【０００１】
本発明は、柔軟な積層体材料からなるケースに収納されるポリマー電池に関する。
【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、大抵の場合、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、携帯電話等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ア層、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（以下、タブと記載）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】
一方で、リチウム系の電池は外部からの水分の浸入で性能が低下することが確認されており、特に完全な水蒸気バリア性が求められている。
そこで、このような電池ケースに用いるフィルムには、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ア性、熱封緘性、更にタブとの熱接着性など様々な性能が必要となる。
このためには、例えば、中間層に水蒸気その他のガスバリア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】
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ア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】
【発明が解決しようとする課題】
一方、電池は急速な充電放電に伴い内部からガスを発生させる可能性がある。内部からガスを発生することは、電池としては異常状態を示すものであり、当該電池が使用状態にある際には、当該電池を用いて機能している機器に障害を及ぼすおそれがあり、即刻、通電を遮断させなければならない。
従来の金属製のケースに収納された電池においては、ガスの圧力が高まると爆発の危険があるために、一定圧力においてガス抜けが可能な安全弁が設けられていた。この点、電池ケースに積層フィルムが用いられているポリマー電池では、一般に、圧力開放弁は不要とされてきた。しかし、ポリマー電池でも、安全性を一層高めるためには、圧力開放弁またはその他の圧力上昇防止対策をすることが要望されるようになってきた。そして、前記圧力開放弁または同様の効果を示す方法が提案されつつある。
このように、電池内部に発生したガスを開放する技術が提供されたとしても、電池が使用状態にある場合には通電は継続している。電池内にガスが発生した場合、通電の遮断は必要であるが、従来は、内部からのガスの発生の際に流れている電流の遮断を可能とする機構を有するポリマー電池は提供されていなかった。
そこで、本発明の課題は、薄くて、軽く、各種の強度、耐性のほか、水蒸気その他のガスバリア性、熱封緘性などに優れると共に、特に柔軟な積層体からなるケースを用いる電池であって、ケース内にガスが発生した場合、電池の回路を通電遮断し、使用する電器器具等を破損させることなく、また、電池の放電を防止する構造を有するポリマー電池を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
柔軟な材料からなる電池ケースに収納され、電池セルから延長された正極集電体および負極集電体であるタブが前記ケース内に存在するポリマー電池において、前記電池のケース内の前記タブ部分の少なくともその一部が重複接触させたタブ重合部を形成したポリマー電池であって、前記タブ重合部のタブの非重合面が、それぞれが接しているケースの内面に接着されていてもよく、また、前記ポリマー電池は硬質の外容器内に収納され、該外容器の内側に、前記タブ重合部を加圧することを可能とする加圧装置を取り付けたポリマー電池パックとしてもよく、その加圧装置が板バネ又はスプリングバネまたは、弾性体であってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる電池の具体的な構造とガス発生時の機能について図面等を用いて説明する。
図１は、本発明のポリマー電池の実施例とその構造を説明する図で、（ａ）上面図、（ｂ）通電状態のＸ−Ｘ部の断面図、（ｃ）通電遮断時のＸ−Ｘ部断面図であり、（ｄ）はＹ１ の拡大図、（ｅ）はＹ２ の拡大図である。図２は、本発明の加圧装置の実施例を示す図で、（ａ）板バネの例、（ｂ）巻きバネでの例を示し、（ｃ）はＸ−Ｘ部の断面図、（ｄ）Ｘ−Ｘ部の断面図である。図３は、本発明の加圧装置が、電池を用いる器具に装着されている例を示す概念図である。図４は、本発明のポリマー電池のケースの材質を説明する積層体の断面図である。
【０００９】
本発明はポリマー電池の基本的な構造を変更することなく、電池ケース内にガスが発生した場合に、電池の通電が遮断する機構を付与するものである。
