JP5309434B2 - Thin battery - Google Patents
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Description
本発明は、ハイブリッド自動車の電源等として用いられる薄型電池に関する。 The present invention relates to a thin battery used as a power source for a hybrid vehicle.
薄型電池に関し、正極板と負極板とを有する複数の電極板が、セパレータを介して積層された発電要素を備える薄型電池が知られている。この薄型電池は、例えばリチウムイオン二次電池のように、自動車用の二次電池などとして研究開発が進められている。 Regarding a thin battery, a thin battery including a power generation element in which a plurality of electrode plates each having a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked via a separator is known. The thin battery is being researched and developed as a secondary battery for automobiles such as a lithium ion secondary battery.
この薄型電池の発電要素は、外装体としての二枚のラミネートフィルムの間に収容され、これらのラミネートフィルムの外周縁部を互いに溶着することにより、外装体の内部に発電要素を電解液とともに封止している。 The power generation element of this thin battery is accommodated between two laminated films as an exterior body, and the outer peripheral edge portions of these laminate films are welded together, thereby sealing the power generation element together with the electrolyte inside the exterior body. It has stopped.
このような外装体の内部に発電要素を封止した薄型電池においては、過充電や内部短絡などが原因となって、発電要素が発熱するとともにガスが発生し、このガス発生により外装体の内部圧力が増大する場合が考えられる。この外装体の内部圧力の増大によって、仮に外装体からガスが急激に放出されると、内部の電解液が飛散して電池周辺の電装機器に影響を与える等のおそれがあるため、外装体の内部圧力が増大したときには、安全弁などにより内部圧力を速やかに減少させることができることが望ましい。 In such a thin battery in which the power generation element is sealed inside the exterior body, the power generation element generates heat and gas is generated due to overcharge or internal short circuit, and this gas generation causes the inside of the exterior body. A case where the pressure increases is conceivable. If the gas is suddenly released from the exterior body due to an increase in the internal pressure of the exterior body, the internal electrolyte may scatter and affect the electrical equipment around the battery. When the internal pressure increases, it is desirable that the internal pressure can be quickly reduced by a safety valve or the like.
外装体の内部圧力を減少させるために、外装体を構成するラミネートフィルムの外周縁の一部の溶着部分に剥離強度の弱い脆弱な部分を設けて安全弁部とし、内部圧力の増大時には、この安全弁部を内部圧力により開放することによって、電池内部のガスを外部に導出させるということが考えられていた(例えば、特許文献1)。 In order to reduce the internal pressure of the exterior body, a weak part with weak peel strength is provided at a part of the outer peripheral edge of the laminate film constituting the exterior body as a safety valve part. When the internal pressure increases, this safety valve It has been considered that the gas inside the battery is led out to the outside by opening the part with internal pressure (for example, Patent Document 1).
また、安全弁を精度良く作動させるために、低融点樹脂からなる安全弁に、発電要素からの熱を伝達する伝達部材を設けることが提案されている(例えば、特許文献2)。
ところが、特許文献1に記載されているように、外装体の外周縁の溶着部分の一部に剥離強度の弱い脆弱部を設けた電池では、電池の通常使用時(正常時)の溶着部分の剥離強度を充分に確保しつつ、過充電や内部短絡等の異常時には剥離するように剥離強度を設定する必要があるが、この脆弱部の剥離強度を調整することが困難であり、意図した内部圧力で確実に脆弱部を剥離させることが難しかった。 However, as described in Patent Document 1, in a battery in which a weak portion having a weak peel strength is provided in a part of the welded portion on the outer peripheral edge of the outer package, the welded portion during normal use (normal time) of the battery is used. It is necessary to set the peel strength so that the peel strength is peeled off when there is an abnormality such as overcharge or internal short circuit while ensuring a sufficient peel strength, but it is difficult to adjust the peel strength of this fragile part and the intended internal It was difficult to surely peel the fragile part with pressure.
