電池および電池用外装体
【課題】軽量化を図りながら、発電要素を効率よく加熱することが可能な電池を提供する。
【解決手段】この電池１００は、発電要素４と、発電要素４を収納するとともに、発電要素４を加熱するヒータ層１５と、アルミニウム層１３とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体１とを備えている。
【解決手段】この電池１００は、発電要素４と、発電要素４を収納するとともに、発電要素４を加熱するヒータ層１５と、アルミニウム層１３とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体１とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池および電池用外装体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱体を備えた電池システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、二次電池と、二次電池の正極端子および負極端子に接続され、二次電池（発電要素）に近接または密接して配置されたヒータ（発熱体）とを備えた電池システムが開示されている。この電池システムでは、二次電池による電力によりヒータを発熱させて二次電池を加熱することによって、低温環境下でも二次電池の充電性能および出力性能が十分に発揮されるようにしている。なお、上記特許文献１には、ヒータ（発熱体）を二次電池（発電要素）に近接または密接して配置することが記載されているものの、ヒータの具体的な配置位置や取り付け構造については記載されていない。ここで、発熱体を電池（発電要素）に近接または密接して配置する場合、発熱体を電池の外装体の外側表面に接着層を介して貼り付ける構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／０１６４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の構成において、ヒータ（発熱体）を二次電池の外装体の外側表面に接着層を介して貼り付けることによってヒータを二次電池（発電要素）に近接または密接して配置した構成では、接着層の劣化や外装体の変形に起因してヒータが外装体の外側表面から剥がれてしまう場合がある。この場合には、ヒータ（発熱体）により二次電池（発電要素）を効率よく加熱することができないという問題点がある。
【０００６】
また、低温環境下における電池の使用としては、寒冷地での使用のほか、人工衛星や飛行機等に搭載されて低温環境に晒される場合が考えられる。そして、人工衛星や飛行機等の移動体に搭載される場合には、発熱体により発電要素を加熱することに加えて、電池の軽量化も望まれる。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、軽量化を図りながら、発電要素を効率よく加熱することが可能な電池および電池用外装体を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
この発明の第１の局面による電池は、発電要素と、発電要素を収納するとともに、発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体とを備えている。
【０００９】
この発明の第１の局面による電池では、上記のように、発電要素を加熱する発熱体層が内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体を設けることによって、外装体として金属ケースを用いる場合に比べて軽量化を図ることができるとともに、発熱体層がラミネートフィルムからなる外装体の内部に積層されて設けられているので、発熱体層が外装体から外れてしまうのを抑制することができる。これにより、軽量化を図りながら、発熱体層により外装体の内部に収納された発電要素を効率よく加熱することができる。また、発熱体層をラミネートフィルムからなる外装体の内部に積層することによって、発熱体を外装体の外側表面に取り付ける場合とは異なり、ラミネートフィルムの製造工程で他の層と同様に発熱体層を形成（積層）することができるので、発熱体層を容易に設けることができる。
【００１０】
上記第１の局面による電池において、好ましくは、外装体は、内側表面および外側表面のそれぞれに溶着樹脂層を含み、発熱体層は、外側表面の溶着樹脂層と金属層との間に設けられている。このように構成すれば、発熱体層が金属層よりも外側に設けられるので、発熱体層に電力を供給するための配線を容易に形成することができる。また、外装体の内側表面および外側表面のそれぞれに溶着樹脂層を設けることによって、内側表面の一部と外側表面の一部とを対向させた状態で溶着することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、外装体は、発熱体層と外装体の内側表面との間に設けられ、発熱体層による熱を拡散して発電要素に伝達する熱拡散層を含み、熱拡散層は、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みを有する。なお、本発明の熱拡散層は、単一の層から構成されるものに限らず、同一または異なる材質の複数の層から構成されるものも含む広い概念である。このように構成すれば、熱拡散層により熱を拡散して発電要素全体に分散させることができるので、発電要素全体を均一に加熱することができる。
【００１２】
上記発熱体層が外側表面の溶着樹脂層と金属層との間に設けられている構成において、好ましくは、発熱体層と金属層との間には、５μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有する絶縁性耐熱層が設けられている。このように構成すれば、発熱体層と金属層とが熱により軟化しにくい絶縁性耐熱層を挟んで配置されるので、発熱体層と金属層とが接触するのが有効に抑制される。その結果、発熱体層と金属層とが短絡してしまうのを抑制することができる。
【００１３】
上記第１の局面による電池において、好ましくは、発熱体層と金属層とは同一の層からなる。このように構成すれば、発熱体層と金属層とを互いに別個に設ける場合に比べてラミネートフィルムからなる外装体の層構成を簡素化することができるとともに、外装体の厚みが大きくなるのを抑制して電池の小型化を図ることができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による電池用外装体は、発電要素を収納するとともに、発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる。
【００１５】
この発明の第２の局面による電池用外装体では、上記のように、発電要素を加熱する発熱体層が内部に積層されたラミネートフィルムにより形成することによって、金属ケースの電池用外装体に比べて軽量化を図ることができるとともに、発熱体層が内部に積層されて設けられているので、発熱体層が電池用外装体から外れてしまうのを抑制することができる。これにより、軽量化を図りながら、発熱体層により内部に収納された発電要素を効率よく加熱することができる。また、発熱体層をラミネートフィルムからなる電池用外装体の内部に積層することによって、発熱体を電池用外装体の外側表面に取り付ける場合とは異なり、ラミネートフィルムの製造工程で他の層と同様に発熱体層を形成（積層）することができるので、発熱体層を容易に設けることができる。
【００１６】
上記第２の局面による電池用外装体において、好ましくは、発熱体層と金属層とは同一の層からなる。このように構成すれば、発熱体層と金属層とを互いに別個に設ける場合に比べてラミネートフィルムからなる電池用外装体の層構成を簡素化することができるとともに、電池用外装体の厚みが大きくなるのを抑制して電池の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電池の表側を示した平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電池の裏側を示した平面図である。
【図４】図２および図３の４００−４００線に沿った断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による電池の外装体の層構造を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電池の外装体の熱拡散状態を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による電池のヒータ回路を示した回路図である。
【図８】本発明の第２実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態による電池の平面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による電池の外装体の層構造を示した断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による電池の変形例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による電池１００の構成について説明する。
【００２０】
