JP2004095402A - Laminate battery, modular battery pack, battery pack and vehicle provided therewith - Google Patents

Laminate battery, modular battery pack, battery pack and vehicle provided therewith Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery being prevented from occurrence of its expansion without deterioration of sealing properties. <P>SOLUTION: A laminate battery comprises a laminate structure; that is formed by laminating a sheet-like positive electrode layer (12), a sheet-like separator layer (14), and a sheet-like negative electrode layer (13); a battery element portion (10) having a pass-through hole (11) into the above laminated layers (12, 13, 14) in a laminated direction, a clip (20) that is inserted into the pass-through hole and presses the laminated layers (12, 13, 14) by sandwiching both sides, and laminate films (40) covering the battery element portion and the clip. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はラミネート電池、当該ラミネート電池を複数組み合わせてなる組電池モジュール、当該組電池モジュールを複数組み合わせてなる組電池およびこの電池を搭載する車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、燃料電池自動車(FCV)等のモータ駆動用電池として、ラミネート電池がある。
【0003】
このラミネート電池は、正極、セパレータ、負極を積層させた電池要素部を有し、この電池要素部の両端には電極端子(タブ端子ともいう)が接続されている。電池要素部とタブ端子は、このタブ端子の先端部を露出させつつラミネートフィルムにより封止されている。ラミネートフィルムとタブ端子とは、その境界部分において溶着している。
【0004】
このようなラミネート電池は外装にラミネートフィルムを使用しているために、高温時や長期使用等により劣化した場合、電池が膨れてしまう。特開平9−259860号公報には、ラミネート電池本体に厚さ方向に貫通する孔を設け、当該孔に筒状体を挿通し、当該筒状体の両端を電池表面にハトめ・圧接するものが記載されている。このような構成を有するラミネート電池によれば、上記の電池の膨れを防止することができると考えられる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ラミネート電池には以下の問題がある。
【0006】
特開平9−259860号公報に記載のラミネート電池によれば、電池の膨れを防止することはできる。しかし、このラミネート電池においては、ラミネートフィルムで封止された電池本体に孔を開けるためシール性が悪くなってしまうという問題がある。
【0007】
また、タブ端子をラミネートフィルムから突出させるタイプのラミネート電池においては、タブ端子とラミネートフィルムの境界のシール性が悪いという問題がある。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、シール性を悪化させることなく電池の膨れを防止することができるラミネート電池を提供することである。
【0009】
本発明の他の目的は、シール性良く電極端子が設けられたラミネート電池を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決し、目的を達成するための本発明の第1の構成は、正極層、セパレータ層、負極層が積層された積層構造を有するとともに、これらの層に、これらの層を積層方向に貫通する貫通孔が形成された電池要素部と、前記貫通孔に挿通され、前記電池要素部を両面から挟んでこれらの層を圧迫する圧迫部材と、前記電池要素部と前記圧迫部材とを被覆するラミネートフィルムと、を有するラミネート電池である。
【0011】
また、本発明の第2の構成は、正極層、セパレータ層、負極層が積層された積層構造を有するとともに、これらの層に、これらの層を積層方向に貫通する第1の貫通孔が形成された電池要素部と、前記第1の貫通孔に対応する第2の貫通孔が形成され、前記電池要素部の正極層側または負極層側の少なくとも一方の側に重ねて取り付けられる押さえ板と、前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔とに挿通され前記電池要素部と前記押さえ板とを両面から挟んでこれらを圧迫する圧迫部材と、前記電池要素部、前記押さえ板、前記圧迫部材を共に被覆するラミネートフィルムと、を有するラミネート電池である。
【0012】
そして、上述の他の目的を達成するための本発明の第3の構成は、正極集電体を含む正極層と負極集電体を含む負極層とが交互に積層された積層構造を有する電池要素部と、前記積層構造の積層方向と略同方向に貫通して導電貫通孔が形成され、前記正極集電体または前記負極集電体のいずれか一方に接続される電極端子と、前記電極端子の前記導電貫通孔および前記導電貫通孔を露出させて前記電池要素部と前記電極端子とを被覆するラミネートフィルムと、前記導電貫通孔を露出させて前記ラミネートフィルムと前記電極端子の境界を封止するシール部材と、を有するラミネート電池である。
【0013】
【発明の効果】
本発明の第1の構成によれば、電池要素部を圧迫部材で挟んで圧迫し、当該圧迫部材を含めて電池要素部をラミネートフィルムで被覆しているので、シール性を悪化させることなく電池の膨れを防止することができる。
【0014】
本発明の第2の構成によれば、電極端子とラミネートフィルムとの境界をシール部材で封止しているので、シール性良く電極端子を設けることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるラミネート電池、組電池モジュール、組電池およびこの電池を搭載した車両についての好適な実施形態を第1の実施形態から第6の実施形態に分けて詳細に説明する。
【0016】
(第1の実施形態)
本実施形態に係るラミネート電池は、シート状の電池要素部に貫通孔を形成し、この貫通孔に止め具を挿通し、この止め具によって電池要素部を挟んで圧迫し、電池要素部とともに止め具もラミネートフィルムで被覆することとしたものである。以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
【0017】
図1は、本実施形態に係るラミネート電池の外観構成図である。このラミネート電池は、略長方形の電池要素部10を有している。この電池要素部10には、厚み方向に貫通する止め具挿通用の貫通孔11が形成されている。この貫通孔11には圧迫部材である止め具20が挿通されており、この止め具20によって電池要素部10の両面は挟まれて圧迫されている。一方、電池要素部10の両端には、タブ端子31、32が取り付けられている。止め具20が取り付けられた電池要素部10とタブ端子31、32は、タブ端子31、32の先端部を突出させる形態で、ラミネートフィルム40によって被覆、封止されている。すなわち、止め具20もラミネートフィルム40で被覆されている。なお、タブ端子31、32とラミネートフィルム40とは境界部分において溶着されている。
【0018】
図2は、本実施形態に係るラミネート電池の電池要素部10の積層構造と貫通孔11を示す断面構成図である。電池要素部10は、シート状正極層12とシート状負極層13がシート状セパレータ層14を介して交互に積層している積層構造を有する。シート状正極層12、シート状負極層13およびシート状セパレータ層14には、止め具挿通用の孔12a、13a、14aが形成されており、これらの層はそれぞれの孔12a、13a、14aが合致するように積層されている。そして、それぞれの孔12a、13a、14aが集合して止め具挿通用の貫通孔11を形成している。
【0019】
ここで、正極と負極の短絡を防止する観点より、シート状正極層12の孔12aとシート状負極層13の孔13aの径または形状は異なっていることが好ましい。また、リチウムイオン二次電池においては、リチウムの漏れ出しを防止するために、シート状正極層12の孔12aの大きさをシート状負極層13の孔13aよりも大きくしておくことが好ましい。本実施形態では、シート状負極層13の孔13aとシート状セパレータ層14の孔14aを同一径の円柱孔とし、シート状正極層12の孔12aをシート状負極層13の孔13aよりも大径の円柱孔とする。ただし、これらの孔12a、13a、14aの形状は円柱形に限られない。
【0020】
図3は、貫通孔11に挿通され電池要素部10を両面から挟んで圧迫する圧迫部材としての止め具20の断面構成図である。止め具20は、雄部材21と雌部材22とからなる。雄部材21は、シート状正極層12の孔12aより大径の円形板状の頭部21aと、当該頭部21aの中心に設けられ貫通孔11よりやや小径の円柱軸21bとを有する。雄部材21の円柱軸21bの端部には嵌合体21cが形成されている。雌部材22は、雄部材21の頭部21aと同径の円形板であり、当該円形板の中心には雄部材21の嵌合体21cと嵌合する嵌合溝22cが設けられている。
【0021】
ここで、止め具20の材質は、シート状正極層12とシート状負極層13との短絡を防止するために、樹脂やセラミックス等のような絶縁材料であることが好ましい。樹脂材料としては、通常使用温度範囲において変形せず、強度、耐薬品性、耐油性に優れたものが好ましく、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、アクリロニトリル・スチレン(AS)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、ポリプロピレン(PP)樹脂、ポリスチレン(PS)樹脂、不飽和ポリエステル(UP)等が挙げられる。セラミックスとしては、酸化アルミニウム、酸化珪素もしくは窒化珪素またはこれらの複合酸化物が挙げられる。好ましくは酸化アルミニウム、酸化珪素である。
【0022】
