JP3638765B2

JP3638765B2 - 非水系偏平型電池

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Publication number: JP3638765B2
Application number: JP25782797A
Authority: JP
Inventors: 幾雄加藤
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2017-09-05
Also published as: JPH1186823A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非水系偏平型電池に関し、詳しくは、その安全弁の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、密閉型の電池では、電池内部のガス圧上昇時に作動して、ガスを電池外に排出するための安全弁が設けられている。その例を図１３〜図１５に示す。
【０００３】
図１３の斜視図で示す水系偏平型電池５１（特開昭６１−１１６７５２号公報）は、ラミネートフィルムを用いた封止部５２の端面部に、封止しない部分を設け、この部分をガス抜き用の安全弁５３としている。図１３において５４は外被、５５は極板群、５６および５７はリードである。
【０００４】
図１４に示す非水系角型電池６１（特開平５−３１４９５９号公報）は、角形缶の平面状底面部に安全弁を設けたものである。図１４の（ａ）はこの電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＪ−Ｊ線断面図である。この電池では電池容器の一部分を、２枚の金属板６２，６３を貼り合わせた多層構造とし、金属板６３に貫通孔６４を形成することにより、該部分を他の部分よりも薄肉にして破れやすくすることで、該部分が安全弁６５として作用するように構成したものである。図１４（ａ）〜（ｃ）において６６は蓋ボディ、６７は封止ガラス、６８は電極ピンである。
【０００５】
図１５は非水系偏平型電池７１（特開平５−１３０６１号公報）に係るもので、下部端子板を取り付けていない状態の電池を下方から見た平面図である。この電池では、発電要素の上下に集電体を兼ねる端子板を配置し、これらの端子板の周縁部を電気絶縁性の封口体７２により封口した薄型電池であって、前記封口体７２と前記端子板との接着強度を部分的に小さくし、該部分を安全弁としたものである。
【０００６】
すなわち、この電池は、発電要素の集電体でもあり外装部材でもある上下の端子板の周辺を封止し、その接着強度を局所的に小さくしたものであり、その実施例では、熱可塑性樹脂による融着・封止の温度、圧力を所定の部分で変化させて、接着強度を他の部分より低くしている。また、別の実施例では、封止部の封止幅を所定部分７３で小さくして、接着強度を低くしている。図１５において７４は正極活物質、７５は電解質である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非水系偏平型電池においては、外装部材外部から浸入する水分が電池特性に悪影響を与えることから、図１３の電池５１におけるような、常に外部と通じている安全弁構造を用いることはできない。
また、図１４の電池６１は構造上、偏平型電池として使用するのは難しい。さらに、金属板６３の耐圧性能が高くなりやすく、耐圧性能の低いラミネートフィルムを外装部材に用いた非水系偏平型電池の場合には、安全弁の耐圧性能を安定して低くすることが難しい。
【０００８】
さらに、図１５の電池７１の安全弁にも問題点がある。以下、これについて説明する。いわゆる接着強度には各種のものあり、せん断強さ、引張接着強さ、剥離強さの３つが一般的であるが、このうちのある強さを大きくすると、他の強さが低下するといった逆転現象が起こる。
【０００９】
例えば、最も一般的な接着剤の１つのであるエポキシ樹脂は、硬化の進行とともに弾性率も増大し、これに伴い大きなせん断強さが得られるが、剥離強さは硬化がある程度進行したときに最大になり、その後弾性率の増加とともに急速に低下する。また、一般に、接着剤の膜厚を増加させると、せん断強さは低下するが、剥離強さは逆に増大する（例外もある）。このため、接着強度を考慮する場合には、その種類をせん断強さとか、引張接着強さとか、剥離強さとか具体的に特定する必要がある〔接着ハンドブック（第２版）ｐｐ．５４〜５５：編者は日本接着協会、発行所は日刊工業新聞社〕。
【００１０】
図１５の電池７１では、封止部（封口体７２）の封止幅（接着幅Ｗ）を所定部分で小さくして、接着強度を確実に低くしていることから、前記特開平５−１３０６１号公報の明細書で用いている接着強度とは具体的には、せん断強さ、引張接着強さであり、剥離強さではないと考えられる。剥離強さは、封止部の剥離方向の幅には直接関係がないからである。
【００１１】
図１６は、図１５のような剥離方向の幅が小さい封止部の剥離状況を図示したものであり、（ａ）は封止部の平面図である。（ｂ）（ｄ）は（ａ）のＫ−Ｋ線断面図であり、（ｄ）は（ｂ）より剥離が進行した状態を示している。（ｃ）（ｅ）は（ａ）のＬ−Ｌ線断面図であり、（ｅ）は（ｃ）より剥離が進行した状態を示すものである。
