(57)【要約】      （修正有）【課題】電池の異常発熱時に、封入した電解液が気化膨張して外部へ噴出するのを防止しつつ、電池内部への水分の侵入を防止する薄型電池を提供する。【解決手段】積層電極を電解液とともに第１，第２ラミネートフィルム３，５によって封入し、この際第１，第２ラミネートフィルム３，５の周縁部３ｂ，５ａ相互を熱溶着により接合して熱溶着部７を形成する。積層電極に一端を接続した正極タブ９および負極タブの他端を外部に引き出し、これら正極タブ９および負極タブに対応する熱溶着部７に、熱溶着しない空隙１５を設け、空隙１５内に、電解液より沸点の低い液体１７を封入する。電池の異常発熱時に、電解液より先に液体１７が気化膨張し、空隙１５近傍の熱溶着部７を破壊して電池内部のガスを放出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板との間にセパレータを介在してなる発電要素を一対の外装フィルムで覆い、これら一対の外装フィルムの周縁部同士を互いに密着させて接合することで、前記発電要素とともに電解液を密封して構成した薄型電池において、前記一対の外装フィルムの周縁部相互間の一部に空隙を設け、この空隙内に前記電解液よりも沸点の低い液体を封入したことを特徴とする薄型電池。
【請求項２】
前記発電要素に一端を接続する電極端子の他端を、前記一対の外装フィルムの周縁部相互間を経て電池外部に引き出し、前記電解液を封入する空隙を、前記一対の外装フィルムの少なくとも一方の前記周縁部と前記電極端子との間に設け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】
前記空隙に封入する液体は、親水性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄型電池。
【請求項４】
前記空隙に封入する液体は、疎水性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の薄型電池。
【請求項５】
前記空隙に封入する液体は、前記電解液の実際の使用可能な温度よりも高く、前記電解液の沸点よりも低い温度で気化することを特徴とする請求項１ないし４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、正極板と負極板との間にセパレータを介在してなる発電要素を一対の外装フィルムで覆い、これら一対の外装フィルムの周縁部同士を互いに密着させて接合することで、発電要素とともに電解液を密封して構成した薄型電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギ密度、高出力密度となる高出力型電池の開発が産業上重要な位置を占めている。
【０００３】
このような高出力型電池としては例えばリチウムイオン電池があり、この場合、正極板と負極板との間にセパレータを介在させて巻回した円筒型電池や、平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在させつつ積層した積層型の薄型電池がある。
【０００４】
後者の薄型電池では、扁平状で矩形状となった発電要素の両面を一対のラミネートフィルムで挟み、その周縁部を熱溶着により接合して発電要素とともに電解液を密封している。
【０００５】
このような薄型電池においては、過充電などによる電池の異常発熱時に、封入した電解液が気化・膨張して外部へ噴出するのを防止するために、ラミネートフィルム周縁の一部に未溶着部を設けて安全弁部を設定したり、溶着部に切欠を設けて圧力開放機構を設定したものが知られている（下記特許文献１，２参照）。
【０００６】
このような安全弁部や圧力開放機構を設定することで、電池内圧が高まったとき、安全弁部や圧力開放機構近傍の溶着部が破断し、この破断した部位から、内部ガスを外部に放出するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−１３２８６８号公報
【特許文献２】特開２００２−１５１０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したような従来の薄型電池にあっては、ラミネートフィルム周縁の一部に未溶着部を設けたり、ラミネートフィルム周縁の溶着部に切欠を設けているので、電池内部と電池外部との間の溶着部の実質的な幅が狭くなり、その狭くなった溶着部から電池内部に水分が侵入する恐れがあり、改善が望まれている。
【０００８】
