JP6011212B2 - 油漬型電池及び油漬型電池用単電池 - Google Patents

Description

本発明は、ラミネートフィルムなどのフィルムからなる外装が使用される構成を有する油漬型電池用単電池や、これを絶縁油と共に収納槽に収容及び密封して成る油漬型電池に関するものである。

この種の油漬型電池は、例えば、特許文献１において開示されるように、深海調査船用の群電池として好適なものが知られている。即ち、電極及び電解液を含む電極体とこれに接続されるリードとを内面に樹脂層が形成されたラミネートフィルム（合成樹脂のフィルムを数種類重ねて張り合わせたフィルム）からなる容器に収納、密封した電池（単電池）を、絶縁油とともに電池槽に収納してなる非水電解液二次電池である。

非水電解液二次電池では、電池内に水分が浸入すると電池性能が著しく低下することが知見されている。そこで、外装である容器にラミネートフィルムを使用した電池においては、プラスチック層（合成樹脂層）の水分透過を過誤できないので、通常、ラミネートフィルム内に水分透過を防止するアルミニウム層が設けられている。

しかしながら、アルミニウム層を備えるラミネートフィルム製容器の電池を油漬油型（漬均圧型）として使用する場合には、圧力サイクルの繰り返しによる変形により、破れや割れなど、アルミニウム層により容器が早期に破損するおそれのあることが分ってきた。

特開２００３−０９２０９４号公報

本発明の目的は、フィルムからなる容器に破れや割れなどの早期の破損おそれがないようにして、より改善された油漬型電池、並びにこれに用いられる油漬型電池用単電池を提供する点にある。

請求項１に係る発明は、油漬型電池において、
金属層を有さないフィルムｆからなる容器１１に電極体１０を収容してなる単電池１と、前記単電池１を浸漬する絶縁油４と、前記単電池１及び前記絶縁油４を収納する収納槽２とを備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の油漬型電池において、水分吸収材１７を備えていることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の油漬型電池において、前記水分吸収材１７が、前記単電池１の内部に配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の油漬型電池において、前記フィルムｆが、２層以上の樹脂層からなるラミネートフィルムであることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、絶縁油４と共に収納槽２に収納して油漬型電池Ａを構成するための油漬型電池用単電池であって、金属層を有さないフィルムｆからなる容器１１に電極体１０を収容してなる油漬型電池用単電池。

請求項１の発明によれば、単電池の構成要素であるフィルムからなる容器には、アルミニウム層が存在しないから、前述した不都合、即ち、「圧力サイクルの繰り返しによる変形により、破れや割れなど、アルミニウム層により容器が早期に破損するおそれがある」ということが生じない。故に、アルミニウム層の変形に起因する破損は起こらないから、高信頼性で長寿命の油漬型電池とすることが可能になる。
よく考えてみると、油漬型電池においては、単電池の周囲は絶縁油で満たされていて水分が存在しない環境下で使用されるから、電池外部からの水分浸入や混入ということを想定しなくて良い。この新たな認識に基づく発想の転換により、従来では必須の構成であったアルミニウム層を省略可能であることが想到し得た。
その結果、フィルムからなる容器に破れや割れなどの早期の破損おそれがないようにして、より改善された油漬型電池を提供することができる。

請求項２の発明によれば、次のような効果を奏することが可能になる。即ち、油漬型電池においては、単電池は油漬けとされるため、容器内に水分が浸入する可能性は限りなく低い。しかしながら、電池組付け時や運搬時、或いは長期間の使用ということまで考慮する場合には、極微量であっても水分が浸入するおそれを払拭できない。
故に、水分吸収材を備える構成とすれば、万が一に容器内に水分が浸入した場合には、その水分は水分吸収材が吸収するようになるから、請求項１の構成による前記効果を問題なく発揮させることができる利点がある。

請求項３の発明によれば、水分吸収材を単電池の内部に設けているので、容器を越えて電池内部に浸入してくる水分だけでなく、水分が元々電池内部に存在している場合には、その既存水分をも吸収することができる。従って、水分吸収材を必要となる箇所に効率良く配備することができて、より合理的な油漬型電池を提供することができる。

請求項４の発明によれば、単電池の容器を構成する材料であるフィルムを、２層以上の樹脂層からなるラミネートフィルムとしてあるから、必要十分な強度と柔軟性とを兼ね備えたものとなり、長期に亘って電池機能を発揮できるに相応しい外装構造が実現できる利点がある。

