JP2006244756A - フィルム外装電気デバイス及びフィルム外装電気デバイス集合体 - Google Patents

Abstract

【課題】 大容量化された場合であっても、内部の電気デバイス要素の放熱が良好に行われ、しかもフィルム外装電気デバイス全体としての剛性が十分に確保されたフィルム外装電気デバイスを提供する。
【解決手段】 電池セル５０は、２つの電池要素２２ａ、２２ｂと、該電池要素同士に挟まれた状態で配置される通路形成部材３０と、それらが収容される密閉空間を形成する外装フィルム２４ａ、２４ｂとを有している。通路形成部材３０は、内部に冷却風通路３２が形成されている。通路形成部材３０の２つの長辺は、外装フィルム２４ａ、２４ｂによって挟み込まれ、したがって、冷却風通路３２は外装フィルムからなるフィルム外包体を貫通した状態に延在する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池やキャパシタ（コンデンサ）に代表される電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素がフィルム外包体内に収容されたフィルム外装電気デバイス、及び該フィルム外装電気デバイスが複数集合したフィルム外装電気デバイス集合体に関する。

近年、例えば電気自動車のモータ駆動用の電源として軽量かつ小型の電池の開発が進められている。この種の電池としては、例えば図１８に示すような電池セル４２０Ａ（フィルム外装電池ともいう）を複数集合させた組電池が知られている。電池セル４２０Ａは、外装フィルム４２４によって形成された密閉空間内に配置された電池要素４２２を有しており、電池要素４２２自体は、正極用及び負極用の金属箔がセパレータを介して交互に積層された構成となっている。電池要素４２２は、電解液と共に外装フィルム４２４内に収容されており、これにより各電極タブ４２５を通じて所定の起電力が出力される。

ところで、このような構成の電池セルにおいて、電池を大容量化するためには、例えば図１９に示すように、電池要素４２２ａ、４２２ｂを２つ重ねた構成とすることも考えられる。すなわち、図１９の電池セル４２０Ｂは、電池要素４２２ａ、４２２ｂを２つ有することにより、図１８の電池セル４２０Ａの倍の出力を得ようとしたものである。

しかしながら、電池セルは一般に、使用している際に電池要素４２２が発熱するという性質を有しており、電池の短寿命化を防止する観点、及び電池性能を劣化させない観点から、発生した熱を放熱する必要がある。したがって、特に、図１９のような構成では、電池要素４２２ａ、４２２ｂの内部に熱がこもってしまうことから、実用化するうえで問題があると考えられる。

図２０は特許文献１に開示された従来の組電池の構成を模式的に示している。図２０に示すように、組電池５５０は、積層状態に集合した複数の電池セルＢＣを有しており、各電池セルＢＣは、並列接続の状態で電気的に接続されている。電池セルＢＣの温度上昇を防止するために、図示中央の電池セルＢＣ内には、図２１に示すような放熱手段（陽極板５３０）が収容されている。

具体的には、図２１の陽極板５３０は、２枚の板５２１、５２２の間に形成される循環流路５２３を有しており、該循環流路内には作動流体として例えば純水が充填されている。このような陽極板５３０は、電池セルＢＣ同士の間に配置され、電池セルＢＣからの熱により作動流体の温度が部分的に上昇する。その結果、作動流体は循環流路内を緩やかに循環することとなり、この循環により電池セルＢＣの放熱が行われる。
特開平９−５０８２１号公報

上述したように、電池セルあるいは組電池を使用するに際しては、電池セルを効率的に放熱することが望ましい。これに対して、図２１に示したような放熱手段によれば確かに効率的な放熱が得られるとも考えられるが、図２１のような複雑な構造の冷却手段を電池セルあるいは組電池に組み込むことは、例えば製造コストの都合上好ましくはない。また、循環流路内の作動流体が電池セルＢＣ内に漏れ出すおそれもあり、作動流体が漏れ出すことによって電池セルＢＣが故障する可能性もある。

次いで、電池セルを大容量化するには、図１９のような構成とする他にも、例えば図２２に示すように、電池セル４２０Ｃの面積を大型化して電池セル４２０Ａの倍の出力を得るようにすることも可能である。しかしながら、実際には、組電池に求められる外形サイズの都合上、このように電池セルを大面積化できないことも多い。また、電池セル自体は、一般に薄型に構成されることが多く、したがって、図２２のように大面積化すると電池セル４２０Ｃの面剛性が低下するという問題もある。

なお、以上、フィルム外装電池を例に挙げて説明したが、上記のような問題は電池に限られるものではない。すなわち、フィルム外包体内に電気デバイス要素としてキャパシタ等が配置されたデバイスにおいても、上記同様の問題が生じることがあり、電気デバイス要素の放熱及びデバイス全体の剛性向上は共通の課題である。

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、大容量化された場合であっても、内部の電気デバイス要素の放熱が良好に行われ、しかもフィルム外装電気デバイス全体としての剛性が十分に確保されたフィルム外装電気デバイス、及びそれが集合したフィルム外装電気デバイス集合体を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のフィルム外装電気デバイスは、それぞれが電気的エネルギーを貯留及び出力するように構成された２つの電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素同士に挟まれた状態で配置される通路形成部材と、前記２つの電気デバイス要素が収容される密閉空間を形成するフィルム外包体とを有し、前記通路形成部材は、内部に、前記フィルム外包体を貫通した状態に延在する冷却風通路を有している。

