JP6851058B2 - フィルム外装電池 - Google Patents

Description

本発明は外装フィルムを外装体とするフィルム外装電池に関する。

近年、携帯電話、ノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ等の各種携帯機器の普及により、該携帯機器の電源に用いる二次電池の軽量化や薄型化が強く望まれている。そのため、二次電池は、従来の金属缶に代わって、金属フィルム、あるい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等を外装体に用いるフィルム外装電池が増えてきている。

一般に、フィルム外装電池は、シート状の正極及び負極がセパレータを間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルムの内部に封入された構成である。外装フィルムからは、電極引き出しタブを介して正極及び負極と接続された外部端子（正極端子及び負極端子）が引き出される。

ところで、二次電池は、規格値を越えて過剰に充電または放電されたり、高温環境下に曝されたりすると、電解液の電気分解や加熱分解によりガスが発生して内圧が上昇することが知られている。フィルム外装電池は、上述したように外装体に可撓性及び柔軟性を有する金属フィルムやラミネートフィルム等の外装フィルムを用いている。そのため、ガスの発生により内圧が上昇すると、外装フィルムが膨張し、最悪の場合は破裂するおそれがある。このとき、破裂箇所によっては噴出したガスが周囲の電気回路や基板等に悪影響を与える可能性があるため、フィルム外装電池では、破裂に至る前に意図する方向（例えば、電気回路や基板等が存在しない方向）へガスを放出（ベント）させることが望ましい。

フィルム外装電池にベント機構（開放弁）を備えた構成は、例えば特許文献１〜４で提案されている。
特許文献１及び２には、熱融着することで封止されたフィルム外装電池の外周の一辺に、内部と連通する熱融着していない２つの非融着部を設け、該２つの非融着部間に貫通穴を設けた熱融着部位（固着部）を配置した構成が記載されている。また、特許文献２には、フィルム外装電池の外周の対向する２辺から引き出される外部端子（正極端子及び負極端子）の近傍に貫通穴を設けた構成が記載されている。

特許文献３には、フィルム外装電池の外周の固着部（熱融着された部位）のさらに内側に外装フィルムどうしが固着されたベント部が設けられ、該ベント部に貫通穴を設けた構成が記載されている。
特許文献１−３に記載されたフィルム外装電池では、フィルム外装電池の内圧上昇による膨張時に、熱融着された外装フィルムのうち、貫通穴を設けた部位が最初に引き剥がされることでベント機構（開放弁）として作用する。

特許文献４には、フィルム外装電池の外周の一辺に電池温度の上昇時に軟化溶融する安全弁部材を設け、ガスの発生を伴う電池の温度上昇時に安全弁部材が変形して開口することでガスを外部へ排出することが記載されている。

なお、フィルム外装電池にベント機構を設けた構成ではないが、特許文献５には、フィルム外装電池の表裏の主面を通る経路を帯状の拘束部材で拘束することで、ガスの発生による外装フィルムの膨張時に開裂する固着部の位置を制御できることが記載されている。

特開２００５−２０３２６２号公報 特開２０１０−２３８８６０号公報 特開２０１１−１９８７４２号公報 特許第４６２２０１９号公報 特開２０１３−００４２６０号公報

上述した特許文献１や２に記載されたフィルム外装電池では、内部と連通する非融着部の周囲を覆うように外装フィルムを熱融着させた固着部を設ける必要があるため、貫通穴を含むベント機構が外周から突出した形状となる。そのため、特許文献１や２に記載された構成は、より小型化が要求される電気機器で採用し難い場合がある。

一方、特許文献３や４に記載されたフィルム外装電池は、外周部の固着部内に貫通穴や電池温度の上昇時に軟化溶融する安全弁部材を設ける構成であるため、特許文献１や２に記載された構成のように突出部位を設ける必要は無い。また、特許文献５に記載されたフィルム外装電池は、ベント機構である貫通穴や安全弁部材等を備えていない。そのため、特許文献３−５に記載されたフィルム外装電池は、特許文献１や２に記載された構成と比べて小型化が可能になる。

しかしながら、特許文献３や４に記載された構成では、貫通穴や安全弁部材が、その位置によってはベント機構として確実に動作しない可能性がある。また、特許文献５に記載されたフィルム外装電池は、外装フィルムの膨張時に開裂する位置をある程度コントロールすることはできるが、意図した位置で確実に開裂させることはできない。

