JP2003331816A

JP2003331816A - シート状二次電池の電極接続構造、および該電極接続構造を具備する二次電池

Info

Publication number: JP2003331816A
Application number: JP2002132844A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tanjo; 雄児丹上; Hideaki Horie; 英明堀江; Kyoichi Watanabe; 恭一渡邉; Takanori Ito; 孝憲伊藤; Osamu Shimamura; 修嶋村; Hironori Ozawa; 浩典小沢; Takao Takasaki; 隆雄高崎; Kazunori Ozawa; 和典小沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Enax Inc
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Enax Inc
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】シート状二次電池における電極の熱を電極リ
ードから効率良く放散させ得ると共に、電気的及び機械
的な高い接続強度をも実現し得るシート状二次電池の電
極接続構造、及びこれを具備する二次電池を提供する。【解決手段】内部電極対と、該内部電極対及び電解液
を内部に密封状態に収容する可撓性の袋状外包体２と、
袋状外包体２からそれぞれ引き出された正極リード３ａ
及び負極リード３ｂと、からなる１個の、または、２個
以上が直列あるいは並列接続されたシート状二次電池１
０に対して、袋状外包体２外部でリード３ａ，３ｂにそ
れぞれ、金属製で板状のバスバー６ａ，６ｂを接続する
電極接続構造であって、バスバー６ａ，６ｂの断面積が
それぞれ、これらが接続されている側のリード３ａ，３
ｂの総断面積×０．５以上であるシート状二次電池の電
極接続構造、及びこれを具備する二次電池である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シート状二次電池
の電極接続構造に関し、特に限定されるものではない
が、例えば電気自動車（ＥＶおよびＨＥＶ）、ＵＰＳ
（無停電電源装置）、ロードレベリング等の用途に好適
に用いられる大容量のシート状二次電池、特にシート状
リチウムイオン二次電池の電極接続構造に関する。ま
た、本発明は、当該電極接続構造を具備する二次電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】各種電子機器に対する小型・軽量化への
要望は非常に強く、そのためには動力源である二次電池
の性能向上が要求され、種々の電池の開発や改良が進め
られてきている。電池に期待されている特性の向上に
は、高電圧化、高エネルギー密度化、耐高負荷化、形状
の任意化、安全性の確保等がある。リチウムイオン二次
電池は、現有する電池の中で最も高電圧、高エネルギー
密度、耐高負荷化が実現できる二次電池であり、現在で
もその改良が盛んに進められている。

【０００３】このリチウムイオン二次電池は、その主要
な構成要素として、正極、負極および両電極間に挟まれ
るイオン伝導層（セパレータ）を有する。現在実用化さ
れている丸形または角形のリチウムイオン二次電池にお
いては、正極にはリチウムとコバルト、ニッケルまたは
マンガンとの複合酸化物微粒子を電子伝導体粒子とバイ
ンダー樹脂とで混合し、アルミニウム集電体に塗布して
板状としたものが、また負極には黒鉛や難黒鉛化炭素や
コークスなどの炭素原子を含む微粉末をバインダー樹脂
と混合し、銅集電体に塗布して板状としたものが用いら
れている。またイオン伝導層には、ポリエチレンやポリ
プロピレンなどの多孔質膜をリチウムイオンを含む非水
系の溶媒で満たしたものが使用されている。

【０００４】例えば、特開平８−８３６０８号公報に
は、従来の円筒型リチウムイオン二次電池の構造が開示
されている。円筒型リチウムイオン二次電池において
は、負極端子を兼ねるステンレス等の金属製の外装缶の
内部に、正極、電解液を含浸したセパレータ（イオン伝
導層）および負極を渦巻状に巻いた構造になっている電
極体が収納されてなる。この円筒型リチウムイオン二次
電池は、電極体を強固な外装缶に入れて加圧すること
で、正極、セパレータおよび負極の各面間の接触が維持
されている。また角形電池では、短冊状の電極体を束ね
て角形の金属缶に入れるなどの方法により、外部から力
を加えて押さえつける方法が採られている。

【０００５】このように、現有する従来のリチウムイオ
ン二次電池においては、正極と負極とを密着させる方法
として、金属などでできた強固な外装缶を用いる方法が
採られている。前述のように、外装缶がなければ電極体
における面間が剥離してしまうため、電気的な接続を維
持することが困難になり、電池特性が劣化してしまう。
一方、この外装缶の電池全体に占める重量および体積が
大きいために、電池自身のエネルギー密度を低下させる
だけでなく、外装缶自身が剛直であるために電池形状が
限定されてしまい、任意の形状とするのが困難である。

【０００６】このような背景のもと、軽量化や薄型化を
目指し、強固な外装缶の不要なリチウムイオン二次電池
の開発が進められている。具体的には、可撓性の袋状外
包体の中に、シート状の内部電極対と電解液とを封入し
て形成される、軽量かつ薄型で可撓性を有するシート状
リチウムイオン二次電池が提案されている（例えば、特
開２００１−２２９，９２４号、特開２０００−１３
３，２２０号、再表９８／０４２，０３６号参照）。