図4は、図2の電池要素部10の貫通孔11の一方面(図2では上面)から雄部材21を挿通し、他方面(図2では下面)において雌部材22を雄部材21と嵌合させた状態、すなわち、電池要素部10に止め具20を取り付けた状態における本実施形態に係るラミネート電池の断面構成図である。嵌合後における雄部材21の頭部21aの電池要素部側端面(図4では下面)と雌部材22の電池要素部側端面(図4では上面)との距離は、止め具20装着前の電池要素部10の厚さ(積層方向の長さ)よりもやや短くなるようになっている。このため、電池要素部10の一方面(図4では上面)は雄部材21の頭部21aの電池要素部側端面から圧力を受け、電池要素部10の他方面(図4では下面)は雌部材22の電池要素部側端面から圧力を受ける。すなわち、電池要素部10は止め具20によって挟まれて、圧迫される。これにより、電池要素部10の膨れが抑制される。止め具20は電池要素部10とともにラミネートフィルム40によって被覆、封止される。これにより、止め具20部分におけるラミネート電池のシール性を確保することができ、止め具20の設置によるシール性の悪化を防ぐことができる。
【0023】
以上のとおり、本実施形態に係るラミネート電池によれば、電池要素部10を止め具20で挟んで圧迫し、止め具20を含めて電池要素部10をラミネートフィルム40で被覆、封止するので、シール性を悪化させることなく電池の膨れ、ガス発生を防止でき、電池の劣化の促進および出力低下を防止することができる。
【0024】
なお、本実施形態では止め具を1個だけ設けることとしているが、電池要素部10の表面積に応じて2個以上設けてもよいことは言うまでもない。止め具を多く設けるほど電池の膨れを防止する効果は大きくなるが、電極面積が少なくなり電池容量が減少する。したがって、止め具の個数は電池の膨れ防止効果と電池容量を勘案して決定すればよい。今までの経験によれば、電池の膨れを防止するためには、電極面積8400mmにつき止め具を少なくとも1個設けることが好ましい。
【0025】
また、止め具の形状は上記実施形態のものに限られない。例えば、雄部材21の頭部21aおよび雌部材22の形状は円形に限られず、図5に示すように、縦長楕円形、横長楕円形や、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形等、他の形状とすることもできる。
【0026】
また、圧迫部材の種類も上記実施形態の止め具20に限られず、本実施形態と異なるタイプのリベットやボルトとナット等のように、貫通孔11に挿通され電池要素部10を両面から挟んで圧迫することができるものであれば他の任意の圧迫部材を採用することができる。
【0027】
本発明のラミネート電池としては、リチウムイオン二次電池、ポリマーリチウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池などが挙げられる。これらの中では、車両用電源としての用途を考慮すると、出力およびエネルギー密度に優れるリチウムイオン二次電池が好ましい。リチウムイオン二次電池であるラミネート電池を直列に接続した組電池を車両用電源とした場合、全体の出力電圧が400V程度の組電池を得ることも可能である。
【0028】
本発明のラミネート電池における、電池要素、タブ端子、ラミネートフィルムなどの材料は、公知の材料を用いればよく、特に限定されるものではない。参考までに、以下、本発明のラミネート電池がリチウムイオン二次電池である場合について簡単に記述する。ただし、本発明のラミネート電池は、リチウムイオン二次電池に限定されるわけではない。
【0029】
[シート状正極層]
シート状正極層は、アルミニウム等からなる正極集電体の両面に正極材料が結着した構造を有する。正極材料としては、種々の酸化物(LiMn2O4などのリチウムマンガン酸化物;二酸化マンガン;LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物;LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物;リチウム含有ニッケルコバルト酸化物;リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど)や、カルコゲン化合物(二硫化チタン、二硫化モリブテンなど)等を挙げることができる。これらの中では、得られるリチウムイオン二次電池の出力特性を考慮すると、リチウムマンガン酸化物またはリチウムニッケル酸化物が好ましい。
【0030】
正極集電体には、導電性を向上させるために、導電性材料を併せて結着させてもよい。導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック(例えばアセチレンブラックなど)、ニッケル粉末等が挙げられる。
【0031】
正極集電体としては、例えばアルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等を用いることができる。なお、正極は正極集電体の片面に正極材料を結着させた構造であってもよい。
【0032】
[シート状負極層]
シート状負極層は、銅などからなる負極集電体の両面に負極材料が結着した構造を有する。負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素材料を用いることができる。このような炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバー、コークス、有機前駆体(例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等)を不活性雰囲気中で熱処理して合成した炭素などが挙げられる。好ましくは、負極は非晶質カーボン系材料からなる。本願において「非晶質カーボン系材料」とは結晶構造を有さない炭素材料を意味し、換言すれば非晶質炭素材料を意味する。このような非晶質カーボン系材料は熱硬化性樹脂を炭素化することによって得られる。因みに、放電による電圧依存が大きい非晶質カーボン系材料を用いると、2以上のリチウムイオン二次電池を並列に接続した場合におけるリチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができる。
【0033】
負極集電体としては、例えば銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等を用いることができる。なお、負極は負極集電体の片面に負極材料を結着させた構造であってもよい。
【0034】
[シート状セパレータ層]
シート状セパレータ層は、ポリオレフィン系微多孔質セパレータ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンを用いることができ、セパレータ中には、非水電解液が含浸させられる。非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。非水溶媒は、単独で使用しても、2種以上混合して使用しても良い。電解質としては、例えば過塩素酸リチウム(LiClO)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ素リチウム(LiBF)、六フッ化砒素リチウム(LiAsF)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CFSO]等のリチウム塩を挙げることができる。電解質の非水溶媒に対する溶解量は、通常は0.2mol/L〜2mol/L程度である。
【0035】
非水電解液を保持するポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体等が挙げられる。
【0036】
[ラミネートフィルム]
ラミネートフィルムは電池の外装材として用いられる。一般には、熱融着性樹脂フィルム、金属箔、剛性を有する樹脂フィルムがこの順序で積層された高分子金属複合フィルムが用いられる。
【0037】
熱融着性樹脂としては、例えばポリエチレン(PE)、アイオノマー、エチレンビニルアセテート(EVA)等を用いることができる。金属箔としては、例えばAl箔、Ni箔を用いることができる。剛性を有する樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ナイロン等を用いることができる。具体的には、シール面側から外面に向けて積層したPE/Al箔/PETの積層フィルム;PE/Al箔/ナイロンの積層フィルム;アイオノマー/Ni箔/PETの積層フィルム;EVA/Al箔/PETの積層フィルム;アイオノマー/Al箔/PETの積層フィルム等を用いることができる。熱融着性樹脂フィルムは、電池要素を内部に収納する際のシール層として作用する。金属箔や剛性を有する樹脂フィルムは、湿性、耐通気性、耐薬品性を外装材に付与する。ラミネートフィルムは、超音波融着等を用いて、容易かつ確実に接合させることができる。
【0038】
[タブ端子]
タブ端子には、銅、鉄から選ばれる金属を用いることができるが、アルミニウム、ステンレス鋼といった金属またはこれらを含む合金材料も同様に使用可能である。また、表面被覆層にはニッケルが最も好適に使用できるが、銀、金といった金属材料も同様に使用可能である。
【0039】
(第2の実施形態)
本実施形態に係るラミネート電池は、上記第1の実施形態に係るラミネート電池とほとんど同じであるが、図6に示すとおり、電池要素部10の一方面と雄部材21の頭部21aとの間および電池要素部10の他方面と雌部材22との間にそれぞれ押さえ板50、60を介在させることを特徴としている。
【0040】
図6は、本実施形態に係るラミネート電池の止め具設置部分における断面構成図である。電池要素部10の両面には、押さえ板50、60がさらに積層されている。この押さえ板50、60には、電池要素部10に形成された貫通孔である第1の貫通孔11に対応する第2の貫通孔51、61が形成されている。押さえ板50、60は、第1の貫通孔11と第2の貫通孔51、61とが合致するように電池要素部10上に積層される。止め具20は、第1の貫通孔11と第2の貫通孔51、61とに挿通され、押さえ板50、60を介して電池要素部10を挟んで圧迫する。
【0041】
本実施形態に係るラミネート電池によれば、押さえ板50、60を介して止め具20により電池要素部10を圧迫するので、より広い範囲の電池要素部10に止め具20による圧力を作用させることができ、止め具20による電池の膨れ防止の効果を増大させることができる。
【0042】
ここで、さらに広い範囲の電池要素部10に止め具20による圧力を作用させ、止め具20による電池の膨れ防止の効果をさらに増大させるためには、押さえ板50、60は、電池要素部10よりも剛性が大きいことが好ましく、止め具20で挟まれた場合に弾性変形しないことがより好ましい。
【0043】
なお、本実施形態では電池要素部10の両面に押さえ板50、60を設けることとしているが、片面のみに押さえ板を設けることとしてもよく、この場合においても止め具20による電池の膨れ防止の効果を増大させることができる。
【0044】
(第3の実施形態)
図7は、本実施形態に係るラミネート電池の全体構成図である。このラミネート電池は、第1の電池要素部110と第2の電池要素部120とを有している。このラミネート電池の電池要素部110、120の積層構造は第1の実施形態と同じであるので説明を省略する。電池要素部110、120のシート状正極層12は正極集電体111、122を備えており、シート状負極層13は負極集電体112、121を備えている。これらの集電体111、112、121、122は電極端子130、140、150に接続されている。正極集電体111、122はそれぞれ電極端子130、150に接続されており、電極端子130、150は正極端子となっている。負極集電体112、121はともに電極端子140に接続されており、電極端子140は負極端子となっている。本実施形態に係るラミネート電池は、電極端子130、140、150の構成ならびに電極端子のシール構造に特徴を有する。
