JP6298032B2 - 蓄電セル、外装フィルム及び蓄電モジュール - Google Patents

Description

本発明は、蓄電素子が外装フィルムによって封止された蓄電セル、外装フィルム及び当該蓄電セルを積層した蓄電モジュールに関する。

近年、蓄電素子が外装フィルムによって封止されたフィルム外装蓄電セルが広く用いられている。フィルム蓄電セルは、使用時において、蓄電セルの制御回路が何らかの原因で故障して異常な電圧が印加されたり、何らかの原因で周囲が異常に高温となったりすると、電解液溶媒の電気分解によりガス種が発生し、蓄電セルの内圧が上昇することがある。そして、内圧が上昇したフィルム外装蓄電セルは、最終的には外装材が破裂しその箇所からガスが噴出するが、破裂がどの箇所で発生するのかがわからないため、破裂した箇所によっては周囲の機器等に悪影響を及ぼすことがある。

このような問題を解消するため、例えば特許文献１には、外装フィルムのシール部に半島状の突出融着部を設け、当該突出融着部に外装フィルムの膨張による剥離が進行したときの圧力開放部として貫通穴を形成した構成が開示されている。これにより、膨張によって生じる引き剥がし応力を突出融着部に集中させて剥離の進行を容易にすることができ、膨張時に圧力が容易に開放されるものとしている。

特開２００５−２０３２６２号公報

しかしながら、特許文献１の構成においては、貫通穴と突出融着部のシール幅が狭いため、長期信頼性において融着樹脂層から内部へ水分が透過するおそれがある。加えて、特許文献１に記載の構成以外にも、膨張した外装フィルムを突起物が突き破ることにより内部圧力を開放する構成もあるが、突起となる部品をデバイス毎に付ける等コスト増となる。また常に突起物がついているので、デバイスの取扱いにも注意が必要となる。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、異常時に上昇した内部圧力を安全に開放することができ、信頼性が高い蓄電セル、外装フィルム及び蓄電モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蓄電セルは、蓄電素子と、外装体とを具備する。
上記外装体は、上記蓄電素子を収容し、上記蓄電素子側の第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、上記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、上記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有し、上記金属層の上記第２の主面側に溝部が形成されている。

この構成によれば、蓄電セルの異常によって蓄電セルの内部圧力が上昇すると、溝部が形成されている箇所において金属層が断裂し、その裂け目から内部樹脂層が膨張する。内部樹脂層は内部圧力がさらに上昇すると破裂し、内部圧力が開放される。即ち、溝部の形成箇所において内部圧力が開放されるため、溝部以外の部分からの圧力開放を防止することができる。また、通常時（蓄電セルに異常が生じていない時）には金属層によって水分の収容空間への透過が防止されており、蓄電セルの信頼性を確保することが可能である。

上記外装体は、上記内部樹脂層が第１の厚みを有する第１の領域と、上記第１の厚みより小さい第２の厚みを有する第２の領域とを有し、上記溝部は、上記第２の領域に形成されてもよい。

この構成によれば、溝部が存在する箇所に厚みの小さい第２の領域が形成されているため、内部樹脂層の第１の厚みに係わらず、低い圧力で内部圧力を開放させることが可能となる。

上記内部樹脂層は、上記外部樹脂層を構成する樹脂より融点が低い樹脂を有してもよい。

この構成によれば、内部樹脂層を構成する樹脂の融点より高く、外部樹脂層を構成する樹脂の融点より低い温度に設定したヒーターで外装フィルムを押圧することによって、内部樹脂層のみを熱加工することが可能であり、内部樹脂層における第２の領域を容易に形成することが可能となる。

上記内部樹脂層は、無軸延伸ポリプロピレンからなり、上記外部樹脂層は、ナイロンからなり上記第２の主面に積層された第１外部樹脂層と、ポリエチレンテレフタレートからなり上記第１外部樹脂層に積層された第２外部樹脂層を含んでもよい。

この構成によれば、無軸延伸ポリプロピレンの融点はポリエチレンテレフタレートとナイロンより融点の低いため、ヒーターによる押圧によって無軸延伸ポリプロピレンからなる内部樹脂層に第２の領域を容易に形成することができる。

上記溝部は、上記外部樹脂層まで連続していてもよい。

この構成により、異常時に金属層を速やかに断裂させて、上昇した蓄電セルの内部圧力をより効率的に開放することが可能となる。

上記溝部の一部又は全部が絶縁物で埋められていてもよい。

これにより、外部樹脂層の強度が向上し、通常時における外装フィルムの断裂を防止することが可能となる。

上記絶縁物は、樹脂であってもよい。

溝部に埋められる絶縁物としては、樹脂、紙、ガラス等の各種絶縁物を用いることができるが、シール性の観点から樹脂が好ましい。

上記第２の厚みと上記第１の厚みの差は２０μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。

内部樹脂層における第２の厚みを第１の厚みより２０μｍ以上５０μｍ以下の範囲で薄くすることにより、第１の領域における内部樹脂層の強度を維持したまま、第２の領域における内部樹脂層の破裂を容易にすることができる。

