JPWO2009113470A1 - 被覆材及びフィルム外装電気デバイス - Google Patents
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Abstract
電池要素（２）は、正極と負極とをセパレータを介して積層したものである。集電部（３）は、この積層領域から延出した各正極板および各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成されている。ラミネートフィルム（５、６）は熱融着性樹脂層と金属層とが積層されたものであり、周縁の封止部（８）が熱融着されることで電池要素（２）および電解液を封止する。タブ（４）は、集電部（３）に接続されてラミネートフィルム（５、６）から延出している。被覆材（７）は、電池要素（２）の角部（２ｃ）、集電部（３）の角部（３ｃ）及びタブ（４）の角部（４ｃ）からラミネートフィルム（５、６）を保護する保護領域（７ｄ）と、電解液が通過可能な連通部（７ｃ）とを有する。
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に関する。特にフィルム外装電気デバイスの電池要素を被覆する被覆材に関する。
近年、携帯機器等の電源としての電池は、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、電池の外装材に関しても、軽量化、薄型化に限界のある従来の金属缶に代わり、さらなる軽量化、薄型化が可能であり、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能な外装材として、金属薄膜フィルム、または金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルムを用いたものが使用されるようになった。
電池の外装材として用いられるラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜であるアルミニウム薄膜の片面にヒートシール層である熱融着性樹脂フィルムを積層するとともに、他方の面に保護フィルムを積層した３層ラミネートフィルムが挙げられる。
外装材にラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池においては、正極と負極とをセパレータを介して積層した電池要素を、熱融着性樹脂フィルムを互いに対向させてラミネートフィルムで包囲し、電池要素の周囲でラミネートフィルムを熱融着することによって電池要素を気密封止（以下、単に封止という）している。また、電池要素は、複数の正極板と複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域から延出した各正極板および各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部を有する。
また、電池要素の正極および負極をラミネートフィルムの外部へ引き出すために、正極および負極の集電部の端部にはそれぞれタブが接合されている。これらタブは、その一部がラミネートフィルムから延出している。
電池要素は、正極と負極とをセパレータを介して積層したものであるが、製造工程の途中においてばらけてしまわないようにする必要がある。また、電池が完成した後に、その内部で正極、負極及びセパレータが互いに位置ずれを起こすと所定の特性を得ることができなくなってしまう。
捲回型の電池要素においても、同様の問題がある。渦巻き状に捲回した電池要素の場合、巻止めがゆるんでしまうと、電極間距離が不均一になり、電池性能の劣化が招いてしまう。そこで、特開平１０−２４１７４４号公報では、巻止め用の固定手段が、電極体巻軸と平行な電極体側面と、電極体上面又は／及び下面とに配されている。そして、この固定手段は孔を有している。この孔は、電解液やガスの移動を妨げないように設けられたものである。
一方、積層型の電池要素においても電池要素をくるむフィルムを用いた電池が特開平１１−２６５６９３号公報に開示されている。なお、特開平１１−２６５６９３号公報に開示されている電池は固体電解質を用いたものである。この固体電解質が製造段階でラミネートフィルムの封止部を汚染することで封止部の信頼性が非常に低くなってしまう。よって、これを防止するために、合成樹脂フィルムで電池要素を包んだものである。このため、特開平１１−２６５６９３号公報の合成樹脂フィルムには、孔を形成することはできない。孔を形成すると固体電解質がこの孔から漏れて封止部を汚染してしまい、フィルムで包む効果が得られなくなるからである。
