JP2008218347A

JP2008218347A - 電池

Info

Publication number: JP2008218347A
Application number: JP2007057695A
Authority: JP
Inventors: Isao Suzuki; 鈴木　　勲; Seiji Nemoto; 聖治根本; Takeshi Shimozono; 下薗　　武司
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2007-03-07
Filing date: 2007-03-07
Publication date: 2008-09-18

Abstract

【課題】樹脂体中に熱伝導性の高い金属板等からなる埋設材を埋設した発電要素カバー５によって発電要素１を覆うことにより、アルミラミネートフィルム２１、２２製の電池ケース２に密閉収納した発電要素１を外部の衝撃等から保護すると共に、外部への熱の放出も速やかに行うことができる電池を提供する。
【解決手段】アルミラミネートフィルム２１、２２からなる電池ケース２に発電要素１を密閉収納した電池において、前記発電要素１は、発電要素カバー５に覆われて電池ケース２に密閉収納され、前記発電要素カバー５は、樹脂体と前記樹脂体中に埋設された埋設材とを備え、前記埋設材は、前記樹脂体よりも熱伝導性の高い材料である構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、フレキシブルなアルミラミネートフィルム等を用いた電池ケースに発電要素を密閉収納した電池に関するものである。

フレキシブルなアルミラミネートフィルム製の電池ケースに発電要素を密閉収納することにより薄型軽量化を図った電池が従来から広く使用されている。このようなフレキシブルフィルム製の電池ケースを用いた非水電解質二次電池の従来の構成例を図３に示す。この非水電解質二次電池は、発電要素１を収納する電池ケース２が２枚の方形のアルミラミネートフィルム２１、２２によって構成されている。

発電要素１は、帯状の正負の電極をセパレータを介して巻回し、側面から押し潰すことにより扁平状に成形したものである。また、この発電要素１の手前側の端面と後方の端面からは、正極リード端子３と負極リード端子４が突出している。

アルミラミネートフィルム２１、２２は、アルミニウム箔の両面を樹脂層で挟んで積層した方形のラミネートフィルムであり、周縁部を除く中央の大部分に凹部が形成されている。これらのアルミラミネートフィルム２１、２２は、凹部側を向かい合わせにして上下から重ね合わせ、これらの間に発電要素１を挟んで周縁部を熱溶着することにより、内部を密閉した電池ケース２となる。また、発電要素１の両端面から突出するリード端子３、４は、これら２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２が重なり合った間を通して封止されて外部に突出するようになっている。

上記非水電解質二次電池は、電池ケース２がフレキシブルなアルミラミネートフィルム２１、２２からなるため、外部からの衝撃等によって内部の発電要素１が損傷を受けやすいという欠点がある。このため、発電要素１の端面部に応力変形を防止するカバーを被せて電池ケース２に収納する発明が従来からなされている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、発電要素１の端面部に樹脂製のカバーを被せるだけでは、帯状の正負の電極の側端縁が重なり合った端面は保護できても、この発電要素１の広い側面までは十分に保護することができないという問題があった。

また、このために、発電要素１を方形バット状の樹脂成形品からなるケースで覆って電池ケースに収納する発明もなされている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、樹脂成形品のケースは、熱伝導性が悪いために、充放電時に発電要素１で発生した熱が外部に放出され難くなるので、内部が高熱になることによって発電要素１の寿命が短縮されるという問題があった。

なお、鉛蓄電池等の場合には、樹脂製の電槽の隔壁に金属板等からなる冷却用部材を埋め込む発明もなされている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、このような電槽や隔壁は、図３に示した電池の電池ケース２に該当するものであり、ここに金属板を埋め込んだのでは、フレキシブルな電池ケース２を用いて電池の薄型軽量化を図る目的が損なわれるだけでなく、熱溶着等による簡易な封止手段を利用することも困難になる。
特開２０００−１２３８０１号公報国際公開第０５／０４５９８３号パンフレット特開２００３−７３５５号公報

