JP2004079468A - 単電池、組電池および組電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ラミネートフィルム41で被覆された電池本体42と、電池本体に一端が電気的に接続され、他端がラミネートフィルムより突出したタブ43と、を有する単電池40において、ラミネートフィルムの外周縁部とタブとをラミネートフィルムよりも熱容量の大きいシール部材45により被覆したことを特徴とする単電池。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートフィルムで被覆された電池に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ラミネートフィルムで被覆された電池本体と、前記電池本体に一端が電気的に接続され、他端が前記ラミネートフィルムより突出したタブとを有する電池、いわゆるラミネート電池において、ラミネートフィルムの外周縁部とタブとの境界部分におけるシール性は、水分の侵入によって性能が左右されることになり、非水系溶媒電池にとって重要な問題である。
【0003】
前記境界部分におけるラミネートフィルムとタブとの接合面の耐久性は、一般的なラミネート電池は、家電製品に用いられることを前提としているので、あまり問題とされない。しかし、車両に搭載して用いる電池は、家電製品に用いられる電池と比較して厳しい環境下で使用されるため、境界部分の耐久性はより高いものが求められる。
【0004】
また、ラミネート電池の境界部分は、タブと集電箔との接合部の近傍にあるため、大電流通電時には電池の他の部分と比較して温度上昇が大きく、この部分の耐久性は著しく低下する。
【0005】
そこで、本発明は、ラミネート電池のラミネートフィルムとタブとの境界部分のシール性および放熱性を高め、耐久性の向上を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、ラミネートフィルムで被覆された電池本体と、電池本体に一端が電気的に接続され、他端がラミネートフィルムより突出したタブと、を有する単電池において、ラミネートフィルムの外周縁部と、タブとをラミネートフィルムよりも熱容量の大きいシール部材により被覆する。
【0007】
【発明の効果】
本発明によれば、ラミネートフィルムで被覆される電池のシール性および放熱性を高め、耐久性を向上することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【0009】
図1は、組電池モジュール10を搭載した車両の概念図、図2は、組電池モジュール10の概念図、図3(A)は、組電池20の正面図、図3(B)は、図3(A)を右方向から見た組電池20の側面図、図4(A)は、ラミネートフィルムで被覆された単電池40の正面図、図4(B)は、該単電池40の側面図、図4(C)は、該単電池40のラミネートフィルムとタブ43との境界部分46を拡大して示した部分断面図である。
【0010】
図1に示すように、本実施形態の車両は、主動力源または補助動力源として、組電池モジュール10を搭載している。本実施形態の組電池モジュール10は、電池要素として非水系溶媒を用いているため、水分に接触する機会が少ないことが好ましい。そこで、組電池モジュール10は、車両の中では比較的に水分と接触し難い座席下部近傍に設置されている。
【0011】
図2に示すように、組電池モジュール10は、組電池20が複数に渡って電気的に並列接続されている。組電池20の外部ケース21の内部から外部へ突出した電極端子32aの各々は、外部端子部11aを有する電極端子連結板11を用いることによって電気的に接続されている。各組電池20同士は、外部ケース21の側面に設けられたネジ孔(図示せず)に対して、該ネジ孔に対応する開口部を有する連結板13を固定ネジ14によって固定することによって物理的に連結されている。各組電池20の電極端子32aは、絶縁カバー12により保護されている。要求される容量や電圧等によって、組電池モジュール10を構成する組電池20の数量を決定する。
【0012】
なお、組電池モジュール10は、組電池20を電気的に並列に接続するだけでなく、組電池20を複数に渡って電気的に直列接続または直列と並列とに複合接続してもよい。要求される容量や電圧等に応じて、最適な接続形式を選択する。
【0013】
図3(A)(B)に示すように、組電池モジュール10の構成部分である組電池20は、複数の単電池40を電気的に並列に接続した電池群30を、複数群に渡って電気的に直列に接続して構成されている。電池群30は、図3(A)に示すように、複数のバスバー31(電気的な接続部分に相当する)によって電気的に直列に接続されている。図3(B)に示すように、電池群30は、単電池40を複数に渡って積層することによって構成される。各単電池40は、各タブ43同士がバスバー31または電極端子部32によって圧接され、電気的に並列に接続されている。要求される電圧や容量等によって、組電池20を構成する電池群30の数量と、電池群30を構成する単電池40の数量とを決定する。
【0014】
なお、組電池20は、単電池40を複数個に渡って電気的に直列に接続してもよい。要求される容量や電圧等に応じて、最適な接続形式を選択する。
【0015】