このほか、積層型の電池要素がばらけてしまうのを防止するために、図１Ａに示すように、固定用テープで固定する方式が採用される場合がある。図１Ａでは電池要素の４隅近傍を４枚の固定用テープで固定している。
また、積層型のフィルム外装電池の製造に際しては、電池要素がばらけてしまわないようにする必要がある他、集電部及びタブの絶縁性が問題となる。
特開平１０−２４１７４４号公報の固定手段１０は、リード端子５、５’の間に設けられているため、リード端子５、５’近傍や、固定手段１０で覆われていない電極体の角部と電池容器との絶縁は、固定手段１０により達成することはできない。
また、特開平１１−２６５６９３号公報のポリエステルフィルム５は、端子部が存在する面を除いた少なくとも４面、好ましくは５面が完全に合成樹脂フィルムで包まれていることが好ましいとし、フィルムの長さについても、電池要素周縁部の長さの１５０〜３００％としている。特開平１１−２６５６９３号公報において、合成樹脂フィルムで包むとは、電池要素よりも幅広い合成樹脂フィルムで包む、あるいは、はみ出した合成樹脂フィルムは内側に折り曲げる等が含まれる、としている。しかしながら、特開平１１−２６５６９３号公報のフィルムは、端子部が存在する面についての合成樹脂フィルムでの被覆は特に考慮されていないといえる。つまり、特開平１１−２６５６９３号公報のフィルムは、端子部分における絶縁性は考慮されていないといえる。
本発明者らは、集電部、あるいはタブと、外装フィルムとの間の絶縁特性を向上させるための袋状部材を開発した。袋状部材を集電部及びタブに被せることでこれらの絶縁特性を向上させることが容易に達成できる（国際公開２００５−０８６２５８号パンフレット）。
しかしながら、袋状部材は、集電部の形状に合わせた形状とする必要がある他、タブを挿通させる開口部も形成する必要があることから形状が複雑化してしまう。また、図１Ａに示す袋状部材１０９は、集電部近傍を覆うのみであるので、電池要素がばらけてしまうのを防止する機能はない。また、袋状部材１０９の場合、正極側と負極側と二つ用意する必要があることから部品点数が増えるとともに取り付けのための工程も増えることとなる。
また、積層型のフィルム外装電池の製造に際しては、さらに以下の課題がある。この課題について、図１Ｂ及び図１Ｃに示す、図１ＡのＣ−Ｃ線における断面図を用いて説明する。
フィルム外装電池は、図１Ｂに示すように、電池要素１０２と封止部１０８との間にクリアランスＬ３を有する。これは、以下の理由によるものである。
封止部１０８をヒータで加熱するとこの熱がラミネートフィルム１０５、１０６を伝わり、封止部近傍の領域Ｄにおいて樹脂が軟化する。仮に図１Ｃに示すようにクリアランスＬ３を小さくしておくと、軟化したラミネートフィルム１０５、１０６に電池要素１０２の角部１０２ｃが当たり、ラミネートフィルム１０５、１０６を傷つけることとなる。そして、角部１０２ｃがラミネートフィルム１０５、１０６の熱融着樹脂層を突き破り、金属層にまで達すると電池内部に対して金属層が露出し、絶縁不良を引き起こしてしまう。
よって、これを回避するため、封止部１０８と電池要素１０２との間に少なくとも３ｍｍのクリアランスＬ３をとる必要がある。しかし、このクリアランスは、容量密度向上のための障害となる。
また、このような絶縁に関する問題は、電池要素１０２の積層領域だけでなく、金属板からなる集電部やタブにおいても生じうる。これらは、金属板を切断して形成されているものであるため、切断面における角部がラミネートフィルムを傷つけやすい形状となっているからである。
そこで、本発明は、電気デバイス要素を固定し、電気デバイス要素のみならずタブから外装フィルムを保護し、外装フィルムの電気的な絶縁特性を向上させる被覆材、及びこれを用いたファイル外装電気デバイ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本発明の被覆材は、電極である複数の正極板と電極である複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域と、積層領域から延出した各正極板および各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部とを有する電気デバイス要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、集電部に接続されて外装フィルムから延出したタブと、を有するファイル外装電気デバイスに用いられ、電気デバイス要素の角部及びタブの角部を被覆する保護領域と、電解液が通過可能な連通部と、を有する。