上記金属層は、２５μｍ以上８０μｍ以下の厚みを有するアルミニウム箔であり、上記溝部は、上記金属層において上記金属層の厚みに対して１／１０以上２／３以下の深さを有してもよい。

この構成によれば、金属層における溝部の深さを金属層の厚みに対して１／１０以上２／３以下とすることにより、蓄電セルの通常時に金属層を断裂させずに、外部からの水分の透過を防止することができる。また、異常時に金属層が速やかに断裂するため、溝部の開放圧力を小さくすることが可能となる。

上記溝部は、上記金属層において上記金属層の厚みに対して１／３以上１／２以下の深さを有してもよい。

これにより、蓄電セルの通常時に金属層を断裂させずに外部からの水分の透過を防止することができるだけではなく、異常時に金属層を速やかに断裂させて、上昇した蓄電セルの内部圧力をより安全に開放することが可能となる。

上記外装体は、上記蓄電素子に対向して平面を形成する素子収容部と、上記素子収容部の周縁において上記内部樹脂層が互いに熱融着することによって形成されたシール部と、上記素子収容部と上記シール部の間の中間部を有し、上記溝部は、上記中間部に形成されてもよい。

当該蓄電セルを積層し、蓄電モジュールを形成した場合に、素子収容部は隣接する蓄電セルや他の部材に当接する。このため、溝部が素子収容部に形成されている場合には、溝部における内部樹脂層の膨張が他の部材によって妨げられる。上記構成によれば、溝部は他の部材に当接しない位置に設けられているため、溝部における内部樹脂層の膨張が他の部材によって妨げられず、溝部の開放圧力を小さくすることが可能となる。

上記素子収容部は、エンボス加工によって形成されてもよい。

外装体は、柔軟性を有する外装フィルムが蓄電素子を被覆し、蓄電素子の形状によって素子収容部を形成するものであってもよい。また、外装体はエンボス加工によって予め素子収容部が形成されたものであってもよい。

上記溝部は、上記シール部の周縁に対して平行に形成されてもよい。

この構成によれば、溝部における内部樹脂層の膨張及び破裂を容易とし、溝部の開放圧力を小さくすることが可能である。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る外装フィルムは、蓄電素子を収容する収容空間を形成する外装フィルムであって、上記蓄電素子側の第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、上記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、上記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有し、上記金属層の上記第２の主面側に溝部が形成されている。

上記構成を有する外装フィルムによって蓄電素子を被覆することにより、異常時に上昇した内部圧力を安全に開放することができ、信頼性が高い蓄電セルを作製することが可能である。

上記溝部は、上記外部樹脂層まで連続していてもよい。

この構成により、異常時に金属層を速やかに断裂させて、上昇した蓄電セルの内部圧力をより効率的に開放することが可能となる。

上記溝部の一部又は全部が絶縁物で埋められていてもよい。

これにより、外部樹脂層の強度が向上し、通常時における外装フィルムの断裂を防止することが可能となる。

上記絶縁物は、樹脂であってもよい。

溝部に埋められる絶縁物としては、樹脂、紙、ガラス等の各種絶縁物を用いることができるが、シール性の観点から樹脂が好ましい。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る蓄電モジュールは、複数の蓄電セルが積層された蓄電モジュールである。
上記蓄電セルは、蓄電素子と外装体とを具備する。
上記外装体は、上記蓄電素子を収容し、上記蓄電素子側の第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、上記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、上記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有し、上記内部樹脂層を上記蓄電素子側として上記蓄電素子を収容し、上記蓄電素子に対向して平面を形成する素子収容部と、上記素子収容部の周縁において上記内部樹脂層が互いに熱融着することによって形成されたシール部と、上記収容部と上記シール部の間の中間部を有し、上記中間部において上記金属層の上記第２の主面側に溝部が形成されている。

この構成によれば、溝部は、外装体の中間部、即ち他の部材と接触しない位置に設けられているため、溝部における内部樹脂層の膨張が他の部材によって妨げられず、溝部の開放圧力を小さくすることが可能となる。

