JP2016139494A - ラミネート型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、体積エネルギー密度を高め、かつ取扱性を向上させたラミネート型電池を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のラミネート型電池は、第一のフィルム及び第二のフィルムを重ね合わせたラミネート部材と、ラミネート部材の第一及び第二のフィルムの間に収納された電池セルとを有している。このラミネート型電池では、ラミネート部材の周縁部分が、第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部、並びに第一及び第二のフィルムが互いに接着されていない内縁部を有し、この外縁部及び内縁部が、それぞれ電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ラミネート型電池に関する。さらに詳しくは、本発明は、体積エネルギー密度を高め、かつ取扱性を向上させたラミネート型電池に関する。

近年、携帯機器や自動車等の電源として高性能な電池が広く利用されている。このような電池の外装材としては、一般に、強度を与える目的で主として金属製の外装缶が使用されているが、近年では、単位体積及び単位質量当たりの電池容量を増大させるために、ラミネートフィルムを使用したラミネート型電池が製造されてきている。

しかしながら、ラミネートフィルムを外装材として採用した電池であっても、貼り合わせたフィルムの周縁部分が電池の収納スペースを余分に占有し、これによって電池の体積エネルギー密度が低下してしまうことがある。そのため、かかる課題の解決が望まれている。

特許文献１のラミネート外装電池では、金属層と樹脂層とを積層してなる第１及び第２の金属ラミネートシートの間の内部空間に電極体が収納されており、第１及び第２の金属ラミネートシートの外縁の樹脂層同士が熱溶着することによって、封止部が形成されるようにしている。また、このラミネート外装電池では、封止部は、溶着部と非溶着部とから構成され、かつ非溶着部の折曲げ起点により電極体側面方向に折り曲げられるようにしている。

特許文献２のラミネート電池は、電池要素とラミネート外装体とを有しており、この外装体が、電池要素が収納される電池要素収納部、及び電池要素収納部を封止するための封止部を備えている。このラミネート電池では、ラミネート外装体の電池要素収納部の側面の封止部が、その中途から内側に１８０度折り返され、さらに封止部全体が電池要素収納部の側面に沿うように９０度折り曲げられるようにされている。また、封止部には、その折り返し線の底辺近傍から外側上方に向かって切り込み部が設けられ、この切り込み部、折り返し線の端、及び底辺の角部からなる三角形状の折り返し部が内側に折り畳まれた後に、上記１８０度の折り返しと、封止部全体の９０度の折り曲げとがなされるようにされている。

特開２０１４−１７９２２０号公報 特開２００７−２００５８９号公報

本発明は、体積エネルギー密度を高め、かつ取扱性を向上させたラミネート型電池を提供することを目的とする。

本発明者らは、以下の手段により、上記課題を解決できることを見出した。

〈１〉第一及び第二のフィルムを重ね合わせたラミネート部材と、上記ラミネート部材の上記第一及び第二のフィルムの間に収納された電池セルとを有するラミネート型電池であって、
上記ラミネート部材の周縁部分が、上記第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部、並びに上記第一及び第二のフィルムが互いに接着されていない内縁部を有し、
上記外縁部が、上記電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられ、かつ
上記内縁部が、上記電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられている、
ラミネート型電池。

本発明によれば、体積エネルギー密度を高め、かつ取扱性を向上させたラミネート型電池を提供することができる。

図１は、内縁部のみを折り曲げたラミネート型電池の概略斜視図である。 図２は、図１のラミネート型電池のＡ−Ａ’線断面図である。 図３は、本発明のラミネート型電池の一実施形態の概略斜視図である。 図４は、図３のラミネート型電池のＢ−Ｂ’線断面図である。 図５は、周縁部分を折り曲げる前の実施例のラミネート部材の模式図である。 図６は、周縁部分を折り曲げた後のラミネート部材の正面写真である。 図７は、図６のラミネート部材を斜めから撮影した写真である。 図８は、図７の写真の一部を拡大したＣ−Ｄ部分拡大写真である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々変形して実施できる。また、図面の寸法比率は、説明の都合上変更されており、実際の比率とは異なる場合がある。

《ラミネート型電池》
本発明のラミネート型電池は、第一及び第二のフィルムを重ね合わせたラミネート部材と、ラミネート部材の第一及び第二のフィルムの間に収納された電池セルとを有している。

一般に、ラミネート型電池では、外部との電気的な接触のためのタブ部を除いて、電池全体がラミネート加工されている。このような電池をラミネート加工する目的としては、電池の軽量化、電池外部からの衝撃及び浸水等の阻止、並びに電池内部からの液漏れ等の防止を挙げることができる。

また、本発明のラミネート型電池では、ラミネート部材の周縁部分が、第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部、並びに第一及び第二のフィルムが互いに接着されていない内縁部を有している。

