(57)【要約】【課題】集電体を含む電池部材を包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、セル積層体を収容して封止した容器を備えた電池パックに関し、セルからの液漏れを防止し、簡易な構造でセル内部に発生した気体を外部に放出させることができる電池パックを提供する。【解決手段】集電体を含む電池部材を、包装部材に内包した二次電池セル１を複数積層したセル積層体１０３と、内部の気体を外部に放出する逆止弁１０２を有し、セル積層体１０３を収容して封止した容器１０１を備え、容器１０１内は、大気中よりも低い酸素濃度で封止された電池パック１００に関する。セル積層体１０３の二次電池セル１のそれぞれは、電池部材を、包装部材により電池部材の周囲を封止して内包するものであり、包装部材より封止された周囲の少なくとも一部に半透膜５を有する、電池パックに関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集電体を含む電池部材を、包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、
内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、
前記セル積層体を収容して封止した容器を備え、
前記容器内は、大気中よりも低い酸素濃度で封止されたことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記セル積層体の前記二次電池セルのそれぞれは、前記電池部材を、前記包装部材により前記電池部材の周囲を封止して内包するものであり、前記包装部材より封止された前記周囲の少なくとも一部に半透膜を有する、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記包装部材は、１又は複数のシートにより前記電池部材を内包するものであり、且つ、前記シート同士を接着した接着領域と、前記シート同士の間に半透膜を介在させたガス抜き領域とを備え、
前記半透膜は、前記包装部材の内面の一部に接着されてなる、請求項１又は２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記包装部材は、１又は複数の外装シートにより、前記電池部材を内包するものであり、前記外装シート同士を接着した接着領域と、前記外装シート同士の間に、樹脂シートと、半透膜とを重ね合せて介在させたガス抜き領域とを備え、
前記ガス抜き領域において、前記半透膜は、一部領域が前記外装シートの内面と接着され、前記樹脂シートは、前記外装シート同士が対向する領域と、前記半透膜が前記外装シートと対向し、且つ前記半透膜が前記外装シートと未接着である領域とに、前記外装シートと前記半透膜により挟まれてなる、請求項１又は２に記載の電池パック。
【請求項５】
前記樹脂シートは、前記外装シートよりも融点の高い材料で形成されたものである、請求項４に記載の電池パック。
【請求項６】
前記ガス抜き領域において、前記半透膜の幅は、前記樹脂シートの幅よりも広い、請求項４又は５に記載の電池パック。
【請求項７】
二次電池セルはバナジウム固体塩電池である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集電体を含む電池部材を包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、セル積層体を収容して封止した容器を備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池に用いられる二次電池セルは、例えば集電体を含む電池部材が包装部材に内包された形態を有する。電池部材は、集電体と正極活物質とを含む正極と、集電体と負極活物質とを含む負極と、セパレータと、電解液とを備える。正極及び負極は、例えば集電体と活物質とが内包されてシート状に構成される。電池部材は、シート状の正極とシート状の負極とが正極と負極との間にセパレータを介在させて交互に積層された構成を有する。
【０００３】
電池は、電池の容量を高めるために、二次電池セルが複数積層され、電気的に直列又は並列に接続されたセル積層体を備える。
【０００４】
二次電池は、電池の充放電にともない、酸素、二酸化炭素、水素等の気体が発生する。二次電池は、電池部材を内包して密閉した二次電池セルに、電池の充放電に伴い発生した気体を二次電池セルの外部に放出するための安全弁、排気弁等のセルの内圧を低減する機構を備えたものが提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、正極板、負極板及びセパレータとで構成された極板群を備え、この極板群を袋状外装体内に挿入し、外装体は一部に未溶着部を残して極板群の周囲を溶着し、この未溶着部を安全弁とした構成のセルを備えた密閉型鉛蓄電池が提案されている。特許文献１に記載されている密閉型鉛蓄電池は、外装体の未溶着部を安全弁としたセルを１個又は複数個を合成樹脂製ケース内に収納し、この合成樹脂製ケースにも開放孔と開放孔を閉塞する安全弁を取り付けた構成を備える。
