JPWO2017047473A1 - battery - Google Patents
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Abstract
正極本体部22と負極本体部32とがセパレーターを介して積層された電極積層体と、正極本体部22と正極端子部24を介して接続される正極引き出しタブ120と、負極本体部32と負極端子部34を介して接続される負極引き出しタブ130と、熱溶着によって周囲に封止領域が形成されることで電極積層体と電解液とを収容する収容空間を形成する矩形状ラミネートフィルム外装材80と、を有する電池100であって、矩形状ラミネートフィルム外装材80の4辺のうち1辺に、収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部90、及び、セパレーターの一部と矩形状フィルムラミネート外装材とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部93の双方が設けられる。 An electrode laminate in which the positive electrode main body portion 22 and the negative electrode main body portion 32 are stacked via a separator, a positive electrode lead tab 120 connected via the positive electrode main body portion 22 and the positive electrode terminal portion 24, a negative electrode main body portion 32, and a negative electrode A rectangular laminated film exterior material that forms a housing space for housing the electrode laminate and the electrolyte solution by forming a sealing region around the negative electrode pull-out tab 130 connected via the terminal portion 34 and thermal welding. 80, a pressure release part 90 that releases pressure as the internal pressure rises in the accommodation space on one of the four sides of the rectangular laminate film exterior material 80, and a part of the separator Both a separator / film exterior material welded portion 93 welded with a rectangular film laminate exterior material are provided.
Description
本発明は、複数の正極本体部と複数の負極本体部とがセパレーターを介して積層された電極積層体がフィルム外装材に収容された構造のリチウムイオン二次電池などの電池に関する。 The present invention relates to a battery such as a lithium ion secondary battery having a structure in which an electrode laminate in which a plurality of positive electrode main body portions and a plurality of negative electrode main body portions are laminated via a separator is accommodated in a film exterior material.
リチウムイオン二次電池は、モバイルフォン、デジタルカメラなどの携帯用小型機器の電源に用いられる蓄電デバイスとして普及してきたが、近年は電動バイク、電気自転車などの移動手段の電源や、住宅や商業施設などの電源として用いられるなど、大型で大容量かつ大電流の電源においても需要が拡大している。 Lithium-ion secondary batteries have been widely used as power storage devices used as power sources for portable small devices such as mobile phones and digital cameras. However, in recent years, power sources for mobile means such as electric bikes and electric bicycles, as well as residential and commercial facilities Demand is expanding even for large-sized, large-capacity, and large-current power supplies.
とりわけ、可撓性のラミネートフィルムを外装材として用いたリチウムイオン二次電池は、軽量で安全性が高く、高密度実装にも適しているという点で注目されている。このような可撓性ラミネートフィルムを外装材として用いたリチウムイオン二次電池を、複数用いて組電池とした電池モジュールは、例えば、樹脂製、金属製あるいはこれらを組み合わせたモジュールケースに収納されて用いられる。 In particular, a lithium ion secondary battery using a flexible laminate film as an exterior material has attracted attention because it is lightweight, highly safe, and suitable for high-density mounting. A battery module in which a plurality of lithium ion secondary batteries using such a flexible laminate film as an exterior material is used as an assembled battery is housed in a module case made of resin, metal, or a combination thereof, for example. Used.
上記のような電池モジュールが、自転車、自動車といった移動体に適用される場合には、当該電池モジュールを構成する電池は比較的大きな振動を受け続けることとなる。ここで、複数の電極と電極同士の間に挟まれるセパレーターとからなる電極積層体をフィルム外装材で封止した構成の電池においては、衝撃などよってフィルム外装材内で電極積層体が移動すると、電池として不具合が生じる可能性があるため、フィルム外装材からなるパッケージの内部で電極積層体が移動するのを抑えることが望ましい。 When the battery module as described above is applied to a moving body such as a bicycle or an automobile, the battery constituting the battery module continues to receive relatively large vibrations. Here, in a battery having a configuration in which an electrode laminate composed of a plurality of electrodes and a separator sandwiched between electrodes is sealed with a film sheathing material, when the electrode laminate moves within the film sheathing material due to impact or the like, It is desirable to suppress the movement of the electrode laminate inside the package made of the film exterior material because there is a possibility that a problem occurs as a battery.
そこで、フィルム外装材内での電極積層体の移動を制限する技術が提案されており、例えば、特許文献1(特開2013−73913号公報)には、複数の電極と複数のセパレーターが交互に積層された電極積層体と、周縁部同士が互いに重ね合わされて接合されることによって前記電極積層体を封入するパッケージを構成する外装体フィルムと、を有し、 前記複数のセパレーターは、平面形状の大きなセパレーターと平面形状の小さなセパレーターとを含み、前記平面形状の大きなセパレーターは、平面的に見て前記電極積層体の側方に突出し、前記外装体フィルムの周縁部同士の接合部分よりも内側で前記外装体フィルムに接合されている電池が提案されている。
ところで、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、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たりしても、電解質塩の分解などによりガス種のもとになる物質が生成されたりする。 By the way, when a voltage outside the standard range is applied to the battery during use of the battery, gas species may be generated due to electrolysis of the electrolyte solvent, and the internal pressure of the battery may increase. Furthermore, even if the battery is used at a high temperature outside the standard range, a substance that is a source of gas species is generated due to decomposition of the electrolyte salt or the like.
