JPWO2006067979A1 - フィルム外装電気デバイス用ケース - Google Patents

Abstract

電池異常時の発生ガスを確実に排ガス通路に排出し、人体に影響を及ぼすことが無いフィルム外装電気デバイス用ケースを提供する。フィルム外装電池１の周囲を囲むセルケース１０は、第１の枠体１１および第２の枠体１２を有し、これらの間にフィルム外装電池１を挟持面にて挟持する構成となっている。各枠体１１、１２の形状はそれぞれ枠状であり、フィルム外装電池１の発電要素２に対応した箇所に開口部１３が形成されている。開口部１３の中央部に、フィルム外装電池１に設けられたガス排出部から電池異常時に発生するガスを排出する排ガス通路部１１ｃが設けられている。排ガス通路部１１ｃの両側縁には、フィルム外装電池１の表面と密着する封止材３０が設けらており、この封止材３０によって排ガス通路部１１ｃは開口部１３から遮断されている。

Description

本発明は、電池やキャパシタに代表される電気デバイス要素を外装フィルムに収容したフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースに関する。

近年、モータ駆動用のバッテリ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電池にも、電気自動車の操縦特性、走行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。電池を軽量かつ薄型とするため、その外装体に、薄いフィルムからなるラミネート材を用いたフィルム外装電池が開発されている。ラミネート材は、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。

発電要素をラミネート材で被覆したフィルム外装電池は軽量であるという利点がある。しかし、剛性が低く、振動、衝撃の影響を受け易いため、電気自動車等に搭載する場合、これらの課題を解決する必要がある。この課題を解決するため、特開平１０−０１２２７８号公報に開示されているように、ケース内にフィルム外装電池を挟持固定する技術が従来より知られている。

また、電気自動車等に好適なバッテリとするためにはバッテリの高容量化・高出力化が望まれる。このため、複数個のケース内に入ったフィルム外装電池を重ねて電気接続すること、いわゆる組電池化することが行われている。このとき、各フィルム外装電池の冷却を目的として、フィルム外装電池を入れたケースが、それを重ねて組電池化するときにフィルム外装電池間に適当な通風隙間が形成されるような形状となっている。そして、このような組電池を電気自動車等に搭載した場合には、通常、車室内より取り込んだ空気を冷却風としてフィルム外装電池間の通風隙間に導入し、通風隙間を経て昇温した冷却風を車外に排出するように構成される。

また、フィルム外装電池は対向するラミネート材の間に発電要素を入れ、ラミネート材の周縁部を熱溶着で溶着したものである。そして、このフィルム外装電池の熱融着部にはその一部を、他の部分よりも低い圧力で融着が剥がれるようにしたガス排出部が設けられている。

電池の使用時において、電池に規格範囲外の電圧が印加されると、電解液溶媒の電気分解によりガス種が発生し、電池の内圧が上昇することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されても、電解質塩の分解などによりガス種が生成される。このため、基本的には、規格範囲内で電池を使用してガスを発生させないようにすることが理想的である。しかし、電池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、場合によっては大量にガスが発生する。

このような、電池内部でのガスの発生は、電池の内圧上昇をもたらす。内圧が極度に上昇し電池が暴発することを防ぐために、外装材として金属缶を用いた電池の多くは、電池の内圧が上昇した際にガスを電池の外部に逃がす圧力安全弁を有している。しかし、フィルムを外装材とするフィルム外装電池においては、圧力安全弁を設けることが構造上難しい。フィルム外装電池では内圧が上昇しすぎるとフィルムが膨張し、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。しかし、破裂がどの箇所で発生するか特定できないため、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。

そこで、フィルム外装電池においては、こういった電池内部でのガスの発生による不具合を解消するため、上述したようなガス排出部を熱融着部に設けている。また、図１に示すようにフィルム外装電池１０１のケース１０２には、フィルム外装電池１０１に設けられたガス排出部１０４を囲むようにガス排出口１０３が形成されている。なお、ケース入りのフィルム外装電池を重ねて組電池とした状態で電気自動車等に搭載した場合、ガス排出口１０３は、ガスを車外に排出するための区画された排ガス通路と繋がる。

