JP2018055781A - 扁平型電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】内圧が上昇して外装体を構成するラミネートフィルムが部分的に破断した場合に、比較的熱容量が大きい固体が外装体の内部から放出されることを抑止することができる扁平型電池を提供する。【解決手段】扁平型電池１０は、セパレータを介して正極板と負極板とが積層されて構成される発電要素１１と、ラミネートフィルム１２で形成されて発電要素１１を内部に封止する、袋状の外装体と、ラミネートフィルム１２に埋め込まれた繊維体１３と、を備える。繊維体１３は、ラミネートフィルム１２を形成する材料よりも融点及び破断強度が高い材料により形成される。【選択図】図５
Description
本発明は、扁平型電池に関する。
従来から、ラミネートフィルムにより形成した外装材の内部に発電要素を収納した扁平型電池が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、内面に熱融着性樹脂フィルムが配された外装材内に正極、セパレータ及び負極を有する薄形発電要素を正負極にそれぞれ電気的に接続された外部端子が外装材の開口縁部から延出するように収納し、且つ開口縁部で熱融着性樹脂フィルムを互いに熱融着して発電要素を外装材内に密封した薄形二次電池が記載されている。また、特許文献１には、孔又は切り込み部は、外装材の一部に設けられ、且つ金属箔は外装材内面の熱融着性樹脂フィルムに孔又は切り込み部を塞ぐように配置されていると共にその周縁部が熱融着性樹脂フィルムに熱融着されていることが記載されている。
特許文献１に記載の薄型二次電池によれば、過充電時等においてガスが発生して内圧が上昇した際に、そのガスを金属箔の破断により外部に容易に逃散させて外装材が破裂に至るのを未然に防止することが可能である。
発生したガスが外装材の内部から放出される際には、正極板や負極板の一部等の固体が気体と共に外装材の内部から放出される可能性がある。比較的熱容量が小さい気体のみが外装材の内部から放出された場合は、ガスの温度は放出後に短時間で低下し得るため、扁平型電池の周囲の機器等に影響を及ぼす可能性は低い。その一方で、比較的熱容量が大きい固体が気体と共に外装材の内部から放出された場合には、ガスの温度が放出後に低下し難いため、扁平型電池の周囲の機器等に影響を及ぼす可能性がある。
そこで、本発明は、内圧が上昇して外装材を構成するラミネートフィルムが部分的に破断した場合に、比較的熱容量が大きい固体が外装材の内部から放出されることを抑止することができる扁平型電池を提供することを目的とする。
本発明に係る扁平型電池は、発電要素と、ラミネートフィルムで形成されて発電要素を内部に封止する、袋状の外装体と、ラミネートフィルムに埋め込まれた繊維体と、を備える。繊維体は、ラミネートフィルムを形成する材料よりも融点及び破断強度が高い材料により形成される。
本発明に係る扁平型電池によれば、内圧が上昇して外装体が部分的に破断した場合に、比較的熱容量が大きい固体が外装体の内部から放出されることを抑止することができる。
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
本実施形態に係る扁平型電池は、例えば、リチウムイオン電池であり、この扁平型電池を複数積層して組み合わせることにより、所望の容量の組電池（電池スタック）が構成される。また、本実施形態に係る扁平型電池から構成される組電池は、例えば、車両に駆動用電源として搭載されるものである。
図１から図３に示すように、本実施形態に係る扁平型電池１０は、発電要素１１と、ラミネートフィルム１２で形成されて発電要素１１を内部に封止する、袋状の外装体と、ラミネートフィルム１２に埋め込まれた繊維体１３と、を備える。２枚のラミネートフィルム１２の外周接合部１２ｂを互いに接合する事によって袋状の外装体が形成され、この外装体の内部に、電解液（図示せず）が発電要素１１と共に封入されて、扁平型電池１０が形成されている。
発電要素１１は、電極積層体とも称されるものであり、正極側の電極板（正極板）と、負極側の電極板（負極板）と、セパレータと、から主に構成される。具体的には、発電要素１１は、セパレータを介して正極板と負極板とが交互に積層されて構成されており、正極板と負極板とが直接接触しないようにセパレータにより絶縁されている。正極板及び負極板にはそれぞれ、正極タブ１４及び負極タブ１５が接合されており、正極タブ１４及び負極タブ１５は外装体の内部から外部に突き出ている。これらの正極タブ１４及び負極タブ１５は、発電要素１１にて発生した電力を外装体外部に導出する外部電極端子である。
図４に示すように、ラミネートフィルム１２は、扁平型電池１０の外装体を構成するものであり、金属層１６と、樹脂層（外側樹脂層１７、内側樹脂層１８）と、から主に構成される。具体的には、金属層１６の外側表面上に外側樹脂層１７が積層され、金属層１６の内側表面上には内側樹脂層１８が積層されて、ラミネートフィルム１２が構成されている。
