JP2016081567A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電要素の異常時に発生するガス等に対する外装部材の強度が向上した蓄電装置を提供する。【解決手段】二つ折りした矩形の外装部材３間の凹部７で形成された空間に収納した蓄電要素２を、二つ折りした外装部材３の外周であって凹部７の外側に設けた接合部５ａ〜５ｄで外装部材３同士が接合されることにより封止してなる蓄電装置１であって、外装部材３を二つ折りした折返し部４と、折返し部４を有する辺の接合部５ａとの間に外装部材３同士が接合しない非接合部６，６ａ，６ｂを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、二つ折りにしたフィルム状の外装部材で蓄電要素を封止する蓄電装置に関する。

携帯電話をはじめとした携帯型の電池使用機器には充放電容量が大きなリチウムイオン電池等が広く用いられている。また、電気自動車、電動自転車、電動工具、電力貯蔵等の用途においても、高出力の二次電池が求められている。

これら高出力の電池においては、電池の容積あるいは質量当たりのエネルギー密度を大きくするために、電池の外装容器として、管型や角型などのアルミニウム製の材料に代え、フィルム状の外装部材を用いて薄肉化を可能にした蓄電装置が広く用いられている。

フィルム状の外装部材としてラミネートフィルムを用いて蓄電要素を封止した蓄電装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１の技術は、フィルム材を貼り合わせて形成されるフィルム型容器と、フィルム型容器の電極収容部に収容される電極ユニットとを備える蓄電デバイスであって、電極収容部を区画する第１封止帯をフィルム型容器に形成し、第１封止帯の一部を他の部位よりも封止強度の低い安全弁部として形成し、安全弁部に所定間隔を空けて対向するとともに、第１封止帯との間に排出流路を区画する第２封止帯をフィルム型容器に形成したものである。

特開２０１０−２６７５９３号公報

しかしながら、特許文献１の技術において、電極ユニットの暴走反応などの異常時に電極ユニットが高温となって発生するガスの排出流路となる第２封止帯は、フィルム材の貼り合わせにより形成されている。そのため、高温で高圧のガスによって第２封止帯の貼り合わせ部は開口し、電極ユニットの電極材料や電解液等が飛散するという問題が生ずる。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、蓄電要素の異常時に発生するガス等に対する外装部材の強度が向上した蓄電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、二つ折りした矩形の外装部材（３）間の凹部（７）で形成された空間に収納した蓄電要素（２）を、二つ折りした前記外装部材の外周であって前記凹部の外側に設けた接合部（５ａ〜５ｄ）で前記外装部材同士が接合されることにより封止してなる蓄電装置（１）であって、前記外装部材を二つ折りした折返し部（４）と、前記折返し部を有する辺の前記接合部（５ａ）との間に前記外装部材同士が接合しない非接合部（６，６ａ，６ｂ）を備えることを特徴とする。

この構成によれば、蓄電装置（１）は、外装部材（３）を二つ折りした折返し部（４）と、折返し部（４）を有する辺の接合部（５ａ）との間に外装部材（３）同士が接合しない非接合部（６，６ａ，６ｂ）を備える。よって、折返し部（４）は、蓄電要素（２）の異常時に発生するガスの熱や応力により剥離・破断することがなく、蓄電要素（２）の電極材料や電解液等の飛散が防止できるという優れた効果を奏する。

本発明を実施するラミネート外装電池の外観及び一部を切開したラミネートフィルムの内部を示す斜視図である。 図１のII−II線による拡大縦断面図である。 図１のIII矢視により第一実施形態及び第二実施形態を説明する横断面図である。 図１のIＶ矢視により第三実施形態を説明する横断面図である。 図１のＶ矢視により排出管を備えた第四実施形態を説明する横断面図である。 図５のＶI−ＶI線による拡大縦断面図である。 図１のＶII矢視により温調管を備えた第五実施形態を説明する横断面図である。 図１のＶIII矢視により保持部材を備えた第六実施形態を説明する横断面図である。

以下、本発明を具体化した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分又は同様な機能を有する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。

図１及び図２に示すように、本発明を実施する蓄電装置１は、ラミネートフィルム３にエンボス加工で形成された凹部７と、折返し部４で二つ折りされたラミネートフィルム３のエンボス加工されない平面部とが対向して形成される空間に蓄電要素２を収納して封口し、電解質を非水溶媒に溶解させた電解液とともに封止してなる。凹部７は、対辺の第一辺７ａ及び対辺の第二辺７ｂでなる長方形状又は正方形状の開口と底面とを備えた長方錐台又は正方錐台の形状を有する。但し、ラミネートフィルム３を折り返して凹部の開口部と対向するラミネートフィルム３の平面部にも他の凹部を設けて、対向する両凹部で形成される空間に蓄電要素を収納するように構成してもよい。

