WO2006126446A1 - ラミネート電池の安全機構 - Google Patents

Abstract

互いに重ね合わせた２枚のラミネートシートからなる成形シート（５ａ）の各々の外周縁部を相互に接合してなる外装ケース（５）に、これの内部に連通して一側辺部から外方へ突出する突出部（１０）を設け、この突出部（１０）における２枚のうちの少なくとも一方の成形シート（５ａ）に形成された排気穴（１１）と、この排気穴（１１）の穴縁部に弾性的に圧接されて排気穴（１１）を密閉する弁体（１２）とにより安全弁（１３）を構成したことにより、通常の使用時の内圧変動では作動せず、ラミネートシートからなる外装ケース（５）の耐圧力に対して安全な圧力範囲内における所定の弁作動圧に達した時点で確実に作動させて所要量のガスを外部に排出することができ、また、製造コストの低減が可能な構成を備えたラミネート電池の安全機構を実現した。

Description

明 細 書

ラミネート電池の安全機構

技術分野

[0001] 本発明は、ラミネートシートからなる外装ケース内に極板群および電解液を収容して 構成されたラミネート電池の電池内圧が所定値に上昇したときに、発生ガスを外部へ 放出するようになった安全機構に関するものである。

背景技術

[0002] 従来から、リチウムイオン電池などにおいては、ラミネートシートからなる外装ケース 内に極板群および電解液を収容してラミネート電池に構成することが知られている。 一般に、金属製の電池ケースを有するリチウムイオン電池では、電池の温度上昇お よびそれに伴う急激な電池内圧の上昇による電池の破裂を防止するために、所定温 度以上や所定内圧以上になったときに電池ケースの一部分を外部に開放して、電池 内部のガスを外部に円滑に放散させる安全弁が設けられている。その安全弁として は、通常、熱遮断方式と破裂板方式の 2つの方式があり、そのうちの何れか一方が採 用されることが多く、中には両方を併用したものも存在する。

[0003] また、上記金属製の電池ケースを用いた円筒型電池では復帰式安全弁を内蔵させ たものも用いられている。例えば、図 17Aに示すように、封口板 60〖こ設けた排気口 6 1と、この排気口 61の周縁部に押し付けられて排気口 61を密閉するゴム弁体 62とか らなる復帰式安全弁 63や、図 17Bに示すように、上記と同様の排気口 61と、ゴムライ ユングされた弁体 64と、この弁体 64を排気口 61の周縁部に押し付ける方向に付勢 して弁体 64で排気口 61を密閉させるばね 65とからなる復帰式安全弁 66などが知ら れている。ところが、このような復帰式安全弁 63, 66をラミネート電池には適用できず 、ラミネート電池と金属製の電池ケースを有する電池とでは、ラミネートシートからなる 外装ケースと金属製の電池ケースとの機能上の大きな相違に対応して必然的に両者 の構成が大きく異なることから、到底想定することができな！/、。

[0004] 一方、ラミネート電池の場合は、通常、外装ケースの構成要素であるラミネートシー トの接合部がポリプロピレン (以下、 PPと略称する）の熱溶着によって接合されており 、 PPの耐熱温度が 150°C程度であるから、電池の温度が 150°C以上に達した時点 でラミネートシートが溶けて電池内部のガスを外部に放散して圧力を逃がすため、破 裂による事故の発生には至らない。そこで、ラミネート電池の安全弁として、 PPより低 融点で、且つ可及的に安価な素材、例えばポリエチレン (以下、 PEと略称する）など の榭脂を接合部に挟み込み、その箇所が電池の発熱時に優先的に溶融して開弁す るように構成したものが多く採用されている (例えば、特許文献 1参照)。

[0005] また、ラミネート電池の他の安全弁としては、溶着部の一部に溶着幅を狭くすること によって剥離強度を小さくした部分を設けて、この部分を安全弁として機能させるよう に図ったものも知られている（例えば、特許文献 2参照)。

[0006] さらに、ラミネート電池の他の安全弁としては、封止部の接着剤層や熱溶着榭脂層 の一部の厚みを小さくしたり、材質の異なるフィルム材料や中空部材を埋設したりす る手段により、封止部の一部に耐圧性能 (剥離強度)の低い部分を設けて、この部分 を安全弁として機能させるように図ったものも知られている（例えば、特許文献 3参照) 特許文献 1：特開 2001— 93489号公報

特許文献 2 :特許第 3554155号明細書

特許文献 3：特開平 11― 86823号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] しカゝしながら、特許文献 1のように低融点樹脂で安全弁を構成したものでは、電池 内圧が上昇しても温度が低 、場合に低融点樹脂が溶融しな 、ので、発生ガスを外 部に排出することができないという問題がある。また、このような安全弁ではこれの配 設箇所から遠く離れた箇所で短絡が発生して発熱したような場合、その発熱箇所お よびこれの近傍の熱溶着部が溶融するだけであって、肝心の安全弁が作動せず、安 全弁の配設箇所以外の不都合な箇所力 ガスが放散されてしまうという不具合があり 、特に、大型の電池の場合ほどその傾向が顕著となる。

[0008] また、特許文献 2や特許文献 3のように、封止部の一部に剥離強度の小さ!/、部分を 設けて安全弁としたものでは、ガス圧力による塑性変形によって開弁されることから、 電池の温度とは無関係に、外装ケースの内部圧力のみで作動することになるが、実 際には、弁作動圧の精度が低ぐ且つ不安定であり、弁作動圧の再現性が低いこと から、安全に対する信頼性も低いという問題がある。また、ラミネート電池では、内部 圧力が高くなると膨張し、その際に熱溶着部を引き剥がすような力が作用して熱溶着 部を徐々に引き剥がしていくクリープ現象が不規則に発生するため、経年変化ととも に弁作動圧の再現性が著しく低下してしまうと!、う問題もある。

[0009] ところで、ラミネート電池では、金属製の電池ケースを用いた電池に比べて、外装ケ ースの耐圧力が IMPa程度と低ぐしかも正常な使用状態においても充放電に伴つ て内圧が 0. 3MPa程度まで高くなることがあるため、安全弁の弁作動圧を、 0. 4〜0 . 7MPa程度に、好適には 0. 5MPa程度に設定するのが好ましぐその弁作動圧精 度も ±0. 05MPa程度が要求される。したがって、ラミネート電池の安全弁には、上 述の低圧力で作動し、且つ高 、作動精度を有したものを安価な構成で実現すること が求められている。

[0010] このような要求に対して、ラミネート電池の電池内圧によって作動する安全弁として は一般に破裂板を用いて構成したものが多く採用されているが、破裂板をラミネート シートに溶着するのが難しぐまた、低圧力で精度良く作動する破裂板は、高い加工 精度を必要としてコスト高となる。

[0011] また、図 17A〜17Bに示したような復帰式安全弁 63, 66は、通常、弁作動圧が 2.

2〜2. 3MPa程度と高ぐし力も弁作動圧のばらつきが ±0. 5MPaと大きいため、ラ ミネート電池用に適用することは全く想定できない。

[0012] そこで本発明は前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、通常 の使用時の内圧変動では作動せず、ラミネートシートからなる外装ケースの耐圧力に 対して安全な圧力範囲内における所定の弁作動圧に達した時点で確実に作動して 所要量のガスを外部に排出することができ、また、製造コストの低減が可能な構成を 備えたラミネート電池の安全機構を提供することである。

課題を解決するための手段

[0013] 前記目的を達成するために、発明は、互いに重ね合わせた 2枚のラミネートシートか らなる成形シートの各々の外周縁部を相互に接合してなる外装ケースの内部に発電 要素および電解液を収容して構成されたラミネート電池の安全機構であって、前記 外装ケースに、これの内部に連通して一側辺部力 外方へ突出する突出部が設けら れ、前記突出部における 2枚のうちの少なくとも一方の前記成形シートに形成された 排気穴と、この排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体と を有する安全弁を備えたものである。

[0014] このラミネート電池の安全機構では、排気穴に臨む部分力もだけでなぐ排気穴の 穴縁部の成形シートを介して弁体の端面の全面に対しガスによる圧力が作用するの で、安全弁が比較的低い圧力で作動するとともに、その弁作動圧のばらつきも小さく 、高い弁作動圧精度が得られる。そのため、安全弁は、通常の使用時の内圧変動で は作動せず、且つラミネートシートからなる外装ケースの強度に対し安全な圧力範囲 内において設定した所定の弁作動圧で確実に作動して発生ガスを放出することがで きる。また、ガスの放出場所が安全弁の配設箇所に限られるので、ガスの放出の有無 を検知することによって電池の異常発生の判別が可能となり、電源として使用しない 考慮を適切に行うことができる利点がある。

[0015] また、上記のラミネート電池の安全機構において、排気穴が、突出部の突出方向側 の接合部の内縁に対する間隔が 1. 5mm以下となる位置、好ましくは 1. Omm以下と なる位置に配設されて 、ることが望ま U、。