請求項５の発明によれば、請求項１の構成による前記効果と同等の効果を得ることが可能な油漬型電池用単電池を提供することができる。

複数の油漬型電池を用いた群電池を示す断面図 油漬型電池を示す斜視図 油漬型電池の一部切欠きの縦断側面図 油漬型電池の横断面図 別構造による油漬型電池を示す横断面図

以下に、本発明による油漬型電池及び油漬型電池用単電池の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

油漬型電池Ａは、図１に示すように、電池カバー３に収容された単電池（油漬型電池用単電池）１の複数が整列された状態で電池槽（収納槽の一例）２に収納されるとともに、それら複数の単電池１と電池槽２との間の空間部を満たす流動パラフィンなどの絶縁油４が注入装備されることでなる群電池（組電池）に構成されている。この油漬型電池Ａは、深海調査船や水中走行体の電源として使用される。
電池槽２の底面には、プラダー５が取り付けられている。プラダー５の内部は、水平方向に張架されるゴム製の膜６により、油漬型電池Ａの外部と連通する下側の自由空間５ａと、連通路１８を設けることで電池槽２の内部と連通する上側の油漬空間５ｂとに仕切られている。

プラダー５の膜６は群電池外部の圧力に応じて伸縮するので、深海において油漬型電池Ａに高圧が加わっても、膜６が撓んで絶縁油４を電池槽２内に押し込むので、電池槽２の内外の圧力が均一になる。これにより、油漬型電池Ａは、深海という高圧環境下でも使用することができる

さて、図２〜４に示す単電池１は、図４に示すように、正極７と負極８とを、セパレータ９を介して扁平渦巻状に巻回することで形成される積層構造ｂの電極体１０を有している。六フッ化リン酸リチウム等の支持塩を含有する電解液が保持されたセパレータ９は、正極活物質材料が塗布された板状の正極７と負極活物質材料が塗布された板状の負極８とを絶縁する部材である。

電極体１０は、ラミネートフィルムｆからなる容器１１に収められ、密封されている。ラミネートフィルムｆは、図３に示すように、内側から順に、融点１５０℃以下のＰＰ（ポリプロピレン）でなる内ＰＰ層（樹脂層の一例）１２、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）でなるＰＥＴ層（樹脂層の一例）１３、前記内ＰＰ層１２と同材による外ＰＰ層（樹脂層の一例）１４との三枚が積み重ねられる構造、即ち、合成樹脂材のみからなって金属層を有さないフィルムである。そして、この容器１１は、ラミネートフィルムｆの縁部どうしを溶着することにより、密閉された袋状のものに形成される。

電極体１０における正極７及び負極８には、それぞれアルミニウム製及び銅製の平板状リード１５の一端が接続されている。各リード１５は容器１１の内面間を通るように設けられており、各リード１５の容器縁部１１ａと交差する箇所には、融点１５０℃以下のＰＰ（ポリプロピレン）からなるフィルム状のシール部材１６が被覆されている。そしてこの箇所では、容器１１の内ＰＰ層１２はシール部材１６と溶着される。つまり、単電池１は、金属層を有さないフィルムｆからなる容器１１に電極体１０を収容してなるものである。

また、単電池１は、その内部に水分吸収材１７を備えている。水分吸収材１７は、例えば、ゼオライトや酸化カルシウムが分散されたＰＥ（ポリエチレン）樹脂から形成されるシート状又は板状のものである。図３，４に示すように、シート状の水分吸収材１７をロール状に巻いて、電極体１０と容器１１の内ＰＰ層１２との間の空隙を埋めるかのように配置されている。水分吸収材１７の厚さは０．１〜０．５ｍｍに設定すると好都合であるが、それ以外の値でも良い。

以上説明したように、実施形態１による油漬型電池Ａは、金属層を有さないフィルムｆからなる容器１１に電極体１０を収容してなる単電池１と、単電池１を浸漬する絶縁油４と、単電池１及び絶縁油４を収納する収納槽２とを備えたものである。詳しくは、アルミニウム層を有さないラミネートフィルムｆからなる容器１１に電極体１０を収容してなる単電池１を、絶縁油４とともに電池槽２に収納してなる油漬型電池Ａである。ラミネートフィルムｆは２層以上の樹脂層からなるとともに、単電池１の内部に配置される状態で水分吸収材１７が装備されている。

