(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開口する積層フィルム製の袋体からなり、内部に電池の構成材料を収納し、電極リードを内部から外部に延長して開口部が封止される形式の電池ケースにおいて、電極リードが通る袋体の開口部が、内側の仕切りシール部と外側のシール部との２段階で封止され、電池の構成材料が収納される主室と電極リードが通る従属室とが設けられると共に、前記仕切りシール部が弱シール部を有し、且つ、従属室の電極リードに、内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構が設けられていることを特徴とする安全弁付き電池ケース。
【請求項２】
前記仕切りシール部の弱シール部が、電極リードが介在する部分を含む領域で仕切りシール部の幅を狭くした狭い幅のシール部で形成されていることを特徴とする請求項１記載の安全弁付き電池ケース。
【請求項３】
前記仕切りシール部の弱シール部が、該仕切りシール部を含む領域にパターン状に設けられたイージーピール性樹脂層のヒートシール部で形成されていることを特徴とする請求項１記載の安全弁付き電池ケース。
【請求項４】
前記従属室の電極リードに設けられた内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構が、外部出力側と電池側とに分割され、且つ、従属室内で、その端縁部同士が重なり合って接続する分割構造の電極リードで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の安全弁付き電池ケース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池の構成材料を収納して電池を形成する電池ケースに係り、特にリチウムポリマー電池などのシート状電池のケースに好適に用いられ、軽くて薄く、強靱で、水蒸気その他のガスバリヤー性などの性能に優れると同時に、安全弁構造を備え、安全性にも優れた電池ケースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電池の構成材料を収納する電池ケースには、通常、金属製のケースが用いられていた。しかし、ノート型パソコン、携帯電話など各種の電子機器の発達、普及に伴い、その軽量化、薄型化が進められると共に、これらに使用される電池についても、その重量をできるだけ軽くし、また、使用機器における電池用スペースを少なくできるよう軽量化、薄型化が求められている。
【０００３】
このような要望に応えるために、例えば、電池の電極や電解質などに、高分子材料を導入し、シート状などに軽量、薄型化した種々のシート状電池が研究開発されている。
そして、このようなシート状電池では、その外壁材となる電池ケースも同様に、薄くて軽いフィルム状であることが好ましく、例えば、プラスチックなどの基材フィルム層とバリヤー層、熱接着性樹脂層（シーラント層）などを積層した積層フィルムを用いて、一端が開口する袋状の電池ケースを作製し、内部に電池の構成材料を収納すると共に、電極端子を内部から開口部を通して外側に延長し、その開口部を熱接着により封止して、シート状電池を作製することが行われている。
【０００４】
このような電池ケースに用いる積層フィルムには、その軽さおよび薄さと共に、各種の強度や耐性、水蒸気その他のガスバリヤー性、熱封緘性、更に、電極端子との熱接着性など様々な性能が必要とされる。
このためには、例えば、中間層に水蒸気その他のガスバリヤー性に優れたアルミニウム箔などの金属箔を用い、その両側に、各種の強度、耐性を付与すると共に、金属箔を保護するために基材フィルムとして２軸延伸プラスチックフィルムを積層し、更に、最内層に熱接着性樹脂層（シーラント層）として、ポリエチレン、その他のポリオレフィン系樹脂を積層して積層フィルムを形成する方法が採られている。
【０００５】
リチウムポリマー電池などシート状電池のケースに、このような積層フィルムを用いることにより、各種の強度や耐性、そして、水蒸気その他のガスバリヤー性などの性能面では、略満足できるシート状電池を作製することができる。
【０００６】
一方、電池ケースに金属の深絞り容器を用いたリチウムイオン電池などでは、電池内部の温度の異常上昇による内圧の上昇から爆発の恐れがあるため、爆発防止のために、圧力開放弁が必ず設けられている。
この点、電池ケースに積層フィルムを用いたポリマー電池では、一般に、圧力開放弁は不要とされてきた。
しかし、ポリマー電池と言えども、安全性を一層高めるためには、圧力開放弁を備えていることが好ましく、何らかの安全弁を設けることが要望されるようになった。
【０００７】
このような背景から、積層フィルム製の電池ケースに圧力開放弁として、焙煎コーヒーの包装袋用に開発されたガス抜きバルブ（商品名  アロマフィンバルブ
ＢＯＳＣＨ社製）を取り付けたポリマー電池があった。