本発明のファイル外装電気デバイスは、電極である複数の正極板と複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域から延出した各正極板および各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部を有する電気デバイス要素と、
少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、集電部に接続されて外装フィルムから延出したタブと、本発明の被覆材と、を有する。
少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、集電部に接続されて外装フィルムから延出したタブと、本発明の被覆材と、を有する。
また、本発明のファイル外装電気デバイスは、電極である複数の正極板と電極である複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域と、積層領域から延出した各正極板および各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部を有する電気デバイス要素と、少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、熱融着性樹脂層を内側にして電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、集電部に接続されて外装フィルムから延出したタブと、本発明の被覆材とを有し、外装フィルムは１枚のフィルム材を２つ折りにして被覆材で被覆された電気デバイス要素を挟み、開放している３辺を熱融着することによって電気デバイス要素を封止し、１枚のフィルム材を２つ折りにした被覆材が少なくとも電気デバイス要素及びタブを挟み、被覆材の屈曲部に対向する側の開放部が外装フィルムの折り目側に位置している。
本発明の被覆材によれば、電気デバイス要素を固定し、電気デバイス要素のみならずタブから外装フィルムを保護し、外装フィルムの電気的な絶縁特性を向上させることができる。
（第１の実施形態）
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２Ａは、電池要素に被せる前の被覆材と、電池要素とを示す平面図である。図２Ｂは、被覆材を電池要素に被せた状態を示す透過平面図である。図２Ｃは、被覆材で被覆された電池要素をラミネートフィルムで封止したフィルム外装電池の透過平面図である。図２Ｄは、図２Ｃに示すＢ−Ｂ線での一部断面図である。また、図２Ｅは図２Ｃに示すＤ−Ｄ線での一部断面図である。
図３Ａは電池要素に被せる前の被覆材と、電池要素とを示す斜視図である。図３Ｂは、被覆材を電池要素に被せた状態を示す透過斜視図である。
フィルム外装電池１は、電池要素２と、電池要素２に設けられた正極集電部３ａおよび負極集電部３ｂと、電池要素２を電解液とともに収納する、２枚のラミネートフィルム５、６からなる外装材と、正極集電部３ａに接続された正極タブ４ａと、負極集電部３ｂに接続された負極タブ４ｂと、被覆材７とを有する。
フィルム外装電池１の好ましい寸法は、長さＬが１００ｍｍ〜５００ｍｍ、幅Ｗが１００ｍｍ〜５００ｍｍ、厚さが１〜１５ｍｍである。また、さらに好ましくは長さＬが２００ｍｍ〜３００ｍｍ、幅Ｗが１００ｍｍ〜２００ｍｍ、厚さが２〜１０ｍｍである。また、フィルム外装電池１の好ましい容量としては１．５Ａｈ〜５０Ａｈであり、さらに好ましくは３Ａｈ〜１０Ａｈである。
電池要素２は、複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている。セパレータには、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いて形成した多孔性フィルムなどが用いられる。
