JP2004063278A - Laminate-armored flat battery - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、該熱融着部の少なくとも一部が固定部材で挟掴されたラミネート外装扁平型電池に関し、より詳細には、熱融着部を外部から挟掴することでその接着性を強化し、シール性を向上させたラミネート外装扁平型電池、該電池からなる電池モジュール、複合組電池に関する。
【従来の技術】
近年、自動車の排ガスによる大気汚染が世界的な問題となっている中で、電気を動力源とする電気自動車やエンジンとモータを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらに搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池の開発が産業上重要な位置を占めている。このような用途の電池の構成としては、巻回した発電要素を円筒型のケースに収納したものや、巻回した発電要素あるいは、平板状の電極、セパレータを積層した発電要素を扁平型のケースに収納したものがある。これらの円筒型または扁平型のケースは強度をもたせる必要があるため、金属容器で形成される必要があり、軽量化が容易でないという課題があった。そのため電池の軽量化をし、より高エネルギー密度、高出力化の手段として、たとえば特開平11−224652号公報に示されるようなラミネートフィルムを外装ケースとし、その周囲を熱融着によりシールすることにより密閉化した電池の構造が提案されている。
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電池外装ケースにラミネートシートを用いた電池においては、外力による変形や、電池の温度上昇による内圧の増加によりシール性が損なわれることがある。特に、電池を電気自動車やハイブリッドカーに搭載して用いる場合、電池温度が60℃程度にまで上昇することもある。その際、電極端子リードでは、充放電時に大電流を使うため、電池温度よりもさらに30℃程度高くなることもあり、ラミネートフィルム中の樹脂の軟化点(90℃程度)にまで達することになる。こうした状況下では、電池の内圧の増加により、とりわけ電極端子リードと接する部位のシール性が損なわれることになる。そのため、このような電池外装ケースにラミネートシートを用いた電池においては、いかにして金属ケースと同等以上のシール性を確保できるかが重要な課題となっている。そこで、このような要求に対する工夫として、特開2000−133218号公報では、電極端子リードの熱融着部に対応する位置を、チタネート系カップリング剤を含むオレフィン系接着剤層およびラミネートフィルムの最内層と同じ樹脂よりなる被覆層により被覆し、シール性の向上を図る試みがなされている。
しかしながら、上記発明では、カメラ一体型VTR、携帯電話、携帯用コンピューターなどに使用する場合や、電池製造初期におけるシール性は保たれるが、電気自動車やハイブリッドカーに搭載した際の、振動条件下での長期の信頼性においては、シール性が低下する場合がある。
一方、電極端子リードの抵抗を抑制するには、電極端子リードの面積を大きくすることが好ましいが、電極端子リードの面積を大きくすればラミネートフィルムによる電極端子リードとの熱融着部も拡大し、更にシール性の確保が困難となる。
また、上述したように、充放電時に電極端子リード温度が被覆樹脂の軟化点に達することもあり、電極端子リードと被覆樹脂との熱膨張率の違いや電池の内圧により、電極端子リードと被覆樹脂の接合面に剥離や隙間が生じ、シール性が低下する場合もある。このようなシール性の低下によって、電池内の電極端子リード端部の界面から電解液やその分解生成物がしみ出し、電極端子リードと被覆樹脂の界面を伝って液漏れを生ずる原因となる。さらに浸透した電解液などが電極端子リードを腐食し電気抵抗の増大を招き、大電流充放電時に電極端子リードのさらなる発熱を招き、被覆樹脂や外装材の劣化を速める問題も生じる。
そこで、本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、電池外装材に高分子−金属を複合したラミネートフィルムを用いた電池において、電池のシール性に対する信頼性を高め、大電流での充放電性能を確保できるラミネート外装扁平型電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
ラミネート外装扁平型電池の熱融着部について詳細に検討した結果、電極端子リードを挟んだ熱融着部を固定部材で挟掴するとシール性が向上することを見出し、本発明を完成させた。即ち、高分子−金属を複合したラミネートフィルムを熱融着させ、正極板、セパレータおよび負極板を積層した発電要素を密封した構成を有し、上記各電極板と連結する電極端子リードが、該熱融着部に挟まれて外部に突出した扁平型電池であって、少なくとも電極端子リードを挟む熱融着部が、その上下に設けた挟掴手段で固定されることを特徴とする、ラミネート外装扁平型電池である。
また、上記ラミネート外装扁平型電池を少なくとも2以上用いて直列および/または並列に接続してなることを特徴とする電池モジュール、該電池モジュールを少なくとも2以上直列および/または並列に接続したことを特徴とする複合組電池、および複合組電池を搭載した車両を提供するものである。
【発明の効果】
本発明によれば、電極端子リードのラミネートフィルムによる熱融着部分を挟掴部材で固定することで、該熱融着部のシール性を向上させ、アンカー効果での電極の強度を上げることができ、電池寿命を延長することができる。本発明の電池は、振動条件下で長期使用が期待され、かつ大容量の電力の供給が要求される自動車用電池として優れる。
【発明の実施の形態】
本発明の第一は、高分子−金属を複合したラミネートフィルムを熱融着させ、正極板、セパレータおよび負極板を積層した発電要素を密封した構成を有し、
上記各電極板と連結する電極端子リードが、該熱融着部に挟まれて外部に突出した扁平型電池であって、少なくとも電極端子リードを挟む熱融着部が、その上下に設けた挟掴手段で固定されることを特徴とする、ラミネート外装扁平型電池である。
ラミネート外装扁平型電池では、電極端子リードとラミネートフィルムとの熱融着部におけるシール性が問題となるが、熱融着部を挟掴手段で物理的に固定すると簡便かつ長期にわたってシール性が確保され、電池寿命を延長させることができる。
以下、本発明にかかるラミネート外装扁平型電池の実施形態を、図面を参照しながらさらに詳細に説明する。ただし本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
まず本発明に係る電池の好ましい態様の一例を示す図1を用いて説明する。なお、図1Aは該電池の外観図であり、図1Bは、図1Aに示す電池の正極端子リードを挟んだ熱融着部近傍の断面図であり、図1Cは、熱融着部に正極端子リードがない部分の熱融着近傍の断面図である。
本発明に係る電池10は、正極板20、セパレータ30および負極板40を積層した発電要素を、高分子―金属を複合した2枚のラミネートフィルム50,50’で上下から熱融着して発電要素を被覆したものであり、正極板20と正極集電体21で連結した正極端子リード22と、負極板40と負極集電体で連結した負極端子リード42とが、正極端子リード熱融着部23、負極端子リード熱融着部43から外部に突出した構造をなし、正極端子リード22と負極端子リード42の熱融着部23、43対応個所には上下に設けた挟掴部材70,70’があり、ネジ71によって該熱融着部23,43が固定されている。なお、ラミネートフィルムの熱融着方法としては、図1に示すように2枚のラミネートフィルムによって外周部の一周を熱融着する場合に限られない。例えば図2Aに示すように、袋状のラミネートフィルムを用いて電池要素を収納し、開放した両端部のみ熱融着してそれぞれ正極端子リード22と負極端子リード42とを突出させてもよく、図2Bに示すように、更に正極端子リード22、負極端子リード42を取り出す個所を1箇所にしてもよい。
一方、本発明の電池は、図1、図2に示される扁平型の構造にすることが好ましい。丸型の電池構造とする場合には、正極および負極リード端子を取り出す個所のシール性を高めることが困難であること、電気自動車やハイブリッドカーに搭載する高エネルギー密度、高出力密度の電池では、リード端子取り出し部位のシール性の長期の信頼性の確保が困難だからである。
本発明の電極としては、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる負極を用い、電極以外の発電要素には、セパレータとこれに染み込ませた電解液、または固体電解質若しくはゲル電解質、またはセパレータを含む固体電解質若しくはゲル電解質を用いる。正極、負極、セパレータ、電解液等は従来公知のものを使用することができ、例えば、正極には、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2を主材料とする正極活物質、負極には、グラファイトまたは非晶質炭素であるハードカーボンを主材料とする負極活物質を用いることが望ましいが、特に限定されない。なお、正極とは、正極集電体と該正極集電体の先端部に取り付けられた正極端子リードとを含めたものとする。正極板とは、正極集電体のうち正極活物質を具備する反応部をいうものとする。同様に、負極とは、負極集電体と該負極集電体の先端部に取り付けられた負極端子リードとを含めたものとする。負極板とは、負極集電体のうち負極活物質を具備する反応部をいうものとする。