しかしながら、図１に示すような従来のケース形状の場合、ガス排出口１０３は、フィルム外装電池１０１のガス排出部１０４を囲むように形成されているだけであり、ケースを重ねて組電池化した際にフィルム外装電池間にて通風隙間（冷却通路）となる開口部１０２ａとは連通している。このため、電池の異常でガスが発生したとき、ケースに設けられたガス排出口１０３を通じて上記の排ガス通路にガスが速やかに排出されないと、上記の冷却通路である開口部１０２ａに漏れ出ることがある。この冷却通路は車室内に繋がっているため、ここにガスが侵入すると、ガスが車室内に逆流してしまい、人体へ悪影響を及ぼす恐れがある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑み、電池異常時の発生ガスを確実に排ガス通路に排出し、人体に影響を及ぼすことが無いフィルム外装電池用ケースを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、充放電可能な電気デバイス要素と、電気デバイス要素を挟んで密封した外装フィルムと、外装フィルムに設けられたガス排出部とを有するフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースに関する。このケースは、電気デバイス要素に対応する領域に開口部が形成され、外装フィルムにおける電気デバイス要素の周縁部を保持する枠部材と、枠部材の対向する辺を繋ぐように設けられた、フィルム外装電気デバイスのガス排出部から排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路部と、を有する。そして、排ガス通路部の、フィルム外装電気デバイスと対向する側となる面の両側縁には、フィルム外装電気デバイスの表面と密着することによって排ガス通路部を開口部から区画する封止材が設けられている。

また、排ガス通路部の外側面に対しても封止材が排ガス通路部の両側縁に沿って設けられていることが好ましい。

このように構成された発明では、排ガス通路部を、冷却通路（通風隙間）となる開口部から完全に区画した。このことにより、電池の異常時に、フィルム外装電気デバイスに設けられたガス排出部からガスが発生しても、冷却通路となる開口部に漏れ出ることが無い。したがって、ガス排出部からのガスは、ガスを車外へと導く排ガス通路に確実に排出されることになる。また、車室内と繋がっている冷却通路である開口部にガスが侵入しないため、人体への影響を皆無に出来る。

上記フィルム外装電気デバイス用ケースでは、封止材が発泡性樹脂または紫外線硬化型樹脂であることが考えられる。

以上説明したように、本発明によれば、電池異常時の発生ガスを確実に排ガス通路に排出し、人体に影響を及ぼすことが無いフィルム外装電池用ケースを提供することができる。

従来の、フィルム外装電池が入ったケースの形状を示す斜視図である。 本発明に適用可能なフィルム外装電池の外観斜視図である。 フィルム外装電池を収納する、本発明のセルケースの一例の分解斜視図である フィルム外装電池を収納したセルケースの斜視図である。 図４のＸ−Ｘ’断面であって、フィルム外装電池、および該フィルム外装電池を収納したセルケースの模式的断面図である。 図５のフィルム外装電池を収納したセルケースを組電池化のために重ねた状態を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図２に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。

本実施形態のフィルム外装電池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２と、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フィルム７と、を有する。フィルム外装電池１は、２枚のラミネートフィルム７によって発電要素２を密封した構造を有している。すなわち、２枚のラミネートフィルム７によって発電要素２を密封封止する際、ラミネートフィルム７の４辺である熱融着部７ａのうち、まず３辺を熱融着して袋状としておく。そして、開放している残りの１辺から内部の空気を排気して真空引きし、その後、残りの１辺の熱融着部７ａを熱融着する。

フィルム外装電池１の発電要素２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。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互に積層された構造の捲回型であってもよい。

また、発電要素２としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔の両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ又は脱ドープ可能な炭素材料を銅箔の両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。発電要素２としては、この他に、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気エネルギを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスが発生しうる電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。

フィルム外装電池１の短手方向の熱融着部７ａからは、正極側活電極に接続された正極用電極端子３および負極側活電極に接続された負極用電極端子４がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子３としてはアルミニウムが多く用いられている。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。以下、正極用電極端子３と負極用電極端子４とをまとめて単に電極と称する場合もある。