【０００６】
特許文献２には、正極板、負極板及びセパレータからなる極板群を備え、この極板群と電解液とをフィルム又はシートからなる袋状電槽内に封入して１つのセルとし、この袋状電槽の周囲の封止縁部に、相互に独立した構造の安全弁ユニットと耳部封止導出ユニットとが封止状体で組み込まれている密閉型鉛蓄電池が提案されている。安全弁ユニットは、ポリプロピレン等の合成樹脂で形成され、長さ方向の両端にテーパ部を有する弁基体を有し、この弁基体の側面の中央に弁孔を有する。安全弁ユニットは、弁基体の弁孔の周囲に突起状に突設された弁筒と、弁筒の周囲にゴム製のキャップ状弁体を嵌合する弁体嵌凹部を有する。安全弁ユニットは、袋状電槽内で発生した気体（ガス）を弁孔に導くガス導路を弁基体に備え、弁体嵌凹部に出てきた気体を弁基体の外部に放出するガス放出溝を弁基体に備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６０−２０５９５８号公報
【特許文献２】特開平８−６４２２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１及び２には、いずれも鉛蓄電池に、安全弁を設けた技術が開示されている。しかしながら、安全弁により、電池の充放電にともない発生する気体を、密閉された包装体の外部へ排出するとき、包装体の外から包装体の内部に大気が流入する。そのため、包装体に密閉された電池が、酸化し易い特性の電池である場合、安全弁から気体を排出するときに、内部に流入した大気に含まれる酸素により、電池が酸化するおそれがある。特に、包装体に密閉された電池が、二次電池である場合、電池の充放電により発生する気体が安全弁から脱気がされる度に、密閉された包装体の内部に大気が流入し、二次電池の酸化が進行する。酸化により、二次電池のセルが劣化すると、発電容量の低下が生じるおそれがある。
【０００９】
本発明は、集電体を含む電池部材を包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、セル積層体を収容して封止した容器を備えた電池パックに関し、簡易な構造でセル内部に発生した気体を外部に放出させ、且つ、逆止弁から外部からの酸素の流入を防止させることができる電池パックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
［１］本発明は、集電体を含む電池部材を、包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、セル積層体を収容して封止した容器を備え、容器内は、大気中よりも低い酸素濃度で封止されたことを特徴とする電池パックに関する。
［２］セル積層体の二次電池セルのそれぞれは、電池部材を、包装部材により電池部材の周囲を封止して内包するものであり、包装部材より封止された周囲の少なくとも一部に半透膜を有する、電池パックに関する。
［３］包装部材は、１又は複数のシートにより電池部材を内包するものであり、且つ、シート同士を接着した接着領域と、シート同士の間に半透膜を介在させたガス抜き領域とを備え、半透膜は、包装部材の内面の一部に接着されてなる、電池パックに関する。
［４］包装部材は、１又は複数の外装シートにより、電池部材を内包するものであり、外装シート同士を接着した接着領域と、外装シート同士の間に、樹脂シートと、半透膜とを重ね合せて介在させたガス抜き領域とを備え、ガス抜き領域において、半透膜は、一部領域が外装シートの内面と接着され、樹脂シートは、外装シート同士が対向する領域と、半透膜が外装シートと対向し、且つ半透膜が外装シートと未接着である領域とに、外装シートと半透膜により挟まれてなる、電池パックに関する。
［５］樹脂シートは、外装シートよりも融点の高い材料で形成されたものである、電池パックに関する。
［６］ガス抜き領域において、半透膜の幅は、樹脂シートの幅よりも広い、電池パックに関する。
［７］二次電池セルはバナジウム固体塩電池である、電池パックに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、集電体を含む電池部材を包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、セル積層体を収容して封止した容器を備えた電池パックに関する。さらに、本発明は、容器内が、大気中よりも低い酸素濃度で封止されているため、簡易な構造でセル内部に発生した気体を外部に放出させる一方で、逆止弁から外部からの酸素の流入を防止させることができる電池パックを提供することができる。
【００１２】