本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、小型化を可能にしつつ、膨張時に意図した位置でより確実にガスを放出させることができるフィルム外装電池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フィルム外装電池は、
外装フィルムを外装体とする電池本体と、
前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる２つの外部端子と、
前記電池本体の長辺を分割するように、前記電池本体を、その短辺と平行な方向で拘束する帯状の固定バンドと、
を有し、
前記固定バンドは、前記電池本体の短辺が該固定バンドで分割された領域の長辺となるのに必要な幅であり、
前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部のうちの前記電池本体の短辺に、前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられ、
前記開放弁が、前記外部端子間に設けられ、前記電池本体の外周に設けられた前記固着部である第１の固着部のさらに内側に設けられた、貫通穴を含む第２の固着部で構成されたものである。

本発明によれば、小型化を可能にしつつ、膨張時に意図した位置でより確実にガスを放出させることができるフィルム外装電池が得られる。

第１の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第２の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第３の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第４の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第５の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第６の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第７の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の一構成例を示す平面図である。 本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の他の構成例を示す平面図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図１に示すように、第１の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１と、正極端子及び負極端子からなる２つの外部端子２とを備え、外部端子２が電池本体１の一方の短辺からそれぞれ引き出された構成である。

電池本体１は、シート状の正極及び負極（不図示）がセパレータ（不図示）を間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルム１１の内部に封入された構成である。電池本体１の外周は２枚の外装フィルム１１どうしが熱融着されることで封止され、該熱融着された部位（固着部１２）のうちの一方の長辺に上記ベント機構となる開放弁１３が設けられている。開放弁１３は、例えば固着部１２に貫通穴を設けることで形成される。貫通穴は一方の外装フィルム１１のみに設けられていてもよい。図１では、電池本体１の一方の長辺の略中央部に開放弁１３が設けられた構成例を示しているが、開放弁１３の位置は略中央部である必要はなく、中央部からずれた位置にあってもよい。

このような構成において、図１に示したフィルム外装電池が過剰に充電または放電されたり、一時的に高温になったりする等によって電池本体１内部でガスが発生すると、上述したように電池本体１の外装フィルム１１が膨張する。

ここで、図１に示したフィルム外装電池では、電池本体１の膨張時、該電池本体１長辺の略中央部において、短辺と平行な断面形状が真円状になるまで膨張する。すなわち、電池本体１の膨張時、その膨張量は短辺の長さに依存する。このとき、電池本体１の外周では、短辺側よりも長辺側で外装フィルム１１に強い引き剥がし応力が発生し、特に断面形状が真円状になる長辺の略中央部において最も強い引き剥がし応力が発生する。そのため、開放弁１３を電池本体１の長辺側に設ければ、電池本体１の膨張時に比較的低い内圧で該開放弁１３が引き剥がされてガスが放出される。特に、開放弁１３を電池本体１長辺の略中央部に設ければ、より低い内圧で該開放弁１３からガスを放出させることができる。なお、開放弁１３が引き剥がされてガスが放出される電池本体１の内圧を、以下では「開放圧」と称す。

本実施形態のフィルム外装電池によれば、開放弁１３を電池本体１外周の固着部１２に設けているため、上述した特許文献１や２に記載された構成のように突出部位を設ける必要は無い。したがって、小型化を可能にしつつ、膨張時に、開放弁１３を設けた位置、すなわち意図した位置で、より確実にガスを放出させることができる。

（第２の実施の形態）
図２は、第２の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図２に示すように、第２の実施の形態のフィルム外装電池は、熱融着等によって封止された電池本体１外周の固着部１２のうちの一方の短辺（図２では外部端子２間）に開放弁１３が設けられている。また、第２の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１の長辺を２分割するように、該電池本体１を、その短辺と平行な方向に拘束する帯状の固定バンド３を備えた構成である。固定バンド３は、電池本体１の短辺が該固定バンド３で分割された領域の長辺となるのに必要な幅に設定される。固定バンド３には、例えば耐熱性を有する合成樹脂バンドあるいは金属バンド等を用いればよい。その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。

