(57)【要約】  本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムは、フィルム外装電池（１）の外周部分にてフィルム外装電池（１）を保持する、発電要素（２）の厚さよりも厚い部分を有し、ガス排出部（８）に対応する部位に排ガス通路（１０ｉ）が形成された枠部材（１０）と、枠部材（１０）を挟み込み、排ガス通路（１０ｉ）に対応する部位に貫通部（２２）が形成され、貫通部（２２）から側壁面（２４）まで連通するガス誘導溝（２１）が形成されている第１の押さえ板（２０）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素を包囲して配された外装フィルムと、前記外装フィルムに設けられたガス排出部とを有するフィルム外装電気デバイスを固定するためのフィルム外装電気デバイス収納システムにおいて、
前記電気デバイス要素の厚さよりも厚い部分を有し、当該部分で前記各フィルム外装電気デバイスの外周部分を保持する、前記ガス排出部に対応する部位に排ガス通路が形成された枠部材と、
前記枠部材をその厚さ方向に押さえ込み、前記排ガス通路に対応する部位に貫通穴が形成され、前記貫通穴から側壁面まで連通するガス誘導溝が形成されている押さえ板とを有することを特徴とするフィルム外装電気デバイス収納システム。
【請求項２】
複数の独立した前記ガス誘導溝を有する、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス収納システム。
【請求項３】
複数の前記貫通穴を有する１本の前記ガス誘導溝を有する、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス収納システム。
【請求項４】
前記フィルム外装電気デバイスを収納した前記枠部材、および前記枠部材を押さえ込んだ前記押さえ板を収納するケースを有する、請求項１または２に記載のフィルム外装電気デバイス収納システム。
【請求項５】
前記押さえ板は第１の固定部と、前記第１の固定部よりも厚みの薄い第２の固定部とを有し、前記第１の固定部が前記ケース内の壁面に当接することで前記押さえ板が前記ケース内で固定されている、請求項４に記載のフィルム外装電気デバイス収納システム。
【請求項６】
前記ケースは、冷却風を導入する開口部と、前記開口部に設けられた逆止弁と、前記開口部に対向する位置に形成された冷却風を排出する排出口とを有する、請求項４または５に記載のフィルム外装電気デバイス収納システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム外装電気デバイスを収納するフィルム外装電気デバイス収納システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータ駆動用のバッテリを搭載する電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」ともいう）の開発が急速に進められている。電気自動車等に搭載される電池にも、操舵特性、航続距離を向上させるため、当然ながら、軽量、薄型化が求められている。電池を軽量かつ薄型とするため、その外装体にアルミニウムなどの金属層と熱溶着性の樹脂層とを接着剤層を介して重ね合わせて薄いフィルムとなしたラミネート材を用いたフィルム外装電池が開発されている。ラミネート材は、一般に、アルミニウム等の薄い金属層の両表面を薄い樹脂層で被覆した構造をなしており、酸やアルカリに強く、かつ軽量で柔軟な性質を有するものである。【０００３】
一般に、電池の特性は、充放電時における正極と負極の活物質の膨張収縮の影響を受ける。よって、従来、金属製の容器を用いて電池の変形を抑制している。しかしながら、フィルム外装電池の場合、外装のラミネートフィルムによって電池の膨らみを抑制することは殆どできない。このため、電池に適正な荷重をかけて固定することで電池の膨らみを抑制する構成が必要となる。【０００４】
このため、電池の膨張を抑制するために、例えば、正極および負極がセパレータを介して積層された電極群を有する有機電解質二次電池において、積層された電極群を、断面形状がコの字状であって、向かい合う２つの面の内側にそれぞれ複数の突起を有する押さえ部材に収納したことを特徴とする有機電解質二次電池が開示されている（特開平１０−０１２２７８号公報等参照）。しかしながら、電池の膨張を抑制するとともに均一な圧力を印加するには電池要素を押し付ける板部材が平板形状であることが望ましい。【０００５】
