JP2007027085A - 扁平型電池および該扁平型電池を用いた組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電圧検出線の振動に起因する電気的な切断を防止できる電池を提供する。

【解決手段】電力を発生する電池要素２０を内部に封止する外装部材３０と、電池要素に接続されると共に外装部材から外部に導出された板状の電極端子４０ａ、４０ｂとを備えた扁平型電池を複数積層すると共に、積層方向に隣り合う扁平型電池の電極端子同士を接続して成る組電池の扁平型電池であって、扁平型電池の電極端子は、他の扁平型電池と接続する接続部４２と、扁平型電池の出力電圧を検出する電圧検出手段に電圧検出線を介して接続される電圧検出部４４とを備え、前記電極端子の接続部と電圧検出部との間に切り欠きが設けられることによって、電圧検出部と接続部とで互いに分離されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動環境下に適した扁平型電池および該扁平型電池を用いた組電池に関する。

近年、各種電源として、軽量化および薄型化の要請を満たす扁平型の二次電池（以下、扁平型電池という）が注目されている。扁平型電池は、電池要素と、電極タブと、ラミネートフィルムとを含む。電池要素は、正極活物質層を備えた正極板と負極活物質層を備えた負極板とがセパレータを介して交互に複数積層された積層電極と、電解質からなる。電極タブは、電池要素に接続されており、電池要素の電流を導く。ラミネートフィルムは、２枚用意され、電池要素を挟み込んで密閉する。ここで、電極タブの一部は、ラミネートフィルム外部に引き出され、扁平型電池の電極端子として機能する。

このような複数の扁平型電池は、積層され、電極端子同士が溶接等によって接続されて、組電池として、高出力を必要とする電気自動車やハイブリッド自動車などに適用される（たとえば、特許文献１参照）。

このような組電池では、通常、各扁平型電池の電極端子に電圧検出線が接続され、制御装置により電圧が検出され、検出結果に基づいて、各扁平型電池の充放電が制御されている。
特開２００４−２２７９２１号公報

しかし、上記のように扁平型電池の電極端子に電圧検出線を接続した場合、車両等の振動が入力する環境下では、電圧検出線の振動が電極端子に入力されてしまう。これでは、振動による応力が電極端子の一部に集中して、電極端子の寿命が低下し、扁平型電池間の電気的接続の信頼性が低下する虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、電圧検出線の振動に起因する電極端子の寿命低下を防止できる電池および該電池を含む組電池を提供することを目的とする。

（１）本発明の扁平型電池は、電力を発生する電池要素を内部に封止する外装部材と、前記電池要素に接続されると共に前記外装部材内部から外部に導出された板状の電極端子とを備えた扁平型電池を複数積層すると共に、積層方向に隣り合う扁平型電池の電極端子同士を接続して成る組電池において、前記扁平型電池の電極端子は、他の扁平型電池と接続する接続部と、該扁平型電池の出力電圧を検出する電圧検出手段に電圧検出線を介して接続される電圧検出部とを備え前記電極端子の接続部と電圧検出部との間に切り欠きが設けられることによって、電圧検出部と接続部とで互いに分離されている。

（２）本発明の組電池は、（１）の扁平型電池を複数積層して形成された組電池であって、扁平型電池の電極端子の接続部は、扁平型電池の積層方向に対して揺動自在とされると共に、電圧検出部は、前記扁平型電池の積層方向に対して固定されている。

本発明の扁平型電池は、電極端子が接続部と電圧検出部に分離されているので、電圧検出部に電圧検出手段が電圧検出線を介して接続されて電圧検出線から電圧検出部に振動が入力されても、接続部へほとんど振動が伝達しない。したがって、電圧検出部に入力した振動の応力による電極端子の寿命低下を防止することができる。

