KR20070038168A - 필름 외장 전기 디바이스 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이상시의 가스 발생에 의한 외장 필름의 팽창시의 개방 압력 및 압력 개방 위치를 기 용이하고 확실하게 설정한다.
필름 외장 전지(1)는, 전지 요소(2)와, 전지 요소(2)를 밀봉하기 위한 2장의 외장 필름(4, 5)을 갖는다. 외장 필름(4, 5)은, 열융착 수지층과 비통기층을 포함하고 있고, 열융착 수지층끼리를 대향시켜서 전지 요소(2)를 끼우고, 주연부를 열융착함에 의해 전지 요소(2)를 밀봉한다. 2장의 외장 필름(4, 5)중 한쪽에는, 열융착에 의해 형성되는 열융착부(6)의 일부의 영역에 있어서, 전지 요소 수납부에 노출하는 부위와 외기와 접하는 다른 부위를 갖도록, 열융착 수지층이 가교된 가교 구조부(8)가 형성되어 있다.

Description

필름 외장 전기 디바이스 및 그 제조 방법{FILM-ENCLOSED ELECTRIC DEVICE AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}
본 발명은, 전지나 커패시터로 대표되는 전기 디바이스에 관한 것으로서, 특히, 화학 전지 요소나 커패시터 요소 등의 전기 디바이스 요소를 필름으로 이루어지는 외장재로 밀봉한 필름 외장 전기 디바이스 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
필름 외장 전기 디바이스의 일종으로, 필름 외장 전지가 있다. 종래, 필름 외장 전지로서는, 전지 요소를 그 두께 방향 양측으로부터, 전지 요소의 평면 치수보다도 큰 치수를 갖는 외장 필름으로 끼우고, 전지 요소의 외주에서, 대향하는 외장 필름끼리를 접합함에 의해, 전지 요소를 기밀 밀봉(이하, 단지 「밀봉」이라고도 한다)한 구성의 것이 알려져 있다. 전지 요소로는 전극으로서 정극 및 부극의 탭이 접속되어 있고, 전지 요소가 밀봉된 상태에서는, 이들 탭은 외장 필름으로부터 인출된 상태로 된다. 외장 필름으로는 일반적으로, 금속층과 열융착 수지층을 적층한 라미네이트 필름이 사용되고, 전지 요소의 밀봉은 열융착 수지층끼리의 열융착에 의해 행하여진다.
금속 캔 등 필름 이외의 다른 외장재를 이용한 경우와 마찬가지로 필름을 외장재로 하는 전지에서도, 전지 내부에의 외기의 진입이나 전해액의 누출이 생기지 않도록, 열융착 부분에서의 밀봉 신뢰성이 확보되는 것이 요구된다. 특히, 비수(非水) 전해액을 포함하는 전지(이하, 「비수 전해 전지」라고도 한다)에서는, 밀봉 신뢰성은 중요하다. 열융착 불량이 있는 경우, 외기의 성분에 의해 전해액이 열화되고, 전지 성능이 현저하게 저하된다.
그런데, 전지의 사용시에, 규격 범위 외의 전압이 전지에 인가되거나 하면, 전해액 용매의 전기 분해에 의해 가스종(種)이 발생하는 일이 있다. 또한, 전지가 규격 범위 외의 고온에서 사용되거나 하여도, 전해질염의 분해 등에 의해 가스종의 근원이 되는 물질이 생성된다. 기본적으로는, 규격 범위 내에서 전지를 사용하여 가스를 발생시키지 않도록 하는 것이 이상적이다. 그러나, 전지의 제어 회로가 어떠한 원인으로 고장나 이상(異常)한 전압이 인가되거나, 어떠한 원인으로 주위가 이상(以上)으로 고온이 되거나 하는 경우도 있고, 경우에 따라서는 대량으로 가스가 발생하는 경우도 있다.
전지 내부에서의 가스의 발생은, 전지의 내압 상승을 가져온다. 내압이 극도로 상승함에 의해 전지가 폭발하는 것을 막기 위해, 외장재로서 금속 캔을 이용한 전지의 대부분은, 전지의 내압이 상승한 때에 가스를 전지의 외부로 빠져나가게 하는 압력 안전밸브를 갖고 있다. 그러나, 필름을 외장재로 하는 필름 외장 전지에서는, 압력 안전밸브를 마련하는 것이 구조상 어렵다. 필름 외장 전지에서는 내압이 너무 상승하면 필름이 팽창하고, 최종적으로는 필름이 파열되어 그 개소로부터 가스가 분출하는데, 파열이 어느 개소에서 발생하는지 특정할 수 없다. 그 때문에, 파열된 개소에 따라서는 주위의 기기나 부재에 악영향을 미치는 경우가 있다.
그래서, 종래의 필름 외장 전지에서는, 이러한 전지 내부에서의 가스의 발생에 의한 부적합함을 해소하기 위한 압력 개방 구조가 몇가지 제안되어 있다.
예를 들면, 특개2004-55290호 공보에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전지 요소(도시 생략)의 주위에서 외장 필름(104)을 열융착함에 의해 형성한 열융착부(106)의 일부를, 전지 요소를 수납하는 영역을 향하여 돌출시킨 필름 외장 전지(101)가 개시되어 있다. 외장 필름(104)에는, 가스 개방부(107)가, 그 선단부를 열융착부가 돌출한 부분에 면하게 하여 형성되어 있다. 가스 개방부(107)는, 외장 필름(104)을 열융착하지 않음에 의해 형성된다.
이 필름 외장 전지(101)에서는, 가스의 발생에 의해 내압이 상승하여 외장 필름(104)이 팽창하면, 열융착부(106)에 떼어내는 응력이 작용한다. 열융착부(106)는, 그 일부가 돌출하여 형성되어 있기 때문에, 떼어내는 응력은, 열융착부가 돌출한 부분에 집중하고, 다른 부분에 비하여 이 부분에서 우선적으로 외장 필름(104)의 박리가 진행한다. 외장 필름(104)의 박리가 가스 개방부(107)까지 달하면, 필름 외장 전지(101)의 내부와 외기가 연통하고, 가스 개방부(107)로부터 가스가 방출된다.
상술한 종래의 압력 개방 구조에서는, 외장 필름의 박리가, 대향하는 외장 필름의 열융착 수지층 사이에서 진행하는 경우는 문제없다. 그러나, 그 이외의 개소에서 박리가 진행하면, 압력 개방 구조로서 충분히 기능하지 않게 되는 경우가 있다는 문제점이 있다.
이하에, 그 문제점에 관해, 도 2 내지 4를 참조하여 설명한다.
도 2는, 도 1에 도시한 필름 외장 전지의, 가스 개방부에서의 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 외장 필름(104)은, 열융착 수지층(111)끼리를 대면시켜서 배치되고, 열융착부(106)에서는, 열융착 수지층(111)끼리가 열융착에 의해 일체화되어 있다. 열융착 수지층(111)의 외측의 층은 금속층(112)이다. 이 상태에서 필름 외장 전지의 내압이 상승하면, 외장 필름(104)의 떼어내는 응력이 열융착부(106)의 내연(內緣)에 가해지고, 외장 필름(104)의 박리가, 열융착 수지층(111)을 파괴하면서 진행한다.
이때, 도 3에 도시하는 바와 같이, 열융착 수지층(111)의 파괴가 열융착 수지층(111)의 두께 방향의 성분을 갖는 방향으로 진행하면, 박리 위치는, 열융착 수지층(111)과 금속층(112)의 계면으로 이행한다. 박리 위치가 일단, 열융착 수지층(111)과 금속층(112)의 계면으로 이행하면, 그 이후는 도 3에 굵은 실선으로 도시하는 바와 같이 열융착 수지층(111)과 금속층(112)의 계면에 따라 박리가 진행한다. 최종적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 박리가 가스 개방부(107)를 경유하지 않고 외장 필름(104)의 외단연(外端緣)에 달한 단계에서, 필름 외장 전지의 내부와 외기가 연통하고, 압력이 개방된다.
