JP5010467B2 - フィルム外装電気デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、化学電池やキャパシタに代表される、化学電池要素やキャパシタ要素などの電気デバイス要素をフィルムからなる外装材で封止したフィルム外装電気デバイスおよびその製造方法に関する。

フィルム外装電気デバイスの一種に、フィルム外装電池がある。従来、フィルム外装電池として、電池要素をその厚み方向両側から外装フィルムで挟み、電池要素の外周で、対向する外装フィルム同士を接合することによって、電池要素を電解液とともに気密封止（以下、単に「封止」ともいう）した構成のものが知られている。外装フィルムには、金属層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムが一般に用いられ、外装フィルム同士の接合は、熱融着性樹脂層同士を熱融着することによって行われる。

ところで、電池の使用時に、規格範囲外の電圧が印加されたりすると、電解液溶媒の電気分解により電池内部にガス種が発生することがある。さらに、電池が規格範囲外の高温で使用されたりしても、電解質塩の分解などによりガス種のもとになる物質が生成される。基本的には、規格範囲内で電池を使用してガスを発生させないようにすることが理想である。しかし、電池の制御回路が何らかの原因で正常に動作せず異常な電圧が印加されたり、何らかの原因で周囲が異常に高温となったりすると、場合によっては電池内部に大量にガスが発生することもある。

電池内部でのガスの発生は、電池の内圧上昇をもたらす。内圧が極度に上昇することにより電池が破裂するのを防ぐため、金属缶や厚肉の樹脂成形品といった剛性の高い外装材を用いた電池の多くは、電池の内圧が上昇した際にガスを電池の外部へ逃がす圧力安全弁を有している。しかし、フィルムを外装材とするフィルム外装電池においては、圧力安全弁を設けることが構造上難しい。フィルム外装電池は内圧が上昇しすぎると、電池要素を収容している空間が膨張し、最終的にはフィルムが破裂してその箇所からガスが噴出する。ところがが、この破裂がどの箇所で発生するか特定できない。そのため、破裂した箇所によっては、周囲の機器や部材に悪影響を及ぼすことがある。

電池は、例えば自動車といった乗物や各種機械、あるいはそれらの電装品のエネルギー源として使用されることも多い。電池内部から発生するガスは可燃性の物質や腐食性の物質を含むこともあるので、噴出したガスをどう処理するかが重要である。特開２００３−４５３８０号公報（特許文献１）には、車載用バッテリーにおいて、ガス流路を電槽の内部に設け、このガス流路に排気パイプを連結し、排気パイプによって、電槽内部で発生したガスを車外へ排出することが記載されている。

一方、特開２００２−３２４５２６号公報（特許文献２）には、それぞれが開口部を有するフィルムからなる複数の被覆体で、アルミ箔で密閉された電池要素を多重に被覆したフィルム外装電池が記載されている。各被覆体は、熱収縮性を有しており、かつ、開口部が互いに重ならないように電池要素を被覆している。特許文献２に記載の電池によれば、電池要素からガスが発生すると、アルミ箔が破れ、そこからガスが噴出する。噴出したガスは、内側から外側へ向かって各被覆体の開口部を順次通って、電池の外部へ排出される。電池が加熱した場合は、各被覆体がそれぞれ収縮し、内側の被覆体の開口部が外側の被覆体で密封される。これによって、酸素を含んだ外気が電池内部に流入するのが防止され、電池の燃焼等が防止される。

電池の周囲には、電池の端子、その端子と接続される周辺回路、および電池同士の接点など、電解液がかかると腐食や誤動作といった不具合が生じる要素が存在することが多い。電池から噴出されるガスは、電解液のミストを含むことがあり、ガスの噴出による不具合を防止するためには、特許文献１に記載されるように、パイプを用いて、不具合が生じる要素から離れた位置まで、ガスを誘導してから排出するのが望ましい。その場合は、パイプを外装材に対して気密に接続する必要がある。特許文献１のように、車載用バッテリーにおいては、外装材はそれ自身が十分な肉厚と剛性を有する強度部材となるのが一般的である。そのような部材に対しては、適切な嵌合構造を採用したり、Ｏリングのようなシール部材を付加したりして、パイプを気密に接続するのは容易である。

しかし、フィルム外装電池の場合は、内部で発生したガスを特定の箇所から排出する構成として、外装材であるフィルムの接合領域の一部に他の領域よりも接合強度の弱い領域を形成し、その領域からガスを排出する構成が一般に用いられている。従来のフィルム外装電池では、電池のすぐ脇でガスを開放させる構成しか提案されておらず、上記の不具合が生じる。そこで、フィルム外装電池に、ガスを誘導するためのパイプを接続することが考えられる。しかし、単純にパイプを接続しただけでは、パイプは、ガスを排出する位置すなわち接合強度の弱い領域でフィルムに接続されるため、フィルムとの気密性を確保するのが困難になる。その結果、フィルムとパイプとの接合部に加わる応力によっては、パイプとの接合部でフィルムが剥離してそこからガスが漏れ、ガスを所望の位置まで導くことができなくなることもある。これに対し、特許文献２に記載されたフィルム外装電池は、電池要素を多重に被覆した各被覆体の開口部をずらしているだけであり、接合強度の弱い領域を形成する必要はないので、最も外側の開口部にパイプを気密に接続することができる。しかし、特許文献２に記載されたフィルム外装電池は、電池要素を多重に被覆しているため、使用する被覆体の量が通常のフィルム外装電池と比べて極端に増えてしまうだけでなく、被覆する工程も大幅に増えてしまう。

こういった課題は、フィルム外装電池に限らず、ガスを発生する可能性のある電気デバイス要素を外装フィルムで封止したフィルム外装電気デバイスに共通である。

本発明の目的は、内部で発生したガスを所望の位置まで導き、そこから放出させることのできるフィルム外装電気デバイスを簡易な構成で提供し、また、そのようなフィルム外装電気デバイスの製造方法を提供することである。

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、電気エネルギーを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスを発生し得る電気デバイス要素と、この電気デバイス要素を封止する外装フィルムとを有する。外装フィルムは、熱融着樹脂層を含み、電気デバイス要素の外周部で熱融着樹脂層同士が対向するように電気デバイス要素を包囲し、外周部で対向した熱融着樹脂層同士が電気デバイス要素の全周にわたって熱融着されて形成された熱融着領域によって電気デバイス要素を封止している。本発明のフィルム外装電気デバイスは、さらに、電気デバイス要素が収納された空間と独立した中空部を備え、電気デバイス要素と離れた位置までガスを誘導し、外気と連通するガス導出部と、熱融着領域の一部に、電気デバイス要素が収納された空間と中空部とを繋いで形成され、熱融着領域の他の領域よりも優先的に剥離してガスを通過可能とする圧力開放部と、を有する。

上記のとおり構成された本発明のフィルム外装電気デバイスでは、内部でのガスの発生により内圧が上昇すると、外装フィルムの熱融着領域の内縁には外装フィルムの引き剥がし応力が作用する。熱融着領域の一部には、電気デバイス要素が収納された空間と繋がる圧力開放部が形成されている。圧力開放部は、他の熱融着領域よりも優先的に剥離するので、外装フィルムの剥離は、他の領域に優先して圧力開放部で進行する。圧力開放部にはガス導出部が接続されており、圧力開放部での外装フィルムの剥離がガス導出部まで達すると、電気デバイス要素を収納している空間とガス導出部の中空部とが連通し、ガスはガス導出部の先端から放出される。このようにして、本発明のフィルム外装電気デバイスによれば、内部で発生したガスが所望の位置から放出される。

ガスの放出位置を任意に設定するためには、ガス導出部はチューブを含むことが好ましい。チューブは、例えば、少なくとも外装フィルムとの接合部の外周面を外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する樹脂と同種の樹脂で構成することができる。圧力開放部は、熱融着領域の他の領域に比べて剥離強度が低くなるような構造を有していれば、種々の構造を採用することができる。例えば、架橋された樹脂からなる架橋構造部、電気デバイス要素が収納された空間に向かって突出して形成した突出融着部、および、互いに対向する外装フィルムに挟まれた、熱融着樹脂層を構成する熱融着樹脂よりも高い融点の樹脂からなり、熱融着性樹脂が浸透したシート状部材などが挙げられる。

さらに、一端が閉鎖されるとともに側面に貫通穴が形成されたチューブを、互いに対向している外装フィルムの間で、閉鎖されている一端部を電気デバイス要素が収納されている空間内に露出させ、かつ貫通穴を外側から密閉させて、熱融着領域の他の領域と比べて小さい剥離強度で熱融着した構成とすることもできる。この場合は、チューブが、中空部を備えたガス導出部、および圧力開放部を兼ねている。