二つ折りされたラミネートフィルム３の外周であって凹部７の開口部外側には接合部５ａ〜５ｄが適宜な幅で設けられている。すなわち、凹部７の第一辺７ａ両外側には接合部５ａ及び５ｃが、凹部７の第二辺７ｂ両外側には接合部５ｂ及び５ｄがそれぞれ設けられている。そして、折返し部４を有し正電極端子９及び負電極端子１０を有しない辺の接合部５ａの外側と折返し部４との間にはラミネートフィルム３同士が接合されない非接合部６が設けられている。尚、外装部材としてのラミネートフィルム３は、アルミニウムの薄板やステンレスの薄板に代えることも可能である。

蓄電要素２は、正極板と負極板とがセパレータを介して積層されたものが複数組さらに積層されてなる。蓄電要素２は、凹部７の底面の長方形又は正方形より僅か小さい形状の面を含む直方体の形状を有する。但し、蓄電要素２は、積層の形態によっては長方錐台形状となることもある。図１乃至図８に示すように、二つ折りされたラミネートフィルム３の接合部５ａ，５ｃは、凹部７の外周外側でラミネートフィルム３同士が相互に当接する面であって、加熱融着等の方法によって封口されている。正極板に接続した正電極端子９及び負極板に接続した負電極端子１０は、ラミネートフィルム３の接合部５ｄ及び５ｂでタブフィルム１１を介してそれぞれ封口されラミネートフィルム３の外方へ突出している。尚、外装部材がアルミニウムやステンレスである場合、接合部は溶接などで封口される。

正極板は、ＬｉＦｅＰＯ４などの正極活物質、導電剤及び結着剤からなる正極合材を適切な溶媒に懸濁させて混合し、スラリーとしたものを正極集電体の片面または両面に塗布し、乾燥することにより作製される。また、負極板は、カーボンなどの負極活物質、導電剤及び結着剤からなる負極合材を適切な溶媒に懸濁させて混合し、スラリーとしたものを負極集電体の片面または両面に塗布し、乾燥することにより作製される。

正電極端子９は、各正極板から取り出された電力を接合されたラミネートフィルム３の外部へ導くタブ状の部材である。負電極端子１０は、各負極板から取り出された電力を接合されたラミネートフィルム３の外部へ導くタブ状の部材である。正電極端子９及び負電極端子１０は、第二辺７ｂの折返し部４及び非接合部６を有しない接合部５ｄ及び５ｂにそれぞれ設けられる。尚、正電極端子９及び負電極端子１０は、第一辺７ａの折返し部４及び非接合部６を有しない側の接合部５ｃに併設されるか又は、第二辺７ｂに対応する接合部５ｄ及び接合部５ｂのいずれか一方に併設されるようにしてもよい。

セパレータは、正極板及び負極板を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を有する。セパレータは、例えば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子（ポリエチレン、ポリプロピレン）の多孔膜を用いることができる。なお、セパレータは、正極板と負極板との絶縁を担保するため、正極板及び負極板よりもさらに大きい外形状を有することが好ましい。

図２に示すように、ラミネートフィルム３は、二軸延伸ポリエステル樹脂（ポリエチレンテレフタレート）及び二軸延伸ポリアミド樹脂（ナイロン）等からなる外装部３ａと、アルミニウム箔やステンレス箔等でなるコア部３ｂと、無延伸ポリオレフィン樹脂（ポリプロピレン）等でなる融着部３ｃとを前述の順に熱融着又は接着剤により貼り合わせたものである。外装部３ａは、一般に延展性を持つコア部の引っ張り強度、突き刺し強度、屈曲弱さ等を補強する。コア部３ｂは、穴のない材料を用いることでフィルム面を透過する方向（ラミネートフィルムの厚さ方向）の気密・液密構造を達成させている。融着部３ｃは、電解液に対する耐食性を有するとともに、蓄電要素２を収納するラミネートフィルム３同士を熱融着させる。融着部３ｃは、未変性のポリプロピレンでなり無極性のため接着性はないが、無延伸であるため熱融着が可能となる。各部の厚さは、一例として、外装部３ａが３０μｍであり、コア部３ｂが４０μｍであり、融着部３ｃが８０μｍである。すなわち、この場合のラミネートフィルム厚は、０．１５ｍｍである。尚、ラミネートフィルム３は、外装部及び接着部が合成樹脂で形成され、コア部が金属で形成されるが、図２におけるそれらの表示は便宜上コア部を省略し、合成樹脂のみとしての断面記号で図示する。