また、特許文献2に開示されているように、伝達部材を設けた電池では、伝熱部材を設けたことにより、コストが増大するという問題があった。 Further, as disclosed in Patent Document 2, the battery provided with the transmission member has a problem that the cost increases due to the provision of the heat transfer member.
上記の課題を有利に解決する本発明の薄型電池は、電極板としての正極板と負極板とを有するとともに、これらの電極板よりも大きい平面形状のセパレータを有し、これらの正極板及び負極板の外周縁端部と当該セパレータの外周縁端部とに距離を設けた状態で、正極板及び負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素を、二枚のラミネートシートの周縁部を互いに所定の溶着幅で溶着した溶着部を有する外装体の内部に封止し、前記発電要素が所定値以上に発熱する異常時に前記溶着部を剥離させて前記外装体を開封する薄型電池において、この発電要素のセパレータ及び電極板の少なくとも一方の外周縁端部の一部に、上記セパレータ外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分を設け、前記異常時に、前記発電要素の発熱によって前記セパレータが熱収縮し、前記他の部位よりも短くした部分が前記他の部位よりも早く優先的に内部短絡するように構成したことを要旨とする。 The thin battery of the present invention that advantageously solves the above problems has a positive electrode plate and a negative electrode plate as electrode plates, and has a planar separator larger than these electrode plates, and these positive electrode plate and negative electrode A power generation element formed by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate through a separator with a distance between the outer peripheral edge of the plate and the outer peripheral edge of the separator. In a thin battery that seals the inside of an exterior body having a welded portion welded at a predetermined welding width to each other, and peels off the welded portion and opens the exterior body when the power generation element generates heat above a predetermined value. Provided in a part of the outer peripheral edge of at least one of the separator and electrode plate of the power generating element is a portion where the distance between the separator outer peripheral edge and the outer peripheral edge of the electrode plate is shorter than other parts. , At the time of the abnormality , The separator by heat generation of the power generating element is thermally contracted, and summarized in that the other shorter portions than sites were configured to internal short circuit quickly preferentially than the other sites.
本発明の薄型電池によれば、異常時に内部圧力の増大を速やかに、かつ確実に緩和することが可能となる。 According to the thin battery of the present invention, it is possible to quickly and surely mitigate an increase in internal pressure when an abnormality occurs.
本発明の薄型電池の実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。図1は、本発明の第一の実施形態に係る薄型電池10の平面図である。また、図2は、図1に示した薄型電池10の領域Aを拡大した透視図である。
Embodiments of the thin battery of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a
図1に示された薄型電池10は、発電要素11を有している。この発電要素11は、電解液と共に二枚のラミネートフィルムからなる外装体12の内部に収容されている。また、発電要素11は、それぞれ正極側の電極端子13と、負極側の電極端子14と接続している。この正極側の電極端子13及び負極側の電極端子14が外装体12より外部へ延出するような態様で、外装体12のラミネートフィルムの外周縁部が溶着され、発電要素11が外装体12により封止されている。