本発明の第１実施形態による電池１００は、図１〜図４に示すように、リチウムイオン電池であり、ラミネートフィルムからなる外装体１と、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部からそれぞれ外側に突出する正極端子２および負極端子３とを備えている。また、外装体１の内部には、図２〜図４に示すように、発電要素４と、図示しない電解液とが収納されている。なお、外装体１は、本発明の「電池用外装体」の一例である。
【００２１】
外装体１は、ラミネートフィルムの内側表面の端部と外側表面の端部とが互いに対向した状態で重ねられて溶着されることにより筒状に形成されている。また、外装体１は、図１〜図３に示すように、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、内側表面同士が対向した状態で溶着されることにより形成された溶着部１ａを有している。電池１００の両端部の溶着部１ａは、それぞれ、正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されている。また、外装体１は、図５に示すように、発電要素４が配置される内側から外側方向に向かって、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２、アルミニウム層１３、ＰＥＴ層１４、ヒータ層１５およびＰＥ溶着層１６がこの順に積層されたラミネート構造を有している。また、金属からなる層（アルミニウム層１３およびヒータ層１５）と樹脂層（ＰＥＴ層１２、ＰＥＴ層１４およびＰＥ溶着層１６）との間には、これらを互いに接合する接着層（接着剤、接着フィルムなど）が設けられている。
【００２２】
ＰＥ溶着層１１および１６は、ポリエチレンからなり、約１３０℃の融点を有している。また、ＰＥ溶着層１１および１６は、約０．２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有している。また、外装体１の内側表面および外側表面のそれぞれに設けられたＰＥ溶着層１１および１６は、約５０μｍ以上約２００μｍ以下の厚みを有している。なお、ＰＥ溶着層１１および１６は、本発明の「溶着樹脂層」の一例である。
【００２３】
ＰＥＴ層１２および１４は、耐熱性を有する絶縁性のポリエチレンテレフタレートからなり、ＰＥ溶着層１１の融点（約１３０℃）よりも高い約２６０℃の融点を有している。また、ＰＥＴ層１２および１４は、約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有している。また、ＰＥＴ層１２および１４は、約５μｍ以上約５０μｍ以下の厚みを有している。なお、ＰＥＴ層１４は、本発明の「絶縁性耐熱層」の一例である。
【００２４】
アルミニウム層１３は、約４μｍ以上約１００μｍ以下の厚みを有するアルミニウム箔からなり、ラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられている。また、アルミニウム層１３は、外装体１の内部および外部からのガスおよび液体を遮断する機能を有している。なお、アルミニウム層１３は、本発明の「金属層」の一例である。
【００２５】
ヒータ層１５は、銅箔からなり、ラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられている。なお、ヒータ層１５は、本発明の「発熱体層」の一例である。また、ヒータ層１５は、外装体１の外側表面のＰＥ溶着層１６とアルミニウム層１３との間に配置されている。また、ヒータ層１５は、図２および図３に示すように、Ｙ方向（外装体１の長手方向）に延びる帯状に形成されており、複数の位置で折り返しながら電池１００の表側から裏側にわたって略全体に設けられている。また、ヒータ層１５は、外装体１の内部に収納された発電要素４の起電力により発熱され、発電要素４を加熱するように構成されている。
【００２６】
また、ヒータ層１５は、電池１００の容量（Ａｈ）とヒータ出力（Ｗ）との比が約１Ｗ／Ａｈ以上約２０Ｗ／Ａｈ以下となる出力容量を有している。ヒータ層１５の出力値としては、１Ｗ以上１０００Ｗ以下が好ましい。また、銅箔からなるヒータ層１５は、１×１０−８Ω・ｍ以上３×１０−８Ω・ｍ以下の電気抵抗率（比抵抗）を有している。また、ヒータ層１５は、図２および図３に示すように、電池１００の表側および裏側のそれぞれにおいて、内部に収納された発電要素４の投影面積の２０％以上の範囲で発電要素４に重なるように配置されている。これにより、ヒータ層１５により発電要素４を効果的に加熱することが可能である。また、ヒータ層１５は、平面的に見て、実質的に発電要素４の投影領域内に配置されている。これにより、ヒータ層１５によって発電要素４が配置されていない外装体１の溶着部１ａ近傍の部分が加熱されるのを防止することができるので、加熱に起因して外装体１が損傷を受けるのを防止することができる。なお、帯状のヒータ層１５は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の幅を有することが好ましいとともに、５μｍ以上５００μｍの厚みを有することが好ましい。
【００２７】
また、ヒータ層１５は、図１〜図３に示すように、両端部に設けられた接続部１５ａおよび１５ｂがそれぞれ電池１００の表側および裏側において外側に露出している。具体的には、外装体１の外側表面のＰＥ溶着層１６の接続部１５ａおよび１５ｂに対応する部分には、それぞれ、接続部１５ａおよび１５ｂを外側に露出させる開口部１６ａおよび１６ｂが形成されている。ヒータ層１５は、接続部１５ａおよび１５ｂを介して後述のヒータ回路５（図７参照）に接続されるように構成されている。
【００２８】
上記のように外装体１を構成することによって、ヒータ層１５による熱が、図６に示すように、ヒータ層１５と外装体１の内側表面との間に配置されたＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４の樹脂層により拡散されて発電要素４に伝達される。すなわち、アルミニウム層１３に比べて熱伝導率が小さい、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４の樹脂層は、ヒータ層１５の熱を徐々に拡散しながら発電要素４に伝達する熱拡散樹脂層１７を構成している。ヒータ層１５の熱は、ＰＥＴ層１４により徐々に拡散されながら外装体１の内側に向かって伝達され、樹脂層よりも熱伝導率の大きいアルミニウム層１３によりさらに広範囲に拡散される。そして、アルミニウム層１３により拡散された熱は、ＰＥＴ層１２およびＰＥ溶着層１１により徐々に拡散されながら外装体１の内側に向かって伝達され、十分に拡散された状態で外装体１の内部に収納された発電要素４に伝達される。また、第１実施形態では、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４からなる熱拡散樹脂層１７は、総厚みが約５０μｍ以上約４００μｍ以下であることが好ましい。なお、熱拡散樹脂層１７は、本発明の「熱拡散層」の一例である。
【００２９】
金属からなる層（アルミニウム層１３およびヒータ層１５）と樹脂層（ＰＥＴ層１２、ＰＥＴ層１４およびＰＥ溶着層１６）との間に設ける接着層（接着剤、接着フィルムなど）としては、エチレン−メタクリル酸共重合を用いることが好ましい。また、エチレン−メタクリル酸共重合の他、アクリル系、エポキシ系、ゴム（シリコーン系、ＥＰＤＭ）などからなる接着層であってもよい。
【００３０】
次に、図７を参照して、ヒータ層１５を電池１００に接続するヒータ回路５について説明する。
【００３１】
ヒータ層１５は、ヒータ回路５により電池１００に接続されており、電池１００の電圧が所定電圧以上の場合に、バイパス電路５１を介して電流が流れることによりオン状態（発熱状態）になるように構成されている。具体的には、バイパス電路５１には、バイパス電路５１の開閉を行うためのトランジスタからなるスイッチ手段５２が設けられている。スイッチ手段５２は、バイポーラトランジスタからなり、電池１００の電圧が所定電圧以上の場合にバイパス電路５１を閉状態（接続された状態）にし、電池１００の電圧が所定電圧よりも小さい場合にバイパス電路５１を開状態（切断された状態）にするように構成されている。また、スイッチ手段５２は、スイッチ駆動回路５３により駆動されるように構成されている。スイッチ駆動回路５３は、ヒータ層１５に対してスイッチ手段５２とは反対側に位置する接続点５１ａと、スイッチ手段５２に対して接続点５１ａとは反対側に位置する接続点５１ｂとを繋ぐ駆動用主電路５３１を備えている。また、スイッチ駆動回路５３は、駆動用主電路５３１の途中に位置する接続点５３１ａから分岐する分岐電路５３２と、基準電圧を供給する電圧供給源５３３と、分岐電路５３２および電圧供給源５３３に接続される比較器５３４とをさらに備えている。駆動用主電路５３１の接続点５１ａと接続点５３１ａとの間には第１抵抗器５３５が設けられている。また、駆動用主電路５３１の接続点５３１ａと接続点５１ｂとの間には第２抵抗器５３６が設けられている。また、比較器５３４は、分岐電路５３２の電圧と電圧供給源５３３の基準電圧とを比較して、分岐電路５３２の電圧が基準電圧以上の場合に、スイッチ手段５２をバイパス電路５１が閉じる（接続される）ようにオン状態に駆動し、分岐電路５３２の電圧が基準電圧よりも小さい場合に、スイッチ手段５２をバイパス電路５１が開く（切断される）ようにオフ状態に駆動するように構成されている。なお、スイッチ手段５２は、バイポーラトランジスタに限らず、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やメカニカルリレー等であってもよい。
