JP5202815B2

JP5202815B2 - フィルム外装電気デバイスおよび電気デバイス集合体

Info

Publication number: JP5202815B2
Application number: JP2006091174A
Authority: JP
Inventors: 貴昭藤谷
Original assignee: NEC Corp; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp; NEC Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007265879A

Description

本発明は、電気的エネルギーを貯留および出力するための電気デバイス要素を、可撓性を有する外装フィルムで封止したフィルム外装電気デバイス（例えば電池またはキャパシタ等）に関し、さらには、それが集合した電気デバイス集合体（例えば組電池等）に関する。

近年、モータを駆動源とする電気自動車や、モータとエンジンの両方を駆動源とするハイブリットカーが実用に供されており、この種の自動車の電源としてフィルム外装電池の開発が進められている。フィルム外装電池は、ラミネートフィルムなどの可撓性を有する外装フィルムで構成された包装体のなかに、電圧を生じさせるための電池要素（積層体）が電解液と共に収容される構成となっている。

外装フィルムからなる包装体は、互いに対向する２枚の外装フィルムの周縁部同士を熱融着することにより、袋状に形成されたものである。ここで「熱融着する」とは、一方の外装フィルムのシール層（樹脂層）と、他方の外装フィルムのシール層（樹脂層）とを溶融させて接合することである。

一般に、フィルム外装電池に用いられるラミネートフィルムは、例えば金属層として形成されガスバリア性を備えるバリア層を含んでいる。したがって、ラミネートフィルムを透過して、水分等が電池内部に侵入したり、あるいは逆に、内部の電解液が漏れたりすることはほとんどない。これに対して、外装フィルム同士を熱融着した封止部では、そのようなバリア層は設けられておらず、樹脂部材のみが存在した状態となっているため、この封止部を通じて（特に、この封止部の密閉性が損なわれている場合）、例えば水分などが電池内部に侵入するおそれもあった。

特許文献１には、この問題に鑑み、フィルム同士を熱融着した封止部に防水性のキャップ部材を取り付けるようにした構成が開示されている。
特開２００４−７９４３４号公報

ところで、フィルム外装電池の包装体内に収容される電解液には、臭気成分であるジエチルカーボネート（DEC）等の成分が含まれていることもある。しかしながら、従来のフィルム外装電池の構成では、この臭気成分が、フィルム同士の封止部を透過して外部に放散されることがあった。特許文献１の構成のように、防水性のキャップ部材が封止部に取り付けられていたとしても、臭気成分は樹脂材料であるこのキャップ部材を透過するものと考えられる。

このような臭気成分の放散は、フィルム外装電池一個当たりにしてみれば非常に微量であるかもしれないが、組電池の場合、数十個程度の電池が使われることもあり、臭気成分の放散による問題はより顕在化する。

以上、「電池」を例に挙げて本発明の課題について説明してきたが、上記のような課題は電池に限って生じるものではない。例えば、キャパシタとして構成されたものであったとしても、包装体の内部に臭気成分が収容されていれば、それがフィルム同士の封止部（接合部）を通じて放散される可能性があるためである。

本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外装フィルムで構成された包装体内に封入された臭気成分が外部に放散されにくいフィルム外装電気デバイスおよびそれが集合した集合体を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のフィルム外装電気デバイスは、可撓性を有する外装フィルム同士がその周縁部で互いに接合されることによって形成された密閉空間内に、電気的エネルギーを貯留および出力するための電気デバイス要素が電解液と共に封入されたフィルム外装電気デバイスにおいて、前記外装フィルムが金属薄膜を有し、前記外装フィルム同士が接合された封止部の端面に金属の蒸着薄膜が形成され、該蒸着薄膜を介して前記封止部の前記端面を覆うように、金属層と接着層とを少なくとも含む封止テープが、前記周縁部の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする。

上述したように本発明によれば、封止部端部にガスバリア性の気密手段が設けられていることから、フィルム外装電気デバイス内部からの臭気成分の放散を防止することが可能となる。このようなフィルム外装電気デバイスは、例えば組電池など、多数のデバイスが同時に使用されるような場合に特に有利である。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳しく述べる。なお、以下の説明ではフィルム外装電池を本発明のフィルム外装電気デバイスの一例として説明するが、本発明は電池に限らずキャパシタ等として構成されたものであってもよい。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態のフィルム外装電池の全体構成を示す斜視図である。図２は図１のフィルム外装電池の上面図であり、図３は図１のA−A切断線における断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。

