(57)【要約】【課題】異常時に内部圧力の増大を速やかにかつ確実に緩和することができる薄型電池を提供する。【解決手段】薄型電池１０は、外装体１２に収容された発電要素１１を有している。発電要素１１は、正極板１１１ａ、負極板１１１ｂ及びセパレータ１１２が積層されてなり、セパレータ１１２は正極板１１１ａ、負極板１１１ｂよりも大きい平面形状である。セパレータ１１及び正極板１１１ａ、負極板１１１ｂの少なくとも一方の外周縁端部の一部に、セパレータ１１２外周縁端部と電極板１１１ａ、１１１ｂの外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分を設けてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極板としての正極板と負極板とを有するとともに、これらの電極板よりも大きい平面形状のセパレータを有し、これらの正極板及び負極板の外周縁端部と当該セパレータの外周縁端部とに距離を設けた状態で、正極板及び負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素を、二枚のラミネートシートの周縁部を互いに所定の溶着幅で溶着して形成された外装体の内部に封止した薄型電池において、
この発電要素のセパレータ及び電極板の少なくとも一方の外周縁端部の一部に、上記セパレータ外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分を設けたことを特徴とする薄型電池。
【請求項２】
前記セパレータの外周縁端部の一部に、前記電極板外周縁端部に向けた切り欠き部を形成することにより、当該セパレータの外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離を、その他の部位よりも短くしたことを特徴とする請求項１に記載の薄型電池。
【請求項３】
前記電極板の外周縁端部の一部に、前記セパレータの外周縁端部に向けた凸部を形成することにより、セパレータの外周縁端部と前記電極板の外周縁端部との距離を、その他の部位よりも短くしたことを特徴とする請求項１に記載の薄型電池。
【請求項４】
前記外装体のラミネートシートの外周縁の一部であって、前記発電要素における前記セパレータの外周縁端部と前記電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分に対向する位置の部分に、前記溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも短い部分を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型電池。
【請求項５】
前記外装体のラミネートシートの外周縁の一部であって、前記発電要素における前記セパレータの外周縁端部と前記電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分に対向する位置の部分に、溶融温度が、他の部位よりも低い部分を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄型電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイブリッド自動車の電源等として用いられる薄型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄型電池に関し、正極板と負極板とを有する複数の電極板が、セパレータを介して積層された発電要素を備える薄型電池が知られている。この薄型電池は、例えばリチウムイオン二次電池のように、自動車用の二次電池などとして研究開発が進められている。
【０００３】
この薄型電池の発電要素は、外装体としての二枚のラミネートフィルムの間に収容され、これらのラミネートフィルムの外周縁部を互いに溶着することにより、外装体の内部に発電要素を電解液とともに封止している。
【０００４】
このような外装体の内部に発電要素を封止した薄型電池においては、過充電や内部短絡などが原因となって、発電要素が発熱するとともにガスが発生し、このガス発生により外装体の内部圧力が増大する場合が考えられる。この外装体の内部圧力の増大によって、仮に外装体からガスが急激に放出されると、内部の電解液が飛散して電池周辺の電装機器に影響を与える等のおそれがあるため、外装体の内部圧力が増大したときには、安全弁などにより内部圧力を速やかに減少させることができることが望ましい。
【０００５】
