(57)【要約】【課題】蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することが可能な蓄電素子を提供する。【解決手段】この電池１００（蓄電素子）は、ラミネートフィルムからなる外装体１と、正極、セパレータおよび負極が積層され、外装体１内に収容される発電要素４と、外装体１内に発電要素４と共に配置され、気体が密封された気体密封袋５とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネートフィルムからなる外装体と、
正極、セパレータおよび負極が積層され、前記外装体内に収容される発電要素と、
前記外装体内に前記発電要素と共に配置され、気体が密封された気体密封袋とを備える、蓄電素子。
【請求項２】
前記発電要素は、前記積層された前記正極、前記セパレータおよび前記負極が巻回されて構成され、
前記気体密封袋は、前記発電要素の巻回中心に対応する位置に配置されている、請求項１に記載の蓄電素子。
【請求項３】
前記気体密封袋は、前記発電要素の巻回中心の延びる方向の全長と略同じ長さを有する、請求項１または２に記載の蓄電素子。
【請求項４】
前記気体密封袋は、伸縮性を有する樹脂により形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電素子に関し、特に、ラミネートフィルムからなる外装体を備える蓄電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ラミネートシートからなる外装体を備えた電池が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、外装体と、正極、セパレータおよび負極が積層され、外装体内に収容される発電要素とを備える電池が開示されている。この外装体は、凹状に形成されたアルミラミネートシート（フィルム）および樹脂ラミネートシート（フィルム）により構成されている。この電池は、発電要素が２つのアルミラミネートシートに挟み込まれるように構成されている。また、この電池は、アルミラミネートシートに挟み込まれた発電要素が２つの樹脂ラミネートシートに挟みこまれるように構成されている。また、大気圧環境下において、発電要素がアルミラミネートシートおよび樹脂ラミネートシートにより挟み込まれた状態で、アルミラミネートシートおよび樹脂ラミネートシートの周縁部が全体に亘って熱溶着される。これにより、アルミラミネートシートおよび樹脂ラミネートシートの間の空気保持部に圧迫用空気が閉じ込められる（密封される）。
【０００４】
ここで、この電池が減圧環境下に持ち込まれた場合には、電池が所定の大きさになるまで膨張する。この際、空気保持部に閉じ込められた圧迫用空気も膨張することにより、発電要素は、膨張した圧迫用空気により電池の外側から中心方向に圧迫される。その結果、電池が減圧環境下に持ち込まれた場合に発電要素が膨張することに起因して、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを抑制し、電池の内部抵抗が上昇するのを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０９５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の電池では、電池が減圧環境下に持ち込まれた場合に、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを抑制することが可能である一方、アルミラミネートシートおよび樹脂ラミネートシートの周縁部が全体に亘って精度よく熱溶着されることにより空気保持部を構成する必要がある。このため、精度よく熱溶着を行うことなく、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することが可能なように改良することが望まれている。
【０００７】
この発明は、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、この発明の目的は、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することが可能な蓄電素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の一の局面による蓄電素子は、ラミネートフィルムからなる外装体と、正極、セパレータおよび負極が積層され、外装体内に収容される発電要素と、外装体内に発電要素と共に配置され、気体が密封された気体密封袋とを備える。
【０００９】
この発明の一の局面による蓄電素子では、上記のように、発電要素に配置され、気体が密封された気体密封袋を設けることによって、積層されたラミネートフィルムの周縁部を全体に亘って熱溶着して空気保持部を設ける場合とは異なり、気体密封袋を容易に設けることができるので、外装体の内部において気体密封袋により発電要素を圧迫することができる。これにより、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。その結果、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、蓄電素子の内部抵抗が上昇するのを抑制することができる。また、気体密封袋を設ける場合に、一部が開いた（気体封入口を有する）気体密封袋を発電要素に配置し、気体封入口から気体を封入した後に気体密封袋を密封する場合には、積層されたラミネートフィルムの周縁部が全体に亘って熱溶着されることにより空気保持部を設ける場合と比べて、気体封入口のみを溶接すればよく、気体を密封する際に溶着する面積を少なくすることができるので、気体密封袋を容易に構成することができる。これにより、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。
【００１０】
