JP2005302383A

JP2005302383A - 組電池

Info

Publication number: JP2005302383A
Application number: JP2004113422A
Authority: JP
Inventors: Meiko Fukui; 明香福井; Toru Yajima; 亨矢嶋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】体積当りの電池容量が大きい組電池を提供すること。
【解決手段】四辺形開口部の少なくとも三辺から外側に突き出た封止部を有する容器と、前記容器内に収納された電極群と、前記容器の封止部にこれと対応した辺部が接合される四辺形封口板とを具備する単位電池を備える組電池であって、前記単位電池は、前記封止部のうち少なくとも一辺が容器側に折り返されており、前記封口板を上にした上向配置の単位電池の隣に、前記封口板を下にした下向配置の単位電池が、互いの折り返された封止部が噛み合うように並べられていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、組電池に関するものである。

近年、エレクトロニクス分野の技術革新により、携帯用電子機器の小型・軽量化は飛躍的に進み、その駆動用電源である電池に対しては、エネルギー密度の向上が求められている。リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度が高いことから、現在では多くの携帯機器の電源として用いられている。

非水電解質二次電池としては、従来、正極と負極をその間にセパレータを介在させて渦巻状に捲回した電極群及び非水電解液を金属製の円筒形容器内に収納した円筒形非水電解液二次電池が主流であった。その後、容器の形状を矩形筒型に変更することにより円筒形二次電池に比べて体積効率を向上させた偏平角形の非水電解液二次電池が用いられるようになった。さらに最近では、ラミネートフィルムなどからなる外装フィルムを用いることにより薄型化及び軽量化が図られた薄型非水電解質二次電池が実用化されている。さらに、この薄型非水電解質二次電池を用いて、例えば特許文献１に示すような組電池を構成することにより、組電池の薄型化及び軽量化が図られているが、さらなる体積効率の向上が要望されている。
特開２００２−１１０１２２号公報

本発明は、体積当りの電池容量が大きい組電池を提供することを目的とする。

本発明に係る第１の組電池は、四辺形開口部の少なくとも三辺から外側に突き出た封止部を有する容器と、前記容器内に収納された電極群と、前記容器の封止部にこれと対応した辺部が接合される四辺形封口板とを具備する単位電池を備える組電池であって、
前記単位電池は、前記封止部のうち少なくとも一辺が容器側に折り返されており、
前記封口板を上にした上向配置の単位電池の隣に、前記封口板を下にした下向配置の単位電池が、互いの折り返された封止部が噛み合うように並べられていることを特徴とするものである。

本発明に係る第２の組電池は、四辺形開口部の少なくとも三辺から外側に突き出た封止部を有する容器と、前記容器内に収納された電極群と、前記容器の封止部にこれと対応した辺部が接合される四辺形封口板とを具備する単位電池を備える組電池であって、
前記封口板を下にした下向配置の単位電池の隣に、前記封口板を上にした上向配置の単位電池が、前記下向配置電池の前記封止部の上に前記上向配置電池の容器底面が重なると共に前記下向配置電池の容器底面の上に前記上向配置電池の封止部が重なるように、並べられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、体積当りの電池容量が大きい組電池を提供することができる。

以下、本発明に係る組電池を図面を参照して説明する。

まず、第１の組電池について説明する。

図１は、本発明に係る第１の組電池の第一の実施形態を模式的に示した平面図であり、図２は、図１の組電池をリード部の反対側（矢印側）から見た模式的な側面図である。また、図３は、図１の組電池の単位電池である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図であり、図４は、図３の薄型非水電解質二次電池をIV−IV線に沿って切断した部分断面図である。

まず、組電池を構成する単位電池である薄型非水電解質二次電池について説明する。

図３に示すように、薄型非水電解質二次電池100は、外形が矩形の浅い容器１と、その上面に配置された矩形封口板２と、この容器１内に収納されている電極群（図示せず）を備える。

容器１と封口板２は一体型に形成されたもので、例えば、矩形の外装フィルムに張り出し加工または絞り成型等によって電極群を収納するカップ部３を形成し、この外装フィルムを二つ折りにし、カップ部３のある方を容器１とし、平板の方を封口板２とすることにより得られる。容器１は、カップ部３の開口部が矩形状で、開口部のうちの三辺から外部に水平に突き出た封止部３ａ，３ｂ，３ｃを有する。封止部３ａは図３中奥側の短辺に位置し、封止部３ｂ，３ｃは左右の長辺に位置している。封止部３ａの反対側の短辺が、前述の二つ折り部に相当する。ところで、電極群３１は、図４に示すように、正極３２と負極３３とセパレータ３４とを渦巻き状に捲回し、さらに成形した扁平で矩形状をなす。正極３２に電気的に接続された正極リード１０及び負極３３に電気的に接続された負極リード１１は、電極群３１の同一面から外部に突き出ており、突き出た先端部分が容器１の封止部３ａを通して外部に引き出されている。正極リード１０は、上面側（封口板２側）から見て右側（長辺封止部３ｂ側）に位置し、負極リード１１は、左側（長辺封止部３ｃ側）に位置している。非水電解質は、電極群３１に保持されている。

容器１と封口板２を形成する外装フィルムは、例えば図４に示すように、内面を構成するシーラント層３６、外表面を構成する樹脂層３５、シーラント層３６及び樹脂層３５の間に配置されるバリア層３７が接着層（図示しない）により接合されたラミネートフィルムである。