また、本発明の発電要素の必須要素の1つであるセパレータとしては、特に制限されるべきものではなく、従来公知のものを用いることができる。なお、本発明のセパレータにおいては、その名称に拘泥されるべきものではなく、セパレータの代わりにセパレータとしての機能を有する、固体電解質やゲル電解質を用いるものであってもよい。本発明が適用できる固体電解質電池やゲル状電解質電池の中には、正極板の正極活物質層と負極板の負極活物質層との間に固体電解質またはゲル状電解質を配設してなる発電素子をラミネートフィルムよりなる外装材に収納し周囲を熱融着することにより封入されてなるものも含まれるためである。また、発電要素には、従来と同様に、上記の電解液ないし電解質も含まれている。
本発明において、正極板、セパレータおよび負極板を積層した発電要素については、従来の発電素子と同様に構成される。例えば、正極板は正極集電体の反応部の片面に上記した正極活物質を塗布乾燥してなり、負極板は負極集電体の反応部の両面に上記したような負極活物質を塗布乾燥してなり、セパレータはポリマー電解質シートからなるものが例示できる。また、正極板には正極集電体が形成され、負極板には負極集電体が形成され、これらは超音波溶接等により正極端子リードおよび負極端子リードにそれぞれ接合されている。この接合は抵抗溶接によって行ってもよい。ただし、本発明の発電素子は、これらに何ら制限されるものではない。
また、本発明では、高分子−金属を複合したラミネートフィルムを外装材として使用するが、該フィルムとしては特に制限されるべきものではなく、高分子フィルム間に金属フィルムを配置し全体を積層一体化してなる従来公知のものを使用することができる。一般には、金属フィルム層の両面を高分子フィルムからなる耐熱絶縁樹脂フィルムが積層され、該フィルムがラミネート最外層となる場合には外装保護層として機能する。一方、該耐熱絶縁樹脂フィルムには更にラミネート最内層として高分子フィルムからなる熱融着絶縁性フィルムが積層される。かかるラミネートフィルムは、適当な方法にて熱融着させることにより、熱融着絶縁性フィルム部分が融着して接合し熱融着部を形成する。
上記金属フィルムとしては、アルミニウムフィルム等が例示できる。また、上記絶縁性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテトラフタレートフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ナイロンフィルム(耐熱絶縁性フィルム)、ポリエチレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)、ポリプロピレンフィルム(熱融着絶縁性フィルム)等が例示できる。ただし、本発明の外装材は、これらに制限されるべきものではない。該ラミネートフィルムは、超音波融着等により熱融着絶縁性フィルムを利用して1対ないし1枚(袋状)のラミネートフィルムの熱融着による接合を容易かつ確実に行うことができる。なお、電池の長期信頼性を最大限高めるためには、ラミネートシートの構成要素である金属フィルム同士を直接接合してもよい。金属フィルム間にある熱融着性樹脂を除去もしくは破壊して金属フィルム同士を接合するには超音波溶着を用いることができる。
一方、電極端子リードの主材料の端子母材に用いられる金属としては、Cu、Feから選ばれる金属を用いることができるが、Al、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。電極端子リード全体の抵抗増加を抑えるということから、Cuを端子母材に用いることが望ましいが、限定はされない。また、表面被覆層にはNiが最も好適に使用できるが、Ag、Auといった金属材料も同様に使用可能である。上記表面被覆層は、電極端子リードの正極または負極のいずれか一方に、あるいは双方に設ければよい。例えば、電極端子リードの端子母材に用いる金属材料のうちAlなどの金属は、外装材の高分子材料−金属複合ラミネートフィルムの金属フィルム材料にも使われているように、外装材の高分子材料との密着性がよいため、表面被覆層を設ける必要性が低いといえる。一方、端子母材に用いる金属材料のうちCuやFeなどの金属は、装材の高分子材料との密着性が比較的よくないため、表面被覆層を設ける必要性が高いといえる。なお、上記Alなどの金属は、正極端子リードの端子母材に用いられることが一般的であり、CuやFeなどの金属は、負極端子リードの端子母材に用いられることが一般的である。
本発明では、このようなラミネート外装扁平型電池において、熱融着部が挟掴部材により圧迫されて、熱融着部のシール性が向上するように固定されることを特徴とする。固定部位は、図3Aに示すように、少なくとも正極端子リードおよび負極端子リードの熱融着部を含む。上記したように、電極端子リードの表面金属はアルミニウムやニッケル金属であり、金属以外の物質と比較して熱融着絶縁性フィルムとの熱融着性が劣り、シール性が低下し、振動条件下に大電流を供給する必要がある自動車用に用いた場合には長期にわたるシール性が確保できないことがあった。しかしながら、本発明によれば、挟掴手段によって固定することで簡便にシール性を向上させることができ、アンカー効果で電極の強度が向上する。一方、熱融着部のシール性は、正極端子リードや負極端子リードの熱融着部に限られず、本発明においては熱融着部に電極端子リードが存在するか否かにかかわらず、挟掴手段によって固定することができる。電流供給時の発熱によって電池要素の一つである電解質が熱膨張したり電解質液の分解によってガスが発生し、電池内容量が増加する場合がある。このような体積変化を原因とする内圧変化によって熱融着部が損傷を受ける場合がある。従って、本発明では、電池外周の全ての熱融着部を固定することが好ましい。図3Bに熱融着部の全てを挟掴手段によって固定した電池の正面図を示す。
なお、熱融着部の上下に設けた挟掴手段は、上下が同型である必要はない。例えば、図3A、Bに示すように熱融着部の上部には長方形の平板を2枚または4枚使用するが、下部は該電池と同型の1枚の平板からなる挟掴手段であってもよい。下部に一枚の平板を使用した場合の正極端子リード熱融着部近傍の断面図の正極端子リードを有する場合を図4Aに、正極端子リードが存在しない場合を図4Bに示す。
該挟掴部材は、特に制限はないが金属または樹脂製の平板であることが好ましい。平板であれば、挟掴によって熱融着部の広い面積を一度に固定することができ、金属や樹脂製であれば挟掴用平板の作成が容易だからである。この際、電池の電極端子リード熱融着部にも、電極端子リードを挟み込んだ部分と電極端子リードが存在しない場所とがあり凹凸が存在する。このような凹凸による固定効果の低減を防止するため、例えば挟掴部材の熱融着接触側に予め熱融着部の厚みに対応する凹凸を設けてもよい。このような挟掴手段を使用することで、挟掴後の厚みを均一にすることができ、よりシール性を向上することができる。図1Bに、正極端子リードが存在する熱融着部分に上下が同じ厚さの挟掴手段を使用して挟掴後の厚さをh1とした場合を示し、図1Cに、上部の挟掴手段として下部のそれより厚みがあるものを使用して挟掴後の厚さをh2とした場合を示した。本発明においては、部材の厚さの調整によって、h1=h2とすることが好ましい。
挟掴手段に使用される金属としては、鉄、アルミニウム、銅、ステンレスまたはこれらの合金がある。入手の容易さから鉄、アルミニウム、ステンレスが好ましく、耐腐食性からアルミニウム、ステンレスが好ましく、軽量化や強度の点からアルミニウムやステンレスを使用することが好ましい。
また、樹脂としては、アクリロニトリルスチレン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリカーボネイト、ジアリルテレフタレート樹脂、ポリエチレン、フェノール樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリアセタール、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、けい素樹脂、ユリア樹脂および不飽和ポリエステル樹脂から選ばれる1種以上の樹脂であることが好ましく、より好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂である。コスト、耐薬品性および長期間の固定に優れるからである。
また、挟掴部材の固定方法としては熱融着部分の圧迫によってシール性を確保できれば特に制限はない。リベットやネジで上下から固定してもよく、クリップなどによって固定してもよい。なお、挟掴部材の両端の複数箇所をネジやリベットで固定することが簡便である。