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であるが、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ともある。 Basically, it is ideal to use the battery within the standard range so as not to generate gas, but the battery control circuit may fail for some reason and an abnormal voltage is applied, or for some reason. If the surroundings become abnormally hot, a large amount of gas may be generated in some cases.
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、フィルムを外装材とする電池においては、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が、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。 The generation of gas inside the battery causes an increase in the internal pressure of the battery. In order to prevent the internal pressure from rising excessively and the battery from exploding, the battery with a film as the exterior material expands if the internal pressure rises too much, and eventually the exterior material ruptures and gas is emitted from that location. Although it erupts, it is not possible to specify where the rupture occurs, so depending on the ruptured location, it may adversely affect surrounding equipment.
しかしながら、特許文献1記載の従来の電池においては、上記のような内圧上昇に伴うフィルム外装材の破裂に対する対策が施されておらず、問題であった。 However, the conventional battery described in Patent Document 1 has a problem because no measures are taken against the rupture of the film exterior material accompanying the increase in internal pressure as described above.
なお、フィルム外装材で封止される電池においては、内圧上昇に係る課題に対処するために、電極積層体を封止する溶着部の特定部位の強度を弱くしておき、これを安全弁とする構成などが提案されており、このような構成を特許文献1記載の電池に適用することも考えられる。しかしながら、当該構成を採用すると、電池の面積が大きくなってしまう、という新たな問題が発生することとなる。 In addition, in a battery sealed with a film exterior material, in order to cope with a problem related to an increase in internal pressure, the strength of a specific portion of a welded portion that seals the electrode laminate is weakened, and this is used as a safety valve. A configuration has been proposed, and it is conceivable to apply such a configuration to the battery described in Patent Document 1. However, when this configuration is adopted, a new problem that the area of the battery becomes large occurs.
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る電池は、正極本体部と負極本体部とがセパレーターを介して積層された電極積層体と、前記正極本体部と正極端子部を介して接続される正極引き出しタブと、前記負極本体部と負極端子部を介して接続される負極引き出しタブと、熱溶着によって周囲に封止領域が形成されることで、前記電極積層体と電解液とを収容する収容空間を形成する矩形状フィルム外装材と、を有する電池であって、前記矩形状フィルム外装材の4辺のうち1辺に、前記収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部、及び、前記セパレーターの一部と矩形状フィルム外装材とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部の双方が設けられることを特徴とする。 The present invention solves the above problems, and a battery according to the present invention includes an electrode laminate in which a positive electrode main body and a negative electrode main body are stacked via a separator, and the positive electrode main body. A positive electrode extraction tab connected via a positive electrode terminal portion, a negative electrode extraction tab connected via the negative electrode main body portion and a negative electrode terminal portion, and a sealing region is formed around the electrode by thermal welding, whereby the electrode A rectangular film sheathing material that forms a housing space for housing the laminate and the electrolyte solution, wherein one of the four sides of the rectangular film sheathing material has an increased internal pressure in the housing space. Accordingly, both a pressure release portion for releasing pressure and a separator / film exterior material welded portion in which a part of the separator and a rectangular film exterior material are welded are provided.
本発明に係る電池は、前記矩形状フィルム外装材の4辺のうち1辺に、前記収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部、及び、前記セパレーターの一部と矩形状フィルム外装材とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部の双方が設けられており、このような本発明に係る電池によれば、電池の面積を抑制しつつ、電極積層体の移動を制限することができ、耐衝撃性を向上させることが可能となると共に、内圧上昇に伴うフィルム外装材破裂対策を施すことが可能となる。 The battery according to the present invention includes, on one side of the four sides of the rectangular film exterior material, a pressure release portion that releases pressure as the internal pressure of the accommodation space increases, and a part of the separator and the rectangular film exterior Both the separator / film exterior material welded portion welded to the material are provided, and according to such a battery according to the present invention, the movement of the electrode laminate can be restricted while suppressing the area of the battery. It is possible to improve the impact resistance and to take measures against rupture of the film exterior material accompanying the increase in internal pressure.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施形態に係る電池100の斜視図である。図1において、ラミネートフィルム外装材80内に収容された構成については、点線によって示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a battery 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the configuration accommodated in the laminate film
また、図2は本発明の実施形態に係る電池100を図1矢印Xの方向(電極積層体60の積層方向)から見た図である。なお、電池100の平面図は図2に示すものであるものと定義すると共に、図2により電池100を見たとき、正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130の面積を除いた電池本体部110の面積を、電池100の面積として定義する。
FIG. 2 is a view of the battery 100 according to the embodiment of the present invention as viewed from the direction of the arrow X in FIG. 1 (stacking direction of the electrode stack 60). The plan view of the battery 100 is defined as shown in FIG. 2, and when the battery 100 is viewed in FIG. 2, the battery
図2により電池100を見たとき、電池本体部110は、第1辺111と、第1辺111と対向する第2辺112と、第3辺113と、第3辺113と対向する第4辺114とを有している。正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130とが、第1辺111から引き出される配置となっている。
When the battery 100 is viewed in FIG. 2, the battery
一方、電極積層体60をラミネートフィルム外装材80に固着する超音波溶着部93と、電池本体部110の内圧が上昇したときのガスを開放する圧力開放部90とは、第2辺112側に配されるようになっている。
On the other hand, the
本実施形態においては、電池100として、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われる、電気化学素子の1種であるリチウムイオン二次電池を例に説明するが、本発明は他の種類の電池にも適用することができる。 In the present embodiment, as the battery 100, a lithium ion secondary battery that is one type of electrochemical element in which charge and discharge are performed by moving lithium ions between a negative electrode and a positive electrode will be described as an example. Can also be applied to other types of batteries.