さらに、本発明は、セルを複数積層したセル積層体を収容した容器に、逆止弁を設ける構成のため、引用文献２に記載の密閉型鉛蓄電池のような、極板と、電解液とを封入したセルごとに安全弁を設けた場合と比べ、構造が簡易であり、セルごとの製造コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の電池パックを模式的に示す概略断面図である。
【図２】二次電池セル１の左側面図である。
【図３】二次電池セル１を構成する包装部材２ａ、２ｂと、半透膜５と、樹脂シート６を示す分解斜視図である。
【図４】図２に示す二次電池セルを線Ａ−Ａで切断した断面の一部を示す概略断面図である。
【図５】図２に示す二次電池セルを線Ｂ−Ｂで切断した断面の一部を示す概略断面図である。
【図６】二次電池セルの第１の実施態様を示し、図２に示す二次電池セルを線Ｃ−Ｃで切断した断面の一部を示す概略断面図である。
【図７】二次電池セルの第２の実施態様を示し、図２に示す二次電池セルを線Ｃ―Ｃで切断した断面の一部を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の電池パックの実施形態は、図１〜７を参考にして説明する。図１は、本発明の実施態様の電池パックを模式的に示す概略断面図である。
【００１５】
図１に示す電池パック１００は、容器１０１を備える。容器１０１の内部には、二次電池セル１が複数積層されたセル積層体１０３が収容される。セル積層体１０３は、容器１０１内に封止される。容器１０１には、容器１０１内の気体を外部に放出する逆止弁１０２を備える。容器１０１内は、大気中よりも低い酸素濃度に封止される。図１において、紙面の上下方向を電池パック１００の上下方向とする。図１において、紙面の左右方向を電池パック１００の左右方向とする。
【００１６】
電池パック１００は、容器１０１内が大気中よりも低い酸素濃度にして封止される。容器１０１内の酸素濃度は、具体的には、好ましくは２％以下、より好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．０２％以下である。すなわち、容器１０１内の酸素濃度は、より０％に近いことが望ましい。容器１０１内を大気中よりも低い酸素濃度に封止する方法としては、例えば、大気中の酸素濃度よりも低い酸素濃度（例えば０．００５％）を含有する不活性ガスで容器１０１内の気体を所望の酸素濃度になるように置換した後、容器１０１を封止する方法が挙げられる。
【００１７】
電池パック１００は、容器１０１内の酸素濃度が大気中よりも低い酸素濃度とすることによって、容器１０１内の二次電池セル１において電池の充放電反応により、酸素、二酸化炭素、水素等の気体が発生した場合に、逆止弁１０２を通じて、容器１０１の外部に気体を放出することができる。その一方で、電池パック１００は、容器１０１内の酸素濃度は大気中よりも低い酸素濃度であるが、逆止弁１０２の作用により、大気中の酸素の容器１０１内への流入を防ぐことができる。電池パック１００は、電池の充放電により発生する気体を外部に放出する際に、容器１０１の外部の大気中の酸素が流入することを防ぐことができるため、二次電池セルの酸化を抑制し、二次電池セルの酸化による発電容量の低下の抑制が可能である。
【００１８】
電池パック１００の逆止弁１０２の一の実施態様として、例えば逆止弁１０２は、容器１０１の上方に設けられた孔部（図示略）を塞ぐように配置された板状の弁体が挙げられる。この逆止弁１０２は、板状の弁体の一端が容器１０１に軸支される。逆止弁１０２は、容器１０１の内部と外部に差圧が発生し、容器１０１の内部の圧力が高い場合は、容器１０１の内圧に押されて、容器１０１に軸支された逆止弁１０２が上方に回動し、容器１０１に設けた孔部が開放され、容器１０１の内部の気体が外部に放出される。一方、容器１０１の外部の圧力が容器１０１の内部の圧力よりも高い場合は、外圧に押されて容器１０１に軸支された逆止弁１０２は回動せず、容器１０１に設けた孔部は閉じたままである。図１に示す電池パック１００は、容器１０１の上面に配置した逆止弁１０２を模式的に表した図である。
【００１９】
電池パック１００の容器１０１を構成する材料は特に限定されない。容器１０１は、例えばポリプロピレン、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体）等の合成樹脂で形成された筐体等を用いることができる。
【００２０】
次に、図２〜７に基づき、セル積層体１０３を構成する二次電池セル１について説明する。図２は、図１に示す第１の実施態様の二次電池セル１を、左側から視た左側面図である。図３は、二次電池セル１を構成する２枚の包装部材２を構成する外装シートと、半透膜と、樹脂シートとを示す包装部材２の分解斜視図である。第１の実施形態の二次電池セル１は、図３に示す包装部材２が、後述に説明する電池部材を内包してなる。図４は、図２に示す二次電池セル１を線Ａ−Ａで切断した断面の一部を正面から視た概略断面図である。図５は、図２に示す二次電池セル１を線Ｂ−Ｂで切断した断面の一部を正面から視た概略断面図である。図４及び図５では、電池部材の図示は省略する。図６は、第１の実施態様の二次電池セル１の構造を示す図である。図６は、図２に示す二次電池セルを線Ｃ−Ｃで切断した断面の一部を正面から視た概略断面図である。