このように構成された本発明のフィルム外装電気デバイスは、通路形成部材を間において２つの電気デバイス要素（例えば電池要素）を備えているため、フィルム外装電気デバイスの大容量化が図られている。そして、このように２つの電気デバイス要素を有する構成であっても、電気デバイス要素間には、冷却風通路が形成された通路形成部材が配置されていることから、電気デバイス要素が発熱した場合であってもその熱は該冷却風通路を通じて放熱される。より詳細には、電気デバイス要素の熱は、まず通路形成部材に伝わり、その部材内を経由して冷却風通路内に伝播し放熱されるようになっている。このようにして電気デバイス要素が放熱されるため、電気デバイス要素に熱がこもりにくくなる。

さらに本発明のフィルム外装電気デバイスでは、内部に収容された電気デバイス要素が薄型で変形するようなものであったとしても、通路形成部材が補強部材としても機能することから、フィルム外装電気デバイス全体としての面剛性が十分に確保され、電気デバイス要素の変形が防止される。

上記本発明のフィルム外装電気デバイスにおいて、前記通路形成部材は、具体的には、それぞれが前記各電気デバイス要素に面し、かつ、互いに対向する第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面と前記第２の面との間に前記冷却風通路が形成されているものであってもよい。また、前記通路形成部材において、前記冷却風通路が開口する各側面が前記フィルム外包体の外部に露出しているものであってもよい。

特に、前記第１の面及び前記第２の面は、いずれも平面であって、かつ互いに平行に形成されていることが好ましい。各面が平面状とされていることにより、電気デバイス要素との接触面積が拡大し、したがって電気デバイス要素からの熱が通路形成部材に伝わりやすくなるためである。

ここで、通路形成部材が「フィルム外包体を貫通した状態に延在する冷却風通路」を形成するためには、例えば、通路形成部材の第１及び第２の面がフィルム外包体によって部分的に挟み込まれる構成となっていればよい。この場合、通路形成部材とフィルム外包体との間の封止が確実に行われていることが、例えば電解液の漏れを防止する観点から好ましい。

そこで、上記通路形成部材は、前記第１の面と前記第２の面とが、その両端において、湾曲した外周面を形成するＲ部によって相互に接続されていてもよい。あるいは、前記第１の面と前記第２の面とが、その両端において、互いに対向する外周面が１つの角部で交差するように構成された先細り部によって相互に接続されてもよい。

フィルム外装電気デバイスが、内部にガスを発生させるようなものである場合、通路形成部材にガス放出用（圧力開放用）の安全弁が形成されていることが好ましい。すなわち、前記通路形成部材は、互いに仕切られた複数の前記冷却風通路を有し、前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方には、前記複数の冷却風通路のうちの１つに連通することとなる安全弁が設けられているものであってもよい。

安全弁は、例えば、前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方の部材が部分的に薄肉にされた構造部として形成可能である。また、上記の場合、冷却風通路の１つがガス放出用通路として利用されることになるため、例えば他のガス回収通路との接続を良好に行うために、前記冷却風通路（ガス放出用通路）の一部が、前記通路形成部材の側面から部分的に突出したノズル部によって構成されていることが好ましい。この場合、ノズル部が、外側に向かって断面積が徐々に拡大する通路を形成するものであってもよい。

上記通路形成部材は樹脂成形品であってもよい。この場合、上記本発明のフィルム外装電気デバイスは、さらに、前記各電気デバイス要素に電気的に接続され、前記フィルム外包体から引き出されたシート状の電極タブを正極用及び負極用として２枚有し、前記各電極タブの一端側と前記通路形成部材とが相互に接続されているものであってもよい。

上記通路形成部材が金属材料からなるものである場合、金属材料が熱良導体であることから放熱特性はより向上するが、電気的に絶縁する必要がある。そこで、この場合、前記第１の面及び前記第２の面には、前記通路形成部材を絶縁するフィルムが配置されていてもよい。

上記通路形成部材は、一体部材に限られるものではなく、中央に開口部が形成された枠体と、凹凸状の断面形状を有すると共に前記開口部内に配置される放熱板とで構成されていてもよい。この場合、前記冷却風通路は、前記枠体に形成された通路と、前記放熱板の凹凸により形成された溝とが互いに連通することで構成されるようにしてもよい。

また、上記本発明のフィルム外装電気デバイスはセルケース付きのものであってもよく、例えば、前記冷却風通路が開口する側面（通路形成部材の側面）の近傍において、前記通路形成部材を、前記フィルム外包体の部材を介在させた状態で部分的に挟み込むセル保持体を利用することもできる。

上記のような本発明に係るフィルム外装電気デバイスを複数集合させ、前記フィルム外装電気デバイス同士を直列及び／又は並列に電気的接続することで本発明のフィルム外装電気デバイス集合体（例えば組電池）が得られる。

上述したように本発明によれば、大容量化された場合であっても、内部の電気デバイス要素の放熱が良好に行われ、しかもフィルム外装電気デバイス全体としての剛性が十分に確保されたフィルム外装電気デバイスが提供される。

以下、本発明のフィルム外装電気デバイスの実施の形態について電池セルを例として図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の電池セルの構成を示す分解斜視図である。図２は、図１の電池セルの完成状態を示す外観斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ切断線における断面図を示している。