以上のように、本発明によれば異常時に上昇した内部圧力を安全に開放することができ、信頼性が高い蓄電セル、外装フィルム及び蓄電モジュールを提供することができる。

本発明の実施形態に係る蓄電セルの斜視図である。 同蓄電セルの断面図である。 同蓄電セルの平面図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムの断面図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムの断面図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムの断面図である。 同蓄電セルの断面図である。 同蓄電セルの平面図である。 同蓄電セルの平面図である。 同蓄電セルの平面図である。 本発明の実施形態に係る蓄電モジュールの模式図である。 本発明の変形例に係る蓄電セルの断面図である。 本発明の別の変形例に係る外装フィルムの断面図である。 本発明の実施形態に係る蓄電セルが備える外装フィルムの製造に利用可能な溝部加工機の模式図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムにおける溝部の形成工程を示す模式図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムの製造に利用可能なシーラーの模式図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムにおける薄肉部の形成工程を示す模式図である。 同蓄電セルが備える外装フィルムにおける溝部の検査工程を示す模式図である。 本発明の実施例に係る蓄電セルの模式図である。 本発明の実施例における蓄電セルの加圧試験の結果を示す表である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

［蓄電セルの構造］
図１は、本実施形態に係る蓄電セル１０の斜視図であり、図２は、図１のＤ−Ｄ線における蓄電セル１０の断面図である。以下の図においてＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向は相互に直交する３方向である。

図１及び図２に示すように、蓄電セル１０は、外装フィルム２０、蓄電素子３０、正極端子４０及び負極端子５０を有する。

蓄電セル１０においては、２枚の外装フィルム２０によって構成される外装体が収容空間Ｒ１を形成し、収容空間Ｒ１には蓄電素子３０が収容されている。２枚の外装フィルム２０は、蓄電素子３０の周縁においてシールされており、外装体はシール部２０ａを備える。シール部２０ａについては後述する。

蓄電素子３０は、図２に示すように、正極３１、負極３２及びセパレータ３３を備える。正極３１と負極３２はセパレータ３３を介して対向し、収容空間Ｒ１に収容されている。

正極３１は、蓄電素子３０の正極として機能する。正極３１は正極活物質及びバインダ等を含む正極材料からなるものとすることができる。正極活物質は例えば活性炭である。正極活物質は、蓄電セル１０の種類に応じて適宜選択される。

負極３２は、蓄電素子３０の負極として機能する。負極３２は負極活物質及びバインダ等を含む負極材料からなるものとすることができる。負極活物質は例えばグラファイト、ハードカーボン等の炭素系材料である。負極活物質は、蓄電セル１０の種類に応じて適宜選択される。

セパレータ３３は、正極３１と負極３２の間に配置され、電解液を通過させると共に正極３１と負極３２の接触を防止（絶縁）する。セパレータ３３は、織布、不織布又は樹脂微多孔膜等であるものとすることができる。

図２においては、正極３１と負極３２がそれぞれ一つずつ設けられているが、それぞれが複数設けられるものとすることも可能である。この場合、複数の正極３１と負極３２がセパレータ３３を介して交互に積層されるものとすることができる。また、蓄電素子３０は、正極３１、負極３２及びセパレータ３３の積層体がロール状に巻回されたものとすることも可能である。

蓄電素子３０の種類は特に限定されず、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ等とすることができる。収容空間Ｒ１には、蓄電素子３０と共に電解液が収容される。この電解液は、例えばヘキサフルオロリン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）の炭酸プロピレン（ＰＣ）溶液等であり、蓄電素子３０の種類に応じて選択することができる。

正極端子４０は、正極３１の外部端子である。図２に示すように、正極端子４０は、正極配線４１を介して正極３１と電気的に接続され、シール部２０ａにおいて２つの外装フィルム２０の間を通って収容空間Ｒ１の内部から外部へ引き出されている。正極端子４０は導電性材料からなる箔又は線材等であるものとすることができる。

負極端子５０は、負極３２の外部端子である。図２に示すように負極端子５０は、負極配線５１を介して負極３２と電気的に接続され、シール部２０ａにおいて２つの外装フィルム２０の間を通って収容空間Ｒ１の内部から外部へ引き出されている。負極端子５０は導電性材料からなる箔又は線材等であるものとすることができる。

図３は、蓄電セル１０をＺ方向から見た模式図である。同図に示すように、シール部２０ａは、蓄電素子３０の周縁に形成される。シール部２０ａは、外装フィルム２０が互いに熱融着することにより形成され、収容空間Ｒ１を封止する。シール部２０ａの幅は例えば数ｍｍから数十ｍｍ程度とすることができる

［外装フィルムの構成］
図４は、外装フィルム２０の断面図である。同図に示すように、外装フィルム２０は、金属層２５、内部樹脂層２６及び外部樹脂層２７から構成されている。

金属層２５は、箔状の金属からなる層であり、大気中の水分の透過を防ぐ機能を有する。金属層２５は、図４に示すように、第１の主面２５ａとその反対側の第２の主面２５ｂとを有する。

