(57)【要約】【課題】内部短絡の発生を抑制可能な薄型電池を提供する。【解決手段】正極１０８及び負極１１０の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の発電要素１０４がフィルム状の外装体１０１により被覆され封止されている電池であって、発電要素１０４は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、前記変形の形状に沿うように、スペーサ１１１（Ａ）又は（Ｂ）が発電要素１０４に密着している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極及び負極の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の電極体がフィルム状の外装体により被覆され封止されている電池であって、
前記電極体は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、
前記変形の形状に沿うように、部材が前記電極体に密着していることを特徴とする薄型電池。
【請求項２】
正極及び負極の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の電極体がフィルム状の外装体により被覆され封止されている電池であって、
前記電極体は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、
前記外装体は、前記変形の形状に沿って、前記電極体外周に密着していることを特徴とする薄型電池。
【請求項３】
前記電極体は、セパレータを挟んで対向する１対の電極板が渦巻き状に巻回された後に押圧されて扁平化されることによって、前記略矩形薄板状となっていることを特徴とする請求項１又は２記載の薄型電池。
【請求項４】
前記部材は、前記外装体及び前記電極体とは別の小片であり、前記外装体に接合されていることを特徴とする請求項１記載の薄型電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電要素がフィルム状の外装体により被覆され封止されている薄型電池に関し、特に発電要素内部の短絡を防止するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、質量エネルギー密度を高めた電池として、発電要素を収容する外装体にアルミラミネートフィルムなどの薄いフィルムを用いた、ポリマー電池などの薄型電池がある。
図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、従来の薄型電池１０００は、リード部１００２及び１００３が接合されている図示していない発電要素がゲル状の電解液に浸された状態で、フィルム状の外装体１００１で挟まれ、封止されてなる。
【０００３】
より具体的には、外装体１００１は、１枚のアルミラミネートフィルムを折り返して前記発電要素を包み込んだ後に、脱気を行い密着させて、さらに、このアルミラミネートフィルム同士が重なり合う部分（以下、「封止部」という。）を溶着したものである。
また、上記発電要素の正極及び負極にそれぞれ連絡するリード部１００２及び１００３が、外装体１００１の端部より延出されている。
【０００４】
このように従来の薄型電池の外装体は、薄いフィルムであるために強度的に弱く、外部から加わる衝撃に対する耐力に乏しい。
そのため、薄型電池を落下させると、その衝撃により発電要素の内部で短絡する（以下、「内部短絡」という。）不具合が発生する場合がある。
内部短絡が生じた薄型電池は、もはや本来の性能を発揮することはできず、使用することはできない。
【０００５】
このような内部短絡の発生を抑制可能な薄型電池として、薄型電池の発電要素の底部に緩衝材を挿入して、衝突時の衝撃を和らげることにより、内部短絡の発生を抑制する薄型電池がある。（例えば、特許文献１参照）
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１７３６４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の薄型電池においても、例えば、図８に示すように、薄型電池を鉛直方向に対して僅かに傾けて落下させると、地面と薄型電池の角部とが接触し、接触する部分のＡ部近傍の発電要素が内部で短絡する（以下、「内部短絡」という。）不具合が発生する場合がある。
【０００８】
特に、薄型電池長手方向と鉛直方向とがなす角度θが１０度付近で、従来の薄型電池及び特許文献１に記載の薄型電池とも、内部短絡の発生が顕著となる傾向にある。
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、より内部短絡の発生を抑制可能な薄型電池を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る薄型電池は、正極及び負極の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の電極体がフィルム状の外装体により被覆され封止されている電池であって、前記電極体は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、前記外装体は、前記変形の形状に沿って密着しており、又は、正極及び負極の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の電極体がフィルム状の外装体により被覆され封止されている電池であって、前記電極体は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、前記変形の形状に沿うように、部材が前記電極体に密着している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
