フィルム外装電気デバイス
【課題】 外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくい高信頼性のフィルム外装電気デバイスを提供する。
【解決手段】 フィルム外装電池５０は、内部の電池要素から引き出されたシート状の電極タブ１５ａを有しており、電極タブ１５ａは２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂによって挟み込まれている。電極タブ１５ａの幅方向少なくとも片側の端部近傍には薄肉部１８が形成されている。薄肉部１８では、電極タブ１５ａの板厚が電極タブ１５ａの幅方向の外側に向かって徐々に薄くなっている。
【解決手段】 フィルム外装電池５０は、内部の電池要素から引き出されたシート状の電極タブ１５ａを有しており、電極タブ１５ａは２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂによって挟み込まれている。電極タブ１５ａの幅方向少なくとも片側の端部近傍には薄肉部１８が形成されている。薄肉部１８では、電極タブ１５ａの板厚が電極タブ１５ａの幅方向の外側に向かって徐々に薄くなっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、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的エネルギーを貯留及び出力する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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」という）のモータ駆動用の電源として、軽量かつ薄型の電池の開発が進められている。この種の電池の一例として、複数のフィルム外装電池が重ね合わされて所定の電圧が得られるように構成された組電池が知られている。
【０００３】
図８は、特許文献１に開示された従来のフィルム外装電池の一例を示す図である。図８に示すように、フィルム外装電池１５０は、２枚の外装フィルム１３０ａ、１３０ｂによって形成された密閉空間内に配置された電池要素１２０と、該電池要素１２０に電気的に接続され、外装フィルム１３０ａ、１３０ｂ同士の封止部から引き出された正極用の電極タブ１２５ａ及び負極用の電極タブ１２５ｂとを有している。電池要素１２０は、正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層したものであり、所定の電解液と共に外装フィルム内の密閉空間に収容されることによって所定の電圧を出力するものである。
【０００４】
図９は、図８のフィルム外装電池１５０の電極タブ１２５ａ及びその周辺構造を図８の矢印Ｂ方向から見て示す平面図である。図９に示すように、電極タブ１２５ａの板厚はその幅方向の全体にわたって一定となっている。したがって電極タブ１２５ａの端部（図示右側の端部）では２枚の外装フィルム１３０ａ、１３０ｂが、電極タブ１２５ａの外周面に沿うように比較的急な角度で折り曲げられている。
【特許文献１】特開２００４−９５４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の構成では電極タブの板厚が一定となっているため、図９に示したように、電極タブ１２５ａの端部と外装フィルム１３０ａ、１３０ｂの各内側面との間に空隙１３５が発生してしまう可能性がある。このような空隙１３５は、外装フィルム内の密閉空間の気密性を低下させる原因となり、仮に、この空隙１３５が内部の密閉空間と連通すれば、密閉空間内に封入された電解液が空隙１３５を通じて外部に漏れるおそれもある。逆に、この空隙１３５内に水分が浸入すれば、電極タブの腐食が発生する原因ともなる。
【０００６】
いずれにしてもこうした空隙１３５の存在は、フィルム外装電池の電気的性能を低下させたり、あるいは電池の寿命を短くしたりする原因となるため好ましくない。また、以上、電池を例に挙げて説明したが、こうした問題は、電池要素１２０に代えてキャパシタ等からなる電気デバイス要素を外装フィルム内に収容したフィルム外装電気デバイスにおいても同様に生じうる問題である。
【０００７】
なお、図９において電極タブ１２５ａの厚さが薄い場合、空隙１３５は比較的発生しにくいが、電極タブの厚さが増すにつれて空隙１３５はより発生しやすくなる。他方、近年の技術開発においては電池要素１２０の高性能化が進められており、電池要素１２０はより高電流を出力できるようになってきている。こうした電池要素１２０の高性能化に対応するためには、電極タブ１３０ａ、１３０ｂの断面積を大きくする必要があり、そのためには電極タブの厚さをより厚くしなければならないこともある。こうした技術背景からすれば、仮に比較的厚い電極タブを使用する場合であっても上述したような空隙１３５が発生しにくい構成とすることが好ましい。
