(57)【要約】【課題】電池セルの内部においてガスが発生した場合の外装材の膨張を抑制する。【解決手段】ラミネートフィルムからなる外装材１１４に設けられた電極体収容部１１４ａに電極体１１２が収容され、電極体１１２に接続された正極リード１１３ａと負極リード１１３ｂを外装材１１４から突出させてなる電池セル１１０を、ケース１４０とカバー１３０とからなる容器に収容して電池パック１００を構成する。外装材１１４に、電極体１１２でガスが発生した場合に電極体収容部１１４ａからガスを逃がす通路部１１７と、通路部１１７を流れたガスが流れ込むことによって折り畳まれた状態から膨張した状態へと変化する膨張部１１６とを設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラミネートフィルムからなる外装材に設けられた収容部に電極体が収容され、前記電極体に接続された正極リードおよび負極リードを前記外装材から突出させてなる電池セルであって、
前記外装材は、
前記電極体でガスが発生した場合に前記収容部から前記ガスを逃がす通路部と、
前記通路部を流れたガスが流れ込むことによって折り畳まれた状態から膨張した状態へと変化する膨張部とを備えることを特徴とする電池セル。
【請求項２】
前記正極リードと前記負極リードとは同一方向へ突出し、
前記膨張部と前記通路部とが、前記正極リードと前記負極リードの突出方向に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電池セル。
【請求項３】
前記膨張部と前記通路部とが、前記正極リードと前記負極リードとの間に納まるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の電池セル。
【請求項４】
前記通路部は、前記正極リードと前記負極リードよりも長く、
前記膨張部は、前記通路部の幅よりも広い幅で形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電池セル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電池セルと、
前記電池セルを収容する容器と、
前記電池セルの前記正極リードおよび前記負極リードと接続されて前記容器に収容される回路基板とを備える電池パックであって、
前記回路基板は、前記容器の内部において前記電池セルの前記収容部との間に所定の間隔を設けて配置され、
前記膨張部および前記通路部が、前記収容部と前記回路基板との間に形成された空間に配置されていることを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項４に記載の電池セルと、
前記電池セルを収容する容器と、
前記電池セルの前記正極リードおよび前記負極リードと接続されて前記容器に収容される回路基板とを備える電池パックであって、
前記回路基板は、前記容器の内部において前記電池セルの前記収容部との間に所定の間隔を設けて配置され、
前記通路部が折り曲げられて前記膨張部および前記通路部が前記収容部と前記回路基板との間に形成された空間に配置され、前記通路部において折り曲げられた部分に溝部が設けられていることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セル及び電池パックに関し、特に電池パックの膨れ防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラやビデオカメラ等の電子機器の電源として使用されている電池パックには、電子機器の小型化に伴って、薄型化と小型化が強く要求されている。電池パックには、電極体、非水電解質及び集電部品からなる電池素子を金属製の外装缶に収納した構成を有する電池セルが広く用いられている。また、薄型化と軽量化を目的として、樹脂フィルムとアルミニウム等の金属を張り合わせたラミネートフィルムを外装材として用いた電池セルも開発されている。
【０００３】
しかしながら、外装材としてラミネートフィルムを用いた電池セルでは、外装材の剛性が低いため、高温環境に放置された場合や過充電が行われた場合等に電池セルの内部にガスが発生し、外装材が膨張する（つまり、電池セルが膨張する）ことがある。こうして電池セルが膨張すると、電池パックに膨れが生じて、電池パックの電子機器に対する着脱が不可能になってしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、ラミネートフィルムを外装材に用いた非水電解質電池（所謂、リチウムイオン二次電池）において、外装材の最外層と電池素子との間にガス吸着性物質を配置する構成が提案されている（特許文献１参照）。この非水電解質電池では、内部でガスが発生しても、ガス吸着性物質が発生したガスを吸着することにより、外装材の膨張を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１５５７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された非水電解質電池では、ガス吸着性物質の吸着許容量を超える量のガスが発生した場合やガス吸着性物質のガス吸着速度を超える速度でガスが発生した場合には、外装材は膨張してしまう。