さらに、本発明の組電池は、扁平型電池の積層方向に対して電圧検出部が固定され、接続部が揺動自在である。したがって、接続部が電圧検出部と共に扁平型電池の積層方向に対して固定されていると、たとえば、電圧検出線と扁平型電池とに異なる振動が入力されたような場合において、接続部と電圧検出部とに電圧検出線と扁平型電池との振動差による応力が集中して寿命が低下する恐れがあるが、接続部は固定されていないので、扁平型電池と一体で揺動し、応力の集中を防止することができる。結果として、少なくとも、接続部の寿命低下を防止することができ、扁平型電池同士の電気的接続信頼性を維持できる。

一方、電圧検出部の位置が固定されているので、電圧検出線を束ねて一度に各電圧検出
部と接続できるようにした多極型コネクタを容易に差し込める。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を「第１の実施の形態」と「第２の実施の形態」とに分けて説明する。
「第１の実施の形態」
（扁平型電池）
図１は扁平型電池の一例を示す斜視図、図２は図１の２−２線に沿った断面図である。なお、説明の明確化のために、図面に示してある例えばラミネートシートなどの部材の厚みや大きさは一部誇張して示している。

図１、２に示すように、扁平型電池１０は、電力を発生する電池要素２０と、電池要素２０を封止する外装部材３０と、外装部材３０の内部から外部に引き出されている板状の電極タブ（電極端子）４０ａ、４０ｂとを有する。

電池要素２０は、たとえば、図２に示すように、正極活物質層を備えた正極板２４、セパレータ２６、負極活物質層を備えた負極板２８が順に積層されてなる積層電極と、不図示の電解質とから構成されて、電力を発生する。

外装部材３０は電池要素２０を内包保護する。外装部材３０は、２枚のラミネートシート（シート部材）３２により形成されている。ラミネートシート３２は、アルミニウム層の両面が樹脂層で被覆された三層構造を有する。少なくとも一方のラミネートシート３２は、電池要素２０を内包する空間を設けるために、中高状に加工されている。２枚のラミネートシート３２の外周縁は、熱融着等により接合され、接合部が形成される。これにより、外装部材３０内部に、電池要素２０が封止される。

電極タブ４０ａ、４０ｂは、それぞれ、電池要素２０の正極板２４および負極板２８に接続されており、電池要素２０から電力を引き出す電極端子である。

電極タブ４０ａは、たとえば、アルミニウムにより形成された板状の正極電極端子であり、電池要素２０の正極板２４に接続されつつ、外装部材３０の接合部における２枚のラミネートシート間から外部に引き出されている。

また、電極タブ４０ｂは、たとえば、銅により形成された板状の負極電極端子であり、外装部材３０内部の電池要素２０の負極板２８に接続されつつ、外装部材３０の接合部における２枚のラミネートシート３２、３２間から外部に引き出されている。電極タブ４０ｂは、外装部材３０外部に引き出された部分に該電極タブ４０ｂの導出方向に延びる切欠が設けられることによって、接続部４２と、電圧検出部４４とに分離されている。

接続部４２は、後述するように複数の扁平型電池１０が組電池として電気的に接続される際に、他の扁平型電池１０の電極タブ４０ａと接続される。電圧検出部４４は、組電池に扁平型電池１０が組み込まれる際に、扁平型電池１０の電圧を検出するために、後述の図６に示すように、制御装置８０（電圧検出手段）と電圧検出線７５を介して接続される端子となる。

ここで、電極タブ４０ｂは、図１において点線で示すように、ラミネートシート３２の接合部分における２枚のラミネートシート３２、３２間に位置するｄの位置から、前記外装部材３０外部に露出する先端部分までに切り欠きが設けられて、接続部４２および電圧検出部４４に分離されていることが好ましい。換言すると、接続部４２および電圧検出部４４に分離される分岐点がラミネートシート３２、３２間に挟まれていることが好ましい。