【００３２】
正極端子２および負極端子３は、それぞれ、アルミニウムおよび銅からなり、外装体１の長手方向（Ｙ方向）の両端部の溶着部１ａを介して外側に突出するように設けられている。発電要素４は、図示しない正極活物質が塗布された金属箔（Ａｌ）からなる正極と、負極活物質が塗布された金属箔（Ｃｕ）からなる負極と、正極および負極の間に配置されたセパレータとが互いに重ね合わされた状態で巻回されることによって形成されている。
【００３３】
第１実施形態では、上記のように、発電要素４を加熱するヒータ層１５が内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体１を設けることによって、外装体１として金属ケースを用いる場合に比べて軽量化を図ることができるとともに、ヒータ層１５がラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられているので、ヒータ層１５が外装体１から外れてしまうのを抑制することができる。これにより、軽量化を図りながら、ヒータ層１５により外装体１の内部に収納された発電要素４を効率よく加熱することができる。また、ヒータ層１５をラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層することによって、発熱体を外装体１の外側表面に取り付ける場合とは異なり、ラミネートフィルムの製造工程で他の層と同様にヒータ層１５を形成（積層）することができるので、ヒータ層１５を容易に設けることができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように、外装体１の内側表面および外側表面のそれぞれにＰＥ溶着層１１および１６を設けるとともに、ヒータ層１５を、外側表面のＰＥ溶着層１６とアルミニウム層１３との間に設ける。このように構成すれば、ヒータ層１５がアルミニウム層１３よりも外側に設けられるので、ヒータ層１５に電力を供給するための配線を容易に形成することができる。また、外装体１の内側表面および外側表面のそれぞれにＰＥ溶着層１１および１６を設けることによって、内側表面の端部と外側表面の端部とを対向させた状態で溶着することができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、上記のように、外装体１のヒータ層１５と外装体１の内側表面との間に、ヒータ層１５による熱を拡散して発電要素４に伝達する熱拡散樹脂層１７を設ける。このように構成すれば、熱拡散樹脂層１７により熱を拡散して発電要素４全体に分散させることができるので、発電要素４全体を均一に加熱することができる。また、熱拡散樹脂層１７を、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みにする場合には、熱拡散樹脂層１７の厚みを５０μｍ未満にした場合とは異なり、熱拡散樹脂層１７により熱を効果的に拡散させてより広範囲に分散させることができるとともに、熱拡散樹脂層１７の厚みを４００μｍよりも大きくした場合とは異なり、ヒータ層１５から発電要素４までの距離が大きくなり過ぎるのを抑制して発電要素４に熱を効果的に伝達することができる。この結果、発電要素４全体を均一に、かつ、効果的に加熱することができる。
【００３６】
また、第１実施形態では、上記のように、ヒータ層１５とアルミニウム層１３との間に、５μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有する絶縁性のＰＥＴ層１４を設ける。このように構成すれば、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが熱により軟化しにくい絶縁性のＰＥＴ層１４を挟んで配置されるので、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが接触するのが有効に抑制される。その結果、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが短絡してしまうのを抑制することができる。また、ＰＥＴ層１４の厚みを５μｍ以上５０μｍ以下にすることによって、ＰＥＴ層１４の厚みが５０μｍを超える場合と異なり、外装体１の厚みが大きくなるのを抑制することができるとともに、ＰＥＴ層１４の厚みが５μｍよりも小さい場合と異なり、ピンホール等の欠陥が生じ易くなるのを抑制することができる。これにより、外装体１の厚みが大きくなるのを抑制して電池１００の小型化を図りながら、適切な厚みのＰＥＴ層１４により、確実に、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが短絡するのを抑制することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、発熱体層としてのヒータ層１５と金属層としてのアルミニウム層１３とが別個に設けられた上記第１実施形態とは異なり、発熱体層としてのヒータ層２１５を金属層としても用いる構成の電池２００について説明する。
【００３８】
本発明の第２実施形態による電池２００は、図８〜図１０に示すように、リチウムイオン電池であり、ラミネートフィルムからなる外装体２０１と、電池２００の長手方向（Ｙ方向）の両端部付近からそれぞれ外側に露出する正極端子２および負極端子３とを備えている。また、外装体２０１の内部には、上記第１実施形態と同様に、発電要素４（図２および図３参照）と、図示しない電解液とが収納されている。なお、外装体２０１は、本発明の「電池用外装体」の一例である。
【００３９】
外装体２０１は、ラミネートフィルムの内側表面の端部と外側表面の端部とが互いに対向した状態で重ねられて溶着されることにより筒状に形成されている。また、外装体２０１は、電池２００の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、内側表面同士が対向した状態で溶着されることにより形成された溶着部２０１ａを有している。電池２００の両端部の溶着部２０１ａは、それぞれ、正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されている。また、外装体２０１は、図１０に示すように、発電要素４が配置される内側から外側方向に向かって、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層２１４、ヒータ層２１５およびＰＥ溶着層１６がこの順に積層されたラミネート構造を有している。
【００４０】
ＰＥＴ層２１４は、耐熱性を有する絶縁性のポリエチレンテレフタレートからなり、ＰＥ溶着層１１の融点（約１３０℃）よりも高い約２６０℃の融点を有している。また、ＰＥＴ層２１４は、約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有している。また、ＰＥＴ層２１４は、約５μｍ以上約５０μｍ以下の厚みを有している。
【００４１】
ヒータ層２１５は、ＳＵＳ３０４などからなるステンレス鋼箔（ＳＵＳ箔）により構成され、ラミネートフィルムからなる外装体２０１の内部に積層されて設けられている。また、ヒータ層２１５は、外側表面がＰＥ溶着層１６に接触し、内側表面がＰＥＴ層２１４に接触するように構成されている。また、図９に示すように、第２実施形態のヒータ層２１５は、図２に示した帯状で折り返す構造の第１実施形態のヒータ層１５とは異なり、外装体２０１全域にわたって隙間なく発電要素４の外周側の全面を覆うように設けられている。また、ヒータ層２１５は、外装体２０１の内部に収納された発電要素４の起電力により発熱され、発電要素４を加熱するように構成されている。また、ステンレス鋼箔からなるヒータ層２１５は、Ｃｕ箔からなるヒータに比べて電気抵抗が高いので、流れる電流が少ない。このため、消費電力を少なくすることが可能である。具体的には、ヒータ層２１５の電気抵抗率（Ω・ｍ）をヒータ層２１５の厚み（ｍ）で除した値が０．０１Ω以上０．５Ω以下になるように構成されている。この場合、ヒータ層２１５の電気抵抗率が１５×１０−８Ω・ｍ以上１５０×１０−８Ω・ｍ以下で、かつ、ヒータ層２１５の厚みが１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、加工性の点からは、ヒータ層２１５として、電気抵抗率が７１×１０−８Ω・ｍのＳＵＳ３０４箔を用いて、その厚みを２μｍ以上１０μｍ以下にすることがより好ましい。
【００４２】
また、第２実施形態では、ステンレス鋼箔からなるヒータ層２１５は、外装体２０１全域にわたって隙間なく設けられているため、外装体２０１の内部および外部からのガスおよび液体を遮断する機能を有している。つまり、第２実施形態では、ヒータ層２１５が金属層を兼用しており、発熱体層と金属層とが同一層からなる。なお、ヒータ層２１５は、本発明の「発熱体層」および「金属層」の一例である。
【００４３】