[0016] この構成によれば、ラミネート電池の電池内圧が弁作動圧まで上昇したときに、突 出部における排気穴と突出方向側の接合部との間の 1. 5mm以下の狭い間隔に設 定された箇所には、発生ガスが殆ど侵入できないので、排気穴を有する側の成形シ ートのガス圧力による膨出変形が、排出穴の周囲における突出方向側を除く箇所に のみ発生する。これにより、排気穴を有する成形シートは、排気穴に対し突出部の反 突出方向の箇所にガス圧力を集中的に受けて外方へ向け膨出する状態に変形され 、この成形シートの変形力を受ける弁体が、突出部の突出方向の端部をあた力も支 点として傾斜されるので、発生ガスの排出経路が確実に形成される。そのため、所定 の弁作動圧に達した時点で安全弁を高精度に確実に作動させることができる。

[0017] また、上記のラミネート電池の安全機構における弁体を弾性体により形成すると、弾 性体力ゝらなる弁体を圧縮してその圧縮反力で排気穴の穴縁部に圧接する構成とでき るので、部品点数の低減に伴い構成の簡素化を図れる利点がある。

[0018] また、弁体を構成する弾性体がゴム弾性を有する材質からなるものとすると、弁体 は、外装ケース内の圧力を受けて、排気穴を有する成形シートにおける穴縁部の箇 所が傾斜する状態に変形するので、弁作動のばらつきが一層小さくなり、高い弁作 動圧精度が得られる。

[0019] 更には、ゴム弾性を有する材質として、 EPDMを用いたものとすると、 EPDMは透 水性が低く耐薬品性があり電解液に浸しても膨潤しないことから、弁体として好適に 用!/、ることができる。

[0020] また、ゴム弾性を有する材質として、 EPDMとウレタンの 2層を用いたものとすると、 EPDMの性質である低い透水性と耐薬品性を利用した上にウレタンの性質である低 温で軟化することをも利用して弁作動させることから、 80°C以上の高温時には弁作 動圧に達しなくとも温度により弁が作動し、 80°C以下の低温時には弁作動圧で作動 する弁体として好適に用いることができる。

[0021] また、上記のラミネート電池の安全機構における弁体が 25%以下の圧縮率に圧縮し た状態で取り付けられた構成とすると、弾性体力 なる弁体の永久歪の発生を抑制 することができ、弁作動圧の変動を無くして長期にわたり安定した作動を確保すること ができる。

[0022] また、上記のラミネート電池の安全機構における安全弁を、突出部の成形シートにお ける排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴を密閉する弁体が、ラミネー ト電池の内部圧力が所定レベルに上昇したときに弾性変形されて開弁状態とされた 後に、前記内部圧力が所定レベルに低下したときに元の形状に復帰して閉弁状態と なる復帰式に構成したものとすると、電池内圧が一時的に上昇した場合には、所要 量のガスを放出したのちに安全弁が閉弁状態に復帰するので、電池を継続して使用 することができる。これにより、特に複数のラミネート電池を直列接続した状態で機器 の電源として使用する場合には、一部の電池の内圧が一時的に上昇しても、電池電 源の全体が使用できなくなるといったことがなくなる。

[0023] また、上記のラミネート電池の安全機構における復帰式安全弁を、弁作動圧が 0. 4 〜0. 7MPaで、且つ弁作動圧精度が ±0. 05Mp以内での再現性を有したものに構 成すると、ラミネート電池の圧力変動が 0. 3MPaまでの正常な範囲内である場合に は安全弁が作動するおそれがなぐ且つラミネート電池の圧力が外装ケースの耐圧 力である 1. OMPaまで上昇する以前に確実に安全弁が作動するので、高い信頼性 をもって安全性を確保できる。

[0024] 更には、上記のラミネート電池の安全機構において、排気穴が、突出部における 2枚 の成形シートに互いに合致する配置でそれぞれ形成されているとともに、この一対の 排気穴が、これらの穴縁部に個々に圧接された弁体によりそれぞれ密閉されて、一 対の安全弁が構成されたものとすると、ラミネート電池の製造を終了したのちに、その ラミネート電池の突出部の所定位置に、一対の成形シートを例えばポンチとダイから なる金型で打ち抜いて一対の排気穴を同時に形成する手順で製作することが可能と なるので、一方の成形シートのみに排気穴を設けた安全機構のように、電解液の注 入工程にお!、て排気穴をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケースのハ ンドリングを行うなどの必要がなくなり、製造コストを低減できる。

[0025] また、上記のラミネート電池の安全機構において、安全弁を構成する弁体の表面ま たは前記弁体とこれが接する成形シートとの間に、電解液に対する耐食性が高い材 質の耐電解液層を設けたものとすると、ゴムなどの弾性体カゝらなる弁体は、電解液に よって劣化するのが確実に防止されて、作用に悪影響を受けることがなぐ長期にお いて信頼性が得られる。

[0026] なお、耐電解液層として、さらに低い透水性と耐薬品性を有する材質を用いると、 弁体の劣化をさらに確実に防止することができる。

[0027] また、上記のラミネート電池の安全機構において、ラミネート電池の外周縁部にお ける少なくとも接合部を両面力ゝら挟圧する一対の枠板を備え、前記枠板の一部に設 けられて弁体を保持する保持部と、この保持部の周囲を取り囲むことにより前記弁体 の周囲に設けられたガス導入空間を前記枠板の端面の開口に連通されてなる排気 通路とを有した構成とすると、ラミネート電池の接合部を枠板で挟圧していることによ り、外装ケースが内圧上昇により膨らんで熱溶着された接合部が徐々に引き剥がさ れるクリープ現象の発生を防止することができるので、外装ケースの安全性を長期に わたり安定して維持できるとともに、枠板により、弁体の保持を行い、且つ排気通路の 一部を形成するので、安全機構の構成を簡素化してコストの一層の低減を図ることが できる。

[0028] この時、排気通路が、弁体の周囲との間にガス導入空間を形成する形状を有して枠 板とこれに対向する成形シートとの間で挟持された弾性体からなる排気通路形成部 材により形成されたものとすると、排気通路力 周囲にガスが漏れ出るのを防止でき る。

[0029] 更には、排気通路形成部材に、排気通路の開口の周囲を取り囲む開口形成部が 一体的に連接されたものとすると、排気通路の出口開口において周囲にガスが漏れ 出るのを防止できる。

[0030] また、上記のラミネート電池の安全機構において、枠板の端面における排気通路の 開口に連通状態に接続されて前記排気通路を通って導かれたガスを所定方向に放 出する排気ダ外が設けられた構成とすると、有害な物質を含むことがあるガスを、排 気ダ外を介して所要箇所に導いて排気することができる。

[0031] また、上記のラミネート電池の安全機構において、枠板に、単一のラミネート電池の 両面、または、厚さ方向に並列配置された複数のラミネート電池の少なくとも両端側 に位置する二つのラミネート電池の各々の外面に接して、前記ラミネート電池の膨張 変形を防止する拘束板部が一体または別体に設けられた構成とすると、ラミネート電 池の外装ケースの内圧上昇による膨張を抑制することができるので、外装ケースの安 全性が向上するとともに、外装ケース内部のガス圧力が的確に安全弁に作用するこ とから、安全弁の作動安定性が向上する。

[0032] 更には、上記のラミネート電池の安全機構における安全弁が、突出部の一方の成形 シートに形成された排気穴と、この排気穴の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気 穴を密閉する弁体と、前記突出部の他方の成形シートの内面における前記排気穴に 対向する箇所に接合された保護シートとを備えた構成とすると、安全機構の製造〖こ 際して、他方の成形シートの所要位置に保護シートを予め接合して、 2枚の成形シー トの外縁の一部を除いて熱溶着して接合部を設けることにより外装ケースを形成し、 この外装ケース内に極板群を収容し、且つ電解液を注入したのち、外装ケースの外 縁部の残りを熱溶着して接合部を形成することにより、ラミネート電池の製造を終了し 、そのラミネート電池の突出部の所定位置に、一方の成形シートのみを例えばトムソ ン刃またはカッターなどの金型で穿孔加工を施して排気穴を形成する手順で安全機 構を付設することができるので、電解液の注入工程にぉ ヽて排気穴をゴム栓で閉止 したり、特殊な治具を用いて外装ケースのハンドリングを行うなどの必要がなくなり、 製造コストを低減することができる。

[0033] また、上記のラミネート電池の安全機構において、安全弁が、突出部を挟持して保持 する枠板に保持されたばね体と、前記ばね体に付勢されて前記排気穴の穴縁部に 弾性的に圧接されることにより前記排気穴を密閉する閉塞板力 なる弁体とを備えて 、復帰式に構成されたものとすると、安全機構の主体をなすばね体は、使用年数の 経過に伴い永久歪を発生するゴム弁体とは異なり、高温の雰囲気中で長期間使用し た場合にも高温雰囲気による劣化が生じないことから、ばね機能にも大きな変化が生 じないので、長期間使用しても、弁作動圧が殆ど変化しない。そのため、特に、長期 間にわたり高温の雰囲気中で使用する比較的特殊な用途、例えば自動車用などに 好適に用いることができる。また、ばね体はゴム弁体に比べて弾性係数が広く取れる ことから、所要のばね定数のばね体を選定することによって任意の弁作動圧を高い 組立精度を要することなく正確に設定して組み立てることができるので、製造コストの 低減を図ることができる。