封口板２は、容器１の封止部３ａ，３ｂ，３ｃと対向する辺部のシーラント層３６が、封止部３ａ，３ｂ，３ｃのシーラント層３６と熱融着されることにより、容器１を密閉している。２つの長辺封止部３ｂ，３ｃは、容器側に折り返されている（以下、折り返し長辺封止部３ｂ，３ｃと称す）。

図１に示す第一の実施形態の組電池には３個の薄型非水電解質二次電池100が組み込まれている。図１，２に示すように、列の一番左に位置する二次電池100Ｌは、封口板２を下にして配置されている。封口板２を下にして配置すると、正極リード１０は図１の左側に位置し、負極リード１１が図1の右側に位置する。この二次電池100Ｌの右隣に二次電池100Ｃがその封口板２を上にした状態で並べられている。二次電池100Ｌの折り返し長辺封止部３ｃには二次電池100Ｃの折り返し長辺封止部３ｃが噛み合わされている。また、二次電池100Ｃは、封口板を上にして配置されているため、正負極リード１０，１１の位置が二次電池100Ｌの場合と逆になる、すなわち、負極リード１１が左側に位置し、正極リード１０が右側に位置する。二次電池100Ｃの右隣には、二次電池100Ｒがその封口板２を下にした状態で並べられている。二次電池100Ｃの折り返し長辺封止部３ｂには、二次電池100Ｒの折り返し長辺封止部３ｂが噛み合わされている。また、二次電池100Ｒは、封口板を下にして配置されているため、正負極リード１０，１１の位置が二次電池100Ｃの場合と逆になる、すなわち、正極リード１０が左側に位置し、負極リード１１が右側に位置する。二次電池100Ｌ、二次電池100Ｃ及び二次電池100Ｒは、それぞれの正負極リード１０，１１をリード線で接続することにより直列に接続されている。

なお、列の左端に位置する二次電池100Ｌの折り返し長辺封止部３ｂと、列の右端に位置する二次電池100Ｒの折り返し長辺封止部３ｃは、どことも噛み合わされていないフリーな状態にあるため、折り返さなくても良いが、図２のように容器側に折り返した方が体積エネルギー密度の点で有利になる。また、列の左端に位置する二次電池100Ｌもしくは列の右端に位置する二次電池100Ｒの隣に、封口板２の上下がこれとは逆の二次電池を、互いの折り返し封止部が噛み合うように並べれば、４個接続の組電池とすることも可能である。

以上説明したように、薄型二次電池を横に並べて薄型の組電池を構成する際、二次電池の封止部のうち少なくとも一辺を容器側に折り返し、その折り返した封止部が、隣に並ぶ二次電池の折り返した封止部と噛み合うように二次電池を並べることによって、隣り合う二次電池の間に位置する封止部の占有体積を減少させることができるため、組電池の体積当たりの電池容量を向上することができる。

第１の組電池の第二の実施形態の組電池を図５を参照して説明する。

図５に示す第二の実施形態の組電池では、列の中央に位置する二次電池100Ｃにおいて正極リード１０と負極リード１１の電極群への取り付け方を図１の場合と左右を逆にしたこと以外は、図１の組電池と同様な構成になっている。図５に示す組電池では、左から、正極−負極−正極−負極−正極−負極の順に正極リード１０と負極リード１１が交互に並んでいるため、二次電池100Ｌ，100Ｃ及び100Ｒを直列に接続する際に、隣り合うリードを接続するだけで直列接続にすることができ、配線が複雑になるのを防ぐことができる。この結果、組電池の占有体積を小さくすることができ、体積効率をさらに向上することができる。

第１の組電池の第三の実施形態の組電池を図６を参照して説明する。

図６に示す第三の実施形態の組電池では、列の真中の二次電池100Ｃを正負極リード１０，１１の突き出ている向きを両隣の二次電池100Ｌ，100Ｒと反対にすること以外は、図１の組電池と同様な構成になっている。図６に示す組電池では、左から、正極−負極−正極−負極−正極−負極の順に正極リード１０と負極リード１１が交互に並んでいるため、二次電池100Ｌ，100Ｃ及び100Ｒを直列に接続する際の配線が複雑になるのを防ぐことができ、組電池の体積効率を向上することができる。これらのリードを上方に折り曲げると、各リード間をつなぐ配線を短縮することができ、さらに体積効率を向上することが可能となる。

図１，５，６の組電池においては、薄型非水電解質二次電池を３個接続した組電池について説明したが、単位電池の数は３個に限らず、２個あるいは４個以上にすることができる。単位電池の数を２個にした例を以下に説明する。

図３では、正負極リード１０，１１が引き出されている辺とこの辺と直交する二辺を封止部とした二次電池について説明したが、封止部の位置はこれに限らず、例えば、図７，図８に例示されるように正負極リード１０，１１が引き出されている辺と、この辺の反対側に位置する辺と、これらの辺に直交する一辺とを封止部とすることができる。