また、フィルム外装電池は、対向するラミネート材の間に発電要素を入れ、ラミネート材の周縁部を熱溶着で溶着したものであるが、このフィルム外装電池の熱融着部にはその一部に、他の部分よりも低い圧力で融着が剥がれるようにしたガス排出部が設けられている。【０００６】
電池の使用時において、電池に規格範囲外の電圧が印加されたりすると、電解液溶媒の電気分解によりガスが発生し、電池の内圧が上昇することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されても、電解質塩の分解などによりガスが生成する。基本的には、規格範囲内で電池を使用してガスを発生させないようにすることが理想的であるが、電池の制御回路が何らかの原因で故障して異常な電圧が印加されたり、何らかの原因で周囲が異常に高温となったりすると、場合によっては大量にガスが発生することもある。【０００７】
このような、電池内部でのガスの発生は、電池の内圧上昇をもたらす。内圧が極度に上昇し電池が暴発することを防ぐために、外装材として金属缶を用いた電池の多くは、電池の内圧が上昇した際にガスを電池の外部に逃がす圧力安全弁を有している。しかし、フィルムを外装材とするフィルム外装電池においては、圧力安全弁を設けることが構造上難しい。フィルム外装電池では内圧が上昇しすぎるとフィルムが膨張し、最終的には外装材が破裂しその箇所からガスが噴出するが、破裂がどの箇所で発生するか特定できないため、破裂した箇所によっては周囲の機器等に悪影響を及ぼすことがある。【０００８】
そこで、フィルム外装電池においては、こういった電池内部でのガスの発生による不具合を解消するため、上述したようなガス排出部を熱融着部に設けている。
【発明の開示】
【０００９】
フィルム外装電池は、発生したガスが、各部に悪影響を及ぼさないようにするため、ガス噴出が所定の箇所からなされ、ここから噴出されたガスが一本のガス排出通路を通り、外部に誘導されるような構成とすることが望ましい。電池から排出されたガスは、通常上方に向かうため、ガスを１箇所にまとめるとなると組電池を上方から押さえ込む押さえ板にダクトや溝を形成することとなる。
【００１０】
しかしながら、押さえ板にダクトを形成するとダクトの分だけシステム全体の高さが高くなってしまう。また、別部品のダクトを取り付ける構成とした場合、部品点数が増えてしまう。
【００１１】
一方、押さえ板に溝を形成すると、溝が形成された部分の板の剛性が低下してしまい、均一な圧力を電池に印加することができなくなってしまう場合があった。
【００１２】
そこで、本発明は、システム全体の高さを抑制しつつ、電池に均一な圧力を印加することができるフィルム外装電気デバイス収納システムを提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するため本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムは、電気デバイス要素と、電気デバイス要素を包囲して配された外装フィルムと、外装フィルムに設けられたガス排出部とを有するフィルム外装電気デバイスを固定するためのフィルム外装電気デバイス収納システムにおいて、電気デバイス要素の厚さよりも厚い部分を有し、当該部分で各フィルム外装電気デバイスの外周部分を保持する、ガス排出部に対応する部位に排ガス通路が形成された枠部材と、枠部材をその厚さ方向に押さえ込み、排ガス通路に対応する部位に貫通穴が形成され、貫通穴から側壁面まで連通するガス誘導溝が形成されている押さえ板とを有することを特徴とする。
【００１４】
上記の通りの本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムの押さえ板は、電気デバイス要素の厚さよりも厚い部分を有する枠部材を押さえ込むため、押さえ板と電気デバイス要素との間には空間が形成される。このため、電気デバイス要素には大気圧しか印加されない、換言すれば均一な圧力しか印加されない。よって、ガス誘導溝が形成されていることで部位によって剛性が異なる押さえ板を用いたとしても不均一な圧力が電気デバイス要素にかかってしまうのを防止することができる。
【００１５】