電池内圧力が増加した場合に、非封止部８１と封止部８２のどちらにも同じガス圧力が作用する。そして、この圧力により上下の外装部材兼用の端子板に加えられた力によって上下の端子板が膨らむと同時に、封止部８２に上下方向に剥離の力が作用する。電池が例えば４ｃｍ×４ｃｍの正方形状で、前記圧力が１０ｋｇ／ｃｍ²であると、前記の力は、４×４×１０＝１６０ｋｇとなり、この力は、４×４ｃｍの４辺で受けるから、封止部８２に剥離が起こらないようにするには、１０ｋｇ／ｃｍの剥離強さとなる。なお、９１，９２は外装部材である。
【００１２】
図１５では封止部の全体形状が正方形のため、前記の力には偏りがあるが、周辺の封止部にほば均等に加えられる。このとき、非封止部８１の周囲が封止されているため、この力は封止部で受けられ、直接に加えられず、非封止部８１周辺の外装部材兼用の端子板の面積に対応して加えられた力を基本とする、相対的に小さい力が加えられ、非封止部８１に隣接する封止部８２の、剥離方向の幅が小さい部分の剥離が最初に起きることはない。
もちろん、封止部８２だけを引っ張る等の試験では、剥離方向の幅が小さい部分の引張接着強さが小さいため、この部分から破損し始めるが、電池内部の圧力増加時の破損とは、関係がない。
【００１３】
こののち、全体の剥離が、非封止部８１がなくなる位置に進行した時点で、剥離は全面で進行するようになる。上記のような剥離による封止部８２の破損が生じるため、封止部８２の剥離方向の幅Ｗ（図１５）を小さくするなどの手段によってせん断強さ、引張接着強さを小さくしても、この部分から封止部８２の破損が生じてしまう。そのため、電池内部の圧力増加時に、この部分からガスを確実に放出することは期待できない。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、その目的は、従来構造の安全弁を備えた電池に比べて、より安全性の高い非水系偏平型電池を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る非水系偏平型電池は、偏平な電気化学的反応要素を外装部材により収納し、前記電気化学的反応要素から生じた電気的エネルギーまたは電気的情報を前記外装部材の外部へ出力する電気的端子を適所に設け、前記外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低き封止手段を設けるようにする。
【００１６】
すなわち、非水系完全密閉型のフィルム構造の封止構造をもつ偏平型電池において、外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または外装部材面上に、耐圧性能が外装部材の部分より低い封止手段を設けることにより、電池内部の圧力増大に対応して、フィルム構造の外装部材の封止部分が安全弁として作用し、外装部材における他の部分の破損よりも低い圧力で優先的に破損することで、フィルム構造の外装部材自体が破損により破裂することを防止したものである。
【００１７】
この非水系偏平型電池の第１の形態では、前記封止手段を、前記封止部を前記外装部材端面と垂直な方向に横断する形状に設けたことを特徴とする。
【００１８】
この非水系偏平型電池の第２の形態では、前記封止手段を、前記封止部のうち電気化学的反応要素側となる内側の一部分に設けるとともに、該封止手段の前記外装部材端面と平行な方向の長さを、前記外装部材端面と垂直な方向の封止部全体の長さより大きくし、かつ前記外装部材端面と垂直な方向の長さを、前記封止部の前記垂直方向の長さより小さくしたことを特徴とする。
【００１９】
その他、この非水系偏平型電池において、前記外装部材のうち電気化学的反応要素と重なる部分の少なくとも一部に開口部を形成し、前記封止手段として、前記開口部を封止するフィルム状部材を設けるとともに、この封止部の耐圧性能を他の封止部より低くした構成が考えられる。
【００２０】
そして、前記封止部を熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は、前記熱融着樹脂層または接着剤層の厚さを他の封止部よりも小さくすることにより形成する。
【００２１】
あるいは、同様に前記封止部を熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は断面を平坦状に、他の封止部は断面を凹凸状または波型に、それぞれ形成する。
【００２３】
前述第２の形態において、前記封止部を熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は、前記封止部を形成する材料とは異なるフィルム材料による筒状の中空部材を該封止部に埋設して形成することでも課題が解決できる。
【００２６】
【実施例】
以下、参考実施例（本発明理解の参考となる具体的構成例）と本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。なお、参考実施例と実施例を合わせて、参考実施例１というふうに尾部に通し番号を付す。
参考実施例１