図１、図２に示すように、本実施形態のフィルム外装電池２０は、可撓性を有する外装フィルム２４と、外装フィルムにより形成された密閉空間内に電解液とともに収容される電池要素２２とを有している。

電池要素２２は、例えば、この種のフィルム外装電池として一般に用いられるリチウムイオン二次電池等であり、電解液と共に封止されることによって所定の起電力を出力するものである。電池要素２２は、詳細には図示しないが、正極用およ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から十数ｍｍ程度である。本実施形態では電池要素２２は、長方形の輪郭形状を有しており、その各短辺からは、引出し電極として、正極用の電極タブ２５ａと負極用の電極タブ２５ｂとが引き出されている。

電極タブ２５ａ、２５ｂはいずれも、厚さが例えば３００μｍ程度のシート状の金属薄板で構成されている。電極タブ２５ａ（正極用）の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金等であり、電極タブ２５ｂ（負極用）の材質は銅又は合金等である。電極タブ２５ａの一端側は、電池要素２２の正極用の金属箔に電気的接続され、他端側は包装体の外部に延出している。同様にして電極タブ２５ｂも、その一端側が電池要素の負極用の金属箔に電気的接続され、他端側が外部に延出している。

外装フィルム２４は、電池要素２２の輪郭形状に合わせて、その輪郭が長方形となっている。外装フィルム２４としては、図３に示すように、電池要素２２の図示上面側に配されたフィルム２４Ａと、図示下面側に配されたフィルム２４Ｂとの２枚が用いられている（以下、これらを区別することなく単に「外装フィルム２４」ともいう）。外装フィルム２４自体は、従来一般的なものを利用可能であり、本実施形態では中間層であるバリア層２６の両面に、熱融着性を備えたシール層２７と、絶縁性を備えた保護層２８とがそれぞれ積層された構成となっている。バリア層２６は金属薄膜として構成可能であり、保護層２５は例えばポリアミド系合成繊維等で構成可能である。

本実施形態では、外装フィルム２４Ａ、２４Ｂの周縁部の全体にわたって封止部２３が形成されており（図２参照）、封止部２３では、一方の外装フィルム２４Ａのシール層２７と、他方の外装フィルム２４Ｂのシール層２７とが、熱融着により一体化した状態となっている（図３参照）。なお、「封止部２３」は、基本的にはこのようにシール層２７同士を接合した部位を意図するが、電極タブ２５ａ、２５ｂが挟み込まれた部位も含むものとする。

本実施形態の構成の主たる特徴部は、外装フィルム２４の周縁部にガスバリア性を備えた封止テープ３０が設けられている点にある。封止テープ３０は、図３に示すように、内側に接着層３１が形成され、外側にガスバリア性を備えた気密層３２が形成されたものである。気密層３２は金属膜（例としてアルミニウム箔）であることが好ましい。気密層３２を樹脂材料とした場合、内部の臭気成分が当該気密層を透過して外部に放散されるおそれがあるが、金属膜とすれば臭気成分が透過することはない。

上記の通り、本実施形態の構成によれば、外装フィルム同士を熱融着した封止部の端面を覆うようにガスバリア性の封止テープ３０が設けられていることから、封止部２３（特にシール層２７同士の接合部分）のガスバリア性が確保される。その結果、電池内部から、臭気成分が封止部を通じて外部に放散することが抑制される。

図１〜図３に示した構成は、外装フィルム２４の周縁部の全体にわたって封止テープ３０が設けられた例であったが、本発明はそれに限らず、封止テープ３０が周縁部の一部にのみ設けられた構成であってもよい。例えば、周縁部４辺のうち、２つの長辺のみにテープ３０が貼り付けられていてもよいし、封止部２３のうち、電極タブ２５ａ、２５ｂが挟み込まれた部位を除く残りの全領域にテープが貼り付けられていてもよい。封止テープ３０には、少なくとも臭気成分を透過させない、という機能が求められる。上記の通り気密層３２に金属材料を選択した場合、封止テープ３０はガスバリア性（気体非透過性）と液体非透過性との両方を備えることなる。したがって、当然ながら、臭気成分だけではなく、水分などの透過も防止することが可能である。