金属層２５は、例えば、アルミニウムからなる金属箔とすることができる。また、金属層２５はこの他にも銅、ニッケル又はステンレス等の箔であってもよい。金属層２５の厚みは、２５μｍ以上８０μｍ以下が好適である。

内部樹脂層２６は、第１の主面２５ａに積層され、収容空間Ｒ１の内周面を構成し、金属層２５を被覆して絶縁する。

内部樹脂層２６は、樹脂からなり、例えば、無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）からなるものとすることができる。この他にも、内部樹脂層２６はポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド又はエチレン−酢酸ビニル共重合体等からなるものとすることができる。また、内部樹脂層２６は複数層の樹脂層が積層されて構成されてもよい。なお、内部樹脂層２６を構成する材料は、外部樹脂層２７を構成する材料より融点が低い材料が好適である。

外部樹脂層２７は、第２の主面２５ｂに積層され、蓄電セル１０の表面を構成し、金属層２５を被覆して保護する。

外部樹脂層２７は２層の樹脂層からなるものとすることができる。図４に示すように、外部樹脂層２７は第１外部樹脂層２７１と第２外部樹脂層２７２が積層されて構成されている。また、外部樹脂層２７は１層の樹脂層からなるものであってもよい。

第１外部樹脂層２７１はナイロンからなり、第２外部樹脂層２７２はポリエチレンテレフタレートからからなるものとすることができる。また、第１外部樹脂層２７１及び第２外部樹脂層２７２の材料はこの他にも、ポリエチレンナフタレート、２軸延伸ポリプロピレン、ポリイミド又はポリカーボネート等からなるものとすることができる。なお、外部樹脂層２７（第１外部樹脂層２７１及び第２外部樹脂層２７２）は、内部樹脂層２６を構成する材料より融点が高い材料が好適である。

上記構成を有する外装フィルム２０の２枚が蓄電素子３０を介して対向し、シール部２０ａでシールされた外装体によって収容空間Ｒ１が形成されている。シール部２０ａにおいては、２枚の外装フィルム２０の内部樹脂層２６が互いに熱融着されている。外装フィルム２０は、内部樹脂層２６が収容空間Ｒ１側（内側）となり、外部樹脂層２７が表面側（外側）となるように配置される。

外装フィルム２０は、柔軟性を有する状態で用いられ、蓄電素子３０の形状に応じて図２に示すような周縁が湾曲した形状をなしてもよい。また、外装フィルム２０は、予めエンボス加工によって同形状が形成された状態で用いられてもよい。２枚の外装フィルム２０のどちらか一方には溝部が形成されている。

［溝部について］
図５は溝部Ｓを含む外装フィルム２０の断面図である。溝部Ｓは、同図に示すように、外部樹脂層２７の表面から金属層２５の途中まで形成されている。外部樹脂層２７は、図５に示すように溝部Ｓが形成されている箇所において完全に分離され、金属層２５は同図に示すように溝部Ｓによって部分的に分離されている。

具体的には溝部Ｓは、金属層２５において第１の主面２５ａと第２の主面２５ｂの間までの深さを有するものとすることができる。図５に示すように、金属層２５の厚みをＴとすると、溝部Ｓの金属層２５における深さＦは厚みＴの１０分の１（Ｔ／１０）以上３分の２（２Ｔ／３）以下が好適であり、より好適には３分の１（Ｔ／３）以上２分の１（Ｔ／２）以下である。

また、外装フィルム２０は、内部樹脂層２６に薄肉部が形成された領域を有し、溝部Ｓは当該領域に形成されていてもよい。図６は、内部樹脂層２６が薄肉部を有する外装フィルム２０の断面図である。

同図に示すように、外装フィルム２０は、内部樹脂層２６が第１の厚みＬ１を有する第１の領域Ａ１と、内部樹脂層２６が第１の厚みＬ１より薄い第２の厚みＬ２を有する第２の領域Ａ２とを有するものとすることができる。以下、内部樹脂層２６のうち第２の厚みＬ２を有する部分を薄肉部２６ａする。なお、第１の厚みＬ１と第２の厚みＬ２は特に限定されないが、第１の厚みＬ１と第２の厚みＬ２の差が２０μｍ以上５０μｍ以下となる厚みが好適である。

溝部Ｓは、図６に示すように、第２の領域Ａ２に形成されるものとすることができる。即ち、溝部Ｓは、外部樹脂層２７から金属層２５を介して薄肉部２６ａと対向するように形成される。なお、溝部Ｓは一部のみが薄肉部２６ａと対向していてもよい。

［溝部の効果］
蓄電セル１０の使用時において、通常時（蓄電素子３０に異常が生じてない状態）、即ち収容空間Ｒ１の内部圧力が許容範囲内の場合には、外装フィルム２０は図５又は図６に示した状態を維持する。この状態では溝部Ｓは金属層２５を完全に分離していないため、金属層２５によって水分が外装フィルム２０を透過することが防止されている。