本発明は、樹脂体中に熱伝導性の高い金属板等からなる埋設材を埋設した発電要素カバーによって発電要素を覆うことにより、フレキシブルフィルム製の電池ケースに密閉収納した発電要素を外部の衝撃等から保護すると共に、外部への熱の放出も速やかに行うことができる電池を提供しようとするものである。

請求項１の電池は、フレキシブルフィルム製の電池ケースに発電要素を密閉収納した電池において、前記発電要素は、発電要素カバーに覆われて電池ケースに密閉収納され、前記発電要素カバーは、樹脂体と前記樹脂体中に埋設された埋設材とを備え、前記埋設材は、前記樹脂体よりも熱伝導性の高い材料であることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、フレキシブルフィルム製の電池ケースに収納された発電要素が、この電池ケースの内部で発電要素カバーに覆われるので、発電要素が外部からの衝撃等によって損傷を受けるのを防止することができる。しかも、発電要素カバーは、樹脂体中に熱伝導性の高い埋設材が埋設されるので、発電要素で発生した熱を速やかに外部に放出すると共に、外側からの冷却によっても発電要素を迅速に冷却することができる。また、フレキシブルフィルム製の電池ケースをそのまま用いることができるので、熱溶着等の簡易な封止手段を利用できる。しかも、発電要素カバーは、質量や大きさを発電要素の保護のための最小限に止めることができるので、電池の薄型軽量化を損なうこともない。

なお、発電要素カバーの埋設材は、樹脂体に埋設されるが、これによって樹脂体に完全に覆われる場合のほか、樹脂体に覆われない部分が生じることにより、発電要素カバーの表面に一部が露出するようになっていてもよい。

以下、本発明の最良の実施形態について図１〜図２を参照して説明する。なお、これらの図においても、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、図３に示した従来例と同様の非水電解質二次電池について説明する。本実施形態の非水電解質二次電池は、図１及び図２に示すように、発電要素１が発電要素カバー５に覆われて、電池ケース２に密閉収納されている。

発電要素１は、図３に示した従来例と同様のものであり、帯状の正負の電極をセパレータを介して巻回し、側面を上下から押し潰すことにより扁平状に成形したものである。また、この発電要素１の手前側の端面と後方の端面からは、正極リード端子３と負極リード端子４が突出している。手前側に突出する正極リード端子３は、後方の基部が発電要素１内で正極に接続固定され、後方に突出する負極リード端子４は、手前側の基部が発電要素１内で負極に接続固定されている。

電池ケース２は、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２からなる。アルミラミネートフィルム２１、２２は、アルミニウム箔の一方の面に、ナイロンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のようなバリア性と強度の高い樹脂層を積層すると共に、他方の面にポリプロピレン（ＰＰ）やポリエチレン（ＰＥ）等のような熱可塑性の樹脂層を積層した３層構造の方形のフレキシブルフィルムである。また、これらのアルミラミネートフィルム２１、２２には、発電要素１を嵌め込むことができるように、周縁部を除く中央の大部分に、熱可塑性の樹脂層側が窪んだ凹部が予めプレス加工によって形成されている。

発電要素カバー５は、２枚のカバー部品５１、５２からなる。カバー部品５１、５２は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のような絶縁性を備えた樹脂体からなり、一方が窪んだ方形のバット状の板材である。また、これらのカバー部品５１、５２は、図２に示すように、内層側に金属板５１ａ、５２ａがインサート成形されている。金属板５１ａ、５２ａは、周りを覆う樹脂体よりも極めて熱伝導性が高い金属製の板材からなる埋設材であり、軽量なアルミニウム板等を用いることが好ましい。これらの金属板５１ａ、５２ａは、上下の両面と周縁の端面が完全にカバー部品５１、５２の樹脂体の内側に埋設されている。従って、これらのカバー部品５１、５２は、表面側の樹脂体によって絶縁性を備えると共に、内層側の金属板５１ａ、５２ａによって、高い熱伝導性と十分な剛性とを備えたものとなる。

上記２枚のカバー部品５１、５２は、図１及び図２に示すように、窪んだ側を向かい合わせにして発電要素１の上下から重ね合わせることにより、この発電要素１を覆うように配置する。この際、重ね合わせたカバー部品５１、５２の間は、封止する必要はなく、通常は電解液が流通できる程度の隙間が生じている。また、発電要素１のリード端子３、４は、このカバー部品５１、５２の間の隙間を通して前後に突出する。

