JP4445737B2 - ラミネート型電池、前記ラミネート型電池用の保護部材および電池ユニット - Google Patents

ラミネート型電池、前記ラミネート型電池用の保護部材および電池ユニット Download PDF

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Description

本発明は、ラミネートシートにより被覆されているラミネート型電池、前記ラミネート型電池用の保護部材および電池ユニットに関する。
従来、携帯電話、ノートパソコンなどの携帯型情報通信機器や、ビデオカメラやカード型電卓などのその携帯性を重視する小型電子機器に用いられる電池には益々軽量であり、かつ薄型であることが求められている。また、国際的な地球環境の保護のための省資源化や省エネルギ化の要請が高まるなか、モータ駆動用の二次電池を搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車(以下、単に「電気自動車等」ともいう)の開発が急速に進められつつある。電気自動車等に搭載される二次電池にも、操舵特性、航続距離を向上させるため、当然ながら、軽量、薄型化が求められている。
このような要請を受け、電池を軽量かつ薄型とするため、その外装体にアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いシートにしたラミネートシートを用いた電池が開発されている。ラミネートシートは、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有するものである。
図9に従来のラミネート型電池の一例の模式的な外観斜視図を示す。
ラミネート型電池200は、不図示のセパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極からなる発電要素を、ラミネートシート207で密封した構造を有している。ラミネートシート207は4辺が熱融着されており、ラミネート型電池1の短手方向となる熱融着部201aからは、正極側活電極に接続された正極用電極端子203が延出しており、また、熱融着部201aに対向する側の熱融着部201bからは負極側活電極に接続された負極用電極端子204が延出している。
このような構造のラミネート型電池は、電気自動車等に搭載される場合、単電池の定格電圧から、必要とする電圧を得るため電極端子を直列に接続した、あるいは必要とする電流容量を得るため電極端子を並列に接続することで組電池化し、ケース内に収納されて電気自動車に搭載される。これは、ラミネート型電池はラミネートシート自体が変形しやすいものであるため、組電池として取り扱うにはケースに収納したほうが取扱いが容易になるだけでなく、ケース内に冷却風を導入して電池を冷却する際にケースの壁面を冷却風の流路として利用することができ、ケース内に収納された複数の電池に対して冷却風を効率よく供給することができることによる。このため、ラミネート型電池をケース内に固定するための様々な提案がなされている(例えば、特許文献1参照)。
一方、発明者らは、鋭意研究の結果、電池の冷却に関して、電池本体と電極端子との熱容量の差に着目し、電極端子と、電極端子よりも熱容量の大きい電池本体とを個別に冷却することができるケース内にラミネート型電池を収納する構成が好適であることを見いだした。
図10(a)に、電極端子と電池本体とを個別に冷却することができる電池収納ケースの構造の一例を示す。
電池収納ケース320は、2枚の側壁322間に略平行に設けられ、開口部321aが形成された2枚の隔壁321を有する構造となっている。ラミネート型電池200は、本体202は対向する隔壁321間の本体収納部324内に配置され、正極用電極端子203および負極用電極端子204は電極冷却路323側に延出するようにして収納されている。電極冷却路323内は正極用電極端子203および負極用電極端子204を冷却するための冷却風が矢印a方向に向けて、不図示の冷却風供給部より供給される。また、本体収納部324にもラミネート型電池200の本体202を冷却するための冷却風が冷却風供給部から供給される。
