(57)【要約】【課題】通常の使用時の内圧変動では作動せず、ラミネートシートからなる外装ケースの耐圧力に対して安全な圧力範囲内における所定の弁作動圧に達した時点で確実に作動させて所要量のガスを外部に排出することができ、また、製造コストの低減が可能な構成を備えたラミネート電池の安全機構を提供する。【解決手段】互いに重ね合わせた２枚のラミネートシートからなる成形シート５ａの各々の外周縁部を相互に接合してなる外装ケース５に、これの内部に連通して一側辺部から外方へ突出する突出部１０を設ける。この突出部１０における２枚のうちの少なくとも一方の成形シート５ａに形成された排気穴１１と、この排気穴１１の穴縁部に弾性的に圧接されて排気穴１１を密閉する弁体１２とにより安全弁１３を構成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合わせた２枚のラミネートシートからなる成形シートの各々の外周縁部を相互に接合してなる外装ケースの内部に発電要素および電解液を収容して構成されたラミネート電池の安全機構であって、
前記外装ケースに、これの内部に連通して一側辺部から外方へ突出する突出部が設けられ、
前記突出部における２枚のうちの少なくとも一方の前記成形シートに形成された排気穴と、この排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体とを有する安全弁を備えていることを特徴とするラミネート電池の安全機構。
【請求項２】
排気穴が、突出部の突出方向側の接合部の内縁に対する間隔が１．５ｍｍ以下となる位置に、好ましくは１．０ｍｍ以下となる位置に配設されている請求項１に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項３】
弁体が弾性体により形成されている請求項１または２に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項４】
弁体を構成する弾性体がゴム弾性を有する材質からなるものである請求項３に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項５】
ゴム弾性を有する材質として、ＥＰＤＭを用いた請求項４に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項６】
ゴム弾性を有する材質として、ＥＰＤＭとウレタンの２層を用いた請求項４に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項７】
弁体が２５％以下の圧縮率に圧縮した状態で取り付けられている請求項３〜６の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項８】
安全弁は、突出部の成形シートにおける排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体が、ラミネート電池の内部圧力が所定レベルに上昇したときに弾性変形されて開弁状態とされた後に、前記内部圧力が所定レベルに低下したときに元の形状に復帰して閉弁状態となる復帰式に構成されている請求項１〜７の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項９】
復帰式安全弁は弁作動圧が０．４〜０．７ＭＰａで、且つ弁作動圧精度が±０．０５ＭＰａ以内での再現性を有するものである請求項８に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１０】
排気穴が、突出部における２枚の成形シートに互いに合致する配置でそれぞれ形成されているとともに、この一対の排気穴が、これらの穴縁部に個々に圧接された弁体によりそれぞれ密閉されて、一対の安全弁が構成されている請求項１〜９の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１１】
安全弁を構成する弁体の表面または前記弁体とこれが接する成形シートとの間に、電解液に対する耐食性が高い材質の耐電解液層を設けた請求項２〜１０の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１２】
耐電解液層として、さらに低い透水性および高い耐薬品性を有する材質を用いた請求項１１に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１３】
ラミネート電池の外周縁部における少なくとも接合部を両面から挟圧する一対の枠板を備え、前記枠板の一部に設けられて弁体を保持する保持部と、この保持部の周囲を取り囲むことにより前記弁体の周囲に設けられたガス導入空間を前記枠板の端面の開口に連通されてなる排気通路とを有している請求項１〜１２の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１４】
排気通路が、弁体の周囲との間にガス導入空間を形成する形状を有して枠板とこれに対向する成形シートとの間で挟持された弾性体からなる排気通路形成部材により形成されている請求項１３に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１５】
排気通路形成部材に、排気通路の開口の周囲を取り囲む開口形成部が一体的に連接されている請求項１４に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１６】
枠板の端面における排気通路の開口に連通状態に接続されて前記排気通路を通って導かれたガスを所定方向に放出する排気ダクトが設けられている請求項１３〜１５の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１７】
枠板に、単一のラミネート電池の両面、または、厚さ方向に並列配置された複数のラミネート電池の少なくとも両端側に位置する二つのラミネート電池の各々の外面に接して、前記ラミネート電池の膨張変形を防止する拘束板部が一体または別体に設けられている請求項１３〜１６の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１８】
安全弁が、突出部の一方の成形シートに形成された排気穴と、この排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体と、前記突出部の他方の成形シートの内面における前記排気穴に対向する箇所に接合された保護シートとを備えて構成されている請求項１〜１７の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項１９】
安全弁が、突出部を挟持して保持する枠板に保持されたばね体と、前記ばね体に付勢されて前記排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されることにより前記排気穴を密閉する閉塞板からなる弁体とを備えて、復帰式に構成されている請求項１，９および請求項１３〜１８の何れか一項に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項２０】
弁体が支持ピンの一端に固定され、
ばね体が前記支持ピンの外周を取り囲む配置で枠板の保持穴と前記弁体との間に介装され、
前記支持ピンと前記ばね体との間または前記ばね体と前記保持穴の穴縁との間の少なくとも一方に、前記支持ピンの傾斜が可能な隙間が設けられている請求項１９に記載のラミネート電池の安全機構。
【請求項２１】
樹脂フィルムの間に金属箔を配して貼り合わせたラミネートシートからなる２枚の成形シートを互いに重ねて、この各成形シートの外周縁部を熱溶着した接合部によりシールされた外装ケースと、この外装ケース内に収容された極板群とを備えたラミネート電池において、
前記外装ケースにおける一側辺に、外周縁が熱溶着された接合部でシールされてその内部が前記外装ケース内に連通された突出部が設けられ、この突出部を形成する２枚の前記成形シートのうちの少なくとも一方に排気穴が設けられていることを特徴とするラミネート電池。
【請求項２２】
外装ケースの一側辺の接合部を挿通して極板群の両端にそれぞれ接続された一対の接続端子が、前記外装ケースから外部に突出状態に設けられている請求項２１に記載のラミネート電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラミネートシートからなる外装ケース内に極板群および電解液を収容して構成されたラミネート電池の電池内圧が所定値に上昇したときに、発生ガスを外部へ放出するようになった安全機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リチウムイオン電池などにおいては、ラミネートシートからなる外装ケース内に極板群および電解液を収容してラミネート電池に構成することが知られている。一般に、金属製の電池ケースを有するリチウムイオン電池では、電池の温度上昇およびそれに伴う急激な電池内圧の上昇による電池の破裂を防止するために、所定温度以上や所定内圧以上になったときに電池ケースの一部分を外部に開放して、電池内部のガスを外部に円滑に放散させる安全弁が設けられている。その安全弁としては、通常、熱遮断方式と破裂板方式の２つの方式があり、そのうちの何れか一方が採用されることが多く、中には両方を併用したものも存在する。