【０００８】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくい高信頼性のフィルム外装電気デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明によるフィルム外装電気デバイスは、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素が、外装フィルムによって形成された密閉空間内に封入されると共に、前記電気デバイス要素に電気的に接続されたシート状の電極タブが前記外装フィルム同士の封止部から引き出されているフィルム外装電気デバイスにおいて、前記電極タブは、前記封止部において前記電極タブの幅方向少なくとも片側の端部近傍に、前記電極タブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなる薄肉部を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記本発明のフィルム外装電気デバイスにおいて、前記薄肉部では、前記電極タブの一方の面が平坦となっており他方の面が傾斜面となっていてもよい。また、封止部においては、前記各外装フィルムの内側面と前記電極タブ外周面との間にシール材が挟み込まれていてもよい。外装フィルムとしては、少なくとも熱融着樹脂層と、前記密閉空間を気密するための非通気層とを含むラミネートフィルムを利用可能であり、この場合、前記熱融着樹脂層と前記シール材とが互いに熱融着されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上述したような本発明のフィルム外装電気デバイスによれば、外装フィルムの封止部において電極タブの端部近傍に薄肉部が形成されているため、電極タブを外装フィルム同士で挟み込んだ際に外装フィルムと電極タブとの間に空隙が発生しにくくなることから、比較的厚い板厚の電極タブを使用する場合であっても、外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくいものとなり、フィルム外装電気デバイスの高信頼性化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明のフィルム外装電気デバイスの一態様としてフィルム外装電池を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図である。図２は、図１のフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、フィルム外装電気デバイス５０は、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂによって形成される密閉空間内に封入され、電気的エネルギーを貯留及び出力する電池要素１０を有している。
【００１４】
電池要素１０は、例えばこの種のフィルム外装電池に一般に用いられるリチウムイオン二次電池であり、外装フィルム内の密閉空間に電界液と共に封止されることによって所定の電圧を出力するものである。電池要素１０は、詳細には図示しないが、正極用及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、その全体の厚さは例えば数ｍｍから十数ｍｍ程度である。また、本実施形態では電池要素１０は、長方形の輪郭形状を有しており、その各短辺から電極タブ１５ａ、１５ｂが引き出されている。
【００１５】
外装フィルム２１ａ、２１ｂは、図２に示すように、電池要素１０をその厚さ方向の両側から挟み込んで包囲するものである。外装フィルム２１ａ、２１ｂは例えばラミネートフィルムであり、具体的には、熱融着性を有する樹脂層と、金属薄膜などからなる非通気層と、ポリアミド系合成繊維などからなる保護層とがこの順番に積層されたものである。外装フィルム２１ａ、２１ｂは、互いに対向する面が上記樹脂層となるように配置されている。これにより、外装フィルム２１ａ、２１ｂの樹脂層同士を密着させた状態で、加熱することにより、その密着部が互いに熱溶融する。最終的には、この熱溶融によって接合された部分が図１に示すような封止部２３となる。封止部２３は、電池要素１０の周囲を囲むようにして外装フィルムの外周の全周にわたって形成されている。
【００１６】
電極タブ１５ａ、１５ｂ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。なお、本実施形態では、電極タブ１５ａが正極用の端子であり、その材質は例えばアルミニウム又はルミニウム合金等である。また電極タブ１５ｂが負極用の端子であり、その材質は例えば銅又は合金等である。
【００１７】
このように構成されたフィルム外装電池５０では、上記の通り、外装フィルムの密閉空間内に電池要素１０が電解液と共に封入され、電極タブ１５ａ、１５ｂから所定の電圧が取り出されるようになっている。したがって、外装フィルムによって形成されている密閉空間が確実に気密されていることが好ましく、仮にこの気密性が損なわれた場合にはフィルム外装電池５０全体が故障することもある。
【００１８】
そこで本実施形態では、電極タブに薄肉部１８（図２参照）を設けることで気密性が損なわれにくいようにしている。以下、この薄肉部１８及びその周辺構造について、図２に加え図３、図４も参照して詳細に説明する。図３は、本実施形態のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を示す斜視図であり、図２の矢印Ａ方向から見た状態を示している。図４は、電極タブに形成された薄肉部を示す斜視図である。なお、薄肉部１８は電極タブ１５ａ、１５ｂの双方に形成されているが、以下、一方の電極タブ１５ａを例に挙げて説明する。
【００１９】
図２に示すように、電極タブ１５ａは、外装フィルムの封止部２３によって挟まれる領域であって、電極タブ１５ａの幅方向（図２の奥行方向）の両側に薄肉部１８が形成されている。薄肉部１８は、図３に示すように、電極タブ１５ａの板厚が外側（図示右側）に向かって徐々に薄くなるように形成された構造部である。薄肉部１８は、図４に示すように、例えば、電極タブ１５ａの端部近傍を両側面からプレス加工することで形成することができる。なお、この場合、電極タブ１５ａの上下面に傾斜面１６ａ、１６ｂが形成される。