本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法は、電気エネルギーを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスを発生し得る電気デバイス要素、および電気デバイス要素を封止するための、熱融着樹脂層を有する外装フィルムを用意する工程と、電気デバイス要素の外周部で熱融着樹脂層同士が対向するように電気デバイス要素を包囲する工程と、電気デバイス要素を包囲した外装フィルムを、電気デバイス要素の外周部の全周にわたって熱融着することによって、電気デバイス要素を封止する工程とを有する。電気デバイス要素を封止する工程では、電気デバイス要素が収納された空間と独立した中空部を備え前記電気デバイス要素と離れた位置まで前記ガスを誘導して外気と連通するガス導出部、および熱融着された領域の一部で上記空間と中空部とを繋ぐ、熱融着された他の領域よりも優先的に剥離して前記ガスを通過可能とする圧力開放部を有して外装フィルムを熱融着する。

本発明のフィルム外装電気デバイスの製造方法によって、上述した本発明のフィルム外装電気デバイスが製造される。

本発明によれば、内部でのガスの発生に伴う内圧の上昇による外装フィルムの剥離を圧力開放部で確実に行わせ、内部で発生したガスをガス導出部から放出させることができる。ガス導出部は、電気デバイス要素と離れた位置までガスを誘導して外気と連通するように構成されているので、ガスが放出されても影響のない位置へガスを導くことができる。しかも、圧力開放部とガス導出部とを有するだけでよいので、フィルム外装電気デバイス全体としての構成も簡易なものとすることができ、かつ、フィルム外装電気デバイスの製造も容易に行うことができる。

本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の分解斜視図である。 図１に示すフィルム外装電池の平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すフィルム外装電池の一変形例を示す、突出融着部を設けない場合の平面図である。 図１に示すフィルム外装電池の他の変形例を示す、架橋構造部を樹脂シートで構成した例の、チューブの軸線方向に沿った要部断面図である。 図１に示すフィルム外装電池の更に他の変形例を示す、不織布を含む圧力開放部を有する例の平面図である。 ２枚重ねの不織布を有する圧力開放部の断面図である。 本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池の平面図である。 図８のＢ−Ｂ線断面図である。 図８に示すフィルム外装電池の、圧力開放時のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明によるフィルム外装電池の、外装フィルムとチューブとの接続部を補強した一例の斜視図である。 本発明によるフィルム外装電池の、外装フィルムとチューブとの接続部を補強した他の例の斜視図である。 本発明によるフィルム外装電池の、外装フィルムとチューブとの接続部を補強したさらに他の例の斜視図である。

符号の説明

１，３１ フィルム外装電池
２，３２ 電池要素
３ａ 正極タブ
３ｂ 負極タブ
４，５，３４，３５，５４，５５ 外装フィルム
６，３６，５６ 熱融着領域
８，３８ 熱融着樹脂層
９ 非通気層
１０ 圧力開放部
１０ａ 非融着部
１１ 突出融着部
１２ ガス開放室
１３ 架橋構造部
１４，４４，６４ チューブ
２１ 樹脂シート
２３ 不織布
４４ａ 貫通穴
４５ 金属接着性樹脂
６６ 保護部材
７６，８６ 部材

（第１の実施形態）
図１〜図３を参照すると、本実施形態のフィルム外装電池１は、複数の正極板および複数の負極板を積層した構造を有する扁平な略直方体状の電池要素２と、電池要素２の正極板および負極板にそれぞれ接続された正極タブ３ａおよび負極タブ３ｂと、電池要素２を封止する２枚の外装フィルム４，５とを有する。

電池要素２は、それぞれ電極材料が両面に塗布された金属箔からなる複数の正極板と複数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層された構造を有する。各正極板および各負極板の一辺からはそれぞれ電極材料が塗布されていない未塗布部分が突出して設けられている。正極板の未塗布部分同士、および負極板の未塗布部分同士はそれぞれ一括して超音波溶接されて、正極タブ３ａおよび負極タブ３ｂと接続されている。正極板および負極板の超音波溶接された未塗布部分は集電部と呼ばれる。つまり、正極タブ３ａおよび負極タブ３ｂは、それぞれ電池要素２の正極側および負極側の集電部に接続されている。

本実施形態では、正極板および負極板は、電極材料の未塗布部分を互いに反対方向に向けて突出させて重ねられている。したがって、正極タブ３ａと負極タブ３ｂとは、フィルム外装電池１の互いに対向する辺から引き出されている。本実施形態では、フィルム外装電池１の平面形状を略長方形とし、正極タブ３ａおよび負極タブ３ｂを、その長方形の短辺から引き出している。

リチウムイオン電池などの非水電解質電池の場合、一般に、正極板を構成する金属箔にはアルミニウム箔が用いられ、負極板を構成する金属箔には銅箔が用いられる。さらに、正極タブ３ａにはアルミニウム板が用いられ、負極タブ３ｂにはニッケル板または銅板が用いられる。負極タブ３ｂを銅板で構成する場合、表面にニッケルめっきを施してもよい。

セパレータは、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂から作られた、マイクロポーラスフィルム（微多孔フィルム）、不織布あるいは織布など、電解液を含浸することができるシート状の部材を用いることができる。

外装フィルム４，５は、電池要素２をその厚み方向両側から挟んで包囲するため、電池要素２の平面寸法よりも大きな平面寸法を有する。外装フィルム４，５の、電池要素２の周囲で重なり合った対向面同士を熱融着することで、電池要素２が封止される。したがって、電池要素２の周囲は全周に亘って封止領域とされ、特にその熱融着された領域を、図面では熱融着領域６として斜線で示している。一方の外装フィルム４には、電池要素２を包囲する空間である電池要素収納部を形成するために、中央領域にカップ部４ａを有する。熱融着領域６は、このカップ部４ａの周囲全周に亘って形成されている。カップ部４ａの加工は、深絞り成形によって行うことができる。本実施形態では、一方の外装フィルム４のみにカップ部４ａを形成しているが、両方の外装フィルム４，５にカップ部を形成してもよい。また、カップ部を形成せずに外装フィルム４，５の柔軟性を利用して電池要素２を包囲してもよい。

外装フィルム４，５には、ラミネートフィルムが好ましく用いられる。ラミネートフィルムとしては、柔軟性を有しており、かつ電解液が漏洩しないように熱融着によって電池要素２を封止できるものが用いられる。外装フィルム４，５に用いられるラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜などからなる非通気層９と熱融着性樹脂からなる熱融着樹脂層８とを積層した構成、あるいは、非通気層９の熱融着樹脂層８と反対側の面にさらに、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルやナイロンといったフィルムからなる保護層を積層した構成が挙げられる。電池要素２を封止するに際しては、熱融着樹脂層８同士を対向させて電池要素２を包囲する。

非通気層９を構成する金属薄膜としては、例えば、厚さが１０〜１００μｍの、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ合金などの箔を用いることができる。熱融着樹脂層８に好ましく用いられる熱融着性樹脂については後述するが、良好な熱融着を行うためには、熱融着樹脂層８の厚さは１０〜２００μｍが好ましく、より好ましくは３０〜１００μｍである。

さらに、本実施形態のフィルム外装電池１は、圧力開放部１０と、ガス導出部と、を有する。圧力開放部１０は、内部で発生したガスによってフィルム外装電池１の内圧が上昇した際に、フィルム外装電池１が破裂する前にガスを外部へ開放する。ガス導出部は、圧力開放部１０で開放されたガスをフィルム外装電池１の外部へ導く。

圧力開放部１０は、熱融着領域６の一部として、本実施形態ではフィルム外装電池１の長辺の中間に設けられており、熱融着領域６の内縁の一部を電池要素２側に突出させて形成した突出融着部１１と、突出融着部１１を含む範囲に形成された架橋構造部１３とを有する。ガス導出部は、先端が突出融着部１１に位置するように周囲が熱融着領域６に囲まれて形成されたガス開放室１２と、ガス開放室１２に気密に接続された、一端がガス開放室１２内に開口し、他端がフィルム外装電池１の外部に開口している、両端が開放したチューブ１４とを有する。つまり、ガス導出部は、電池要素収納部と独立して配置されており、かつ、外装フィルム４，５と離れた位置で開口して外気と連通するガス開放室１２およびチューブ１４を備えている。また、圧力開放部１０は、熱融着領域６の一部に、電池要素収納部とガス開放室１２とを繋いで形成されている。

ガス開放室１２は、外装フィルム４，５が熱融着されず、単に外装フィルム４，５同士が向き合っているだけの外装フィルム４，５間の領域として形成され、これにより、ガス開放室１２はチューブ１４を介して外気と連通している。また、ガス開放室１２は熱融着領域６を介して電池要素収納部と隔てられており、電池要素収納部とは連通していない。