【０００３】
また、上記金属製の電池ケースを用いた円筒型電池では復帰式安全弁を内蔵させたものも用いられている。例えば、図１７（ａ）に示すように、封口板６０に設けた排気口６１と、この排気口６１の周縁部に押し付けられて排気口６１を密閉するゴム弁体６２とからなる復帰式安全弁６３や、図１７（ｂ）に示すように、上記と同様の排気口６１と、ゴムライニングされた弁体６４と、この弁体６４を排気口６１の周縁部に押し付ける方向に付勢して弁体６４で排気口６１を密閉させるばね６５とからなる復帰式安全弁６６などが知られている。ところが、このような復帰式安全弁６３，６６をラミネート電池には適用できず、ラミネート電池と金属製の電池ケースを有する電池とでは、ラミネートシートからなる外装ケースと金属製の電池ケースとの機能上の大きな相違に対応して必然的に両者の構成が大きく異なることから、到底想定することができない。
【０００４】
一方、ラミネート電池の場合は、通常、外装ケースの構成要素であるラミネートシートの接合部がポリプロピレン（以下、ＰＰと略称する）の熱溶着によって接合されており、ＰＰの耐熱温度が１５０℃程度であるから、電池の温度が１５０℃以上に達した時点でラミネートシートが溶けて電池内部のガスを外部に放散して圧力を逃がすため、破裂による事故の発生には至らない。そこで、ラミネート電池の安全弁として、ＰＰより低融点で、且つ可及的に安価な素材、例えばポリエチレン（以下、ＰＥと略称する）などの樹脂を接合部に挟み込み、その箇所が電池の発熱時に優先的に溶融して開弁するように構成したものが多く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ラミネート電池の他の安全弁としては、溶着部の一部に溶着幅を狭くすることによって剥離強度を小さくした部分を設けて、この部分を安全弁として機能させるように図ったものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
さらに、ラミネート電池の他の安全弁としては、封止部の接着剤層や熱溶着樹脂層の一部の厚みを小さくしたり、材質の異なるフィルム材料や中空部材を埋設したりする手段により、封止部の一部に耐圧性能（剥離強度）の低い部分を設けて、この部分を安全弁として機能させるように図ったものも知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００１−９３４８９号公報
【特許文献２】特許第３５５４１５５号明細書
【特許文献３】特開平１１−８６８２３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、特許文献１のように低融点樹脂で安全弁を構成したものでは、電池内圧が上昇しても温度が低い場合に低融点樹脂が溶融しないので、発生ガスを外部に排出することができないという問題がある。また、このような安全弁ではこれの配設箇所から遠く離れた箇所で短絡が発生して発熱したような場合、その発熱箇所およびこれの近傍の熱溶着部が溶融するだけであって、肝心の安全弁が作動せず、安全弁の配設箇所以外の不都合な箇所からガスが放散されてしまうという不具合があり、特に、大型の電池の場合ほどその傾向が顕著となる。
【０００８】
また、特許文献２や特許文献３のように、封止部の一部に剥離強度の小さい部分を設けて安全弁としたものでは、ガス圧力による塑性変形によって開弁されることから、電池の温度とは無関係に、外装ケースの内部圧力のみで作動することになるが、実際には、弁作動圧の精度が低く、且つ不安定であり、弁作動圧の再現性が低いことから、安全に対する信頼性も低いという問題がある。また、ラミネート電池では、内部圧力が高くなると膨張し、その際に熱溶着部を引き剥がすような力が作用して熱溶着部を徐々に引き剥がしていくクリープ現象が不規則に発生するため、経年変化とともに弁作動圧の再現性が著しく低下してしまうという問題もある。
【０００９】
ところで、ラミネート電池では、金属製の電池ケースを用いた電池に比べて、外装ケースの耐圧力が１ＭＰａ程度と低く、しかも正常な使用状態においても充放電に伴って内圧が０．３ＭＰａ程度まで高くなることがあるため、安全弁の弁作動圧を、０．４〜０．７ＭＰａ程度に、好適には０．５ＭＰａ程度に設定するのが好ましく、その弁作動圧精度も±０．０５ＭＰａ程度が要求される。したがって、ラミネート電池の安全弁には、上述の低圧力で作動し、且つ高い作動精度を有したものを安価な構成で実現することが求められている。
【００１０】
このような要求に対して、ラミネート電池の電池内圧によって作動する安全弁としては一般に破裂板を用いて構成したものが多く採用されているが、破裂板をラミネートシートに溶着するのが難しく、また、低圧力で精度良く作動する破裂板は、高い加工精度を必要としてコスト高となる。
【００１１】
また、図１７（ａ），（ｂ）に示したような復帰式安全弁６３，６６は、通常、弁作動圧が２．２〜２．３ＭＰａ程度と高く、しかも弁作動圧のばらつきが±０．５ＭＰａと大きいため、ラミネート電池用に適用することは全く想定できない。
【００１２】
本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたもので、通常の使用時の内圧変動では作動せず、ラミネートシートからなる外装ケースの耐圧力に対して安全な圧力範囲内における所定の弁作動圧に達した時点で確実に作動して所要量のガスを外部に排出することができ、また、製造コストの低減が可能な構成を備えたラミネート電池の安全機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、互いに重ね合わせた２枚のラミネートシートからなる成形シートの各々の外周縁部を相互に接合してなる外装ケースの内部に発電要素および電解液を収容して構成されたラミネート電池の安全機構であって、前記外装ケースに、これの内部に連通して一側辺部から外方へ突出する突出部が設けられ、前記突出部における２枚のうちの少なくとも一方の前記成形シートに形成された排気穴と、この排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体とを有する安全弁を備えていることを特徴としている。
【００１４】
このラミネート電池の安全機構では、排気穴に臨む部分からだけでなく、排気穴の穴縁部の成形シートを介して弁体の端面の全面に対しガスによる圧力が作用するので、安全弁が比較的低い圧力で作動するとともに、その弁作動圧のばらつきも小さく、高い弁作動圧精度が得られる。そのため、安全弁は、通常の使用時の内圧変動では作動せず、且つラミネートシートからなる外装ケースの強度に対し安全な圧力範囲内において設定した所定の弁作動圧で確実に作動して発生ガスを放出することができる。また、ガスの放出場所が安全弁の配設箇所に限られるので、ガスの放出の有無を検知することによって電池の異常発生の判別が可能となり、電源として使用しない考慮を適切に行うことができる利点がある。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１の発明のラミネート電池の安全機構における排気穴が、突出部の突出方向側の接合部の内縁に対する間隔が１．５ｍｍ以下となる位置に、好ましくは１．０ｍｍ以下となる位置に配設されている。
【００１６】
この構成によれば、ラミネート電池の電池内圧が弁作動圧まで上昇したときに、突出部における排気穴と突出方向側の接合部との間の１．５ｍｍ以下の狭い間隔に設定された箇所には、発生ガスが殆ど侵入できないので、排気穴を有する側の成形シートのガス圧力による膨出変形が、排出穴の周囲における突出方向側を除く箇所にのみ発生する。これにより、排気穴を有する成形シートは、排気穴に対し突出部の反突出方向の箇所にガス圧力を集中的に受けて外方へ向け膨出する状態に変形され、この成形シートの変形力を受ける弁体が、突出部の突出方向の端部をあたかも支点として傾斜されるので、発生ガスの排出経路が確実に形成される。そのため、所定の弁作動圧に達した時点で安全弁を高精度に確実に作動させることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１または２のラミネート電池の安全機構における弁体が弾性体により形成されている。これにより、弾性体からなる弁体を圧縮してその圧縮反力で排気穴の穴縁部に圧接する構成とできるので、部品点数の低減に伴い構成の簡素化を図れる利点がある。
【００１８】
請求項４に係る発明は、請求項３の発明のラミネート電池の安全機構における弁体を構成する弾性体がゴム弾性を有する材質からなるものである。この構成によれば、弁体は、外装ケース内の圧力を受けて、排気穴を有する成形シートにおける穴縁部の箇所が傾斜する状態に変形するので、弁作動のばらつきが一層小さくなり、高い弁作動圧精度が得られる。
【００１９】
請求項５に係る発明は、請求項４のラミネート電池の安全機構におけるゴム弾性を有する材質として、ＥＰＤＭを用いたものであり、ＥＰＤＭは、透水性が低く耐薬品性があり電解液に浸しても膨潤しないことから、弁体として好適に用いることができる。
【００２０】
請求項６に係る発明は、請求項４のラミネート電池の安全機構におけるゴム弾性を有する材質として、ＥＰＤＭとウレタンの２層を用いたものであり、ＥＰＤＭの性質である低い透水性と耐薬品性を利用した上にウレタンの性質である低温で軟化することをも利用して弁作動させることから、８０℃以上の高温時には弁作動圧に達しなくとも温度により弁が作動し、８０℃以下の低温時には弁作動圧で作動する弁体として好適に用いることができる。
