JP5609799B2 - Battery and battery case - Google Patents
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Description
この発明は、電池および電池用外装体に関する。 The present invention relates to a battery and a battery case.
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)。 Conventionally, a battery system including a heating element is known (see, for example, Patent Document 1).
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。 Patent Document 1 includes a secondary battery, and a heater (heating element) that is connected to a positive terminal and a negative terminal of the secondary battery and is disposed close to or in close proximity to the secondary battery (power generation element). A battery system is disclosed. In this battery system, by heating the secondary battery by generating heat with the power from the secondary battery, the charging performance and output performance of the secondary battery are sufficiently exhibited even in a low temperature environment. In addition, although the patent document 1 describes that the heater (heating element) is arranged close to or in close proximity to the secondary battery (power generation element), the specific arrangement position and mounting structure of the heater are described. Not listed. Here, in the case where the heating element is disposed close to or in close proximity to the battery (power generation element), a configuration in which the heating element is attached to the outer surface of the battery outer casing via an adhesive layer is conceivable.
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。 However, in the configuration of Patent Document 1, the heater (heating element) is attached to the outer surface of the exterior body of the secondary battery via an adhesive layer so that the heater is close to or in close contact with the secondary battery (power generation element). In the arrangement, the heater may be peeled off from the outer surface of the exterior body due to deterioration of the adhesive layer or deformation of the exterior body. In this case, there is a problem that the secondary battery (power generation element) cannot be efficiently heated by the heater (heating element).
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。 As for the use of the battery in a low temperature environment, in addition to the use in a cold region, there are cases where the battery is mounted on an artificial satellite or an airplane and exposed to a low temperature environment. When mounted on a moving body such as an artificial satellite or an airplane, it is desired to reduce the weight of the battery in addition to heating the power generation element by the heating element.
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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to provide a battery and a battery exterior capable of efficiently heating a power generating element while reducing the weight. Is to provide a body.
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。 A battery according to a first aspect of the present invention includes a power generation element, a heating element layer that houses the power generation element and that heats the power generation element, and an exterior body made of a laminate film in which a metal layer is laminated. ing.
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。 In the battery according to the first aspect of the present invention, when a metal case is used as an exterior body by providing an exterior body made of a laminate film in which a heating element layer for heating a power generating element is laminated, as described above. The weight can be reduced as compared with the heating element layer, and the heating element layer is provided by being laminated inside the exterior body made of a laminate film, so that the heating element layer can be prevented from being detached from the exterior body. . Thereby, the power generation element accommodated in the exterior body can be efficiently heated by the heating element layer while reducing the weight. Unlike the case where the heating element is attached to the outer surface of the exterior body by laminating the heating element layer inside the exterior body made of a laminate film, the heating element layer is the same as other layers in the manufacturing process of the laminate film. Thus, the heating element layer can be easily provided.
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。 In the battery according to the first aspect, preferably, the exterior body includes a welding resin layer on each of the inner surface and the outer surface, and the heating element layer is provided between the welding resin layer and the metal layer on the outer surface. ing. If comprised in this way, since a heat generating body layer is provided outside a metal layer, the wiring for supplying electric power to a heat generating body layer can be formed easily. Further, by providing a welding resin layer on each of the inner surface and the outer surface of the exterior body, it is possible to perform welding with a part of the inner surface facing a part of the outer surface.
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。 In this case, preferably, the exterior body includes a thermal diffusion layer that is provided between the heating element layer and the inner surface of the exterior body and diffuses heat from the heating element layer and transmits the heat to the power generation element. And a thickness of 50 μm or more and 400 μm or less. The thermal diffusion layer of the present invention is not limited to a single layer, but is a broad concept including a plurality of layers made of the same or different materials. If comprised in this way, since a heat | fever can be diffused by a thermal diffusion layer and can be disperse | distributed to the whole power generation element, the whole power generation element can be heated uniformly.