また、貫通穴から側壁面までガスを誘導するための通路は溝形状であるため、外部に突出したダクト形状に比べるとシステム全体の高さを低くすることができる。さらに、ガスを外部に誘導するための通路は溝であるため、ダクトのように別部品で通路を形成する必要がなく部品点数を少なくすることができる。
【００１６】
また、本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムは、複数の独立したガス誘導溝を有するものであってもよいし、あるいは複数の貫通穴を有する１本のガス誘導溝を有するものであってもよい。
【００１７】
また、本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムは、フィルム外装電気デバイスを収納した枠部材、および枠部材を押さえ込んだ押さえ板を収納するケースを有するものであってもよい。
【００１８】
また、本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムは、押さえ板が第１の固定部と、第１の固定部よりも厚みの薄い第２の固定部とを有し、第１の固定部がケース内の壁面に当接することで押さえ板がケース内で固定されているものであってもよい。
【００１９】
さらに、また、本発明のフィルム外装電気デバイス収納システムは、ケースが、冷却風を導入する開口部と、開口部に設けられた逆止弁と、開口部に対向する位置に形成された冷却風を排出する排出口とを有するものであってもよい。この場合、冷却風は導入口側から排出口側へとスムーズに流れる。
【００２０】
上記の通り、本発明の押さえ板は、電気デバイス要素の厚さよりも厚い部分を有する枠部材を挟み込む。このため、電気デバイス要素と押さえ板との間に空間が形成され、よって、電気デバイス要素には均一な大気圧が印加される。つまり、本発明によれば、押さえ板にガス誘導溝が形成されているものであっても不均一な圧力がかかってしまうのを防止することができる。また、貫通穴から側壁面までガスを誘導するための通路が溝形状であるため、外部に突出したダクト形状に比べるとシステム全体の高さを低くすることができる。さらに、ガスを外部に誘導するための通路を溝とすることでダクトのように別部品で通路を形成する必要がなく部品点数を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のラミネート型電池の模式的な外観斜視図である。
【図２】本発明の組電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の第１の押さえ板の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の押さえ板の他の例を示す平面図である。
【図５】ケース内に収納された本発明の組電池についての模式的な側断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図を示す。【００２３】
本実施形態のフィルム外装電池１は、正極側活電極、負極側活電極、および電解液を有する発電要素２と、アルミニウムなどの金属フィルムと熱融着性の樹脂フィルムとを重ね合わせて形成したラミネートフィルム７とを有する。フィルム外装電池１は、２枚のラミネートフィルム７によって発電要素２を密封した構造を有している。すなわち、本実施形態のフィルム外装電池１は、ラミネートフィルム７の４辺である熱融着部７ａのうち、まず３辺を熱融着して袋状としておく。そして、開放している残りの１辺から内部の空気が排気されることで真空引きされる。その後、残りの１辺の熱融着部７ａが熱融着されることで、２枚のラミネートフィルム７によって発電要素２が密封封止される。なお、１枚のラミネートフィルムを折り曲げて残る３辺を熱融着することで袋状に形成してもよい。【００２４】
フィルム外装電池１の発電要素２は、セパレータを介して積層された正極側活電極と負極側活電極とからなる積層型であってもよい。あるいは、発電要素２は、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。【００２５】
