JP2007214025A - Laminated cell and battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ラミネート外装材で外装したリチウムイオン電池等のラミネート電池、およびそれを組み合わせた組電池に関する。 The present invention relates to a laminated battery such as a lithium ion battery covered with a laminated outer covering material, and an assembled battery combining the same.
近年、高容量化、小型化の利点から、携帯電話やデジタルスチールカメラなどの携帯機器用の電源として、リチウムイオン電池が用いられ、また大電流が扱える特長から電動アシスト自転車やコードレス電動工具等パワー用途の電源としてラミネート型のリチウムイオン電池が用いられている。これらの電源に対しては更なる高容量化、小型化の要求がある。 In recent years, lithium-ion batteries have been used as power sources for mobile devices such as mobile phones and digital still cameras due to the advantages of high capacity and miniaturization, and power such as power-assisted bicycles and cordless power tools can be handled due to the ability to handle large currents. Laminated lithium ion batteries are used as power sources for applications. There is a demand for higher capacity and smaller size for these power supplies.
図4は、従来のラミネート電池を説明する図であり、図4(a)はラミネート電池の正面図、図4(b)は側面図である。ラミネート電池は、図4に示すように、アルミニウム箔等の金属薄膜の両面に合成樹脂製フィルムを積層したラミネート材からなるラミネート外装体にあらかじめエンボス加工等により形成した凹部からなる電池要素収納部5に、正極、負極、セパレータが積層され正極タブ1と負極タブ2が上部に引き出された電池要素を収納し、正極タブ1、負極タブ2を先端がラミネート外装体から突出すようにラミネート外装体の上に載置し、ラミネート外装体の一辺(この場合は底辺または側辺)を折り曲げて電池要素の上、及び融着部をシール材3、4で覆った正極タブ1、負極タブ2の上に重ね合わせる。次いで、正極タブ1、負極タブ2の上を含めて電池要素収納部5の周囲三辺を熱融着し、正極タブ1、負極タブ2を挟み込んだ状態で封止した封止部6を形成し、小型化のために底辺部と側辺部の封止部6を折り曲げて作製する。
4A and 4B are diagrams illustrating a conventional laminated battery. FIG. 4A is a front view of the laminated battery, and FIG. 4B is a side view. As shown in FIG. 4, the laminated battery has a battery
ラミネート電池においては、保護回路を組み込んだ電池パックや複数の電池を組合わせた組電池を作製することになる。その際に正極タブ1、負極タブ2を保護回路と、あるいは電池同士で接続するが、接続前、あるいは接続後に折り曲げ加工を必要としている。リチウムイオン電池では正極タブ1は通常アルミニウムが用いられるが、アルミニウムは折り曲げ加工時に破断し易いため、ニッケル製の補助タブ11を正極タブ1に超音波溶接等により接続していた。補助タブ11の部分で折り曲げを行い破断を防止していた。
In the laminate battery, a battery pack incorporating a protection circuit or a battery pack in which a plurality of batteries are combined is manufactured. At that time, the
特許文献1には、アルミニウムからなる電池要素から引き出された正極タブとニッケルからなる外部正極端子とを外装体の封止部で接続する電池が提案されているが、封止部で正極タブと外部正極端子が接続のため重なり封止が不完全になると接続部が電解液等により腐食されることがある。また、特許文献2では、正極タブに純アルミニウムまたはアルミニウム合金の焼鈍材を使用する電池が提案されているが、アルミニウムの材料自体が軟らかくなるため加工性、特に切断等に問題があった。さらに特許文献3では封止性の向上のために2種類のシール材を使用した電池が提案されているが、封止部の外側のシール材について、および正極タブの折り曲げについては記載されていない。
図5は、従来のラミネート電池を組み合わせた組電池の側面図である。ラミネート電池7を組み合わせる際には正極タブ1および負極タブ2を電気的に接続することになるが、正極タブ1、負極タブ2を封止部6から直線上に延ばし、先端部で接続していた(特許文献4参照)。しかしながら、正極タブ、負極タブを先端部で接続すると、ラミネート電池7の外装体の封止部6から正極タブ1、負極タブ2の先端部までのスペースは組電池の容量に寄与しないスペースとなっているため、組電池としての体積効率が悪いものとなっていた。
FIG. 5 is a side view of an assembled battery in which conventional laminated batteries are combined. When the
従来のラミネート電池においては、保護回路と接続する、あるいは組電池としてラミネート電池同士を接続する際に正極タブを折り曲げ加工することがあるが、破断を防ぐため補助タブを接続し折り曲げしていた。そのため、補助タブ、および補助タブの接続工数が必要であった。また、正極タブと補助タブを接続するため封止部近傍で正極タブを折り曲げることができないため、組電池にする際にデッドスペースが生じていた。 In the conventional laminated battery, the positive electrode tab is sometimes bent when connecting the protective battery or connecting the laminated batteries as an assembled battery. However, in order to prevent breakage, the auxiliary tab is connected and bent. For this reason, the auxiliary tabs and the man-hours for connecting the auxiliary tabs are required. Further, since the positive electrode tab and the auxiliary tab are connected, the positive electrode tab cannot be bent in the vicinity of the sealing portion, so that a dead space is generated when forming an assembled battery.