【０００７】
本発明は、電池セルの内部においてガスが発生した場合の外装材の膨張を抑制することができる電池セル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】
【０００８】
本発明に係る電池セルは、ラミネートフィルムからなる外装材に設けられた収容部に電極体が収容され、前記電極体に接続された正極リードおよび負極リードを前記外装材から突出させてなる電池セルであって、前記外装材は、前記電極体でガスが発生した場合に前記収容部から前記ガスを逃がす通路部と、前記通路部を流れたガスが流れ込むことによって折り畳まれた状態から膨張した状態へと変化する膨張部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電池セルの内部においてガスが発生した場合の外装材の膨張を抑制することができ、ひいては、電池セルを内包する電池パックに膨れが生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電池セルの外観斜視図と分解斜視図である。
【図２】図１の電池セルに設けられた膨張部の形状を示す図である。
【図３】図１の電池セルを備える電池パック外観斜視図と分解斜視図である。
【図４】図３（ａ）に示す矢視Ａ−Ａの断面図である。
【図５】図１の電池セルでガスが発生した場合の膨張部と通路部の作用を説明する断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る電池セルの外観斜視図と分解斜視図である。
【図７】図６の電池セルを備える電池パックの外観斜視図、部分断面図及び部分拡大図である。
【図８】図６の電池セルでガスが発生した場合の膨張部と通路部の作用を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る電池セル１１０の外観斜視図であり、図１（ｂ）は、電池セル１１０の分解斜視図である。電池セル１１０は、ラミネートフィルムからなる外装材１１４と、外装材１１４に収容される電極体１１２とを有する。なお、図１（ａ）では、電極体１１２の図示は省略されている。
【００１３】
電極体１１２は、正極活物質層が形成された正極と負極活物質層が形成された負極がセパレータを介して巻回され、正極活物質層、負極活物質層及びセパレータの間にはゲル状電解質又は固体電解質が保持された構造を有する。電極体１１２の正極と負極にはそれぞれ、正極リード１１３ａと負極リード１１３ｂが電気的に接続されている。
【００１４】
外装材１１４には、電極体１１２を収容する空間を形成する電極体収容部１１４ａが設けられている。また、外装材１１４は、電極体収容部１１４ａと対向するように折り曲げられる平面部１１４ｂを有し、電極体１１２は、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂが同一方向で外側へ突出するように電極体収容部１１４ａに収容される。電極体収容部１１４ａと平面部１１４ｂとを図１（ａ）に斜線部で示す接合部１１５において熱溶着することにより、電極体１１２は電極体収容部１１４ａに密封収容される。
【００１５】
外装材１１４において電極体収容部１１４ａから正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向に突出した突出部には、膨張部１１６が形成されている。図２は、膨張部１１６の形状を示す図である。膨張部１１６は、図２（ａ）に示すように外装材１１４であるラミネートフィルムの電極体収容部１１４ａ側の一部を深絞り加工等により箱形状に形成した後、形成された箱形状部を図２（ｂ）に示すように折り畳むことにより形成されている。膨張部１１６が図２（ｂ）に示すように折り畳まれた状態で、電極体収容部１１４ａと平面部１１４ｂは、接合部１１５において熱溶着される。よって、膨張部１１６には、密閉空間が形成されている。
【００１６】
本実施形態では、膨張部１１６は、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向側に形成されている。膨張部１１６を正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向において外装材１１４の一部に形成することで、接合部１１５の熱溶着工程に特殊な工程を追加することを必要とすることなく、膨張部１１６を簡単に密封することができる。