図１及び図２に示すように、蓄電要素２は、ラミネートフィルム３の凹部７とラミネートフィルム３の折り返された平面部との間に収納され、ラミネートフィルム３同士がその融着部３ｃで当接する接合部５ａ〜５ｄを熱融着することにより封止される。熱融着は、接合部５ａ〜５ｄの平面形状に応じた押圧面を有し適宜な温度に温調された押圧具で重ねられた接合部５ａ〜５ｄの両面が圧締され融着部３ｃ同士が溶融し合うことにより実施される。

（第一実施形態）
図３に示すように、接合部５ａの幅Ａは、接合部５ｂの幅Ｂ、接合部５ｃの幅Ｃ及び接合部５ｄの幅Ｄのいずれよりも狭くなるように設定されている。それにより、接合部５ａの接合強度は他の接合部５ｂ，５ｃ，５ｄの接合強度より低くなる。そのため、蓄電要素２の暴走反応などの異常時に蓄電要素２が高温となって発生するガスを、その排出通路として接合部５ａに隣接する非接合部６へ容易且つ効果的に流入させることができる。

（第二実施形態）
図３に示すように、非接合部６に隣接する接合部５ａの第一辺７ａにおける任意の位置には、開封部８ａが設けられている。開封部８ａは、接合部５ａの幅Ａよりも狭い幅寸法を有するか又はこの部分の熱融着強度が接合部５ａの他の部分よりも低くなるように熱融着されている。そのため、開封部８ａは、接合部５ａの他の部分に優先して開封するので、蓄電要素２の異常時に発生するガスを確実に非接合部６へ流入させることができる。

（第三実施形態）
図４に示すように、第三実施形態は、第二実施形態の開封部８ａに加えて二の開封部８ｂを設けたものである。開封部８ｂは、開封部８ａと同様の構成を有し、非接合部６ａの両端部の開口を塞ぐように設けられる。開封部８ｂは、開封部８ａから比較的離隔して設けられ、蓄電要素２の異常時にガスの熱を受け難いので、その開封圧力が一定となり安定した開封作用を実行することができる。

（第四実施形態）
図５に示すように、非接合部６ｂの一方の端部内には、ガス等を排出するための排出管１２が挿入されている。また、非接合部６ｂの他方の端部は、接合部５ｂが延伸した形態の接合部５ｅによって封鎖されている。排出管１２は、ラミネートフィルム３の融着部３ｃと同様にポリプロピレン等でなり、ラミネートフィルム３と熱融着により接合される。但し、排出管１２がラミネートフィルム３と熱融着しないような材質であるときは、排出管１２とラミネートフィルム３との間を樹脂で密封するようにしてもよい。

開封部８ａは、非接合部６ｂの排出管１２が存在しない空間に開口するように設けられることが好ましい。開封部８ａを設けない場合、ガスによる接合部５ａの開封は応力に関係して接合部５ａ長手方向の中央部に発現するのが一般的であるから、排出管１２の非接合部６ｂへの挿入は、接合部５ａ長手方向の中央部手前までに止めることが肝要である。すなわち、排出管１２端部の非接合部６ｂ内における挿入方向での位置は、接合部５ａ長手方向の中央部手前か又は開封部８ａ手前とすることが好ましい。

非接合部６ｂは、図２に示すように、折返し部４の円弧形状とその反対側である接合部５ａ側に先尖りのＶ字形状とを含む断面形状を有している。そのため、図６に示すように、排出管１２の非接合部６ｂに挿入される部分の側面に断面Ｖ字状の突起部１５を設けることが、気密性を向上させる点で好ましい。突起部１５の材質は、排出管１２の材質と同一であることが好ましい。尚、突起部１５は、排出管１２の非接合部６ｂに挿入される側面の全長に渡って設けられることが好ましいが、その一部に設けられるものであってもよい。

このような構成により、折返し部４は、異常時に発生するガスの熱や応力により剥離・破断することなく非接合部６ｂの中空形状を維持させるとともに、排出管１２を気密に維持しつつ確実に保持するので、ガス等は他の部位に拡散することなく排出管１２から容易且つ安全に排出されるのである。

（第五実施形態）
図７に示すように、非接合部６には、温調管１３が挿通されている。温調管１３は、ポリプロピレン、鉄、銅又はステンレス等からなるパイプである。温調管１３は、冷却媒体や暖気用媒体を流通させて蓄電装置１を温度調節するものである。

非接合部６は、温調管１３を挿通しているが、第四実施形態で述べたように、断面Ｖ字形状の隙間を有しているので、ガス等の排出作用に支障を来すことはない。

このような構成により、折返し部４は、異常時に発生するガスの熱や応力により剥離・破断することなく温調管１３を確実に保持するので、蓄電装置１を適温に維持することができる。