【００２１】
図２に示すように、二次電池セル１は、図２では図示を省略した集電体を含む電池部材を包装部材２に内包した構成を有する。集電体を含む電池部材の詳細は、後述する。二次電池セル１は、矩形状の包装部材２の一辺から同一方向に正極端子板３及び負極端子板４が延出されている。包装部材２の図２に示す破線よりも内側の領域に、電池部材が配置される。包装部材２は、図２においては破線よりも外側の周囲の領域を接着領域２ｃとし、周囲の接着領域２ｃを封止して電池部材を内包するものである。二次電池セル１は、包装部材２より封止された周囲の少なくとも一部に半透膜５を有する。
【００２２】
図３に示すように、第１の実施形態の二次電池セル１を構成する包装部材２は、矩形状の第１の外装シート２ａと、矩形状の第２の外装シート２ｂの２枚の外装シート２ａ、２ｂとが接着されてなる。図３に示すように、２枚の外装シート２ａ、２ｂは、図３において図示を省略した電池部材を内包して封止するものである。二次電池セル１は、包装部材として、電池部材を内包できるように、１枚のシート（外装シート）を折り曲げて使用してもよい。
【００２３】
包装部材である外装シート２ａ、２ｂは、例えば、内面層、中間層及び外面層の３層構造のラミネートフィルム等を使用することができる。内面層には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド等の耐電解液性及びヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂を使用することができる。中間層には、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性及び強度に優れた金属箔を使用することができる。外面層には、ポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂を使用することができる。
【００２４】
図３に示すように、包装部材である２枚の外装シート２ａ、２ｂは、電池部材（図３において図示略）を内包し封止するために、矩形状の２枚の外装シート２ａ、２ｂの周囲を接着する。図３に示す二次電池セルを構成する２枚の外装シート２ａ、２ｂは、破線よりも外側の周囲の領域が接着領域２ｃ、２ｄである。
【００２５】
図２に示すように、二次電池セル１は、包装部材２の外装シート２ａ、２ｂに挟まれる領域であって、包装部材２により電池部材（図示略）が封止された周囲の一部に半透膜５を有する。図３に示すように、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの接着領域２ｃ、２ｄの間の一部に、半透膜５を介在させた。２枚の外装シート２ａ、２ｂの半透膜５を介在させた領域は、ガス抜き領域７である。２枚の外装シート２ａ、２ｂは、半透膜５を介在させた領域では接着されていない。半透膜５は、包装部材２である２枚の外装シート２ａ、２ｂの一部に接着されてなる。
【００２６】
半透膜５は、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂに内包される電池部材の充放電反応によって、電解液中に酸素、二酸化炭素、水素等の気体が発生した場合に、気液混合状体の電解液中から気体だけを選択に透過させることができる。二次電池セル１は、気液混合状体の電解液中から気体だけを選択に透過させる半透膜５を備えるため、二次電池セル１からの電解液の液漏れを防ぎつつ、気体を包装部材２の外部へ放出することができる。
【００２７】
図１に示すように、二次電池セル１を複数積層したセル積層体１０３は、大気中よりも低い酸素濃度である容器１０１内に封止される。二次電池セル１の内部において電池部材の充放電反応によって電解液中に気体が発生すると、二次電池セル１内と容器１０１内に圧力差が生じ、二次電池セル１内の圧力が高く、容器１０１内の圧力が低くなるため、電解液中に発生した気体は、半透膜５を通過して、容器１０１内に放出される。二次電池セル１内で発生した気体が容器１０１内に放出されると、容器１０１の内部と外部にも差圧が発生する。二次電池セル１から容器１０１内に気体が放出されて容器１０１内の圧力が高くなると、容器１０１の内圧に押されて逆止弁１０２が開放され、電池パック１００の容器１０１内の気体が容器１０１の外部に放出される。
【００２８】