本発明にかかる電池の具体的な構造例としては、前記ポリマー電池のケースに用いられる積層フィルムを、各種の強度、耐性のほか、水蒸気その他のガスバリア性、熱封緘性を有する構成で形成すると共に、ケース内のタブの本体からシール部に到る中間部において、重複重合により接触する構造の部分（以下、タブ重合部と記載する）を設ける。該タブ重合部は、正極、負極のいずれか一方に設けても良いし、また、両方に設けてもよい。
図１（ａ）が本発明のポリマー電池の実施例を示す包装外観である。本実施例におけるケースは、四方シール袋形式である。図１（ｂ）に示すように、電池のセルは、前記四方シール形式のパウチ（ケース）内に包装される。そして、タブＴ１ は、前記セルから延長され、シール部を貫通しているが、タブＴ２ Ａは、セルから延長されたタブはケース内部の中間位置までの長さとし、タブＴ２ Ｂは、前記タブＴ１ と重複接触しシール部を貫通するものとする。
つまり、タブＴ２ Ａ、タブＴ２ Ｂの断面図が、図１（ｂ）でありこの状態で外部への通電が可能となる。
ポリマー電池は、電池の構成材料である電解液及びその含浸体支持体或いは、正極集電体、負極集電体であるタブ等を電池ケースに収納し真空状態において密封シールすることによって作られる。前記タブ重合部は、大気圧により前記ケースが常に圧着されているために、図１（ｂ）または図１（ｄ）に示すように、タブ重合部７において接触し通電状態に保持されている。
【００１０】
ところが、ポリマー電池内においてガスが発生すると、ケース内の真空系が解除され、前記タブ重合部付近のケースは、正常な状態においては、図１（ｄ）に示すようにタブ重合部において、タブＴ２ ＡとタブＴ２ Ｂとは接触しているが、内圧の上昇によって、ケース内の真空状態が緩み、ケース２は矢印方向に広がる。その広がりは、内圧の上昇により、図１（ｅ）に示すように最大にまで広がる。その結果、前記タブ重合部７において、重合タブ部タブＴ２ ＡとタブＴ２ Ｂとが分離し、接触通電が遮断することになる。図１（ｅ）からも明らかに、重合タブ部において、タブが接しているケース内面とタブとが接着されていると、前記分離がより確実となる。
前記のような構造において、タブＴ２ Ａはケースの下側フィルムに融着され、いること、タブＴ２ Ｂはケースの上側フィルムに融着される構造とすることにより、電池内に発生するガスの発生によって、前記重合タブ部において、より確実に分離される。
【００１１】
ポリマー電池は、その取扱い易さ、電池そのものの外圧からの保護等のために硬質な材料からなる外容器に収納し、ポリマー電池パックとすることがある。
本発明にかかるポリマー電池において、前記ポリマー電池パックとした場合には、前記タブ重合部をより確実に接触させるために、さらに、電池の外容器に前記タブ重合部をより確実に押圧するための加圧装置を設けることができる。
前記加圧装置は電池主体の内部から発生するガスによる内圧の上昇により袋体内部の重合接触部において剥離し、電流が遮断するものであれば加圧の方法を問わない。
例えば、図２（ａ）に示すように、外容器の内側に板バネを装着しても良いし、また、図２（ｂ）に示すように、スプリングバネによる加圧であってもよい。
前記加圧装置の代表的なものとして、図２にバネによる方法を２例を例示したが、前記加圧装置は、ケース内に発生するガスの圧力に対し後退する作用を示す機構であれば、材質・構造についてはどのようなものでも良い。
例えば、図示はしないが、前記タブ重合部を押圧する位置において、外容器の身蓋により圧縮力がかかるように、弾性体の高さを設定して、重合部を加圧する弾性を有する弾性体を挿入する方法によることもできる。
【００１２】
本発明の電池においては、外容器の内面に加圧装置を装着するが、図３に示すように加圧装置が当該電池を使用する機器９の電池格納部内に装着されていてもよい。
【００１３】
本発明の電池ケースは、前述のように柔軟な材質からなり、電池のケースとして要求される機能を発揮するために、それぞれに特徴を有する素材をラミネートすることにより形成される積層体としている。そして、前記積層体を袋状に成形し電池本体を収納して密封することによりポリマー電池とする。
前記積層体の基本的な材質構成は図４に示すように、基材層、バリア層、補強層および熱接着性樹脂層からなる。前記基材層あるいは補強である。
【００１４】
次に本発明のポリマー電池において用いられる素材及びケースの積層体構成などについて説明する。本発明に係る電極構造のタブは、銅、アルミニウム等の金属箔を用いることが多い。一方、電池のケースは、柔軟な積層体からなっている。
【００１５】
本発明のポリマー電池セルを収納するケース１は、外部からの水蒸気、腐食性ガス等を遮断し、また、セルが輸送中や使用時に受ける突き刺し、摩擦等により損傷しないように保護する材質とするために、各種素材をラミネートした積層体とする。
前記積層体として具体的な層構成の実施例としては、図４に示すように次のような構成とすることができる。
（外側）最外層／バリア層／補強層／シーラント層 （内側）
そして、前記の各層間はドライラミネーションあるいはサンドイッチラミネーションにより積層が可能である。
