JP2018063769A - 電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】フィルム外装電池の膨張時に、意図した位置でより確実にガスを放出させることができる、該フィルム外装電池を備える電池ユニットを提供する。【解決手段】外装フィルムを外装体とする略長方形状の電池本体を備え、電池本体の外周に設けられた外装フィルムを封止する固着部の一辺に電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられたフィルム外装電池と、フィルム外装電池が収納されるケース部と、フィルム外装電池を含むケース部内の空間を覆うカバー部とを有し、カバー部のケース部と当接する面に、フィルム外装電池の開放弁を有する辺と直交する辺を分割するように配置される、フィルム外装電池の膨張を、開放弁を有する辺と平行な方向で抑制する第１の抑え部材が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明はフィルム外装電池を備えた電池ユニットに関する。

近年、携帯電話、ノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ等の各種携帯機器の普及により、該携帯機器の電源に用いる二次電池の軽量化や薄型化が強く望まれている。そのため、二次電池には、従来の金属缶に代わって、金属フィルム、あるいは金属薄膜と熱融着性樹脂フィルムとを積層したラミネートフィルム等を外装体に用いるフィルム外装電池が増えている。

一般に、フィルム外装電池は、シート状の正極及び負極がセパレータを間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルムの内部に封入された構成である。外装フィルムからは、電極タブを介して正極及び負極と接続された外部端子（正極端子及び負極端子）が引き出される。

フィルム外装電池は、通常、そのままの状態で使用されることは少なく、所要の筐体（ケース）に収納されて電池ユニットとして使用される。電池ユニットには、直列または並列に接続された複数の二次電池（フィルム外装電池）を備えた構成もある。また、電池ユニットには、二次電池と共に、該二次電池の過充電、過放電、過電流等から保護するための保護回路、二次電池毎の電池電圧を測定するための電圧測定回路、二次電池の温度を測定する温度センサ等を備えた構成もある。

ところで、二次電池は、規格値を越えて過剰に充電または放電されたり、高温環境下に曝されたりすると、電解液の電気分解や加熱分解によりガスが発生して内圧が上昇することが知られている。フィルム外装電池は、外装体に可撓性及び柔軟性を有する金属フィルムやラミネートフィルム等の外装フィルムを用いているため、ガスの発生により内圧が上昇すると、外装フィルムが膨張し、最悪の場合は破裂するおそれがある。このとき、破裂箇所によっては噴出したガスが周囲の電気回路や基板等に悪影響を与える可能性があるため、フィルム外装電池では、破裂に至る前に意図する方向（例えば、電気回路や基板等が存在しない方向）へガスを放出（ベント）させることが望ましい。

フィルム外装電池にベント機構（開放弁）を備えた構成は、例えば特許文献１〜４で提案されている。
特許文献１及び２には、熱融着することで封止されたフィルム外装電池の外周の一辺に、内部と連通する熱融着していない２つの非融着部を設け、該２つの非融着部間に貫通穴を設けた熱融着部位（固着部）を配置した構成が記載されている。また、特許文献２には、フィルム外装電池の外周の対向する２辺から引き出される外部端子（正極端子及び負極端子）の近傍に貫通穴を設けた構成が記載されている。

特許文献３には、フィルム外装電池の外周の固着部（熱融着された部位）のさらに内側に外装フィルムどうしを固着したベント部を設け、該ベント部に貫通穴を設けた構成が記載されている。
特許文献１−３に記載されたフィルム外装電池では、フィルム外装電池の内圧上昇による膨張時に、熱融着された外装フィルムのうち、貫通穴を設けた部位が最初に引き剥がされることでベント機構（開放弁）として作用する。

特許文献４には、フィルム外装電池の外周の一辺に電池温度の上昇時に軟化溶融する安全弁部材を設け、ガスの発生を伴う電池の温度上昇時に安全弁部材が変形して開口することでガスを外部へ排出することが記載されている。

なお、フィルム外装電池にベント機構を設けた構成ではないが、特許文献５には、フィルム外装電池を帯状の拘束部材で拘束することで、ガスの発生による外装フィルムの膨張時に、最初に開裂する固着部の位置を制御できることが記載されている。