金属層１６は、扁平型電池１０の内部（外装体の内部）への水分やガス等の混入を防止する機能を有する。金属層１６には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）やニッケル（Ｎｉ）等の純金属、ステンレス（ＳＵＳ）等の合金が用いられる。
外側樹脂層１７及び内側樹脂層１８は、金属層１６を物理的に保護する機能と、金属層１６を外装体外部及び内部と電気的に絶縁する機能と、を有する。外側樹脂層１７は、特に物理的な保護の機能を高くする必要がある。外側樹脂層１７には、例えば、ポリエステル（ＰＥＴ）やナイロン等の樹脂が用いられる。内側樹脂層１８は、外側樹脂層１７ほど高い物理的な保護機能を要求されない。内側樹脂層１８には、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂が用いられる。
ラミネートフィルム１２の内側樹脂層１８には、その他の機能として、熱融着等によりラミネートフィルム１２の外周接合部１２ｂ同士の接合をし易くする機能も要求されることがある。その場合には、変性して接合しやすくすることを目的として、変性ポリプロピレン（変性ＰＰ）等からなる樹脂層を一般的なポリプロピレン（ＰＰ）等からなる樹脂層に追加して、内側樹脂層１８を形成することがある。
繊維体１３は、扁平型電池１０の内部（外装体の内部）からの気体の排出を許容し、固体の排出を規制する規制部材としての機能を有する。具体的には、繊維体１３は、織物、編物や不織物等の多孔質の繊維構造体から構成される。前記多孔を構成する各孔の径は、気体（扁平型電池１０の内部で発生したガス）の円滑な排出を考慮して決定されるが、例えば、数μｍから数百μｍ程度であることが好ましい。
繊維体１３は、ラミネートフィルム１２の金属層１６、外側樹脂層１７及び内側樹脂層１８を形成する材料よりも融点及び破断強度が高い繊維材料により形成される。繊維体１３には、例えば、炭素繊維、金属繊維、ポリアミド繊維、ポリイミド繊維等の繊維材料を用いることが可能である。
炭素繊維としては、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、カーボンナノチューブ等の繊維材料を用いることが可能である。炭素繊維としては、これらの他の公知の繊維材料を適宜選択して用いることも可能である。
金属繊維としては、例えば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の純金属、又はこれらの純金属を含有する合金を用いることが可能である。金属繊維としては、これらの他の公知の純金属や合金を適宜選択して用いることも可能である。
ポリアミド繊維としては、例えば、芳香族ポリアミド繊維等の繊維材料を用いることが可能である。ポリアミド繊維としては、この他の公知の繊維材料を適宜選択して用いることも可能である。
ポリイミド繊維としては、例えば、芳香族ポリイミド繊維等の繊維材料を用いることが可能である。ポリイミド繊維としては、この他の公知の繊維材料を適宜選択して用いることも可能である。
図５に示すように、繊維体１３は、例えば、ラミネートフィルム１２の外側樹脂層１７に埋め込まれる。導電性の繊維材料からなる繊維体１３を外側樹脂層１７に埋め込む場合は、図６に示すように、繊維体１３が埋め込まれていない絶縁用の樹脂層（絶縁樹脂層１９）を最外層に少なくとも１層追加して絶縁する必要がある場合もある。
図７に示すように、繊維体１３は、ラミネートフィルム１２の金属層１６に埋め込まれていてもよい。導電性の繊維材料からなる繊維体１３を金属層１６に埋め込む場合も、前述の絶縁樹脂層１９（図６参照）を最外層に少なくとも１層追加して絶縁する必要がある場合がある。
図示はしないが、繊維体１３は、ラミネートフィルム１２の内側樹脂層１８に埋め込まれていてもよい。また、図示はしないが、繊維体１３は、金属層１６と外側樹脂層１７との間に挟み込まれていてもよく、金属層１６と内側樹脂層１８との間に挟み込まれていてもよい。
図８に示す扁平型電池１０では、繊維体１３は、ラミネートフィルム１２の全ての箇所に埋め込まれる。図９に示す扁平型電池１０のように、繊維体１３が、ラミネートフィルム１２の一部の箇所のみ（図９においては、二点鎖線Ｂよりも図中の下側の箇所）に埋め込まれるようにしてもよい。
図８及び図９に示すように、ラミネートフィルム１２には、他の箇所に比べて破断が容易な易破断部２０が、発電要素１１と対面する主面部１２ａ及び外周接合部１２ｂ以外の箇所で且つ繊維体１３が埋め込まれた箇所（図中に点ハッチングを付した箇所）に形成される。易破断部２０は、例えば、薄肉部や切欠き部から構成される。
図１０に示すように、易破断部２０は、例えば、ラミネートフィルムの最内層（図１０においては、内側樹脂層１８）のみに形成される。図１１に示すように、易破断部２０を、金属層１６にまで達するように内側樹脂層１８に形成してもよい。また、図１２に示すように、易破断部２０を、ラミネートフィルム１２の最外層（図１２においては、絶縁樹脂層１９）のみに形成してもよい。
以下に、本実施形態による作用効果を説明する。