また、発電要素２としては、正極、負極および電解質を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の発電要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における発電要素は、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液を含浸させて形成される。発電要素２は、この他に、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の発電要素が挙げられる。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気エネルギを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスが発生しうる電気デバイス要素を外装フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。【００２６】
フィルム外装電池１の短手方向の熱融着部７ａからは、正極側活電極に電気的に接続された正極用電極端子３および負極側活電極に電気的に接続された負極用電極端子４がそれぞれ対向して延出している。正極用電極端子３としてはアルミニウムが多く用いられ、また、負極用電極端子４としては銅またはニッケルがその電気的特性により多く用いられている。以下、正極用電極端子３と負極用電極端子４を単に電極と称する場合もある。【００２７】
フィルム外装電池１の長手方向の熱融着部７ａにはその一部を、他の部分よりも熱融着強度を弱くし、他の部分よりも低い圧力で融着が剥がれるようにしたガス排出部８が設けられている。【００２８】
電池の使用時において、電池に規格範囲外の電圧が印加されたりすると、電解液溶媒の電気分解によりガスが発生し、電池の内圧が上昇することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されたりしても、電解質塩の分解などによりガスが生成したりする。基本的には、規格範囲内で電池を使用してガスを発生させないようにすることが理想的である。しかし、電池の制御回路が何らかの原因で故障して異常な電圧が印加されたり、何らかの原因で周囲が異常に高温となったりすると、場合によっては大量にガスが発生することもある。【００２９】
そこで、フィルム外装電池１においては、こういった電池内部でのガスの発生による不具合を解消するため、上述したようなガス排出部８を熱融着部７ａに設け、ここからガスが放出されるようになっている。【００３０】
次に、上述した構成のフィルム外装電池１を用いて組電池について説明する。本実施形態の場合、組電池化に際して、２つの電池を平行に配列し、これら２つの電池を１つにまとめる枠部材を用い、さらにこれら枠部材を積層し、最終的に上下方向から押さえ板で押さえ込む構成を採用している。【００３１】
図２に本実施形態の組電池の分解斜視図を示す。【００３２】
枠部材１０は、発電要素２の主面２ａ、すなわち電極面に局部的に強い圧力が印加されないようにしつつ、組電池化された電池を収納容器等に対して固定保持するためのものである。また、枠部材１０は、平行に配列した２つの電池を一まとめにするため、各電池に対応した２つの枠体１０ｊが排ガス通路１０ｉで連結された形状となっている。【００３３】
この枠部材１０は、発電要素２の厚み方向に分割可能であり、向かい合わせに接合される２つの枠部１０ａを有する。【００３４】
枠部１０ａは、正極用電極端子３および負極用電極端子４に対応する短辺部１０ｂと、発電要素２の長手方向に対応する長辺部１０ｃとからなる枠形状をしており、短辺部１０ｂおよび長辺部１０ｃの４辺で囲まれた空間部１０ｄ内に発電要素２を配置可能な構成となっている。また、この枠部１０ａは、軽量化のため肉抜き構造となっている。短辺部１０ｂおよび長辺部１０ｃからなる枠部ａの厚みは発電要素２の厚みよりも厚い。よって、枠部材１０内にフィルム外装電池１を固定保持して積み重ねると、枠部材１０の枠部１０ａ同士が当接し、積層された発電要素２の間には空間が形成されることとなる。つまり、一定の圧力である大気圧が発電要素２の主面２ａに印加された状態となる。【００３５】
短辺部１０ｂには、正極用電極端子３および負極用電極端子４を外部に延出させ、かつ、正極用電極端子３および負極用電極端子４を挟みこむことで発電要素２を保持するための挟持部１０ｅが形成されている。【００３６】