チューブ１４は、フィルム外装電池１の内部で発生したガスを、放出しても影響のない場所へ導く。そのために、図では比較的短い長さで直線的に示されているが、フィルム外装電池１の外部に開口している他端が、ガスを放出しても影響のない場所に位置するように、適宜長さを有し、かつ適宜経路を引き回されている。

チューブ１４は、外装フィルム４，５に挟まれて保持されており、外装フィルム４，５の間では外周面が全周にわたって外装フィルム４，５と気密に接合されている。図１では断面が略円形のチューブ１４が示されているが、外装フィルム４，５との間で気密接続が可能であれば、チューブ１４の形状は任意である。また、外装フィルム４，５とチューブ１４との気密接続をより確実にするために、図１に示すように、チューブ１４が接続される部分で外装フィルム４，５をチューブ１４の外形状に合わせた形状に予め加工しておいてもよい。この加工は、カップ部４ａの加工と同様に行うことができる。

外装フィルム４，５のうち一方（本実施形態ではカップ部の形成されていない外装フィルム５）の一部には、熱融着樹脂層８が選択的に架橋処理されることによって、架橋構造部１３が形成されている。架橋構造部１３は、少なくとも突出融着部１１を含む領域に形成されている。したがって、架橋構造部１３は、電池要素２を包囲したときに互いに対向する面の一方に、一部位が電池要素収納部に露出し、他の一部位がガス開放室１２に露出している一つの連続した領域として形成される。また、架橋構造部１３は一方の外装フィルム５のみに形成されているため、突出融着部１１では、外装フィルム４の架橋されていない熱融着樹脂層８と、もう一方の外装フィルム５の架橋構造部１３とが熱融着されることになる。

なお、実際のフィルム外装電池１ではその外側からは架橋構造部１３を目視することはできないが、図２では、架橋構造部１３をその位置を示すものとして表している。このことは、以降の実施形態を示すフィルム外装電池の平面図においても同様である。

架橋構造部１３は、熱融着樹脂層８に電子線を照射することによって形成することができる。熱融着性樹脂の架橋方法としては、樹脂に架橋剤を添加する方法もあるが、電子線を利用することによって、電子線を遮蔽するマスクを用いて容易に、特定の位置のみに選択的に架橋構造部１３を形成することができる。

このように、熱融着樹脂層８には電子線を照射することによって架橋構造部１３が形成されるので、熱融着樹脂層８を構成する熱融着性樹脂としては、熱融着が可能であり、かつ電子線の照射によって架橋構造部１３を形成することのできる樹脂組成物を用いることができる。このような樹脂組成物であれば、熱融着樹脂層８を構成する樹脂には、単独の樹脂、複数種の樹脂の混合物、あるいは、電子線分解型の樹脂であっても電子線反応性化合物を添加（混合・塗布等も含む。以下同様。）した樹脂組成物を用いることができる。

このような樹脂組成物としては、ポリエチレン（高・中・低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン）およびポリプロピレン等のポリオレフィンホモポリマー；プロピレン−エチレン共重合体、プロピレンおよび／またはエチレンとブテン−１などのα−オレフィンとの共重合体等のポリオレフィン共重合体；エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−メチルアクリレート共重合体（ＥＭＡ）、エチレン−グリシジメタクリレート共重合体（ＥＧＭＡ）等の、変成ポリオレフィン等の−（ＣＨ₂−ＣＨＸ）−なる繰り返し単位（Ｘは、Ｈ、ＣＨ₃等の置換基）を有する樹脂を挙げることができる。

また、ポリイソブチレン、ポリメタアクリレート、ポリフッ化ビニリデン等の電子線分解型の樹脂であっても、以下に示すような電子線反応性化合物を添加すれば、熱融着樹脂層８を構成する樹脂として使用可能である。

電子線反応性化合物としては、電子線の照射により反応する化合物であれば特に限定されないが、多官能であって架橋構造を形成しうるものが好ましい。例えば、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートヘキサメチレンジイソシアネートウレタンポリマー等の多官能アクリル系化合物；メチル（メタ）アクリレート、メトキシポリエチレングリコール（メタ）アクリレート等の単官能アクリル系化合物；多官能アクリル系化合物と単官能アクリル系化合物との混合物；３，４−エポキシシクロヘキシルメチル−３’，４’−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、１，４−（６−メチル−３，４−エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート）ブタン等の脂環式エポキシ化合物；ビニルピロリドン、ビニルアセテート、ビニルピリジン、スチレン等のビニル化合物等を用いることができる。これらの電子線反応化合物は、熱融着樹脂層８の全体に混入されていてもよいし、表面に塗布されていてもよい。

熱融着樹脂層８への電子線の照射は、電池要素２の封止工程の前、具体的には、外装フィルム４，５で電池要素２を包囲する前に、外装フィルム５単体に対して、架橋構造部１３を形成しない領域を電子線遮蔽部材でマスクして行う。電子線遮蔽部材としては、架橋構造部１３を形成しない領域へ電子線が照射されないようにすることができるものであれば任意の材料を用いることができ、例えば、アルミニウム、鉄、鉛、チタン、銅等の金属材料、あるいはガラス材が挙げられる。これらの中でも、所望の形状への加工や成形が容易であるという観点から、アルミニウムや鉄などの金属材料が好ましい。

本実施形態のフィルム外装電池１は、例えば、以下のようにして製造することができる。

まず、２枚の外装フィルム４，５のうち、一方の外装フィルム５に、上述のようにして所定の領域に電子線を照射することによって架橋構造部１３を形成する。

次いで、予め用意しておいた、正極タブ３ａおよび負極タブ３ｂを接続した電池要素２を、上記の外装フィルム４，５で挟んで包囲する。この際、外装フィルム４，５は、熱融着樹脂層８同士を対向させた向きとする。その後、外装フィルム４，５の、電池要素２の周囲で対向している領域を、熱融着ヘッド（不図示）で加圧および加熱して熱融着領域６を形成し、これによって電池要素２を封止する。熱融着の際、熱融着ヘッドとして、熱融着領域６の形状に対応した加圧面を有する熱融着ヘッドを用いれば、突出融着部１１およびガス開放室１２を形成するための特別な工程は不要となる。また、突出融着部１１を形成する位置が外装フィルム５の架橋構造部１３の位置と一致するように、外装フィルム４，５と熱融着ヘッドとが相対的に位置決めされる。

電池要素２の封止は、例えば、外装フィルム４，５の３辺を一括または各辺ごとに先に熱融着して、外装フィルム４，５を１辺が開放した袋状に形成しておき、その袋状となった外装フィルム４，５の開放している残りの１辺から電解液を注入し、その後、残りの１辺を熱融着することによって行うことができる。また、残りの１辺の熱融着を減圧雰囲気中（減圧チャンバ内）で行えば、封止後のフィルム外装電池１を大気圧雰囲気中に戻すことによって、外装フィルム４，５は大気圧によって電池要素２に押し付けられ、外装フィルム４，５を電池要素２に密着させることができる。

外装フィルム４，５に対するチューブ１４の接続は、電池要素２の封止工程、あるいは封止後に行うことができる。外装フィルム４，５とチューブ１４との接続方法は、チューブ１４の外周面を全周にわたって外装フィルム４，５と気密に接合できる方法であれば特に限定されず、接着剤によって接続することもできるし、熱融着によって接続することもできる。

チューブ１４が熱融着性の樹脂からなる場合は、好ましくは熱融着による接続方法が用いられる。例えば、まず、圧力開放部１０が設けられる辺を熱融着する際に、チューブ１４を挿入するための口部を残して外装フィルム４，５を熱融着する。圧力開放部１０が設けられる辺が最後の辺であれば、この時点で電池要素２は封止される。次いで、口部からガス開放室１２内にチューブ１４の端部を挿入し、その状態で外装フィルム４，５をチューブ１４の外周面に熱融着する。あるいは、圧力開放部１０が設けられる辺を熱融着する際に、チューブ１４を外装フィルム４，５で挟まれる所定の位置に設置しておき、外装フィルム４，５の熱融着と同時にチューブ１４を熱融着することもできる。

チューブ１４を熱融着によって接続する場合は、チューブ１４の外周面と外装フィルム４，５との気密性をより確実にするため、チューブ１４の少なくとも外装フィルム４，５との接合部の外周面を、外装フィルム４，５の熱融着樹脂層８を構成する樹脂と同種の樹脂で構成することが望ましい。例えば、熱融着樹脂層８がポリプロピレンからなる場合は、チューブ１４の外周面もポリプロピレンとする。

以上のように構成されたフィルム外装電池１によれば、使用中に規格範囲外の電圧が印加されたり、一時的に高温になったりすることなどによって電池要素２からガスが発生すると、フィルム外装電池１の内圧が上昇する。内圧が上昇すると、外装フィルム４，５内の電池要素２を包囲する空間である電池要素収納部はドーム状に膨らもうとし、熱融着領域６の内縁には外装フィルム４，５の引き剥がし応力が作用する。