【００２１】
請求項７に係る発明は、請求項３〜６の何れか一項のラミネート電池の安全機構における弁体が２５％以下の圧縮率に圧縮した状態で取り付けられている。この構成によれば、弾性体からなる弁体の永久歪の発生を抑制することができ、弁作動圧の変動を無くして長期にわたり安定した作動を確保することができる。
【００２２】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７の何れか一項のラミネート電池の安全機構における安全弁を、突出部の成形シートにおける排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体が、ラミネート電池の内部圧力が所定レベルに上昇したときに弾性変形されて開弁状態とされた後に、前記内部圧力が所定レベルに低下したときに元の形状に復帰して閉弁状態となる復帰式に構成したものである。この構成によれば、電池内圧が一時的に上昇した場合には、所要量のガスを放出したのちに安全弁が閉弁状態に復帰するので、電池を継続して使用することができる。これにより、特に複数のラミネート電池を直列接続した状態で機器の電源として使用する場合には、一部の電池の内圧が一時的に上昇しても、電池電源の全体が使用できなくなるといったことがなくなる。
【００２３】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載のラミネート電池の安全機構における復帰式安全弁を、弁作動圧が０．４〜０．７ＭＰａで、且つ弁作動圧精度が±０．０５Ｍｐ以内での再現性を有したものに構成した。この構成によれば、ラミネート電池の圧力変動が０．３ＭＰａまでの正常な範囲内である場合には安全弁が作動するおそれがなく、且つラミネート電池の圧力が外装ケースの耐圧力である１．０ＭＰａまで上昇する以前に確実に安全弁が作動するので、高い信頼性をもって安全性を確保できる。
【００２４】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜９の何れか一項のラミネート電池の安全機構において、排気穴が、突出部における２枚の成形シートに互いに合致する配置でそれぞれ形成されているとともに、この一対の排気穴が、これらの穴縁部に個々に圧接された弁体によりそれぞれ密閉されて、一対の安全弁が構成されている。この構成によれば、ラミネート電池の製造を終了したのちに、そのラミネート電池の突出部の所定位置に、一対の成形シートを例えばポンチとダイからなる金型で打ち抜いて一対の排気穴を同時に形成する手順で製作することが可能となるので、一方の成形シートのみに排気穴を設けた安全機構のように、電解液の注入工程において排気穴をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケースのハンドリングを行うなどの必要がなくなり、製造コストを低減できる。
【００２５】
請求項１１に係る発明は、請求項２〜１０の何れか一項のラミネート電池の安全機構において、安全弁を構成する弁体の表面または前記弁体とこれが接する成形シートとの間に、電解液に対する耐食性が高い材質の耐電解液層を設けたものである。この構成によれば、ゴムなどの弾性体からなる弁体は、電解液によって劣化するのが確実に防止されて、作用に悪影響を受けることがなく、長期において信頼性が得られる。
【００２６】
請求項１２に係る発明は、請求項１１のラミネート電池の安全機構における耐電解液層として、さらに低い透水性と耐薬品性を有する材質を用いたものであり、これにより、弁体の劣化をさらに確実に防止することができる。
【００２７】
請求項１３に係る発明は、請求項１〜１２の何れか一項のラミネート電池の安全機構において、ラミネート電池の外周縁部における少なくとも接合部を両面から挟圧する一対の枠板を備え、前記枠板の一部に設けられて弁体を保持する保持部と、この保持部の周囲を取り囲むことにより前記弁体の周囲に設けられたガス導入空間を前記枠板の端面の開口に連通されてなる排気通路とを有している。この構成によれば、ラミネート電池の接合部を枠板で挟圧していることにより、外装ケースが内圧上昇により膨らんで熱溶着された接合部が徐々に引き剥がされるクリープ現象の発生を防止することができるので、外装ケースの安全性を長期にわたり安定して維持できるとともに、枠板により、弁体の保持を行い、且つ排気通路の一部を形成するので、安全機構の構成を簡素化してコストの一層の低減を図ることができる。
【００２８】
請求項１４に係る発明は、請求項１３のラミネート電池の安全機構における排気通路が、弁体の周囲との間にガス導入空間を形成する形状を有して枠板とこれに対向する成形シートとの間で挟持された弾性体からなる排気通路形成部材により形成されたものであり、これにより，排気通路から周囲にガスが漏れ出るのを防止できる。
【００２９】
請求項１５に係る発明は、請求項１４のラミネート電池の安全機構における排気通路形成部材に、排気通路の開口の周囲を取り囲む開口形成部が一体的に連接されたものであり、これにより、排気通路の出口開口において周囲にガスが漏れ出るのを防止できる。
【００３０】
請求項１６に係る発明は、請求項１３〜１５の何れか一項のラミネート電池の安全機構において、枠板の端面における排気通路の開口に連通状態に接続されて前記排気通路を通って導かれたガスを所定方向に放出する排気ダクトが設けられている。この構成によれば、有害な物質を含むことがあるガスを、排気ダクトを介して所要箇所に導いて排気することができる。
【００３１】
請求項１７に係る発明は、請求項１３〜１６の何れか一項のラミネート電池の安全機構において、枠板に、単一のラミネート電池の両面、または、厚さ方向に並列配置された複数のラミネート電池の少なくとも両端側に位置する二つのラミネート電池の各々の外面に接して、前記ラミネート電池の膨張変形を防止する拘束板部が一体または別体に設けられている。この構成によれば、ラミネート電池の外装ケースの内圧上昇による膨張を抑制することができるので、外装ケースの安全性が向上するとともに、外装ケース内部のガス圧力が的確に安全弁に作用することから、安全弁の作動安定性が向上する。
【００３２】
請求項１８に係る発明は、請求項１〜１７の何れか一項のラミネート電池の安全機構における安全弁が、突出部の一方の成形シートに形成された排気穴と、この排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体と、前記突出部の他方の成形シートの内面における前記排気穴に対向する箇所に接合された保護シートとを備えて構成されている。この構成によれば、安全機構の製造に際して、他方の成形シートの所要位置に保護シートを予め接合して、２枚の成形シートの外縁の一部を除いて熱溶着して接合部を設けることにより外装ケースを形成し、この外装ケース内に極板群を収容し、且つ電解液を注入したのち、外装ケースの外縁部の残りを熱溶着して接合部を形成することにより、ラミネート電池の製造を終了し、そのラミネート電池の突出部の所定位置に、一方の成形シートのみを例えばトムソン刃またはカッターなどの金型で穿孔加工を施して排気穴を形成する手順で安全機構を付設することができるので、電解液の注入工程において排気穴をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケースのハンドリングを行うなどの必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
【００３３】
請求項１９に係る発明は、請求項１，９および請求項１３〜１８の何れか一項のラミネート電池の安全機構において、安全弁が、突出部を挟持して保持する枠板に保持されたばね体と、前記ばね体に付勢されて前記排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されることにより前記排気穴を密閉する閉塞板からなる弁体とを備えて、復帰式に構成されている。この構成によれば、安全機構の主体をなすばね体は、使用年数の経過に伴い永久歪を発生するゴム弁体とは異なり、高温の雰囲気中で長期間使用した場合にも高温雰囲気による劣化が生じないことから、ばね機能にも大きな変化が生じないので、長期間使用しても、弁作動圧が殆ど変化しない。そのため、特に、長期間にわたり高温の雰囲気中で使用する比較的特殊な用途、例えば自動車用などに好適に用いることができる。また、ばね体はゴム弁体に比べて弾性係数が広く取れることから、所要のばね定数のばね体を選定することによって任意の弁作動圧を高い組立精度を要することなく正確に設定して組み立てることができるので、製造コストの低減を図ることができる。
【００３４】
請求項２０に係る発明は、請求項１９のラミネート電池の安全機構において、弁体が支持ピンの一端に固定され、ばね体が前記支持ピンの外周を取り囲む配置で枠板の保持穴と前記弁体との間に介装され、前記支持ピンと前記ばね体との間または前記ばね体と前記保持穴の穴縁との間の少なくとも一方に、前記支持ピンの傾斜が可能な隙間が設けられている。この構成によれば、発生ガスの圧力を受けて外方へ膨出変形する成形シートからの押圧力によって支持ピンが傾斜されることにより安全機構が開弁状態となるので、その構造上から、ばね体に対する小さな圧縮荷重で比較的大きな弁作動圧を設定することができるので、安全機構のホルダに対して高い剛性を求める必要がないから、その分だけ軽量小型化を図ることができる。