【０００７】ところでリチウムイオン二次電池において
は、例えば電気自動車に使用する場合に、１回の充電で
より長い走行距離を確保しうるとともに、安全・安定走
行の見地から高パワー化が要求され、これを高い次元で
実現するためには、一層の大容量化が望まれる。電気自
動車に限らず、大容量化が望まれる用途においては、リ
チウムイオン二次電池の使用時、大電流放電が行われる
場合があり、その際、多大な熱が発生する。このとき発
生する熱は、（電流）²×（内部抵抗）に比例する。ま
た、リチウムイオン二次電池において、熱は電池電極の
面から法線方向に多く放散する。

【０００８】発生した熱を放散しやすい電池とするに
は、電池の厚みに対して平面部の面積のより大きなシー
ト状とすることが有効であるが、より効率的な放熱方法
が望まれる。特に、内部電極対から外部に引き出される
電極リードは、電極と直接接している為、これを放熱に
利用することも有効である。しかし、かかる電極リード
は、一般的に、比較的薄いものが用いられており、放熱
の効率を十分に向上させ得るものではなかった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、シート状二次電池における電極の熱を電極リー
ドから効率良く放散させ得る電極接続構造を提供するこ
とにある。また、本発明の他の目的は、上記効率的な放
熱とともに、電気的および機械的な、高い接続強度をも
実現し得るシート状二次電池の電極接続構造を提供する
ことにある。さらに、本発明の目的は、上記特性を有す
る電極接続構造を具備する二次電池を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決しようとする手段】上記目的は、以下の本
発明により達成される。すなわち本発明は、シート状の
正電極およびシート状の負電極を、セパレータを介して
交互に積層して形成されたシート状の内部電極対と、該
内部電極対および電解液を内部に密封状態に収容する可
撓性の袋状外包体と、該袋状外包体からそれぞれ引き出
された、前記正電極と接続する正極リードおよび前記負
電極と接続する負極リードと、からなる１個の、また
は、２個以上が直列あるいは並列接続されたシート状二
次電池に対して、前記袋状外包体外部で前記リードにそ
れぞれ、金属製で板状のバスバーを接続する電極接続構
造であって、前記バスバーの断面積がそれぞれ、これら
が接続されている前記正極リードあるいは前記負極リー
ドの総断面積×０．５以上であることを特徴とするシー
ト状二次電池の電極接続構造である。

【００１１】本発明によれば、前記正極リードあるいは
前記負極リードにより効率的に各電極の熱をバスバーに
伝えることができるとともに、これら各リード自身にも
放熱効果を付与することができる。また、これら各リー
ドの総断面積×０．５以上の断面積を有する、金属製で
板状のバスバーが前記袋状外包体外部でそれぞれ接続さ
れているので、各リードから伝えられた熱を効率的に放
散させることができる。

【００１２】ここで、「各リードの総断面積」とは、内
部電極対、袋状外包体、正極リードおよび負極リードか
らなるシート状二次電池が１個の場合には、当該シート
状二次電池における正極リードまたは負極リードのこと
を指すが、前記シート状二次電池が２個以上ある場合に
は、それらから引き出されて一束となった電極リード全
体の断面積のことを指す。

【００１３】本発明のシート状二次電池の電極接続構造
においては、前記バスバーの表面積がそれぞれ、これら
が接続されている側のリードの表面積以上であることが
好ましい。前記バスバーの表面積を前記リードの表面積
以上とすることで、これらリードから伝えられる熱を有
効に放熱することができる。

【００１４】本発明のシート状二次電池の電極接続構造
においては、前記バスバーの材質がそれぞれ、これらが
接続されている側のリードの材質よりも熱伝導率が大き
いことが好ましい。前記バスバーの材質の熱伝導率を前
記リードの材質よりも大きくすることで、これらリード
から熱が効率的に伝えられ、有効に放熱することができ
る。

【００１５】本発明のシート状二次電池の電極接続構造
においては、前記バスバーないしそれが接続されている
リードの周囲が、樹脂でモールドされていることが好ま
しい。前記バスバーを、それが接続されている側のリー
ドに比して太くした場合、当該接続部分でリードは機械
的に脆くなるが、これを樹脂でモールドすることで、前
記バスバーと前記リードとを一体化させ、その機械的強
度を補強することができる。このとき、モールドに供す
る樹脂としては、前記バスバーからの放熱を効率的にす
るには、熱伝導性樹脂とすることが望ましく、とりわけ
空気より大きな熱伝導率を示す材料であることが望まし
い。

【００１６】前記バスバーと前記正極リードまたは前記
負極リードとの接続としては、超音波溶着、および／ま
たは、リベットによるかしめにより為されていることが
好ましい。一方、本発明の二次電池は、上記本発明のシ
ート状二次電池の電極接続構造を具備することを特徴と
する二次電池である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、好ましい実施形
態を挙げて説明する。［第１の実施形態］図１は、本発明の一例である第１の
実施形態を示す模式斜視図であり、図２は図１における
左側面図であり、図３は図１における正面図である。ま
た、図４は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図２における
円Ａ’で囲まれた部分のみが拡大されて示してある。