外装体の内部圧力を減少させるために、外装体を構成するラミネートフィルムの外周縁の一部の溶着部分に剥離強度の弱い脆弱な部分を設けて安全弁部とし、内部圧力の増大時には、この安全弁部を内部圧力により開放することによって、電池内部のガスを外部に導出させるということが考えられていた（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、安全弁を精度良く作動させるために、低融点樹脂からなる安全弁に、発電要素からの熱を伝達する伝達部材を設けることが提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−１３２８６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１１６４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、特許文献１に記載されているように、外装体の外周縁の溶着部分の一部に剥離強度の弱い脆弱部を設けた電池では、電池の通常使用時（正常時）の溶着部分の剥離強度を充分に確保しつつ、過充電や内部短絡等の異常時には剥離するように剥離強度を設定する必要があるが、この脆弱部の剥離強度を調整することが困難であり、意図した内部圧力で確実に脆弱部を剥離させることが難しかった。
【０００８】
また、特許文献２に開示されているように、伝達部材を設けた電池では、伝熱部材を設けたことにより、コストが増大するという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を有利に解決する本発明の薄型電池は、電極板としての正極板と負極板とを有するとともに、これらの電極板よりも大きい平面形状のセパレータを有し、これらの正極板及び負極板の外周縁端部と当該セパレータの外周縁端部とに距離を設けた状態で、正極板及び負極板をセパレータを介して積層してなる発電要素を、二枚のラミネートシートの周縁部を互いに所定の溶着幅で溶着して形成された外装体の内部に封止した薄型電池において、この発電要素のセパレータ及び電極板の少なくとも一方の外周縁端部の一部に、上記セパレータ外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離を、他の部位よりも短くした部分を設けたことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の薄型電池によれば、異常時に内部圧力の増大を速やかに、かつ確実に緩和することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の薄型電池の実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る薄型電池１０の平面図である。また、図２は、図１に示した薄型電池１０の領域Ａを拡大した透視図である。
【００１２】
図１に示された薄型電池１０は、発電要素１１を有している。この発電要素１１は、電解液と共に二枚のラミネートフィルムからなる外装体１２の内部に収容されている。また、発電要素１１は、それぞれ正極側の電極端子１３と、負極側の電極端子１４と接続している。この正極側の電極端子１３及び負極側の電極端子１４が外装体１２より外部へ延出するような態様で、外装体１２のラミネートフィルムの外周縁部が溶着され、発電要素１１が外装体１２により封止されている。
【００１３】
発電要素１１は、正極の活物質等が金属箔の表面に塗布形成された正極板１１１ａと、負極の活物質等が金属箔の表面に塗布形成された負極板１１１ｂと、この正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂの間に介在する樹脂製の多孔質シートよりなるセパレータ１１２とを有している。これらの正極板１１１ａ、負極板１１１ｂ及びセパレータ１１２の複数個が交互に積層されて上記発電要素１１が形成されている。セパレータ１１２と、電極板としての正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂとの大きさの関係は、セパレータ１１２のほうが大きい平面形状を有している。一例として、セパレータ１１２が負極板１１１ｂと同一又は大きく、正極板１１１ａよりも大きいサイズになる。このような大きさの関係になるセパレータ１１２と電極板１１１ａ、１１１ｂとが積層されてなる発電要素１１は、正極板１１１ａ又は負極板１１１ｂの外周縁端部と、セパレータ１１２の外周縁端部とは、所定の距離が開いている。
【００１４】
そして、図１に示した本実施形態の薄型電池１０は、この発電要素１１におけるセパレータ１１２及び電極板１１１ａ、１１１ｂの少なくとも一方の外周縁端部の一部に、セパレータ１１２の外周縁端部と電極板１１１ａ、１１１ｂの外周縁端部との距離を、その他の部位よりも短くした部分を設けてある。より具体的には、図１においては、概略長方形の平面形状を有するセパレータ１１２について、一つの長辺の中央部近傍において、切り欠き部１１１ｎが形成されている。
【００１５】
この切り欠き部１１２ｎを含む領域を拡大して図２に示すように、本実施形態では、発電要素１１の電極板を構成する正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂの外周縁端部よりも、セパレータ１１２の外周縁端部が外装体１２の溶着部に向けて延出していて、このセパレータ１１２の延出している領域の一部に切り欠き部１１２ｎが形成されている。この切り欠き部１１２ｎは、他の部分よりも延出量が少ない。すなわち、セパレータの外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離が短くなっている。