図１、図３に示すように、本実施形態の電池セル５０は、それぞれが所定の起電力（例えば３．６Ｖ）を出力するように構成された２つの電池要素２２ａ、２２ｂと、２つの電池要素２２ａ、２２ｂの間に配置される偏平な通路形成部材３０と、電池要素２２ａ、２２ｂ及び通路形成部材３０等が収容される密閉空間を形成するための２枚の外装フィルム２４ａ、２４ｂとを有している。

なお、以下、電池要素２２ａ、２２ｂはこれらを区別することなく単に「電池要素２２」と言うこともあり、また同様に、外装フィルム２４ａ、２４ｂも単に「外装フィルム２４」と言うこともある。

外装フィルム２４ａ、２４ｂは、フィルム外包体を構成するものであって、電池要素２２ａ、２２ｂをその厚さ方向の両側から挟み込んで電池要素等を密閉する。外装フィルム２４の輪郭形状はいずれも電池要素２２の輪郭形状より大きく形成され、本実施形態においてはその輪郭形状は長方形となっている。各外装フィルム２４は、その中央部に、例えば深絞り成形によって形成されたカップ部が形成されている。図２に示す通り、電池セルの完成状態では、外装フィルム２４ａ、２４ｂの外周部同士が熱シールされ、これにより、外装フィルムの外周部には封止部２３が全周にわたって形成されている。

なお、本実施形態において「封止部２３」とは、外装フィルム２４ａ、２４ｂ同士が互いに熱シールされた領域だけではなく、外装フィルム同士の間に、後述する電極タブ２５ａ、２５ｂ及び上記通路形成部材３０が挟み込まれた領域をも含んでいる。

各電池要素２２ａ、２２ｂはいずれも、正極用及び負極用の金属箔がセパレータを介して交互に積層されたものであり、その厚さは例えば数ｍｍ〜十数ｍｍである。図３に模式的に示すように、正極用及び負極用の各金属箔は、それぞれ正極用の電極タブ２５ａ及び負極用の電極タブ２５ｂに電気的に接続されている。電極タブ２５ａ、２５ｂのそれぞれは、外装フィルム２４の各短辺から引き出されている。このように構成された本実施形態の電池セル５０では、電池要素２２ａ、２２ｂの２つ分の起電力（例えば３．６Ｖ×２＝７．２Ｖ）が、各電極タブ２５ａ、２５ｂを通じて出力される。

通路形成部材３０は、例えば樹脂成形品であって、図４に示すように、上面３１ａ（第１の面）及び下面３１ｂ（第２の面）は、いずれも平面であってかつ互いに平行に形成されている。通路形成部材３０の厚さは１．５〜２ｍｍ程度である。通路形成部材３０の長手方向（図示Ｘ方向）の両端にはＲ部３３が形成されている。上面３１ａ及び下面３１ｂの間には複数のリブ３４が形成されており、これにより、通路形成部材３０の短手方向（図示Ｙ方向）に延びる冷却風通路３２が複数形成されている。

なお、冷却風通路３２は、リブ３４を設けることなく１つの冷却風通路とされていてもよいが、本実施形態のようにリブ３４が設けられていることにより、通路形成部材３０の剛性が高められる。図３に示すように、電池セル５０の完成状態では、通路形成部材３０の上面３１ａに対して電池要素２２ａの下面が密着し、下面３１ｂに対して電池要素２２ｂの上面が密着する。

通路形成部材３０の短手方向の長さは、図２に示すように、外装フィルム２４の短手方向の長さとほぼ同一となっている。これにより、電池セル５０の完成状態では、通路形成部材３０の短手方向における両端部は、外装フィルム２４の封止部２３に挟まれた状態となる。言い換えれば、通路形成部材３０は、冷却風通路３２が開口する側面のそれぞれがフィルム外包体の外部に露出する構成となっている。このような構成により、冷却風通路３２は、外装フィルム２４によって密閉されることなく、電池セル５０をその短手方向に貫通した状態で構成される。

図５は、図２の矢印Ｂ方向からみた図であって、外装フィルムによって挟み込まれた通路形成部材３０を部分的に示している。図５に示すように、通路形成部材３０の上面３１ａには外装フィルム２４ａの内側面が接着され、下面３１ｂには外装フィルム２４ｂの内側面が接着されている。

このような接着は、例えば、各外装フィルムの内側面と、通路形成部材３０の外周面とを互いに熱シールすることにより実施可能である。通路形成部材３０の端部に、湾曲した外周面を形成するＲ部３３が設けられていることにより、通路形成部材３０の外周面と、各外装フィルムの内周面との間に空隙が形成されにくくなっている。

なお、上記のような、熱シールによる通路形成部材３０と外装フィルムとの接着を実現するためには、通路形成部材３０の外周面を構成する部材として、外装フィルムの内側面を構成する部材と良好に溶融し合う材料を選択することが好ましい。また、より確実な密閉を実現するためには、通路形成部材３０の外周面と、各外装フィルムの内周面との間に、例えば樹脂材料からなるシール材を介在させることも可能である。

以上説明したように、本実施形態の電池セル５０は、２つの電池要素２２ａ、２２ｂを積層するようにして配置したものであるため、図２２を参照して説明したような電池セルの大面積化を伴うことなく、電池の大容量化を行うことが可能である。そして、このように電池要素を積層する構成であっても、電池要素２２ａ、２２ｂ同士の間には通路形成部材３０が配置されていることから、次のような利点が得られる。