【００１８】図１〜４において、１０はシート状リチウ
ムイオン二次電池（シート状二次電池）であり、可撓性
の袋状外包体２により内部電極対１および電解液５が内
部に密封状態に収容されている。内部電極対１は、図４
に示すように、シート状の正電極１ａとシート状の負電
極１ｂとを、セパレータ１ｃを介して交互に積層してシ
ート状に形成されており、当該内部電極対１における正
電極１ａとそれぞれ個別に連結する正極リード３ａが、
袋状外包体２のヒートシール部４を気密に貫通すると共
にこのヒートシール部４に固着され、ヒートシール部４
を貫通して外部に突出し、引き出された部分が外部リー
ドとして用いられている。なお、図示を省略している
が、負電極１ｂにも負極リード３ｂがそれぞれ個別に連
結しており、該負極リード３ｂは袋状外包体２から気密
状態で引き出されている。

【００１９】正極リード３ａおよび負極リード３ｂに
は、銅でできた板状のバスバー６ａおよび６ｂがそれぞ
れ接続されている。正極リード３ａとバスバー６ａとの
間、および負極リード３ｂとバスバー６ｂとの間の接続
は、本実施形態においては、超音波溶着により為されて
いる。

【００２０】本実施形態において、正極リード３ａおよ
び負極リード３ｂの厚さはともに１００μｍであり、そ
の幅ＷａおよびＷｂは、ともに３０ｍｍである。本発明
により構成されるシート状二次電池は、例えば電気自動
車等、大電流放電を企図するものに好適に採用されるも
のであり、その点、各リードの幅としては、ある程度の
大きさが望まれる。また、リード幅を大きく取ること
で、シート状二次電池１０を、所望のケース等にバスバ
ーを介してしっかりと固定することが可能となる。例え
ばハイブリッドカー（ＨＥＶ）などでは瞬間的に５０Ａ
以上の電流が放電され、そのような大電流を流すことを
想定すると断面積として２ｍｍ²以上が望まれ、リード
の厚みをこの種の電池における一般的な値である１００
μｍとすると、各リードの幅としては、具体的には、２
０ｍｍ以上であることが好ましく、３０ｍｍ以上である
ことがより好ましく、４０ｍｍ以上であることがさらに
好ましい。

【００２１】ただし、リードの幅が５０ｍｍを超える
と、袋状外包体と各リードとの密着を図る際に行われ
る、熱溶融性樹脂からなる袋状外包体の溶融接着時に、
リードに熱を奪われてしまい袋状外包体が溶融しづらく
なり、密着を十分に図ることが困難になるため、電解液
５の漏洩をきたす場合があり、好ましくない。リードの
幅の上限としては、４５ｍｍ以下とすることがより好ま
しい。正極リード３ａおよび負極リード３ｂの厚さにつ
いては、後述の断面積の条件を満たすものであれば、特
に制限はない。

【００２２】本実施形態において、バスバー６ａの断面
積Ａａは８ｍｍ²であり、正極リード３ａの断面積Ｂａ
は３ｍｍ²である。バスバー６ｂおよび負極リード３ｂ
の断面積も、バスバー６ｂの断面の切り口の角度が９０
゜異なる他は、それぞれ正極側と同一である。以下、正
極側についてのみ説明するが、負極側についても同様で
ある。なお、本発明において、バスバーを取り付ける位
置、方向、切り口は、本実施形態に示されるものに限定
されるものではない。

【００２３】本実施形態において、バスバー６ａの表面
積ＳＡａは８ｍｍ²であり、正極リード３ａの表面積Ｓ
Ｂａは４ｍｍ²である。このようにバスバー６ａの表面
積ＳＡａが、それが接続している正極リード３ａの表面
積ＳＢａよりも大きければ、正極リード３ａから伝えら
れる熱を有効に放熱することができる。本発明におい
て、このように前記バスバーの表面積としては、それが
接続している側のリードの表面積以上であることが好ま
しいが、該リードの表面積に比して１．５倍以上である
ことがより好ましい。

【００２４】本発明において、バスバー６ａの断面積Ａ
ａと正極リード３ａの断面積Ｂａとの関係は、Ａａ≧
０．５×Ｂａ（すなわち正負極の区別を省略して表すと
Ａ≧０．５×Ｂ。以下同様。）とすることが必須であ
り、Ａａ＞１．０×Ｂａとすることが好ましく、Ａａ≧
１．５×Ｂａとすることがより好ましい。バスバー６ａ
の断面積Ａａを正極リード３ａの断面積Ｂａ×０．５以
上、好ましくはそれよりも大きくすることにより、バス
バー６ａにより熱を効率的に放散させることができる。

【００２５】また、本発明においては、バスバー６ａお
よび６ｂの断面積Ａ（ｍｍ²）と、シート状二次電池１
０からの平均放電電流Ｉ（Ａ）との関係が、下記式
（１）を満たすことが好ましい。Ａ／Ｉ≧０．５・・・（１）

【００２６】上記式（１）を満たすようにバスバー６ａ
および６ｂの断面積Ａを調整することにより、放電電流
によらず、効率的な放熱特性を確保することができる。
上記式（１）における右辺としては、０．８とすること
がより好ましい。