[0034] またこの時、弁体が支持ピンの一端に固定され、ばね体が前記支持ピンの外周を取 り囲む配置で枠板の保持穴と前記弁体との間に介装され、前記支持ピンと前記ばね 体との間または前記ばね体と前記保持穴の穴縁との間の少なくとも一方に、前記支 持ピンの傾斜が可能な隙間が設けられた構成とすると、発生ガスの圧力を受けて外 方へ膨出変形する成形シートからの押圧力によって支持ピンが傾斜されることにより 安全機構が開弁状態となるので、その構造上から、ばね体に対する小さな圧縮荷重 で比較的大きな弁作動圧を設定することができるので、安全機構のホルダに対して 高 、剛性を求める必要がな 、から、その分だけ軽量小型化を図ることができる。

[0035] また、前記目的を達成するための本発明のラミネート電池は、榭脂フィルムの間に金 属箔を配して貼り合わせたラミネートシートからなる 2枚の成形シートを互いに重ねて 、この各成形シートの外周縁部を熱溶着した接合部によりシールされた外装ケースと 、この外装ケース内に収容された極板群とを備え、前記外装ケースにおける一側辺 に、外周縁が熱溶着された接合部でシールされてその内部が前記外装ケース内に 連通された突出部が設けられ、この突出部を形成する 2枚の前記成形シートのうちの 少なくとも一方に排気穴が設けられたものである。このラミネート電池は、排気穴を有 する突出部を備えているので、本発明の安全機構を容易に構成して所要の効果を 得ることができるとともに、構成が極めて簡単で安価に製造することができる。

[0036] なお、このラミネート電池にぉ 、て、外装ケースの一側辺の接合部を揷通して極板 群の両端にそれぞれ接続された一対の接続端子が、前記外装ケース力 外部に突 出状態に設けられた構成とすると、排気穴を有する突出部を接続端子と同じ側に設 けることで、コンパクトで、且つ安価な構成となる。

図面の簡単な説明

[0037] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミ ネート電池ユニットの一部破断斜視図である。

[図 2]図 2は、図 1の要部の部分破断拡大斜視図である。

[図 3]図 3Aは、同上のラミネート電池ユニットの一部除去した正面図であり、図 3Bは、 図 3Aの ΠΙΒ— ΠΙΒ線に沿った断面図である。

[図 4]図 4A〜図 4Cは、同上のラミネート電池を示し、図 4Aはラミネート電池の一部を 除去して示した斜視図であり、図 4Bは正面図であり、図 4Cは図 4Bの IVC— IVC線 に沿った断面図である。

[図 5]図 5A〜図 5Bは、同上の安全機構の弁作動前および弁作動後の状態をそれぞ れ示す縦断面図であり、図 5Cは、同上の安全機構とは異なる配設位置に排気穴を 設けた場合の弁作動後の状態を比較のために示した縦断面図である。

[図 6]図 6は、同上の実施形態における排気系統の構成要素を示す拡大斜視図であ る。

[図 7]図 7Aは、同上の安全機構を設けたラミネート電池の弁作動後の状態を示す要 部の正面図であり、図 7Bは、同上のラミネート電池とは異なる配設位置に排気穴を 設けた場合のラミネート電池の弁作動後の状態を示す比較のために示した正面図で ある。 [図 8]図 8は、本発明の第 2実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミ ネート電池ユニットの要部の断面図である。

[図 9]図 9は、本発明の第 3の実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラ ミネート電池ユニットの要部の断面図である。

[図 10]図 10は、本発明の第 4実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用した ラミネート電池ユニットの要部の断面図である。

[図 11]図 11は、本発明の第 5実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用した ラミネート電池ユニットの要部の断面図である。

[図 12]図 12は、本発明の第 6実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用した ラミネート電池ユニットを示す要部の断面図である。

[図 13]図 13は、本発明の第 7実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用した ラミネート電池ユニットの一部破断した斜視図である。

[図 14]図 14は、図 13の要部の拡大斜視図である。

[図 15]図 15Aは、同上のラミネート電池ユニットの要部の一部除去した正面図であり 、図 15Bは、図 15Aの XVB—XVB線に沿った断面図である。

[図 16]図 16A〜図 16Bは同上の安全機構の弁作動前および弁作動後の状態をそ れぞれ示す縦断面図である。

[図 17]図 17A〜図 17Bは、従来の金属製の電池ケースを用 、た電池の復帰式安全 弁を示す縦断面図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図 1は本発明の 第 1実施形態に係るラミネート電池の安全機構を適用したラミネート電池ユニット 1の 一部破断斜視図であり、図 2は図 1の要部の部分破断拡大斜視図、図 3Aはラミネ一 ト電池ユニット 1の一部除去した正面図、図 3Bは、図 3Aの ΠΙΒ— ΠΙΒ線に沿った断 面図である。上記ラミネート電池ユニット 1は、リチウムイオン電池力もなる偏平なラミ ネート電池 2に、このラミネート電池 2に対し内圧上昇に伴う膨張を規制するように拘 束する一対の枠板 3a, 3bと、ラミネート電池 2の電池内圧が所定値まで上昇したとき に内部の発生ガスを外部に排出するよう機能する安全機構 4とを取り付けることにより 、構成されたものである。

[0039] 先ず、上記ラミネート電池 2について、図 4A〜4Cを参照しながら説明する。図 4A 〜4Cは上記ラミネート電池 2を示し、図 4Aはラミネート電池 2の一部を除去して示し た斜視図であり、図 4Bは正面図であり、図 4Cは図 4Bの IVC— IVC線に沿った断面 図である。このラミネート電池 2は、図 4Cに明示するように、互いに重ね合わせた 2枚 の成形シート 5a, 5aの外周縁部を熱溶着により相互に接合してなる外装ケース 5の 内部空間に、極板群 7と電解液（図示せず）とを収容して構成されている。上記成形 シート 5a, 5aは、 PPまたは PEなどの榭脂フィルムの間にアルミニウム箔などの金属 箔を配して貼り合わせてなるラミネートシートを、平面視矩形状の凹部の外周縁に接 合鍔部 5bを有する角皿状に成形して構成されており、この 2枚一対の成形シート 5a , 5aは、外周縁の接合鍔部 5b, 5bよりも内方側の凹部を相対向させて内部空間を形 成した配置で、接合鍔部 5b, 5bの榭脂フィルム同士を熱溶着することにより、ほぼ矩 形状の接合部 6が形成されて、この接合部 6により内部空間を密閉した外装ケース 5 に構成されている。なお、図 4Aは、 2枚のうちの手前側の成形シート 5aのみを除去し た状態を図示している。

[0040] 上記極板群 7は、それぞれ帯状となった正極板、セパレータ、負極板およびセパレ ータの順で積み重ねた状態で平板状の卷芯材の外周に卷回して、その卷回終了後 に卷芯材を引き抜き、さらに平板状に圧縮して形成されており、正極板と負極板とが これらの間にセパレータを介在させた状態で積層された構成になっている。正極板 は、アルミニウム箔カ なる芯材に正極合剤を塗着したのち乾燥する工程を経て構 成されている。負極板は、銅箔からなる芯材に負極合剤を塗着したのち乾燥するェ 程を経て構成されている。セパレータは多孔性ポリプロピレンフィルムなどにより構成 されている。

[0041] 正極板と負極板の各々の芯材は、それぞれ極板群 7の互いに反対側の端面力ゝら突 出されて、その各芯材の突出箇所に接続電極 8a, 8bが溶接により接続されている。 この接続電極 8a, 8bは、極板群 7の厚さよりも若干狭い幅の板材を L字状に屈曲して 構成され、その L字状における一方の片（図の垂直方向の片）が芯材に溶接され、且 つ他方の片（図の水平方向の片）が極板群 7の上辺一側に沿いながら延設されて、 その先端部力もほぼ垂直に外部接続用の接続端子 9a, 9bが立設されている。これら 接続端子 9a, 9bは、外装ケース 5の接合部 6を貫通して外部に突出されている。外 装ケース 5の一側辺（図の上辺）には、接続端子 9a, 9bの間である中央部に、矩形 状の突出部 10がー体形成されている。この突出部 10の外周縁は、熱溶着により接 合してシールされ、外装ケース 5の外周縁の接合部 6に連続してその一部を構成して いる。この突出部 10における 2枚のうちの一方（図の手前側）の成形シート 5aには円 形の排気穴 11が形成されている。突出部 10は、安全機構 4における後述の復帰式 安全弁を設けるために形成されたものであり、外装ケース 5の内部に連通されて、電 池内部の発生ガスが導入される。

[0042] 図 1ないし図 3A〜3Bに戻って、一対の枠板 3a, 3bは、外装ケース 5の外面に接し てラミネート電池 2の膨張変形の発生を規制するように拘束する拘束板部 15と、この 拘束板部 15の外周縁部から内方に向け突設されて外装ケース 5の外周縁の接合部 6を両面から挟圧する矩形枠状の枠体部 14とが一体形成された形状を有している。 したがって、この安全機構 4では、外装ケース 5が電池内圧の上昇によって外方へ膨 らみ出ようとするのを拘束板部 15で阻止されるから、接合部 6が徐々に引き剥がされ るクリープ現象の発生が防止される。枠体部 14における突出部 10において相対向 する部分である一側枠辺 14aは、接合部 6を含む突出部 10の全体を挟圧できる広幅 の形状に形成されている。

