JP2005108485A

JP2005108485A - 積層電池

Info

Publication number: JP2005108485A
Application number: JP2003337081A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Konuki; 利明小貫; Kensuke Goto; 健介後藤
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP4089581B2

Abstract

【課題】組立性が向上すると共に、落下や衝撃に強く短絡事故が生じない積層電池を提供する。
【解決手段】積層電池は枠電池Ａ１１が積層されている。枠電池Ａ１１は、電極群及び電解液を多層膜で被覆した密封電池９が、多層膜周囲のシール部１０を挟持する２つの保持枠Ａ１で挟持することで保持されている。保持枠Ａ１には、正極出力端子７、負極出力端子８が位置する部分に端子溝５が形成されており、負極出力端子８は保持枠Ａ１の一箇所に設けられ端子溝５の底面を画定する導電部３に接触している。保持枠Ａ１で耐衝撃性が向上し、枠電池を積層するだけで直列接続された積層電池を組み立てることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は積層電池に係り、特に、正極及び負極間にセパレータを介在させた電極群と電解液とが金属箔を多層の樹脂層で被覆した複合膜で密封された密封電池を、複数個組み合わせた積層電池に関する。

近年、ノートパソコンや携帯電話をはじめとする電子機器は、ＣＰＵ等の高密度化、高性能化と相俟って、小型化や多機能化が進められている。電子機器の電源には、一般にリチウムイオン電池等の二次電池が用いられている。このため、電子機器の小型化に伴い、二次電池にも小型化、軽量化の要請が高まっている。

このような要請に応えるために、金属層の両面を樹脂層で被覆した多層膜を外装材として、これに正極、負極の間にセパレータを介在させた電極群及び電解液等の発電要素を密封した密封電池の技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２５６９３７号公報

しかしながら、多層膜で密封された密封電池は、一般に落下や衝撃に弱いため、密封電池の組立時や密封電池を直列乃至並列に組み合わせた組電池の作製時には組立・製造上で検査を含む多くの注意が払われていた。また、このような密封電池は、一般に極性を持ったタブ（出力端子）が同一辺から導出され、タブ間の距離も近接しているため、短絡が防止される構造を確保する必要がある。

本発明は上記事案に鑑み、組立性が向上すると共に、落下や衝撃に強く短絡事故が生じない積層電池を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、正極及び負極間にセパレータを介在させた電極群と電解液とが金属箔を多層の樹脂層で被覆した複合膜で密封された密封電池を、複数個組み合わせた積層電池において、前記密封電池は前記複合膜周囲のシール部を挟持する２つの挟持枠で保持されており、前記各挟持枠には前記正負極からそれぞれ導出された出力端子が位置する部分に溝が形成されており、前記出力端子のいずれか一方は前記各挟持枠の一箇所に設けられ前記溝の底面を画定する導電性部材に接触していることを特徴とする。

本発明では、密封電池がその複合膜周囲のシール部を２つの挟持枠で挟持されることで保持されているので、密封電池の周囲が強固となり耐衝撃性が向上し組立時の取り扱いが簡便となりかつ密封電池の積層作業を安全に行うことができ、各挟持枠には正負極からそれぞれ導出された出力端子が位置する部分に溝が形成されているので、正負極からそれぞれ出力された出力端子は２つの挟持枠で溝内に挟持され出力端子同士の離間距離を確保できるため、密封電池の短絡を防止することができると共に、出力端子のいずれか一方が挟持枠の一箇所に設けられ溝の底面を画定する導電性部材に接触しているので、２つの挟持枠に設けられた導電性部材を介して密封電池の電力の入出力を行うことができる。

本発明において、部品点数を少なくするためは、前記２つの挟持枠は同一形状であり、正負極からそれぞれ導出された出力端子を前記溝で挟むように上下方向反対に配設されていることが好ましい。また、密封電池が上下方向に積層されており、上下方向に隣接する密封電池同士の２つの挟持枠の導電性部材が対称位置となるように配設すれば、上下方向に隣接する密封電池同士の出力端子は導電性部材により対称位置となるので、隣接する密封電池の正負極からそれぞれ導出された出力端子同士の短絡を防止することができると共に、導電性部材により直列接続が可能となる。すなわち、隣接する密封電池間で上下方向に隣接する挟持枠に設けられた導電部材同士が接触して密封電池が直列接続される。更に、集合電池の小型化を図るためには、正負極の出力端子が挟持枠の同一辺に導出されていることが好ましい。そして、挟持枠の対向する２辺に複数の溝部を形成すれば、これらの溝部に冷却媒体を流通させることで、密封電池を任意の温度範囲に保つことができる。

