JP2006294367A - 薄型電池 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを上昇させることなく、内圧上昇時に電池内部からガスを確実に排出させることができる薄型電池を提供する。
【解決手段】外装フィルム２１により電池要素を収容し、当該電池要素から外部に電池端子２，３を露出させて、電池要素周囲の外装フィルム外周部の接合面を融着して形成した薄型電池であって、電池端子２，３を挟んで外装フィルム２１が融着された外装体シール部７と電池内部との境界部を跨ぐようにように電池端子２，３が切り抜かれた内側切り抜き部１１Ａ、１１Ｂと、電池端子２，３を挟んで外装フィルム２１が融着された外装体シール部７と電池外部との境界部を跨ぐように電池端子２，３が切り抜かれた外側切り抜き部１２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池要素をフィルム外装体に収容した薄型電池に関し、特に、電池の内圧上昇時に電池内部のガスを外部に排出できる薄型電池に関する。

従来より、電池要素を二枚のフィルムで収容した薄型の電池が、下記の特許文献１などにて知られている。

この特許文献１に記載された薄型電池は、正極板と負極板とで電解質を挟み、当該単電池セルをセパレータを介して積層した発電要素を、二枚の外装フィルムの周縁部を所定の幅で熱融着することによって封止した電池本体と、当該発電要素の正極板及び負極板に接続された正極側電池端子及び負極側電池端子とを備えている。

そして、このような薄型電池は、外装フィルム周縁部の熱融着部のうち、一部に融着幅が広い突出部を設けている。これにより、電池の過充電によって発電要素が高温となり内圧が上昇した場合であっても、突出部から融着部を開烈させることにより、電池内部のガスを排出できるとしている。
特開２００４−０５５２９０号公報

ところで、上述した特許文献１に記載されたような薄型電池を製造するに際して、二枚の外装フィルムを熱融着する工程においては、外装フィルムを重ね合わせた状態で表面と裏面との双方から熱圧着部材（ヒートシーラ）を当てて熱融着を行う。しかしながら、この工程において、融着幅が他の融着部よりも広い突出部を形成するためには、当該突出部を形成するための凸部形状を有する特別なヒートシーラを使用する必要があり、製造装置コストが上昇してしまう要因となっていた。

そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、製造コストを上昇させることなく、内圧上昇時に電池内部からガスを確実に排出させることができる薄型電池を提供することを目的とする。

本発明は、外装フィルムにより電池要素を収容し、当該電池要素から外部に電池端子を露出させて、電池要素周囲の外装フィルム外周部の接合面を融着して形成した薄型電池であって、上述の課題を解決するために、電池端子を挟んで前記外装フィルムが融着された封止部と電池内部との境界部を跨ぐようにように電池端子が切り抜かれた第１の切り抜き部と、電池端子を挟んで前記外装フィルムが融着された封止部と電池外部との境界部を跨ぐように電池端子が切り抜かれた第２の切り抜き部とを備えることを特徴とするものである。

本発明に係る薄型電池によれば、第１の切り抜き部付近に内圧を集中させて外装フィルムを開烈させて、第２の切り抜き部からガスを排出させることができる。したがって、この薄型電池によれば、電池端子に第１の切り抜き部及び第２の切り抜き部を設けるだけで、外装フィルムの融着工程において外装フィルム外周部全体を均一の融着幅とする製造装置を用いても、内圧が集中して外装フィルムが開烈しやすい箇所を形成することができる。したがって、この薄型電池によれば、外装フィルムを開烈させやすくするための構造を形成する場合であっても、製造コストを上昇させることなく、且つ、内圧上昇時に電池内部からガスを確実に排出させることができる。

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。

本発明は、例えば図１に示すように構成された薄型電池に適用される。図１において、（ａ）は薄型電池の外観を示す上面図であり、（ｂ）は薄型電池の内部構成を示す上面図である。

図１（ｂ）に示すように、正極板及び負極板で電解質を挟み、当該単電池セルをセパレータを介して積層した発電要素（電池本体）の表面に電極活性物質塗布部１が形成され、当該電極活性物質塗布部１の電極取付側両端部に、複数の単電池セルと正極端子２及び負極端子３とを接続するための正極集電体部４及び負極集電体部５が形成されている。そして、発電要素と正極端子２及び負極端子３とは、正極集電体部４及び負極集電体部５と電気的に接続される。