特開２００５−２０３２６２号公報 特開２０１０−２３８８６０号公報 特開２０１１−１９８７４２号公報 特許第４６２２０１９号公報 特開２０１３−００４２６０号公報

上述した特許文献１や２に記載されたフィルム外装電池では、内部と連通する非融着部の周囲を覆うように外装フィルムを熱融着させた固着部を設ける必要があるため、貫通穴を含むベント機構が外周から突出した形状となる。そのため、特許文献１や２に記載された構成は、より小型化が要求される電気機器で採用し難い場合がある。

一方、特許文献３や４に記載されたフィルム外装電池は、外周部の固着部内に貫通穴や電池温度の上昇時に軟化溶融する安全弁部材を設ける構成であるため、特許文献１や２に記載された構成のように突出部位を設ける必要は無い。また、特許文献５に記載されたフィルム外装電池は、ベント機構である貫通穴や安全弁部材等を備えていない。そのため、特許文献３−５に記載されたフィルム外装電池は、特許文献１や２に記載された構成と比べて小型化が可能になる。

しかしながら、特許文献３や４に記載された構成では、貫通穴や安全弁部材が、その位置によってはベント機構として確実に動作しない可能性がある。また、特許文献５に記載されたフィルム外装電池は、外装フィルムの膨張時に開裂する位置をある程度コントロールすることはできるが、意図した位置で確実に開裂させることはできない。

本発明は上述したような背景技術が有する課題を解決するためになされたものであり、フィルム外装電池の膨張時に、意図した位置でより確実にガスを放出させることができる、該フィルム外装電池を備える電池ユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電池ユニットは、外装フィルムを外装体とする略長方形状の電池本体を備え、前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部の一辺に前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられたフィルム外装電池と、
前記フィルム外装電池が収納されるケース部と、
前記フィルム外装電池を含む前記ケース部内の空間を覆うカバー部と、
を有し、
前記カバー部の前記ケース部と当接する面に、
前記フィルム外装電池の前記開放弁を有する辺と直交する辺を分割するように配置される、前記フィルム外装電池の膨張を、前記開放弁を有する辺と平行な方向で抑制する第１の抑え部材が設けられた構成である。

本発明によれば、フィルム外装電池の膨張時に、意図した位置でより確実にガスを放出させることができる。

本発明の電池ユニットが備えるフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。 第１の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。 図２（ａ）及び（ｂ）に示した電池ユニットをＡ−Ａ’線から見た様子を示す側断面図である。 第２の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。 第３の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。 第４の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。

次に本発明について図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の電池ユニットが備えるフィルム外装電池の一構成例を示す平面図である。
図１に示すように、フィルム外装電池１は、電池本体１１と、正極端子及び負極端子となる２つの外部端子１７及び１８とを備え、外部端子１７及び１８が電池本体１の一方の短辺からそれぞれ引き出された構成である。

上述したように、電池本体１１は、シート状の正極及び負極（不図示）がセパレータ（不図示）を間に有して積層または巻回されて、電解液と共に外装体である外装フィルムの内部に封入された構成である。
電池本体１１の外周は２枚の外装フィルムどうしを熱融着することで封止され、該熱融着された部位（固着部１２）のうちのいずれか一辺に上記ベント機構となる開放弁１３が設けられている。開放弁１３は、例えば固着部１２に貫通穴を設けることで形成される。貫通穴は一方の外装フィルムのみに設けてもよい。図１に示すフィルム外装電池１では、正極端子１７と負極端子１８との間に開放弁１３を設けた構成例を示している。

図２は、第１の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。図３は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した電池ユニットをＡ−Ａ’線から見た様子を示す側断面図である。
図２（ａ）及び（ｂ）で示すように、電池ユニットは、図１に示したフィルム外装電池１と、ケース部２１とカバー部２２とを備え、フィルム外装電池１がケース部２１内に収納され、フィルム外装電池１を含むケース部２１内の空間がカバー部２２で覆われる（蓋がされる）構成である。ケース部２１及びカバー部２２は、例えば合成樹脂、あるいはアルミニウムや銅等の金属を用いて形成される。

