(57)【要約】【課題】  フィルム外装電池の電池要素から発生するガスによる著しい性能低下やフィルム外装の破損を防止する。【解決手段】  電池要素１４を覆うフィルム外装１３は、第１フィルム１５および第２フィルム１６を積層して構成される。第１フィルム１５に電池要素１４から離れる方向に突出する凸部１５ｂを設けることで該凸部１５ｂと第２フィルム１６との間に緩衝空間１７を形成し、第２フィルム１６に緩衝空間１７に連通する連通孔１６ｂを形成したので、過充電や過放電によって電池要素１４からガスが発生しても、そのガスを連通孔１６ｂから緩衝空間１７に導入して圧力を緩衝することで、フィルム外装１３の変形や破損を未然に防止することができる。しかも第１フィルム１５は鉄系材料よりなるラミネート層ａを含むので、フィルム外装１３の剛性を高めて変形や破損から保護することができるだけでなく、第１フィルム１５の凸部１５ｂによってフィルム外装１３の表面積を増加させて冷却性能を高めることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池要素（１４）をフィルム外装（１３，１３′）で覆ったフィルム外装電池において、
前記フィルム外装（１３，１３′）は第１フィルム（１５）と該第１フィルム（１５）よりも前記電池要素（１４）側に位置する第２フィルム（１６）とを積層して構成され、  前記第１フィルム（１５）に前記電池要素（１４）から離れる方向に突出する凸部（１５ｂ）を設けることで該凸部（１５ｂ）と前記第２フィルム（１６）との間に緩衝空間（１７）を形成し、前記第２フィルム（１６）に前記緩衝空間（１７）に連通する連通孔（１６ｂ）を形成し、少なくとも前記第１フィルム（１５）は鉄系材料よりなるラミネート層を含むことを特徴とするフィルム外装電池。
【請求項２】
前記第１フィルム（１５）および前記第２フィルム（１６）は同一材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のフィルム外装電池。
【請求項３】
前記電池要素（１４）は相互に離反する方向に延びる一対の電極タブ（１９）を備え、前記凸部（１５ｂ）は前記電極タブ（１９）が延びる方向に細長く形成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のフィルム外装電池。
【請求項４】
前記連通孔（１６ｂ）は前記凸部（１５ｂ）の長手方向に沿って複数個設けられ、前記複数の連通孔（１６ｂ）は相互に独立していることを特徴とする、請求項３に記載のフィルム外装電池。
【請求項５】
前記電池要素（１４）は相互に平行な第１面（１４ａ）および第２面（１４ｂ）を備え、前記第１面（１４ａ）側の前記第１フィルム（１５）の凸部（１５ｂ）の位置と、前記第２面（１４ｂ）側の前記第１フィルム（１５）の凸部（１５ｂ）の位置とは相互にずれていることを特徴とする、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のフィルム外装電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池要素をフィルム外装で覆ったフィルム外装電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載されたフィルム外装電池は、負極シートおよび正極シートをセパレータを挟んで積層した積層素子を外装フィルムで包んで熱溶着により封止したものであり、封止部分の一部に脆弱な未封止部分を形成することで安全弁部を構成し、フィルム外装電池の内部にガスが発生して内圧が上昇した場合に、安全弁部が破断してガスを外部に逃がすようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１３２８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のものは、フィルム外装電池の内部にガスを逃がす緩衝空間が設けられていないため、少量のガスが発生しただけで外装フィルムが変形し、電極間距離が不均一になって著しい性能低下が起こる。また最終的には内圧の上昇により圧力が発生して安全弁部が破断する可能性がある。電池モジュールを構成する複数個のフィルム外装電池のうちの１個がこのような状態になった場合、そのフィルム外装電池だけを新品と交換しても、他のフィルム外装電池との性能のばらつきによって電池モジュール全体の性能が低下するため、電池モジュール全体を交換することが必要になって大きなコストが掛かる問題がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、フィルム外装電池の電池要素から発生するガスによる著しい性能低下やフィルム外装の破損を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電池要素をフィルム外装で覆ったフィルム外装電池において、前記フィルム外装は第１フィルムと該第１フィルムよりも前記電池要素側に位置する第２フィルムとを積層して構成され、前記第１フィルムに前記電池要素から離れる方向に突出する凸部を設けることで該凸部と前記第２フィルムとの間に緩衝空間を形成し、前記第２フィルムに前記緩衝空間に連通する連通孔を形成し、少なくとも前記第１フィルムは鉄系材料よりなるラミネート層を含むことを特徴とするフィルム外装電池が提案される。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記第１フィルムおよび前記第２フィルムは同一材料からなることを特徴とするフィルム外装電池が提案される。