[0043] 図 3Aは 2つのうちの一方（図の手前側）の枠板 3aおよび後述する弾性体力 なる 弁体 12をそれぞれ除去した状態の正面図であり、この図 3Aおよび図 3Bに明示する ように、一方の枠板 3aの枠体部 14の一側枠辺 14aにおける排気穴 11に対向する箇 所には、排気穴 11よりも径の大きな円形凹所力もなる保持穴 16が凹入形成されてい る。すなわち、保持穴 16は円形仕切壁 23の内方の凹所により形成されている。この 保持穴 16には、ゴム弾性を有する、例えば EPDMなどの弾性体力もなる弁体 12の 1 Z3程度が嵌合して保持されている。この弁体 12は、後述する所定の圧縮率に圧縮 された状態で取り付けられて、その圧縮反力で排気穴 11の穴縁部に弾性的に圧接 されて、排気穴 11を密閉する。この排気穴 11と弁体 12により復帰式安全弁 13が構 成されている。 [0044] また、上記一方の枠板 3aの枠体部 14における一側枠辺 14aには、上記保持穴 16 を内方に形成する円形仕切壁 23の外周側周囲の凹所によって両枠体部 14, 14間 にガスの排気通路 17が形成されて 、る。この排気通路 17は一側枠辺 14aの端面で 開口 17aしている。さらに、他方の枠板 3bの枠体部 14には、ほぼ U字形状を有する 弾性体カゝらなる排気通路形成部材 18が、その一部（図の下端部）を、円形仕切壁 23 の外面側に形成された保持溝 19内に嵌合させた配置で設けられている。この排気 通路形成部材 18は、上記排気通路 17の外周壁を形成するものであって、一対の枠 体部 14, 14によって突出部 10の外面と一側枠辺 14aとの間で挟圧されている。これ により、上記排気通路 17は、その開口 17aを除いてシールされており、安全機構 4が 後述する開弁状態となったときに、排気穴 11を通ったガスを排気通路形成部材 18を 介して開口 17aに導くようになつている。

[0045] 上記安全機構 4の復帰式安全弁 13の弁作動圧は、上述のように EPDMなどの弹 性体力もなる弁体 12の弾性係数と圧縮率とによって任意の値に設定することができ る。その弁作動圧は、好ましくは 0. 4〜0. 7MPaに、さらに好ましくは 0. 5MPa程度 に設定されており、このときの弁作動圧の精度が ±0. 05MPa以内になるように設定 されている。なお、弁体 12の圧縮率は、 30%以下に、好ましくは 25%以下に設定さ れている。これにより、上記復帰式安全弁 13は、ゴムなどの弾性体からなる弁体 12の 永久歪の発生を可及的に抑制して、その永久歪に起因する弁作動圧の変動をも抑 制することができるので、長期にわたり安定した弁作動を得ることができる。

[0046] また、上記排気穴 11は、外装ケース 5内の圧力上昇を抑制できるだけのガス放出 量を確保できる径に設定する必要があり、実用上、上述した弁作動圧において 100c c〜数 lOOccZ秒程度のガス放出量が確保できればよいので、排気穴 11を 3〜6m m程度の直径に形成すれば十分である。一方、排気穴 11を密閉する弁体 12の径は 、排気穴 11の径の 2〜3倍程度に設定するのが好適である。弁体 12の材質としては 、弁専用の EPD、あるいは EPDMとウレタンゴムの 2層からなるものを用いることがで き、ゴム硬度が Hs70〜85程度のものが好適である。また、 EPDMに PP榭脂を添カロ することにより、 80°C程度の高温で弾性係数が低下するようにして、弁作動圧の低下 を図るようにすると、さらに好適である。すなわち、ラミネート電池が発熱した際に低い 弁作動圧にも関わらず、熱の温度によってもガスを外装ケース 5の外に放出すること ができる。

[0047] つぎに、上記安全機構 4の復帰式安全弁 13の作用について、図 5A〜5Cを参照し ながら説明する。ラミネート電池 2の外装ケース 5の内圧が予め設定された所定の弁 作動圧 (この実施形態においては上述した 0. 4〜0. 7MPa)以下である場合には、 図 5Aに示すように、所定の圧縮率で枠体部 14の保持穴 16に嵌合して保持された 弁体 12が、突出部 10の一方の成形シート 5aにおける排気穴 11の穴縁部に弹性的 に圧接されて、排気穴 11を密閉している。

[0048] そして、ラミネート電池 2の外装ケース 5の内圧が所定の弁作動圧まで昇したときに は、図 5Bに示すように、突出部 10に流入した発生ガス Gによる圧力が一方の成形シ ート 5aを外方に向け膨出変形させ、且つ弾性を有する排気通路形成部材 18を圧縮 変形させるように作用するので、弁体 12が、上記膨出変形される成形シート 5aを介し 発生ガス Gの圧力を受けて弾性変形されることにより、或る角度 Θだけ傾斜される。こ れにより、復帰式安全弁 13は開弁状態となる。このとき、弁体 12には、排気穴 11に 対向する部分力 だけでなぐ成形シート 5aにおける排気穴 11の穴縁部の箇所を介 して自体の端面の全面に対し発生ガス Gの圧力が外周側力 作用するようになって いる。

[0049] そのため、この復帰式安全弁 13は、通常の使用状態の 0. 3MPa以下の圧力変動 に対して信頼性の高い密閉性を確保しながら、上述のように 0. 4〜0. 7MPa程度の 低圧力の弁作動圧でも確実に弁作動するとともに、その作動圧のばらつきも小さいこ と力 、 ±0. 05MPa以下の高い作動圧精度を確保することができる。したがって、 耐圧力が 1. OMPa程度の外装ケース 5であっても、 0. 3MPa以下のラミネート電池 2 の正常な圧力変動の範囲では復帰式安全弁 13が弁作動するおそれがないとともに 、内部圧力がその耐圧力に近い圧力まで上昇するのを確実に防止することができ、 且つ外装ケース 5の内圧が所定の弁作動圧に達した時点で確実に弁作動するので 、高い安全性を確保することができる。

[0050] 上記復帰式安全弁 13が開弁状態に作動したときには、図 5Bに明示するように、排 気通路形成部材 18が、枠体部 14の保持溝 19に密接に係合した状態を保持しなが ら圧縮変形される。これにより、排気穴 11の周囲に設けられた排気通路 17は、その 開口 17aを除き排気通路形成部材 18によりシールされた状態に保持される。そのた め、外装ケース 5内の発生ガス Gは、排気穴 11から導出されたのち、その殆ど全部が シールされた排気通路 17によって開口 17aに向け円滑に導かれて、開口 17aから外 部に排出される。このように発生ガス Gの排出箇所が開口 17aに限定されるので、そ の発生ガス Gの排出を検知することによって異常の発生であると確実に判別すること が可能となり、電源として使用不可であることの考慮を適切に行うことができる。

[0051] そして、圧力上昇が一時的なものである場合には、所要量の発生ガス Gが排出され て内部圧力が弁作動圧以下に低下した時点で、弁体 12が圧縮に伴う復元力で元の 形状に復帰して排気穴 11を再び密閉するので、ラミネート電池 2を «続して使用する ことができる。したがって、特に複数のラミネート電池 2を電気的に直列接続した状態 で電池電源として使用する場合には、一部のラミネート電池 2の内部圧力が一時的 に上昇しても、電池電源の全体が使用できなくなるということがない。

[0052] 上記復帰式安全弁 13では、ラミネート電池 2における外装ケース 5の外周縁の接合 部 6を、これの両面から枠板 3a, 3bの枠体部 14, 14により挟圧しているので、外装ケ ース 5の内圧上昇による膨らみ発生によって接合部 6が徐々に引き剥がされるタリー プ現象の発生を防止することができ、外装ケース 5の安全性を一層確実に維持する ことができる。また、枠板 3a, 3bの拘束板部 15は、ラミネート電池 2の両面に接して膨 張変形を拘束するように規制するので、外装ケース 5の安全性が一層向上するととも に、外装ケース 5の内圧を的確に弁体 12に作用させることができるので、復帰式安全 弁 13の作動安定性が向上する。さらに、上記枠体部 14は、弁体 12を保持するのに カロえて、排気通路 17を形成する機能をも兼備しているので、復帰式安全弁 13を簡 単、且つ低コストに構成することができる。

[0053] なお、上記安全機構 4におけるガス Gの排気系統には図 6に示すような構成を付設 するのが好ましい。すなわち、排気通路形成部材 18には、排気通路 17の開口 17a の周囲を取り囲む形状を有して排気通路 17に連通された開口形成部 20がー体に連 接され、この開口形成部 20に、これの開口部を通じて排気通路 17の開口 17aに連 通する排気ダクト 21が連接されている。このような構成を付設することにより、枠体部 14により挟持される弾性体カゝらなる排気通路形成部材 18で排気通路 17を形成して いることから、排気通路 17に導入されたガス Gが排気通路 17の周囲に漏れ出るのを 防止できるのに加えて、排気通路 17内のガスが開口形成部 20内に円滑に導かれる ことから、排気通路 17の出口で周囲にガス Gが漏れ出すことも確実に防止できる。さ らに、開口形成部 20内に導かれたガス Gは、排気ダクト 21により所要箇所に導いて 排気することができるから、ラミネート電池ユニット 1を屋外に設置したり、或いは自動 車に搭載する場合には、排気ガス G中に有害物質が含まれているような場合でも人 的被害を防ぐことができる。

