二次電池のセルケース

【課題】外気温の影響を抑制するとともに、外部からの水分の透過を防止し、且つケース内部で局所的に集中する圧力を分散させることが可能な二次電池のセルケースを提供する。
【解決手段】セルケース３を、樹脂からなり外面側を構成する第一層３１と、樹脂からなり内面側を構成する第三層３３と、第一層３１と第三層３３との間に設けられ多数の中空部３２ａを有する第二層３２とから構成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池に係り、詳しくは二次電池のセルケースに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への意識の向上などから二次電池の需要が高まっている。二次電池は、例えばハイブリット車の車載用としてモジュール化されており、一つのモジュールは、例えば薄膜状の正極、負極及びセパレータを重ねあわせて巻きまわした電極束をセルケースに入れ電解液とともに密閉して一つの電池セルを形成し、この電池セルを複数個束ねることで構成されている。
【０００３】
そして、このような二次電池においては、一般的にセルケースとして金属製のケースが用いられている。
しかし、金属製のケースを用いた場合、二次電池の重量が増加してしまうという問題があった。このような場合、二次電池重量に占めるセルケースの重量割合が増加するため、重量エネルギー密度が低下する。
また、金属製のケースは、セル内部の温度が外気温の影響を受けやすくなるという問題があった。外気温の影響を受けてセル内部の温度が高温となった場合は電極を構成する材料が溶け出し、電池性能が低下することが知られている。また、外気温の影響を受けてセル内部の温度が低温となった場合は、電池内の反応バランスが崩れ、電池の性能が低下するおそれがあった。
【０００４】
一方、二次電池の高性能化・小型化・軽量化の要求から、今後益々電池の高容量化・高出力化の流れが高まることが予想される。そこで、上述した金属製のケースによる問題点を解決することに加えて、前述の高容量化・高出力化を実現するものとして樹脂製のケースを用いることが検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ニッケル水素電池の電池ケースとして、樹脂製電池ケースの側部の一部外面上に、バインダーとしての役割を果たす第一の樹脂層を介して、水素分子や水蒸気の漏れを防止するためのガスバリアとしての役割を果たす第二の樹脂層を一体的に形成し、さらにその上に樹脂層の表面を腐食から保護する役割を果たす第三の樹脂層を形成したものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、現在検討されている樹脂製のケースは、耐電解液性を優先すると外部から水分を透過しやすくなるという問題があった。水分を透過すると非水系電解液が水分と反応して保存安定性が低下するおそれがあり、特に高温になった場合は水分透過量が多く、現状では樹脂製のケースを実用化するには至っていない。
【０００８】
特許文献１に開示されている発明においても、ケース側部の一部外面上に水素分子や水蒸気の漏れを防止する樹脂層を形成しているものの、この樹脂層を形成した部分以外の箇所においては水分の透過が生じるおそれがあるという問題がある。
【０００９】
さらに、二次電池においては、使用するにつれて内圧が上昇し、ケース内部に局所的に圧力が集中することが周知となっているが、このようにケース内部に局所的に圧力が集中すると、活物質が脱離する等、構造の劣化が生じ、局所的に性能が低下するおそれがあるという問題があった。
【００１０】
このようなことから本発明は、外気温の影響を抑制するとともに、外部からセルケース内部への水分の透過を防止し、且つセルケース内部で局所的に集中する圧力を分散させることが可能な二次電池のセルケースを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための第１の発明に係る二次電池のセルケースは、樹脂からなり外面側を構成する外層と、樹脂からなり内面側を構成する内層と、前記外層と前記内層との間に設けられ中空部を有する空気含有層とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記の課題を解決するための第２の発明に係る二次電池のセルケースは、第１の発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記空気含有層が、樹脂又は金属からなることを特徴とする。
【００１３】
上記の課題を解決するための第３の発明に係る二次電池のセルケースは、第１または第２の発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記中空部は、電池の温度上昇領域に応じて前記空気含有層内で分散密度が異なることを特徴とする。
【００１４】