そこで、本発明は、電池の異常発熱時に、封入した電解液が気化膨張して外部へ噴出するのを防止しつつ、電池内部への水分の侵入を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、正極板と負極板との間にセパレータを介在してなる発電要素を一対の外装フィルムで覆い、これら一対の外装フィルムの周縁部同士を互いに密着させて接合することで、前記発電要素とともに電解液を密封して構成した薄型電池において、前記一対の外装フィルムの周縁部相互間の一部に空隙を設け、この空隙内に前記電解液よりも沸点の低い液体を封入したことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過充電などによる電池の異常発熱時に、電解液よりも先に空隙内の液体が気化・膨張し、その近傍の接合部分を破壊するようにしているので、この破壊した部位から、発熱に伴い圧力上昇した電池内のガスを外部に放出することができる。この際、空隙内には液体を封入しているので、通常使用時における外部からの水分の浸入をこの液体によって防ぐことができ、空隙を設けることにより接合部分の実質的な幅が狭くなっても、電池内部への水分の浸入を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態を示す薄型電池の分解斜視図、図１（ｂ）は、同薄型電池の斜視図である。この薄型電池は、発電要素としての長方形状の積層電極１を、同様に長方形状に裁断した外装フィルムとしての一対の第１，第２ラミネートフィルム３，５の中央部間に配置し、これら第１，第２ラミネートフィルム３，５によって積層電極１の両面を挟むようにして覆ってある。
【００１３】
積層電極１は、一方の第１ラミネートフィルム３に形成した凸部３ａの裏面に形成される凹部に収納する。そして、この凹部を覆うように平坦に形成した他方の第２ラミネートフィルム５を配置して、これら第１，第２ラミネートフィルム３，５の周縁部３ｂ，５ａ相互を熱溶着して接合することにより、周縁部全周に熱溶着部７を形成し、かつ内部に電解液を充填した状態で密封する。
【００１４】
前記した積層電極１は、複数枚の正極板および負極板を、それぞれセパレータを介在しつつ順次積層して構成してある。各正極板および各負極板には、図示しない正極リードおよび負極リードを介して電極端子としての正極タブ９および負極タブ１１の一端を接続し、これら正極タブ９および負極タブ１１の他端を、第１，第２ラミネートフィルム３，５の互いに対向する短辺の封止部分から外部に引き出している。
【００１５】
第１，第２ラミネートフィルム３，５は、金属層となるアルミ箔層を基材とし、このアルミ箔層の熱溶着側となる内側にＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥ（ポリエチレン）などの樹脂層をコーティングし、かつ、アルミ箔層の外側にナイロン保護層を接着することにより形成してある。
【００１６】
ここでの薄型電池としては、例えばリチウムイオン二次電池があり、この場合、正極板にアルミニウムを使用し、正極活物質として、リチウムニッケル複合酸化物を使用する。なお、正極はリチウムニッケル複合酸化物以外の正極活物質を含有することも可能である。
【００１７】
一方、負極板には銅を使用し、負極活物質としては、難黒鉛化性炭素材料、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解黒鉛類、ピッチコークスやニードルコークスや石油コークスなどのコークス類、グラファイト、ガラス状炭素類、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラックなどの炭素質材料を使用することが可能である。
【００１８】
また、電解液としては、ＤＭＣ（炭酸ジメチル：沸点９０℃），ＭＥＣ（炭酸メチルエチル：沸点１０７℃），ＤＥＣ（炭酸ジエチル：沸点１２６℃），ＥＣ（炭酸エチレン：沸点２４８℃），ＰＣ（炭酸プロピレン：沸点２４２℃）などに、電解質塩としてリチウム塩を混合して使用する。
【００１９】
なお、これら各電解液は、リチウム塩を混合して使用することで、単体で使用する場合に比較して上記した数値より高い沸点となる。
【００２０】
セパレータとしては、ポリエチレン，ポリプロピレンなどの多孔性のシートを用いることができる。これ以外にも電解液に対して安定で、電気的な絶縁性が高く、単独または電解液に浸漬した状態でイオンの伝導性のあるものであればよい。
【００２１】
そして、本実施形態では、図１（ｂ）に示す薄型電池の平面図である図２（ａ）および同正面図である図２（ｂ）に示すように、正極タブ９および負極タブ１１に対応する位置の熱溶着部７に、温度上昇によって溶着部位が破壊する熱溶着破壊部１３を設けている。この熱溶着破壊部１３は、正極タブ９および負極タブ１１に対応する熱溶着部７の幅方向（図２（ａ）中で左右方向）ほぼ中央で、かつ長さ方向（図２（ａ）中で上下方向）ほぼ中央に設定してあり、図２（ａ）中で上下方向に細長い形状としている。
【００２２】