熱融着領域６には前述した突出融着部１１が形成されているので、引き剥がし応力は、この突出融着部１１に集中し、外装フィルム４，５の剥離は突出融着部１１で優先的に進行する。この際、突出融着部１１では一方の外装フィルム５に架橋構造部１３が形成されているので、外装フィルム４，５は、両者の界面で確実に剥離する。外装フィルム４，５の界面で剥離が進行し、ガス開放室１２まで達すると、電池要素収納部とガス開放室１２とが連通する。

電池要素収納部とガス開放室１２とが連通すると、電池収納部内のガスはガス開放室１２内に導入され、さらに、ガス開放室１２からチューブ１４を通って、チューブ１４の先端から放出される。このように、架橋構造部１３によって外装フィルム４，５の剥離界面が規定されるので、ガスの開放圧力が安定しており、かつ、外装フィルム４，５の剥離が確実にガス開放室１２に達する、信頼性の高いフィルム外装電池１が、極めて簡易な構成で提供される。

以下に、突出融着部１１、架橋構造部１３、およびチューブ１４の作用について順に説明する。

まず、突出融着部１１について説明する。

突出融着部１１は、周囲に対して相対的に電池要素２へ向かって突出した熱融着領域６の部分として形成されている。つまり、突出融着部１１の両側は、電池要素収納部に連続した非融着部１０ａとなっている。電池要素収納部内にガスが発生すると、発生したガスは、電池要素収納部だけでなく、突出融着部１１の両側の非融着部１０ａにも充満する。これにより、突出融着部１１には、その先端部において突出融着部１１の根元に向かう方向に作用する外装フィルム４，５の引き剥がし応力だけでなく、両側部からも、突出融着部１１の接線に直角な方向に引き剥がし応力が加わる。そのため、突出融着部１１にはこれらの引き剥がし応力の合力として他の部位よりも大きな引き剥がし応力が作用し結果的に、他の部位に優先して外装フィルム４，５の剥離が進行することになる。

ところで、フィルム外装電池１の長辺に単純に突出融着部１１を付加しようとした場合、突出融着部１１が設けられた辺については熱融着領域６を電池要素２に対して後退させなければならないので、フィルム外装電池１の外形寸法が大きくなってしまう。そこで本実施形態では、外装フィルム４，５を部分的に外側へ張り出した形状とし、この張り出した部分で電池要素収納部と連続した入り江状の領域が形成されるように熱融着領域６を形成するとともに、入り江状の領域に、突出融着部１１を形成している。その結果、この入り江状の領域の、突出融着部１１の両側が、外装フィルム４，５が熱融着されていない非融着部１０ａとして形成される。このように突出融着部１１を形成することで、フィルム外装電池１の外形寸法の増大を最小限に抑えつつ、電池要素収納部内部からの外装フィルム４，５の引き剥がし応力を集中させる部分としての機能を有する突出融着部１１を形成することができる。

突出融着部１１の形状は、電池要素２に向かって実質的に突出していれば、図１等に示したような円弧状の先端部を有するものに限らず、矩形状のものや、先細り形状のものなど、如何なる形状であってもよい。

次に、架橋構造部１３について説明する。

突出融着部１１では、図３に示すように、外装フィルム５の架橋構造部１３と外装フィルム４の熱融着樹脂層８とが熱融着されている。架橋構造部１３は、熱融着樹脂層８と比べて高温で軟化しにくく、両者を熱融着しても架橋構造部１３と熱融着樹脂層８とは完全には一体化せず、架橋構造部１３と熱融着樹脂層８との間に境界が存在している。ここで、「高温で軟化しにくい」とは、例えば樹脂を一定の応力で加圧しながら昇温させたときの温度−ひずみ特性、いわゆるクリープ曲線において、横軸を温度としたときにそのクリープ曲線の傾きが小さくなることをいう。

突出融着部１１では架橋構造部１３と熱融着樹脂層８とが熱融着された構造となっているため、外装フィルム４，５の剥離は、外装フィルム５の架橋構造部１３と外装フィルム４の熱融着樹脂層８との境界に沿って進行する。剥離の進行に伴い、突出融着部１１においては、外装フィルム４，５は外装フィルム４の架橋されていない熱融着樹脂層８と外装フィルム５の架橋構造部１３との境界で分離し、電池要素収納部とガス開放室１２とが連通する。つまり、架橋構造部１３は、外装フィルム４，５が剥離する際の、剥離界面を規定する働きを有する。仮に、架橋構造部１３が形成されていない場合、外装フィルム４，５の熱融着樹脂層８同士の融着強度が高すぎると、外装フィルム４，５の剥離が、熱融着樹脂層８を破壊しながら進行し、熱融着樹脂層８と非通気層９との界面で剥離することがある。この界面で剥離が進行すると、電池要素収納部はガス開放室１２と連通することなく外装フィルム４，５の端縁まで剥離が進行し、そこでガスが放出されてしまう。

以下に、外装フィルム４，５のうちの一方に、架橋構造部１３を形成することによって、外装フィルム４，５の界面で剥離が進行する原理について説明する。

一般に、架橋された樹脂層（以下、架橋樹脂層という）と架橋されていない樹脂層（以下、非架橋樹脂層）とを熱融着した場合、架橋樹脂層と非架橋樹脂層との融着界面では次のようなことが起こる。架橋樹脂層においては、架橋された高分子鎖は流動することができないため、非架橋樹脂層中の高分子鎖との間で相互に溶融し合って一体化することは起こりにくい。ただし、架橋樹脂層であってもその架橋度によっては、架橋された高分子鎖のマトリクスの隙間あるいは内部に、架橋されていない高分子鎖も存在する。そのような架橋されていないフリーな高分子鎖が集まっている微小部分では、高分子鎖は融点以上の温度で溶融・流動することができる。

したがって、上記微小部分が非架橋樹脂層との融着界面に接しているような場合、互いに接している架橋樹脂層と非架橋樹脂層とを融点以上の温度に加熱すると、融着界面を通じて各樹脂層間で高分子鎖が相互に流動し合う。そして加熱された各樹脂層が冷却されて固化したときには、架橋樹脂層中の架橋されていない高分子鎖と、架橋樹脂層中の高分子鎖とが混ざり合った凝集体あるいは結晶体が、融着界面を通じて各樹脂層間で連続一体化した状態で形成されることが可能となる。

以上のように、架橋樹脂層と非架橋樹脂層とを熱融着した場合は、融着界面では、両樹脂層同士の融着に寄与するのは架橋樹脂層中の架橋されていない高分子鎖であり、架橋樹脂層中の架橋された高分子鎖は非架橋樹脂層と連続一体化はしていない。このような、連続一体化していない部分が存在するのは両樹脂層の融着界面であり、したがって、両樹脂層に引き剥がし応力が作用すると、両樹脂層の融着界面、すなわち外装フィルム４，５の界面で剥離が進行する。

ここで、架橋樹脂層の架橋度を変化させると、架橋されていないフリーな高分子鎖が集まっている上記微小部分の占める割合が変化する。その結果、架橋樹脂層と非架橋樹脂層とを熱融着させたとき、融着界面を通じて各樹脂層間で連続一体化した上記凝集体あるいは結晶体の割合が変化する。具体的には、架橋樹脂層の架橋度を低くすると、上記微小部分の占める割合が高くなり、各樹脂層間で連続一体化した凝集体あるいは結晶体の割合が高くなる。各樹脂層間で連続一体化した凝集体あるいは結晶体の割合が高ければ高いほど、各樹脂層の融着強度は高くなる。架橋樹脂層の架橋度は、電子線の照射量を変化させることなどにより制御可能であるから、電子線の照射量を制御することにより各樹脂層の融着強度も自由に制御できることになる。

融着強度は、別の言い方をすれば剥離強度を意味する。すなわち、融着強度が高ければそれだけ剥離しにくくなり、剥離強度も高くなる。

本実施形態でのガスの開放圧力は、突出融着部１１における外装フィルム４，５の剥離強度に依存する。融着強度は、上述したように架橋構造部１３を形成する際の電子線の照射量に依存する。電子線の照射量が大きければ、電子線を照射した熱融着樹脂層８の架橋度が高くなり、突出融着部１１での外装フィルム４，５の剥離強度は小さくなる傾向にある。剥離強度を小さくすることによって、より低い圧力で圧力開放がなされる。すなわち、熱融着樹脂層８の架橋度を適宜調整することによって、開放圧力を任意に設定することができる。