そして、前記の各層間はドライラミネーションあるいはサンドイッチラミネーションにより積層が可能である。
【００１６】
上記積層体１０の総厚みとしては５０μｍ〜４００ μｍが好ましい、その総厚みが５０μｍ未満の場合には水蒸気バリア性およびフィルム強度に劣り、電解液へ水分が入り込む危険性がある。上記層構成の総厚みが４００ μｍを超えると、ヒートシール適性が低下しケースとしての重量が増加し、器具の軽量化に逆行する。また、水蒸気やガス遮断性等の点からも、４００ μｍを超えた厚さの効果は期待できない。 前記例における積層材料を構成する各層はそれぞれの物性により選択される。具体的な積層材料として、次のような構成例とすることができる。
（外側） ＰＥＴ／ＡＬ／ＰＥＴ／（またはＮｙ）／ＥＭＡＡ （内側）
〔略号 ＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート、ＡＬ： アルミニウム（箔）、Ｎｙ： ナ イロン、ＥＭＡＡ： エチレンメタクリル酸〕
【００１７】
前記最外層１１は、ケース１の表面層となるため、絶縁性を有すること、そして表面が平滑であり、耐薬品性をはじめ、耐摩擦性があり、引っ張りや突き刺し等に対する強度を有するもので器具のケース外部から受ける種々の物理的、化学的破損または分解から器具を保護する機能が求められる。最外層としての具体的な材質は、各種樹脂好ましくはＰＥＴ から製膜される二軸延伸フィルムが望ましい。最外層の厚みは５ 〜３０μｍが好ましい。最外層の厚みが５ μｍ未満では外部からの突き刺しに対する抵抗する強度が劣り、また、ピンホールの発生の危険性が大きい。最外層が３０μｍを超える厚さではケース成形時のヒートシール性に影響し、生産効率の低下の要因となる。
【００１８】
前記最外層１１の次にバリア層１２を設けることが好ましい。該バリア層１２は、特に水蒸気や各種ガスが器具のケース内に浸入または透過させないための遮断機能（バリア機能）のための材料である。前記バリア層１２を構成する具体的な材え質としては、アルミ箔等の金属を用いることが望ましい。バリア層としてアルミ箔を用いる場合には、その厚さは５ 〜３０μｍ程度が望ましい。前記アルミ箔の厚さが５ μｍ未満の場合ではピンホール数が多くなりバリア性に劣る。前記アルミ箔の厚さが３０μｍを超えるとケース形成の生産性に支障を及ぼす。そして、前記アルミ箔等の金属箔が、積層体の素材として含むケースの場合に、タブＴと前記金属箔等の導電性の素材の端部断面とが接触しショートなどのトラブルを起こす要因となる。バリア層１２として、非導電性素材をもちいれば、前記ショートなどのトラブルは避けられるが、バリア性の低下は避けられない。
【００１９】
前記バリア層１２の内側に補強層１３を設けることが好ましい。該補強層１３を付加することによって電池ケース２としての強度が補強できる。特に突起物による電池ケース２の損傷に対しての補強が望まれる。補強層１３としてはポリエチレンテレフタレートあるいはナイロン等の二軸延伸フィルムを好適に用いることができる。補強層１３の厚さは５ 〜３０μｍが望ましい。補強層１３の厚さが５ μｍ未満であると器具本体Ｄからの耐突き刺し性に劣り、ピンホールを発生し易く、また、補強層１３の厚さが３０μｍを超えると成形時のシール性に影響する。
【００２０】
電池ケース２の積層体１０の最内層は熱接着性樹脂層１４とする。前記熱接着性樹脂層１４の材質としては、ケースの成形において、必要な部位を接着するが、前述のように、電池のケースの形成法としては熱融着による接着法（ヒートシール法）が作業性、密封性などの点で望ましい。前記ヒートシールする場合には、熱融着性を有する樹脂から選択するすることになるが、タブＴに対しても熱融着可能な材質とする。熱接着性樹脂層１４としては、積層体の内面同士のヒートシール性、前記のようにタブＴの金属箔に熱融着可能な材料を用いる。具体的には、エチレンアクリル酸（ＥＡＡ）、エチレンメタクリル酸（ＥＭＡＡ）、エチレンエチルアクリレート（ＥＥＡ）、アイオノマー等のようなポリオレフィンの共重合体を用いることが望ましい。
【００２１】
熱接着性樹脂層１４の形成は、あらかじめ、前記の樹脂を用いて製膜したフィルムを前記補強層１３の面にラミネーションしても良いし、前記補強層１３の面に押出機を用いて樹脂を溶融押出しすることにより層を形成してもよい。シーラントの厚さとしては１０〜 １００μｍが望ましい。熱接着性樹脂層１４の厚さが１０μｍ未満ではケース内部に収納した器具本体からの耐突き刺し性に劣り、ピンホールを発生し易い。また、熱接着性樹脂層１４の厚みが １００μｍを超えるとケース２形成における熱融着 （ヒートシール） に時間を要し、生産効率が悪くなる。
前記最外層１１、バリア層１２、補強層１３および熱接着性樹脂層１４の各層間の接着は、前述のように、ポリウレタン系接着剤によるドライラミネーション、接着性樹脂を前記各層間に押出して接着剤させるサンドイッチラミネーション等の技法により積層することができる。
【００２２】