図３に示すように、第１の実施形態の二次電池セル１は、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの間に、樹脂シート６と半透膜５とを重ね合せて介在させたガス抜き領域７を備える。半透膜５は、一部の領域が、包装部材２の内面を構成する第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの一部に接着されてなる。すなわち、半透膜５と第１の外装シート２ａとが接着される領域は、半透膜５と第２の外装シート２ｂとが接着される領域より大きい。図３及び図４に示すように、樹脂シート６は、第１の外装シート２ａ及び第２の外装シート２ｂが対向する領域と、半透膜５が第２の外装シート２ｂと対向し、且つ未接着である領域とに、設けられる。樹脂シート６は、半透膜５が第２の外装シート２ｂと未接着である領域では、第２の外装シート２ｂと半透膜５との間に挟まれて設けられる。外装シート２ａと、外装シート２ｂと、半透膜５との接着および配置の詳細は、後述する。図３に示すように、ガス抜き領域７において、半透膜５の幅は、樹脂シート６の幅よりも広い。
【００２９】
図３に示すように、第１の実施形態の二次電池セル１は、半透膜５を第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの間に介在させる。半透膜５は、例えば、矩形状の１枚のシートを２つ折りにして設ける。１枚のシートを２つ折りにした半透膜５は、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂから外方に突出しないように、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの間に介在させる。また、樹脂シート６は、端部が、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂより外方に突出するように介在させる。この構成により、樹脂シート６が介在される領域において、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂとは、接着されない。
【００３０】
樹脂シート６は、外装シート２ａ、２ｂよりも融点の高い材料で形成されたものである。樹脂シート６は、少なくとも外装シート２ａ、２ｂの内面層を構成する樹脂よりも融点の高い材料で構成されたものである。樹脂シート６を形成する材料としては、例えばポリイミド等が挙げられる。
【００３１】
図４に示すように、ガス抜き領域７において、シートを２つ折りにした半透膜５は、２つ折りにした半透膜５の第１の外面５ａ及び第２の外面５ｂうち、第１の外面５ａは、第１の外装シート２ａの内面を構成する面と対向する。ガス抜き領域７において、シートを２つ折りにした半透膜５の第２の外面５ｂは、樹脂シート６が重ね合わされている部分を除き、第２の外装シート２ｂの内面を構成する面と対向する。
【００３２】
図３に示すように、２枚の外装シート２ａ、２ｂの周囲の接着領域２ｃ、２ｄは、加熱することによって、２枚の外装シート２ａ、２ｂの熱可塑性樹脂で構成されている内面層が溶融し、内面同士が接着される。図４に示すように、２枚の外装シート２ａ、２ｂの接着領域２ｃ、２ｄにおいて、２枚の外装シート２ａ、２ｂ同士が対向する一部領域は、樹脂シート６が介在されているため、２枚の外装シート２ａ、２ｂ同士は接着されない。２枚の外装シート２ａ、２ｂの接着領域２ｃ、２ｄにおいて、２枚の外装シート２ａ、２ｂが対向する領域の一部に樹脂シート６と半透膜５とを重ね合わせて介在させた領域は、ガス抜き領域７を構成する。
【００３３】
図４に示すように、２枚の外装シート２ａ、２ｂの接着領域２ｃ、２ｄが加熱されると、第１の外装シート２ａの熱可塑性樹脂で構成される内面層が溶融するため、第１の外装シート２ａの内面と対向する２つ折りにした半透膜５の第１の外面５ａは、ほぼ全面が第１の外装シート２ａの内面を構成する面に接着され、第１の溶着部８が形成される。図４に示す破線矢印Ｄは、２つ折りにした半透膜５の折山線を通る線を示す。図４に示すように、２枚の外装シート２ａ、２ｂの接着領域２ｃ、２ｄが加熱されると、２つ折りにした半透膜５の第２の外面５ｂは、樹脂シート６が重ね合わされた部分を除き、半透膜５の第２の外面５ｂの一部が第２の外装シート２ｂの内面を構成する面に接着され、第２の溶着部９が形成される。このように半透膜５は、一部領域が２枚の外装シート２ａ、２ｂの内面を構成する面と接着される。
【００３４】