図７に示す薄型非水電解質二次電池200は、封止部の位置を除き、図３の二次電池100と同様な構成になっている。二次電池200では、外装フィルムの二つ折り部とこれの反対側に位置する辺とを長辺とし、上面側（封口板２側）から見て右側の長辺が封止部３ｂである。正負極リード１０，１１が引き出されている短辺が封止部３ａで、これの反対側に位置する短辺が封止部３ｄである。長辺封止部３ｂは、二次電池200を第１の組電池の単位電池として使用する際には容器側に折り返され、二次電池200を後述する第２の組電池の単位電池として使用する際には折り返さずにそのままの状態にしておく。

一方、図８に示す薄型非水電解質二次電池300は、外装フィルムの二つ折り部と長辺封止部の位置が図７の場合と逆になっている例である。すなわち、上面側（封口板２側）から見て左側の長辺に封止部３ｃが位置している。長辺封止部３ｃは、二次電池300を第１の組電池の単位電池として使用する際には容器側に折り返され、二次電池300を後述する第２の組電池の単位電池として使用する際には折り返さずにそのままの状態にしておく。

第１の組電池の第四の実施形態として、図７の二次電池200及び図８の二次電池300を単位電池とする組電池を図９に示し、図１０に、図９の組電池を矢印側から見た模式的な側面図を示す。

図９に示す第四の実施形態の組電池では、図７の二次電池200が封口板２を上にし、かつ容器側に折り返した長辺封止部３ｂが左側に位置するように配置されている。この二次電池200の左隣に、図８の二次電池300が封口板２を下にし、容器側に折り返した長辺封止部３ｃが二次電池200の長辺封止部３ｂと噛み合うように並べられている。正負極リード１０，１１が突き出している方向が、右側の二次電池200と左側の二次電池300とで逆になっているものの、リードは左から、正極−負極−正極−負極の順に並んでいるため、直列接続が容易で、リードを上方に折り曲げることにより配線を短縮して組電池の体積効率を向上することができる。

図９では図７の二次電池200と図８の二次電池300とを組み合せた例を説明したが、図７の二次電池200を２個組み合せることもできるし、図８の二次電池300を２個組み合せることもできる。図１１に、図８の二次電池300を２個組み合わせた第五の実施形態の組電池を示す。

図１１に示すように、左側の二次電池300は、封口板２を下にし、容器側に折り返した長辺封止部３ｃが右側に位置するように配置されている。この二次電池300の右隣に、二次電池300が封口板２を上にし、かつ容器側に折り返された長辺封止部３ｃが隣り合う長辺封止部３ｂと噛み合うように並べられている。この場合、これらの二次電池300のリードは同じ方向に伸びており、左から、正極−負極−負極−正極の順に並んでいる。組み込まれる二次電池のいずれか一方に、正極リード１０と負極リード１１が左右逆に接続されたものを用いることにより正極リードと負極リードが交互に並ぶようにしてもよい。

また、図７の二次電池200、図８の二次電池300及び図３の二次電池100を用いて単位電池数が３個の組電池を作製することもでき、この第六の実施形態の組電池を図１２に示す。

図１２に示す第六の実施形態の組電池では、列の一番左に位置する二次電池300は、封口板２を下にし、かつ折り返し長辺封止部３ｃが右側に位置するように配置されている。この二次電池300の右隣に、二次電池100が封口板２を上にし、その折り返し長辺封止部３ｃが二次電池300の折り返し長辺封止部３ｃと噛み合うように並べられている。二次電池100の右隣には、二次電池200が封口板２を下にし、その折り返し長辺封止部３ｂが二次電池100の折り返し長辺封止部３ｂと噛み合うように並べられている。この組電池は列の左端に位置する二次電池300の左側長辺と、列の右端に位置する二次電池200の右側長辺に外装フィルムの二つ折り部が位置しているため、封止部が突出しておらず、図１の組電池に比較して体積効率をさらに向上することができる。

また、図１２の組電池についても、図５，図６に示すようなリード位置の変更を行なうことができる。さらに、二次電池200と二次電池300との間に二次電池100を３以上の奇数個接続することにより、単位電池数が５個以上の組電池にすることもできる。また、封口板２を上にし、その長辺封止部３ｂが右側に位置するように配置した二次電池200と封口板２を下にし、その長辺封止部３ｂが左側に位置するように配置した二次電池200との間に両側に長辺封止部３ｂ，３ｃを持つ二次電池100を２以上の偶数個接続することにより、単位電池数が４以上の組電池にすることもできる。同様に、封口板２を上にし、その長辺封止部３ｃが左側に位置するように配置した二次電池300と封口板２を下にし、その長辺封止部３ｃが右側に位置するように配置した二次電池300との間に両側に長辺封止部３ｂ，３ｃを持つ二次電池100を２以上の偶数個接続することにより、単位電池数が４以上の組電池にすることもできる。

上述した図１〜図１２では、単位電池を直列接続して組電池を構成した例を説明したが、本発明はこれに限らず、単位電池を直列接続したものを単位ユニットとし、これを複数並列接続して組電池を構成することも可能である。このような組電池の一例を図１３に示す。

図１３に示す第七の実施形態の組電池では、図１に示す構造の組電池を一つの単位ユニットとし、二つの単位ユニット２２ａ，２２ｂが保護回路２１を介して並列に接続されている。一方の単位ユニット２２ａは、その正負極リード１０，１１が保護回路（例えば、過充電防止回路、過放電防止回路）２１に電気的に接続されている。保護回路２１の単位ユニット２２ａとの接続部の反対側には、他方の単位ユニット２２ｂの正負極リード１０，１１が電気的に接続されている。

