JP2016152231A - リチウム電池の排気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウム電池内の封入袋が一定程度のガスを生成すると、一方向排気弁によって過剰なガスを排出することが可能なリチウム電池の排気構造を提供する。【解決手段】リチウム電池の排気構造は、複数の辺と当該複数の辺の間に形成される収容空間とを有する封入袋と、前記収容空間に収容される電池要素と、前記収容空間に収容されるとともに、前記電池要素と接触することでガスを生成する電解液と、前記封入袋に配置され、前記収容空間に連通して前記収容空間内からガスを排出する少なくとも１つの前記一方向排気弁と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、リチウム電池に関し、特に、リチウム電池の排気構造に関する。

近年、電子産業の発展とともに様々な電子機器がかなり普及している。携帯用電子機器の製造においては、小型・軽量化が求められている。また、技術の進歩に伴い、携帯用電子機器では高機能化に伴う消費電力が増大している。そのため、電池の寿命を考慮して電子機器を製造することが必要である。

したがって、現在、携帯用電子機器の大半は、繰り返し使用することができ、高容量や高エネルギー密度を有するリチウム二次電池を主に採用している。一般に、リチウム電池は、まず、複数の正極板、複数の負極板及び複数のセパレータを積層して電池要素を形成し、次に、アルミラミネートフィルム製の封入袋により電池要素、正極導電タブ、負極導電タブ及び非水電解液（「電解液」と略称する）を封入し、最後に、充電や活性化試験、ガス抜き、電圧測定などの工程を経ることによって作成される。

しかしながら、リチウム電池は、充放電に伴って封入袋内にガスが発生するため、封入袋が徐々に膨張した結果、リチウム電池の金属ケースも膨張した封入袋により変形や膨張すると、携帯用電子機器における近傍の構造が圧迫され、電池構造に悪影響を及ぼす。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、リチウム電池内の封入袋に一定程度のガスが発生すると、一方向排気弁により過剰なガスを直ちに排出し、リチウム電池の変形や膨張の問題を回避することが可能なリチウム電池の排気構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の一実施形態に係るリチウム電池の排気構造は、複数の辺と当該複数の辺の間に形成される収容空間とを有する封入袋と、前記収容空間に収容される電池要素と、前記収容空間に収容されるとともに、前記電池要素と接触することでガスを生成する電解液と、前記封入袋に配置され、前記収容空間に連通して前記収容空間内からガスを排出する少なくとも１つの一方向排気弁と、を含む。

本発明は、従来技術に比べてリチウム電池内の封入袋が一定程度のガスを生成すると、一方向排気弁によって過剰なガスを排出することができるという効果を奏する。

上述の目的を達成するため、本発明の他の実施形態に係るリチウム電池の排気構造は、複数の辺と、当該複数の辺の間に形成されて互いに連通する収容空間及び吸水空間を有する封入袋と、前記収容空間に収容される電池要素と、前記収容空間に収容されるとともに、前記電池要素と接触することでガスを生成する電解液と、前記吸水空間に収容される吸水通気部材と、前記封入袋に配置され、前記吸水空間を介して前記収容空間を連通する少なくとも１つの一方向排気弁と、を含み、前記一方向排気弁は、前記吸水空間を介して前記収容空間内からガスを排出し、前記ガスに付着している前記電解液が前記吸水空間を通過する際に前記吸水通気部材によって吸着される。

本発明は、従来技術に比べてリチウム電池内の封入袋が一定程度のガスを生成すると、一方向排気弁により過剰なガスを直ちに排出することができる。さらに、吸水通気部材によってガスに付着している電解液を吸着することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態の概略構成を示す断面図である。 図２の概略構成を側面から見た断面図である。 図３の一部を拡大して示す要部拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態の概略構成を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態の概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の図面は本発明を説明するためのものであって、これにより本発明を限定するものではない。

本発明は、リチウム電池の排気構造を提供するものである。図１及び図２は、それぞれ本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態を示している。図５及び図６は、それぞれ本発明の第３の実施形態及び第４の実施形態を示している。図３及び図４は、第２の実施形態を示す他の図である。

図１は、本発明の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。本発明のリチウム電池の排気構造は、封入袋１と、電池要素２と、少なくとも１つの一方向排気弁３とを含んでいる。

封入袋１は、可撓性材料で形成され、複数の辺を有している。具体的に、封入袋１は、アルミラミネートフィルム製の密閉袋体であり、その密閉袋体を二つ折りとした状態で、折り辺１４以外の他の３辺を加熱押圧や粘着により封止することによって、３つの封止辺１１，１２，１３が構成されている。このように、３つの封止辺１１，１２，１３と折り辺１４との間に収容空間１６が形成されている。収容空間１６には、電解液が収容されている（図示せず）。