【００１７】
膨張部１１６と電極体収容部１１４ａとの間には、膨張部１１６と電極体収容部１１４ａとを連通させる通路部１１７が設けられている。電極体１１２でガスが発生した場合、発生したガスは電極体収容部１１４ａから通路部１１７へ逃げ、通路部１１７を流れたガスは膨張部１１６へ流れ込み、膨張部１１６は流れ込んだガスによって折り畳まれた状態から膨張した箱形状へ変化する。
【００１８】
このようなガスの移動を可能とするために、通路部１１７は、外装材１１４であるラミネートフィルムの電極体収容部１１４ａ側の一部と平面部１１４ｂ側の一部とを、接合部１１５のように熱溶着せず或いは接合部１１５よりも弱い接合強度で溶着することにより形成されている。なお、通路部１１７が接合部１１５よりも弱い接合強度で溶着されているとは、発生したガスによって電極体収容部１１４ａの内圧が上昇した際のガス圧によって剥離することで、発生したガスが膨張部１１６へ流出することができる状態にあることをいう。
【００１９】
図３（ａ）は、電池セル１１０を備える電池パック１００の外観斜視図であり、図３（ｂ）は、電池パック１００の分解斜視図である。図４は、図３（ａ）に示す矢視Ａ−Ａの断面図であり、膨張部１１６については、図２（ｂ）に示すように折り畳まれた形態が示されている。
【００２０】
電池パック１００は、ケース１４０及びカバー１３０からなる箱状の容器の内部に電池セル１１０と回路基板１２０とが所定の間隔を設けて収納された構造を有する。回路基板１２０の一方の面には、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂと接続される保護回路部品１２２が実装されている。回路基板１２０は、保護回路部品１２２が正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂと対向するように、ケース１４０及びカバー１３０からなる箱状の容器における、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向側の側面に配置される。保護回路部品１２２は、Ｌ字状に曲げられた正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂと接続されることで、電池セル１１０と電気的に接続される。
【００２１】
回路基板１２０の他方の面には、電池セル１１０の充放電に用いられる端子部１２１が、例えば金めっき処理されたパターンで形成されており、端子部１２１は保護回路部品１２２と電気的に接続されている。回路基板１２０は、ケース１４０に設けられた端子孔１４５を通して端子部１２１が外部に露出するように、ケース１４０内に配置される。
【００２２】
電池セル１１０の膨張部１１６は、電池セル１１０の電極体収容部１１４ａと回路基板１２０との間に空間に配置される。膨張部１１６は正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向に形成されているため、電池パック１００に膨張部１１６を収納する空間を別途設けることなく、膨張部１１６を配置することができる。
【００２３】
電池パック１００の外装となるケース１４０及びカバー１３０は樹脂から成り、ケース１４０とカバー１３０のそれぞれの開口面を突き合わせたときに箱形状となるように成型されている。電池セル１１０と回路基板１２０とを接続したものをケース１４０に収容してカバー１３０を被せ、ケース１４０とカバー１３０との当接部を、例えば、超音波溶着法等により溶着する。これにより、電池セル１１０は、ケース１４０及びカバー１３０からなる容器内に密封収容される。
【００２４】
図５は、電池セル１１０でガスが発生した場合の膨張部１１６と通路部１１７の作用を説明する断面図であり、図４と同じ視点（図３（ａ）中の矢視Ａ−Ａの断面）で示されている。
【００２５】
電池セル１１０では、高温環境に放置されたときや過充電が生じたとき等に、電極体１１２を構成する電解質が分解し、二酸化炭素等のガスが発生することがある。外装材１１４は、前述の通りに外周が接合部１１５によって熱溶着され、密封された電極体収容部１１４ａに電極体１１２が収容されているため、ガスの発生により電池セル１１０の内圧が上昇する。
【００２６】
前述の通り、通路部１１７は、表側（電極体収容部１１４ａ側）と裏側（平面部１１４ｂ側）とで、ラミネートフィルムが熱溶着されずに密着しており、或いは、接合部１１５よりも弱い接合強度で溶着されている。そのため、電池セル１１０の内圧が上昇すると、図５（ａ）に矢印Ｂで示すように、通路部１１７を膨らませながらガスが膨張部１１６へ向けて流れる。その後、ガスが通路部１１７を通過して膨張部１１６へ流出すると、ガス圧によって膨張部１１６は図５（ａ）に矢印Ｃで示す方向に広がり、図５（ｂ）に示すように箱形状に膨れる。このとき、膨張部１１６の高さ寸法Ｄは、電池セル１１０の厚さ寸法Ｅ以下となるように設計されている。