【００２０】
また、プレス加工にて薄肉部１８を形成する場合、図４に示すように、薄肉部１８は電極タブ１５ａの側縁から僅かに延出することもあるが、このようになっていたとしても特に問題は生じない。もっとも、仮に薄肉部１８が延出していることで不都合が生じる場合、事後的に、この延出部を部分的に切断加工すればよい。なお、このような不都合としては、例えば、電極タブ１５aの幅が外装フィルム２１ａ、２１ｂの短辺の長さと同じ程度に広い場合が挙げられる。また他にも例えば、フィルム同士で電極タブ１５ａを挟み込む工程で治具を用いる場合であって、この治具の構造上、電極タブ１５ａの幅を予め所定の寸法範囲内にしておく必要があるときなどが挙げられる。
【００２１】
次に、このように薄肉部１５が形成された電極タブ１５ａを、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂで挟み込む工程の一例について説明する。
【００２２】
なお、この工程では２枚のシート状のシール部材３０ａ、３０ｂ（図２参照）が用いられる。シール部材３０ａ、３０ｂは、例えば、加熱されることによって互いに溶融し合うと共に、溶融後は一体部材（シール材３０、図３参照）となるものであり、具体的には、接着剤又はコーキング材料といった樹脂材料を利用することができ、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、または変性ポリエチレン等のいずれかからなるものであってもよい。また、後述するように、このシール材３０は、外装フィルム内の密閉空間の気密性を保つための部材であるため、耐薬品性や耐水性に優れた材料を選択することが好ましい。
【００２３】
まず、各外装フィルム２１ａ、２１ｂの内側面（樹脂層）上にシール部材３０ａ、３０ｂをそれぞれ配置する。ここで、シール部材が外装フィルムの側縁から僅かにはみ出るように配置してもよい。次いで、予め作成しておいた電池要素１０を、外装フィルム２１ｂの上に配置する。次いで、互いの外周部同士が重なるように、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂを重ね合わせる。次いで、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂの外周部を加熱することで、外装フィルム同士が互いに接合され封止部２３が形成される。この加熱工程では、２枚のシール部材３０ａ、３０ｂも同時に加熱され、互いに溶融し合い、最終的には図３に示すような一体的なシール材３０となる。
【００２４】
シール材３０は、外装フィルム２１ａ、２１ｂの内側面と電極タブ１５ａの外周面との隙間を埋めるように形成される。これにより、外装フィルム内の密閉空間の気密性がより向上する。このように気密性を向上させる観点から言えば、シール部材３０ａ、３０ｂは、加熱した際に外装フィルム（ラミーネートフィルム）の樹脂層とも溶融し合うものであることが好ましい。これにより、最終的に形成されるシール材３０とラミネートフィルムの樹脂層とが一体的に接合されるので、シール材３０と樹脂層とは剥離しにくくなり外装フィルム内の密閉空間の気密性がより向上する。
【００２５】
以上説明したような本実施形態のフィルム外装電池５０によれば、図３に示すように、電極タブ１５ａの端部近傍に薄肉部１８が形成されており、各外装フィルム２１ａ、２１ｂは薄肉部１８の傾斜面１６ａ、１６ｂに沿うようにして屈曲する。したがって、図９に示したような、電極タブ１２５ａに角部が残っている従来の構成と比較すると、各外装フィルム２１ａ、２１ｂの屈曲する角度が比較的緩やかになり、その結果、外装フィルムの内側面と電極タブの外周面との間で空隙１３５（図９参照）が発生しにくいものとなる。また、このような効果は、比較的厚い板厚の電極タブ１５ａを利用する場合であっても同様にして得ることができるものであり、したがって本発明は、特に、高電流を出力する電池要素１０を利用する場合に有利である。前述した通り、高電流を出力する電池要素１０を利用する場合、電極タブ１５ａをより厚くしなければならないことがあるためである。
【００２６】
また、このように電極タブに薄肉部１８が形成されていることは、シール材３０を効果的に利用できるという利点もある。すなわち、図５に示すように、従来形状の電極タブ１２５ａを用い、電極タブ１２５ａと外装フィルム２１ａ、２１ｂとの間にシール材３０を形成する場合、電極タブ１２５ａの厚さ又はシール材３０の特性によっては、シール材３０の中に気泡３１が発生してしまう可能性もある。一方、本実施形態のように薄肉部１８が形成されていれば、２枚のシート部材３０ａ、３０ｂ（図２参照）を加熱した際に、シート部材３０ａ、３０ｂ同士が比較的容易に溶融し合うため、結果的に図５の構成と比較して気泡３１はより発生しにくくなる。
【００２７】
もっとも、本実施形態ではシール材３０を用いて外装フィルム内の密閉空間の気密信頼性をより向上させているが、シール材３０は必ずしも必要ではない。仮にシール材３０がないとしても、薄肉部１８が形成されていることによって外装フィルム２１ａ、２１ｂの屈曲角度が緩やかになり、結果として空隙１３５が発生しにくくなるという本発明による利点を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は上述したようなものに限定されるものではなく本発明のフィルム外装電気デバイスの各構成要素の形状又は材質等は種々変更可能である。