A
発電要素11は、正極の活物質等が金属箔の表面に塗布形成された正極板111aと、負極の活物質等が金属箔の表面に塗布形成された負極板111bと、この正極板111a及び負極板111bの間に介在する樹脂製の多孔質シートよりなるセパレータ112とを有している。これらの正極板111a、負極板111b及びセパレータ112の複数個が交互に積層されて上記発電要素11が形成されている。セパレータ112と、電極板としての正極板111a及び負極板111bとの大きさの関係は、セパレータ112のほうが大きい平面形状を有している。一例として、セパレータ112が負極板111bと同一又は大きく、正極板111aよりも大きいサイズになる。このような大きさの関係になるセパレータ112と電極板111a、111bとが積層されてなる発電要素11は、正極板111a又は負極板111bの外周縁端部と、セパレータ112の外周縁端部とは、所定の距離が開いている。
The
そして、図1に示した本実施形態の薄型電池10は、この発電要素11におけるセパレータ112及び電極板111a、111bの少なくとも一方の外周縁端部の一部に、セパレータ112の外周縁端部と電極板111a、111bの外周縁端部との距離を、その他の部位よりも短くした部分を設けてある。より具体的には、図1においては、概略長方形の平面形状を有するセパレータ112について、一つの長辺の中央部近傍において、切り欠き部111nが形成されている。
The
この切り欠き部112nを含む領域を拡大して図2に示すように、本実施形態では、発電要素11の電極板を構成する正極板111a及び負極板111bの外周縁端部よりも、セパレータ112の外周縁端部が外装体12の溶着部に向けて延出していて、このセパレータ112の延出している領域の一部に切り欠き部112nが形成されている。この切り欠き部112nは、他の部分よりも延出量が少ない。すなわち、セパレータの外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離が短くなっている。
As shown in FIG. 2 by enlarging the region including the
この切り欠き部112nが形成されたセパレータ112と、電極板としての正極板111a及び負極板111bとの重ね合わせの位置関係を、図3の斜視図で示す。図3に示されるように、発電要素11は、概略長方形の平面形状を有する正極板111a及び負極板111bとの間に介在するように、セパレータ112が配設されている。このセパレータの長辺の一部には、切り欠き部112nが形成されており、この切り欠き部112nは正極板111a及び負極板111bの外周縁部から、わずかに延出するようような位置関係になっている。なお、実際の発電要素11は、正極板111a、負極板111b及びセパレータ112が一体化した積層体をなしている。
FIG. 3 is a perspective view showing the positional relationship of the overlap between the
発電要素11のセパレータ112に切り欠き部112nを有している本実施形態の薄型電池の作用効果について説明する。過充電やデッドショートといった異常時などにおいて、電池が発熱すると、多孔質のセパレータ112が熱収縮する。すると、セパレータ112の切り欠き部112nの部分においては、セパレータ112の外周縁と正極板111a又は負極板111bの外周縁との距離が無くなり、正極板111aと負極板111bとが、この切り欠き部112nにおいて他の部位よりも早く、優先的に内部短絡することになる。この内部短絡により、この切り欠き部112n及びその近傍のみに電流が集中して急速かつ高温に発熱する。したがって、切り欠き部112n及びその近傍の発熱によって、外装体のうち、この切り欠き部112nと対向する部位が加熱されて軟化し、外装体を形成するために重ねられて溶着している二枚のラミネートフィルムの溶着力が低下するから、外装体は、この部位において開封する。つまり、セパレータ112の切り欠き部112nと対向する部位の外装体の溶着部が、安全弁の役割を果たすことになる。このことから、電池に異常が発生していない正常時はラミネートシートの剥離強度を充分に確保できると共に、過充電やデッドショート等の異常時においては、この112nに対向する外装体の部位が、優先的に確実に開封することになるから、電池の異常時には外装体を確実に開封させることが可能となる。また、本実施形態の電池は、セパレータの外周縁部の一部に切り欠き部112nを単に形成するだけで、上記した作用効果を実現することができるので、特別な伝熱部材を設ける必要がない。この切り欠き部112nは、例えば、セパレータの製造時に、打ち抜き加工等により容易に形成することができるので、切り欠き部112nを形成するために、特別な工程を付加する必要がなく、製造コストの上昇をもたらさない。
The effect of the thin battery of this embodiment which has the
なお、図1〜図3に示した本実施形態の薄型電池10は、切り欠き部111nを、概略長方形の平面形状を有する当該セパレータ112の長辺側中央部に設けているが、この切り欠き部の位置は、図示した例に限定されるものではない。要は、異常時に正極板111aと負極板111bとが優先的に短絡して発熱することが可能となるように、セパレータ112の外周縁の一部に切り欠き部を設けられればよいのであって、その切り欠き部の位置は限定されない。もっとも、図示したような長辺側に切り欠き部112nを設けることは、電極端子13又は14との干渉がない点で有利である。
In the
また、切り欠き部112nが形成されることによって距離が短くなった、切り欠き部112nの外周縁と正極板111aの外周縁又は負極板111bの外周縁との距離は、セパレータ112の材質、セパレータの面積などに基づいて、異常時に切り欠き部112nで優先的に内部短絡することができる値として適切に定めることができる。
