JP4069565B2

JP4069565B2 - 密閉型電池

Info

Publication number: JP4069565B2
Application number: JP2000029467A
Authority: JP
Inventors: 良明高橋; 洋悦吉久
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2001222986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄型の密閉式電池、特にフレキシブルなフィルムから成る袋状パッケージによって密閉された密閉形電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の各種携帯機器の小型軽量化に伴い、これらの機器に使用される電池においても高エネルギー化及び小型軽量化への要求が高まっており、このような要求に対応するものとして例えばポリマーリチウムイオン二次電池のような薄型二次電池の開発が急速に進んでいる。
【０００３】
このような薄型二次電池における電池パッケージについて、小型軽量化の動向を説明する。薄型二次電池においては、電池パッケージの密閉性が低下すると発電要素を構成する電解液が揮発又は漏洩することにより、あるいは外部から水分が浸入することにより著しく電池性能が低下する。そこで従来の電池パッケージは密閉機能において長期信頼性に優れる金属成形品を主とし、その中で鉄やステンレス等の重い材質からアルミニウム等の薄い材質へと転換が計られてきた。しかしながら金属成形品は、軽量化に限界がある点、加工技術の限界によりサイズの制約を受ける点、成形金型が高価でありまた工程が複雑でコストが高い点などに問題があった。そこで近年、アルミニウム箔を芯材としてその両面に合成樹脂層を配したラミネートフィルムを採用し、軽量化を一層進めることが一般的になっている。このようなフィルム材を用いた薄型二次型電池の構造について図４を参照して以下に説明する。
【０００４】
図４に金属樹脂複合フィルムを電池パッケージとする薄型二次電池の構成概略を示す。図４（ａ）は外観斜視図、図４（ｂ）は（ａ）のＸ―Ｘ’断面図である。内面から順に熱融着性樹脂からなる内層１１２、アルミニウム箔等からなる芯層１１３、例えばポリエチレンテレフタレートのような剛性を有する樹脂からなる外層１１４を積層して構成された金属樹脂複合フィルム１１１からなる電池パッケージ１１０の内部に、正極層１２２と正極集電体１２３とからなる正極１２１、セパレータ１２４、及び負極層１２６と負極集電体１２７とからなる負極１２５から構成される薄型発電要素１２０が収納されている。正極集電体１２３及び負極集電体１２７にそれぞれ接続された正極端子１３１及び負極端子１３２が、金属樹脂複合フィルム１１１の縁部１１５から外部へと露出している。縁部１１５においては熱融着性樹脂からなる内層１１２がお互いに熱融着されており、これによって薄型発電要素１２０が電池パッケージ１１０内に密閉される。
【０００５】
上記のような薄型二次電池においては、過充電等により内部にガスが発生した場合に電池の内圧が上昇し、金属樹脂複合フィルム１１１からなる電池パッケージ１１０が膨張して収納部分を圧迫するため、機器を破損させる恐れがある。さらに、封口部分が破れると可燃性ガスが放出され、危険な事態を招く恐れがある。
【０００６】
金属成形品の電槽を使用したリチウムイオン電池においては、例えば特開平１−１８９８５５号公報に示されるように、開口部を薄膜で塞ぎ、内圧が上昇して薄膜に膨れが生じたとき、外に配置した切り刃で薄膜を破る構造が一般的である。しかし、金属樹脂複合フィルム製の電池パッケージを用いたリチウムイオン電池においては、電池パッケージ自体がフレキシブルであるため、このような内圧開放弁を設置することが困難である。そこで例えば特開平１１−８６８２３号公報、特開平１１−１０２６７３号公報、及び特開平１０−２０８７２０号公報等において、このようなフレキシブルな電池パッケージの破裂を防止する方法が開示されている。
【０００７】
まず特開平１１−８６８２３号公報においては、図４に示した電池パッケージ１１０について、お互いに熱融着された内層１１２のうち一部の剥離強度を他の部分よりも弱くする構造とし、内圧上昇により電池パッケージ１１０が膨張したときに、このような剥離強度の弱い部分を優先的に開口させてガス放出口とすることにより、高圧での電池パッケージ１１０の破裂を防止することが可能であるとしている。