이와 같이, 열융착 수지층과 금속층의 계면에서 박리가 진행하면, 가스 개방부는 안전밸브로서 기능하지 않고, 박리가 외장 필름의 외단연에 달할 때까지 압력 개방이 이루어지지 않는다. 결과적으로, 개방 압력이 높아져 버린다. 또한, 박리가 열융착부가 돌출한 부분을 통과한 후는, 열융착 수지층과 금속층의 계면에서의 박리의 진행 방향이 정해지지 않기 때문에, 압력 개방 위치가 크게 불일치할 가능성이 있다. 즉, 종래의 압력 개방 구조에서는, 박리의 진행 상황에 따라서는, 개방 압력 및 압력 개방 위치가 불안정하게 되는 경우가 있다.
상술한 것은, 필름 외장 전지로 한하지 않고, 가스를 발생할 가능성이 있는 전기 디바이스 요소를 외장 필름으로 밀봉한 필름 외장 전기 디바이스에 공통의 과제이다.
본 발명의 목적은, 이상시의 가스 발생에 의한 외장 필름의 팽창시의 개방 압력 및 압력 개방 위치를 용이하고 확실하게 설정할 수 있는, 필름 외장 전기 디바이스 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스는, 전기 디바이스 요소와, 전기 디바이스 요소를 밀봉한 외장 필름을 갖는다. 외장 필름은, 적어도 열융착 수지층을 포함하고, 열융착 수지층끼리를 대향시켜서 전기 디바이스 요소를 포위하고, 대향한 열융착 수지층끼리가 외주부에서 열융착되어 있다. 이로써, 외장 필름은, 열융착된 영역을 열융착부로 함과 함께 그 내측의 공간을 전기 디바이스 요소 수납부로 하여 전기 디바이스 요소를 밀봉한다. 대향한 외장 필름의 적어도 한쪽에는, 전기 디바이스 요소 수납부에 노출하는 부위 및 외기와 접하는 다른 부위를 갖도록, 열융착부의 일부를 포함하는 연속한 영역에서, 열융착 수지층이 가교(架橋) 처리된 가교 구조부가 형성되어 있다.
본 발명의 필름 외장 전기 디바이스에서는, 대향하는 외장 필름은 열융착 수지층끼리가 열융착되고, 이로써 전기 디바이스 요소가 밀봉된다. 열융착에 의해 형성된 열착부의 일부를 포함하는 영역에서는, 대향한 외장 필름의 적어도 한쪽이, 상기한 바와 같이 특정한 영역에서 열융착 수지층에 가교 처리가 시행되어 가교 구조부가 형성되어 있다. 열융착부에 떼어내는 응력이 작용한 때, 가교 구조부가 형성되는 영역에서는 다른 영역과 비교하여 작은 힘으로 박리한다. 그 때문에, 필름 외장 전기 디바이스의 내압 상승에 의해 열융착부에 떼어내는 응력이 작용하면, 가교 구조부가 형성된 영역에서, 대향하는 외장 필름의 계면에서 우선적으로 박리가 진행한다. 그 결과, 박리 위치 및 압력 개방 위치가 특정되고, 이 때문에 개방 압력의 설정도 용이해진다.
본 발명의 필름 외장 전기 디바이스에 있어서, 열융착부를, 전기 디바이스 요소 수납부를 향하여 돌출한 돌출 융착부를 갖는 형상으로 하고, 가교 구조부를 이 돌출 융착부를 포함하는 범위에 형성하는 것이 바람직하다. 열융착부에 가해지는 떼어내는 응력은 돌출 융착부에 집중하기 때문에, 가교 구조부가 형성된 영역에서의 박리의 진행이 촉진된다. 또한, 외기와 연통하고 또한 전지 요소 수납부와 연통하지 않는 가스 개방부를 외장 필름의 외주부에 가지며, 가교 구조부가, 외기와 접하는 다른 부위로서 가스 개방부와 접한 영역을 포함하고 있는 구성으로 하는 것도 바람직하다. 이 구성에 의하면, 압력 개방은 확실하게 가스 개방부로부터 이루어진다. 이 경우, 가스 개방부에 튜브를 접속함으로써, 압력 개방시에 방출되는 가스가 적절한 위치로 유도된다. 또한, 가교 구조부는, 외장 필름의 열융착 수지층 자신에 가교 처리를 시행함에 의해 형성하여도 좋고, 가교 처리된 수지 시트를 외장 필름에 융착함에 의해 형성하여도 좋다.
본 발명의 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법은, 전기 디바이스 요소를, 적어도 열융착 수지층을 포함하는 외장 필름으로 포위하고, 대향한 외장 필름의 외주부끼리를 열융착함에 의해, 열융착된 영역을 열융착부로 함과 함께 그 내측의 공간을 전기 디바이스 요소 수납부로 하여 전기 디바이스 요소를 밀봉하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법으로서, 이하의 공정을 갖는다. 즉, 전기 디바이스 요소 수납부에 노출하는 부위와 외기와 접하는 다른 부위를 갖도록, 외장 필름의 열융착부가 되는 영역의 일부를 포함하는 연속한 영역에서, 대향하는 외장 필름의 적어도 한쪽의 열융착 수지층을 가교 처리하여 가교 구조부를 형성하는 공정, 가교 구조부를 형성한 외장 필름으로, 열융착 수지층을 대향시켜서 전기 디바이스 요소를 끼워서 포위하는 공정, 및 전기 디바이스 요소를 포위함에 의해 대향한 외장 필름의 외주부끼리를 열융착하고, 전기 디바이스 요소를 밀봉하는 공정이다.
이와 같이, 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법은, 외장 필름을 열융착하기 전에, 외장 필름의 소정의 영역에, 열융착 수지층을 가교 처리한 가교 구조부를 미리 형성하여 둔다. 가교 구조부가 형성된 외장 필름을 이용하여, 통상과 마찬가지로 전기 디바이스 요소를 외장 필름으로 포위하고, 그 대면한 외주부끼리를 열융착함으로써, 전술한 본 발명의 필름 외장 전기 디바이스를 얻을 수 있다.
가교 구조부는, 열융착 수지층에의 전자선의 조사에 의해 형성할 수 있다. 가교 구조부가 형성된 영역에서의 박리력은, 가교 구조부를 형성할 때의 전자선의 조사량에 의해 용이하게 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열융착 수지층의 일부의 영역에 가교 구조부를 형성하고, 이 가교 구조부를 이용하여 외장 필름을 열융착함으로써, 이상시의 가스 발생에 의한 외장 필름의 팽창시의 개방 압력 및 압력 개방 위치를 용이하고 확실하게 설정할 수 있다.
도 1은 종래의 필름 외장 전지의 사시도.
도 2는 도 1에 도시하는 필름 외장 전지의 열융착부에서의 단면도.
도 3은 도 1에 도시하는 필름 외장 전지에 있어서, 외장 필름의 박리의 진행 상황의 한 예를 설명하기 위한, 열융착부에서의 단면도.
도 4는 도 1에 도시하는 필름 외장 전지에 있어서, 외장 필름의 박리가 열융착 수지층과 금속층의 계면에서 진행한 경우의, 열융착부에서의 단면도.
도 5는 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 분해 사시도.
도 6은 도 5에 도시하는 필름 외장 전지의, 압력 개방 구조의 주위에서의 부분 평면도.
도 7은 도 6의 A-A선 단면도.
도 8은 도 7에서 돌출 융착부에서 외장 필름이 박리한 상태를 도시하는 도면.
도 9는 외장 필름에 가교 처리한 경우와 가교 처리하지 않은 경우에서의, 박리 강도를 비교한 실험 결과를 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명의 제 2의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 평면도.
도 11은 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 평면도.
도 12는 도 11의 B-B선 단면도.
도 13은 본 발명의 제 4의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지의 평면도.
도 14는 도 13에 도시하는 필름 외장 전지의 변형예를 도시하는 평면도.
도 15는 도 13에 도시하는 필름 외장 전지의 다른 변형예를 도시하는 평면도.
도 16은 본 발명의 다른 실시 형태를 설명하기 위한, 필름 외장 전지의 열융착부 부근에서의 단면도.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1, 21, 31, 41, 51, 61 : 필름 외장 전지
2, 32, 72 : 전지 요소
3a, 23a : 정극 탭
3b, 23b : 부극 탭
4, 5, 24, 34, 44, 54, 64, 74, 75 : 외장 필름
4a : 컵부
6, 26, 36, 46, 76 : 열융착부
6a, 26a, 36a : 돌출 융착부
7, 27, 37, 67, 77 : 가스 개방부
8, 28, 38, 48, 58, 68 : 가교 구조부
11 : 열융착 수지층
12 : 비통기층
13 : 보호층
24a : 비융착부
39.69 : 튜브
78 : 수지 시트
도 1을 참조하면, 복수의 정극 및 복수의 부극을 적층한 구조를 갖는 편평한 개략 직육면체 형상의 전지 요소(2)와, 전지 요소(2)의 정극 및 부극에 각각 접속된 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)과, 전지 요소(2)를 밀봉하는 2장의 외장 필름(4, 5)을 갖는, 본 발명의 제 1의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지(1)가 도시되어 있다.