隔壁321に形成された開口部321aは、電極冷却路323内を流れる冷却風の本体収納部324側への流入量、あるいは逆に本体収納部324内を流れる冷却風の本体収納部324側への流出量を制限するため、ラミネート型電池200の短手方向の幅よりも狭く、正極用電極端子203および負極用電極端子204の幅より若干広くなるように形成されている。
国際公開第00/59063号パンフレット
図10(a)に示す構造のケースでは、ラミネート型電池200の冷却効率は向上したものの電池収納ケース320が加振されると、ラミネートシート207の四隅の端部207aが隔壁321に衝突して破損してしまう場合があった。
すなわち、図10(a)に示すように、隔壁321との間に隙間をあけた状態で搭載されていたラミネート型電池200が振動により、図10(b)の矢印b方向に移動すると、ラミネートシート207の端部207bが図中左側の隔壁321に衝突し、端部207bが潰れてしまうという現象が見られた。続いて、図10(c)に示すように、反対方向の矢印c方向にラミネート型電池200が移動すると、今度は、端部207aが図中右側の隔壁321に衝突し、端部207aが潰れることとなる。さらに振動が継続すると、図10(d)に示すように、ラミネート型電池200は再び矢印b方向に移動し、図中左側の隔壁321に衝突し、さらに端部207bが潰れることとなる。このようにして、端部207a、207bが隔壁321に衝突して潰れる度にラミネート型電池200の移動量が大きくなり、隔壁321に衝突する際のエネルギ量も増大することとなるので、ラミネートシート207の端部207a、207bの潰れは加速度的に進行し、ついにはラミネートシート207に亀裂207c(図10(d)参照)を生じ、内部の電解液が漏洩してしまう場合があった。
そこで、本発明は、ケース内に収納されたラミネート型電池のラミネートシートの破損、およびこの破損に起因する電解液の漏洩を防止することができるラミネート型電池、前記ラミネート型電池用の保護部材および電池ユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため本発明のラミネート型電池は、電解液を含む発電要素に電気的に接続され、互いに対向して配置された電極端子を有し、ラミネートシートからなる、前記発電要素を封入する外装体が、前記電極端子が延出した第1の辺と、前記各電極端子の配置方向に延びた第2の辺とを有するラミネート型電池において、長さが前記第2の辺の前記配置方向の長さより長い、少なくとも1つの保護部材を有し、前記保護部材の両端面が、前記第2の辺の前記配置方向の両端より延出するようにして前記第2の辺に固定されており、前記両端面には、前記ラミネート型電池を収納する電池ケースの壁面との衝撃を緩衝するための緩衝部材が設けられていることを特徴とする。
また、本発明のラミネート型電池は、保護部材が棒状の部材であり、第2の辺に捲回されて固定されているものであってもよいし、あるいは、保護部材に長溝が形成されており、保護部材が、長溝に第2の辺が差し込まれることで第2の辺に固定されているものであってもよい。
本発明のラミネート型電池用の保護部材は、電解液を含む発電要素に電気的に接続され、互いに対向して配置された電極端子を有し、ラミネートシートからなる、前記発電要素を封入する外装体が、前記電極端子が延出した第1の辺と、前記各電極端子の配置方向に延びた第2の辺とを有するラミネート型電池用の保護部材であって、両端面に、前記ラミネート型電池を収納する電池ケースの壁面との衝撃を緩衝するための緩衝部材を有し、長さが前記第2の辺の前記配置方向の長さより長い棒部材からなることを特徴とする。
また、本発明のラミネート型電池用の保護部材は、電解液を含む発電要素に電気的に接続され、互いに対向して配置された電極端子を有し、ラミネートシートからなる、前記発電要素を封入する外装体が、前記電極端子が延出した第1の辺と、前記各電極端子の配置方向に延びた第2の辺とを有するラミネート型電池用の保護部材であって、両端面に、前記ラミネート型電池を収納する電池ケースの壁面との衝撃を緩衝するための緩衝部材を有し、長さが前記第2の辺の前記配置方向の長さより長く、前記第2の辺を差し込む長溝が形成されていることを特徴とする。
本発明の電池ユニットは、対向して配置された壁面間に少なくとも1つのラミネート型電池を収納し、前記壁面に前記ラミネート型電池の電極端子が延出する開口部が形成されている電池ユニットにおいて、前記壁面間に本発明のラミネート型電池を収納していることを特徴とする。