本発明のポリマー電池１の硬質の外容器３は、硬質の材質、通常はプラスチック樹脂を用いて、射出成形方により薄型の形状に成形する。前記プラスチック樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、アクリロニトリル・スチレン、ポリウレタン等が挙げられる。
【００２３】
以上説明したように、本発明のポリマー電池は、電池ケース２を破袋することなく通電を遮断するため、内容物が外に出ることがない。
電極の遮断に、内圧の上昇によって押し戻されるバネを使うことにより、温度による影響を受けず、動作圧力も任意に選ぶことが可能になる。
また、電極の遮断に、内圧の上昇によって押し戻されるバネを使うことにより動作圧力も任意に選ぶことが可能になる。内部構造が簡略化された為、その生産性がよい。
ポリマー電池における従来の安全対策は、ガス抜きが中心であったが、本発明のポリマー電池のケースはハイバリアーを保持でき、内部にガスが発生してもガスを漏洩させることがない。
【００２４】
【実施例】
薄型ポリマー電池においてそのケース及びタブ構造を下記のように設定し、試作、評価した。
ポリマー電池：
電池ケース：サイズ６０ｍｍ×９５ｍｍ（ 外寸） の三方シールタイプのパウチ
タブ重合部：タブ（ 正極） に重合部を設けた。タブ巾 ５ｍｍで重合の長さ５ｍｍ とした。
ケースの積層体は、次のような構造とした。
ＰＥＴ１２／ＡＬ１５／ＤＬ／ＯＮ１５／ 酸変性ポリオレフィン※１）４０
［ 略号 ＯＮ ：２軸延伸ナイロンフィルム］
※１）アドマーＮＦＯＯ６Ｏ（三井石油化学工業株式会社製 商品名）
タブとケース内面とはヒートシールによるポイントシールによりスポット的に熱融着した。
ケースの密封は真空包装機械を用いてシールした。得られたポリマー電池のケースに空気注入のゴム栓を接着して、使用する機器に装着し、通電中に空気を注入したところ通電が遮断した。
さらに、前記ポリマー電池を、ＡＢＳ 製の外容器に収納し、加圧部面積３ｍｍ２の円盤により前記タブ重合部を押圧した。
そして、前記と同様にして使用機器に装着して通電状態において空気を注入したところ通電が遮断した。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のポリマー電池は、そのケース内部にガスが発生した場合に、ケースを破壊することなく通電を遮断することができるため内容物が外に出ない。
内圧の上昇によって押し戻されるバネを使うことにより、通電を遮断するために、温度内容物の影響を受けず、動作圧力も任意に選ぶことが可能になる。
特に袋の強度を落とすことなく、極低圧での安定動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリマー電池の実施例とその構造をを説明する図で、（ａ）上面図、（ｂ）通電状態のＸ１ −Ｘ１ 部の断面図、（ｃ）通電遮断時のＸ２ −Ｘ２ 部断面図であり、（ｄ）はＹ１ の拡大図、（ｅ）はＹ２ の拡大図である。
【図２】本発明の加圧装置の実施例を示す図で、（ａ）板バネの例、（ｂ）巻きバネでの例を示し、（ｃ）はＸ２ −Ｘ２ 部の断面図、（ｄ）Ｘ３ −Ｘ３ 部の断面図である。
【図３】本発明の加圧装置が、電池を用いる器具に装着されている例を示す概念図である。
【図４】本発明のポリマー電池のケースの材質を説明する積層体の断面図である。
【符号の説明】
１ 電池
２ 電池ケース
３ 外容器
４ セル（蓄電部）
５ タブ（電極端子）
６ 加圧装置
７ タブ重合部
８ シール部
９ 機器
１０ 電池ケースの積層体
１１ 基材層
１２ バリア層
１３ 補強層
１４ 熱接着性樹脂層[0001]
The present invention relates to a polymer battery housed in a case made of a flexible laminate material.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a metal case has been used in most cases as a battery case for accommodating constituent materials of the battery. However, with the development and spread of various electronic devices such as notebook personal computers and mobile phones, their weight and thickness have been reduced, and the batteries used in these devices have been made as light as possible. Lighter and thinner devices are required to reduce battery space in equipment.
