JP3730981B2 - フィルム外装電池および組電池 - Google Patents

Description

本発明は、正極体と負極体とを有する電池要素をフィルムからなる外装材に収納したフィルム外装電池、およびその組電池に関する。

近年、携帯機器等の電源としての電池は、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、電池の外装材に関しても、軽量化、薄型化に限界のある従来の金属缶に代わり、さらなる軽量化、薄型化が可能であり、金属缶に比べて自由な形状を採ることが可能な外装材として、フィルムを用いたものが使用されるようになっている。フィルムとしては、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が一般に用いられる。

外装材にフィルムを用いたフィルム外装電池としては、複数の正極板と複数の負極板とをセパレータを介して交互に積層した積層体と電解液とを含む扁平状の電池要素を、熱融着性フィルムが内側になるようにして外装材で包囲し、電池要素の周囲で外装材を熱融着することによって電池要素を気密封止（以下、単に封止という）したものが知られている。各正極板には正極リード端子が一括して接続されるとともに、各負極板には負極リード端子が一括して接続されており、これら正極リード端子および負極リード端子は、それぞれ外装材から延出している。

電池は、充放電を行うと電池要素が発熱し、この発熱による温度上昇は電池の寿命を低下させる原因になる。そこで、特許文献１には、外装材の表面に格子状の凹凸を形成して表面積を広くし、これによって外装材からの放熱性を向上させ、電池の温度上昇を抑制することが、特許文献１に開示されている。
特開平６−３４９４６１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたものは、射出成形によって成形されたプラスチック容器で外装材を構成しており、フィルムで構成したものではない。フィルム外装電池においては、その外観を向上させることもあって、一般に減圧雰囲気下で封止を行っている。フィルムには、深絞り成形等によって凹凸を形成することは可能であるが、フィルムが柔軟性を持っているため、減圧雰囲気下で電池要素の封止を行うと、凸部分の一部が大気圧によって押し潰される。潰れた後の凸部の形状や高さは凸部ごとにばらつき、一定ではない。そのため、凸部も含めたフィルム外装電池の外形が個々にばらつき、外観を向上させるために行った電池要素の減圧雰囲気下での封止の意味がなくなってしまう。結果的に、フィルム外装電池としての商品価値が低下してしまう。

そこで本発明は、外装材に形成した凸部の形状を良好に維持しつつ放熱性を向上させることのできるフィルム外装電池および組電池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フィルム外装電池は、正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
前記電池要素の厚み方向両側から前記電池要素を挟んで前記電池要素を封止するフィルムとを有し、
前記フィルムには、前記電池要素の厚さ方向の少なくとも一方の面に、前記フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられ、前記凸部の内部がそれぞれ充填材で充填されていることを特徴とする。

上記第１の発明のフィルム外装電池では、フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられているので、フィルムの表面積が増加し、その結果、充放電によって発生した電池要素の熱の放熱性が向上する。しかも、凸部の内部は充填材で充填されているので、電池要素の封止の際に減圧雰囲気下で封止した場合でも凸部の形状が維持され、外観が損なわれることはない。さらに、フィルム外装電池の実装時や実装後の荷重に対しても凸部が潰れることはない。

また、本発明のフィルム外装電池は、正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
前記電池要素の厚み方向両側から前記電池要素を挟んで前記電池要素を封止するフィルムとを有し、
前記フィルムには、前記電池要素の厚さ方向の少なくとも一方の面に、前記フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられ、前記凸部はそれぞれ、先端面が潰されて凹んだ柱状の外観を有していることを特徴とする。

上記第２の発明のフィルム外装電池では、フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられているので、フィルムの表面積が増加し、その結果、充放電によって発生した電池要素の熱の放熱性が向上する。しかも、凸部は、先端面が潰されて凹んだ柱状の外観を有しているので、凸部の形状は良好に維持される。さらに、凸部はフィルム外装電池内に発生したガスのバッファ部としても機能し、フィルム外装電池の内圧の上昇が抑制される。このような先端面が凹んだ形状の凸部は、電池要素の封止を減圧雰囲気下で行うことで容易に形成される。凸部を円柱状としたり、あるいは各側面の面積が先端面の面積よりも小さい多角柱状としたりすることで、減圧雰囲気下での封止により、側面と比べて先端面が優先的に凹み、先端面が凹んだ凸部が安定して形成される。