【００２７】
以上の説明の通り、本実施形態では、高温環境や過充電等に起因して電池セル１１０の内部でガスが発生しても、発生したガスを膨張部１１６へ流出させ、膨張部１１６を膨張させることによって、電極体収容部１１４ａに膨れが生じることを防止することができる。これにより、ひいては、電池パック１００に、膨れ（特に、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向と直交する面での膨れ）が生じてしまうことを抑制することができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向における通路部１１７の突出長さが正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの長さよりも短く、膨張部１１６を正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの間に納まる幅に設定した。これに対して、第２実施形態では、通路部１１７よりも突出長さの長い通路部と、膨張部１１６よりも幅の広い膨張部を有する構成としており、以下に図６乃至図８を参照して説明する。
【００２９】
図６（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る電池セル２１０の斜視図であり、図６（ｂ）は、電池セル２１０の分解斜視図である。電池セル２１０は、ラミネートフィルムからなる外装材２１４と、外装材２１４に収容される電極体１１２とを有する。なお、図６（ａ）では、電極体１１２の図示は省略されている。また、電極体１１２と、電極体１１２に設けられた正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂは、第１実施形態で説明したものと同じであるので、ここでの説明を省略する。
【００３０】
電極体１１２は、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの一端が外側へ突出するように、外装材２１４に設けられた電極体収容部２１４ａに収容される。外装材２１４は、電極体収容部２１４ａと対向することができるように折り曲げられた平面部２１４ｂを有する。電極体収容部２１４ａと平面部２１４ｂとを図６（ａ）に斜線部で示す接合部２１５において熱溶着することにより、電極体１１２は電極体収容部２１４ａに密封収容される。
【００３１】
外装材２１４において電極体収容部２１４ａから正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向に突出した突出部には、膨張部２１６が形成されている。また、外装材２１４において、平面部２１４ｂから正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向に突出した突出部には、溝部２１８が形成されている。
【００３２】
膨張部２１６は、図２を参照して説明した膨張部１１６と同様に、深絞り加工で箱形状に形成された後、形成された箱形状部を折り畳んだ形態とすることにより形成される。また、膨張部２１６は、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向において、通路部２１７の幅よりも広い幅で形成されている。これにより、膨張部２１６は、第１実施形態で説明した膨張部１１６よりも、膨張した状態において大きな容積を有する。
【００３３】
膨張部２１６と電極体収容部２１４ａとの間の通路部２１７は、電極体１１２でガスが発生した場合に、発生したガスを電極体収容部１１４ａから膨張部１１６へ流出させるための通路である。そのため、通路部２１７は、第１実施形態で説明した通路部１１７と同様に、外装材２１４であるラミネートフィルムの電極体収容部２１４ａ側の一部と平面部２１４ｂ側の一部とを、接合部２１５のように熱溶着せず或いは接合部２１５よりも弱い接合強度で溶着することにより形成されている。折り畳まれた膨張部２１６は、電池セル１１０の内部でガスが発生した場合に、発生したガスが通路部２１７を介して流入することによって箱形状へ戻る。
【００３４】
溝部２１８については、以下に図７及び図８を参照して電池パック２００について説明する際に、併せて説明する。
【００３５】
図７（ａ）は、電池セル２１０を備える電池パック２００の分解斜視図であり、図７（ｂ）は、電池パック２００の構造を示す部分断面図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）中に示す領域Ｆの拡大図である。なお、図７（ｂ）の断面図は、図３（ａ）に示す矢視Ａ−Ａに相当する断面で示されており、また、図６（ａ）に示されるように膨張部２１６が折り畳まれた形態で示されている。