（組電池）
次に、複数の上記扁平型電池１０が組電池５０として直列接続される第１の実施の形態の場合について説明する。

図３は、複数の扁平型電池１０を積層した第１の実施形態の組電池を示す斜視図である。

図３に示すように、扁平型電池１０は、図１に示す扁平型電池１０と、鏡対称な扁平型電池１０が用意され、交互に積層される。ここで、電極タブ４０ａおよび電極タブ４０ｂが積層方向に交互に配列し、かつ、電極タブ４０ａと電極タブ４０ｂの接続部４２とが扁平型電池１０の積層方向に一列に配列するように、扁平型電池１０の姿勢が決定される。これにより、電極タブ４０ａおよび電極タブ４０ｂの接続部４２が積層方向に一列に配列すると共に、電圧検出部４４も積層方向に一列に配列する。

積層上下の電極タブ４０ａおよび電極タブ４０ｂの接続部４２は、溶接等により接続される。ただし、積層方向に配列した電極タブ４０ａと電極タブ４０ｂの接続部４２(以下単に接続部４２と記載する)とが全て接続されては短絡してしまうので、扁平型電池１０の電極タブ４０ａと接続部４２とのうちの一方が、その扁平型電池１０の上層（扁平型電池の積層方向を上下とした場合の上側)の他の扁平型電池１０の電極タブ４０ａと接続部４２とのうちの他方と接続される場合、その扁平型電池１０の他方、すなわち電極タブ４０ａと接続部４２とのうちの上層の扁平型電池に接続されていない方は下層(扁平型電池の積層方向を上下とした場合の下側)の他の扁平型電池１０の電極タブ４０ａと接続部４２とのうちの一方と接続される。すなわち、ある扁平型電池１０の電極タブ４０ａとその上層の他の扁平型電池１０の接続部４２とが接続された場合には、その扁平型電池１０の接続部４２は下層の他の扁平型電池１０の電極タブ４０ａと接続される。また、積層方向に隣り合う扁平型電池の電極タブ４０ａと接続部４２とのうち、接続されていない電極タブと接続部４２とが接触しないように、接続されていない電極タブと接続部４２との間には絶縁性の板状スペーサ６０が配置される。

スペーサ６０は、図３に示すように、電圧検出部４４と積層される部位の厚み方向寸法が、接続部４２と積層される部位の厚み方向寸法よりも厚い。

図３では、説明の簡略化のために４枚の扁平型電池１０を積層する場合を例示しているが、実際には４枚以上であることが多く、例えば、８枚の扁平型電池１０が積層されて組電池が形成される。８枚の扁平型電池１０および４枚のスペーサ６０を積層していくと、図４に示すような形態の組電池になる。

図４は複数の扁平型電池１０を積層した組電池５０を示す斜視図、図５は図４の５−５線に沿って見た断面図、図６は図４の６−６線に沿って見た断面図である。

図４〜６では、８枚の扁平型電池１０を積層してなる組電池の様子を示している。

図４および図５に示すように、電極タブ４０ａと電極タブ４０ｂの接続部４２とは、スペーサ６０間の隙間において接続されている。スペーサ６０間に隙間があるので、接続部４２は、電池積層方向に対して固定されておらず、すなわち、揺動自在である。一方、図４および図６に示すように、電圧検出部４４はスペーサ６０により挟持され、一定ピッチで固定されている。固定された電圧検出部４４には、図６に示すように、電圧検出線７５を束ねて一度に各電圧検出部４４と接続できるようにした多極型コネクタ７０を容易に差し込める。差し込んだ多極型コネクタ７０は電圧検出線７５を介して図６に示すように制御装置８０に接続され、個別に検出される扁平型電池１０電圧値に基づいて、各扁平型電池１０の劣化状態や充放電の制御を行なえるようになっている。

以上のように、扁平型電池１０を接続して組電池５０を形成できる。

本実施形態の扁平型電池１０および組電池５０の効果は次の通りである。

本実施形態の扁平型電池１０によれば、電極タブ４０ｂの先端が接続部４２および電圧検出部４４に分離されている。扁平型電池１０の電圧を検出する場合、制御装置８０が電圧検出線７５を介して電圧検出部４４に接続される。したがって、扁平型電池１０を車両等の振動する環境に適用する場合であっても、電圧検出線７５の振動が接続部４２にはほとんど伝達されない。結果として、振動の応力により接続部４２が破断されることがなく、扁平型電池１０の出力が切断されない。