この周縁部分はラミネート部材内に収納された電池セルの周縁に存在し、電池セルに近い側から順に内縁部及び外縁部と見なすことができる。

外縁部は、熱溶着又は接着剤等によって接着されている第一のフィルム及び第二のフィルムから構成されており、これによって電池セルの密閉性が保たれている。また、内縁部は、溶着されていない第一のフィルム及び第二のフィルムから構成されている。

一般に、周縁部分の面積が大きい場合には、ラミネート型電池を搭載する予定の機器において、電池の収納スペースを大きく確保する必要性が生じ、かつ電池の体積エネルギー密度及び取扱性が低下する。しかしながら、周縁部分の面積が小さい場合には、電池セルの密閉性の低下が生じることがある。

したがって、電池の体積エネルギー密度及び取扱性等を向上させつつ、電池セルの密閉性等を確保する観点から、例えば、周縁部分を折り畳んだ形状又は渦巻状にした形状等を維持できることが好ましい。これによって、ラミネート型電池の体積エネルギー密度及び取扱性の向上を図りつつ、電池セルの密閉性等を確保することができる。

ここで、一般に、フィルム面に力を加えて曲げると、フィルムには引張り応力と圧縮応力からなる曲げ応力がかかる。したがって、フィルム面に加えた力を解放すると、この曲げ応力に応答して、フィルムは曲がる前の状態に戻ろうとする。この現象は、スプリングバックとして知られている。

第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部では、スプリングバックの影響が小さいのに対して、第一及び第二のフィルムが接着されていない内縁部では、スプリングバックの働きによって、フィルムが折れ曲がった状態から、折れ曲がる前又は折れ曲がる中途の状態に戻ることがある。したがって、内縁部を折り曲げたときの形状は維持されにくいことになる。

また、内縁部を折り曲げたとき、その折り曲げた線の中央部では、その線の端部よりもスプリングバックが大きくなることがある。すなわち、この端部から中央部の方向に沿って、段階的に、内縁部の状態が、折れ曲がる前又は折れ曲がる中途の状態に戻り易くなり、フィルムが弧状にたわむことがある。

なんらの原理によって限定されるものではないが、これは、内縁部を折り曲げた折り曲げ線の端部が、この折り曲げ線に対して垂直な方向の外縁部と交わっていることによると考えられる。すなわち、折り曲げ線の中央部では、スプリングバックの影響が大きいのに対して、折り曲げ線の端部では、この折り曲げ線に対して垂直な方向の外縁部によって、スプリングバックの影響が小さくなっていることによると考えられる。

したがって、内縁部のみを折り曲げたときには、その折り曲げ角度又は形状を維持することが困難であった。

図１及び図２を参照して、内縁部のみを折り曲げたラミネート型電池を説明する。図１は、正極タブ１１１、負極タブ１１２、及び周縁部分１３０を有する内縁部のみを折り曲げたラミネート型電池１００の概略斜視図である。

図２は、図１のラミネート型電池１００のＡ−Ａ’線断面図である。電池セル１１０は、第一のフィルム１２１及び第二のフィルム１２２によってラミネート加工されており、これらのフィルムの周縁部分１３０は、接着されている外縁部１３１及び接着されていない内縁部１３２を有している。

内縁部１３２は折り曲げられているが、この折り曲げられた部分にかかるスプリングバックの影響が大きいため、内縁部１３２は、折れ曲がる前又は折れ曲がる中途の状態に戻り易くなっており、また、折り曲げられた線の端部から中央部の方向に沿ってフィルムが弧状にたわみ易くなっている。

これに対して、本発明のラミネート型電池では、外縁部が、電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられ、かつ内縁部が、電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられている。

第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部では、第一及び第二のフィルムが互いに接着されていない内縁部と比較して剛性が大きく、また、塑性も大きい。したがって、外縁部を折り曲げた場合には、その折り曲げた部分のスプリングバックが比較的小さいので、外縁部を折り曲げたときの形状は、内縁部を折り曲げたときの形状より維持され易い。

したがって、本発明のラミネート型電池では、内縁部と合わせて外縁部を折り曲げることによって、内縁部の折り曲げられた部分のスプリングバックによる上記の弧状のたわみを抑制することができる。

さらに、内縁部及び／又は外縁部を、複数回折り曲げるによって、上記の弧状のたわみをより効率的に阻止し、かつ周縁部分が占める面積又は体積をより小さくすることができる。

これらのことから、弧状のたわみが解消され、内縁部を任意の折り曲げ角度又は形状に維持することが容易になり、周縁部分の形状を任意に選択することができる。したがって、体積エネルギー密度を高め、かつ取扱性を向上させたラミネート型電池を実現することができる。

図３及び図４を参照して、本発明のラミネート型電池の一実施形態を説明する。図３及び図４において、図１及び図２との違いは、外縁部２３１が折り曲げられていることである。したがって、内縁部２３２を折り曲げた際に生じるフィルムの弧状のたわみを、外縁部２３１の折り曲げ部によって阻止することができる。