また、ヒータ層２１５は、図８および図９に示すように、外装体２０１の長手方向（Ｙ方向）の両端部付近のそれぞれから外側に露出する接続部２１５ａおよび２１５ｂ（図９参照）を有している。接続部２１５ａは、電池２００の表面側において外装体１のＰＥ溶着層１６の開口部１６ｃにより露出されている。接続部２１５ｂは、図９に示すように、電池２００の裏面側において外装体１のＰＥ溶着層１６の開口部１６ｄにより露出されている。また、接続部２１５ａは、スイッチ２１０を介して正極端子２に接続され、接続部２１５ｂは、直接的に負極端子３に接続されている。これにより、ヒータ層２１５は、スイッチ２１０が接続状態に切り替えられることによって発電要素４（図９参照）の起電力により発熱される。
【００４４】
上記のように外装体２０１を構成することによって、外装体２０１全域に隙間なく設けられたステンレス鋼箔からなるヒータ層２１５による熱が、ヒータ層２１５と外装体２０１の内側表面との間に配置されたＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層２１４の樹脂層により拡散されて発電要素４に伝達される。すなわち、ＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層２１４の樹脂層は、ヒータ層２１５の熱を徐々に拡散しながら発電要素４に伝達する熱拡散樹脂層２１７を構成している。また、第２実施形態では、ＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層２１４からなる熱拡散樹脂層２１７は、総厚みが約５０μｍ以上約４００μｍ以下であることが好ましい。なお、熱拡散樹脂層２１７は、本発明の「熱拡散層」の一例である。
【００４５】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４６】
第２実施形態では、上記のように、発熱体層としてのヒータ層２１５を外装体２０１全域に隙間なく設けて金属層としても用いることによって、発熱体層と金属層とを互いに別個に設ける場合に比べてラミネートフィルムからなる外装体２０１の層構成を簡素化することができるとともに、外装体２０１の厚みが大きくなるのを抑制して電池２００の小型化を図ることができる。なお、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、発電要素４を加熱するヒータ層２１５が内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体２０１を設けることによって、軽量化を図りながら、ヒータ層２１５により外装体２０１の内部に収納された発電要素４を効率よく加熱することができる。
【００４７】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４９】
たとえば、上記第１実施形態では、本発明の発熱体層の一例として、銅箔からなるヒータ層を示し、上記第２実施形態では、本発明の発熱体層の一例としてステンレス鋼箔からなるヒータ層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、アルミニウム箔からなる発熱体層など、銅箔やステンレス鋼箔以外の材料からなる発熱体層であってもよい。また、本発明の発熱体層は、金属箔からなるものに限らず、銀ペーストなどの導電性塗料からなる発熱体層であってもよい。この場合、印刷の一種であるスクリーン印刷あるいは定量吐出器を用いた回路形成方法によってラミネートフィルムからなる外装体の内部に銀ペーストなどの導電性塗料からなる発熱体層を積層するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の溶着樹脂層の一例として、ポリエチレンからなるＰＥ溶着層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ポリエチレン以外のポリオレフィン（たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ））からなる溶着樹脂層であってもよい。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、本発明の絶縁性耐熱層の一例として、ポリエチレンテレフタレートからなるＰＥＴ層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、絶縁性で、かつ、溶着樹脂層に用いられるポリオレフィンよりも耐熱性が高い材料であれば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）以外のポリエステル系樹脂や、ナイロン、セロハン、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡなど）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリアリルエーテルニトリル、ポリベンゾイミダゾールなど、ポリエチレンテレフタレート以外の材料からなる絶縁性耐熱層であってもよい。
【００５２】
また、上記第１実施形態では、本発明の金属層の一例として、アルミニウム箔からなるアルミニウム層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、亜鉛や、金、銀、黄銅、スズ、青銅、鉄、銅、チタン、鉛、ニッケル、白金、マグネシウム、リン青銅、ステンレス鋼など、アルミニウム以外の材料からなる金属層であってもよい。
【００５３】
また、上記第１実施形態では、本発明の熱拡散層の一例として、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４からなる熱拡散樹脂層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図１１に示すように、外装体３０１の金属層（アルミニウム層１３）よりも内側にＰＥ溶着層１１（溶着樹脂層）のみが設けられた構成において、ＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層１４からなる熱拡散層３１７であってもよい。また、発熱体層と外装体の内側表面との間に溶着樹脂層のみが設けられた構成において、溶着樹脂層１層からなる熱拡散層であってもよい。
【００５４】
また、上記第２実施形態では、発熱体層としてのヒータ層２１５を金属層としても用いることにより、ヒータ層２１５とは別個の金属層を設けない構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、発熱体層を金属層としても用いながら、さらに、アルミニウムなどからなる金属層を設ける構成であってもよい。これにより、発熱体層および金属層の両方により、ガスおよび液体をより確実に遮断することができる。この際、アルミニウムなどからなる金属層は、発熱体層よりも内側に配置することが好ましい。
【００５５】
また、上記第１および第２実施形態では、発熱体層としてのヒータ層を、外装体の内部に収納された発電要素の起電力により発熱させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、発熱体層を、外部電力により発熱させる構成であってもよい。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の電池を、非水系電解質電池の一種であるリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の電池を、たとえば、リチウムイオン電池以外の非水系電解質電池に適用してもよいし、ニッケル水素電池などの水系電解質電池に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１、２０１、３０１ 外装体（電池用外装体）
４ 発電要素
１１、１６ ＰＥ溶着層（溶着樹脂層）
１３ アルミニウム層（金属層）
１４ ＰＥＴ層（絶縁性耐熱層）
１５ ヒータ層（発熱体層）
１７ 熱拡散樹脂層（熱拡散層）
１００、２００ 電池
２１５ ヒータ層（発熱体層、金属層）
２１７ 熱拡散樹脂層（熱拡散層）
３１７ 熱拡散層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池および電池用外装体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱体を備えた電池システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、二次電池と、二次電池の正極端子および負極端子に接続され、二次電池（発電要素）に近接または密接して配置されたヒータ（発熱体）とを備えた電池システムが開示されている。この電池システムでは、二次電池による電力によりヒータを発熱させて二次電池を加熱することによって、低温環境下でも二次電池の充電性能および出力性能が十分に発揮されるようにしている。なお、上記特許文献１には、ヒータ（発熱体）を二次電池（発電要素）に近接または密接して配置することが記載されているものの、ヒータの具体的な配置位置や取り付け構造については記載されていない。ここで、発熱体を電池（発電要素）に近接または密接して配置する場合、発熱体を電池の外装体の外側表面に接着層を介して貼り付ける構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１１／０１６４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の構成において、ヒータ（発熱体）を二次電池の外装体の外側表面に接着層を介して貼り付けることによってヒータを二次電池（発電要素）に近接または密接して配置した構成では、接着層の劣化や外装体の変形に起因してヒータが外装体の外側表面から剥がれてしまう場合がある。この場合には、ヒータ（発熱体）により二次電池（発電要素）を効率よく加熱することができないという問題点がある。