図５に示すように、２枚の外装シート２ａ、２ｂの間において、半透膜５が介在され、且つ樹脂シート６と重ね合わされていない領域の接着領域２ｂ、２ｃにおいては、２枚の外装シート２ａ、２ｂの接着領域２ｃ、２ｄを加熱すると、２枚の外装シート２ａ、２ｂの熱可塑性樹脂で構成されている内面層が溶融し、２枚の外装シート２ａ、２ｂの対向する内面同士が接着されて第３の溶着部１０が形成される。また、２枚の外装シート２ａ、２ｂの間に介在させたシートを２つ折りにした半透膜５のうち、第１の外面５ａが第１の外装シート２ａの内面に接着されて第１の溶着部８が形成される。また、２枚の外装シート２ａ、２ｂの間に介在させたシートを２つ折りにした半透膜５のうち、第２の外面５ｂの樹脂シート６と重ね合わされた部分以外の領域が、第２の外装シート２ｂの内面に接着されて第２の溶着部９が形成される。第１の溶着部８は、２つ折りにした半透膜５の第１の外面５ａと、第１の外装シート２ａの内面を接着した部分である。第２の溶着部９は、２つ折りにした半透膜５の第２の外面５ｂのうち、樹脂シート６と重ね合わされた部分以外の一部領域と、第２の外装シート２ｂの内面とを接着した部分である。第３の溶着部１０は、樹脂シート６が介在しない、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの接着領域２ｃ、２ｄを接着させた部分である。
【００３５】
２つ折りにした半透膜５の第１の外面５ａ及び第２の外面５ｂのほぼ全面が、２枚の外装シート２ａ、２ｂに接着されると、半透膜５の気体を透過する機能が低下する。
図４に示すように、二次電池セル１は、第１の外装シート２ａと第２の外装シート２ｂの周囲の接着領域において、半透膜５の一部と重ね合せて樹脂シート６を介在させることによって、半透膜５の気体を透過する機能を損なうことなく、ガス抜き領域７を形成することができる。
【００３６】
図２〜５に示すように、第１の実施形態の二次電池セル１は、２枚の外装シート２ａ、２ｂの周囲を接着する接着領域２ｃ、２ｄの一部に、２枚の外装シート２ａ、２ｂ同士の間に半透膜５と樹脂シート６を重ね合せて介在させたガス抜き領域７を備えるため、簡単な構造で、液漏れを防止しつつ、二次電池セルの電池部材の充放電反応によって発生する気体を外部に放出することができる。二次電池セルの電池部材の充放電反応によって発生する気体は、詳細には、図４に示すように、２つ折りにした半透膜５の折山線を通る破線矢印Ｄに対して互いに対向する第１の内面５ｃと第２の内面５ｄとに挟まれた空間から、外装シート２ａと樹脂シート６に挟まれた領域を通って、二次電池セル１の外部へ放出される。
【００３７】
次に、図６を用いて、二次電池セル１に内包した電池部材について説明する。図６は、二次電池セル１の第１の実施態様を示し、図２に示す二次電池セル１を線Ｃ−Ｃで切断した正極端子板３側の断面構造の一部を示す断面図である。図６は、二次電池セル１の正極端子板３が配置された位置を、図２において線Ｃ−Ｃにより示す上下方向に切断し、切断面を正面から視た断面図である。図６において、紙面の上下方向を二次電池セル１の上下方向とした。図６では、正極端子板３の一部、及び二次電池セル１の下方部分である集電体及び包装部材２の一部の図示を省略した。図６に示す二次電池セル１は、正極１９及び負極２０を備える。
【００３８】
図６に示すように、正極１９は、正極用集電体１５と、正極集電体１５の両面又は片面に積層された正極活物質層１７とから構成される。正極用集電体１５は、正極端子板３に接続される。
【００３９】
図６に示すように、負極２０は、負極用集電体１６と、負極集電体１６の両面又は片面に積層された負極活物質層１８とから構成される。負極用集電体１６は、図示を省略した負極端子板に接続される。正極用集電体１５及び負極用集電体１６は、略矩形状の平面を有する板状体であることが好ましい。なお、図示を省略するが、二次電池セル１の負極端子板が配置された位置の断面構造は、負極端子板が配置された位置を、図２に示す正極端子板３が配置された位置（線Ｃ−Ｃ）と同様に上下方向に切断し、正面から視た断面において、図６に示す正極端子板３の位置に、正極端子板３に代えて、負極端子板が配置されること、及び図６に示す正極用集電体１５に代えて、負極用集電体１６が、負極端子板に接続されることを除いて、図６に示す正極端子板３の断面構造と同じである。
【００４０】
図６に示すように、二次電池セル１の包装部材２に内包される正極１９及び負極２０は、正極１９と負極２０の間にセパレータ２１を介在させて、交互に積層した構成を有する。
【００４１】
図６に示すように、正極端子板３又は負極端子板（図示略）は、正極１９と負極２０とを積層した二次電池セル１の厚み方向の中心線Ｘの位置に配置される。
【００４２】
図６に示すように、電池部材は、正極端子板３、正極用集電体１５及び正極活物質層１７を含む正極１９、負極用集電体１６及び負極活物質層１８を含む負極２０、セパレータ２１、及び図示を省略した電解液から構成される。
【００４３】
二次電池セル１の正極端子板３及び負極端子板４は、図６に示すように、二次電池セル１の中心線Ｘの位置に配置されなくてもよい。図７は、二次電池セルの第２の実施態様を示し、図２に示す二次電池セルを線Ｃ−Ｃで切断した正極端子板３側の断面構造の一部を示す断面図である。図７において、紙面の上下方向を二次電池セル１’の上下方向とした。図７に示す二次電池セル１’は、内部構造について、図６の二次電池セル１とは異なる他の実施態様を示す。二次電池セル１’の正極端子板３及び負極端子板４は、図７の正極端子板３の例を示すように、二次電池セル１’の厚み方向の中心線Ｘから偏った位置に配置されていてもよい。