さらに、本発明のフィルム外装電池は、正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
前記電池要素の厚み方向両側から前記電池要素を挟んで前記電池要素を封止するフィルムとを有し、
前記フィルムには、前記電池要素の厚み方向両側の面にそれぞれ前記フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられ、
一方の面に設けられた前記凸部は、その内部が充填材で充填され、他方の面に設けられた前記凸部は、先端面が潰されて凹んだ柱状の外観を有していることを特徴とする。

上記第３の発明のフィルム外装電池では、フィルムの成形によって形成された複数の凸部が電池要素の厚さ方向両面に設けられているので、フィルムの表面積が増加し、その結果、充放電によって発生した電池要素の熱の放熱性が向上する。しかも、一方の面に設けられた凸部は、充填材が充填されているので外力によって潰されることはなく、他方の面に設けられた凸部は、先端面が凹んでいるのでフィルム外装電池の内部に発生したガスのバッファ部としても機能する。

本発明の組電池は、上記の第１の発明のフィルム外装電池または第２の発明のフィルム外装電池をその厚さ方向に複数重ねた組電池であって、複数のフィルム外装電池のうち厚さ方向に隣接する２つのフィルム外装電池間に、凸部が他方のフィルム外装電池に当接することによって空間が形成されていることを特徴とする。

上記の組電池では、フィルム外装電池に設けられた凸部が、隣接するフィルム外装電池と当接している。これにより、隣接する２つのフィルム外装電池間には空気が自由に流通できる空間が形成され、フィルム外装電池を重ねて配置した組電池全体での放熱性が向上する。

また本発明の組電池は、上記の第３の発明のフィルム外装電池をその厚さ方向に複数重ねた組電池であって、一方の面の凸部と他方の面の凸部とが互いに対応する位置に形成され、一方の面の凸部の少なくとも先端部を、他方の面の凸部の凹みに侵入させて、複数のフィルム外装電池が重ねて配置されていることを特徴とする。

また本発明の組電池は、上記の第１の発明のフィルム外装電池（第１のフィルム外装電池）と、上記の第２の発明のフィルム外装電池（第２のフィルム外装電池）とを、その厚さ方向に交互に重ねた組電池であって、第１のフィルム外装電池の凸部と第２のフィルム外装電池の凸部とが互いに対向する位置に形成され、第１のフィルム外装電池の凸部の少なくとも先端部を、第２のフィルム外装電池の凹みに進入させて、第１のフィルム外装電池と第２のフィルム外装電池とが重ねて配置されていることを特徴とする。

これら、充填材が充填された凸部と先端面に凹みを有する凸部との組み合わせに係る組電池では、充填材が充填された凸部の少なくとも先端部を、もう一方の凸部の先端面の凹みに進入させて、フィルム外装電池が重ねて配置されているので、凸部によりフィルム外装電池の放熱性が向上することに加え、フィルム外装電池同士の位置決めが確実になされる。その結果、フィルム外装電池同士の接続の信頼性が向上する。

上述のように、本発明によれば、フィルムに凸部を設けることにより、放熱性が向上し、その結果、フィルム外装電池の温度上昇に起因するフィルム外装電池の寿命の低下を抑制することができる。しかも、凸部の内部に充填材を充填したり、あるいは、凸部を先端面に凹みを有する柱状としたりすることで、凸部をフィルムに形成しつつも、凸部の形状が良好に維持され、外観を向上させることができる。特に、先端面に凹みを有する凸部は、フィルム外装電池の内部に発生したガスのバッファ部として機能させることもできる。

また、本発明のフィルム外装電池を用いて組電池を構成することにより、フィルム外装電池間に放熱板を介在させることなく、フィルム外装電池を重ねて配置するだけで、放熱性を向上させた組電池を得ることができる。特に、充填材を充填した凸部と、先端面に凹みを有する凸部とを組み合わせることで、凸部によってフィルム外装電池間の位置決めを確実に行うことができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の外観斜視図であり、図２はその分解斜視図である。

本実施形態のフィルム外装電池１は、電池要素６と、電池要素６に設けられた正極集電部７ａおよび負極集電部７ｂと、電池要素６を電解液とともに収納する外装体２と、正極集電部７ａに接続された正極リード端子５ａと、負極集電部７ｂに接続された負極リード端子５ｂとを有する。

電池要素６は、それぞれ電極材料が両面に塗布された複数の正極板と複数の負極板とを、セパレータを介して交互に積層して構成されている。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金属箔からなる未塗布部が突出して設けられており、正極板の未塗布部同士、および負極板の未塗布部同士がそれぞれ一括して超音波溶接されて、正極集電部７ａおよび負極集電部７ｂが形成される。正極集電部７ａへの正極リード端子５ａの接続、および負極集電部７ｂへの負極リード端子の接続は、製造工程の簡略化のために、正極集電部７ａおよび負極集電部７ｂの形成と同時に行うことが好ましいが、別工程で行ってもよい。