蓄電セル１０の使用時において蓄電素子３０に異常が生じ、内部圧力が上昇すると、外装フィルム２０が膨張する。これにより、金属層２５は溝部Ｓが形成されている部分において断裂する。次いで、断裂した金属層２５の裂け目から内部樹脂層２６が部分的に外装フィルム２０の外部に突出し、膨張する。そして、内部圧力が一定以上となると、外部へ突出した内部樹脂層２６が破裂し、収容空間Ｒ１の内部圧力が開放される。

このように、溝部Ｓが形成されていることにより、内部樹脂層２６が破裂する位置を予め特定しておくことが可能である。仮に溝部Ｓが設けられていない場合、外装体において最も強度が弱いシール部２０ａが開裂し、内部圧力が開放される。その場合、蓄電素子３０の周縁全体に形成されているシール部２０ａのどの部分が開裂するか予め特定することができない。

溝部Ｓの深さは、通常時において金属層２５が水分の透過を防止し、異常時において金属層２５が速やかに断裂する深さが好適である。具体的には、金属層２５における溝部Ｓの深さＦを金属層２５の厚みＴの１０分の１（Ｔ／１０）以上３分の２（２Ｔ／３）以下とすることにより実現することができる。

また、上記のように異常時における内部圧力の開放は、内部樹脂層２６の破裂によって生じる。即ち、内部樹脂層２６の強度によって、開放が生じる内部圧力（開放圧力）を調整することが可能である。内部樹脂層２６の強度は、内部樹脂層２６の厚みによって調整することができ、図６に示すように薄肉部２６ａを設けることによって内部樹脂層２６の強度を調整することができる。

また、図５に示すように内部樹脂層２６は一定の厚みを有するものであってもよく、この場合には、内部樹脂層２６の全体の厚みによって内部樹脂層２６の強度を調整することができる。いずれの場合であっても、溝部Ｓにおける内部樹脂層２６の破裂が生じる内部圧力が、シール部２０ａが開裂する内部圧力よりも小さければよい。

［溝部の形成位置について］
溝部Ｓは、外装フィルム２０のうち、シール部２０ａ以外のいずれかに設けることができる。図７乃至図１０は、溝部Ｓの形成位置を示す模式図であり、図７は蓄電セル１０の断面図、図９乃至図１０は蓄電セル１０の平面図である。

図７に示すように、外装体のうち、蓄電素子３０に対向して平面を形成する部分を素子収容部２０ｂとし、素子収容部２０ｂとシール部２０ａの間の部分を中間部２０ｃとする。

図８に示すように、溝部Ｓは、中間部２０ｃに形成することができる。具体的には溝部Ｓは、同図に示すように、最も接近するシール部２０ａの長手方向と平行に、数十ｍｍ程度の長さで形成することができる。

また、溝部Ｓは必ずしも中間部２０ｃに設けられてなくてもよく、図９及び図１０に示すように、素子収容部２０ｂ上に設けられてもよい。溝部Ｓの延伸方向は特に限定されず、図９に示すように、正極端子４０及び負極端子５０が設けられているシール部２０ａの長手方向に対して垂直でもよく、図１０に示すように同長手方向に対して平行でもよい。

［蓄電モジュールについて］
本実施形態の蓄電セル１０を複数積層することにより蓄電モジュールを構成することができる。図１１は、蓄電モジュール１００の模式図である。蓄電モジュール１００は、同図に示すように、複数の蓄電セル１０、熱伝導シート１０１、プレート１０２及び支持部材１０３を備える。

複数の蓄電セル１０は、熱伝導シート１０１を介して積層され、支持部材１０３によって支持されている。蓄電セル１０の数は２つ以上であってもよい。蓄電セル１０の正極端子４０及び負極端子５０は図示しない配線又は端子によって蓄電セル１０の間で接続されているものとすることができる。複数の蓄電セル１０の最上面及び最下面には、プレート１０２が積層されている。

同図に示すように蓄電セル１０が積層されると、素子収容部２０ｂは熱伝導シート１０１やプレート１０２と接触する。このため、溝部Ｓが素子収容部２０ｂに形成されていると、これらの部材によって内部樹脂層２６の膨張が妨げられる。これに対し、中間部２０ｃに溝部Ｓが形成されている場合には、内部樹脂層２６の膨張が妨げられず、所定圧力での内部圧力の開放が可能である。

［変形例］
図１２は変形例に係る蓄電セル１０を示す断面図であり、図１３は別の変形例に係る外装フィルム２０の断面図である。上記実施形態において、蓄電セル１０は、２枚の外装フィルム２０によって構成される外装体が収容空間Ｒ１を封止するものとしたがこれに限られない。図１２に示すように、蓄電セル１０は、１枚の外装フィルム２０が蓄電素子３０を介して折り曲げられ、３辺がシールされて形成された外装体が収容空間Ｒ１を封止する構成であってもよい。溝部Ｓは、図１２に示すように、外装フィルム２０のうちシール部２０ａ以外の部分に設けられるものとすることができる。

