(57)【要約】【課題】本発明は、収容室内にはみ出た樹脂により弱融着部の融着強度が高くなることを防止でき、弱融着部を安全弁としてより確実に機能させることができるラミネート式電池を提供することを目的とするものである。【解決手段】融着部が形成される際に電池ケース２の周方向に沿う一部において第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ間に弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂを介在することで、融着部に比べて融着強度が弱い弱融着部２５を形成する。弱融着シート２５ａに比べて収容室２３側に配置された非融着シート２５ｂを収容室２３内に突出させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属層及び樹脂層を有する少なくとも１つの外装材からなる電池ケースと、
前記電池ケースの周方向に沿って延在され、前記外装材の樹脂層同士が互いに融着されることにより形成された融着部と、
前記融着部が形成される際に前記電池ケースの周方向に沿う一部において前記外装材の樹脂層間に少なくとも１枚のシートが介在されることにより形成され、前記融着部に比べて融着強度が弱い弱融着部と
を備え、
前記電池ケースには、電池要素を収容する収容室が設けられており、
前記シートは、前記収容室内に突出して配置されている
ことを特徴とするラミネート式電池。
【請求項２】
前記弱融着部は、
前記外装材の樹脂層が互いに融着される際の融着強度よりも弱い融着強度にて前記外装材の樹脂層に融着される少なくとも１枚の弱融着シートと、
前記外装材の樹脂層に対して非融着であるとともに、前記少なくとも１枚の弱融着シートよりも前記収容室側に配置された少なくとも１枚の非融着シートと
が前記外装材の樹脂層間に介在されることにより形成される
ことを特徴とする請求項１記載のラミネート式電池。
【請求項３】
前記収容室は、平面で見たときに長辺及び短辺を有する矩形に形成されており、
前記収容室の長辺部分において２つの前記弱融着部が前記収容室の長手方向に沿って互いに離間して形成されている
ことを特徴とする請求項２記載のラミネート式電池。
【請求項４】
前記金属層はステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のラミネート式電池。
【請求項５】
前記金属層はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のラミネート式電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばラミネート式リチウム二次電池等のラミネート式電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種のラミネート式電池としては、例えば下記の特許文献１，２等に示されている構成を挙げることができる。特許文献１には、樹脂層を融着して電池ケースの開口部を封止する際に非融着性樹脂シートを樹脂層の間に介在させて弱融着部を形成する旨が開示されている。特許文献２には、樹脂層を融着して電池ケースの開口部を封止する際に、樹脂層の樹脂に対して接着性をもつ樹脂と接着性をもたない樹脂との混合樹脂を材料とするシートを樹脂層の間に介在させて弱融着部を形成する旨が開示されている。このように形成された弱融着部は、例えば過放電等により電池ケース内の圧力が高まった際に最先に開裂して電池ケース内の圧力を外に逃がす安全弁（防爆弁）として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−９７０７０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６６８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池ケースの樹脂層を融着する際には、融着される樹脂層が互いに密着するように樹脂層に圧力を加えつつ樹脂層に熱を加える。このため、溶融した樹脂が電池ケース内の収容室にはみ出すとともに、はみ出た樹脂が互いに融着する場合がある。上記のような従来のラミネート式電池では、樹脂層の間にシートを介在させることで弱融着部を形成しているが、弱融着部が設けられる位置において収容室内にはみ出た樹脂が互いに融着すると、弱融着部の融着強度が高くなってしまい、安全弁としての機能が損なわれてしまう。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、収容室内にはみ出た樹脂により弱融着部の融着強度が高くなることを防止でき、弱融着部を安全弁としてより確実に機能させることができるラミネート式電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るラミネート式電池は、金属層及び樹脂層を有する少なくとも１つの外装材からなる電池ケースと、電池ケースの周方向に沿って延在され、外装材の樹脂層同士が互いに融着されることにより形成された融着部と、融着部が形成される際に電池ケースの周方向に沿う一部において外装材の樹脂層間に少なくとも１枚のシートが介在されることにより形成され、融着部に比べて融着強度が弱い弱融着部とを備え、電池ケースの内部には、電池要素を収容する収容室が設けられており、シートは、収容室内に突出して配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のラミネート式電池によれば、収容室内にシートが突出して配置されているので、弱融着部が形成される位置において融着部が形成される際に外装材の樹脂層同士が収容室内で互いに融着することを阻害できる。これにより、収容室内にはみ出た樹脂により弱融着部の融着強度が高くなることを防止でき、弱融着部を安全弁としてより確実に機能させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１によるラミネート式電池を示す平面図である。