図１は電池構造を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１において、電気化学的反応要素１は正極、負極および電解液からなる。２ａおよび２ｂは電気的端子、３ａおよび３ｂは外装部材（ラミネートフィルム）、４は外装部材周辺を封止する封止部である。
【００２７】
電気化学的反応要素１を構成する電極（図示せず）はそれぞれ、金属からなる集電体に活物質層が形成されたものであり、前記活物質層が電解液に面しており、前記集電体は外装材に面している。また、セパレータ（図示せず）が電極間にあり、これには電解液を浸透させてある。ラミネートフィルム３ａ，３ｂは多層構造のもので、金属フィルムの片側は封止のための融着材で被覆され、反対側の外部に露出する面は熱硬化性樹脂で被覆されている。
以下、この電池の作製要領について説明する。
【００２８】
正極は、ＬｉＣｏＯ₂とグラファイトとＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を重量比９０：７：３でＮＭＰ（Ｎ−メチルピロリドン）に分散させて、これを２０μｍのＡ１基板に塗布し、１２０℃で乾燥して作製し、厚さ約１００μｍの活物質層をもつ正極とした。負極は、グラライトとＰＶＤＦを９０：１０の重量比でＮＭＰに分散させて、これを１０μｍのＣｕ基板に塗布し、１２０℃で乾燥して作製し、厚さ約７０μｍの活物質層をもつ負極とした。正極、負極ともロールプレスをしてから用いた。電解液としては、ＰＣ（プロピレンカーボネイト）とＤＭＣ（ジメチルカーボネイト）の混合溶媒の１Ｍ−ＬｉＰＦ₆溶液を用いた。セパレータには、空孔率４０％以上で厚さ２５μｍのものを用いた。
【００２９】
上記正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ₂以外にＶ₂Ｏ₅，ＬｉＮｉＯ₂，ＬｉＭｎ₂Ｏ₄等のリチウムのインターカレーションを伴う酸化物やポリアニリン、ポリピロール等の高分子材料、その他の非水系２次電池正極材料、従来の乾電池、アルカリ電池、ニッケル水素電池等の水系の１次、２次電池材料などを用いることもできる。また、正極活物質に混合するグラファイトは、天然グラファイトでも人工グラファイトでもよく、非結晶カーボンでもよい。また、結着剤には、ＰＶＤＦ以外に、フッ素含有のＮＭＰ可溶のポリマーや、ＰＶＰ（ポリビニルピロリドン）等を用いることができる。
【００３０】
上記負極活物質には、天然グラファイトに限らず人工グラファイトでもよく、非結晶カーボンでもよい。また、結着剤には、ＰＶＤＦ以外に、フッ素含有のＮＭＰ可溶のポリマーや、ＰＶＰ等を使用することができる。
【００３１】
このようにして作製した正極および負極を所定の大きさに打ち抜き、次に、あらかじめ正極、負極の一部に活物質層を塗布しないことにより形成した集電体の露出部分に正極はＡ１、負極はＮｉからなる厚さ５０μｍの端子を超音波溶接し、これを同一側に伸びた方向に配置して、セパレータを挟んで積層した。
この積層体を、外装部材となる２枚のラミネートフィルム３ａ，３ｂ間に挟み、その周辺３辺の部分を１２０℃に加熱して金属板の間に挟んで熱融着により封止して封止部を形成し、電解液を注入した後、最後の１辺に相当する端子側の部分を熱融着で封止して前記封止部４を形成した。
【００３２】
この参考実施例１では正極、負極を１枚ずつを用いた積層型のペーパ電池としているが、正極、負極をそれぞれ複数枚設けた積層型のマルチレイヤーの電池とすることもできる。この場合には端子、正極および負極を、超音波やスポット溶接等により電気的に接続する。
【００３３】
上記電解質を構成する電解液としては、炭酸系エステルである環状カーボネイトや鎖状カーボネイトが用いられるが、カルボン酸系エステル、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド等の非水系電解液でもよく、また非水系２次電池でない場合には水でもよい。
また、支持塩にはＬｉＢＦ₄，ＬｉＣｌＯ₄，ＬｉＡｓＦ₆，ＬｉＳＯ₃ＣＦ₃，ＬｉＣ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₃，ＬｉＮ（ＳＯ₂ＣＦ₃）₂等を用いることもできる。また上記電解質を含むポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリビニル共重合体等のポリマーでもよい。また、ポリマーを用いた場合には、セパレータを使用しなくてもよい。
【００３４】
上記ラミネートフィルムでは、厚さ２５μｍのアルミニウムの内側、すなわち電極側の面に、融着材であるポリエチレンを被覆してあり、反対側である外側にはポリエステルを被覆してある。
前記被覆材としてはポリエチレンに代えて、ポリプロピレン等のポリオレフィン、カルボキシル基を含む変性ポリオレフィン、イオノマーを用いることもでき、また接着剤層としてホットメルト樹脂を用いてもよく、またエポキシ樹脂の接着剤層を封止部だけに設けてもよい。外側の被覆にはポリイミド、ポリアミド、ポリフェニレンオキシド等を用いてもよく、また内側と同じポリオレフィン系の融着材でもよい。
【００３５】
また、ラミネートフィルムを用いるのに代えて、少なくとも一方をハードケースとし、ケースの封止を融着材または接着剤等により行ってもよい。また封止部のフィルム構造は、外装部材の電極がある厚さと比較して十分に薄くて、融着または接着を用いていればよく、外観がフィルム状でなくてもかまわない。