また、外装部材３０の接合部における２枚のラミネートシート３２、３２間に挟まれている位置ｄから電極タブ４０ｂの先端に向かって、切欠が設けられることによって電極タブ４０ｂが接続部４２と電圧検出部４４に分岐している。すなわち、接続部４２と電圧検出部４４の分岐点がラミネートシート３２、３２の接合部中にある。したがって、電極タブ４０ｂの分岐点周辺の強度を向上でき、電極タブ４０ｂの破断を防止できる。

本実施形態の組電池５０によれば、電極タブ４０ａ、ｂと共に積層されるスペーサ６０の電圧検出部４４と積層される部位の厚み方向寸法が、接続部４２と積層される部位の厚み方向寸法よりも厚い。このため、接続部４２がスペーサ６０間において扁平型電池１０の積層方向に揺動自在である。したがって、接続部４２が電圧検出部４４と共に扁平型電池１０の積層方向に対して固定されていると、たとえば、電圧検出部４４と扁平型電池１０とに異なる振動が入力されたような場合において、接続部４２と電圧検出部４４とに電圧検出線７５と扁平型電池１０との振動差による応力が集中して寿命が低下する恐れがあるが、接続部４２は固定されていないので、扁平型電池と一体で揺動し、応力の集中を防止することができる。結果として、少なくとも、接続部４２の寿命低下は防止でき、扁平型電池１０同士の電気的接続信頼性の低下を防止できる。

一方、電圧検出部４４の位置が固定されているので、多極型コネクタを容易に差し込める。電圧検出部４４の位置が固定されていない場合、電圧検出部４４の扁平型電池の積層方向における位置が自由となり、多極型コネクタを簡単に差し込みにくい。

なお、上記実施形態では、図１に示すように、電極タブ４０ｂを接続部４２と電圧検出部４４の間に切り欠きを設けて隙間ができるように分離している。しかし、これに限定されない。図７は、他の扁平型電池１０を示す斜視図である。図７に示すように、電極タブ４０ｂに単に切れ込みを入れて、接続部４２と電圧検出部４４とに分離してもよい。つまり、切り欠きは単に切れ込みであってもよく、または、細いスリット状のものであってもよく適宜変更可能である。

「第２の実施の形態」
（扁平型電池）
図８は扁平型電池の一例を示す斜視図である。図８に示す扁平型電池の２−２断面図は図２に示した断面図と同一であるのでその説明は省略する。

図８に示すように、扁平型電池１００は、電力を発生する電池要素１２０と、電池要素１２０を封止する外装部材１３０と、外装部材１３０の対抗する２辺から外部に引き出されている板状の電極タブ（電極端子）１４０ａと１４０ｂとを有する。

電極タブ１４０ａは、たとえば、アルミニウムにより形成された板状の正極電極端子であり、電池要素１２０の正極板２４(図２参照)に接続されつつ、外装部材１３０の接合部における２枚のラミネートシート間から外部に引き出されている。

また、電極タブ１４０ｂは、たとえば、銅により形成された板状の負極電極端子であり、外装部材１３０内部の電池要素１２０の負極板２８(図２参照)に接続されつつ、外装部材３０の接合部における２枚のラミネートシート３２、３２間から外部に引き出されている。

電極タブ１４０ａと電極タブ１４０ｂとは、外装部材１３０外部に引き出された部分にそれぞれの電極タブ１４０ａ、１４０ｂの導出方向に延びる切欠が設けられ、これによって、電極タブ１４０ａが接続部１４１と電圧検出部１４２に、また、電極タブ１４０ｂが接続部１４３と電圧検出部１４４にそれぞれ分離されている。

