる。

以上のように、液漏れが生じたことを即座に検出することが可能であって、これを何らかの手段で警告（例えば、音や光等を利用する）すれば、漏れた電解液が隔離領域４０を出て周辺外部に達する前に、充電装置（あるいは他の装置類）から当該電池を取り外すことが可能となる。その結果、隣接する他の電池や周辺の機構部に電解液が付着して破損等に至ることを未然に防止できる。

なお、図３から分かるように、隔離領域４０は、電池外周縁４１から内部に退避して延在する退避シール部３１ａによって規定されているので、電池側面から落ち込んだ位置に存在することとなる。したがって、隔離領域４０内に漏れ出した電解液は、表面張力の作用で隔離領域４０内にある程度の時間は保持される（この時間は、漏れ出す液量が少ない程に長くなる）。つまり、上記警告を発した後、実際に電池を取り外すまでの時間を稼ぐことができる。

金属ストリップ５０は、隔離領域４０内に適宜の手段を用いて固定される。例えば、接着剤や固定ブロックを用いることができる。
また、電池の外周縁４１に沿って、その両側の周縁シール部３１を直線的に結ぶシール部（図示せず）を設けて、これにより金属ストリップ５０を固定してもよい。その場合には、当該不図示の直線的なシール部は、退避シール部３１ａと同じシール強度としたり、離散的にシールする等して、ガスを外部に逃がし得る構成とすべきである。

≪退避シール部３１ａの強度を相対的に弱くするための手段≫
本発明では、退避シール部３１ａのシール強度を、他の周縁シール部３１のシール強度よりも相対的に弱くして、内圧が上昇した場合に、退避シール部３１ａにおいて最初に剥離が起こるように構成する。
シール強度を相対的に弱くする具体的手段については、特定のものに限定されない。図示した例では、退避シール部３１ａを周縁シール部３１よりも幅狭に構成し、これによりシール強度に差をもたせている。
これ以外にも、例えば、外装材３０の最内層に設けるヒートシール層を構成するシール樹脂の種類を異ならせることでシール強度に差を設けることができる。

例えば、退避シール部３１ａのシール強度は、他のシール部（図示の例では、周縁シール部３１）のシール強度の３０〜７０％程度に設定することが好ましい。

なお、退避シール部３１ａは、必ずしもその全体についてシール強度を相対的に弱める必要はなく、少なくとも一部分についてシール強度を弱くし、最初に剥離した箇所から漏れ出した電解液を隔離領域４０内に導ける構成であれば足りる。その場合に、金属ストリップ５０（導電部材）の一端は、当該「シール強度の弱い箇所」にできるだけ近づけて配置することが望ましい。近く配置するほど、液漏れを迅速に検知できるというメリットがある。

≪他の変形例≫
図示した実施形態では、液漏れを検知する導電部材として金属ストリップ５０を使用しているが、電気を通す手段であれば、他のもので代用してもよい。また、導電部材は、少なくとも何らかの形で電池外部に露出していて、そこに検出装置を導通接続できる構成であれば足り、必ずしも、図示した例のように電池外方に突出している必要はない。

また、隔離領域４０についても、図示の例以外にも、電池１０の側片や、コーナー部等、適宜の位置に配置することが可能である。

本発明の一実施形態に係る電池の分解斜視図。 図１の電池を組み立てた状態で示した斜視図。 図２の電池の正面図。 図２の電池に液漏れ検出装置を連結した状態を示す説明図。

符号の説明

１０ 電池
２０ 発電要素
２１ 正極リード
２２ 負極リード
３０ 外装フィルム
３０ａ 中央線（折畳線）
３１ 周縁シール部
３１ａ 退避シール部
３５ 封止領域
４０ 隔離領域
４１ 電池外周縁
５０ 金属ストリップ（導電部材）

Claims (3)

1. 正極、負極、およびこれら両極間に充填される電解質を含む発電要素（２０）を、最内層にシール層を有する積層外装材（３０）に封入し、当該積層外装材（３０）の周縁部をシールしてなる電池において、
   上記積層外装材（３０）の周縁部の一部に電池外周縁（４１）から内側に退避して延在する退避シール部（３１ａ）を設けることで、発電要素（２０）が封止された封止領域（３５）から区画された隔離領域（４０）を形成し、
   隔離領域（４０）内に、電池外部に露出する導電部材（５０）を配置するとともに、退避シール部（３１ａ）は、少なくとも部分的に他のシール部（３１）よりもシール強度を弱く設定したことを特徴とする、電池。
2. 上記退避シール部（３１ａ）のシール強度を弱く設定した部分は、他のシール部とは異なるシール樹脂を用いることでシール強度を弱めていることを特徴とする、請求項１記載の電池。
3. 上記退避シール部（３１ａ）のシール強度を弱く設定した部分のシール強度は、他のシール部のシール強度の３０〜７０％であることを特徴とする、請求項１または２記載の電池。
   

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