【0045】
図8は、本実施形態に係るラミネート電池の断面構成図である。以下、図8を用いて、本実施形態に係るラミネート電池の電極端子および当該電極端子に接続されている集電体と電池要素部の構成ならびにこれらのシール構造について説明する。
【0046】
第1の電池要素部110のシート状負極層13の端部(図8では右端)から負極集電体112が延出しており、第2の電池要素部120のシート状負極層13の端部(図8では左端)からは負極集電体121が延出している。これらの負極集電体112、121はともに導電性の電極端子140に電気的に接続され保持されている。この電極端子140は、円柱形状の集電体保持部141を有し、この集電体保持部141の両平面(図8では上面と下面)の中心にはそれぞれ円柱状の突起部142、143が設けられている。電極端子140は、その中心軸が電池要素部110、120の積層構造の積層方向と一致するように設けられている。電極端子140には、電池要素部110、120の積層方向と略同方向に貫通して導電貫通孔144が形成されている。ここでは、中心軸の周りに突起部142、143より小径の円柱状の貫通孔が導電貫通孔144として形成されている。なお、電極端子140の材料としては、SUS、鉄、銅、アルミニウムもしくはニッケルまたはこれらの合金が挙げられるが、特に限定されない。
【0047】
第1の電池要素部110、第2の電池要素部120、負極集電体112、121および電極端子140はラミネートフィルム160によって被覆される。ただし、電極端子140の導電貫通孔144、突起部142、143およびその近傍部145はラミネートフィルム160によっては被覆されない。電極端子140の両側(図8では上側と下側)には、シール部材としてのラミネート圧迫部材146、147が嵌合している。このラミネート圧迫部材146、147は、電極端子140の集電体保持部141と同径の略円柱形状であり、ラミネートフィルム160によって周辺部が被覆された電極端子140と嵌合する形状を有している。
【0048】
ラミネート圧迫部材146、147には、導電貫通孔144と一致する円柱状の貫通孔146a、147aが形成されている。これにより、この貫通孔146a、147aを介して電極端子140の導電貫通孔144にリード端子148を摺動させながら挿入することができ、ラミネート電池を外部回路と電気的に接続することができる。
【0049】
また、ラミネート圧迫部材146、147は、ラミネートフィルム160と接着しており、電極端子140とともにラミネートフィルム160を挟んで圧迫している。すなわち、ラミネート圧迫部材146、147は、ラミネートフィルム160と電極端子140との境界を封止している。ここで、シール性向上の観点より、ラミネート圧迫部材146、147はラミネートフィルム160と接着性の良い材料で形成されることが望ましい。
【0050】
また、電極端子140からの漏電を防止する観点より、ラミネート圧迫部材146、147は、樹脂やセラミックス等の絶縁材料で形成されることが好ましいが、導電材料と絶縁材料との複合で形成されてもよい。
【0051】
以上のとおり、本実施形態によれば、ラミネートフィルム160と電極端子140との境界をラミネート圧迫部材146、147により封止しているので、シール性の良い電極端子を備えたラミネート電池を提供することができる。従来のラミネート電池においては、電極端子とラミネートフィルムの溶着部から電解液が漏れるという問題があったが、本実施形態に係るラミネート電池によれば、ラミネートフィルム160と電極端子140との境界をラミネート圧迫部材146、147により封止しているので、上記問題を回避することができる。
【0052】
また、電極端子140に導電貫通孔144を設けているので、容易にリード端子148を挿入することができ、リード端子の接続性が向上する。さらに、導電貫通孔144は電池要素部110、120の積層構造の積層方向と同一方向に形成されているので、導電貫通孔144を一致させて複数のラミネート電池を積み重ねることにより、容易に組電池モジュールや組電池を構成することができる。
【0053】
なお、電極端子、ラミネートフィルムおよびシール部材の形状等の構成は上記実施形態のものに限られず、電極端子に電池要素部の積層方向と略同方向に貫通して導電貫通孔が形成され、導電貫通孔およびその近傍を除いて電池要素部、集電体および電極端子がラミネートフィルムで被覆され、少なくとも導電貫通孔が露出する形態でラミネートフィルムと電極端子との境界がシール部材により封止されていれば、他の任意の構成を採用することができる。
【0054】
また、本実施形態のように導電貫通孔を設ければリード端子の接続性が向上するという効果が得られるが、必ずしも貫通孔を設ける必要はなく、電極端子の一部を露出させる形態であれば他の構成を採用してもよい。図9に電極端子およびそのシール構造の他の構成例を示す。図9aは凸型電極の構成例を示す図であり、図9bは凹型電極の構成例を示す図である。図9cはシール部材が1個である凹型電極の構成例を示す図である。以下、これらの構成について簡単に説明する。電極端子170は、負極集電体112、121に接続されている。電池要素部110、120および電極端子170は、電極端子170の一部である露出部171を露出させる形態で、ラミネートフィルム160により被覆されている。このラミネートフィルム160と電極端子170の境界は、露出部171の一部である端子部172を露出させる形態で、シール部材173または174により封止されている。上記構成によれば、端子部172が露出しているので、ラミネート電池を外部回路と接続することができる。また、ラミネートフィルム160と電極端子170の境界をシール部材173または174によって封止しているので、シール性の良い電極端子を備えたラミネート電池を提供することができる。
【0055】
また、本実施形態では電池要素部を2つとしているが、電池要素部の個数は特に限定されず、1個でも3個以上でもよい。
【0056】
(第4の実施形態)
本実施形態に係る組電池モジュールは、第3の実施形態に係るラミネート電池を導電貫通孔が一致するように複数積み重ねたものである。
【0057】
図10は、本実施形態に係る組電池モジュールの断面構成図である。
【0058】
図10aは、複数(本実施形態では4個)のラミネート電池210、220、230、240の並列接続を可能とする組電池モジュールの断面構成図である。複数のラミネート電池210、220、230、240は、隣接する電極端子の極性が同じになるように積み重ねられている。隣接するラミネート電池同士は接着等の固定方法によって固定されている。
【0059】
このような組電池モジュールによれば、図10aに示すように、積み重ねられたラミネート電池の導電貫通孔に長尺のリード端子250、260、270を挿入することにより、容易に複数のラミネート電池を並列接続した電池を構成することができる。
【0060】
図10bは、複数(本実施形態では4個)のラミネート電池310、320、330、340の直列接続を可能とする組電池モジュールの断面構成図である。複数のラミネート電池310、320、330、340は、隣接する電極端子の極性が異なるように積み重ねられている。隣接するラミネート電池どうしは接着等の固定方法によって固定されている。
【0061】
このような組電池モジュールによれば、図10bに示すように、隣接する電極端子を交互に電気的に接続/絶縁するような長尺のリード端子350、360、370を積み重ねられたラミネート電池の導電貫通孔に挿入することにより、容易に複数のラミネート電池を直列接続した電池を構成することができる。リード端子350、360、370は、導電部と絶縁部が交互に配置されて構成されている。図10bにおいて、リード端子350、360、370の黒色部分は導電部であり、白色部分は絶縁部である。
【0062】
上記本実施形態に係る組電池モジュールによれば、直列または並列接続しやすいように複数のラミネート電池が予め積み重ねられているので、組電池を容易に作成することが可能になる。
【0063】
(第5の実施形態)
本実施形態に係る組電池は、第4の実施形態に係る組電池モジュールを複数組み合わせてなる組電池である。図11は、本実施形態に係る組電池の斜視図である。この組電池500において、組電池モジュール400は直列に接続されてもよく、並列に接続されてもよい。本実施形態に係る組電池によれば、組電池モジュールを直列または並列接続しているので、組電池モジュールよりも大電圧または大電流を得ることができる。このため車両に搭載するための電池として好適である。
【0064】
(第6の実施形態)
本実施形態に係る車両は、第5の実施形態に係る組電池を搭載してなる車両である。図12は、本実施形態に係る車両(自動車)の斜視図である。車両600の下部に組電池500が設置されている。車両に搭載されるラミネート電池は体積エネルギー密度が高い。このため、車両における電池部分の占有体積を小さくすることができ、設計の自由度が高い。また、車両に乗る人員や荷物用の空間を確保する上でも有益である。
【0065】
上述した本発明の実施形態には、特許請求の範囲の請求項1〜11に記載した発明以外にも、以下の付記1、2に示すような発明が含まれる。
【0066】
[付記1]  正極集電体を含む正極層と負極集電体を含む負極層とを備えた積層構造を有する電池要素部と、
前記正極集電体または前記負極集電体のいずれか一方に接続されている電極端子と、
当該電極端子の一部である露出部を露出させて前記電池要素部と前記電極端子とを被覆するラミネートフィルムと、
前記露出部の一部である端子部を露出させて前記ラミネートフィルムと前記電極端子の境界を封止するシール部材と、
を有することを特徴とするラミネート電池。
【0067】
[付記2]  前記シール部材は、絶縁性であることを特徴とする付記1記載のラミネート電池。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係るラミネート電池の外観構成図である。
【図2】本実施形態に係るラミネート電池の電池要素部の積層構造と貫通孔を示す断面構成図である。
【図3】本実施形態に係るラミネート電池の止め具の断面構成図である。
【図4】電池要素部に止め具を取り付けた状態における本実施形態に係るラミネート電池の断面構成図である。
【図5】雄部材の頭部および雌部材の形状を例示する図である。
【図6】第2の実施形態に係るラミネート電池の止め具設置部分における断面構成図である。
【図7】第3の実施形態に係るラミネート電池の全体構成図である。
【図8】本実施形態に係るラミネート電池の断面構成図である。
【図9】電極端子およびそのシール構造の他の構成例を示す図である。
【図10】第4の実施形態に係る組電池モジュールの断面構成図である。
【図11】第5の実施形態に係る組電池の斜視図である。
【図12】第6の実施形態に係る車両の斜視図である。
【符号の説明】
10…電池要素部
11…貫通孔
12…シート状正極層
13…シート状負極層
14…シート状セパレータ層
12a、13a、14a…孔
20…止め具(圧迫部材)
21…雄部材
21a…頭部
21b…円柱軸
21c…嵌合体
22…雌部材
22c…嵌合溝
31、32…タブ端子
40…ラミネートフィルム
50、60…押さえ板
51、61…第2の貫通孔
110…第1の電池要素部
120…第2の電池要素部
111、122…正極集電体
112、121…負極集電体
130、140、150…電極端子
141…集電体保持部
142、143…突起部
144…導電貫通孔