２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２は、凹部側を向かい合わせにして上下から重ね合わせ、これらの間に発電要素カバー５で覆われた発電要素１を挟んで、周縁部の熱可塑性の樹脂層同士を熱溶着することにより、内部を密閉した電池ケース２となる。また、発電要素１の両端面から突出するリード端子３、４は、これら２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２が重なり合った間を通して封止されて外部に突出するようになっている。さらに、アルミラミネートフィルム２１、２２が完全に内部を密閉する前に、電解液が注液される。

上記構成の非水電解質二次電池は、フレキシブルなアルミラミネートフィルム２１、２２からなる電池ケース２に収納された発電要素１が発電要素カバー５に覆われるので、この発電要素１が外部からの衝撃等によって損傷を受けるのを防止することができる。

また、発電要素カバー５のカバー部品５１、５２の内側に埋設した金属板５１ａ、５２ａは、高い熱伝導性を備えているので、発電要素１で発生した熱を速やかに外部に放出すると共に、外側からの冷却によっても発電要素１を迅速に冷却することができる。特に、上記構成の非水電解質二次電池を複数個組み合わせてパック電池として用いた場合にも、各非水電解質二次電池の放熱や冷却が速やかに行われるので、これらの非水電解質二次電池の発熱による温度バラツキが緩和され、放電容量の低下の度合いも差が少なくなるため、パック電池の寿命性能を向上させることができる。

さらに、図３に示した従来例のアルミラミネートフィルム２１、２２からなる電池ケース２をそのまま用いることができるので、熱溶着による簡易な封止手段を利用できる。しかも、発電要素カバー５の質量や大きさを、発電要素１の保護のための最小限に止めることができるので、非水電解質二次電池の薄型軽量化を大きく損なうこともない。

さらに、十分な剛性と高い熱伝導性を備えた金属板５１ａ、５２ａを樹脂体にインサート成形することにより、絶縁性と高熱伝導性と剛性とを併せ備えた発電要素カバー５を容易に作製できる。

なお、上記実施形態では、金属板５１ａ、５２ａを樹脂体にインサート成形したカバー部品５１、５２を用いる場合を示したが、樹脂体の内側にこれらの金属板５１ａ、５２ａが埋設されていればよく、例えば金属板５１ａ、５２ａの表面を層状や膜状の樹脂体で被覆したカバー部品５１、５２を用いることもできる。

また、上記金属板５１ａ、５２ａは、表側の樹脂体よりも高い熱伝導性を備えた材料であれば、金属以外の埋設材に代えてもよく、例えばカーボン等からなる埋設材を用いることもできる。さらに、この埋設材は、複数の材料を入れ子状に埋め込んだものや多層状に積層したものであってもよく、これら複数の材料を混合又は混在させたものであってもよい。ただし、この埋設材の複数の材料は、いずれも樹脂体より高い熱伝導性を備えたものでなければならない。

また、上記発電要素カバー５は、必ずしも十分に高い剛性を備えている必要はない。即ち、発電要素１をそれほど剛性の高くない発電要素カバー５が覆った場合であっても、さらにその外側を電池ケース２で覆うことにより、発電要素１が二重に保護されるので、これによって外部からの衝撃等により損傷を受けるのを防止することができる。従って、例えばカバー部品５１、５２の埋設材は、金属板５１ａ、５２ａに代えて、それほど剛性が高くない材料を用いることもできる。

また、上記実施形態では、カバー部品５１、５２の埋設材（金属板５１ａ、５２ａ）が樹脂体によって完全に覆われている場合について説明したが、この埋設材は、樹脂体に覆われない部分が生じることにより、カバー部品５１、５２の表面に一部が露出するようになっていてもよい。即ち、例えば金属板５１ａ、５２ａの上下の両面のみが樹脂体によって覆われて埋設され、カバー部品５１、５２の周縁の端面には金属板５１ａ、５２ａの端面が露出していてもよい。さらに、金属板５１ａ、５２ａの上下いずれか一方の面のみが樹脂体によって覆われることにより埋設されていてもよい。