【０００６】
また、低温環境下における電池の使用としては、寒冷地での使用のほか、人工衛星や飛行機等に搭載されて低温環境に晒される場合が考えられる。そして、人工衛星や飛行機等の移動体に搭載される場合には、発熱体により発電要素を加熱することに加えて、電池の軽量化も望まれる。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、軽量化を図りながら、発電要素を効率よく加熱することが可能な電池および電池用外装体を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
この発明の第１の局面による電池は、発電要素と、発電要素を収納するとともに、発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体とを備えている。
【０００９】
この発明の第１の局面による電池では、上記のように、発電要素を加熱する発熱体層が内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体を設けることによって、外装体として金属ケースを用いる場合に比べて軽量化を図ることができるとともに、発熱体層がラミネートフィルムからなる外装体の内部に積層されて設けられているので、発熱体層が外装体から外れてしまうのを抑制することができる。これにより、軽量化を図りながら、発熱体層により外装体の内部に収納された発電要素を効率よく加熱することができる。また、発熱体層をラミネートフィルムからなる外装体の内部に積層することによって、発熱体を外装体の外側表面に取り付ける場合とは異なり、ラミネートフィルムの製造工程で他の層と同様に発熱体層を形成（積層）することができるので、発熱体層を容易に設けることができる。
【００１０】
上記第１の局面による電池において、好ましくは、外装体は、内側表面および外側表面のそれぞれに溶着樹脂層を含み、発熱体層は、外側表面の溶着樹脂層と金属層との間に設けられている。このように構成すれば、発熱体層が金属層よりも外側に設けられるので、発熱体層に電力を供給するための配線を容易に形成することができる。また、外装体の内側表面および外側表面のそれぞれに溶着樹脂層を設けることによって、内側表面の一部と外側表面の一部とを対向させた状態で溶着することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、外装体は、発熱体層と外装体の内側表面との間に設けられ、発熱体層による熱を拡散して発電要素に伝達する熱拡散層を含み、熱拡散層は、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みを有する。なお、本発明の熱拡散層は、単一の層から構成されるものに限らず、同一または異なる材質の複数の層から構成されるものも含む広い概念である。このように構成すれば、熱拡散層により熱を拡散して発電要素全体に分散させることができるので、発電要素全体を均一に加熱することができる。
【００１２】
上記発熱体層が外側表面の溶着樹脂層と金属層との間に設けられている構成において、好ましくは、発熱体層と金属層との間には、５μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有する絶縁性耐熱層が設けられている。このように構成すれば、発熱体層と金属層とが熱により軟化しにくい絶縁性耐熱層を挟んで配置されるので、発熱体層と金属層とが接触するのが有効に抑制される。その結果、発熱体層と金属層とが短絡してしまうのを抑制することができる。
【００１３】
上記第１の局面による電池において、好ましくは、発熱体層と金属層とは同一の層からなる。このように構成すれば、発熱体層と金属層とを互いに別個に設ける場合に比べてラミネートフィルムからなる外装体の層構成を簡素化することができるとともに、外装体の厚みが大きくなるのを抑制して電池の小型化を図ることができる。
【００１４】
この発明の第２の局面による電池用外装体は、発電要素を収納するとともに、発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる。
【００１５】
この発明の第２の局面による電池用外装体では、上記のように、発電要素を加熱する発熱体層が内部に積層されたラミネートフィルムにより形成することによって、金属ケースの電池用外装体に比べて軽量化を図ることができるとともに、発熱体層が内部に積層されて設けられているので、発熱体層が電池用外装体から外れてしまうのを抑制することができる。これにより、軽量化を図りながら、発熱体層により内部に収納された発電要素を効率よく加熱することができる。また、発熱体層をラミネートフィルムからなる電池用外装体の内部に積層することによって、発熱体を電池用外装体の外側表面に取り付ける場合とは異なり、ラミネートフィルムの製造工程で他の層と同様に発熱体層を形成（積層）することができるので、発熱体層を容易に設けることができる。
【００１６】
上記第２の局面による電池用外装体において、好ましくは、発熱体層と金属層とは同一の層からなる。このように構成すれば、発熱体層と金属層とを互いに別個に設ける場合に比べてラミネートフィルムからなる電池用外装体の層構成を簡素化することができるとともに、電池用外装体の厚みが大きくなるのを抑制して電池の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電池の表側を示した平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による電池の裏側を示した平面図である。
【図４】図２および図３の４００−４００線に沿った断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による電池の外装体の層構造を示した断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態による電池の外装体の熱拡散状態を説明するための図である。
【図７】本発明の第１実施形態による電池のヒータ回路を示した回路図である。
【図８】本発明の第２実施形態による電池の全体構成を示した斜視図である。
【図９】本発明の第２実施形態による電池の平面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による電池の外装体の層構造を示した断面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態による電池の変形例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
まず、図１〜図７を参照して、本発明の第１実施形態による電池１００の構成について説明する。
【００２０】
本発明の第１実施形態による電池１００は、図１〜図４に示すように、リチウムイオン電池であり、ラミネートフィルムからなる外装体１と、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部からそれぞれ外側に突出する正極端子２および負極端子３とを備えている。また、外装体１の内部には、図２〜図４に示すように、発電要素４と、図示しない電解液とが収納されている。なお、外装体１は、本発明の「電池用外装体」の一例である。
【００２１】
外装体１は、ラミネートフィルムの内側表面の端部と外側表面の端部とが互いに対向した状態で重ねられて溶着されることにより筒状に形成されている。また、外装体１は、図１〜図３に示すように、電池１００の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、内側表面同士が対向した状態で溶着されることにより形成された溶着部１ａを有している。電池１００の両端部の溶着部１ａは、それぞれ、正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されている。また、外装体１は、図５に示すように、発電要素４が配置される内側から外側方向に向かって、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２、アルミニウム層１３、ＰＥＴ層１４、ヒータ層１５およびＰＥ溶着層１６がこの順に積層されたラミネート構造を有している。また、金属からなる層（アルミニウム層１３およびヒータ層１５）と樹脂層（ＰＥＴ層１２、ＰＥＴ層１４およびＰＥ溶着層１６）との間には、これらを互いに接合する接着層（接着剤、接着フィルムなど）が設けられている。
【００２２】
ＰＥ溶着層１１および１６は、ポリエチレンからなり、約１３０℃の融点を有している。また、ＰＥ溶着層１１および１６は、約０．２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有している。また、外装体１の内側表面および外側表面のそれぞれに設けられたＰＥ溶着層１１および１６は、約５０μｍ以上約２００μｍ以下の厚みを有している。なお、ＰＥ溶着層１１および１６は、本発明の「溶着樹脂層」の一例である。