【００３６】
この参考実施例１のラミネートフィルムのフィルム自体の強度は、基体となるアルミニウム等の材質と厚さ、内側に被覆した融着材とその厚さ、外側に被覆した保護材料とその厚さ、およびその間の接着剤により決まるが、従来の円筒型、角型等の電池に使用されるステンレス鋼、アルミニウムまたは鉄材料からなる、厚さ０．１ｍｍ以上の厚い板と比べて、強度が比較的小さい。このため、電池内部圧力の増加による破裂が角形電池等より低圧で起こるので、従来と同様の安全弁とすることは難しい。また、偏平型電池であるため、部材も偏平、薄型である必要があり、このような機構の安全弁の作製は難しい。
【００３７】
本実施例では、外装部材であるラミネートフィルムの周辺を熱融着封止して、外装部材を封止しているが、封止の耐圧性能を、ラミネートフィルム自体の耐圧性能より低くした封止形態とすることにより、電池内部の圧力増加による破裂がラミネートフィルム自体では起きずに、比較的低圧において最初に、ラミネートフィルム周辺の熱融着封止部の剥離が生じるので、電池内部の発生ガスを電池外部に放出し、電池内部の圧力を低下させる安全素子として、封止部を作用させることができる。
【００３８】
上記したように、例えば、大きさが４ｃｍ×４ｃｍの正方形電池で、前記圧力が１０ｋｇ／ｃｍ²であると、前記の力は、４×４×１０＝１６０ｋｇとなり、この力は、４×４ｃｍの４辺で受けるから、剥離させようとする力は１０ｋｇ／ｃｍとなる。
封止部全体の形状が正方形のため、この力には偏りあるが、周辺の封止部にほぼ平均的に加えられる。この場合、２５μｍ厚のアルミニウムに、厚さ１００μｍ以内のポリエチレンとポリエステルとを被覆することにより、ラミネートフィルム自体の引っ張り強度を、１５ｋｇ／ｃｍ（厚さを補正して、フィルムの幅をｃｍ単位で表記）以上とすることが容易にできる。
【００３９】
このとき、封止部の耐圧が５ｋｇ／ｃｍになるようにラミネートフィルムを封止しておくと、電池内部の圧力が５ｋｇ／ｃｍ以上になった時点で、この封止部が剥離して内部のガスを放出し、この封止部自体が安全素子として機能し、電池内部の圧力増加による高圧でのラミネートフィルムの破裂を防止することができる。
【００４０】
封止部の耐圧性能をラミネートフィルム自体の耐圧性能より低くするには、封止部の剥離強度を５ｋｇ／ｃｍとすればよく、そのためには融着材、厚さ、封止時の加熱条件または加圧条件を変化させればよい。また、この封止部は最初から設けてあるので、電池の薄型を維持することができる。
【００４１】
参考実施例２
図２は電池の構成・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（ｃ）は（ｂ）と同じく（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であって、電池内部のガス放出時の状態を示すものである。図２において５は封止部を示しているが、このうちの一部すなわち封止部５ａは、他の封止部５ｂより低い耐圧性能をもつものであり、外装部材３ａ，３ｂの端面に垂直な方向に横断する形状に設けてあり、この封止部５ａは、融着材の材料、分子量、または接着剤の材料等を変化させる（他の部分と相違させる）ことにより、容易に形成することができる。
【００４２】
本実施例においては、封止部５の一部で剥離強度を低下させただけで、電池内部の圧力増加によるガス放出を低圧で行うことができ、封止部としての液漏れ防止や、ガスバリアとしての信頼性を高く保持したまま、最低限の部分的な剥離強度低下部を形成するだけで、高圧でのラミネートフィルム３ａ，３ｂの破裂を防止することができる。すなわち、図２（ｂ）に示す接着部分６ａ，６ｂが図２（ｃ）に示す形状になり、ガス放出口７が形成されることによってガスが放出される。
【００４３】
図３は図２の封止部５ａの剥離状況の説明図であって、（ａ）は封止部５の平面図である。（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であって、前記剥離の進行状況を示すものである。
電池内圧力が増加した場合、通常の封止部５ｂと耐圧性能の小さい（剥離強度が低い）封止部５ａのどちらにも、同じガス圧力が加わる、この圧力により上下のラミネートフィルムが膨らむと同時に封止部５に、これを剥離させようとする力が上下方向（ラミネートフィルムの厚さ方向）に作用する。この力の大きさは、封止部５が長方形〔図２（ａ）を参照〕であるのため、封止部５の角部と各辺の部分とでは異なるものとなるが、各辺の部分では、ほぼ均等になる。
【００４４】
このとき、剥離強度の低い封止部５ａで最初に剥離による破損が開始される。こののち、封止部５ａの剥離がある程度進行するが、封止部５ａ周囲の通常の封止部５ｂは剥離強度が高いため剥離しないままなので、剥離が進行している部分周辺でラミネートフィルム３ａ，３ｂが図３（ｂ）中、上下に膨らむ部分は、封止部５ａの幅でほぼ決まる正方形部分５ｃ〔図３（ｂ）中の×印〕となり、この部分での剥離しようとする力は最初に比べて小さくなる。したがって、封止部５ａの剥離強度は、前記剥離が継続するように充分低い値に設定しておく必要がある。この封止部は最初から設けてあるので、電池の薄型を維持することができる。