フィルム外装電池１においては、好ましい設計上の開放圧力は、大気圧からの上昇分として０．０５ＭＰａ〜１ＭＰａであり、より好ましくは０．１ＭＰａ〜０．２ＭＰａである。開放圧力が低すぎると、一時的に大電流が流れたり一次的に高温になったりしたときなどの軽微なトラブルでも開放してしまい、フィルム外装電池１が作動しなくなるという不具合を招く。一方、開放圧力が高すぎると、ガス開放室１２まで剥離が進行する前に他の部位で開放し、意図しない方向へガスが噴出してしまう危険性が増大する。

次に、チューブ１４について説明する。

本実施形態では、ガス開放室１２にチューブ１４が気密に接続されているので、チューブ１４の引き回しや長さを適宜設定することで、フィルム外装電池１の内部で発生したガスを任意の位置に放出することができる。

例えば、フィルム外装電池１を電気自動車用のエネルギー源として用いる場合、モータの駆動に必要な電圧および電流を確保するために、複数のフィルム外装電池１を組み合わせて使用する。その際、フィルム外装電池１は充放電によって発熱するので、フィルム外装電池１が設置された空間に冷却風を供給し、発生した熱を冷却する。冷却に利用された空気は、客室内に循環させて温風として利用することも多い。

この場合、フィルム外装電池１の何らかの異常によってガスが発生し、発生したガスが圧力開放部１０から放出されたとしても、圧力開放部１０にはチューブ１４が接続されているので、冷却風の経路とは隔離された経路を通って、例えば車外といった、ガスによる影響の少ない場所へガスを放出することができる。仮に、圧力開放部１０以外の場所からガスが放出された場合は、放出されたガスは、周囲の電気装置や機械装置などに付着したり、冷却風と混合して客室内へ導入されたりする。フィルム外装電池１から発生するガスは、電解液のミストを含むこともあるため、フィルム外装電池１から発生したガスが周囲の各種装置に付着したり、客室内へ導入されたりすることは好ましくない。

そこで、本実施形態のように、フィルム外装電池１から発生したガスを、チューブ１４を介して適切な場所へ導くことで、上記の不具合が解消される。また、フィルム外装電池１の異常時にはフィルム外装電池１は高温になっていることが多く、そこで発生したガスも高温となっている。チューブ１４の長さを、ガスを冷却するのに十分な長さとすれば、発生したガスをチューブ１４の進行中に冷却することができる。チューブ１４の引き回しを容易にするために、チューブ１４は可撓性を有する部材で構成することが望ましい。

ここではフィルム外装電池１を自動車に搭載する場合を例に挙げたが、これに限らず、クリーンルームや換気のできない室内など、ガスを放出すると不都合が生じる空間内でフィルム外装電池１を使用する場合も同様であり、その場合は、その空間の外にガスを排出するのが好ましい。

以上、圧力開放部１０が突出融着部１１および架橋構造部１３を有するフィルム外装電池１について説明したが、圧力開放部１０はこれらの双方を備えている必要はなく、突出融着部１１または架橋構造部１３のいずれか一方のみを有していてもよい。

前述したように、突出融着部１１は、外装フィルム４，５の引き剥がし応力集中部として機能しており、外装フィルム４，５の剥離は、突出融着部１１で熱融着領域６の他の部分に優先して開始し、進行する。したがって、外装フィルム４，５が、非通気層９と熱融着樹脂層８との接着力が十分に高くて層間剥離のおそれがないような場合や、ラミネートフィルムではないような場合などは、架橋構造部１３を設けず、突出融着部１１のみを有した構成とすることができる。

一方、架橋構造部１３は、他の領域と比べて高温で軟化しにくい領域であり、結果的に架橋構造部１３が形成された領域自身も他の領域と比べて剥離強度が小さくなっている。したがって、架橋構造部１３を形成するだけで十分に剥離位置を規定できる場合は、突出融着部１１を設けず、熱融着領域６の一部に架橋構造部１３を形成した構成とすることもできる。

図４に、突出融着部を設けないフィルム外装電池の一例の平面図を示す。図４において、図１等と同じ構成については図１等と同じ符号を付している。このことは、以降の図においても同様である。

図４に示すフィルム外装電池１では、熱融着領域６は、内縁が矩形状になるように形成されている。熱融着領域６の一部には圧力開放部１０が設けられる。圧力開放部１０は、電池要素収納部とガス開放室１２とを跨ぐ位置に形成された架橋構造部１３を有する。架橋構造部１３は、電池要素（不図示）を封止する２枚の外装フィルムのうち一方に対して、熱融着樹脂層に部分的に架橋処理を施すことによって形成されている。そして、ガス開放室１２にはチューブ１４が気密に接続され、その先端はフィルム外装電池１内で発生したガスを放出しても問題のない位置へ引き回されている。

このように、突出融着部を有しない構造としても、架橋構造部１３が形成された領域は熱融着領域６の他の領域と比べて剥離強度が小さくなっており、フィルム外装電池１の内圧上昇に伴う外装フィルムの剥離は、架橋構造部１３が形成された領域で優先的に進行する。そして、剥離がガス開放室１２まで達することによって、発生したガスはチューブ１４を通じて放出される。

架橋構造部１３の形状やサイズは、電池要素収納部とガス開放室１２とを跨ぐような形状やサイズであれば特に限定されない。例えば、図２においては突出融着部１１の形状に合せて架橋構造部１３を形成している。また、図４に示す例においては、圧力開放部１０が設けられた辺の長手方向での内縁の長さが外縁の長さよりも長い台形形状に架橋構造部１３を形成している。架橋構造部１３をこのような形状とすることで、架橋構造部１３が外装フィルムの剥離の進行に合せた形状となるので、剥離をよりスムーズに進行させることができる。

架橋構造部は、外装フィルム自身に形成されている必要はない。例えば、図５に示すように、対向する外装フィルム４，５の間に、予め架橋させておいた樹脂シート２１を挟み込むことによって形成してもよい。樹脂シート２１は、外装フィルム４，５同士を熱融着する前に、予めいずれか一方の外装フィルム４または５に熱融着されている。この構成によれば、内圧が上昇し、熱融着領域が剥離する場合には、一方の外装フィルム４と樹脂シート２１との界面、あるいは他方の外装フィルム５と樹脂シート２１との界面のいずれかで剥離が進行する。いずれの場合でも、樹脂シート２１が介在した領域が他の領域に優先して剥離が進行し、電池要素２を収納している電池要素収納部はガス開放室１２と連通する。

樹脂シート２１を構成する樹脂としては、外装フィルム４，５の熱融着樹脂層を構成することのできる樹脂として先に例示した樹脂を用いることができる。その中でも特に、電池要素２を封止するための最低限の融着強度を確保するために、外装フィルム４，５の熱融着樹脂層８と同種の樹脂を用いるのが好ましい。樹脂シート２１の形状やサイズ等は、一部位が電池要素収納部内に露出し、他の一部位がガス開放室１２内に露出していれば任意である。

樹脂シート２１の形態としては、フィルム状であってもよいし、メッシュ状であってもよい。メッシュ状とすれば、熱融着によって溶融した熱融着樹脂層８が樹脂シート２１の網目中に浸透することによって生じるアンカー効果による、必要な融着強度の確保が期待できる。もちろん、樹脂シート２１の形態にかかわらず、樹脂シート２１の架橋度を適宜調整することによって、外装フィルム４，５との融着強度を任意に制御することもできる。

このように、樹脂シート２１によって架橋構造部を形成しても、前述した各例と同様の効果が得られる。特に、架橋構造部を、外装フィルム４，５のいずれか一方に熱融着した樹脂シート２１で構成するので、架橋構造部を有しているか否かの区別が目視でも容易に行え、製造工程中での部品管理が容易になるとともに、外装フィルム４，５（特に熱融着樹脂層８）の材料の選択の幅が広がる。

ここまでは、対向する外装フィルム４，５のうちいずれか一方のみに架橋構造部を形成するものとして説明してきたが、電池要素２を封止するのに十分な接着力が得られれば、双方の外装フィルム４，５に架橋構造部を形成してもよい。その場合の、各外装フィルム４，５への電子線の照射量は等しくてもよいし互いに異なっていてもよい。このことを、図５に示した構成に適用する場合は、各外装フィルム４，５にそれぞれ、架橋処理された樹脂シート２１を熱融着することになる。

図６に、本発明の第１の実施形態の更なる変形例を示す。図６に示す例は、図５に示した樹脂シート２１を不織布２３に置き換えて圧力開放部を構成したものである。すなわち、熱融着領域６の一部において、不織布２３を、一部位が電池要素収納部内に露出し、他の一部位がガス開放室１２内に露出するように、対向する外装フィルム間に挟んだものである。不織布２３は、外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する熱融着性樹脂の融点よりも高い融点を有する、外装フィルムの熱融着性樹脂とは異種の樹脂から作られたものである。例えば、外装フィルムの熱融着樹脂層をポリプロピレンで構成した場合は、不織布２３はポリエチレンテレフタレートで作られたものを用いることができる。