正極端子２及び負極端子３の表面及び裏面には、二枚の外装フィルムで発電要素を収容する前に、当該正極端子２及び負極端子３部分における二枚の外装フィルムの融着強度を高めるための先付け樹脂６（シートフィルム）が塗布される。この先付け樹脂６は、正極端子２及び負極端子３のうち、外装フィルムが熱融着される部分に塗布される。

そして、発電要素は、裏面及び表面に外装フィルムがそれぞれ配置され、均一の幅で熱融着部分を形成するためのヒートシーラによって、外装フィルム外周部の接合面が熱融着され、所定幅の外装体シール部７が形成される。これにより、外装体カップ部８に発電要素を封止させて、図１に示すような外観形状となる。

このような薄型電池は、外装体シール部７から露出した正極端子２及び負極端子３が電装品や発電機に接続され、図示しないバッテリコントローラの制御に従って放電して電装品に電力供給を行うと共に、発電機からの電力を充電する。そして、薄型電池は、過充電時には、発電要素の温度上昇によって、外装体カップ部８内の温度上昇が発生して、内圧が高くなる。これに対し、薄型電池は、異常な内圧上昇時には、外装体カップ部８内のガスを外部に放出すべく、正極端子２，負極端子３上の外装体シール部７の一部が開烈されやすい構造となっている。以下、この構造について説明する。

図２（ａ）に上面図を示し、図２（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面を図２（ｂ）に、Ｂ−Ｂ’線断面を図２（ｃ）に示す。正極端子２及び負極端子３は、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、表面及び裏面の外装フィルム２１、先付け樹脂６によって熱融着されており、図２（ａ）中ハッチング部で示す部分のみが正極端子２，負極端子３を挟んで熱融着されている。

この正極端子２及び負極端子３には、当該正極端子２，負極端子３を挟んで外装フィルムが融着された外装体シール部７と電池内部との境界である封止境界部を跨ぐようにように正極端子２，負極端子３が切り抜かれた内部側切り抜き部（第１の切り抜き部）１１Ａ，１１Ｂと、当該正極端子２，負極端子３を挟んで外装フィルムが融着された外装体シール部７と電池外部との境界である封止境界部を跨ぐように正極端子２，負極端子３が切り抜かれた外側切り抜き部（第２の切り抜き部）１２とが形成されている。

この図２に示す薄型電池では、電池内部から電池外部への方向（外装体シール部７の幅方向）と直交する方向（外装体シール部７の長手方向）において、複数の内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂが設けられ、電池内部から電池外部への方向と直交する方向における複数の内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂの間に外側切り抜き部１２が設けられている例を示している。

ここで、正極端子２，負極端子３は、内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂ及び外側切り抜き部１２が形成された状態で、熱融着工程がなされる。このため、内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂと外側切り抜き部１２とが形成された正極端子２，負極端子３部分は、外装フィルムによって熱融着がなされていない未シール部となっており、図中ハッチング部で示す部分のみがシール部となっている。

このような薄型電池は、過充電状態となり外装体カップ部８の内圧が上昇すると、図３の矢印で示すように、内側切り抜き部１１Ａの側面と内側切り抜き部１１Ｂの側面に、集中した内圧が印加される。すなわち、正極端子２，負極端子３を挟んでなく熱融着されている所定幅の外装体シール部７に印加される内圧よりも、内側切り抜き部１１Ａと内側切り抜き部１１Ｂとの間に大きな内圧が印加される。これにより、内側切り抜き部１１Ａと内側切り抜き部１１Ｂとの間で挟まれた外装体シール部７が他の外装体シール部７よりも先に開烈が開始して、当該開烈箇所が外側切り抜き部１２に到達すると、外装体カップ部８内のガスが外部に排出される。