【００２７】バスバー６ａおよび６ｂの大きさは、本実
施形態においては、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍのものを用い
た。本発明においては、その断面積Ａが既述の条件を満
たすものであれば、これらの大きさは特に制限されるも
のではない。ただし、厚さについては、バスバー６ａお
よび６ｂによりシート状二次電池１０を、所望のケース
等にしっかりと固定する観点や、リードへの接続時に破
損することが無いようにするとの観点から、０．４ｍｍ
以上とすることが好ましく、０．８ｍｍ以上とすること
がより好ましい。

【００２８】バスバー６ａおよび６ｂは、本実施形態に
おいては銅を用いた。ただし、その材質としては特に限
定されるものではなく、任意の金属材料を問題なく使用
することができるが、電気伝導性に優れた金属材料を用
いることが望ましい。なかでも銅、アルミニウム、ニッ
ケル、リン青銅、黄銅等を好ましいものとして例示する
ことができる。

【００２９】本実施形態において、正極リード３ａはア
ルミニウム、負極リード３ｂはニッケルを、それぞれ用
いた。ただし、その材質としては特に限定されるもので
はなく、電気化学的に安定な金属材料を用いることが望
ましい。なかでも、正極リード３ａとしてはアルミニウ
ム、アルミニウム合金等を、負極リード３ｂとしては
銅、ステンレス、ニッケル等を好ましいものとして例示
することができる。また、正極リード３ａについては、
正極集電体を形成する材質と同じ材質、例えばアルミニ
ウムを用いるのが特に好ましく、負極リード３ｂについ
ては、銅および／またはニッケルを用いるのが特に好ま
しい。リード３ａおよび３ｂの厚さとしては、本実施形
態においては１００μｍのものを使用したが、例えば５
０μｍ程度以上、好ましくは１００〜２００μｍの帯状
に形成されたものを使用することができる。

【００３０】本実施形態においては、バスバー６ａおよ
び６ｂともに、これらが接続されている側のリード３ａ
および３ｂよりも熱伝導率が大きい材質のものとなって
いる。このようにバスバー側をリードよりも熱伝導率が
大きい材質のものとすることにより、当該リードから熱
が効率的に伝えられ、有効に放熱することができる。こ
のような熱伝導率の関係となるバスバーの材質とリード
の材質との組み合わせとしては、例えば、バスバーに銅
を用いた場合にリードにアルミニウムまたはニッケルを
用いる組み合わせや、バスバーにアルミニウムを用いた
場合にリードにニッケルを用いる組み合わせ等が挙げら
れる。

【００３１】既述の如く、正極リード３ａとバスバー６
ａとの間、および負極リード３ｂとバスバー６ｂとの間
の接続は、本実施形態においては、超音波溶着により為
されているが、本発明においてはこれに限定されるもの
ではなく、種々の手段により接続することができる。た
だし、接続の性能や生産性を考慮すると、超音波溶着、
および／または、リベットによるかしめにより為されて
いることが好ましい。特に、複数箇所を超音波溶着する
場合、後からの溶着により先に溶着した部分が剥離して
しまわないようにするため、リベットによるかしめを併
用することが好ましい。

【００３２】ここで「リベットによるかしめ」とは、ソ
リッドリベット、フルチューブラリベット、セミチュー
ブラリベット、スプリットリベット、コンプレッショク
リベット、ブラインドリベット等のリベットを用い、２
つの部材をリベットにより貫通させ、当該リベットの両
端または一方の端部をかしめることにより両部材を接続
することをいう。

【００３３】これら以外の接続方法としては、２つの部
材のいずれか一方に一体的に若しくは固定的にスタッド
を立設すると共に他方にはこのスタッドが嵌入する貫通
孔を開設し、上記スタッドを貫通孔内に嵌入してその先
端部をかしめて固着する方法、ボルトナット止め等の手
段を例示することができる。

【００３４】リベットを用いる場合、当該リベットの材
質については、正極リード３ａとバスバー６ａとの間を
連結するものについては、正極リード３ａと同じ材質の
ものを用い、また、負極リード３ｂとバスバー６ｂとの
間を連結するものについては、負極リード３ｂと同じ材
質のものを用いるのが、特に好ましい。このようにする
ことにより、接触抵抗を低減できるほか、熱膨張係数の
違いによる熱変形を未然に防止できる等の利点がある。

【００３５】図５に、図３におけるＢ−Ｂ断面図を示
す。本実施形態において、正極リード３ａとバスバー６
ａとの接続部における超音波溶着の領域は７ａ、負極リ
ード３ｂとバスバー６ｂとの接続部における超音波溶着
の領域は７ｂであり、面積としては、いずれも４ｃｍ²
である。本発明においては、リードとバスバーとの接続
に超音波溶着が採用されている場合には、一方のバスバ
ー（６ａまたは６ｂ）の接続部における超音波溶着の総
面積Ｗ（ｃｍ²）と、該バスバーが接続するシート状二
次電池からの平均放電電流Ｉ（Ａ）との関係が、下記式
（２）を満たすことが好ましい。Ｗ／Ｉ≧０．１・・・（２）

【００３６】上記式（２）を満たすことにより、正極リ
ード３ａまたは負極リード３ｂと、バスバー６ａまたは
バスバー６ｂとの間における熱伝導効率と、電気伝導効
率とが極めて良好となる。上記式（２）における右辺と
しては、特に０．１５とすることが好ましい。