外装体２は、電池要素６を上下から挟んで包囲する２枚のフィルム３，４からなり、これらフィルム３，４の周縁部を熱融着することで、電池要素６が封止される。フィルム３，４には、電池要素６を収納する室を形成するように、例えば深絞り成形によって、鍔付きのカップ状に加工されている。ここでは両方のフィルム３，４を鍔付きカップ状に加工しているが、いずれか一方のみを加工してもよいし、いずれのフィルム３，４にもこの加工を施さず、単にフィルム３，４自身の柔軟性を利用して電池要素６を包囲する構成としてもよい。

フィルム３，４としては、電解液が漏洩しないように電池要素６を封止できるものであれば、この種のフィルム外装電池に一般に用いられるような、金属薄膜層と熱融着性樹脂層とを積層したラミネートフィルムを用いることができる。また、必要に応じて、金属薄膜層の、熱融着性樹脂層と反対側の面に、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等の保護フィルムを積層してもよい。

金属薄膜層としては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などの箔を用いることができる。熱融着性樹脂層に用いられる樹脂としては、熱融着が可能であり、しかも電解液の影響を受けない樹脂であれば、いずれの樹脂も用いることができ、例えば、ポリエチレンフィルムやポリプロピレンフィルムが挙げられる。また、保護フィルムには、例えばナイロンフィルムやポリエチレンテレフタレートフィルムを用いることができる。

一方のフィルム３には、その電池要素６の主面と対向する領域に、複数の凸部８がフィルム３自身の加工によって形成されている。これら凸部８は、例えば深絞り成形によって形成することができる。凸部８の形成は、フィルム３の鍔付きカップ状への加工と同時に行ってもよいし、別工程で行ってもよい。

フィルム３の、凸部８での断面図を図３に示す。図３に示すように、凸部８は、フィルム３の加工によって形成されているので、フィルム３の裏面側（図２における電池要素６との対向面側）では凹部として形成されている。そして、この凸部８の裏側の凹部が充填材９で充填されている。充填材９としては、熱伝導性が良く、導電性がなく、かつ、電解液の影響を受けない材料、例えば、ポリプロピレンのような、フィルム３の最内層を構成する熱融着性樹脂層に用いられる樹脂と同じ樹脂を用いることができる。また、強度の補強のために、これらの樹脂にガラス繊維やガラス粉末を混合させてもよい。

再び図１および図２を参照すると、このフィルム外装電池１の製造にあたっては、上述のような凸部８が設けられたフィルム３ともう一方のフィルム４とを、熱融着性樹脂層が内側となるように互いに対向させて、正極リード端子５ａおよび負極リード端子５ｂが接続された電池要素６を挟んで包囲する。その後、フィルム３，４を熱融着ヘッドによって加圧しつつ加熱し、電池要素６を封止することによって、フィルム外装電池１が製造される。封止に際しては、フィルム３，４の３辺を先に熱融着して１辺が開放した袋状としておき、その袋状となったフィルム３，４の開放している残りの１辺から電解液を注入し、その後、減圧雰囲気下で残りの１辺を熱融着する。

以上説明したように、フィルム３に凸部８を形成することで、外装体２の表面積が増加するので、外装体２の表面から放出される熱量が増え、充放電によって発生した電池要素６の熱の放熱性が向上する。その結果、フィルム外装電池１の温度上昇を抑制し、電池寿命の低下を抑制することができる。さらに、電池要素６の封止は減圧雰囲気下で行われ、そのため、大気圧下ではフィルム３，４は電池要素６の表面に密着した状態となるが、凸部８の内部には充填材９が充填されているので、電池要素６の封止工程において減圧雰囲気下で封止を行っても、凸部８に潰れは生じず、その形状が維持される。従って、外観を損なうことなくフィルム外装電池１を作製することができる。

凸部８に潰れが生じないのは電池要素６の封止後でも同じことである。例えばフィルム外装電池１の設置の際に、フィルム外装電池１を固定する目的でフィルム外装電池１をその厚さ方向両側から挟みつけるような力をさせたとしても、凸部８の形状は維持される。フィルム外装電池１の設置対象面上への設置は、凸部８が形成された面を設置対象面に向けた姿勢とすることもできるし、凸部８が形成された面と反対側の面を設置対象面に向けた姿勢とすることもできる。