図4(A)〜(C)に示すように、単電池40は、ラミネートフィルム41で被覆された電池本体42と、電池本体42に一端が電気的に接続され、他端がラミネートフィルム41より突出したタブ43と、を有する電池、いわゆるラミネート電池であり、ラミネートフィルム41の境界部分46(外周縁部に相当する)と、タブ43とをラミネートフィルム41よりも熱容量の大きいシール部材45により被覆している。シール部材45は、ポリオレフィンを含むシール剤からなることを特徴とする。
【0016】
単電池40には、タブ43の一部にバスバー31が取り付けられ、他の単電池と電気的に接続することが可能にされている。
【0017】
図4(C)に示すように、ラミネートフィルム41は、高分子材料からなる樹脂製の薄膜41a、41cと金属製の薄膜41bとからなる。本実施形態のラミネートフィルム41は、タブ43と接する薄膜41aの材質として、ポリプロピレンが用いられている。
【0018】
シール剤に含まれるポリオレフィンの例として、薄膜41aの材質として示したポリプロピレンの他、ポリエチレン等が挙げられる。ポリエチレンの方がポリプロピレンよりも熱容量が大きく、放熱性に優れることから、本実施形態のシール剤はポリエチレンを主材料とした。
【0019】
シール部材45を境界部分46に接合する手順を次に示す。ポリプロピレンを主材料とする液体状のシール剤を用意する。気泡や異物が混入するとシール性および放熱性を低下させる虞があるので、気泡等が入らないように注意しながら、シール剤を境界部分46に塗布する。塗布されるシール剤の厚みは、シール性および放熱性の観点から決定する。塗布後、シール剤が固化するまで、境界部分46を保持する。シール剤が固化した後のシール部材45の形状は、要求されるシール性および放熱性を充足できれば、どのような形状であってもよい。
【0020】
なお、要求されるシール性および放熱性を確保することができれば、他の方法でシール剤を境界部分46に接合してもよい。例えば、固形の板状のシール剤を境界部分46に設置後、熱融着によって境界部分46に接合してもよい。
【0021】
以上説明したように、本実施形態の単電池40、組電池20および組電池モジュール10は、次のような効果を有する。
【0022】
電池は、通電することによって発熱する。ラミネート電池の場合は、特にラミネートフィルムとタブとの境界部分の近傍におけるタブの発熱が大きい。ラミネート電池のラミネートフィルムとタブとは、ラミネートフィルムの高分子材料からなる樹脂層によって接合されている。境界部分の樹脂層は、タブの発熱によって軟化と固化とを繰り返し、剥離し易くなる。その結果、ラミネートフィルムとタブとの境界から、ラミネートフィルムで被覆された電池本体へ水分が侵入し易くなる。非水系溶媒を用いる電池の場合は性能が劣化する虞があるため、水分の侵入を防止する必要がある。本実施形態の単電池40によれば、タブ43がラミネートフィルム41から取り出される境界部分46に、薄膜41aよりも熱容量の大きいシール部材45を接合していることから、ラミネートフィルム41で被覆される単電池40のシール性および放熱性を高め、耐久性を向上することができる。境界部分46からの水分の侵入を防止できるため、単電池40の性能が劣化し難く、長期間に渡って性能を維持することができる。放熱性が向上し、タブ43の温度上昇を低減することができるため、境界部分46と接している薄膜41aが剥離する虞を低減することができる。
【0023】
本実施形態のシール部材45は、ポリオレフィンを含むシール剤からなるので、塗布や熱融着等の容易な方法によって境界部分46にシール部材45を接合することができる。
【0024】
車両等の機器に必要とされる容量や電圧等を充足させることは、一つの単電池によっても可能ではある。しかし、一つの単電池に不具合が発生すると、安定した容量や電圧等を維持できなくなり、電池を使用する機器の動作に与える影響が大きいものとなる。本実施形態の単電池40を電気的に並列に接続した電池群30を複数群に渡って電気的に直列に接続した組電池20と、複数の組電池20を電気的に並列接続した組電池モジュール10を用いることにより、一つの単電池40に不具合が発生した場合であっても、組電池20または組電池モジュール10全体として、安定した容量や電圧等を維持することができる。
【0025】
車両に本実施形態の組電池モジュール10を用いることにより、金属製の外装缶を用いる電池と比較して車両の動力源を軽量にすることができる。すなわち車両全体を軽量にすることができるため、自動車の燃費向上に貢献することができる。
【0026】
(改変例1)
図5は、本発明の実施形態の改変例1におけるラミネートフィルム41で被覆された単電池50を示す図である。
【0027】
改変例1におけるシール部材51は、金属粉または/およびセラミックス粉を含むシール剤からなることを特徴とする。
【0028】
シール剤には、シール性に優れる材料、例えばポリオレフィン等の高分子材料からなる樹脂に、金属粉または/およびセラミックス粉が分散混入されている。シール性と放熱性との観点から、高分子材料と金属粉または/およびセラミックス粉の配合割合を決定する。金属粉およびセラミックス粉の形状や大きさは、放熱性の観点から決定される。シール性の向上のため、金属粉やセラミックス粉の大きさは、シール部材51の層の厚さよりも小さく、かつ、分散して配置されることが好ましい。
【0029】