また、本発明の電池ユニットは、壁面の、保護部材の両端面に対応する部位に緩衝部材が設けられているものであってもよい。
本発明によれば、保護部材の両端面が、ラミネートシートの第2の辺の配置方向の両端より延出するようにして第2の辺に固定されていることで保護部材の長手方向に働く外力は保護部材の両端面にかかることでラミネートシートに直接かからないため、ラミネートシートの変形や潰れを防止することができる。これにより、ラミネートシートの破損、この破損に起因する電解液の漏洩を防止することができる。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1に本実施形態のラミネート型電池の模式的な外観斜視図を、図2に、ラミネートシートによる外装体の形成方法を示す模式図を、図3に、図1に示す矢印A方向からみた、本実施形態のラミネート型電池の保護部材が取り付けられた部分の一部拡大図をそれぞれ示す。また、図4(a)に、図1に示したラミネート型電池を電池収納ケースに収納した電池ユニットの模式的な平面図を、図4(b)に、図4(a)に示す矢印C―C方向の断面図をそれぞれ示す。
ラミネート型電池1は、正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素(不図示)を、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートシート7を熱融着部1a、1b、1cの4辺で熱融着して密封した構造を有している。
ラミネート型電池1の発電要素は、セパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよいし、あるいは、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交合に積層された構造の捲回型であってもよい。
ラミネート型電池1の短手方向となる熱融着部1aからは、正極側活電極に接続された正極用電極端子3が延出しており、また、正極用電極端子3が延出している熱融着部1aに対して対向する側の熱融着部1bからは負極側活電極に接続された負極用電極端子4が延出している。正極用電極端子3としてはアルミニウムが、また、負極用電極端子4としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。
ラミネートシート7による発電要素の封止は、まず、図2(a)に示すように2枚のラミネートシート7で発電要素を挟み、正極用電極端子3が熱融着部1a側から延出し、負極用電極端子4が熱融着部1b側から延出した状態にしておき、その後、熱融着部1a、1b、1cの4辺を熱融着する。
なお、ラミネートシート7の外装体の形成方法はこれに限定されるものではなく、図2(b)のように1枚のラミネートシート7を曲げ部7aで折り曲げ、残る3辺を熱融着することで形成したものであってもよい。あるいは、図2(c)に示すように、1枚のラミネートシート7を丸めてセンターシール部7bで熱融着した後、残る2辺を熱融着することで形成したものであってもよい。なお、図2(a)〜図2(c)に示す×印はラミネートシート7の熱融着する領域を示すものである。
ラミネートシート7を外装体として形成されたラミネート型電池1の、正極用電極端子3および負極用電極端子4の配置方向に延びた、すなわち、ラミネート型電池1の長手方向に延びた各熱融着部1cのそれぞれには、保護部材10が1本ずつ、合計2本の装着されている。各保護部材10は、熱融着部1cに対して外部から力が印加された際に熱融着部1cが変形しないようにするためのものであり、断面が円形の棒部材からなり、その長さL1は、ラミネートシート7の熱融着部1cの長さL2以上で、後述する電池収納ケース20の隔壁21間の距離L3よりも短いものとなっている(図4参照)。保護部材10は、その両側の各端部10bが熱融着部1cの熱融着部端1c”から延出するように熱融着部1c上に配置し、接着剤を塗布した後、熱融着部1cによって巻き込むことで熱融着部1cに対して固定されている。
なお、ラミネートシート7による外装体が、図2(b)あるいは図2(c)に示す形成方法により形成された場合は、保護部材10は、図2(a)の構成の熱融着部1cに対応する辺11に装着されることとなる。