＜構成＞
図１（ａ）は、本発明の実施の形態における薄型電池１００の展開図であり、図１（ｂ）は、この薄型電池１００の外観図である。
薄型電池１００は、ポリマー電池であって、電力供給路となる正極リード部１０５と負極リード部１０６とが接合されている電極体の一例としての発電要素１０４が、２箇所の角部において、スペーサ１１１（Ａ）と（Ｂ）とにそれぞれ接しながら、ゲル状の電解液と共に、１枚のアルミラミネートからなる外装体１０１によってサンドイッチされ、このアルミラミネート同士が重なり合う部分、即ち、封止部が溶着されて封止されたものである。
【００１１】
なお、図１（ｂ）の薄型電池１００の外観図は、薄型電池１００の側面にある封止部を折り返して、側面に沿わせた状態を示している。
外装体１０１は、発電要素１０４の外形に合わせて成形された凹部１０２が設けられており、折り返し線１０３から折り返されたとき、つまり、上述のサンドイッチが実施されたとき、この凹部１０２に前記発電要素１０４が嵌まり込む。
【００１２】
このとき凹部１０２の２箇所の角部に接着されている、従来の薄型電池にはないスペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）が、それぞれ発電要素１０４の２箇所角部に当たることにより、発電要素１０４の角部が内側に変形する。
上述の封止が行なわれた後、外装体１０１の表面が押圧されることにより、上述の変形により発電要素１０４の盛り上がる部分は、平坦化される。
【００１３】
その結果、本実施の形態における薄型電池１００の外形寸法と、凹部１０２の角部にスペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）がないまま、この凹部１０２に発電要素１０４が嵌まり込み、そのまま上述の封止が行なわれたとしたときの外形寸法とは殆ど変わらない状態となる。
スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）は、材質がポリエチレン製であって厚みが３．５ｍｍの直角三角形状の部材であって、直角を挟む２辺のうち、底辺の長さが４．０ｍｍ、もう一方の辺の長さが４．０ｍｍとなっている。
【００１４】
ここで、スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）は、その底辺が薄型電池１００の下側、つまり、正極リード部１０５及び負極リード部１０６が延出されている側と反対側に位置するように配置される。
発電要素１０４は、正極活物質が塗布された厚さ１５μｍのアルミニウムシートからなる正極板１０８と負極活物質が塗布された厚さ１０μｍの銅シートからなる負極板１１０とが、厚さ２０〜３０μｍのポリオレフィン製の多孔質膜からなるセパレータ１０９を介して積層され、長手方向に巻回された後、押圧されて扁平化されたものである。
【００１５】
ここで、便宜上、正極板１０８、負極板１１０及びセパレータ１０９においては、長手方向、即ち、巻き方向に直交する方向を幅方向といい、幅方向の長さを単に幅という。
負極板１１０及びセパレータ１０９の幅は、略同一であるが、正極板１０８の幅はこれらの幅よりも短くなっており、その目的は、セパレータ１０９の幅方向の端面を飛び越えて、正極板１０８と負極板１１０とが接触しないようにすることにある。
【００１６】
正極リード部１０５及び負極リード部１０６は、それぞれ正極板１０８及び負極板１１０に連絡し、外部との給電路を形成する。
＜内部短絡の原因＞
発明者らは、リード部１００２及び１００３が延出されている側が上向きとなる姿勢で、従来の薄型電池１０００を落下させ、内部短絡の発生状況を確認した。
【００１７】
このとき、落下時における薄型電池の長手方向と鉛直方向とがなす角度θは、最も内部短絡が生じ易い１０度付近に調整されている。
なお、発明者らは、念のため、他の角度においても落下試験を試みたが、内部短絡は発生しなかった。
確認の結果、内部短絡が生じている箇所は、図２（ａ）に示すように、落下時における接触部である発電要素１０４の底面の角部であることが判明した。
【００１８】
つまり、この角部とは、正極板１０８の端面が存在し、正極板１０８、負極板１１０及びセパレータ１０９が小さなＲで屈曲している箇所である。
より具体的には、内部短絡が生じている箇所は、図２（ｂ）に示すように、正極板１０８の幅方向の端面とセパレータ１０９とが接触している部位であり、この部位のセパレータ１０９に裂け目が生じていた。
【００１９】
このようにセパレータに裂け目が生じる理由として、先にも述べたように、正極板１０８と負極板１１０とが直接接触しないように、図３（ａ）において、セパレータ１０９の幅方向下側の端面よりも、正極板１０８の幅方向下側の端面が上に位置し、外装体底面との間に微小な空間が設けてあるため、地面との衝突により生じる慣性力により、正極板１０８が下方向に移動し、正極板１０８の端面でセパレータ１０９を引っかくことにより、穴を開けるものと発明者らは考えた。
【００２０】
通常、正極板１０８、負極板１１０及びセパレータ１０９が積層された状態で巻回され、押圧されているため、それぞれの面同士が密着し、正極板１０８、負極板１１０及びセパレータ１０９は固定されているので、これらの極板の移動は起こり難いが、落下等の衝撃及び変形によっては、正極板１０８が移動し、正極と負極の間で引き千切るような力が働くために内部短絡が生じたと考えられる。＜スペーサ１１１（Ａ）と（Ｂ）の効果＞