本発明では、電極端子リード部に該ネジが貫通しないように挟掴部材を固定してもよく、貫通してもよい。しかしながら、上記したように熱融着部に使用するラミネートフィルムは内層に金属フィルム層を含むため、電極端子リードを熱融着処理した後にネジ止め用の貫通孔を設けると、金属製のネジやリベットの使用によってラミネートフィルムの金属と電極端子リードとが接触してショート不良を生ずる場合がある。そこで、本発明では、電極端子リードが、リベットやネジ等の固定部材が貫通する欠損部を有することが好ましい。
このような電極端子リードの欠損部は、ネジ止めやリベット固定する個所に対応する。この電極端子リードは、正極端子リードと負極端子リードの何れを対象とすることもできるため、正極端子リード熱融着部を対象として説明する。図5Aに示すように、挟掴部材を3個所のネジ止めで固定する場合に、正極端子リードの熱融着部の中央をネジ止めする場合には、使用する正極端子リードに予めネジ止め用の貫通孔を設けておく。貫通孔の直径は、貫通するネジ胴部の直径よりも大きく、ネジ頭部の直径よりも小さいことが好ましい。電極端子リードとネジ胴部との接触を防止してショート不良を回避し、かつ固定性を確保するためである。なお、貫通孔は丸型に限られず、楕円系、正方向、長方形でもよい。この際、上記したように、ネジ胴部と電極端子リードとが接触せず、かつネジ頭部によって電極端子リードが固定されるサイズとする。
また、正極端子リードの熱融着部の両端に欠損部を設けて該欠損部にネジを貫通させて固定してもよい。この態様を図5Bに示す。両端の欠損部の大きさや形状は任意に選択することができるが、ネジ胴部と電極端子リードとが接触せず、かつネジ頭部によって電極端子リードが固定されるサイズとする。なお、上記は、正極端子リードを用いて説明したが、負極電極端子リードについても、同様にして、良好なシール性を確保することが可能になる。
本発明のラミネート外装扁平型電池のサイズに制限はないが、電極端子リードの熱融着部の強度から、電極端子リードの熱融着部は5〜15mmである。5mmを下回ると、熱融着部から水分が入りやすく、電池の寿命を低下させるおそれがあるためである。また、電極端子リードの厚さは500μm以下が好ましい。500μm以上の電極端子リードを用いると自動車用に用いた場合10年程度の長期間においてシール不良を起こす場合があるからである。さらに、電池サイズは一辺の最大長さが200mm以下が好ましい。外装にラミネートフィルムを用いた電池の場合、外装に強度がないため200mm以上になると外部からの応力により容易に変形するからである。
本発明のラミネート外装扁平型電池を製造するには、熱融着対応部にネジ胴部貫通用の欠損部を有する正極端子リードおよび/または負極端子リードを用いる他は従来と同様にしてラミネート外装扁平型電池を製造することができる。電極端子リードをネジなどによって固定しない場合には、上記欠損部のある電極端子リードを使用する必要はない。その後、熱融着部を上下から挟掴手段で挟み、ネジまたはリベットで上下の挟掴手段を固定する。
本発明では、上記の扁平型電池を、少なくとも2以上用いて直列および/または並列に接続して電池モジュールとすることができる。本発明の電池モジュールの正面図を図6Aに、その側部断面図を図6Bに、その平面図を図6Cに示す。図6Aに示すように、上記の扁平型電池10を4枚並列に接続し、4枚並列にした扁平型電池10をさらに6枚直列にして金属製の電池モジュールケース110に収納し電池モジュール100とすることができる。本発明では、4個を直列に接続することが好ましい。電池4個を直列に接続すれば、単電池の作動電圧によっても相違するが、単電池1個の作動電圧を3.5Vとすれば14Vの電圧となり現在の12V電源に適用でき、12個直列であれば42Vとなり将来の車両伝送系電圧に適用でき、96個直列であれば現在のEV、HEV用電源電圧に適用できる。特に、42Vは電動バルブや電気ブレーキなどの実用化に有効な電圧である。このように、4の倍数の組電池とすることで利用の選択が容易となる。なお、電池モジュールケース110上部の蓋体に設けられた電池モジュール100の正極端子120および負極端子130と、各扁平型電池10の電極リード端子121,131とは、電池モジュール100の正極および負極端子用リード線122,132を用いて電気的に接続されている。また、扁平型電池10を4枚並列に接続する際には、図6Bに示すように、スペーサ140のような適当な接続部材を用いて各扁平型電池10の電極端子リード121を電気的に接続すればよい。同様に、4枚並列にした各扁平型電池10をさらに6枚直列に接続する際には、図6Aに示すように、バスバー150のような適当な接続部材を用いて各扁平型電池1の電極リード端子121、131を順次電気的に接続すればよい。ただし、本発明の電池モジュールは、ここで説明したものに制限されるべきものではなく、従来公知のものを適宜採用することができる。また、該電池モジュールには、使用用途に応じて、各種計測機器や制御機器類を設けてもよく、例えば、電池モジュールケース110上部の蓋体には電池電圧を監視するために電圧計測用コネクタなどを設けておいてもよいなど、特に制限されるものではない。
本発明のラミネート外装扁平型電池を複数組み合わせて電池モジュールとする場合には、例えば2個のラミネート外装扁平型電池を一組の挟掴手段によって固定してもよい。特にラミネート外装扁平型電池の片面が平面である場合には、挟掴手段の使用数が少なくてすみ、好ましい。例えば図7Aに示すように、この平面を貼合せる形態にし、2つの熱融着部を一対の挟掴手段によって固定する。また、電池モジュールケース110を用いて挟掴手段を固定することもできる。図7Bは、熱融着部の上部にのみ挟掴部材を接着した電池を背中合わせにしたものを3組用意し、挟掴手段をバネなどの弾性部材90を挟み込みながら1組ずつ電池モジュールケース底部111に順次収納し、上部から弾性部材90を介して電池モジュールケース蓋体112で固定したものの断面図を示す。この場合には、ネジやリベットなどによる個別の固定が不要である。また、従来と同様にラミネート外装扁平型電池を製造したのちに従来公知の接着剤を使用すれば簡便に挟掴部材を付着させることができ、モジュール100組立時に同時に挟掴部材の固定ができ、製造が容易である。なお、弾性部材90と挟掴部材70とは、接着剤を使用して固定してもよい。弾性部材としては、バネのほかに弾性エラストマーなどがある。
次に、上記の電池モジュールを、少なくとも2以上直列、並列または直並列に接続し、複合組電池とすることで、使用目的ごとの電池容量や出力に対する要求に、新たに電池モジュールを作製することなく、比較的安価に対応することが可能になる。複合組電池としては、例えば、図8に示したように、上記の電池モジュール100を6組並列に接続して複合組電池200とするには、各電池モジュールケース110上部の蓋体に設けられた電池モジュール100の正極端子120および負極端子130を、外部正極端子部210、外部負極端子部220を有する電池モジュール正極端子連結板230、電池モジュール負極端子連結板240を用いてそれぞれ電気的に接続する。また、各電池モジュールケース110の両側面に設けられた各ネジ孔部(図示せず)に、該固定ネジ孔部に対応する開口部を有する連結板250を固定ネジ260で固定し、各電池モジュール100同士が連結する。また、各電池モジュール100の正極端子120および負極端子130は、それぞれ正極および負極絶縁カバー270、280により保護され、適当な色、例えば、赤色と青色に色分けすることで識別されている。
また、前記電池モジュールおよび/または複合組電池を、電気自動車やハイブリッドカーに搭載することで、搭載時の大電流放電時における電極端子リードの発熱抑制でき、寿命特性が向上し、さらに比較的長期にわたる良好なシール性を確保という前記課題を解決することができる。例えば、図9に示したように、電気自動車ないしハイブリッドカー300の車体中央部の座席下に複合組電池200を搭載するのが、車内空間およびトランクルームを広く取れるため便利である。ただし、本発明では、これらに何ら制限されるべきものではなく、後部トランクルームの下部に搭載してもよいし、あるいは電気自動車のようにエンジンを搭載しないのであれば、車体前方のエンジンを搭載していた部分などに搭載することもできる。なお、本発明では、複合組電池200だけではなく、使用用途によっては、電池モジュールを搭載するようにしてもよいし、これら電池モジュールと複合組電池を組み合わせて搭載するようにしてもよい。また、本発明の電池モジュールおよび/または複合組電池を搭載することのできる車両としては、上記の電気自動車やハイブリッドカーが好ましいが、これらに制限されるものではない。
【実施例】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
実施例1
熱融着絶縁性フィルム層がポリプロピレンであり、金属フィルム層がアルミニウムであるラミネートフィルムを用いて、幅100mm×長さ150mm×厚さ4mmのラミネート外装扁平型電池を製造した。電極には、リチウムイオンを吸蔵、脱離できるLiMn2O4正極活物質を用いた正極と、リチウムイオンを吸蔵、脱離できる非晶質系炭素負極活物質を用いた負極とを用い、正極端子リードには厚さ150μmのAl板を用い、負極端子リードには150μmのNi板を用いた。該正極端子リードと負極端子リードとはそれぞれ幅50mm、長さ40mmであり、集電体形成側から10mmの個所に、φ5mmの欠損部を1箇所設けた。この電池の電極端子リードの上下に幅100mm×長さ10mm×厚さ3mmのアクリル板の平板を載せ、上記欠損部を介してネジで3個所固定し、図1Aに示す電池を製造した。
