JP2006127882A - 薄型電池および組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 薄型電池および組電池において、資源の無駄を減らしながら平面視での底面積（投影面積）を低減する。
【解決手段】 電極板４の正極端子板７側の辺１１と負極端子板８側の辺１２との長さの比を、正極端子板７の抵抗率と負極端子板８の抵抗率との比に応じて設定し、該電極板４を、辺１２を上底および辺１１を下底とする台形状に形成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、薄型電池、および薄型電池を複数備える組電池に関する。

従来の薄型電池として、正極および負極の矩形の電極板を多層化した発電要素をシート状の外装材で被覆して封止するとともに、正極の電極板に接続する正極端子板と、負極の電極板に接続する負極端子板とを、シート状の外装材の外部に相互に反対方向に導出させた薄型電池が知られており（例えば特許文献１）、さらに、複数の当該薄型電池を平面的に配置して組電池を構成したものも知られている。
特開平９−２５９８５９号公報

この種の薄型電池および組電池では、その外形状を設置スペースの形状に適合させることが求められており、特に、車両等に搭載する場合には、その組電池の設置や周辺の他部品のレイアウトを容易化するという観点から、平面視での底面積（投影面積）を小さくすることが求められている。

そこで、本発明は、薄型電池および組電池において、平面視での底面積（投影面積）を効果的に低減し、車両等への搭載性を向上することを目的とする。

本発明にあっては、正極および負極の薄板状の電極板を多層化した発電要素をシート状の外装材で被覆して封止するとともに、正極の電極板に接続する正極端子板と、負極の電極板に接続する負極端子板とを、前記シート状の外装材の外部に相互に反対方向に導出させた薄型電池において、前記電極板の正極端子板側の辺と負極端子板側の辺との長さの比を、正極端子板の抵抗率と負極端子板の抵抗率との比に応じて設定し、該電極板を、それらの辺を上底および下底とする台形状に形成したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、薄型電池を平面視で台形状としたので、矩形としていた場合に比べて平面視での面積を減らすことができ、その分、車両等に対する搭載性が向上し、他の部品も含めたレイアウト性が向上するという効果がある。また、正極および負極の電極板の幅を、それらの抵抗率の比に応じて設定したため、電極板に用いる資源の無駄を減らすことができるという利点もある。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる薄型電池の斜視図、図２は、薄型電池の平面図（上面図）、図３は、薄型電池の内部構造を示す平面図（上面図）、図４は、薄型電池の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）、図５は、薄型電池の組立図、図６は、薄型電池を複数組み込んで構成した組電池の平面図、また、図７は、組電池の側面図である。

本実施形態にかかる薄型電池１は、発電要素としての積層電極２を外装材としての一対のラミネートフィルム３ａ，３ｂ間に狭装してなる。

積層電極２は、正極板（正極の電極板４）および負極板（負極の電極板４）の電池要素をセパレータを介在させつつ順次積層して構成されている。各正極板は、正極箔６Ａを介して正極端子板７に接続される一方、各負極板は、負極箔６Ｂを介して負極端子板８に接続されており、これら正極端子板７および負極端子板８が、ラミネートフィルム３ａ，３ｂの封止部分から相互に反対方向に導出されている。

図５に示すように、一対のラミネートフィルム３ａ，３ｂのうち一方（図では３ａ）の中央部には凹部９が形成され、その周囲にはほぼ一定幅のフランジ部１０が形成されている。そして、この凹部９内に電解液とともに積層電極２を収容した後、該凹部９の開口部をもう一方の平坦なラミネートフィルム３ｂで被覆し、フランジ部１０の領域で重なるそれらラミネートフィルム３ａ，３ｂの周縁部同士を減圧条件下で熱溶着して封止する。こうして形成される薄型電池１としては、例えばリチウムイオン２次電池等がある。

また、本実施形態では、図３に示すように、各電極板４を、負極端子板８側の辺１２を上底とし、かつ電極板４の正極端子板７側の辺１１を前記上底より長い下底とする台形状に形成している。これら上底１１と下底１２との長さは、正極端子板７と負極端子板８との抵抗率の比に応じて設定している。