図３（ａ）に示すように、従来の薄型電池では、慣性力Ｆの働く方向と正極板１０８を移動させる力（以下、「移動力」という。）Ｆｙ１が働く方向が近づいているため、慣性力Ｆの殆どが移動力Ｆｙ１に分力される。
【００２１】
したがって、慣性力Ｆの分力として発生する垂直抗力Ｆｘ１は、小さい値となる。
特許文献１に記載の薄型電池では、緩衝材を用いて慣性力Ｆの値そのものを小さく抑えている。
しかしながら、特許文献１に記載の薄型電池であっても、落下する際の角度によっては、内部短絡が発生する場合があり、衝撃の吸収が不十分であるといえる。
【００２２】
緩衝材の衝撃吸収効果を十分に発揮するためには、緩衝材の体積を増加させる必要があるが、恒常的に軽薄短小化が要望される薄型電池では、体積を増加させることは望ましくない。
そこで、発明者らは、鋭意検討の結果、正極板１０８に働く移動力に着目し、緩衝材などにより衝突時の衝撃を和らげて慣性力Ｆ自体を小さくするのではなく、同じ慣性力Ｆが働いても、移動力Ｆｙの値が小さくする構造を見いだした。
【００２３】
本実施の形態における薄型電池１００は、図３（ｂ）に示すように、三角板状のスペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）が発電要素１０４の角部に設けられており、発電要素１０４の角部がこれらスペーサの斜面に沿うように内側に屈曲されているため、落下方向、即ち、慣性力の働く方向と正極板１０８の移動方向との間に開きが生じ、衝突時に発電要素１０４の角部に働く慣性力をスペーサ１１１（Ａ）の斜辺で受け止めるので、慣性力の分散化が図られ、正極板１０８に慣性力Ｆが働いても、慣性力Ｆの分力である移動力Ｆｙ２は、上述の移動力Ｆｙ１よりも小さな値となる。
【００２４】
一方、慣性力Ｆの分力として働く垂直抗力Ｆｘ２は、上述の垂直抗力Ｆｘ１よりも大きな値となり、摩擦力が増大する。
この摩擦力の増大と上述の移動力の減少との相乗効果で正極板１０８は、より移動し難くなる。
＜確認試験＞
薄型電池の最も地上から近い部位の高さが、１８０ｃｍとなる位置から、長手方向と鉛直方向がなす角度θが５〜１０度となるように調整して薄型電池を落下させる落下試験を実施した。
【００２５】
ここで、特許文献１に記載の薄型電池に相当する試験用の薄型電池を比較品といい、本実施の形態の薄型電池１００を実施例品という。
実施例品及び比較品は、図１（ｂ）に示す外形状を有し、外装体の外形寸法は、いずれも縦（長手方向）７０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍであって、重量も同一の３０ｇである。
【００２６】
なお、比較品の緩衝材として、材質が４フッ化ポリテトラフルオロエチレンで厚さ３．０ｍｍの矩形薄板形状の部材を発電要素の底面の全面に貼り付けている。
＜結果＞
【００２７】
【表１】
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実施例品及び比較品とも１５個の電池をそれぞれ１０回づつ落下させる落下試験を実施した。
実施例品では、全ての電池が落下試験において内部短絡は発生しなかった。
【００２８】
一方、比較品では、１５個の電池のうち、内部短絡が発生した電池は８個であった。
以上のように、本実施形態によれば、薄型電池１００において、三角板状のスペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）が発電要素１０４の角部に設けられ、発電要素１０４の角部がこれらスペーサの斜面に沿うように内側に屈曲されていることにより、落下衝突した場合、従来に比べ、正極板１０８の移動方向が慣性力の働く方向から遠ざかり、慣性力の分散化が図られるため、つまり、慣性力が正極板１０８の移動力へと分力される割合が低減され、さらに、摩擦係数と比例関係にある垂直抗力へと分力される割合が増加するため、正極板１０８がより移動し難くなり、内部短絡の発生を抑制することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）の材質をポリエチレンとしたが、これに限らず、ポリプロピレンなどの導電性を有しない軽量な部材であればよい。
また、本実施の形態において記載したスペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）の寸法は、あくまで一例であって、質量エネルギー密度に影響を与えない範囲における寸法の範囲内であれば、どのような寸法であっても構わない。
【００３０】
また、本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）の主面の形状は、直角２等辺三角形としたが、図４（ａ）に示すように３辺の長さが異なっているものや、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、斜辺部が弧となっているもの、つまり、直角三角板状に類似する形であればそれでよい。
このように斜辺部が弧となっている場合、さらに、慣性力が正極板１０８を移動させる移動力に分力される割合が減少するものと考えられる。
【００３１】
また、本実施の形態におけるスペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）は、外装体や発電要素と別部材としているが、これに限らず、例えば、図５に示すように、薄型電池２００において、外装体２０１の凹部２０２に、スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）と同等の機能を持たせてもよい。