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。 In the structure in which the heating element layer is provided between the welding resin layer and the metal layer on the outer surface, preferably, the insulating layer having a thickness of 5 μm or more and 50 μm or less is provided between the heating element layer and the metal layer. A heat-resistant layer is provided. If comprised in this way, since a heat generating body layer and a metal layer are arrange | positioned on both sides of the insulating heat resistant layer which is hard to soften with heat, it is suppressed effectively that a heat generating body layer and a metal layer contact. As a result, it is possible to suppress a short circuit between the heating element layer and the metal layer.
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。 In the battery according to the first aspect, preferably, the heating element layer and the metal layer are formed of the same layer. If comprised in this way, while being able to simplify the layer structure of the exterior body which consists of a laminate film compared with the case where a heat generating body layer and a metal layer are provided separately, the thickness of an exterior body becomes large. Thus, the battery can be reduced in size.
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。 The battery exterior body according to the second aspect of the present invention comprises a laminate film that houses a power generation element and that has a heating element layer for heating the power generation element and a metal layer laminated inside.
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。 In the battery outer body according to the second aspect of the present invention, as described above, the heating element layer for heating the power generating element is formed by the laminated film laminated inside, so that the battery outer casing of the metal case is formed. In addition, the weight can be reduced, and the heating element layer is provided so as to be laminated inside, so that the heating element layer can be prevented from being detached from the battery exterior body. Thereby, the power generation element housed inside can be efficiently heated by the heating element layer while reducing the weight. Unlike the case where the heating element is attached to the outer surface of the battery outer casing by laminating the heating element layer inside the battery outer casing made of the laminate film, the same process as other layers in the manufacturing process of the laminate film Since the heating element layer can be formed (laminated), the heating element layer can be easily provided.
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。 In the battery case according to the second aspect, preferably, the heating element layer and the metal layer are formed of the same layer. If comprised in this way, while being able to simplify the layer structure of the battery exterior body which consists of a laminate film compared with the case where a heat generating body layer and a metal layer are provided separately, the thickness of the battery exterior body is reduced. It is possible to reduce the size of the battery by suppressing the increase.
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。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Embodiments of the invention will be described below with reference to the drawings.
(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。
(First embodiment)
First, with reference to FIGS. 1-7, the structure of the
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。
The
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。
The exterior body 1 is formed in a cylindrical shape by overlapping and welding the end portion of the inner surface of the laminate film and the end portion of the outer surface facing each other. Moreover, as shown in FIGS. 1-3, the exterior body 1 is the
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。 The PE weld layers 11 and 16 are made of polyethylene and have a melting point of about 130 ° C. The PE weld layers 11 and 16 have a thermal conductivity of about 0.25 W / (m · K) or more and about 0.34 W / (m · K) or less. The PE weld layers 11 and 16 provided on the inner surface and the outer surface of the outer package 1 have a thickness of about 50 μm or more and about 200 μm or less. The PE weld layers 11 and 16 are examples of the “welded resin layer” in the present invention.
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。
The PET layers 12 and 14 are made of insulating polyethylene terephthalate having heat resistance, and have a melting point of about 260 ° C. higher than the melting point (about 130 ° C.) of the PE weld layer 11. The PET layers 12 and 14 have a thermal conductivity of about 0.2 W / (m · K) or more and about 0.5 W / (m · K) or less. The PET layers 12 and 14 have a thickness of about 5 μm or more and about 50 μm or less. The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
In addition, as shown in FIGS. 1 to 3, in the
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。
By configuring the exterior body 1 as described above, the heat from the
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。
As an adhesive layer (adhesive, adhesive film, etc.) provided between a metal layer (
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。
Next, the
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。
The
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。
The
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。
In 1st Embodiment, compared with the case where a metal case is used as the exterior body 1 by providing the exterior body 1 which consists of a laminate film by which the
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。
Further, in the first embodiment, as described above, the PE weld layers 11 and 16 are provided on the inner surface and the outer surface of the exterior body 1 respectively, and the
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。
In the first embodiment, as described above, the heat diffusion resin that diffuses heat from the
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。
In the first embodiment, as described above, the insulating
(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。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. In the second embodiment, unlike the first embodiment in which the
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。
As shown in FIGS. 8 to 10, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Moreover, in 2nd Embodiment, since the
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。
Further, as shown in FIGS. 8 and 9, the
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。
By configuring the
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。 In addition, the other structure of 2nd Embodiment is the same as that of the said 1st Embodiment.