設置対象面の熱伝導率が外装体２の熱伝導率よりも高い場合は、設置対象面への伝熱による放熱も期待できることから、両者の接触面積ができるだけ大きくなるように、凸部８が形成された面と反対側の面を設置対象面に向けた姿勢とするのが好ましい。設置対象面の熱伝導率が外装体２の熱伝導率よりも低い場合は、設置対象面への伝熱は期待できず、両者の接触面積が大きいと却ってフィルム外装電池１に熱が蓄積され易くなるので、凸部８が形成された面を設置対象面に向けた姿勢とするのが好ましい。

上述した例では凸部８を一方のフィルム３にのみ設けた例を示したが、両方のフィルム３，４に設けてもよい。両方のフィルム３，４に凸部８を設けることによって、放熱性がより向上する。

凸部８による放熱効果をより効果的に発揮させるためには、凸部８を設ける領域は、フィルム外装電池１の温度上昇が発生しやすい領域であることが好ましい。具体的には、電池要素６と対向する領域である。その中でも、電池要素６の中央部は最も発熱し易い部分であるので、少なくとも電池要素６の中央部近傍の領域に凸部８を設けるのが望ましい。

フィルム外装電池１は、単体で用いられることもあるが、より大きな電流を必要とする場合や、より大きな電圧を必要とする場合には、組電池として用いられる。複数のフィルム外装電池１を電気的に並列に接続することにより大きな電流が得られ、電気的に直列に接続することにより大きな電圧が得られる。さらには、これらを組み合わせることで、より大きな電流および電圧を得ることができる。

図４に、本実施形態による複数のフィルム外装電池を電気的に並列に接続した組電池の図を示す。

図４に示す組電池１０は、２つのフィルム外装電池１１を重ねて配置し、その正極リード端子１５ａ同士および負極リード端子１５ｂ同士を接続することによって、電気的に並列に接続している。フィルム外装電池１１は、その厚さ方向表側と裏側とで凸部１８の配列が異なっており、２つのフィルム外装電池１１を表側と裏側とが対向するように重ねたときに、両者の凸部１８が重ならず、互いに間隔をあけて位置するように配置されている。

このことにより、２つのフィルム外装電池１１を重ね合わせた状態でも、凸部１８によって、２つのフィルム外装電池１１間に、空気が自由に流通できる空間が形成される。その結果、２つのフィルム外装電池１１間を空気が流れることによって、組電池１０としての放熱性も向上する。また、凸部１８の内部には充填材が充填されているので、フィルム外装電池１１を重ねても凸部１８が潰れることはなく、フィルム外装電池１１間の空間が維持される。従来の組電池においては、このように単電池を重ねて配置する場合、放熱性を向上させるために単電池間に放熱板を介在させることがあるが、本実施形態によれば、この放熱板を省略することができる。

図４に示した例では、凸部１８がフィルム外装電池１１の両面に設けられているものを示したが、凸部１８はフィルム外装電池１１の片面だけに設けられていてもよい。この場合、２つのフィルム外装電池１１のうち少なくとも一方を、凸部１８が設けられた面をもう一方のフィルム外装電池１１と対向させて配置し、凸部１８を隣接するフィルム外装電池１１に当接させることが、放熱性向上の観点からは好ましい。また、図４では２つのフィルム外装電池１１を重ねて配置した組電池１０を示したが、フィルム外装電池１１の数は、必要とされる電流値に応じて３つ以上とすることもできる。この場合も、厚さ方向に隣接する任意の２つのフィルム外装電池１１間の関係において、少なくとも一方のフィルム外装電池１１を、凸部１８が設けられた面をもう一方のフィルム外装電池１１と対向させて配置し、全てのフィルム外装電池１１間に、凸部１８による空間が形成されるようにすることが好ましい。なお、図４に示した組電池１０をさらに直列に接続すれば、より大きな電圧の組電池が得られる。

また、図４に示した例では、各フィルム外装電池１１の凸部１８が互いに干渉しない配列となっているが、凸部１８の先端部同士が互いに接触するように凸部１８を配列することもできる。この配列によれば、各フィルム外装電池１１間の空間を確実に形成することができる。ただし、組電池全体の高さが高くなってしまうので、組電池の実装スペースによっては、凸部１８の高さが制限されることもある。

上述した例ではフィルムに設ける凸部としてドーム型のものを示したが、凸部は、フィルム外装電池の主面から実質的に突出していれば、その形状は任意である。フィルムに設ける凸部の形状の幾つかの例を図５に示す。