より具体的には、凹部２０２における薄型電池の底面側の角部２０４（ａ）及び（ｂ）にＲをつけ、封止に伴って、発電要素１０４の底面角部をこのＲ部に押し付けて形状を馴染ませて封止し、さらに、外部から押圧して形状を整える。
【００３２】
つまり、外装体２０１の凹部２０２は、図４（ｃ）に示すスペーサと同等の機能を有するものと考えられる。
このようにすれば、スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）に用いる材料を節約でき、さらに、スペーサ１１１（Ａ）及び（Ｂ）を外装体の凹部に接着するなどの手間も発生せず、重量も軽くすることができる。
【００３３】
図６（ａ）及び（ｂ）は、上述の薄型電池２００の斜視図である。
薄型電池２００の角部２０４（ａ）及び（ｂ）において、丸みを帯びた形状となっている点が、本実施の形態で示した薄型電池１００とは異なる。
また、本実施の形態では、薄型電池１００は、セパレータを挟み１対正極板と負極板とを巻回した後、押圧により略矩形板状に成形されているとしたが、複数の矩形のセパレータ、複数の矩形の正極板及び複数の矩形の負極板が積層されているものであっても構わない。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る薄型電池は、正極及び負極の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の電極体がフィルム状の外装体により被覆され封止されている電池であって、前記電極体は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、前記変形の形状に沿うように、部材が前記電極体に密着していることを特徴とし、また、正極及び負極の極板がセパレータを介して対向配置された略矩形板状の電極体がフィルム状の外装体により被覆され封止されている電池であって、前記電極体は、少なくとも１つの角部において、前記極板の端部が内側に屈曲変形しており、前記外装体は、前記変形の形状に沿って、前記電極体外周に密着していることを特徴とする。
【００３５】
これにより、内側に変形している角部に衝撃が加わった場合、この角部に働く慣性力が変形方向と変更方向と直交する方向とに分力され、慣性力の分散化が図られる。
つまり、慣性力の分散化が図られると、電極体が移動し難くなるため、電極体の移動に伴う内部短絡の発生が抑制される。
【００３６】
また、前記電極体は、セパレータを挟んで対向する１対の電極板が渦巻き状に巻回された後に押圧されて扁平化されることによって、前記略矩形薄板状となっているとしてもよい。
通常、巻き方向に対して直交する方向に衝撃が加わった場合、各電極板がずれ易いという性質を有しているので、このようなずれを抑制するうえでも、上述の慣性力の分散化は有効である。
【００３７】
また、前記部材は、前記外装体及び前記電極体とは別の小片であり、前記外装体に接合されているとしてもよい。
これにより、前記小片を追加することにより従来の外装体の形状を維持しつつ、変形部位における慣性力の分散化が図られる。
つまり、外装体を成形する設備などを変更する必要がない。
【００３８】
また、衝撃が加わったとき、小片がつぶれることによって衝撃を吸収し、発生する慣性力自体が小さく抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態における薄型電池の展開図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態における薄型電池の外観図である。
【図２】（ａ）は、発電要素における内部短絡の発生箇所を示す図である。
（ｂ）は、発電要素内部における内部短絡の発生部位を示す図である。
【図３】（ａ）は、従来の薄型電池に衝撃が加わった場合における、正極板の移動力を示す図である。
（ｂ）は、本発明の実施の形態における薄型電池に衝撃が加わった場合における、正極板の移動力を示す図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、スペーサの形状の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における薄型電池の変形例（展開図）を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態における薄型電池の変形例（斜視図）を示す図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、従来の薄型電池の斜視図である。
【図８】薄型電池を落下させた状態を示す図である。
【符号の説明】
１００    薄型電池
１０１    外装体
１０２    凹部
１０３    折り返し線
１０４    発電要素
１０５    正極リード部
１０６    負極リード部
１０８    正極板
１０９    セパレータ
１１０    負極板
１１１    スペーサ
２００    薄型電池
２０１    外装体
２０２    凹部
２０４    角部
【図１】
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【図２】
2004259679.tif 000005
【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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【図８】
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