【図２】図１のラミネート式電池を示す側面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。
【図４】図１の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるラミネート式電池の要部を示す平面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるラミネート式電池を示す平面図であり、図２は図１のラミネート式電池を示す側面図である。図１及び図２に示すように、ラミネート式電池は、電池要素１、電池ケース２及び一対のタブ３を有している。周知のように、電池要素１は、正電極、負電極及びセパレータの積層体であり、電池ケース２の内部において電解液に浸されているものである。
【００１０】
電池ケース２は、電池要素１を収容するためのケースであり、ハット形状の第１及び第２外装材２０，２１（図２参照）が互いに貼り合わされることで形成されたものである。なお、本実施の形態では、第１及び第２外装材２０，２１の両方がハット形状であるように説明しているが、第１及び第２外装材２０，２１のいずれか一方がハット形状であり、他方が平板状であってもよい。
【００１１】
電池ケース２の略中央には、周囲の平坦部２２に対して張り出された収容室２３が設けられている。収容室２３は、その内部に電池要素１を収容するものであり、図１に示すように平面で見たときに長辺及び短辺を有する矩形に形成されている。
【００１２】
図１に示すように、平坦部２２の内部には、電池ケース２の周方向に沿って延在された融着部２４と、電池ケース２の周方向に沿う一部に配置された弱融着部２５とが設けられている。弱融着部２５は、収容室２３の長辺部分に接して配置されている。収容室２３内は、これら融着部２４及び弱融着部２５によって封止されている。融着部２４及び弱融着部２５については、後に詳しく説明する。
【００１３】
タブ３は、収容室２３の内部において電池要素１に接続されるとともに、電池ケース２の外部に引き出された金属箔片である。このタブ３が図示しない外部電源又は外部負荷に接続されることで、電池要素１の充電及び放電が行われる。
【００１４】
次に、図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図であり、図１の融着部２４を示す説明図である。図に示すように、第１及び第２外装材２０，２１は、金属層２０ａ，２１ａ及び樹脂層２０ｂ，２１ｂを有している。金属層２０ａ，２１ａは、厚さ０．０４〜０．４０ｍｍ程度のステンレス鋼により構成されている。樹脂層２０ｂ，２１ｂは、厚さ０．０２〜０．４０ｍｍ程度の例えばポリプロピレンやポリエチレン等の樹脂により構成されたものであり、１３０〜２００度程度まで熱せられることで溶融するものである。なお、優れた成形性や耐薬品性を外装材２０，２１に付与するために、樹脂層２０ｂ，２１ｂとは反対側の面に潤滑皮膜（図示せず）を設けることもできる。
【００１５】
融着部２４は、平坦部２２の内部において第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂが互いに融着されることで形成されている。平坦部２２における第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂは、第１及び第２外装材２０，２１が重ねて配置された後に、樹脂層２０ｂ，２１ｂが互いに密着するように外方から平坦部２２に圧力が加えつつ平坦部２２に熱が加えられることで互いに融着される。熱が加えられることで溶融した樹脂層２０ｂ，２１ｂの一部は、収容室２３内にはみ出た状態で互いに融着されている。
【００１６】
次に、図４は、図１の線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図であり、図１の弱融着部２５を示す説明図である。図において、弱融着部２５は、上述の融着部２４が形成される際に電池ケース２の周方向に沿う一部において第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ間に弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂが介在されることにより形成されるものである。
【００１７】
弱融着シート２５ａは、第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂが互いに融着される際の融着強度よりも弱い融着強度にて第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂに融着される素材により構成されたシートである。この弱融着シート２５ａは、樹脂層２０ｂ，２１ｂと同じ樹脂（ポリプロピレンやポリエチレン等）と、樹脂層２０ｂ，２１ｂに対して非融着な（融着性を有しない）樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等）との混合樹脂により構成することができる。
