(57)【要約】【課題】フィルム外装電池の溶着部の封止強度を保ちつつ、電池要素の耐振動性、耐衝撃性を高める。【解決手段】セパレータ１３を介して正極１１と負極１２を積層してなる電池要素７と、電池要素７を収容するフィルム状の外装材８と、を備える。フィルム状の外装材８は、電池要素７を収容する電池要素収容部９と、電池要素収容部９の周囲に設けられ、フィルム状の外装材８が溶着された溶着部１０と、を備える。電池要素７は、正極１１及び負極１２の外側へ延ばされたセパレータ１３の延長部１３ａを、延長部を縮めるようにまとめたセパレータ集合部１５を有する。電池要素収容部９は、セパレータ集合部１５を収容するセパレータ収容部１６を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して正極と負極を積層してなる電池要素と、前記電池要素を収容するフィルム状の外装材と、を備えるフィルム外装電池であって、
前記フィルム状の外装材は、前記電池要素を収容する電池要素収容部と、前記電池要素収容部の周囲に設けられ、前記フィルム状の外装材の対向する部分同士が溶着された溶着部と、を備え、
前記電池要素は、前記正極及び前記負極の外側へ延ばされた前記セパレータの延長部を、該延長部を縮めるようにまとめたセパレータ集合部を有し、
前記電池要素収容部は、前記セパレータ集合部を収容するセパレータ収容部を有している、ことを特徴とするフィルム外装電池。
【請求項２】
前記セパレータ集合部は、前記セパレータの前記延長部の先端が、前記セパレータ集合部の内側に位置するようにまとめられている、請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項３】
前記セパレータ集合部の体積は、前記セパレータ収容部の容積の３０％以上、８０％以下の比率を占める、請求項１または２に記載のフィルム外装電池。
【請求項４】
前記セパレータ集合部は、前記セパレータの前記延長部を折り畳んでなる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルム外装電池。
【請求項５】
前記セパレータ集合部は、前記セパレータの前記延長部を巻回してなる、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のフィルム外装電池。
【請求項６】
前記セパレータ集合部は、複数の前記セパレータの延長部が重ねられた状態でまとめられている、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルム外装電池。
【請求項７】
前記セパレータ集合部は、前記正極及び前記負極の周囲に沿って設けられている、請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフィルム外装電池。
【請求項８】
前記正極及び前記負極からそれぞれ延ばされた電極端子を有し、
前記セパレータ集合部は、前記電極端子を間に挟んで両側にそれぞれ設けられている、請求項１ないし７のいずれか１項に記載のフィルム外装電池。
【請求項９】
セパレータを介して正極と負極を積層してなる電池要素と、前記電池要素を収容するフィルム状の外装材と、を備えるフィルム外装電池の製造方法であって、
前記正極及び前記負極の外側へ延ばした前記セパレータの延長部を、該延長部を縮めるようにまとめたセパレータ集合部を形成する工程と、
フィルム状の外装材が有する、前記電池要素を収容する電池要素収容部内のセパレータ収容部に、前記セパレータ集合部を収容して、前記電池要素収容部の周囲の前記フィルム状の外装材が対向する部分同士を溶着する工程と、
を有することを特徴とするフィルム外装電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池要素がフィルム状外装材に収納されたフィルム外装電池及びフィルム外装電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
容量密度、質量密度が大きいリチウムイオン電池は、携帯電話やデジタルカメラといった小型の携帯電子機器のみならず、電動アシスト自転車、電動バイク、ハイブリッド自動車、電気自動車などといった振動、衝撃の起こり得る頻度が高い環境下での利用が増えている。
一方、電池の用途の多様化に伴い、電池のデザインの自由度が高い、アルミニウム箔等の金属箔と、合成樹脂フィルムとを積層したフィルム外装材の利用も増加している。フィルム外装材は、鉄やアルミなどによって形成されて一定の厚みを有する金属製の外装ケースに比べ、外形形状における自由度が高いが、剛性が乏しい。