実施例2
上下同型の挟掴手段によって、熱融着部の全部を固定した以外は実施例1と同様にしてラミネート外装扁平型電池を製造した。
実施例3
幅50mm×長さ40mm×厚さ600μmの電極端子リードを使用した以外は、実施例1と同様にして電池を製造した。
実施例4
幅70mm×長さ40mm×厚さ600μmの電極端子リードを使用した以外は、実施例2と同様にして電池を製造した。
実施例5:特性評価3;40℃60日間の放置試験
実施例1〜4の扁平型の自動車用電池で40℃の雰囲気に60日間放置し、その後に電池の漏液の有無の確認を行った。これら試験結果を表1に示す。
【表1】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1Aは、本発明に用いた電池の構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略斜視図であり、図1Bは、正極端子リード部近傍の断面図であり、図1Cは、正極端子リードの存在しない熱融着部近傍の断面図である。
【図2】図2は、本発明の電池の外観の他の例示であり、図2Aは、電池両端部からそれぞれ正極端子リードと負極端子リードとが形成される形態を、図2Bは、電池の一端から正極端子リードと負極端子リードとが形成される形態を模式的に表した概略斜視図である。
【図3】図3は、挟掴部材による固定個所を示す図であり、図3Aは、電極端子リードを有する熱融着部のみを挟掴手段によって固定した電池の正面図を示し、図3Bは、熱融着部の全てを挟掴手段によって固定した電池の正面図を示す。電極端子リードに設けた貫通孔の配置を示す図である。
【図4】図4は、挟掴手段の上下の正極端子リードが近傍の電池の断面図であり、図4Aは、正極端子リードが存在する場合を、図4Bは、正極端子リードがない場合の断面図を示す。
【図5】図5は、正極端子リードをネジ止めした場合の電池の正極端子リード部近傍の平面図とその際使用される正極端子リードを示す図であり、図5Aは正極端子リードの熱融着部中央に丸い欠損部を有する場合であり、図5Bは、正極端子リードの両端に欠損部を有する場合である。
【図6】本発明に係る電池モジュール構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略図であり、図6Aは、該モジュールの正面図であり、図6Bはその側面図であり、図6Cは平面図である。
【図7】図7は、複数のラミネート外装扁平型電を挟掴手段によって固定した場合の正極端子リード近傍の断面図を示し、図7Aは、1対の挟掴手段によって2つのラミネート外装扁平型電を固定した場合を、図7Bは、モジュールケースを介して複数のラミネート外装扁平型電を弾性部材で固定した場合を示す。
【図8】本発明に係る複合電池モジュール構造の代表的な一実施形態を模式的に表した概略図である。
【図9】本発明に係る複合電池モジュールを搭載した車両を模式的に表した概略図である。
【符号の説明】
10…扁平型電池、20…正極板、21…正極集電体、22…正極端子リード、23…正極端子リード熱融着部、30…セパレータ、40…負極板、42…負極端子リード、43…負極端子リード熱融着部、50,50’…ラミネートフィルム、60…接着層、70、70’…挟掴手段、71…ネジ、80…欠損部、90…弾性部材、100…電池モジュール、110…電池モジュールケース、111…電池モジュールケース底部、112…電池モジュールケース蓋体、120…正極端子、121…電極リード端子、122…正極用リード線、130…負極端子、131…電極リード端子、132…負極端子用リード線、140…スペーサ、150…バスバー、200…複合組電池、210…外部正極端子部、220…外部負極端子部、230…電池モジュール正極端子連結板、240…電池モジュール負極端子連結板、250…連結板、260…固定ネジ、270…正極絶縁カバー270、280…負極絶縁カバー、300…ハイブリッドカー。TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flat-type battery having a laminated exterior in which at least a part of the heat-sealed portion is held by a fixing member, and more specifically, to enhance the adhesiveness of the heat-sealed portion by holding the heat-sealed portion from the outside. The present invention also relates to a laminated exterior flat battery having improved sealing properties, a battery module including the battery, and a composite battery pack.
[Prior art]
In recent years, air pollution by automobile exhaust gas has become a global problem, and electric cars powered by electricity and hybrid cars that run with a combination of an engine and a motor have attracted attention and are installed in these. Development of batteries with high energy density and high power density occupies an important position in the industry. As a configuration of a battery for such an application, a wound power generating element is housed in a cylindrical case, or a wound power generating element or a flat electrode, a flat type power generating element in which a separator is laminated is a flat case. There is something stored in. Since these cylindrical or flat cases need to have strength, they need to be formed of a metal container, and there is a problem that weight reduction is not easy. Therefore, as a means for reducing the weight of the battery and achieving higher energy density and higher output, for example, a laminate film as disclosed in JP-A-11-224652 is used as an outer case, and the periphery thereof is sealed by heat sealing. There has been proposed a structure of a battery sealed.