【００３７】ここで接続部における超音波溶着の「総面
積Ｗ」とは、本実施形態のように各接続部における溶着
が１つの領域によりなされている場合には、そのままそ
の領域の面積がＷに相当するが、例えば、図６に示すよ
うに、リード３’とバスバー６’とが、領域７’−１，
７’−２および７’−３の３箇所等、複数の領域により
溶着が為されている場合には、これら複数の領域の合計
面積が「総面積Ｗ」に相当する。

【００３８】また、例えば、図７に示すように、リード
３”とバスバー６”とが、領域７”−１および７”−２
の２箇所の領域により溶着が為されているとともに、リ
ベット８によりかしめられて固定されている場合には、
領域７”−１および７”−２の２箇所の領域の合計面積
が「総面積Ｗ」に相当する。

【００３９】本実施形態において、内部電極対１は、図
８に示すように、各正電極１ａがアルミニウム製の正極
集電体１１の両面に正極活物質１２を積層して形成され
ており、また、各負電極１ｂが銅製の負極集電体１３の
両面に負極活物質１４を積層して形成されている。ま
た、正極リード３ａは上記正極集電体１１と同じアルミ
ニウム製であり、また、負極リード３ｂは上記負極集電
体１３と同じ銅製またはニッケル製である。

【００４０】本発明において、内部電極対１と電解液５
とを内部に密封状態に収容する可撓性の袋状外包体２に
ついては、シート状二次電池の電池ケースとして使用可
能な強度を有すると共に収容される電解液５に対して優
れた耐電解液性を有するものであれば特に制限されるも
のではなく、具体的には、内面側に例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リアミド、アイオノマー等の耐電解液性及びヒートシー
ル性に優れた熱可塑性樹脂製の内面層を、中間に例えば
アルミ箔、ステンレス箔等の可撓性及び強度に優れた金
属箔製の中間層を、また、外面側に例えばポリアミド系
樹脂、ポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁
樹脂製の外面層を有する三層構造のラミネートフィルム
を用いて形成される可撓性の袋状外包体（再表９８／０
４２，０３６号参照）を例示することができる。

【００４１】本実施形態においては、上記袋状外包体２
は、内面側にポリエチレン製の内面層２ａを、中間にア
ルミ箔製の中間層２ｂを、また、外面側にナイロン製の
外面層２ｃを有する三層構造のラミネートフィルムで形
成されている。セパレータ１ｃは、多孔質膜、不織布、
網など、電子絶縁性で正電極１ａおよび負電極１ｂとの
密着に対して充分な強度を有するものであれば、どのよ
うなものでも使用可能である。材質は特に限定されない
が、ポリエチレン、ポリプロピレンの単層多孔質膜およ
びこれらの多層化した多孔質膜が接着性および安全性の
観点から好ましい。

【００４２】また、イオン伝導体として用いる電解液５
に供する溶剤および電解質塩としては、従来の電池に使
用されている非水系の溶剤およびリチウムを含有する電
解質塩が使用可能である。具体的には、溶剤として、炭
酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエ
チル、炭酸メチルエチルなどのエステル系溶剤、ジメト
キシエタン、ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、ジ
メチルエーテルなどのエーテル系溶剤の単独液、および
前述の同一系統の溶剤同士あるいは異種系統の溶剤から
なる２種の混合液が使用可能である。また電解質塩は、
ＬｉＰＦ₆、ｌｉＡｓＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、Ｌ
ｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃
ＳＯ₂）₃、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂などが使用可能であ
る。

【００４３】本実施形態の電極接続構造は、バスバー６
ａおよび６ｂにより所望の容器に固定することで、放熱
効率が高く電気特性に優れるとともに、機械的強度に優
れた二次電池を製造することができる。図９は、本実施
形態の電極接続構造を具備した二次電池の側断面図であ
る。シート状二次電池１０は、容器としてのケーシング
１５の内部に、その内側からバスバー６ａ（および、不
図示ではあるがバスバー６ｂ）がビス１６およびナット
１７により固定され、収容されて、実用に供し得る二次
電池を構成する。当該二次電池では、ビス１６および／
またはナット１７が外部電極端子となる。ケーシング１
５へのバスバー６ａおよび６ｂの固定方法は、ビスとナ
ットによる方法に限定されるものではない。

【００４４】また、図１０に示すように、バスバー６ａ
（および不図示ではあるが、さらにバスバー６ｂ。以下
省略。）ないしそれが接続されている正極リード３ａ
（同様に、さらに負極リード３ｂ。以下省略。）の周囲
は、樹脂の充填剤１８でモールドされていることが好ま
しい。バスバー６ａを正極リード３ａに比して太くした
場合、正極リード３ａにおけるバスバー６ａとの繋ぎ目
ないしその近傍は機械的に脆くなるが、これを充填剤１
８でモールドすることで、機械的強度を補強することが
できる。機械的強度を補強することで、例えば、電気自
動車に搭載した場合に、走行時の振動や衝突時の衝撃等
が作用しても、ケーシング１５内で組電池を構成する二
次電池セルが誤ってショートしたり、正極リード３ａが
断裂してしまうことを未然に防止することができる。