【００２９】
上述した形態では、電極タブ１５ａの幅方向の両側に２つの薄肉部１８が形成されていたが、薄肉部１８は電極タブの少なくとも片側に形成されていればよい。また、以上説明した電極タブ１５ａの段面形状は図６（ａ）のような形状であったが、図６（ｂ）に示すような形状の薄肉部１９であってもよい。すなわち、図６（ｂ）の薄肉部１９では、電極タブ１５ａの上面のみに傾斜面が形成されており、電極タブ１５ａの下面は平坦なままとなっている。薄肉部１９がこのような形状であっても、薄肉部１９ではタブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなっているため、上述した薄肉部１８と同様の効果を得ることができる。また、薄肉部１９は一方の面（下面）が平坦なままとなっているため、下面側に配置される外装フィルム２１ｂを屈曲させる必要がない。
【００３０】
次に、薄肉部の形成は図７に示すような方法で行うこともできる。図７（ａ）に示す電極タブ１７は、薄肉部が形成される前の状態を示している。電極タブ１７の端部近傍には、予め例えば半円形の切欠き部１７ａが形成されている。次いで、この切欠き部１７ａ周辺の部位をプレス加工すると、図１７（ｂ）に示すように、プレスされた部位が薄くなりながら変形して薄肉部２０が形成される。このように予め切欠き部１７ａを設けることで、最終的に形成される薄肉部２０の側縁を電極タブ１７の側縁にほぼ一致させることができる。逆に言えば、切欠き部１７ａの形状は、図１７（ｂ）に示すような薄肉部２０を形成できるように、タブの板厚又は材質等を考慮して適宜設定すればよい。なお、薄肉部の形成には、プレス加工の他、研削加工、ピーニング加工等を利用することもできる。もっとも、図７（ｃ）に示すように、切欠き部が残った状態で薄肉部２０’が形成されていてもよい。
【００３１】
なお、以上の説明では詳細に述べなかったが、リチウムイオン二次電池である電池要素１０は、具他的には、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が含浸されるものであってもよい。電池要素１０はリチウムイオン二次電池の他にも、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であってもよい。また、電池要素１０は本実施形態のような積層型のものに限らず、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。本発明は、さらに、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは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、電気エネルギー貯留又は出力する電気デバイス要素を外装フィルムの内部に封入したフィルム外装電池デバイスにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図である。
【図２】図１のフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を示す斜視図であり、図２の矢印Ａ方向から見た状態を示している。
【図４】電極タブに形成された薄肉部を示す斜視図である。
【図５】従来の電極タブを利用した場合の問題点を説明するための図である。
【図６】電極タブに形成される薄肉部の他の例を示す断面図である。
【図７】薄肉部を形成する方法の他の例および薄肉部の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来のフィルム外装電池の一例を示す図である。
【図９】図８のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を図８の矢印Ｂ方向から見て示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 電池要素
１５ａ、１５ｂ、１７ 電極タブ
１６ａ、１６ｂ 傾斜面
１８、１９、２０、２０’ 薄肉部
２１ａ、２１ｂ 外装フィルム
２３ 封止部
３０ａ、３０ｂ シール部材
３０ シール材
３１ 気泡
５０ フィルム外装電池
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、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的エネルギーを貯留及び出力する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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車やハイブリッド電気自動車（以下、単に「電気自動車等」という）のモータ駆動用の電源として、軽量かつ薄型の電池の開発が進められている。この種の電池の一例として、複数のフィルム外装電池が重ね合わされて所定の電圧が得られるように構成された組電池が知られている。
【０００３】
図８は、特許文献１に開示された従来のフィルム外装電池の一例を示す図である。図８に示すように、フィルム外装電池１５０は、２枚の外装フィルム１３０ａ、１３０ｂによって形成された密閉空間内に配置された電池要素１２０と、該電池要素１２０に電気的に接続され、外装フィルム１３０ａ、１３０ｂ同士の封止部から引き出された正極用の電極タブ１２５ａ及び負極用の電極タブ１２５ｂとを有している。電池要素１２０は、正極板と負極板とをセパレータを介して交互に積層したものであり、所定の電解液と共に外装フィルム内の密閉空間に収容されることによって所定の電圧を出力するものである。