また、保護部材10の形状および固定方法は、これに限定されるものではなく、振動により保護部材10が軸方向に滑り、保護部材10と熱融着部1cとの相対的な位置関係がずれることで、熱融着部1cが隔壁21に衝突してしまうことがなければいかなるものであってもよい。例えば、熱融着部1cで巻き込まれて固定される固定部10aの半径を、熱融着部1cから延出している端部10bより小さくすることで熱融着部1cが保護部材10の軸方向にずれないようにした構成であってもよいし、あるいは、保護部材10の断面形状を、矩形、三角形状、楕円形状等とするものであってもよく、さらには中空パイプ形状であってもよい。また、熱融着部1cへの保護部材10の固定方法も、例えば、ラミネートシート7の熱融着部1cを熱融着する際に、ラミネートシート7の間に挟み込むことで固定するものであってもよいし、あるいは、熱融着部1c上に接着固定するのみであってもよい。
保護部材10の材質も特に限定されるものではないが、隔壁21間におけるラミネート型電池1のストローク量L3−L1で振動して隔壁21に衝突しても破損しない程度の強度を有する金属、さらには、軽量、かつ絶縁性を有する樹脂、木材等が好適である。本実施形態においては、保護部材10は熱融着部1cから延出した端部10bを有する長さのものを一例として示しているが、熱融着部1cの長さL2と保護部材10の長さL1が等しいものであってもよい。なお、許容されるストローク量L3−L1は、後述するように電気的に接続されている正極用電極端子3と負極用電極端子4を破断してしまわない程度の大きさとする必要がある。
保護部材10とラミネートシート7の熱融着部1cとは、熱融着部1cが保護部材10を巻き込んで固定するといった構成をとっているため、保護部材10が熱融着部1cの芯材として機能することとなり、図3に示すように、矢印B方向からの外力が印加されたとしても熱融着部1cが変形を起こしにくい。また、保護部材10を熱融着部1cの付け根部1c近傍まで巻き込んでラミネート型電池1の本体2の本体側面2aに沿わせることでより安定に固定することができる。
電池収納ケース20は、図4(a)に示すように、2枚の側壁22間に略平行に設けられ、開口部21aが形成された2枚の隔壁21を有する構造となっている。ラミネート型電池1は、本体2が対向する隔壁21間の本体収納部24内に配置され、正極用電極端子3および負極用電極端子4は電極冷却路23側に延出するようにして電池収納ケース20内に収納されている。ラミネート型電池1は、図4(b)に示すように、積層され、正極用電極端子3と負極用電極端子4とが電気的に接続されることで直列接続された組電池1c’を構成している。電極冷却路23内は正極用電極端子3および負極用電極端子4を冷却するための冷却風が矢印D方向に向けて、不図示の冷却風供給部より供給される。また、本体収納部24にもラミネート型電池1の本体2を冷却するための冷却風が冷却風供給部から供給される。
隔壁21に形成された開口部21aは、電極冷却路23内を流れる冷却風の本体収納部24側への流入量、あるいは逆に本体収納部24内を流れる冷却風の本体収納部24側への流出量を制限するため、ラミネート型電池1の短手方向の幅よりも狭く、正極用電極端子3および負極用電極端子4の幅より若干広くなるように形成されている。
なお、図4に示す電池ユニットは、簡単のため、ラミネート型電池1は一列のみを示し、また、隔壁21の開口部21aも図示されているラミネート型電池1に対応する一組のみを示しているが、電池ユニットは、要求される電力量に応じて、図中Y方向に複数の組電池1’が配列されるとともに、これに対応する個数の開口部21aが隔壁21に形成されたものとなる。
次に、振動によりラミネート型電池1が電池収納ケース20の本体収納部24内で移動し、保護部材10の端面10cが隔壁21に衝突した状態について、図5を用いて説明する。
図5(a)は、振動によりラミネート型電池が本体収納部内で矢印E方向に移動し、保護部材の端面が隔壁に衝突した状態を示す模式図であり、図5(b)図5(a)のX部を拡大した一部拡大図である。