（第六実施形態）
図８に示すように、非接合部６には、保持部材１４が挿通されている。保持部材１４は、ラミネートフィルム３よりも高い剛性と強度を有するものであれば如何なる形状や材質のものであってもよい。保持部材１４は、蓄電装置１を位置決めし固定して、蓄電装置１の耐衝撃性や耐振動性を向上させるものである。

非接合部６は、保持部材１４を挿通しているが、第四実施形態で述べたように、断面Ｖ字形状の隙間を有しているので、ガス等の排出作用に支障を来すことはない。

このような構成により、折返し部４は、異常時に発生するガスの熱や応力により剥離・破断することなく保持部材１４を確実に保持するので、蓄電装置１の耐衝撃性や耐振動性を向上させることができる。

なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。

以上詳述したことから明らかなように、本実施形態の蓄電装置１は、外装部材３を二つ折りした折返し部４と、折返し部４を有する辺の接合部５ａとの間に外装部材３同士が接合しない非接合部６，６ａ，６ｂを備える。そのため、折返し部４は、蓄電要素２の異常時に発生するガスの熱や応力により剥離・破断することがないので、蓄電要素２の電極材料や電解液等の飛散が防止できるという優れた効果を奏する。

また、折返し部４を有する辺の接合部５ａは、他のいずれの接合部の幅よりも狭い幅を有するので、接合部５ａに隣接する非接合部６へガスを容易且つ効果的に流入させることができる。

また、折返し部４を有する辺の接合部５ａは、それを優先的に開封させる開封部８ａを備えるので、接合部５ａを優先的且つ効果的に開封して、ガスを非接合部６へ確実に流入させることができる。

また、非接合部６ａは、その両端の開口部に開封部８ｂを備えるので、ガスの開封圧力が一定となり安定した開封作用を実行することができる。

また、非接合部６ｂは、その一方の端部内に挿入された排出管１２を備えるので、ガスを他の部位に拡散させることなく排出管１２から容易且つ安全に排出することができる。

また、排出管１２端部の非接合部６ａに挿入された位置は、折返し部４を有する辺の接合部５ａの長手方向の中央部手前か又は開封部８ａ手前であるから、ガスを容易且つ安全に排出管１２に流入させることができる。

また、排出管１２は、非接合部６ａに挿入される部分の側面に断面Ｖ字状の突起部１５を備えるので、排出管１２が気密に維持されるとともに確実に保持される。

また、排出管１２は、外装部材３の融着部３ｃと同一の材質を有するので、外装部材３との融着接合を容易且つ確実に行うことができる。

また、非接合部６は、温調媒体が流通する温調管１３を挿通させるので、温調管１３を確実に保持して蓄電装置１を適温に維持させることができる。

また、非接合部６は、蓄電装置１を保持する保持部材１４を挿通させるので、保持部材１４を確実に保持して蓄電装置１の耐衝撃性や耐振動性を向上させることができる。

１ 蓄電装置
２ 蓄電要素
３ ラミネートフィルム（外装部材）
４ 折返し部
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 接合部
６ 非接合部
７ 凹部
８ａ，８ｂ 開封部
１２ 排出管
１３ 温調管
１４ 保持部材
１５ 突起部

Claims (10)

1. 二つ折りした矩形の外装部材（３）間の凹部（７）で形成された空間に収納した蓄電要素（２）を、二つ折りした前記外装部材の外周であって前記凹部の外側に設けた接合部（５ａ〜５ｄ）で前記外装部材同士が接合されることにより封止してなる蓄電装置（１）であって、
   前記外装部材を二つ折りした折返し部（４）と、前記折返し部を有する辺の前記接合部（５ａ）との間に前記外装部材同士が接合しない非接合部（６，６ａ，６ｂ）を備えることを特徴とする蓄電装置。
2. 前記折返し部を有する辺の前記接合部は、他のいずれの接合部の幅よりも狭い幅を有することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
3. 前記折返し部を有する辺の前記接合部は、それを優先的に開封させる開封部（８ａ）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
4. 前記非接合部（６ａ）は、その両端の開口部に開封部（８ｂ）を備えることを特徴とする請求項３に記載の蓄電装置。
5. 前記非接合部（６ｂ）は、その一方の端部内に挿入された排出管（１２）を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
6. 前記排出管端部の前記非接合部に挿入された位置は、前記折返し部を有する辺の前記接合部の長手方向の中央部手前か又は前記開封部（８ａ）手前であることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
7. 前記排出管は、前記非接合部に挿入される部分の側面に断面Ｖ字状の突起部（１５）を備えることを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
8. 前記排出管は、前記外装部材の接合面と同一の材質を有することを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置。
9. 前記非接合部（６）は、温調媒体が流通する温調管（１３）を挿通させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電装置。
10. 前記非接合部（６）は、蓄電装置を保持する保持部材（１４）を挿通させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電装置。

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