【００１６】
この切り欠き部１１２ｎが形成されたセパレータ１１２と、電極板としての正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂとの重ね合わせの位置関係を、図３の斜視図で示す。図３に示されるように、発電要素１１は、概略長方形の平面形状を有する正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂとの間に介在するように、セパレータ１１２が配設されている。このセパレータの長辺の一部には、切り欠き部１１２ｎが形成されており、この切り欠き部１１２ｎは正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂの外周縁部から、わずかに延出するようような位置関係になっている。なお、実際の発電要素１１は、正極板１１１ａ、負極板１１１ｂ及びセパレータ１１２が一体化した積層体をなしている。
【００１７】
発電要素１１のセパレータ１１２に切り欠き部１１２ｎを有している本実施形態の薄型電池の作用効果について説明する。過充電やデッドショートといった異常時などにおいて、電池が発熱すると、多孔質のセパレータ１１２が熱収縮する。すると、セパレータ１１２の切り欠き部１１２ｎの部分においては、セパレータ１１２の外周縁と正極板１１１ａ又は負極板１１１ｂの外周縁との距離が無くなり、正極板１１１ａと負極板１１１ｂとが、この切り欠き部１１２ｎにおいて他の部位よりも早く、優先的に内部短絡することになる。この内部短絡により、この切り欠き部１１２ｎ及びその近傍のみに電流が集中して急速かつ高温に発熱する。したがって、切り欠き部１１２ｎ及びその近傍の発熱によって、外装体のうち、この切り欠き部１１２ｎと対向する部位が加熱されて軟化し、外装体を形成するために重ねられて溶着している二枚のラミネートフィルムの溶着力が低下するから、外装体は、この部位において開封する。つまり、セパレータ１１２の切り欠き部１１２ｎと対向する部位の外装体の溶着部が、安全弁の役割を果たすことになる。このことから、電池に異常が発生していない正常時はラミネートシートの剥離強度を充分に確保できると共に、過充電やデッドショート等の異常時においては、この１１２ｎに対向する外装体の部位が、優先的に確実に開封することになるから、電池の異常時には外装体を確実に開封させることが可能となる。また、本実施形態の電池は、セパレータの外周縁部の一部に切り欠き部１１２ｎを単に形成するだけで、上記した作用効果を実現することができるので、特別な伝熱部材を設ける必要がない。この切り欠き部１１２ｎは、例えば、セパレータの製造時に、打ち抜き加工等により容易に形成することができるので、切り欠き部１１２ｎを形成するために、特別な工程を付加する必要がなく、製造コストの上昇をもたらさない。
【００１８】
なお、図１〜図３に示した本実施形態の薄型電池１０は、切り欠き部１１１ｎを、概略長方形の平面形状を有する当該セパレータ１１２の長辺側中央部に設けているが、この切り欠き部の位置は、図示した例に限定されるものではない。要は、異常時に正極板１１１ａと負極板１１１ｂとが優先的に短絡して発熱することが可能となるように、セパレータ１１２の外周縁の一部に切り欠き部を設けられればよいのであって、その切り欠き部の位置は限定されない。もっとも、図示したような長辺側に切り欠き部１１２ｎを設けることは、電極端子１３又は１４との干渉がない点で有利である。
【００１９】
また、切り欠き部１１２ｎが形成されることによって距離が短くなった、切り欠き部１１２ｎの外周縁と正極板１１１ａの外周縁又は負極板１１１ｂの外周縁との距離は、セパレータ１１２の材質、セパレータの面積などに基づいて、異常時に切り欠き部１１２ｎで優先的に内部短絡することができる値として適切に定めることができる。
【００２０】
図示した切り欠き部１１２ｎは、切り欠きの平面形状が台形であるが、この切り欠きの平面形状は台形のものに限られない。例えば、半円形のものであっても良いし、三角形のものであっても良い。また、切り欠きのほかにも、セパレータ１１２の外周縁近傍に孔を形成することにより、セパレータの外周縁端部と電極板の外周縁端部との距離が短い態様とすることもできる。
【００２１】
図１〜図３に図示した第一の実施形態では、外装体１２の構造については、従来公知の外装体と同様の構造を有しているものであるが、本実施形態に従い、発電要素１１のセパレータ１１２が切り欠き部１１２ｎを具備することに対応して、外装体１２の構造に工夫を加えることもできる。
【００２２】
外装体１２に工夫を加えた薄型電池の一例を図４及び図５に示す。図４は、薄型電池２０の平面図であり、図５は、図４の領域Ｂを拡大した透視図である。なお、図４及び図５において、図１〜図３と同一の部材には同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
【００２３】