【００４５】このとき、充填剤１８によるモールドに供
する樹脂としては、電気絶縁性であれば特に制限はない
が、バスバー６ａから効率的に放熱させるには、熱伝導
性樹脂とすることが望ましく、とりわけ空気より大きな
熱伝導率を示す材料であることが望ましい。具体的に
は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン
（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポ
リカーボネート（ＰＣ），ポリイミド、ポリアミドイミ
ド、ＡＢＳ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等を例示
することができる。

【００４６】なお、図１０においては、バスバー６ａな
いし正極リード３ａの周囲にのみ充填剤１８によるモー
ルドが為されているが、これに限定されず、例えば、ケ
ーシング１５内を全てモールドしたモールドケースの態
様としても構わない。

【００４７】また、本実施形態においてバスバー６ａ，
６ｂは、ケーシング１５に取り付けるためのものとして
説明しているが、必ずしもかかる用途に用いることに制
限されず、単に放熱のみに供されるものとしても構わな
い。その場合、容器等には他の手段により固定される。

【００４８】以上説明した本実施形態の電極接続構造に
よれば、正極リード３ａおよび負極リード３ｂにより効
率的に各電極１ａ，１ｂの熱をバスバー６ａ，６ｂに伝
えることができるとともに、これら各リード３ａ，３ｂ
自身にも放熱効果を付与することができる。

【００４９】また、これら各リード３ａ，３ｂの総断面
積以上の断面積を有する、金属製で板状のバスバー６
ａ，６ｂが袋状外包体２外部でそれぞれ接続されている
ので、各リード３ａ，３ｂから伝えられた熱を効率的に
放散させることができる。なお、本実施形態において
は、バスバー６ａおよびバスバー６ｂの断面積や材質、
リード３ａおよびリード３ｂの幅や断面積、両者の接続
方法や溶着面積等が、正極と負極とでそれぞれ同一のも
のを例示したが、本発明において両者が必ずしも同一で
ある必要はない。

【００５０】［第２の実施形態］図１１は、本発明の一
例であるシート状二次電池の電極接続構造の第２の実施
形態を示す図であり、（Ａ）は模式断面図、（Ｂ）は
（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。図１１において、
３枚のシート状二次電池２０−１、２０−２および２０
−３が積層され、各シート状二次電池２０−１，２０−
２，２０−３の袋状外包体からそれぞれ引き出された、
内部の正電極（不図示）と接続する正極リード２３−
１，２３−２，２３−３が束ねられ、この束ねられた部
分に、バスバー２６が超音波溶着により固定されてい
る。また、不図示ではあるが、各シート状二次電池２０
−１，２０−２，２０−３の袋状外包体からそれぞれ引
き出された、内部の負電極と接続する負極リードが束ね
られ、この束ねられた部分に、負極用のバスバーが超音
波溶着により固定されている。すなわち、本実施形態の
電極の接続は、複数のシート状二次電池の正極同士およ
び負極同士がそれぞれ接続された並列接続となってい
る。

【００５１】なお、各シート状二次電池２０−１，２０
−２，２０−３は同一のものであり、第１の実施形態に
おけるシート状二次電池１０と同一であり、好ましい態
様等も同一であるので、その詳細な説明は省略する。

【００５２】本実施形態において、バスバー２６の断面
積Ａは１２ｍｍ²であり、各正極リード２３−１，２３
−２，２３−３の断面積は３ｍｍ²である。既述の如
く、本発明において「各リードの総断面積」とは、シー
ト状二次電池が２個以上ある場合には、それらから引き
出されて一束となった電極リード全体の断面積のことを
指すので、正極におけるリードの総断面積は９ｍｍ²で
あり、バスバー２６の断面積Ａはそれを上回っている。

【００５３】したがって、本実施形態のシート状二次電
池の電極接続構造においても、リード２３−１，２３−
２，２３−３により効率的に各電極の熱をバスバー２６
に伝えることができるとともに、これら各リード自身に
も放熱効果を付与することができる。

【００５４】また、これら各リード２３−１，２３−
２，２３−３の総断面積×１．０以上の断面積を有す
る、金属製で板状のバスバー２６が袋状外包体外部で接
続されているので、各リード２３−１，２３−２，２３
−３から伝えられた熱を効率的に放散させることができ
る。

【００５５】本実施形態の電極接続構造も第１の実施形
態と同様、バスバー２６により所望の容器に固定するこ
とで、放熱効率が高く電気特性に優れるとともに、機械
的強度に優れた二次電池を製造することができる。

【００５６】なお、本実施形態においては、シート状二
次電池を３枚積層し、これらを並列接続した態様のもの
を例示したが、本発明において、シート状二次電池の積
層は３枚に限定されるものではなく、２枚あるいは４枚
以上であっても構わない。また、並列接続に限定される
ものではなく、各シート状二次電池の正極と負極とを接
続して、一連とする直列接続としたり、直接接続と並列
接続とを混在させたりすることも一向に差し支えない。
勿論、その場合にも、本発明における「各リードの総断
面積」の概念は、バスバーが接続するリードの束全体の
断面積のことを指す。