改変例1の単電池50によれば、熱容量の大きい材料に、さらに、熱容量の大きい金属粉または/およびセラミックス粉を含むシール部材51を境界部分46に接合しているため、前述した実施形態よりもさらに放熱性を向上することができる。放熱性が向上し、タブ43の温度上昇をより効果的に低減することができるため、境界部分46の薄膜41aが剥離する虞をさらに低減することができる。
【0030】
(改変例2)
図6は、本発明の実施形態の改変例2におけるラミネートフィルム41で被覆された単電池60を示す図である。
【0031】
改変例2におけるシール部材61は、相変化によって熱を吸収する材料である吸熱剤62を含むシール剤からなることを特徴とする。
【0032】
シール剤は、シール性に優れる材料、例えばポリオレフィン等の高分子材料からなる樹脂に、吸熱材62がシール部材61の層の厚さよりも小さい粒子またはカプセルとして混入されている。一般的な材料は、相変化時に体積が変化する場合が多い。シール部材61の内部で吸熱材62が繰り返し膨張や縮小をすると、シール部材61が境界部分46から剥離する虞が高くなる。そこで、シール剤に吸熱材62を混入する場合は、相変化の前後における体積変化が少ない、固体から液体への溶解熱によって熱を吸収する吸熱材62を用いることが好ましい。カプセルを用いる場合は、カプセル内の吸熱材62が相変化する際に、カプセルが変形しないようにすることが好ましい。カプセル内の吸熱材62は、溶解熱と気化熱とのいずれの潜熱を用いる物質であってもよい。吸熱材62の形状、大きさ、および配合の割合は、シール性と放熱性との観点から決定される。
【0033】
なお、シール剤は、ポリオレフィンを含む高分子材料、金属の粒子、またはセラミックスの粒子のいずれか、もしくは複数を含んでいても構わない。
【0034】
改変例2の単電池60によれば、相変化によって熱を吸収する材料である吸熱剤62を含むシール剤を用いているので、放熱性をより一層向上することができる。
【0035】
(改変例3)
図7は、本発明の実施形態の改変例3におけるラミネートフィルム41で被覆された単電池70を示す図である。
【0036】
改変例3におけるシール部材71は、タブ43のうちバスバー31を除いた部分に接合されることを特徴とする。シール部材71の厚みは、シール性および放熱性の観点から決定する。シール性の観点から、境界部分46の近傍を他の部分よりも厚めにすることが好ましい。シール部材70は、前述したいずれのシール剤からなるものであってよい。
【0037】
改変例3の単電池70によれば、タブ43に意図しない導電性の物が接触してショートすることを防止することができ、安全性を向上することができる。また、バスバー31を除くタブ43の全域にシール部材71を接合するので、放熱性をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、組電池モジュールを搭載した車両の概念図である。
【図2】図2は、組電池モジュールの概念図である。
【図3】図3(A)は、組電池の正面図、図3(B)は、図3(A)を右方向から見た該組電池の側面図である。
【図4】図4(A)は、ラミネートフィルムで被覆された単電池の正面図、図4(B)は、該単電池の側面図、図4(C)は、該単電池のラミネートフィルムとタブとの境界部分を拡大して示した部分断面図である。
【図5】図5は、本発明の実施形態の改変例1におけるラミネートフィルムで被覆された単電池を示す図である。
【図6】図6は、本発明の実施形態の改変例2におけるラミネートフィルムで被覆された単電池を示す図である。
【図7】図7は、本発明の実施形態の改変例3におけるラミネートフィルムで被覆された単電池を示す図である。
【符号の説明】
10…組電池モジュール
20…組電池
30…電池群
31…バスバー(電気的な接続部分)
40、50、60、70…単電池
41…ラミネートフィルム
42…電池本体
43…タブ
45、51、61、71…シール部材
46…境界部分(外周縁部)
62…吸熱剤(相変化によって熱を吸収する材料)
Claims (8)
- ラミネートフィルムで被覆された電池本体と、前記電池本体に一端が電気的に接続され、他端が前記ラミネートフィルムより突出したタブと、を有する単電池において、
前記ラミネートフィルムの外周縁部と、前記タブとを前記ラミネートフィルムよりも熱容量の大きいシール部材により被覆したことを特徴とする単電池。 - 前記シール部材は、ポリオレフィンを含むシール剤からなることを特徴とする請求項1に記載の単電池。
- 前記シール部材は、金属粉または/およびセラミックス粉を含むシール剤からなることを特徴とする請求項1に記載の単電池。
- 前記シール部材は、相変化によって熱を吸収する材料を含むシール剤からなることを特徴とする請求項1に記載の単電池。
- 前記シール部材は、前記タブの前記他端の電気的な接続部分を除いた部分に接合されることを特徴とする請求項1に記載の単電池。
- 請求項1に記載の単電池を用いる組電池であって、
前記単電池または複数の前記単電池を電気的に並列に接続した電池群を、複数個または複数群に渡って電気的に直列に接続することを特徴とする組電池。 - 請求項6に記載の組電池を複数に渡って電気的に並列接続、直列接続または直列と並列とに複合接続することを特徴とする組電池モジュール。
- 前記組電池モジュールは車両に搭載される電池であることを特徴とする請求項7に記載の組電池モジュール。
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