本発明の実施形態に係る電池100は、複数の正極20と複数の負極30とがセパレーター40を介して積層された電極積層体60、および電解液(不図示)が、平面視で矩形のラミネートフィルム外装材80内に収容された構造となっている。
A battery 100 according to an embodiment of the present invention includes an
なお、電極積層体60には、上記のように複数の正極20と複数の負極30とがセパレーター40を介して積層したものの他に、シート状正極とシート状負極とがセパレーターを介し積層されたたものを巻回し、これが圧縮されることにより積層体をなすものも含まれる。
In addition to the laminate of the plurality of
また、本実施形態においては、複数の正極20と複数の負極30とがセパレーター40を介して積層されたものを電極積層体60として説明しているが、電極積層体60の最小単位としては、理論的には一つの正極20と一つの負極30とがセパレーター40を介して積層されたものとすることができる。
Further, in the present embodiment, the
ここで、本発明の実施形態に係る電池100に用いられる正極20、負極30、セパレーター40について説明する。図3は本発明の実施形態に係る電池100の正極20を示す図であり、図4は本発明の実施形態に係る電池100の負極30を示す図である。
Here, the
正極20は、矩形状の正極本体部22と、正極本体部22から延出する短冊状の正極端子部24とを有している。正極本体部22においては、薄板状のアルミニウム板にリチウムコバルト複合酸化物等の正極活物質26が塗布されている。
The
負極30は、矩形状の負極本体部32と、負極本体部32から延出する短冊状の負極端子部34とを有している。負極本体部32においては、薄板状のニッケル板又は銅板にグラファイト等の負極活物質36が塗布されている。
The
図5及び図6は本発明の実施形態に係る電池100のセパレーター40を示す図である。なお、図5に示すセパレーター40と、図6に示すセパレーター40とは、表裏の関係にあるものであり、実質的には1種類の形状のセパレーター40が用意される。
5 and 6 are views showing the
セパレーター40は、矩形状のセパレーター本体部42と、セパレーター本体部42から延出する短冊状のセパレーター延出片44とを有している。 セパレーター40は、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂から作られた、マイクロポーラスフィルム(微多孔フィルム)、不織布あるいは織布など、電解液を含浸することができるシート状の部材である。
The
次に、上記のような正極20、負極30、セパレーター40を積層して電極積層体60を構成する方法について説明する。図7は電極積層体60における各構成の積層順序を説明する図である。
Next, a method for forming the
図7に示すように、上からセパレーター40、負極30、セパレーター40、正極20、セパレーター40・・・・の規則で、正極20、負極30、セパレーター40が積層される。正極20は、全ての正極端子部24が、積層方向から見て一方の側に重なるようにして積層されている。また、負極30は、全ての負極端子部34が、積層方向から見て他方の側に重なるようにして積層されている。
As shown in FIG. 7, the
また、セパレーター40は、図7に示すように、セパレーター延出片44が、積層方向から見て、一方の側、他方の側、一方の側、他方の側、・・・というように交互に配置されるように積層される。セパレーター延出片44は、積層方向から見て、2箇所において、ラミネートフィルム外装材80と超音波溶着されるようになっている。
Further, as shown in FIG. 7, the
衝撃などよってラミネートフィルム外装材80に収容されている電極積層体60が移動したりすると、電池100として不具合が生じる可能性があるため、ラミネートフィルム外装材80からなるパッケージの内部で電極積層体60が移動するのを抑えることが望ましい。
If the
そこで、本発明に係る電池100においては、上記のように、セパレーター40のセパレーター延出片44が、ラミネートフィルム外装材80の第2辺112側における2箇所の超音波溶着部93で、ラミネートフィルム外装材80に対して固定される構成となっている。図8は図2A−A’の断面図である。図8に示すように、セパレーター延出片44を介して、電極積層体60がラミネートフィルム外装材80に対して固定されることで、電極積層体60の移動が制限される。
Therefore, in the battery 100 according to the present invention, as described above, the
一方、本発明に係る電池100の電池本体部110の第1辺111側においては、正極引き出しタブ120及び負極引き出しタブ130がラミネートフィルム外装材80に対して溶着により固定される構成となっている。
On the other hand, on the
上記のように、本発明に係る電池100においては、電池本体部110の第1辺111側で、正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130とがラミネートフィルム外装材80に固定されることで電極積層体60の移動を規制すると共に、第1辺111と対向する第2辺112側においても、セパレーター延出片44が、2箇所でラミネートフィルム外装材80に固定されることで、電極積層体60の移動を規制する。
As described above, in the battery 100 according to the present invention, the positive
これにより、ラミネートフィルム外装材80に収容されている電極積層体60は、対向する2つの辺でラミネートフィルム外装材80に固定され、移動が規制されるので、本発明に係る電池100は、耐衝撃性に優れた構造となっている。