【００５７】［試験例］ここで、第１の実施形態のシー
ト状二次電池の電極接続構造について、バスバー６ａの
断面積Ａａと正極リード３ａの断面積Ｂａとの関係を検
証した試験データを示す。

【００５８】＜試験１＞第１の実施形態の電極接続状態
（但し、第１の実施形態に示されるシート状二次電池１
０を２枚、第２の実施形態と同様に重ねて、並列に接続
したリードにバスバーを接続）において、バスバー６ａ
および６ｂの断面積Ａのみ８ｍｍ²のほか、２ｍｍ²、３
ｍｍ²、４ｍｍ²、６ｍｍ²、１２ｍｍ²および１６ｍｍ²
の７水準で振って、シート状二次電池を作製した。具体
的な電池のスペックは以下の通りである。・電池容量・・・３Ａｈ（５時間率）・正極リード３ａ・・・幅４０ｍｍ、厚み１００μｍ
（２枚重ねて２００μｍ）・負極リード３ｂ・・・幅４０ｍｍ、厚み１００μｍ
（２枚重ねて２００μｍ）

【００５９】シート状二次電池表面に熱電対を数箇所装
着した状態で、電流を放電させ（４０Ｖ、１０Ａ）、放
電から十分後における各シート状二次電池の表面温度を
モニターし、最高温度部の温度を記録することで、各シ
ート状二次電池表面の温度上昇を確認した。結果は図１
２に示すグラフの通りとなった。

【００６０】この結果から、バスバー６ａおよび６ｂの
断面積がリード３ａおよび３ｂの断面積の半分である４
ｍｍ²において表面温度上昇が鈍化する変極点が見ら
れ、特にバスバー６ａおよび６ｂの断面積Ａ（ｍｍ²）
と、シート状二次電池１０からの平均放電電流Ｉ’＝１
０（Ａ）との関係が、Ａ／Ｉ’≧０．５（式（１’））
を満たす、バスバー断面積６ｍｍ²以上において表面温
度上昇は極めて低く保たれていることがわかる。

【００６１】＜試験２＞第１の実施形態の電極接続状態
において、バスバー６ａおよび６ｂの断面積Ａは８ｍｍ
²のまま、平均放電電流を１０Ａのほか、５Ａ、１５Ａ
および２０Ａの４水準で振って放電させ、＜試験１＞と
同様、各シート状二次電池表面の温度上昇を確認した。
具体的な電池のスペックは、＜試験１＞と同様である。

【００６２】シート状二次電池表面に熱電対を数箇所装
着した状態で、電流を放電させ、放電から十分後におけ
る各シート状二次電池の表面温度をモニターし、最高温
度部の温度を記録することで、各シート状二次電池表面
の温度上昇を確認した。結果は図１３に示すグラフの通
りとなった。

【００６３】この結果から、バスバー６ａおよび６ｂの
断面積Ａ＝８（ｍｍ²）と、シート状二次電池１０から
の平均放電電流Ｉ’（Ａ）との関係が、Ａ／Ｉ’≧０．
５（式（１’））の関係に近い、平均放電電流Ｉ’＝１
５（Ａ）｛Ａ／Ｉ’＝０．５３｝において表面温度上昇
が鈍化する変極点が見られ、それよりも平均放電電流
Ｉ’の低い（式（１’）の左辺の値が大きい）場合の表
面温度上昇は極めて低く保たれていることがわかる。

【００６４】＜試験３＞第１の実施形態の電極接続状態
において、バスバー６ａおよび６ｂの断面積Ａは８ｍｍ
²のまま、正極リード３ａとバスバー６ａとの接続部に
おける超音波溶着の領域７ａ、および、負極リード３ｂ
とバスバー６ｂとの接続部における超音波溶着の領域７
ｂの面積（超音波溶着の総面積Ｗ）を、１ｃｍ²、２ｃ
ｍ²、３ｃｍ²の３水準で振って、シート状二次電池を作
製した。その他具体的な電池のスペックは、＜試験１＞
と同様である。

【００６５】これらを用いて、＜試験１＞と同様、電流
を放電させ（１０Ａ）、放電から十分後における各シー
ト状二次電池表面の温度上昇を確認した。結果は図１４
に示すグラフの通りとなった。

【００６６】この結果から、バスバー（６ａまたは６
ｂ）の接続部における超音波溶着の総面積Ｗ（ｃｍ²）
と、該バスバーが接続するシート状二次電池からの平均
放電電流Ｉ’（Ａ）との関係が、Ｗ／Ｉ≧０．１（式
（２’））を満たす溶着面積Ｗ＝２（ｃｍ²）および３
（ｃｍ²）における表面温度上昇は、極めて低く保たれ
ていることがわかる。

【００６７】＜試験４＞第１の実施形態の電極接続状態
において、図１０に示すようにケーシング１５に固定・
収容し、さらに充填剤１８によりモールドした試料４−
Ａを１０個作製した。モールドには、ウレタン系熱硬化
樹脂を用いた。一方、同じ電極接続状態で、図９に示す
ようにモールドしていない試料４−Ｂを１０個作製し
た。