ここでは、単位電池を３直２並列に接続した組電池をを説明したが、２個の単位電池を直列に接続した単位ユニットを並列に接続して２直２並列の組電池にすることもできるし、４個以上の単位電池を直列に接続した単位ユニットを使用することもできる。また、各単位ユニットは、図５に示すようなリード位置の付け替えを行っても良い。

次に、第２の組電池について説明する。

図１４は、本発明に係る第２の組電池の第一の実施形態の模式的な側面図であり、図１５は、図１４の組電池の単位電池である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図である。

図１５に示す薄型非水電解質二次電池100Ａは、２つの長辺封止部３Ａｂ，３Ａｃが容器側に折り返されていないこと以外は、図３の二次電池と同様な構成になっている。

図１４に示すように、列の一番左に位置する二次電池100Ａ１は、封口板２Ａを下にして配置されている。この二次電池100Ａ１の右隣に二次電池100Ａ２がその封口板２Ａを上にした状態で並べられている。二次電池100Ａ１の長辺封止部３Ａｃの上に、二次電池100Ａ２の容器１Ａのカップ部３Ａの底面が重ねられていると共に、二次電池100Ａ１の容器１Ａのカップ部３Ａの底面の上に、二次電池100Ａ２の長辺封止部３Ａｃが重ねられている。二次電池100Ａ２の右隣には、二次電池100Ａ３がその封口板２Ａを下にした状態で並べられている。二次電池100Ａ２の長辺封止部３Ａｂは、二次電池100Ａ３の容器１Ａのカップ部３Ａの底面の上に重ねられていると共に、二次電池100Ａ３の長辺封止部３Ａｂの上に、二次電池100Ａ２の容器１Ａのカップ部３Ａの底面が重ねられている。二次電池100Ａ１〜100Ａ３それぞれの正負極リード１０，１１の取り付け位置の左右は、前述した図３に示す二次電池100と同様であるため、二次電池100Ａ１〜100Ａ３を図１４の左側から封口板２Ａを下にした下向配置、封口板２Ａを上にした上向配置、封口板２Ａを下にした下向配置の順に並べると、リードの並び方は、図１の場合と同様、正極−負極−負極−正極−正極−負極の順番になる。二次電池100Ａ１、二次電池100Ａ２及び二次電池100Ａ３は、それぞれの正負極リード１０，１１をリード線で接続することにより直列に接続されている。

なお、列の左端に位置する二次電池100Ａ１の長辺封止部３Ａｂと、列の右端に位置する二次電池100Ａ３の長辺封止部３Ａｃを容器側に折り返すことにより、組電池の体積エネルギー密度を向上することができる。また、列の左端に位置する二次電池100Ａ１もしくは列の右端に位置する二次電池100Ａ３の隣に、封口板２Ａの上下がこれとは逆の二次電池を、互いの容器底面と封止部が重なるように並べれば、４個接続の組電池とすることも可能である。

以上説明したように、薄型二次電池を横に並べて薄型の組電池を構成する際、二次電池の容器底面に、隣に並ぶ二次電池の封止部が重なるように二次電池を並べることによって、隣り合う二次電池の間に位置する封止部の占有体積を減少させることができるため、組電池の体積当たりの電池容量を向上することができる。

図１４の第２の組電池についても、図５，６に示すようなリード位置の変更を行うことができる。また、単位電池の数を２個あるいは４個以上にすることができる。

また、図１５では、正負極リード１０，１１が引き出されている辺とこの辺と直交する二辺を封止部とした二次電池について説明したが、封止部の位置はこれに限らず、例えば、前述した図７，図８に例示されるように正負極リード１０，１１が引き出されている辺と、この辺の反対側に位置する辺と、これらの辺に直交する一辺とを封止部とすることができる。単位電池数が２個の組電池の例を図１６，１７と前述した図７，８を参照して以下に説明する。

第２の組電池の第二の実施形態として、図７に示す長辺封止部３ｂが折り返されていない状態の二次電池200及び図８に示す長辺封止部３ｃが折り返されていない状態の二次電池300が組み込まれた組電池を図１６に示し、図１７に、図１６の組電池を矢印側から見た模式的な側面図を示す。

図１６に示す第二の実施形態の組電池では、二次電池200が封口板２を上にし、かつ長辺封止部３ｂが左側に位置するように配置されている。この二次電池200の左隣に、二次電池300が封口板２を下にし、長辺封止部３ｃの上に、二次電池200の容器１のカップ部３の底面が重なるように、かつ二次電池200の長辺封止部３ｂが、二次電池300の容器１のカップ部３の底面の上に重なるように並べられている。正負極リード１０，１１が突き出している方向が、右側の二次電池200と左側の二次電池300とで逆になっているものの、リードは左から、正極−負極−正極−負極の順に並んでいるため、直列接続が容易で、リードを上方に折り曲げることにより配線を短縮して組電池の体積効率を向上することができる。

図１６では、二次電池200と二次電池300とを組み合わせた例を説明したが、二次電池200を２個組み合せることもできるし、二次電池300を２個組み合せることもできる。図１８に、二次電池300を２個組み合わせた第三の実施形態の組電池を示す。

