JP2004031194A

JP2004031194A - ラミネート電池および組電池

Info

Publication number: JP2004031194A
Application number: JP2002187452A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ogata; 緒方　慎也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】ラミネート電池のタブと正電極、負電極の接合強度を向上させる。
【解決手段】正電極１０１ａと負電極１０１ｂとをセパレータ１０１ｃを介して積層して内部電極対１０１を形成し、この内部電極対１０１を電解液に浸漬させた状態で外包体１０で密封し、各層の正電極１０１ａと負電極１０１ｂをそれぞれ正極タブ２１と負極タブ２２に接合し、この正極タブ２１と負極タブ２２を外包体１０から突出させてラミネート電池を形成する。その際、内部電極対１０１の上面全体を覆うように正極タブ２１を設け、内部電極対１０１の下面全体を覆うように負極タブ２２を設ける。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正電極と負電極を積層してなる平板状のラミネート電池、および複数のラミネート電池からなる組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、正電極と負電極をセパレータを介して積層して積層体を形成し、この積層体を外装材により外包してなる平板状のラミネート電池が知られている（例えば特開２００２−４２８６５号公報）。この種のラミネート電池では、正極タブおよび負極タブの一端側をそれぞれ外装材内に挿入し、タブの先端を積層体に近接する。そして、タブの先端部と正電極、負電極をそれぞれ接合する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のラミネート電池では、タブの先端部を積層体に近接するため、積層体とタブとの間に空隙が設けられる。その結果、タブに何らかの負荷が入力されると、タブと正電極、負電極との接合が破損するおそれがある。
【０００４】
本発明の目的は、タブと正電極、負電極との接合強度を向上し得るラミネート電池、および組電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正電極と負電極とをセパレータを介して上下に複数層に積層し、この積層体を電解液に浸漬させた状態で外包体で密封し、各層の正電極と負電極をそれぞれ正極タブと負極タブに接合し、この正極タブと負極タブを外包体から突出させて成るラミネート電池である。そして、積層体の上下面の一方側にその一方の上下面を覆うように正極タブを設け、積層体の上下面の他方側にその他方の上下面を覆うように負極タブを設けたことにより上述した目的を達成する。
このラミネート電池を上下に複数枚重ね合わせ、これら複数枚のラミネート電池を収容する筐体と、積層された複数枚のラミネート電池を筐体内で上下方向に押圧する押さえ板と、複数枚のラミネート電池を直列および／または並列接続する電池接続部材とにより組電池を構成することができる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、正電極と負電極の積層による積層体の上下面の一方側に、その一方の上下面を覆うように正極タブを設け、積層体の上下面の他方側に、その他方の上下面を覆うように負極タブを設けたので、電極に対するタブの相対変形が抑制され、電極とタブの接合強度を向上することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図８を参照して本発明によるラミネート電池の実施の形態について説明する。
まず、ラミネート電池の単体の構成を説明する。図１は本実施の形態に係わるラミネート電池の外観形状を示す平面図、図２は側面図である。なお、以下では説明の便宜上、図２に示すように上下左右を定義する。ラミネート電池１は、平面視略矩形状の上下一対の可撓性の外装材１１，１２からなる外包体１０と、この外包体１０の左右端部からそれぞれ突出する正極タブ２１、負極タブ２２とを有するシート状リチウムイオン二次電池である。
【０００８】
図３は外装材１１，１２の斜視図である。図３に示すように、外装材１１，１２には周囲のフランジ面１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃからそれぞれ上方、下方に膨出した膨出部１１０，１２０が設けられている。膨出部１１０，１２０は水平面１１０ａ，１２０ａと鉛直面１１０ｂ，１２０ｂをそれぞれ有する。
【０００９】
外装材１１，１２のフランジ面１１ａ，１２ａは側面視で斜め方向に設けられ（図２参照）、外装材１１，１２の左端のフランジ面１１ｂ，１２ｂは下部に、右端のフランジ面１１ｃ，１２ｃは上部に形成されている。フランジ面１１ｂ，１２ｂおよび１１ｃ，１２ｃ間にそれぞれタブ２１，２２が挟持され、タブ２１，２２は上下反対側に位置している。タブ２１，２２の上下表面とフランジ面１１ｂ，１２ｂ，１１ｃ，１２ｃ、および外装材１１のフランジ面１１ａと外装材１２のフランジ面１２ａは互いに溶着され、外包体１０の内部には略ボックス状の密閉空間が形成されている。
【００１０】
図４はラミネート電池１の内部形状を示す図（図１のＩＶ−ＩＶ線断面図）であり、図５は図４のＶ部拡大図、図６は図１のＶＩ−ＶＩ線断面図、図７は図６のＶＩＩ部拡大図である。外包体１０の内部には、内部電極対１０１および電解液１０２が真空密封状態で収容されている。内部電極対１０１はシート状の正電極１０１ａおよび負電極１０１ｂを備えている。