図２（ａ）及び（ｂ）は、電池ユニットが１つのフィルム外装電池１を備える場合の構成例を示している。ケース部２１及びカバー部２２は、複数のフィルム外装電池１を収納する構成でもよい。
電池ユニットが複数のフィルム外装電池１を備える場合、それらのフィルム外装電池１は、各々の外部端子１７及び１８が直列または並列に接続されて電池ユニットの外部に引き出される。

図２（ｂ）で示すように、カバー部２２のケース部２１側の内壁（ケース部２１と当接する面）には、フィルム外装電池１の長辺を２分割するように、該フィルム外装電池１の膨張を、その短辺と平行な方向で抑制するリブ（抑え部材）３が設けられている。すなわち、リブ３は、フィルム外装電池１の開放弁１３を有する辺と直交する辺を分割するように配置され、該フィルム外装電池１の膨張を、開放弁１３を有する辺と平行な方向で抑制する。リブ３は、電池ユニットが備える各フィルム外装電池１に対応してそれぞれ設けられる。各リブ３の幅は、対応するフィルム外装電池１の短辺が、該リブ３で分割された領域の長辺となるのに必要な値に設定される。

なお、リブ３は、図３（ａ）で示すようにカバー部２２のみに設けてもよく、図２（ａ）及び図２（ｂ）、並びに図３（ｂ）で示すようにケース部２１及びカバー部２２にそれぞれ設けてもよい。また、リブ３は、対応するフィルム外装電池１の膨張を抑制できれば、該フィルム外装電池１の短辺方向に連続して形成されていてもよく、不連続に形成されていてもよい。さらに、リブ３は、ケース部２１及びカバー部２２と同一の材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。

このような構成において、上述したように、フィルム外装電池１が過剰に充電または放電されたり、一時的に高温になったりする等によって電池本体１内部でガスが発生すると、電池本体１１の外装フィルムが膨張する。

図１に示したフィルム外装電池１では、電池本体１１の膨張時、該電池本体１１長辺の略中央部において、短辺と平行な断面形状がおよそ真円状になるまで膨張する。すなわち、電池本体１１の膨張時、その膨張量は短辺の長さに依存する。このとき、電池本体１１の外周では、短辺側よりも長辺側で外装フィルムに強い引き剥がし応力が発生し、特に断面形状が真円状になる長辺の略中央部において最も強い引き剥がし応力が発生する。そのため、開放弁１３を電池本体１１の長辺に設ければ、電池本体１１の膨張時に比較的低い内圧で該開放弁１３が引き剥がされてガスが放出される。特に、開放弁１３を電池本体１１の長辺の略中央部に設ければ、より低い内圧で該開放弁１３からガスを放出させることができる。すなわち、開放弁１３は、電池本体１１の長辺の略中央部に設けることが好ましい。なお、開放弁１３が引き剥がされてガスが放出される電池本体１１の内圧を、以下では「開放圧」と称す。

しかしながら、電池ユニットの使用態様によっては、開放弁１３の位置を電池本体１１の長辺ではなく、短辺に設けたい場合がある。
そこで、本実施形態では、図３（ａ）及び（ｂ）で示すように、カバー部２２、あるいはケース部２１及びカバー部２２にそれぞれ設けたリブ３を用いて電池本体１１の膨張を抑制する。このとき、電池本体１１の短辺は、リブ３で分割された領域にとって長辺となるため、電池本体１１の短辺を疑似的に長辺として見做すことができる。そのため、図２（ａ）に示したフィルム外装電池１は、電池本体１１の短辺（図２（ａ）では、外部端子１７と外部端子１８との間）に開放弁１３が設けることが可能になる。

本実施形態の電池ユニットによれば、カバー部２２、あるいはケース部２１及びカバー部２２にリブ（抑え部材）３を備えることで、電池本体１１の短辺を疑似的に長辺として見做すことが可能になり、電池本体１１の短辺に開放弁１３が設けることができる。したがって、開放弁１３を電池本体１１の長辺に設けた場合と同様に、フィルム外装電池１の膨張時に、開放弁１３からより確実にガスを放出させることができる。すなわち、フィルム外装電池１の膨張時に、開放弁１３を設けた位置、すなわち意図した位置で、より確実にガスを放出させることができる。
また、本実施形態の電池ユニットでは、カバー部２２及びケース部２１にリブ３を設けることで、カバー部２２及びケース部２１の曲げ強度が向上する。そのため、カバー部２２及びケース部２１には、例えば可塑性を有する合成樹脂等を用いることができるため、電池ユニットのコストの低減が期待できる。

