フィルム外装電気デバイス
【課題】フィルム外装電気デバイスの利点を損なうことなく、電気デバイス要素から発生した高温物体の外部への放出を確実に防止するフィルム外装電気デバイスを提供する。
【解決手段】セパレータを介して交互に積層された複数の正・負極板１１、１２から引き出された複数の正・負極延出部が正・負極リードにそれぞれ一括して接合された電池要素がラミネートフィルム５、６によって包囲され、そのフィルム５、６の少なくとも一辺が熱融着されているフィルム外装電池であって、電池要素２の側面のうち、正・負極延出部が引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、フィルム５、６の熱融着されている辺と近接している第２の側面と、フィルム５、６の内面との間に、第２の側面から放出された高温物体を遮る遮蔽部材４ａ、４ｂが設けられている。
【解決手段】セパレータを介して交互に積層された複数の正・負極板１１、１２から引き出された複数の正・負極延出部が正・負極リードにそれぞれ一括して接合された電池要素がラミネートフィルム５、６によって包囲され、そのフィルム５、６の少なくとも一辺が熱融着されているフィルム外装電池であって、電池要素２の側面のうち、正・負極延出部が引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、フィルム５、６の熱融着されている辺と近接している第２の側面と、フィルム５、６の内面との間に、第２の側面から放出された高温物体を遮る遮蔽部材４ａ、４ｂが設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気デバイス要素が外装体フィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、正極板と負極板がセパレータを介して巻回または交互に積層された電池要素を電解液と共に外装体によって包囲した外装電池が携帯機器や電気自動車等の電源として用いられている。この種の外装電池は、過充電されたり、高温にさらされたりすると、内部の電解液が電気分解または熱分解されて可燃性ガスが発生し、内圧が上昇することがある。そこで、内圧が所定圧以上に上昇したときに自動的に開口して、可燃性ガスなどを外部に排気する安全弁が設けられることが多い。
【０００３】
しかし、外装電池が過充電されたり、高温にさらされたりしたときには、上記可燃性ガスと共に、高温の微粒子（以下「高温物体」）が発生することがある。具体的には、正極板と負極板との間に介在しているセパレータが熱によって溶解すると、正極と負極とが短絡するなどして高温物体が発生することがある。さらに、発生した高温物体が上記安全弁から外装体の外に放出されると、放出された高温物体が火種となって可燃性ガスが爆発的に燃焼する虞がある。そこで、電気要素が収容されている外装体の外に高温物体が放出されることを防止するための技術がこれまでにいくつか提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、正極、負極、セパレータが収容された角形の電池ケース内に、安全弁開口部から高温物体が放出されることを防止する遮断構造が設けられた角形非水電解液電池の安全構造が開示されている。また、特許文献２には、電池ケース内に収容された巻回電極体に、その中心部分から延び外周面部に開口する通路が形成されると共に、該通路の開口部が電気ケースに設けられた安全弁から離間した位置に設けられたことを特徴とする二次電池が開示されている。
【０００５】
上記の例では、箱型の外装ケースが用いられており、薄型であるとは言えない。しかしながら、携帯機器や電気自動車等の電源として用いられる外装電池には、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、外装体に関しても、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体として、金属薄膜フィルム、また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用いられるようになった。
【０００６】
上記ラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜であるアルミニウム薄膜の両面にポリプロピレンやナイロンなどの樹脂フィルムを積層した３層ラミネートフィルムが挙げられる。
【０００７】
外装体にラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池では、正極板および負極板がセパレータを介して積層された電池要素がラミネートフィルムによって包囲され、該ラミネートフィルムの周縁部が気密に熱融着されている。さらに、電池要素の正極および負極をラミネートフィルムの外部へ引き出すために、一端が正極板又は負極板に接続され、他端がラミネートフィルムの外に引き出された正極リードおよび負極リードが設けられている。上記セパレータとしては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いて形成した多孔性フィルムなどが用いられるのが一般的である。
【０００８】
図５を参照しながら従来のフィルム外装電池の構造についてさらに詳しく説明する。図５は、従来のフィルム外装電池の縦断面図である。
【０００９】
フィルム外装電池３０１は、電池要素３０２と、電池要素３０２を電解液とともに収納する外装体とを有する。電池要素３０２は、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層されたものである。各正極板は、アルミニウム箔に正極材料を塗布したものであり、各負極板は、銅箔に負極材料を塗布したものであり、それぞれの箔の未塗装部が積層領域よりも外側に延出している。そして、電極材料が塗布されていない各正極板の延出部（正極延出部３０３ａ）は、一括して正極リード３０４ａに接合されている。また、電極材料が塗布されていない各負極板の延出部（負極延出部３０３ｂ）は、一括して負極リード３０４ｂに接合されている。尚、正・負極延出部３０３ａ、３０３ｂの接合には、一般的に超音波溶接が用いられる。また、正極リード３０４ａ、負極リード３０４ｂは、アルミニウム板、銅板を所定サイズに切断することにより作製される。
【００１０】
外装体は、電池要素３０２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム３０５、３０６からなる。各ラミネートフィルム３０５、３０６は、熱融着層（ポリプロピレン層）３１０、金属層（アルミニウム層）３１１、および保護層（ナイロン層）３１２を積層してなるものである。各ラミネートフィルム３０５、３０６は、熱融着層３１０が内側となる向きで電池要素３０２を包囲すると共に、対向する互いの熱融着層３１０の周縁部同士が熱融着されている。
【特許文献１】特開２００４−３０９４６号公報
【特許文献１】特開２００４−３４９２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記構造を有するフィルム外装電池についても、内部で発生した高温物体が外装体の外に放出されることを防止する必要があり、この点は外装体が金属缶である従来の外装電池と変わらない。
【００１２】
しかし、外装体が金属缶、少なくとも剛性を有するケースであることを前提とする従来技術をフィルム外装電池に適用することには数々の問題がある。例えば、金属缶などは十分な強度を備えているので、上昇した内圧や熱によって外装体が破壊されるなどして、安全弁以外の位置で外装体が内外連通する虞はない。従って、安全弁から高温物体が放出されることのみを防止すれば足りる。一方、フィルム外装電池では、上昇した内圧や熱によって、ラミネートフィルム同士の熱融着が破壊され、安全弁以外の意図しない位置でラミネートフィルムが開封する虞がある。よって、安全弁から高温物体が放出されることを防止する構造を採用するのみでは不十分である。
【００１３】