145…近傍部
146、147…ラミネート圧迫部材(シール部材)
146a、147a…貫通孔
148…リード端子
160…ラミネートフィルム
170…電極端子
171…露出部
172…端子部
173、174…シール部材
210、220、230、240…ラミネート電池
250、260、270…リード端子
310、320、330、340…ラミネート電池
350、360、370…リード端子
400…組電池モジュール
500…組電池
600…車両
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a laminated battery, an assembled battery module formed by combining a plurality of the laminated batteries, an assembled battery formed by combining a plurality of the assembled battery modules, and a vehicle mounted with the battery.
[0002]
[Prior art]
As a battery for driving a motor such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a fuel cell vehicle (FCV), there is a laminated battery.
[0003]
This laminated battery has a battery element portion in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are stacked, and electrode terminals (also referred to as tab terminals) are connected to both ends of the battery element portion. The battery element and the tab terminal are sealed with a laminate film while exposing the tip of the tab terminal. The laminate film and the tab terminal are welded at the boundary.
[0004]
Since such a laminated battery uses a laminate film for its exterior, the battery swells when it is deteriorated due to high temperature or long-term use. Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-259860 discloses a laminated battery body having a hole penetrating in the thickness direction, a cylindrical body being inserted into the hole, and both ends of the cylindrical body being caught and pressed against the battery surface. Is described. According to the laminated battery having such a configuration, it is considered that the swelling of the battery can be prevented.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above laminated battery has the following problems.
[0006]
According to the laminated battery described in JP-A-9-259860, it is possible to prevent the battery from swelling. However, in this laminated battery, there is a problem that the sealing property is deteriorated because a hole is formed in the battery body sealed with the laminated film.
[0007]
Further, in a laminated battery in which the tab terminals protrude from the laminated film, there is a problem that the sealing property at the boundary between the tab terminals and the laminated film is poor.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a laminated battery capable of preventing the battery from swelling without deteriorating the sealing property.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a laminated battery provided with electrode terminals with good sealing properties.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A first configuration of the present invention for solving the above problems and achieving the object has a laminated structure in which a positive electrode layer, a separator layer, and a negative electrode layer are laminated, and these layers are laminated on these layers. A battery element portion having a through hole penetrating in the direction, a compression member inserted through the through hole, and pressing these layers with the battery element portion sandwiched from both sides; the battery element portion and the compression member; And a laminate film for covering the laminate.
[0011]
The second configuration of the present invention has a laminated structure in which a positive electrode layer, a separator layer, and a negative electrode layer are laminated, and a first through hole that penetrates these layers in the laminating direction is formed in these layers. And a pressing plate having a second through-hole corresponding to the first through-hole formed therein, and being attached to at least one of the positive electrode layer side and the negative electrode layer side of the battery element portion. A compression member that is inserted through the first through-hole and the second through-hole and presses the battery element portion and the holding plate from both sides and presses them; the battery element portion, the holding plate, And a laminate film that covers the compression member together.
[0012]
A third structure of the present invention for achieving the other object described above is a battery having a stacked structure in which a positive electrode layer including a positive electrode current collector and a negative electrode layer including a negative electrode current collector are alternately stacked. An element part, an electrode terminal connected to one of the positive electrode current collector or the negative electrode current collector, a conductive through-hole penetrating substantially in the same direction as the stacking direction of the stacked structure, and the electrode; A laminate film for exposing the conductive through-holes and the conductive through-holes of the terminals to cover the battery element portion and the electrode terminals; and exposing the conductive through-holes to seal a boundary between the laminate film and the electrode terminals. And a sealing member that stops.