As a result, the
本実施形態においては、電池本体部110の1辺における2箇所で、セパレーター延出片44がラミネートフィルム外装材80に固定される構成となっているが、このようにセパレーター延出片44が、複数の箇所に分散されてラミネートフィルム外装材80に固着されることが好ましい。これは、一箇所の溶着部において、セパレーター延出片44が積層される枚数を抑制することで、溶着のためのエネルギーを抑制するためである。
In the present embodiment, the
なお、本発明においては、セパレーター延出片44が、ラミネートフィルム外装材80に固着される箇所が、1辺における1箇所であってもよい。要は、正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130とがラミネートフィルム外装材80に固定される辺と、セパレーター延出片44がラミネートフィルム外装材80に固着される辺とが対向する構成であればよい。
In the present invention, the location where the
ただし、本実施形態のように、セパレーター延出片44が配される箇所を上記のように複数箇所に分散して、セパレーター40の一部(セパレーター延出片44)と、ラミネートフィルム外装材80とを溶着するセパレーター/フィルム外装材溶着部(超音波溶着部93)とを複数箇所に分散させることは望ましい実施形態である。
However, as in the present embodiment, the part where the
複数の正極20の正極端子部24は、正極引き出しタブ120に導電接続される。また、複数の負極30の負極端子部34は、負極引き出しタブ130に導電接続される。正極引き出しタブ120にはアルミニウム板が用いられ、負極引き出しタブ130にはニッケル板または銅板が用いられる。負極引き出しタブ130を銅板で構成する場合、表面にニッケルめっきを施してもよい。
The positive
なお、電極積層体60の最小単位として、一つの正極20と一つの負極30とをセパレーター40を介して積層したものを用いる場合、一つの正極端子部24を正極引き出しタブ120に導電接続するようにし、一つの負極端子部34を負極引き出しタブ130に導電接続するようにすればよい。
In addition, when using what laminated | stacked the one
ラミネートフィルム外装材80は、電極積層体60をその積層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からなり、電極積層体60の周囲で重なり合った対向面同士を熱溶着することで、電極積層体60が電解液と共に封止されている。
The laminate
図1及び図2において、斜線部は、ラミネートフィルム外装材80が熱溶着されることで、電極積層体60と電解液とを封止する熱溶着部81(封止領域)を示している。
In FIG. 1 and FIG. 2, the hatched portion indicates a thermal welding portion 81 (sealing region) that seals the
ラミネートフィルム外装材80を構成するラミネートフィルムとしては、柔軟性を有しており、かつ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、この種のフィルム外装電池に一般に用いられるフィルムを用いることができる。
The laminate film constituting the laminate
ラミネートフィルム外装材80に用いられるラミネートフィルムの代表的な層構成としては、金属薄膜層と熱溶着性樹脂層とを積層した構成、あるいは、金属薄膜層の熱溶着樹脂層と反対側の面にさらに、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルやナイロン等のフィルムからなる保護層を積層した構成が挙げられる。電極積層体60、電解液を封止するに際しては、熱溶着性樹脂層を対向させて電極積層体60を包囲する。
As a typical layer structure of a laminate film used for the laminate
金属薄膜層としては、例えば、厚さ10μm〜100μmの、Al、Ti、Ti合金、Fe、ステンレス、Mg合金などの箔を用いることができる。熱溶着性樹脂層に用いられる樹脂としては、熱溶着が可能な樹脂であれば特に制限はなく、例えば、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。熱溶着性樹脂層の厚さは10μm〜200μmが好ましく、より好ましくは30μm〜100μmである。 As the metal thin film layer, for example, a foil made of Al, Ti, Ti alloy, Fe, stainless steel, Mg alloy or the like having a thickness of 10 μm to 100 μm can be used. The resin used for the heat-welding resin layer is not particularly limited as long as it can be heat-welded. For example, polypropylene, polyethylene, acid-modified products thereof, polyphenylene sulfide, polyester such as polyethylene terephthalate, polyamide, An ethylene-vinyl acetate copolymer can be used. The thickness of the heat-welding resin layer is preferably 10 μm to 200 μm, more preferably 30 μm to 100 μm.