전지 요소(2)는, 각각 전극 재료가 양면에 도포된 금속박으로 이루어지는 복수의 정극과 복수의 부극이, 세퍼레이터를 사이에 두고 교대로 적층된 구조를 갖는다. 각 정극 및 각 부극의 한 변으로부터는 각각 전극 재료가 도포되어 있지 않은 미도포 부분이 돌출하여 마련되어 있고, 정극의 미도포 부분끼리 및 부극의 미도포 부분끼리가 각각 일괄하여 초음파 용접되고, 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)과 접속되어 있다. 정극 및 부극의 초음파 용접된 미도포 부분은 집전부라 불린다. 즉, 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)은, 각각 전지 요소(2)의 집전부에 접속되어 있다.
전지 요소(2)를 구성하는 정극 및 부극은, 전극 재료의 미도포 부분을 같은 방향으로 정돈하여 겹쳐져 있다. 따라서, 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)은, 전지 요소(2)의 같은 변에 접속되어 있다. 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)은, 외부와의 전기 적 접속용의 전극이 되는 것이고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)의 선단 부분은 외장 필름(4, 5)의 외측으로 인출되어 있다. 본 실시 형태에서는, 필름 외장 전지(1)의 평면 현상을 개략 직사각형으로 하고, 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)을, 그 직사각형의 짧은변으로부터 인출하고 있다.
리튬 이온 전지 등의 비수 전해질 전지의 경우, 일반적으로, 정극을 구성하는 금속박으로는 알루미늄박이 이용되고, 부극을 구성하는 금속박으로는 구리박이 이용된다. 또한, 정극 탭(3a)으로는 알루미늄판이 이용되고, 부극 탭(3b)으로는 니켈판 또는 구리판이 이용된다. 부극 탭(3b)을 구리판으로 구성하는 경우, 표면에 니켈 도금을 시행하여도 좋다.
세퍼레이터는, 폴리올레핀 등의 열가소성 수지로 만들어진, 마이크로 다공질 필름(미 다공 필름), 부직포 또는 직포 등, 전해액을 함침할 수 있는 시트형상의 부재를 이용할 수 있다.
외장 필름(4, 5)은, 전지 요소(2)를 그 두께 방향 양측에서 끼워 포위하기 위해, 전지 요소(2)의 평면 치수보다도 큰 평면 치수를 갖는 것이고, 전지 요소(2)의 주위에서 맞겹친 대향면끼리를 열융착함으로써, 전지 요소(2)가 밀봉된다. 따라서, 전지 요소(2)의 주위는 전둘레에 걸쳐서 밀봉 영역이 되고, 특히 그 열융착된 영역을, 도면에서는 열융착부(6)로서 사선으로 도시하고 있다. 한쪽의 외장 필름(4)에는, 전지 요소(2)를 포위한 공간인 전지 요소 수납부를 형성하기 위해, 중앙 영역에 컵부(4a)를 갖는다. 열융착부(6)는, 이 컵부(4a)의 주위 전둘레에 걸쳐서 형성되어 있다. 컵부(4a)의 가공은, 딥드로잉(deep-drawing) 성형에 의해 행할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 한쪽의 외장 필름(4)만에 컵부(4a)를 형성하고 있지만, 양쪽의 외장 필름(4, 5)에 컵부를 형성하여도 좋고, 또한, 컵 일부를 형성하지 않고 외장 필름(4, 5)의 유연성을 이용하여 전지 요소(2)를 포위하여도 좋다.
외장 필름(4, 5)은, 라미네이트 필름이다. 외장 필름(4, 5)을 구성하는 라미네이트 필름으로서는, 유연성을 갖고 있고, 또한 전해액이 누설되지 않도록 열융착에 의해 전지 요소(2)를 밀봉할 수 있는 것이 사용된다. 대표적으로는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 열융착성 수지로 이루어지는 열융착 수지층(11)과, 금속 박막 등으로 이루어지는 비통기층(12)과, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르나 나일론 등의 필름으로 이루어지는 보호층(13)을 이 순번대로 적층한 것을 들 수 있다. 외장 필름(4, 5)은, 이들중 적어도 열융착층 수지(11)와 비통기층(12)을 갖고 있으면 되고, 보호층(13)은 필요에 따라 마련된다. 전지 요소(2)를 밀봉하는데 있어서는, 열융착 수지층(11)을 대향시켜서 전지 요소(2)를 포위한다.
비통기층(12)을 구성하는 금속 박막으로서는, 예를 들면, 두께가 10 내지 100㎛의, Al, Ti, Ti 합금, Fe, 스테인리스, Mg 합금 등의 박(箔)을 이용할 수 있다. 열융착 수지층(11)에 사용되는 열융착성 수지에 관해서는 후술한다. 양호한 열융착을 행하기 위해서는, 열융착 수지층(11)의 두께는 10 내지 200㎛이 바람직하고, 보다 바람직하게는 30 내지 100㎛이다.
밀봉 영역의 일부에는, 압력 개방 구조가 마련되어 있다. 압력 개방 구조는, 본 실시 형태에서는, 정극 탭(3a)과 부극 탭(3b) 사이에 위치하고 있다. 압력 개방 구조는, 열융착부(6)의 내연(內緣)의 일부를 전지 요소측으로 돌출시켜서 형성한 돌출 융착부(6a)와, 외장 필름(4, 5)의 외연으로부터 돌출 융착부(6a)를 향하여 늘어나고, 또한 선단이 돌출 융착부(6a)에 달하는 가스 개방부(7)를 갖는다. 가스 개방부(7)는, 외장 필름(4, 5)을 열융착하지 않고 단지 외장 필름(4, 5)끼리가 마주 대하는 만큼의 외장 필름(4, 5) 사이의 영역으로서 형성되어 있다. 이로 인해 가스 개방부(7)는 외기와 연통하고 있다. 또한, 가스 개방부(7)는, 전지 요소 수납부와는 떨어진 위치에 형성되고, 따라서, 가스 개방부(7)는 전지 요소 수납부와는 연통하지 않는다.
또한, 하측 즉 컵부가 형성되지 않은 쪽의 외장 필름(5)의 열융착 수지층(11)의 일부에는, 가교 처리에 의해 가교 구조부(8)가 형성되어 있다. 가교 구조부(8)는, 적어도 돌출 융착부(6a)를 포함하는 영역에 형성되어 있다. 따라서, 가교 구조부(8)는, 한 부위가 전지 요소 수납부에 노출하고, 다른 한 부위가 가스 개방부(7)에 노출하고 있는 하나의 연속한 영역이다. 가교 구조부(8)는 돌출 융착부(6a)를 포함하는 영역에 형성되어 있기 때문에, 돌출 융착부(6a)에서는, 상측의 외장 필름(4)의 열융착 수지층(11)은 하측의 외장 필름(5)의 가교 구조부(8)와 열융착되어 있다.
또한, 실제의 필름 외장 전지(1)에서는 그 외측부터는 가교 구조부(8)를 눈으로 볼수는 없지만, 도 6에서는, 가교 구조부(8)를 그 위치를 나타내는 것으로 하여 도시하고 있다. 이것은, 이후의 실시 형태를 도시하는 필름 외장 전지의 평면도에서도 마찬가지이다.
가교 구조부(8)는, 열융착 수지층(11)에 전자선을 조사함에 의해 형성할 수 있다. 열융착성 수지의 가교 방법으로서는, 수지에 가교제를 첨가하는 방법도 있지만, 전자선을 이용함에 의해, 전자선을 차폐하는 마스크를 이용하여 용이하게, 특정한 위치에만 선택적으로 가교 구조부(8)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 열융착 수지층(11)에는 전자선을 조사함에 의해 가교 구조부(8)가 형성되기 때문에, 열융착 수지층(11)을 구성하는 열융착성 수지로서는, 열융착이 가능하고, 또한 전자선의 조사에 의해 가교 구조부(8)를 형성할 수 있는 수지 조성물을 이용할 수 있다. 이와 같은 수지 조성물이라면, 열융착 수지층(11)을 구성하는 수지로는, 단독의 수지, 복수종의 수지의 혼합물, 또는, 전자선 분해형의 수지라도 전자선 반응성 화합물을 첨가(혼합·도포 등도 포함한다. 이하 마찬가지)한 수지 조성물을 이용할 수 있다.