【０００３】
フィルム外装電池は、セパレータを介して積層された正極と負極を有する電池要素が、フィルム外装材からなる外装ケースに収容されている。フィルム外装電池は、電池要素に接続された正極端子と負極端子を外装ケースの外部に引き出した状態で、外装ケースの周縁部を溶着することで、外装ケースを気密に封止している。外装ケースは、内部が減圧された状態で封止されており、フィルム外装材によって電池要素が拘束されている。しかし、外装ケース内の電池要素は、外装ケースの内部が減圧されることで大気圧が加わったフィルム外装材によって拘束されているだけなので、振動や衝撃等を受けたときに外装ケースの内部で電池要素が移動する可能性がある。振動や衝撃等によって外装ケースの内部で電池要素が移動することで、電池要素の周縁部に潰れなどが生じて損傷してしまう。また、外装ケースの内部での電池要素の移動によって生じた電池要素の歪みに起因して、集電箔に亀裂を生じることなどにより、電池要素の機能が失われるばかりでなく、正極と負極がショートを引き起こすおそれもある。そこで、このような問題を解決するための技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
図７に、特許文献１に記載されたフィルム外装電池を説明するための断面図を示す。図７に示すように、特許文献１に記載されたフィルム外装電池１０１は、セパレータ及び電極体を有する電池要素１０７が、ラミネートシートからなる外装材１０８によって構成された外装ケース内に収容されている。フィルム外装電池１０１の外部には、電池要素１０７の電極体から延ばされたリード端子１１１が引き出されている。
フィルム外装電池１０１は、セパレータまたは電極体を被覆した樹脂シート１１３が、外装材１０８の溶着部１１０と共に溶着されている。これにより、ラミネートシートからなる外装材１０８と、電池要素１０７のセパレータまたは電極体とが一体化されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５０８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載されたフィルム外装電池１０１では、外装材１０８を封止する際に、セパレータまたは電極体を被覆した樹脂シート１１３を外装材１０８の間に挟み込んで外装材１０８と共に溶着することで、外装ケースと電池要素１０７とを一体化している。このように、セパレータの端部が挟み込まれた溶着部１１０は、外装材１０８同士の溶着面積が少なくなり、溶着強度が不足する可能性がある。また、溶着面積の減少に伴い、溶着部１１０の溶着幅も狭くなり、フィルム外装電池１０１の外部から水分がしみ込みやすくなり、電池要素１０７の動作信頼性が低下するという問題も併発する。
さらに、特許文献１に記載されたフィルム外装電池１０１は、電池要素１０７の厚み方向に交差する水平方向に作用する振動や衝撃に対して、電池要素１０７が水平方向に動くおそれがあり、電池要素１０７が破損しやすい問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、フィルム外装電池の溶着部の封止強度を保ちつつ、電池要素の耐衝撃性、耐振動性を高めることができるフィルム外装電池及びフィルム外装電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するために、本願発明に係るフィルム外装電池は、セパレータを介して正極と負極を積層してなる電池要素と、電池要素を収容するフィルム状の外装材と、を備えるフィルム外装電池であって、フィルム状の外装材は、電池要素を収容する電池要素収容部と、電池要素収容部の周囲に設けられ、フィルム状の外装材の対向する部分同士が溶着された溶着部と、を備える。電池要素は、正極及び負極の外側へ延ばされたセパレータの延長部を、延長部を縮めるようにまとめたセパレータ集合部を有する。電池要素収容部は、セパレータ集合部を収容するセパレータ収容部を有する。
【０００９】