また、外装フィルム２０は、図１３に示すように、溝部Ｓに絶縁物Ｒ２が埋められた構成とすることもできる。この場合、溝部Ｓの一部又は全部が絶縁物Ｒ２で埋められる。絶縁物Ｒ２は特に限定されず、樹脂、紙、ガラス等の各種絶縁物を用いることができるが、シール性の観点から樹脂が好ましい。

［外装フィルムの製造方法］
本実施形態に係る外装フィルム２０の製造方法について説明する。なお、以下に示す製造方法は一例であり、外装フィルム２０は、以下に示す方法とは異なる方法で製造することも可能である。

＜溝部形成工程＞
図１４は、溝部Ｓの形成に用いられる溝部加工機８０の模式図である。溝部加工機８０は、図１４に示すように、ホーン８１及び刃８２を備える。

ホーン８１は、超音波振動が可能であり、刃８２に対する方向（Ｚ方向）に移動可能に構成されている。ホーン８１の振動方向はＺ方向とすることができる。刃８２は刃先がホーン８１に対向するように支持されている。刃８２の形状及び大きさは特に限定されず、直線状、破線状、波線状、丸状及び四角等にすることができ、外装フィルム２０のサイズに合わせた大きさとすることができる。

ホーン８１と刃８２は、ホーン８１と刃８２の間にできる隙間が１０μｍ以下となるものが望ましい。なお、溝部加工機８０はホーン８１の替わりに刃８２を超音波振動させる構成であってもよい。

図１５は、溝部の形成工程を示す模式図である。図１５（ａ）に示すように、溝部加工機８０の刃８２とホーン８１の間に外装フィルム２０をセットする。次いで、図１５（ｂ）に示すように、ホーン８１をＺ方向に超音波振動させながら外装フィルム２０をホーン８１と刃８２で挟む。

この際、外装フィルム２０にホーン８１のＺ方向の振動が伝播し、同図に示すように、刃８２の先端が金属層２５の第１の主面２５ａと第２の主面２５ｂの間に到達する。これにより、図１５（ｃ）に示すように、外装フィルム２０に溝部Ｓが形成される。

なお、刃８２を超音波振動させながら、外装フィルム２０を刃８２とホーン８１とで挟むことにより溝部Ｓを形成することも可能である。

また、超音波振動を印加せずに、外装フィルム２０にホーン８１を押圧すると、刃８２の刃先の状態及び外装フィルム２０の表面状態により溝部Ｓの深さにバラつきが生じる。しかしながら、刃８２の刃先及び外装フィルム２０の表面状態が管理されていれば、超音波振動なしでの加工も可能である。溝部Ｓは数十μｍ程度の加工であるため、溝部Ｓの深さが不均一であると、溝部Ｓの開放圧力が影響を受ける。

＜薄肉部の形成工程＞
図１６は、薄肉部２６ａの形成に用いるシーラー９０の模式図であり、図１６（ａ）は正面図、図１６（ｂ）は側面図である。シーラー９０は、ヒーター９１及びヒーター９２を備える。

ヒーター９１は、外装フィルム２０を内部樹脂層２６側から押付けて加熱する。ヒーター９１は温度調節可能であり、外装フィルム２０に対してヒーター押付推力の可変機能を有する。

ヒーター９２は、外装フィルム２０を外部樹脂層２７側から押付けて加熱する。ヒーター９２は温度調節可能であり、外装フィルム２０に対してヒーター押付推力の可変機能を有する。

なお、ヒーター９１とヒーター９２は同一温度に調整される。また、薄肉部２６ａの厚みの均一性を確保するため、ヒーター９１とヒーター９２の平行度は、±０．０２ｍｍの範囲に調節されるのが望ましい。

図１７は、薄肉部２６ａの形成工程を示す模式図である。図１７（ａ）に示すように、外装フィルム２０をシーラー９０にセットする。この際、内部樹脂層２６がヒーター９１側に、外部樹脂層２７がヒーター９２側となるようにセットする。次いで、外装フィルム２０にヒーター９１とヒーター９２を押付けて加熱する。

ここで、本実施形態に係る外装フィルム２０の内部樹脂層２６は、外部樹脂層２７を構成する材料より融点が低い材料から構成されるものとすることができる。これにより、ヒーター９１及びヒーター９２の温度を、内部樹脂層２６を構成する材料の融点より高く、外部樹脂層２７を構成する材料の融点より低く設定することで、図１７（ｂ）に示すように、溝部Ｓを潰すことなく内部樹脂層２６側のみに薄肉部２６ａが形成される。