이와 같은 수지 조성물로서는, 폴리에틸렌(고·중. 저밀도 폴리에틸렌, 직쇄상 저벽도 폴리에틸렌)및 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀 호모폴리머 ; 프로필렌-에틸렌 공중합체, 프로필렌 및/또는 에틸렌과 부텐-1 등의 a-올레핀과의 공중합체 등의 폴리올레핀 공중합체 ; 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체(EVA), 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체(EEA), 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체(EMA), 에틸렌-글리시디메타클레이트 공중합체(EGMA) 등의, 변성 폴리올레핀 등의 -(CH2-CHX)-라는 반복 단위(X는, H, CH3 등의 치환기)를 갖는 수지를 들 수 있다.
또한, 폴리이소부틸렌, 폴리메타아크릴레이트, 폴리 불화 피니리덴 등의 전자선 분해형의 수지라도, 이하에 나타내는 바와 같은 전자선 반응형 화합물을 첨가 하면, 열융착 수지층(11)을 구성하는 수지로서 사용 가능하다.
전자선 반응성 화합물로서는, 전자선의 조사에 의해 반응하는 화합물이라면 특히 한정되지 않지만, 다관능으로서 가교 구조를 형성할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 트리에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨헥사아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리 아크릴레이트헥사메틸렌디이소시아네이트 우레탄 폴리머 등의 다관능 아크릴계 화합물 : 메틸(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트 등의 단관능 아크릴계 화합물 ; 다관능 아크릴계 화합물과 단관능 아크릴계 화합물과의 혼합물 ;3,4-에폭시사이클로헥실메틸-3',4'-에폭시사이클로헥산카복실레이트, 1,4-(6-메틸-3,4-에폭시사이클로헥실메틸카복실레이트)부탄 등의 지환식 에폭시 화합물 ; 비닐피롤리돈, 비닐아세테이트, 비닐피리딘, 스티렌 등의 비닐 화합물 등을 이용할 수 있다. 이들의 전자선 반응 화합물은, 열융착성 수지층의 전체에 혼입되어 있어도 좋고, 표면에 도포되어 있어도 좋다.
열융착 수지층(11)에의 전자선의 조사는, 전지 요소(2)의 밀봉 공정의 전, 구체적으로는, 외장 필름(4, 5)으로 전지 요소(2)를 포위하기 전에, 외장 필름(5) 단체(單體)에 대해, 가교 구조부(8)를 형성하지 않는 영역을 전자선 차폐 부재로 마스크 하여 행한다. 전자선 차폐 부재로서는, 가교 구조부(8)를 형성하지 않는 영역에 전자선이 조사되지 않도록 할 수 있는 것이라면 임의의 재료를 이용할 수 있고, 예를 들면, 알루미늄, 철, 납, 티탄, 구리 등의 금속재료, 또는 유리재를 들 수 있다. 이들 중에서도, 소망하는 형상으로의 가공이나 성형이 용이하다는 관점에 서, 알루미늄이나 철 등의 금속재료가 바람직하다.
다음에, 본 실시 형태의 필름 외장 전지(1)의 제조 방법의 한 예를 설명한다.
우선, 2장의 외장 필름(4, 5)중 한쪽의 외장 필름(5)에, 상술한 바와 같이 하여 소정의 영역에 전자선을 조사함에 의해 가교 구조부(8)를 형성한다.
뒤이어, 미리 준비하여 둔, 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)을 접속한 전지 요소(2)를, 상기한 외장 필름(4, 5)으로 끼워서 포위한다. 이때, 외장 필름(4, 5)은, 열융착 수지층(11)끼리를 대향시킨 방향으로 한다. 그 후, 외장 필름(4, 5)의, 전지 요소(2)의 주위에서 대향하고 있는 영역을, 열융착 헤드(도시 생략)로 가압 및 가열하여 열융착부(6)를 형성하고, 이로써 전지 요소(2)를 밀봉한다. 열융착할 때, 열융착 헤드로서, 열융착부(6)의 형상에 대응한 가압면을 갖는 열융착 헤드를 이용하면, 돌출 융착부(6a) 및 가스 개방부(7)를 형성하기 위한 특별한 공정은 불필요하게 된다. 또한, 돌출 융착부(6a)를 형성하는 위치가 외장 필름(5)의 가교 구조부(8)의 위치와 일치하도록, 외장 필름(4, 5)과 열융착 헤드가 상대적으로 위치 결정된다.
전지 요소(2)의 밀봉은, 예를 들면, 외장 필름(4, 5)의 3변을 일괄 또는 각 변마다 먼저 열융착하여, 외장 필름(4, 5)을 1변이 개방한 주머니 모양으로 형성하여 두고, 그 주머니 모양으로 된 외장 필름(4, 5)의 개방하고 있는 나머지 1변에서 전해액을 주입하고, 그 후, 나머지 1변을 열융착함에 의해 행할 수 있다. 또한, 나머지 1변의 열융착을 감압 분위기중(감압 챔버 내)에서 행하면, 밀봉 후의 필름 외 장 전지(1)를 대기압 분위기중으로 되돌림에 의해, 외장 필름(4, 5)은 대기압에 의해 전지 요소(2)에 꽉눌려서, 외장 필름(4, 5)을 전지 요소(2)에 밀착시킬 수 있다.
이상과 같이 구성된 필름 외장 전지(1)에 의하면, 사용중에 규격 범위 외의 전압이 인가되거나, 일시적으로 고온이 되거나 하는 등에 의해 전지 요소(2)로부터 가스가 발생하면, 필름 외장 전지(1)의 내압이 상승한다. 내압이 상승하면, 외장 필름(4, 5) 내의 전지 요소(2)를 포위하는 공간인 전지 요소 수납부는 돔형상으로 팽창하려 하고, 열융착부(6)의 내연에는 외장 필름(4, 5)의 떼어내는 응력이 작용한다.
열융착부(6)에는 전술한 돌출 융착부(6a)가 형성되어 있기 때문에, 떼어내는 응력은, 이 돌출 융착부(6a)에 집중하고, 외장 필름(4, 5)의 박리는 돌출 융착부(6a)에서 우선적으로 진행한다. 돌출 융착부(6a)는, 도 7에 명확하게 도시하는 바와 같이, 외장 필름(5)의 가교 구조부(8)와 외장 필름(4)의 열융착 수지층(11)이 열융착된 영역이다. 가교 구조부(8)는, 열융착 수지층(11)에 비하여 고온에서 연화하기 어렵고, 양자를 열융착해도 가교 구조부(8)와 열융착 수지층(11)은 완전하게는 일체화하지 않고, 가교 구조부(8)와 열융착 수지층(11) 사이에 경계가 존재하고 있다. 여기서, 「고온에서 연화하기 어렵다」는 것은, 예를 들면 수지를 일정한 응력으로 가압하면서 승온시킨 때의 온도-변형 특성, 이른바 크리프 곡선(creep curve)에 있어서, 횡축을 온도로 하였을 때에 그 크리프 곡선의 경사가 작아지는 것을 말한다.
돌출 융착부(6a)에서는 가교 구조부(8)와 열융착 수지층(11)이 열융착된 구조로 되어 있기 때문에, 외장 필름(4, 5)의 박리는, 외장 필름(5)의 가교 구조부(8)와 외장 필름(4)의 열융착 수지층(11)의 경계에 따라 진행한다. 박리의 진행에 수반하여, 도 8에 도시하는 바와 같이, 돌출 융착부(6a)에서는, 외장 필름(4, 5)은 외장 필름(4)의 가교되지 않은 열융착 수지층(11)과 외장 필름(5)의 가교 구조부(8)의 경계에서 분리하고, 전지 요소 수납부와 가스 개방부(7)가 연통한다. 전지 요소 수납부와 가스 개방부(7)가 연통함에 의해, 전지 요소 수납부 내의 가스는 가스 개방부(7)를 통하여 필름 외장 전지(1)의 외부로 방출되고, 전지 요소 수납부의 압력이 개방된다. 이와 같이, 가교 구조부(8)에 의해 외장 필름(4, 5)의 박리 계면이 규정되기 때문에, 가스의 개방 압력이 안정되어 있고, 또한, 압력 개방이 가스 개방부(7)에서 확실하게 이루어지는, 신뢰성이 높은 필름 외장 전지(1)가 제공된다.