フィルム外装電池１の長手方向の熱融着部７ａにはその一部を、他の部分よりも熱融着強度を弱くし、ガス発生時に他の部分よりも低い圧力で融着が剥がれるようにしたガス排出部８が設けられている。

図３にフィルム外装電池を収納するセルケースの分解斜視図を示す。

フィルム外装電池１の周囲を囲むセルケース１０は、第１の枠体１１および第２の枠体１２を有し、これらの間にフィルム外装電池１を挟持面にて挟持する構成となっている。各枠体１１、１２の形状はそれぞれ枠状である。フィルム外装電池１の発電要素２に対応した箇所に開口部１３が形成されている。

第１の枠体１１は、対向する２つの長辺１１ａと、これら各長辺１１ａに略直交し、かつ互いに対向して形成された２つの短辺１１ｂからなる矩形の枠である。各長辺１１ａはフィルム外装電池１のガス排出部８から排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路部１１ｃで繋がっている。本実施形態では、フィルム外装電池１のガス排出部８が熱融着部７ａの概ね中央に形成されていることより、排ガス通路１１ｃもこれにあわせて長辺１１ａの概ね中央に形成されており、開口部１３を２分割している。また、長辺１１ａの一方であって排ガス通路部１１ｃの一端にはガス排出口１６を形成するための切欠１１ｄが形成されている。

第１の枠体１１の各短辺１１ｂにはセルケース１０に収納されている状態のフィルム外装電池１の電極を外部へと延出させるための切欠１１ｅがそれぞれ形成されている。

排ガス通路部１１ｃの、フィルム外装電池１に対向する側となる面の両側縁には、後述するように開口部１３に対する排ガス通路部１１ｃの連通を遮断するための封止部３０が設けられている。さらに、封止部３０は、排ガス通路部１１ｃの外側面に対しても排ガス通路部１１ｃの両側縁に沿って設けられている。

封止材３０としては、ウレタン系、あるいはブチル系の発泡性樹脂が好ましい。なお、封止材３０を収納部１５内に充填した後に硬化させる場合には、封止材３０は、熱硬化型樹脂ではなく、紫外線硬化型の樹脂を用いるのがより好ましい。紫外線硬化型樹脂の場合、紫外線を照射することで硬化するため、硬化時にフィルム外装電池１に対して熱による悪影響を及ぼすことがないためである。

第２の枠体１２も基本的な構成は第１の枠体１１と同様である。第２の枠体１２も２つの長辺１２ａおよび２つの短辺１２ｂからなる矩形の枠であり、長辺１２ａの一方にガス排出口１６を形成するための切欠１２ｄが形成されている。また、また、第２の枠体１２は第１の枠体１１の切欠１１ｅに嵌り込む電極保持部１２ｅが設けられている。電極保持部１２ｅは切欠１１ｅに嵌り込んだ状態で電極を延出可能な開口ができるような厚さに形成されている。

次に、フィルム外装電池１のセルケース１０への収納手順について説明する。

まず、フィルム外装電池１を、その長手方向の熱融着部７ａを上述した第１の枠体１１の長辺１１ａと第２の枠体１２の長辺１２ａとで挟み込み、また、短手方向の熱融着部７ａを短辺１１ｂと短辺１２ｂとで挟み込んで挟持する。すなわち、第１の枠体１１と第２の枠体１２との挟持面（第１の枠体１１と第２の枠体１２とを対向して配置した際に向かい合う面）にて熱融着部７ａを挟持する。なお、この際、ガス排出部８がガス排出口１６に位置するようにする。

図４にセルケース１０内に収納保持されたフィルム外装電池１の斜視図を示す。なお、図４では各電極３、４は折り曲げた状態で示されている。また、図５に図４のＸ−Ｘ’断面であって、フィルム外装電池１、および該フィルム外装電池１を収納したセルケース１０の模式的な断面図を示す。