また、フィルム外装電池は、薄型であることを大きな利点の一つとしている。従って、高温物体が外装体の外に放出されることを防止するための構造を設けるに際しては、厚みの増加を回避し、上記利点が損なわれないようにする必要がある。
【００１４】
さらに、電池要素の対向する二辺から引き出された複数の正極延出部および負極延出部は、それぞれ正極リード及び負極リードに一括して接合されて重ねられている。従って、正・負極板の層間で発生した高温物体が正・負極延出部の引き出し方向に放出されることはなく、高温物体は正・負極延出部の引き出し方向と交差する方向にのみ放出される、との特徴を有する。
【００１５】
本発明の目的は、フィルム外装電気デバイスの特徴を踏まえ、かつ、該デバイスの利点を損なうことなく、高温物体の外部への放出を確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のフィルム外装電気デバイスは、セパレータを介して交互に積層された複数の正極板および負極板から引き出された複数の正極延出部および負極延出部が正極リードまたは負極リードにそれぞれ一括して接合された電気デバイス要素が外装体フィルムによって包囲され、その外装体フィルムの少なくとも一辺が熱融着されているフィルム外装電気デバイスであって、電気デバイス要素の側面のうち、正極延出部および負極延出部が引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、外装体フィルムの熱融着されている辺と近接している第２の側面と、外装体フィルムの内面との間に、第２の側面から放出された高温物体を遮る遮蔽手段が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
前記遮蔽手段の一つは、電気デバイス要素の第２の側面を覆う電気デバイス要素とは別体のシート状またはフィルム状の部材によって実現することができる。
【００１８】
前記遮蔽手段の他の一つは、２以上の正極板または負極板のセパレータよりも外側に延出している一部を接合して、前記第２の側面を覆う遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【００１９】
前記遮蔽手段の他の一つは、セパレータよりも外側に延出している最上層の正極板または負極板の一部と、セパレータよりも外側に延出している最下層の正極板または負極板の一部とを接合して、電気デバイス要素の第２の側面を覆う遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【００２０】
前記遮蔽手段の他の一つは、セパレータよりも外側に延出し、電気デバイス要素の第２の側面と外装体フィルムの内面との間を通って、最下層または最上層の正極板または負極板に達する最上層または最下層の正極板または負極板の一部によって遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【００２１】
前記遮蔽手段の他の一つは、電気デバイス要素の最上層および最下層を形成している単一の正極板または負極板の一部によって遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外装体フィルムの熱融着されている辺の如何なる領域が開口したとしても、該開口部から高エネルギーの高温物体が外部に放出されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施形態１）
以下、本発明のフィルム外装電気デバイスの実施形態の一例について説明する。本例のフィルム外装電気デバイスは、電池要素がフィルム状の外装体によって包囲されたフィルム外装電池である。
【００２４】
図１は、本例のフィルム外装電池の分解斜視図であり、図２は、横断面図である。本例のフィルム外装電池１Ａは、電池要素２と、電池要素２を不図示の電解液とともに収納する外装体フィルムと、電池要素２の正極に接続された正極リード３ａと、負極に接続された負極リード３ｂと、電池要素２の対向する２つの長辺に沿って配置された遮蔽部材４ａ、４ｂとを有し、外装体フィルムは、２枚のラミネートフィルム５、６から構成されている。
【００２５】
電池要素２は、セパレータ１０と、該セパレータ１０を介して交互に積層された複数の正極板１１および負極板１２とから構成されている。より具体的には、各正極板１１は、略長方形のアルミニウム箔に正極材料を塗布したものであり、各負極板１２は、略長方形の銅箔に負極材料を塗布したものである。それぞれの箔の長手方向両外側には、電極材料が塗布されていない未塗装部分が設けられており、該未塗装部分が積層領域よりも外側に延出して正・負極延出部２ａ、２ｂをそれぞれ形成している。換言すれば、電池要素２の一方の短辺から複数の正極延出部２ａが引き出され、他方の短辺から複数の負極延出部２ｂが引き出されている。さらに、各正極２ａ延出部は、一括して正極リード３ａの後部に超音波溶接によって接合され、各負極延出部２ｂは、一括して負極リード３ｂの後部に超音波溶接によって接合されている。ここで、正極リード３ａおよび負極リード３ｂの表裏面には、ラミネートフィルム５、６との融着性を向上させるべく、熱融着性樹脂（本例ではポリプロピレン）を帯状に塗布して被覆部７が形成されている。また、正・負極リード３ａ、３ｂの被覆部７は、正・負極延出部２ａ、２ｂが接合されている位置よりも各リード３ａ、３ｂの先端寄りの位置に形成されている。
【００２６】
外装体フィルムを構成する２枚のラミネートフィルム５、６は、電池要素２をその厚み方向両側から挟んで包囲している。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着層、金属層および保護層の３層からなる。本例では、熱融着層をＰＰ（ポリプロピレン）によって、金属層をアルミニウムによって、保護層をナイロンまたはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）によって形成してある。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着層が内側となる向きで電池要素２を包囲しており、対向する熱融着層の周縁同士が気密に熱融着されている。また、各ラミネートフィルム５、６の熱融着層の周縁のうち、正、負極リード３ａ、３ｂと対向する領域は、各リード３ａ、３ｂに形成されている被覆層７に熱融着されている。
【００２７】
各遮蔽部材４ａ、４ｂは、電池要素２の側面のうち、正極延出部２ａおよび負極延出部２ｂが引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、熱融着されているラミネートフィルム５、６の周縁に近接している第２の側面（本例では、電池要素２の長辺側の側面であり、以下「非遮蔽側面」と称する。）を覆うことが可能な寸法および形状を有するシート状またはフィルム状の部材である。各遮蔽部材４ａ、４ｂは、対向する一辺が電池要素２の最上層の負極板１２ａの表面に固定され、他辺が最下層の負極板１２ｂの表面に固定されており、電池要素２の非遮蔽側面をその外側から取り囲むようにして覆っている（図２参照）。よって、電池要素２の正・負極板１１、１２の層間で発生した高温物体が該電池要素２の非遮蔽側面から放出されたとしても、即ち、図２の紙面左右方向へ放出されたとしても、その高温物体は遮蔽部材４ａ、４ｂによって遮られ、ラミネートフィルム５、６に達することはなく、仮に、遮蔽部材４ａ、４ｂと対向するラミネートフィルム５、６の周縁が開封されていたいとしても、高温物体が外部に噴出すことはない。さらには、万一、電池要素２から放出された高温物体が遮蔽部材４ａ、４ｂを迂回してラミネートフィルム５、６に到達することがあったとしても、遮蔽部材４ａ、４ｂを迂回する間に高温物体のエネルギーは十分に低下しており、可燃性ガスを着火させる程の高エネルギーは備えていない。尚、既に説明した通り、正・負極延出部２ａ、２ｂが引き出されている電池要素２の第１の側面（本例では、電池要素２の短辺側の側面）から高温物体が放出されることはない。即ち、図２の紙面と直交する方向に高温物体が放出されることはない。