図示するように、保護部材10の端面10cが隔壁21に当接することで熱融着部1cが隔壁21に直接衝突するのが防止されている。また、衝突の際に保護部材10が受ける衝突エネルギは、保護部材10および保護部材10を巻き込んで固定している熱融着部1cに分散されて吸収される。すなわち、本実施形態のラミネート型電池1によれば、従来のようにラミネートシートの一部に衝突エネルギが集中することがないため、ラミネートシート7の潰れや亀裂の発生を防止することができ、よって、本体2内の電解液が漏洩するのを防止することができる。
(第2の実施形態)
図6に、本実施形態の、保護部材を備えたラミネート型電池の外観斜視図を示す。また、図7に、図6に示すF−F方向の一部拡大断面図を示す。
なお、ラミネート型電池自体は、第1の実施形態で説明したものと基本的に同じ構造のものであるため、詳細の説明は省略するとともに、以下の説明においては第1の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明するものとする。
保護部材110は、その長手方向に深さdの長溝形状の差込部110dが形成されている。すなわち、第1の実施形態では、いずれもラミネートシート7の熱融着部1cによって巻き込まれて固定される保護部材を例示したが、本実施形態の保護部材110は、差込部110dに熱融着部1cを差し込み、互いを接着剤で固定するものである。差込部110dの深さdは、熱融着部1cの幅Wよりも深く形成すると好適である。この場合、熱融着部1cの付け根部1c’まで差し込むことができるので、保護部材110を安定に固定することができる。また、本実施形態の保護部材110の場合、熱融着部1cを被覆する構成となっているため、熱融着部1cが損傷しにくいものとなっている。
なお、図7に示す保護部材110は、一体的に構成されたものを一例として示したが、差込部110dで上下に2分割された部材からなるものとし、熱融着部1cを挟み込む構成としてもよい。
本実施形態の保護部材110も、第1の実施形態の保護部材10と同様に、熱融着部1cの熱融着部端1c”から保護部材110の端部110bが延出し、端面110cが隔壁21に当接することで熱融着部1cが隔壁21に直接衝突するのが防止され、ラミネートシート7の潰れや亀裂の発生を防止することができ、よって、本体2内の電解液が漏洩するのを防止することができる。
(第3の実施形態)
図8は、ラミネート型電池と隔壁との衝突の際の衝突エネルギを吸収するための緩衝部材を備えたラミネート型電池および電池収納ケースの模式的な一部拡大図である。
なお、本実施形態においても、ラミネート型電池および電池収納ケースは、第1の実施形態で説明したものと基本的に同じ構造のものであるため、詳細の説明は省略するとともに、以下の説明においては第1の実施形態で用いた符号と同じ符号を用いて説明するものとする。
図8(a)は第1の実施形態に示した構成の保護部材10の端面10cに緩衝部材50を取り付けた例であり、図8(b)は隔壁21に緩衝部材51を設けた例であり、図8(c)は隔壁21に、衝突方向(矢印G方向)の衝撃を吸収する緩衝部52aと、ラミネート型電池1の側方向(矢印H方向)への位置ずれを防止する側部52bとを有する緩衝部材52を設けた例である。なお、図8(a)〜図8(c)には、緩衝部材50を有する保護部材10の一端側のみ、緩衝部材51、52を設けた隔壁21の一面側のみを拡大して示しているが、緩衝部材50は保護部材10の両端面に取り付けられており、また、緩衝部材51、52も両側の隔壁21に設けられている。各緩衝部材50、51、52の材質は、発泡性ウレタン、ゴム等、軽量、かつ衝撃力の吸収特性が良好で、塑性変形しにくい部材が好適である。
緩衝部材50、51、52を適用することで、効果的に衝突時の衝撃エネルギを吸収することができるので、ラミネートシート7の潰れや亀裂の発生を防止することができ、よって、本体からの電解液の漏洩を防止できる。
なお、図8(a)〜図8(c)に示す緩衝部材50、51、52は、第1の実施形態に示した構成の保護部材10を例に説明したが、第2の実施形態に示した保護部材110についても適用可能である。
上述した各実施形態では保護部材10、110は、ラミネート型電池1つにつき2本の構成として説明したが、これに限定されるものではなく、1本であってもよいし、あるいは3本以上を有するものであってもよい。