【００４４】
図７に示す二次電池セル１’の断面構造は、正極端子板３及び負極端子板が、二次電池セル１’の中心線Ｘから偏った位置に配置されることを除いて、図７に示す二次電池セル１’の断面構造と同じである。図７に示す二次電池セル１と同様に、正極１９と負極２０とを備える。正極１９は、略矩形状の平面を有する板状体である正極用集電体１５を備える。負極２０は、略矩形状の平面を有する板状体である負極用集電体１６を備える。正極用集電体１５の両面又は片面に正極活物質層１７が積層される。負極用集電体１６の両面又は片面に負極活物質層１８が積層される。正極１９及び負極２０は、正極１９と負極２０の間にセパレータ２１を介在させて、交互に積層される。正極用集電体１５は、正極端子板３に接続される。負極用集電体１６は、図７おいて図示を省略した負極端子板に接続される。二次電池セル１’において、正極端子板３及び負極端子板は、正極１９と負極２０とを積層した二次電池セル１’の厚み方向の中心線Ｘから偏った位置に配置される。例えば、図７に示すように、正極端子板３及び負極端子板は、中心線Ｘより左側に偏って配置される。
【００４５】
集電体以外の二次電池セルを構成する電池部品の材料は、特に限定されない。電池の種類によって、図２、図６及び図７に示すように、正極端子板３、負極端子板４、正極用集電体１５、負極用集電体１６、正極用活物質１７、負極用活物質１８、セパレータ２１、包装部材２を構成するシート状部材の材料は適宜選択できる。電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池やバナジウム固体塩電池等が挙げられる。
【００４６】
電池の種類がリチウムイオン二次電池である場合には、正極端子板３はアルミニウムやアルミニウム合金等を使用することができる。リチウムイオン二次電池である場合には、負極端子板は銅や銅合金等を使用することができる。正極用集電体はアルミ箔等を使用することができる。負極用集電体は銅箔等を使用することができる。セパレータは、樹脂やガラス繊維からなる不織布、織布、微多孔性フィルム等を使用することができる。
【００４７】
バナジウム固体塩電池は、酸化還元反応によって、５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムイオン又は５価及び４価の間で酸化数が変化するバナジウムを含む陽イオンを含有するバナジウム固体塩を含む正極活物質を集電体に担持させた正極と、酸化還元反応によって、２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムイオン又は２価及び３価の間で酸化数が変化するバナジウムを含む陽イオンを含有するバナジウム固体塩を含む負極活物質を集電体に担持させた負極とを含む。バナジウム固体塩電池の場合には、正極端子板又は負極端子板は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅及び銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなるいずれか１種の金属板を使用することができる。正極用集電体又は負極用集電体は、炭素フェルト、炭素繊維から構成された炭素シート、活性炭を含むシート、及びシート状のグラッシーカーボンからなる群より選ばれる少なくとも１種を使用することができる。正極用活物質又は負極用活物質は、バナジウムをイオン又はバナジウムを含む陽イオンを活物質として含有する固体状の化合物を含む析出物であることが好ましい。セパレータは、水素イオン（プロトン）を通過させることができるものを使用することができる。例えばセパレータは水素イオンを選択的に透過可能なイオン交換膜等が挙げられる。本発明の電池パックは、二次電池セルとして、バナジウム固体塩電池を用いることが好ましい。
【００４８】
バナジウム固体塩電池は、負極及び正極において、次のような反応が生じる。
【００４９】
正極：ＶＯＸ２・ｎＨ２Ｏ（ｓ）⇔ＶＯ２Ｘ・ｎＨ２Ｏ（ｓ）＋ＨＸ＋Ｈ＋＋ｅ−      (1)
【００５０】
負極：ＶＸ３・ｎＨ２Ｏ（ｓ）＋ｅ−⇔２ＶＸ２・ｎＨ２Ｏ（ｓ）＋Ｘ−              (2)
【００５１】
正極及び負極において生じる反応式において、Ｘは１価の陰イオンを表す。ただし、Ｘがｍ価の陰イオンであっても、結合係数（１／ｍ）が考慮されても良い。またここでは、「⇔」は平衡を意味するが、上述の式において平衡とは可逆反応の生成物の変化量と出発物質の変化量が合致した状態を意味する。また、上述の反応式において、ｎは様々な値をとり得ることを示す。
【００５２】
バナジウム固体塩電池は、電解液との反応において、次のような反応が生じる。
【００５３】