すなわち、この種の薄型電池１では、通常、正極端子板７と負極端子板８とを異種導体（金属）によって構成するため、端子板７，８の抵抗率（電気伝導率）は材質によって異なる値となる。ここで、端子板７，８の抵抗値は、薄型電池１の性能から設定されるが、仮に、正負極で端子板７，８を同じ形状（幅、厚さ、長さ）とすると、抵抗率が異なる分、正極端子板７と負極端子板８との間で抵抗値の差が生じる。具体的には、例えば、正極端子板７をアルミニウムとし、負極端子板８を銅とした場合、アルミニウムの抵抗率λｐは約２．５［Ω・ｍ］、銅の抵抗率λｎは約１．５５［Ω・ｍ］であるから、正極端子板７と負極端子板８とを同一形状とすると、負極端子板８の抵抗値は、正極端子板７の抵抗値の０．６２倍となる。このことは、正極端子板７の抵抗値と負極端子板８の抵抗値とを同じにする場合には、負極端子板８をより小型化できることを意味する。

そこで、本実施形態では、正極端子板７の幅ｄｂと負極端子板８の幅ｄａとを、抵抗率の比に応じて設定することで、正極端子板７の抵抗値と負極端子板８の抵抗値を、薄型電池１の性能を満たすのに十分な範囲内でほぼ同じ値とし、これにより、端子板７，８のうち一方（上記例では負極端子板８）を他方（同正極端子板７）に比べて小さくしている。

さらに、本実施形態では、電極板４の正極端子板７側の辺１１の長さと正極端子板７の幅ｄｂとをほぼ同じ長さとし、かつ、負極端子板８側の辺１２の長さと負極端子板８の幅ｄａとをほぼ同じ長さとして、電極板４を台形状に形成している。ここで、仮に、電極板４を矩形とし、電極板４の辺の長さを正極端子板７の幅と同じにした場合、負極端子板８の幅とこれに接続される電極板４の辺の長さとの間に大きな差が生じることになるが、こうすると、電極板４に形成される電流パスが当該電極板４の隅角部付近で迂曲し、その部分では活物質利用率が低下することになる。そこで、本実施形態では、電極板４の辺１１および辺１２の長さを正極端子板７および負極端子板８の幅に合わせる（好適にはほぼ同じ長さとする）ことで、電極板４における電流パスをその全域に亘って負極端子板８側から正極端子板７側に向かう直線状となるようにし、活物質利用率の向上を図っている。

そして、本実施形態では、正極および負極の電極板４ならびにセパレータを全て同一形状とし、これらを多層化して構成される積層電極２も平面視で略台形状としてある。さらに、平面視で台形状の積層電極２の周囲全周に亘ってほぼ一定幅の接合部分（フランジ部１０およびそれに当接する部分）を確保し、当該積層電極２をラミネートフィルム３ａ，３ｂで被覆してなる薄型電池１も、平面視で略台形状としてある。

ここで、本実施形態では、台形状の薄型電池１の二つの側辺のうち一方を上底１３および下底１４の双方に直交する側辺１５とし、かつ他方を上底１３および下底１４の双方に斜交する側辺１６としている。こうすることで、図６に示すように、二つの薄型電池１の対１７のうち一方を他方に対して平面視で１８０°回転した姿勢とし、斜交する側辺１６同士が対向するように隣接配置したとき、その対の配置領域Ａが矩形となる。さらに、複数の対１７を平面的に整列配置した場合、その配置領域も矩形となる。よって、当該薄型電池１を複数組み合わせて構成した組電池２０の底面を矩形状に構成することができ、搭載性が向上する。この場合、組電池２０は、同一形状の薄型電池１を複数平面的に並べて構成することができ、低コストとなる。