各正極板はアルミニウム箔に正極電極が塗布されており、負極板は銅箔に負極電極が塗布されている。延出部は、積層領域から延出しており、電極材料が塗布されていない。正極板の延出部同士が一括して超音波溶接されて中継部である正極集電部３ａが形成される。同様に、負極板の延出部同士が一括して超音波溶接されて、中継部である正極集電部３ａおよび負極集電部３ｂが形成される。これと同時に正極集電部３ａへの正極タブ４ａの接続、および負極集電部３ｂへの負極タブ４ｂの接続も超音波溶接によってなされる。なお、本明細書においては、正極集電部３ａ及び負極集電部３ｂはまとめて集電部３と呼称し、正極タブ４ａ及び負極タブ４ｂはまとめてタブ４と呼称する場合がある。
外装材は、電池要素２を、電池要素２の厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム５、６からなる。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着性を有する熱融着性樹脂層、金属層、および保護層を積層してなるものである。ラミネートフィルム５、６は、ＰＰ（ポリプロピレン）からなる熱融着性樹脂層が内側となるようにし、熱融着部である封止部８を熱融着することで、電池要素２を封止する。
ラミネートフィルム５、６としては、電解液が漏洩しないように電池要素２を封止できるものであれば、上述したタイプのフィルム外装電池に用いられるフィルムを用いることができ、一般的には、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが用いられる。上述したタイプのラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着性樹脂を貼りつけたフィルムが使用できる。金属箔、すなわち、金属層には、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着性樹脂、すなわち、熱融着性樹脂層には、ポリプロピレン、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などのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層には、ナイロン等が好適である。
被覆材７は、保護領域７ｄと、連通部７ｃとを有する円筒状のフィルムであり、集電部３を含む電池要素２及びタブ４を被覆する。保護領域７ｄは、電池要素２及びタブ４からラミネートフィルム５、６を保護する。連通部７ｃは、電解液が通過可能に形成されている。被覆材７は、より詳細には、電池要素２、正極集電部３ａ及び負極集電部３ｂを覆うとともに、正極タブ４ａ及び負極タブ４ｂの一部を被覆することで、これらからラミネートフィルム５、６を保護する。つまり、保護領域７ｄは、電池要素２の角部２ｃ及び側面２ｂ、集電部３の角部３ｃ、タブ４の角部４ｃといった、ラミネートフィルム５、６に接触することでラミネートフィルム５、６を損傷させる箇所を覆っている（図２Ｄ、図２Ｅ参照）。なお、角部とは、正極板、負極板、タブといった金属板の四隅の他、金属板の切断面の角部分のように、ラミネートフィルム５、６に当接することでラミネートフィルム５、６を損傷しやすい部分全般を指す。
被覆材７は、円筒形状のフィルムからなり、その両端に開口７ａ、７ｂを有する。被覆材７の開口寸法は、電池要素２の挿入が容易であれば、特に限定されるものではない。しかしながら、被覆材７は電池要素２を包むことで電池要素２がばらけてしまうのを防止する機能も発揮させる必要がある。よって、被覆材７の開口断面積は、集電部３が形成されている側の電池要素２の断面積よりも大きくする必要があるが、被覆材７を被せた後に被覆材７の中で電池要素２がばらけてしまわない程度の大きさとするのが好ましい。
上述したように被覆材７は、電解液が被覆材７の外表面側と内表面側との間を行き来することが可能な連通部７ｃを有する。開口７ａ、７ｂは、連通部７ｃとして機能するが、この他、連通部７ｃは、電解液の行き来が可能であればどのようなものであってもよい。例えば、連通部７ｃは、図４Ａに示すような複数の孔１０ａであってもよいし、図４Ｂに示すような広い開口部１０ｂであってもよい。また、被覆材７を多孔質部材で構成してもよい。この場合も、電解液は外表面側と内表面側との間を行き来可能である。
なお、これら、複数の孔１０ａ、開口部１０ｂは、電池要素２の角部２ｃ及び側面２ｂに対応する位置には形成されていない。被覆材７は、電池要素２の角部２ｃを覆うことでこれらから外装フィルムを保護し、電池要素２の角部２ｃがラミネートフィルム５、６に接触することでラミネートフィルム５、６を傷つけて絶縁不良を起こすのを防止する。しかしながら、電池要素２の角部２ｃに対応する位置に複数の孔１０ａ、開口部１０ｂを形成すると、この孔１０ａ、開口部１０ｂに対応する角部２ｃが露出してしまい、角部２ｃがラミネートフィルム５、６と接触するおそれがある。そうすると、絶縁不良を防止するという被覆材７の機能を効果的に発揮することができなくなる。よって、複数の孔１０ａ、開口部１０ｂ電池要素２の角部２ｃ及び側面２ｂに対応する位置には形成されていない。