また、本発明に係るフィルム外装電池の製造方法は、セパレータを介して正極と負極を積層してなる電池要素と、電池要素を収容するフィルム状の外装材と、を備えるフィルム外装電池の製造方法であって、正極及び負極の外側へ延ばしたセパレータの延長部を、延長部を縮めるようにまとめたセパレータ集合部を形成する工程と、フィルム状の外装材が有する、電池要素を収容する電池要素収容部内のセパレータ収容部に、セパレータ集合部を収容して、電池要素収容部の周囲のフィルム状の外装材の対向する部分同士を溶着する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フィルム外装電池の溶着部の封止強度を保ちつつ、電池要素の耐振動性、耐衝撃性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態のフィルム外装電池を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態のフィルム外装電池を示す、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】第２の実施形態のフィルム外装電池を示す、図１におけるＡ−Ａ線と同一方向に沿った断面図である。
【図４】第３の実施形態のフィルム外装電池を示す平面図である。
【図５】第３の実施形態のフィルム外装電池を示す、図４におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第４の実施形態のフィルム外装電池を示す、図４におけるＢ−Ｂ線と同一方向に沿った断面図である。
【図７】関連技術のフィルム外装電池を説明するための、図１におけるＡ−Ａ線と同一方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
図１に、第１の実施形態のフィルム外装電池の平面図を示す。図２に、第１の実施形態のフィルム外装電池の、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
図１及び図２に示すように、第１の実施形態のフィルム外装電池１は、セパレータ１３を介して正極１１と負極１２を積層した電池要素７と、電池要素７を収容するフィルム状の外装材８と、を有している。また、フィルム外装電池１は、電池要素７を収容する電池要素収容部９と、電池要素収容部９の周囲に設けられ、外装材８が溶着された溶着部１０と、を有している。
電池要素７は、複数の正極１１と複数の負極１２が、セパレータ１３を介してそれぞれ積層されている。電池要素７は、正極１１及び負極１２の外側へ延ばされたセパレータ１３の延長部１３ａを、延長部１３ａを縮めるようにまとめたセパレータ集合部１５を有している。
【００１３】
図２に示すように、電池要素７は、少なくとも１つのセパレータ１３の延長部１３ａが、電池要素７の外側へ延ばされることによって、セパレータ集合部１５が形成されている。セパレータ集合部１５は、セパレータ１３の延長部１３ａの先端が、セパレータ集合部１５の内側に位置するようにまとめられている。これによって、セパレータ１３の延長部１３ａが、溶着部１０に誤って挟まれた状態で溶着されることを防ぐことができる。
また、セパレータ集合部１５は、１つのセパレータ１３の延長部１３ａを、電池要素７の積層方向に対して、複数回、蛇腹状に折り畳むことで形成されている。また、セパレータ集合部１５は、延長部１３ａ同士を接合することなく形成されている。また、セパレータ集合部１５は、四角形状の電池要素７の周囲の各辺に沿ってそれぞれ設けられている。
本実施形態におけるセパレータ集合部１５は、１つのセパレータ１３の延長部１３ａを複数回、蛇腹状に折り畳むことで形成されているが、複数のセパレータ１３の延長部１３ａを重ね合わせた状態で折り畳むことで形成されてもよい。また、本実施形態におけるセパレータ集合部１５は、電池要素７の積層方向に対して蛇腹状に折り畳まれたが、正極１１及び負極１２の外周部に近接離間する方向に対して蛇腹状に折り畳まれてもよい。
【００１４】
図２に示すように、電池要素収容部９内には、セパレータ集合部１５を収容するセパレータ収容部１６が設けられている。
また、電池要素７は、正極１１の一部が電池要素７の外側へ引き出された正極端子１１ａと、負極１２の一部が電池要素７の外側へ引き出された負極端子１２ａと、を有している。セパレータ集合部１５は、図２に示すように、正極端子１１ａ及び負極端子１２ａを間に挟んで両側にそれぞれ設けられている。
【００１５】
また、セパレータ集合部１５を、フィルム外装電池１の外部に引き出された正極端子１１ａ、負極端子１２ａが位置する辺と同一の辺に設ける場合は、電池要素７の積層方向における最も外側に位置するセパレータ１３の延長部１３ａのみを延ばして、セパレータ集合部１５を形成することが望ましい。
【００１６】
フィルム外装電池１は、フィルム状の外装材８によって形成された電池要素収容部１６内に電池要素７を収容し、電池要素収容部１６の周縁部における外装材７の対向する部分同士を溶着した溶着部１０を形成することで気密に封止されている。