【０００４】
図９は、図８のフィルム外装電池１５０の電極タブ１２５ａ及びその周辺構造を図８の矢印Ｂ方向から見て示す平面図である。図９に示すように、電極タブ１２５ａの板厚はその幅方向の全体にわたって一定となっている。したがって電極タブ１２５ａの端部（図示右側の端部）では２枚の外装フィルム１３０ａ、１３０ｂが、電極タブ１２５ａの外周面に沿うように比較的急な角度で折り曲げられている。
【特許文献１】特開２００４−９５４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の構成では電極タブの板厚が一定となっているため、図９に示したように、電極タブ１２５ａの端部と外装フィルム１３０ａ、１３０ｂの各内側面との間に空隙１３５が発生してしまう可能性がある。このような空隙１３５は、外装フィルム内の密閉空間の気密性を低下させる原因となり、仮に、この空隙１３５が内部の密閉空間と連通すれば、密閉空間内に封入された電解液が空隙１３５を通じて外部に漏れるおそれもある。逆に、この空隙１３５内に水分が浸入すれば、電極タブの腐食が発生する原因ともなる。
【０００６】
いずれにしてもこうした空隙１３５の存在は、フィルム外装電池の電気的性能を低下させたり、あるいは電池の寿命を短くしたりする原因となるため好ましくない。また、以上、電池を例に挙げて説明したが、こうした問題は、電池要素１２０に代えてキャパシタ等からなる電気デバイス要素を外装フィルム内に収容したフィルム外装電気デバイスにおいても同様に生じうる問題である。
【０００７】
なお、図９において電極タブ１２５ａの厚さが薄い場合、空隙１３５は比較的発生しにくいが、電極タブの厚さが増すにつれて空隙１３５はより発生しやすくなる。他方、近年の技術開発においては電池要素１２０の高性能化が進められており、電池要素１２０はより高電流を出力できるようになってきている。こうした電池要素１２０の高性能化に対応するためには、電極タブ１３０ａ、１３０ｂの断面積を大きくする必要があり、そのためには電極タブの厚さをより厚くしなければならないこともある。こうした技術背景からすれば、仮に比較的厚い電極タブを使用する場合であっても上述したような空隙１３５が発生しにくい構成とすることが好ましい。
【０００８】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくい高信頼性のフィルム外装電気デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため本発明によるフィルム外装電気デバイスは、電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素が、外装フィルムによって形成された密閉空間内に封入されると共に、前記電気デバイス要素に電気的に接続されたシート状の電極タブが前記外装フィルム同士の封止部から引き出されているフィルム外装電気デバイスにおいて、前記電極タブは、前記封止部において前記電極タブの幅方向少なくとも片側の端部近傍に、前記電極タブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなる薄肉部を有していることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記本発明のフィルム外装電気デバイスにおいて、前記薄肉部では、前記電極タブの一方の面が平坦となっており他方の面が傾斜面となっていてもよい。また、封止部においては、前記各外装フィルムの内側面と前記電極タブ外周面との間にシール材が挟み込まれていてもよい。外装フィルムとしては、少なくとも熱融着樹脂層と、前記密閉空間を気密するための非通気層とを含むラミネートフィルムを利用可能であり、この場合、前記熱融着樹脂層と前記シール材とが互いに熱融着されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
上述したような本発明のフィルム外装電気デバイスによれば、外装フィルムの封止部において電極タブの端部近傍に薄肉部が形成されているため、電極タブを外装フィルム同士で挟み込んだ際に外装フィルムと電極タブとの間に空隙が発生しにくくなることから、比較的厚い板厚の電極タブを使用する場合であっても、外装フィルム内の密閉空間の気密性が損なわれにくいものとなり、フィルム外装電気デバイスの高信頼性化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明のフィルム外装電気デバイスの一態様としてフィルム外装電池を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図である。図２は、図１のフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【００１３】
図１、図２に示すように、フィルム外装電気デバイス５０は、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂによって形成される密閉空間内に封入され、電気的エネルギーを貯留及び出力する電池要素１０を有している。
【００１４】