【００２８】
遮蔽部材４ａ、４ｂの形状、寸法および材料は、上記作用効果が得られるものであればよく、特定の形状などに限定されない。もっとも、遮蔽部材４ａ、４ｂの材料は、耐熱性材料であることが好ましく、難燃性／自己消火性／不燃性であることがさらに好ましい。また、電解液に難溶または不溶であることが好ましい。遮蔽部材４ａ、４ｂの好ましい材料を以下に例示する。
Ａ）耐熱性樹脂
ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンジアミンテレフタルアミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルといった高融点樹脂、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、架橋エポキシ樹脂などといった架橋された樹脂。
Ｂ）難燃性・自己消火性を有する樹脂
ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やフッ素ゴム、臭素化エポキシ樹脂、臭素化ポリカーボネート、塩素化ポリオレフィンといったハロゲン含有樹脂、リンを添加した樹脂。
Ｃ）非金属無機材料
炭素繊維やガラス繊維からなる織布あるいは不織布、炭素粉末やシリカ／アルミナの微粉末を付着させたシートなど。
Ｄ）金属材料
Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅ、ステンレスなど。
【００２９】
上記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからなる群から選ばれる組み合わせでの複合材料でもよいし、上記例示材料に、例示されていない材料を複合させてもよい。複合のさせ方としては、積層、添加、分散、めっき、合金化、ポリマーアロイ化などのいずれであってもよい。例えば、Ａｌとポリプロピレンの積層体（ラミネートフィルム）でもよい。
【００３０】
遮蔽部材４ａ、４ｂの材料として、金属材料や炭素などの導電性無機材料を用いる場合には、遮蔽部材４ａ、４ｂを正極または負極に接続してもよいし、どちらにも接続せず電位的に浮いた状態にしてもよい。
【００３１】
また、遮蔽部材４ａ、４ｂの材料として、正極板１１または負極板１２を構成している金属箔と同一材料を用いた場合には、正極板１１または負極板１２と遮蔽部材４ａ、４ｂとが同電位となり、遮蔽部材４ａ、４ｂの存在を電気的に無視することができる。
【００３２】
本例では、遮蔽部材４ａ、４ｂが電池要素２に固定された例について説明した。しかし、フィルム外装電池１の内部は真空引きされており、ラミネートフィルム５、６と電池要素２とは、略密着している。よって、電池要素２の最上層の負極板１２ａの表面に回りこんでいる遮蔽部材４ａ、４ｂの一辺は、該負極板１２ａとラミネートフィルム５とによって挟持される。また、電池要素２の最下層の負極板１２ｂの表面に回りこんでいる遮蔽部材４ａ、４ｂの他の一辺は、該負極板１２ｂとラミネートフィルム６とによって挟持される。従って、上記挟持によって遮蔽部材４ａ、４ｂの位置ずれが防止される場合には、遮蔽部材４ａ、４ｂを電池要素２に固定することは必ずしも必要ではない。
【００３３】
ラミネートフィルム５、６の熱溶着されている四辺のうちの少なくとも一辺には、内圧が所定圧以上に上昇すると自動的に開く安全弁を設けることができる。安全弁は、遮蔽部材４ａ、４ｂと対向する辺（ラミネートフィルム５、６の長辺）に設けることが望ましい。何故なら、ラミネートフィルム５、６の長辺に安全弁が設けられている場合、該安全弁と電池要素２の非遮蔽側面との間には遮蔽部材４ａ、４ｂが介在している。よって、安全弁が開いたとしても、該安全弁から高温物体が噴出すことはないか、噴出したとしても、その高温物体は可燃性ガスを着火させる程の高エネルギーを有していないからである。
（実施形態２）
以下、本発明のフィルム外装電気デバイスの実施形態の他例について説明する。本例のフィルム外装電気デバイスもフィルム外装電池であり、その基本構成は、実施形態１のフィルム外装電池と同一である。そこで、実施形態１のフィルム外装電池１Ａと共通する構成については説明を省略し、相違点についてのみ以下に説明する。
【００３４】
実施形態１のフィルム外装電池１Ａは、電池要素２とは別体の遮蔽部材４ａ、４ｂを備えていた。これに対し、本例のフィルム外装電池１Ｂでは、電池要素２が遮蔽部４ｃ、４ｄを備えている。そこで、本例のフィルム外装置電池１Ｂの横断面を示す図３を参照しつつ、遮蔽部４ｃ、４ｄについて詳細に説明する。
【００３５】
本例のフィルム外装電池１Ｂを構成している電池要素２も、セパレータ１０と、該セパレータ１０を介して交互に積層された複数の正極板１１および負極板１２とから構成されている。但し、最上層の負極板１２ａおよび最下層の負極板１２ｂは、他の負極板１２よりも幅広に形成されており、幅方向両側がセパレータ１０よりも外側に延出している。そして、セパレータ１０よりも外側に延出している負極板１２ａ、１２ｂの各拡張部１３が電池要素２の非遮蔽側面と、該側面と対向するラミネートフィルム５の内面との間において接合されて遮蔽部４ｃ、４ｄを形成している。
【００３６】
遮蔽部４ｃ、４ｄの作用効果は、実施形態１のフィルム外装電池１Ａが備える遮蔽部材４ａ、４ｂと同一である。すなわち、正・負極板１１、１２の層間において発生し、非遮蔽側面から放出された高温物体を遮り、該高温物体が外部に噴出すことを防止する。従って、上記作用効果が得られれば、負極板１２ａ、１２ｂの拡張部１３同士の接合方法は特定の方法に限定されるものではなく、接着、溶接、ホチキス留め、クリップ留めなどの任意の方法を採用することができる。また、負極板１２ａ、１２ｂの拡張部１３同士は気密に接合されている必要はなく、高温物体が通過可能な隙間などが生じない程度に接合されていればよい。
【００３７】
尚、最上層および最下層の負極板１２ａ、１２ｂのみでなく、全ての負極板１２に拡張部１３を形成し、それら拡張部を一括して接合して遮蔽部４ｃ、４ｄを形成することもできる。また、最上層の負極板１２ａまたは最下層の負極板１２ｂの一方に、最下層の負極板１２ｂまたは最上層の負極板１２ａにまで達するさらに幅広の拡張部を設け、該拡張部を電池要素２の非遮蔽側面とラミネートフィルム５との間を通して最下層の負極板１２ｂまたは最上層の負極板１２ａに回りこませることによって、遮蔽部４ｃ、４ｄを形成することもできる。
【００３８】
さらに、図４に示すように、最上層および最下層の負極板１２を連続する一枚の金属箔で形成することによって、該負極板１２のうち、電池要素２の非遮蔽側面と対向する領域を遮蔽部４ｃ、４ｄとして機能させることもできる。
【００３９】
また、本例では、電池要素２の最上層および最下層が負極板１２である場合について説明したが、電池要素２の最上層および最下層は正極板１１であってもよい。この場合、遮蔽部４ｃ、４ｄは正極板１１の一部によって形成される。
【００４０】
本明細書では、２枚のラミネートフィルムの対向する４辺が熱融着されている例について説明した。しかし、一枚のラミネートフィルムを中央で折り返して電池要素を包囲し、該フィルムの対向する３辺を熱融着することもできる。この場合、正・負極延出部が引き出されている電池要素の第１の側面以外の側面の少なくとも一つがラミネートフィルムの折り返し辺と対向することになる。しかし、ラミネートフィルムの折り返し辺が内圧や温度の上昇によって開封される可能性は極めて低い。従って、正・負極延出部が引き出されていない側面であっても、ラミネートフィルムの熱融着されている辺と近接していない辺には遮蔽部材や遮蔽部を設けなくてもよい。
【００４１】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、以下に、フィルム外装電池の各部の構成について補足する。
【００４２】
（正・負極リード）