（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。
図４（ａ）及び（ｂ）で示すように、第２の実施の形態の電池ユニットは、電池本体１１外周の固着部１２のうちの一方の長辺に開放弁１３を設け、カバー部２２、あるいはケース部２１及びカバー部２２に、フィルム外装電池１の短辺を２分割するように、該フィルム外装電池１の膨張を、その長辺と平行な方向で抑制するリブ（抑え部材）３を設けた構成である。その他の構成は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した第１の実施の形態の電池ユニットと同様であるため、その説明は省略する。
図４（ａ）及び（ｂ）で示すような第２の実施の形態の電池ユニットにおいても、第１の実施の形態の電池ユニットと同様の効果を得ることができる。

なお、第２の実施の形態の電池ユニットでは、図４（ａ）及び（ｂ）で示すように、リブ３により電池本体１１の膨張を該電池本体１１の長辺方向で抑制するため、第１の実施の形態で示した電池ユニットと比べてリブ３が長くなる。そのため、第１の実施の形態と比べて電池ユニットが重くなり、またリブ３の形成コストも上昇する。

さらに、第２の実施の形態のフィルム外装電池１では、リブ３で分割された領域の短辺の長さが、第１の実施の形態で示したフィルム外装電池１と比べて短くなる。上述したように、フィルム外装電池１は、電池本体１１の膨張時、その膨張量が短辺の長さに依存するため、長辺に対する短辺の長さが短いほど膨張量が低減し、長辺側で外装フィルムどうしに作用する引き剥がし応力が低下する。すなわち、図４（ａ）で示すように、リブ３で分割された領域の短辺方向の長さをＡとし、長辺方向の長さをＢとしたとき、Ａ／Ｂの値が小さいほど開放圧が高くなる。そのため、第２の実施の形態の電池ユニットでは、フィルム外装電池１の開放圧が、第１の実施形態で示したフィルム外装電池１よりもわずかに高くなってしまう。
したがって、第２の実施の形態で示す構成は、ガスの放出方向を電池本体１１の長辺側に設定する必要がある場合に採用すればよい。

（第３の実施の形態）
図５は、第３の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。
図５（ａ）及び（ｂ）で示すように、第３の実施の形態の電池ユニットは、電池本体１１外周の固着部１２のうち、一方の短辺（図５（ａ）では、外部端子１７と外部端子１８との間）に開放弁１３を設け、電池本体１１の長辺を３分割するように、該電池本体１１の膨張を、その短辺と平行な方向に２つのリブ３を用いて抑制する構成である。リブ３の数は、２つに限定されるものではなく、３つ以上であってもよい。その他の構成は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した第１の実施の形態の電池ユニットと同様であるため、その説明は省略する。
図５（ａ）及び（ｂ）に示すような第３の実施の形態の電池ユニットにおいても、第１の実施の形態の電池ユニットと同様の効果を得ることができる。

なお、第３の実施の形態の電池ユニットでは、複数のリブ３を備えているため、第１及び第２の実施の形態と比べて電池ユニットが重くなり、またリブ３の形成コストも上昇する。
また、第３の実施の形態の電池ユニットでは、電池本体１１の膨張を複数のリブ３を用いて抑制することで、図５に示すように、リブ３で分割された、開放弁１３を含む領域では、第２の実施の形態の電池ユニットが備えるフィルム外装電池１と同様に、Ａ／Ｂの値が小さくなる。そのため、第３の実施の形態の電池ユニットが備えるフィルム外装電池１は、第１の実施の形態で示した電池ユニット１が備えるフィルム外装電池１と比べて開放圧がわずかに高くなる。

したがって、第３の実施の形態で示す構成は、例えば、電池本体１１の長辺が長大であり、１つのリブ３では、電池本体１１の短辺が該リブ３で分割された領域の長辺とならない場合等に採用すればよい。