[0054] ところで、上記実施形態の安全機構 4では、上述した種々の顕著な効果を確実に 得るために、残存する課題をも解消する必要がある。すなわち、弁体 12を所定の弁 作動圧で高精度に作動させるためには、突出部 10における突出方向側の接合部 6 と排気穴 11との相対位置関係が非常に重要であり、この排気穴 11の配設位置が不 適切な場合には、弁体 12が所定の弁作動圧で作動しな力つたり、作動しても排気ガ ス Gの排気量が不十分であったりする不具合が生じる。

[0055] そこで、上記実施形態の安全機構 4では排気穴 11の配設位置を以下のように設定 したことを特長としている。すなわち、図 4Bに示すように、排気穴 11は、自体の穴縁 上端と突出部 10の突出方向側の接合部 6の内縁との間隔 Bが 1. 5mm以下に、好ま しくは 1. Omm以下となる位置に形成されている。これにより、復帰式安全弁 13を上 述した弁作動圧で高精度に作動させることができる力 これの詳細については後述 する。なお、排気穴 11の穴縁下端と外装ケース 5における突出部 10の両側の接合 部 6の外縁との間隔 Cは、復帰式安全弁 13の弁作動に対し大きな影響を与えない。 また、突出部 10における一側辺に沿った方向で相対向する接合部 6の間隔 Dは、こ の寸法が大きくなる程、弁作動圧が高くなつて、ガス排出量が大きくなる。

[0056] 上記安全機構 4では、上述のように排気穴 11を突出部 10における突出方向側の接 合部 6の内縁と排気穴 11との間隔 Bが 1mm以下の位置に配設したことにより、所定 の弁作動圧で復帰式安全弁 13を高精度に作動させることが可能になっており、これ は、実験結果により確認できた。この実験は、排気穴 11の径を 4mmに、弁体 12の径 を 9mmにそれぞれ設定し、間隔 Dを一定とし、間隔 Bを—0. 5mn！〜 5mmの範囲で 、且つ間隔 Cを 4〜7. 5mmの範囲でそれぞれ可変しながら、個々の状態で復帰式 安全弁 13が所定の弁作動圧で作動したカゝ否かの確認を行った。その結果、復帰式 安全弁 13の作動は、間隔 Cの寸法の相違には殆ど影響を受けず、間隔 Bの寸法の 相違によって大きな影響を受けることが判明した。すなわち、間隔 Bを lmm以下に設 定した場合には、間隔 Cの相違に拘らず復帰式安全弁 13が良好に作動し、間隔 Bを 1. 5mmに設定した場合には、間隔 Cが 5mm以上に設定したものにおいて、復帰式 安全弁 13が作動するものの、発生ガス排出量が所定値よりも若干少な力つた。これ に対し、間隔 Bを 2mm以上に設定した場合には、復帰式安全弁 13が作動しないこと が半 lj明した。

[0057] 図 7A〜7Bは上述の実験終了後のラミネート電池 2の突出部 10の部分を示したも のであり、図 7Aは上述の間隔 Bを lmm以下に設定したものであり、図 7Bは同間隔 B を 2mm以上に設定したものである。図 7Aのラミネート電池 2では、排気穴 11を有す る側の成形シート 5aのガス圧力による膨出変形 K1が、排気穴 11の周囲における突 出方向側に対し直交する両側箇所に発生している。これは、上記間隔 Bが狭いことか ら、この間隔 Bに相当する部分に発生ガス Gが殆ど侵入しな力つたためである。これ により、図 5Bに示したように、排気穴 11を有する成形シート 5aは、排気穴 11の下方 箇所が発生ガス Gの圧力を集中的に受けて外方へ向け膨出する状態に変形され、こ の成形シート 5aの変形力を受ける弁体 12が、上端部を恰も支点として外方に傾斜さ れるので、排気穴 11の密閉の解除による発生ガスの排出経路が確実に形成される。

[0058] これに対し、図 7Bのラミネート電池 2では、排気穴 11を有する成形シート 5aの発生 ガス Gの圧力による膨出変形 K2が、排気穴 11の周囲における突出部 10の突出方 向側および突出方向に対し直交する両側の双方に発生している。これは、間隔 Bが 比較的広くなつていることにより、この間隔 Bの部分に発生ガス Gが侵入したことを示 している。これにより、図 5Cに比較のために示すように、排気穴 11を有する図の左方 の成形シート 5aは、排気穴 11の図の下方および上方の両箇所が共に発生ガス Gの 圧力を受けてそれぞれ外方へ向け膨出する状態に変形されるから、この成形シート 5 aの変形力を受ける弁体 12が、傾斜されることなぐ単に外方へ向け僅かに変位され るだけであり、排気穴 11の密閉の解除による発生ガスの排出経路が円滑に形成され ない。

[0059] ところで、第 1実施形態の安全機構 4では、互いに重ね合わせた 2枚の成形シート 5a , 5aのうちの一方に排気穴 11を設ける構成になっているので、その製造に際して、 2 枚の成形シート 5a, 5aの外周縁部を熱溶着により互いに接合したのちに一方の成形 シート 5aのみに排気穴 11を形成することが困難であるから、 2枚の成形シート 5a, 5a の接合工程に先立って、一方の成形シート 5aに予め排気穴 11を形成しておく必要 がある。その場合、互いに重ね合わせた 2枚の成形シート 5a, 5aの外周縁部を熱溶 着して袋体状とした外装ケース 5の内部に極板群 7を挿入したのち、電解液の注入ェ 程では、排気穴 11を通じて電解液の液漏れや電解液への水分の混入などの不具合 の発生を防止するために、排気穴 11をゴム栓などで閉止する必要があり、さらに、後 段の電池製造工程では、外装ケース 5のハンドリングのために特殊な治具などを用い る必要もあり、その結果、製造コストの高騰を招くおそれがある。

[0060] このような課題は、適当な製造方法を新たに案出することによって解消することが十 分可能であると思われるが、つぎに説明する本発明の第 2および第 3実施形態は、既 存の製造手段を用いることによって製造コストの高騰を招かずに製造できる構成とし ながらも、上述した顕著な効果をそのまま得られるものである。

[0061] 図 8は本発明の第 2実施形態に係る安全機構 24を備えたラミネート電池ユニット 1 を示す要部の断面図であり、同図において、図 1ないし図 3A〜3Bと同一若しくは実 質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。上記安全機 構 24は、突出部 10における一対の成形シート 5a, 5aにこれらを貫通する排気穴 11 , 11を同時に形成し、両枠板 3a, 3bの各枠体部 14, 14の一側枠辺 14aにそれぞれ 形成した保持穴 16、 16に個々に弁体 12, 12を保持させて、この各弁体 12, 12を相 対向する各排気穴 11, 11の穴縁部に弾性的圧接させることにより、これら排気穴 11 , 11を各弁体 12, 12でそれぞれ密閉して、第 1実施形態と同一構成の復帰式安全 弁 13を一対設けた構成になっている。一対の排気穴 11, 11は、突出部 10における 第 1実施形態の排気穴 11で説明したと同一の配設位置に形成されているのは勿論 である。

[0062] この安全機構 24を備えたラミネート電池ユニット 1では、その製造に際して、外装ケ ース 5内に極板群（図示せず)を収容し、且つ電解液を注入したのち、外装ケース 5 の外縁部全体を熱溶着して接合部 6を形成することにより、ラミネート電池 2の製造を 終了し、続いて、そのラミネート電池 2の突出部 10の所定位置に、一対の成形シート 5a, 5aをポンチとダイ力もなる金型で打ち抜いて一対の排気穴 11 , 11を同時に形 成する手順で製作することが可能となる。これにより、第 1実施形態の一方の成形シ ート 5aのみに排気穴 11を設けた安全機構 4のように、電解液の注入工程において排 気穴 11をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケース 5のハンドリングを行 うなどの必要がなくなり、製造コストの高騰を招くおそれがない。

[0063] また、上述のような工程を経て製作された上記安全機構 24は、第 1実施形態の安 全機構 4と比較して、弁作動圧特性が若干異なるが、弁体 12の圧縮率と弁作動圧と の間に明確な相関関係が存在するので、各弁体 12, 12の圧縮率を第 1実施形態の 場合よりも若干低く設定することにより、第 1実施形態で説明した同様の所要の弁作 動圧を設定することができ、この弁作動圧で高精度に作動させることができる。これに カロえて、上記安全機構 24は、排気穴 11や弁体 12の径を大きくせずにガス排出量を より多く確保できる利点がある。

[0064] 図 9は本発明の第 3実施形態に係る安全機構 25を備えたラミネート電池ユニット 1 を示す要部の断面図であり、同図において、図 1ないし図 3A〜3Bと同一若しくは実 質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。上記安全機 構 25は、第 1実施形態の安全機構 4とほぼ同様の基本構成を備え、これに加えて、 排気穴 11を設けた一方の成形シート 5aに重ね合わされた他方（図の右方）の成形シ ート 5aにおける排気穴 11に対向する箇所に、排気穴 11よりも大きな面積と lmmの 厚みを有する保護シート 22が熱溶着により接合されている。