したがって、この薄型電池によれば、熱融着工程において、全外周に亘って均一幅の外装体シール部７を形成するように熱融着を行う既存のヒートシーラを用いても、正極端子２，負極端子３に内側切り抜き部１１及び外側切り抜き部１２を設けておくのみで、内圧が集中して外装体シール部７が開烈しやすい箇所を形成することができる。したがって、この薄型電池によれば、外装体シール部７を開烈させやすくするための構造を形成する場合であっても、製造コストを上昇させることなく、且つ、内圧上昇時に電池内部からガスを確実に排出させることができる。なお、内側切り抜き部１１及び外側切り抜き部１２は、正極端子２と負極端子３との一方に設けられているだけでも、内側切り抜き部１１によって内圧が集中する箇所を特定して開烈させ、外側切り抜き部１２からガスを排出させることができる。

［薄型電池における切り抜き部の変形例］
以下、上述したように、内側切り抜き部１１、外側切り抜き部１２を設けた薄型電池の変形例について説明する。

図４に示す薄型電池は、内側切り抜き部１１と外側切り抜き部１２とが一対で構成されている。このような薄型電池は、外装体カップ部８の内圧上昇時には、外側切り抜き部１２の電池内部側であって、内側切り抜き部１１の右側面に内圧が集中する。そして、外装体シール部７のうち、正極端子２，負極端子３上の外装体シール部７が開烈開始し、外側切り抜き部１２に到達すると、外装体カップ部８内のガスを排出することができる。

図５に示す薄型電池は、内側切り抜き部１１として、外装体シール部７の長手方向に均等間隔で設けられた内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃが形成されている。また、外装体シール部７の長手方向における内側切り抜き部１１Ａと内側切り抜き部１１Ｂとの略中間の電池外部側に外側切り抜き部１２Ａが形成され、外装体シール部７の長手方向における内側切り抜き部１１Ｂと内側切り抜き部１１Ｃとの略中間の電池外部側に外側切り抜き部１２Ｂが形成されている。このような薄型電池は、外装体カップ部８の内圧上昇時には、内側切り抜き部１１Ａと内側切り抜き部１１Ｂの側面、内側切り抜き部１１Ｂと内側切り抜き部１１Ｃの側面に内圧が集中し、内側切り抜き部１１Ａと内側切り抜き部１１Ｂとの間の外装体シール部７及び内側切り抜き部１１Ｂと内側切り抜き部１１Ｃとの間の外装体シール部７から開烈が開始し、当該開烈が外側切り抜き部１２Ａ，１２Ｂの何れかに到達すると、外装体カップ部８内のガスを排出することができる。

図６乃至図８に示す薄型電池は、電池内部から記電池外部への方向と直交する方向、すなわち外装体シール部７の長手方向において、内側切り抜き部１１と外側切り抜き部１２とが異なる位置に設けられ、電池内部から電池外部への方向における外側切り抜き部１２の電池内部側端部の位置が、電池内部から電池外部への方向における内側切り抜き部１１の電池外部側端部の位置よりも、電池内部側となっている。このような薄型電池は、外側切り抜き部１２がより電池内側まで形成されているので、外装体カップ部８内のガスを排出させるために必要な外装体シール部７の開烈距離が短くなっており、開烈開始から短時間で外装体カップ部８内のガスを排出開始させることができるものである。

具体的には、図６に示すように一対の内側切り抜き部１１と外側切り抜き部１２とが設けられている場合、外側切り抜き部１２の電池内部側端部１２ａを、内側切り抜き部１１の電池外部側端部１１ａよりも電池内部側とする。これにより、電池内部側の封止境界部と外側切り抜き部１２の電池内部側端部１２ａとの間の外装体シール部７の距離が短くなり、図４に示す場合よりも開烈距離を短くすることができる。

また、図７に示すように、単一の外側切り抜き部１２が、２個の内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂの略中間に設けられている場合、外側切り抜き部１２の電池内部側端部１２ａを、内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂの電池外部側端部１１ａ，１１ｂよりも電池内部側とする。これにより、電池内部側の封止境界部と外側切り抜き部１２の電池内部側端部１２ａとの外装体シール部７の距離が短くなり、図２に示す場合よりも開烈距離を短くすることができる。