図４及び図５に示した本実施形態の薄型電池２０は、発電要素１１のセパレータ１１２の切り欠き部１１２ｎと対向する位置の外装体１２の部分について、二枚のラミネートフィルムの溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも狭くなっている。この領域Ａを図５に拡大して示すように、セパレータ１１２に近接している外装体１２の溶着部分のうち、切り欠き部１１２ｎに対向している部分の溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも狭い、狭幅部１２ｎが形成されている。
【００２４】
この狭幅部１２ｎが形成されていることにより、発電要素１１が発熱する異常時において、セパレータ１１２が熱収縮して切り欠き部１１２ｎの位置において正極側の電極板１１１ａと負極側の電極板１１１ｂとか優先的に内部短絡して発熱したとき、狭幅部１２ｎは、外装体の他の部分よりも溶着幅が狭いので、より開封されやすい。したがって、図１〜図３を用いて説明された実施形態と比べて、より確実かつ迅速に開封させることができる。
【００２５】
外装体１２の狭幅部１２ｎの平面形状についても、図４及び図５に示した台形に限定されるものではなく、半円状、三角形状とすることもできる。また、外装体１２の狭幅部１２ｎは、要するに切り欠き部１１２ｎと対向する位置の溶着幅が他の部位の溶着幅よりも狭くなっていれば足りるのであって、狭幅部１２ｎは、図示されたように外装体の溶着部の内周縁部に形成されたものに限らず、外装体の溶着部の外周縁部に形成されていてもよい。また、外装体の溶着部の内周縁部と外周縁部との間に孔を形成することにより、溶着幅が狭い領域を形成してもよい。これらの狭幅部１２ｎの平面形については、二枚のラミネートフィルムの外周縁部を重ねて熱圧着する時に、圧着型を所定の形状にすることにより容易に形成することができるので、狭幅部１２ｎを形成するために、特別な工程を付加する必要がなく、製造コストの上昇をもたらさない。
【００２６】
外装体１２に工夫を加えた薄型電池の別の例を図６及び図７に示す。図６は、薄型電池３０の要部の平面図であり、図７は、図６の領域Ｃを拡大した透視図である。なお、図６及び図７において、図１〜５と同一の部材については同一の符号を付してあり、以下では重複する説明を省略する。
【００２７】
図６及び図７に示した本実施形態の薄型電池３０は、外装体１２が、発電要素のセパレータ１１２の切り欠き部１１２ｎと対向する部分について、他の部位よりも低融点の材料１２ａを有している。具体的には、例えば、外装体１２の二枚のラミネートシールの間に、このラミネートシールの材料よりも低融点の材料１２ａを、切り欠き部１１２ｎと対向する部分の外周縁部に介在させ、この低融点の材料１２ａを挟んだ状態で上記二枚のラミネートシートの外周縁部を互いに溶着することにより、低融点の材料１２ａを上記した部位に有している。
【００２８】
この低融点の材料１２ａを有していることにより、発電要素１１が発熱する異常時において、セパレータ１１２が熱収縮して切り欠き部１１２ｎの位置において正極側の電極板１１１ａと負極側の電極板１１１ｂとか優先的に内部短絡して発熱したとき、低融点の材料１２ａを有する部分は、外装体の他の部分よりも融点が低いので、より開封されやすい。したがって、図４及び図５を用いて説明した実施形態と同様に、確実かつ迅速に開封させることができる。
【００２９】
低融点の材料１２ａは、外装体１２のラミネートフィルムと溶着可能な材料であって、外装体の一部として求められる溶着後の剥離強度、耐電解液特性等の特性を具備し、適切な融点を有する材料を、適宜選択することができる。
【００３０】
以上、説明した各実施形態は、発電要素１１のセパレータ１１２が、切り欠き部１１２ｎを有する例を示したが、本発明の薄型電池においては、セパレータ１１２の外周縁端部と電極板１１１ａ又は１１１ｂの外周縁端部との距離を、その他の部位よりも短くした部分を設けるための構成は、上記した切り欠き部１１２ｎを形成した例に限られない。別の例としては、電極板１１１ａ又は１１１ｂの外周縁端部の一部に、セパレータの外周縁端部に向けた凸部を形成した例がある。
【００３１】
この正極又は負極の電極板１１１ａ又は１１１ｂの外周縁端部の一部に、セパレータの外周縁端部に向けた凸部を形成した実施形態について、図８及び図９を用いて説明する。図８は、本実施形態の薄型電池４０の平面図であり、図９は、図８の領域Ｄを拡大した透視図である。なお、図８及び図９において、図１〜図７と同一の部材には同一の符号を封しており、以下では重複する説明を省略する。
【００３２】