図１８に示すように、左側の二次電池300は、封口板２を下にし、長辺封止部３ｃが右側に位置するように配置されている。この二次電池300の右隣に、二次電池300が封口板２を上にし、長辺封止部３ｃが、左側の二次電池300の容器１のカップ部３の底面の上に重なるように、かつ左側の二次電池300の長辺封止部３ｃの上に、右側の二次電池300の容器１のカップ部３の底面が重なるように並べられている。この場合、これらの二次電池300のリードは同じ方向に伸びており、左から、正極−負極−負極−正極の順に並んでいる。組み込まれる二次電池のいずれか一方に、正極リード１０と負極リード１１が左右逆に接続されたものを用いることにより正極リードと負極リードが交互に並ぶようにしてもよい。

また、二次電池200、二次電池300及び図１５の二次電池100Ａを用いて単位電池数が３個の組電池を作製することもでき、この第四の実施形態の組電池を図１９に示す。

図１９に示す第四の実施形態の組電池では、列の一番左に位置する二次電池300は、封口板２を下にし、かつ長辺封止部３ｃが右側に位置するように配置されている。この二次電池300の右隣に、二次電池100Ａが封口板２Ａを上にし、その長辺封止部３Ａｃが二次電池300の容器１のカップ部３の底面の上に重なるように、かつ二次電池300の長辺封止部３ｃの上に二次電池100Ａの容器１Ａのカップ部３Ａの底面が重なるように並べられている。二次電池100Ａの右隣には、二次電池200が封口板２を下にし、かつ長辺封止部３ｂが左側に位置するように配置されている。二次電池100Ａの長辺封止部３Ａｂは、二次電池200の容器１のカップ部３の底面の上に重ねられ、かつ二次電池200の長辺封止部３ｂの上に、二次電池100Ａの容器１Ａのカップ部３Ａの底面が重ねられている。この組電池は列の左端に位置する二次電池300の左側長辺と、列の右端に位置する二次電池200の右側長辺に外装フィルムの二つ折り部が位置しているため、封止部が突出しておらず、図１４の組電池に比較して体積効率をさらに向上することができる。

また、図１９の組電池についても、図５，図６に示すようなリード位置の変更を行なうことができる。さらに、二次電池200と二次電池300との間に二次電池100Ａを３以上の奇数個接続することにより、単位電池数が５個以上の組電池にすることもできる。また、封口板２を上にし、その長辺封止部３ｂが右側に位置するように配置した二次電池200と封口板２を下にし、その長辺封止部３ｂが左側に位置するように配置した二次電池200との間に両側に長辺封止部３Ａｂ，３Ａｃを持つ二次電池100Ａを２以上の偶数個接続することにより、二次電池数が４以上の組電池にすることもできる。同様に、封口板２を上にし、その長辺封止部３ｃが左側に位置するように配置した二次電池300と封口板２を下にし、その長辺封止部３ｃが右側に位置するように配置した二次電池300との間に両側に長辺封止部３Ａｂ，３Ａｃを持つ二次電池100Ａを２以上の偶数個接続することにより、二次電池数が４以上の組電池にすることもできる。

図１〜１９では、三辺を封止部とする二次電池を単位電池とする組電池について説明したが、第１，第２の組電池を構成する単位電池はこれに限らず、例えば、図２０に例示されるように四辺を封止部とする二次電池を使用することができる。図２１に、図２０の二次電池をリード部の反対側（矢印側）から見た模式的な側面図を示す。

図２０に示す薄型非水電解質二次電池400は、容器１Ａと封口板２Ａが別々の外装フィルムから形成されたもので、例えば、矩形の外装フィルムに電極群を収納するカップ部３Ａを形成して容器１Ａとし、矩形平板の外装フィルムを容器１Ａの開口部上面に配置して封口板２Ａとする。容器１Ａは、カップ部３Ａの開口部が矩形状で、開口部の四辺から外部に水平に突き出た封止部３Ａａ，３Ａｂ，３Ａｃ，３Ａｄを有する。封止部３Ａａ，３Ａｄは図２０中上下の短辺に位置し、封止部３Ａｂ，３Ａｃは左右の長辺に位置している。図３と同様な構成の電極群の同一面から外部に突き出た正極リード１０及び負極リード１１は、突き出た先端部分が容器１の封止部３Ａａを通して外部に引き出されている。正極リード１０は、上面側（封口板２Ａ側）から見て右側（長辺封止部３Ａｂ側）に位置し、負極リード１１は、左側（長辺封止部３Ａｃ側）に位置している。電極群には非水電解質が保持されている。外装フィルムは、図３と同様な構成となっていて、封口板２Ａは、容器１Ａの封止部３Ａａ，３Ａｂ，３Ａｃ，３Ａｄと対向する辺部のシーラント層が、封止部３Ａａ，３Ａｂ，３Ａｃ，３Ａｄのシーラント層と熱融着されることにより、容器１を密閉している。容器１Ａを形成する外装フィルムと、封口板２Ａを形成する外装フィルムとは同じものであってもよいし、熱融着可能であれば異なるものであってもよい。