〈ラミネート部材〉
本発明のラミネート型電池のラミネート部材では、第一のフィルム及び第二のフィルムが重ね合わされている。

〈ラミネート部材の第一のフィルム及び第二のフィルム〉
第一のフィルム及び第二のフィルムの形態としては、それぞれが別個のフィルムである形態、又は一枚のフィルムを折り曲げて重複した面において、一方の面が第一のフィルムであり、かつ他方の面が第二のフィルムである形態などを挙げることができる。

第一のフィルム及び／又は第二のフィルムの構成材料としては、ラミネート部材に応用可能であれば、任意の構成材料を採用することができるが、樹脂材料、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及び／又はポリエチレン（ＰＥ）と金属フィルム、例えば、アルミニウムの蒸着フィルムとの組み合わせを挙げることができる。

〈電池セル〉
電池セルは、ラミネート部材内に収納されている。

電池セルとしては、ラミネート加工が可能な任意の電池セルを採用することができる。電池セルとしては、エネルギー密度の高さの観点から、リチウムイオン二次電池セルが好ましい。

以下に示す実施例を参照して本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の範囲は、これらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。

《ラミネート部材の作製》
第一のフィルムとしてのＤ−ＥＬ−４０８ＰＨ（３）（大日本印刷株式会社製）と、第二のフィルムとしてのＤ−ＥＬ−４０８ＰＨ（３）（大日本印刷株式会社製）とを、それらのフィルムの外周に沿って熱溶着することによって、長方形のラミネート部材を作製した。

《評価》
上記のラミネート部材の長辺に沿って、第一及び第二のフィルムが互いに接着されていない内縁部で両長辺を約９０度で折り曲げ、さらに上記のラミネート部材の長辺に沿って、第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部で一方のみの長辺を約９０度で折り曲げた。すなわち、一方の長辺側を内縁部のみで折り曲げ、かつ他方の長辺側を内縁部と外縁部の両方で折り曲げた。結果を図５〜８に示している。

図５は、周縁部分を折り曲げる前の実施例のラミネート部材の模式図である。図５のラミネート部材５００は、折り曲げ線５１１〜５１３、接着されている外縁部５２０、接着されていない内縁部５３０、及び電池セル収納予定部５４０を有している。折り曲げ線５１２及び５１３は接着されていない内縁部５３０を折り曲げるための線であり、かつ折り曲げ線５１１は接着されている外縁部５２０を折り曲げるための線である。なお、電池セル収納予定部５４０では、フィルム同士は、接着されていない状態である。

図６は、周縁部分を折り曲げた後のラミネート部材の正面写真である。図６の写真のラミネート部材は、内縁部を折り曲げた長辺５５０及び内縁部及び外縁部を折り曲げた長辺５６０を有している。図６の写真からは、内縁部及び外縁部を折り曲げた長辺５６０が、長辺に沿って略一直線状に形成されているのに対して、内縁部を折り曲げた長辺５５０が、長辺に沿って、略弧状のたわみを形成していることが分かる。

図７は、図６のラミネート部材を斜めから撮影した写真である。図７の写真からは、内縁部を折り曲げた長辺５５０の略弧状のたわみが、長辺の端部で最小となり、かつその中央部で最大となっていることが分かる。

図８は、図７の写真の一部を拡大したＣ−Ｄ部分拡大写真である。図８の拡大写真からは、内縁部及び外縁部を折り曲げた長辺５６０の形状が、約９０度で折り曲げられたまま保持されていることが分かる。

これは、接着されていない内縁部５３０と合わせて、接着されている外縁部５２０を折り曲げることによって、接着されていない内縁部５３０の折り曲げられた部分のスプリングバックによる上記の弧状のたわみが抑制されたためと考えられる。

本発明の好ましい実施形態を詳細に記載したが、特許請求の範囲から逸脱することなく、本発明で使用された第一のフィルム、第二のフィルム、ラミネート部材、及び電池セルの配置及びタイプについて変更が可能であることを当業者は理解する。

１００ ラミネート型電池
１１０ 電池セル
１１１ 正極タブ
１１２ 負極タブ
１２１ 第一のフィルム
１２２ 第二のフィルム
１３０，２３０ 周縁部分
１３１，２３１ 外縁部
１３２，２３２ 内縁部
５００ ラミネート部材
５１１，５１２，５１３ 折り曲げ線
５２０ 接着されている外縁部
５３０ 接着されていない内縁部
５４０ 電池セル収納予定部
５５０ 内縁部を折り曲げた長辺
５６０ 内縁部及び外縁部を折り曲げた長辺

Claims (1)

1. 第一及び第二のフィルムを重ね合わせたラミネート部材と、前記ラミネート部材の前記第一及び第二のフィルムの間に収納された電池セルとを有するラミネート型電池であって、
   前記ラミネート部材の周縁部分が、前記第一及び第二のフィルムが互いに接着されている外縁部、並びに前記第一及び第二のフィルムが互いに接着されていない内縁部を有し、
   前記外縁部が、前記電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられ、かつ
   前記内縁部が、前記電池セルの側面に沿って１回以上折り曲げられている、
   ラミネート型電池。