さらに、本実施形態では、図７に示すように、複数の対１７を平面的に一列に整列配置した薄型電池群１９を、さらに厚み方向（電極板４の積層方向）に複数段積層して、組電池２０を形成している。具体的には、この組電池２０では、薄型電池群１９の各段上に押圧板２１が配置され、この押圧板２１が、その長手方向両端部に設けられたボルト等から構成される締結機構２２によって箱形のケーシング（電槽）１８の底板に固定されている。また、各薄型電池１の正極端子板７および負極端子板８は、薄型電池群１９の列方向に伸びる短冊状の導通板２３によって電気的に接続され、これにより、相互に隣接する薄型電池１同士が直列接続される。さらに、各薄型電池群１９間は、導通板２４によって接続される一方、直列接続の正極端および負極端となる端子板７ｅ，８ｅにはＬ字状の接続端子２５ａ，２５ｂが接続され、この接続端子２５ａ，２５ｂがケーシング１８の上蓋２６の上面から外部に導出されて組電池２０の正極端子２５ａおよび負極端子２５ｂとしてある。

ここで、上記本実施形態にかかる積層電極２の具体的な構成例について、矩形（長方形）の電極板を積層した直方体状の積層電極（図示せず）の形状と比較しながら述べる。今、図３に示すように、台形状の電極板４の上底（負極側）の長さをａ、下底（正極側）の長さをｂ（ａ＜ｂ）、高さをｃとし、直方体状の積層電極をなす矩形（長方形）の電極板の底辺の長さをｂ、高さをｃとする。このとき、台形状の電極板４の面積、すなわち積層電極２の平面視での投影面積Ｓ１は、Ｓ１＝（ａ＋ｂ）・ｃ／２となる。一方、長方形状の電極板の面積、すなわち直方体状の積層電極の平面視での投影面積Ｓ２は、Ｓ２＝ｂ・ｃとなる。正極端子板７をアルミニウム、負極端子板８を銅とすると、その抵抗率λｐ，λｎの比は、上述したように、λｐ：λｎ＝２．５：１．５５であり、この比に従って定めると、上底の長さａと下底の長さｂとの比は、ａ：ｂ＝１．５５：２．５となる。よって、Ｓ１＝（１＋１．５５／２．５）・ｂ・ｃ／２となるので、上記面積比は、Ｓ１：Ｓ２≒０．８１：１となる。

すなわち、この比較例では、長方形の電極板の面積に対し、台形状の電極板４の面積は１９％低下し、その分、１セルあたりの出力は低下することになるが、当該台形状の電極板４を含む薄型電池１の出力を、直方体状の薄型電池と同じレベルとする場合、面積比による出力低下分は、電極板４の積層段数を増やすことで補填すればよい。例えば、仮に、直方体状の積層電極における積層段数Ｎ１が１０であるとき、１９％の低下分を補填するには、積層電極２では台形状の電極板４の積層段数Ｎ２を１２とすれば、同等（以上）の出力を得ることができる。以上のことから、本実施形態にかかる台形状の積層電極２を用いて構成した薄型電池１によれば、矩形の電極板を用いた場合に比べて出力を低下させることなく、薄型電池ひいては組電池の平面視での投影面積を効率よく削減することが可能であることがわかる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、電極板４の正極端子板７側の辺１１と負極端子板８側の辺１２との長さの比を、正極端子板７の抵抗率と負極端子板８の抵抗率との比に応じて設定し、該電極板４を、それらの辺１１，１２を上底および下底とする台形状に形成したため、正極端子板７と負極端子板８との抵抗値をほぼ等しくすることができ、十分な性能を確保しつつ、これら端子板７，８に用いる資源（金属）の無駄を減らすことができる。また、電極板４において、電流パスの迂曲が無く、活物質利用率が高い状態を確保しながら、平面視での薄型電池１の投影面積を低減することができる。