すなわち、電池セル５０の使用時（充放電時）に電池要素２２ａ、２２ｂで発生した熱は、通路形成部材３０の上面３１ａ又は下面３１ｂに伝播する。これにより通路形成部材３０の温度が上昇する。通路形成部材３０に伝わった熱は、冷却風通路３２内の空気に伝播し放熱される。このように本実施形態の電池セル５０においては、各電池要素２２ａ、２２ｂで発生した熱を冷却風通路３２を通じて逃がすことができることから、各電池要素の放熱が良好に行われる。また、本実施形態の電池セル５０は、図２１を参照して説明したような複雑な構造の放熱手段を用いるのではなく、比較的簡単な構造の通路形成部材３０を利用して放熱を行うものであるため、例えば製造コストの観点、及び信頼性の観点で有利である。

上記のような放熱の観点からみれば、本実施形態のように電池要素２２ａ、２２ｂが通路形成部材３０の上面３１ａ又は下面３１ｂに密着する構成となっていることが好ましい。このような構成により、電池要素２２ａ、２２ｂからの熱が通路形成部材３０に伝わりやすくなるためである。また、上記説明では、通路形成部材３０の材料として、外装フィルムの内側面と良好に溶融し合うものであることが好ましいことについて述べたが、上記放熱の観点から、通路形成部材３０の材質は熱伝導率が高いことが好ましい。

本実施形態の通路形成部材３０は、電池セル５０における補強部材としての機能も備えている。通常、電池要素２２ａ、２２ｂ自体は、前述の通り例えば数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の偏平構造とされており、外力が加わった際に変形することもある。電池要素２２ａ、２２ｂ自体の変形は、例えば正極用金属箔と負極用金属箔との短絡の原因となることもある。これに対して、本実施形態のように通路形成部材３０が電池要素同士の間に配置されている構成によれば、通路形成部材３０が補強部材として機能することから、電池セル５０の面剛性が向上し、電池要素２２ａ、２２ｂの変形の発生が防止される。

上記の通り、本実施形態の電池セル５０は、単体として、電池の大容量化がなされており、また、放熱の観点及び剛性の観点で高信頼性なものとなっている。そして、複数の電池セル５０を集合させると共に、それらの電池セル５０を相互に直列及び／又は並列に電気的接続することで組電池を構成することができる。各電池セル５０が上記の通り高信頼性なものであることから、組電池全体としての信頼性も向上する。

なお、上記説明では特に述べなかったが、冷却風通路３２に流す冷媒としては、空気に限らず、液体をはじめとする種々の冷媒を利用可能である。また、通路形成部材３０は上述したものに限らず、図６に示すように種々変更可能である。

図６（ａ）に示す通路形成部材３０Ａは、中央部付近のリブ３４同士の間隔が狭められ、リブ３４同士の間に温度センサー孔３２Ａが形成されている。このような構成の通路形成部材３０Ａによれば、温度センサー孔３２Ａ内に、例えば棒状の温度センサを挿入することが可能である。本実施形態の構成においては、図２に示したように、電池セルを完成させた状態であっても、温度センサー孔３２は外装フィルム２４によって密閉されることなく開口したままの状態となっている。したがって、温度センサの挿入を、電池セルの完成後に行うことが可能である。このように事後的に温度センサを挿入することができる構成とされていることは、電池セルの作製工程の途中で温度センサを組み込む構成と比較して、作業性の点で有利であり、また作製工程においてセンサが破損する問題も生じない。

図６（ｂ）に示す通路形成部材３０Ｂは、その端部に、Ｒ部３３ではなく、断面形状が外側に向かって先細りとなる先細り部３３Ｂが形成されている。先細り部３３Ｂにおいては、通路形成部材３０Ｂの上面及び下面が、１つの角部３５に向かって互いに徐々に近接し、角部３５で互いに交差する構成となっている。このような先細り部３３Ｂによれば、Ｒ部３３と比較して、通路形成部材３０Ｂの外周面と外装フィルムの内周面との間に、空隙がより形成されにくいものとなる。

図６（ｃ）に示す通路形成部材３０Ｃは、断面Ｉ字型のリブ３４Ｃを有している。言い換えれば、リブ３４Ｃ自体が高い剛性を備えており、したがって、通路形成部材３０Ｃの上面３１ａ及び下面３１ｂは上述した構成と比較して薄肉とされている。このように、上面３１ａ及び下面３１ｂの肉厚が薄くされていることにより、上面及び下面を通じて冷却風通路３２内に伝わる熱の伝播効率が向上する。その結果、電池要素の放熱がより効率よく行われるものとなる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材１３０を単体の状態で示す斜視図である。すなわち、全体構成は図示しないが、第２の実施形態の電池セルは、第１の実施形態の電池セル（図１参照）において通路形成部材３０に代えて図７の通路形成部材１３０を備えた構成となっている。

本実施形態に係る通路形成部材１３０は、通路形成部材の長手方向（図示Ｘ方向）のほぼ中央にノズル部１３６が形成されており、ノズル部１３６の内部にはガス放出路１３６ａが形成されている。また、上面１３１ａのほぼ中央には、安全弁１４０が形成されている。その他の構造は、上述した第１の実施形態に係る通路形成部材３０と同様に構成されているため、その説明は省略する。