図５（ａ）には、円柱状の凸部２８ａを示す。この凸部２８ａは、先端が平面であるので、フィルム外装電池を設置する際に、凸部２８ａが設けられた面を設置対象面に向けて設置すれば、設置対象面とフィルム外装電池との間に空気流通用の空間を設けつつ、熱を、凸部２８ａを介して設置対象面へ伝えることもでき、放熱性をより向上させることができる。この観点から言えば、凸部２８ａは、先端が平面であれば、円柱状に限らず、三角柱や四角柱など多角柱であってもよい。

図５（ｂ）には、円錐状の凸部２８ｂを示す。この形状は、組電池において有効である。例えば、凸部２８ｂが設けられた面をもう一方のフィルム外装電池に対向させて組電池を構成すると、凸部２８ｂは点接触によってもう一方のフィルム外装電池と接触し、フィルム外装電池同士の接触面積が最小限で済む。その結果、発生した熱が他方のフィルム外装電池電池に伝わり互いに影響を及ぼし合うことが抑制される。この観点から言えば、前述したドーム状の凸部においても同様の効果が得られ、また、凸部２８ｂは、先端が点状であれば円錐状に限らず、三角錐や四角錘など多角錘であってもよい。

図５（ｃ）には、ライン状の凸部２８ｃを示す。このように、ドット状ではなくライン状の凸部２８ｃであっても上述したのと同様の放熱効果が得られる。凸部２８ｃの平面形状は、直線的であってもよいし、曲線的であってもよい。また、凸部２８ｃの断面形状についても、ドーム状、矩形状、あるいは三角状など、種々の形とすることができる。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池の外観斜視図であり、図７は、その凸部でのフィルムの断面図である。

本実施形態も第１の実施形態と同様に、フィルム３３によって構成される外装体の内部に電池要素（不図示）を封止し、電池要素に接続された正極リード端子３５ａおよび負極リード端子３５ｂをそれぞれ外装体から延出させたフィルム外装電池３１である。本実施形態は、凸部３８の構造が第１の実施形態と異なっており、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、以下では、この凸部３８を中心に説明する。

フィルム３３には、フィルム３３の深絞り成形などフィルム３３自身の加工によって複数の凸部３８が形成されている。凸部３８は、図６および図７に示すように、内部が中空であり、先端面が凹んだ円柱状の外観を有している。この凹みは、電池要素の減圧雰囲気下での封止による、フィルム３３の内部と外部との圧力差を利用して形成することができる。電池要素の封止によって、フィルム３３の内部は、凸部３８の内部も含めて減圧された状態となっているため、大気圧中では凸部３８に潰れが生じる。ここで、凸部３８は円柱状であるため、側面と比べて先端面の方が潰れやすい。従って、凸部３８は、側面の形状をほぼ維持しつつ、先端面が潰れ、結果的に、図７に示した断面のような、先端面が凹んだ凸部３８が形成される。

以上のように、内部に充填材を充填せず、結果的に封止によって潰れが生じてしまう凸部３８であっても、凸部３８の形状を規定することで、凸部３８の潰れる箇所を特定することができる。凸部３８は、先端面が潰れて凹んでいれば、その形状は円柱状に限られるものではない。例えば、三角柱状や四角柱状などの多角柱状であっても、その各側面の面積が先端面の面積よりも小さければ、電池要素の封止の際に側面と比較して先端面が優先的に潰れ、結果的に先端面が凹んだ凹部とすることができる。

本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、フィルム３３に凸部３８を形成することで、フィルム外装電池３１の表面積が増加し、そのことによりフィルム外装電池３１の放熱性が向上するので、結果的に電池寿命の低下を抑制することができる。

ところで、電池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ガス種が発生し、フィルム外装電池３１の内圧が上昇することがある。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たりする。

基本的には、規格範囲内で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が、電池の制御回路の一時的な制御エラーや、瞬間的な大電流発生、電池の冷却不足などによる突発的または一時的な高温発生などにより、規格範囲内での使用のつもりであっても電池の使用用途によっては、電池内部での微量のガス発生の原因を皆無にすることは困難である。

こうして電池内部にガスが蓄積されると、電池の内圧が上昇し、外装体であるフィルムの熱融着部、特にリード端子が引き出されている部分でフィルム界面に液圧がかかり、結果的にはシール性の劣化やシール部でのフィルムの剥離の進行を促進することになる。特に、電池要素が外気と接触すると性能が低下する可能性がある場合、例えば非水電解質電池の場合は、その性能低下を引き起こしてしまう。この性能低下は、状況によっては、電池が使用不能に陥ったり、充放電特性が急激に悪化したりすることもあるものである。