【００１１】
正電極１０１ａは、アルミ箔の正極集電体１０４の両面に正極活物質を積層したものである。一方、負電極１０１ｂは銅箔の負極集電体１０５の両面に負極活物質を積層したものである。正電極１０１ａと負電極１０１ｂとは、セパレータ１０１ｃを介して交互に積層され、内部電極対１０１は積層体を構成している。正極タブ２１にはアルミやアルミ合金等が用いられ、負極タブ２２には銅や銅合金等が用いられる。
【００１２】
正極タブ２１は外包体１０の左端部１０３を気密に貫通し、内部電極対１０１の下面と外包体１０の間に介装されている。負極タブ２２は外包体１０の右端部１０６を気密に貫通し、内部電極対１０１の上面と外包体１０の間に介装されている。図４，５に示すようにタブ２１，２２は外包体１０内に延設され、その先端位置は内部電極対１０１の端面位置に一致している。また、図６，７に示すようにタブ２１，２２の幅は内部電極対１０１の幅とほぼ等しくなっている。すなわちタブ２１，２２は内部電極対１０１の上下面のほぼ全体を覆っている。
【００１３】
正電極１０１ａは、それぞれ正極タブ２１の上面に溶接されている。一方、拡大図示は省略するが、負電極１０１ｂは、それぞれ負極タブ２２の下面に溶接されている。
【００１４】
袋状外包体１０は、内面層１０ａ、中間層１０ｂおよび外面層１０ｃの三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層１０ａには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性およびヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂が使用される。中間層１０ｂには、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性および強度に優れた金属箔が使用される。外面層１０ｃには、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂が使用される。
【００１５】
このように本実施の形態では、電極１０１ａ，１０１ｂの積層体である内部電極対１０１の上下面をほぼ覆うように正極タブ２１および負極タブ２２を設けてラミネート電池１を形成した。これによりタブ２１，２２に負荷（例えば曲げ荷重）が入力された場合に、タブ２１，２２に対して内部電極対１０１が相対変形することを抑制できる。その結果、タブ２１，２２と電極１０１ａ，１０１ｂとの接合強度が向上し、接合部の破損を防止することができる。
【００１６】
また、例えば図８に示すようにタブの先端部と内部電極対１０１の間に空隙があると、外包体１０の内部を真空引きする際に外包体１０が窪んでしまうおそれがある。これに対して本実施の形態ではタブ２１，２２を内部電極対１０１の上下面にまで延設したため、外包体１０の変形がタブ２１，２２により規制される。その結果、図８のような外包体１０の窪みを防止できる。
【００１７】
次に、図９〜図１３を参照して本発明によるラミネート電池を複数枚重ね合わせて組電池として用いる例について説明する。
図９は組電池の内部形状を示す断面図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面である。組電池は、例えば電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として用いられる。
【００１８】
図１１（ａ），（ｂ）は、それぞれ水平面内におけるラミネート電池１の配置を示す平面図および正面図である。図１１に示すように、押さえ板３１上には２個のラミネート電池１が互いに１８０度反転した状態で配置され、同一平面内のタブ２１，２２は互いに異なる極性となっている（図１１（ｂ）参照）。図１２（ａ），（ｂ）はそれぞれ押さえ板３１の形状を示す平面図および正面図である。押さえ板３１は、一対の縦部材３１ａとこの縦部材３１ａの間に架設された複数の横部材３１ｂからなり、すのこ状に形成されている。図９，１０に示すように、電槽３０の内部には、押さえ板３１を介してラミネート電池１が上下に８段積み重ねられ、計１６個のラミネート電池１が収容されている。電槽３０は、樹脂等の絶縁材により形成される。
【００１９】
ラミネート電池１は、奇数段と偶数段が互いに反対方向を向くように水平面内で交互に１８０゜回転して積み重ねられ、正極タブ２１と負極タブ２２が積層方向に隣接して配置されている。正極タブ２１と負極タブ２２の間、際下段のラミネート電池１の下面、および最上段のラミネート電池の上面には、それぞれ導電性のバスバー３２〜３５が介在して配置されている。
【００２０】
バスバー３２には上段のラミネート電池のタブ（例えば正極タブ２１）と下段のラミネート電池のタブ（例えば負極タブ２２）が接続され、このバスバー３２を介してラミネート電池１は積層方向に直列接続されている。バスバー３３は、最下段に並設された一対のラミネート電池１にまたがって延設されている。バスバー３３の上面には、ラミネート電池１の正極タブ２１とこれに並設されたラミネート電池１の負極タブ２２がそれぞれ接続され、バスバー３３を介して最下段の一対のラミネート電池１が横方向に直列接続されている。
【００２１】