次に、ラミネートフィルム外装材80の熱溶着部(封止領域)81での特徴的な圧力開放部90の構造について説明する。なお、この圧力開放部90は、電池本体部110の第2辺112側に設けられることも特徴点となっている。
Next, the characteristic structure of the pressure release portion 90 in the heat welding portion (sealing region) 81 of the laminate
図2に示すように、電池本体部110の第2辺112には、ラミネートフィルム外装材80同士が熱溶着されていない部位である2つの非溶着部87が、収容部82(電池要素収納部)に連続し、かつ収容部82に対して入り江状に設けられている。
As shown in FIG. 2, on the
2つの非溶着部87は、熱溶着部(封止領域)81の周縁に沿った方向に互いに間隔をあけて配されており、2つの非溶着部87の間の領域は、2つの非溶着部87の外側の熱溶着部(封止領域)81から収容部82に向かって突出した突出溶着部85となっている。この突出溶着部85には、ラミネートフィルム外装材80を貫通する貫通孔88が形成されている。
The two
以上のように構成された電池100において、使用中に規格範囲外の電圧が印加されたり、一時的に高温になったりすること等によって電極積層体60などからガスが発生すると、ラミネートフィルム外装材80の内圧が上昇する。
In the battery 100 configured as described above, when a voltage outside the standard range is applied during use or when gas is generated from the
内圧が上昇すると、ラミネートフィルム外装材80はドーム状に膨らもうとし、ラミネートフィルム外装材80同士が熱溶着された部分に引き剥がし応力が作用する。このとき、引き剥がし応力は2つの非溶着部87の間の突出溶着部85に集中的に作用し、外装フィルム5の熱溶着された部分の剥離は、突出溶着部85で優先的に進行する。内圧の上昇に伴ってこの剥離が貫通穴88の位置まで達することによって、電池要素収納部がラミネートフィルム外装材80の外部と連通し、上昇した圧力は貫通穴88を通じて開放される。よって、電池100のラミネートフィルム外装材80が破裂する前に特定の位置からガスを噴出させることができ、電池100のラミネートフィルム外装材80の破裂や意図しない方向へのガスの噴出を防止することができる。
When the internal pressure rises, the laminate
以下に、内圧上昇に伴うラミネートフィルム外装材80の剥離の進行について詳しく説明する。
Hereinafter, the progress of peeling of the laminate
ラミネートフィルム外装材80の熱溶着された領域と熱溶着されていない領域との境界が凹凸のない形状となっている場合は、図9に示すように、引き剥がし応力F1は一方向にのみ作用し、剥離はラミネートフィルム外装材80の外縁へ向かって進行していく。
When the boundary between the heat-welded region and the non-heat-welded region of the laminate
ところが、本実施形態のように突出溶着部85を設けた場合は、図10に示すように、非融着部87にもガスが充満して突出溶着部85の両側部でもラミネートフィルム外装材80が膨らむので、突出溶着部85には、その先端に作用する引き剥がし応力F1に加え、側縁にも引き剥がし応力F2が作用する。
However, when the protruding welded
そのため、突出溶着部85の角部には、これらの合力として他の部位よりも大きな引き剥がし応力が作用し、この角部でラミネートフィルム外装材80が他の部位に優先して剥離が進行する。角部でラミネートフィルム外装材80が剥離すると、角部は丸みを帯びてくるが、それでもまだ突出溶着部85は凸形状を維持しており、突出溶着部85には複数の方向から引き剥がし応力が作用する。従って、ラミネートフィルム外装材80の剥離は、この凸形状の先鋭度を減らしながら、最終的には突出溶着部85がほぼなくなるまで、突出溶着部85でのラミネートフィルム外装材80の剥離が他の部位よりも優先的に進行する。
Therefore, a peeling stress larger than the other part acts as a resultant force on the corner portion of the protruding welded
突出溶着部85でのラミネートフィルム外装材80の剥離の進行を図11に示す。図11に示すように、突出溶着部85では、内圧の上昇に伴ってa→b→cのように、突出溶着部85の両側から剥離が進行していく。ラミネートフィルム外装材80の剥離位置は、ラミネートフィルム外装材80の材質、突出溶着部85の幅W、突出溶着部85の突出長さL、および内圧に依存する。
The progress of peeling of the laminate
従って、ラミネートフィルム外装材80の材質、突出溶着部85の幅W、および突出溶着部85の突出長さLを予め決めておけば、貫通穴88の位置を調整することによって、電池要素収納部の内部と外部とが連通するときの電池要素収納部の内圧である開放圧力を、任意に設定することができる。すなわち、貫通穴88を突出溶着部85の先端に近い位置に設ければ低い内圧で圧力を開放することができ、突出溶着部85の根元付近に貫通穴88を設ければ、高い内圧まで圧力は開放しない。
Therefore, if the material of the laminate
電池100のラミネートフィルム外装材80においては、好ましい設計上の開放圧力は、大気圧からの上昇分として、0.05MPa〜1MPaであり、より好ましくは0.1MPa〜0.4MPaである。開放圧力が低すぎると、一時的に大電流が流れたり一次的に高温になったりしたときなどの軽微なトラブルでも開放してしまい、電池100が動作しなくなるという不具合を招く。一方、開放圧力が高すぎると、貫通穴88までラミネートフィルム外装材80の剥離が進行する前に他の部位でラミネートフィルム外装材80の溶着部や引き出しタブの溶着封止部が開口し、意図しない方向へガスが噴出してしまう危険性が増大する。
In the laminate
以上のような本発明に係る電池100は、矩形状のラミネートフィルム外装材80の4辺のうち1辺(第2辺112)に、電極積層体60の収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部90、及び、セパレーター40の一部(セパレーター延出片44)とラミネートフィルム外装材80とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部(超音波溶着部93)の双方が設けられており、このような本発明に係る電池100によれば、電池100の面積を抑制しつつ、電極積層体60の移動を制限することができ、耐衝撃性を向上させることが可能となると共に、内圧上昇に伴うラミネートフィルム外装材80の破裂対策を施すことが可能となる。
In the battery 100 according to the present invention as described above, the pressure is released to one side (second side 112) of the four sides of the rectangular laminate