上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、発電要素は、積層された正極、セパレータおよび負極が巻回されて構成され、気体密封袋は、発電要素の巻回中心に対応する位置に配置されている。このように構成すれば、気体密封袋により、巻回中心の延びる方向から見て、発電要素の巻回中心から発電要素の外側の外装体に向けて均等に発電要素を圧迫することができるので、発電要素を外装体に均等に押し付けるように圧迫することができる。これにより、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、効果的に、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。
【００１１】
上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、気体密封袋は、発電要素の巻回中心の延びる方向の全長と略同じ長さを有する。このように構成すれば、気体密封袋により、巻回中心の延びる方向において発電要素の全体を均等に圧迫することができるので、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、効果的に、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による蓄電素子において、好ましくは、気体密封袋は、伸縮性を有する樹脂により形成されている。このように構成すれば、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合に、気体密封袋を容易に膨張させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、上記のように、蓄電素子が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、発電要素を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。
【図２】図１の５００−５００線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による電池のＸ方向断面（大気圧環境下）を示した模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による電池のＸ方向断面（減圧環境下）を示した模式図である。
【図５】本発明の一実施形態の変形例による電池の図２に相当するＹ方向断面図である。
【図６】発電要素が積層型の場合における本発明の一実施形態の変形例による電池のＸ方向断面を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態による電池１００の構成について説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態による電池１００（たとえば、リチウムイオン電池）は、図１に示すように、外装体１と、正極端子２と、負極端子３とを備えている。また、外装体１の内部には、図２および図３に示すように、巻回型の発電要素４と、電解液（図示せず）と、気体密封袋５とが収容（配置）されている。また、発電要素４には、気体密封袋５が配置されている。なお、電池１００は、本発明の「蓄電素子」の一例である。
【００１８】
この電池１００は、後述するように減圧環境下で使用された際にも性能の低下（内部抵抗の上昇）を抑制することが可能なように構成されている。このため、電池１００は、たとえば、航空機、人工衛星および減圧実験を行う減圧室などで使用される用途に適している。なお、減圧環境とは、気圧が大気圧（約１気圧）よりも低い気圧（０気圧以上約１気圧未満）である環境を示し、たとえば、成層圏などの高度が高い位置、宇宙空間および減圧室などが該当する。
【００１９】
外装体１は、図２〜図４に示すように、発電要素４を覆うように構成されている。外装体１は、金属層と樹脂層で形成されているラミネートフィルムからなり、物質を遮断する（透過させない）ように構成されている。これにより、外装体１は、外装体１の内部から外部に気体や液体が漏出したり、外装体１の外部から内部に気体や液体が侵入するのを抑制している。また、外装体１は、矩形のラミネートフィルムの対向する辺部同士を溶着することにより筒状に形成されている。図１に示すように、電池１００の短手方向（Ｘ方向）の所定位置において、ラミネートフィルムの対向する辺部同士が溶着された溶着部７が形成されている。溶着部７は、外装体１の長手方向（Ｙ方向）の全体にわたって直線状に形成されている。また、外装体１は、電池１００の長手方向の両端部において、筒状の外装体１の端部が閉じるように溶着されることにより形成された封口部６を有している。図１に示すように、電池１００の両端部の封口部６は、それぞれ、正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されている。
【００２０】
また、外装体１は、発電要素４が配置される内側から外側方向に向かって、ＰＥ（ポリオレフィン系樹脂であるポリエチレン）溶着層、ＰＥＴ（ポリエステル系樹脂であるポリエチレンテレフタレート）層、アルミニウム層、ＰＥＴ層およびＰＥ溶着層がこの順に積層されたラミネートフィルムからなる。
【００２１】
正極端子２および負極端子３は、それぞれ、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部に設けられている。正極端子２および負極端子３は、それぞれ、アルミニウムおよび銅からなり、平板状を有している。正極端子２および負極端子３は、それぞれ、外装体１の長手方向（Ｙ方向）の両端部の封口部６に挟み込まれた状態で電池１００の外部に露出するように構成されている。また、正極端子２および負極端子３は、それぞれ、電池１００の短手方向（Ｘ方向）の略中心の位置に設けられている。正極端子２および負極端子３は、それぞれ、外装体１の内部で後述する正極板および負極板に接続されている。
【００２２】