正・負極リードは、その材料として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、燐青銅、真鍮、ステンレスなどを用いることができ、必要に応じて焼き鈍し処理を施してもよい。正・負極リードの厚さは、０．０８〜１．０ｍｍが好ましい。
【００４３】
正・負極リードに形成する被覆層の材料としては、例えば、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリ（エチレン−プロピレン）コポリマー、アイオノマーなどが使用可能である。
【００４４】
（外装体）
外装体としては、電解液が漏洩しないように電池要素を覆うことが可能であって柔軟性を有するものであれば特に限定されるものではないが、金属層と熱融着層とを積層したラミネートフィルムが特に好ましく用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着層を形成したものが使用できる。金属箔の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着層の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層の材料としては、ナイロンなどのポリアミド、ＰＥＴ、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、ポリプロピレンなどが使用できる。
【００４５】
（電池要素）
正極板は、放電時に正イオンを吸収するもの又は負イオンを放出するものであれば特に限定されず、（i）ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2等の金属酸化物、（ii）ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性高分子等の二次電池の正極材料として従来公知のものが使用できる。また、正極板に正極活物質（図示せず）を適当な結着剤や機能性材料と混合して形成することもできる。これらの結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有高分子等が、機能性材料としては、電子伝導性を確保するためのアセチレンブラック、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子、イオン伝導性を確保するための高分子電解質、それらの複合体等が挙げられる。
【００４６】
負極板は、カチオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に限定されず、天然黒鉛、石炭・石油ピッチ等を高温で熱処理して得られる黒鉛化炭素等の結晶質カーボン、石炭、石油ピッチコークス、アセチレンピッチコークス等を熱処理して得られる非晶質カーボン、金属リチウムやＡｌＬｉ等のリチウム合金など、二次電池の負極活物質として従来公知のものが使用できる。
【００４７】
電池要素に含浸される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、ｍ−クレゾール等の、二次電池の電解液として利用可能な極性の高い塩基性溶媒に、ＬｉやＫ、Ｎａ等のアルカリ金属のカチオンとＣｌＯ4-、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣＦ3ＳＯ3-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ-、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）3Ｃ-等のハロゲンを含む化合物のアニオンからなる塩を溶解したものが挙げられる。また、これらの塩基性溶媒からなる溶剤や電解質塩を単独、あるいは複数組み合わせて用いることもできる。また、電解液を含むポリマーゲルとしたゲル状電解質としてもよい。
【００４８】
以上はリチウムイオン二次電池としての材料系であるが、本発明は鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池にも応用しうるものである。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや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デバイス要素を外装体フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。
【００４９】
これまでは、電気デバイス要素が略長方形の電池要素である場合を例にとって本発明の実施形態について説明した。その結果、実施形態１および実施形態２では、電池要素の長辺側の側面が遮蔽部材によって覆われている。しかし、これまでの説明から明らかなように、本発明は、積層構造を有する電気デバイス要素の側面のうち、層間で発生した高温物体が積層領域外に放出される可能性のある側面を遮蔽手段によって覆うことを本質とする。従って、電気デバイス要素は電池要素に限定されない。また、電気デバイス要素の外形や寸法もこれまで説明した形状などに限定されるものではなく、遮蔽手段の形状や寸法も上記高温物体が放出される可能性のある電気デバイス要素の側面の形状および寸法に応じて適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のフィルム外装電池の実施形態の一例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示すフィルム外装電池の横断面図である。
【図３】本発明のフィルム外装電池の実施形態の他例を示す横断面図である。
【図４】本発明のフィルム外装電池の実施形態の他例を示す横断面図である。
【図５】従来のフィルム外装電池の基本構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１Ａ、１Ｂ フィルム外装電池
２ 電池要素
２ａ、２ｂ 正・負極延出部
３ａ、３ｂ 正・負極リード
４ａ、４ｂ 遮蔽部材
４ｃ、４ｄ 遮蔽部
５、６ ラミネートフィルム
７ 被覆部
１０ セパレータ
１１ 正極体
１２ 負極板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気デバイス要素が外装体フィルムによって被覆されたフィルム外装電気デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、正極板と負極板がセパレータを介して巻回または交互に積層された電池要素を電解液と共に外装体によって包囲した外装電池が携帯機器や電気自動車等の電源として用いられている。この種の外装電池は、過充電されたり、高温にさらされたりすると、内部の電解液が電気分解または熱分解されて可燃性ガスが発生し、内圧が上昇することがある。そこで、内圧が所定圧以上に上昇したときに自動的に開口して、可燃性ガスなどを外部に排気する安全弁が設けられることが多い。
【０００３】
しかし、外装電池が過充電されたり、高温にさらされたりしたときには、上記可燃性ガスと共に、高温の微粒子（以下「高温物体」）が発生することがある。具体的には、正極板と負極板との間に介在しているセパレータが熱によって溶解すると、正極と負極とが短絡するなどして高温物体が発生することがある。さらに、発生した高温物体が上記安全弁から外装体の外に放出されると、放出された高温物体が火種となって可燃性ガスが爆発的に燃焼する虞がある。そこで、電気要素が収容されている外装体の外に高温物体が放出されることを防止するための技術がこれまでにいくつか提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１には、正極、負極、セパレータが収容された角形の電池ケース内に、安全弁開口部から高温物体が放出されることを防止する遮断構造が設けられた角形非水電解液電池の安全構造が開示されている。また、特許文献２には、電池ケース内に収容された巻回電極体に、その中心部分から延び外周面部に開口する通路が形成されると共に、該通路の開口部が電気ケースに設けられた安全弁から離間した位置に設けられたことを特徴とする二次電池が開示されている。