上述した図１４〜２１では、単位電池を直列接続して組電池を構成した例を説明したが、本発明の第２の組電池はこれに限らず、単位電池を直列接続したものを単位ユニットとし、これを複数並列接続して組電池を構成することも可能である。例えば、図１４に示す構造の組電池を一つの単位ユニットとし、二つの単位ユニットを保護回路を介して単位電池のリード部が向い合うように並列に接続することができる。

また、単位電池を３直２並列に接続した組電池だけでなく、２個の単位電池を直列に接続した単位ユニットを並列に接続して２直２並列の組電池にすることもできるし、４個以上の単位電池を直列に接続した単位ユニットを使用することもできる。また、各単位ユニットは、図５に示すようなリード位置の付け替えを行っても良い。

また、長辺封止部を隣りの二次電池の容器のカップ部底面に重ねるだけでなく、短辺封止部も隣りの二次電池の容器のカップ部底面に重ねることが可能である。

以上説明した第１及び第２の組電池を外装ケースに収納して電池パックとして使用することができる。

次に、本発明に係る組電池の単位電池として使用される薄型非水電解質二次電池の正極、負極、非水電解質及び外装フィルムについて説明する。

（ｉ）正極
この正極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、かつ正極活物質、結着剤及び導電剤を含有する正極層とを含む。

活物質としては、種々の酸化物、例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物などを使用することができる。

前記導電剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。

前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、ポリエーテルサルフォン、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を用いることができる。

前記集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、アルミニウム、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。

前記正極は、例えば、正極活物質、導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布し、乾燥して薄板状にすることにより作製することができる。

（ii）負極
この負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に担持され、かつ負極活物質及び結着剤を含有する負極層とを含む。

活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであり、例えば、黒鉛、コークス、炭素繊維、球状炭素、熱分解気相炭素質物、樹脂焼成体、複合黒鉛材料（黒鉛質粒子の表面の少なくとも一部に黒鉛質粒子よりも結晶性の低い炭素材料層を形成したもの）などの黒鉛質材料もしくは炭素質材料；熱硬化性樹脂、等方性ピッチ、メソフェーズピッチ系炭素、メソフェーズピッチ系炭素繊維、メソフェーズ小球体など（特に、メソフェーズピッチ系炭素繊維が容量や充放電サイクル特性が高くなり好ましい）に５００〜３０００℃で熱処理を施すことにより得られる黒鉛質材料または炭素質材料；等を挙げることができる。

前記結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いることができる。

前記集電体としては、多孔質構造の導電性基板か、あるいは無孔の導電性基板を用いることができる。これら導電性基板は、例えば、銅、ステンレス、またはニッケルから形成することができる。

この負極は、例えば、負極活物質と結着剤とを溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電体に塗布し、乾燥した後、１回プレスもしくは２〜５回多段階プレスすることにより作製することができる。

（iii）非水電解質
非水電解質としては、例えば、非水電解液、ゲル状非水電解質、固体高分子電解質、無機固体電解質などを挙げることができる。

非水電解液は、例えば、非水溶媒に電解質（例えば、リチウム塩）を溶解させることにより調製される。

非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）やプロピレンカーボネート（ＰＣ）などの環状カーボネートを主体とする非水溶媒や、これらの環状カーボネートと他の非水溶媒との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いることができる。他の非水溶媒としては、例えば、γ−ブチロラクトン（ＧＢＬ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ビニルエチレンカーボネート（ＶＥＣ）、フェニルエチレンカーボネート（ｐｈＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、γ−バレロラクトン（ＶＬ）、プロピオン酸メチル（ＭＰ）、プロピオン酸エチル（ＥＰ）、２−メチルフラン（２Ｍｅ−Ｆ）、フラン（Ｆ）、チオフェン（ＴＩＯＰ）、カテコールカーボネート（ＣＡＴＣ）、エチレンサルファイト（ＥＳ）、１２−クラウン−４（Ｃｒｏｗｎ）、テトラエチレングリコールジメチルエーテル（Ｅｔｈｅｒ）などを挙げることができる。

非水溶媒の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。

電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂）、ビスペンタフルオロエチルスルホニルイミドリチウム（ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂）などのリチウム塩を挙げることができる。使用する電解質の種類は、１種類または２種類以上にすることができる。

（iv）外装フィルム
外装フィルムは、内面を構成するシーラント層と、外表面を構成する樹脂層と、バリア層とを含むラミネートフィルムであることが望ましい。なお、この外装フィルムは、各層を貼り合わせるために使用する接着剤を含むことを許容する。また、各層は、１種類の材料から形成しても、２種類以上の材料から形成しても良い。

シーラント層を形成する熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂（例えば、ホモポリマー、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー等）、ポリエチレン系樹脂（例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、エチレン／ブテン１共重合体等のエチレン／αオレフィン（Ｃ₃〜Ｃ₈）共重合体、架橋ポリエチレン、酸変性ポリエチレン等）を挙げることができる。中でも、ポリエチレン系樹脂が好ましい。

バリア層は、例えば、アルミニウム合金、アルミニウム、ステンレス、鉄、銅、ニッケル等から形成することができる。

外表面を構成する樹脂層は、バリア層を保護するためのものである。樹脂層は、例えば、ポリアミド樹脂等から形成することができる。

封止部は、外装フィルム同士を熱融着することにより形成されるため、その厚さは外装フィルム２枚分弱の厚さに相当する。この封止部の厚さは、１４０〜２００μｍの範囲とすることが好ましい。封止部の厚さのさらに好ましい範囲は、１５０〜１９０μｍである。