本発明によれば、密封電池がその複合膜周囲のシール部を２つの挟持枠で挟持されることで保持されているので、密封電池の周囲が強固となり耐衝撃性が向上し組立時の取り扱いが簡便となりかつ密封電池の積層作業を安全に行うことができ、各挟持枠には正負極からそれぞれ導出された出力端子が位置する部分に溝が形成されているので、正負極からそれぞれ出力された出力端子は２つの挟持枠で溝内に挟持され出力端子同士の離間距離を確保できるため、密封電池の短絡を防止することができると共に、出力端子のいずれか一方が挟持枠の一箇所に設けられ溝の底面を画定する導電性部材に接触しているので、２つの挟持枠に設けられた導電性部材を介して密封電池の電力の入出力を行うことができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る積層電池の実施の形態について説明する。

（構成）
図１及び図２に示すように、本実施形態の積層電池１４は、扁平状の密封電池９を有する枠電池Ａ１１及び枠電池Ｂ１２の２種の枠電池で構成されている。

密封電池９には、金属箔を多層の樹脂層で被覆した複合膜（多層膜）で、正極及び負極間にセパレータを介在させた電極群と電解液とを密封したものが用いられるが、詳述すれば、例えば、次のように作製されたものを用いることができる。

（正極の作製）
活物質としてマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）粉末１００重量部に、導電材として１０重量部の鱗片状黒鉛（平均粒径：２０μｍ）と結着剤として１０重量部のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を添加し、これに分散溶媒のＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を添加、混練したスラリを、集電体となるアルミニウム箔の両面に塗工する。スラリを乾燥させてアルミニウム箔の両面に活物質合剤を固定させた後、短冊状の所定サイズに切断し、アルミニウム箔にアルミニウム製電極端子を接続する。

（負極の作製）
活物質としてグラファイト粉末１００重量部に、結着剤として１０重量部のＰＶＤＦを添加し、これに分散溶媒のＮＭＰを添加、混練したスラリを、集電体となる圧延銅箔の両面に塗工する。スラリを乾燥させて圧延銅箔の両面に活物質合剤層を固定させた後、短冊状の所定サイズに切断し、圧延銅箔に銅製電極端子を接続する。

（密封電池の作製）
上記作製した正極及び負極の間に、リチウムイオンの移動を許容する微多孔が形成されたポリエチレン製セパレータが位置するように交互に重ね合わせる。重ねられた電極群を粘着テープで固定した後、正極から導出された電極端子をアルミニウム製の正極出力端子７に、負極から導出された電極端子を銅製の負極出力端子８にそれぞれ接続する（図３参照）。

次に、出力端子を備えた電極群を、ポリアミド樹脂層、アルミニウム箔層、ポリエチレン樹脂層からなる多層膜で覆い、電解液を注液後、電極群が位置する外側となる多層膜全周囲に熱エネルギーを付与して密封することで、シール部１０を形成する。このとき、多層膜内の電極群の配置空間を減圧状態として大気圧で電極間を密着させて密封電池９を形成する。このため、密封電池９は、電極群及び電解液が配置された中央部がシール部１０に対して矩形状に両側に張り出した扁平形状を有している（図３参照）。

図２（Ａ）及び図３に示すように、枠電池Ａ１１は、中央に開口が形成された矩形状の２つの保持枠Ａ１と、密封電池９とを有して構成されている。保持枠Ａ１の開口には、密封電池９の中央部が挿入されている。なお、保持枠Ａ１の材質には、例えば、ポリアミド樹脂を用いることができる。

図３及び図４（Ａ）に示すように、保持枠Ａ１の長手方向と交差し他辺より幅の大きい一辺（以下、出力端子辺という。）には、密封電池９の正極出力端子７、負極出力端子８が配置されている。出力端子辺の正極出力端子７、負極出力端子８が位置する部分には、これらの端子より幅が若干大きく長さ方向で出力端子辺の両端面まで連穿された端子溝５が形成されている。端子溝５の一方は、ニッケル製でブロック状の導電部３の一面により当該端子溝５の底面が形成（画定）されている。導電部３の端子溝５の底面を形成する面とは反対側の面は、出力端子辺の端子溝５が形成された面とは反対側の面と同一面を形成している。つまり、出力端子辺の導電部３が配置される箇所は切り欠かれており、導電部３は端子溝５を形成して端子溝５の反対面と同一面となるように出力端子辺の切り欠き端面に接着剤により固着されている。