また、本発明に係る電池100においては、矩形状のラミネートフィルム外装材80の第2辺112において、セパレーター40のセパレーター延出片44とラミネートフィルム外装材80とを溶着するポイントであるセパレーター/フィルム外装材溶着部が、圧力開放部90の両側の2箇所に配された構造となっており、効果的に電極積層体60の移動を制限することが可能となっている。
Further, in the battery 100 according to the present invention, the separator / film which is a point for welding the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態は先の実施形態と、電極積層体60の構成が異なり、これにより、セパレーター延出片44とラミネートフィルム外装材80とを溶着する際のエネルギーを抑制するようにしている。
Next, another embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the previous embodiment in the configuration of the
以下、本実施形態は先の実施形態との相違点を中心として説明する。先の実施形態においては、一箇所の溶着部において、セパレーター延出片44が積層される枚数を減らすために、セパレーター延出片44が配させる箇所を積層方向から見て、2箇所とする共に、セパレーター40の積層順に、交互にセパレーター延出片44となるようにしていた。
Hereinafter, this embodiment will be described focusing on differences from the previous embodiment. In the previous embodiment, in order to reduce the number of
本実施形態においては、図12に示すような、短冊状のセパレーター延出片44を持たない、矩形状のセパレーター本体部42のみのセパレーター40も用いることで、1箇所の溶着部において、ラミネートフィルム外装材80に固着するセパレーター延出片44の枚数をさらに減らすようにしている。
In this embodiment, as shown in FIG. 12, the
図13は本発明の他の実施形態に係る電池100の電極積層体60における各構成の積層順序を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating the stacking order of the components in the
本実施形態では、図13に示すように、上からセパレーター延出片44を有するセパレーター40、負極30、セパレーター延出片44を有さないセパレーター40、正極20、セパレーター延出片44を有するセパレーター40、負極30、セパレーター延出片44を有さないセパレーター40、正極20、セパレーター延出片44を有するセパレーター40、・・・・の規則で、正極20、負極30、セパレーター40が積層される。すなわち、電極積層体60を構成する際、各構成を積層する上で、セパレーター延出片44を有さないセパレーター40も適宜積層させることで、セパレーター40のセパレーター延出片44とラミネートフィルム外装材80とを溶着するポイントであるセパレーター/フィルム外装材溶着部におけるセパレーター延出片44の枚数を減少させるようにしている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the
セパレーター延出片44とラミネートフィルム外装材80とを溶着するには、本実施形態においても、超音波溶着を利用して、超音波溶着部93を構成することができる。この際、超音波溶着を行うポイントでのセパレーター延出片44の枚数は先の実施形態より少なくなるために、溶着の際のエネルギーを抑制することができる。
In order to weld the
なお、セパレーター延出片44を有するセパレーター40の中に、セパレーター延出片44を有さないセパレーター40を、どのようなパターンで介在させて、電極積層体60を構成するかは、電極積層体60の重量や、電極積層体60とラミネートフィルム外装材80と間の摩擦係数などに応じて決めることができる。
It should be noted that in what pattern the
次に、本発明の他の実施形態について説明する。これまでの実施形態では、セパレーター40のセパレーター延出片44とラミネートフィルム外装材80とを溶着するポイントであるセパレーター/フィルム外装材溶着部を、矩形状のラミネートフィルム外装材80の第2辺112における2箇所とすることで、セパレーター/フィルム外装材溶着部で固定するセパレーター延出片44の数を低減させるようにしていた。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the embodiments so far, the separator / film exterior material welded portion, which is the point at which the
これに対して、本実施形態では、セパレーター/フィルム外装材溶着部を、矩形状のラミネートフィルム外装材80の第2辺112における4箇所とすることで、セパレーター/フィルム外装材溶着部において固定するセパレーター延出片44の数を、より一層低減させるようにしている。
On the other hand, in this embodiment, the separator / film exterior material welded portion is fixed at the separator / film exterior material welded portion at four locations on the
図14は本発明の他の実施形態に係る電池100で用いるセパレーター40を示す図である。図14(A)は第1のパターンのセパレーター40を示しており、点線のセパレーター延出片44は、実線のセパレーター40と表裏の関係にあるセパレーター40のセパレーター延出片44を示している。
FIG. 14 is a diagram showing a
また、図14(B)は第2のパターンのセパレーター40を示しており、線のセパレーター延出片44は、実線のセパレーター40と表裏の関係にあるセパレーター40のセパレーター延出片44を示している。
14B shows the
図14に示すようなパターンのセパレーター40を用いることで、セパレーター/フィルム外装材溶着部を設けるポイントを、ラミネートフィルム外装材80の第2辺112における4箇所とすることができ、セパレーター/フィルム外装材溶着部で固定するセパレーター延出片44の数をより一段低減させることが可能となる。
By using the
さらに、本実施形態においては、図13に示したセパレーター延出片44を有さないセパレーター40を併用することも可能である。
Furthermore, in this embodiment, it is also possible to use together the
これまでの実施形態においては、セパレーター延出片44とラミネートフィルム外装材80とを溶着することで、セパレーター/フィルム外装材溶着部を形成する際、超音波溶着を用いるようにしていたが、本実施形態では、1箇所のセパレーター/フィルム外装材溶着部で固定するセパレーター延出片44の数をより減少させることができるので、超音波溶着より低いエネルギーで溶着を行う熱溶着を用いることも可能となる。