（第４の実施の形態）
図６は、第４の実施の形態の電池ユニットの構成を示す図であり、同図（ａ）はケース部の一構成例を示す平面図、同図（ｂ）はカバー部の一構成例を示す平面図である。
図６（ａ）及び（ｂ）で示すように、第４の実施の形態の電池ユニットは、電池本体１１の膨張を抑制するリブ３の幅が、第１〜第３の実施の形態で示した電池ユニットが備えるリブ３よりも広い構成である。図６（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した第１の実施の形態のリブ３のおよそ２倍の幅を有するリブ３を用いた例を示している。その他の構成は、図２（ａ）及び（ｂ）に示した第１の実施の形態の電池ユニットと同様であるため、その説明は省略する。
図６（ａ）及び（ｂ）に示すような第４の実施の形態の電池ユニットにおいても、第１の実施の形態の電池ユニットと同様の効果を得ることができる。

なお、第４の実施の形態の電池ユニットでは、幅の広いリブ３を用いるため、第１及び第２の実施の形態と比べて電池ユニットが重くなり、またリブ３の形成コストも上昇する。
さらに、幅の広いリブ３を用いて電池本体１１の膨張を抑制することで、図６（ａ）及び（ｂ）で示すように、リブ３で分割された、開放弁１３を含む領域では、第２及び第３の実施の形態のフィルム外装電池１と同様にＡ／Ｂの値が小さくなる。そのため、第４の実施の形態の電池ユニットは、第１の実施の形態で示した電池ユニットが備えるフィルム外装電池１と比べて該フィルム外装電池１の開放圧が高くなる。

したがって、第４の実施の形態で示す構成は、第３の実施の形態と同様に、例えば、電池本体１１の長辺が長大であり、幅の狭いリブ３では、電池本体１１の短辺が、該リブ３で分割された領域の長辺とならない場合等に採用すればよい。

１ フィルム外装電池
３ リブ
１１ 電池本体
１２ 固着部
１３ 開放弁
１７、１８ 外部端子
２１ ケース部
２２ カバー部

Claims (7)

1. 外装フィルムを外装体とする略長方形状の電池本体を備え、前記電池本体の外周に設けられた前記外装フィルムを封止する固着部の一辺に前記電池本体内で発生したガスを放出させるための開放弁が設けられたフィルム外装電池と、
   前記フィルム外装電池が収納されるケース部と、
   前記フィルム外装電池を含む前記ケース部内の空間を覆うカバー部と、
   を有し、
   前記カバー部の前記ケース部と当接する面に、
   前記フィルム外装電池の前記開放弁を有する辺と直交する辺を分割するように配置される、前記フィルム外装電池の膨張を、前記開放弁を有する辺と平行な方向で抑制する第１の抑え部材が設けられた電池ユニット。
2. 前記ケース部の前記フィルム外装電池と当接する面に、
   前記フィルム外装電池の前記開放弁を有する辺と直交する辺を分割するように配置される、前記フィルム外装電池の膨張を、前記開放弁を有する辺と平行な方向で抑制する第２の抑え部材がさらに設けられた請求項１記載の電池ユニット。
3. 前記開放弁が、前記フィルム外装電池の短辺に設けられ、
   前記第１の抑え部材は、前記電池本体の短辺が前記第１の抑え部材で分割された領域の長辺となるのに必要な幅である請求項１記載の電池ユニット。
4. 前記開放弁が、前記フィルム外装電池の短辺に設けられ、
   前記第２の抑え部材は、前記電池本体の短辺が前記第２の抑え部材で分割された領域の長辺となるのに必要な幅である請求項２記載の電池ユニット。
5. 前記開放弁が、前記電池本体の一方の短辺からそれぞれ引き出された、正極端子及び負極端子からなる２つの外部端子の間に設けられた請求項３または４記載の電池ユニット。
6. 前記開放弁が、前記フィルム外装電池の長辺に設けられた請求項１または２記載の電池ユニット。
7. 前記第１の抑え部材及び前記第２の抑え部材がそれぞれ複数設けられた請求項２記載の電池ユニット。

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