이하에, 외장 필름(4, 5)중의 한쪽에, 가교 구조부(8)를 형성함에 의해, 외장 필름(4, 5)의 계면에서 박리가 진행하는 원리에 관해 설명한다.
가교된 수지층(이하, 가교 수지층이라고 한다)과 가교되어 있지 않은 수지층(이하, 비가교 수지층)을 열융착한 경우, 가교 수지층과 비가교 수지층과의 융착 계면에서는 다음과 같은 일이 일어난다. 가교 수지층에서는, 가교된 고분자쇄(鎖)는 유동할 수 없기 때문에, 비가교 수지층중의 고분자쇄와의 사이에서 상호 맞용융하여 일체화하는 일은 일어나기 어렵다. 단, 가교 수지층이라도 그 가교도에 의해서는, 가교된 고분자쇄의 매트릭스의 간극 또는 내부에, 가교되지 않은 고분자쇄도 존재한다. 그와같은 가교되지 않은 프리한 고분자쇄가 모여 있는 미소 부분에서는, 고분자쇄는 융점 이상의 온도에서 용융·유동할 수 있다.
따라서, 상기 미소 부분이 비가교 수지층과의 융착 계면에 접하여 있는 경우, 서로 접하여 있는 가교 수지층 및 비가교 수지층을 융점 이상의 온도로 가열하면, 융착 계면을 통하여 각 수지층 사이에서 고분자쇄가 상호 맞유동한다. 그리고 가열된 각 수지층이 냉각되어 고화된 때에는, 가교 수지층중이 가교되지 않은 고분자쇄와, 가교 수지층중의 고분자쇄가 맞섞인 응집체 또는 결정체가, 융착 계면을 통하여 각 수지층 사이에서 연속 일체화한 상태로 형성되는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 가교 수지층과 비가교 수지층을 열융착한 경우는, 융착 계면에서는, 양 수지층끼리의 융착에 기여하는 것은 가교 수지층중의 가교되지 않은 고분자쇄이고, 가교 수지층중의 가교된 고분자쇄는 비가교 수지층과 연속 일체화는 하고 있지 않다. 이와 같은, 연속 일체화하지 않은 부분이 존재하는 것은 양 수지층의 융착 계면이고, 따라서, 양 수지층에 떼어내는 응력이 작용하면, 양 수지층의 융착 계면, 즉 외장 필름(4, 5)의 계면에서 박리가 진행한다.
여기서, 가교 수지층의 가교도를 변화시키면, 가교되지 않은 프리한 고분자쇄가 모이고 있는 상기 미소 부분이 차지하는 비율이 변화한다. 그 결과, 가교 수지층과 비가교 수지층을 열융착시킨 때, 융착 계면을 통하여 각 수지층 사이에서 연속 일체화한 상기 응집체 또는 결정체의 비율이 변화한다. 구체적으로는, 가교 수지층의 가교도를 낮게 하면, 상기 미소 부분이 차지하는 비율이 높아져서, 각 수지층 사이에서 연속 일체화한 응집체 또는 결정체의 비율이 높아진다. 각 수지층 사이에서 연속 일체화한 응집체 또는 결정체의 비율이 높으면 높을수록, 각 수지층의 융착 강도는 높아진다. 가교 수지층의 가교도는, 전자선의 조사량을 변화시키는 등에 의해 제어 가능하기 때문에, 전자선의 조사량을 제어함에 의해 각 수지층의 융착 강도도 자유롭게 제어할 수 있게 된다.
융착 강도는, 환언하면 박리 강도를 의미한다. 즉, 융착 강도가 높으면 그만큼 박리하기 어려워지고, 박리 강도도 높아진다. 본 발명자는, 가교 구조층의 유무에 의한 박리 강도의 차이를 조사하기 위해, 이하와 같은 떼어내는 시험을 행하였다.
우선, 대향시키는 외장 필름중 한쪽의 측에 가교 구조층을 형성하고, 가교 구조층과 비가교 구조층을 대향시켜서 외장 필름의 일부를 10㎜ 폭으로 열융착하였다. 비교를 위해, 가교 구조층을 형성하지 않은 외장 필름을 이용하고, 마찬가지로, 외장 필름의 일부를 10㎜의 열융착 폭으로 열융착하였다. 뒤이어, 열융착한 각각의 외장 필름에 관해, 외장 필름이 열융착한 부분을, 열융착의 폭방향과 직각의 방향으로, 열융착하지 않은 부분도 포함하여 같은 길이로 잘라내고, 각각 발명 샘플(Sinv-1, Siw-2) 및 비교 샘플(Scom-1, Scom-2)로 하였다.
이들 발명 샘플 및 비교 샘플을 각각 2개씩 제작하고, 열융착되지 않은 부분을 척하여, 열융착된 부분을 180°방향으로 떼어가고, 그때에 작용하는 힘을 측정하였다. 그 측정 결과를 도 9에 도시한다. 도 9에서, 횡축은 떼어내는 길이를 나타내고 있는데, 이것은 척 사이의 거리를 의미하고 있다. 따라서 이 떼어내는 길이는, 실제로는 외장 필름의 늘어남도 포함되어 있고, 열융착부가 완전히 떼어진 때 의 척 사이의 거리는 약 25㎜로 되어 있다. 도 9에서 분명한 바와 같이, Sim-1, Siw-2는, Scom-1, Scom-2와 비교하여 전반적으로 작은 떼어내는 힘으로 박리하고 있다. 즉, 대향하는 외장 필름의 계면에 가교 구조층이 존재함으로써, 박리 강도가 작아진다.
본 실시 형태에서의 가스의 개방 압력은, 돌출 융착부(6a)에 있어서의 외장 필름(4, 5)의 박리 강도에 의존한다. 융착 강도는, 상술한 바와 같이 가교 구조부(8)를 형성할 때의 전자선의 조사량에 의존한다. 전자선의 조사량이 크면, 전자선을 조사한 열융착 수지층(11)의 가교도가 높아지고, 돌출 융착부(6a)에서의 외장 필름(4, 5)의 박리 강도는 작아지는 경향에 있다. 박리 강도를 작게 함에 의해, 보다 낮은 압력으로 압력 개방이 된다. 즉, 열융착 수지층(11)의 가교도를 적절히 조정함에 의해, 개방 압력을 임의로 설정할 수 있다.
필름 외장 전지(1)에서는, 바람직한 설계상의 개방 압력은, 대기압으로부터의 상승분으로서 0.05MPa 내지 1MPa이고, 보다 바람직하게는 0.1MPa 내지 0.2MPa이다. 개방 압력이 0, 05MPa보다 낮으면, 일시적으로 대전류가 흐르거나 일차적으로 고온이 되거나 한 때 등의 경미한 트러블에서도 개방하여 버려서, 필름 외장 전지(1)가 작동하지 않게 된다는 부적합함을 초래하기 쉽게 된다. 한쪽, 개방 압력이 1MPa보다도 높으면, 가스 개방부(7)까지 박리가 진행하기 전에 다른 부위에서 개방하여, 의도하지 않는 방향으로 가스가 분출하여 버릴 가능성이 증대한다.
상술한 실시 형태에서는, 하나의 압력 개방 구조를 필름 외장 전지(1)의 짧은변의, 특히 정극 탭(3a) 및 부극 탭(3b)이 인출된 변에 배치한 예를 나타냈다. 다만, 압력 개방 구조의 수, 및 배치하는 위치는, 필름 외장 전지(1)의 사용 목적이나 사용 조건 등에 따라 적절히 변경할 수 있다. 도 10에, 그 한 예를 본 발명의 제 2의 실시 형태로서 도시한다.