電池要素１０は、例えばこの種のフィルム外装電池に一般に用いられるリチウムイオン二次電池であり、外装フィルム内の密閉空間に電界液と共に封止されることによって所定の電圧を出力するものである。電池要素１０は、詳細には図示しないが、正極用及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、その全体の厚さは例えば数ｍｍから十数ｍｍ程度である。また、本実施形態では電池要素１０は、長方形の輪郭形状を有しており、その各短辺から電極タブ１５ａ、１５ｂが引き出されている。
【００１５】
外装フィルム２１ａ、２１ｂは、図２に示すように、電池要素１０をその厚さ方向の両側から挟み込んで包囲するものである。外装フィルム２１ａ、２１ｂは例えばラミネートフィルムであり、具体的には、熱融着性を有する樹脂層と、金属薄膜などからなる非通気層と、ポリアミド系合成繊維などからなる保護層とがこの順番に積層されたものである。外装フィルム２１ａ、２１ｂは、互いに対向する面が上記樹脂層となるように配置されている。これにより、外装フィルム２１ａ、２１ｂの樹脂層同士を密着させた状態で、加熱することにより、その密着部が互いに熱溶融する。最終的には、この熱溶融によって接合された部分が図１に示すような封止部２３となる。封止部２３は、電池要素１０の周囲を囲むようにして外装フィルムの外周の全周にわたって形成されている。
【００１６】
電極タブ１５ａ、１５ｂ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。なお、本実施形態では、電極タブ１５ａが正極用の端子であり、その材質は例えばアルミニウム又はルミニウム合金等である。また電極タブ１５ｂが負極用の端子であり、その材質は例えば銅又は合金等である。
【００１７】
このように構成されたフィルム外装電池５０では、上記の通り、外装フィルムの密閉空間内に電池要素１０が電解液と共に封入され、電極タブ１５ａ、１５ｂから所定の電圧が取り出されるようになっている。したがって、外装フィルムによって形成されている密閉空間が確実に気密されていることが好ましく、仮にこの気密性が損なわれた場合にはフィルム外装電池５０全体が故障することもある。
【００１８】
そこで本実施形態では、電極タブに薄肉部１８（図２参照）を設けることで気密性が損なわれにくいようにしている。以下、この薄肉部１８及びその周辺構造について、図２に加え図３、図４も参照して詳細に説明する。図３は、本実施形態のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を示す斜視図であり、図２の矢印Ａ方向から見た状態を示している。図４は、電極タブに形成された薄肉部を示す斜視図である。なお、薄肉部１８は電極タブ１５ａ、１５ｂの双方に形成されているが、以下、一方の電極タブ１５ａを例に挙げて説明する。
【００１９】
図２に示すように、電極タブ１５ａは、外装フィルムの封止部２３によって挟まれる領域であって、電極タブ１５ａの幅方向（図２の奥行方向）の両側に薄肉部１８が形成されている。薄肉部１８は、図３に示すように、電極タブ１５ａの板厚が外側（図示右側）に向かって徐々に薄くなるように形成された構造部である。薄肉部１８は、図４に示すように、例えば、電極タブ１５ａの端部近傍を両側面からプレス加工することで形成することができる。なお、この場合、電極タブ１５ａの上下面に傾斜面１６ａ、１６ｂが形成される。
【００２０】
また、プレス加工にて薄肉部１８を形成する場合、図４に示すように、薄肉部１８は電極タブ１５ａの側縁から僅かに延出することもあるが、このようになっていたとしても特に問題は生じない。もっとも、仮に薄肉部１８が延出していることで不都合が生じる場合、事後的に、この延出部を部分的に切断加工すればよい。なお、このような不都合としては、例えば、電極タブ１５aの幅が外装フィルム２１ａ、２１ｂの短辺の長さと同じ程度に広い場合が挙げられる。また他にも例えば、フィルム同士で電極タブ１５ａを挟み込む工程で治具を用いる場合であって、この治具の構造上、電極タブ１５ａの幅を予め所定の寸法範囲内にしておく必要があるときなどが挙げられる。
【００２１】
次に、このように薄肉部１５が形成された電極タブ１５ａを、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂで挟み込む工程の一例について説明する。
【００２２】
なお、この工程では２枚のシート状のシール部材３０ａ、３０ｂ（図２参照）が用いられる。シール部材３０ａ、３０ｂは、例えば、加熱されることによって互いに溶融し合うと共に、溶融後は一体部材（シール材３０、図３参照）となるものであり、具体的には、接着剤又はコーキング材料といった樹脂材料を利用することができ、例えば、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、ポリエチレン、または変性ポリエチレン等のいずれかからなるものであってもよい。また、後述するように、このシール材３０は、外装フィルム内の密閉空間の気密性を保つための部材であるため、耐薬品性や耐水性に優れた材料を選択することが好ましい。
【００２３】
まず、各外装フィルム２１ａ、２１ｂの内側面（樹脂層）上にシール部材３０ａ、３０ｂをそれぞれ配置する。ここで、シール部材が外装フィルムの側縁から僅かにはみ出るように配置してもよい。次いで、予め作成しておいた電池要素１０を、外装フィルム２１ｂの上に配置する。次いで、互いの外周部同士が重なるように、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂを重ね合わせる。次いで、２枚の外装フィルム２１ａ、２１ｂの外周部を加熱することで、外装フィルム同士が互いに接合され封止部２３が形成される。この加熱工程では、２枚のシール部材３０ａ、３０ｂも同時に加熱され、互いに溶融し合い、最終的には図３に示すような一体的なシール材３０となる。