In the embodiments so far, ultrasonic welding is used when forming the separator / film exterior material welded portion by welding the
次に、セパレーター/フィルム外装材溶着部において、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定するセパレーター延出片44として求められる性能や枚数などを、数値的に検討する。
Next, the performance and the number of sheets required as the
図15はセパレーター延出片44の性能、枚数の数値的検討に用いた本発明の実施形態に係る電池100の斜視図である。なお、図15において、圧力開放部90については図示を省略している。
FIG. 15 is a perspective view of the battery 100 according to the embodiment of the present invention used for numerical examination of the performance and the number of the
これまで、説明した実施形態においては、電池本体部110の1辺において、複数のセパレーター/フィルム外装材溶着部を設けた例について説明したが、以下の例では、簡単のために1辺に1箇所のセパレーター/フィルム外装材溶着部(超音波溶着部93)が設けられている例で説明を行うが、以下の説明における考え方は、電池本体部110の1辺において、複数のセパレーター/フィルム外装材溶着部が設けられた電池100にも適用することができる。
So far, in the embodiment described above, an example in which a plurality of separator / film exterior material welded portions are provided on one side of the battery
図16は、図15に示した電池100のセパレーター40を示す図である。本実施形態に係る電池100のセパレーター40においては、表裏の関係としても、互いに重ね合わせることができるセパレーター延出片44がセパレーター本体部42から延出されるように設けられている。
FIG. 16 is a diagram showing the
上記のようなセパレーター40が用いられた電池100で、セパレーター延出片44の引張強度をF、セパレーター延出片44の断面積をS、セパレーター/フィルム外装材溶着部で固着されるセパレーター延出片44の枚数をN、電池の質量をWとするとき、
150W<F×S×N
の関係を有することが好ましい。この関係を満たすことができれば、航空機に積載する電池の耐衝撃性を満たすことができるからである。In the battery 100 using the
150W <F × S × N
It is preferable to have the following relationship. This is because, if this relationship can be satisfied, the impact resistance of the battery loaded on the aircraft can be satisfied.
図15及び図16に示す電池100において、電池100の質量は800gである。また、セパレーター延出片44の積層方向の厚さは、0.025mmである。また、
セパレーター延出片44の引張強度;400[kgf/cm2]
セパレーター延出片44の断面積;86[mm]×0.025[mm]=0.0215[cm2]
電池100のセパレーター延出片44の総枚数;34枚
である。In the battery 100 shown in FIGS. 15 and 16, the mass of the battery 100 is 800 g. The thickness of the
Tensile strength of separator extension piece 44: 400 [kgf / cm 2 ]
Cross-sectional area of the
The total number of
ここで、全てのセパレーター延出片44を、セパレーター/フィルム外装材溶着部で、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定した場合には、N=34であり、
F×S×N=400×0.0215×34=292.4[kgf]
である。Here, when all the
F × S × N = 400 × 0.0215 × 34 = 292.4 [kgf]
It is.
一方、1層おきのセパレーター延出片44をセパレーター/フィルム外装材溶着部で、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定した場合には、N=17であり、
F×S×N=400×0.0215×17=146.2[kgf]
である。On the other hand, when every other
F × S × N = 400 × 0.0215 × 17 = 146.2 [kgf]
It is.
また、2層おきのセパレーター延出片44をセパレーター/フィルム外装材溶着部で、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定した場合には、N=11であり、
F×S×N=400×0.0215×11=94.6[kgf]
である。When every two layers of
F × S × N = 400 × 0.0215 × 11 = 94.6 [kgf]
It is.
電池100の質量が800gであることから、
150W=120[kgf]
である。Since the mass of the battery 100 is 800 g,
150W = 120 [kgf]
It is.
したがって、150W<F×S×Nの関係を満たすのは、
・全てのセパレーター延出片44を、セパレーター/フィルム外装材溶着部で、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定した場合
・1層おきのセパレーター延出片44をセパレーター/フィルム外装材溶着部で、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定した場合
の2パターンである。Therefore, satisfying the relationship 150W <F × S × N is
When all the
一方、2層おきのセパレーター延出片44をセパレーター/フィルム外装材溶着部で、ラミネートフィルム外装材80に溶着固定した場合には、振動、衝撃による積層ずれを防止できない。
On the other hand, when every two layers of
以上のように、本実施形態に係る電池100においては、150W<F×S×Nの関係を有するように電池100を設計することで、電池100に所望とする耐衝撃性を付与することが可能となる。 As described above, in the battery 100 according to the present embodiment, desired impact resistance can be imparted to the battery 100 by designing the battery 100 to have a relationship of 150 W <F × S × N. It becomes possible.