【００４５】
参考実施例３
図４は電池の構成・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図であって、封止部５のうち剥離強度の低い封止部５ａの形状を示すものである。（ｃ）は（ｂ）と同じく（ａ）のＤ−Ｄ線断面図であって、電池内部のガス放出時の状態を示すものである。図３（ａ）において５ｂは通常の剥離強度を有する封止部である。前記剥離強度の低い封止部５ａでは、外装部材の端面と平行な方向の長さを外装部材の端面と垂直な方向の長さより大きくしてある。また封止部５ａは、外装部材の幅全体にわたって形成するのではなく、電気化学的反応要素１側に始まり、外装部材の幅方向途中で終わるようにしてある。この封止部５ａは融着材の材質、分子量、接着剤の材料等を、通常の封止部５ｂと相違させることにより形成できる。
【００４６】
本例では、ラミネートフィルム３ａ，３ｂのうち封止部５ａを形成する接着部分６ａ，６ｂが、図４（ｃ）に示すように剥離により上下に膨らむことにより、電池内部の圧力増加時のガス放出を低圧で行うことができる。このように、本例では、剥離強度を部分的に低下させるだけで、封止部に必要な液漏れ防止機能や、ガスバリア作用を高く保持したまま、高圧下でのラミネートフィルムの破裂を防止することができる。また、封止部５ａの周囲には、切れ目なく通常の剥離強度を有する封止部５ｂが形成されているため、封止部の信頼性を非常に高く保持することができる。
【００４７】
図５は、本実施例の前記剥離状況の説明図であって、（ａ）は封止部５の平面図である。（ｂ）〜（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図であって、剥離の進行状況を示すものである。
電池内圧力が増加した場合、通常の封止部５ｂと耐圧性能の小さい封止部５ａのどちらにも同じガス圧力が作用する。この圧力により上下のラミネートフィルム３ａ，３ｂが膨らむと同時に、封止部５ａに上下方向に剥離力が作用する。この力は、封止部５が長方形のため偏りがあるが周辺の封止部にほぼ平均的に加わる。このとき封止部５ａにおいて、剥離による破損が開始する。こののち剥離は、通常の封止部５ｂの直前まで進行する。
【００４８】
封止部５ｂは剥離強度が封止部５ａより高いため、ここで剥離の進行が停止する場合もあるが、封止部５ｂの封止強度を少し低めに、かつ封止部５ａのそれよりは高く設定することにより、剥離がそのまま図５（ｄ）から（ｅ）の状態に進行し、さらに封止部５ａ，５ｂが図４（ｃ）に示す形態となって（ガス放出口７が形成される）ガス放出が行われる。
上記のようになるのは、経験的ではあるが剥離が進行する場合、これと同一方向の剥離が起こりやすくなるためである。すなわち、通常の封止部５ｂに要求された剥離力より小さい力で剥離が開始すれば、そのまま低い剥離力で通常の封止部を剥離することができる。このことは、粘着テープなどで最初に隅を剥がせば、残りが剥がしやすくなるのと同様である。
【００４９】
もちろん、実施例２の封止部と同様に、周囲の通常の封止部５ｂは剥離強度が高いため最初から剥離しないままであるから、剥離が進行している部分周辺での、ラミネートフィルムが上下に膨らむ部分の面積は、実質的に小さくなる。したがって封止部５ａは、外装部材の端面と平行な方向の長さが、外装部材の端面と垂直な方向の封止部全体の長さより大きくなるように、充分な幅で形成する必要がある。この封止部は最初から設けてあるので、電池の薄型を維持することができる。
【００５０】
参考実施例４
図６図は電池の構成・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図、（ｃ）は（ｂ）と同じく（ａ）のＦ−Ｆ線断面図であって、電池内部のガス放出時の状態を示すものである。図６において３ｃは、外装部材３ａに形成した開口部、１１は開口部３ｃを封止する封止部である。この封止部１１は、外装部材３ａとは別のフィルム状部材１２からなるもので、外装部材３ａ上に接着するとともに、その耐圧性能を外装部材３ａより低くしてある。すなわち、外装部材３ａに対するフィルム状部材１２の接着力を、電気化学的反応要素１に対する外装部材３ａの接着力より低くしてある。
【００５１】
このため、電池内圧力が増加した場合、図６（ｃ）に示すように封止部１１が容易に剥離し、前記開口部３ｃを介して電池内ガスが外部に放出される。封止部１１は融着剤の材料、分子量、または接着剤の材料等を変化させることにより形成することができる。
本実施例では、周囲の封止部とは別に新たな封止部をラミネートフィルム上に設けたことにより、封止部に要求される液漏れ防止機能や、ガスバリア機能の信頼性を高く保持したままで、高圧でのラミネートフィルムの破裂を防止することができる。この新たな封止部の厚さは、ラミネートフィルムと同程度であるため、電池の薄型を維持することができる。
【００５２】
実施例５