【００２３】
ＰＥＴ層１２および１４は、耐熱性を有する絶縁性のポリエチレンテレフタレートからなり、ＰＥ溶着層１１の融点（約１３０℃）よりも高い約２６０℃の融点を有している。また、ＰＥＴ層１２および１４は、約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有している。また、ＰＥＴ層１２および１４は、約５μｍ以上約５０μｍ以下の厚みを有している。なお、ＰＥＴ層１４は、本発明の「絶縁性耐熱層」の一例である。
【００２４】
アルミニウム層１３は、約４μｍ以上約１００μｍ以下の厚みを有するアルミニウム箔からなり、ラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられている。また、アルミニウム層１３は、外装体１の内部および外部からのガスおよび液体を遮断する機能を有している。なお、アルミニウム層１３は、本発明の「金属層」の一例である。
【００２５】
ヒータ層１５は、銅箔からなり、ラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられている。なお、ヒータ層１５は、本発明の「発熱体層」の一例である。また、ヒータ層１５は、外装体１の外側表面のＰＥ溶着層１６とアルミニウム層１３との間に配置されている。また、ヒータ層１５は、図２および図３に示すように、Ｙ方向（外装体１の長手方向）に延びる帯状に形成されており、複数の位置で折り返しながら電池１００の表側から裏側にわたって略全体に設けられている。また、ヒータ層１５は、外装体１の内部に収納された発電要素４の起電力により発熱され、発電要素４を加熱するように構成されている。
【００２６】
また、ヒータ層１５は、電池１００の容量（Ａｈ）とヒータ出力（Ｗ）との比が約１Ｗ／Ａｈ以上約２０Ｗ／Ａｈ以下となる出力容量を有している。ヒータ層１５の出力値としては、１Ｗ以上１０００Ｗ以下が好ましい。また、銅箔からなるヒータ層１５は、１×１０−８Ω・ｍ以上３×１０−８Ω・ｍ以下の電気抵抗率（比抵抗）を有している。また、ヒータ層１５は、図２および図３に示すように、電池１００の表側および裏側のそれぞれにおいて、内部に収納された発電要素４の投影面積の２０％以上の範囲で発電要素４に重なるように配置されている。これにより、ヒータ層１５により発電要素４を効果的に加熱することが可能である。また、ヒータ層１５は、平面的に見て、実質的に発電要素４の投影領域内に配置されている。これにより、ヒータ層１５によって発電要素４が配置されていない外装体１の溶着部１ａ近傍の部分が加熱されるのを防止することができるので、加熱に起因して外装体１が損傷を受けるのを防止することができる。なお、帯状のヒータ層１５は、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の幅を有することが好ましいとともに、５μｍ以上５００μｍの厚みを有することが好ましい。
【００２７】
また、ヒータ層１５は、図１〜図３に示すように、両端部に設けられた接続部１５ａおよび１５ｂがそれぞれ電池１００の表側および裏側において外側に露出している。具体的には、外装体１の外側表面のＰＥ溶着層１６の接続部１５ａおよび１５ｂに対応する部分には、それぞれ、接続部１５ａおよび１５ｂを外側に露出させる開口部１６ａおよび１６ｂが形成されている。ヒータ層１５は、接続部１５ａおよび１５ｂを介して後述のヒータ回路５（図７参照）に接続されるように構成されている。
【００２８】
上記のように外装体１を構成することによって、ヒータ層１５による熱が、図６に示すように、ヒータ層１５と外装体１の内側表面との間に配置されたＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４の樹脂層により拡散されて発電要素４に伝達される。すなわち、アルミニウム層１３に比べて熱伝導率が小さい、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４の樹脂層は、ヒータ層１５の熱を徐々に拡散しながら発電要素４に伝達する熱拡散樹脂層１７を構成している。ヒータ層１５の熱は、ＰＥＴ層１４により徐々に拡散されながら外装体１の内側に向かって伝達され、樹脂層よりも熱伝導率の大きいアルミニウム層１３によりさらに広範囲に拡散される。そして、アルミニウム層１３により拡散された熱は、ＰＥＴ層１２およびＰＥ溶着層１１により徐々に拡散されながら外装体１の内側に向かって伝達され、十分に拡散された状態で外装体１の内部に収納された発電要素４に伝達される。また、第１実施形態では、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４からなる熱拡散樹脂層１７は、総厚みが約５０μｍ以上約４００μｍ以下であることが好ましい。なお、熱拡散樹脂層１７は、本発明の「熱拡散層」の一例である。
【００２９】
金属からなる層（アルミニウム層１３およびヒータ層１５）と樹脂層（ＰＥＴ層１２、ＰＥＴ層１４およびＰＥ溶着層１６）との間に設ける接着層（接着剤、接着フィルムなど）としては、エチレン−メタクリル酸共重合を用いることが好ましい。また、エチレン−メタクリル酸共重合の他、アクリル系、エポキシ系、ゴム（シリコーン系、ＥＰＤＭ）などからなる接着層であってもよい。
【００３０】
次に、図７を参照して、ヒータ層１５を電池１００に接続するヒータ回路５について説明する。
【００３１】
ヒータ層１５は、ヒータ回路５により電池１００に接続されており、電池１００の電圧が所定電圧以上の場合に、バイパス電路５１を介して電流が流れることによりオン状態（発熱状態）になるように構成されている。具体的には、バイパス電路５１には、バイパス電路５１の開閉を行うためのトランジスタからなるスイッチ手段５２が設けられている。スイッチ手段５２は、バイポーラトランジスタからなり、電池１００の電圧が所定電圧以上の場合にバイパス電路５１を閉状態（接続された状態）にし、電池１００の電圧が所定電圧よりも小さい場合にバイパス電路５１を開状態（切断された状態）にするように構成されている。また、スイッチ手段５２は、スイッチ駆動回路５３により駆動されるように構成されている。スイッチ駆動回路５３は、ヒータ層１５に対してスイッチ手段５２とは反対側に位置する接続点５１ａと、スイッチ手段５２に対して接続点５１ａとは反対側に位置する接続点５１ｂとを繋ぐ駆動用主電路５３１を備えている。また、スイッチ駆動回路５３は、駆動用主電路５３１の途中に位置する接続点５３１ａから分岐する分岐電路５３２と、基準電圧を供給する電圧供給源５３３と、分岐電路５３２および電圧供給源５３３に接続される比較器５３４とをさらに備えている。駆動用主電路５３１の接続点５１ａと接続点５３１ａとの間には第１抵抗器５３５が設けられている。また、駆動用主電路５３１の接続点５３１ａと接続点５１ｂとの間には第２抵抗器５３６が設けられている。また、比較器５３４は、分岐電路５３２の電圧と電圧供給源５３３の基準電圧とを比較して、分岐電路５３２の電圧が基準電圧以上の場合に、スイッチ手段５２をバイパス電路５１が閉じる（接続される）ようにオン状態に駆動し、分岐電路５３２の電圧が基準電圧よりも小さい場合に、スイッチ手段５２をバイパス電路５１が開く（切断される）ようにオフ状態に駆動するように構成されている。なお、スイッチ手段５２は、バイポーラトランジスタに限らず、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やメカニカルリレー等であってもよい。
【００３２】
正極端子２および負極端子３は、それぞれ、アルミニウムおよび銅からなり、外装体１の長手方向（Ｙ方向）の両端部の溶着部１ａを介して外側に突出するように設けられている。発電要素４は、図示しない正極活物質が塗布された金属箔（Ａｌ）からなる正極と、負極活物質が塗布された金属箔（Ｃｕ）からなる負極と、正極および負極の間に配置されたセパレータとが互いに重ね合わされた状態で巻回されることによって形成されている。
【００３３】
