JP4708809B2

JP4708809B2 - フィルム外装電気デバイス集合体

Info

Publication number: JP4708809B2
Application number: JP2005045409A
Authority: JP
Inventors: 貴昭藤谷
Original assignee: NEC Corp; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp; NEC Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: JP2006236605A

Description

本発明は、電池やキャパシタ（コンデンサ）に代表される、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素を有する電気デバイスが複数集合した電気デバイス集合体に関し、特に、各電気デバイスにおいて電気デバイス要素が外装フィルムによって密閉され、該外装フィルムにガス放出用の安全弁が設けられているフィルム外装電気デバイス集合体に関する。

図８は、例えば電気自動車等の駆動電源として用いられる従来の組電池の構成を例示的に示している。図示するように、組電池１５０は、セルケース１３０によって収容保持された複数の電池セル１２０を有している。電池セル１２０単体は、薄型電池と呼ばれることもあり、外装フィルム１２４内の密閉空間内に、電気デバイス要素として、例えば３．６Ｖ程度の電圧を出力する電池要素（不図示）を有している。

ところで、この種の電池においては、例えば電池の使用時に規格範囲外の電圧が印加されると、電池要素と共に封止された電界液溶媒が電気分解され、その結果、密閉空間内でガスが発生することがある。また、電池が規格範囲外の高温条件で使用される場合にも、電解質塩の分解等に起因してガスが発生することもある。

このようにして発生したガスを放出して外装フィルム１２４の破裂を防止するために、外装フィルム１２４の外周部に、安全弁構造を設けることが例えば特許文献１に開示されている。そして、図８の構成では、安全弁から放出されたガスを外部に排出するための放出口１３５が、セルケース１３０の側面に形成されている。
特開平１１−８６８２３号公報

上述したような構成においては、例えば取扱い性及び製造コスト等の観点から、セルケース１３０を樹脂成形により作製するのが一般的である。しかしながら、発生したガスの温度によっては放出口１３５の内周面が溶けて変形してしまう可能性があった。こうした放出口１３５の内周面の変形はすなわち、ガス放出用の通路形状の変形を意味するものであり、通路形状の変形は、ガスの排出方向が所定の位置からずれてしまうといった不具合の原因となりうる。

以上、フィルム外装電池である電池セル１２０を例に挙げて説明したが、上記のような問題は電池に限らず、ガスを発生する可能性がある電気デバイス要素が外装フィルム内の密閉空間内に収容された、他の種類のフィルム外装電気デバイスにおいても共通に起こりうる問題である。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外装フィルム内の密閉空間内で発生したガスが高温であったとしても、ガスを確実にケースの外部に排出することが可能なフィルム外装電気デバイス集合体を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のフィルム外装電気デバイス集合体は、外装フィルムによって形成された密閉空間内に、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素を収容すると共に、樹脂材料からなるセルケースによって保持されたフィルム外装電気デバイスの複数と、前記複数のフィルム外装電気デバイスを積層状態で位置決め固定する固定部材とを有し、前記各フィルム外装電気デバイスの前記外装フィルムの外周部の一部には、前記密閉空間内のガスを放出させる安全弁が設けられ、前記各セルケースは、前記安全弁に対応する位置に放出口を備え、前記固定部材は、それぞれが前記各放出口内に嵌合し、内側に放出用通路が形成された複数の挿入部と、該複数の挿入部を一括して支持する支持部とを有し、少なくとも前記放出用通路の内周面は前記ガスに対して耐熱性のある材料で構成されている。なお、「ガスに対して耐熱性のある」とは、放出されたガスの温度によって部材が変形しない程度の耐熱性を備えているこという。

このような構成によれば、セルケースの放出口に、固定部材の挿入部が差し込まれ、安全弁からのガスは放熱用通路を通じて排出されることとなるため、樹脂からなるケースの放出口が熱によって変形することが防止され、ガスの排出が確実に実施されるものとなる。また、固定部材が、フィルム外装電気デバイスのセルケース同士を互いに位置決め固定する部材としても機能することから、セルケース同士を固定するための他の部材が不要となる。

上記本発明において、固定部材は、上記挿入部及び上記支持部のいずれもが金属材料で構成されたものであってもよい。この場合、挿入部及び支持部の少なくとも一方に、放熱用のフィンを設けることも可能である。固定部材はその他にも、挿入部に相当する構造部と支持部に相当する構造部とが別体に構成されたものであって、挿入部は金属材料からなる管状部材で、支持部は該挿入部の外周面の一部を支持する樹脂成形品であってもよい。

上述したように本発明によれば、外装フィルム内の密閉空間内で発生したガスが高温であったとしても、耐熱性のある材料で構成された、固定部材の放熱用通路を通じてガスを確実にケースの外部に排出させることが可能となる。

以下、本発明のフィルム外装デバイス集合体の一態様について、図面を参照しながら組電池を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態の組電池の構成を示す斜視図である。図２は、図１の電池セルを単体の状態で示す斜視図である。なお、図２では、電池セルのセルケースの図示は省略されている。