[0003]
In order to meet such demands, for example, various sheet-shaped batteries that are made light and thin in a sheet shape by introducing a polymer material into an electrode or an electrolyte of the battery have been researched and developed.
In such a sheet-like battery, the battery case serving as the outer wall material is also preferably in the form of a thin and light film. For example, a base film layer such as plastic and a barrier layer, and a heat-adhesive resin layer (Sealant layer) and the like, a bag-shaped battery case with one end opened is manufactured using a laminated film in which the constituent materials of the battery are stored, and the electrode terminals (hereinafter, referred to as tabs) are inserted from the inside. 2. Description of the Related Art A sheet-shaped battery is manufactured by extending outward through an opening and sealing the opening by thermal bonding.
[0004]
On the other hand, it has been confirmed that the performance of lithium-based batteries deteriorates due to intrusion of moisture from the outside, and in particular, complete water vapor barrier properties are required.
Therefore, the film used for such a battery case needs not only its lightness and thinness, but also various performances such as various strengths and resistances, gas barrier properties such as water vapor and the like, heat sealing properties, and thermal adhesion properties to tabs. It becomes.
For this purpose, for example, a metal foil such as an aluminum foil having excellent gas barrier properties of water vapor or the like is used for the intermediate layer, and on both sides thereof, various strengths and resistances are given, and a base material for protecting the metal foil is provided. A method of laminating a biaxially stretched plastic film as a film and laminating a polyethylene or other polyolefin-based resin as a heat-adhesive resin layer (sealant layer) as an innermost layer to form a laminated film has been adopted.
[0005]
By using such a laminated film in a case of a sheet-shaped battery such as a polymer battery, it is possible to produce a sheet-shaped battery which is almost satisfactory in various strengths, durability, and performance such as water vapor and other gas barrier properties. .
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
On the other hand, batteries may generate gas from the inside due to rapid charge and discharge. The generation of gas from the inside indicates an abnormal state of the battery, and when the battery is in use, there is a danger that equipment operating with the battery may be damaged. , Must be turned off.
In a conventional battery housed in a metal case, a safety valve capable of releasing gas at a constant pressure is provided because there is a risk of explosion when the pressure of gas increases. In this regard, a polymer battery in which a laminated film is used for a battery case generally does not require a pressure release valve. However, in order to further enhance the safety of a polymer battery, it has been required to take a pressure relief valve or other measures to prevent a pressure rise. And, the above-mentioned pressure relief valve or a method showing a similar effect is being proposed.
As described above, even if the technology for releasing the gas generated inside the battery is provided, energization is continued when the battery is in use. When gas is generated in the battery, it is necessary to cut off the current supply.However, conventionally, a polymer battery having a mechanism capable of cutting off a current flowing when gas is generated from the inside has not been provided. Was.
Therefore, an object of the present invention is a thin and light battery having various strengths and resistance, as well as excellent water barrier and other gas barrier properties, heat sealing properties, and the like, and a battery using a case made of a particularly flexible laminate, An object of the present invention is to provide a polymer battery having a structure in which when a gas is generated in a case, the circuit of the battery is de-energized, the electric appliances used are not damaged, and the battery is prevented from being discharged.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In a polymer battery which is housed in a battery case made of a flexible material and has tabs serving as a positive electrode current collector and a negative electrode current collector extended from a battery cell in the case, in the case of the tab portion in the battery case, A polymer battery in which at least a part thereof has a tab overlap portion formed in overlapping contact, wherein the non-overlapping surface of the tab of the tab overlap portion may be bonded to an inner surface of a case in contact with each other, The polymer battery may be housed in a hard outer container, and may be a polymer battery pack provided with a pressurizing device capable of pressurizing the tab overlapping portion inside the outer container. May be a leaf spring, a spring, or an elastic body.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The specific structure of the battery according to the present invention and the function when gas is generated will be described with reference to the drawings and the like.
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment of a polymer battery according to the present invention and its structure. FIG. 1 (a) is a top view, (b) is a cross-sectional view of a section XX in an energized state, and FIG. an X cross-sectional view, (d) is an enlarged view of the Y 1, (e) is an enlarged view of a Y 2. FIGS. 2A and 2B are diagrams showing an embodiment of the pressurizing device of the present invention. FIG. 2A shows an example of a leaf spring, FIG. 2B shows an example of a wound spring, FIG. d) It is sectional drawing of the XX section. FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example in which the pressurizing device of the present invention is mounted on a device using a battery. FIG. 4 is a cross-sectional view of a laminate illustrating the material of the case of the polymer battery of the present invention.