【００６８】得られた各試料について、ＪＩＳＣ８７
１１に準じて振動試験を行った。すなわち、二次電池を
完全充電した後、２０℃の環境で、振幅０．８ｍｍ、周
波数１０Ｈｚ←→５５Ｈｚ、掃引速度１Ｈｚ／分で、相
互に直角に交わるＸＹＺ方向に９０分間振動した。その
後、電池の状態、特にリードとバスバーとの接続状態を
目視にて観察したところ、いずれも漏液、安全弁の作
動、破裂、発火等の問題は発生しなかったが、モールド
されている試料Ａではさらに外見上何ら問題が生じてい
なかったのに対し、モールドされていない試料Ｂでは１
０個のうち１個に、リードに僅かな亀裂が見られた。こ
の結果から、樹脂によるモールドが、機械的強度向上の
観点から、有効であることがわかる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
シート状二次電池における電極の熱を電極リードから効
率良く放散させ得る電極接続構造を提供することができ
る。また、本発明によれば、上記効率的な放熱ととも
に、電気的および機械的な、高い接続強度をも実現し得
るシート状二次電池の電極接続構造を提供することがで
きる。さらに、本発明によれば、上記特性を有する電極
接続構造を具備する二次電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシート状二次電池の電極接続構造の
一例を示す模式斜視図である。

【図２】図１の電極接続構造の左側面図である。

【図３】図１の電極接続構造の正面図である。

【図４】図１の電極接続構造のＡ−Ａ断面図であり、
図２における円Ａ’で囲まれた部分のみが拡大されて示
してある。

【図５】図３の電極接続構造のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】リードとバスバーとの接続状態の一例を示す
模式図である。

【図７】リードとバスバーとの接続状態の他の一例を
示す模式図である。

【図８】図１における内部電極対を説明するための模
式拡大図である。

【図９】図１の電極接続構造を具備した二次電池の側
断面図である。

【図１０】図９の二次電池におけるバスバーないしリ
ード周辺をモールドした状態の側断面図である。

【図１１】本発明のシート状二次電池の電極接続構造
の他の一例を示す図であり、（Ａ）は模式断面図、
（Ｂ）は（Ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。

【図１２】試験１の結果を示すグラフである。

【図１３】試験２の結果を示すグラフである。

【図１４】試験３の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１内部電極対１ａ正電極１ｂ負電極１ｃセパレータ２袋状外包体３ａ正極リード３ｂ負極リード３’、３” リード４ヒートシール部５電解液６ａ、６ｂ、６’、６” バスバー７ａ、７ｂ、７’７” 超音波溶着領域８リベット１０シート状二次電池１１正極集電体１２正極活物質１３負極集電体１４負極活物質１５ケーシング１６ビス１７ナット１８充填剤（樹脂）２０シート状二次電池２３リード２３各リード２３−１，２３−２，２３−３正極リード２６バスバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀江英明神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者渡邉恭一神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者伊藤孝憲神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者嶋村修神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者小沢浩典東京都文京区音羽２丁目11番19号エナックス株式会社内 (72)発明者高崎隆雄東京都福生市福生1066 (72)発明者小沢和典東京都文京区音羽２丁目11番19号エナックス株式会社内Ｆターム(参考） 5H022 AA19 BB03 BB17 BB24 CC05 CC10 EE07 EE10 KK03 5H031 AA09 BB03 CC01 EE01 EE04 HH08 KK01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状の正電極およびシート状の負電
極を、セパレータを介して交互に積層して形成されたシ
ート状の内部電極対と、該内部電極対および電解液を内
部に密封状態に収容する可撓性の袋状外包体と、該袋状
外包体からそれぞれ引き出された、前記正電極と接続す
る正極リードおよび前記負電極と接続する負極リード
と、からなる１個の、または、２個以上が直列あるいは
並列接続されたシート状二次電池に対して、前記袋状外
包体外部で前記リードにそれぞれ、金属製で板状のバス
バーを接続する電極接続構造であって、前記バスバーの断面積がそれぞれ、これらが接続されて
いる側のリードの総断面積×０．５以上であることを特
徴とするシート状二次電池の電極接続構造。
【請求項２】前記バスバーの表面積がそれぞれ、これ
らが接続されている側のリードの表面積以上であること
を特徴とする請求項１に記載のシート状二次電池の電極
接続構造。
【請求項３】前記バスバーの材質がそれぞれ、これら
が接続されている側のリードの材質よりも熱伝導率が大
きいことを特徴とする請求項１または２に記載のシート
状二次電池の電極接続構造。
【請求項４】前記バスバーないしそれが接続されてい
るリードの周囲が、樹脂でモールドされていることを特
徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のシート状二
次電池の電極接続構造。
【請求項５】前記樹脂が、熱伝導性樹脂であることを
特徴とする請求項４に記載のシート状二次電池の電極接
続構造。
【請求項６】前記樹脂が、空気より大きな熱伝導率を
示す材料であることを特徴とする請求項４に記載のシー
ト状二次電池の電極接続構造。
【請求項７】前記バスバーと前記リードとの接続が、
超音波溶着、および／または、リベットによるかしめに
より為されていることを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１に記載のシート状二次電池の電極接続構造。
【請求項８】請求項１〜７のいずれか１に記載のシー
ト状二次電池の電極接続構造を具備することを特徴とす
る二次電池。