【００２４】
シール材３０は、外装フィルム２１ａ、２１ｂの内側面と電極タブ１５ａの外周面との隙間を埋めるように形成される。これにより、外装フィルム内の密閉空間の気密性がより向上する。このように気密性を向上させる観点から言えば、シール部材３０ａ、３０ｂは、加熱した際に外装フィルム（ラミーネートフィルム）の樹脂層とも溶融し合うものであることが好ましい。これにより、最終的に形成されるシール材３０とラミネートフィルムの樹脂層とが一体的に接合されるので、シール材３０と樹脂層とは剥離しにくくなり外装フィルム内の密閉空間の気密性がより向上する。
【００２５】
以上説明したような本実施形態のフィルム外装電池５０によれば、図３に示すように、電極タブ１５ａの端部近傍に薄肉部１８が形成されており、各外装フィルム２１ａ、２１ｂは薄肉部１８の傾斜面１６ａ、１６ｂに沿うようにして屈曲する。したがって、図９に示したような、電極タブ１２５ａに角部が残っている従来の構成と比較すると、各外装フィルム２１ａ、２１ｂの屈曲する角度が比較的緩やかになり、その結果、外装フィルムの内側面と電極タブの外周面との間で空隙１３５（図９参照）が発生しにくいものとなる。また、このような効果は、比較的厚い板厚の電極タブ１５ａを利用する場合であっても同様にして得ることができるものであり、したがって本発明は、特に、高電流を出力する電池要素１０を利用する場合に有利である。前述した通り、高電流を出力する電池要素１０を利用する場合、電極タブ１５ａをより厚くしなければならないことがあるためである。
【００２６】
また、このように電極タブに薄肉部１８が形成されていることは、シール材３０を効果的に利用できるという利点もある。すなわち、図５に示すように、従来形状の電極タブ１２５ａを用い、電極タブ１２５ａと外装フィルム２１ａ、２１ｂとの間にシール材３０を形成する場合、電極タブ１２５ａの厚さ又はシール材３０の特性によっては、シール材３０の中に気泡３１が発生してしまう可能性もある。一方、本実施形態のように薄肉部１８が形成されていれば、２枚のシート部材３０ａ、３０ｂ（図２参照）を加熱した際に、シート部材３０ａ、３０ｂ同士が比較的容易に溶融し合うため、結果的に図５の構成と比較して気泡３１はより発生しにくくなる。
【００２７】
もっとも、本実施形態ではシール材３０を用いて外装フィルム内の密閉空間の気密信頼性をより向上させているが、シール材３０は必ずしも必要ではない。仮にシール材３０がないとしても、薄肉部１８が形成されていることによって外装フィルム２１ａ、２１ｂの屈曲角度が緩やかになり、結果として空隙１３５が発生しにくくなるという本発明による利点を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は上述したようなものに限定されるものではなく本発明のフィルム外装電気デバイスの各構成要素の形状又は材質等は種々変更可能である。
【００２９】
上述した形態では、電極タブ１５ａの幅方向の両側に２つの薄肉部１８が形成されていたが、薄肉部１８は電極タブの少なくとも片側に形成されていればよい。また、以上説明した電極タブ１５ａの段面形状は図６（ａ）のような形状であったが、図６（ｂ）に示すような形状の薄肉部１９であってもよい。すなわち、図６（ｂ）の薄肉部１９では、電極タブ１５ａの上面のみに傾斜面が形成されており、電極タブ１５ａの下面は平坦なままとなっている。薄肉部１９がこのような形状であっても、薄肉部１９ではタブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなっているため、上述した薄肉部１８と同様の効果を得ることができる。また、薄肉部１９は一方の面（下面）が平坦なままとなっているため、下面側に配置される外装フィルム２１ｂを屈曲させる必要がない。
【００３０】
次に、薄肉部の形成は図７に示すような方法で行うこともできる。図７（ａ）に示す電極タブ１７は、薄肉部が形成される前の状態を示している。電極タブ１７の端部近傍には、予め例えば半円形の切欠き部１７ａが形成されている。次いで、この切欠き部１７ａ周辺の部位をプレス加工すると、図１７（ｂ）に示すように、プレスされた部位が薄くなりながら変形して薄肉部２０が形成される。このように予め切欠き部１７ａを設けることで、最終的に形成される薄肉部２０の側縁を電極タブ１７の側縁にほぼ一致させることができる。逆に言えば、切欠き部１７ａの形状は、図１７（ｂ）に示すような薄肉部２０を形成できるように、タブの板厚又は材質等を考慮して適宜設定すればよい。なお、薄肉部の形成には、プレス加工の他、研削加工、ピーニング加工等を利用することもできる。もっとも、図７（ｃ）に示すように、切欠き部が残った状態で薄肉部２０’が形成されていてもよい。
【００３１】
なお、以上の説明では詳細に述べなかったが、リチウムイオン二次電池である電池要素１０は、具他的には、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が含浸されるものであってもよい。電池要素１０はリチウムイオン二次電池の他にも、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であってもよい。また、電池要素１０は本実施形態のような積層型のものに限らず、帯状の正極側活電極と負極側活電極とをセパレータを介して重ねこれを捲回した後、扁平状に圧縮することによって正極側活電極と負極側活電極とが交互に積層された構造の捲回型であってもよい。本発明は、さらに、電気二重層キャパシタなどのキャパシタあるいは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、電気エネルギー貯留又は出力する電気デバイス要素を外装フィルムの内部に封入したフィルム外装電池デバイスにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態のフィルム外装電池の外観斜視図である。