【０００５】
上記の例では、箱型の外装ケースが用いられており、薄型であるとは言えない。しかしながら、携帯機器や電気自動車等の電源として用いられる外装電池には、軽量化、薄型化が強く要求されている。そこで、外装体に関しても、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体として、金属薄膜フィルム、また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用いられるようになった。
【０００６】
上記ラミネートフィルムの代表的な例としては、金属薄膜であるアルミニウム薄膜の両面にポリプロピレンやナイロンなどの樹脂フィルムを積層した３層ラミネートフィルムが挙げられる。
【０００７】
外装体にラミネートフィルムを用いたフィルム外装電池では、正極板および負極板がセパレータを介して積層された電池要素がラミネートフィルムによって包囲され、該ラミネートフィルムの周縁部が気密に熱融着されている。さらに、電池要素の正極および負極をラミネートフィルムの外部へ引き出すために、一端が正極板又は負極板に接続され、他端がラミネートフィルムの外に引き出された正極リードおよび負極リードが設けられている。上記セパレータとしては、ポリオレフィン等の熱可塑性樹脂を用いて形成した多孔性フィルムなどが用いられるのが一般的である。
【０００８】
図５を参照しながら従来のフィルム外装電池の構造についてさらに詳しく説明する。図５は、従来のフィルム外装電池の縦断面図である。
【０００９】
フィルム外装電池３０１は、電池要素３０２と、電池要素３０２を電解液とともに収納する外装体とを有する。電池要素３０２は、複数の正極板と複数の負極板とがセパレータを介して交互に積層されたものである。各正極板は、アルミニウム箔に正極材料を塗布したものであり、各負極板は、銅箔に負極材料を塗布したものであり、それぞれの箔の未塗装部が積層領域よりも外側に延出している。そして、電極材料が塗布されていない各正極板の延出部（正極延出部３０３ａ）は、一括して正極リード３０４ａに接合されている。また、電極材料が塗布されていない各負極板の延出部（負極延出部３０３ｂ）は、一括して負極リード３０４ｂに接合されている。尚、正・負極延出部３０３ａ、３０３ｂの接合には、一般的に超音波溶接が用いられる。また、正極リード３０４ａ、負極リード３０４ｂは、アルミニウム板、銅板を所定サイズに切断することにより作製される。
【００１０】
外装体は、電池要素３０２をその厚み方向両側から挟んで包囲する２枚のラミネートフィルム３０５、３０６からなる。各ラミネートフィルム３０５、３０６は、熱融着層（ポリプロピレン層）３１０、金属層（アルミニウム層）３１１、および保護層（ナイロン層）３１２を積層してなるものである。各ラミネートフィルム３０５、３０６は、熱融着層３１０が内側となる向きで電池要素３０２を包囲すると共に、対向する互いの熱融着層３１０の周縁部同士が熱融着されている。
【特許文献１】特開２００４−３０９４６号公報
【特許文献１】特開２００４−３４９２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記構造を有するフィルム外装電池についても、内部で発生した高温物体が外装体の外に放出されることを防止する必要があり、この点は外装体が金属缶である従来の外装電池と変わらない。
【００１２】
しかし、外装体が金属缶、少なくとも剛性を有するケースであることを前提とする従来技術をフィルム外装電池に適用することには数々の問題がある。例えば、金属缶などは十分な強度を備えているので、上昇した内圧や熱によって外装体が破壊されるなどして、安全弁以外の位置で外装体が内外連通する虞はない。従って、安全弁から高温物体が放出されることのみを防止すれば足りる。一方、フィルム外装電池では、上昇した内圧や熱によって、ラミネートフィルム同士の熱融着が破壊され、安全弁以外の意図しない位置でラミネートフィルムが開封する虞がある。よって、安全弁から高温物体が放出されることを防止する構造を採用するのみでは不十分である。
【００１３】
また、フィルム外装電池は、薄型であることを大きな利点の一つとしている。従って、高温物体が外装体の外に放出されることを防止するための構造を設けるに際しては、厚みの増加を回避し、上記利点が損なわれないようにする必要がある。
【００１４】
さらに、電池要素の対向する二辺から引き出された複数の正極延出部および負極延出部は、それぞれ正極リード及び負極リードに一括して接合されて重ねられている。従って、正・負極板の層間で発生した高温物体が正・負極延出部の引き出し方向に放出されることはなく、高温物体は正・負極延出部の引き出し方向と交差する方向にのみ放出される、との特徴を有する。
【００１５】
本発明の目的は、フィルム外装電気デバイスの特徴を踏まえ、かつ、該デバイスの利点を損なうことなく、高温物体の外部への放出を確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のフィルム外装電気デバイスは、セパレータを介して交互に積層された複数の正極板および負極板から引き出された複数の正極延出部および負極延出部が正極リードまたは負極リードにそれぞれ一括して接合された電気デバイス要素が外装体フィルムによって包囲され、その外装体フィルムの少なくとも一辺が熱融着されているフィルム外装電気デバイスであって、電気デバイス要素の側面のうち、正極延出部および負極延出部が引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、外装体フィルムの熱融着されている辺と近接している第２の側面と、外装体フィルムの内面との間に、第２の側面から放出された高温物体を遮る遮蔽手段が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
前記遮蔽手段の一つは、電気デバイス要素の第２の側面を覆う電気デバイス要素とは別体のシート状またはフィルム状の部材によって実現することができる。
【００１８】
前記遮蔽手段の他の一つは、２以上の正極板または負極板のセパレータよりも外側に延出している一部を接合して、前記第２の側面を覆う遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【００１９】
前記遮蔽手段の他の一つは、セパレータよりも外側に延出している最上層の正極板または負極板の一部と、セパレータよりも外側に延出している最下層の正極板または負極板の一部とを接合して、電気デバイス要素の第２の側面を覆う遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【００２０】
前記遮蔽手段の他の一つは、セパレータよりも外側に延出し、電気デバイス要素の第２の側面と外装体フィルムの内面との間を通って、最下層または最上層の正極板または負極板に達する最上層または最下層の正極板または負極板の一部によって遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【００２１】
前記遮蔽手段の他の一つは、電気デバイス要素の最上層および最下層を形成している単一の正極板または負極板の一部によって遮蔽部を形成することによって実現可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、外装体フィルムの熱融着されている辺の如何なる領域が開口したとしても、該開口部から高エネルギーの高温物体が外部に放出されることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（実施形態１）
以下、本発明のフィルム外装電気デバイスの実施形態の一例について説明する。本例のフィルム外装電気デバイスは、電池要素がフィルム状の外装体によって包囲されたフィルム外装電池である。