ヒーター９１及びヒーター９２の温度、推力、押付時間等のパラメータを調整することにより薄肉部２６ａの潰し量を制御することができる。薄肉部２６ａは、溝部Ｓの全部と対向するように形成することが理想的であるが、開放圧力が確保できれば溝部Ｓの一部と対向するように形成してもよい。

＜溝部検査工程＞
図１８は、外装フィルム２０の検査工程の模式図である。外装フィルム２０は、薄肉部２６ａと溝部Ｓが形成された後、図１８に示すように、円筒状に曲げられて溝部Ｓの深さが検査される。

具体的には、図１８に示すように、外装フィルム２０を円筒状に曲げて溝部Ｓを広げ、暗室にて内部樹脂層２６側からバックライトを照らし、外部樹脂層２７側から光の漏れを確認する。この際、金属層２５が貫通、若しくは亀裂が入っている場合は、溝部Ｓからの光の漏れが確認される。金属層２５に異常が無い場合は、溝部Ｓからの光の漏れは確認されない。外装フィルム２０を円筒状にすることにより、溝部Ｓが強制的に開かれ、光の漏れの確認が容易となる。

この検査方法は、溝部Ｓの形成時に金属層２５が貫通していないかどうかを確認することができるだけではなく、溝部Ｓを形成する際の超音波振動の影響による金属層２５の亀裂の有無も確認することができる。また、この検査方法は非破壊検査であるので、外装フィルム２０の全数検査が可能である。

なお外装フィルム２０は、浸透液の付着が許容される場合には、浸透液による溝部Ｓの検査も可能である。

［蓄電セルの製造方法］
本実施形態に係る蓄電セル１０は、上記製造方法により作製された外装フィルム２０で蓄電素子３０を囲み、電解液を充填した後、シール部２０ａによってシールすることにより製造することができる。２枚の外装フィルム２０で収容空間Ｒ１を封止する場合には、溝部Ｓを有する外装フィルム２０と溝部Ｓを有しない外装フィルム２０を用いることができる。１枚の外装フィルム２０で収容空間Ｒ１を封止する場合には溝部Ｓを有する外装フィルム２０を用いることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。上記実施形態において説明した蓄電セルを作製し、評価した。図１９は、本発明の実施例に係る蓄電セルをＺ方向から見た模式図である。

［蓄電セルの作製］
まず、厚さが８０μｍの無軸延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）からなる内部樹脂層を、厚さが４０μｍのアルミニウムからなる金属層に接着剤で積層した。次に、金属層の内部樹脂層が積層された反対側の面にオリエンテッドナイロンからなり、厚さが１５μｍの第１外部樹脂層を接着剤で積層した。続いて、第１外部樹脂層の上に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなり、厚さが１２μｍの第２外部樹脂層を接着剤で積層し、厚みが１５６μｍの積層フィルムを作製した。

次に、積層フィルムに長さが５０ｍｍの溝部を形成した。溝部の深さは第１外部樹脂層と第２外部樹脂層を貫通し、金属層の厚みの半分程度（２０μｍ）の深さとした。次に、内部樹脂層に薄肉部を形成し、外装フィルムを作製した。薄肉部の厚みは３０μｍとした。

次に、溝部を形成した外装フィルムと、溝部を形成していない外装フィルムで蓄電素子を囲み、両外装フィルムの内部樹脂層を熱融着させてシール部を形成し（図２参照）、蓄電素子を封止することで蓄電セルを得た。この際、図１９に示すように、正極端子及び負極端子側のシール部の幅を１０ｍｍとし、それ以外のシール部の幅を６ｍｍとした。また、溝部は、同図に示すように、正極端子及び負極端子側のシール部の端部から１３ｍｍの位置に形成した。

蓄電セルはサイズが異なる２種類のものを作製した。蓄電セルＡはＸ方向の幅を１２２ｍｍとした。蓄電セルＢはＸ方向の幅を８４ｍｍとした。また、蓄電セルＡと蓄電セルＢのそれぞれにおいて、内部樹脂層に薄肉部を有しないものを作製した。

［蓄電セルの加圧試験］
各蓄電セルの開放圧力を測定した。測定は、蓄電セルをプレートによって挟持した状態と、プレートによって挟持していない状態でおこなった。プレートで挟持した状態は、蓄電モジュールにおける蓄電セルの状態を再現したものである。

測定結果を図２０に示す。「フリー」は蓄電セルをプレートで挟持していない状態で測定した結果であり、「押え有」はプレートで挟持した状態で測定した結果である。同図に示すように蓄電セルのサイズや蓄電素子の状態に関わらず、薄肉部が形成された蓄電セルのほうが、開放圧力が低下していることが確認された。なお、いずれの構造であっても、圧力開放は溝部からであった。