第１実施形態では、上記のように、発電要素４を加熱するヒータ層１５が内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体１を設けることによって、外装体１として金属ケースを用いる場合に比べて軽量化を図ることができるとともに、ヒータ層１５がラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層されて設けられているので、ヒータ層１５が外装体１から外れてしまうのを抑制することができる。これにより、軽量化を図りながら、ヒータ層１５により外装体１の内部に収納された発電要素４を効率よく加熱することができる。また、ヒータ層１５をラミネートフィルムからなる外装体１の内部に積層することによって、発熱体を外装体１の外側表面に取り付ける場合とは異なり、ラミネートフィルムの製造工程で他の層と同様にヒータ層１５を形成（積層）することができるので、ヒータ層１５を容易に設けることができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように、外装体１の内側表面および外側表面のそれぞれにＰＥ溶着層１１および１６を設けるとともに、ヒータ層１５を、外側表面のＰＥ溶着層１６とアルミニウム層１３との間に設ける。このように構成すれば、ヒータ層１５がアルミニウム層１３よりも外側に設けられるので、ヒータ層１５に電力を供給するための配線を容易に形成することができる。また、外装体１の内側表面および外側表面のそれぞれにＰＥ溶着層１１および１６を設けることによって、内側表面の端部と外側表面の端部とを対向させた状態で溶着することができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、上記のように、外装体１のヒータ層１５と外装体１の内側表面との間に、ヒータ層１５による熱を拡散して発電要素４に伝達する熱拡散樹脂層１７を設ける。このように構成すれば、熱拡散樹脂層１７により熱を拡散して発電要素４全体に分散させることができるので、発電要素４全体を均一に加熱することができる。また、熱拡散樹脂層１７を、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みにする場合には、熱拡散樹脂層１７の厚みを５０μｍ未満にした場合とは異なり、熱拡散樹脂層１７により熱を効果的に拡散させてより広範囲に分散させることができるとともに、熱拡散樹脂層１７の厚みを４００μｍよりも大きくした場合とは異なり、ヒータ層１５から発電要素４までの距離が大きくなり過ぎるのを抑制して発電要素４に熱を効果的に伝達することができる。この結果、発電要素４全体を均一に、かつ、効果的に加熱することができる。
【００３６】
また、第１実施形態では、上記のように、ヒータ層１５とアルミニウム層１３との間に、５μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有する絶縁性のＰＥＴ層１４を設ける。このように構成すれば、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが熱により軟化しにくい絶縁性のＰＥＴ層１４を挟んで配置されるので、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが接触するのが有効に抑制される。その結果、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが短絡してしまうのを抑制することができる。また、ＰＥＴ層１４の厚みを５μｍ以上５０μｍ以下にすることによって、ＰＥＴ層１４の厚みが５０μｍを超える場合と異なり、外装体１の厚みが大きくなるのを抑制することができるとともに、ＰＥＴ層１４の厚みが５μｍよりも小さい場合と異なり、ピンホール等の欠陥が生じ易くなるのを抑制することができる。これにより、外装体１の厚みが大きくなるのを抑制して電池１００の小型化を図りながら、適切な厚みのＰＥＴ層１４により、確実に、ヒータ層１５とアルミニウム層１３とが短絡するのを抑制することができる。
【００３７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、発熱体層としてのヒータ層１５と金属層としてのアルミニウム層１３とが別個に設けられた上記第１実施形態とは異なり、発熱体層としてのヒータ層２１５を金属層としても用いる構成の電池２００について説明する。
【００３８】
本発明の第２実施形態による電池２００は、図８〜図１０に示すように、リチウムイオン電池であり、ラミネートフィルムからなる外装体２０１と、電池２００の長手方向（Ｙ方向）の両端部付近からそれぞれ外側に露出する正極端子２および負極端子３とを備えている。また、外装体２０１の内部には、上記第１実施形態と同様に、発電要素４（図２および図３参照）と、図示しない電解液とが収納されている。なお、外装体２０１は、本発明の「電池用外装体」の一例である。
【００３９】
外装体２０１は、ラミネートフィルムの内側表面の端部と外側表面の端部とが互いに対向した状態で重ねられて溶着されることにより筒状に形成されている。また、外装体２０１は、電池２００の長手方向（Ｙ方向）の両端部において、内側表面同士が対向した状態で溶着されることにより形成された溶着部２０１ａを有している。電池２００の両端部の溶着部２０１ａは、それぞれ、正極端子２および負極端子３を挟み込んだ状態で溶着されている。また、外装体２０１は、図１０に示すように、発電要素４が配置される内側から外側方向に向かって、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層２１４、ヒータ層２１５およびＰＥ溶着層１６がこの順に積層されたラミネート構造を有している。
【００４０】
ＰＥＴ層２１４は、耐熱性を有する絶縁性のポリエチレンテレフタレートからなり、ＰＥ溶着層１１の融点（約１３０℃）よりも高い約２６０℃の融点を有している。また、ＰＥＴ層２１４は、約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の熱伝導率を有している。また、ＰＥＴ層２１４は、約５μｍ以上約５０μｍ以下の厚みを有している。
【００４１】
ヒータ層２１５は、ＳＵＳ３０４などからなるステンレス鋼箔（ＳＵＳ箔）により構成され、ラミネートフィルムからなる外装体２０１の内部に積層されて設けられている。また、ヒータ層２１５は、外側表面がＰＥ溶着層１６に接触し、内側表面がＰＥＴ層２１４に接触するように構成されている。また、図９に示すように、第２実施形態のヒータ層２１５は、図２に示した帯状で折り返す構造の第１実施形態のヒータ層１５とは異なり、外装体２０１全域にわたって隙間なく発電要素４の外周側の全面を覆うように設けられている。また、ヒータ層２１５は、外装体２０１の内部に収納された発電要素４の起電力により発熱され、発電要素４を加熱するように構成されている。また、ステンレス鋼箔からなるヒータ層２１５は、Ｃｕ箔からなるヒータに比べて電気抵抗が高いので、流れる電流が少ない。このため、消費電力を少なくすることが可能である。具体的には、ヒータ層２１５の電気抵抗率（Ω・ｍ）をヒータ層２１５の厚み（ｍ）で除した値が０．０１Ω以上０．５Ω以下になるように構成されている。この場合、ヒータ層２１５の電気抵抗率が１５×１０−８Ω・ｍ以上１５０×１０−８Ω・ｍ以下で、かつ、ヒータ層２１５の厚みが１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、加工性の点からは、ヒータ層２１５として、電気抵抗率が７１×１０−８Ω・ｍのＳＵＳ３０４箔を用いて、その厚みを２μｍ以上１０μｍ以下にすることがより好ましい。
【００４２】
また、第２実施形態では、ステンレス鋼箔からなるヒータ層２１５は、外装体２０１全域にわたって隙間なく設けられているため、外装体２０１の内部および外部からのガスおよび液体を遮断する機能を有している。つまり、第２実施形態では、ヒータ層２１５が金属層を兼用しており、発熱体層と金属層とが同一層からなる。なお、ヒータ層２１５は、本発明の「発熱体層」および「金属層」の一例である。
【００４３】
また、ヒータ層２１５は、図８および図９に示すように、外装体２０１の長手方向（Ｙ方向）の両端部付近のそれぞれから外側に露出する接続部２１５ａおよび２１５ｂ（図９参照）を有している。接続部２１５ａは、電池２００の表面側において外装体１のＰＥ溶着層１６の開口部１６ｃにより露出されている。接続部２１５ｂは、図９に示すように、電池２００の裏面側において外装体１のＰＥ溶着層１６の開口部１６ｄにより露出されている。また、接続部２１５ａは、スイッチ２１０を介して正極端子２に接続され、接続部２１５ｂは、直接的に負極端子３に接続されている。これにより、ヒータ層２１５は、スイッチ２１０が接続状態に切り替えられることによって発電要素４（図９参照）の起電力により発熱される。
【００４４】
上記のように外装体２０１を構成することによって、外装体２０１全域に隙間なく設けられたステンレス鋼箔からなるヒータ層２１５による熱が、ヒータ層２１５と外装体２０１の内側表面との間に配置されたＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層２１４の樹脂層により拡散されて発電要素４に伝達される。すなわち、ＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層２１４の樹脂層は、ヒータ層２１５の熱を徐々に拡散しながら発電要素４に伝達する熱拡散樹脂層２１７を構成している。また、第２実施形態では、ＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層２１４からなる熱拡散樹脂層２１７は、総厚みが約５０μｍ以上約４００μｍ以下であることが好ましい。なお、熱拡散樹脂層２１７は、本発明の「熱拡散層」の一例である。
【００４５】
なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００４６】
第２実施形態では、上記のように、発熱体層としてのヒータ層２１５を外装体２０１全域に隙間なく設けて金属層としても用いることによって、発熱体層と金属層とを互いに別個に設ける場合に比べてラミネートフィルムからなる外装体２０１の層構成を簡素化することができるとともに、外装体２０１の厚みが大きくなるのを抑制して電池２００の小型化を図ることができる。なお、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、発電要素４を加熱するヒータ層２１５が内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体２０１を設けることによって、軽量化を図りながら、ヒータ層２１５により外装体２０１の内部に収納された発電要素４を効率よく加熱することができる。