枠電池Ａ１１には同一形状の２つの保持枠Ａ１が用いられており、組立工程において、一方の保持枠Ａ１を反転させることにより、正極出力端子７、負極出力端子８を端子溝５で挟むように、上下方向で反対に配設される。このとき、導電部３は正極出力端子７、負極出力端子８のいずれか一方と接触する（枠電池Ａ１１においては、負極出力端子８と接触する。）。また、密封電池９のシール部１０は、２つの保持枠Ａ１の出力端子辺を含む４辺で挟持される。この重ね合わせの際、シール部１０とシール部１０が接触する保持枠Ａ１１とは、接着剤により接着される。

上述したように、密封電池９の中央部は保持枠Ａ１の開口に挿入されているが、保持枠Ａ１の方が密封電池９の中央部の面より若干外側（上下方向）に突出している（図２（Ａ）参照）。また、図３に示すように、保持枠Ａ１の出力端子辺以外の外形サイズは、密封電池１０より若干大きく、枠電池Ａ１１を組み立てるとシール部１０の周囲に空間が形成される（以下、この空間を充填部１３という、図１参照）。充填部１３には、接着剤、シール材又は溶融樹脂等を充填することが好ましい。

図２（Ｂ）に示すように、枠電池Ｂ１２は、枠電池Ａ１１と同様に、中央に開口が形成された矩形状の２つの保持枠Ｂ２と、密封電池９とを有して構成されている。なお、２つの保持枠Ｂ２は同一形状である。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、保持枠Ｂ２が保持枠Ａ１と異なる点は、出力端子辺における導電部４及び端子溝６が、保持枠Ａ１の導電部３及び端子溝５と対称位置に配設されていることである。従って、組立工程において、一方の保持枠Ｂ２を反転させることにより、正極出力端子７、負極出力端子８を端子溝５で挟むと、導電部４が正極出力端子７と接触する。

図１に示すように、積層電池１４は、枠電池Ａ１１と枠電池Ｂ１２とが交互に積み重ねられて積層されている。枠電池Ａ１１と枠電池Ｂ１２とを交互に積層することにより、枠電池Ａ１１の導電部３と枠電池Ｂ１２の導電部４とは互いに接触し、枠電池Ａ１１及び枠電池Ｂ１２の密封電池９は直列接続される。

（作用等）
次に、本実施形態の積層電池１４の作用等について説明する。

本実施形態の積層電池１４を構成する枠電池Ａ１１、Ｂ１２は、密封電池９がそのシール部１０をそれぞれ２つの保持枠Ａ１、Ｂ２で挟持することで保持されているので、少ない部品数で密封電池９の周囲が強固となり耐衝撃性が向上し、組立時の取り扱いが簡便となる。また、枠電池Ａ１１、Ｂ１２の出力端子辺には、密封電池９の正極出力端子７、負極出力端子８が位置する部分に端子溝５、６が形成されており、正極出力端子７、負極出力端子８はそれぞれ２つの保持枠Ａ１、Ｂ２で端子溝５、６内に挟持され、正極出力端子７、負極出力端子８間の離間距離が確保できるので、枠電池Ａ１１、Ｂ１２の密封電池９の出力端子の短絡（内部短絡）を防止することができる。更に、枠電池Ａ１１、Ｂ１２の負極出力端子８、正極出力端子７は、それぞれ、保持枠Ａ１、Ｂ２の一箇所に設けられ端子溝５、６の底面を画定し出力端子辺の両端面まで連穿された導電部３、４と接触しているので、導電部３、４を介して密封電池９の電力の入出力を行うことができる。

また、本実施形態の積層電池１４を構成する枠電池Ａ１１、Ｂ１２は、それぞれ密封電池９が２つの保持枠Ａ１、Ｂ２で挟み込みように保持されているので、枠電池Ａ１１、Ｂ１２を作製するには、密封電池９の他に同一形状の保持枠Ａ１、Ｂ２の２種の保持枠を準備するだけでよい。従って、枠電池Ａ１１、Ｂ１２、ひいては、積層電池１４を作製する部品点数を少なくすることができると共に積層電池１４の作製に要する作業工数が低減し、その結果、積層電池１４のコストを低減させることができる。しかも、保持枠Ａ１、Ｂ２の材質には、入手しやすいポリアミド樹脂等を用いることができるので、保持枠Ａ１、Ｂ２自体のコストの低減も期待できる。

更に、本実施形態の積層電池１４は、枠電池Ａ１１、Ｂ１２の導電部３、４が出力端子辺で対称となっているため、上下方向で隣接する枠電池Ａ１１、Ｂ１２同士の保持枠Ａ１、Ｂ２に設けられた導電部３、４は対称位置に配置されるので（図１参照）、枠電池Ａ１１、Ｂ１２の出力端子間の短絡（外部短絡）を防止することができると共に、枠電池Ａ１１、Ｂ１２を交互に積層することで、導電部３、４が接続されるので、極めて簡便に密封電池９の直列接続を行うことができる。