【００２４】
図１は、本例のフィルム外装電池の分解斜視図であり、図２は、横断面図である。本例のフィルム外装電池１Ａは、電池要素２と、電池要素２を不図示の電解液とともに収納する外装体フィルムと、電池要素２の正極に接続された正極リード３ａと、負極に接続された負極リード３ｂと、電池要素２の対向する２つの長辺に沿って配置された遮蔽部材４ａ、４ｂとを有し、外装体フィルムは、２枚のラミネートフィルム５、６から構成されている。
【００２５】
電池要素２は、セパレータ１０と、該セパレータ１０を介して交互に積層された複数の正極板１１および負極板１２とから構成されている。より具体的には、各正極板１１は、略長方形のアルミニウム箔に正極材料を塗布したものであり、各負極板１２は、略長方形の銅箔に負極材料を塗布したものである。それぞれの箔の長手方向両外側には、電極材料が塗布されていない未塗装部分が設けられており、該未塗装部分が積層領域よりも外側に延出して正・負極延出部２ａ、２ｂをそれぞれ形成している。換言すれば、電池要素２の一方の短辺から複数の正極延出部２ａが引き出され、他方の短辺から複数の負極延出部２ｂが引き出されている。さらに、各正極２ａ延出部は、一括して正極リード３ａの後部に超音波溶接によって接合され、各負極延出部２ｂは、一括して負極リード３ｂの後部に超音波溶接によって接合されている。ここで、正極リード３ａおよび負極リード３ｂの表裏面には、ラミネートフィルム５、６との融着性を向上させるべく、熱融着性樹脂（本例ではポリプロピレン）を帯状に塗布して被覆部７が形成されている。また、正・負極リード３ａ、３ｂの被覆部７は、正・負極延出部２ａ、２ｂが接合されている位置よりも各リード３ａ、３ｂの先端寄りの位置に形成されている。
【００２６】
外装体フィルムを構成する２枚のラミネートフィルム５、６は、電池要素２をその厚み方向両側から挟んで包囲している。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着層、金属層および保護層の３層からなる。本例では、熱融着層をＰＰ（ポリプロピレン）によって、金属層をアルミニウムによって、保護層をナイロンまたはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）によって形成してある。各ラミネートフィルム５、６は、熱融着層が内側となる向きで電池要素２を包囲しており、対向する熱融着層の周縁同士が気密に熱融着されている。また、各ラミネートフィルム５、６の熱融着層の周縁のうち、正、負極リード３ａ、３ｂと対向する領域は、各リード３ａ、３ｂに形成されている被覆層７に熱融着されている。
【００２７】
各遮蔽部材４ａ、４ｂは、電池要素２の側面のうち、正極延出部２ａおよび負極延出部２ｂが引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、熱融着されているラミネートフィルム５、６の周縁に近接している第２の側面（本例では、電池要素２の長辺側の側面であり、以下「非遮蔽側面」と称する。）を覆うことが可能な寸法および形状を有するシート状またはフィルム状の部材である。各遮蔽部材４ａ、４ｂは、対向する一辺が電池要素２の最上層の負極板１２ａの表面に固定され、他辺が最下層の負極板１２ｂの表面に固定されており、電池要素２の非遮蔽側面をその外側から取り囲むようにして覆っている（図２参照）。よって、電池要素２の正・負極板１１、１２の層間で発生した高温物体が該電池要素２の非遮蔽側面から放出されたとしても、即ち、図２の紙面左右方向へ放出されたとしても、その高温物体は遮蔽部材４ａ、４ｂによって遮られ、ラミネートフィルム５、６に達することはなく、仮に、遮蔽部材４ａ、４ｂと対向するラミネートフィルム５、６の周縁が開封されていたいとしても、高温物体が外部に噴出すことはない。さらには、万一、電池要素２から放出された高温物体が遮蔽部材４ａ、４ｂを迂回してラミネートフィルム５、６に到達することがあったとしても、遮蔽部材４ａ、４ｂを迂回する間に高温物体のエネルギーは十分に低下しており、可燃性ガスを着火させる程の高エネルギーは備えていない。尚、既に説明した通り、正・負極延出部２ａ、２ｂが引き出されている電池要素２の第１の側面（本例では、電池要素２の短辺側の側面）から高温物体が放出されることはない。即ち、図２の紙面と直交する方向に高温物体が放出されることはない。
【００２８】
遮蔽部材４ａ、４ｂの形状、寸法および材料は、上記作用効果が得られるものであればよく、特定の形状などに限定されない。もっとも、遮蔽部材４ａ、４ｂの材料は、耐熱性材料であることが好ましく、難燃性／自己消火性／不燃性であることがさらに好ましい。また、電解液に難溶または不溶であることが好ましい。遮蔽部材４ａ、４ｂの好ましい材料を以下に例示する。
Ａ）耐熱性樹脂
ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリパラフェニレンジアミンテレフタルアミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステルといった高融点樹脂、架橋ポリエチレン、架橋ポリプロピレン、架橋エポキシ樹脂などといった架橋された樹脂。
Ｂ）難燃性・自己消火性を有する樹脂
ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やフッ素ゴム、臭素化エポキシ樹脂、臭素化ポリカーボネート、塩素化ポリオレフィンといったハロゲン含有樹脂、リンを添加した樹脂。
Ｃ）非金属無機材料
炭素繊維やガラス繊維からなる織布あるいは不織布、炭素粉末やシリカ／アルミナの微粉末を付着させたシートなど。
Ｄ）金属材料
Ａｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｆｅ、ステンレスなど。
【００２９】
上記Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄからなる群から選ばれる組み合わせでの複合材料でもよいし、上記例示材料に、例示されていない材料を複合させてもよい。複合のさせ方としては、積層、添加、分散、めっき、合金化、ポリマーアロイ化などのいずれであってもよい。例えば、Ａｌとポリプロピレンの積層体（ラミネートフィルム）でもよい。
【００３０】
遮蔽部材４ａ、４ｂの材料として、金属材料や炭素などの導電性無機材料を用いる場合には、遮蔽部材４ａ、４ｂを正極または負極に接続してもよいし、どちらにも接続せず電位的に浮いた状態にしてもよい。
【００３１】
また、遮蔽部材４ａ、４ｂの材料として、正極板１１または負極板１２を構成している金属箔と同一材料を用いた場合には、正極板１１または負極板１２と遮蔽部材４ａ、４ｂとが同電位となり、遮蔽部材４ａ、４ｂの存在を電気的に無視することができる。
【００３２】
本例では、遮蔽部材４ａ、４ｂが電池要素２に固定された例について説明した。しかし、フィルム外装電池１の内部は真空引きされており、ラミネートフィルム５、６と電池要素２とは、略密着している。よって、電池要素２の最上層の負極板１２ａの表面に回りこんでいる遮蔽部材４ａ、４ｂの一辺は、該負極板１２ａとラミネートフィルム５とによって挟持される。また、電池要素２の最下層の負極板１２ｂの表面に回りこんでいる遮蔽部材４ａ、４ｂの他の一辺は、該負極板１２ｂとラミネートフィルム６とによって挟持される。従って、上記挟持によって遮蔽部材４ａ、４ｂの位置ずれが防止される場合には、遮蔽部材４ａ、４ｂを電池要素２に固定することは必ずしも必要ではない。
【００３３】
ラミネートフィルム５、６の熱溶着されている四辺のうちの少なくとも一辺には、内圧が所定圧以上に上昇すると自動的に開く安全弁を設けることができる。安全弁は、遮蔽部材４ａ、４ｂと対向する辺（ラミネートフィルム５、６の長辺）に設けることが望ましい。何故なら、ラミネートフィルム５、６の長辺に安全弁が設けられている場合、該安全弁と電池要素２の非遮蔽側面との間には遮蔽部材４ａ、４ｂが介在している。よって、安全弁が開いたとしても、該安全弁から高温物体が噴出すことはないか、噴出したとしても、その高温物体は可燃性ガスを着火させる程の高エネルギーを有していないからである。