【０００８】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記電池要素は相互に離反する方向に延びる一対の電極タブを備え、前記凸部は前記電極タブが延びる方向に細長く形成されることを特徴とするフィルム外装電池が提案される。
【０００９】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記連通孔は前記凸部の長手方向に沿って複数個設けられ、前記複数の連通孔は相互に独立していることを特徴とするフィルム外装電池が提案される。
【００１０】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１〜請求項４の何れか１項の構成に加えて、前記電池要素は相互に平行な第１面および第２面を備え、前記第１面側の前記第１フィルムの凸部の位置と、前記第２面側の前記第１フィルムの凸部の位置とは相互にずれていることを特徴とするフィルム外装電池が提案される。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、電池要素を覆うフィルム外装は、第１フィルムと該第１フィルムよりも電池要素側に位置する第２フィルムとを積層して構成される。第１フィルムに電池要素から離れる方向に突出する凸部を設けることで該凸部と第２フィルムとの間に緩衝空間を形成し、第２フィルムに前記緩衝空間に連通する連通孔を形成したので、過充電や過放電によって電池要素からガスが発生しても、そのガスを連通孔から前記緩衝空間に導入して圧力を緩衝することで、フィルム外装の変形や破損を未然に防止することができる。しかも第１フィルムは鉄系材料よりなるラミネート層を含むので、フィルム外装の剛性を高めて変形や破損から保護することができるだけでなく、第１フィルムの凸部によってフィルム外装の表面積を増加させて冷却性能を高めることができる。
【００１２】
また請求項２の構成によれば、第１フィルムおよび第２フィルムは同一材料からなるので、熱膨張率の差によって第１、第２フィルムの接合部が剥がれるのを防止してフィルム外装のシール性を確保することができる。
【００１３】
また請求項３の構成によれば、電池要素は相互に離反する方向に延びる一対の電極タブを備え、第１フィルムの凸部は電池要素の電極タブが延びる方向に細長く形成されるので、一対の電極タブでフィルム外装電池の重量を支持したときに、第１フィルムの細長い凸部の剛性でフィルム外装電池の撓みを阻止することができる。
【００１４】
また請求項４の構成によれば、第２フィルムの連通孔は第１フィルムの凸部の長手方向に沿って複数個設けられ、複数の連通孔は相互に独立しているので、連通孔を形成したことによる電池要素の表面の部分的な面圧低下を最小限に抑え、電流密度のばらつきによる電池要素の部分的な劣化を防止することができる。
【００１５】
また請求項５の構成によれば、電池要素は相互に平行な第１面および第２面を備え、第１面側の第１フィルムの凸部の位置と、第２面側の第１フィルムの凸部の位置とは相互にずれているので、複数のフィルム外装電池を積層して電池モジュールを構成する際に、相互に対向するフィルム外装電池の凸部どうしをずらして電池モジュールの積層方向の寸法を小型化しても、各フィルム外装電池の端部を直線状に揃えて電池モジュールを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】複数のフィルム外装電池を積層した電池モジュールの部分断面図。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２部拡大図。（第１の実施の形態）
【図３】第１フィルムおよび第２フィルムの斜視図。（第１の実施の形態）
【図４】電池要素の斜視図。（第１の実施の形態）
【図５】フィルム外装電池の製造工程を示すフローチャート。（第１の実施の形態）
【図６】図２に対応する図。（第２の実施の形態）
【発明を実施するための形態】
【００１７】
【第１の実施の形態】
【００１８】
以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１〜図３に示すように、電気自動車やハイブリッド自動車に使用される電池モジュール１１は、複数個のフィルム外装電池１２…を積層したもので、各々のフィルム外装電池１２は一対の同一形状のフィルム外装１３，１３の内部に電池要素１４を収納して構成される。フィルム外装１３は第１フィルム１５および第２フィルム１６を積層したものであり、第１、第２フィルム１５，１６は、共にステンレス等の鉄系材料の内側ラミネート層ａの両面に、ポリプロピレン等の合成樹脂材料の一対の外側ラミネート層ｂ，ｃを積層したラミネート構造を有している。