【００３５】
請求項２１に係る発明のラミネート電池は、樹脂フィルムの間に金属箔を配して貼り合わせたラミネートシートからなる２枚の成形シートを互いに重ねて、この各成形シートの外周縁部を熱溶着した接合部によりシールされた外装ケースと、この外装ケース内に収容された極板群とを備えたラミネート電池において、前記外装ケースにおける一側辺に、外周縁が熱溶着された接合部でシールされてその内部が前記外装ケース内に連通された突出部が設けられ、この突出部を形成する２枚の前記成形シートのうちの少なくとも一方に排気穴が設けられていることを特徴としている。このラミネート電池は、排気穴を有する突出部を備えているので、本発明の安全機構を容易に構成して所要の効果を得ることができるとともに、構成が極めて簡単で安価に製造することができる。
【００３６】
請求項２２に係る発明は、請求項２１のラミネート電池において、外装ケースの一側辺の接合部を挿通して極板群の両端にそれぞれ接続された一対の接続端子が、前記外装ケースから外部に突出状態に設けられている。この構成によれば、排気穴を有する突出部を接続端子と同じ側に設けることで、コンパクトで、且つ安価な構成となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のラミネート電池の安全機構によれば、安全弁を比較的低い圧力で作動させることができるとともに、その弁作動圧のばらつきも小さく、高い弁作動圧精度が得られるため、通常の使用時の電池内圧の変動範囲では作動せず、且つ外装ケースの強度に対する安全な圧力範囲内において設定した所定の弁作動圧に達した時点で確実に開弁して発生ガスを放出できるので、安全で使い勝手の良いラミネート電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニット１の一部破断斜視図であり、図２は図１の要部の部分破断拡大斜視図、図３（ａ）はラミネート電池ユニット１の一部除去した正面図、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。上記ラミネート電池ユニット１は、リチウムイオン電池からなる偏平なラミネート電池２に、このラミネート電池２に対し内圧上昇に伴う膨張を規制するように拘束する一対の枠板３ａ，３ｂと、ラミネート電池２の電池内圧が所定値まで上昇したときに内部の発生ガスを外部に排出するよう機能する安全機構４とを取り付けることにより、構成されたものである。
【００３９】
先ず、上記ラミネート電池２について、図４を参照しながら説明する。図４は上記ラミネート電池２を示し、同図（ａ）はラミネート電池２の一部を除去して示した斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。このラミネート電池２は、同図（ｃ）に明示するように、互いに重ね合わせた２枚の成形シート５ａ，５ａの外周縁部を熱溶着により相互に接合してなる外装ケース５の内部空間に、極板群７と電解液（図示せず）とを収容して構成されている。上記成形シート５ａ，５ａは、ＰＰまたはＰＥなどの樹脂フィルムの間にアルミニウム箔などの金属箔を配して貼り合わせてなるラミネートシートを、平面視矩形状の凹部の外周縁に接合鍔部５ｂを有する角皿状に成形して構成されており、この２枚一対の成形シート５ａ，５ａは、外周縁の接合鍔部５ｂ，５ｂよりも内方側の凹部を相対向させて内部空間を形成した配置で、接合鍔部５ｂ，５ｂの樹脂フィルム同士を熱溶着することにより、ほぼ矩形状の接合部６が形成されて、この接合部６により内部空間を密閉した外装ケース５に構成されている。なお、同図（ａ）は、２枚のうちの手前側の成形シート５ａのみを除去した状態を図示している。
【００４０】
上記極板群７は、それぞれ帯状となった正極板、セパレータ、負極板およびセパレータの順で積み重ねた状態で平板状の巻芯材の外周に巻回して、その巻回終了後に巻芯材を引き抜き、さらに平板状に圧縮して形成されており、正極板と負極板とがこれらの間にセパレータを介在させた状態で積層された構成になっている。正極板は、アルミニウム箔からなる芯材に正極合剤を塗着したのち乾燥する工程を経て構成されている。負極板は、銅箔からなる芯材に負極合剤を塗着したのち乾燥する工程を経て構成されている。セパレータは多孔性ポリプロピレンフィルムなどにより構成されている。
【００４１】
正極板と負極板の各々の芯材は、それぞれ極板群７の互いに反対側の端面から突出されて、その各芯材の突出箇所に接続電極８ａ，８ｂが溶接により接続されている。この接続電極８ａ，８ｂは、極板群７の厚さよりも若干狭い幅の板材をＬ字状に屈曲して構成され、そのＬ字状における一方の片（図の垂直方向の片）が芯材に溶接され、且つ他方の片（図の水平方向の片）が極板群７の上辺一側に沿いながら延設されて、その先端部からほぼ垂直に外部接続用の接続端子９ａ，９ｂが立設されている。これら接続端子９ａ，９ｂは、外装ケース５の接合部６を貫通して外部に突出されている。外装ケース５の一側辺（図の上辺）には、接続端子９ａ，９ｂの間である中央部に、矩形状の突出部１０が一体形成されている。この突出部１０の外周縁は、熱溶着により接合してシールされ、外装ケース５の外周縁の接合部６に連続してその一部を構成している。この突出部１０における２枚のうちの一方（図の手前側）の成形シート５ａには円形の排気穴１１が形成されている。突出部１０は、安全機構４における後述の復帰式安全弁を設けるために形成されたものであり、外装ケース５の内部に連通されて、電池内部の発生ガスが導入される。
【００４２】
図１ないし図３に戻って、一対の枠板３ａ，３ｂは、外装ケース５の外面に接してラミネート電池２の膨張変形の発生を規制するように拘束する拘束板部１５と、この拘束板部１５の外周縁部から内方に向け突設されて外装ケース５の外周縁の接合部６を両面から挟圧する矩形枠状の枠体部１４とが一体形成された形状を有している。したがって、この安全機構４では、外装ケース５が電池内圧の上昇によって外方へ膨らみ出ようとするのを拘束板部１５で阻止されるから、接合部６が徐々に引き剥がされるクリープ現象の発生が防止される。枠体部１４における突出部１０において相対向する部分である一側枠辺１４ａは、接合部６を含む突出部１０の全体を挟圧できる広幅の形状に形成されている。
【００４３】
図３（ａ）は２つのうちの一方（図の手前側）の枠板３ａおよび後述する弾性体からなる弁体１２をそれぞれ除去した状態の正面図であり、この図３（ａ）および同図（ｂ）に明示するように、一方の枠板３ａの枠体部１４の一側枠辺１４ａにおける排気穴１１に対向する箇所には、排気穴１１よりも径の大きな円形凹所からなる保持穴１６が凹入形成されている。すなわち、保持穴１６は円形仕切壁２３の内方の凹所により形成されている。この保持穴１６には、ゴム弾性を有する、例えばＥＰＤＭなどの弾性体からなる弁体１２の１／３程度が嵌合して保持されている。この弁体１２は、後述する所定の圧縮率に圧縮された状態で取り付けられて、その圧縮反力で排気穴１１の穴縁部に弾性的に圧接されて、排気穴１１を密閉する。この排気穴１１と弁体１２により復帰式安全弁１３が構成されている。
【００４４】
また、上記一方の枠板３ａの枠体部１４における一側枠辺１４ａには、上記保持穴１６を内方に形成する円形仕切壁２３の外周側周囲の凹所によって両枠体部１４，１４間にガスの排気通路１７が形成されている。この排気通路１７は一側枠辺１４ａの端面で開口１７ａしている。さらに、他方の枠板３ｂの枠体部１４には、ほぼＵ字形状を有する弾性体からなる排気通路形成部材１８が、その一部（図の下端部）を、円形仕切壁２３の外面側に形成された保持溝１９内に嵌合させた配置で設けられている。この排気通路形成部材１８は、上記排気通路１７の外周壁を形成するものであって、一対の枠体部１４，１４によって突出部１０の外面と一側枠辺１４ａとの間で挟圧されている。これにより、上記排気通路１７は、その開口１７ａを除いてシールされており、安全機構４が後述する開弁状態となったときに、排気穴１１を通ったガスを排気通路形成部材１８を介して開口１７ａに導くようになっている。
【００４５】
上記安全機構４の復帰式安全弁１３の弁作動圧は、上述のようにＥＰＤＭなどの弾性体からなる弁体１２の弾性係数と圧縮率とによって任意の値に設定することができる。その弁作動圧は、好ましくは０．４〜０．７ＭＰａに、さらに好ましくは０．５ＭＰａ程度に設定されており、このときの弁作動圧の精度が±０．０５ＭＰａ以内になるように設定されている。なお、弁体１２の圧縮率は、３０％以下に、好ましくは２５％以下に設定されている。これにより、上記復帰式安全弁１３は、ゴムなどの弾性体からなる弁体１２の永久歪の発生を可及的に抑制して、その永久歪に起因する弁作動圧の変動をも抑制することができるので、長期にわたり安定した弁作動を得ることができる。
【００４６】
また、上記排気穴１１は、外装ケース５内の圧力上昇を抑制できるだけのガス放出量を確保できる径に設定する必要があり、実用上、上述した弁作動圧において１００ｃｃ〜数１００ｃｃ／秒程度のガス放出量が確保できればよいので、排気穴１１を３〜６ｍｍ程度の直径に形成すれば十分である。一方、排気穴１１を密閉する弁体１２の径は、排気穴１１の径の２〜３倍程度に設定するのが好適である。弁体１２の材質としては、弁専用のＥＰＤ、あるいはＥＰＤＭとウレタンゴムの２層からなるものを用いることができ、ゴム硬度がＨｓ７０〜８５程度のものが好適である。また、ＥＰＤＭにＰＰ樹脂を添加することにより、８０℃程度の高温で弾性係数が低下するようにして、弁作動圧の低下を図るようにすると、さらに好適である。すなわち、ラミネート電池が発熱した際に低い弁作動圧にも関わらず、熱の温度によってもガスを外装ケース５の外に放出することができる。