電池要素７を外装材８の内部に収容する方法は、２枚の外装材で電池要素を挟み込んだり、１枚の外装材を２つ折りにして電池要素を挟み込んだりしてもよい。あるいは、筒状に形成した外装材の内側に電池要素を収容するなどの、外装材によって電池要素全体を覆う構造であれば、いずれの形状であっても構わない。
また、電池要素７は、セパレータ１３を介して正極１１と負極１２が対向して配されており、電池要素として取り得る構造であれば、積層構造、巻回構造、つづら折り構造などのいずれの構造であっても良い。
外装材８は、アルミニウム製のラミネートフィルムからなる。外装材８としては、フィルムに限定されるものではなく、フィルムよりも厚いシートを含むことは勿論である。
【００１７】
上述したように、第１の実施形態のフィルム外装電池１では、電池要素収容部９を構成する外装材８に周縁部の少なくとも一部に、セパレータ集合部１５を収容するセパレータ収容部１６が設けられている。
電池要素収容部９内には、電池要素７と電解質が収容され、正極端子１１ａ及び負極端子１２ａを対向する辺からそれぞれ外部に引き出した状態で、電池要素収容部９の周縁部が溶着されている。
このとき、電池要素収容部９の周縁部を溶着した溶着部１０には、外装材８の溶着面同士が熱溶着によって強固に溶着されており、外部に引き出される正極端子１１ａ及び負極端子１２ａを除き、セパレータ１３の延長部１３ａが挟まれることはない。したがって、本実施形態は、図７に示した、本発明に関連するフィルム外装電池に比べて、溶着部１０の封止強度を向上することができる。その結果、フィルム外装電池１は、外部から水分が、溶着部１０を通って電池要素収容部９内に入ることを防ぎ、電池要素７の動作信頼性が高めることができる。
また、本実施形態は、電池要素７の周囲にセパレータ集合部１５を設けることで、振動や衝撃が加わったときに、セパレータ集合部１５が緩衝部分として機能する。これによって、フィルム外装電池１は、振動や衝撃力が加わった場合であっても、電池要素収容部１６内で電池要素７が移動するのを防ぐことができる。その結果、セパレータ集合部１５によって電池要素７の耐振動性、耐衝撃性を高めることができる。
【００１８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態のフィルム外装電池について説明する。図３に、第２の実施形態のフィルム外装電池の、図１におけるＡ−Ａ線と同一方向に沿った断面図を示す。第２の実施形態は、セパレータ集合部を除く他の構成が、第１の実施形態と同様であるので、他の構成について第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
図３に示すように、第２の実施形態のフィルム外装電池２は、電池要素７から延ばされたセパレータ１３の延長部１３ａを、円筒状に巻回することによって延長部１３ａを縮めるようにまとめたセパレータ集合部１８が形成されている。セパレータ集合部１８は、セパレータ収容部１６に収容されている。
セパレータ集合部１８は、セパレータ１３の延長部１３ａが巻回されることによって、セパレータ１３の延長部１３ａの先端が、セパレータ集合部１８の内側に位置されている。これによって、セパレータ１３の延長部１３ａが、溶着部１０に誤って挟まれた状態で溶着されることを防ぐことができる。
また、セパレータ集合部１８は、１つのセパレータ１３の延長部１３ａを複数回、巻回することで形成されている。セパレータ集合部１５は、四角形状の電池要素７の周囲の各辺に沿ってそれぞれ設けられている。また、セパレータ集合部１８は、電池要素７から引き出された正極端子１１ａ及び負極端子１２ａを間に挟んで両側にそれぞれ設けられている。
本実施形態におけるセパレータ集合部１８は、１つのセパレータ１３の延長部１３ａを複数回、巻回することで形成されているが、複数のセパレータ１３の延長部１３ａを重ね合わせた状態で巻回することによって形成されてもよい。また、本実施形態におけるセパレータ集合部１８は、電池要素７の積層方向における外側に位置するセパレータ１３の延長部１３ａが巻回されて形成されたが、電池要素の積層方向における内側に位置するセパレータ１３の延長部が巻回されて形成されてもよい。
第２の実施形態のフィルム外装電池２においても、セパレータ集合部１８を備えることで、第１の実施形態と同様に、溶着部１０の封止強度を向上すると共に、電池要素７の耐振動性、耐衝撃性を高めることができる。
【００１９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態のフィルム外装電池について説明する。図４に、第３の実施形態のフィルム外装電池の平面図を示す。図５に、第３の実施形態のフィルム外装電池の、図４におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図を示す。第３の実施形態は、基本構成が第１の実施形態と同様であるので、第１の実施形態と同一部材には、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