本実施形態では、凸部３８の内部は中空であり、しかも先端面が凹んでいるので、凸部３８をフィルム外装電池３１の内部に発生するガスを蓄えるバッファ部として利用することができる。フィルム外装電池３１内にガスが発生すると、発生したガスは、凸部３８の先端面の凹みを膨らませながら（元の形状に戻しながら）、凸部３８の内部に蓄積される。

このように、凸部３８は、フィルム外装電池３１の内部でのガスの発生に伴う内圧に応じて変形することができるので、フィルム外装電池３１の内圧の上昇が抑制される。その結果、フィルム３３の熱融着部に加わる剥離力が抑制され、フィルム３３による封止性能を長期間にわたって維持することができる。一つ一つの凸部３８の大きさが小さくても、多数の凸部３８を形成すれば、全体としての蓄積可能なガスの量は増える。従って、凸部３８のサイズや数は、フィルム外装電池３１の寿命期間中に発生すると想定されるガスの量に応じて適宜設定すればよい。

図６ではフィルム外装電池３１の片面側しか見えていないが、第１の実施形態と同様に、凸部３８は、図６に示したのと反対側のみに設けることもできるし、両側に設けることもできる。また、図６ではドット状の凸部３８を示したが、第１の実施形態でも述べたようにライン状の凸部とすることもできる。凸部をライン状とした場合、その形状によっては、フィンのような形状に潰れた凸部とすることもできる。なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なり凸部３８の内部に充填材は充填されていないので、荷重に対する抗力は第１の実施形態と比べると劣るが、凸部３８の側面がリブとして機能するので、ある程度の荷重には耐え得る。

さらに、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、複数のフィルム外装電池３１を重ね合わせて組電池を構成することができる。

図８に、本実施形態による組電池の、フィルム外装電池同士の当接部近傍での断面図を示す。本実施形態でも、組電池４０を構成するとき、フィルム外装電池３１は、凸部３８が設けられた面同士を対向させ、凸部３８の先端が相手側のフィルム外装電池３１と接触するように重ね合せられる。そして、フィルム外装電池３１を重ね合わせた状態では、両者の凹部が重ならず、互いに間隔をあけて位置している。これにより、重ね合わせられた２つのフィルム外装電池３１間には、凸部３８によって、空気が自由に流通できる空間が形成され、組電池４０としての放熱性が向上する。また、互いに重ねられる２つのフィルム外装電池３１のうち少なくとも一方が、片面側のみに凸部３８が設けられている場合は、凸部３８が形成された面と、凸部３８が形成された側と反対側の面とを対向させて２つのフィルム外装電池３１を重ねて配置してもよい。

組電池４０を構成するフィルム外装電池３１の数は、２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。この場合も、凸部３８によって各フィルム外装電池３１間に空間が形成されるように、フィルム外装電池３１が重ねて配置される。また、より高い電圧を必要とする場合は、複数のフィルム外装電池３１を重ねて並列に接続した複数のユニットを直列に接続して組電池を構成することもできる。

（第３の実施形態）
図９は、本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池の断面図である。

本実施形態は、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせたものである。すなわち、フィルム外装電池５１の外装体を構成するフィルム５３，５４のうち、一方のフィルム５３には、それぞれ先端面が凹んだ複数の凸部５８が形成され、他方のフィルム５４には、それぞれ内部に充填材が充填された複数の凸部５９が形成されている。その他、フィルム３，４によって電池要素５６が封止されていること、正極リード端子５５ａおよび負極リード端子５５ｂがフィルム５３，５４から延出していること、電池要素５６の構成、およびフィルム５３，５４の構成などは、第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

一方のフィルム５３に形成された凸部５８は、第２の実施形態で説明したのと同様に構成され、同様の作用効果を奏する。他方のフィルム５４に形成された凸部５９は、第１の実施形態で説明したのと同様に構成され、同様の作用効果を奏する。従って、本実施形態のフィルム外装電池５１は、各凸部５８，５９によって放熱性を向上させつつ、一方の凸部５８によってフィルム外装電池５１の内部でのガスの発生による内圧上昇を抑制し、他方の凸部５９によって外部からの荷重を受けることができる。

本実施形態のフィルム外装電池５１は、両凸部５８，５９を、互いに対応する位置に形成することで、組電池を構成する場合に特に有効な構成とすることができる。

図１０に、図９に示したフィルム外装電池５１を重ね合わせて構成した組電池６０の正面図を示す。図１０に示すように、組電池６０は、先端面が凹んだ凸部５８が形成された面と、充填材が充填された凸部５９が形成された面とを対向させて、２つのフィルム外装電池５１を重ね合わせている。一方の凸部５８と他方の凸部５９とは、フィルム外装電池５１の厚さ方向両面において互いに対向する位置に形成されている。また、他方の凸部５９は、少なくともその先端部が一方の凸部５８の凹みに侵入させることができるように、形状、寸法、または形状および寸法が設定されている。