従って、これらの結果から、内部樹脂層に薄肉部を形成することで、溝部による開放圧力を小さくし、蓄電セルの安全性の向上を実現できることが確認された。

１０…蓄電セル
２０…外装フィルム
２０ａ…シール部
２０ｂ…素子収容部
２０ｃ…中間部
２５…金属層
２５ａ…第１の主面
２５ｂ…第２の主面
２６…内部樹脂層
２７…外部樹脂層
３０…蓄電素子
１００…蓄電モジュール
Ｓ…溝部

Claims (18)

1. 蓄電素子と、
   前記蓄電素子を収容し、前記蓄電素子側の第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、前記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、前記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有し、前記金属層の前記第２の主面側に溝部が形成された外装体と
   を具備する蓄電セル。
2. 請求項１に記載の蓄電セルであって、
   前記外装体は、前記内部樹脂層が第１の厚みを有する第１の領域と、前記内部樹脂層が前記第１の厚みより小さい第２の厚みを有する第２の領域とを有し、前記溝部は、前記第２の領域に形成されている
   蓄電セル。
3. 請求項２に記載の蓄電セルであって、
   前記内部樹脂層は、前記外部樹脂層を構成する樹脂より融点が低い樹脂を有する
   蓄電セル。
4. 請求項３に記載の蓄電セルであって、
   前記内部樹脂層は、無軸延伸ポリプロピレンからなり、
   前記外部樹脂層は、ナイロンからなり前記第２の主面に積層された第１の外部樹脂層と、ポリエチレンテレフタレートからなり前記第１の外部樹脂層に積層された第２の外部樹脂層を含む
   蓄電セル。
5. 請求項４に記載の蓄電セルであって、
   前記溝部は、前記外部樹脂層まで連続している
   蓄電セル。
6. 請求項５に記載の蓄電セルであって、
   前記溝部の一部又は全部が絶縁物で埋められている
   蓄電セル。
7. 請求項６に記載の蓄電セルであって、
   前記絶縁物は、樹脂である
   蓄電セル。
8. 請求項２に記載の蓄電セルであって、
   前記第２の厚みと前記第１の厚みの差は２０μｍ以上５０μｍ以下である
   蓄電セル。
9. 請求項１に記載の蓄電セルであって、
   前記金属層は、２５μｍ以上８０μｍ以下の厚みを有するアルミニウム箔であり、
   前記溝部は、前記金属層において前記金属層の厚みに対して１／１０以上２／３以下の深さを有する
   蓄電セル。
10. 請求項９に記載の蓄電セルであって、
    前記溝部は、前記金属層において前記金属層の厚みに対して１／３以上１／２以下の深さを有する
    蓄電セル。
11. 請求項１に記載の蓄電セルであって、
    前記外装体は、前記蓄電素子に対向して平面を形成する素子収容部と、前記素子収容部の周縁において前記内部樹脂層が互いに熱融着することによって形成されたシール部と、前記収容部と前記シール部の間の中間部を有し、
    前記溝部は、前記中間部に形成されている
    蓄電セル。
12. 請求項１１に記載の蓄電セルであって、
    前記素子収容部は、エンボス加工によって形成されている
    蓄電セル。
13. 請求項１１に記載の蓄電セルであって、
    前記溝部は、前記シール部の周縁に対して平行に形成されている
    蓄電セル。
14. 蓄電素子を収容する収容空間を形成する外装フィルムであって、
    前記蓄電素子側の第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、前記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、前記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有し、前記金属層の前記第２の主面側に溝部が形成されている
    外装フィルム。
15. 請求項１４に記載の外装フィルムであって、
    前記溝部は、前記外部樹脂層まで連続している
    外装フィルム。
16. 請求項１５に記載の外装フィルムであって、
    前記溝部の一部又は全部が絶縁物で埋められている
    外装フィルム。
17. 請求項１６に記載の外装フィルムであって、
    前記絶縁物は、樹脂である
    外装フィルム。
18. 複数の蓄電セルが積層された蓄電モジュールであって、
    前記蓄電セルは、
    蓄電素子と、
    前記蓄電素子を収容し、前記蓄電素子側の第１の主面及びその反対側の第２の主面を有する金属層と、前記第１の主面に積層された樹脂からなる内部樹脂層と、前記第２の主面に積層された樹脂からなる外部樹脂層とを有し、前記蓄電素子に対向して平面を形成する素子収容部と、前記素子収容部の周縁において前記内部樹脂層が互いに熱融着することによって形成されたシール部と、前記収容部と前記シール部の間の中間部を有し、前記中間部において前記金属層の前記第２の主面側に溝部が形成された外装体と
    を具備する蓄電モジュール。

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