Further, the distance between the outer peripheral edge of the
図示した切り欠き部112nは、切り欠きの平面形状が台形であるが、この切り欠きの平面形状は台形のものに限られない。例えば、半円形のものであっても良いし、三角形のものであっても良い。また、切り欠きのほかにも、セパレータ112の外周縁近傍に孔を形成することにより、セパレータの外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離が短い態様とすることもできる。
In the
図1〜図3に図示した第一の実施形態では、外装体12の構造については、従来公知の外装体と同様の構造を有しているものであるが、本実施形態に従い、発電要素11のセパレータ112が切り欠き部112nを具備することに対応して、外装体12の構造に工夫を加えることもできる。
In the first embodiment illustrated in FIGS. 1 to 3, the structure of the
外装体12に工夫を加えた薄型電池の一例を図4及び図5に示す。図4は、薄型電池20の平面図であり、図5は、図4の領域Bを拡大した透視図である。なお、図4及び図5において、図1〜図3と同一の部材には同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
An example of a thin battery in which the
図4及び図5に示した本実施形態の薄型電池20は、発電要素11のセパレータ112の切り欠き部112nと対向する位置の外装体12の部分について、二枚のラミネートフィルムの溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも狭くなっている。この領域Aを図5に拡大して示すように、セパレータ112に近接している外装体12の溶着部分のうち、切り欠き部112nに対向している部分の溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも狭い、狭幅部12nが形成されている。
The
この狭幅部12nが形成されていることにより、発電要素11が発熱する異常時において、セパレータ112が熱収縮して切り欠き部112nの位置において正極側の電極板111aと負極側の電極板111bとか優先的に内部短絡して発熱したとき、狭幅部12nは、外装体の他の部分よりも溶着幅が狭いので、より開封されやすい。したがって、図1〜図3を用いて説明された実施形態と比べて、より確実かつ迅速に開封させることができる。
By forming the
外装体12の狭幅部12nの平面形状についても、図4及び図5に示した台形に限定されるものではなく、半円状、三角形状とすることもできる。また、外装体12の狭幅部12nは、要するに切り欠き部112nと対向する位置の溶着幅が他の部位の溶着幅よりも狭くなっていれば足りるのであって、狭幅部12nは、図示されたように外装体の溶着部の内周縁部に形成されたものに限らず、外装体の溶着部の外周縁部に形成されていてもよい。また、外装体の溶着部の内周縁部と外周縁部との間に孔を形成することにより、溶着幅が狭い領域を形成してもよい。これらの狭幅部12nの平面形については、二枚のラミネートフィルムの外周縁部を重ねて熱圧着する時に、圧着型を所定の形状にすることにより容易に形成することができるので、狭幅部12nを形成するために、特別な工程を付加する必要がなく、製造コストの上昇をもたらさない。
The planar shape of the
外装体12に工夫を加えた薄型電池の別の例を図6及び図7に示す。図6は、薄型電池30の要部の平面図であり、図7は、図6の領域Cを拡大した透視図である。なお、図6及び図7において、図1〜5と同一の部材については同一の符号を付してあり、以下では重複する説明を省略する。
FIG. 6 and FIG. 7 show another example of the thin battery in which the
図6及び図7に示した本実施形態の薄型電池30は、外装体12が、発電要素のセパレータ112の切り欠き部112nと対向する部分について、他の部位よりも低融点の材料12aを有している。具体的には、例えば、外装体12の二枚のラミネートシールの間に、このラミネートシールの材料よりも低融点の材料12aを、切り欠き部112nと対向する部分の外周縁部に介在させ、この低融点の材料12aを挟んだ状態で上記二枚のラミネートシートの外周縁部を互いに溶着することにより、低融点の材料12aを上記した部位に有している。
The
この低融点の材料12aを有していることにより、発電要素11が発熱する異常時において、セパレータ112が熱収縮して切り欠き部112nの位置において正極側の電極板111aと負極側の電極板111bとか優先的に内部短絡して発熱したとき、低融点の材料12aを有する部分は、外装体の他の部分よりも融点が低いので、より開封されやすい。したがって、図4及び図5を用いて説明した実施形態と同様に、確実かつ迅速に開封させることができる。
By having this low
低融点の材料12aは、外装体12のラミネートフィルムと溶着可能な材料であって、外装体の一部として求められる溶着後の剥離強度、耐電解液特性等の特性を具備し、適切な融点を有する材料を、適宜選択することができる。
The low-melting-
以上、説明した各実施形態は、発電要素11のセパレータ112が、切り欠き部112nを有する例を示したが、本発明の薄型電池においては、セパレータ112の外周縁端部と電極板111a又は111bの外周縁端部との距離を、その他の部位よりも短くした部分を設けるための構成は、上記した切り欠き部112nを形成した例に限られない。別の例としては、電極板111a又は111bの外周縁端部の一部に、セパレータの外周縁端部に向けた凸部を形成した例がある。
Each embodiment described above has shown an example in which the