【００１８】
非融着シート２５ｂは、樹脂層２０ｂ，２１ｂに対して非融着な樹脂（ポリテトラフルオロエチレン等）により構成されたシートである。この非融着シート２５ｂは、弱融着シート２５ａよりも収容室２３側に配置されている。また、非融着シート２５ｂは、融着部２４の奥行方向２４ａに沿う中間位置において弱融着シート２５ａに部分的に重ねて配置されている。融着部２４の奥行方向２４ａとは、平坦部２２の外縁に対して垂直な方向であって、この平坦部２２の外縁から収容室２３の外縁に向かう方向である。
【００１９】
また、非融着シート２５ｂは、収容室２３内に突出して配置されている。これにより、融着部２４が形成される際に弱融着部２５が形成される位置において第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ同士が収容室２３内で互いに融着することが阻害されている。
【００２０】
これら弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂが第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ間に介在されることにより弱融着部２５が形成されることで、弱融着部２５の融着強度は融着部２４の融着強度に比べて弱い。従って、弱融着部２５は、例えば過放電等により電池ケース２内の圧力が高まった際に融着部２４よりも先に開裂して電池ケース２内の圧力を外に逃がす安全弁として機能する。弱融着部２５が形成される位置において第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ同士が収容室２３内で互いに融着することが非融着シート２５ｂによって阻害されていることで、収容室２３内にはみ出た樹脂により弱融着部２５の融着強度が高くなることが防止され、より確実に弱融着部２５を安全弁として機能される。
【００２１】
特に、弱融着シート２５ａの収容室２３側に非融着シート２５ｂが配置されていることで、より低い圧力での弱融着部２５の開裂を可能とすることができる。これは、非融着シート２５ｂが第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂと融着されていないため、電池ケース２内の圧力が高まった際に弱融着部２５が収容室２３側から山なりに膨張し始めて、第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂと弱融着シート２５ａとの融着部分を剥離させようとするためである。
【００２２】
次に、実施例を説明する。本発明者らは、板厚０．１ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼により第１及び第２外装材２０，２１を構成するとともに、第１及び第２外装材２０，２１のそれぞれの片面に厚み０．０６ｍｍのポリプロピレンからなる樹脂層２０ｂ，２１ｂを構成し、樹脂層２０ｂ，２１ｂを融着することで奥行１０ｍｍの融着部２４を形成した。また、東レ株式会社製「ＣＦフィルム  ９５０１Ａ」により弱融着シート２５ａを構成するとともに、ポリテトラフルオロエチレンにより非融着シート２５ｂを構成し、それらを用いて弱融着部２５を形成した。なお、弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂの幅は４０ｍｍとし、平坦部２２の内部において融着部２４の奥行方向２４ａに沿って弱融着シート２５ａを８ｍｍ延在させるとともに非融着シート２５ｂを５ｍｍ延在させ、これら弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂを互いに３ｍｍ重ねて配置した。また、非融着シート２５ｂは収容室２３内に２ｍｍ突出するように配置した。
【００２３】
本発明者らは、上記条件にて形成した融着部２４及び弱融着部２５の融着強度を、ＪＩＳ Ｋ ６８５４で規定されたＴ型剥離試験によって調査した。融着部２４の融着強度は８．１ｋｇｆ／１０ｍｍであったのに対して、弱融着部２５の融着強度は０．６〜１．０ｋｇｆ／１０ｍｍであった。この結果から、弱融着部２５の融着強度を十分に低く抑えることができることが判った。また、試験的に収容室２３内の圧力を上昇させたところ、０．０５ＭＰａにて弱融着部２５の開裂を確認できた。この結果から、十分に低い圧力で弱融着部２５を開裂できることが判った。さらに、弱融着部２５が形成される位置において第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ同士が収容室２３内で互いに融着することを阻害できることも確認できた。
【００２４】
このようなラミネート式電池では、非融着シート２５ｂが収容室２３内に突出して配置されているので、弱融着部２５が形成される位置において融着部２４が形成される際に第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ同士が収容室２３内で互いに融着することを阻害できる。これにより、収容室２３内にはみ出た樹脂により弱融着部２５の融着強度が高くなることを防止でき、弱融着部２５を安全弁としてより確実に機能させることができる。
【００２５】