電池要素２は、封入袋１の収容空間１６内に収容され、電解液に接触している。電池要素２には、正極導電タブ２１１と負極導電タブ２２１とが接続されている。正極導電タブ２１１及び負極導電タブ２２１は、携帯用電子機器（図示せず）に電気的に接続されるように、封入袋１の封止辺１２から延伸している。

一方向排気弁３は、封入袋１に配置され、収容空間１６と外部とを連通している。収容空間１６と外部とを連通することのできる場所であれば、一方向排気弁３が封入袋１のどこに配置されていてもよい。そのため、少なくとも１つの一方向排気弁３を封入袋１の少なくとも１辺に配置することも、本発明のいくつかの実施例のうち１つである。具体的に、３つの封止辺１１，１２，１３及び折り辺１４のそれぞれには、少なくとも１つの一方向排気弁３が配置されてもよい。本実施形態において、各辺にそれぞれ１つの一方向排気弁３が配置されていることを例として説明するが、本発明は、複数の辺に１つの一方向排気弁３が配置されてもよく（図示せず）、一辺のみ１つの一方向排気弁３が配置されてもよい（図１に示す）が、これらに限定されない。

図１に示すように、一方向排気弁３は、封入袋１の折り辺１４に配置されているため、折り辺１４に一方向排気弁３の外周縁を包囲している孔１４１が形成され、一方向排気弁３が収容空間１６と外部とを連通することによって排気することができる。なお、一方向排気弁３は逆止弁であってもよく、一方向に排気可能なものであればよいが、これに限定されない。

図３を参照する。電池要素２は、積層された少なくとも１つの正極板２１、少なくとも１つの負極板２２、及びいずれかの隣接する正極板２１と負極板２２との間に挟持される少なくとも１つのセパレータ２３を含んでいる。ここで、正極板２１には、正極導電タブ２１１が電気的に接続され、負極板２２には、負極導電タブ２２１が電気的に接続され、セパレータ２３は、正極板２１と負極板２２との接触を防止するために用いられる。

これにより、リチウム電池を通電する際、電池要素２と電解液との化学反応によりガスが発生しても、封入袋１内がガスの充気により一方向排気弁３の所定圧力まで加圧されると、収容空間１６内のガスを一方向排気弁３から外部へ排出することができる。このように、封入袋１が適切に膨張し、リチウム電池の変形や膨張の問題を確実に回避することができる。また、その後リチウム電池はガスが再び発生した場合にも、収容空間１６内に所定圧力を超えたガスが一方向排気弁３から外部へ排出されることができる。言い換えれば、一方向排気弁３は、何回でもリチウム電池の排気に用いられることが可能である。

図２、図３及び図４は、本発明の第２の実施形態の概略構成を示す断面図及び部分拡大図である。第２の実施形態の構成は、第１の実施形態の構成とほとんど同じであるが、その相違点は、第２の実施形態に係るリチウム電池の排気構造は吸水通気部材４をさらに含んでいる。

図２、図３及び図４に示すように、封入袋１の３つの封止辺１１，１２，１３と折り辺１４との間には、吸水空間１７がさらに形成されている。収容空間１６及び吸水空間１７は互いに連通されることで、一方向排気弁３が吸水空間１７を介して収容空間１６に連通されるようになる。

吸水通気部材４は、吸水空間１７内に収容され、吸水空間１７を通過するガスに付着している電解液を吸着するために用いられる。もちろん、ガスを介さずに収容空間１６から吸水空間１７に直接浸透してきた電解液も吸水通気部材４によって吸収されることが可能である。吸水通気部材４は、コットンや毛細管組織などの吸水及び通気機能を備えるものであればよいが、これらに限定されない。図２、図３及び図４には、吸水空間１７内に配置された毛細管組織が示されている。

これにより、リチウム電池の収容空間１６内にガスが発生した場合、封入袋１内がガスの充気（図３に示す）により一方向排気弁３の所定圧力まで加圧されると、一方向排気弁３は、吸水空間１７を介して、収容空間１６内のガスを外部へ排出するようにしている。このように、本発明の第２の実施形態に係るリチウム電池の排気構造は、収容空間１６内のガスを排出する（第１の実施形態の機能を有する）ほか、ガスに付着している電解液が吸水通気部材４によって吸着されることができる。つまり、一方向排気弁３から排出されたガスは、乾燥で電解液が付着していないガスであり、電解液は、浸透又はガスに伴って排出されることがない。