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a battery using a laminate sheet for the battery outer case, the sealing property may be impaired due to deformation due to external force or an increase in internal pressure due to a rise in battery temperature. In particular, when the battery is used by mounting it on an electric vehicle or a hybrid car, the battery temperature may rise to about 60 ° C. in some cases. At that time, the electrode terminal lead uses a large current at the time of charging and discharging, and thus may be about 30 ° C. higher than the battery temperature, reaching the softening point of the resin in the laminated film (about 90 ° C.). . In such a situation, the increase in the internal pressure of the battery impairs the sealing property particularly at the portion in contact with the electrode terminal leads. Therefore, in a battery using a laminate sheet for such a battery outer case, it is an important issue how to secure sealing performance equal to or higher than that of a metal case. Therefore, as a device for such a demand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-133218 discloses that the position corresponding to the heat-sealed portion of the electrode terminal lead is set at the position of the olefin-based adhesive layer containing the titanate-based coupling agent and the laminated film. Attempts have been made to improve the sealability by coating with a coating layer made of the same resin as the inner layer.
However, in the above invention, when used in a camera-integrated VTR, a mobile phone, a portable computer, or the like, or while the sealing property is maintained in the initial stage of battery production, vibration conditions when mounted on an electric vehicle or a hybrid car are considered. In the long-term reliability in the above, the sealing performance may be reduced.
On the other hand, in order to suppress the resistance of the electrode terminal leads, it is preferable to increase the area of the electrode terminal leads. However, if the area of the electrode terminal leads is increased, the heat-sealed portion of the laminate film with the electrode terminal leads also increases. In addition, it is difficult to ensure the sealing performance.
In addition, as described above, the electrode terminal lead temperature may reach the softening point of the coating resin during charge and discharge, and the electrode terminal lead and the coating resin may be covered by the difference in the coefficient of thermal expansion between the electrode terminal lead and the coating resin or the internal pressure of the battery. In some cases, peeling or gaps may occur on the resin bonding surface, and the sealing property may be reduced. Due to such a decrease in the sealing property, the electrolytic solution and its decomposition products seep out from the interface of the electrode terminal leads in the battery, and cause liquid leakage along the interface between the electrode terminal leads and the coating resin. Further, the permeated electrolyte or the like corrodes the electrode terminal leads and causes an increase in electric resistance, further causing the electrode terminal leads to generate more heat during large-current charging / discharging, resulting in a problem that the deterioration of the coating resin and the exterior material is accelerated.
In view of the above, the present invention has been made in view of the above-described problems of the related art. In a battery using a laminated film in which a polymer-metal composite is used as a battery exterior material, the reliability of the battery in terms of sealing performance is considered. It is an object of the present invention to provide a laminated exterior flat battery that can improve charge and discharge performance with a large current.
[Means for Solving the Problems]
As a result of a detailed study of the heat-sealed portion of the laminated external flat battery, it was found that the sealing property was improved when the heat-sealed portion sandwiching the electrode terminal lead was gripped by a fixing member, and the present invention was completed. That is, a laminated film composed of a polymer and a metal is heat-sealed, and a positive electrode plate, a separator and a negative electrode plate are laminated and a power generation element is sealed. A flat type battery sandwiched between heat-sealed portions and protruding to the outside, wherein at least the heat-sealed portion sandwiching the electrode terminal lead is fixed by holding means provided above and below the laminate. It is an exterior flat battery.