発電要素４は、正極板、セパレータおよび負極板が積層されて構成されている。具体的には、発電要素４は、正極活物質が塗布された正極板と、負極活物質が塗布された負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとが積層されている。また、発電要素４は、図３および図４に示すように、巻回中心Ｃを中心として巻回され、略筒状形状に形成されている。また、略筒状形状の発電要素４は、外周面４ａと、巻回中心Ｃの延びる方向（Ｙ方向）における端部４ｂおよび４ｃ（図２参照）と、内周面４ｄとを含んでいる。また、発電要素４は、外装体１内に収容される（外装体１によって覆われる）ように構成されている。また、発電要素４は、巻回中心Ｃの延びる方向から見て、外縁が略楕円形状の断面を有するように構成されている。また、巻回中心Ｃの延びる方向は、外装体１の長手方向（Ｙ方向）と一致している。また、発電要素４の外周面４ａは、外装体１の内面１ａと接触するように構成されている。また、発電要素４の内周面４ｄは、後述する気体密封袋５の外面５ａと接触するように構成されている。なお、正極板は、本発明の「正極」の一例であり、負極板は、本発明の「負極」の一例である。なお、図３および図４は、簡略化の為、電池１００の巻回中心Ｃが延びる方向から見た断面を模式的に図示している。また、図４では、発電要素４を簡略化して図示している。
【００２３】
ここで、本実施形態では、気体密封袋５は、気体として希ガス（たとえば、Ｎｅ（ネオン）やＡｒ（アルゴン）など）が密封されるように構成されている。また、気体密封袋５は、外装体１内に発電要素４と共に（発電要素４と接するように）配置されている。具体的には、気体密封袋５は、発電要素４の内周面４ｄに囲まれるように１つ配置されている。また、気体密封袋５は、発電要素４の巻回中心Ｃの延びる方向（Ｙ方向）の全長Ｌ（図２参照）と略同じ長さを有している。また、気体密封袋５は、Ｙ方向から見て、略楕円形状の断面を有するように構成されている。また、気体密封袋５は、発電要素４の巻回中心Ｃの位置に対応する位置に配置されている。具体的には、気体密封袋５は、気体密封袋５のＹ方向から見た断面の中心が発電要素４の巻回中心Ｃに対応するように配置されている。
【００２４】
また、気体密封袋５には、約１気圧の希ガスが大気圧（約１気圧）において、発電要素４を外側に押圧するように充填されて封入されている。また、気体密封袋５は、伸縮性を有している。これにより、気体密封袋５は、減圧環境下に電池１００が持ち込まれた際（電池１００の外圧が低くなった際）に、内外気圧差により膨張することが可能である。また、気体密封袋５は、内部の気体（希ガス）が膨張した際に破損しない（破れない）厚みに形成されている。つまり、気体密封袋５は、内部の気体（希ガス）が膨張した際に膨張可能な厚みに形成されている。また、気体密封袋５は、電解液に対して耐性（耐液性）を有している。また、気体密封袋５は、絶縁性を有している。このため、気体密封袋５は、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの伸縮性を有する樹脂により形成されていることが好ましい。
【００２５】
また、気体密封袋５は、大気圧環境下（図３参照）および減圧環境下（図４参照）において、発電要素４を巻回中心Ｃの外側に向けて押圧するように構成されている。つまり、気体密封袋５は、大気圧環境下および減圧環境下において、発電要素４の内周面４ｄを気体密封袋５の外面５ａに密着させるように押圧（圧迫）することによって、発電要素４の外周面４ａを外装体１の内面１ａに密着（接触）させるように構成されている。その結果、気体密封袋５により、電池１００の外部の外圧が変化した際にも、発電要素４の正極板と負極板との間隔を略一定に維持することが可能である。言い換えると、電池１００が減圧環境下に持ち込まれた際にも、発電要素４は、気体密封袋５が膨張することにより、略一定の厚みＤを維持することが可能である。
【００２６】
次に、本実施形態の電池１００の製造プロセスについて説明する。
【００２７】
まず、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に配置されたセパレータとを互いに積層し、正極端子２および負極端子３を所定位置に配置する。そして、図示しない軸部材を用いて、積層された正極板、セパレータおよび負極板を巻回し、渦巻き状（巻回型）の発電要素４を形成する。巻回の作業後、渦巻き状の発電要素４から軸部材を除去する。
【００２８】
次に、正極端子と負極端子とを準備し、それぞれ発電要素の正極板および負極板に接合する。接合は、超音波溶着などによって行う。
【００２９】
次に、発電要素の巻回中心部の軸部材が配置されていた空間に予め約１気圧の希ガスが封入（密封）された気体密封袋５を挿入（配置）する。
【００３０】
次に、矩形のラミネートフィルムを対向する辺部同士が重なるように筒状に曲げ、その重なっている辺部同士を溶着し、溶着部７を形成する。これにより、外装体１は、筒状（チューブ状）に形成される。なお、溶着部７は、熱源による加熱溶着、電磁波を用いた高周波溶着、または、超音波振動を用いた超音波溶着などにより溶着する。
【００３１】
次に、筒状に形成した外装体１の内部に、気体密封袋５を配置した発電要素４を収容し、外装体１の長手方向（Ｙ方向）のいずれか一方側の開口端部を溶着することにより、外装体１の一方側に封口部６を形成する。なお、封口部６は、熱源による加熱溶着などにより溶着する。
【００３２】
次に、減圧環境下において、一方側に封口部６を形成した外装体１の他方側から電解液を注入する。
【００３３】
そして、外装体１の他方側の開口端部を同様に溶着して封口部６を形成することにより、外装体１を密封（封止）する。以上により、本実施形態による電池１００が形成される。
【００３４】
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００３５】