また、収容空間１６と吸水空間１７との間を仕切る方法について、図２及び図３に示すように、封入袋１は、収容空間１６と吸水空間１７とを仕切る仕切り体１５を有し、仕切り体１５には、少なくとも１つの通気孔１５０が開設されることで、収容空間１６と吸水空間１７とが連通されるようになる。本実施形態において、封入袋１には、加熱押圧や粘着により第１仕切り体１５１及び第２仕切り体１５２が形成されてもよい。第１仕切り体１５１及び第２仕切り体１５２は、通気孔１５０を形成するように、隣接する端部が互いに間隔を置いて配置されている。第１仕切り体１５１、第２仕切り体１５２及び通気孔１５０によって仕切り体１５が構成されている。

図４に示すように、第１の実施形態及び第２の実施形態における一方向排気弁３は、主として、中空シェル３１、ピストン３２、止め輪３３及び弾性部材３４を含んでいる。中空シェル３１は、互いに連通している吸気口３１１及び排気口３１２を有している。中空シェル３１内には、吸気口３１１に対応する位置に通路３１４が開設され、吸気口３１１から離れた位置に止め輪３３が配置されている。ピストン３２は、中空シェル３１内の通路３１４と止め輪３３との間に摺動可能に配置されている。また、ピストン３２のピストンヘッド３２１には、通路３１４と排気口３１２との間を連通するＴ字状通路３２２が開設されている。弾性部材３４は、ピストン３２と止め輪３３との間に弾性支持されている。

封入袋１内の圧力が一方向排気弁３の所定圧力（弾性部材３４の弾性支持力）より小さい場合、弾性部材３４の弾性支持力により、ピストン３２のピストンヘッド３２１が通路３１４を閉塞させる（図示せず）。つまり、収容空間１６内のガスは、ピストン３２を押し動かすことができないため、排出されることができない。

一方、封入袋１内の圧力が一方向排気弁３の所定圧力より大きい場合、収容空間１６内のガスはピストン３２を押し動かすようになり、ピストン３２のピストンヘッド３２１を通路３１４から退避させる（図４に示す）。この時、収容空間１６内のガスは、通路３１４及びＴ字状通路３２２を通過し、一方向排気弁３の排気口３１２から排出される。

図５は、本発明の第３の実施形態の概略構成を示す断面図である。第３の実施形態の構成は、第２の実施形態の構成とほとんど同じであるが、その相違点は、第３の実施形態において一方向排気弁３が３つの封止辺１１，１２，１３のうち一辺のみに配置されている。本実施形態において、３つの封止辺のうち封止辺１３に一方向排気弁３が配置されていることを例として説明する。このように、封止辺１３に一方向排気弁３の外周縁を包囲している孔１３１が形成されるとともに、仕切り体１５が封止辺１３に近い位置に配置されることで、仕切り体１５と封止辺１３との間に吸水空間１７が形成されるようになる。そのため、第２の実施形態と同様に、排気及び電解液を吸着する機能を有している。

図６は、本発明の第４の実施形態の概略構成を示す断面図である。第４の実施形態の構成は、第２の実施形態の構成とほとんど同じであるが、その相違点は、第４の実施形態において吸水通気部材４が一方向排気弁３ａ内に配置されている。

図６に示すように、一方向排気弁３ａにおいて、中空シェル３１内には、吸気口３１１に対応する位置に吸気口３１１と通路３１４との間を連通する吸水空間３１３が配置され、吸水通気部材４は、その吸水空間３１３内に収容されている。

これにより、封入袋１は収容空間１６からガスを排出する場合、まず、吸水通気部材４によって一方向排気弁３ａの吸水空間３１３を通過するガスに付着している電解液を吸着し、次に、乾燥で電解液が付着していないガスを一方向排気弁３ａの排気口３１２から排出する。そのため、第２の実施形態と同様に、排気及び電解液を吸着する機能を有している。

上述したように、本発明は、従来技術に比べてリチウム電池内の封入袋１が一定程度のガスを生成すると、一方向排気弁３，３ａによって過剰なガスを直ちに排出することができ、リチウム電池の変形や膨張の問題を回避することが可能である。

また、本発明は、収容空間１６と一方向排気弁３，３ａとの間に吸水通気部材４をさらに設けることにより、その吸水通気部材４によってガスに付着している電解液を吸着し、電解液は、浸透又はガスに伴って排出されることがない。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明にあっては種々の変形が可能であって、かかる変形は、特許請求の範囲内に包含される変形である限り本発明の技術的範囲に包含されることに留意すべきである。

１…封入袋
１１、１２、１３…封止辺
１３１…孔
１４…折り辺
１４１…孔
１５…仕切り体
１５０…通気孔
１５１…第１仕切り体
１５２…第２仕切り体
１６…収容空間
１７…吸水空間
２…電池要素
２１…正極板
２１１…正極導電タブ
２２…負極板
２２１…負極導電タブ
２３…セパレータ
３、３ａ…一方向排気弁
３１…中空シェル
３１１…吸気口
３１２…排気口
３１３…吸水空間
３１４…通路
３２…ピストン
３２１…ピストンヘッド
３２２…Ｔ字状通路
３３…止め輪
３４…弾性部材
４…吸水通気部材