図７は電池の封止部の構造を示す断面図である。本実施例では、封止部１３の全体を熱融着樹脂層または接着剤層により形成するとともに、耐圧性能を低くした封止部１３ａを、前記熱融着樹脂層または接着剤層の厚さを他の部分のそれに比べて小さくすることにより形成してある。すなわち、前記熱融着樹脂層または接着剤層の厚さを他の封止部より小さくすることにより、封止部１３ａのせん断強さ、引張接着強さは大きくなっても、剥離強さを小さくすることができる。これにより、他の部分より耐圧性能を低くした封止部１３ａを同じ融着材材料、同一分子量、同一接着剤材料等を用いて形成することが可能となる。前記熱融着樹脂層等の厚さを小さくするには、通常の封止部を形成するべきラミネートフィルムの所定部分を、凸形状のある加熱した金型の前記凸部で加圧することにより可能である。
【００５３】
実施例６
図８は、電池の封止部の構造を示す断面図である。封止部１４，１４ａを熱融着樹脂または接着剤で形成し、封止部１４ａの断面を平坦状とするのに対して、封止部１４を凹凸形状または波型として耐圧性能を増大させることによって、結果として封止部１４ａの耐圧性能（剥離強さ）を封止部１４より低くしたものである。こうすることにより、他の部分よりも耐圧性能を低くした封止部１４ａの形成が、同じ融着材の材料、同じ分子量、同じ接着剤の材料等を用いて可能となる。
【００５４】
本実施例の封止部１４，１４ａを形成するには、通常の封止部を形成するべきラミネートフィルムの所定部分を、平坦部と凹凸部とを形成した金型で加圧・加温するだけでよい。封止部１４ａは前記平坦部により、封止部１４は前記凹凸部によりそれぞれ成形される。
なお、図８では封止部１４ａを平坦状としたが、これを凹凸状にするとともに、その凹凸形状を封止部１４の凹凸形状と異なるものにすることで、封止部１４ａの耐圧性能を低くすることもできる。また、これらの凹凸形状は、封止部の端面に平行、垂直のどちらでもよく、またドット状あるいは、網目状としても効果的である。
【００５５】
参考実施例７
図９は、電池の封止部の構造を示す断面図である。この参考実施例では、封止部１５を熱融着樹脂または接着剤で形成し、これとは別のフィルム部材１６を封止部１５中に埋設してある。すなわち、フィルム部材１６の上下面と封止部１５との接触面の接着強度は、ラミネートフィルム３ａ，３ｂと封止部１５との接着強度に比べて低いため、フィルム部材１６により耐圧性能の低い封止部を形成することができる。前記フィルム部材１６としては、熱融着樹脂層より熱安定性に優れているか、または封止部１５との接着力（剥離強度）が上記のように小さくなるテフロン（登録商標）、イミド系のフィルム等が特に適しているが、ポリエステル、ナイロン系のフィルムでもよい。
【００５６】
本実施例では、熱融着樹脂層または接着剤層でフィルムを挟んだことにより、フィルム・熱融着樹脂層（または接着剤層）間の剥離強さを簡単に小さくすることができ、これにより、他の部分より耐圧性能を低くした封止部が、同じ融着材の材料・分子量・接着剤の材料等を用いて可能となる。また、フィルム部材１６を封止部１５中に埋設するには、凸部のある金型でラミネートフィルム３ａ，３ｂ等を加圧・加温するだけで、容易に形成することができる。
【００５７】
実施例８
図１０は電池の封止部の構造を示す断面図である。この実施例は、通常の剥離強さを持つ封止部１７を熱融着樹脂または接着剤により形成し、この封止部１７中に前記熱融着樹脂または接着剤とは別の、肉厚が封止部１７よりも充分に薄い筒状の中空フィルム部材１８を押しつぶした形態で埋設した構造にしてある。１８ａは、この中空フィルム部材１８の内周面同士の密着面を示しており、この密着面は単に接触しているだけであり、接着剤等により接着しているわけではなく、耐圧性能を封止部１７に比べて低く設定してあるから、前記密着面１８ａは低圧のガスにより簡単に剥離し、ガスの放出口が形成される。この筒状構造のフィルム部材には、熱融着の場合は融着樹脂層より熱安定性に優れる必要があるが、接着剤を用いたときには、剥離強度は大きくても小さくても構わない。
【００５８】
本実施例においては、筒状構造のフィルム部材が中空で、フィルム部材同士の接触面が簡単に剥離するものであるため、該接触面部分の剥離強度を簡単に小さくすることができる。したがって、他の部分より耐圧性能を小さくした封止部が同じ融着材の材料、分子量、または接着剤の材料等を用いて可能となる。また、封止は、従来と同じ金型・条件で加圧、加温するだけでよい。ただし、筒状構造は中が中空であるため、封止部に必要なガスバリア特性、液漏れ防止特性等は持っていないため、参考実施例２で説明した、封止部を横断する形状に用いることはできない。
【００５９】
参考実施例９
図１１は電池の構成・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。（ｃ）は（ｂ）と同じく（ａ）のＧ−Ｇ線断面図であって、電池内部のガス放出時の状態を示すものである。この参考実施例は外装部材３ａ端面の封止部４と、これよりも剥離強度を低くした封止部１９とに、それぞれ電気的端子２ａ，２ｂを設けたものである。２０ａ，２０ｂは接着部分である。通常の剥離強度をもつ封止部４を横断する形状を有し、かつ耐圧性能の低い封止部１９は融着材の材料、分子量、接着剤の材料等を変化させることにより作製できるし、実施例５、６や参考実施例７で示したように、封止の形状等を変化させることにより作製することもできる。
【００６０】