ここで、上記埋設材が金属板５１ａ、５２ａのような導電性材料からなる場合には、この埋設材は、発電要素１に接触することがないような位置にのみ露出していることが好ましい。即ち、例えば金属板５１ａ、５２ａの内側面にのみ樹脂体を層状又は膜状に形成したカバー部品５１、５２を用いれば、金属板５１ａ、５２ａが発電要素１と接触するようなおそれは生じない。ただし、発電要素１がセパレータやその他の絶縁材料によって確実に覆われて絶縁されている場合には、カバー部品５１、５２のどの部位に埋設材が露出していてもよい。

ちなみに、上記カバー部品５１、５２には、適宜放熱のためのスリットや孔が形成されていてもよい。また、カバー部品５１、５２の樹脂体を多孔質材料とすることもできる。

また、上記実施形態では、２枚のカバー部品５１、５２を重ね合わせただけで発電要素１を覆う場合を示したが、これら２枚のカバー部品５１、５２は、重ね合わせて係止したり、接着剤や粘着テープ等を用いて固定してもよい。

また、上記実施形態では、発電要素カバー５が２枚のカバー部品５１、５２からなる場合を示したが、発電要素１を覆うものであれば、この発電要素カバー５の構成は限定されず、例えば箱状の発電要素カバー５や、２枚のカバー部品５１、５２と同様の形状のもの、又は、１枚のカバー部品５１と同様の形状のものと１枚の平板状のものが一方の側辺で折れ曲がり可能に繋がっているような発電要素カバー５を用いることもできる。

また、上記実施形態では、扁平形に押し潰した巻回型の発電要素１を示したが、この発電要素１の構成は任意であり、最初から長円筒形や楕円形に巻回した扁平形のものだけでなく、円筒形等に巻回した扁平形以外のものを用いたり、積層型のものを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、発電要素１の両端面からリード端子３，４が突出する場合を示したが、片方の端面から正負のリード端子３，４が共に突出するようになっていてもよく、端面以外の部分、例えば電極の巻回終端部等からリード端子３、４が引き出されるようになっていてもよい。

また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２の周縁部を熱溶着する場合を示したが、熱溶着に代えて、接着等の他の方法により封止固着することもできる。さらに、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム２１、２２を重ね合わせて電池ケース２とする場合を示したが、例えば１枚のアルミラミネートフィルムを２つ折りにしたり、封筒のように両端部と中央部で重ね合わせるようにした電池ケースを用いてもよく、予めアルミラミネートフィルムを袋状にした電池ケースを用いることもできる。

また、上記実施形態では、電池ケースにアルミラミネートフィルムを用いる場合を示したが、アルミニウム箔に代えて他の金属箔を用いた金属箔ラミネートフィルムを用いることもできる。さらに、この電池ケースは、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルフィルムであれば材質は任意であり、樹脂のみからなるラミネートフィルムや単一の素材の樹脂フィルムであってもよい。

また、上記実施形態では、非水電解質二次電池について示したが、この電池の種類は任意であり、他の二次電池や一次電池の場合にも同様に実施可能である。

本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す組み立て斜視図である。本発明の一実施形態を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示すものであり、発電要素カバーの構造を分かりやすくするために前後の長さに比べて上下を拡大して示した縦断面図である。従来例を示すものであって、非水電解質二次電池の構成を示す組み立て斜視図である。

符号の説明

１発電要素
２電池ケース
２１アルミラミネートフィルム
２２アルミラミネートフィルム
３正極リード端子
４負極リード端子
５発電要素カバー
５１カバー部品
５２カバー部品
５１ａ金属板
５２ａ金属板

Claims

フレキシブルフィルム製の電池ケースに発電要素を密閉収納した電池において、前記発電要素は、発電要素カバーに覆われて電池ケースに密閉収納され、前記発電要素カバーは、樹脂体と前記樹脂体中に埋設された埋設材とを備え、前記埋設材は、前記樹脂体よりも熱伝導性の高い材料であることを特徴とする電池。