（実施形態２）
以下、本発明のフィルム外装電気デバイスの実施形態の他例について説明する。本例のフィルム外装電気デバイスもフィルム外装電池であり、その基本構成は、実施形態１のフィルム外装電池と同一である。そこで、実施形態１のフィルム外装電池１Ａと共通する構成については説明を省略し、相違点についてのみ以下に説明する。
【００３４】
実施形態１のフィルム外装電池１Ａは、電池要素２とは別体の遮蔽部材４ａ、４ｂを備えていた。これに対し、本例のフィルム外装電池１Ｂでは、電池要素２が遮蔽部４ｃ、４ｄを備えている。そこで、本例のフィルム外装置電池１Ｂの横断面を示す図３を参照しつつ、遮蔽部４ｃ、４ｄについて詳細に説明する。
【００３５】
本例のフィルム外装電池１Ｂを構成している電池要素２も、セパレータ１０と、該セパレータ１０を介して交互に積層された複数の正極板１１および負極板１２とから構成されている。但し、最上層の負極板１２ａおよび最下層の負極板１２ｂは、他の負極板１２よりも幅広に形成されており、幅方向両側がセパレータ１０よりも外側に延出している。そして、セパレータ１０よりも外側に延出している負極板１２ａ、１２ｂの各拡張部１３が電池要素２の非遮蔽側面と、該側面と対向するラミネートフィルム５の内面との間において接合されて遮蔽部４ｃ、４ｄを形成している。
【００３６】
遮蔽部４ｃ、４ｄの作用効果は、実施形態１のフィルム外装電池１Ａが備える遮蔽部材４ａ、４ｂと同一である。すなわち、正・負極板１１、１２の層間において発生し、非遮蔽側面から放出された高温物体を遮り、該高温物体が外部に噴出すことを防止する。従って、上記作用効果が得られれば、負極板１２ａ、１２ｂの拡張部１３同士の接合方法は特定の方法に限定されるものではなく、接着、溶接、ホチキス留め、クリップ留めなどの任意の方法を採用することができる。また、負極板１２ａ、１２ｂの拡張部１３同士は気密に接合されている必要はなく、高温物体が通過可能な隙間などが生じない程度に接合されていればよい。
【００３７】
尚、最上層および最下層の負極板１２ａ、１２ｂのみでなく、全ての負極板１２に拡張部１３を形成し、それら拡張部を一括して接合して遮蔽部４ｃ、４ｄを形成することもできる。また、最上層の負極板１２ａまたは最下層の負極板１２ｂの一方に、最下層の負極板１２ｂまたは最上層の負極板１２ａにまで達するさらに幅広の拡張部を設け、該拡張部を電池要素２の非遮蔽側面とラミネートフィルム５との間を通して最下層の負極板１２ｂまたは最上層の負極板１２ａに回りこませることによって、遮蔽部４ｃ、４ｄを形成することもできる。
【００３８】
さらに、図４に示すように、最上層および最下層の負極板１２を連続する一枚の金属箔で形成することによって、該負極板１２のうち、電池要素２の非遮蔽側面と対向する領域を遮蔽部４ｃ、４ｄとして機能させることもできる。
【００３９】
また、本例では、電池要素２の最上層および最下層が負極板１２である場合について説明したが、電池要素２の最上層および最下層は正極板１１であってもよい。この場合、遮蔽部４ｃ、４ｄは正極板１１の一部によって形成される。
【００４０】
本明細書では、２枚のラミネートフィルムの対向する４辺が熱融着されている例について説明した。しかし、一枚のラミネートフィルムを中央で折り返して電池要素を包囲し、該フィルムの対向する３辺を熱融着することもできる。この場合、正・負極延出部が引き出されている電池要素の第１の側面以外の側面の少なくとも一つがラミネートフィルムの折り返し辺と対向することになる。しかし、ラミネートフィルムの折り返し辺が内圧や温度の上昇によって開封される可能性は極めて低い。従って、正・負極延出部が引き出されていない側面であっても、ラミネートフィルムの熱融着されている辺と近接していない辺には遮蔽部材や遮蔽部を設けなくてもよい。
【００４１】
以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、以下に、フィルム外装電池の各部の構成について補足する。
【００４２】
（正・負極リード）
正・負極リードは、その材料として、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｆｅ、燐青銅、真鍮、ステンレスなどを用いることができ、必要に応じて焼き鈍し処理を施してもよい。正・負極リードの厚さは、０．０８〜１．０ｍｍが好ましい。
【００４３】
正・負極リードに形成する被覆層の材料としては、例えば、酸変性ポリプロピレン、酸変性ポリエチレン、酸変性ポリ（エチレン−プロピレン）コポリマー、アイオノマーなどが使用可能である。
【００４４】
（外装体）
外装体としては、電解液が漏洩しないように電池要素を覆うことが可能であって柔軟性を有するものであれば特に限定されるものではないが、金属層と熱融着層とを積層したラミネートフィルムが特に好ましく用いられる。この種のラミネートフィルムとしては、例えば、厚さ１０μｍ〜１００μｍの金属箔に厚さ３μｍ〜２００μｍの熱融着層を形成したものが使用できる。金属箔の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｔｉ系合金、Ｆｅ、ステンレス、Ｍｇ系合金などが使用できる。熱融着層の材料としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル等、ポリアミド、エチレン−酢酸ビニル共重合体などが使用できる。また、保護層の材料としては、ナイロンなどのポリアミド、ＰＥＴ、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル、ポリプロピレンなどが使用できる。
【００４５】
（電池要素）
正極板は、放電時に正イオンを吸収するもの又は負イオンを放出するものであれば特に限定されず、（i）ＬｉＭｎＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2等の金属酸化物、（ii）ポリアセチレン、ポリアニリン等の導電性高分子等の二次電池の正極材料として従来公知のものが使用できる。また、正極板に正極活物質（図示せず）を適当な結着剤や機能性材料と混合して形成することもできる。これらの結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等のハロゲン含有高分子等が、機能性材料としては、電子伝導性を確保するためのアセチレンブラック、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子、イオン伝導性を確保するための高分子電解質、それらの複合体等が挙げられる。
【００４６】
負極板は、カチオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に限定されず、天然黒鉛、石炭・石油ピッチ等を高温で熱処理して得られる黒鉛化炭素等の結晶質カーボン、石炭、石油ピッチコークス、アセチレンピッチコークス等を熱処理して得られる非晶質カーボン、金属リチウムやＡｌＬｉ等のリチウム合金など、二次電池の負極活物質として従来公知のものが使用できる。
【００４７】
電池要素に含浸される電解液としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ―ブチロラクトン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、ｍ−クレゾール等の、二次電池の電解液として利用可能な極性の高い塩基性溶媒に、ＬｉやＫ、Ｎａ等のアルカリ金属のカチオンとＣｌＯ4-、ＢＦ4-、ＰＦ6-、ＣＦ3ＳＯ3-、（ＣＦ3ＳＯ2）2Ｎ-、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）2Ｎ-、（ＣＦ3ＳＯ2）3Ｃ-、（Ｃ2Ｆ5ＳＯ2）3Ｃ-等のハロゲンを含む化合物のアニオンからなる塩を溶解したものが挙げられる。また、これらの塩基性溶媒からなる溶剤や電解質塩を単独、あるいは複数組み合わせて用いることもできる。また、電解液を含むポリマーゲルとしたゲル状電解質としてもよい。