バスバー３４は最上段に並設された一方のラミネート電池１の上面全体を覆うように延設され、バスバー３５は他方のラミネート電池１の上面全体を覆うように延設されている。バスバー３４にはその下方のラミネート電池１の正極タブ２１が接続され、バスバー３５にはその下方のラミネート電池１の負極タブ２２が接続されている。バスバー３４，３５の端部はそれぞれ上方に折り曲げられ、電槽３０の上蓋３０ａを貫通して電槽３０外に突出している。この突出したバスバー３４，３５は組電池のプラス端子、マイナス端子をそれぞれ形成する。バスバー３４，３５と上蓋３０ａとの隙間にはシール材３７が注入されている。
【００２２】
以上のようにバスバー３２〜３５を介して各ラミネート電池１が電槽３０内で直列接続され、組電池が形成される。なお、バスバー３２〜３５とタブ２１，２２との接続は溶接などで固定される。
【００２３】
バスバー３４，３５と電槽３０の上蓋３０ａとの間には圧迫材３６が設けられている。圧迫材３６はウレタンフォームのような弾性材からなり、この圧迫材３６を介して上蓋３０ａが電槽本体３０ｂにボルト結合され、電槽３０内の各ラミネート電池１が押さえ板３１を介して下方に押圧される。この場合、ラミネート電池１の内部電極対１０１はタブ２１，２２で覆われているので、押圧力はタブ２１，２２を介して内部電極対１０１の表面全体に作用する。その結果、電極１０１ａ，１０１ｂ間の距離が局所的に変化することを防止することができ、安定した電池性能を得ることができる。また、押さえ板３１をすのこ状としたので、上下のラミネート電池１間に冷却用の空隙が設けられる。その結果、ラミネート電池１の発熱が抑制される。
【００２４】
この場合、内部電極対１０１がタブ２１，２２で覆われていないと、内部電極対１０１の発熱によりラミネート電池１の内圧が上昇した際に、図１３（ａ）に示すように、ラミネート電池１の表面が外側に変形するおそれがある。これに対して本実施の形態のように内部電極対１０１をタブ２１，２２で覆うと、図１３（ｂ）に示すようにラミネート電池１の表面の変形を抑えることができる。
【００２５】
本発明によるラミネート電池は、上述した実施の形態に限定されることなく種々の変更が可能である。上記では、内部電極対１０１の表面全体を覆うようにタブ２１，２２を設けたが、一部（例えば表面積の半分）を覆うだけでもタブ２１，２２と電極１０１ａ，１０１ｂの接合強度の向上に寄与する。ただし、接合強度を最大限に高めるには内部電極対１０１の表面全体を覆うようにするのが好ましい。
【００２６】
なお、上記実施の形態では、押さえ板３１をすのこ状に形成して介在板を構成するようにしたが、押さえ板３１の形状はすのこ状に限らない。例えばパンチング材を用いてもよい。電池接続部材として用いたバスバー３２〜３５を押さえ板３１と一体に設け、押さえ板兼バスバーとすることもできる。筐体としての電槽３０の形状はいかなるものであってもよい。ラミネート電池１を電槽３０内で直列接続したが、並列接続することもできる。外包体１０の左右両側からタブ２１，２２を突出させるようにしたが、左右一方から突出させてもよい。タブ２１，２２と電極１０１ａ，１０１ｂおよびバスバー３２〜３５を溶接以外の方法（例えばロー付けや耐熱用接着剤など）により接合することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるラミネート電池の外観形状を示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係わるラミネート電池の外観形状を示す側面図。
【図３】本発明の実施の形態に係わるラミネート電池を構成する外装材の斜視図。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図。
【図５】図４のＶ部拡大図。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線断面図。
【図７】図６のＶＩＩ部拡大図。
【図８】従来のラミネート電池による問題点を説明する図。
【図９】本発明の実施の形態に係わる組電池の断面図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図。
【図１１】水平面内におけるラミネート電池の配置を示す図。
【図１２】ラミネート電池間に介装される押さえ板の形状を示す図。
【図１３】ラミネート電池に内圧が作用した場合の変形状態を示す図。
【符号の説明】
１　ラミネート電池　　　　　　　　１０　外包体
２１　正極タブ　　　　　　　　　　　２２　負極タブ
３０　電槽　　　　　　　　　　　　　３１　押さえ板
３２〜３５　バスバー
１０１　内部電極対　　　　　　　　１０１ａ　正電極
１０１ｂ　負電極　　　　　　　　　１０１ｃ　セパレータ

Claims

正電極と負電極とをセパレータを介して上下に複数層に積層し、この積層体を電解液に浸漬させた状態で外包体で密封し、各層の正電極と負電極をそれぞれ正極タブと負極タブに接合し、この正極タブと負極タブを前記外包体から突出させて成るラミネート電池において、
前記積層体の上下面の一方側にその一方の上下面を覆うように前記正極タブを設け、前記積層体の上下面の他方側にその他方の上下面を覆うように負極タブを設けたことを特徴とするラミネート電池。
上下に複数枚重ね合わされた請求項１記載のラミネート電池と、
これら複数枚のラミネート電池を収容する筐体と、
積層された複数枚のラミネート電池を前記筐体内で上下方向に押圧する押さえ板と、
前記複数枚のラミネート電池を直列および／または並列接続する電池接続部材とを有することを特徴とする組電池。
請求項２記載の組電池において、
前記押さえ板は、積層された各ラミネート電池の間に、空隙を形成することを特徴とする組電池。