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。
In the second embodiment, as described above, the
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。 The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
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。 For example, in the said 1st Embodiment, the heater layer which consists of copper foil is shown as an example of the heat generating body layer of this invention, In the said 2nd Embodiment, the heater which consists of stainless steel foil as an example of the heat generating body layer of this invention Although a layer is shown, the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, a heating element layer made of a material other than copper foil or stainless steel foil, such as a heating element layer made of aluminum foil, may be used. In addition, the heating element layer of the present invention is not limited to one made of a metal foil, and may be a heating element layer made of a conductive paint such as a silver paste. In this case, a heating element layer made of a conductive paint such as a silver paste may be laminated inside an outer package made of a laminate film by screen printing which is a kind of printing or a circuit forming method using a quantitative discharger. .
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。 Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment, although the PE welding layer which consists of polyethylene was shown as an example of the welding resin layer of this invention, this invention is not limited to this. In the present invention, a welding resin layer made of polyolefin other than polyethylene (for example, polypropylene (PP)) may be used.
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。 Moreover, in the said 1st Embodiment, although the PET layer which consists of a polyethylene terephthalate was shown as an example of the insulating heat resistant layer of this invention, this invention is not limited to this. In the present invention, a polyester resin other than polyethylene terephthalate (PET), nylon, cellophane, or fluororesin (PTFE, PFA) can be used as long as it is an insulating material and has a heat resistance higher than that of the polyolefin used for the weld resin layer. Epoxy resin, silicone resin, polyamide resin, phenol resin, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyarylate, polyetherimide, polyethersulfone, polyetheretherketone, polyamideimide, polyallylethernitrile, polybenzimidazole, polyethylene, etc. An insulating heat-resistant layer made of a material other than terephthalate may be used.
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。 Moreover, in the said 1st Embodiment, although the aluminum layer which consists of aluminum foil was shown as an example of the metal layer of this invention, this invention is not limited to this. In the present invention, even a metal layer made of a material other than aluminum, such as zinc, gold, silver, brass, tin, bronze, iron, copper, titanium, lead, nickel, platinum, magnesium, phosphor bronze, and stainless steel. Good.
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。
Moreover, in the said 1st Embodiment, although the thermal-diffusion resin layer which consists of PE welding layer 11,
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。
In the second embodiment, the
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。 In the first and second embodiments, the heater layer as the heating element layer has been shown to generate heat by the electromotive force of the power generation element housed in the exterior body. Not limited. In the present invention, the heating element layer may be configured to generate heat with external power.
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。 Moreover, in the said 1st and 2nd embodiment, although the battery of this invention was shown to the example applied to the lithium ion battery which is 1 type of a non-aqueous electrolyte battery, this invention is not limited to this. The battery of the present invention may be applied to, for example, a non-aqueous electrolyte battery other than a lithium ion battery, or may be applied to an aqueous electrolyte battery such as a nickel metal hydride battery.
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
1, 201, 301 Exterior body (Battery exterior body)
4
13 Aluminum layer (metal layer)
14 PET layer (insulating heat-resistant layer)
15 Heater layer (heating element layer)
17 Thermal diffusion resin layer (thermal diffusion layer)
100, 200
217 Thermal diffusion resin layer (thermal diffusion layer)
317 Thermal diffusion layer
Claims (5)
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。 A power generation element;
A battery comprising: a heating element layer that houses the power generation element and that heats the power generation element; and an exterior body made of a laminate film in which a metal layer is laminated.
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。 The exterior body includes a welded resin layer on each of the inner surface and the outer surface,
The battery according to claim 1, wherein the heating element layer is provided between the welding resin layer on the outer surface and the metal layer.
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。 The exterior body includes a heat diffusion layer that is provided between the heating element layer and an inner surface of the exterior body and diffuses heat from the heating element layer and transmits the heat to the power generation element.
The battery according to claim 2, wherein the thermal diffusion layer has a thickness of 50 μm or more and 400 μm or less.
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