封止部１９には電気的端子があるため、この封止部１９の厚み・熱伝導の変化を利用して、または端子の厚みを利用して融着樹脂層の厚みを小さくしたり、あるいは端子金属の熱伝導が高いことを利用して、加熱している温度を高くすることで、融着樹脂層を流動させて融着樹脂層の厚みを小さくしたりすることができる。さらには、この部分の材料として、熱安定性の低い低分子ポリエチレン等の樹脂を用いることで、高温による大きな熱的変化を与えて、剥離強度そのものを小さくすることができる。また、端子の厚みによる段差を利用して、その部分の融着樹脂層の実質的な厚みを小さくすることもできる。このように、端子部分を利用することによって簡単に、他より耐圧性能の低い、横断する形状の封止部を作製することができる。
【００６１】
参考実施例１０
図１２は電池の構造を示す平面図であり、２１は封止部である。この参考実施例では電気的端子２ａ，２ｂを、偏平な電気化学的反応要素１と重なる方向の外装部材３ａに形成した開口部（図示せず）を封止する形態で設け、さらにこれらの端子を、外装部材３ａとは別のフィルム状部材により封止することにより封止部２１を形成してある。そして、この封止部２１のうち電気的端子２ａ，２ｂを封止する部分を、耐圧性能が低い封止手段としたものである。
【００６２】
ラミネートフィルム状に端子を設ける場合には、ラミネートフィルム自体を端子とするとき以外には、絶縁と端子の取り出し部の封止のために、封止部を設ける。本実施例では、この端子の封止部と、内部のガスを低圧で放出する耐圧性能の低い封止部とに兼用することにより、新たに耐圧性能の小さい封止部を設けることなく、この剥離強度を変えることで、ラミネートフィルム周辺の封止によるガスバリア特性、液漏れ防止特性等を確保したたまま、ラミネートフィルムの破裂を防ぐことができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、以下の作用効果が得られる。
非水系偏平型電池において、電気化学的反応要素を収納する外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低い封止手段を設けたため、電池内部の圧力増加の際に、前記封止手段が最初に剥離・破損して、内部のガスを電池外部に放出するので、電池内部の圧力が高圧になって外装部材（例えばラミネートフィルム）が破裂して爆発するのを的確に防止することができる。
特に、前記フィルム構造の封止部の少なくとも一部に、耐圧性能が外装部材の部分より低い封止手段を所定の場所に所定の形状・構造で設けたため、電池内部の圧力増加の際に、封止部が最初に剥離・破損して、内部のガスを電池外部に放出するので、電池内部の圧力が高圧になってラミネートフィルムが破裂して爆発するのを的確に防止することができるうえ、ラミネートフィルム周辺の封止の信頼性を高めることができる。なお、本発明の電池は、携帯電話器・携帯演算処理装置等の電源として、あるいは太陽電池一体型の２次電池として応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の電池構造を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図である。
【図２】実施例２の電池の構造・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（ｃ）は電池内部のガス放出時の状態を示す断面図である。
【図３】図２の電池の封止部の剥離状況を示す説明図であって、（ａ）は封止部の平面図、（ｂ）〜（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図であって、前記剥離の進行状況を示すものである。
【図４】実施例３の電池の構造・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。（ｃ）は電池内部のガス放出時の状態を示す断面図である。
【図５】図４の電池の封止部の剥離状況を示す説明図であって、（ａ）は封止部の平面図、（ｂ）〜（ｅ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図であって、前記剥離の進行状況を示すものである。
【図６】実施例４の電池の構造・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。（ｃ）は電池内部のガス放出時の状態を示す断面図である。
【図７】実施例５の電池の封止部構造を示す断面図である。
【図８】実施例６の電池の封止部構造を示す断面図である。
【図９】実施例７の電池の封止部構造を示す断面図である。
【図１０】実施例８の電池の封止部構造を示す断面図である。
【図１１】実施例９の電池の構造・作用を示すもので、（ａ）は電池の平面図、（ｂ）は（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。（ｃ）は電池内部のガス放出時の状態を示す断面図である。
【図１２】実施例１０の電池構造を示す平面図である。
【図１３】従来の水系偏平型電池の一例を示す斜視図である。
【図１４】従来の非水系角型電池の一例に係るもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＨ−Ｈ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＪ−Ｊ線断面図である。