図８及び図９に示した本実施形態の薄型電池４０は、発電要素１１について、図９に明示したように、発電要素１１の電極板を構成する正極板１１１ａ及び負極板１１１ｂの外周縁端部よりも、セパレータ１１２の外周端部が外装体１２の溶着部に向けて延出している。そして、この正極板１１１ａ又は負極板１１１ｂの外周縁端部の一部に、セパレータ１１２の外周縁端部に向かう凸部１１１ｃが形成されている。この凸部１１１ｃが形成されていることにより、電極板の凸部１１１ｃの先端部と、セパレータ１１２の外周縁端部との距離が、他の部位よりも短くなっている。このことにより、過充電やデッドショートといった異常時などにおいて、電池が発熱すると、多孔質のセパレータ１１２が熱収縮する。すると、電極板の凸部１１１ｃの部分においては、セパレータ１１２の外周縁端部と正極板１１１ａ又は負極板１１１ｂの外周縁端部との距離が無くなり、正極板１１１ａと負極板１１１ｂとが、この電極板の凸部１１１ｃにおいて他の部位よりも早く、優先的に内部短絡することになる。したがって、図１〜図３に示した実施形態と同様に、電極板の凸部１１１ｃと対向する部位の外装体の溶着部が、安全弁の役割を果たすことになる。このことから、電池に異常が発生していない正常時はラミネートシートの剥離強度を充分に確保できると共に、過充電やデッドショート等の異常時においては、この電極板の凸部１１１ｃ近傍の外装体の部位が、確実に開封することになるから、電池の異常時には外装体を確実に開封させることが可能となる。また、本実施形態の電池は、電極板の外周縁部の一部に凸部１１１ｃ切り欠き部１１２ｎを単に形成するだけで、上記した作用効果を実現することができるので、特別な伝熱部材を設ける必要がない。この切り欠き部１１２ｎは、例えば、セパレータの製造時に、打ち抜き加工等により容易に形成することができるので、切り欠き部１１２ｎを形成するために、特別な工程を付加する必要がなく、製造コストの上昇をもたらさない。
【００３３】
なお、図８及び図９に示した本実施形態の薄型電池４０は、電極板の凸部１１１ｃを、概略長方形の平面形状を有する電極板の長辺側中央部に設けているが、この凸部１１１ｃの位置は、図示した例に限定されるものではない。要は、異常時に正極板１１１ａと負極板１１１ｂとが優先的に短絡して発熱することが可能となるように、電極板の外周縁のどこか一箇所に凸部を設けられればよいのであって、その凸部の位置は限定されない。もっとも、図示したような長辺側に凸部１１１ａを設けることは、電極端子１３又は１４との干渉がない点で有利である。
【００３４】
また、電極板の凸部１１１ｃが形成されることによって距離が短くなった、当該凸部１１１ｃの先端部とセパレータ１１２の外周縁端部との距離は、セパレータ１１２の材質、セパレータの面積などに基づいて、異常時に凸部１１１ｃで優先的に内部短絡することができる値として適切に定めることができる。
【００３５】
図示した凸部１１１ｃは、平面形状が台形であるが、この凸部１１１ｃの平面形状は台形のものに限られない。例えば、半円形のものであっても良いし、三角形のものであっても良い。
【００３６】
この図８及び図９に図示した実施形態では、図４及び図５に示した実施形態と同様に、外装体１２に工夫が加えられ、すなわち、外装体１２の一部分について、二枚のラミネートフィルムの溶着幅が、他の部位の溶着幅よりも狭い狭幅部１２ｎが形成されている。この部分は、発電要素１１の電極板の凸部１１１ｃと対向する位置である。
【００３７】
この狭幅部１２ｎが形成されていることにより、発電要素１１が発熱する異常時において、セパレータ１１２が熱収縮して凸部１１２ｃの位置において正極側の電極板１１１ａと負極側の電極板１１１ｂとか優先的に内部短絡して発熱したとき、狭幅部１２ｎは、外装体の他の部分よりも溶着幅が狭いので、より開封されやすい。したがって、図４及び図５を用いて説明された実施形態と同様に、より確実かつ迅速に開封させることができる。
【００３８】
以上、本発明に係る薄型電池を、図面を用いて説明したが、本発明の薄型電池は、図面に示された実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、幾多の変形をすることができる。例えば、図８及び図９に示した実施形態では、外装体１２に、狭幅部１２ｎが形成されているが、外装体１２は、この狭幅部１２ｎの代わりに、図６及び図７に示された低融点の材料１２ａを有している構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る薄型電池の平面図である。
【図２】図１の拡大透視図である。
【図３】発電要素の構成を説明する斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る薄型電池の平面図である。
【図５】図４の拡大透視図である。
【図６】本発明の実施形態に係る薄型電池の平面図である。
【図７】図６の拡大透視図である。
【図８】本発明の実施形態に係る薄型電池の平面図である。
【図９】図８の拡大透視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  薄型電池
１１  発電要素
１２  外装体
１３  電極端子
１４  電極端子
１１１ａ  正極側の電極板
１１１ｂ  負極側の電極板
１１１ｃ  凸部
１１２  セパレータ
１１２ｎ  切り欠き部
【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】
2008091269.tif 000009
【図８】
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【図９】
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