【００４８】
以上はリチウムイオン二次電池としての材料系であるが、本発明は鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池にも応用しうるものである。さらに、本発明は、電気二重層キャパシタなどのキャパシタや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デバイス要素を外装体フィルムで封止した電気デバイスにも適用可能である。
【００４９】
これまでは、電気デバイス要素が略長方形の電池要素である場合を例にとって本発明の実施形態について説明した。その結果、実施形態１および実施形態２では、電池要素の長辺側の側面が遮蔽部材によって覆われている。しかし、これまでの説明から明らかなように、本発明は、積層構造を有する電気デバイス要素の側面のうち、層間で発生した高温物体が積層領域外に放出される可能性のある側面を遮蔽手段によって覆うことを本質とする。従って、電気デバイス要素は電池要素に限定されない。また、電気デバイス要素の外形や寸法もこれまで説明した形状などに限定されるものではなく、遮蔽手段の形状や寸法も上記高温物体が放出される可能性のある電気デバイス要素の側面の形状および寸法に応じて適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のフィルム外装電池の実施形態の一例を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示すフィルム外装電池の横断面図である。
【図３】本発明のフィルム外装電池の実施形態の他例を示す横断面図である。
【図４】本発明のフィルム外装電池の実施形態の他例を示す横断面図である。
【図５】従来のフィルム外装電池の基本構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１Ａ、１Ｂ フィルム外装電池
２ 電池要素
２ａ、２ｂ 正・負極延出部
３ａ、３ｂ 正・負極リード
４ａ、４ｂ 遮蔽部材
４ｃ、４ｄ 遮蔽部
５、６ ラミネートフィルム
７ 被覆部
１０ セパレータ
１１ 正極体
１２ 負極板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して交互に積層された複数の正極板および負極板から引き出された複数の正極延出部および負極延出部が正極リードまたは負極リードにそれぞれ一括して接合された電気デバイス要素が外装体フィルムによって包囲され、その外装体フィルムの少なくとも一辺が熱融着されているフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記電気デバイス要素の側面のうち、前記正極延出部および前記負極延出部が引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、前記外装体フィルムの熱融着されている辺と近接している第２の側面と、前記外装体フィルムの内面との間に、前記第２の側面から放出された高温物体を遮る遮蔽手段が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２】
前記遮蔽手段が、前記第２の側面を覆う前記電気デバイス要素とは別体のシート状またはフィルム状の部材であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項３】
前記遮蔽手段が、２以上の前記正極板または前記負極板の前記セパレータよりも外側に延出している一部を接合してなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項４】
前記遮蔽手段が、前記セパレータよりも外側に延出している最上層の正極板または負極板の一部と、前記セパレータよりも外側に延出している最下層の正極板または負極板の一部とを接合してなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項５】
前記遮蔽手段が、前記セパレータよりも外側に延出し、前記第２の側面と前記外装体フィルムの内面との間を通って、最下層または最上層の正極板または負極板に達する最上層または最下層の正極板または負極板の一部からなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項６】
前記遮蔽手段が、前記電気デバイス要素の最上層および最下層を形成している単一の正極板または負極板の一部からなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項１】
セパレータを介して交互に積層された複数の正極板および負極板から引き出された複数の正極延出部および負極延出部が正極リードまたは負極リードにそれぞれ一括して接合された電気デバイス要素が外装体フィルムによって包囲され、その外装体フィルムの少なくとも一辺が熱融着されているフィルム外装電気デバイスにおいて、
前記電気デバイス要素の側面のうち、前記正極延出部および前記負極延出部が引き出されている第１の側面以外の側面であって、かつ、前記外装体フィルムの熱融着されている辺と近接している第２の側面と、前記外装体フィルムの内面との間に、前記第２の側面から放出された高温物体を遮る遮蔽手段が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２】
前記遮蔽手段が、前記第２の側面を覆う前記電気デバイス要素とは別体のシート状またはフィルム状の部材であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項３】
前記遮蔽手段が、２以上の前記正極板または前記負極板の前記セパレータよりも外側に延出している一部を接合してなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項４】
前記遮蔽手段が、前記セパレータよりも外側に延出している最上層の正極板または負極板の一部と、前記セパレータよりも外側に延出している最下層の正極板または負極板の一部とを接合してなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項５】
前記遮蔽手段が、前記セパレータよりも外側に延出し、前記第２の側面と前記外装体フィルムの内面との間を通って、最下層または最上層の正極板または負極板に達する最上層または最下層の正極板または負極板の一部からなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１記載のフィルム外装電気デバイス。
【請求項６】
前記遮蔽手段が、前記電気デバイス要素の最上層および最下層を形成している単一の正極板または負極板の一部からなる遮蔽部であることを特徴とする請求項１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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３１７４８１（Ｐ２００７−３１７４８１Ａ）
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１４５２９９（Ｐ２００６−１４５２９９）
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（３０２０３６８６２）ＮＥＣラミリオンエナジー株式会社 (37)
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【出願人】（３０２０３６８６２）ＮＥＣラミリオンエナジー株式会社 (37)
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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