外装フィルム同士の熱融着は、外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する熱融着性樹脂の融点よりも高く、かつ不織布２３を構成する樹脂の融点よりも低い温度で行う。これにより、熱融着樹脂層は溶融するが不織布２３の繊維は溶融しないので、熱融着樹脂層の熱融着性樹脂が不織布２３の繊維間に浸透する。これによって、不織布２３は、２枚の外装フィルムの、熱融着によって一体となった熱融着樹脂層中に保持される。

対向する外装フィルムの間に不織布２３を挟み込んだ構造は、例えば、以下のようにして作製することができる。まず、２枚の外装フィルムのいずれか一方の熱融着領域６となる部分に、予め所定の寸法に切り取った不織布２３を載せ、接着剤や、熱融着樹脂層が僅かに軟化する程度の低い温度での熱融着などにより、不織布２３を外装フィルムに仮止めする。この仮止めは、不織布２３を外装フィルムに強固に固定する必要はなく、最終的に熱融着領域６を形成するまでの間、不織布２３を外装フィルム上に保持できる程度でよい。それ以降は、前述した例と同様にして、外装フィルムの熱融着による電池要素（不図示）の封止、およびチューブ１４の接続を行う。

このようにして得られたフィルム外装電池では、熱融着領域６の一部には不織布２３が挟み込まれており、この不織布２３が挟み込まれた部分では、外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する熱融着性樹脂は不織布２３の繊維間に染み込んでいる。そのため、熱融着性樹脂が熱融着樹脂層の厚さ方向で分断されていないので、熱融着領域６に必要な封止性能を得ることができる。

さらに、不織布２３を挟み込むことにより、不織布２３を挟み込んだ領域では、外装フィルムの熱融着樹脂層同士の接着領域、すなわち熱融着性樹脂が熱融着樹脂層の厚み方向に連続してつながっている部分の面積が、同じ面積での不織布２３を挟み込んでいない他の領域と比べて小さくなる。不織布２３は、熱融着樹脂層を構成する熱融着性樹脂とは異種の、融点がより高い樹脂から作られているので、不織布２３を構成する樹脂と熱融着性樹脂との接着強度は、熱融着性樹脂同士の接着強度よりも小さい。

このことにより、不織布２３が挟み込まれた部分では、他の熱融着領域６と比べて小さな引き剥がし応力で引き剥がすことが可能である。したがって、内圧の上昇により熱融着領域６に引き剥がし力が作用すると、熱融着領域６での外装フィルムの剥離が、不織布２３が挟み込まれた部分で優先的に進行する。剥離がガス開放室１２まで達すると、電池要素収納部がガス開放室１２と連通し、チューブ１４を通じて、上昇した圧力が開放される。よって、フィルム外装電池の内部で発生したガスを、チューブ１４の先端から安全に放出させることができる。

不織布２３が挟み込まれた部分での外装フィルムの剥離強度は、熱融着樹脂層中での熱融着性樹脂の存在割合に依存する。この存在割合が高ければ剥離強度は高く、存在割合が低ければ剥離強度は低くなる傾向がある。熱融着樹脂層中での熱融着性樹脂の存在割合は、挟み込む不織布２３の目付量に依存する。目付量が大きければ熱融着性樹脂の存在割合は低く、目付量が小さければ熱融着性樹脂の存在割合は高くなる傾向にある。以上のことから、挟み込む不織布２３の目付量を適宜設定することによって、不織布２３が挟み込まれた領域での剥離強度を調整することができる。このように、不織布２３を挟み込んで剥離強度を調整する構造とすることにより、不織布２３の目付量を適宜設定して、ガスの開放圧力を任意に設定することができる。

挟み込む不織布２３としては、湿式、乾式（樹脂接着、サーマルボンド、スパンレース）、スパンボンド式（溶融紡糸、湿式紡糸、フラッシュ紡糸、メルトブロー）のいずれを用いてもよい。また、不織布２３の中には、繊維がほぼ一方向に配列されたものやランダムに配列されたものがあるが、剥離強度の調整には熱融着樹脂層中に占める繊維の割合が大きく関係しており、繊維が配列されているか否か、および繊維の配列方向はそれほど重要ではない。したがって、不織布２３としては、繊維が配列されているものおよび配列されていないもののどちらを用いることもできるし、繊維が配列されているものを用いる場合であっても、繊維の配列方向をどのように配置してもよい。また、不織布２３の形状やサイズについても、前述した架橋構造部を形成する場合と同様のことがいえる。さらには、熱融着領域６の一部に、図１に示したような突出融着部を形成し、この突出融着部を含む領域に不織布２３を配置することもできる。突出融着部の作用は前述したとおりである。

開放圧力を低くするためには、挟み込む不織布２３の目付量を大きくすればよいことは、前述したとおりである。ただし、開放圧力の低減化には、単一の不織布２３だけでは限界がある。また、不織布２３は、一般的に目付量の大きさに応じて厚さも増加するので、所望の目付量とするために不織布２３の厚さを厚くしすぎると、熱融着の際に、熱融着性樹脂が不織布２３の繊維間に十分に浸透せず封止信頼性が損なわれるおそれがある。そこで、より低い開放圧力が必要な場合は、図７に示すように、２枚の不織布２３を重ねて挟み込むことが好ましい。図７は、熱融着領域における、不織布２３が挟み込まれた部分での、外装フィルムの外縁に沿った方向での断面を示している。また、ここでは不織布２３として繊維２３ａが一方向に配列されたものを用い、その配列方向が外装フィルムの外縁に直角となるように不織布２３を配置している。したがって、図７では、不織布２３は繊維２３ａの横断面で示されている。２枚の不織布２３を重ねた場合も、不織布２３は、熱融着によって一体となった各外装フィルムの熱融着樹脂層８内に保持される。

２枚の不織布２３を重ねることで、２枚の不織布２３の目付量を合計した目付量と同じ目付量を有する１枚の不織布２３を挟み込んだ場合以上に、剥離強度を小さくすることができる。これは、２枚の不織布２３を重ねることにより、２枚の不織布２３の境界では、各不織布２３を浸透した熱融着性樹脂の接続する領域が小さくなり、１枚の不織布２３の場合と比べて熱融着性樹脂同士の接着領域がより小さくなるためと考えられる。重ね合せる不織布２３の枚数は２枚に限られるものではなく、より低い開放圧力とする必要がある場合は、３枚以上とすることもできる。

ここでは、熱融着性樹脂が浸透する部材を外装フィルム４，５間に挟み込んだ構成を示したが、挟み込むシート状部材は、外装フィルム４，５の熱融着樹脂層８を構成する熱融着性樹脂よりも高い融点の樹脂からなり、溶融した熱融着性樹脂が浸透可能な構造を有するものであれば不織布に限定されない。このようなシート状部材としては、繊維集合体、微多孔フィルム、樹脂シートなどが挙げられ、上述した構造を繊維集合体、微多孔フィルム、樹脂シート等で置き換えても、上述したのと同様の効果が得られる。

繊維集合体は、多数の繊維からなり繊維間に熱融着性樹脂が浸透するように構成したものであり、前述した不織布の他、繊維を経緯に織成した織布も含む。織布においても、目付量を適宜設定することで、開放圧力を任意に設定することができる。微多孔フィルムは、多数の微孔が分散して形成されたフィルムであり、シート状部材として微多孔フィルムを用いた場合、熱融着性樹脂はこれら微孔に浸透する。微多孔フィルムとしては、外装フィルムの熱融層を構成する熱融着性樹脂よりも高い融点を有する材質であれば、セパレータに用いたものと同じものを用いることもできる。微多孔フィルムを用いた場合、開放圧力は、微孔の大きさや分布密度を適宜設定することで制御可能である。微孔の大きさや分布密度は、微多孔フィルムを乾式プロセスで製造した場合はフィルムの延伸倍率に依存し、湿式プロセスで製造した場合は溶媒や微粒子の直径、含有量に依存する。樹脂シートも、微多孔フィルムと同様、溶融した熱融着性樹脂が浸透する多数の開口を分散して形成したものであり、開口率によって開放圧力を制御することができる。なお本発明では、厚さが微多孔フィルムよりも厚いという点で、樹脂シートを微多孔フィルムと区別している。溶融した熱融着性樹脂が浸透可能な樹脂シートは、例えば、Ｔダイ法などにより形成したシート原反に、パンチングや熱針などで多数の開口を形成して作製することができる。シート状部材として樹脂シートを用いた場合は、開口の大きさや配置などと自由に設定し開口率を任意に制御できるという利点がある。