しかしながら、このようなガス抜きバルブは、袋内で発生したガスにより、内圧が一定のレベルに達した時、過剰のガスが放出されて内圧が一定の範囲に保たれるように構成されたもので、内圧が一定の値以上に上昇するのを防止する効果はあるが、バルブ自体にそれほどガスバリヤー性がなく、ポリマー電池に用いた場合、水蒸気その他のガスバリヤー性が低下し、電池の性能を低下させる問題があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ポリマー電池などの薄型で軽量の電池のケースを、各種の強度、耐性のほか、水蒸気その他のガスバリヤー性、熱封緘性を有する積層フィルムで形成すると共に、このケースの一部に、その水蒸気その他のガスバリヤー性を損なうことなく、誤使用などでケース内に一定の内圧が発生した時には、自動的に充・放電回路が切り離され、昇温および内圧上昇が停止し、ケースの破裂が防止されるという安全弁構造を設けることにより、前記各種の性能に優れると共に、安全性にも優れた電池ケースを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、以下の本発明により解決することができる。
即ち、請求項１に記載した発明は、一端が開口する積層フィルム製の袋体からなり、内部に電池の構成材料を収納し、電極リードを内部から外部に延長して開口部が封止される形式の電池ケースにおいて、電極リードが通る袋体の開口部が、内側の仕切りシール部と外側のシール部との２段階で封止され、電池の構成材料が収納される主室と電極リードが通る従属室とが設けられると共に、前記仕切りシール部が弱シール部を有し、且つ、従属室の電極リードに、内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構が設けられていることを特徴とする安全弁付き電池ケースからなる。
【００１０】
このような構成を採ることにより、電池ケースを形成する積層フィルムに、例えば、中間層にアルミニウム箔層を用い、その両側に２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムまたは２軸延伸ナイロンフィルムなどの２軸延伸プラスチックフィルムを積層し、更に最内層に熱封緘性に優れたポリオレフィン系樹脂層を積層した積層フィルムを用いることにより、電池ケースは、各種の強度や耐性に優れると共に、水蒸気その他のガスバリヤー性にも優れたものとなる。
【００１１】
そして、電池ケースは、電極リードが通るその開口部が、内側の仕切りシール部と外側のシール部との２段階で封止され、内部が、電池の構成材料の収納される主室と、電極リードが通る従属室とに分割されると共に、前記仕切りシール部に弱シール部が設けられ、且つ、従属室の電極リードに、内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構が設けられている。
このような安全弁構造では、その主室および従属室が外部と完全に遮断されているため、水蒸気その他のガスバリヤー性は良好に維持される。
【００１２】
また、このような安全弁構造により、誤使用などで電池ケースの主室内の温度が上昇し、この部分の内圧が上昇した場合には、一定の内圧に達した時、内側の仕切りシール部に設けられた弱シール部が剥離して従属室に内圧が逃がされ、この部分の内圧が上昇して膨らむ結果、シャットダウン機構が作動し、電極リードの接続が切り離されるため、充電または放電が停止し、内圧の上昇も停止される。従って、外側のシール部が破断されることはなく爆発が防止され、安全性にも優れた電池ケースを提供することができる。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、前記仕切りシール部の弱シール部が、電極リードが介在する部分を含む領域で仕切りシール部の幅を狭くした狭い幅のシール部で形成されていることを特徴とする請求項１記載の安全弁付き電池ケースからなる。
【００１４】
このような構成を採ることにより、電極リードと電池ケースの最内面層との熱接着性は、元々それほど強くないため、狭い幅のシール部で形成された弱シール部の剥離強度の調節を容易に行うことができ、内圧上昇により一層確実にシャットダウン機構が作動する安全弁付き電池ケースを提供することができる。
【００１５】
また、請求項３に記載した発明は、前記仕切りシール部の弱シール部が、該仕切りシール部を含む領域にパターン状に設けられたイージーピール性樹脂層のヒートシール部で形成されていることを特徴とする請求項１記載の安全弁付き電池ケースからなる。
【００１６】
このような構成を採ることにより、仕切りシール部に設ける弱シール部の剥離強度を所望の強度に調節できるため、内圧上昇によるシャットダウン機構の作動を一層確実に行える安全弁付き電池ケースを提供することができる。
【００１７】
そして、請求項４に記載した発明は、前記従属室の電極リードに設けられた内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構が、外部出力側と電池側とに分割され、且つ、従属室内で、その端縁部同士が重なり合って接続する分割構造の電極リードで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の安全弁付き電池ケースからなる。