このため、図１０に示したように２つのフィルム外装電池５１を重ねる際、一方のフィルム外装電池５１の凸部５９を、その先端部が他方のフィルム外装電池５１の凸部５８の先端の凹みに合せて重ねる。これにより、２つのフィルム外装電池５１の位置決めを容易に行うことができ、その結果、その後の正極リード端子５５ａ同士の接続および負極リード端子５５ｂ同士の接続を容易に行えるようになる。もちろん、フィルム外装電池５１は両凸部５８，５９同士が接触するので、フィルム外装電池５１間の、空気流通用の空間は確保され、フィルム外装電池５１間での放熱性が妨げられることはない。しかも、２つのフィルム外装電池５１は、充填材が充填された凸部５９と先端が凹んだ凸部５８との嵌め合いによって両者の位置関係が保持されるので、フィルム外装電池５１間での位置ずれが防止され、正極リード端子５５ａ同士および負極リード端子５５ｂ同士の接続後の信頼性が向上する。

両凸部５８，５９の形状および寸法は、充填材が充填された凸部５９の少なくとも先端部がもう一方の凸部５８の凹みに侵入できる形状および寸法であれば特に制限はないが、フィルム外装電池５１の位置決めを良好に行うためには、先端に凹みを有する凸部５８を円柱状とし、もう一方の凸部５９をドーム状とすることが好ましい。また、図１０では、２つのフィルム外装電池５１を重ねて並列に接続した例を示したが、必要に応じて３つ以上のフィルム外装電池５１を重ねて組電池を構成することもできる。この場合も、互いに重なり合う任意の２つのフィルム外装電池５１間で、両凸部５８，５９が対向するように、フィルム外装電池５１を重ね合せる。さらに、複数のフィルム外装電池５１を並列に接続したユニットを直列に接続し、より高い電圧の組電池とすることもできる。

図１１に、図１０に示す組電池の応用例を示す。図１０では、厚さ方向両面にそれぞれ異なる凸部５８，５９を設けたフィルム外装電池５１を用いて組電池６０を構成したが、図１１に示すように、第１の実施形態で示したのと同様の凸部７８が片面側にのみ形成された第１のフィルム外装電池７１と、第２の実施形態で示したのと同様の凸部８８が片面側にのみ形成された第２のフィルム外装電池８１とで組電池９０を構成することもできる。この場合も、両凸部７８，８８は、互いに対応する位置に設けられるとともに、凸部７８の少なくとも先端部がもう一方の凸部８８の先端の凹みに進入できる形状、寸法とされる。

第１のフィルム外装電池７１には凸部７８が両面側に設けられていてもよい。これにより、先端面に凹みを有する凸部８８が設けられた第２のフィルム外装電池８１をさらに重ねることができる。同様に、第２のフィルム外装電池８１の両面側に凸部８８を設ければ、第１のフィルム外装電池７１をさらに重ねることができる。これらを適宜組み合わせることにより、４つ以上のフィルム外装電池７１，８１を交互に重ねて配置することができる。

以上、本発明について代表的な幾つかの実施形態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において適宜変更され得ることは明らかである。

例えば、上述した例では２枚のフィルムで電池要素をその厚み方向両側から挟んで周囲の４辺を熱融着したものを示したが、その他にも、１枚のラミネートフィルムを２つ折りにして電池要素を挟み、開放している３辺を熱融着することによって電池要素を封止してもよい。

また、電池要素としては、正極、負極および電解質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を含浸させて形成される。またこの他に、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、さらにはキャパシタ要素等にも本発明は適用可能である。

電池要素の構造についても、上述した例では複数の正極板および負極板を交互に積層した積層型を示したが、正極板、負極板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板および負極板を重ね合わせ、これを捲回した後、扁平状に圧縮することによって、正極と負極を交互に配置させた捲回型の電池要素であってもよい。

さらに、上述した各例では、正極リード端子と負極リード端子をフィルム外装電池の同じ辺から延出させた例を示したが、これらリード端子はそれぞれ異なる辺、例えば互いに対向する辺から延出させてもよい。