Also, a battery module characterized by being connected in series and / or parallel using at least two or more of the above-mentioned laminated exterior flat batteries, and being characterized in that at least two or more battery modules are connected in series and / or in parallel. And a vehicle equipped with the composite battery.
【The invention's effect】
According to the present invention, by fixing the heat-sealed portion of the electrode terminal lead by the laminate film with the holding member, the sealing property of the heat-sealed portion can be improved, and the strength of the electrode by the anchor effect can be increased. Battery life can be extended. INDUSTRIAL APPLICABILITY The battery of the present invention is expected to be used for a long period of time under vibration conditions, and is excellent as an automobile battery that requires a large-capacity power supply.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The first aspect of the present invention has a configuration in which a polymer-metal composite laminated film is heat-sealed, and a power generating element in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are laminated is sealed,
An electrode terminal lead connected to each of the above-mentioned electrode plates is a flat battery protruding outside sandwiched between the heat-sealed portions, wherein at least a heat-sealed portion sandwiching the electrode terminal leads is provided above and below the heat-sealed portion. A laminated exterior flat battery characterized by being fixed by gripping means.
In a flat battery with a laminated exterior, the sealing property at the heat-sealed portion between the electrode terminal lead and the laminated film is a problem, but if the heat-sealed portion is physically fixed by means of clamping, simple and long-term sealing is ensured. Thus, battery life can be extended.
Hereinafter, an embodiment of a laminated exterior flat battery according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be implemented with appropriate changes within the scope of the present invention.
First, an example of a preferred embodiment of the battery according to the present invention will be described with reference to FIG. 1A is an external view of the battery, FIG. 1B is a cross-sectional view of the vicinity of a heat-sealed portion of the battery illustrated in FIG. 1A with a positive electrode terminal lead interposed therebetween, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the vicinity of heat fusion at a portion where there is no terminal lead.
In the
On the other hand, the battery of the present invention preferably has a flat structure shown in FIGS. In the case of a round battery structure, it is difficult to improve the sealing properties at the locations where the positive and negative electrode lead terminals are taken out, and high energy density and high power density batteries mounted on electric vehicles and hybrid cars This is because it is difficult to secure long-term reliability of the sealing property of the lead terminal take-out site.
As the electrode of the present invention, a positive electrode capable of occluding and desorbing lithium ions and a negative electrode capable of occluding and desorbing lithium ions are used, and a power generating element other than the electrodes includes a separator and an electrolytic solution impregnated in the separator or solid. An electrolyte or gel electrolyte, or a solid or gel electrolyte including a separator is used. As the positive electrode, the negative electrode, the separator, the electrolytic solution and the like, conventionally known ones can be used. For example, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 It is desirable to use a negative electrode active material mainly composed of graphite or hard carbon that is amorphous carbon for the positive electrode active material mainly composed of, and the negative electrode is not particularly limited. Note that the positive electrode includes a positive electrode current collector and a positive electrode terminal lead attached to the tip of the positive electrode current collector. The positive electrode plate refers to a reaction part having a positive electrode active material in a positive electrode current collector. Similarly, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode terminal lead attached to the tip of the negative electrode current collector. The negative electrode plate refers to a reaction part including a negative electrode active material in a negative electrode current collector.
The separator, which is one of the essential elements of the power generation element of the present invention, is not particularly limited, and a conventionally known separator can be used. It should be noted that the separator of the present invention is not limited to its name, and may use a solid electrolyte or a gel electrolyte having a function as a separator instead of the separator. Some solid electrolyte batteries and gel electrolyte batteries to which the present invention can be applied include power generation by disposing a solid electrolyte or a gel electrolyte between a positive electrode active material layer of a positive electrode plate and a negative electrode active material layer of a negative electrode plate. This is because the element is housed in an exterior material made of a laminated film and is sealed by heat sealing the periphery. Further, the power generation element also contains the above-mentioned electrolyte solution or electrolyte as in the related art.
In the present invention, a power generating element in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked has the same configuration as a conventional power generating element. For example, the positive electrode plate is formed by applying and drying the above-described positive electrode active material on one surface of the reaction portion of the positive electrode current collector, and the negative electrode plate is formed by applying and drying the above-described negative electrode active material on both surfaces of the reaction portion of the negative electrode current collector. The separator includes a polymer electrolyte sheet. Further, a positive electrode current collector is formed on the positive electrode plate, and a negative electrode current collector is formed on the negative electrode plate. These are joined to the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead by ultrasonic welding or the like. This joining may be performed by resistance welding. However, the power generating element of the present invention is not limited to these.
Further, in the present invention, a laminated film of a composite of a polymer and a metal is used as an exterior material. However, the film is not particularly limited, and a metal film is arranged between the polymer films and the whole is integrally laminated. Conventionally known products can be used. Generally, a heat-resistant insulating resin film made of a polymer film is laminated on both sides of a metal film layer, and when the film is the outermost layer of the laminate, it functions as an exterior protective layer. On the other hand, a heat-sealing insulating film made of a polymer film is further laminated on the heat-resistant insulating resin film as the innermost layer of the laminate. Such a laminated film is heat-sealed by an appropriate method, so that the heat-sealing insulating film portions are melted and joined to form a heat-sealed portion.
Examples of the metal film include an aluminum film. Examples of the insulating resin film include a polyethylene tetraphthalate film (heat-resistant insulating film), a nylon film (heat-resistant insulating film), a polyethylene film (heat-sealing insulating film), and a polypropylene film (heat-sealing insulating film). ) And the like. However, the exterior material of the present invention should not be limited to these. The laminate film can be easily and reliably joined by heat fusion of one to one (bag-shaped) laminate film utilizing a heat fusion insulating film by ultrasonic fusion or the like. In order to maximize the long-term reliability of the battery, metal films that are components of the laminate sheet may be directly joined to each other. Ultrasonic welding can be used to join the metal films by removing or destroying the heat-fusible resin between the metal films.
On the other hand, as the metal used for the terminal base material of the main material of the electrode terminal lead, a metal selected from Cu and Fe can be used, but a metal such as Al or stainless steel or an alloy material containing these can also be used. It is. It is desirable to use Cu for the terminal base material in order to suppress an increase in resistance of the entire electrode terminal lead, but there is no limitation. Ni is most preferably used for the surface coating layer, but metal materials such as Ag and Au can also be used. The surface coating layer may be provided on one or both of the positive electrode and the negative electrode of the electrode terminal lead. For example, among the metal materials used for the terminal base material of the electrode terminal lead, metals such as Al are used for the exterior material of the polymer, as is also used for the metal film material of the exterior material-metal composite laminate film. It can be said that the necessity of providing a surface coating layer is low because of good adhesion to the material. On the other hand, among the metal materials used for the terminal base material, metals such as Cu and Fe have relatively poor adhesion to the polymer material of the packaging material, and thus it can be said that the necessity of providing the surface coating layer is high. The metal such as Al is generally used for a terminal base material of a positive electrode terminal lead, and the metal such as Cu and Fe is generally used for a terminal base material of a negative electrode terminal lead. .