被覆材７の長さＬ１は集電部３を含む電池要素２の長さＬ２よりも長い。長さＬ１は、ラミネートフィルム５、６で封止された状態で、被覆材７が電池要素２の積層領域、集電部３及びラミネートフィルム５、６内に位置するタブ４を覆い、かつ封止部８に入り込まない長さとするのが好ましい。すなわち、被覆材７の長さＬ１は、金属板で構成される部材とラミネートフィルム５、６との物理的な接触を防止するとともに、熱融着による封止を妨げないような長さとするのが好ましい。また、このような長さＬ１とすることで１つの被覆材７で電池要素２の他、正極集電部３ａ及び負極集電部３ｂ、正極タブ４ａ及び負極タブ４ｂの両極を全て覆うことができる。
本実施形態の被覆材７はＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）を材料とするのが好ましい。被覆材７は、これらの材質からなるため柔軟性に富み、正極タブ４ａに外部から力がかかり、正極タブ４ａが被覆材７に当接したとしても、その当接部分が局部的に屈曲してしまうことがない。被覆材７の材質は、ＰＥ、ＰＰ、ＰＥＴに限定されるものではなく、電解液に浸食されない材質で、かつ柔軟性に富む材質であればいかなるものであってもよい。被覆材７は厚さ０．０３ｍｍ以上０．２ｍｍ以下程度の範囲内とするのが好ましい。
なお、被覆材７の融点は、ラミネートフィルム５、６を傷つけないようにするため、ラミネートフィルム５、６の融点と同等あるいはそれ以下であることが望ましい。
電池要素２に含浸される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、ｍ−クレゾール等の、二次電池の電解液として利用可能な極性の高い塩基性溶媒に、ＬｉやＫ、Ｎａ等のアルカリ金属のカチオンとＣｌＯ４ −、ＢＦ４ −、ＰＦ６ −、ＣＦ３ＳＯ３ −、（ＣＦ３ＳＯ２）２Ｎ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２Ｎ−、（ＣＦ３ＳＯ２）３Ｃ−、（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）３Ｃ−等のハロゲンを含む化合物のアニオンからなる塩を溶解したものが挙げられる。また、これらの塩基性溶媒からなる溶剤や電解質塩は、単独で、あるいは複数組み合わせて用いることもできる。また、これらは電解液を含むポリマーゲルとしたゲル状電解質としてもよい。また、電解液は、スルホラン、ジオキサン、ジオキソラン、１，３―プロパンスルトン、テトラヒドロフラン、ビニレンカーボネートなどを微量添加してもよい。
次に、フィルム外装電池１の製造方法について図２及び図３を参照して説明する。
まず、集電部３を含む電池要素２の長さＬ２よりも長い長さＬ１の被覆材７が用意される。被覆材７は、インフレーションフィルムを長さＬ１で切断することで形成してもよい。連通部７ｃとしての複数の孔１０ａや開口部１０ｂは切断前に形成してもよいし、切断後に成形してもよい。なお、連通部７ｃは上述したように、電池要素２の角部２ｃに対応する位置には形成しないようにする。
次いで、被覆材７をタブ４側から電池要素２に被せる。なお、図２Ａでは負極タブ４ｂ側から被せているが、当然ながら正極タブ４ａ側から被せるものであってもよい。そして、図２Ｂに示すように、被覆材７が正極タブ４ａ及び負極タブ４ｂのいずれをも覆う位置となるように被覆材７と電池要素２とを位置あわせする。この状態で電池要素２の積層領域とタブ４との間に位置する正極集電部３ａ及び負極集電部３ｂは、いずれも当然に被覆されることとなる。なお、被覆材７は、タブ４の全てを覆うものではない。これは、タブ４の開放端側をラミネートフィルム５、６から延出させるためである。よって、被覆材７は、タブ４がラミネートフィルム５、６で封止される領域の手前までしか被覆しない。
また、被覆材７の位置合わせに際しては、連通部７ｃが角部２ｃに配置されないように留意する。
なお、被覆材７がメッシュ、あるいは多孔質部材の場合、連通部７ｃは極めて微細となるため、角部２ｃが露出することはない。よって、メッシュ、あるいは多孔質部材を被覆材７とした場合は、連通部７ｃが角部２ｃに位置するものであってもよい。