ところで、本実施形態のような構成の電池においては、例えば電池の使用時に規格範囲外の電圧が電池に印加されると、電池要素と共に封入された電界液溶媒が電気分解され、その結果、外装フィルム内にガスが発生することがある。また、電池が規格範囲外の高温条件で使用される場合にも、電解質塩の分解等に起因してガスが発生することもある。ガスが大量に発生し、外装フィルム内の内圧が所定の圧力を越えると、例えば外装フィルム同士を熱シールした封止部が剥離してしまうおそれもある。そして、外装フィルム内のガスは、この剥離部から外部に放出されることとなる。剥離部の位置によっては、ガスが不測の方向に噴出してしまうこととなり、こうした不測の噴出は種々の不具合の原因となりうる。

そこで、本実施形態では、こうしたガス噴出の問題を解決するため、図８の断面図に示すように上面１３１ａの肉厚を部分的に薄くした安全弁１４０を設けている。安全弁１４０として設けられた薄肉部は、外装フィルム内の内圧が所定の設定圧（例えば大気圧力からの上昇分として０．０５〜１ＭＰａ）に達したときに破断する。安全弁１４０が破断することにより、外装フィルム内の密閉空間とガス放出路１３６ａとが互いに連通する。これにより、内部で生じたガスは、安全弁１４０を経由してガス放出路１３６ａ内に放出され、ガス放出路１３６ａを通じて外部に放出される。

なお、本実施形態では図７に示す通り、ガス放出路１３６ａの一部を構成する部材として、ノズル部１３６が、通路形成部材の側面の他の部位より突出した状態で形成されている。このようにノズル部１３６を突出させることは、ノズル部１３６をガス回収通路（不図示）に接続しやすい点で有利である。但し、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズル部１３６を突出させない状態で形成することも可能である。

以上説明した通り本実施形態の電池セルによれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、さらに、安全弁１４０及びガス放出路１３６ａが形成されていることから、ガスに起因して生じる不具合が生じにくいものとなる。また、本実施形態のように、通路形成部材１３０に安全弁１４０の機能を持たせることは、安全弁を構成するための特別な部材を必要としない点で好ましい。

なお、図７、図８において、安全弁１４０は１つのみ形成されているがこれに限定されるものではない。例えば、通路形成部材１３０の上下面のそれぞれに安全弁が設けられていてもよい。また、例えば上面１３１ａにおいて、ガス放出路１３６ａに連通する安全弁１４０が複数並んで設けられていてもよい。

また、ノズル部の断面形状は図９に示すようなものであってもよい。ここで、図９は、電池セルを図７のＡ−Ａ切断線に直交する方向に切断した断面図であり、図９（ａ）は図７に示す通路形成部材１３０の断面図を示し、図９（ｂ）は他の例の断面図を示している。ガス放出路１３６ａは、図９（ａ）に示すように一定の断面積で形成されていてもよいが、図９（ｂ）のガス放出路１３６ｂのように、放出方向に向かって断面積が徐々に大きくなるものであってもよい。つまり、ノズル部１３６Ｂの厚さ（図示横方向の長さ）が外側に向かって徐々に大きくなるものであってもよい。このように構成されたガス放出路１３６ｂによれば、通路の断面積が徐々に拡大していることから、ガスの噴出速度が減速する。なお、ノズル部１３６Ｂの開口の幅Ｌ₁₃₆は、例えば電池セル全体の厚さ程度まで広げることが可能である。

さらに、図１０に示すように、通路形成部材１３０のガス放出路１３６ａ内に圧力センサ１５５を配置することも可能である。圧力センサ１５５は、不図示の電気回路に接続されており次のように使用される。すなわち、電池セル内の内圧が上昇して安全弁１４０が破壊され、ガスがガス放出路１３６ａ内に入り込むと、圧力センサ１５５はその圧力上昇を検出する。そして、不図示の電気回路は、センサの検出結果に基いて所定の電力遮断回路を駆動させ、これにより、安全弁１４０が作動した電池セルからの電力供給を遮断する。このように、圧力センサを設けることにより、電池セルの異常を電気的に検出することが可能となる。

なお、複数の電池セルを集合させて組電池を構成した場合に、圧力センサ１５５は、各電池セルごとに設けられていてもよいし、各電池セルのガス放出路１３６aに連通する共通のガス排出路内に例えば１つのみが設けられていてもよい。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材２３０等の構成を示す斜視図である。例えば第１の実施形態で説明した通り、通路形成部材３０は電池要素２２a、２２ｂと共に外装フィルム内に収容されるものであるため、原則として、樹脂等の絶縁性材料で構成されている必要がある。他方、通路形成部材は、電池要素からの熱を冷却風通路内に逃がす機能を備えたものであるため、熱伝導率の高い材料で構成されていることが好ましい。

この点に鑑み、図１１の構成では、例えば金属材料など熱伝導率の高い材料（「熱良導体」ともいう）で構成された通路形成部材２３０と、その両面に貼り付けられる２枚のフィルム２４５ａ、２４５ｂとを利用する構成となっている。通路形成部材２３０は、図６（ｂ）を参照して説明した通路形成部材３０Ｂの材質を変えたものである。すなわち、通路形成部材２３０の長手方向両端には、図６（ｂ）の構成と同様に先細り部２３３Ｂが形成されている。なお、本実施形態の電池セルのその他の構造は、第１の実施形態の電池セル５０と同様であるため、その説明は省略する。