[0013]
【The invention's effect】
According to the first configuration of the present invention, the battery element portion is sandwiched between the compression members and pressed, and the battery element portion including the compression member is covered with the laminate film. Swelling can be prevented.
[0014]
According to the second configuration of the present invention, since the boundary between the electrode terminal and the laminate film is sealed with the sealing member, the electrode terminal can be provided with good sealing properties.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to the accompanying drawings, preferred embodiments of a laminated battery, an assembled battery module, an assembled battery, and a vehicle equipped with the battery according to the present invention are divided into a first embodiment to a sixth embodiment. This will be described in detail.
[0016]
(1st Embodiment)
In the laminated battery according to the present embodiment, a through hole is formed in the sheet-shaped battery element portion, a stopper is inserted into the through hole, the battery element portion is pressed by the stopper, and stopped together with the battery element portion. The tool is also to be covered with a laminate film. Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 is an external configuration diagram of the laminated battery according to the present embodiment. This laminated battery has a substantially rectangular battery element portion 10. The battery element portion 10 is formed with a through hole 11 for inserting a stopper that penetrates in the thickness direction. A stopper 20 serving as a compression member is inserted into the through-hole 11, and the both sides of the battery element portion 10 are sandwiched and pressed by the stopper 20. On the other hand, tab terminals 31 and 32 are attached to both ends of the battery element unit 10. The battery element portion 10 to which the stopper 20 is attached and the tab terminals 31 and 32 are covered and sealed with the laminate film 40 in such a manner that the tips of the tab terminals 31 and 32 project. That is, the stopper 20 is also covered with the laminate film 40. The tab terminals 31, 32 and the laminate film 40 are welded at the boundary.
[0018]
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram showing the laminated structure of the battery element unit 10 and the through holes 11 of the laminated battery according to the present embodiment. The battery element portion 10 has a laminated structure in which a sheet-like positive electrode layer 12 and a sheet-like negative electrode layer 13 are alternately laminated via a sheet-like separator layer 14. Holes 12a, 13a, and 14a for inserting fasteners are formed in the sheet-like positive electrode layer 12, the sheet-like negative electrode layer 13, and the sheet-like separator layer 14, and these layers have respective holes 12a, 13a, and 14a. They are stacked to match. The holes 12a, 13a, and 14a collectively form a through hole 11 for inserting a fastener.
[0019]
Here, from the viewpoint of preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, it is preferable that the holes 12a of the sheet-like positive electrode layer 12 and the holes 13a of the sheet-like negative electrode layer 13 have different diameters or shapes. In the lithium ion secondary battery, it is preferable that the size of the hole 12a of the sheet-like positive electrode layer 12 is larger than the size of the hole 13a of the sheet-like negative electrode layer 13 in order to prevent leakage of lithium. In this embodiment, the holes 13a of the sheet-shaped negative electrode layer 13 and the holes 14a of the sheet-shaped separator layer 14 are cylindrical holes having the same diameter, and the holes 12a of the sheet-shaped positive electrode layer 12 are larger than the holes 13a of the sheet-shaped negative electrode layer 13. It is a cylindrical hole with a diameter. However, the shape of these holes 12a, 13a, 14a is not limited to a cylindrical shape.
[0020]
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of a stopper 20 as a compression member that is inserted into the through hole 11 and presses the battery element portion 10 from both sides. The stopper 20 includes a male member 21 and a female member 22. The male member 21 has a circular plate-shaped head 21a having a diameter larger than the hole 12a of the sheet-shaped positive electrode layer 12, and a cylindrical shaft 21b provided at the center of the head 21a and having a diameter slightly smaller than the through hole 11. A fitting 21c is formed at the end of the cylindrical shaft 21b of the male member 21. The female member 22 is a circular plate having the same diameter as the head 21 a of the male member 21, and a fitting groove 22 c for fitting with the fitting body 21 c of the male member 21 is provided at the center of the circular plate.
[0021]
Here, the material of the stopper 20 is preferably an insulating material such as a resin or a ceramic in order to prevent a short circuit between the sheet-like positive electrode layer 12 and the sheet-like negative electrode layer 13. As the resin material, those which do not normally deform in the operating temperature range and have excellent strength, chemical resistance, and oil resistance are preferable. For example, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, acrylonitrile-styrene (AS) resin, polyamide (PA) resin, polycarbonate (PC) resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polyethylene (PE) resin, polypropylene (PP) resin, polystyrene (PS) resin, unsaturated polyester (UP), and the like. Examples of the ceramic include aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, and a composite oxide thereof. Preferably, aluminum oxide and silicon oxide are used.
[0022]
FIG. 4 shows that the male member 21 is inserted through one surface (the upper surface in FIG. 2) of the through hole 11 of the battery element portion 10 in FIG. 2, and the female member 22 is fitted with the male member 21 on the other surface (the lower surface in FIG. 2). FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of the laminated battery according to the present embodiment in a combined state, that is, a state in which a stopper 20 is attached to the battery element unit 10. The distance between the end surface (the lower surface in FIG. 4) of the head 21a of the male member 21 after fitting and the end surface (the upper surface in FIG. 4) of the female member 22 of the female member 22 is determined before the stopper 20 is attached. The thickness is slightly shorter than the thickness (the length in the stacking direction) of the battery element portion 10. For this reason, one surface (the upper surface in FIG. 4) of the battery element portion 10 receives pressure from the end surface of the head 21a of the male member 21 on the battery element portion side, and the other surface (the lower surface in FIG. 4) of the battery element portion 10 is female. The member 22 receives pressure from the end face on the battery element portion side. That is, the battery element unit 10 is sandwiched by the stoppers 20 and pressed. Thereby, the swelling of the battery element portion 10 is suppressed. The stopper 20 and the battery element 10 are covered and sealed with the laminate film 40. Thereby, the sealing performance of the laminated battery at the stopper 20 can be ensured, and the deterioration of the sealing performance due to the installation of the stopper 20 can be prevented.
[0023]
As described above, according to the laminated battery of the present embodiment, the battery element portion 10 is sandwiched by the stoppers 20 and pressed, and the battery element portion 10 including the stoppers 20 is covered with the laminate film 40 and sealed. Further, it is possible to prevent the battery from swelling and generating gas without deteriorating the sealing property, and to promote the deterioration of the battery and prevent the output from decreasing.
[0024]
In this embodiment, only one stopper is provided. However, it goes without saying that two or more stoppers may be provided according to the surface area of the battery element portion 10. The more stoppers are provided, the greater the effect of preventing battery swelling, but the smaller the electrode area and the lower the battery capacity. Therefore, the number of the stoppers may be determined in consideration of the battery swelling prevention effect and the battery capacity. According to past experience, in order to prevent the battery from swelling, the electrode area was 8400 mm. 2 It is preferable to provide at least one stop for each.
[0025]
Further, the shape of the stopper is not limited to that of the above embodiment. For example, the shape of the head 21a and the female member 22 of the male member 21 is not limited to a circle, and as shown in FIG. 5, a vertically long ellipse, a horizontally long ellipse, a polygon such as a triangle, a quadrangle, a pentagon, a hexagon, and the like. , And other shapes.
[0026]
In addition, the type of the pressing member is not limited to the stopper 20 of the above embodiment, but is inserted through the through hole 11 and sandwiches the battery element portion 10 from both sides, such as a rivet or a bolt and a nut of a different type from the present embodiment. Any other compression member can be adopted as long as it can compress.
[0027]
Examples of the laminated battery of the present invention include a lithium ion secondary battery, a polymer lithium battery, a nickel-hydrogen battery, and a nickel-cadmium battery. Among these, a lithium ion secondary battery excellent in output and energy density is preferable in consideration of the use as a vehicle power supply. When a battery pack in which laminated batteries, which are lithium ion secondary batteries, are connected in series is used as a vehicle power supply, a battery pack having an overall output voltage of about 400 V can be obtained.