【００４７】
つぎに、上記安全機構４の復帰式安全弁１３の作用について、図５を参照しながら説明する。ラミネート電池２の外装ケース５の内圧が予め設定された所定の弁作動圧（この実施形態においては上述した０．４〜０．７ＭＰａ）以下である場合には、図５（ａ）に示すように、所定の圧縮率で枠体部１４の保持穴１６に嵌合して保持された弁体１２が、突出部１０の一方の成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部に弾性的に圧接されて、排気穴１１を密閉している。
【００４８】
そして、ラミネート電池２の外装ケース５の内圧が所定の弁作動圧まで昇したときには、図５（ｂ）に示すように、突出部１０に流入した発生ガスＧによる圧力が一方の成形シート５ａを外方に向け膨出変形させ、且つ弾性を有する排気通路形成部材１８を圧縮変形させるように作用するので、弁体１２が、上記膨出変形される成形シート５ａを介し発生ガスＧの圧力を受けて弾性変形されることにより、或る角度θだけ傾斜される。これにより、復帰式安全弁１３は開弁状態となる。このとき、弁体１２には、排気穴１１に対向する部分からだけでなく、成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部の箇所を介して自体の端面の全面に対し発生ガスＧの圧力が外周側から作用するようになっている。
【００４９】
そのため、この復帰式安全弁１３は、通常の使用状態の０．３ＭＰａ以下の圧力変動に対して信頼性の高い密閉性を確保しながら、上述のように０．４〜０．７ＭＰａ程度の低圧力の弁作動圧でも確実に弁作動するとともに、その作動圧のばらつきも小さいことから、±０．０５ＭＰａ以下の高い作動圧精度を確保することができる。したがって、耐圧力が１．０ＭＰａ程度の外装ケース５であっても、０．３ＭＰａ以下のラミネート電池２の正常な圧力変動の範囲では復帰式安全弁１３が弁作動するおそれがないとともに、内部圧力がその耐圧力に近い圧力まで上昇するのを確実に防止することができ、且つ外装ケース５の内圧が所定の弁作動圧に達した時点で確実に弁作動するので、高い安全性を確保することができる。
【００５０】
上記復帰式安全弁１３が開弁状態に作動したときには、図５（ｂ）に明示するように、排気通路形成部材１８が、枠体部１４の保持溝１９に密接に係合した状態を保持しながら圧縮変形される。これにより、排気穴１１の周囲に設けられた排気通路１７は、その開口１７ａを除き排気通路形成部材１８によりシールされた状態に保持される。そのため、外装ケース５内の発生ガスＧは、排気穴１１から導出されたのち、その殆ど全部がシールされた排気通路１７によって開口１７ａに向け円滑に導かれて、開口１７ａから外部に排出される。このように発生ガスＧの排出箇所が開口１７ａに限定されるので、その発生ガスＧの排出を検知することによって異常の発生であると確実に判別することが可能となり、電源として使用不可であることの考慮を適切に行うことができる。
【００５１】
そして、圧力上昇が一時的なものである場合には、所要量の発生ガスＧが排出されて内部圧力が弁作動圧以下に低下した時点で、弁体１２が圧縮に伴う復元力で元の形状に復帰して排気穴１１を再び密閉するので、ラミネート電池２を継続して使用することができる。したがって、特に複数のラミネート電池２を電気的に直列接続した状態で電池電源として使用する場合には、一部のラミネート電池２の内部圧力が一時的に上昇しても、電池電源の全体が使用できなくなるということがない。
【００５２】
上記復帰式安全弁１３では、ラミネート電池２における外装ケース５の外周縁の接合部６を、これの両面から枠板３ａ，３ｂの枠体部１４，１４により挟圧しているので、外装ケース５の内圧上昇による膨らみ発生によって接合部６が徐々に引き剥がされるクリープ現象の発生を防止することができ、外装ケース５の安全性を一層確実に維持することができる。また、枠板３ａ，３ｂの拘束板部１５は、ラミネート電池２の両面に接して膨張変形を拘束するように規制するので、外装ケース５の安全性が一層向上するとともに、外装ケース５の内圧を的確に弁体１２に作用させることができるので、復帰式安全弁１３の作動安定性が向上する。さらに、上記枠体部１４は、弁体１２を保持するのに加えて、排気通路１７を形成する機能をも兼備しているので、復帰式安全弁１３を簡単、且つ低コストに構成することができる。
【００５３】
なお、上記安全機構４におけるガスＧの排気系統には図６に示すような構成を付設するのが好ましい。すなわち、排気通路形成部材１８には、排気通路１７の開口１７ａの周囲を取り囲む形状を有して排気通路１７に連通された開口形成部２０が一体に連接され、この開口形成部２０に、これの開口部を通じて排気通路１７の開口１７ａに連通する排気ダクト２１が連接されている。このような構成を付設することにより、枠体部１４により挟持される弾性体からなる排気通路形成部材１８で排気通路１７を形成していることから、排気通路１７に導入されたガスＧが排気通路１７の周囲に漏れ出るのを防止できるのに加えて、排気通路１７内のガスが開口形成部２０内に円滑に導かれることから、排気通路１７の出口で周囲にガスＧが漏れ出すことも確実に防止できる。さらに、開口形成部２０内に導かれたガスＧは、排気ダクト２１により所要箇所に導いて排気することができるから、ラミネート電池ユニット１を屋外に設置したり、或いは自動車に搭載する場合には、排気ガスＧ中に有害物質が含まれているような場合でも人的被害を防ぐことができる。
【００５４】
ところで、上記実施形態の安全機構４では、上述した種々の顕著な効果を確実に得るために、残存する課題をも解消する必要がある。すなわち、弁体１２を所定の弁作動圧で高精度に作動させるためには、突出部１０における突出方向側の接合部６と排気穴１１との相対位置関係が非常に重要であり、この排気穴１１の配設位置が不適切な場合には、弁体１２が所定の弁作動圧で作動しなかったり、作動しても排気ガスＧの排気量が不十分であったりする不具合が生じる。
【００５５】
そこで、上記実施形態の安全機構４では排気穴１１の配設位置を以下のように設定したことを特長としている。すなわち、図４（ｂ）に示すように、排気穴１１は、自体の穴縁上端と突出部１０の突出方向側の接合部６の内縁との間隔Ｂが１．５ｍｍ以下に、好ましくは１．０ｍｍ以下となる位置に形成されている。これにより、復帰式安全弁１３を上述した弁作動圧で高精度に作動させることができるが、これの詳細については後述する。なお、排気穴１１の穴縁下端と外装ケース５における突出部１０の両側の接合部６の外縁との間隔Ｃは、復帰式安全弁１３の弁作動に対し大きな影響を与えない。また、突出部１０における一側辺に沿った方向で相対向する接合部６の間隔Ｄは、この寸法が大きくなる程、弁作動圧が高くなって、ガス排出量が大きくなる。
【００５６】
上記安全機構４では、上述のように排気穴１１を突出部１０における突出方向側の接合部６の内縁と排気穴１１との間隔Ｂが１ｍｍ以下の位置に配設したことにより、所定の弁作動圧で復帰式安全弁１３を高精度に作動させることが可能になっており、これは、実験結果により確認できた。この実験は、排気穴１１の径を４ｍｍに、弁体１２の径を９ｍｍにそれぞれ設定し、間隔Ｄを一定とし、間隔Ｂを−０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲で、且つ間隔Ｃを４〜７．５ｍｍの範囲でそれぞれ可変しながら、個々の状態で復帰式安全弁１３が所定の弁作動圧で作動したか否かの確認を行った。その結果、復帰式安全弁１３の作動は、間隔Ｃの寸法の相違には殆ど影響を受けず、間隔Ｂの寸法の相違によって大きな影響を受けることが判明した。すなわち、間隔Ｂを１ｍｍ以下に設定した場合には、間隔Ｃの相違に拘らず復帰式安全弁１３が良好に作動し、間隔Ｂを１．５ｍｍに設定した場合には、間隔Ｃが５ｍｍ以上に設定したものにおいて、復帰式安全弁１３が作動するものの、発生ガス排出量が所定値よりも若干少なかった。これに対し、間隔Ｂを２ｍｍ以上に設定した場合には、復帰式安全弁１３が作動しないことが判明した。
【００５７】
図７は上述の実験終了後のラミネート電池２の突出部１０の部分を示したものであり、（ａ）は上述の間隔Ｂを１ｍｍ以下に設定したもの、（ｂ）は同間隔Ｂを２ｍｍ以上に設定したものである。（ａ）のラミネート電池２では、排気穴１１を有する側の成形シート５ａのガス圧力による膨出変形Ｋ１が、排気穴１１の周囲における突出方向側に対し直交する両側箇所に発生している。これは、上記間隔Ｂが狭いことから、この間隔Ｂに相当する部分に発生ガスＧが殆ど侵入しなかったためである。これにより、図５（ｂ）に示したように、排気穴１１を有する成形シート５ａは、排気穴１１の下方箇所が発生ガスＧの圧力を集中的に受けて外方へ向け膨出する状態に変形され、この成形シート５ａの変形力を受ける弁体１２が、上端部を恰も支点として外方に傾斜されるので、排気穴１１の密閉の解除による発生ガスの排出経路が確実に形成される。
【００５８】