本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、正極タブの折り曲げにおいても破断のない衝撃、振動に対し信頼性の高いラミネート電池を、また体積効率のよい小型化した組電池を提供するものである。 The present invention has been made to solve such problems, and its technical problem is to provide a laminate battery that is highly reliable against impact and vibration without bending even when the positive electrode tab is bent, and has a volume efficiency. A good miniaturized assembled battery is provided.
本発明のラミネート電池は、正極タブと負極タブが引き出された電池要素を収納する電池要素収納部と、前記電池要素収納部を封止する封止部とを備え、前記正極タブと、前記負極タブは封止部においてシール材で被覆され、前記正極タブを被覆するシール材は封止部から外側に少なくとも1.0mm設けられていることを特徴とする。また、前記正極タブが封止部から外側のシール材で被覆されている部分で折り曲げられていることを特徴とする。また、本発明の組電池は、前記ラミネート電池を、前記正極タブ同士あるいは前記正極タブと前記負極タブが接続され並列及び又は直列に接続したものである。 The laminate battery of the present invention includes a battery element storage portion that stores a battery element from which a positive electrode tab and a negative electrode tab are drawn, and a sealing portion that seals the battery element storage portion, and the positive electrode tab and the negative electrode The tab is covered with a sealing material at the sealing portion, and the sealing material covering the positive electrode tab is provided at least 1.0 mm outside from the sealing portion. Further, the positive electrode tab is bent at a portion covered with a sealing material outside from the sealing portion. In the assembled battery of the present invention, the laminated battery is formed by connecting the positive electrode tabs or the positive electrode tab and the negative electrode tab in parallel and / or in series.
本発明によれば、正極タブが封止部の外側のシール材で被覆されている部分で折り曲げられているため、正極タブの折り曲げに対する強度が向上し、直接他のタブ等と接続できるため、補助タブ、補助タブ接続工程を必要とせず、材料、工数の削減となる。また、封止部近傍での折り曲げによりデッドスペースが減少し、ラミネート電池の信頼性を損なうことなく小型化が可能となる等の効果がある。 According to the present invention, since the positive electrode tab is bent at the portion covered with the sealing material outside the sealing portion, the strength of the positive electrode tab against bending is improved and can be directly connected to other tabs, etc. Auxiliary tabs and auxiliary tab connection processes are not required, and material and man-hours are reduced. In addition, there is an effect that the dead space is reduced by bending near the sealing portion, and the size can be reduced without impairing the reliability of the laminated battery.
次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明のラミネート電池の実施の形態を説明する図であり、図1(a)はラミネート電池の正面図、図1(b)は側面図である。図2は、本発明のラミネート電池の実施の形態の正極タブを折り曲げた後の状態を説明する図であり、図2(a)はラミネート電池の正面図、図2(b)は側面図である。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a laminated battery according to the present invention. FIG. 1 (a) is a front view of the laminated battery, and FIG. 1 (b) is a side view. FIG. 2 is a diagram for explaining a state after the positive electrode tab of the embodiment of the laminate battery according to the present invention is bent. FIG. 2 (a) is a front view of the laminate battery, and FIG. 2 (b) is a side view. is there.
本発明のラミネート電池の製造について説明する。まず、アルミニウム箔からなる正極集電体上にリチウムイオンを吸蔵、放出するLiMn2O4等の正極活物質を含む正極塗布層を有する正極と、銅箔からなる負極集電体上にリチウムイオンを吸蔵、放出するグラファイト等の負極活物質を含む負極塗布層を有する負極とを、ポリオレフィン製のセパレータを介して扁平に巻回、或いは積層し電池要素を形成する。このとき外部接続端子として正極集電体にはアルミニウムからなる正極タブ1、負極集電体にはニッケルからなる負極タブ2を接続しておく。