[0028]
In the laminated battery of the present invention, materials such as a battery element, a tab terminal, and a laminated film may be a known material, and are not particularly limited. For reference, the case where the laminated battery of the present invention is a lithium ion secondary battery will be briefly described below. However, the laminated battery of the present invention is not limited to a lithium ion secondary battery.
[0029]
[Sheet-shaped positive electrode layer]
The sheet-shaped positive electrode layer has a structure in which a positive electrode material is bonded to both surfaces of a positive electrode current collector made of aluminum or the like. As the cathode material, various oxides (lithium manganese oxide such as LiMn2O4; manganese dioxide; LiNiO 2 Such as lithium nickel oxide; LiCoO 2 Lithium cobalt oxide; lithium-containing nickel cobalt oxide; amorphous vanadium pentoxide containing lithium; and chalcogen compounds (titanium disulfide, molybdenum disulfide, etc.). Among these, lithium manganese oxide or lithium nickel oxide is preferable in consideration of the output characteristics of the obtained lithium ion secondary battery.
[0030]
A conductive material may be bound to the positive electrode current collector in order to improve conductivity. Examples of the conductive material include artificial graphite, carbon black (eg, acetylene black), nickel powder, and the like.
[0031]
As the positive electrode current collector, for example, expanded metal made of aluminum, aluminum mesh, punched metal made of aluminum, or the like can be used. Note that the positive electrode may have a structure in which a positive electrode material is bound to one surface of a positive electrode current collector.
[0032]
[Sheet negative electrode layer]
The sheet-shaped negative electrode layer has a structure in which a negative electrode material is bonded to both surfaces of a negative electrode current collector made of copper or the like. As the negative electrode material, a carbon material that stores and releases lithium ions can be used. As such a carbon material, natural graphite, artificial graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, coke, and an organic precursor (for example, phenol resin, polyacrylonitrile, cellulose, etc.) were synthesized by heat treatment in an inert atmosphere. Carbon and the like. Preferably, the negative electrode is made of an amorphous carbon-based material. In the present application, "amorphous carbon-based material" means a carbon material having no crystal structure, in other words, an amorphous carbon material. Such an amorphous carbon-based material is obtained by carbonizing a thermosetting resin. Incidentally, when an amorphous carbon-based material having a large voltage dependency due to discharge is used, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery when two or more lithium ion secondary batteries are connected in parallel can be improved.
[0033]
As the negative electrode current collector, for example, a copper expanded metal, a copper mesh, a copper punched metal, or the like can be used. Note that the negative electrode may have a structure in which a negative electrode material is bound to one surface of a negative electrode current collector.
[0034]
[Sheet-shaped separator layer]
For the sheet-like separator layer, a polyolefin-based microporous separator, for example, polyethylene or polypropylene can be used, and the separator is impregnated with a non-aqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and γ-butyrolactone (γ-BL). ), Sulfolane, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dimethoxypropane, dimethyl ether, tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran and the like. The non-aqueous solvents may be used alone or as a mixture of two or more. As the electrolyte, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), Lithium hexafluorophosphate (LiPF) 6 ), Lithium boron tetrafluoride (LiBF 4 ), Lithium arsenic hexafluoride (LiAsF) 6 ), Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), Lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 3 ) 2 ] And other lithium salts. The amount of the electrolyte dissolved in the nonaqueous solvent is usually about 0.2 mol / L to 2 mol / L.
[0035]
Examples of the polymer that holds the non-aqueous electrolyte include a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a polymer containing the derivative, a copolymer of vinylidene fluoride (VdF) and hexafluoropropylene (HFP), and the like.
[0036]
[Laminate film]
The laminated film is used as a battery exterior material. Generally, a polymer-metal composite film in which a heat-fusible resin film, a metal foil, and a rigid resin film are laminated in this order is used.
[0037]
As the heat-fusible resin, for example, polyethylene (PE), ionomer, ethylene vinyl acetate (EVA) and the like can be used. As the metal foil, for example, an Al foil or a Ni foil can be used. As the resin having rigidity, for example, polyethylene terephthalate (PET), nylon or the like can be used. Specifically, a laminated film of PE / Al foil / PET laminated from the sealing surface side to the outer surface; a laminated film of PE / Al foil / nylon; a laminated film of ionomer / Ni foil / PET; EVA / Al foil / A laminated film of PET; a laminated film of ionomer / Al foil / PET can be used. The heat-fusible resin film functions as a seal layer when the battery element is housed inside. A metal foil or a rigid resin film imparts moisture, air resistance, and chemical resistance to the exterior material. The laminate film can be easily and reliably joined by using ultrasonic fusion or the like.
[0038]
[Tab terminal]
Metals selected from copper and iron can be used for the tab terminals, but metals such as aluminum and stainless steel or alloy materials containing these can also be used. Nickel is most preferably used for the surface coating layer, but metal materials such as silver and gold can also be used.
[0039]
(Second embodiment)
The laminated battery according to the present embodiment is almost the same as the laminated battery according to the first embodiment. However, as shown in FIG. 6, between the one surface of the battery element 10 and the head 21 a of the male member 21. In addition, holding plates 50 and 60 are interposed between the other surface of the battery element portion 10 and the female member 22, respectively.
[0040]
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of a fastener installation portion of the laminated battery according to the present embodiment. Pressing plates 50 and 60 are further laminated on both surfaces of the battery element unit 10. The holding plates 50 and 60 have second through holes 51 and 61 corresponding to the first through holes 11 which are through holes formed in the battery element portion 10. The pressing plates 50 and 60 are stacked on the battery element unit 10 so that the first through holes 11 and the second through holes 51 and 61 match. The stopper 20 is inserted into the first through-hole 11 and the second through-holes 51 and 61, and presses the battery element 10 via the holding plates 50 and 60.
[0041]
According to the laminated battery according to the present embodiment, since the battery element 10 is pressed by the stopper 20 via the holding plates 50 and 60, the pressure by the stopper 20 acts on the battery element 10 in a wider range. The effect of preventing the battery from swelling by the stopper 20 can be increased.
[0042]
Here, in order to apply the pressure by the stopper 20 to the battery element portion 10 in a wider range and further increase the effect of preventing the battery from swelling by the stopper 20, the holding plates 50 and 60 are provided with the battery element portion 10. It is preferable that the rigidity is higher than the rigidity, and it is more preferable that the elastic member does not elastically deform when sandwiched between the stoppers 20.
[0043]
In the present embodiment, the holding plates 50 and 60 are provided on both surfaces of the battery element unit 10. However, the holding plates may be provided only on one surface. In this case, the stopper 20 prevents the battery from swelling. The effect can be increased.
[0044]
(Third embodiment)
FIG. 7 is an overall configuration diagram of the laminated battery according to the present embodiment. This laminated battery has a first battery element 110 and a second battery element 120. The laminated structure of the battery element portions 110 and 120 of the laminated battery is the same as that of the first embodiment, and thus the description is omitted. The sheet-like positive electrode layer 12 of the battery element units 110 and 120 includes positive electrode current collectors 111 and 122, and the sheet-like negative electrode layer 13 includes negative electrode current collectors 112 and 121. These current collectors 111, 112, 121, 122 are connected to electrode terminals 130, 140, 150. The positive electrode current collectors 111 and 122 are connected to electrode terminals 130 and 150, respectively, and the electrode terminals 130 and 150 are positive electrode terminals. The negative electrode current collectors 112 and 121 are both connected to the electrode terminal 140, and the electrode terminal 140 is a negative electrode terminal. The laminated battery according to the present embodiment is characterized by the configuration of the electrode terminals 130, 140, and 150 and the sealing structure of the electrode terminals.
[0045]
FIG. 8 is a sectional configuration diagram of the laminated battery according to the present embodiment. Hereinafter, the configuration of the electrode terminal of the laminated battery according to the present embodiment, the current collector and the battery element portion connected to the electrode terminal, and the sealing structure thereof will be described with reference to FIG.