これに対し、図７（ｂ）のラミネート電池２では、排気穴１１を有する成形シート５ａの発生ガスＧの圧力による膨出変形Ｋ２が、排気穴１１の周囲における突出部１０の突出方向側および突出方向に対し直交する両側の双方に発生している。これは、間隔Ｂが比較的広くなっていることにより、この間隔Ｂの部分に発生ガスＧが侵入したことを示している。これにより、図５（ｃ）に比較のために示すように、排気穴１１を有する図の左方の成形シート５ａは、排気穴１１の図の下方および上方の両箇所が共に発生ガスＧの圧力を受けてそれぞれ外方へ向け膨出する状態に変形されるから、この成形シート５ａの変形力を受ける弁体１２が、傾斜されることなく、単に外方へ向け僅かに変位されるだけであり、排気穴１１の密閉の解除による発生ガスの排出経路が円滑に形成されない。
【００５９】
ところで、第１実施形態の安全機構４では、互いに重ね合わせた２枚の成形シート５ａ，５ａのうちの一方に排気穴１１を設ける構成になっているので、その製造に際して、２枚の成形シート５ａ，５ａの外周縁部を熱溶着により互いに接合したのちに一方の成形シート５ａのみに排気穴１１を形成することが困難であるから、２枚の成形シート５ａ，５ａの接合工程に先立って、一方の成形シート５ａに予め排気穴１１を形成しておく必要がある。その場合、互いに重ね合わせた２枚の成形シート５ａ，５ａの外周縁部を熱溶着して袋体状とした外装ケース５の内部に極板群７を挿入したのち、電解液の注入工程では、排気穴１１を通じて電解液の液漏れや電解液への水分の混入などの不具合の発生を防止するために、排気穴１１をゴム栓などで閉止する必要があり、さらに、後段の電池製造工程では、外装ケース５のハンドリングのために特殊な治具などを用いる必要もあり、その結果、製造コストの高騰を招くおそれがある。
【００６０】
このような課題は、適当な製造方法を新たに案出することによって解消することが十分可能であると思われるが、つぎに説明する本発明の第２および第３実施形態は、既存の製造手段を用いることによって製造コストの高騰を招かずに製造できる構成としながらも、上述した顕著な効果をそのまま得られるものである。
【００６１】
図８は本発明の第２実施形態に係る安全機構２４を備えたラミネート電池ユニット１を示す要部の断面図であり、同図において、図１ないし図３と同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。上記安全機構２４は、突出部１０における一対の成形シート５ａ，５ａにこれらを貫通する排気穴１１，１１を同時に形成し、両枠板３ａ，３ｂの各枠体部１４，１４の一側枠辺１４ａにそれぞれ形成した保持穴１６、１６に個々に弁体１２，１２を保持させて、この各弁体１２，１２を相対向する各排気穴１１，１１の穴縁部に弾性的圧接させることにより、これら排気穴１１，１１を各弁体１２，１２でそれぞれ密閉して、第１実施形態と同一構成の復帰式安全弁１３を一対設けた構成になっている。一対の排気穴１１，１１は、突出部１０における第１実施形態の排気穴１１で説明したと同一の配設位置に形成されているのは勿論である。
【００６２】
この安全機構２４を備えたラミネート電池ユニット１では、その製造に際して、外装ケース５内に極板群（図示せず）を収容し、且つ電解液を注入したのち、外装ケース５の外縁部全体を熱溶着して接合部６を形成することにより、ラミネート電池２の製造を終了し、続いて、そのラミネート電池２の突出部１０の所定位置に、一対の成形シート５ａ，５ａをポンチとダイからなる金型で打ち抜いて一対の排気穴１１，１１を同時に形成する手順で製作することが可能となる。これにより、第１実施形態の一方の成形シート５ａのみに排気穴１１を設けた安全機構４のように、電解液の注入工程において排気穴１１をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケース５のハンドリングを行うなどの必要がなくなり、製造コストの高騰を招くおそれがない。
【００６３】
また、上述のような工程を経て製作された上記安全機構２４は、第１実施形態の安全機構４と比較して、弁作動圧特性が若干異なるが、弁体１２の圧縮率と弁作動圧との間に明確な相関関係が存在するので、各弁体１２，１２の圧縮率を第１実施形態の場合よりも若干低く設定することにより、第１実施形態で説明した同様の所要の弁作動圧を設定することができ、この弁作動圧で高精度に作動させることができる。これに加えて、上記安全機構２４は、排気穴１１や弁体１２の径を大きくせずにガス排出量をより多く確保できる利点がある。
【００６４】
図９は本発明の第３実施形態に係る安全機構２５を備えたラミネート電池ユニット１を示す要部の断面図であり、同図において、図１ないし図３と同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。上記安全機構２５は、第１実施形態の安全機構４とほぼ同様の基本構成を備え、これに加えて、排気穴１１を設けた一方の成形シート５ａに重ね合わされた他方（図の右方）の成形シート５ａにおける排気穴１１に対向する箇所に、排気穴１１よりも大きな面積と１ｍｍの厚みを有する保護シート２２が熱溶着により接合されている。
【００６５】
この安全機構２５を備えたラミネート電池ユニット１では、その製造に際して、他方の成形シート５ａの所要位置に保護シート２２を予め接合して、２枚の成形シート５ａ，５ａの外縁の一部を除き熱溶着して接合部６を設けることにより、外装ケース５を形成し、この外装ケース５内に極板群（図示せず）を収容し、且つ電解液を注入したのち、外装ケース５の外縁部の残りを熱溶着して接合部６を形成することにより、ラミネート電池２の製造を終了する。そののち、ラミネート電池２の突出部１０の所定位置に、一方の成形シート５ａのみをトムソン刃またはカッターなどの金型で穿孔加工を施して排気穴１１を形成する手順で製作することができる。上記排気穴１１の穿孔加工は、トムソン刃またはカッターの刃先が保護シート２２に対しこれの厚み以下に切り込むように設定して行われる。これにより、第１実施形態と同様に一方の成形シート５ａのみに排気穴１１を有する安全機構２５を、製作完了したラミネート電池２に対し排気穴１１を形成する手順で製作できるので、第２実施形態と同様に、電解液の注入工程において排気穴１１をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケース５のハンドリングを行うなどの必要がなくなり、製造コストの高騰を招くおそれがない。
【００６６】
上述の工程を経て製作された上記安全機構２５は、第１実施形態の安全機構４と同様の弁作動圧を設定した場合、第１実施形態と同様に、設定した弁作動圧で高精度に作動することが確認できた。
【００６７】
図１０は本発明の第４実施形態に係る安全機構を適用したラミネート電池ユニット３１を示す要部の断面図であり、同図において、図１ないし図３と同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。第１ないし第３実施形態の各ラミネート電池ユニット１は単一のラミネート電池２の外装ケース５の外周縁の接合部６をその両側から一対の枠板３ａ，３ｂで挟圧した構成とした点において共通しているが、この実施形態のラミネート電池ユニット３１では、複数のラミネート電池２をそれらの厚さ方向において互いに接した状態で並列配置して、これらラミネート電池２をその並列方向の両端から枠板３ａ，３ｂで挟圧した構成としている。そのため、両端を除く中間のラミネート電池２の各々の接合部６の間には、第１実施形態で説明したと同様の復帰式安全弁１３を配設できる枠体３２がそれぞれ介装されている。両端に配置される一対の枠板３ａ，３ｂは、比較的大きな剛性が要求されることから、各々の外面に補強リブ３３が設けられている。
【００６８】
この実施形態では、より高い出力電圧のラミネート電池ユニット３１を提供することができる。なお、図示を省略しているが、このラミネート電池ユニット３１では、各ラミネート電池２，２間に冷却流体通路形成部材を介装して冷却流体通路を設ける構成とすることが好ましい。その場合、冷却流体通路形成部材は各枠体３２に一体形成して設ければ、組付工数を低減できる。
【００６９】
図１１は本発明の第５実施形態に係る安全機構を適用したラミネート電池ユニット３４を示す要部の断面図であり、同図において、図１ないし図３並びに図１０と同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。第１ないし第４実施形態の各ラミネート電池ユニット１，３１は、凹部の周囲に接合鍔部５ｂを有する角皿状に成形した一対の成形シート５ａ，５ａを相対向させて、それら一対の成形シート５ａ，５ａの各接合鍔部５ｂ，５ｂ同士を互いに熱溶着した接合部６を形成して袋状としたラミネート電池２を対象とした点において共通している。これに対し、この実施形態のラミネート電池ユニット３４は、上記成形シート５ａよりも深さの大きい角皿状に成形した成形シート５ｃと、平板状の成形シート５ｄとを互いに重ね合わせて、それらの外周縁部を熱溶着して接合部６を形成してなる外装ケース５を有するラミネート電池３５を対象としたものである。
【００７０】
上記ラミネート電池ユニット３４は、上述したラミネート電池３５を複数用いて、これらのラミネート電池３５を、第４実施形態と同様に、厚さ方向において互いに接した状態で並列配置して、これらラミネート電池３５をその並列方向の両端から枠板３ａ，３ｂで挟圧した構成になっている。このラミネート電池ユニット３４においても、第１ないし第４実施形態のラミネート電池ユニット１，３１，３４と同様の作用効果を得ることができる。なお、このようなラミネート電池３５を対象とする場合においても、第１〜第４実施形態と同様に、単一のラミネート電池３５を両側から枠板３ａ，３ｂで挟圧したラミネート電池ユニットを構成することができる。