上述したように、第１の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１の膨張時、該電池本体１長辺の略中央部において、短辺と平行な断面形状が真円状になるまで膨張する。一般に、フィルム外装電池は、所要の筐体に収納されて使用されるため、該筐体が可塑性を有する合成樹脂等で構成されている場合、フィルム外装電池が膨張すると、それに伴って筐体が破損してしまう可能性がある。

そこで、第２の実施の形態では、図２に示すように帯状の固定バンド３を用いて電池本体を拘束することで該電池本体の膨張量を抑制する。このとき、電池本体１の短辺は、固定バンド３で分割された領域にとって長辺となるため、電池本体１の短辺を疑似的に長辺として扱うことができる。そのため、第２の実施の形態では、電池本体１の短辺（図２に示す例では外部端子２間）に開放弁１３を設けている。

なお、固定バンド３により電池本体１を拘束すると、電池本体１の膨張時に、その膨張量が抑制されるため、第１の実施の形態のフィルム外装電池と比べて、外装フィルム１１に対する引き剥がし応力が低下する。そのため、第２の実施の形態のフィルム外装電池は、第１の実施の形態のフィルム外装電池と比べて開放圧がわずかに高くなってしまう（空き難くなる）。本出願人の実験によれば、第２の実施の形態のフィルム外装電池は、第１の実施の形態のフィルム外装電池と比べて開放圧が１０％程度上昇することを確認している。
したがって、第２の実施の形態で示した構成は、ガスの放出方向を電池本体１の短辺側に設定したい場合やフィルム外装電池の膨張時における筐体の保護が必要な場合に採用すればよい。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、フィルム外装電池の膨張に伴う、該フィルム外装電池を収納する筐体の破損を防止できる。

（第３の実施の形態）
図３は、第３の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図３に示すように、第３の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１外周の固着部１２において、２つの外部端子２のうち、一方の外部端子２の引き出し部の近傍に開放弁１３を設けた構成である。その他の構成は、図２に示した第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。

図３に示すような第３の実施の形態のフィルム外装電池においても、第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。

なお、上述したように、フィルム外装電池では、開放弁１３を電池本体１長辺の略中央部に設ければ、より低い内圧で該開放弁からガスを放出させることができる。そのため、第３の実施の形態のフィルム外装電池は、開放弁１３が電池本体１短辺の略中央部に設けられた第２の実施の形態のフィルム外装電池よりも開放圧が高くなる。

しかしながら、本出願人の実験によれば、図２に示したフィルム外装電池の開放圧に対する、図３に示すフィルム外装電池の開放圧の上昇量はわずか（３０％程度）であるため、開放弁１３が電池本体１短辺の略中央部に無くても実用上大きな問題とはならない。

（第４の実施の形態）
図４は、第４の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図４に示すように、第４の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１外周の固着部１２において、外部端子２の無い他方の短辺の略中央部に開放弁１３を設けた構成である。その他の構成は、図２に示した第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。

図４に示すような第４の実施の形態のフィルム外装電池においても、第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施の形態）
図５は、第５の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図５に示すように、第５の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１外周の固着部１２のうちの一方の長辺に開放弁１３を設け、電池本体１の短辺を分割するように、該電池本体１を、その長辺と平行な方向に拘束する帯状の固定バンドを有する構成である。

図５に示すような第５の実施の形態のフィルム外装電池においても、第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。

なお、第５の実施の形態のフィルム外装電池では、図５で示すように固定バンド３により電池本体１の長辺方向を拘束するため、第２〜第４の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて固定バンド３が長くなる。そのため、第２〜第４の実施の形態と比べて固定バンド３のコストが上昇する。

また、第５の実施の形態のフィルム外装電池では、固定バンド３で分割された領域の短辺の長さが、第２〜第４の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて短くなる。上述したように、フィルム外装電池では、電池本体１の膨張時、その膨張量は短辺の長さに依存するため、長辺に対する短辺の長さが短いほど膨張量が低減し、長辺側で外装フィルム１１どうしに作用する引き剥がし応力が低下する。すなわち、図５で示すように、固定バンド３で分割された領域の短辺方向の長さをＡとし、長辺方向の長さをＢとしたとき、Ａ／Ｂの値が小さいほど開放圧が高くなる。そのため、第５の実施の形態のフィルム外装電池は、第２〜第４の実施形態で示したフィルム外装電池と比べて開放圧が高くなってしまう。