The present invention is characterized in that in such a laminated external flat battery, the heat-sealed portion is pressed by the gripping member and fixed so that the sealing property of the heat-sealed portion is improved. The fixing portion includes, as shown in FIG. 3A, at least a heat-sealed portion of the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead. As described above, the surface metal of the electrode terminal lead is aluminum or nickel metal, which is inferior in heat-sealing property to the heat-sealing insulating film as compared with a substance other than metal, deteriorates sealing properties, and has vibration conditions. When used for an automobile that needs to supply a large current below, long-term sealing performance may not be secured. However, according to the present invention, it is possible to easily improve the sealing property by fixing by the gripping means, and the strength of the electrode is improved by the anchor effect. On the other hand, the sealing property of the heat-sealed portion is not limited to the heat-sealed portion of the positive electrode terminal lead or the negative electrode terminal lead, and in the present invention, regardless of whether the heat-sealed portion has the electrode terminal lead or not. It can be fixed by gripping means. The heat generated at the time of current supply may cause the electrolyte, which is one of the battery elements, to thermally expand or generate gas due to decomposition of the electrolyte solution, resulting in an increase in the battery capacity. The heat-sealed portion may be damaged by the internal pressure change caused by such a volume change. Therefore, in the present invention, it is preferable to fix all the heat-sealed portions on the outer periphery of the battery. FIG. 3B shows a front view of the battery in which all of the heat-sealed portions are fixed by the holding means.
It is not necessary that the upper and lower gripping means provided above and below the heat-sealed portion have the same shape. For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, two or four rectangular flat plates are used at the upper part of the heat-sealing part, and the lower part is a gripping means composed of one flat plate of the same type as the battery. Is also good. FIG. 4A shows a case where the positive electrode terminal lead is provided in a cross-sectional view near the heat-fused portion of the positive electrode terminal lead when one flat plate is used in the lower part, and FIG. 4B shows a case where the positive electrode terminal lead does not exist.
The holding member is not particularly limited, but is preferably a flat plate made of metal or resin. This is because if the plate is a flat plate, a large area of the heat-sealed portion can be fixed at a time by gripping, and if it is made of metal or resin, it is easy to form a flat plate for gripping. At this time, the electrode terminal lead heat-sealed portion of the battery also has irregularities due to a portion sandwiching the electrode terminal lead and a place where the electrode terminal lead does not exist. In order to prevent the fixing effect from being reduced by such irregularities, for example, irregularities corresponding to the thickness of the heat-sealed portion may be provided in advance on the heat-sealing contact side of the gripping member. By using such a holding means, the thickness after the holding can be made uniform, and the sealing property can be further improved. FIG. 1B shows a case where the thickness after clamping is set to h1 by using clamping means having the same thickness at the top and bottom of the heat-sealed portion where the positive electrode terminal lead is present, and FIG. As a means, a case where the thickness is larger than that of the lower portion and the thickness after gripping is h2 is shown. In the present invention, it is preferable that h1 = h2 by adjusting the thickness of the member.
Examples of the metal used for the holding means include iron, aluminum, copper, stainless steel, and alloys thereof. Iron, aluminum and stainless steel are preferred from the standpoint of availability, and aluminum and stainless steel are preferred from corrosion resistance. Aluminum and stainless steel are preferably used from the viewpoint of weight reduction and strength.
As the resin, acrylonitrile styrene resin, epoxy resin, melamine resin, polycarbonate, diallyl terephthalate resin, polyethylene, phenol resin, polymethyl methacrylate, polyacetal, polypropylene, polystyrene, polytetrafluoroethylene, polyurethane, polyamide resin, silicon It is preferably at least one resin selected from a resin, a urea resin and an unsaturated polyester resin, and more preferably an olefin resin such as polyethylene and polypropylene. This is because it is excellent in cost, chemical resistance and long-term fixing.
The method of fixing the gripping member is not particularly limited as long as the sealing property can be secured by pressing the heat-sealed portion. It may be fixed from above and below with rivets or screws, or may be fixed with clips or the like. It is convenient to fix a plurality of locations at both ends of the holding member with screws or rivets.
In the present invention, the gripping member may be fixed so as not to penetrate the electrode terminal lead portion, or may penetrate. However, as described above, since the laminated film used for the heat-sealed portion includes a metal film layer in the inner layer, if a through hole for screwing is provided after the electrode terminal lead is heat-sealed, a metal screw or the like may be formed. The use of rivets may cause short circuit failure due to contact between the metal of the laminate film and the electrode terminal leads. Therefore, in the present invention, it is preferable that the electrode terminal lead has a defective portion through which a fixing member such as a rivet or a screw penetrates.
Such a defective portion of the electrode terminal lead corresponds to a place where screws or rivets are fixed. Since the electrode terminal lead can be applied to either the positive electrode terminal lead or the negative electrode terminal lead, a description will be given of the positive electrode terminal lead heat-fused portion. As shown in FIG. 5A, when the gripping member is fixed with three screws, and when the center of the heat-sealed portion of the positive electrode terminal lead is screwed, the screw is previously screwed to the positive electrode terminal lead to be used. Are provided. The diameter of the through hole is preferably larger than the diameter of the screw body that penetrates, and smaller than the diameter of the screw head. This is for preventing contact between the electrode terminal lead and the screw body, avoiding short-circuit failure, and securing the fixability. The through hole is not limited to a round shape, but may be an elliptical system, a positive direction, or a rectangle. At this time, as described above, the screw body and the electrode terminal lead are not in contact with each other, and the electrode terminal lead is fixed by the screw head.
Alternatively, a defective portion may be provided at both ends of the heat-sealed portion of the positive electrode terminal lead, and a screw may be passed through the defective portion and fixed. This embodiment is shown in FIG. 5B. The size and shape of the cutouts at both ends can be arbitrarily selected, but the size is such that the screw body and the electrode terminal lead are not in contact and the electrode terminal lead is fixed by the screw head. Although the above description has been made with reference to the positive electrode terminal lead, a favorable sealing property can be similarly secured for the negative electrode terminal lead.
Although the size of the laminated external flat battery of the present invention is not limited, the heat-sealed portion of the electrode terminal lead is 5 to 15 mm from the strength of the heat-sealed portion of the electrode terminal lead. If the thickness is less than 5 mm, moisture easily enters from the heat-sealed portion, which may shorten the life of the battery. Further, the thickness of the electrode terminal lead is preferably 500 μm or less. If the electrode terminal lead having a thickness of 500 μm or more is used, a bad seal may occur for a long period of about 10 years when used for an automobile. Furthermore, the maximum size of one side of the battery is preferably 200 mm or less. This is because, in the case of a battery using a laminate film for the exterior, since the exterior has no strength, when the thickness exceeds 200 mm, the battery is easily deformed by external stress.