また。上記した熱溶着破壊部１３は、図２（ｂ）のＡ部を拡大して示す図３（ａ）および、図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である図３（ｂ）に示すように、第１ラミネートフィルム３の周縁部３ｂと正極タブ９（負極タブ１１）との間に空隙１５を形成し、この空隙１５内に、前記した電解液よりも沸点の低い液体１７を封入している。
【００２３】
この封入する液体１７としては、親水性を有するものとして、低級アルコール（メタノール：沸点６４．７℃，エタノール：沸点７８．３℃，プロパノール：沸点９７．２℃，あるいはこれらの混合物），アセトン（沸点５６．５℃），臭素（沸点５８．８℃）などがあり、また疎水性を有するものとして、ヘキサン（沸点６８．７℃），ベンゼン（沸点８０．１℃）などがある。これらの各液体１７を空隙１５に封入する際には、沸点が使用する電解液の沸点よりも低くなるようにする。
【００２４】
また、上記した液体１７の空隙１５への封入作業は、第１，第２ラミネートフィルム３，５相互間に、積層電極１とともに電解液を封入する際に、熱溶着部７の一部に外方に開口する未溶着部を形成し、この未溶着部から注射針のような液体注入手段を用いて液体１７を注入し、その後未溶着部を溶着すればよい。
【００２５】
上記したような薄型電池によれば、過充電などによる電池の異常発熱時に、電解液よりも先に空隙１５内の沸点の低い液体１７が気化・膨張し、これにより空隙１５の容積が拡大し、その近傍の熱溶着部７が剥がれて熱溶着部７を破壊するので、この破壊した部位から、発熱に伴い圧力上昇した電池内のガスを外部に放出することができる。
【００２６】
この際、本実施形態では、空隙１５内に液体１７を封入しているので、通常使用時における外部からの水分の浸入をこの液体１７によって防ぐことができ、熱溶着部７に空隙１５を設けることにより接合部分の実質的な幅が狭くなっても、電池内部への水分の浸入を防止することができる。
【００２７】
また、空隙１５に液体１７を封入して構成する熱溶着破壊部１３を、正極タブ９および負極タブ１１に対応する位置に設定しているが、正極タブ９および負極タブ１１にそれぞれ使用しているアルミニウムおよび銅が熱の良導体であることから、これら各電極タブ９，１１から液体１７に効率よく熱伝導し、液体１７の気化が促進され、電池の異常発熱時での内部ガスの放出を確実に素早く実施することができる。
【００２８】
さらに、空隙１５に封入する液体１７として、低級アルコールなどの親水性を有するものを使用した場合には、熱溶着部７の隙間から仮に水分が侵入したときに、これを液体１７がトラップし、電池内部への水分の侵入を阻止することができ、電池性能の劣化を抑制することができる。
【００２９】
一方、空隙１５に封入する液体１７として、ヘキサンなどの疎水性を有するものを使用した場合には、熱溶着部７の隙間から仮に水分が侵入したときに、疎水性の液体１７が障壁として機能し、電池内部への水分の侵入を阻止することができ、電池性能の劣化を抑制することができる。
【００３０】
なお、電解液は、温度上昇によって体積変化して劣化するが、その劣化し始める温度が、６０℃〜７０℃であるとすると、空隙１５に封入する液体１７としては、６０℃〜７０℃以上、換言すれば電解液の実際の使用可能な温度より高い温度で気化・膨張するものを使用することが望ましい。つまり、封入する液体１７は、電解液の実際の使用可能な温度より高い温度で、かつ電解液の沸点より低い温度で気化・膨張するものが望ましい。
【００３１】
これにより、電解液が少なくとも劣化した後に、熱溶着部７を破壊することになり、電解液が使用可能な正常のままでの熱溶着部７の破壊を防止することができる。
【００３２】
また、空隙１５に液体１７を封入して構成する熱溶着破壊部１３は、正極タブ９および負極タブ１１に対応する部位以外の熱溶着部７に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態を示す薄型電池の分解斜視図、（ｂ）は同薄型電池の斜視図である。
【図２】（ａ）は図１（ｂ）に示した薄型電池の平面図、（ｂ）は同正面図である。
【図３】（ａ）は図２（ｂ）のＡ部の拡大図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  積層電極（発電要素）
３  第１ラミネートフィルム（外装フィルム）
３ｂ  第１ラミネートフィルムの周縁部
５  第２ラミネートフィルム（外装フィルム）
５ａ  第２ラミネートフィルムの周縁部
７  熱溶着部（外装フィルムの周縁部同士を互いに密着させて接合する部分）
９  正極タブ（電極端子）
１１  負極タブ（電極端子）
１５  空隙
１７  電解液よりも沸点の低い液体
【図１】
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【図２】
2007188765.tif 000004
【図３】
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