そして、本実施形態の積層電池１４では、枠電池Ａ１１、Ｂ１２の出力端子辺に正極出力端子７、負極出力端子８をまとめて配置するようにしたので、積層電池１４の小型化を図ることができる。

なお、本実施形態では、導電部３、４の形状に矩形ブロック状のものを用いた例を示したが、保持枠Ａ１、Ｂ２への固定を強化するために、保持枠Ａ１、Ｂ２と嵌合可能な形状を採用するようにしてもよい。また、導電部３、４にニッケル製ブロックを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、樹脂製矩形ブロックにニッケル等の導電材を蒸着して導電部とするようにしてもよい。

また、本実施形態では、密封電池９のシール部１０を接着剤で保持枠Ａ１、Ｂ２に接着する例を示したが、超音波や熱等のエネルギーを付与することにより溶着するようにしてもよい。

更に、本実施形態では、正極出力端子７、負極出力端子８を同一の出力端子辺に導出する例を示したが、本発明はこれに限定されず、正極出力端子７と負極出力端子８とを保持枠Ａ１、Ｂ２の異なる辺に導出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、充填部１３が形成された枠電池Ａ１１、Ｂ１２を例示したが、図５に示すように、充填部１３が存在しないように、予めシール部１０が収容されるだけの溝が形成された枠電池Ｃ１５、Ｄ１６を積層しても積層電池１４を構成することができる。このようにすれば、充填部１３に接着剤等を充填する必要がないので、組立工数を更に削減することができる。

更に、図６に示すように、枠電池Ａ１１、Ｂ１２に代えて、保持枠Ｃ１８の対向する２辺に複数の溝１７を形成した枠電池Ｅ１９を用いても積層電池１４を構成することができる。このような溝１７を形成することにより、冷却風等の冷却媒体を通過させることができる。溝１７による空冷構造を採用することにより、密封電池９を任意の温度範囲に保つことができる。

本発明の積層電池は、組立性が向上すると共に、落下や衝撃に強く短絡事故が生じないため、製造、販売等に寄与し、産業上利用することができる。

本発明を適用した実施形態の積層電池の正面図である。（Ａ）は実施形態の積層電池を構成する枠電池Ａの外観斜視図、（Ｂ）は枠電池Ｂの外観斜視図である。実施形態の積層電池を構成する枠電池Ａの分解斜視図である。（Ａ）は実施形態の積層電池を構成する枠電池Ａに使用される保持枠Ａの外観斜視図であり、（Ｂ）は枠電池Ｂに使用される保持枠Ｂの外観斜視図である。本発明を適用した他の実施形態の積層電池の正面図である。本発明を適用した別の実施形態の積層電池を構成する枠電池の外観斜視図である。

符号の説明

１保持枠Ａ（挟持枠）
２保持枠Ｂ（挟持枠）
３、４導電部（導電部材）
５、６端子溝（溝）
７正極出力端子
８負極出力端子
９密封電池
１０シール部
１４積層電池
１７溝（溝部）
１８保持枠Ｃ（挟持枠）

Claims

正極及び負極間にセパレータを介在させた電極群と電解液とが金属箔を多層の樹脂層で被覆した複合膜で密封された密封電池を、複数個組み合わせた積層電池において、前記密封電池は前記複合膜周囲のシール部を挟持する２つの挟持枠で保持されており、前記各挟持枠には前記正負極からそれぞれ導出された出力端子が位置する部分に溝が形成されており、前記出力端子のいずれか一方は前記各挟持枠の一箇所に設けられ前記溝の底面を画定する導電性部材に接触していることを特徴とする積層電池。
前記２つの挟持枠は同一形状であり、前記正負極からそれぞれ導出された出力端子を前記溝で挟むように上下方向反対に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の積層電池。
前記密封電池は上下方向に積層されており、上下方向に隣接する密封電池同士の前記２つの挟持枠は前記導電性部材が対称位置となるように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の積層電池。
前記隣接する密封電池間で上下方向に隣接する前記挟持枠に設けられた導電部材同士が接触して前記密封電池が直列接続されていることを特徴とする請求項３に記載の積層電池。
前記正負極の出力端子は、前記挟持枠の同一辺に導出されていることを特徴とする請求項１に記載の積層電池。
前記挟持枠の対向する２辺に複数の溝部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の積層電池。