この正極又は負極の電極板111a又は111bの外周縁端部の一部に、セパレータの外周縁端部に向けた凸部を形成した実施形態について、図8及び図9を用いて説明する。図8は、本実施形態の薄型電池40の平面図であり、図9は、図8の領域Dを拡大した透視図である。なお、図8及び図9において、図1〜図7と同一の部材には同一の符号を封しており、以下では重複する説明を省略する。
An embodiment in which a convex portion toward the outer peripheral edge of the separator is formed on a part of the outer peripheral edge of the positive or
図8及び図9に示した本実施形態の薄型電池40は、発電要素11について、図9に明示したように、発電要素11の電極板を構成する正極板111a及び負極板111bの外周縁端部よりも、セパレータ112の外周端部が外装体12の溶着部に向けて延出している。そして、この正極板111a又は負極板111bの外周縁端部の一部に、セパレータ112の外周縁端部に向かう凸部111cが形成されている。この凸部111cが形成されていることにより、電極板の凸部111cの先端部と、セパレータ112の外周縁端部との距離が、他の部位よりも短くなっている。このことにより、過充電やデッドショートといった異常時などにおいて、電池が発熱すると、多孔質のセパレータ112が熱収縮する。すると、電極板の凸部111cの部分においては、セパレータ112の外周縁端部と正極板111a又は負極板111bの外周縁端部との距離が無くなり、正極板111aと負極板111bとが、この電極板の凸部111cにおいて他の部位よりも早く、優先的に内部短絡することになる。したがって、図1〜図3に示した実施形態と同様に、電極板の凸部111cと対向する部位の外装体の溶着部が、安全弁の役割を果たすことになる。このことから、電池に異常が発生していない正常時はラミネートシートの剥離強度を充分に確保できると共に、過充電やデッドショート等の異常時においては、この電極板の凸部111c近傍の外装体の部位が、確実に開封することになるから、電池の異常時には外装体を確実に開封させることが可能となる。また、本実施形態の電池は、電極板の外周縁部の一部に凸部111c切り欠き部112nを単に形成するだけで、上記した作用効果を実現することができるので、特別な伝熱部材を設ける必要がない。この切り欠き部112nは、例えば、セパレータの製造時に、打ち抜き加工等により容易に形成することができるので、切り欠き部112nを形成するために、特別な工程を付加する必要がなく、製造コストの上昇をもたらさない。
As shown in FIG. 9, the
なお、図8及び図9に示した本実施形態の薄型電池40は、電極板の凸部111cを、概略長方形の平面形状を有する電極板の長辺側中央部に設けているが、この凸部111cの位置は、図示した例に限定されるものではない。要は、異常時に正極板111aと負極板111bとが優先的に短絡して発熱することが可能となるように、電極板の外周縁のどこか一箇所に凸部を設けられればよいのであって、その凸部の位置は限定されない。もっとも、図示したような長辺側に凸部111aを設けることは、電極端子13又は14との干渉がない点で有利である。
In the
また、電極板の凸部111cが形成されることによって距離が短くなった、当該凸部111cの先端部とセパレータ112の外周縁端部との距離は、セパレータ112の材質、セパレータの面積などに基づいて、異常時に凸部111cで優先的に内部短絡することができる値として適切に定めることができる。
In addition, the distance between the tip of the
図示した凸部111cは、平面形状が台形であるが、この凸部111cの平面形状は台形のものに限られない。例えば、半円形のものであっても良いし、三角形のものであっても良い。
Although the illustrated
この図8及び図9に図示した実施形態では、図4及び図5に示した実施形態と同様に、外装体12に工夫が加えられ、すなわち、外装体12の一部分について、二枚のラミネートフィルムの溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも狭い狭幅部12nが形成されている。この部分は、発電要素11の電極板の凸部111cと対向する位置である。
In the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, as in the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the
この狭幅部12nが形成されていることにより、発電要素11が発熱する異常時において、セパレータ112が熱収縮して凸部112cの位置において正極側の電極板111aと負極側の電極板111bとか優先的に内部短絡して発熱したとき、狭幅部12nは、外装体の他の部分よりも溶着幅が狭いので、より開封されやすい。したがって、図4及び図5を用いて説明された実施形態と同様に、より確実かつ迅速に開封させることができる。
By forming the
以上、本発明に係る薄型電池を、図面を用いて説明したが、本発明の薄型電池は、図面に示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、幾多の変形をすることができる。例えば、図8及び図9に示した実施形態では、外装体12に、狭幅部12nが形成されているが、外装体12は、この狭幅部12nの代わりに、図6及び図7に示された低融点の材料12aを有している構成にすることもできる。
The thin battery according to the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the thin battery according to the present invention is not limited to the embodiment shown in the drawings, and does not depart from the gist of the present invention. Many variations can be made. For example, in the embodiment shown in FIGS. 8 and 9, the