以上、本発明に係る電池は、前記矩形状フィルム外装材の4辺のうち1辺に、前記収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部、及び、前記セパレーターの一部と矩形状フィルム外装材とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部の双方が設けられており、このような本発明に係る電池によれば、電池の面積を抑制しつつ、電極積層体の移動を制限することができ、耐衝撃性を向上させることが可能となると共に、内圧上昇に伴うフィルム外装材破裂対策を施すことが可能となる。 As described above, the battery according to the present invention includes a pressure release portion that releases pressure in accordance with an increase in internal pressure of the housing space, and a rectangular shape with a part of the separator, on one side of the four sides of the rectangular film exterior material. Both the separator / film exterior material welded portion welded to the film exterior material are provided, and according to the battery according to the present invention, the movement of the electrode laminate is restricted while suppressing the area of the battery. Thus, it is possible to improve the impact resistance and to take measures against rupture of the film exterior material accompanying an increase in internal pressure.
本発明は、軽量で安全性が高く、エネルギー密度も高い可撓性のラミネートフィルムを外装材として用いた電池に関するものである。電極積層体をフィルム外装材で封止した構成の電池においては、衝撃などよってフィルム外装材内で電極積層体が移動すると、電池として不具合が生じる可能性があるため、フィルム外装材からなるパッケージの内部で電極積層体が移動するのを抑えることが望ましい。一方で、電池内部でガスが発生した場合、ガスによって電池の内圧が上昇し、フィルム外装材が破裂しガスが噴出するような事態を防止する構成が設けられていることが望ましい。 The present invention relates to a battery using a flexible laminate film that is lightweight, high in safety, and high in energy density as an exterior material. In a battery having a structure in which an electrode laminate is sealed with a film sheathing material, if the electrode laminate moves within the film sheathing material due to an impact or the like, a defect may occur as a battery. It is desirable to suppress the movement of the electrode stack inside. On the other hand, when gas is generated inside the battery, it is desirable to provide a configuration for preventing a situation in which the internal pressure of the battery is increased by the gas, the film exterior material is ruptured, and the gas is ejected.
そこで、本発明に係る電池は、前記矩形状フィルム外装材の4辺のうち1辺に、前記収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部、及び、前記セパレーターの一部と矩形状フィルム外装材とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部の双方が設けられており、このような本発明に係る電池によれば、電池の面積を抑制しつつ、電極積層体の移動を制限することができ、耐衝撃性を向上させることが可能となると共に、内圧上昇に伴うフィルム外装材破裂対策を施すことが可能となり、産業上の利用性が非常に大きい。 Therefore, the battery according to the present invention has a rectangular shape in one side of the four sides of the rectangular film exterior material, a pressure release portion that releases pressure as the internal pressure of the accommodation space increases, and a part of the separator. Both the separator / film exterior material welded portion welded to the film exterior material are provided, and according to the battery according to the present invention, the movement of the electrode laminate is restricted while suppressing the area of the battery. It is possible to improve the impact resistance, and it is possible to take measures against the rupture of the film outer packaging material accompanying the increase in internal pressure, and the industrial utility is very large.
20・・・正極
22・・・正極本体部
24・・・正極端子部
26・・・正極活物質
30・・・負極
32・・・負極本体部
34・・・負極端子部
36・・・負極活物質
40・・・セパレーター
42・・・セパレーター本体部
44・・・セパレーター延出片
60・・・電極積層体
80・・・ラミネートフィルム外装材
81・・・熱溶着部(封止領域)
82・・・収容部
85・・・突出溶着部
87・・・非溶着部
88・・・貫通孔
90・・・圧力開放部
93・・・超音波溶着部
100・・・電池
110・・・電池本体部
111・・・第1辺
112・・・第2辺
113・・・第3辺
114・・・第4辺
120・・・正極引き出しタブ
130・・・負極引き出しタブDESCRIPTION OF
82 ... Accommodating
Claims (10)
前記正極本体部と正極端子部を介して接続される正極引き出しタブと、
前記負極本体部と負極端子部を介して接続される負極引き出しタブと、
熱溶着によって周囲に封止領域が形成されることで、前記電極積層体と電解液とを収容する収容空間を形成する矩形状フィルム外装材と、を有する電池であって、
前記矩形状フィルム外装材の4辺のうち1辺に、前記収容空間の内圧上昇に伴い圧力を開放する圧力開放部、及び、前記セパレーターの一部と矩形状フィルム外装材とを溶着したセパレーター/フィルム外装材溶着部の双方が設けられることを特徴とする電池。An electrode laminate in which a positive electrode main body and a negative electrode main body are laminated via a separator;
A positive electrode pull-out tab connected via the positive electrode main body portion and the positive electrode terminal portion;
A negative electrode pull-out tab connected via the negative electrode body part and the negative electrode terminal part;
A battery having a rectangular film exterior material that forms a housing space for housing the electrode laminate and the electrolytic solution by forming a sealing region around by heat welding,
A pressure release portion that releases pressure as the internal pressure of the housing space increases on one of the four sides of the rectangular film exterior material, and a separator / with a part of the separator and the rectangular film exterior material welded Both the film exterior material welding parts are provided, The battery characterized by the above-mentioned.
150W<F×S×N
の関係を有することを特徴とする請求項3乃至請求項6のいずれか1項に記載の電池。The tensile strength of the extended piece of the separator is F, the cross-sectional area of the extended piece of the separator is S, the number of the extended pieces of the separator to be welded at the separator / film exterior material welded portion is N, the mass of the battery Is W
150W <F × S × N
The battery according to claim 3, wherein the battery has the following relationship.
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