[0046]
A negative electrode current collector 112 extends from an end (the right end in FIG. 8) of the sheet-shaped negative electrode layer 13 of the first battery element unit 110, and an end of the sheet-shaped negative electrode layer 13 of the second battery element unit 120. A negative electrode current collector 121 extends from the left end in FIG. These negative electrode current collectors 112 and 121 are both electrically connected to and held by conductive electrode terminals 140. The electrode terminal 140 has a columnar current collector holding portion 141, and columnar projecting portions 142 and 143 are respectively provided at the centers of both planes (the upper surface and the lower surface in FIG. 8) of the current collector holding portion 141. Is provided. The electrode terminal 140 is provided such that the central axis thereof coincides with the stacking direction of the stacked structure of the battery element units 110 and 120. A conductive through-hole 144 is formed in the electrode terminal 140 so as to penetrate in substantially the same direction as the stacking direction of the battery element parts 110 and 120. Here, a cylindrical through hole having a diameter smaller than that of the protrusions 142 and 143 is formed as a conductive through hole 144 around the central axis. In addition, as a material of the electrode terminal 140, SUS, iron, copper, aluminum, nickel, or an alloy thereof can be given, but it is not particularly limited.
[0047]
The first battery element section 110, the second battery element section 120, the negative electrode current collectors 112 and 121, and the electrode terminals 140 are covered with the laminate film 160. However, the conductive through-hole 144, the protrusions 142 and 143 of the electrode terminal 140, and the vicinity 145 thereof are not covered by the laminate film 160. On both sides (upper and lower sides in FIG. 8) of the electrode terminal 140, laminate pressing members 146 and 147 as a sealing member are fitted. The laminate pressing members 146 and 147 have a substantially cylindrical shape having the same diameter as the current collector holding portion 141 of the electrode terminal 140, and have a shape to be fitted with the electrode terminal 140 whose peripheral portion is covered by the laminate film 160. ing.
[0048]
The laminate pressing members 146 and 147 are formed with cylindrical through-holes 146a and 147a that match the conductive through-holes 144. Thus, the lead terminal 148 can be inserted into the conductive through hole 144 of the electrode terminal 140 while sliding through the through holes 146a and 147a, and the laminated battery can be electrically connected to an external circuit.
[0049]
The laminate pressing members 146 and 147 are adhered to the laminate film 160 and press together with the electrode terminals 140 with the laminate film 160 interposed therebetween. That is, the laminate pressing members 146 and 147 seal the boundary between the laminate film 160 and the electrode terminals 140. Here, it is desirable that the laminate pressing members 146 and 147 are formed of a material having good adhesiveness to the laminate film 160 from the viewpoint of improving the sealing property.
[0050]
In addition, from the viewpoint of preventing leakage from the electrode terminals 140, the laminate pressing members 146 and 147 are preferably formed of an insulating material such as resin or ceramic, but formed of a composite of a conductive material and an insulating material. Is also good.
[0051]
As described above, according to the present embodiment, since the boundary between the laminate film 160 and the electrode terminal 140 is sealed by the laminate pressing members 146 and 147, a laminated battery provided with an electrode terminal having good sealing properties is provided. be able to. In the conventional laminated battery, there was a problem that the electrolyte leaked from the welded portion between the electrode terminal and the laminated film. However, according to the laminated battery according to the present embodiment, the boundary between the laminated film 160 and the electrode terminal 140 was laminated. Since the sealing is performed by the compression members 146 and 147, the above problem can be avoided.
[0052]
Further, since the conductive through hole 144 is provided in the electrode terminal 140, the lead terminal 148 can be easily inserted, and the connectivity of the lead terminal is improved. Further, since the conductive through-holes 144 are formed in the same direction as the stacking direction of the stacked structure of the battery element portions 110 and 120, a plurality of laminated batteries can be easily stacked by aligning the conductive through-holes 144. Modules and assembled batteries can be configured.
[0053]
The configurations of the electrode terminals, the laminate film, and the seal member are not limited to those in the above embodiment, and a conductive through hole is formed in the electrode terminal so as to penetrate in substantially the same direction as the stacking direction of the battery element portion. Except for the through hole and its vicinity, the battery element portion, the current collector, and the electrode terminal are covered with the laminate film, and at least the boundary between the laminate film and the electrode terminal is sealed with a seal member in such a manner that the conductive through hole is exposed. Then, any other configuration can be adopted.
[0054]
Further, if the conductive through hole is provided as in the present embodiment, the effect of improving the connectivity of the lead terminal can be obtained. Other configurations may be employed as long as the configuration is different. FIG. 9 shows another configuration example of the electrode terminal and its sealing structure. FIG. 9A is a diagram illustrating a configuration example of a convex electrode, and FIG. 9B is a diagram illustrating a configuration example of a concave electrode. FIG. 9c is a diagram showing a configuration example of a concave electrode having one sealing member. Hereinafter, these configurations will be briefly described. The electrode terminal 170 is connected to the negative electrode current collectors 112 and 121. The battery element portions 110 and 120 and the electrode terminals 170 are covered with the laminate film 160 in such a manner that the exposed portions 171 that are parts of the electrode terminals 170 are exposed. The boundary between the laminate film 160 and the electrode terminal 170 is sealed with a seal member 173 or 174 so as to expose the terminal portion 172 which is a part of the exposed portion 171. According to the above configuration, since the terminal portion 172 is exposed, the laminated battery can be connected to an external circuit. Further, since the boundary between the laminate film 160 and the electrode terminal 170 is sealed by the seal member 173 or 174, a laminated battery provided with an electrode terminal having good sealing properties can be provided.
[0055]
Further, in the present embodiment, the number of the battery element portions is two, but the number of the battery element portions is not particularly limited, and may be one or three or more.
[0056]
(Fourth embodiment)
The assembled battery module according to the present embodiment is obtained by stacking a plurality of the laminated batteries according to the third embodiment so that the conductive through holes match.
[0057]
FIG. 10 is a cross-sectional configuration diagram of the battery module according to the present embodiment.
[0058]
FIG. 10A is a cross-sectional configuration diagram of a battery module that enables parallel connection of a plurality of (four in the present embodiment) laminated batteries 210, 220, 230, and 240. The plurality of laminated batteries 210, 220, 230, and 240 are stacked such that adjacent electrode terminals have the same polarity. Adjacent laminated batteries are fixed by a fixing method such as adhesion.
[0059]
According to such an assembled battery module, as shown in FIG. 10A, by inserting the long lead terminals 250, 260, and 270 into the conductive through holes of the stacked laminated batteries, a plurality of laminated batteries can be easily formed. A battery connected in parallel can be configured.
[0060]
FIG. 10B is a cross-sectional configuration diagram of an assembled battery module that allows a plurality (four in the present embodiment) of laminated batteries 310 to be connected in series. The plurality of laminated batteries 310, 320, 330, 340 are stacked such that adjacent electrode terminals have different polarities. Adjacent laminated batteries are fixed by a fixing method such as adhesion.
[0061]
According to such an assembled battery module, as shown in FIG. 10B, a laminated battery in which long lead terminals 350, 360, and 370 that alternately electrically connect / insulate adjacent electrode terminals are stacked. By inserting the battery into the conductive through-hole, a battery in which a plurality of laminated batteries are connected in series can be easily formed. The lead terminals 350, 360, and 370 are configured such that conductive portions and insulating portions are alternately arranged. In FIG. 10B, the black portions of the lead terminals 350, 360, and 370 are conductive portions, and the white portions are insulating portions.
[0062]
According to the battery module according to the present embodiment, since a plurality of laminated batteries are stacked in advance so that they can be easily connected in series or in parallel, it is possible to easily manufacture the battery pack.