以上、本発明の第１の実施形態について、ガス導出部にチューブを用いた場合を例に挙げて説明したが、ガス導出部は、外装フィルムを構成するラミネートフィルム自身で構成してもよい。その場合、外装フィルムは、ガスを導くための通路となる、電池要素から離れた位置まで細長く延びた部分を有する形状とすることが好ましい。

（第２の実施形態）
図８〜図９を参照すると、本実施形態のフィルム外装電池３１では、チューブ４４は、ガス導出部としての機能だけでなく圧力開放部としての機能も有している。チューブ４４は、一端が閉鎖され他端が開放した金属管である。チューブ４４の閉鎖された一端部において、チューブ４４の側面には貫通穴４４ａが形成されている。貫通穴４４ａの数は１つでもよいし複数でもよい。

外装フィルム３４，３５は、第１の実施形態で用いたものと同様のラミネートフィルムを用いることができ、熱融着樹脂層３８同士を対向させて電池要素３２を挟み、電池要素３２の周囲で熱融着されることにより、電池要素３２が封止される。外装フィルム３４，３５の熱融着によってフィルム外装電池３１の外周部全周にわたって形成された熱融着領域３６の内側には、外装フィルム３４，３５の非熱融着部分であるガス溜め４２が、電池要素３２を収納する電池要素収納部から突出して設けられている。チューブ４４は、貫通穴４４ａがチューブ４４の外側から密閉されるように、閉鎖された一端面をガス溜め４２内に露出させて、熱融着領域３６において金属接着性樹脂４５を介して外装フィルム３４，３５間に挟まれて固定されている。

金属接着性樹脂４５は、金属に熱融着させることができる樹脂であり、その一例として変性樹脂が挙げられる。金属接着性樹脂４５をチューブ４４と外装フィルム３４，３５との間に介在させることで、金属製のチューブ４４を外装フィルム３４，３５に熱融着することができる。外装フィルム３４，３５とチューブ４４とが熱融着を良好に行えるようにするためには、金属接着性樹脂４５は外装フィルム３４，３５の熱融着樹脂層３８と同種の樹脂であることが望ましく、熱融着樹脂層３８がポリプロピレンである場合は、金属接着性樹脂４５には変性ポリプロピレンが好ましく用いられる。

金属接着性樹脂４５は、チューブ４４の軸線方向において少なくとも貫通穴４４ａを塞ぐ位置に、チューブ４４の全周にわたって配置されている。外装フィルム３４，３５へのチューブ４４の熱融着は、この金属接着性樹脂４５を介して行われ、これにより、チューブ４４は外装フィルム３４，３５に気密に接続される。

その他の構成については第１の実施形態と同様であるので、それらの説明は省略する。

本実施形態のフィルム外装電池３１によれば、何らかの異常により内部でガスが発生し、内圧が上昇すると、電池要素収納部およびガス溜め４２が膨張し、熱融着領域３６の内縁に外装フィルム３４，３５の引き剥がし応力が作用する。引き剥がし応力が作用することによって剥離し得る界面としては、外装フィルム３４，３５の熱融着樹脂層３８同士の界面の他に、特にチューブ４４が熱融着された部位では、外装フィルム３４，３５の熱融着樹脂層３８と金属接着性樹脂４５との界面、および金属接着性樹脂４５とチューブ４４との界面が存在する。これらの界面のうち、樹脂と金属との界面は、樹脂と樹脂との界面と比べて剥離が生じやすい。

したがって、内圧の上昇に伴う剥離はチューブ４４と金属接着性樹脂４５との界面で進行する。その剥離が貫通穴４４ａまで達すると、貫通穴４４ａが開口し、フィルム外装電池３１の内部で発生したガスは、図１０に示すように、貫通穴４４ａからチューブ４４の中へ導入され、チューブ４４を通って放出される。つまり、チューブ１４は、閉鎖された一端から貫通穴４４ａが形成された部分までが圧力開放部として機能する。貫通穴４４ａが開口した後は、内圧が開放され、チューブ４４と金属接着性樹脂４５との界面に引き剥がし応力は作用しないので、剥離は進行しない。このため、外装フィルム３４，３５とチューブ４４との接続部の気密性は維持されており、ガスは、外装フィルム３４，３５の端面から漏れることなくチューブ４４の先端から確実に放出される。

本実施形態の構成によれば、剥離が進行する方向での、チューブ４４の熱融着された領域中の貫通穴４４ａの位置を適宜設定することにより、ガスの開放圧力を任意に設定することができる。貫通穴４４ａの位置は、チューブ４４の取り付け位置によって調整することもできるし、チューブ４４への貫通穴４４ａの形成位置によって調整することもできる。

チューブ４４は樹脂で構成することもできる。その場合は、剥離の進行がチューブ４４の外周面で確実に行われるようにするために、チューブ４４は外装フィルム３４，３５の熱融着樹脂層３８とは異なる種類の樹脂を用いる。またこの場合、金属接着性樹脂４５は不要であり、チューブ４４を外装フィルム３４，３５に直接熱融着できる。チューブ４４の断面形状は、外装フィルム３４，３５との間で気密接続することができるものであれば、円形や長円形など任意の断面形状とすることができる。また、チューブ４４の形態は、一端部が閉じた管状の部材であって、外装フィルム３４，３５に直接または間接的に熱融着される領域で側壁に貫通穴が形成されたものであれば、特に限定されない。

なお、本実施形態では、チューブ４４は、電池要素３２が収納されている空間に露出することになる。そのため、チューブ４４を樹脂で構成した場合は、チューブ４４の壁面を通して、空気中の水分が電池要素収納部内に浸入する可能性がある。電池要素収納部内への水分の浸入は、フィルム外装電池３１の性能に悪影響を与える。この観点から言えば、チューブ４４は金属で構成するのが最も望ましく、少なくとも電池要素３２を収納する空間に露出する部位が金属であることが好ましい。

また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、電池要素収納部を形成するためのカップ部だけでなく、ガス溜め４２の形状およびチューブ４４が接続される部分でのチューブ４４の外形状に合せて外装フィルム３４，３５を予め加工しておくと、チューブ４４の気密接続をより確実に行うことができる。

以上、本発明について代表的な幾つかの例を挙げて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で適宜変更されうることは明らかである。

例えば、上述した各実施形態では、ガス導出部にチューブを用いた場合、チューブを外装フィルムに直接または間接的に接続しただけの例を示したが、外装フィルムとチューブとの接続部に、チューブに対してその外側から外装フィルムを押し付ける部材を付加し、外装フィルムとチューブとの気密接続性を補強してもよい。このような部材の一例として、図１１に示すような保護部材６６が挙げられる。

図１１に示す保護部材６６は、筒状の部材であり、外装フィルム５４，５５とチューブ６４との接続部に被せられている。保護部材６６の側面には、熱融着領域５６の逃げのための切り込み６６ａが形成されている。

一般に、圧力開放部が作動するほど内圧が上昇するような異常時には、フィルム外装電池が高温になることもある。したがって、圧力開放時にガスの通路となる部分も内圧が高くなり、場合によっては高温となる。上述した実施形態では、チューブ６４の外周面に柔軟性を有する外装フィルム５４，５５を融着させて、チューブ６４を外装フィルム５４，５５に接続しているので、内圧が高くなることによって、チューブ６４との接続部分で外装フィルム５４，５５が外側に開こうとする力が生じる。上記のように内圧が上昇し、この力が大きくなると、外装フィルム５４，５５がチューブ６４から剥がれてしまう懸念が想定される。さらに高温が重なると、外装フィルムの熱融着樹脂層が軟化あるいは溶融し、外装フィルム５４，５５の剥がれが、より起こりやすくなる。外装フィルム５４，５５の剥がれは、ガスの漏れ経路の形成や、チューブ６４の外れにつながる。

そこで、保護部材６６を設けることにより、圧力開放時に外装フィルム５４，５５とチューブ６４との接続部において外装フィルム５４，５５を剥がれにくくすることで、外装フィルム５４，５５とチューブ６４との接続部からのガスの漏れを防止し、ガスをチューブ６４の先端から放出させることができる。このような保護部材６６の材料として、金属や耐熱性樹脂などが好ましい。

外装フィルム５４．５５とチューブ６４との接続部でチューブ６４に外装フィルム５４，５５を押し付ける部材は、筒状である必要はない。例えば、図１２に示すように、ブロック状の部材７６であってもよいし、図１３に示すように、外装フィルム５４，５５をその対向する方向から挟みつける一対の部材８６であってもよい。図１２に示す例では、ブロック状の部材７６は、チューブ６４を通すための貫通穴７６ｂと、熱融着領域５６の逃げのための切り込み７６ａとを有する。図１３に示す例では、各部材８６の、チューブ６４に対向する部分にそれぞれ、チューブ６４の外形状に対応した凹部８６ａが形成されている。