【００４７】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００４８】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４９】
たとえば、上記第１実施形態では、本発明の発熱体層の一例として、銅箔からなるヒータ層を示し、上記第２実施形態では、本発明の発熱体層の一例としてステンレス鋼箔からなるヒータ層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、アルミニウム箔からなる発熱体層など、銅箔やステンレス鋼箔以外の材料からなる発熱体層であってもよい。また、本発明の発熱体層は、金属箔からなるものに限らず、銀ペーストなどの導電性塗料からなる発熱体層であってもよい。この場合、印刷の一種であるスクリーン印刷あるいは定量吐出器を用いた回路形成方法によってラミネートフィルムからなる外装体の内部に銀ペーストなどの導電性塗料からなる発熱体層を積層するようにしてもよい。
【００５０】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の溶着樹脂層の一例として、ポリエチレンからなるＰＥ溶着層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ポリエチレン以外のポリオレフィン（たとえば、ポリプロピレン（ＰＰ））からなる溶着樹脂層であってもよい。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、本発明の絶縁性耐熱層の一例として、ポリエチレンテレフタレートからなるＰＥＴ層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、絶縁性で、かつ、溶着樹脂層に用いられるポリオレフィンよりも耐熱性が高い材料であれば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）以外のポリエステル系樹脂や、ナイロン、セロハン、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ、ＰＦＡなど）、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、ポリアリルエーテルニトリル、ポリベンゾイミダゾールなど、ポリエチレンテレフタレート以外の材料からなる絶縁性耐熱層であってもよい。
【００５２】
また、上記第１実施形態では、本発明の金属層の一例として、アルミニウム箔からなるアルミニウム層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、亜鉛や、金、銀、黄銅、スズ、青銅、鉄、銅、チタン、鉛、ニッケル、白金、マグネシウム、リン青銅、ステンレス鋼など、アルミニウム以外の材料からなる金属層であってもよい。
【００５３】
また、上記第１実施形態では、本発明の熱拡散層の一例として、ＰＥ溶着層１１、ＰＥＴ層１２およびＰＥＴ層１４からなる熱拡散樹脂層を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、図１１に示すように、外装体３０１の金属層（アルミニウム層１３）よりも内側にＰＥ溶着層１１（溶着樹脂層）のみが設けられた構成において、ＰＥ溶着層１１およびＰＥＴ層１４からなる熱拡散層３１７であってもよい。また、発熱体層と外装体の内側表面との間に溶着樹脂層のみが設けられた構成において、溶着樹脂層１層からなる熱拡散層であってもよい。
【００５４】
また、上記第２実施形態では、発熱体層としてのヒータ層２１５を金属層としても用いることにより、ヒータ層２１５とは別個の金属層を設けない構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、発熱体層を金属層としても用いながら、さらに、アルミニウムなどからなる金属層を設ける構成であってもよい。これにより、発熱体層および金属層の両方により、ガスおよび液体をより確実に遮断することができる。この際、アルミニウムなどからなる金属層は、発熱体層よりも内側に配置することが好ましい。
【００５５】
また、上記第１および第２実施形態では、発熱体層としてのヒータ層を、外装体の内部に収納された発電要素の起電力により発熱させる構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、発熱体層を、外部電力により発熱させる構成であってもよい。
【００５６】
また、上記第１および第２実施形態では、本発明の電池を、非水系電解質電池の一種であるリチウムイオン電池に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の電池を、たとえば、リチウムイオン電池以外の非水系電解質電池に適用してもよいし、ニッケル水素電池などの水系電解質電池に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１、２０１、３０１ 外装体（電池用外装体）
４ 発電要素
１１、１６ ＰＥ溶着層（溶着樹脂層）
１３ アルミニウム層（金属層）
１４ ＰＥＴ層（絶縁性耐熱層）
１５ ヒータ層（発熱体層）
１７ 熱拡散樹脂層（熱拡散層）
１００、２００ 電池
２１５ ヒータ層（発熱体層、金属層）
２１７ 熱拡散樹脂層（熱拡散層）
３１７ 熱拡散層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素と、
前記発電要素を収納するとともに、前記発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体とを備える、電池。
【請求項２】
前記外装体は、内側表面および外側表面のそれぞれに溶着樹脂層を含み、
前記発熱体層は、前記外側表面の溶着樹脂層と前記金属層との間に設けられている、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記外装体は、前記発熱体層と前記外装体の内側表面との間に設けられ、前記発熱体層による熱を拡散して前記発電要素に伝達する熱拡散層を含み、
前記熱拡散層は、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みを有する、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記発熱体層と前記金属層との間には、５μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有する絶縁性耐熱層が設けられている、請求項２または３に記載の電池。
【請求項５】
前記発熱体層と前記金属層とは同一の層からなる、請求項１または３に記載の電池。
【請求項６】
発電要素を収納するとともに、前記発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる、電池用外装体。
【請求項７】
前記発熱体層と前記金属層とは同一の層からなる、請求項６に記載の電池。
【請求項１】
発電要素と、
前記発電要素を収納するとともに、前記発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる外装体とを備える、電池。
【請求項２】
前記外装体は、内側表面および外側表面のそれぞれに溶着樹脂層を含み、
前記発熱体層は、前記外側表面の溶着樹脂層と前記金属層との間に設けられている、請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記外装体は、前記発熱体層と前記外装体の内側表面との間に設けられ、前記発熱体層による熱を拡散して前記発電要素に伝達する熱拡散層を含み、
前記熱拡散層は、５０μｍ以上４００μｍ以下の厚みを有する、請求項２に記載の電池。
【請求項４】
前記発熱体層と前記金属層との間には、５μｍ以上５０μｍ以下の厚みを有する絶縁性耐熱層が設けられている、請求項２または３に記載の電池。
【請求項５】
前記発熱体層と前記金属層とは同一の層からなる、請求項１または３に記載の電池。
【請求項６】
発電要素を収納するとともに、前記発電要素を加熱する発熱体層と、金属層とが内部に積層されたラミネートフィルムからなる、電池用外装体。
【請求項７】
前記発熱体層と前記金属層とは同一の層からなる、請求項６に記載の電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−２５８７１（Ｐ２０１３−２５８７１Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６２９２（Ｐ２０１１−１５６２９２）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（５０７１５１５２６）株式会社ＧＳユアサ (375)
【Ｆターム（参考）】
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