（第２の実施形態）
本発明による作用効果をさらに高めるために、図４に示すように、封止部２３の端面にガスバリア性を備えた薄膜３５が形成されていてもよい。薄膜３５は金属箔膜であってもよく、例えば蒸着法により形成可能である。薄膜３５は端面の全域にわたって（すなわち、図４で言えば、各フィルムのバリア層２６、シール層２７、保護層２８の全てを覆うようにして）形成されていてもよいが、それに限定されるものではない。図４のように、少なくともシール層２７のみを覆うように形成されていてもよい。

（第３の実施形態）
封止部２３からの臭気成分の放散を抑制するためには、上述したような追加の封止テープ３０を利用する形態の他にも、例えば図５に示すような構成となっていてもよい。図５の構成では、外装フィルムの一方（２４Ｂ）が、他方の外装フィルム２４Ａの側縁を覆い込むように折り返されている。この構成の場合、外装フィルム２４Ｂのバリア層（金属層）が、実質的に、シール層２７同士の接合部を覆うこととなり、この部位からの臭気成分の放散が抑えられる。

なお、本実施形態の構成と、上記各実施形態の構成とを組み合わせて使用することも可能であり、例えば、折り返されたフィルム２４Ｂの端部のところに図３に示したような封止テープが貼り付けられていてもよい。

以上、第１〜第３の実施形態を例に挙げて本発明のフィルム外装電池について説明したが、本発明はそれらに限らず以下に述べるような構成も含む。

図６のフィルム外装電池２１は、封止部２３に安全弁４０が設けられたものである。一般に、この種のフィルム外装電池においては、異常時に包装体内部にガスが発生することがある。このガスによって包装体の不測の部位が破損するといったことを防ぐため、従来、封止部にガス放出用の安全弁を設けることが行われている。このような安全弁４０が設けられている構成では、封止部２３のうち、安全弁４０を除く領域に封止テープ３０が貼り付けられていればよい。

上述したフィルム外装電池は、図７のように集合させることで組電池として利用することができる。図７の構成はあくまで一例であるが、フィルム外装電池２０は樹脂材料からなるセルケース１５によって保持され、そのようなケース付きのフィルム外装電池２０が複数個重ねられている。電池２０同士は、互いの電極タブ２５ａ、２５ｂ同士が接続されることによって電気的に接続される。なお、接続の形態としては何ら限定されるものではなく、直列接続、並列接続、あるいはそれらの併用であってもよい。

本発明の一実施形態のフィルム外装電池の全体構成を示す斜視図である。図１のフィルム外装電池の上面図である。図１のA−A切断線における断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。封止部における気密性を高めるための他の構成例を示す拡大断面図である。本発明の他の実施形態の構成を示す拡大断面図である。本発明のフィルム外装電池の他の構成例を示す上面図である。複数のフィルム外装電池で構成された組電池の一例を示す斜視図である。

符号の説明

２０、２１フィルム外装電池
２２電池要素
２３封止部
２４、２４Ａ、２４Ｂ外装フィルム
２５ａ、２５ｂ電極タブ
２６バリア層
２７シール層
２８保護層
３０封止テープ
３１接着層
３２気密層
３５薄膜
４０安全弁
６０組電池

Claims

可撓性を有する外装フィルム同士がその周縁部で互いに接合されることによって形成された密閉空間内に、電気的エネルギーを貯留および出力するための電気デバイス要素が電解液と共に封入されたフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記外装フィルムが金属薄膜を有し、前記外装フィルム同士が接合された封止部の端面に金属の蒸着薄膜が形成され、該蒸着薄膜を介して前記封止部の前記端面を覆うように、金属層と接着層とを少なくとも含む封止テープが、前記周縁部の少なくとも一部に設けられていることを特徴とするフィルム外装電気デバイス。
請求項１に記載のフィルム外装電池を、少なくとも２つ以上電気的に接続して構成される電気デバイス集合体。