さらに、薄型電池１を、平面視で上底１３および下底１４の双方に直交する側辺１５と、該上底および下底の双方に斜交する側辺１６とを有する台形状に形成したので、二つの薄型電池１の対１７のうち一方を他方に対して平面視で１８０°回転した姿勢として、斜交する側辺１６同士が対向するように隣接配置した場合、その対の配置領域Ａは矩形となる。よって、当該薄型電池１の対１７をレイアウトしやすくなり、車両等への搭載性が向上する。しかも、この場合、組電池２０は、全く同一形状の薄型電池１を複数並べて構成することができ、低コストとなる。

さらに、当該複数の対１７を平面的に整列配置した薄型電池群１９を構成した場合も、その配置領域は矩形となるため、当該薄型電池群をレイアウトしやすくなり、車両等への搭載性が向上する。

さらに、当該薄型電池群１９を積層方向に重ねて多層化してもよい。この場合、薄型電池群１９の各段が全て矩形領域となるため、積層構造を容易に構築することができるという利点がある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図８に示すように、薄型電池１の対１７を、上底および下底の双方に直交する側辺１５が一列に並ぶ方向に平面的に配置してもよい。この場合、上記実施形態に比べて端子板７，８間を接続する導通板２３Ａを短くすることができるというメリットがある。さらに、この場合には、薄型電池群１９Ａを多段に積層して導通板２４Ａで直列に接続した場合、外部接続するための正極端子および負極端子２５Ａ，２５Ｂを組電池２０Ａの同じ側壁側に形成することができるという利点もある。

また、薄型電池群１９を平面的に複数列並べても良いし、適宜、平面視で左右勝手違いの薄型電池からなる対と組み合わせて用いるなどしても良い。

本発明の実施形態にかかる薄型電池の斜視図。 本発明の実施形態にかかる薄型電池の平面図（上面図）。 本発明の実施形態にかかる薄型電池の内部構造を示す平面図（上面図）。 本発明の実施形態にかかる薄型電池の断面図（図２のＡ−Ａ断面図）。 本発明の実施形態にかかる薄型電池の組立図。 本発明の実施形態にかかる薄型電池を複数組み込んで構成した組電池の内部構造を示す平面図。 本発明の実施形態にかかる薄型電池を複数組み込んで構成した組電池の内部構造を示す側面図。 本発明の別の実施形態にかかる組電池の内部構造を示す平面図。

符号の説明

１ 薄型電池
２ 積層電極（発電要素）
３ａ，３ｂ ラミネートフィルム（外装材）
４ 電極板
７ 正極端子板
８ 負極端子板
１１ （電極板４の）上底（負極端子板８側の辺）
１２ （電極板４の）下底（正極端子板７側の辺）
１５ （薄型電池１の）側辺（第１の側辺）
１６ （薄型電池１の）側辺（第２の側辺）
１７ （薄型電池１の）対
１９，１９Ａ 薄型電池群
２０，２０Ａ 組電池

Claims (5)

1. 正極および負極の薄板状の電極板を多層化した発電要素をシート状の外装材で被覆して封止するとともに、正極の電極板に接続する正極端子板と、負極の電極板に接続する負極端子板とを、前記シート状の外装材の外部に相互に反対方向に導出させた薄型電池において、
   前記電極板の正極端子板側の辺と負極端子板側の辺との長さの比を、正極端子板の抵抗率と負極端子板の抵抗率との比に応じて設定し、該電極板を、それらの辺を上底および下底とする台形状に形成したことを特徴とする平面視台形状の薄型電池。
2. 平面視で前記上底および下底の双方に直交する第１の側辺と、該上底および下底の双方に斜交する第２の側辺とを有することを特徴とする請求項１に記載の薄型電池。
3. 請求項２に記載の二つの薄型電池のうち一方を他方に対して平面視で１８０°回転した姿勢として、前記第２の側辺同士が対向するように隣接配置した薄型電池の対を含むことを特徴とする組電池。
4. 前記薄型電池の対を複数隣接させて平面的に配置した薄型電池群を含むことを特徴とする請求項３に記載の組電池。
5. 前記薄型電池群を電極板の積層方向に多層化したことを特徴とする請求項４に記載の組電池。

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