[0009]
The present invention provides a mechanism for shutting off the current supply of a battery when gas is generated in the battery case without changing the basic structure of the polymer battery.
As a specific structural example of the battery according to the present invention, a laminated film used in the case of the polymer battery is formed with a structure having various strengths, resistance, water vapor and other gas barrier properties, and heat sealing properties. In a middle part from the main body of the tab in the case to the seal part, a part having a structure (hereinafter, referred to as a tab overlap part) contacting by overlap polymerization is provided. The tab overlapping portion may be provided on either one of the positive electrode and the negative electrode, or may be provided on both.
FIG. 1A is an external view of a package showing an embodiment of the polymer battery of the present invention. The case in this embodiment is of a four-sided seal bag type. As shown in FIG. 1B, the cells of the battery are packaged in a pouch (case) of the four-sided seal type. The tab T 1 extends from the cell and penetrates the seal portion. The tab T 2 A has a length extending from the cell to an intermediate position inside the case, and the tab T 2 B has a length. shall penetrate the tabs T 1 and overlapping contact with the sealing portion.
That is, FIG. 1B is a cross-sectional view of the tab T 2 A and the tab T 2 B, and in this state, external power can be supplied.
A polymer battery is manufactured by housing an electrolyte solution as a constituent material of a battery and an impregnated support thereof, or a positive electrode current collector and a tab as a negative electrode current collector in a battery case and hermetically sealing it in a vacuum state. Since the case overlap portion is always crimped by the atmospheric pressure, as shown in FIG. 1B or FIG. 1D, the tab overlap portion is in contact with the tab overlap portion 7 and is kept in an energized state. .
[0010]
However, when gas is generated in the polymer battery, the vacuum system in the case is released, and in the normal state, the case near the tub overlap portion has a tab in the tub overlap portion as shown in FIG. Although T 2 A and tab T 2 B are in contact with each other, the vacuum state in the case is loosened due to an increase in the internal pressure, and case 2 is expanded in the direction of the arrow. The spread expands to the maximum as shown in FIG. As a result, in the tab overlapping section 7, the overlapping tab portion tab T 2 A and the tab T 2 B are separated, and the contact energization is interrupted. As is apparent from FIG. 1 (e), when the tab is adhered to the inner surface of the case where the tab is in contact with the tab at the overlapped tab portion, the separation becomes more reliable.
In the above structure, the tab T 2 A is fused to the lower film of the case, and the tab T 2 B is fused to the upper film of the case. Due to the generation of gas, separation is more reliably performed at the polymerization tab portion.
[0011]
The polymer battery may be housed in an outer container made of a hard material for ease of handling, protection of the battery itself from external pressure, and the like to form a polymer battery pack.
In the polymer battery according to the present invention, in the case of the polymer battery pack, in order to more reliably contact the tab overlap portion, furthermore, to press the tab overlap portion more reliably against the outer container of the battery. A pressure device can be provided.
The pressurizing device may be any type of pressurizing device as long as the internal pressure is increased due to a gas generated from the inside of the main body of the battery and peels off at the polymerization contact portion inside the bag body to cut off the current.
For example, as shown in FIG. 2 (a), a leaf spring may be mounted inside the outer container, or as shown in FIG. 2 (b), pressure may be applied by a spring spring.
FIG. 2 illustrates two examples of a method using a spring as a typical example of the pressurizing device. However, the pressurizing device may be any mechanism that has a function of retreating to the pressure of gas generated in a case. Any material and structure may be used.
For example, although not shown, at the position where the tab overlap portion is pressed, the height of the elastic body is set so that a compressive force is applied by the lid of the outer container, and the elastic body having elasticity to press the overlap portion is provided. Can be inserted.
[0012]
In the battery of the present invention, the pressurizing device is mounted on the inner surface of the outer container. However, as shown in FIG. 3, the pressurizing device may be mounted in the battery storage of the device 9 using the battery.
[0013]
The battery case of the present invention is made of a flexible material as described above, and is a laminate formed by laminating materials having their respective characteristics in order to exhibit the functions required as a battery case. Then, the laminate is formed into a bag shape, and the battery body is housed and sealed to obtain a polymer battery.
As shown in FIG. 4, the basic material configuration of the laminate includes a base material layer, a barrier layer, a reinforcing layer, and a thermo-adhesive resin layer. The substrate layer or reinforcement.
