JPWO2017047473A6 - 電池 - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開２０１３−７３９１３号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施形態に係る電池１００の斜視図である。 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。 本発明の実施形態に係る電池１００の正極２０を示す図である。 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。 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。 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。 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。 図２Ａ−Ａ’の断面図である。 ラミネートフィルム外装材８０の熱溶着部の境界が凹凸のない形状の場合に作用する引き剥がし応力を説明する斜視図である。 突出溶着部８５に作用する引き剥がし応力を説明する斜視図である。 突出溶着部８５での剥離の進行を示す平面図である。 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。 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。 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。 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。 図１５に示した電池１００のセパレーター４０を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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／ｃｍ^２］
セパレーター延出片４４の断面積；８６［ｍｍ］×０．０２５［ｍｍ］＝０．０２１５［ｃｍ^２］
電池１００のセパレーター延出片４４の総枚数；３４枚
である。

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。

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。

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。

電池１００の質量が８００ｇであることから、
１５０Ｗ＝１２０［ｋｇｆ］
である。

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。

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。

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。

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。

産業上の利用性

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。

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。

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

Claims (10)

1. 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電池。
2. 前記１辺と対向する辺に、前記正極引き出しタブと前記負極引き出しタブとが前記矩形状フィルム外装材から引き出されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
3. 前記セパレーター／フィルム外装材溶着部で溶着される前記セパレーターの一部は、本体部から延出される延出片であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池。
4. 前記セパレーター／フィルム外装材溶着部が複数設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電池。
5. 前記セパレーター／フィルム外装材溶着部が超音波溶着によって形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電池。
6. 前記セパレーター／フィルム外装材溶着部が熱溶着によって形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電池。
7. 前記セパレーターの延出片の引張強度をＦ、前記セパレーターの延出片の断面積をＳ、前記セパレーター／フィルム外装材溶着部で溶着される前記セパレーターの延出片の枚数を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。
8. 前記圧力開放部は、前記フィルム外装材の剥離により前記収容空間と外部空間とを連通させることで圧力を開放することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の電池。
9. 前記圧力開放部は、２つの非溶着部が前記封止領域の周縁に沿った方向に互いに間隔をあけた構造を有する請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電池。
10. 前記圧力開放部は、前記２つの非溶着部の外側の封止領域から前記収容空間に向かって突出する突出溶着部を有することを特徴とする請求項９に記載の電池。

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