電池要素２は、複数の正極板、負極板及びセパレータからなるため、ラミネートフィルム５、６で封止する前段階にて取扱中にばらけてしまう場合がある。しかしながら、本実施形態の場合、上述のように電池要素２は、被覆材７によって包んで固定されている。このため、電池要素２がばらけてしまったり、ずれたりするのを気にすることなく作業を行うことができる。
また、電池要素２は、電池が完成した後においても、封止されたラミネートフィルム５、６内で正極板、負極板、セパレータが相対的な位置ずれを起こす場合がある。正極板、負極板、セパレータが相対的な位置ずれを起こすと所定の発電特性を得ることができない。しかしながら、本実施形態のフィルム外装電池１は、被覆材７によって電池要素２を固定しているので正極板、負極板、セパレータが相対的な位置ずれが発生するのを抑制することができ、よって、所定の発電特性を得ることができる。
なお、ここで、図６に示すように、被覆材７の上からさらにシュリンクテープまたは熱収縮チューブ１１を被せてもよい。これらシュリンクテープまたは熱収縮チューブ１１を加熱して収縮させることで被覆材７による電池要素２の固定がより確実となり、電池要素２がばらけてしまうのをより確実に防止できる。なお、シュリンクテープまたは熱収縮チューブ１１は、連通孔７ｃとして例えば複数の孔１０ａを被覆材７に形成した場合、電解液の通過を阻害しないように孔１０ａと重なり合わない位置に配置するのが好ましい。
次いで、図２Ｃに示すように、ラミネートフィルム５、６によって被覆材７で被覆された電池要素２を挟む。正極タブ４ａは封止部８ａ側から延出し、負極タブ４ｂは封止部８ｂ側から延出した状態にしておく。その後、封止部８ａ、８ｂ、２つの封止部８ｃの４辺を熱融着するとともに電解液を封入する。この工程をより詳細に説明する。まず、封止部８ａ、８ｂと、２つの封止部８ｃのうちの一つのみが熱融着されることでラミネートフィルム５、６を袋状に形成しておく。次いでこの袋の中に電解液を注入し、最後に残る封止部８ｃを熱融着する。このようにして封止工程は完了する。
このとき、電池要素２の側面２ｂに位置する被覆材７と封止部８ｃの内側とのクリアランスＬ３は０ｍｍ〜３ｍｍの範囲内とすることができる。従来、このクリアランスＬ３は少なくとも３ｍｍは必要であった（図１Ｂ及び図１Ｃ参照）。これは、以下の理由による。
封止部１０８ｃを熱融着させるために封止部１０８ｃをヒータで加熱すると、その熱が電池要素１０２の角部１０２ｃ付近を覆う領域Ｄのラミネートフィルム１０５、１０６にまで伝わる。該領域Ｄのラミネートフィルム１０５、１０６の熱融着性樹脂層が熱で柔らかくなると電池要素１０２の角部１０２ｃが熱融着樹脂層を突き破ってしまう場合がある。そうすると、熱融着樹脂層を突き破った角部１０２ｃはラミネートフィルム１０５、１０６の金属層にまで達する。その結果、金属層が露出してしまうこととなり、電解液が金属層に直接接触し、絶縁不良を起こす場合がある。そこで、絶縁性を確保するため、従来、クリアランスＬ３は少なくとも３ｍｍは設けておき、領域Ｄに封止部１０８ｃの熱が伝わりにくくしていた。
さらに、小型電子機器用のラミネート外装電池が広く普及しているが、自動車用などのパワー用途で、直列に多数の電池を接続して高電圧を得るような場合には、絶縁性が重要となる。このため、角部２ｃがラミネートフィルムの内面層にダメージを与えてラミネートフィルム内の金属層に到達するようなクラックなどが発生しないよう、対策が必要となってくる。そのため従来、電極積層体と封止部は３ｍｍ以上のクリアランスＬ３を設けていた。
しかし、これらの問題を回避するために設けたクリアランスＬ３は、容積密度を低下させてしまうものでもあった。
本実施形態では、電池要素２の角部２ｃを被覆材７によって被覆している。これにより、角部２ｃとラミネートフィルム５、６の間に保護層が存在することになる。この保護層は尖った角部２ｃに対して緩衝作用を及ぼす。つまり、クリアランスＬ３を０ｍｍ〜３ｍｍに設定した場合であっても、保護層が存在するので、角部２ｃがラミネートフィルム５、６の熱融着性樹脂層に当たり熱融着性樹脂層を損傷させる、といった事態を回避できる。その結果、ラミネートフィルムの絶縁性低下が防止されることとなる。そして、本発明は、クリアランスＬ３を少なくした分だけ、従来のものより容積密度を向上させることができる。