２枚のフィルム２４５ａ、２４５ｂはいずれも、絶縁性材料からなるシート状のフィルムである。一方のフィルム２４５ａを例に挙げて説明すると、電池セルの完成状態において外装フィルムの封止部（図２の封止部２３を参照）に挟まれることとなる領域には、封止材２６０がフィルム２４５ａの両面に塗布されている。フィルム２４５ａの上面に塗布された封止材２６０は、フィルム２４５ａと外装フィルム２４とを接着するためのものであり、一方、フィルム下面に塗布された封止材２６０は、フィルム２４５ａと通路形成部材２３０とを接着するためのものである。

通路形成部材２３０は、２枚のフィルム２４５ａ、２４５ｂによって両面側から挟み込まれることによって、冷却風通路２３２が開口した各側面を除き、絶縁された状態となる。なお、詳細には図示しないが、先細り部２３３Ｂの先端のところでは、２枚のフィルム２４５ａ、２４５ｂが互いに熱シールされていてもよい。あるいは、２枚のフィルムが封止材によって互いに接着されていてもよい。このような形態で２枚のフィルム同士を接着することを考慮すれば、通路形成部材２３０の端部が先細り部２３３Ｂとなっていることは、フィルム同士を良好に接着させることができる点で好ましい。

本実施形態の電池セルによれば、第１の実施形態同様、２つの電池要素を備えたことにより電池の大容量化がなされると共に、冷却風通路２３２の作用により放熱性が向上し、また、通路形成部材２３０が補強部材としても機能することから十分な剛性が確保されたものとなる。そして、通路形成部材２３０が、金属材料等の熱良導体で構成されていることから、電池セルの放熱特性がより向上する。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材３３０等の構成を示す斜視図である。図１２に示す通路形成部材３３０は、例えば金属材料などの熱良導体で構成された放熱板３４１と、同じく良導体で構成された枠体３１０とで構成されている。なお、図１２に描かれている２枚のフィルム３４５ａ、３４５ｂは、図１１のフィルム２４５ａ、２４５ｂと同一のものである。

放熱板３４１は、断面形状が凹凸状（矩形波状）となるように加工された板材であって、その凹凸により、両面に溝３４７が形成されている。溝３４７はいずれも放熱板３４１の短手方向に延在している。一方の表面において、溝３４７同士の間には平坦面３４６が形成されている。この平坦面３４６は、電池セルの完成状態で電池要素（例えば図１の電池要素２２ａを参照）に対し、フィルム２４５ａを介してではあるが面的に密着する。このように平坦面３４６が電池要素に対して面的に密着する構成となっていることにより、熱の伝播が良好になされるようになっている。

枠体３１０は、図１１に示した通路形成部材２３０の中央部をくり抜いたものであり、通路形成部材２３０の外周部の４辺が枠状に残されると共に、くり抜かれた中央部には開口部３１５が形成されている。この開口部３１５の輪郭形状は放熱板３４１の輪郭形状とほぼ同形状とされており、これにより、放熱板３４１は、その外周が開口部３１５の内周に嵌合した状態で開口部内に配置される。枠体３１０の長辺側の２辺のそれぞれには、リブによって仕切られた通路３１２が残されている。なお、リブの数、言い換えれば通路３１２の数は特に限定されるものではない。

本実施形態の電池セルの完成状態では、放熱板３４１が枠体３１０の開口部３１５内に配置される。そして、放熱板３４１が配置された枠体３１０の両面に対してフィルム２４５ａ、２４５ｂが貼り付けられることにより、放熱板３４１及び枠体３１０が絶縁される。このような構成の電池セルにおいて、電池要素の熱を逃がすための冷却風通路は、放熱板３４１に形成された溝３４７と、枠体３１０に形成された通路３１２とが相互に連通することで構成されることとなる。

本実施形態の電池セルによれば、第１の実施形態同様、２つの電池要素を備えたことにより電池の大容量化がなされると共に、溝３４７と通路３１２とで構成された冷却風通路の作用により放熱性が向上し、また、通路形成部材３３０が補強部材としても機能することから十分な剛性が確保されたものとなる。そして、放熱板３４１が熱良導体から構成されていることから、電池セルの放熱特性はより向上する。

なお、図１２の構成において、放熱板３４１及び枠体３１０を絶縁するためのフィルムは、２枚のフィルム３４５ａ、３４５ｂからなるものに限られるものではない。例えば、筒状のフィルムを用いて放熱板３４１及び枠体３１０を被包することも可能である。また、放熱板３４１及び枠体３１０のいずれか、または双方が樹脂材料から構成されていてもよい。

（第５の実施形態）
例えば第１の実施形態の電池セル５０に対して、電池セルを保持するためのセル保持体（「セルケース」ともいう）を取り付けることも可能である。セル保持体としては、例えばこの種の電池セルに対して一般的に用いられる枠状のケースであってもよいが、本発明の構成に対しては、図１３に示すようなセル保持体８０を利用することも可能である。なお、図１３では、セル保持体８０が１つのみ示されているが、実際には、セル保持体８０は電池セル５０の両側に１つずつ取り付けられている。

セル保持体８０は、図１３に示す通り、例えば樹脂材料からなる断面コ字型の部材であって、外装フィルム２４の長辺と同じ長さに形成されている。セル保持体８０の側面には、通路形成部材３０の冷却風通路３２に連通する通路８２が形成されており、これにより、冷却風通路３２が閉塞されないようになっている。なお、特に限定されるものではないが、本実施形態では、図１４に示すようにセル保持体８０の接続部８４が撓むように構成されている。したがって、接続部８４を撓ませ、スリット８５の開口側を開いた状態でセル保持体８０を取り付けることができるようになっている。こうした構成は作業性を向上させる点で有利である。