一方、圧力開放時の、チューブの接続部での気密性を向上させる手段としては、保護部材を設けることによる他に、外装フィルム自身の性質を変質させることで行うこともできる。その一例が、前述した電子線の照射による樹脂の架橋処理である。架橋処理によって形成された架橋構造部は、架橋処理を行わない場合と比べて高温で軟化しにくい性質を有することは、前述したとおりである。このことを利用して、外装フィルムのチューブとの接続部に架橋処理を施して、この部分で外装フィルムの熱融着樹脂層を高温でも軟化しにくくすることにより、外装フィルムとチューブとの接続部からのガスの漏れを防止することができる。

この架橋処理は、外装フィルムとチューブとを熱融着した後に行う。特に、チューブの少なくとも外装フィルムと接合される部分の外周面の材質を外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する樹脂と同種の樹脂で構成した場合は、外装フィルムとチューブとの熱融着後の架橋処理によって、チューブの外装フィルムとの接合部では、チューブと外装フィルムとが一体化された状態で、熱融着樹脂層だけでなくチューブの外周面も架橋されるので、高温時での気密接続性確保に好適である。

第１の実施形態で述べた、架橋構造部を有する圧力開放部を形成する際の架橋処理は、外装フィルムの熱融着前に行うものであり、この点で、チューブの気密接続性を確保するための架橋処理と異なる。外装フィルムとチューブとを熱融着した後に行う架橋処理は、外装フィルムとチューブとの接続部だけでなく、他の熱融着領域全体、さらには外装フィルム全体に対して行ってもよい。ただし、圧力開放部となる領域に架橋処理を施すと、外装フィルムの剥離強度が変化する、すなわち開放圧力が変化するおそれがあるので、圧力開放部となる領域には架橋処理を施さないことが好ましい。また、他の熱融着領域全体に架橋処理を施すことによって、外装フィルムとチューブとの接続部だけでなく、他の熱融着領域における気密性を向上させることができる。

また、電池要素の構造について、上述した例では複数の正極および複数の負極を交互に積層した積層型を示したが、正極、負極、およびセパレータを帯状に形成し、セパレータを挟んで正極および負極を重ね合わせ、これを捲回した後、扁平状に圧縮することによって、正極と負極とを交互に配置させた捲回型の電池要素であってもよい。

電池要素としては、電解質を介して対向する正極および負極を含むものであれば、通常の電池に用いられる任意の電池要素が適用可能である。一般的なリチウムイオン二次電池における電池要素は、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付した正極板と、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ており、それにリチウム塩を含む電解液が含浸される。電池要素としては、この他に、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が挙げられる。さらに本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや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、電気エネルギーを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスを発生しうる電気デバイスを外装フィルムで封止した電気デバイスに適用可能である。

Claims (18)

1. 電気エネルギーを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスを発生し得る電気デバイス要素と、
   熱融着樹脂層を含み、前記電気デバイス要素の外周部で前記熱融着樹脂層同士が対向するように前記電気デバイス要素を包囲し、前記外周部で対向した前記熱融着樹脂層同士が前記電気デバイス要素の全周にわたって熱融着されて形成された熱融着領域によって前記電気デバイス要素を封止している外装フィルムと、
   前記電気デバイス要素が収納された空間と独立した中空部を備え、前記電気デバイス要素と離れた位置まで前記ガスを誘導し、外気と連通するガス導出部と、
   前記熱融着領域の一部に、前記電気デバイス要素が収納された空間と前記中空部とを繋いで形成され、前記熱融着領域の他の領域よりも優先的に剥離して前記ガスを通過可能とする圧力開放部とを有し、
   前記ガス導出部は、前記熱融着領域中に前記中空部の一部として形成されたガス開放室と、前記外装フィルムに挟まれて前記ガス開放室に接続された、両端が開放したチューブと、を有するフィルム外装電気デバイス。
2. 前記チューブは、少なくとも前記外装フィルムとの接合部の外周面が前記熱融着樹脂層を構成する樹脂と同種の樹脂からなり、熱融着によって前記外装フィルムと接合されている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
3. 前記圧力開放部は、架橋処理された樹脂からなる架橋構造部を有する、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
4. 前記圧力開放部は、前記熱融着領域の一部を前記電気デバイス要素が収納された空間に向かって突出して形成した突出融着部を有する、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
5. 前記外装フィルムには、前記電気デバイス要素が収納された空間に対して入り江状となった入り江状部を有して前記熱融着領域が形成され、前記入り江状部に前記突出融着部が位置している、請求項４に記載のフィルム外装電気デバイス。
6. 前記圧力開放部は、互いに対向する前記外装フィルムに挟まれた、前記熱融着樹脂層を構成する熱融着性樹脂よりも高い融点の樹脂からなり、前記熱融着性樹脂が浸透した少なくとも１枚のシート状部材を有する、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
7. 一端が閉鎖されるとともに側面に貫通穴が形成されたチューブが、互いに対向している前記外装フィルムの間で、前記閉鎖されている一端部を前記電気デバイス要素が収納されている空間内に露出させ、かつ前記貫通穴を外側から密閉させて、前記熱融着領域の他の領域と比べて小さい剥離強度で熱融着されており、これにより、前記チューブが、前記中空部を備えた前記ガス導出部と前記圧力開放部とを兼ねている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
8. 前記チューブは、少なくとも前記電気デバイス要素が収納された空間に露出する部位が金属で構成されている、請求項７に記載のフィルム外装電気デバイス。
9. 前記チューブは金属からなり、前記チューブと前記外装フィルムとは、金属接着性樹脂を介して熱融着されている、請求項８に記載のフィルム外装電気デバイス。
10. 前記金属接着性樹脂は、前記外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する樹脂と同種の変性樹脂である、請求項９に記載のフィルム外装電気デバイス。
11. 前記チューブは、前記外装フィルムの熱融着樹脂層を構成する樹脂と異なる種類の樹脂からなる、請求項７に記載のフィルム外装電気デバイス。
12. 前記熱融着領域のうち少なくとも前記チューブが接合された領域に、前記外装フィルムと前記チューブとの接合後に架橋処理が施されている、請求項２に記載のフィルム外装電気デバイス。
13. 前記外装フィルムと前記チューブとの接続部に、前記チューブに前記外装フィルムを押し付ける部材が設けられている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
14. 電気エネルギーを内部に蓄積し化学反応または物理反応でガスを発生し得る電気デバイス要素、および該電気デバイス要素を封止するための、熱融着樹脂層を有する外装フィルムを用意する工程と、
    前記電気デバイス要素の外周部で前記熱融着樹脂層同士が対向するように前記電気デバイス要素を包囲する工程と、
    前記電気デバイス要素を包囲した外装フィルムを、前記電気デバイス要素の外周部の全周にわたって熱融着することによって、前記電気デバイス要素が収納された空間と独立した中空部を備え前記電気デバイス要素と離れた位置まで前記ガスを誘導して外気と連通するガス導出部、および前記熱融着された領域の一部で前記空間と前記中空部とを繋ぐ、前記熱融着された他の領域よりも優先的に剥離して前記ガスを通過可能とする圧力開放部を有して、前記電気デバイス要素を封止する工程と、を有し、
    前記電気デバイス要素を封止する工程は、
    前記外装フィルムの熱融着によって、前記中空部の一部としてガス開放室を形成し、前記ガス開放室に、前記外装フィルムに挟まれた状態で、両端が開放したチューブを接続する工程を含むフィルム外装電気デバイスの製造方法。
15. 前記外装フィルムを用意する工程は、
    前記外装フィルムの、前記電気デバイス要素を包囲したときに互いに対向する面の少なくとも一方の、前記圧力開放部となる領域を含む領域に、架橋処理された樹脂からなる架橋構造部を形成する工程を含む、請求項１４に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。
16. 前記電気デバイス要素を封止する工程は、前記熱融着によって、前記電気デバイス要素が収納された空間に向かって突出した突出融着部を有して前記圧力開放部を形成することを含む、請求項１４に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。
17. 前記外装フィルムを用意する工程は、
    前記外装フィルムの、前記電気デバイス要素を包囲したときに互いに対向する面の少なくとも一方の、前記圧力開放部となる領域を含む領域に、前記熱融着樹脂層を構成する熱融着性樹脂よりも高い融点の樹脂からなり、前記熱融着性樹脂が浸透可能な少なくとも１枚のシート状部材を融着する工程を含む、請求項１４に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。
18. 前記電気デバイス要素を封止する工程は、前記外装フィルムを熱融着した後、前記外装フィルムの、少なくとも前記チューブが接続された領域を含む領域に架橋処理を施すことを含む、請求項１４に記載のフィルム外装電気デバイスの製造方法。

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