図１に示すように、組電池５０は、積層状態に集合した複数の電池セル２０と、電池セル２０のセルケース３０側面に取り付けられる１つの固定部材１０を有している。なお、図１では電池セル２０は６個のみ示されているが、その数は特に限定されるものではなく例えば１２個であってもよい。

各電池セル２０は、図２に示すように、内部に密閉空間を形成する外装フィルム２４を有しており、該密閉空間内には、図示しないが、所定の起電力（例えば３．６Ｖ）を出力する薄型の電池要素（電気デバイス要素）が電解液と共に収容されている。外装フィルム２４は、より詳細には、２枚の外装フィルムを貼り合わせた構造となっており、外装フィルム２４の外周部にはフィルム同士を熱シールした封止部２３が全周にわたって形成されている。外装フィルム２４は長方形の輪郭形状を有しており、短辺側の２辺から、正極用の電極タブ２５ａ及び負極用の電極タブ２５ｂが引き出されている。

封止部２３のうち、一方の長辺におけるほぼ中央部には安全弁４０が設けられている。安全弁４０は、封止部２３におけるシール強度が部分的に低くされた構造部であり、電池要素が収容された密閉空間の内圧が所定値に達すると、他の部位に先だって優先的に剥離するようになっている。つまり、本実施形態における電池セル２０では、このような安全弁４０が設けられていることにより、仮に外装フィルム２４内で大量のガスが発生したとしても、そのガスを安全弁４０から放出させることで圧力開放を行ない、外装フィルム２４が破裂しないようになっている。

なお、安全弁４０は、上記のような圧力開放を実施できるものであればその具体的な構造は特に限定されるものではない。

図１に示すように、電池セル２０は、外装フィルム２４の外周部を保持するセルケース３０をさらに有している。セルケース３０は、樹脂成形品であって、外装フィルム２４の全周を包囲する枠状に形成されている。本実施形態のように外装フィルム２４を用いて電池要素を密閉する構成では、缶などを用いて電池要素を密閉する構成と比較して全体的な剛性が劣ることとなる。したがって、電池要素の変形を防止する観点などから、補強部材として機能するセルケース３０を利用することが好ましい。なお、セルケース３０が設けられていることで、電池セル２０単体の取扱い性も向上する。また、図１に示すように、電池セル２０同士を重ね合せた状態で各セルケース３０同士が互いに密着するような構成とすれば、最終的な組電池５０の外形形状も規定しやすい。

セルケース３０のうち、安全弁４０に対応する位置（安全弁４０の近傍）には、安全弁４０から放出されたガスを外部に排出するための放出口３５が形成されている。安全弁４０と放出口３５との位置関係はより詳細には図３の断面図に示す通りであり、安全弁４０は、放出口３５内にガスを放出するように構成されている。

再び図１を参照し、各電池セル２０は、直列接続をなすように１つずつ反転させた状態で、すなわち一方の電池セル２０の電極タブ２５ａとそれに隣接する他方の電池セル２０の電極タブ２５ｂとが対向する状態で積層されるものであるが、このように積層した状態であっても各放出口３５が積層方向（図示上下方向）に一列に並ぶ構成となっている。これを実現するために、本実施形態においては放出口３５は、セルケース３０の長辺の中央に配置されている。

固定部材１０は、金属材料からなる一体部材であり、上記セルケースの放出口３５内に挿入される複数の挿入部１５と、それを一括して支持する１つの支持部１７とを有している。

各挿入部１５は、その内側に放出用通路１２を有する管状の部材であり、放出用通路１２は、図３に示すように支持部１７を貫通した状態で形成されている。放出口３５内に挿入部１５が挿入された状態では、挿入部１５の外周面と放出口３５の内周面とが嵌合して互いに密着する。そして、安全弁４０からのガスを放出するための通路は、上記放出用通路１２により構成されることとなる。

放出口３５はセルケース３０に設けられたものであり、そのためその内周面は樹脂材料で構成されているが、放出用通路１２の内周面は、放出されるガスに対して耐熱性のある金属材料で構成されている。したがって、安全弁４０から放出されたガスが高温であったとしても、放出口３５の内周面が溶けることなく、放出用通路１２を通じてガスを確実に外部に排出させることが可能となる。

このように、放出用通路１２の主たる機能は、より確実にガスを外部に排出させることにある。セルケース３０は、取扱い性及び製造コスト等の観点から、通常、樹脂成形品で構成されることが多いが、安全弁４０から放出されるガスの温度によっては放出口３５の内周面が溶けてしまい、それに伴う不具合が生じる可能性もある。放出用通路１２は、このような不具合の発生を抑えることができるものであればよく、したがって、放出用通路１２の内周面を構成する材料は金属材料に限らず、セルケース３０の樹脂材料と比較して耐熱性に優れた樹脂材料であってもよい。