また、本実施形態の被覆材７は、電池要素２の角部２ｃのみならず集電部３、集電部３の角部３ｃ、タブ４の角部４ｃも被覆することができる。さらには、被覆材７は、集電部３とタブ４との接合部も被覆することができる。このため、これらの部材がラミネートフィルム５、６を損傷するのを防止することができる。
また、本実施形態の被覆材７は連通部７ｃを有するため、セパレータへの電解液の浸潤に要する時間を短縮することができる。被覆材７は基本的に筒状の部材であるため、電解液は開口７ａ、７ｂから電池要素２側へと流入することができる。しかしながら、ラミネートフィルム５、６で封止したような状態では電解液が開口７ａ、７ｂへと回り込みにくい。特に、最初に熱融着しておいた封止部８ｃ側は特に電解液が回り込みにくい。しかし、本実施形態の被覆材７は連通部７ｃを有する。このため、電解液はこの連通部７ｃを通過して電池要素２側へと流入させることができる。その結果、本発明によれば、セパレータへの電解液の浸潤に要する時間を短縮することができる。
なお、この連通部７ｃは角部２ｃに対応する位置には設けられていないため、電池要素２の角部２ｃが露出してラミネートフィルム５、６を傷つけてしまうことはない。
以上、本実施形態の被覆材７は保護領域７ｄによって、電池要素２、集電部３、タブ４の各角部２ｃ、３ｃ、４ｃといった、ラミネートフィルム５、６を損傷しやすい部分を被覆している。これにより、本発明は、封止部８の熱で柔らかくなった領域Ｄ、その他、各角部２ｃ、３ｃ、４ｃ近傍のラミネートフィルム５、６の熱融着性樹脂層が、これら角部２ｃ、３ｃ、４ｃが当たることにより傷つけられてラミネートフィルム５、６の絶縁性が悪化する、といった事態を防止することができる。
また、被覆材７が各角部２ｃ、３ｃ、４ｃとラミネートフィルム５、６との間の保護層となっているので、電池要素２の側面２ｂに位置する被覆材７と封止部８ｃの内側とを実質的に密着させクリアランスＬ３をゼロとすることができる。これにより、本発明は、電池を小型化でき、その結果、電池の容量密度を向上させることができる。
また、本実施形態の被覆材７は、電池要素２を包んで固定する。このため、本発明によれば、電池要素２を構成する複数の正極板、負極板、セパレータが製造中にばらけてしまうのを防止でき、電池の製造が容易となる。また、本発明は、完成した電池においても内部で正極板、負極板、セパレータの相対的な位置ずれを防止することができる。よって、本発明の電池は、正極板とセパレータと負極板とが所定の接触面積を確保でき、所定の発電特性を発揮させることができる。
また、本実施形態の被覆材７は連通部７ｃを有するため、電解液の浸潤に要する時間を短縮化できる。
また、本発明は、１つの被覆材７によって、電池要素のばらつき防止の他、正負両電極側における損傷防止も可能となるため、部品点数を削減できる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、２枚のラミネートフィルムを用いた例を示した。本実施形態では、１枚のラミネートフィルムを折り曲げて袋状にした場合に用いられる被覆材２７について説明する。なお、本実施形態の説明においては、簡単のため、第１の実施形態と同じ部材については同じ符号を用いて説明する。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、２枚のラミネートフィルムを用いた例を示した。本実施形態では、１枚のラミネートフィルムを折り曲げて袋状にした場合に用いられる被覆材２７について説明する。なお、本実施形態の説明においては、簡単のため、第１の実施形態と同じ部材については同じ符号を用いて説明する。
図５Ａに本実施形態のフィルム外装電池の透視図、また、図５Ｂに図５ＡにおけるＡ−Ａ線での断面図を示す。
本実施形態のフィルム外装電池は、１枚のラミネートフィルム２５を折り返し端２５ａにて２つ折りにして電池要素５を挟み、開放している３辺を熱融着することによって電池要素５を封止している。すなわち、折り返し端２５ａは熱融着する必要がないため、封止部８ａ、８ｂ、１つの封止部８ｃを熱融着すれば済む。このような構成の場合、被覆材７は、図５Ｂに示すように、筒状ではなく１枚のフィルムを２つ折りとした構成とし、被覆材２７の屈曲部２７ｂに対向する側の開放部２７ａが折り返し端２５ａ側に位置するようにすることができる。これは、折り返し端２５ａは熱融着されないので熱対策が特に必要ないため、被覆材２７で電池要素２の側面２ｂを覆い込む必要がないことによる。この場合、開放部２７ａを連通部７ｃとすることができるので、被覆材２７の主面に連通部７ｃとして孔を形成しなくてもよい。もっとも、主面に孔を形成することで、電解液の浸潤に要する時間はより短縮することができる。