よく考えてみるに、電池を油漬状態で使用する場合には、電池の周囲には油しかなく電池と外気とは直接触れず、従って外気からの水分混入はない。故に、外装であるフィルムｆに水分吸収用のアルミニウム層を設ける必要が無いことに気付いたのである。
そこで、本発明による油漬型電池Ａでは、油漬均圧型として圧力サイクルが繰り返される使い方をしても、アルミニウム層の変形に起因する破損は起こらないから、高信頼性で長寿命の油漬型電池とすることが可能になる。
さらに、外装（容器１１）にアルミニウム層が無いから、端子リードと外装フィルムとの溶着部での端子リードとアルミニウム層との短絡等の問題も起こらないため、この点においても高信頼性で長寿命の油漬型電池を得ることができる。

さて、油漬型電池Ａにおいては、単電池１は油漬けとされるため、容器１１内に水分が浸入する可能性は限りなく低い。そのため、アルミニウム層を含まないフィルムという低コストで、かつ、機械的強度に優れるラミネートフィルムを用いることが可能となっている。しかしながら、電池組付け時や運搬時、或いは長期間の使用時においては水分が浸入する可能性があり、従って、水分浸入に関して考慮する必要があると思われる。
そこで、適量の水分吸収材１７を容器１１に内蔵する工夫により、万が一に容器１１内に水分が浸入した場合には、その水分は水分吸収材１７に吸収されるようになる。

なお、水分吸収材１７における水分吸収量が０．１ｍｇ／Ａｈを下回ると水分を吸収する作用効果が小さくなる。また、水分吸収材１７における水分吸収量が０．１ｇ／Ａｈを超えると、水分吸収材１７の体積膨張が無視できないものとなり（大きくなり）、単電池１のエネルギー密度の低下やコストアップが生じるおそれが出てくる。従って、水分吸収材１７としては、０．１ｍｇ／Ａｈ以上で、かつ、０．１ｇ／Ａｈ以下となる水分吸収能力を持つものを設定することが望ましい。

〔別実施形態〕
単電池１の構造としては、図５に示すように、渦巻き型の電極体１０の巻き中心に形成される扁平な空間部に、板状の水分吸収材１７を配置する構造のものでも良い。この場合は、水分吸収材１７の厚みを０．１〜３．０ｍｍに設定することが可能であるとともに、電極体１０と容器１１（フィルムｆ）との間に隙間は設けなくて良い。

また、水分吸収材１７は、例えば容器１１に巻き付け装着するなど、単電池１に外装される状態で装備される構成も可能である。なお、一つの単電池１のみ備える構造の油漬型電池Ａとすることも可能である。

〔その他〕
その他、上記実施形態ではラミネートフィルムｆが３層構造であったが、２層構造であってもよく、例えば、ＰＥＴ層１３の外側にＰＰ層１４が積層されてなる２層構造の合成樹脂フィルム（ラミネートフィルム）が採用され得る。
また、容器１１の構造も限定されるものではなく、１枚のフィルムからなる筒形状の他にも、２枚のフィルムのからなるバターカップの如き形状であってもよい。
さらに、水分吸収材１７が、単電池１の外部の電池槽２内に配設されていてもよい。

１ 単電池
２ 収納槽
４ 絶縁油
１０ 電極体
１１ 容器
１７ 水分吸収材
ｆ 金属層を有さないフィルム
Ａ 油漬型電池

Claims (3)

1. 金属層を有さないフィルムからなる容器に電極体を収容してなる単電池と、前記単電池を浸漬する絶縁油と、前記単電池及び前記絶縁油を収納する収納槽とを備える油漬型電池であって、
   さらに水分吸収剤を備え、前記水分吸収剤が、前記単電池の外部かつ前記収納槽の内部に配設されるか、又は前記単電池の内部に配置される油漬型電池。
2. 前記フィルムが、２層以上の樹脂層からなるラミネートフィルムである請求項１の油漬型電池。
3. 絶縁油と共に収納槽に収納して油漬型電池を構成するための油漬型電池用単電池であって、金属層を有さないフィルムからなる容器に電極体を収容してなり、さらに水分吸収剤を備え、前記水分吸収剤が、前記単電池の内部に配置される油漬型電池用単電池。

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