[0065] この安全機構 25を備えたラミネート電池ユニット 1では、その製造に際して、他方の 成形シート 5aの所要位置に保護シート 22を予め接合して、 2枚の成形シート 5a, 5a の外縁の一部を除き熱溶着して接合部 6を設けることにより、外装ケース 5を形成し、 この外装ケース 5内に極板群（図示せず)を収容し、且つ電解液を注入したのち、外 装ケース 5の外縁部の残りを熱溶着して接合部 6を形成することにより、ラミネート電 池 2の製造を終了する。そののち、ラミネート電池 2の突出部 10の所定位置に、一方 の成形シート 5aのみをトムソン刃またはカッターなどの金型で穿孔力卩ェを施して排気 穴 11を形成する手順で製作することができる。上記排気穴 11の穿孔加工は、トムソ ン刃またはカッターの刃先が保護シート 22に対しこれの厚み以下に切り込むように設 定して行われる。これにより、第 1実施形態と同様に一方の成形シート 5aのみに排気 穴 11を有する安全機構 25を、製作完了したラミネート電池 2に対し排気穴 11を形成 する手順で製作できるので、第 2実施形態と同様に、電解液の注入工程において排 気穴 11をゴム栓で閉止したり、特殊な治具を用いて外装ケース 5のハンドリングを行 うなどの必要がなくなり、製造コストの高騰を招くおそれがない。

[0066] 上述の工程を経て製作された上記安全機構 25は、第 1実施形態の安全機構 4と同 様の弁作動圧を設定した場合、第 1実施形態と同様に、設定した弁作動圧で高精度 に作動することが確認できた。

[0067] 図 10は本発明の第 4実施形態に係る安全機構を適用したラミネート電池ユニット 3 1を示す要部の断面図であり、同図において、図 1ないし図 3A〜3Bと同一若しくは 実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。第 1ない し第 3実施形態の各ラミネート電池ユニット 1は単一のラミネート電池 2の外装ケース 5 の外周縁の接合部 6をその両側カゝら一対の枠板 3a, 3bで挟圧した構成とした点にお いて共通しているが、この実施形態のラミネート電池ユニット 31では、複数のラミネー ト電池 2をそれらの厚さ方向にぉ 、て互いに接した状態で並列配置して、これらラミネ ート電池 2をその並列方向の両端力も枠板 3a, 3bで挟圧した構成としている。そのた め、両端を除く中間のラミネート電池 2の各々の接合部 6の間には、第 1実施形態で 説明したと同様の復帰式安全弁 13を配設できる枠体 32がそれぞれ介装されている 。両端に配置される一対の枠板 3a, 3bは、比較的大きな剛性が要求されることから、 各々の外面に補強リブ 33が設けられている。

[0068] この実施形態では、より高い出力電圧のラミネート電池ユニット 31を提供することが できる。なお、図示を省略している力 このラミネート電池ユニット 31では、各ラミネ一 ト電池 2, 2間に冷却流体通路形成部材を介装して冷却流体通路を設ける構成とす ることが好ましい。その場合、冷却流体通路形成部材は各枠体 32に一体形成して設 ければ、組付工数を低減できる。 [0069] 図 11は本発明の第 5実施形態に係る安全機構を適用したラミネート電池ユニット 3 4を示す要部の断面図であり、同図において、図 1ないし図 3A〜3B並びに図 10と同 一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する 。第 1ないし第 4実施形態の各ラミネート電池ユニット 1, 31は、凹部の周囲に接合鍔 部 5bを有する角皿状に成形した一対の成形シート 5a, 5aを相対向させて、それら一 対の成形シート 5a, 5aの各接合鍔部 5b, 5b同士を互いに熱溶着した接合部 6を形 成して袋状としたラミネート電池 2を対象とした点において共通している。これに対し、 この実施形態のラミネート電池ユニット 34は、上記成形シート 5aよりも深さの大き 、角 皿状に成形した成形シート 5cと、平板状の成形シート 5dとを互いに重ね合わせて、 それらの外周縁部を熱溶着して接合部 6を形成してなる外装ケース 5を有するラミネ ート電池 35を対象としたものである。

[0070] 上記ラミネート電池ユニット 34は、上述したラミネート電池 35を複数用いて、これら のラミネート電池 35を、第 4実施形態と同様に、厚さ方向において互いに接した状態 で並列配置して、これらラミネート電池 35をその並列方向の両端力 枠板 3a, 3bで 挟圧した構成になっている。このラミネート電池ユニット 34においても、第 1ないし第 4 実施形態のラミネート電池ユニット 1, 31, 34と同様の作用効果を得ることができる。 なお、このようなラミネート電池 35を対象とする場合においても、第 1〜第 4実施形態 と同様に、単一のラミネート電池 35を両側力も枠板 3a, 3bで挟圧したラミネート電池 ユニットを構成することができる。

[0071] 図 12は本発明の第 6実施形態に係る安全機構を適用したラミネート電池ユニット 1 を示す要部の断面図であり、同図において、図 1ないし図 3A〜3Bと同一若しくは実 質的に同等のものには同一の符号を付して、重複する説明を省略する。第 1ないし 第 5実施形態では、成形シート 5a, 5cにおける排気穴 11の穴縁部に弁体 12を直接 的に圧接させた構成とした復帰式安全弁を備えているが、この実施形態のラミネート 電池ユニット 1では、 0. 1mm程度の厚さを有するポリプロピレン、ポリエチレンまたは ポリテトラフルォロエチレンなどの電解液に対して特に耐性の高い材質の耐電解液シ ート 36を、弁体 12の端面と成形シート 5aにおける排気穴 11の穴縁部との間に介装 して、復帰式安全弁 13を構成している。 [0072] このラミネート電池ユニット 1では、弁体 12の端面と成形シート 5aにおける排気穴 1 1の穴縁部との間に介在する耐電解液シート 36により、弁体 12に電解液が直接的に 接触することがないので、弁体 12が電解液により劣化するのを防止することができる 。なお、この復帰式安全弁 13では、耐電解液シート 36の存在によって弁作動圧が第 1ないし第 5実施形態の場合よりも多少高くなるが、弁体 12の作動自体には何ら悪影 響を与えないことが確認されている。なお、図 12には、弁体 12とは別体に設けた耐 電解液シート 36を、弁体 12の端面と成形シート 5aにおける排気穴 11の穴縁部との 間に介装した場合を例示しているが、本実施形態はこれに限らず、例えば、耐電解 液シート 36を弁体 12の端面に加圧加熱成形して一体的に設けたり、電解液に対し て耐性の高 、物質の層、例えばシリコン榭脂ゃポリテトラフルォロエチレンェマルジョ ンなどのコート層を弁体 12の端面に一体的に形成する構成としても良いことは言うま でもない。

[0073] ところで、上記第 1ないし第 6実施形態の安全機構 4, 24, 25は、特殊な用途に用 いない限り、上述した種々の顕著な作用効果を得られるものであるが、復帰式安全 弁 13がゴムなどの弾性体力もなる弁体 12をガス Gの圧力で弾性変形させることで弁 作動する構成を有していることから、特に、高温な雰囲気中で長期間にわたり使用す る比較的特殊な用途などに用いるのは好ましくな 、。

[0074] すなわち、復帰式安全弁 13の主体をなすゴムなど弾性体力もなる弁体 12は、使用 場所の雰囲気による劣化や経時変形などに起因して永久歪が生じることがあり、この 永久歪が生じた場合には弁作動圧が初期設定値よりも低下する。実験結果によると 、例えば、ゴム弁体 12を約 13%の圧縮率で圧縮すると、約 0. 9MPaの弁作動圧を 設定することができるが、この設定状態で温度が 60°Cの雰囲気中で使用して 15年が 経過すると、ゴム弁体 12には約 40%の永久歪が発生して、圧縮率が初期設定の約 13%力 8%まで低下し、それに伴い弁作動圧が初期設定の約 0. 9MPaから約 0. 5MPaにまで低下してしまう。この永久歪の進行は温度が高い程早くなるので、上述 の 60°C以上の温度となる雰囲気中で使用した場合には、さらに大きな永久歪が生じ る。したがって、ゴム弁体 12を備えて構成した復帰式安全弁 13は、上述のように使 用年数の経過に伴って弁作動圧が徐々に低下することから、上述した高温の雰囲気 中で長期にわたり使用する比較的特殊な用途に用いるのが困難である。

[0075] したがって、高温の雰囲気中で長期にわたり使用する比較的特殊な用途、例えば 自動車用などには、第 1ないし第 6の実施形態の安全機構 4, 24, 25に代わる上記 用途に好適な構成を有する安全機構を別途に案出して適用することが好ましい。そ こで、本発明の第 7実施形態は、高温の雰囲気中で長期間にわたり使用する場合に おいても初期設定した弁作動圧を長期間にわたり安定に保持することができる安全 機構を提供する。

[0076] 図 13な 、し図 15A〜 15Bは本発明の第 7実施形態に係るラミネート電池の安全機 構を適用したラミネート電池ユニット 1を示し、図 13は一部破断した斜視図であり、図 14は図 13の要部の拡大斜視図であり、図 15Aは要部における一部除去した正面図 であり、図 15Bは図 15Aの XVB— XVB線に沿った断面図であり、これらの図におい て、図 1ないし図 3A〜3Bと同一若しくは実質的に同等のものには同一の符号を付し て、重複する説明を省略する。なお、図 13ないし図 15A〜15Bは、図 1ないし図 3A 〜3Bに対応している。