【０００８】
また特開平１１−１０２６７３号公報においては、電池パッケージ（金属樹脂複合フィルム）の一部に孔又は切込部を設け、かつこの孔又は切込部を金属樹脂複合フィルム内面から塞ぐようにして金属箔を配置する構造が開示されており、上記孔又は切込部の部分が内圧上昇時において容易に破断されてここからガス放出されることにより、高圧での電池パッケージの破裂を防止することが可能であることが記載されている。
【０００９】
さらに特開平１０−２０８７２０号公報においては、電池パッケージを収納した電池ケースの内部に鋭利な突起部を設けることにより、電池内圧上昇時には膨張した電池パッケージに対してこの突起部によって貫通孔を形成し、ここからガスを放出することが可能であることが記載されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記技術においては以下のような問題があった。まず特開平１１−８６８２３号公報及び特開平１１−１０２６７３号公報に記載された技術はいずれも、電池パッケージ（金属樹脂複合フィルム）の一部についてその強度をあえて弱め、内圧上昇時においてこの部分を優先的に破壊させてガス放出をはかるものであり、電池の密閉性確保という観点から見るときわめて信頼性に乏しいといえる。つまり、密閉性のための強度確保と、ガス放出のための強度低下という相矛盾する要求をともに満足することが不可能であった。
【００１１】
特開平１０−２０８７２０号公報に記載された技術は、電池パッケージの強度をあえて弱めるようなことは行っていないので、上記の問題点は解決されている。しかし、前記突起部によって貫通孔が形成されるまでには電池パッケージ全体において相当量の膨張が必要であるため動作の確実性において劣り、電池の破裂に対する安全性確保の点において改善の余地があった。
【００１２】
そこで本発明の課題は、密閉性にすぐれ、しかも内圧上昇による破裂を確実に防止することが可能な安全性の高い密閉型電池、特に薄型二次電池を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の密閉型電池は、電池パッケージ内部に発電要素が密閉された密閉型電池において、電池内圧上昇によって膨張する局部的な膨れ代を備え、かつ前記膨れ代が膨張したときにこの部分の電池パッケージに貫通孔を穿つための穿孔手段を備えてなることを特徴とする。これにより、電池内圧上昇時において膨れ代に確実に貫通孔が形成され、電池パッケージの高圧下での破裂が防止される。また電池パッケージの強度は何ら劣るところがなく、製品の信頼性が確保される。
【００１４】
また本発明の密閉型電池は、前記電池パッケージに当接する耐圧板を備えてなることを特徴とする。これにより、膨れ代の部分がより優先的に膨張し、確実に内圧開放が行なわれる。
【００１５】
本発明においては、特開平１０−２０８７２０号公報と同様に電池パッケージに穿孔することによって電池の内圧を開放する。ただし本発明においては電池パッケージ全体の膨張に優先して膨張する局部的な膨れ代を設ける点にその最大の特徴を有し、従って内圧開放がより早期段階でかつより確実に行なわれる点が優れる。また電池パッケージに対して強度の劣る部分を設けるわけではないので電池の製品としての信頼性も同時に確保されるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本発明の第一の実施形態を以下に示す。図１は本発明の密閉型電池の一例であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は部分断面図である。密閉型電池１００においては、内層１１２、芯層１１３、及び外層１１４を積層して構成される金属−樹脂フィルム１１１からなる電池パッケージ１１０の内部に、正極層１２２と正極集電体１２３とからなる正極１２１、セパレータ１２４、及び負極層１２６と負極集電体１２７とからなる負極１２５から構成される薄型発電要素１２０が収納されている。正極集電体１２３及び負極集電体１２７にそれぞれ接続された正極端子１３１及び負極端子１３２が、金属樹脂複合フィルム１１１の縁部１１５から外部へと露出している。縁部１１５においては内層１１２がお互いに密着されており、薄型発電要素１２０が電池パッケージ１１０内に減圧封入される。