なお、被覆材２７の開放部２７ａは、電池要素２の側面２ｂの全てを覆うものではないが、少なくとも電池要素２の角部２ｃ、集電部３の角部３ｃ、タブ４の角部４ｃを覆うようにする必要がある。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２００８年３月１４日に出願された日本出願特願２００８−０６６４７８号を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によって取り込む。
Claims (9)
- 電極である複数の正極板と電極である複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域と、前記積層領域から延出した前記各正極板および前記各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部とを有する電気デバイス要素と、
少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで前記電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、
前記集電部に接続されて前記外装フィルムから延出したタブと、を有するファイル外装電気デバイスに用いられ、
前記電気デバイス要素の角部及び前記タブの角部を被覆する保護領域と、
前記電解液が通過可能な連通部と、を有する被覆材。 - 前記連通部は、前記電極の主面に対応する位置に形成された孔を含む、請求の範囲第１項に記載の被覆材。
- 前記被覆材は多孔質シートである、請求の範囲第１項または第２項に記載の被覆材。
- 前記被覆材は筒状フィルムである、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の被覆材。
- 前記被覆材は１枚のフィルム材を２つ折りにしたものである、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載の被覆材。
- 電極である複数の正極板と電極である複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域と、前記積層領域から延出した前記各正極板および前記各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部を有する電気デバイス要素と、
少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで前記電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、
前記集電部に接続されて前記外装フィルムから延出したタブと、
請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか１項に記載の被覆材と、
を有するファイル外装電気デバイス。 - 電極である複数の正極板と電極である複数の負極板とを対向させて積層させた積層領域と、前記積層領域から延出した前記各正極板および前記各負極板をそれぞれ一括して接合することで形成された集電部を有する電気デバイス要素と、
少なくとも熱融着性樹脂層と金属層とが積層され、前記熱融着性樹脂層を内側にして前記電気デバイス要素を包囲し、周縁の封止部が熱融着されることで前記電気デバイス要素および電解液を封止する外装フィルムと、
前記集電部に接続されて前記外装フィルムから延出したタブと、
請求の範囲第５項に記載の被覆材とを有し、
前記外装フィルムは１枚のフィルム材を２つ折りにして前記被覆材で被覆された前記電気デバイス要素を挟み、開放している辺を熱融着することによって前記電気デバイス要素を封止しており、
前記電気デバイス要素及び前記タブを挟んだ前記被覆材の屈曲部に対向する側の開放部が前記外装フィルムの折り目側に位置しているファイル外装電気デバイス。 - 前記電気デバイス要素の側面に位置する前記被覆材と前記外装フィルムとは実質的に密着している、請求の範囲第６項または第７項に記載のファイル外装電気デバイス。
- 前記被覆材は、シュリンクテープまたは熱収縮チューブによって前記電気デバイス要素に固定されている、請求の範囲第６項ないし第８項のいずれか１項に記載のファイル外装電気デバイス。
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