[0063]
(Fifth embodiment)
The assembled battery according to the present embodiment is an assembled battery obtained by combining a plurality of assembled battery modules according to the fourth embodiment. FIG. 11 is a perspective view of the battery pack according to the present embodiment. In the battery pack 500, the battery pack modules 400 may be connected in series or in parallel. According to the assembled battery according to the present embodiment, since the assembled battery modules are connected in series or in parallel, it is possible to obtain a larger voltage or a larger current than the assembled battery module. Therefore, it is suitable as a battery to be mounted on a vehicle.
[0064]
(Sixth embodiment)
The vehicle according to the present embodiment is a vehicle equipped with the battery pack according to the fifth embodiment. FIG. 12 is a perspective view of a vehicle (automobile) according to the present embodiment. An assembled battery 500 is installed below the vehicle 600. A laminated battery mounted on a vehicle has a high volume energy density. For this reason, the occupied volume of the battery portion in the vehicle can be reduced, and the degree of design freedom is high. It is also useful for securing space for people and luggage in vehicles.
[0065]
The embodiments of the present invention described above include the inventions described in the following supplementary notes 1 and 2 in addition to the inventions described in claims 1 to 11 of the claims.
[0066]
[Supplementary Note 1] A battery element unit having a stacked structure including a positive electrode layer including a positive electrode current collector and a negative electrode layer including a negative electrode current collector;
An electrode terminal connected to one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector,
A laminate film that exposes an exposed part that is a part of the electrode terminal and covers the battery element part and the electrode terminal,
A sealing member that exposes a terminal portion that is a part of the exposed portion and seals a boundary between the laminate film and the electrode terminal,
A laminated battery comprising:
[0067]
[Supplementary Note 2] The laminated battery according to Supplementary Note 1, wherein the seal member is insulative.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external configuration diagram of a laminated battery according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram illustrating a laminated structure and through holes of a battery element portion of the laminated battery according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional configuration diagram of a stopper of the laminated battery according to the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of the laminated battery according to the embodiment in a state where a stopper is attached to the battery element.
FIG. 5 is a diagram illustrating the shape of the head of a male member and the shape of a female member.
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of a fastener installation portion of a laminated battery according to a second embodiment.
FIG. 7 is an overall configuration diagram of a laminated battery according to a third embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional configuration diagram of the laminated battery according to the embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing another configuration example of an electrode terminal and its sealing structure.
FIG. 10 is a sectional configuration diagram of an assembled battery module according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is a perspective view of a battery pack according to a fifth embodiment.
FIG. 12 is a perspective view of a vehicle according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
10. Battery element part
11 ... Through-hole
12 Sheet-like positive electrode layer
13 ... sheet negative electrode layer
14 Sheet-like separator layer
12a, 13a, 14a ... holes
20: Stopper (compression member)
21 ... Male member
21a ... Head
21b ... cylindrical shaft
21c ... fitting body
22 ... female member
22c ... fitting groove
31, 32 ... tab terminal
40 ... Laminated film
50, 60 ... holding plate
51, 61... Second through holes
110: first battery element portion
120: second battery element portion
111, 122 ... positive electrode current collector
112, 121 ... negative electrode current collector
130, 140, 150 ... electrode terminals
141: current collector holding unit
142, 143 ... protrusion
144: conductive through-hole
145: neighborhood
146, 147: Laminate compression member (seal member)
146a, 147a ... through-hole
148 ... lead terminal
160 ... Laminated film
170 ... electrode terminal
171 ... Exposed part
172 ... terminal
173, 174: Seal member
210, 220, 230, 240 ... laminated battery
250, 260, 270 ... lead terminals
310, 320, 330, 340 ... laminated battery
350, 360, 370 ... lead terminals
400 ... Battery module
500 ... battery pack
600 ... Vehicle

Claims (11)

正極層、セパレータ層、負極層が積層された積層構造を有するとともに、これらの層に、これらの層を積層方向に貫通する貫通孔が形成された電池要素部と、
前記貫通孔に挿通され、前記電池要素部を両面から挟んでこれらの層を圧迫する圧迫部材と、
前記電池要素部と前記圧迫部材とを被覆するラミネートフィルムと、
を有することを特徴とするラミネート電池。
A battery element having a positive electrode layer, a separator layer, and a laminated structure in which a negative electrode layer is laminated, and a through-hole that penetrates these layers in the laminating direction in these layers,
A compression member that is inserted into the through-hole and presses these layers with the battery element portion sandwiched from both sides;
A laminate film covering the battery element and the compression member,
A laminated battery comprising:
正極層、セパレータ層、負極層が積層された積層構造を有するとともに、これらの層に、これらの層を積層方向に貫通する第1の貫通孔が形成された電池要素部と、
前記第1の貫通孔に対応する第2の貫通孔が形成され、前記電池要素部の正極層側または負極層側の少なくとも一方の側に重ねて取り付けられる押さえ板と、
前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔とに挿通され前記電池要素部と前記押さえ板とを両面から挟んでこれらを圧迫する圧迫部材と、
前記電池要素部、前記押さえ板、前記圧迫部材を共に被覆するラミネートフィルムと、
を有することを特徴とするラミネート電池。
A battery element portion having a stacked structure in which a positive electrode layer, a separator layer, and a negative electrode layer are stacked, and a first through-hole penetrating these layers in the stacking direction in these layers,
A second through-hole corresponding to the first through-hole is formed, and a pressing plate that is attached to at least one of the positive electrode layer side and the negative electrode layer side of the battery element portion,
A compression member that is inserted into the first through-hole and the second through-hole and sandwiches the battery element portion and the holding plate from both sides and presses them;
The battery element portion, the pressing plate, a laminate film that covers the pressing member together,
A laminated battery comprising:
前記圧迫部材は、リベットであることを特徴とする請求項1または2に記載のラミネート電池。The said compression member is a rivet, The laminated battery of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned. 前記圧迫部材は、ボルトとナットとからなることを特徴とする請求項1または2に記載のラミネート電池。The laminated battery according to claim 1, wherein the compression member includes a bolt and a nut. 前記圧迫部材は、絶縁材料からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のラミネート電池。The laminated battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the compression member is made of an insulating material. 正極集電体を含む正極層と負極集電体を含む負極層とが交互に積層された積層構造を有する電池要素部と、
前記積層構造の積層方向と略同方向に貫通して導電貫通孔が形成され、前記正極集電体または前記負極集電体のいずれか一方に接続される電極端子と、
前記電極端子の前記導電貫通孔および前記導電貫通孔の近傍を露出させて前記電池要素部と前記電極端子とを被覆するラミネートフィルムと、
前記導電貫通孔を露出させて前記ラミネートフィルムと前記電極端子の境界を封止するシール部材と、
を有することを特徴とするラミネート電池。
A battery element having a stacked structure in which a positive electrode layer including a positive electrode current collector and a negative electrode layer including a negative electrode current collector are alternately stacked,
An electrode terminal connected to one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector, wherein a conductive through-hole is formed to penetrate in the same direction as the stacking direction of the stacked structure,
A laminate film that exposes the vicinity of the conductive through hole and the conductive through hole of the electrode terminal to cover the battery element part and the electrode terminal,
A sealing member that seals a boundary between the laminate film and the electrode terminal by exposing the conductive through hole,
A laminated battery comprising:
前記シール部材は、絶縁性であることを特徴とする請求項6に記載のラミネート電池。The laminated battery according to claim 6, wherein the seal member is insulative. 前記導電貫通孔に挿入されたリード端子を有することを特徴とする請求項6または7に記載のラミネート電池。The laminated battery according to claim 6, further comprising a lead terminal inserted into the conductive through hole. 請求項6または7に記載のラミネート電池を前記導電貫通孔を一致させて複数積み重ねてなる組電池モジュール。An assembled battery module comprising a plurality of the laminated batteries according to claim 6 or 7, which are stacked with the conductive through holes aligned. 請求項9に記載の組電池モジュールを複数組み合わせてなる組電池。An assembled battery comprising a plurality of assembled battery modules according to claim 9. 請求項10に記載の組電池を搭載してなる車両。A vehicle equipped with the battery pack according to claim 10.
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