도 10에 도시하는 필름 외장 전지(21)는, 그 긴변에 압력 개방 구조를 갖는다. 본 실시 형태에서도, 정극 탭(23a) 및 부극 탭(23b)은 필름 외장 전지(21)의 짧은변으로부터 인출되어 있고, 따라서 본 실시 형태에서는, 압력 개방 구조는 정극 탭(23a) 및 부극 탭(23b)이 인출된 변과는 다른 변에 마련되어 있다. 전지 요소(도시 생략)는 그 두께 방향 양측에서 2장의 외장 필름(24)에 끼여지도록 포위되고, 외장 필름(24)의 주연부를 전둘레에 걸쳐서 열융착함에 의해, 정극 탭(23a) 및 부극 탭(23b)이 인출된 상태에서 밀봉되어 있다. 전지 요소의 구성 및 외장 필름(24)의 층 구성은 제 1의 실시 형태와 같기 때문에, 그 상세한 설명은 생략한다.
압력 개방 구조는, 외장 필름(24)의 열융착에 의해 형성된 열융착부(26)의 내연의 일부를 전지 요소측으로 돌출시켜서 형성한 돌출 융착부(26a)와, 외장 필름(24)의 외연으로부터 돌출 융착부(26a)를 향하여 늘어나고, 또한 선단이 돌출 융착부(26a)에 달하는 가스 개방부(27)를 갖는다. 가스 개방부(27)는, 외장 필름(24)을 열융착하지 않고 단지 외장 필름(24)끼리가 마주 대하는 만큼의 영역으로서 형성되고, 이로 인해 가스 개방부(27)는 외기와 연통하고 있다.
압력 개방 구조를 정극 탭(23a) 및 부극 탭(23b)이 인출된 변에 마련하는 경우는, 정극 탭(23a) 및 부극 탭(23b)이 인출된 변에서는 전지 요소와 열융착부(26) 사이에 집전부를 위한 스페이스가 필요하게 되기 때문에, 필름 외장 전지(21)의 외 형 치수를 변경하는 일 없이 열융착부(26)에 돌출 융착부를 마련할 수 있다. 그러나, 압력 개방 구조를 정극 탭(23a) 및 부극 탭(23b)이 인출되어 있지 않은 변에 마련한 경우는, 그 변에서는 전지 요소와 열융착부(26) 사이에 상기한 바와 같은 스페이스는 없다. 그 때문에, 열융착부(26)에 단순하게 돌출 융착부(26a)를 부가하려고 하면, 필름 외장 전지(21)의 외형 치수가 커져 버리다·
그래서 본 실시 형태에서는, 외장 필름(24)을 부분적으로 외측으로 비어져 나온 형상으로 하고. 이 비어져 나온 부분에서 전지 요소 수납부에 연통한 코우브(cove) 형상의 영역이 형성되도록 열융착부(26)를 형성함과 함께, 코우브 형상의 영역에 돌출 융착부(26a)를 형성하고 있다. 돌출 융착부(26a)의 양측은 외장 필름(24)이 열융착되지 않은 비융착부(24a)로서 형성된다. 이와 같이, 전지 요소 수납부에 연통한 코우브 형상의 영역을 형성하고, 이 영역에 돌출 융착부(26a)를 형성함으로써, 필름 외장 전지(21)의 외형 치수의 증대를 최소한으로 억제하면서, 응력 집중부로서의 기능을 갖는 돌출 융착부(26a)를 형성할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서도, 2장의 외장 필름(24)중 1장에는, 전자선의 조사에 의해 열융착 수지층에 가교 구조부(28)가 형성되어 있다.
가교 구조부(28)는, 돌출 융착부(26a)를 포함하는 영역에 형성되고, 그 일부가 전지 요소 수납부 및 가스 개방부(27)에 노출하고 있다. 따라서, 전지 요소 수납부의 내압 상승에 수반하는 외장 필름(24)의 박리는, 제 1의 실시 형태와 마찬가지로, 가교 구조부(8)와 또한쪽의 외장 필름의 열융착 수지층의 경계에 따라 진행한다. 따라서 본 실시 형태에서도, 가스의 개방 압력이 안정되어 있고, 또한 압력 개방이 가스 개방부(27)에서 확실하게 되는, 신뢰성이 높은 필름 외장 전지(21)가 제공된다.
도 11 및 도 12에는, 본 발명의 제 3의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지가 도시된다.
본 실시 형태의 필름 외장 전지(31)는, 제 2의 실시 형태와 비교하여, 가스 개방부(37)에 튜브(39)를 접속한 점이 다르다. 그 밖에, 압력 개방 구조로서, 열융착부(36)의 일부에 응력 집중부로서 돌출 융착부(36a)가 형성되어 있는 것, 외장 필름(34)이 열융착되지 않은 공간인 가스 개방부(37)가, 돌출 융착부(36a)에 선단부를 면하게 하여 형성되어 있는 것, 및 돌출 융착부(36a)를 포함하는 영역에서 2장의 외장 필름(34)중 한쪽의 열융착 수지층에 가교 구조부(38)를 형성하는 것 등은, 제 2의 실시 형태와 마찬가지이다.
튜브(39)는, 일단부가 가스 개방부(37)에 기밀(氣密)로 접속되고, 개방된 타단부는, 전지 요소(32)로부터 발생한 가스가 방출되어도 영향이 없는 적절한 위치에 끌어 돌려져 있다. 튜브(39)의 타단부는 개방되어 있기 때문에, 가스 개방부(37)는 튜브(39)를 통하여 외기와 연통하고 있다. 전지 요소(32)로부터 가스가 발생하면, 전지 요소(32)를 수납하는 공간인 전지 요소 수납부의 내압이 상승하고, 그에 수반하여, 돌출 융착부(36a)에서 외장 필름(34)이 박리한다. 이 박리에 의해, 전지 요소 수납부로부터 가스 개방부(37)에 가스가 도입되고, 도입된 가스는, 튜브(39)를 통과하여, 튜브(39)의 개방단으로부터 방출된다.
이와 같이, 가스 개방부(37)에 튜브(39)를 접속함에 의해, 가스의 방출 위치 를 임의로 설정할 수 있다. 또한, 가스의 방출 위치를 튜브(39)에 의해 임의로 설정할 수 있기 때문에, 압력 개방 구조의 위치도 임의로 설정할 수 있다. 본 실시 형태는, 필름 외장 전지(31)의 주위에 가스의 영향을 받기 쉬운 부재나 기기가 존재하고 있고, 가스 개방부(37)로부터 가스를 직접 방출시키는 것이 바람직하지 않은 경우에 특히 유효하다. 튜브(39)의 개방단을 필름 외장 전지(31)로부터 떨어진 위치에 설치하면, 필름 외장 전지(31)로부터 떨어진 위치에 가스를 방출시킬 수 있다. 튜브(39)는, 외장 필름(34)의 박리 계면을 규정하고 전지 요소 수납부와 가스 개방부(37)를 확실하게 연통시킬 수 있음으로서 비로서, 유효하게 기능한다.