上記に課題を解決するための第４の発明に係る二次電池のセルケースは、第１ないし第３のいずれかの発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記外層が、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、又はアモルファスポリオレフィンからなる水分透過防止層であることを特徴とする。
【００１５】
上記の課題を解決するための第５の発明に係る二次電池のセルケースは、第１ないし第４のいずれかの発明に係る二次電池のセルケースにおいて、前記内層が、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はポリエーテルイミドからなる耐電解液層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述した第１の発明に係る二次電池のセルケースによれば、樹脂からなり外面側を構成する外層と、樹脂からなり内面側を構成する内層と、外層と内層との間に設けられ中空部を有する空気含有層とを備えるので、外気温の影響を抑制するとともに、外部からの水分の透過を防止し、且つケース内部に局所的に集中する圧力を分散させることが可能となる。また、空気含有層を設けたことによりセルケースの外部からの水分の透過を防止することができるので、外層および内層に樹脂を用いることが可能となり金属製のケースを用いる場合に比較して軽量化が可能となる。
【００１７】
第２の発明に係る二次電池のセルケースによれば、空気含有層が、樹脂又は金属からなるので、空気含有層の形成を容易に行うことができる。
【００１８】
第３の発明に係る二次電池のセルケースによれば、中空部は、電池の温度上昇領域に応じて空気含有層内で分散密度が異なるので、外気温の影響を効率よく低減することができる。
【００１９】
第４の発明に係る二次電池のセルケースによれば、外層が、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、又はアモルファスポリオレフィンからなる水分透過防止層であるので、セルケース内部への水分の透過をより確実に防止することができる。
【００２０】
第５の発明に係る二次電池のセルケースによれば、内層が、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はポリエーテルイミドからなる耐電解液層であるので、セルケース内部から電解液層が漏出することをより確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係る二次電池のセルケースを示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ部拡大図である。
【図４】図２のＩＶ部拡大図である。
【図５】本発明の実施例に係る二次電池のセルケースの空気含有層の中空部と電極束との位置関係の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明に係る二次電池のセルケースの詳細を説明する。
【実施例】
【００２３】
図１ないし図４を用いて本発明に係る二次電池のセルケースの一実施例を説明する。
図１及び図２に示すように、本実施例に係る二次電池のセル（以下、電池セルという）１は、電極束２をセルケース３に入れ、電解液４とともに密閉して構成されている。電池セル１の上部両端には、正極から伸びた正極端子５及び負極から伸びた負極端子６がそれぞれ設けられている。
【００２４】
図３に示すように、電極束２は、薄膜状の正極２１、負極２２及びこれら正極２１と負極２２とを絶縁するように正極２１と負極２２との間で挟持されたセパレータ２３を重ねあわせたものを巻きまわしてなるものである。正極２１は正極集電体２１ａ及びこの正極集電体２１ａの両面に塗布された正極活物質２１ｂから構成され、負極２２は負極集電体２２ａ及びこの負極集電体２２ａの両面に塗布された負極活物質２２ｂから構成されている。
【００２５】
そして、図４に示すように、セルケース３は該セルケース３の外面側を構成する外層としての第一層３１、第一層３１の内側に位置する空気含有層としての第二層３２、および第二層３２の内側に位置しセルケース３の内面側を構成する内層としての第三層３３からなる三層構造を有している。換言すると、セルケース３の外面側に設けられた第一層３１と、セルケース３の内面側に設けられた第三層３３との間に第二層３２を設けた構成となっている。
【００２６】
第一層３１は、樹脂製であって例えば水分を透過しないようにポリオレフィンから構成された水分透過防止層となっている。第二層３２は、例えば樹脂製であって第一層３１と同様、水分を透過しないようにポリオレフィンから構成され、且つ層内に多数の中空部３２ａを有している。中空部３２ａは、例えば層内に多数のマイクロカプセルを分散させることにより気泡を形成する等により構成することができる。第三層３３は、樹脂製であって例えば耐電解液性を有するようにポリスチレンから構成された耐電解液層となっている。
【００２７】
なお、本実施例においては便宜上、正極端子５、負極端子６が設けられている側を上として説明を行ったが、実際に使用する場合にどちらを上側として位置するかは任意である。