あるいは、図５に示すような構成の固定部材１０Ａを用いることも可能である。固定部材１０Ａは、金属材料からなる複数の挿入部１５Ａが、樹脂成形品として用意された支持部１７Ａの各開口部に挿入される構成となっている。言い換えれば、各挿入部１５Ａの外周面が支持部１７Ａの開口部によって部分的に支持される構成となっている。ここで、支持部材１７Ａは、挿入部１５Ａの一端側を支持するものであってもよいし、挿入部１５Aの中央部を支持するものであってもよい。また、図５のような構成であれば、例えば市販の管状部材を所定長さに切断することで挿入部１５Aを作製することができ、図１に示したような金属の一体部材からなる固定部材１０と比べて低製造コストで作製できるという利点もある
以上説明したような本実施形態の組電池５０によれば、ケースの放出口３５に、固定部材１０の挿入部１５が差し込まれ、安全弁４０からのガスは放出用通路１２を通じて排出されるため、高温のガスが放出された場合であってもケースの放出口３５が溶けることなくガスの排出が確実に実施される。

また、各挿入部１５は支持部１７に支持されることによって１つの固定部材１０を構成しており、したがってこのような固定部材１０の場合、組電池５０の組立ては、各放出口３５に挿入部１５を１つずつ差し込んでいくのではなく、全ての挿入部１５を一括的に差し込むことで実施可能であるため、組立性向上にも寄与する。また、固定部材１０は、厚さ方向に積層された各電池セル２０同士を位置決め固定する部材としても機能することから、電池セル同士を位置決め固定するための他の部材が不要となる。こうした位置決め固定の観点から、本実施形態においては、挿入部１５の外周面と放出口３５の内周面とが互いに嵌合する構成とされており、その結果、各電池セル２０同士の位置決め精度が向上したものとなっている。このような、挿入部１５と放出口３５とが嵌合する構成によれば、他にも、放出口３５に差し込まれた挿入部１５が抜けにくくなるという利点も得られる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記の他にも種々変更可能である。例えば、図４に示すように、固定部材１０Bをセルケース３０Bに取り付けた状態で、固定部材１０Bの外側の表面（図示右側の面）とセルケース３０Bの側面とが同一面となる構成としてもよい。また、図６に示すように、支持部１７Cに放熱用のフィン１９が設けられていてもよい。これにより、放出用通路を通るガスによって加熱された固定部材１０Cを、良好に放熱／冷却させることが可能となる。これは、逆に言えば、通路内のガスの冷却が行われることを意味する。もっとも、フィン１９は、支持部１７Cに限らず、支持部１７Cを貫通して外側に延びる挿入部１５Cに形成されていてもよい。また、図７に示すように、挿入部１５Dの先端にスリット１３を設け、該スリット１３に外装フィルムの封止部２３が差し込まれるような構成とすることも可能である。このような構成によれば、封止部２３の端部が挿入部１５Dの先端より内側に入り込み、封止部２３の安全弁４０が放出用通路１２内で開口することとなるため、図３又は図４の構成と比較して、放出されたガスが放出口３５の内周面により接触しにくくなり、より確実なガスの放出を実現できるものとなる。

また、放出口３５の形状は、図１に示すような矩形断面のものに限らず円形断面のものであってもよい。この場合、放出口３５と挿入部１５とが嵌合し合うように、挿入部１５の外形形状を放出口形状に合わせて変更すればよい。

本実施形態の組電池の構成を示す斜視図である。図１の電池セルを単体の状態で示す斜視図である。放出口に固定部材の挿入部が差し込まれた状態を示す断面図である。セルケース及び固定部材の他の例を示す断面図である。固定部材のさらに他の例を示す斜視図である。固定部材のさらに別の例を示す斜視図である。固定部材における挿入部の他の例を示す斜視図である。従来の組電池の構成の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ固定部材
１２放出用通路
１３スリット
１５、１５Ａ、１５Ｃ、１５Ｄ挿入部
１７、１７Ａ、１７Ｃ支持部
１９フィン
２０電池セル
２３封止部
２４外装フィルム
２５ａ、２５ｂ電極タブ
３０、３０Ｂセルケース
３５放出口
４０安全弁

Claims

外装フィルムによって形成された密閉空間内に、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素を収容すると共に、樹脂材料からなるセルケースによって保持されたフィルム外装電気デバイスと、複数の前記フィルム外装電気デバイスを積層状態で位置決め固定する固定部材とを有し、
前記各フィルム外装電気デバイスの前記外装フィルムの外周部の一部には、前記密閉空間内のガスを放出させる安全弁が設けられ、
前記各セルケースは、前記安全弁に対応する位置に放出口を備え、
前記固定部材は、それぞれが前記各放出口内に嵌合し、内側に放出用通路が形成された複数の挿入部と、該複数の挿入部を一括して支持する支持部とを有し、少なくとも前記放出用通路の内周面は前記ガスに対して耐熱性のある材料で構成されているフィルム外装電気デバイス集合体。
前記挿入部及び前記支持部がいずれも金属材料で構成されている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス集合体。
前記挿入部及び前記支持部の少なくとも一方には、放熱用のフィンが設けられている、請求項１又は２に記載のフィルム外装電気デバイス集合体。
前記挿入部は金属材料からなる管状部材で構成され、前記支持部は前記各管状部材の外周面の一部を支持する樹脂成形品で構成されている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス集合体。