【００１８】
このような従属室内の電極リードに設けるシャットダウン機構は、正極と負極の電極リードのうち、いずれか一方に設けてもよく、また、両方の電極リードに設けることもできる。
そして、内部側（電池側）と外部側に分割された電極リードは、従属室内において、それぞれ互いに対向する反対側の電池ケースの内面に熱接着などで接着させておくことにより、シャットダウン機構の作動時、即ち、内圧上昇により従属室が膨らんだ時、分割された電極リードの重なり部（接続部）が確実に切り離されて充・放電回路が切断されるようになる。
【００１９】
従って、このような構成を採ることにより、誤使用などで電池ケースの主室内の温度が上昇し、この部分の内圧が上昇した場合には、一定の内圧に達した時、内側の仕切りシール部に設けられた弱シール部が剥離して従属室に内圧が逃がされ、従属室の内圧が上昇して膨らむ結果、確実にシャットダウン機構が作動し、分割構造の電極リードの接続部が切り離されて内圧上昇が停止され、電池ケースの爆発を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の安全弁付き電池ケースの材料、加工方法など、その実施の形態について説明する。
本発明の安全弁付き電池ケースに用いる積層フィルムは、特に限定はされないが、例えば、中間層に水蒸気その他のガスバリヤー層としてアルミニウム箔層などの金属箔層を用い、その両側に各種の強度および耐性に優れた２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（以下ＰＥＴフィルム）、２軸延伸ナイロンフィルム（以下ＯＮフィルム）、２軸延伸ポリプロピレンフィルム（以下ＯＰＰフィルム）などの２軸延伸プラスチックフィルムを金属箔層の保護を兼ねた基材フィルム層として積層し、更に、最内層に熱封緘性に優れたポリオレフィン系樹脂層を積層して構成することが好ましい。
【００２１】
金属箔層の両側に積層する基材フィルムとしての２軸延伸プラスチックフィルムには、前記ＰＥＴフィルム、ＯＮフィルム、ＯＰＰフィルムなどを用いることができ、これらは単独のフィルムを用いてもよく、また、他のフィルムと積層した積層フィルムを用いてもよい。
【００２２】
上記２軸延伸プラスチックフィルムのうち、特にＰＥＴフィルムは、吸湿性が低く、剛性、引張り強度、折り曲げ強度、衝撃強度、耐擦傷性、耐熱性、耐水性などに優れ、総合的にバランスの採れた性能を有し、且つ、価格も比較的安価で経済性にも優れていることから好適に使用することができる。
ＯＮフィルムは、吸湿性はＰＥＴフィルムよりやや高いが、柔軟性に富み、突き刺し強度、衝撃強度、折り曲げ強度、耐寒性などに優れており、このような性能が重視される場合には、好適に使用することができる。
ＯＰＰフィルムは、防湿性、耐水性、耐薬品性のほか、引張り強度、折り曲げ強度などに優れ、また、特に安価であることも大きな利点である。
【００２３】
このような２軸延伸プラスチックフィルムを中間層の例えばアルミニウム箔層の両面に積層する方法は、特に限定はされず、公知のドライラミネーション法、押し出しラミネーション法などにより積層することができる。只、特にラミネート強度を強くしたい場合には、ドライラミネーション法を用いることが好ましい。
このような２軸延伸プラスチックフィルムの厚さは、金属箔層の外側に用いる場合は、８〜８０μｍが好ましく、１２〜４０μｍが更に好ましい。また、金属箔層の内側に用いる場合は、それほど厚くする必要はなく、８〜３０μｍ程度が適当である。
【００２４】
次に、中間層の金属箔層には、アルミニウム箔のほか、銅箔なども使用できるが、アルミニウム箔の方が汎用されており、各種の厚さで入手し易く、軽量で加工性、経済性にも優れている点で好ましい。
アルミニウム箔を用いる場合、その厚さは、７〜２５μｍ程度が適当である。
アルミニウム箔層の厚さが、７μｍ未満の場合は、ピンホールが多くなり、水蒸気その他のガスバリヤー性が低下するため好ましくなく、また、２５μｍを超える厚さは、既に充分なガスバリヤー性があり、その必要性がなく、むしろ経済性の面で不利となるため好ましくない。
【００２５】
尚、中間層に、例えば、厚さ９μｍのアルミニウム箔を用いた場合、その水蒸気透過度として、０．０１ｇ／（ｍ2 ・２４ｈｒｓ）、（４０℃、９０％ＲＨ）以下の性能が容易に得られ、これを更にレベルアップすることも容易である。
【００２６】
そして、積層フィルムの最内層には、熱接着性樹脂層（シーラント層）として熱封緘性に優れたポリオレフィン系樹脂層を積層するが、具体的には、ポリエチレンのほか、その共重合体であるエチレン−α・オレフィン共重合体系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン−アクリル酸エステル共重合体系樹脂、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体系樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体系樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体系樹脂、その他、酸変性ポリオレフィン系樹脂、アイオノマーなどを使用することができる。これらは単独で用いてもよく、二種以上をブレンドして用いてもよい。