電極タブ１４０ａと１４０ｂの各電圧検出部１４２、１４４は扁平型電池１００の電圧を検出するための電圧検出部として用いられる。

各扁平型電池の接続部１４３は、後述するように複数の扁平型電池１００が組電池として電気的に接続される際に、他の扁平型電池１００の電極タブ１４１と接続される。この接続によって、組電池を構成する全ての扁平型電池１００が直列に接続される。電圧検出部１４４は、組電池に組み込まれた扁平型電池１００の電圧を検出するための端子として用いられ、後述の図１１に示す制御装置１８０（電圧検出手段）に電圧検出線１７５を介して接続される。

ここで、電極タブ１４０ａ、１４０ｂは、図８において点線で示すように、図２において示したラミネートシート３２の接合部分における２枚のラミネートシート３２、３２間に位置するｄの位置から、前記外装部材１３０外部に露出する先端部分までに切り欠きが設けられて、接続部１４１、１４３および電圧検出部１４２、１４４に分離されていることが好ましい。換言すると、接続部１４１および電圧検出部１４２、並びに接続部１４３および電圧検出部１４４に分離される分岐点がラミネートシート３２、３２間に挟まれていることが好ましい。

（組電池）
次に、複数の上記扁平型電池１００が組電池１５０として直列接続される第２の実施の形態の場合について説明する。

図９は、複数の扁平型電池１００を積層した第２の実施形態の組電池を示す斜視図である。

図９に示すように、扁平型電池１００は、図８に示す扁平型電池１００を、接続部１４１と接続部１４３とが同列に積層されるように、また、電圧検出部１４２と電圧検出部１４４とが同列に積層されるように、扁平型電池１００の向きを交互に積層する。このように積層して行くことによって、接続部が扁平型電池１００の積層方向に一列に配列され、同時に電圧検出部も積層方向に一列に配列される。

すなわち図９に示すように、積層方向に配列した接続部１４１と接続部１４３とが全て接続されてしまっては扁平型電池１００同士が短絡してしまうので、扁平型電池１００の接続部１４１とその扁平型電池１００下層(扁平型電池の積層方向を上下とした場合の下側)に位置される接続部１４３とは溶接などで電気的に接続し、扁平型電池１００の接続部１４３とその扁平型電池１００下層に位置される接続部１４１とはスペーサ１６０を用いて電気的に絶縁する。

一方、全ての扁平型電池１００の電圧検出部１４２と電圧検出部１４４は電気的に絶縁させる必要があるので、スペーサ１６０およびスペーサ１６５を用いて絶縁する。スペーサ１６０は図９に示すように電圧検出部１４２と電圧検出部１４４に対する部分の厚みが接続部１４１と接続部１４３に対する部分の厚みよりも厚く形成されている。また、スペーサ１６５の厚みはスペーサ１６０の電圧検出部１４２と電圧検出部１４４に対する部分の厚みと同じである。

図９では、説明の簡略化のために４枚の扁平型電池１００を積層する場合を例示しているが、実際には４枚以上であることが多く、例えば８枚の扁平型電池１００が積層されて組電池が形成される。８枚の扁平型電池１００および片側４枚のスペーサ１６０および４枚のスペーサ１６５を積層していくと、図１０に示すような形態の組電池になる。

図１０は複数の扁平型電池１００を積層した組電池１５０を示す斜視図、図１１は図１０の６−６線に沿って見た断面図である。図１０の５−５線に沿って見た断面図は、図５の４０ａを１４３に、４２を１４１に、６０を１６０に置き換えれば、図５と同一であるので、その図面は省略する。

図１０、図１１では、８枚の扁平型電池１００を積層してなる組電池の様子を示している。

図５から推測されるように、接続部１４１と接続部１４３とは、スペーサ１６０間の隙間において接続されている。スペーサ１６０間には隙間があるので、接続部１４１と１４３とは、溶接などで接続された状態ではあるが、積層方向に対して固定されておらず、すなわち、揺動自在である。一方、図１０および図１１に示すように、電圧検出部１４２と電圧検出部１４４はスペーサ１６０およびスペーサ１６５により挟持され、一定ピッチで固定されている。固定された電圧検出部１４２と電圧検出部１４４には、図１１に示すように、電圧検出線１７５を束ねて一度に各電圧検出部１４２と電圧検出部１４４に接続できるようにした多極型コネクタ１７０を容易に差し込める。差し込んだ多極型コネクタ１７０は電圧検出線１７５を介して制御装置１８０に接続され、個別に検出される扁平型電池１００の電圧値に基づいて、各扁平型電池１００の劣化状態や充放電の制御を行なえるようになっている。