【００７１】
図１２は本発明の第６実施形態に係る安全機構を適用したラミネート電池ユニット１を示す要部の断面図であり、同図において、図１ないし図３と同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。第１ないし第５実施形態では、成形シート５ａ，５ｃにおける排気穴１１の穴縁部に弁体１２を直接的に圧接させた構成とした復帰式安全弁を備えているが、この実施形態のラミネート電池ユニット１では、０．１ｍｍ程度の厚さを有するポリプロピレン、ポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンなどの電解液に対して特に耐性の高い材質の耐電解液シート３６を、弁体１２の端面と成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部との間に介装して、復帰式安全弁１３を構成している。
【００７２】
このラミネート電池ユニット１では、弁体１２の端面と成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部との間に介在する耐電解液シート３６により、弁体１２に電解液が直接的に接触することがないので、弁体１２が電解液により劣化するのを防止することができる。なお、この復帰式安全弁１３では、耐電解液シート３６の存在によって弁作動圧が第１ないし第５実施形態の場合よりも多少高くなるが、弁体１２の作動自体には何ら悪影響を与えないことが確認されている。なお、図１２には、弁体１２とは別体に設けた耐電解液シート３６を、弁体１２の端面と成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部との間に介装した場合を例示しているが、本実施形態はこれに限らず、例えば、耐電解液シート３６を弁体１２の端面に加圧加熱成形して一体的に設けたり、電解液に対して耐性の高い物質の層、例えばシリコン樹脂やポリテトラフルオロエチレンエマルジョンなどのコート層を弁体１２の端面に一体的に形成する構成としても良いことは言うまでもない。
【００７３】
ところで、上記第１ないし第６実施形態の安全機構４，２４，２５は、特殊な用途に用いない限り、上述した種々の顕著な作用効果を得られるものであるが、復帰式安全弁１３がゴムなどの弾性体からなる弁体１２をガスＧの圧力で弾性変形させることで弁作動する構成を有していることから、特に、高温な雰囲気中で長期間にわたり使用する比較的特殊な用途などに用いるのは好ましくない。
【００７４】
すなわち、復帰式安全弁１３の主体をなすゴムなど弾性体からなる弁体１２は、使用場所の雰囲気による劣化や経時変形などに起因して永久歪が生じることがあり、この永久歪が生じた場合には弁作動圧が初期設定値よりも低下する。実験結果によると、例えば、ゴム弁体１２を約１３％の圧縮率で圧縮すると、約０．９ＭＰａの弁作動圧を設定することができるが、この設定状態で温度が６０℃の雰囲気中で使用して１５年が経過すると、ゴム弁体１２には約４０％の永久歪が発生して、圧縮率が初期設定の約１３％から８％まで低下し、それに伴い弁作動圧が初期設定の約０．９ＭＰａから約０．５ＭＰａにまで低下してしまう。この永久歪の進行は温度が高い程早くなるので、上述の６０℃以上の温度となる雰囲気中で使用した場合には、さらに大きな永久歪が生じる。したがって、ゴム弁体１２を備えて構成した復帰式安全弁１３は、上述のように使用年数の経過に伴って弁作動圧が徐々に低下することから、上述した高温の雰囲気中で長期にわたり使用する比較的特殊な用途に用いるのが困難である。
【００７５】
したがって、高温の雰囲気中で長期にわたり使用する比較的特殊な用途、例えば自動車用などには、第１ないし第６の実施形態の安全機構４，２４，２５に代わる上記用途に好適な構成を有する安全機構を別途に案出して適用することが好ましい。そこで、本発明の第７実施形態は、高温の雰囲気中で長期間にわたり使用する場合においても初期設定した弁作動圧を長期間にわたり安定に保持することができる安全機構を提供する。
【００７６】
図１３ないし図１５は本発明の第７実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニット１を示し、図１３は一部破断した斜視図、図１４は図１３の要部の拡大斜視図、図１５（ａ）は要部における一部除去した正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図であり、これらの図において、図１ないし図３と同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。なお、図１３ないし図１５は図１ないし図３に対応している。
【００７７】
上記ラミネート電池ユニット１は、第１実施形態と同様に、リチウムイオン電池からなる偏平なラミネート電池２に、このラミネート電池２が内圧上昇に伴って膨張しないように拘束するためのホルダを構成する一対の枠板３ａ，３ｂと、ラミネート電池２の電池内圧が所定の弁作動圧まで上昇したときに開弁して内部の発生ガスを外部に排出する安全機構４２とを取り付けることにより構成されたものである。この構成自体は第１実施形態の安全機構４と基本構成において同様であるが、第１実施形態の安全機構４では、ゴムなどの弾性体からなる弁体１２を主体として構成した復帰式安全弁１３を用いていたのに対し、この実施形態の安全機構４２は、ゴムなどの弾性体からなる弁体１２に代えて、排気穴１１を開閉する弾性閉塞板として機能するゴム製円板からなる弁体４３を用い、この弁体４３を圧縮コイルスプリング４５により成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部に弾性的に押し付ける構成とした復帰式安全弁４６を用いている。
【００７８】
上記復帰式安全弁４６は、排気穴１１を密閉する上記弁体４３と、先端の保持板部４４ｂが上記弁体４３に固着された支持ピン４４と、保持板部４４ｂを介して弁体４３を成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルスプリング４５とを備えて構成されている。圧縮コイルスプリング４５は、支持ピン４４のピン本体４４ａに巻装された配置で、保持穴１６の穴底部と支持ピン４４の保持板部４４ｂとの間に介装されている。支持ピン４４のピン本体４４ａは圧縮コイルスプリング４５よりも小さな径を有して圧縮コイルスプリング４５に対し傾斜可能であり、圧縮コイルスプリング４５は保持穴１６よりも小さな径を有して保持穴１６に対し傾斜可能になっている。
【００７９】
また、第１実施形態と同様に、上記一対のうちの一方（図の手前側）の枠体部１４の一側枠辺１４ａには、保持穴１６の周囲に凹部が形成されて、この凹部によって両枠体部１４，１４間に排気通路１７が形成されており、この排気通路１７は枠体部１４の一側枠辺１４ａの端面で開口１７ａしている。この排気通路１７と上記保持穴１６との間には円形仕切壁２３が設けられている。さらに、他方の枠板３ｂの枠体部１４には、ほぼＵ字形状を有する弾性体からなる排気通路形成部材１８が、その一部（図の下端部）を、円形仕切壁２３の外側面に形成された保持溝１９内に嵌合させた状態で配設されている。この排気通路形成部材１８は一対の枠体部１４，１４によって突出部１０の外面と一側枠辺１４ａとの間で挟圧されている。これにより、上記排気通路１７は、その開口１７ａを除いてシールされており、安全機構４２が後述する開弁状態になったときに、排気穴１１を通った発生ガスを排気通路形成部材１８を介して開口１７ａに導くようになっている。
【００８０】
上記安全機構４２では、圧縮コイルスプリング４５のばね定数と圧縮率とにより弁作動圧が設定される。その弁作動圧は、第１実施形態と同様に、好ましくは０．４ＭＰａ〜０．７ＭＰａに、最適には０．５ＭＰａ程度に設定される。また、排気穴１１は、第１実施形態と同一の位置に形成されている。さらに、排気穴１１は、外装ケース５内の圧力上昇を抑制できるだけの発生ガス放出量を確保できる径に設定する必要があり、実用上、上記弁作動圧における１００〜数１００ｃｃ／秒程度の発生ガス放出量が確保できればよいので、排気穴１１は３〜６ｍｍ程度の直径に形成すれば十分である。一方、排気穴１１を密閉する弁体４３の径は排気穴１１の径の２〜３倍程度に設定すればよい。
【００８１】
つぎに、上記安全機構４２の作用について、図１６を参照しながら説明する。ラミネート電池２の外装ケース５の内圧が、予め設定された所定の弁作動圧（この実施形態においては０．４〜０．７ＭＰａ）以下である場合には、図１６（ａ）に示すように、所定の圧縮率で枠体部１４の保持穴１６に内装して保持された圧縮コイルスプリング４５が、支持ピン４４の保持板部４４ｂを介して弁体４３を突出部１０の成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部に弾性的に圧接させて、排気穴１１を密閉している。
【００８２】