隣りの封止部と噛み合わせる封止部、及び、隣りの二次電池の容器底面に重ねる封止部（例えば、長辺封止部）の幅は、１〜４ｍｍの範囲とすることが好ましい。隣りの封止部と噛み合わせる封止部、及び、隣りの二次電池の容器底面に重ねる封止部の幅のさらに好ましい範囲は、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍである。

薄型非水電解質二次電池の厚さは、３〜４．２ｍｍの範囲とすることが好ましい。薄型非水電解質二次電池の厚さのさらに好ましい範囲は、３．５ｍｍ〜４ｍｍである。

特に、前記封止部の厚さ、封止部の幅及び薄型非水電解質二次電池の厚さがそれぞれ前記範囲を同時に満足することがより望ましい。これは、前記封止部の厚さ、封止部の幅及び薄型非水電解質二次電池の厚さを前記範囲内にしたときに、第１及び第２の組電池による体積効率向上効果が最もよく現れるためである。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

［実施例］
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

（実施例１）
ＬｉＣｏＯ₂を活物質として含む正極のアルミニウム製集電体に帯状アルミニウム箔（厚さ１００μｍ、幅４ｍｍ）からなる正極リードを超音波溶接し、メソフェーズピッチ系炭素繊維を含む負極の銅製集電体に帯状ニッケル箔（厚さ１００μｍ、幅４ｍｍ）からなる負極リードを超音波溶接した後、前記正極及び前記負極をその間にポリエチレン多孔質フィルムからなるセパレータを介して渦巻き状に捲回し、電極群を作製した。この電極群をプレス機で加圧することにより、偏平状に成形した。

延伸ナイロンフィルムとアルミニウム合金箔（ＪＩＳＨ４１６０Ａ８０７９材）と直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（シーラントフィルム）とを、この順序でウレタン系接着材を介して積層接着することにより厚さが８０μｍのラミネートフィルム（外装フィルム）を作製した。このラミネートフィルムにプレス機によりカップ部を形成し、このラミネートフィルムを二つ折りすることにより得られた容器内に前記電極群を収納した。

容器内の電極群に、エチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとビニレンカーボネートからなる非水溶媒にＬｉＢＦ₄を溶解させた非水電解液を注入し、３辺をヒートシールで封止することにより、前述した図１５に示す構造を有し、厚さが３．８ｍｍ、幅が３５ｍｍ、高さが６２ｍｍで、短辺封止部の幅が５ｍｍで、長辺封止部の幅が２．５ｍｍであり、公称容量が０．６０Ａｈの薄型非水電解質二次電池を組み立てた。この二次電池の封止部の厚さを下記表１に示す。

得られた二次電池を３個用いて、図１４に示す構造の第２の組電池を組み立てた。

（実施例２）
実施例１と同様にして得られた二次電池の長辺封止部を容器側に折り返すことにより図３に示す構造の二次電池を用意した。この二次電池を３個用いて、図１，２に示す構造の第１の組電池を組み立てた。

（実施例３）
厚さが１００μｍのラミネートフィルムを用いて封止部の厚さを下記表１に示す値に変更した以外には実施例１と同様にして、厚さが３．８ｍｍ、幅が３５ｍｍ、高さが６２ｍｍの二次電池を用意した。この二次電池を用いた以外には実施例１と同様にして第２の組電池を組み立てた。

（実施例４）
厚さが１００μｍのラミネートフィルムを用いて封止部の厚さを下記表１に示す値に変更した以外には実施例２と同様にして、厚さが３．８ｍｍ、幅が３５ｍｍ、高さが６２ｍｍの二次電池を用意した。この二次電池を用いた以外には実施例２と同様にして第１の組電池を組み立てた。

（比較例１）
実施例１と同様にして得られた二次電池を３個用意し、全ての二次電池を封口板を下にして並べ、隣り合う長辺封止部が重ならないように隣接させて図２２に示す構造の組電池を組み立てた。

（比較例２）
実施例１と同様にして得られた二次電池を３個用意し、全ての二次電池を封口板を下にして配置し、隣り合う長辺封止部が重なるように並べて図２３に示す構造の組電池を組み立てた。

（比較例３）
実施例２と同様にして得られた二次電池を３個用意し、全ての二次電池を封口板を下にして並べ、隣り合う長辺封止部が重ならないように隣接させて図２４に示す構造の組電池を組み立てた。

得られた実施例１〜４及び比較例１〜３の組電池の占有体積を以下に説明するようにして算出した。実施例１〜４及び比較例１〜３の組電池の体積当たりの電池容量を、電池１個当たりの公称容量（０．６０Ａｈ）を３倍し、これを占有体積で割ることにより算出し、その結果を下記表１に示す。

＜組電池の占有体積の算出＞
図２５は、実施例１の組電池の模式図である。図２５に示すように、実施例１の組電池について、封止部の厚さも含めて組電池の厚さｔを測定し、この組電池の厚さｔと、幅ｗ及び奥行き（幅ｗと直交する方向の長さ、但し、容器外部に突き出ている正負極リードの長さを除く）とから占有体積を算出した。実施例２〜４の組電池についても同様にした。