したがって、第５の実施の形態で示す構成は、ガスの放出方向を電池本体１の長辺側に設定する必要があり、かつフィルム外装電池の膨張時における筐体の保護が必要な場合に採用すればよい。

（第６の実施の形態）
図６は、第６の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図６に示すように、第６の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１外周の固着部１２のうち、一方の短辺（図６では外部端子２間）に開放弁を設け、電池本体１の長辺を３分割するように、該電池本体１を、その短辺と平行な方向に２本の帯状の固定バンド３を用いて拘束した構成である。固定バンド３の数は、２本に限定されるものではなく、３本以上であってもよい。

図６に示すような第６の実施の形態のフィルム外装電池においても、第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。

なお、第６の実施の形態のフィルム外装電池では、複数の固定バンド３を用いているため、第２〜第４の実施の形態と比べて固定バンド３のコストが上昇する。

また、電池本体１を複数の固定バンド３を用いて拘束することで、図６に示すように、固定バンド３で分割された、開放弁１３を含む領域では、第５の実施の形態のフィルム外装電池と同様にＡ／Ｂの値が小さくなる。そのため、第６の実施の形態のフィルム外装電池は、第２〜第４の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて開放圧が高くなる。

したがって、第６の実施の形態で示す構成は、例えば、電池本体１の長辺が長大であり、１本の固定バンド３では、電池本体１の短辺が該固定バンド３で分割された領域の長辺とならない場合等に採用すればよい。

（第７の実施の形態）
図７は、第７の実施の形態のフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図７に示すように、第７の実施の形態のフィルム外装電池は、電池本体１を拘束する固定バンド３の幅が、第２〜第６の実施の形態で示したフィルム外装電池が備える固定バンド３の幅よりも広い構成である。図７は、図２に示した第２の実施の形態の固定バンド３のおよそ２倍の幅を有する固定バンド３を用いた例を示している。その他の構成は、図２に示した第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様であるため、その説明は省略する。

図７に示すような第７の実施の形態のフィルム外装電池においても、第２の実施の形態のフィルム外装電池と同様の効果を得ることができる。

なお、第７の実施の形態のフィルム外装電池では、幅の広い固定バンド３を用いるため、第２〜第４の実施の形態と比べて固定バンド３のコストが上昇する。
また、幅の広い固定バンド３を用いて電池本体１を拘束することで、図７に示すように、固定バンド３で分割された、開放弁１３を含む領域では、第５及び第６の実施の形態のフィルム外装電池と同様にＡ／Ｂの値が小さくなる。そのため、第７の実施の形態のフィルム外装電池は、第２〜第４の実施の形態で示したフィルム外装電池と比べて開放圧が高くなる。

したがって、第７の実施の形態で示す構成は、第６の実施の形態と同様に、例えば、電池本体１の長辺が長大であり、幅の狭い固定バンド３では、電池本体１の短辺が該固定バンド３で分割された領域の長辺とならない場合等に採用すればよい。

（第８の実施の形態）
第８の実施の形態では、より低い電池本体１の内圧でガスを放出できる開放弁の形状について提案する。第８の実施の形態で示す開放弁の形状は、上記第１〜第７の実施の形態で示したフィルム外装電池のいずれにも適用可能である。
図８Ａは本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の一構成例を示す平面図であり、図８Ｂは本発明のフィルム外装電池に好適な開放弁の他の構成例を示す平面図である。図８Ａ及び８Ｂでは、電池本体１の短辺側（外部端子２間）に開放弁を設ける例を示している。

図８Ａに示す開放弁１３Ａは、電池本体１外周の固着部（第１の固着部）１２Ａの内側に開放弁１３Ａとなる固着部（第２の固着部）１２Ｂをさらに設け、該第２の固着部１２Ｂに貫通穴が設けられた構成である。電池本体１の短辺方向における第２の固着部１２Ｂの幅は、貫通穴の直径よりもわずかに大きい値に設定される。