そして、ラミネート電池２の外装ケース５の内圧が所定の弁作動圧まで上昇した場合には、図１６（ｂ）に示すように、突出部１０に流入した発生ガスＧによる圧力が、一方の成形シート５ａを外方に向け膨出変形させるとともに、弾性を有する排気通路形成部材１８における図の下端部分を圧縮変形させて、弁体４３における図の下端部分を外方へ押し出す方向に加圧するよう作用するから、支持ピン４４は、上記膨出変形される成形シート５ａを介して発生ガスＧの圧力を弁体４３および保持板部４４ｂの各々の図の下方箇所に受けて、ピン本体４４ａが或る角度θだけ傾斜され、且つピン本体４４ａと一体の保持板部４４ｂおよびこれに固着の弁体４３も同角度θだけ傾斜される。このとき、復帰式安全弁４６は、支持ピン４４の保持板部４４ｂに固着された弁体４３に、排気穴１１に対向する部分からだけではなく、成形シート５ａにおける排気穴１１の穴縁部を介して自身の全面に対し発生ガスＧの圧力が作用するように図られている。そのため、この安全機構４２は外装ケース５の内圧が所定の弁作動圧に達した時点で確実に作動する。
【００８３】
そして、上記圧力上昇が一時的なものである場合には、所要量の発生ガスＧが放出されて、内部圧力が弁作動圧以下に低下すると、圧縮コイルスプリング４５が圧縮に対する復元力で元の形状に復帰して弁体４３が排気穴１１を再び密閉するので、ラミネート電池２を継続して使用することができる。
【００８４】
上記安全機構４２は以下のような顕著な効果を奏するものである。すなわち、復帰式安全弁４６の主体をなす圧縮コイルスプリング４５は、長期間使用した場合に伸縮の繰り返しによって若干劣化するものの、高温の雰囲気中で使用した場合にもこの雰囲気に起因する劣化が殆ど生じないことから、ばね機能に大きな変化が生じないので、高温で永久歪の進行が早まるゴム弁体１２とは異なり、広い温度領域において弁作動圧が変化することなく安定に使用可能である。これにより、上記安全機構４２は、特に、長期にわたり高温の雰囲気中で使用する比較的特殊な用途、例えば自動車用などに好適に用いることができる。
【００８５】
また、上記安全機構４２では、圧縮コイルスプリング４５のばね定数と圧縮率とによって弁作動圧が決定されるが、圧縮コイルスプリング４５のばね定数が小さくなるに従って圧縮率の変化に対する弁作動圧の変化が小さくなる。例えば、１２Ｎ／ｍｍの小さいばね定数の圧縮コイルスプリング４５では、弁作動圧を０．５〜０．７ＭＰａの範囲に設定する場合に、圧縮率を３１〜４１％の範囲内に設定すればよく、この圧縮率を長さ寸法に換算すると、１ｍｍの範囲内である。これに対し、第１実施形態の復帰式安全弁１３のゴム弁体１２では、弁作動圧を上述と同一の範囲に設定する場合に、圧縮率を８〜１０％の範囲内に設定する必要があり、この圧縮率を長さ寸法に換算すると、約０．１ｍｍとなる。
【００８６】
換言すると、ゴム弁体１２では０．１ｍｍの長さ寸法の圧縮（圧縮率に換算して約２％）によって弁作動圧が０．１７ＭＰａも変化するのに対し、上記安全機構４２の圧縮コイルスプリング４５では、０．１ｍｍの長さ寸法の圧縮（圧縮率に換算して約１％）によって弁作動圧が僅かに０．０４ＭＰａ変化するだけである。そのため、上記安全機構４２は、圧縮コイルスプリング４５の弾性係数をゴム弁体１２に比べて広い範囲内で設定できるから、所要のばね定数の圧縮コイルスプリング４５を選定することにより、高い組立精度を要することなしに任意の弁作動圧を正確に設定して組み立てることができるので、製造コストの低減を図れる利点がある。
【００８７】
また、上記安全機構４２の圧縮コイルスプリング４５は、第１実施形態のゴム弁体１２に比べて小さな圧縮荷重で大きな弁作動圧を設定できる。すなわち、ゴム弁体１２では発生ガスの圧力を受けて外方へ膨出変形する成形シート５ａからの押圧力によって自身の一端部分から恰もめくられる状態で圧縮変形されていくので、ゴム弁体１２を圧縮するに際して比較的大きな圧縮荷重を必要とするのに対し、上記安全機構４２では、支持ピン４４のピン本体４４ａと圧縮コイルスプリング４５との間および圧縮コイルスプリング４５と保持穴１６との間にそれぞれ隙間を設けて支持ピン４４が傾斜可能な構造になっているので、発生ガスＧの圧力を受けて外方へ膨出変形する成形シート５ａからの押圧力によって金属製の支持ピン４４が傾斜されて、復帰式安全弁４６が開弁状態となる。したがって、この安全機構では、上述の構造上から、圧縮コイルスプリング４５に対する小さな圧縮荷重で比較的大きな弁作動圧を設定することができる。
【００８８】
上述の具体的な実測値を示すと、第１実施形態の安全弁１３では０．７ＭＰａの弁作動圧を得るためにゴム弁体１２を約１２ｋｇｆの圧縮荷重で圧縮する必要があるのに対し、上記安全機構４２では、０．７ＭＰａの弁作動圧を得るために圧縮コイルスプリング４５を約６ｋｇｆの圧縮荷重で圧縮すればよい。そのため、上記安全機構４２では、これのホルダとして機能する一対の枠板３ａ，３ｂに対し高い剛性を必要としないので、その分だけ軽量小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
この発明に係るラミネート電池の安全機構は、安全弁が低圧力で作動するとともに、その弁作動圧のばらつきが小さく、高い弁作動圧精度が得られるため、通常の使用時の内圧変動では作動せず、且つ外装ケースの強度に対して安全な圧力範囲内において設定された所定の弁作動圧で確実に作動する。また、排気穴を、突出部の突出方向の接合部の内縁に対する間隔が１．５ｍｍ以下となる位置に配設したことにより、所定の弁作動圧に達した時点で安全弁を高精度に確実に作動させることができる。さらに、弁体をばね体で付勢する構成とした安全弁を用いることにより、初期設定した弁作動圧を長期間にわたり安定に保持できるとともに、高い組立精度を必要とせず、且つ比較的低い組立荷重で所望の弁作動圧を設定できる。これにより、上記安全機構は、各種設備の駆動用電源として用いるラミネート電池に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットの一部破断斜視図
【図２】図１の要部の部分破断拡大斜視図
【図３】（ａ）は同上のラミネート電池ユニットの一部除去した正面図，（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図
【図４】同上のラミネート電池を示し、同図（ａ）はラミネート電池の一部を除去して示した斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図
【図５】（ａ），（ｂ）は同上の安全機構の弁作動前および弁作動後の状態をそれぞれ示す縦断面図、（ｃ）は同上の安全機構とは異なる配設位置に排気穴を設けた場合の弁作動後の状態を比較のために示した縦断面図。
【図６】同上の実施形態における排気系統の構成要素を示す拡大斜視図
【図７】（ａ）は同上の安全機構を設けたラミネート電池の弁作動後の状態を示す要部の正面図、（ｂ）は同上のラミネート電池とは異なる配設位置に排気穴を設けた場合のラミネート電池の弁作動後の状態を示す比較のために示した正面図
【図８】本発明の第２実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットの要部の断面図
【図９】本発明の第３の実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットの要部の断面図
【図１０】本発明の第４実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットの要部の断面図
【図１１】本発明の第５実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットの要部の断面図
【図１２】本発明の第６実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットを示す要部の断面図
【図１３】本発明の第７実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニットの一部破断した斜視図
【図１４】図１３の要部の拡大斜視図
【図１５】（ａ）は同上のラミネート電池ユニットの要部の一部除去した正面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図
【図１６】（ａ），（ｂ）は同上の安全機構の弁作動前および弁作動後の状態をそれぞれ示す縦断面図
【図１７】（ａ），（ｂ）は何れも従来の金属製の電池ケースを用いた電池の復帰式安全弁を示す縦断面図
【符号の説明】
【００９１】
２，３５  ラミネート電池
３ａ，３ｂ  枠板
４，２４，２５，４２  安全機構
５  外装ケース
５ａ，５ｃ，５ｄ  成形シート
５ｂ  接合鍔部（成形シートの外周縁部）
６  接合部
７  極板群（発電要素）
９ａ，９ｂ  接続端子
１０  突出部
１１  排気穴
１２，４３  弁体
１３，４６  復帰式安全弁
１４  枠体部
１４ａ  一側枠辺
１５  拘束板部
１６  保持穴（保持部）
１７  排気通路
１７ａ  開口
１８  排気通路形成部材
２０  開口形成部
２１  排気ダクト
２２  保護シート
３６  耐電解液シート（耐電解液層）
４４  支持ピン
４５  圧縮コイルスプリング（ばね体）
Ｂ  間隔
【図１】
2007157678.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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