【図１５】従来の非水系偏平型電池の別例に係るものであって、下部端子板を除去した状態を示す平面図である。
【図１６】図１５に示す、剥離方向の幅が小さい封止部の剥離状況を説明するもので、（ａ）は封止部の平面図である。（ｂ）（ｄ）は（ａ）のＫ−Ｋ線断面図であり、（ｄ）は（ｂ）より剥離が進行した状態を示している。（ｃ）（ｅ）は（ａ）のＬ−Ｌ線断面図であり、（ｅ）は（ｃ）より剥離が進行した状態を示すものである。
【符号の説明】
１電気化学的反応要素
２ａ，２ｂ電気的端子
３ａ，３ｂ外装部材（ラミネートフィルム）
３ｃ開口部
４，５，５ａ，５ｂ封止部
５ｃ正方形部分
６ａ，６ｂ接着部分
７ガス放出口
１１封止部
１２フィルム状部材
１３，１３ａ，１４，１４ａ，１５，１７封止部
１６フィルム部材
１８中空フィルム部材
１８ａ密着面
１９封止部
２０ａ，２０ｂ接着部分
２１封止部

Claims

偏平な電気化学的反応要素を外装部材により収納し、前記電気化学的反応要素から生じた電気的エネルギーまたは電気的情報を前記外装部材の外部へ出力する電気的端子を適所に設け、前記外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低い封止手段を設けた非水系偏平型電池であって、
前記封止部を前記外装部材端面と垂直な方向に横断する形状に熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は、前記熱融着樹脂層または接着剤層の厚さを他の封止部よりも小さくすることにより形成したことを特徴とする非水系偏平型電池。
偏平な電気化学的反応要素を外装部材により収納し、前記電気化学的反応要素から生じた電気的エネルギーまたは電気的情報を前記外装部材の外部へ出力する電気的端子を適所に設け、前記外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低い封止手段を設けた非水系偏平型電池であって、
前記封止部を熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は、前記熱融着樹脂層または接着剤層の厚さを他の封止部よりも小さくし、前記封止部のうち電気化学的反応要素側となる内側の一部分に設けるとともに、該封止手段の前記外装部材端面と平行な方向の長さを、前記外装部材端面と垂直な方向の封止部全体の長さより大きくし、かつ前記封止手段の前記外装部材端面と垂直な方向の長さを、前記封止部の前記垂直方向の長さより小さくしたことを特徴とする非水系偏平型電池。
偏平な電気化学的反応要素を外装部材により収納し、前記電気化学的反応要素から生じた電気的エネルギーまたは電気的情報を前記外装部材の外部へ出力する電気的端子を適所に設け、前記外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低い封止手段を設けた非水系偏平型電池であって、
前記封止部を前記外装部材端面と垂直な方向に横断する形状に熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は断面を平坦状に、他の封止部は断面を凹凸状または波型に、それぞれ形成したことを特徴とする非水系偏平型電池。
偏平な電気化学的反応要素を外装部材により収納し、前記電気化学的反応要素から生じた電気的エネルギーまたは電気的情報を前記外装部材の外部へ出力する電気的端子を適所に設け、前記外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低い封止手段を設けた非水系偏平型電池であって、
前記封止部を熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は前記封止部のうち電気化学的反応要素側となる内側の一部分に設けるとともに、該封止手段の前記外装部材端面と平行な方向の長さを、前記外装部材端面と垂直な方向の封止部全体の長さより大きくし、かつ前記外装部材端面と垂直な方向の長さを、前記封止部の前記垂直方向の長さより小さくし断面を平坦状に形成し、他の封止部は断面を凹凸状または波型に形成したことを特徴とする非水系偏平型電池。
偏平な電気化学的反応要素を外装部材により収納し、前記電気化学的反応要素から生じた電気的エネルギーまたは電気的情報を前記外装部材の外部へ出力する電気的端子を適所に設け、前記外装部材の一部にフィルム構造の封止部を設け、この封止部の少なくとも一部または前記外装部材面上に、耐圧性能が他の封止部より低い封止手段を設けた非水系偏平型電池であって、
前記封止部を熱融着樹脂層または接着剤層により形成し、前記封止手段は前記封止部のうち電気化学的反応要素側となる内側の一部分に設けるとともに、該封止手段の前記外装部材端面と平行な方向の長さを、前記外装部材端面と垂直な方向の封止部全体の長さより大きくし、かつ前記外装部材端面と垂直な方向の長さを、前記封止部の前記垂直方向の長さより小さくし前記封止部を形成する材料とは異なるフィルム材料による筒状の中空部材を該封止部に埋設して形成したことを特徴とする非水系偏平型電池。