【００２７】
これらの中から、電極リードの表面の材質（表面被覆の有無）を考慮して、適するものを適宜選択して使用することができる。
特に、電極リードが、表面被覆がなく裸の金属箔などで形成されている場合は、ポリオレフィン系樹脂層にエチレン−アクリル酸共重合体系樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体系樹脂、その他、酸変性ポリオレフィン系樹脂、アイオノマーなどを使用することが熱接着性を良くすることができる点で好ましい。
このような最内層のポリオレフィン系樹脂層の厚さは、１５〜１００μｍが好ましく、３０〜８０μｍが更に好ましい。
【００２８】
最内層のポリオレフィン系樹脂層を積層する方法は、公知の押し出しコート法を採ることが簡便であるが、予めフィルム状に製膜したポリオレフィン系樹脂フィルムをドライラミネーション法、または押し出しラミネーション法で積層することもできる。
【００２９】
このような積層フィルムの構成の代表的な例として、下記のような構成が挙げられる。但し、積層に使用する前処理や接着層などは省略して記載した。
（１）ＰＥＴフィルム（厚さ１６μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
（２）ＯＮフィルム（厚さ１５μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
（３）ＯＰＰフィルム（厚さ２０μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
（４）ＰＥＴフィルム（厚さ１６μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＯＰＰフィルム（厚さ２０μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
（５）ＰＥＴフィルム（厚さ１６μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＯＮフィルム（厚さ１５μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
【００３０】
（６）ＯＮフィルム（厚さ１５μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
（７）ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ＯＮフィルム（厚さ１５μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕
（８）ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ＯＰＰフィルム（厚さ２０μｍ）／アルミニウム箔（厚さ９μｍ）／ＰＥＴフィルム（厚さ１２μｍ）／ポリオレフィン系樹脂層（厚さ４０μｍ）〔最内層〕などである。
【００３１】
本発明の安全弁付き電池ケースは、以上のような積層フィルムを一端が開口する袋状にヒートシールして形成するが、その形状は自由であり、所望の形状の袋体に形成することができる。
そして、袋体の内部に電池の構成材料を収納し、電極リードを内部から外側に延長して開口部を封止する際、電極リードが通る開口部を、内側の仕切りシール部と外側のシール部との２段階で封止して、電池の構成材料が収納される主室と電極リードが通る従属室とを設けると共に、内側の仕切りシール部に弱シール部を設け、更に、従属室の電極リードに、内圧上昇により接続が切り離されるシャットダウン機構を設けて安全弁とするものである。
【００３２】
このような電極リードのシャットダウン機構としては、例えば、先に説明したように、電極リードを内側の電池側と外側の外部出力側とに分割し、且つ、両者の端縁部同士が、正常時には、従属室内で重なり合って接続し、従属室が内圧で膨らんだ際には、両者の電極リードが互いに対向する電池ケースの反対側の内面に接着されていて、重合部の接続が切り離されて充・放電回路が切断される構造とすることができる。
【００３３】
また、別の方法としては、前記従属室内を通る電極リードを分割することなく、リボン状の電極リードとして、その側部にノッチ状の切り込みを設け、或いは、ミシン目状などの断続的な切り目線を設けて切れ易くし、且つ、その切り込み、または切り目線の両側を互いに対向する反対側の電池ケースの内面に接着させた構造として、従属室が内圧で膨らんだ時に、互いに反対側に引っ張られて電極リードが、前記切り込みまたは切り目線で切断され、充・放電回路が切断されるように構成することもできる。
【００３４】
【実施例】