【図２】図１のフィルム外装電池の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を示す斜視図であり、図２の矢印Ａ方向から見た状態を示している。
【図４】電極タブに形成された薄肉部を示す斜視図である。
【図５】従来の電極タブを利用した場合の問題点を説明するための図である。
【図６】電極タブに形成される薄肉部の他の例を示す断面図である。
【図７】薄肉部を形成する方法の他の例および薄肉部の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来のフィルム外装電池の一例を示す図である。
【図９】図８のフィルム外装電池の電極タブ及びその周辺構造を図８の矢印Ｂ方向から見て示す平面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０ 電池要素
１５ａ、１５ｂ、１７ 電極タブ
１６ａ、１６ｂ 傾斜面
１８、１９、２０、２０’ 薄肉部
２１ａ、２１ｂ 外装フィルム
２３ 封止部
３０ａ、３０ｂ シール部材
３０ シール材
３１ 気泡
５０ フィルム外装電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素が、外装フィルムによって形成された密閉空間内に封入されると共に、前記電気デバイス要素に電気的に接続されたシート状の電極タブが前記外装フィルム同士の封止部から引き出されているフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記電極タブは、前記封止部において前記電極タブの幅方向少なくとも片側の端部近傍に、前記電極タブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなる薄肉部を有し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２】
前記薄肉部では、前記電極タブの一方の面が平坦となっており、他方の面が傾斜面となっている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項３】
前記封止部において、前記各外装フィルムの内側面と前記電極タブ外周面との間にシール材が挟み込まれている、請求項１又は２に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項４】
前記外装フィルムは、少なくとも熱融着樹脂層と、前記密閉空間を気密するための非通気層とを含むラミネートフィルムであって、前記熱融着樹脂層と前記シール材とが互いに熱融着されている、請求項３に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項１】
電気的エネルギーを貯留及び出力する電気デバイス要素が、外装フィルムによって形成された密閉空間内に封入されると共に、前記電気デバイス要素に電気的に接続されたシート状の電極タブが前記外装フィルム同士の封止部から引き出されているフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記電極タブは、前記封止部において前記電極タブの幅方向少なくとも片側の端部近傍に、前記電極タブの板厚が外側に向かって徐々に薄くなる薄肉部を有し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２】
前記薄肉部では、前記電極タブの一方の面が平坦となっており、他方の面が傾斜面となっている、請求項１に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項３】
前記封止部において、前記各外装フィルムの内側面と前記電極タブ外周面との間にシール材が挟み込まれている、請求項１又は２に記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項４】
前記外装フィルムは、少なくとも熱融着樹脂層と、前記密閉空間を気密するための非通気層とを含むラミネートフィルムであって、前記熱融着樹脂層と前記シール材とが互いに熱融着されている、請求項３に記載のフィルム外装電気デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１６４７８４（Ｐ２００６−１６４７８４Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５５４１３（Ｐ２００４−３５５４１３）
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（３０２０３６８６２）ＮＥＣラミリオンエナジー株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（３０２０３６８６２）ＮＥＣラミリオンエナジー株式会社 (37)
【Ｆターム（参考）】
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