[0014]
Next, the materials used in the polymer battery of the present invention, the configuration of the laminate of the case, and the like will be described. The tab of the electrode structure according to the present invention often uses a metal foil such as copper or aluminum. On the other hand, the battery case is made of a flexible laminate.
[0015]
The case 1 for accommodating the polymer battery cell of the present invention is made of a material that blocks water vapor, corrosive gas, and the like from the outside, and protects the cell from being damaged by piercing, friction or the like during transportation or during use. For this purpose, a laminate is formed by laminating various materials.
As an example of a specific layer configuration as the laminate, the following configuration can be adopted as shown in FIG.
(Outside) Outermost layer / Barrier layer / Reinforcement layer / Sealant layer (Inner)
The layers can be stacked by dry lamination or sandwich lamination.
The layers can be stacked by dry lamination or sandwich lamination.
[0016]
The total thickness of the laminate 10 is preferably 50 μm to 400 μm. If the total thickness is less than 50 μm, the water vapor barrier property and the film strength are poor, and there is a risk that moisture may enter the electrolyte. When the total thickness of the above-mentioned layer constitution exceeds 400 μm, the heat sealing aptitude decreases, the weight as a case increases, and the weight of the device is reduced. Further, from the viewpoint of water vapor and gas barrier properties, the effect of a thickness exceeding 400 μm cannot be expected. Each layer constituting the laminated material in the above example is selected depending on its physical properties. As a specific laminated material, the following configuration examples can be used.
(Outside) PET / AL / PET / (or Ny) / EMAA (inside)
[Abbreviation PET: polyethylene terephthalate, AL: aluminum (foil), Ny: nylon, EMAA: ethylene methacrylic acid]
[0017]
Since the outermost layer 11 is a surface layer of the case 1, the outermost layer 11 has insulation properties, has a smooth surface, has chemical resistance, has friction resistance, and has strength against pulling and piercing. A function is required to protect the instrument from various physical and chemical damages or decompositions received from outside the case of the instrument. A specific material as the outermost layer is desirably a biaxially stretched film formed of various resins, preferably PET. The thickness of the outermost layer is preferably 5 to 30 μm. If the thickness of the outermost layer is less than 5 μm, the strength against piercing from the outside is inferior, and the risk of pinholes is large. When the thickness of the outermost layer exceeds 30 μm, the heat sealing property at the time of case molding is affected, which causes a reduction in production efficiency.
[0018]
It is preferable to provide a barrier layer 12 next to the outermost layer 11. The barrier layer 12 is a material for a blocking function (barrier function) for preventing water vapor and various gases from entering or permeating into the case of the appliance. As a specific material constituting the barrier layer 12, it is preferable to use a metal such as an aluminum foil. When an aluminum foil is used as the barrier layer, its thickness is preferably about 5 to 30 μm. When the thickness of the aluminum foil is less than 5 μm, the number of pinholes increases and the barrier property is poor. When the thickness of the aluminum foil exceeds 30 μm, productivity of case formation is hindered. And, in the case where the metal foil such as the aluminum foil is included as a material of the laminate, the tab T and the end section of the conductive material such as the metal foil come into contact with each other and cause a trouble such as a short circuit. Become. If a non-conductive material is used as the barrier layer 12, troubles such as the short circuit can be avoided, but a decrease in the barrier property cannot be avoided.
[0019]
Preferably, a reinforcing layer 13 is provided inside the barrier layer 12. By adding the reinforcing layer 13, the strength of the battery case 2 can be reinforced. In particular, reinforcement against damage to the battery case 2 due to protrusions is desired. As the reinforcing layer 13, a biaxially stretched film such as polyethylene terephthalate or nylon can be suitably used. The thickness of the reinforcing layer 13 is desirably 5 to 30 μm. If the thickness of the reinforcing layer 13 is less than 5 μm, the piercing resistance from the appliance body D is inferior, and a pinhole is likely to be generated. Affect.
[0020]
The innermost layer of the laminate 10 of the battery case 2 is a heat-adhesive resin layer 14. As a material of the heat-adhesive resin layer 14, a necessary portion is adhered in molding of a case. As described above, as a method of forming a battery case, a bonding method by heat fusion (heat sealing method) is used. It is desirable in terms of workability, sealing properties, and the like. In the case of the heat sealing, the material is selected from heat-fusible resins. As the heat-adhesive resin layer 14, a material that can be heat-sealed between the inner surfaces of the laminate and that can be thermally fused to the metal foil of the tab T as described above is used. Specifically, it is desirable to use a polyolefin copolymer such as ethylene acrylic acid (EAA), ethylene methacrylic acid (EMAA), ethylene ethyl acrylate (EEA), and ionomer.