枠部１０ａは、向かい合わせに接合した際、枠部１０ａの縁部１０ｈの稜線部分が互いに当接する。この状態で挟持部１０ｅは、正極用電極端子３および負極用電極端子４の厚さよりわずかに狭くなる隙間を形成する。このため、この隙間に挿通された正極用電極端子３および負極用電極端子４は挟持部１０ｅで挟み込まれて固定されることとなる。【００３７】
なお、図２には短辺部１０ｂの内側および外側の縁部１０ｈに挟持部１０ｅが形成された枠部１０ａを示している。しかし本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、いずれか一方のみに挟持部１０ｅが形成されているものであってもよい。あるいは、内側および外側の縁部１０ｈを繋ぎ、内側および外側の縁部１０ｈの挟持部１０ｅが電極を面で保持することができるようにした構成であってもよい。さらには、正極用電極端子３および負極用電極端子４がその挿通方向に移動しないように、正極用電極端子３および負極用電極端子４に段差が設けられているものであってもよいし、あるいは挟持部１０ｅにゴム部材等の滑り止め用の部材を備えているものであってもよい。【００３８】
２つの電池は、各枠体１０ｊ内に収める際、それぞれのガス排出部８が向かい合わせとなるようにして枠部材１０の排ガス通路１０ｉに対応するようにする。【００３９】
次に、ラミネート型電池１の製造工程の概略を説明する。【００４０】
まず、発電要素２が、向かい合わせた２つの枠部１０ａの空間部１０ｄに配置されるように位置合わせする。次いで発電要素２から延出した正極用電極端子３および負極用電極端子４を、向かい合わせた２つの枠部１０ａの挟持部１０ｅで挟み込んで固定する。枠部１０ａ同士の固定は、図示しないが一方の枠部１０ａの係合爪と他方の枠部１０ａの係合穴とを係合させて固定する構成としてもよいし、あるいは接着剤で固定してもよい。また、枠部１０ａ同士の固定は位置ずれを生じないようにするのみでよい場合には、図示しないが、一方の枠部１０ａの位置決め用突起と他方の枠部１０ａの位置決め用穴とで位置合わせのみがなされる構成としてもよい。【００４１】
次に、発電要素２と、この発電要素２を保持している枠部材１０とを、２枚のラミネートフィルム７にて、そのカップ部７ｂ内に収納するようにして挟み込む。本実施形態では各ラミネートフィルム７には発電要素２および枠部材１０を収納するためのカップ部７ｂが予め形成されたものを例に示している。しかしながら、カップ部７ｂが形成されておらずシート状のラミネートフィルム７を用いるものであってもよい。【００４２】
以上のようにして構成されたラミネート型電池１の発電要素２は、正極用電極端子３および負極用電極端子４を２つの枠部１０ａの挟持部１０ｅで挟み込んで保持されているので、発電要素２の主面２ａには発電要素２を保持するための力はなんら印加されていない。すなわち、発電要素２の主面２ａは大気圧によって均一な圧力がかけられた状態となっている。【００４３】
このようにして、枠部材１０に収められたフィルム外装電池１を順次積層していく。なお、図２は簡単のため、積層方向には１組で電池のみを示している。すなわち、図２は複数積層される電池のうち、一段のみを示したものである。本願発明の組電池は積層方向のみならず横方向（平行に配列した方向）にも電池を配列していく。図２にはフィルム外装電池１に接続された他のフィルム外装電池１が１つ示されている。【００４４】
図２に示すように第１の押さえ板２０にはガス誘導溝２１が形成されている。このガス誘導溝２１の一方は、枠部材１０の排ガス通路１０ｉに対応する位置に貫通部２２が形成されており、他方は側壁面２４に形成された排出口２３まで繋がっている。【００４５】
図３に第１の押さえ板２０の平面図を示す。本実施形態の第１の押さえ板２０は３本のガス誘導溝２１が形成されている。すなわち、図３の第１の押さえ板２０は、横方向に３組並べられた枠部材１０に対して１枚の第１の押さえ板２０で一まとめにする構成例を示している。【００４６】
なお、図３に示す第１の押さえ板２０は、３つの貫通部２２と３つの排出口２３に対してそれぞれ独立してガス誘導溝２１が形成された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図４に示す第１の押さえ板１２０のように３つの貫通部１２２と３つの排出口１２３に対して１本のガス誘導溝１２１が形成された構成としてもよい。【００４７】