また、第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂ間に弱融着シート２５ａと非融着シート２５ｂとが介在されることで弱融着部２５が形成され、非融着シート２５ｂが弱融着シート２５ａよりも収容室２３側に配置されているので、電池ケース２内の圧力が高まった際に収容室２３側から弱融着部２５を山なりに膨張させることができ、その膨張により第１及び第２外装材２０，２１の樹脂層２０ｂ，２１ｂと弱融着シート２５ａとの融着部分を剥離させることができる。これにより、より低い圧力での弱融着部２５の開裂を可能とすることができる。
【００２６】
さらに、金属層２０ａ，２１ａがステンレス鋼からなるので、第１及び第２外装材２０，２１の強度を高くすることができ、ラミネート式電池の寿命を長くすることができる。
【００２７】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２によるラミネート式電池の要部を示す平面図であり、図６は図５の線ＶＩ−ＶＩに沿う断面図である。実施の形態１では１つの弱融着部２５が形成されるように説明したが、図５に示すように実施の形態２では、収容室２３の長辺部分において収容室２３の長手方向２３ａに沿って２つの弱融着部２５が互いに離間して形成されている。
【００２８】
上述のように、収容室２３は長辺及び短辺を有する矩形に形成されている（図１参照）。このため、電池ケース２内の圧力が高まり収容室２３が膨張した際には、短辺に対して平行に延びる座屈２６が収容室２３の長手方向２３ａに沿ういずれかの位置で発生する。
【００２９】
一方で、電池ケース２内の圧力が高まった際には、各弱融着部２５の非融着シート２５ｂが収容室２３側に配置されていることで、各弱融着部２５に山なりの膨張部２７が形成される。上述の座屈２６は、電池ケース２内の圧力が高まることにより各弱融着部２５の膨張部２７が非融着シート２５ｂと融着部２４との境界までそれぞれ延びた際に屏風状に発生する（図６参照）。すなわち、２つの弱融着部２５を設けることで、予め想定した位置に座屈２６を発生させることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３０】
このようなラミネート式電池では、収容室２３の長辺部分において２つの弱融着部２５が収容室２３の長手方向２３ａに沿って互いに離間して形成されているので、収容室２３が膨張した際の座屈２６の位置を調整でき、電池ケース２の変形を制御できる。
【００３１】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、金属層２０ａ，２１ａがステンレス鋼により構成されると説明したが、他の金属により金属層２０ａ，２１ａを構成してもよい。以下、アルミニウムにより金属層２０ａ，２１ａを構成した場合について特に説明する。本発明者らは、実施の形態１と同様の方法でアルミニウム板（Ａ１０５０：板厚０．０４ｍｍ）に厚み０．０６ｍｍのポリプロピレンフィルムを貼り付けた。また、同方法にて、弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂにより弱融着部２５を形成した。その他の構成は、実施の形態１，２と同様である。
【００３２】
ＪＩＳ Ｋ ６８５４で規定されたＴ型剥離試験によって融着部２４及び弱融着部２５の融着強度を調査したところ、融着部２４の融着強度は８．０ｋｇｆ／１０ｍｍであったのに対し、弱融着部２５の強度は０．６〜１．０ｋｇｆ／１０ｍｍであった。この結果からアルミニウムの場合も弱融着部２５の強度を十分に低く抑えることができた。試験的に収容室２３内の圧力を上昇させたところ０．０４５ＭＰａにて弱融着部２５の開裂を確認できた。
【００３３】
このようにアルミニウムにより金属層２０ａ，２１ａを構成しても、実施の形態１，２と同様に、収容室２３内にはみ出た樹脂により弱融着部２５の融着強度が高くなることを防止でき、弱融着部２５を安全弁としてより確実に機能させることができる。
【００３４】
なお、実施の形態１〜３では、弱融着シート２５ａと非融着シート２５ｂとを用いて弱融着部２５を形成するように説明しているが、収容室２３内にはみ出た樹脂により弱融着部２５の融着強度が高くなることを防止する目的を達成するのみであれば、弱融着シート２５ａ及び非融着シート２５ｂのいずれか一方のシートのみを用いて弱融着部２５を形成し、そのシートを収容室２３内に突出させてもよい。すなわち、弱融着シート及び非融着シートのいずれか一方のシートにより弱融着部を形成することもできる。
【００３５】
また、実施の形態１〜３では、１枚の弱融着シート２５ａと１枚の非融着シート２５ｂとを用いて弱融着部２５を形成するように説明しているが、２枚以上の弱融着シート及び２枚以上の非融着シートを用いて弱融着部を形成してもよい。
【００３６】
さらに、実施の形態１〜３では、２つの外装材２０，２１により電池ケース２を形成するように説明したが、１つの外装材を折り曲げることにより電池ケースを構成してもよい。また、３つ以上の外装材により電池ケースを形成してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  電池要素
２  電池ケース
３  タブ
２０，２１  第１及び第２外装材
２０ａ，２１ａ  金属層
２０ｂ，２１ｂ  樹脂層
２３  収容室
２４  融着部
２５  弱融着部
２５ａ  弱融着シート
２５ｂ  非融着シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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