【００２０】
第１フィルム１５は四角形の浅い皿状に形成されており、外周部に接合フランジ１５ａを備えるとともに中央部に相互に平行に延びる２本の溝状の凸部１５ｂ，１５ｂを備える。第２フィルム１６も四角形の浅い皿状に形成されており、外周部に接合フランジ１６ａを備えるとともに中央部に４個の連通孔１６ｂ…を備える。第１フィルム１５および第２フィルム１６は、それらの接合フランジ１５ａ，１６ａを重ね合わせて溶着することで一体化される。この状態で第１フィルム１５の凸部１５ｂ，１５ｂおよび第２フィルム１６間に２個の緩衝空間１７，１７が形成され、各々の緩衝空間１７は第１フィルム１５の各２個の連通孔１６ｂ，１６ｂを介して外部空間に連通する。このように構成された一対のフィルム外装１３，１３は、一対の第２フィルム１６，１６の接合フランジ１６ａ，１６ａどうしを溶着することで密閉されたフィルム外装１３を構成する。
【００２１】
図４に示すように、電池要素１４は、板状の巻き芯１８と、巻き芯１８の両端から相互に離反する方向に突出する一対の電極タブ１９，１９と、巻き芯１８の外周に巻き付けられた電極シート２０…と、電極シート２０…を電極タブ１９，１９に接続するリード線２１…とで構成される。電極シート２０…に塗布される活物質として、例えば、正極にはりん酸鉄、負極にはグラファイトが用いられる。
【００２２】
次に、図５に基づいてフィルム外装電池１２の製造工程を説明する。
【００２３】
先ずステップＳ１で、鉄系材料の内側ラミネート層ａの両面に合成樹脂材料の一対の外側ラミネート層ｂ，ｃを積層した平坦なラミネートシートをプレス成形することで、第１フィルム１５および第２フィルム１６を製造する。第２フィルム１６の連通孔１６ｂ…は、第２フィルム１６をプレス成形する際に同時に開設しても良いし、プレス成形後に別途加工しても良い。続くステップＳ２で、第１フィルム１５および第２フィルム１６の外周の接合フランジ１５ａ，１６ａを溶着により接合してフィルム外装１３を完成する。
【００２４】
続くステップＳ３で、一対のフィルム外装１３，１３間に電池要素１４を挟み、フィルム外装１３，１３の周囲の四辺のうちの三辺を溶着して袋状にした後、ステップＳ４で、袋状のフィルム外装１３，１３の内部に電解液を注入する。続いてステップＳ５で、フィルム外装１３，１３の内部を真空引きした後、ステップＳ６で、残りの一辺を溶着することでフィルム外装１３，１３の内部を密閉してフィルム外装電池１２を完成する。
【００２５】
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
【００２６】
フィルム外装電池１２を過充電あるいは過放電すると電池要素１４からガスが発生するため、そのガスの圧力でフィルム外装１３，１３が膨らんでフィルム外装電池１２が変形したり、フィルム外装１３，１３が損傷してガスが漏れたりする可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、電池要素１４から発生したガスが第２フィルム１６，１６の連通孔１６ｂ…から第１フィルム１５，１５の凸部１５ｂ…の内部に区画された緩衝空間１７…に流入するため、緩衝空間１７…の容積がガスの圧力上昇を緩衝することでフィルム外装電池１２の内圧増加を抑制し、フィルム外装１３，１３の変形や損傷を防止することができる。また性能は高いがガスの出易い活物質材料（例えば、ＬｉＮ１／３Ｍｎ１／３Ｃｏ１／３Ｏ2 ）を使うことができるので、フィルム外装電池１２の膨らみを防止しながら性能を高めることができる。
【００２７】
またフィルム外装１３の第１フィルム１５は２個の凸部１５ｂ，１５ｂが補強リブとして機能することで剛性が高まるため、ガスの発生による内圧の上昇に耐え得る剛性を確保することができ、しかもフィルム外装１３の第１フィルム１５および第２フィルム１６は３層構造の内側ラミネート層ａが強度の高いステンレス等の鉄系材料で構成されているため、この内側ラミネート層ａによってフィルム外装１３の剛性が一層高められる。
【００２８】
また第１フィルム１５および第２フィルム１６は同一材料からなるので、熱膨張率の差によって第１、第２フィルム１５，１６の溶着部が剥がれるのを防止することができ、電池要素１４から発生したガスがフィルム外装１３，１３から外部に漏れ出ないようにシール性を高めることができる。
【００２９】
また電池モジュール１１を構成すべく複数個のフィルム外装電池１２…を積層するとき、隣接するフィルム外装電池１２，１２の第１フィルム１５，１５の凸部１５ｂ…どうしが相互に噛み合うようにずらすことで、そこに冷却空気が通過可能な冷却空気通路２２が構成される（図１参照）。よって冷却空気通路２２…に冷却空気を流すことで、充電時や放電時に発熱するフィルム外装電池１２…を効率的に冷却することができる。