更に、図８に示すように、外側切り抜き部１２Ａ，１２Ｂが、内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂの略中間、内側切り抜き部１１Ｂ，１１Ｃの略中間に設けられている場合、外側切り抜き部１２Ａ，１２Ｂの電池内部側端部１２ａ，１２ｂを、内側切り抜き部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃの電池外部側端部１１ａ，１１ｂよりも電池内部側とする。これにより、電池内部側の封止境界部と外側切り抜き部１２Ａ，１２Ｂの電池内部側端部１２ａ，１２ｂとの外装体シール部７の距離が短くなり、図５に示す場合よりも開烈距離を短くすることができる。

なお、図７及び図８に示したように、複数の内側切り抜き部１１が形成されている場合、複数の内側切り抜き部１１の電池外部側端部同士の接続線よりも、外側切り抜き部１２の電池内部側端部が電池内部側になっていれば、内側切り抜き部１１はどのような形状であっても良い。具体的には、図９に示すように、外装体シール部７の幅方向における長さが異なる内側切り抜き部１１Ａと内側切り抜き部１１Ｂとを正極端子２，負極端子３に形成した場合には、図９中の点線で示すように内側切り抜き部１１Ａの電池外部側端部１１ａと、内側切り抜き部１１Ｂの電池外部側端部１１ｂとの接続線よりも、外側切り抜き部１２の電池内部側端部１２ａが内側になっていれば良い。

更にまた、薄型電池の他の変形例としては、外側切り抜き部１２の形状を、図１０に示すような三角状又は図１１に示すような台形状のように、外側切り抜き部１２の電池内部側端部を電池外部側端部よりも切り抜き面積を小さくしても良い。これにより、外側切り抜き部１２の電池内部側端部のうち、面積が小さい部分まで開烈することによってガスの排出を開始させることができる。

なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

本発明を適用した薄型電池の構成を示す上面図であり、（ａ）は外観構成を示し、（ｂ）は内部構成を示す。 本発明を適用した薄型電池において、外装体シール部を開烈させやすくする構造を説明するための図であり、（ａ）上面図、（ｂ）Ａ−Ａ’線断面図、（ｃ）Ｂ−Ｂ’線断面図である。 本発明を適用した薄型電池の内圧上昇時の動作に付いて説明するための上面図である。 本発明を適用した薄型電池の変形例を示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の他の変形例を示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の更に他の変形例であって、外側切り抜き部を電池内部側に設けたものを示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の更に他の変形例であって、外側切り抜き部を電池内部側に設けたものを示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の更に他の変形例であって、外側切り抜き部を電池内部側に設けたものを示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の更に他の変形例であって、外側切り抜き部を電池内部側に設けたものを示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の更に他の変形例を示す上面図である。 本発明を適用した薄型電池の更に他の変形例を示す上面図である。

符号の説明

１ 電極活性物質塗布部
２ 正極端子
３ 負極端子
４ 正極集電体部
５ 負極集電体部
６ 先付け樹脂
７ 外装体シール部
８ 外装体カップ部
１１ 内側切り抜き部
１２ 外側切り抜き部

Claims (3)

1. 外装フィルムにより電池要素を収容し、当該電池要素から外部に電池端子を露出させて、前記電池要素周囲の外装フィルム外周部の接合面を融着して形成した薄型電池において、
   前記電池端子を挟んで前記外装フィルムが融着された封止部と電池内部との境界部を跨ぐようにように前記電池端子が切り抜かれた第１の切り抜き部と、
   前記電池端子を挟んで前記外装フィルムが融着された封止部と電池外部との境界部を跨ぐように前記電池端子が切り抜かれた第２の切り抜き部と
   を有することを特徴とする薄型電池。
2. 前記電池内部から前記電池外部への方向と直交する方向において、前記第１の切り抜き部と前記第２の切り抜き部とが異なる位置に設けられ、
   前記電池内部から前記電池外部への方向における前記第２の切り抜き部の電池内部側端部位置が、前記電池内部から前記電池外部への方向における前記第１の切り抜き部の電池外部側端部位置よりも、電池内部側となっていることを特徴とする請求項１に記載の薄型電池。
3. 前記電池内部から前記電池外部への方向と直交する方向において複数の第１の切り抜き部が設けられ、前記電池内部から前記電池外部への方向と直交する方向における複数の第１の切り抜き部の間に前記第２の切り抜き部が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の薄型電池。
   

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