Claims (19)

1. 複数の辺と当該複数の辺の間に形成される収容空間とを有する封入袋と、
   前記収容空間に収容される電池要素と、
   前記収容空間に収容されるとともに、前記電池要素と接触することでガスを生成する電解液と、
   前記封入袋に配置され、前記収容空間に連通して前記収容空間内からガスを排出する少なくとも１つの一方向排気弁と、
   を含むことを特徴とするリチウム電池の排気構造。
2. 前記封入袋の前記複数の辺のうち少なくとも一辺には、少なくとも１つの前記一方向排気弁が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池の排気構造。
3. 前記一方向排気弁は、前記複数の辺のうち一辺に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池の排気構造。
4. 前記封入袋の前記複数の辺は、複数の封止辺と、折り辺とを含み、
   前記一方向排気弁は、前記折り辺に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のリチウム電池の排気構造。
5. 前記封入袋の前記複数の辺は、複数の封止辺と、折り辺とを含み、
   前記一方向排気弁は、前記複数の封止辺のうち１つの封止辺に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のリチウム電池の排気構造。
6. 前記一方向排気弁は、吸水通気部材を有し、前記収容空間内からガスを排出する際に、前記吸水通気部材が前記ガスに付着している前記電解液を吸着することを特徴とする請求項１に記載のリチウム電池の排気構造。
7. 前記吸水通気部材は、毛細管組織であることを特徴とする請求項６に記載のリチウム電池の排気構造。
8. 前記一方向排気弁は、互いに連通する吸気口及び排気口を有する中空シェルと、当該中空シェル内に摺動可能なピストンとを含み、
   前記中空シェルには、前記吸気口に対応する位置に前記吸気口と前記排気口とを連通し、前記吸水通気部材を収容する吸水空間が配置されていることを特徴とする請求項６に記載のリチウム電池の排気構造。
9. 前記ピストンは、前記吸水通気部材と前記排気口との間に摺動可能に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のリチウム電池の排気構造。
10. 前記一方向排気弁は、弾性部材をさらに含み、
    前記中空シェル内には、前記吸気口から離れた位置に止め輪が配置され、
    前記弾性部材は、前記ピストンと前記止め輪との間に弾性支持されていることを特徴とする請求項８に記載のリチウム電池の排気構造。
11. 前記中空シェルには、通路が開設され、
    前記吸水空間は、前記吸気口と前記通路との間を連通して配置され、
    前記ピストンのピストンヘッドは、前記通路を閉塞する位置と前記通路を開放する位置との間に摺動自在に設けられていることを特徴とする請求項１０に記載のリチウム電池の排気構造。
12. 前記ピストンヘッドには、前記通路と前記排気口との間を連通するＴ字状通路が開設されていることを特徴とする請求項１１に記載のリチウム電池の排気構造。
13. 複数の辺と、当該複数の辺の間に形成されて互いに連通する収容空間及び吸水空間を有する封入袋と、
    前記収容空間に収容される電池要素と、
    前記収容空間に収容されるとともに、前記電池要素と接触することでガスを生成する電解液と、
    前記吸水空間に収容される吸水通気部材と、
    前記封入袋に配置され、前記吸水空間を介して前記収容空間を連通する少なくとも１つの一方向排気弁と、を含み、
    前記一方向排気弁は、前記吸水空間を介して前記収容空間内からガスを排出し、前記ガスに付着している前記電解液が前記吸水空間を通過する際に前記吸水通気部材によって吸着されることを特徴とするリチウム電池の排気構造。
14. 前記封入袋は、前記収容空間と前記吸水空間とを仕切る仕切り体を有し、
    前記仕切り体には、前記収容空間と前記吸水空間とを連通する少なくとも１つの通気孔が開設されていることを特徴とする請求項１３に記載のリチウム電池の排気構造。
15. 前記吸水通気部材は、毛細管組織であることを特徴とする請求項１３に記載のリチウム電池の排気構造。
16. 前記封入袋の前記複数の辺のうち少なくとも一辺には、少なくとも１つの前記一方向排気弁が配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のリチウム電池の排気構造。
17. 前記一方向排気弁は、前記複数の辺のうち一辺に配置されていることを特徴とする請求項１３に記載のリチウム電池の排気構造。
18. 前記封入袋の前記複数の辺は、複数の封止辺と、折り辺とを含み、
    前記一方向排気弁は、前記折り辺に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のリチウム電池の排気構造。
19. 前記封入袋の前記複数の辺は、複数の封止辺と、折り辺とを含み、
    前記一方向排気弁は、前記複数の封止辺のうち１つの封止辺に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のリチウム電池の排気構造。