本実施形態では、上記のように、気体が密封された気体密封袋５を発電要素４に設ける。これにより、従来技術のように、積層されたラミネートフィルムの周縁部を全周に亘って熱溶着して空気保持部を設ける場合とは異なり、気体密封袋５を容易に設けることができるので、外装体１の内部において気体密封袋５により発電要素４を圧迫することができる。その結果、電池１００が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、発電要素４を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。その結果、電池１００が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、電池１００の内部抵抗が上昇するのを抑制することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、上記のように、積層された正極、セパレータおよび負極を巻回して発電要素４を構成し、発電要素４の巻回中心Ｃに対応する位置に気体密封袋５を配置する。これにより、気体密封袋５により、巻回中心Ｃの延びる方向から見て、発電要素４の巻回中心Ｃから発電要素４の外側の外装体１に向けて均等に発電要素４を圧迫することができるので、発電要素４を外装体１に均等に押し付けるように圧迫することができる。その結果、電池１００が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、効果的に、発電要素４を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。
【００３７】
また、本実施形態では、上記のように、発電要素４の巻回中心Ｃの延びる方向の全長と略同じ長さＬを有するように気体密封袋５を構成する。これにより、気体密封袋５により、巻回中心Ｃの延びる方向において発電要素４の全体を均等に圧迫することができるので、電池１００が減圧環境下に持ち込まれた場合でも、効果的に、発電要素４を構成する電極間の距離が広がるのを容易に抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、上記のように、伸縮性を有する樹脂により気体密封袋５を形成する。これにより、電池１００が減圧環境下に持ち込まれた場合に、気体密封袋５を容易に膨張させることができる。
【００３９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４０】
たとえば、上記実施形態では、本発明の電池（蓄電素子）を、非水系電解質電池の一種であるリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、たとえば、リチウムイオン電池以外の非水系電解質電池やニッケル水素電池などの水系電解質電池などの蓄電素子にも適用可能である。
【００４１】
また、上記実施形態では、気体密封袋は、巻回中心Ｃの延びる方向（Ｙ方向）から見た断面の中心が発電要素の巻回中心Ｃに対応するように配置されている電池（蓄電素子）を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、気体密封袋が、断面の中心が発電要素の巻回中心Ｃとずれた状態で配置されるように電池を構成してもよい。また、気体密封袋が、図５に示すように、発電要素と外装体との間の位置に配置されるように（発電要素と外装体とにより挟み込まれるように）電池２００を構成してもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、発電要素が巻回された巻回型の電池（蓄電素子）に本発明を適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、図６（電池のＸ方向断面模式図）に示すように、発電要素３０４が正負極板およびセパレータを巻回しない積層型である電池３００にも適用可能である。なお、本変形例の場合、Ｙ方向の断面は図５と同様になる。
【００４３】
また、上記実施形態では、気体密封袋が発電要素の巻回中心の延びる方向の全長と略同じ長さを有する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、気体密封袋が発電要素の巻回中心の延びる方向の全長よりも小さい長さを有していてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、気体密封袋を伸縮性を有する樹脂により形成する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、伸縮性を有するゴムなどにより気体密封袋を形成してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、気体密封袋を１つ設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、２以上の気体密封袋を設けてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、気体密封袋に希ガスを封入する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、希ガス以外の気体を気体密封袋に封入してもよい。この場合、電解液と反応性が低い気体を封入することが好ましい。
【００４７】
また、上記実施形態では、約１気圧の希ガスを気体密封袋に封入する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、約１気圧以外の希ガスを気体密封袋に封入してもよい。なお、約１気圧よりも大きい気圧の希ガスを封入することが好ましい。
【００４８】
また、上記実施形態では、希ガスが封入され、密閉された気体密封袋を発電要素に設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、開口を有する気体密封袋を発電要素に配置した後、この開口から希ガスを封入し、気体密封袋を密閉してもよい。これにより、希ガスが封入されていない状態で容易に外装体内に気体密封袋を配置することが可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１  外装体
４、３０４  発電要素
５  気体密封袋
１００、２００、３００  電池（蓄電素子）
Ｃ  巻回中心
【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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