以下、実施例の図面を参照して本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明はこれらの図面に限定されるものではない。
【００３５】
図１は、本発明の安全弁付き電池ケースにより作製されるシート状電池の一例を示す模式平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ線における拡大断面図であり、（イ）は、電極リード接続時（正常時）の断面図で、（ロ）は、安全弁作動時（シャットダウン機構作動時）の断面図である。
【００３６】
図１において、シート状電池２００は、その外周が電池ケース１００で形成されており、この電池ケース１００は、積層フィルム１をその最内層同士が接するように底部２で折り返し、両側の端縁部を胴部シール部３でヒートシールして、上部が開口する袋体に形成される。
そして、本発明では、上記電池ケース１００に電池の構成材料を収納し、内部から開口部を通して外側に正極と負極の電極リードを延長して封止する際、下記のように構成して安全弁構造を付加するものである。
【００３７】
即ち、電池ケース１００の内部に電池の構成材料を収納した後、内部から開口部を通して外側に延長する正極と負極の電極リードのうち、一方は、通常のシート状電池の場合と同様な電極リード７とし、もう一方の電極リードを電池側の電極リード７b と外部出力側の電極リード７a とに分割した構成とする。
そして、開口部のヒートシールを、内側の仕切りシール部４と外側のシール部６との２段階に分けてヒートシールし、電池の構成材料が収納される主室９と電極リードが通る従属室１０の２室が設けられるようにする。
【００３８】
また、上記仕切りシール部４には、電極リード７b が介在する位置に、仕切りシール部の幅を狭くした狭い幅のシール部５を設けて弱シール部を形成する。
そして、前記従属室１０内において、電池側の電極リード７b と外部出力側の電極リード７a とを、その端縁部同士が重なり合って電気的に接続するように形成すると共に、それぞれの電極リード７a 、７b の一方の面を、互いに対向する反対側の電池ケースの内面に熱接着などで接着させて構成する。
【００３９】
この時、電極リード７a と電極リード７b との間には、必要に応じて、両者の重合部を切り欠いた非熱接着性の電極リードセパレーター８を介在させ、その一端を外側シール部６の一部に噛み込ませて仮着、固定することができる。
このような電極リードセパレーター８を設けることにより、前記電極リード７a 、７b の電池ケース内面への熱接着などの作業が容易になると共に、従属室１０が内圧で膨らんだ際の電極リード７a 、７b の接続切り離しも容易に行われるようになる。
【００４０】
また、電極リード７a と電極リード７b の重合部の正常時の接続を確実にするためには、外側シール部６のヒートシールを真空シール方式または脱気シール方式で行うことが好ましく、更には、重合部に凹凸状などの型押しを施すこともできる。
【００４１】
電池ケース１００にこのような安全弁構造を設けることにより、シート状電池２００は、正常時は、図１のＡ−Ａ線の断面は、図２の（イ）の拡大断面図に示すように、電極リード７a 、７b の端縁部同士が密着して接続状態にあるが、誤使用などで発熱し、主室９の内圧が上昇した場合には、一定の内圧で前記仕切りシール部４に設けられた狭い幅のシール部５（弱シール部）が剥離して、内圧が従属室１０に逃がされ、従属室１０の内圧が上昇し、図２の（ロ）に示すように従属室１０が膨らみ、電極リード７a と電極リード７b の接続が切り離されるため、充・放電回路が切断され、発熱および内圧上昇が停止し、電池ケースの破裂を防止することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明によれば、薄くて軽く、柔軟性があり、各種の強度や耐性のほか、水蒸気その他のガスバリヤー性、熱封緘性などの性能に優れると共に、誤使用などで電池ケース内の内圧が上昇した場合でも、所定の圧力で充・放電回路が自動的に切断されて内圧上昇が停止し、電池ケースの破裂を防止できるという安全性にも優れた安全弁付き電池ケースを提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の安全弁付き電池ケースにより作製されるシート状電池の一例を示す模式平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における拡大断面図であり、（イ）は、電極リード接続時（正常時）の断面図、（ロ）は、安全弁作動時（シャットダウン機構作動時）の断面図である。
【符号の説明】
１  積層フィルム
２  底部
３  胴部シール部
４  内側の仕切りシール部
５  狭い幅のシール部
６  外側のシール部
７、７a 、７b   電極リード
８  電極リードセパレーター
９  主室
１０  従属室
１００  電池ケース
２００  シート状電池
【図１】
0004354028.tif 000002
【図２】
0004354028.tif 000003