このような構成では、電池本体１の膨張時、第１の固着部１２Ａと接しない第２の固着部１２Ｂの３方向から引き剥がし応力が作用する。そのため、第１の固着部１２Ａ内に貫通穴を設けた開放弁１３よりも、より低い内圧で開放弁１３Ａが引き剥がされてガスが放出される。なお、第２の固着部１２Ｂの幅は、貫通穴の直径に近い方がより開放弁１３Ａが引き剥がされ易いという効果がある。

図８Ｂに示す開放弁１３Ｂは、電池本体１外周の固着部（第１の固着部）１２Ａの内側に開放弁１３Ｂとなる固着部（第２の固着部）１２Ｂを設け、該第２の固着部１２Ｂに貫通穴が設けられた構成である。さらに、図８Ｂに示す開放弁１３Ｂは、第１の固着部１２Ａに凹状部を設け、該凹状部の窪み内に第２の固着部１２Ｂが設けられている。凹状部の窪み幅は、第２の固着部１２Ｂの幅よりも長いものとする。

このような構成では、電池本体１の膨張時、図８Ａに示した開放弁１３Ａと同様に、第１の固着部１２Ａと接しない第２の固着部１２Ｂの３方向から引き剥がし応力が作用する。また、図８Ｂに示す開放弁１３Ｂでは、第１の固着部１２Ａと平行な方向から第２の固着部１２Ｂに作用する引き剥がし応力が強くなる。そのため、第１の固着部１２Ａ内に貫通穴を設けた開放弁１３よりも、より低い内圧で開放弁１３Ｂが引き剥がされてガスが放出される。

なお、上述したように、フィルム外装電池では、外装フィルム１１に封入された正極及び負極（不図示）と外部端子２とが、それぞれ電極引き出しタブを介して接続されている。これら２つの電極引き出しタブの間は、通常、有効に活用されていない空間であるため、図８Ａ及び８Ｂで示すように外部端子２間（電極引き出しタブ間）に開放弁（第２の固着部）１３Ａ及びＢを設けてもフィルム外装電池全体の大きさを変える必要はない。第１〜第８の実施の形態では、電池本体１の一方の短辺から２つの外部端子２がそれぞれ引き出された構成例を示しているが、電池本体１の一方の長辺から２つの外部端子２がそれぞれ引き出される構成も同様である。

一方、外部端子２の無い電池本体１長辺及び短辺に開放弁１３Ａ及びＢを設ける場合は、電池本体１外周の固着部（第１の固着部）１２Ａの内側に第２の固着部１２Ｂを設ける必要があるため、フィルム外装電池の長辺または短辺の長さを第２の固着部１２Ｂのサイズに合わせて長くする必要がある。
そのため、第８の実施の形態で示す開放弁１３Ａ及びＢの形状は、上記第１、第３〜第５の実施の形態で示したフィルム外装電池にも適用可能ではあるが、外部端子２間に開放弁を設ける第２、第６及び第７の実施の形態で示したフィルム外装電池に適用することがより好ましい。

１ 電池本体
２ 外部端子
３ 固定バンド
１１ 外装フィルム
１２ 固着部
１２Ａ 第１の固着部
１２Ｂ 第２の固着部
１３、１３Ａ、１３Ｂ 開放弁

Claims (4)

1. 外装フィルムを外装体とする電池本体と、
   前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる２つの外部端子と、
   前記電池本体の長辺を分割するように、前記電池本体を、その短辺と平行な方向で拘束する帯状の固定バンドと、
   を有し、
   前記固定バンドは、前記電池本体の短辺が該固定バンドで分割された領域の長辺となるのに必要な幅であり、
   前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部のうちの前記電池本体の短辺に、前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられ、
   前記開放弁が、前記外部端子間に設けられ、前記電池本体の外周に設けられた前記固着部である第１の固着部のさらに内側に設けられた、貫通穴を含む第２の固着部で構成されたフィルム外装電池。
2. 前記開放弁が、該開放弁が設けられた辺の略中央部に位置する請求項１に記載のフィルム外装電池。
3. 前記開放弁は、前記固着部の少なくともいずれか一方の前記外装フィルムに形成された貫通穴で構成される請求項１または２に記載のフィルム外装電池。
4. 前記第１の固着部に凹状部を備え、
   該凹状部の窪み内に前記第２の固着部が設けられ、
   前記凹状部の窪み幅が前記第２の固着部の幅よりも長い請求項１に記載のフィルム外装電池。

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