튜브(39)는, 가요성을 갖는 부재로 구성하는 것이 바람직하다. 가요성을 갖는 부재로 튜브(39)를 구성함으로써, 튜브(39)의 끌고 다님을 용이하게 행할 수 있고, 또한, 필름 외장 전지(31)의 설치 후도, 가스의 방출 위치를 자유로 변경할 수 있다. 가스 개방부(37)에의 튜브(39)의 접속은, 2장의 외장 필름(34) 사이에 튜브(39)의 단부를 끼우고, 그 상태에서 외장 필름(34)의 외연부를 튜브(39)의 외주면에 접착함에 의해 행할 수 있다. 외장 필름(34)과 튜브(39)의 접착 방법은, 튜브(39)를 기밀로 접속할 수 있다면 특히 한정되지 않고, 접착제에 의해 접착할 수도 있고, 튜브(39)가 열가소성 수지로 이루어지는 것이면 열융착에 의해 접착할 수도 있다. 특히, 튜브(39)를 외장 필름(34)의 열융착 수지층을 구성하는 열융착성 수지와 동종의 수지로 구성하면, 열융착에 의해 튜브(39)를 접속할 수 있다. 튜브(39)의 열융착은, 가스 개방부(37)를 형성할 때에 튜브(39)를 삽입하기 위한 구부(口部)를 남겨 두고 외장 필름(34)을 열융착하고, 뒤이어, 구부를 통하여 가스 개방부(37) 내로 튜브(39)의 단부를 삽입하고, 그 상태에서 튜브(39)를 외장 필름(34)에 열융착함에 의해 행하여도 좋다. 또는, 전지 요소(32)를 밀봉할 때에, 튜브(39)를 외장 필름(34) 사이에 끼워지는 소정의 위치에 설치하여 두고, 외장 필름(34)에의 열융착부(36)의 형성과 함께 튜브(39)를 접속할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 제 2의 실시 형태에 튜브(39)를 적용한 예를 나타냈지만, 제 1의 실시 형태에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
상술한 각 실시 형태는 어느 것이나, 외장 필름의 박리를 우선적으로 진행시키는 응력 집중부를 열융착부에 마련하고, 그 부분에 가교 구조부를 형성한 예를 나타냈다. 가교 구조부는, 전술한 바와 같이, 다른 영역에 비하여 고온에서 연화하기 어려운 영역이고, 결과적으로 가교 구조부가 형성되는 영역 자신도 다른 영역에 비하여 박리 강도가 작게 되어 있다. 따라서, 가교 구조부를 형성하는 것만으로 충분히 박리 위치를 규정할 수 있는 경우는, 응력 집중부를 마련하지 않고 단지 열융착부의 일부에 가교 구조부를 형성한 구성으로 할 수도 있다. 그 몇 가지의 예를 이하에 나타낸다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제 4의 실시 형태에 의한 필름 외장 전지가 도시된다. 본 실시 형태의 필름 외장 전지(41)는, 직사각형 형상의 외장 필름(44)을 이용하고 있고, 그 주연부에, 전둘레에 걸쳐서 일정한 폭으로 열융착부(46)가 형성되고, 이로써 전지 요소(도시 생략)가 밀봉되어 있다. 열융착부(46)의 일부에는, 내연을, 전지 요소를 수납하는 전지 요소 수납부에 노출시키고, 또한, 외연을 열융착부(46)의 외연과 일치시켜서, 열융착 수지층에 가교 구조부(48)가 형성되어 있 다. 즉, 가교 구조부(48)는, 전지 요소 수납부에 노출한 부위 이외의 부위를 외기와 연통시켜서 형성되어 있다.
본 실시 형태와 같이, 응력 집중부를 열융착부(46)에 마련하지 않는 구조로서도, 가교 구조부(48)가 형성된 영역은 열융착부(46)의 다른 영역에 비하여 박리 강도가 작게 되어 있다. 그 때문에, 필름 외장 전지(41)의 내압 상승에 수반하는 외장 필름(44)의 박리는, 가교 구조부(48)가 형성되는 영역에서 우선적으로 진행한다. 박리가 가교 구조부(48)의 외연까지 달함에 의해, 전지 요소 수납부와 외기가 연통하고, 가교 구조부(48)가 형성되는 영역의 외연으로부터 가스가 방출되어 압력 해방이 된다.
가교 구조부(48)의 형상이나 사이즈는, 가교 구조부(48)가, 일부가 전지 요소 수납부에 노출하고. 또한, 전지 요소 수납부에 노출하지 않은 다른 부위가 외기와 연통하는 형상이나 사이즈라면 특히 한정되지 않는다. 도 13에서는 직사각형 형상으로 가교 구조부(48)를 형성한 예를 나타냈지만, 예를 들면 도 14에 도시하는 필름 외장 전지(51)와 같이, 사다리꼴 형상으로 가교 구조부(58)를 형성하여도 좋다. 도 14에는, 내연의 길이(L1)가 외연의 길이(L2)보다도 길고, 전지 요소 수납부측의 연(緣)으로부터 외측을 향하여 치수가 작아지도록 형성된 가교 구조부(58)가 도시된다. 가교 구조부(58)를 이와 같이 형성함으로써, 가교 구조부(58)가 외장 필름(54)의 박리의 진행에 맞춘 형상으로 되기 때문에, 박리를 보다 순조롭게 진행시킬 수 있다.
도 15에, 응력 집중부를 갖지 않는 압력 개방 구조의 다른 예를 도시한다. 도 15에 도시하는 필름 외장 전지(61)는, 도 14에 도시한 예에, 제 3의 실시 형태에서 나타낸 튜브(69)를 적용한 것이다. 즉, 외장 필름(64)에는, 그 가교 구조부(68)가 형성되는 영역에 선단부를 면하게 하고, 외장 필름(64)끼리를 열융착하지 않음에 의해 가스 개방부(67)가 형성되고, 이 가스 개방부(67)에 튜브(69)가 기밀로 접속되어 있다. 이와 같이, 가교 구조부(68)가 가스 개방부(67) 및 튜브(69)를 통하여 외기와 연통하는 구조로 하여도, 안정된 압력으로, 또한 특정한 위치에서 가스를 방출시킬 수 있다. 외장 필름(64)의 외연으로부터 가스를 방출하여도 상관없는 경우는, 제 1의 실시 형태와 같이, 튜브(69)를 마련하지 않고 가스 개방부(67)가 외기와 직접 연통하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상술한 예에서는 외장 필름 자신에 가교 구조부를 형성한 예를 나타냈지만, 가교 구조부는, 외장 필름 자신에 형성하는 것이 아니라, 가교시킨 수지 시트를 대향하는 외장 필름 사이에 끼우는 것, 환언하면, 대향하는 외장 필름의 한쪽에, 가교시킨 수지 시트를 융착시키음에 의해 형성하여도 좋다. 그 예의, 열융착부 부근에서의 단면도를 도 16에 도시한다. 도 16에 도시하는 예에서는, 열융착부(76)의 일부에서, 2장의 외장 필름(74, 75) 사이에, 가교 처리된 수지 시트(78)가 끼워 넣어져 있다. 수지 시트(78)는, 한 부위가, 전지 요소(72)를 수납하고 있는 전지 요소 수납부에 노출하고, 다른 한 부위가 가스 개방부(77)에 노출하고 있고, 이 건을 충족시키고 있으면, 그 사이즈나 형상 등은 특히 한정되지 않고, 다른 구조도 포함하여, 상술한 각 예와 마찬가지로 배치할 수 있다.
수지 시트(78)는, 대향하는 2장의 외장 필름(74, 75)의 어느 한쪽에, 외장 필름(74, 85)끼리를 열융착하기 전에, 미리 열융착됨에 의해 마련되어 있다. 수지 시트(78)를 구성하는 수지는, 전지 요소(72)를 밀봉하는데 필요한 최저한의 융착 강도를 확보하기 위해, 외장 필름(74, 75)의 열융착 수지층(74a, 75a)과 동종의 수지를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 수지 시트(78)의 형태로서는, 필름 상태라도 좋고, 메시 상태라도 좋다. 메시 상태로 하면, 열융착에 의해 용융한 열융착 수지층(74a, 75a)이 수지 시트(78)의 네트중에 침투함에 의해 생기는 앵커 효과에 의한, 필요한 융착 강도의 확보를 기대할 수 있다. 물론, 수지 시트(78)의 형태에 관계없이, 수지 시트(78)의 가교도를 적절히 조정함에 의해, 외장 필름(74, 75)과의 융착 강도를 임의로 제어할 수도 있다. 열융착부(76)의 박리는, 한쪽의 외장 필름(74)과 수지 시트(78)와의 계면, 또는 또한쪽의 외장 필름(75)과 수지 시트(78)의 계면의 어느 한쪽에서 생긴다. 어느 경우에도, 수지 시트(78)가 개재한 영역에서 박리가 진행한다.
이와 같이, 수지 시트(78)에 의해 가교 구조부를 형성하여도, 상술한 각 예와 같은 효과를 얻을 수 있다. 특히 본 예에서는, 가교 구조부를 외장 필름(74, 75)과는 별개의 수지 시트(78)로 형성하기 때문에, 외장 필름(74, 75)에 가교 구조부를 형성하고 있는지 여부의 구별을 용이하게 행할 수 있고, 제조 공정중에서의 부품 관리가 용이해짐과 함께, 외장 필름(74, 75)(특히 열융착 수지층(74a, 75a))의 재료의 선택의 폭이 넓어진다.
이상, 본 발명에 관해 대표적인 몇 가지 예를 들어 설명하였지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 적절히 변경 될 수 있음은 분명하다.