本発明の第1の実施形態のラミネート型電池の模式的な外観斜視図である。 ラミネートシートによる外装体の形成方法を示す模式図である。 図1に示す矢印A方向からみた、本発明の第1の実施形態のラミネート型電池の保護部材が取り付けられた部分の一部拡大図である。 図1に示したラミネート型電池を電池収納ケース内に収納した電池ユニットの模式的な平面図および断面図である。 振動により保護部材の端面が隔壁に衝突した状態を示す模式図および一部拡大図である。 本発明の第2の実施形態の保護部材を備えたラミネート型電池の外観斜視図である。 図6に示すF−F方向の一部拡大断面図である。 本発明の第3の実施形態の、緩衝部材を備えたラミネート型電池および電池収納ケースの模式的な一部拡大図である。 従来のラミネート型電池の一例の模式的な外観斜視図である。 電極端子と電池本体とを個別に冷却可能な電池収納ケースに収納されたラミネート型電池のラミネートシートの潰れを説明するための模式図である。
符号の説明
1 ラミネート型電池
1’ 組電池
1c 熱融着部
1c’ 付け根部
1c” 熱融着部端
1a、1b、1c 熱融着部
2 本体
2a 本体側面
3 正極用電極端子
4 負極用電極端子
7 ラミネートシート
7a 曲げ部
7b センターシール部
10、110 保護部材
10a 固定部
10b、110b 端部
10c、110c 端面
11 辺
20 電池収納ケース
21a 開口部
21 隔壁
22 側壁
23 電極冷却路
24 本体収納部
50、51、52 緩衝部材
110d 差込部

Claims (7)

  1. 電解液を含む発電要素に電気的に接続され、互いに対向して配置された電極端子を有し、ラミネートシートからなる、前記発電要素を封入する外装体が、前記電極端子が延出した第1の辺と、前記各電極端子の配置方向に延びた第2の辺とを有するラミネート型電池において、
    長さが前記第2の辺の前記配置方向の長さより長い、少なくとも1つの保護部材を有し、前記保護部材の両端面が、前記第2の辺の前記配置方向の両端より延出するようにして前記第2の辺に固定されており、
    前記両端面には、前記ラミネート型電池を収納する電池ケースの壁面との衝撃を緩衝するための緩衝部材が設けられていることを特徴とするラミネート型電池。
  2. 前記保護部材は棒状の部材であり、前記第2の辺に捲回されて固定されている、請求項1に記載のラミネート型電池。
  3. 前記保護部材に長溝が形成されており、前記保護部材は、前記長溝に前記第2の辺が差し込まれることで前記第2の辺に固定されている、請求項1に記載のラミネート型電池。
  4. 電解液を含む発電要素に電気的に接続され、互いに対向して配置された電極端子を有し、ラミネートシートからなる、前記発電要素を封入する外装体が、前記電極端子が延出した第1の辺と、前記各電極端子の配置方向に延びた第2の辺とを有するラミネート型電池用の保護部材であって、
    両端面に、前記ラミネート型電池を収納する電池ケースの壁面との衝撃を緩衝するための緩衝部材を有し、長さが前記第2の辺の前記配置方向の長さより長い棒部材からなることを特徴とするラミネート型電池用の保護部材。
  5. 電解液を含む発電要素に電気的に接続され、互いに対向して配置された電極端子を有し、ラミネートシートからなる、前記発電要素を封入する外装体が、前記電極端子が延出した第1の辺と、前記各電極端子の配置方向に延びた第2の辺とを有するラミネート型電池用の保護部材であって、
    両端面に、前記ラミネート型電池を収納する電池ケースの壁面との衝撃を緩衝するための緩衝部材を有し、
    長さが前記第2の辺の前記配置方向の長さより長く、前記第2の辺を差し込む長溝が形成されていることを特徴とするラミネート型電池用の保護部材。
  6. 対向して配置された壁面間に少なくとも1つのラミネート型電池を収納し、前記壁面に前記ラミネート型電池の電極端子が延出する開口部が形成されている電池ユニットにおいて、
    前記壁面間に請求項1から3のいずれか1項に記載のラミネート型電池を収納していることを特徴とする電池ユニット。
  7. 前記壁面の、前記保護部材の前記両端面に対応する部位に緩衝部材が設けられている、請求項に記載の電池ユニット。
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