本発明の第１の実施形態によるフィルム外装電池の外観斜視図である。 図１に示す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、一つの凸部でのフィルムの断面図である。 本発明の第１の実施形態による組電池の正面図である。 凸部の種々の形状を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態によるフィルム外装電池の外観斜視図である。 図６に示すフィルム外装電池の、一つの凸部でのフィルムの断面図である。 図７に示すフィルム外装電池を用いた組電池の、フィルム外装電池同士の当接部近傍での断面図である。 本発明の第３の実施形態によるフィルム外装電池の断面図である。 図９に示すフィルム外装電池を用いた組電池の断面図である。 図１０に示す組電池の応用例の断面図である。

符号の説明

１，１１，３１，５１，７１，８１ フィルム外装電池
２ 外装体
３，４，３３，５３，５４ フィルム
５ａ，１５ａ，３５ａ，５５ａ 正極リード端子
５ｂ，１５ｂ，３５ｂ，５５ｂ 負極リード端子
６，５６ 電池要素
７ａ 正極集電部
７ｂ 負極集電部
８，１８，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，３８，５８，５９，７８，８８ 凸部
９ 充填材
１０，４０，６０，９０ 組電池

Claims (13)

1. 正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
   前記電池要素の厚み方向両側から前記電池要素を挟んで前記電池要素を封止するフィルムとを有し、
   前記フィルムには、前記電池要素の厚さ方向の少なくとも一方の面に、前記フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられ、前記凸部の内部がそれぞれ充填材で充填されていることを特徴とするフィルム外装電池。
2. 前記充填材は、前記フィルムの最内層を構成する樹脂と同じ樹脂を含む請求項１に記載のフィルム外装電池。
3. 正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
   前記電池要素の厚み方向両側から前記電池要素を挟んで前記電池要素を封止するフィルムとを有し、
   前記フィルムには、前記電池要素の厚さ方向の少なくとも一方の面に、前記フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられ、前記凸部はそれぞれ、先端面が潰されて凹んだ柱状の外観を有していることを特徴とするフィルム外装電池。
4. 前記凸部は円柱状である請求項３に記載のフィルム外装電池。
5. 前記凸部は多角柱状であり、その各側面の面積が先端面の面積よりも小さい請求項３に記載のフィルム外装電池。
6. 正極と負極とが対向した構造を有する電池要素と、
   前記電池要素の厚み方向両側から前記電池要素を挟んで前記電池要素を封止するフィルムとを有し、
   前記フィルムには、前記電池要素の厚さ方向両側の面にそれぞれ前記フィルムの成形によって形成された複数の凸部が設けられ、
   一方の面に設けられた前記凸部は、その内部が充填材で充填され、他方の面に設けられた前記凸部は、先端面が潰されて凹んだ柱状の外観を有していることを特徴とするフィルム外装電池。
7. 前記充填材は、前記フィルムの最内層を構成する樹脂と同じ樹脂を含む請求項６に記載のフィルム外装電池。
8. 前記他方の面に設けられた凸部は円柱状である請求項６または７に記載のフィルム外装電池。
9. 前記他方の面に設けられた凸部は多角柱状であり、その各側面の面積が先端面の面積よりも小さい請求項６または７に記載のフィルム外装電池。
10. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルム外装電池をその厚さ方向に複数重ねた組電池であって、
    複数の前記フィルム外装電池のうち厚さ方向に隣接する２つのフィルム外装電池間に、前記凸部が他方のフィルム外装電池に当接することによって空間が形成されていることを特徴とする組電池。
11. 前記凸部が設けられた面同士を、前記凸部が重ならないように対向させた請求項１０に記載の組電池。
12. 請求項６ないし９のいずれか１項に記載のフィルム外装電池をその厚さ方向に複数重ねた組電池であって、
    前記フィルム外装電池の、一方の面の凸部と他方の面の凸部とは、互いに対応する位置に形成されており、前記一方の面の凸部の少なくとも先端部を、前記他方の面の凸部の凹みに進入させて、複数の前記フィルム外装電池が重ねて配置されていることを特徴とする組電池。
13. 請求項１または２に記載の第１のフィルム外装電池と、請求項３ないし５のいずれか１項に記載の第２のフィルム外装電池とを、その厚さ方向に交互に重ねた組電池であって、
    前記第１のフィルム外装電池の凸部と前記第２のフィルム外装電池の凸部とは互いに対向する位置に形成されており、前記第１のフィルム外装電池の凸部の少なくとも先端部を、前記第２のフィルム外装電池の凹みに進入させて、前記第１のフィルム外装電池と前記第２のフィルム外装電池とが重ねて配置されていることを特徴とする組電池。

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