図４および図５に示すように、フィルム外装電池１の開口部１３にて露出する部分は、大気に開放されていることから、冷却風を直接フィルム外装電池１の表面にあてて冷却することができるので良好な冷却特性を得ることができる。そして、フィルム外装電池１が収納されたセルケース１０を複数重ねて組電池化した際、開口部１３の所が冷却通路としての通風隙間となる。また、排ガス通路部１１ｃの、フィルム外装電池１と対向する面の両側縁には、フィルム外装電池１の表面と密着する封止材３０が設けられている。この封止材３０によって排ガス通路部１１ｃは第１の枠体１１側の開口部１３から完全に区画された通路となる（図５参照）。

このように排ガス通路部１１ｃを、冷却通路（通風隙間）となる開口部３０から完全に区画したことにより、電池の異常時に、フィルム外装電池１に設けられたガス排出部８からガスが発生しても、少なくとも第１の枠体１１側の開口部１３に漏れ出ることが無い。

以上のように、排ガス通路部１１ｃが設けられた第１の枠体１１側の開口部１３に関しては、フィルム外装電池１のガス排出部８から排出されたガスを排ガス通路部１１ｃ内に完全に留め、第１の枠体１１側の開口部１３に漏出させないようにすることができる。一方、排ガス通路部１１ｃが設けられていない第２の枠体１２側の開口部１３に関しても、ガス排出部８から排出されたガスが第２の枠体１２側の開口部１３に漏出する場合が考えられる。そこで、図５に示したように排ガス通路部１１ｃの外側面の両側縁にも封止材３０を設けることにより、ガス排出部８から排出されたガスを第２の枠体１２側の開口部１３に漏出させないようにしている。

詳しくは、図６に示すように、フィルム外装電池１が収納されたセルケース１０を重ねた際に、第１の枠体１１側の開口部１３に設けられた排ガス通路部１１ｃが、隣接するセルケース１０の第２の枠体１２側の開口部１３内に配置される。このとき、排ガス通路部１１ｃの外側面に設けられている封止材１３が、隣接するセルケース１０の第２の枠体１２側の開口部１３内においてフィルム外装電池１の表面と密着する。このため、第２の枠体１２側の開口部１３内に配置された排ガス通路部１１ｃも、第２の枠体１２側の開口部１３から完全に区画された通路となる。これにより、電池の異常時に、フィルム外装電池１のガス排出部８からガスが発生しても、第２の枠体１２側の開口部１３に漏出することが無くなる。

以上の事により、ガス排出部８からのガスは、セルケース１０に設けられた排ガス通路部１１ｃおよびガス排出口１６を通じて、ガスを車外へと導く排ガス通路に確実に排出されることになる。また、車室内と繋がっている冷却通路である開口部１３にガスが侵入しないため、人体への影響を皆無に出来る。

Claims (5)

1. 充放電可能な電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素を挟んで密封した外装フィルムと、前記外装フィルムに設けられたガス排出部とを有するフィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス用ケースであって、
   前記電気デバイス要素に対応する領域に開口部が形成され、前記外装フィルムにおける前記電気デバイス要素の周縁部を保持する枠部材と、
   前記枠部材の対向する辺を繋ぐように設けられた、前記フィルム外装電気デバイスの前記ガス排出部から排出されたガスを外部へと誘導するための排ガス通路部と、を有し、
   前記排ガス通路部の、前記フィルム外装電気デバイスと対向する側となる面の両側縁には、前記フィルム外装電気デバイスの表面と密着することによって前記排ガス通路部を前記開口部から区画する封止材が設けられている、フィルム外装電気デバイス用ケース。
2. 前記排ガス通路部の外側面に対しても封止材が前記排ガス通路部の両側縁に沿って設けられている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
3. 前記排ガス通路部の一端にはガス排出口が形成されている、請求項１または２に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
4. 前記封止材が発泡性樹脂である、請求項１から３のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。
5. 前記封止材が紫外線硬化型樹脂である、請求項１から３のいずれか１項に記載に記載のフィルム外装電気デバイス用ケース。

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