In order to manufacture the flat battery with a laminated exterior according to the present invention, the laminated exterior is manufactured in the same manner as in the related art except that a positive electrode terminal lead and / or a negative electrode terminal lead having a screw body penetrating defective portion in the heat-sealing corresponding portion are used. A flat battery can be manufactured. When the electrode terminal lead is not fixed by a screw or the like, it is not necessary to use the electrode terminal lead having the above-mentioned defective portion. Thereafter, the heat-sealed portion is sandwiched from above and below by the holding means, and the upper and lower holding means are fixed by screws or rivets.
In the present invention, at least two or more of the above flat batteries can be connected in series and / or in parallel to form a battery module. FIG. 6A is a front view, FIG. 6B is a side sectional view, and FIG. 6C is a plan view of the battery module of the present invention. As shown in FIG. 6A, four
When a battery module is formed by combining a plurality of laminated exterior flat batteries of the present invention, for example, two laminated exterior flat batteries may be fixed by a set of holding means. In particular, when one side of the laminated external flat battery is flat, the number of gripping means can be reduced, which is preferable. For example, as shown in FIG. 7A, the two heat-sealed portions are fixed by a pair of gripping means in a form in which the flat surfaces are bonded. Further, the holding means can be fixed using the battery module case 110. FIG. 7B shows three sets of back-to-back batteries each having a holding member adhered only to the upper portion of the heat-sealed portion, and holding the holding means one by one while holding an
Next, by connecting at least two or more of the above-described battery modules in series, parallel or series-parallel to form a composite battery pack, a new battery module can be manufactured to meet the requirements for battery capacity and output for each purpose of use. And it is possible to respond relatively inexpensively. As shown in FIG. 8, for example, as shown in FIG. 8, in order to connect six sets of the
Further, by mounting the battery module and / or the composite battery pack on an electric vehicle or a hybrid car, it is possible to suppress heat generation of the electrode terminal leads at the time of large current discharge at the time of mounting, improve the life characteristics, and further improve the relatively long life. The above-mentioned problem of ensuring good sealing performance over a long period can be solved. For example, as shown in FIG. 9, it is convenient to mount the
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
Example 1
Using a laminated film in which the heat-sealing insulating film layer was made of polypropylene and the metal film layer was made of aluminum, a laminated exterior flat battery having a width of 100 mm, a length of 150 mm and a thickness of 4 mm was manufactured. The electrode has LiMn that can occlude and desorb lithium ions. 2 O 4 A positive electrode using a positive electrode active material and a negative electrode using an amorphous carbon negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions were used. An Al plate having a thickness of 150 μm was used for the positive electrode terminal lead. Used a 150 μm Ni plate. Each of the positive electrode terminal lead and the negative electrode terminal lead had a width of 50 mm and a length of 40 mm, and a single φ5 mm defect was provided at a
Example 2
A laminated flat battery was manufactured in the same manner as in Example 1 except that all of the heat-sealed portions were fixed by the same type of upper and lower gripping means.
Example 3
A battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that an electrode terminal lead having a width of 50 mm, a length of 40 mm, and a thickness of 600 µm was used.
Example 4
A battery was manufactured in the same manner as in Example 2, except that an electrode terminal lead having a width of 70 mm, a length of 40 mm and a thickness of 600 µm was used.
Example 5: Characteristic evaluation 3: Leaving test at 40 ° C. for 60 days
The flat automobile batteries of Examples 1 to 4 were allowed to stand in an atmosphere of 40 ° C. for 60 days, and thereafter, the presence or absence of battery leakage was checked. Table 1 shows the test results.
[Table 1]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic perspective view schematically showing a typical embodiment of the structure of a battery used in the present invention, and FIG. 1B is a cross-sectional view near a positive electrode terminal lead portion; FIG. 1C is a cross-sectional view of the vicinity of the heat-sealed portion where no positive electrode terminal lead exists.
FIG. 2 is another example of the appearance of the battery of the present invention. FIG. 2A shows a form in which a positive terminal lead and a negative terminal lead are formed from both ends of the battery, respectively, and FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view schematically showing a form in which a positive electrode terminal lead and a negative electrode terminal lead are formed from one end.
FIG. 3 is a view showing a fixing portion by a gripping member. FIG. 3A is a front view of a battery in which only a heat-sealed portion having an electrode terminal lead is fixed by a gripping means; Fig. 2 shows a front view of the battery in which all of the heat-sealed portions are fixed by the holding means. It is a figure showing arrangement of a penetration hole provided in an electrode terminal lead.
4 is a cross-sectional view of the battery near the upper and lower positive terminal leads of the gripping means. FIG. 4A shows the case where the positive terminal lead exists, and FIG. 4B shows the case where the positive terminal terminal does not exist. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing the vicinity of a positive terminal lead portion of a battery when the positive terminal lead is screwed, and a diagram showing a positive terminal lead used at that time. FIG. FIG. 5B shows a case where there is a round defect in the center of the fused portion, and FIG. 5B shows a case where there is a defect at both ends of the positive electrode terminal lead.
FIG. 6 is a schematic diagram schematically showing a typical embodiment of a battery module structure according to the present invention, FIG. 6A is a front view of the module, FIG. 6B is a side view thereof, FIG. 6C is a plan view.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the vicinity of a positive electrode terminal lead when a plurality of laminated exterior flat batteries are fixed by a gripping means. FIG. 7A is a cross-sectional view of two laminated exterior flat batteries by a pair of gripping means. FIG. 7B shows a case in which the static electricity is fixed, and FIG. 7B shows a case in which a plurality of laminated exterior flat type electricity is fixed with an elastic member via a module case.
FIG. 8 is a schematic diagram schematically showing a representative embodiment of the composite battery module structure according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram schematically showing a vehicle equipped with the composite battery module according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (9)
上記各電極板と連結する電極端子リードが、該熱融着部に挟まれて外部に突出した扁平型電池であって、
少なくとも電極端子リードを挟む熱融着部が、その上下に設けた挟掴手段で固定されることを特徴とする、ラミネート外装扁平型電池。Polymer-metal composite laminate film is heat-sealed, and has a configuration in which a power generating element in which a positive electrode plate, a separator and a negative electrode plate are laminated is sealed,
An electrode terminal lead connected to each of the electrode plates is a flat battery protruding outside sandwiched between the heat-sealed portions,
A flat battery with a laminated exterior, characterized in that at least a heat-sealed portion sandwiching at least the electrode terminal lead is fixed by gripping means provided on the upper and lower sides thereof.
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