正極：ＶＯ２＋（ａｑ）＋Ｈ２Ｏ⇔ＶＯ２＋（ａｑ）＋ｅ−＋２Ｈ＋
【００５４】
負極：Ｖ３＋（ａｑ）＋ｅ−⇔Ｖ２＋（ａｑ）
【００５５】
上述の式中、「⇔」は化学平衡を示す。また、イオンを付与された添示の（ａｑ）は、そのイオンが溶液中に存在することを示す。
【００５６】
しかしながら、電解液中のバナジウムイオン又はバナジウムを含む陽イオンは、５価及び４価の間で酸化数が変化するか、２価及び３価の間で酸化数が変化するものだけではなく、次のように、３価及び４価の間で酸化数が変化する場合もある。３価及び４価の間で酸化数が変化する場合、電解液中に酸素が放出される場合がある。
【００５７】
Ｖ３＋（ａｑ）＋１／２Ｏ２（ａｑ）＋ｅ−⇔ＶＯ２＋（ａｑ）
【００５８】
上述の式中、「⇔」は化学平衡を示す。また、添示の（ａｑ）は、イオン又は分子が溶液中に存在することを示す。
【００５９】
バナジウム固体塩電池は、電解液中に酸素等の気体が発生する場合があり、気体を二次電池セル及び電池パックから放出させる必要がある。
本発明の電池パックは、二次電池セルからの液漏れを防止し、二次電池セルの包装部材に接着領域と、樹脂シートと半透膜とを重ね合せた領域であるガス抜き領域を備え、容器に逆止弁を備えただけの簡易な構造で、二次電池セルからの液漏れを防止し、二次電池セル内部に発生した気体を外部に放出させることができる。また、本発明の電池パックは、容器内の酸素濃度が大気中よりも低いため、二次電池セルの酸化を抑制し、二次電池セルの酸化による発電容量の低下を抑制することが可能である。さらに、容器内の酸素濃度が大気中よりも低い本発明の電池パックは、逆止弁の作用により、二次電池セル内部に発生した気体を外部に放出させる一方で、大気中の酸素の容器内に流入を防止することができ、二次電池セルの酸化をいっそう抑制し、二次電池セルの酸化による発電容量の低下を抑制することが可能である。電池パックに用いる二次電池セルは、電池の充放電反応により電解液中に酸素等の気体が発生する場合があるバナジウム固体塩電池であることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、集電体を含む電池部材を包装部材に内包した二次電池セルを複数積層したセル積層体と、内部の気体を外部に放出する逆止弁を有し、セル積層体を収容して封止した容器を備えた電池パックに関し、二次電池セルからの液漏れを防止し、簡易な構造で二次電池セル内に発生した気体を外部に放出させることができる電池パックを提供することができる。本発明は、簡易な構造で、電池部材の充放電反応により電解液中に発生した気体を二次電池セル及び電池パックから外部に放出することができるので、気体が発生する場合があるバナジウム固体塩電池等の電池に適用することができ、産業上有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１、１’          二次電池セル
２                包装部材
２ａ、２ｂ        包装部材であるシート（外装シート）
２ｃ、２ｄ        接着領域
３                正極端子板
４                負極端子板
５                半透膜
５ａ              シートを２つ折りにした半透膜の第１の外面
５ｂ             シートを２つ折りにした半透膜の第２の外面
５ｃ             シートを２つ折りにした半透膜の対向する第１の内面
５ｄ              シートを２つ折りにした半透膜の対向する第２の内面
６                樹脂シート
７                ガス抜き領域
８                第１の溶着部
９                第２の溶着部
１０              第３の溶着部
１５              正極用集電体
１６              負極用集電体
１７              正極活物質層
１８              負極活物質層
１９              正極
２０              負極
２１              セパレータ
１００            電池パック
１０１            容器
１０２            逆止弁
１０３            セル積層体
【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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【図６】
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【図７】
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