本発明は、扁平型電池を用いた組電池に対して適用可能である。

第１の実施の形態に係る扁平型電池の一例を示す斜視図である。 図２は図１の２−２線に沿った断面図である。 第１の実施の形態において複数の扁平型電池を積層する様子を示す斜視図である。 第１の実施の形態において複数の扁平型電池を積層した組電池を示す斜視図である。 図４の５−５線に沿って見た断面図である。 図４の６−６線に沿って見た断面図である。 第１の実施の形態に係る他の扁平型電池を示す斜視図である。

第２の実施の形態に係る扁平型電池の一例を示す斜視図である。 第２の実施の形態において複数の扁平型電池を積層する様子を示す斜視図である。 第２の実施の形態において複数の扁平型電池を積層した組電池を示す斜視図である。 図１０の６−６線に沿って見た断面図である。

符号の説明

１０…扁平型電池、
２０…電池要素、
２２…集電体、
２４…正極活物質層、
２６…セパレータ、
２８…負極活物質層、
３０…外装部材、
３２…ラミネートシート、
４０ａ、４０ｂ…電極端子（電極タブ）、
４２…接続部、
４４…電圧検出部、
５０…組電池、
６０…スペーサ、
７０…多極型コネクタ、
７５…電圧検出線、
８０…制御装置、
１００…扁平型電池、
１２０…電池要素、
１３０…外装部材、
１４０ａ、１４０ｂ…電極端子（電極タブ）、
１４１、１４３…接続部、
１４２、１４４…電圧検出部、
１５０…組電池、
１６０…スペーサ、
１６５…スペーサ、
１７０…多極型コネクタ、
１７５…電圧検出線、
１８０…制御装置。

Claims (4)

1. 電力を発生する電池要素を内部に封止する外装部材と、前記電池要素に接続されると共に前記外装部材内部から外部に導出された板状の電極端子とを備えた扁平型電池を複数積層すると共に、積層方向に隣り合う扁平型電池の電極端子同士を接続して成る組電池の前記扁平型電池であって、 前記扁平型電池の電極端子は、他の扁平型電池と接続する接続部と、該扁平型電池の出力電圧を検出する電圧検出手段に電圧検出線を介して接続される電圧検出部とを備え
   前記電極端子の接続部と電圧検出部との間に切り欠きが設けられることによって、電圧検出部と接続部とで互いに分離されていることを特徴とする扁平型電池。
2. 前記外装部材は、二枚のシート状部材の外周縁を接合した接合部を形成することによって内部に電池要素を封止すると共に、前記電極端子が前記接合部の二枚のシート状部材間から外部に導出され、 前記切り欠きは前記電極端子の導出方向先端から前記接合部の二枚のシート状部材間まで延びていることを特徴とする請求項１に記載の扁平型電池。
3. 請求項１または請求項２に記載の扁平型電池を複数積層すると共に、積層方向に隣り合う扁平型電池の電極端子同士を接続して成る組電池であって、
   前記扁平型電池の電極端子の接続部は、前記扁平型電池の積層方向に対して揺動自在とされると共に、
   前記電圧検出部は、前記扁平型電池の積層方向に対して固定されていることを特徴とする組電池。
4. 前記積層された複数の扁平型電池の電圧検出部は、板状の絶縁部材であるスペーサを介して積層され、前記電圧検出部は前記スペーサ間に狭持されることによって、前記扁平型電池の積層方向に対して固定されていることを特徴とする請求項３に記載の組電池。

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