比較例１〜３については、組電池の厚さ（二次電池の厚さ）ｔ、幅ｗ及び奥行き（幅ｗと直交する方向の長さ、但し、容器外部に突き出ている正負極リードの長さを除く）から占有体積を算出した。

表１から明らかなように、封口板を下にした下向配置の単位電池の隣に、封口板を上にした上向配置の単位電池が、下向配置電池の封止部の上に上向配置電池の容器底面が重なると共に下向配置電池の容器底面の上に上向配置電池の封止部が重なるように並べられている実施例１及び実施例３の組電池、及び、封口板を上にした上向配置の単位電池の隣に、封口板を下にした下向配置の単位電池が、互いの折り返された封止部が噛み合うように並べられている実施例２及び実施例４の二次電池は、占有体積が小さく、体積当たりの電池容量が大きかった。これは、隣り合う二次電池の間に位置する封止部の占有体積を減少させることができたためである。

また、実施例２，４の結果から、第１の組電池は、外装フィルムを厚くした場合にも、薄い外装フィルムを用いたときと同等の体積当たりの電池容量が得られることを確認できた。

一方、全ての二次電池を封口板を下にして並べた比較例１〜３の組電池は、実施例１〜４の組電池に比べて体積当たりの電池容量が小さかった。これは、封止部にスペースをとられてしまい、二次電池間の距離を縮めることができなかったためである。

本発明に係る第１の組電池の第一の実施形態を模式的に示した平面図。図１の組電池を矢印側から見た模式的な側面図。図１の組電池の単位電池である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図。図３の薄型非水電解質二次電池をIV−IV線に沿って切断した部分断面図。本発明に係る第１の組電池の第二の実施形態を模式的に示した平面図。本発明に係る第１の組電池の第三の実施形態を模式的に示した平面図。薄型非水電解質二次電池の第１の別な例を模式的に示した平面図。薄型非水電解質二次電池の第２の別な例を模式的に示した平面図。本発明に係る第１の組電池の第四の実施形態を模式的に示した平面図。図９の組電池を矢印側から見た模式的な側面図。本発明に係る第１の組電池の第五の実施形態を模式的に示した平面図。本発明に係る第１の組電池の第六の実施形態の模式的な側面図。本発明に係る第１の組電池の第七の実施形態を模式的に示した平面図。本発明に係る第２の組電池の第一の実施形態の模式的な側面図。図１４の組電池の単位電池である薄型非水電解質二次電池を示す斜視図。本発明に係る第２の組電池の第二の実施形態を模式的に示した平面図。図１６の組電池を矢印側から見た模式的な側面図。本発明に係る第２の組電池の第三の実施形態を模式的に示した平面図。本発明に係る第２の組電池の第四の実施形態の模式的な側面図。薄型非水電解質二次電池の第３の別な例を模式的に示した平面図。図２０の二次電池を矢印側から見た模式的な側面図。比較例１の組電池の模式的な側面図。比較例２の組電池の模式的な側面図。比較例３の組電池の模式的な側面図。占有体積の算出方法を説明するための実施例１の組電池の模式的な側面図。

符号の説明

１，１Ａ…容器本体、２，２Ａ…封口板、３，３Ａ…カップ部、３ａ，３ｄ，３Ａａ，３Ａｄ…短辺封止部、３ｂ，３ｃ，３Ａｂ，３Ａｃ…長辺封止部、１０…正極リード、１１…負極リード、２１…保護回路、２２ａ，２２ｂ…単位ユニット、３１…電極群、３２…正極、３３…負極、３４…セパレータ、３５…樹脂層、３６…シーラント層、３７…バリア層、１００，１００Ａ，１００Ａ１，１００Ａ２，１００Ａ３，１００Ｃ，１００Ｌ，１００Ｒ，２００，３００，４００…薄型非水電解質二次電池。

Claims

四辺形開口部の少なくとも三辺から外側に突き出た封止部を有する容器と、前記容器内に収納された電極群と、前記容器の封止部にこれと対応した辺部が接合される四辺形封口板とを具備する単位電池を備える組電池であって、
前記単位電池は、前記封止部のうち少なくとも一辺が容器側に折り返されており、
前記封口板を上にした上向配置の単位電池の隣に、前記封口板を下にした下向配置の単位電池が、互いの折り返された封止部が噛み合うように並べられていることを特徴とする組電池。
四辺形開口部の少なくとも三辺から外側に突き出た封止部を有する容器と、前記容器内に収納された電極群と、前記容器の封止部にこれと対応した辺部が接合される四辺形封口板とを具備する単位電池を備える組電池であって、
前記封口板を下にした下向配置の単位電池の隣に、前記封口板を上にした上向配置の単位電池が、前記下向配置電池の前記封止部の上に前記上向配置電池の容器底面が重なると共に前記下向配置電池の容器底面の上に前記上向配置電池の封止部が重なるように、並べられていることを特徴とする組電池。
前記上向配置電池と前記下向配置電池が交互に並べられていることを特徴とする請求項１または２記載の組電池。
前記単位電池は、前記電極群の同一面から前記容器の封止部を通して外部に突き出た正極リードと負極リードをさらに備え、前記上向配置電池に用いられる前記単位電池の正負極リードの取り付け位置の左右が、前記下向配置電池に用いられる前記単位電池の正負極リードの取り付け位置の左右と異なることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の組電池。