【００３６】
電池パック２００は、ケース１４０及びカバー１３０からなる箱状の容器の内部に電池セル２１０と回路基板１２０とが収納された構造を有する。回路基板１２０、ケース１４０及びカバー１３０は、第１実施形態で説明した電池パック１００を構成するものと同じであるため、ここでの説明を省略する。また、電池パック２００の外観は、第１実施形態で説明した電池パック１００の外観（図３（ａ））と同じであるので、図示と説明を省略する。
【００３７】
電池セル２１０をケース１４０及びカバー１３０からなる容器に収容する際には、通路部２１７が溝部２１８の位置でコの字状（Ｕ字状）に折り曲げられることで、膨張部２１６は電池セル２１０と回路基板１２０との間に配置される。ここで、通路部２１７の折り曲げ部に溝部２１８が形成されているため、図７（ｃ）に示されるように折り曲げ部に空間が形成され、この空間によって通路部２１７でのガス流路を確保することができる。
【００３８】
図８は、電池セル２１０でガスが発生した場合の膨張部２１６と通路部２１７の作用を説明する断面図であり、図７と同じ視点で示されている。
【００３９】
電池セル２１０では、高温環境に放置されたときや過充電が生じたとき等に、電極体１１２を構成する電解質が分解し、二酸化炭素等のガスが発生することがある。外装材２１４は、前述の通りに外周が接合部２１５によって熱溶着され、密封された電極体収容部２１４ａに電極体１１２が収容されているため、ガスの発生により電池セル２１０の内圧が上昇する。
【００４０】
前述の通り、通路部２１７は、表側（電極体収容部２１４ａ側）と裏側（平面部２１４ｂ側）とで、ラミネートフィルムが熱溶着されずに密着しており、或いは、接合部２１５よりも弱い接合強度で溶着されている。そのため、電池セル２１０の内圧が上昇すると、ガスが図８（ａ）に矢印Ｇで示す方向に通路部２１７を膨らませながら流れる。
【００４１】
ガスが通路部２１７の折り曲げ部を通過するときには、折り曲げ部に溝部２１８が形成されてガス流路が確保されているため、ガスは滞りなく通路部２１７を進むことができる。その後、ガスが通路部２１７を通過して膨張部２１６へ流出すると、ガス圧によって膨張部２１６は図８（ａ）に矢印Ｈで示す方向に広がり、図８（ｂ）に示すように箱形状に膨れる。なお、膨張部２１６の高さ寸法Ｊは、電池セル２１０の厚さ寸法Ｋ以下となるように設計されている。
【００４２】
以上の説明の通り、本実施形態でも、高温環境や過充電等に起因して電池セル２１０の内部でガスが発生しても、発生したガスを膨張部２１６へ流出させ、膨張部２１６を膨張させることによって、電極体収容部２１４ａに膨れが生じることを防止することができる。これにより、ひいては、電池パック２００に、膨れ（特に、正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの突出方向と直交する面での膨れ）が生じてしまうことを抑制することができる。また、本実施形態では、膨張部２１６の容積を第１実施形態での膨張部１１６の容積よりも大きくすることができるため、多量のガスが発生した場合の電池パックの膨れ防止により効果的である。
【００４３】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。さらに、上述した各実施形態は本発明の一例を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００４４】
例えば、上記の実施形態では、通路部１１７，２１７を正極リード１１３ａ及び負極リード１１３ｂの間に設けた。しかし、これに限定されず、例えば、正極リード及び負極リードを近接させることで、正極リード及び負極リードが突出する面に生じたスペースから通路部を延出させる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１００，２００    電池パック
１１０，２１０    電池セル
１１４，２１４    外装材
１１４ａ，２１４ａ    電極体収容部
１１６，２１６    膨張部
１１７，２１７    通路部
１２０    回路基板
１３０    カバー
１４０    ケース
２１８    溝部
【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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【図８】
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