[0021]
The heat-adhesive resin layer 14 may be formed by laminating a film formed using the above-described resin in advance on the surface of the reinforcing layer 13, or by extruding the resin on the surface of the reinforcing layer 13 using an extruder. May be melt-extruded to form a layer. The thickness of the sealant is preferably from 10 to 100 μm. If the thickness of the heat-adhesive resin layer 14 is less than 10 μm, the piercing resistance from the appliance body stored in the case is poor, and pinholes are easily generated. On the other hand, if the thickness of the heat-adhesive resin layer 14 exceeds 100 μm, it takes time for heat fusion (heat sealing) in forming the case 2, and the production efficiency is deteriorated.
The adhesion between the outermost layer 11, the barrier layer 12, the reinforcing layer 13, and the heat-adhesive resin layer 14 is performed by dry lamination with a polyurethane-based adhesive and extruding the adhesive resin between the respective layers, as described above. It can be laminated by a technique such as sandwich lamination.
[0022]
The hard outer container 3 of the polymer battery 1 of the present invention is formed into a thin shape by injection molding using a hard material, usually a plastic resin. Examples of the plastic resin include polyethylene, polypropylene, polyester, polyamide, polycarbonate, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene, acrylonitrile-styrene, and polyurethane.
[0023]
As described above, the polymer battery of the present invention shuts off the current without breaking the battery case 2, so that the contents do not go outside.
By using a spring that is pushed back by an increase in internal pressure to shut off the electrode, the operating pressure can be arbitrarily selected without being affected by temperature.
Also, by using a spring that is pushed back by an increase in the internal pressure to shut off the electrode, the operating pressure can be arbitrarily selected. The productivity is good because the internal structure has been simplified.
Conventional safety measures for polymer batteries have mainly focused on degassing. However, the polymer battery case of the present invention can maintain a high barrier, and does not leak gas even when gas is generated inside.
[0024]
【Example】
The case and tab structure of the thin polymer battery were set as follows, and a prototype was produced and evaluated.
Polymer battery:
Battery case: a three-sided seal-type pouch tab having a size of 60 mm × 95 mm (outside dimensions) Polymerized portion: A polymerized portion was provided on a tab (positive electrode). The tab width was 5 mm and the polymerization length was 5 mm.
The laminate of the case had the following structure.
PET12 / AL15 / DL / ON15 / acid-modified polyolefin * 1) 40
[Abbreviation ON: biaxially stretched nylon film]
* 1) Admer NFOO6O (trade name, manufactured by Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.)
The tab and the inner surface of the case were heat-sealed in a spot manner by point sealing using heat sealing.
The case was sealed using a vacuum packaging machine. A rubber stopper for air injection was adhered to the case of the obtained polymer battery, attached to a device to be used, and when air was injected during energization, the energization was cut off.
Further, the polymer battery was housed in an outer container made of ABS, and the tab overlapping portion was pressed by a disk having a pressing portion area of 3 mm 2 .
Then, in the same manner as described above, when air was injected in the energized state after being mounted on the equipment to be used, energization was cut off.
[0025]
【The invention's effect】
In the polymer battery of the present invention, when gas is generated inside the case, the current can be cut off without breaking the case, so that the contents do not go out.
By using a spring that is pushed back by an increase in the internal pressure, the operation pressure can be arbitrarily selected without being affected by the temperature contents in order to cut off the energization.
In particular, stable operation at extremely low pressure is possible without reducing the strength of the bag.
[Brief description of the drawings]
[1] Example of the polymer battery of the present invention and a view for explaining the the structure, (a) top view, (b) cross-sectional view of the X 1 -X 1 part of energized state, (c) when energized blocking 3 is a cross-sectional view taken along the line X 2 -X 2 , wherein (d) is an enlarged view of Y 1 and (e) is an enlarged view of Y 2 .
A diagram showing an embodiment of a pressure device of the present invention; FIG, (a) Examples of the leaf spring, an example in (b) winding spring, (c) is a sectional view of X 2 -X 2 parts is a cross-sectional view of (d) X 3 -X 3 parts.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example in which the pressurizing device of the present invention is mounted on a device using a battery.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a laminate for explaining the material of the case of the polymer battery of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 battery 2 battery case 3 outer container 4 cells (power storage unit)
5 tab (electrode terminal)
Reference Signs List 6 Pressurizing device 7 Tab overlapping section 8 Sealing section 9 Equipment 10 Battery case laminate 11 Base layer 12 Barrier layer 13 Reinforcement layer 14 Thermal adhesive resin layer