10 薄型電池
11 発電要素
12 外装体
13 電極端子
14 電極端子
111a 正極側の電極板
111b 負極側の電極板
111c 凸部
112 セパレータ
112n 切り欠き部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
この発電要素のセパレータ及び電極板の少なくとも一方の外周縁端部の一部に、前記セパレータ外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分を設け、
前記異常時に、前記発電要素の発熱によって前記セパレータが熱収縮し、前記他の部位よりも短くした部分が前記他の部位よりも早く優先的に内部短絡するように構成したことを特徴とする薄型電池。 It has a positive electrode plate and a negative electrode plate as electrode plates, and has a planar separator larger than these electrode plates, and an outer peripheral edge portion of these positive electrode plate and negative electrode plate and an outer peripheral edge portion of the separator A power generating element in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator in a state where a distance is provided between them, and an outer package having a welded portion in which peripheral edges of two laminate sheets are welded to each other with a predetermined weld width In a thin battery that is sealed inside, the power generation element peels off the welded part at the time of abnormality that generates heat above a predetermined value, and opens the exterior body.
Provided in a part of the outer peripheral edge of at least one of the separator and electrode plate of this power generation element is a portion in which the distance between the outer peripheral edge of the separator and the outer peripheral edge of the electrode plate is shorter than other parts. ,
When the abnormality occurs, the separator is thermally contracted by heat generation of the power generation element, and a portion that is shorter than the other part is configured to be short-circuited preferentially earlier than the other part. Thin battery.
前記正極板及び負極板はそれぞれ電極端子に接続されると共に、該電極端子は前記外装体の外部まで導出され、
前記セパレータ外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分は、前記電極端子が導出された辺以外の辺に対応した位置に設けられたことを特徴とする請求項1に記載の薄型電池。 The thin battery has an outer periphery surrounded by four sides and is formed in a rectangular shape in plan view,
The positive electrode plate and the negative electrode plate are each connected to an electrode terminal, and the electrode terminal is led to the outside of the exterior body,
That the distance between the outer peripheral edge of the separator and the outer peripheral edge of the electrode plate is shorter than the other part is provided at a position corresponding to a side other than the side from which the electrode terminal is derived. The thin battery according to claim 1.
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