The production of the laminated battery of the present invention will be described. First, a positive electrode having a positive electrode coating layer containing a positive electrode active material such as LiMn 2 O 4 that absorbs and releases lithium ions on a positive electrode current collector made of aluminum foil, and a lithium ion on a negative electrode current collector made of copper foil A battery element is formed by flatly winding or laminating a negative electrode having a negative electrode coating layer containing a negative electrode active material such as graphite, which occludes and releases graphite, via a polyolefin separator. At this time, as the external connection terminal, a
この電池要素をアルミニウム箔等の金属薄膜の両面に合成樹脂製フィルムを積層したラミネート材からなるラミネート外装材にあらかじめエンボス加工等により凹部を形成した電池要素収納部5に挿入する。その際に正極タブ1、負極タブ2には封止される部分をシール材3、4で被覆するがシール材3、4は封止部より外側にも少なくとも1.0mm設けておき、後の工程で正極タブ1、負極タブ2を折り曲げる際に正極タブ1、負極タブ2を補強することとなる。シール材3、4は封止部の外側に少なくとも1.0mm幅あればよいが正極タブ1、負極タブ2を溶接する際の妨げにならないよう5.0mm幅以内にしておくとよい。正極タブ1、負極タブ2の先端はラミネート外装体から突出すようにラミネート外装体の凹部に載置しラミネート外装体の一辺(この場合は底辺)を折り返して電池要素の上、及びシール材3、4で被覆した正極タブ1、負極タブ2の上に重ね合わせる。次いで、正極タブ1、負極タブ2上を含めて電池要素収納部5の周囲を電解液注入部を残して熱融着し、正極タブ1、負極タブ2を挟み込んだ状態で封止部6を形成する。その後、真空含浸法により電解液を注入したのち、電解液注入部を封止し、側面および底面の封止部6を折り曲げて図1に示すようなラミネート電池7を作製する。ここでシール材3、4は正極タブ1、負極タブ2とラミネート外装材の密着性の向上とともに、後に正極タブ1を折り曲げ加工する際に折り曲げ部を被覆することにより折り曲げによる正極タブ1の損傷を防止することになる。
This battery element is inserted into a
このような構成のラミネート電池7は、使用機器により保護回路と接続したり、複数のラミネート電池を組み合わせて接続し組電池とするが、その際にラミネート電池7は、正極タブ1、負極タブ2を折り曲げて接続することになる。正極タブ1は図2に示すように、封止部6の外側のシール材3が正極タブ1を被覆する部分で治具等を利用して折り曲げ加工を行う。負極タブ2も同様にして折り曲げ、正負極タブを折り曲げたラミネート電池を完成させる。ここでは正極タブ1と負極タブ2は反対方向に折り曲げているが、組電池とせずに保護回路と接続する場合には同一方向に折り曲げてもよい。
The laminated
次に、本発明の組電池の実施の形態について図面を参照して説明する。図3は、本発明の組電池を説明する図であり、図3(a)は平面図、図3(b)は側面図である。正極タブ1と負極タブ2を封止部の外側のシール材3で被覆された部分でそれぞれ反対方向に折り曲げたラミネート電池7を折り曲げ方向が逆となる2種類それぞれ2個ずつを交互に並べて、正極タブ1と負極タブ2を超音波溶接等の接続手段により接続し図3に示すような直列接続の組電池を得る。ここでは直列接続としたため、正極タブ1と負極タブ2を接続したが、並列接続とする場合には同極のタブ同士を接続することになるが、正負極タブの長さを接続に必要な長さに調整することができる。
Next, an embodiment of the assembled battery of the present invention will be described with reference to the drawings. 3A and 3B are diagrams for explaining the assembled battery of the present invention, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a side view.
図1に示すように、幅12mm、厚さ0.2mmのアルミニウム製の正極タブ1と、幅12mm、厚さ0.2mmのニッケル製の負極タブ2が引き出された幅60mm、高さ68mm、厚さ12mmの電池要素を、正極タブ1と負極タブ2の封止部6を厚さ0.1mmのシール材3、4で被覆し、アルミニウム箔の両面に合成樹脂フィルムを積層したラミネート外装体にエンボス加工により形成した電池要素収納部5に挿入した後、底辺で折り返して電池要素の上およびシール材3、4で被覆した正極タブ1、負極タブ2の上に重ね合わせ、電解液注入部を除く電池要素収納部の周囲を熱融着した。このときシール材3、4は封止部6から外側に1.0mm設けた。電解液注入後、電解液注入部をを封止し、側面および底面の封止部6を折り曲げた。
As shown in FIG. 1, a
次に、図2に示すように、正極タブ1を封止部6の外側のシール材3が正極タブ1を被覆する部分で治具等を利用して曲率半径R0.5で90度折り曲げ加工を行った。折り曲げ加工の際には正極タブ1の折り曲げ部がシール材3で被覆されている必要があるが、シール材で被覆されている部分が長くなっても折り曲げには特に影響しないので、シール材を長めにしておいてもよい。負極タブ2については曲げ方向を正極タブ1とは反対方向に折り曲げ加工を行った。
Next, as shown in FIG. 2, the
このような正極タブ1と負極タブ2の折り曲げ加工を行ったラミネート電池7とこれとは逆方向に折り曲げ加工を行ったラミネート電池7を2種類それぞれ2個を交互に並べて正極タブ1と負極タブ2を接続し、図3に示すような4個直列の組電池を組み立てた。この組電池の正極タブ1、負極タブ2の占める空間を含めた容積は201.6cm3(幅60mm、高さ70mm、厚さ48mm)となり、従来の正極タブに補助タブを接続して作製した組電池の容積213.1cm3(幅60mm、高さ74mm、厚さ48mm)に比較して94.6%、また図5のように、正極タブ、負極タブの先端で接続した組電池の容積230.4cm3(幅60mm、高さ80mm、厚さ48mm)に比較して87.5%の容積となり、容積の低減をすることができた。
A
1 正極タブ
11 補助タブ
2 負極タブ
3,4 シール材
5 電池要素収納部
6 封止部
7 ラミネート電池
1
3,4
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