【００３０】
このように、各々のフィルム外装電池１２の一対の第１フィルム１５，１５に同一形状のものを用いてコストダウンを図っても、複数のフィルム外装電池１２…を交互にずらして積層することで、電池モジュール１１の積層方向の寸法を最小限に抑えながら、必要な流路断面積の冷却空気通路２２…を構成することができる。しかも第１フィルム１５，１５に凸部１５ｂ…を形成したことでフィルム外装電池１２の表面積が増加するため、フィルム外装電池１２の放熱を促進して冷却効果を高めることができる。
【００３１】
また第２フィルム１６，１６が電池要素１４の第１、第２面１４ａ，１４ｂに当接する面圧が不均一であると、電池要素１４が部分的に劣化して耐久性が低下する虞があるが、第２フィルム１６，１６は連通孔１６ｂ…の部分を除いて基本的に平坦であり、かつ連通孔１６ｂ…も相互に独立して離散的に配置されているため、電池要素１４の第１、第２面１４ａ，１４ｂの局部的な面圧低下が最小限に抑えられ、電流密度のばらつきによる電池要素１４の部分的な劣化を防止することができる。
【００３２】
またフィルム外装電池１２の重量は、その電池要素１４の一対の電極タブ１９，１９を固定することで支持されるが、フィルム外装電池１２の剛性が低いと一対の電極タブ１９，１９の間が重力で下向きに撓んで変形する虞がある。しかしながら、本実施の形態によれば、フィルム外装１３，１３の第１フィルム１５，１５の突部１５ｂ…が電池要素１４の電極タブ１９，１９が延びる方向に細長く形成されるので、一対の電極タブ１９，１９でフィルム外装電池１２の重量を支持したときに、凸部１５ｂ…の剛性でフィルム外装電池１２の撓みを阻止することができる。
【第２の実施の形態】
【００３３】
次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３４】
第１の実施の形態は、電池要素１４の第１面１４ａを覆うフィルム外装１３と第２面１４ｂを覆うフィルム外装１３とが同一形状を有しているが、第２の実施の形態は、電池要素１４の第１面１４ａを覆う第１フィルム外装１３と第２面１４ｂを覆う第２フィルム外装１３′とが異なる形状を有している。即ち、第１面１４ａを覆う第１フィルム外装１３は第１の実施の形態のものと同一であるが、第２面１４ｂを覆う第２フィルム外装１３′は、その２個の凸部１５ｂ，１５ｂの間隔が第１フィルム外装１３の凸部１５ｂ，１５ｂの間隔よりも広くなっている。
【００３５】
従って、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の作用効果に加えて、複数のフィルム外装電池１２…を積層するとき、第１フィルム外装１３の一対の凸部１５ｂ，１５ｂの外側に第２フィルム外装１３′の一対の凸部１５ｂ，１５ｂが嵌合することで、複数のフィルム外装電池１２…の端部を直線状に揃えて電池モジュール１１の寸法を小型化することができる。この場合も、隣接するフィルム外装電池１２，１２間に冷却空気通路２２を形成することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３７】
例えば、実施の形態ではフィルム外装１３の第１フィルム１５および第２フィルム１６に同一構造のものを使用しているが、第２フィルム１６は必ずしも鉄系材料の内側ラミネート層ａを備える必要はない。
【００３８】
またフィルム外装１３を溶着により接合する代わりに、接着または溶接により接合することができる。尚、フィルム外装１３を溶接することにより、シール性が向上してガスが漏れ難くなる。
【００３９】
また実施の形態の第１フィルム１５は２個の凸部１５ｂ，１５ｂを備えているが、凸部１５ｂの数は任意である。
【００４０】
また実施の形態の第２フィルム１６は１個の凸部１５ｂに対して２個の連通孔１６ｂ，１６ｂを備えているが、連通孔１６ｂの数は任意である。
【００４１】
また実施の形態では電池要素１４として巻回型を用いているが、積層型を用いることができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４２】
１３        フィルム外装
１３′      フィルム外装
１４        電池要素
１４ａ      第１面
１４ｂ      第２面
１５        第１フィルム
１５ｂ      凸部
１６        第２フィルム
１６ｂ      連通孔
１７        緩衝空間
１９        電極タブ
【図１】
2013187003.tif 000003
【図２】
2013187003.tif 000004
【図３】
2013187003.tif 000005
【図４】
2013187003.tif 000006
【図５】
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【図６】
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