[0077] 上記ラミネート電池ユニット 1は、第 1実施形態と同様に、リチウムイオン電池力もな る偏平なラミネート電池 2に、このラミネート電池 2が内圧上昇に伴って膨張しないよう に拘束するためのホルダを構成する一対の枠板 3a, 3bと、ラミネート電池 2の電池内 圧が所定の弁作動圧まで上昇したときに開弁して内部の発生ガスを外部に排出する 安全機構 42とを取り付けることにより構成されたものである。この構成自体は第 1実施 形態の安全機構 4と基本構成において同様であるが、第 1実施形態の安全機構 4で は、ゴムなどの弾性体力もなる弁体 12を主体として構成した復帰式安全弁 13を用い ていたのに対し、この実施形態の安全機構 42は、ゴムなどの弾性体からなる弁体 12 に代えて、排気穴 11を開閉する弾性閉塞板として機能するゴム製円板力 なる弁体 43を用い、この弁体 43を圧縮コイルスプリング 45により成形シート 5aにおける排気 穴 11の穴縁部に弹性的に押し付ける構成とした復帰式安全弁 46を用 V、て 、る。

[0078] 上記復帰式安全弁 46は、排気穴 11を密閉する上記弁体 43と、先端の保持板部 4 4bが上記弁体 43に固着された支持ピン 44と、保持板部 44bを介して弁体 43を成形 シート 5aにおける排気穴 11の穴縁部に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルスプリ ング 45とを備えて構成されている。圧縮コイルスプリング 45は、支持ピン 44のピン本 体 44aに卷装された配置で、保持穴 16の穴底部と支持ピン 44の保持板部 44bとの 間に介装されて 、る。支持ピン 44のピン本体 44aは圧縮コイルスプリング 45よりも小 さな径を有して圧縮コイルスプリング 45に対し傾斜可能であり、圧縮コイルスプリング 45は保持穴 16よりも小さな径を有して保持穴 16に対し傾斜可能になって!/ヽる。

[0079] また、第 1実施形態と同様に、上記一対のうちの一方（図の手前側）の枠体部 14の 一側枠辺 14aには、保持穴 16の周囲に凹部が形成されて、この凹部によって両枠体 部 14, 14間に排気通路 17が形成されており、この排気通路 17は枠体部 14の一側 枠辺 14aの端面で開口 17aしている。この排気通路 17と上記保持穴 16との間には 円形仕切壁 23が設けられている。さらに、他方の枠板 3bの枠体部 14には、ほぼ U 字形状を有する弾性体からなる排気通路形成部材 18が、その一部（図の下端部)を 、円形仕切壁 23の外側面に形成された保持溝 19内に嵌合させた状態で配設されて いる。この排気通路形成部材 18は一対の枠体部 14, 14によって突出部 10の外面と 一側枠辺 14aとの間で挟圧されている。これにより、上記排気通路 17は、その開口 1 7aを除いてシールされており、安全機構 42が後述する開弁状態になったときに、排 気穴 11を通った発生ガスを排気通路形成部材 18を介して開口 17aに導くようになつ ている。

[0080] 上記安全機構 42では、圧縮コイルスプリング 45のばね定数と圧縮率とにより弁作動 圧が設定される。その弁作動圧は、第 1実施形態と同様に、好ましくは 0. 4MPa〜0 . 7MPaに、最適には 0. 5MPa程度に設定される。また、排気穴 11は、第 1実施形 態と同一の位置に形成されている。さらに、排気穴 11は、外装ケース 5内の圧力上昇 を抑制できるだけの発生ガス放出量を確保できる径に設定する必要があり、実用上、 上記弁作動圧における 100〜数 lOOccZ秒程度の発生ガス放出量が確保できれば よいので、排気穴 11は 3〜6mm程度の直径に形成すれば十分である。一方、排気 穴 11を密閉する弁体 43の径は排気穴 11の径の 2〜3倍程度に設定すればよ!、。

[0081] つぎに、上記安全機構 42の作用について、図 16A〜16Bを参照しながら説明する 。ラミネート電池 2の外装ケース 5の内圧が、予め設定された所定の弁作動圧 (この実 施形態においては 0. 4〜0. 7MPa)以下である場合には、図 16Aに示すように、所 定の圧縮率で枠体部 14の保持穴 16に内装して保持された圧縮コイルスプリング 45 力 支持ピン 44の保持板部 44bを介して弁体 43を突出部 10の成形シート 5aにおけ る排気穴 11の穴縁部に弹性的に圧接させて、排気穴 11を密閉して 、る。

[0082] そして、ラミネート電池 2の外装ケース 5の内圧が所定の弁作動圧まで上昇した場 合には、図 16Bに示すように、突出部 10に流入した発生ガス Gによる圧力力 一方 の成形シート 5aを外方に向け膨出変形させるとともに、弾性を有する排気通路形成 部材 18における図の下端部分を圧縮変形させて、弁体 43における図の下端部分を 外方へ押し出す方向に加圧するよう作用するから、支持ピン 44は、上記膨出変形さ れる成形シート 5aを介して発生ガス Gの圧力を弁体 43および保持板部 44bの各々 の図の下方箇所に受けて、ピン本体 44aが或る角度 Θだけ傾斜され、且つピン本体 44aと一体の保持板部 44bおよびこれに固着の弁体 43も同角度 Θだけ傾斜される。 このとき、復帰式安全弁 46は、支持ピン 44の保持板部 44bに固着された弁体 43に、 排気穴 11に対向する部分力もだけではなぐ成形シート 5aにおける排気穴 11の穴 縁部を介して自身の全面に対し発生ガス Gの圧力が作用するように図られて 、る。そ のため、この安全機構 42は外装ケース 5の内圧が所定の弁作動圧に達した時点で 確実に作動する。

[0083] そして、上記圧力上昇が一時的なものである場合には、所要量の発生ガス Gが放 出されて、内部圧力が弁作動圧以下に低下すると、圧縮コイルスプリング 45が圧縮 に対する復元力で元の形状に復帰して弁体 43が排気穴 11を再び密閉するので、ラ ミネート電池 2を継続して使用することができる。

[0084] 上記安全機構 42は以下のような顕著な効果を奏するものである。すなわち、復帰 式安全弁 46の主体をなす圧縮コイルスプリング 45は、長期間使用した場合に伸縮 の繰り返しによって若干劣化するものの、高温の雰囲気中で使用した場合にもこの雰 囲気に起因する劣化が殆ど生じないことから、ばね機能に大きな変化が生じないの で、高温で永久歪の進行が早まるゴム弁体 12とは異なり、広い温度領域において弁 作動圧が変化することなく安定に使用可能である。これにより、上記安全機構 42は、 特に、長期にわたり高温の雰囲気中で使用する比較的特殊な用途、例えば自動車 用などに好適に用いることができる。 [0085] また、上記安全機構 42では、圧縮コイルスプリング 45のばね定数と圧縮率とによつ て弁作動圧が決定されるが、圧縮コイルスプリング 45のばね定数が小さくなるに従つ て圧縮率の変化に対する弁作動圧の変化が小さくなる。例えば、 12NZmmの小さ いばね定数の圧縮コイルスプリング 45では、弁作動圧を 0. 5〜0. 7MPaの範囲に 設定する場合に、圧縮率を 31〜41%の範囲内に設定すればよぐこの圧縮率を長 さ寸法に換算すると、 1mmの範囲内である。これに対し、第 1実施形態の復帰式安 全弁 13のゴム弁体 12では、弁作動圧を上述と同一の範囲に設定する場合に、圧縮 率を 8〜10%の範囲内に設定する必要があり、この圧縮率を長さ寸法に換算すると 、約 0. 1mmとなる。

[0086] 換言すると、ゴム弁体 12では 0. 1mmの長さ寸法の圧縮 (圧縮率に換算して約 2% )によって弁作動圧が 0. 17MPaも変化するのに対し、上記安全機構 42の圧縮コィ ルスプリング 45では、 0. 1mmの長さ寸法の圧縮 (圧縮率に換算して約 1%)によつ て弁作動圧が僅かに 0. 04MPa変化するだけである。そのため、上記安全機構 42 は、圧縮コイルスプリング 45の弾性係数をゴム弁体 12に比べて広 、範囲内で設定 できるから、所要のばね定数の圧縮コイルスプリング 45を選定することにより、高い組 立精度を要することなしに任意の弁作動圧を正確に設定して組み立てることができる ので、製造コストの低減を図れる利点がある。

[0087] また、上記安全機構 42の圧縮コイルスプリング 45は、第 1実施形態のゴム弁体 12 に比べて小さな圧縮荷重で大きな弁作動圧を設定できる。すなわち、ゴム弁体 12で は発生ガスの圧力を受けて外方へ膨出変形する成形シート 5aからの押圧力によって 自身の一端部分力も恰もめくられる状態で圧縮変形されていくので、ゴム弁体 12を 圧縮するに際して比較的大きな圧縮荷重を必要とするのに対し、上記安全機構 42 では、支持ピン 44のピン本体 44aと圧縮コイルスプリング 45との間および圧縮コイル スプリング 45と保持穴 16との間にそれぞれ隙間を設けて支持ピン 44が傾斜可能な 構造になっているので、発生ガス Gの圧力を受けて外方へ膨出変形する成形シート 5aからの押圧力によって金属製の支持ピン 44が傾斜されて、復帰式安全弁 46が開 弁状態となる。したがって、この安全機構では、上述の構造上から、圧縮コイルスプリ ング 45に対する小さな圧縮荷重で比較的大きな弁作動圧を設定することができる。 [0088] 上述の具体的な実測値を示すと、第 1実施形態の安全弁 13では 0. 7MPaの弁作 動圧を得るためにゴム弁体 12を約 12kgfの圧縮荷重で圧縮する必要があるのに対 し、上記安全機構 42では、 0. 7MPaの弁作動圧を得るために圧縮コイルスプリング 45を約 6kgfの圧縮荷重で圧縮すればよい。そのため、上記安全機構 42では、これ のホルダとして機能する一対の枠板 3a, 3bに対し高い剛性を必要としないので、そ の分だけ軽量小型化を図ることができる。