예를 들면, 상술한 예에서는 2장의 외장 필름중 1장에 가교 구조부를 형성한 예를 나타냈지만, 전지 요소를 밀봉하는데 충분한 접착력을 얻을 수 있으면 쌍방의 외장 필름에 가교 구조부를 형성하여도 좋다. 그 경우의, 각 외장 필름에의 전자선의 조사량은 동등하여도 좋고 서로 달라도 좋다. 이 구성을 도 16에 도시한 예에 적용하는 경우는, 각 외장 필름에 각각, 가교 처리된 수지 시트를 융착하는 것으로 된다.
또한, 상술한 예에서는 2장의 외장 필름으로 전지 요소를 그 두께 방향 양측에서 끼우고 주위의 4변을 열융착한 예를 나타냈지만, 그 밖에도, 1장의 외장 필름을 2번 접어서 전지 요소를 끼우고, 개방하고 있는 3변을 열융착함에 의해 전지 요소를 밀봉하여도 좋다.
전지 요소의 구조에 관해, 상술한 예에서는 복수의 정극 및 복수의 부극을 교대로 적층한 적층형을 나타냈지만, 정극, 부극 및 세퍼레이터를 띠 모양으로 형성하고, 세퍼레이터를 끼우고 정극 부극을 맞겹치고, 이것을 권회(卷回)한 후, 편평한 상태로 압축함에 의해, 정극과 부극을 교대로 배치시킨 권회형의 전지 요소라도 좋다.
또한, 전지 요소로서는, 정극, 부극 및 전해질을 포함하는 것이라면, 통상의 전지에 이용되는 임의의 전지 요소가 적용 가능하다. 일반적인 리튬 이온 2차 전지에서의 전지 요소는, 리튬·망간 복합 산화물, 코발트산 리튬 등의 정극 활물질을 알루미늄박 등의 양면에 도포한 정극판과, 리튬을 도프·탈도프 가능한 탄소 재료 를 구리박 등의 양면에 도포한 부극판을, 세퍼레이터를 사이에 두고 대향시키고, 그것에 리튬염을 포함하는 전해액을 함침시켜서 형성된다. 전지 요소로서는, 이 밖에, 니켈 수소 전지, 니켈 카드늄 전지, 리튬 메탈 1차 전지 또는 2차 전지, 리튬 폴리머 전지 등, 다른 종류의 화학전지의 전지 요소를 들 수 있다. 또한, 본 발명은, 전기 2중층 커패시터 등의 커패시터나 전해 콘덴서 등으로 예시되는 커패시터 요소와 같은, 전기 에너지를 내부에 축적하고 화학반응 또는 물리반응에서 가스를 발생할 수 있는 전기 디바이스를 외장 필름으로 밀봉한 전기 디바이스에 적용 가능하다.
또한, 상술한 각 예에서는 정극 탭과 부극 탭을 필름 외장 전지의 같은 변에서 인출한 예를 나타냈지만, 이들은 서로 다른 변, 예를 들면 대향하는 2변, 또는 이웃하는 2변에서 인출되어도 좋다.

Claims (17)

  1. 정극 탭 및 부극 탭이 접속된 전기 디바이스 요소와,
    적어도 열융착 수지층을 포함하고, 해당 열융착 수지층끼리를 대향시켜서 상기 전기 디바이스 요소를 포위하고, 대향한 상기 열융착 수지층끼리가 외주부에서 열융착됨에 의해, 상기 열융착된 영역을 열융착부로 함과 함께 그 내측의 공간을 전기 디바이스 요소 수납부로 하여, 상기 정극 탭 및 상기 부극 탭이 인출된 상태에서 상기 전기 디바이스 요소를 밀봉한 외장 필름과,
    상기 열융착부의 일부의, 상기 정극 탭 및 상기 부극 탭이 인출된 변의 상기 정극 탭과 상기 부극 탭과의 사이, 또는 상기 정극 탭 또는 상기 부극 탭이 인출된 변과 다른 변에 마련된, 상기 전기 디바이스 요소 수납부의 내압 상승에 수반하여, 열융착된 상기 외장 필름의 박리가 다른 영역보다도 우선적으로 진행하는 압력 개방부를 가지며,
    상기 압력 개방부는, 한 부위가 상기 전기 디바이스 요소 수납부에 노출하고 다른 한 부위가 외기와 접하도록 연속한 영역에, 가교 처리된 수지로 이루어지는 가교 구조부를 갖는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열융착부는, 상기 전기 디바이스 요소 수납부를 향하여 돌출한 돌출 융착부를 가지며, 상기 가교 구조부는 상기 돌출 융착부를 포함하는 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 외장 필름에는, 상기 전기 디바이스 요소 수납부에 연통한 코우브 형상의 비 열융착 영역이 형성되도록 상기 열융착부가 형성되고, 상기 비열융착 영역에 상기 돌출 융착부가 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  4. 제 1항에 있어서,
    외기와 연통하며 또한 상기 전기 디바이스 요소 수납부와 연통하지 않는 가스 개방부를 상기 외장 필름의 외주부에 가지며, 상기 가교 구조부는 상기 외기와 접하는 다른 부위로서 해당 가스 개방부와 접한 영역을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가스 개방부는, 대향하는 상기 외장 필름끼리가 열융착되지 않은 영역으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가스 개방부에 튜브가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 튜브는 대향하는 상기 외장 필름에 끼워지고, 외주면이 상기 외장 필름과 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 열융착 수지와 동종의 수지로 이루어지고 열융착에 의해 상기 외장 필름과 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 가교 구조부는, 상기 외장 필름의 열융착 수지층에 가교 처리를 시행함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 가교 구조부는, 상기 외장 필름에 융착된, 가교 처리된 수지 시트에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스.
  11. 정극 탭 및 부극 탭이 접속된 전기 디바이스 요소와, 적어도 열융착 수지층을 포함하는 외장 필름으로 포위하고, 대향한 외장 필름의 외주부끼리를 열융착함에 의해, 열융착된 영역을 열융착부로 함과 함께 그 내측의 공간을 전기 디바이스 요소 수납부로 하고, 상기 정극 탭 및 상기 부극 탭이 인출된 상태에서 상기 전기 디바이스 요소를 밀봉하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법으로서,
    한 부위가 상기 전기 디바이스 요소 수납부에 노출하고 다른 한 부위가 외기와 접하도록, 상기 외장 필름의 상기 열융착부가 되는 영역의 일부가 연속한 영역에서, 대향하는 상기 외장 필름의 적어도 한쪽의, 상기 정극 탭 및 상기 부극 탭이 인출되는 변의 상기 정극 탭 및 상기 부극 탭 사이, 또는 상기 정극 탭 또는 상기 부극 탭이 인출된 변과 다른 변에, 가교 처리된 수지로 이루어지는 가교 구조부를 형성하는 공정와,
    상기 가교 구조부를 형성한 외장 필름으로, 상기 전기 디바이스 요소의 주위에서 상기 열융착 수지층이 대향하도록, 상기 정극 탭 및 상기 부극 탭이 상기 외장 필름으로부터 인출된 상태에서 상기 전기 디바이스 요소를 포위하는 공정과,
    상기 전기 디바이스 요소를 포위한 상기 외장 필름의 외주부끼리를 열융착하고, 상기 전기 디바이스 요소를 밀봉함에 의해, 상기 가교 구조부가 형성된 영역을 포함하는 영역에, 상기 전기 디바이스 요소 수납부의 내압 상승에 수반하여, 열융착된 상기 외장 필름의 박리가 다른 영역보다도 우선적으로 진행하는 압력 개방부를 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 가교 구조부를 형성하는 공정은, 상기 외장 필름의 상기 가교 구조부를 형성하여야 할 영역에 전자선을 조사하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 외장 필름을 열융착하는 것은, 외기와 연통하는 가스 개방부를, 상기 외장 필름의 외연으로부터 상기 가교 구조부의 상기 다른 한 부위에 걸쳐서 상기 외장 필름을 열융착하지 않은 영역을 마련함에 의해 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 가스 개방부에 튜브를 접속하는 공정을 또한 갖는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 튜브를 접속하는 공정은, 대향하는 상기 외장 필름 사이에 상기 튜브를 끼우고, 상기 튜브와 상기 외장 필름을 접착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 가교 구조부를 형성하는 공정은, 상기 외장 필름의 열융착 수지층에 가 교 처리를 시행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 가교 구조부를 형성하는 공정은, 상기 외장 필름에, 가교 처리된 수지 시트를 융착하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 필름 외장 전기 디바이스의 제조 방법.
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