【００２８】
上述した本実施例に係る二次電池によれば、セルケース３の外面側を構成する第一層３１と、セルケース３の内面側を構成する第三層３３との間に多数の中空部３２ａを有する第二層３２を設けたことにより、セルケース３外部からの水分の透過および外気温の影響を第二層３２において遮断することができるとともに、中空部３２ａにより内部圧力を吸収して圧力の局在化を防止することができる。
【００２９】
さらに、第一層３１及び第二層３２を水分を透過しないポリオレフィンから構成し、第三層３３を耐電解液性を有するポリスチレンから構成すれば、セルケース３外部からの水分の透過をより確実に防止するとともに、セルケース３内部から電解液が漏出することを確実に防止することができる。また、第一層３１及び第三層３３を樹脂により構成することにより金属製のケースを用いる場合に比較して電池セル１の重量を軽量化することが可能となる。
【００３０】
なお、図４では中空部３２ａを第二層３２内に均一に分散させる例を示したが、中空部３２ａの配分は図４に示した例に限定されるものではなく、例えば、セルケース３の剛性が比較的低い部分に中空部３２ａを多く分散させて圧力の影響をより効率よく低減してもよい。また、電極束の中央部は温度が上昇しやすいことが周知となっているので、図５に示すように、温度上昇領域にあたる電極束２の中央部に対応するセルケース３の側面中央部（図５の一点鎖線で囲んだ部分）に中空部３２ａを多く分散させて外気温の影響を効率よく低減してもよい。このように、中空部３２ａは目的に応じて分散密度を変えることが可能である。
【００３１】
また、上述した実施例では第二層３２を樹脂から構成する例を示したが、第二層３２を構成する材質は樹脂に限定されるものではなく、例えば、箔状の金属を波形に形成する等により段ボール紙のように中空部を付与する、又は空気を含有する木材や軽石のような天然素材を用いるなど、第一層３１と第三層３３の間に中空部を有する第二層３２を設けることができる材質であればよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３２】
また、第一層３１の材料としてポリオレフィンを用いる例を示したが、第一層３１の材料としてはポリオレフィンに限らず、例えば、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、ポリスチレン、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、アモルファスポリオレフィン等であってもよい。なお、第一層３１の材料としては、水分を透過しにくい材料を用いればより好適である。
【００３３】
また、第三層３３の材料としてポリスチレンを用いる例を示したが、第三層３３の材料としてはポリスチレンに限らず、例えば、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、およびポリエーテルイミド等であってもよい。なお、第三層３３の材料としては、耐電解液性を有する材料を用いればより好適である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、二次電池のセルケースに適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００３５】
１電池セル
２電極束
３セルケース
４電解液
５正極端子
６負極端子
２１正極
２１ａ正極集電体
２１ｂ正極活物質
２２負極
２２ａ負極集電体
２２ｂ負極活物質
２３セパレータ
３１第一層（外層）
３２第二層（空気含有層）
３２ａ中空部
３３第三層（内層）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂からなり外面側を構成する外層と、
樹脂からなり内面側を構成する内層と、
前記外層と前記内層との間に設けられ中空部を有する空気含有層と
を備えることを特徴とする二次電池のセルケース。
【請求項２】
前記空気含有層が、樹脂又は金属からなる
ことを特徴とする請求項１記載の二次電池のセルケース。
【請求項３】
前記中空部は、電池の温度上昇領域に応じて前記空気含有層内で分散密度が異なる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二次電池のセルケース。
【請求項４】
前記外層が、ポリスチレン、ポリオレフィン、アクリル、ポリカーボネート、メタクリル、塩化ビニル、エポキシ、ポリエステル、又はアモルファスポリオレフィンからなる水分透過防止層である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の二次電池のセルケース。
【請求項５】
前記内層が、ポリオレフィン、ポリイミド、ポリアミドイミド、又はポリエーテルイミドからなる耐電解液層である
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の二次電池のセルケース。

【図１】