電池内部で発生したガスがガス排出部８から排出されると、このガスは枠部材１０の排ガス通路１０ｉを通り、第１の押さえ板２０の貫通部２２を介してガス誘導溝２１へと流れ込む。そして、ガス誘導溝２１内に流れ込んだガスは、側壁面２４に形成された排出口２３から排出される。排出口２３には不図示のダクトを接続して外部へと排出するものであってもよい。【００４８】
上述したように第１の押さえ板２０にはガス誘導溝２１が形成されている。つまり、第１の押さえ板２０はガス誘導溝２１が形成されているため、溝が形成されている部位とそうでない部位とでは剛性が異なる。このような部位によってその剛性が異なる板材で発電要素２を直接押さえ込むと、発電要素２の主面２に印加される圧力には圧力分布が生じてしまう。このような圧力分布は電池寿命を短くしてしまう要因のひとつとなる。しかしながら、本実施形態の第１の押さえ板２０は発電要素２を直接押さえ込むのではなく、発電要素２の厚みよりも厚い枠部材１０の枠部１０ａを押さえ込む。このため、第１の押さえ板２０と発電要素２との間にも空間が形成される。つまり、本願発明は、部位によって剛性の異なる第１の押さえ板２０を用いても発電要素２の主面２ａには均一な圧力である大気圧がかかっているので、第１の押さえ板２０にガス誘導溝２１が形成されたことで電池の寿命を短くしてしまうといったことはない。第２の押さえ板３０も直接発電要素２を押さえ込むことはないので、第２の押さえ板３０側にガス誘導溝２１が形成されていたとしても問題はない。【００４９】
このように、本実施形態の構成は、第１の押さえ板２０自体にガス誘導溝２１を形成することができることで、さらに以下の点で有利である。【００５０】
まず、本実施形態の構成は、ガスを誘導するためのダクトを別途設ける必要がないので、部品点数を少なくすることもできる。【００５１】
また、貫通部２２から側壁面２４の排出口２３までガスを誘導するためのガス誘導溝２１は溝形状であるため、例えば、外部に突出したダクト形状に比べるとシステム全体の高さを低くすることができる。このため、システム全体を小型化することができる。【００５２】
次に図５に、ケース内に収納された本実施形態の組電池についての模式的な側断面図を示す。【００５３】
図５にはフィルム外装電池１を収納した枠部材１０が４段積層されている状態を示している。そしてこの４段重ねの枠部材１０は第１の押さえ板２０および第２の押さえ板３０とで挟み込んだ状態でケース５０内に収納されている。本図においては、第１の押さえ板２０および第２の押さえ板３０は、それぞれ第１の固定部２２４、３２４と、この第１の固定部２２４、３２４よりも厚みが薄い第２の固定部２２５、３２５とを有する。第１の押さえ板２０はケース５０の上壁５４に密着し、また、第２の押さえ板３０はケース５０の下壁５５に密着している。一方、第２の固定部２２５は上壁５４との間に空間を形成し、第２の固定部３２５は下壁５５との間に空間を形成している。これら空間は冷却風、あるいは排出されたガスの流路となる。【００５４】
次に、ケース５０内の冷却風の流れについて説明する。【００５５】
導入口５２側から供給された冷却風は逆止弁５１を空け、ケース５０内に流れ込む。ケース５０内に流れ込んだ冷却風はケース５０と枠部材１０との隙間を流れ排出口５３に向けて流れていく。この際に冷却風はフィルム外装電池１の発電要素２が発生した熱を奪いながら流れていく。冷却風は第１の固定部２２４、３２４を超えた部分ではケース５０の上壁５４と第２の固定部２２５、３２５との間も流れながら排出口５３へと向かっていく。電池を冷却した冷却風は最終的に排出口５３から外部に排出される。【００５６】
本実施形態のケース５０は逆止弁５１と対向する位置に排出口５３が設けられているため、逆止弁５１から排出口５３までのケース５０内における冷却風の流れがスムーズとなる。また、逆止弁５１が設けられていること、第１の固定部２２４、３２４はケースの壁面に密着していることによって冷却風が排出口５３側から逆止弁５１側へと逆流しにくい構成としているので、冷却風をスムーズに排出口５３方向へと流すことができる。
【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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【国際調査報告】
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2007043510.tif 000009