図４及び図５に示すように、第３の実施形態のフィルム外装電池３は、出力端子である正極端子１１ａ及び負極端子１２ａを、フィルム外装電池３の矩形状の外周部の同一の辺から外部に引き出した状態で、電池要素収容部９の周縁部を溶着して溶着部１０を形成している。
第３の実施形態のフィルム外装電池３においても、セパレータ集合部１５を備えることで、第１の実施形態と同様に、溶着部１０の封止強度を向上すると共に、電池要素７の耐振動性、耐衝撃性を高めることができる。
【００２０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態のフィルム外装電池について説明する。図６に、第４の実施形態のフィルム外装電池の、図４におけるＢ−Ｂ線と同一方向に沿った断面図を示す。第４の実施形態は、セパレータ集合部を除く他の構成が、第３の実施形態と同様であるので、他の構成について第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
図６に示すように、第４の実施形態のフィルム外装電池４は、電池要素７から延ばされたセパレータ１３の延長部１３ａを、円筒状に巻回してなるセパレータ集合部１８が、セパレータ収容部１６に収容されている。
第４の実施形態のフィルム外装電池４においても、セパレータ集合部１８を備えることで、第１の実施形態と同様に、溶着部１０の封止強度を向上すると共に、電池要素７の耐振動性、耐衝撃性を高めることができる。
【００２１】
（実施例）
本発明の実施例について説明する。第３及び第４の実施形態において示したセパレータ集合部の体積を、セパレータ収容部の容積に対する比率を０％〜１００％まで変更して、ＵＮ試験ＵＮ３０９０の衝撃試験及び振動試験を行った場合の結果を表１に示す。
【表１】
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【００２２】
表１に示すように、セパレータ集合部の体積を、セパレータ収容部の容積の３０％未満に設定した場合には、上述の試験が不合格となった。一方、セパレータ集合部の体積を、セパレータ収容部の容積の３０％以上に設定した場合には、上述の試験が合格となった。
ただし、セパレータ集合部の体積がセパレータ収容部の容積の８０％を超えた場合には、セパレータ集合部を、セパレータ収納部内に収納することが困難になる。このため、セパレータ集合部の体積は、セパレータ収容部の容積の８０％以下が好ましい。
したがって、セパレータ集合部の体積は、セパレータ収容部の容積の３０％以上、８０％以下の範囲内が好ましい。
上述した実施形態では、セパレータ１３の延長部１３ａを折り畳んでなるセパレータ集合部１５と、セパレータ１３の延長部１３ａを巻回してなるセパレータ集合部１８とのいずれかが設けられたが、必要に応じて、セパレータ集合部１５とセパレータ集合部１８とが組み合わされて用いられてもよい。変形例として、セパレータ集合部は、蛇腹状に折り曲げられた延長部を巻回することで形成されてもよい。また、セパレータ集合部１５、１８は、セパレータ１３の延長部１３ａ全体が折曲又は巻回されて形成されたが、延長部１３ａの少なくとも一部が折曲又は巻回されて形成されてもよい。
変形例として、主面が四角形状の電池要素の各辺に沿ってセパレータ集合部を設ける場合、電池要素の長辺方向に沿ってセパレータ集合部１８が設けられ、電池要素の短辺方向に沿ってセパレータ集合部１５が設けられてもよい。また、主面が四角形状の電池要素の４つの辺に沿ってセパレータ集合部を設ける場合、各セパレータ集合部の両端が互いに当接してなる枠状に形成されてもよく、耐衝撃性を高めることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  フィルム外装電池
７  電池要素
８  外装材
１１  正極
１１ａ  正極端子
１２  負極
１２ａ  負極端子
１３  セパレータ
１３ａ  端部
１５  セパレータ集合部
１６  セパレータ収容部
【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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【図７】
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