（１）本実施形態に係る扁平型電池１０は、セパレータを介して正極板と負極板とが積層されて構成される発電要素１１と、ラミネートフィルム１２で形成されて発電要素１１を内部に封止する、袋状の外装体と、ラミネートフィルム１２に埋め込まれた繊維体１３と、を備える。繊維体１３は、ラミネートフィルム１２を形成する材料よりも融点及び破断強度が高い材料により形成される。
本実施形態に係る扁平型電池１０では、内圧が上昇してラミネートフィルム１２が部分的に破断したとしても、その破断した部分に繊維体１３が残存し得る。このため、扁平型電池１０の内部で発生したガスの排出を許容する一方で、発生したガスに含まれる固体を繊維体１３により捕集することが可能である。
従って、本実施形態に係る扁平型電池１０によれば、内圧が上昇して外装体を構成するラミネートフィルム１２が部分的に破断した場合に、比較的熱容量が大きい固体が外装体の内部から放出されることを抑止することができる。
（２）ラミネートフィルム１２は、発電要素１１と対面する主面部１２ａと、ラミネートフィルム１２を封止するために接合された外周接合部１２ｂと、主面部１２ａ及び外周接合部１２ｂ以外の箇所で且つ繊維体１３が埋め込まれた箇所に形成された、他の箇所に比べて破断が容易な易破断部２０と、を有する。
易破断部２０をラミネートフィルム１２に形成することにより、何らかの異常時にガスが扁平型電池１０の内部で発生して内圧が上昇した際には、ラミネートフィルム１２の易破断部２０が破断して開口することになる。易破断部２０をラミネートフィルム１２における発電要素１１が埋め込まれた箇所に形成するため、扁平型電池１０の内部で発生したガスの排出を許容する一方で、発生したガスに含まれる固体を繊維体１３により捕集することが可能である。
また、扁平型電池１０では一般的に、ラミネートフィルム１２の主面部１２ａ外表面に対して圧力をかけた状態で使用される事が有る。すなわち、ラミネートフィルム１２の主面部１２ａに接触して押圧する部材（以下、押圧部材）を設け、外装体外部から物理的な圧力をかける事で外装体内部の発電要素１１に圧力を付与して正極板と負極板との距離を一定に保ち、扁平型電池１０の寿命を向上する事が知られている。しかしながら、このような使用環境下においては易破断部２０をラミネートフィルム１２の主面部１２ａに形成したとすると、外装体内部にガスが発生して内圧が上昇した場合に、易破断部２０を設けた箇所にガスの圧力が十分に作用せず、外装体内部から外部への確実なガスの放出が困難となる可能性がある。一方で、ラミネートフィルム１２の外周接合部１２ｂに易破断部２０を設けた場合にも、易破断部２０に対してガスの圧力が十分に作用しない可能性が有る。そこで、易破断部２０をラミネートフィルム１２の主面部１２ａ以外の箇所に形成することにより、通常使用時（外装体内部にガスが発生していない時）の発電要素１１への圧力付与を妨げずに、異常時（外装体内部にガスが発生して内圧が上昇した時）には易破断部２０に確実にガス圧力を作用させて、外装体外部にガスを放出することが可能になる。
（３）繊維体１３は、炭素繊維、金属繊維、ポリアミド繊維及びポリイミド繊維のうち少なくとも一つを含む。
これらの繊維材料を繊維体１３に用いるため、扁平型電池１０の内部で発生したガスの排出を許容する一方で、発生したガスに含まれる固体を繊維体１３により捕集することが可能である。
ところで、本発明の扁平型電池は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。
１０ 扁平型電池
１１ 発電要素
１２ ラミネートフィルム
１２ａ 主面部
１２ｂ 外周接合部
１３ 繊維体
２０ 易破断部
１１ 発電要素
１２ ラミネートフィルム
１２ａ 主面部
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２０ 易破断部
Claims (3)
- セパレータを介して正極板と負極板とが積層されて構成される発電要素と、
ラミネートフィルムで形成されて前記発電要素を内部に封止する、袋状の外装体と、
前記ラミネートフィルムに埋め込まれた繊維体と、を備え、
前記繊維体は、前記ラミネートフィルムを形成する材料よりも融点及び破断強度が高い材料により形成される
ことを特徴とする扁平型電池。 - 前記外装体は２枚のラミネートフィルムの外周縁を接合する事により袋状に形成されて、前記発電要素を内部に封止しており、
前記ラミネートフィルムは、前記発電要素と対面する主面部と、前記ラミネートフィルムを封止するために接合された外周接合部と、前記主面部及び前記外周接合部以外の箇所で且つ前記繊維体が埋め込まれた箇所に形成された、他の箇所に比べて破断が容易な易破断部と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の扁平型電池。 - 前記繊維体は、炭素繊維、金属繊維、ポリアミド繊維及びポリイミド繊維のうち少なくとも一つを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の扁平型電池。
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