産業上の利用可能性

[0089] 以上説明したとおり、本発明のラミネート電池の安全機構によれば、安全弁が低圧 力で作動するとともに、その弁作動圧のばらつきが小さぐ高い弁作動圧精度が得ら れるために、通常の使用時の内圧変動では作動せず、且つ外装ケースの強度に対 して安全な圧力範囲内において設定された所定の弁作動圧で確実に作動する。ま た、排気穴を、突出部の突出方向の接合部の内縁に対する間隔が 1. 5mm以下とな る位置に配設したことにより、所定の弁作動圧に達した時点で安全弁を高精度に確 実〖こ作動させることができる。さらに、弁体をばね体で付勢する構成とした安全弁を 用いることにより、初期設定した弁作動圧を長期間にわたり安定に保持できるとともに 、高い組立精度を必要とせず、且つ比較的低い組立荷重で所望の弁作動圧を設定 できる。これにより、上記安全機構は、各種設備の駆動用電源として用いるラミネート 電池に好適に適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 1.互いに重ね合わせた 2枚のラミネートシートからなる成形シート（5a, 5b, 5c)の 各々の外周縁部を相互に接合してなる外装ケース（5)の内部に発電要素（7)および 電解液を収容して構成されたラミネート電池の安全機構であって、

前記外装ケース（5)に、これの内部に連通して一側辺部から外方へ突出する突出 部（10)が設けられ、

前記突出部（10)における 2枚のうちの少なくとも一方の前記成形シート（5a)に形 成された排気穴（11)と、この排気穴（11)の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気 穴（11)を密閉する弁体（12, 43)とを有する安全弁（13, 46)を備えたラミネート電 池の安全機構。

[2] 2.排気穴（11)が、突出部（10)の突出方向側の接合部の内縁に対する間隔が 1.

5mm以下となる位置に配設されている請求項 1に記載のラミネート電池の安全機構

[3] 3.排気穴（11)が、突出部（10)の突出方向側の接合部の内縁に対する間隔が 1. 0 mm以下となる位置に配設されている請求項 2に記載のラミネート電池の安全機構。

[4] 4.弁体（12, 43)が弾性体により形成されている請求項 1に記載のラミネート電池 の安全機構。

[5] 5.弁体（12)を構成する弾性体がゴム弾性を有する材質からなるものである請求項

4に記載のラミネート電池の安全機構。

[6] 6.ゴム弾性を有する材質として、 EPDMを用いた請求項 5に記載のラミネート電池 の安全機構。

[7] 7.ゴム弾性を有する材質として、 EPDMとウレタンの 2層を用いた請求項 5に記載 のラミネート電池の安全機構。

[8] 8.弁体（12)が 25%以下の圧縮率に圧縮した状態で取り付けられている請求項 4 に記載のラミネート電池の安全機構。

[9] 9.安全弁（13, 46)は、突出部（10)の成形シート（5a, 5c)における排気穴（11) の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴（11)を密閉する弁体 (2, 43)が、ラミネ ート電池 (2, 35)の内部圧力が所定レベルに上昇したときに弾性変形されて開弁状 態とされた後に、前記内部圧力が所定レベルに低下したときに元の形状に復帰して 閉弁状態となる復帰式に構成されて ヽる請求項 1に記載のラミネート電池の安全機 構。

[10] 10.復帰式安全弁（13, 46)は弁作動圧が 0. 4〜0. 7MPaで、且つ弁作動圧精 度が ±0. 05MPa以内での再現性を有するものである請求項 9に記載のラミネート電 池の安全機構。

[11] 11.排気穴（11)が、突出部（10)における 2枚の成形シート（5a)に互いに合致す る配置でそれぞれ形成されているとともに、この一対の排気穴（11)が、これらの穴縁 部に個々に圧接された弁体（12)によりそれぞれ密閉されて、一対の安全弁（13)が 構成されて ヽる請求項 1に記載のラミネート電池の安全機構。

[12] 12.安全弁 (13)を構成する弁体（ 12)の表面または前記弁体（ 12)とこれが接する 成形シート（5a)との間に、電解液に対する耐食性が高い材質の耐電解液層（36)を 設けた請求項 1に記載のラミネート電池の安全機構。

[13] 13.耐電解液層 (36)として、さらに低い透水性および高い耐薬品性を有する材質 を用いた請求項 12に記載のラミネート電池の安全機構。

[14] 14.ラミネート電池（2, 35)の外周縁部における少なくとも接合部（6)を両面力も挟 圧する一対の枠板（3a, 3b)を備え、前記枠板（3a, 3b)の一部に設けられて弁体（1 2, 43)を保持する保持部（16)と、この保持部（16)の周囲を取り囲むことにより前記 弁体（12, 43)の周囲に設けられたガス導入空間を前記枠板（3a, 3b)の端面の開 口（17a)に連通されてなる排気通路（17)とを有している請求項 1に記載のラミネート 電池の安全機構。

[15] 15.排気通路（17)が、弁体（12, 43)の周囲との間にガス導入空間を形成する形 状を有して枠板（3a, 3b)とこれに対向する成形シート（5a, 5b, 5c)との間で挟持さ れた弾性体からなる排気通路形成部材（18)により形成されて ヽる請求項 14に記載 のラミネート電池の安全機構。

[16] 16.排気通路形成部材（18)に、排気通路（17)の開口（17a)の周囲を取り囲む開 口形成部（20)がー体的に連接されている請求項 15に記載のラミネート電池の安全 機構。

[17] 17.枠板（3a, 3b)の端面における排気通路（17)の開口（17a)に連通状態に接 続されて前記排気通路（17)を通って導かれたガスを所定方向に放出する排気ダクト (21)が設けられている請求項 14に記載のラミネート電池の安全機構。

[18] 18.枠板（3a, 3b)に、単一のラミネート電池（2, 35)の両面、または、厚さ方向に 並列配置された複数のラミネート電池（2, 35)の少なくとも両端側に位置する二つの ラミネート電池（2, 35)の各々の外面に接して、前記ラミネート電池（2, 35)の膨張 変形を防止する拘束板部（15)がー体または別体に設けられている請求項 14に記 載のラミネート電池の安全機構。

[19] 19.安全弁（13)が、突出部（10)の一方の成形シート（5a)に形成された排気穴（1 1)と、この排気穴（11)の穴縁部に弾性的に圧接されて前記排気穴（11)を密閉する 弁体（12)と、前記突出部（10)の他方の成形シート（5a)の内面における前記排気 穴（11)に対向する箇所に接合された保護シート (22)とを備えて構成されている請 求項 1に記載のラミネート電池の安全機構。

[20] 20.安全弁 (46)が、突出部（10)を挟持して保持する枠板 (3a)に保持されたばね 体 (45)と、前記ばね体 (45)に付勢されて排気穴（11)の穴縁部に弾性的に圧接さ れることにより前記排気穴（11)を密閉する閉塞板力もなる弁体 (43)とを備えて、復 帰式に構成されて ヽる請求項 1に記載のラミネート電池の安全機構。

[21] 21.弁体 (43)が支持ピン (44)の一端に固定され、

ばね体 (45)が前記支持ピン (44)の外周を取り囲む配置で枠板 (3a)の保持穴（ 1 6)と前記弁体 (43)との間に介装され、

前記支持ピン (44)と前記ばね体 (45)との間、または前記ばね体 (45)と前記保持 穴（16)の穴縁との間の少なくとも一方に、前記支持ピン (44)の傾斜が可能な隙間 が設けられている請求項 20に記載のラミネート電池の安全機構。

[22] 22.榭脂フィルムの間に金属箔を配して貼り合わせたラミネートシートからなる 2枚 の成形シート（5a, 5b, 5c)を互いに重ねて、この各成形シート（5a, 5b, 5c)の外周 縁部を熱溶着した接合部（6)によりシールされた外装ケース（5)と、この外装ケース（ 5)内に収容された極板群（7)とを備え、

前記外装ケース（5)における一側辺に、外周縁が熱溶着された接合部（6)でシー ルされてその内部が前記外装ケース（5)内に連通された突出部（10)が設けられ、こ の突出部（10)を形成する 2枚の前記成形シート（5a, 5b, 5c)のうちの少なくとも一 方に排気穴（11)が設けられているラミネート電池。

23.外装ケース（5)の一側辺の接合部（6)を挿通して極板群 (7)の両端にそれぞ れ接続された一対の接続端子（9a, 9b)が、前記外装ケース（5)から外部に突出状 態に設けられている請求項 22に記載のラミネート電池。