【００１７】
金属樹脂複合フィルム１１１の構成について具体例を挙げると、内層１１２として厚さ５０〜１００μｍ程度の熱融着性樹脂、例えば酸変性ポリプロピレン又は酸変性ポリエチレン等を用い、これを熱融着することによって電池の密閉性が確保される。また芯層１１３としては厚さが３０〜５０μｍ程度のアルミニウム箔を、外層１１４としては厚さが１０〜５０μｍ程度で剛性を有する樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート又はポリアミド又はポリイミド等を用いるとよい。
【００１８】
さて、縁部１１５には２枚の金属樹脂複合フィルム１１１が熱融着されないままになった膨れ代１４０が形成される。このとき膨れ代１４０を形成するＡ部については縁部１１５の幅を広くとっておくことにより、電池パッケージ１１０の密着強度を十分に確保することができる。また、この膨れ代１４０に対向する位置、例えば機器の電池収納スペース内壁や硬質の電池ケース内部には切刃１５０が固定設置される。密閉型電池１００が正常に動作している状態においては、電池パッケージ１１０全体が薄型発電要素１２０に密着しているため、電池パッケージ１１０が切刃１５０に接触することはない。
【００１９】
次に過充電又は過放電の状態において、密閉型電池１００の電池パッケージ１１０内にガスが発生したときの内圧開放までの動作を図２の部分断面図を用いて説明する。電池パッケージ１１０内部に発生したガスにより、膨れ代１４０には電池パッケージ１１０全体の膨張に優先して膨張が発生する。膨張した膨れ代１４０は切刃１５０に接触し、その結果膨れ代１４０部分の金属樹脂複合フィルム１１１には貫通孔が形成されて、この部分から内部のガスが放出される。従って、パッケージ全体が膨らんで機器を圧迫する前に内圧が開放されるので、機器の損傷や電池の破裂事故を防止することができる。なお、本実施形態においては切刃１５０を用いて電池パッケージ１１０を穿孔したが、これに限定されるものではなく、例えば先端が鋭利なピン等、確実に穿孔できるものであればよい。
【００２０】
（実施形態２）
本発明の第二の実施形態について以下に示す。なお、第一の実施形態と重複する部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明を行う。図３は本発明の密閉型電池の一例を示す部分断面図である。本実施形態においては、電池パッケージ１１０のうち膨れ代１４０以外の部分に耐圧板３１０を設ける。このような構成とすることにより、膨れ代１４０に対してより優先的に膨張を発生させることが可能となる。従って、内圧上昇に対する感度を高めることができる。
【００２１】
なお耐圧板２１０は別途部品ではなく、機器の電池収納スペースの壁を構成する部材が耐圧板３１０の役目を兼ねるようにすることも可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、密閉に対する信頼性が高く、しかも過充電及び過放電に対して安全性の高い密閉型電池を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の密閉型電池における第一の実施形態を示す上面図及び部分断面図である。
【図２】本発明の密閉型電池第一の実施形態における動作を説明する部分断面図である。
【図３】本発明の密閉型電池における第二の実施形態を示す部分断面図である。
【図４】従来の密閉型電池の構造を示す外観斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１００密閉型電池
１１０電池パッケージ
１１１金属樹脂複合フィルム
１１２内層
１１３芯層
１１４外層
１１５縁部
１２０薄型発電要素
１２１正極
１２２正極層
１２３正極集電体
１２４セパレータ
１２５負極
１２６負極層
１２７負極集電体
１３１正極端子
１３２負極端子
１３３導線
１４０膨れ代
１５０切刃
３１０耐圧板

Claims

フレキシブルな電池パッケージ内部に発電要素が密閉された薄型の密閉型電池の偏平面に耐圧板が当接されると共に、該密閉型電池の縁部の一部に、電池内圧上昇によって膨張する局部的な膨れ代を備え、かつ前記膨れ代が膨張したときにこの部分の電池パッケージに貫通孔を穿つための穿孔手段を備えてなることを特徴とする密閉型電池。