また、セル保持体８０の厚さＬ₈₀は電池セル５０の厚さより厚いことが好ましい。セル保持体８０の厚さが電池セルよりも厚くされていることにより、複数の電池セル５０を積層した際に、電池セル５０同士が密着するのではなく、セル保持体８０同士が密着することとなる。すなわち、このような構成によれば、電池セル５０同士の間に隙間が確保されることとなり、このような隙間は電池セル５０を放熱するうえで有利である。また、セル保持体８０同士を密着させる構成は、電池セル５０同士を密着させる構成と比較して、組電池の最終的な外形形状を高い寸法精度で規定できる点で好ましい。

上述したように、本実施形態では枠状のセル保持体ではなく、２つのセル保持体８０により外装フィルム２４の長辺側の２辺を保持する構成となっている。このような構成であっても、通路形成部材３０が挟み込まれた封止部２３（「領域２３ａ」として図示）では剛性が十分に確保されているため、電池セル５０は安定的に保持される。

仮に、通路形成部材３０を有していない電池セルに対して、本実施形態のような２つのセル保持体８０を外装フィルムの各長辺に取り付けたとしても、セル保持体８０同士は互いに位置決めされないため、電池セルの保持は安定化しない。これに対して、本実施形態では、通路形成部材３０の両端にセル保持体８０が取り付けられるような構成となっている。したがって、セル保持体８０同士は互いに位置決めされ、相対的にずれることはない。このため、セル保持体８０が別個の部材として構成されていたとしても、電池セル５０は安定的に保持される。

図１５は、セル保持体のさらに他の例を示す断面図である。図９（ｂ）に示したような、ガス放出路１３６ｂの断面積が外側に向かって徐々に大きくされた構成に対してセル保持体８１を取り付ける場合、セル保持体の断面形状を、ガス放出路１３６ｂの断面形状に対して相補的な形状とすればよい。また、セル保持体８１は、上述したような一部材からなるものに限らず、部材８１ａと部材８１ｂとが別体に構成されていてもよい。

通路形成部材はさらに、図１６に示すようなものであってもよい。図１６の通路形成部材３０Dは、Ｒ部３３からさらに外側に向かって延びるように形成された接続部３７を有している。接続部３７には突起３７ａが形成されている。このような構成の通路形成部材３０Ｄによれば、図１７に示すように、電極タブ２６の穴２６ａを接続部３７の突起３７ａに係合させることで、電極タブ２６と通路形成部材３７とが相互に接続される。なお、電極タブと通路形成部材とを接続するには、当然ながら図１６、図１７の形態の他にも種々の接続形態を利用可能である。

電極タブ２６が通路形成部材３７に接続されている場合、換言すれば、電極タブ２６の一端側が通路形成部材３７によって支持されている場合、次のような理由から、最終的な電池セルの信頼性が向上する。すなわち、例えば図３（ｂ）に示すような構成と比較して、図１６の構成では、電極タブ２６に引っ張り荷重などがかかった際に、電極タブ２６はより変位しにくいものとなっている。このように電極タブが変位しにくい構成となっていることにより、電池要素との電気的接続部が破損したり、あるいは、電極タブと外装フィルムとの間に空隙が生じたりすることが抑えられ、結果的に電池セルの信頼性が高まる。

なお、以上説明した各実施形態の構成を種々組み合わせて利用することも可能である。また、図２２を参照して説明したような、電池要素を大面積化させて電池を大容量化することを本発明に係る電池要素に適用してもよい。

また、上記各実施形態においては２枚の外装フィルム２４ａ、２４ｂを重ねてその外周部を熱シールした、いわゆる四方シールタイプの袋によって電池要素を気密封止するものであったが、フィルム外包体としては他にも、例えば外装フィルムの外周部の３辺を熱シールした、いわゆる三方シールタイプの袋を利用することもできる。この場合、電極タブ２５ａ、２５ｂは、熱シールされた封止部のうちの１辺から引き出されていればよい。

また、以上の説明では詳細に述べなかったが、電池セル５０に用いられる電池要素２２ａ、２２ｂは、リチウムイオン二次電池、具他的には、リチウム・マンガン複合酸化物、コバルト酸リチウム等の正極活物質をアルミニウム箔などの両面に塗布した正極板と、リチウムをドープ・脱ドープ可能な炭素材料を銅箔などの両面に塗布した負極板とを、セパレータを介して対向させ、それにリチウム塩を含む電解液が含浸されるものであってもよい。もっとも、電池要素はリチウムイオン二次電池の他にも、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、リチウムメタル一次電池あるいは二次電池、リチウムポリマー電池等、他の種類の化学電池の電池要素であってもよい。また、電池要素は積層型のものに限らず、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。さらに、電気デバイス要素としては電池要素の他にも、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは電解コンデンサなどに例示されるキャパシタ要素のような、電気的エネルギーを貯留及び出力するものを利用するものであってもよい。

第１の実施形態の電池セルの構成を示す分解斜視図である。 図１の電池セルの完成状態を示す外観斜視図である。 図２のＡ−Ａ切断線における断面図である。 図１の電池セルの通路形成部材を単体の状態で示す斜視図である。 図１の電池セルを図２の矢印Ｂ方向からみた平面図である。 通路形成部材の他の例の幾つかを示す平面図である。 第２の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材を単体の状態で示す斜視図である。 図７のＡ−Ａ切断線における断面図である。 第２の実施形態の電池セルの断面図である。 図７の通路形成部材の平面図である。 第３の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材等の構成を示す斜視図である。 第４の実施形態の電池セルを構成する通路形成部材等の構成を示す斜視図である。 第５の実施形態の構成を示す斜視図である。 図１４のセル保持体の断面図である。 セル保持体のさらに他の例を示す断面図である。 通路形成部材のさらに他の例を示す斜視図である。 図１６の通路形成部材と電極タブとの接続を示す断面図である。 従来の電池セルの一例を示す断面図である。 電池要素を積層させた状態の電池セルの構成例を示す断面図である。 従来の組電池の一例を模試的に示す平面図である。 電池セル内に収容された従来の放熱手段の一例を示す斜視図である。 電池の大容量化のために大面積化された電池セルを示す平面図である。

符号の説明

３１０ 枠体
３１２ 通路
３１５ 開口部
２２ａ、２２ｂ 電池要素
２３ 封止部
２３ａ 領域
２４、２４ａ、２４ｂ 外装フィルム
２５ａ、２５ｂ、２６ 電極タブ
２６ａ 穴
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、１３０、２３０、３３０ 通路形成部材
３１ａ、１３１ａ 上面
３１ｂ 下面
３２、１３２、２３２ 冷却風通路
３２Ａ 温度センサー孔
３３ Ｒ部
３３Ｂ、２３３Ｂ、３３３Ｂ 先細り部
３４、３４Ｃ リブ
３５ 角部
３７ 接続部
３７ａ 突起
１３６、１３６Ｂ ノズル部
１３６ａ ガス放出路
１４０ 安全弁
３４１ 放熱板
２４５ａ、２４５ｂ、３４５ａ、３４５ｂ フィルム
３４６ 平坦面
３４７ 溝
５０ 電池セル
１５５ 圧力センサ
２６０、３６０ 封止材
８０、８１ セル保持体
８１ａ、８１ｂ 部材
８２ 通路
８４ 接続部
８５ スリット

Claims (16)

1. それぞれが電気的エネルギーを貯留及び出力するように構成された２つの電気デバイス要素と、前記電気デバイス要素同士に挟まれた状態で配置される通路形成部材と、前記２つの電気デバイス要素が収容される密閉空間を形成するフィルム外包体とを有し、
   前記通路形成部材は、前記フィルム外包体を貫通した状態に延在する冷却風通路を有しているフィルム外装電気デバイス。
2. 前記通路形成部材は、それぞれが前記各電気デバイス要素に面し、かつ、互いに対向する第１の面及び第２の面を有し、前記第１の面と前記第２の面との間に前記冷却風通路が形成されている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
3. 前記通路形成部材において、前記冷却風通路が開口する各側面が前記フィルム外包体の外部に露出している、請求項１又は２に記載のフィルム外装電気デバイス。
4. 前記第１の面及び前記第２の面は、いずれも平面であって、かつ互いに平行に形成されている、請求項２又は３に記載のフィルム外装電気デバイス。
5. 前記第１の面と前記第２の面とが、その両端において、湾曲した外周面を形成するＲ部によって相互に接続されている、請求項４に記載のフィルム外装電気デバイス。
6. 前記第１の面と前記第２の面とが、その両端において、互いに対向する外周面が１つの角部で交差するように構成された先細り部によって相互に接続されている、請求項４に記載のフィルム外装電気デバイス。
7. 前記通路形成部材は、互いに仕切られた複数の前記冷却風通路を有し、前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方には、前記複数の冷却風通路のうちの１つに連通することとなる安全弁が設けられている、請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス。
8. 前記安全弁は、前記第１の面及び前記第２の面の少なくとも一方の部材が部分的に薄肉にされた構造部である、請求項７に記載のフィルム外装電気デバイス。
9. 前記安全弁が連通することとなる前記冷却風通路の一部が、前記通路形成部材の側面から部分的に突出したノズル部によって構成されている、請求項７又は８に記載のフィルム外装電気デバイス。
10. 前記ノズル部が、外側に向かって断面積が徐々に拡大する通路を形成している、請求項９に記載のフィルム外装電気デバイス。
11. 前記通路形成部材は樹脂材料からなる、請求項１から１０のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス。
12. 前記各電気デバイス要素に電気的に接続され、前記フィルム外包体から引き出されたシート状の電極タブを正極用及び負極用として２枚有し、
    前記各電極タブの一端側と前記通路形成部材とが相互に接続されている、請求項１１に記載のフィルム外装電気デバイス。
13. 前記通路形成部材が金属材料からなるものであって、前記第１の面及び前記第２の面には、前記通路形成部材を絶縁するフィルムが配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス。
14. 前記通路形成部材は、中央に開口部が形成された枠体と、凹凸状の断面形状を有すると共に前記開口部内に配置される放熱板とで構成され、
    前記冷却風通路は、前記枠体に形成された通路と、前記放熱板の凹凸により形成された溝とが互いに連通することで構成されている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
15. 前記冷却風通路が開口する側面の近傍において、前記通路形成部材を、前記フィルム外包体の部材を介在させた状態で部分的に挟み込むセル保持体をさらに有する、請求項１から１４のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイス。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載のフィルム外装電気デバイスが複数集合し、前記フィルム外装電気デバイス同士が直列及び／又は並列に電気的接続されているフィルム外装電気デバイス集合体。

Images