JP2007311167A - 二次電池、組電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】複数個の接続が容易で位置合わせ精度を確保可能な二次電池を提供する。
【解決手段】単電池２０は、外装体に２枚のフィルム１、１’が使用されている。フィルム１、１’間には電極群４が封入されている。電極群４の一側のフィルム１’は平坦状であり、他側のフィルム１は凸状に成形されている。フィルム１、１’の周縁部は溶着部１０が熱溶着されている。フィルム１’の対向する２辺から、正極端子２及び負極端子３がそれぞれ２つずつ、互いに反対方向外側に突出させて導出されている。正極端子２、負極端子３には、それぞれ導出幅方向の略中央部に基準穴５が、中心線Ｍに対して対称となるように形成されている。正極端子２、負極端子３には、基準穴５に対して導出幅方向の両側が非対称となるように一側にそれぞれ矩形状の切り欠き部２’、切り欠き部３’が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池、組電池および電池モジュールに係り、特に、一方が平坦状で他方が凸状に成形されガスバリア層を有する２枚のフィルムの周縁部同士が接合されたフィルム容器内に電極群が封入され、該電極群から正極端子および負極端子がフィルム容器外に導出された二次電池、該二次電池を複数個接続した組電池および該組電池を複数個接続した電池モジュールに関する。

従来、電気自動車などの大電流充放電用電源には、いわゆる円筒密閉型二次電池（単電池）を複数個直列ないし並列に接続した組電池を、更に複数個直列ないし並列に接続した電池モジュールが用いられていた。一般に、このような大電流充放電用電源では、例えば、４０〜１００個の円筒密閉型二次電池が使用されている。

円筒密閉型二次電池には円筒型容器が用いられるが、この円筒型容器には、コスト低減のため、鉄系材料を用いるのが一般的である。ところが、鉄は比重が大きいため、電池の重量効率を上げる（軽量化を図る）上で大きな制約となっていた。この問題は、射出成形の樹脂製容器を用いた小型の密閉式鉛電池においても共通しており、重量がさほど軽くならない上に、肉厚の関係で体積効率を上げることが難しい、という問題があった。このため、古くからアルミニウム箔などをガスバリア層として内層に組込んだ、いわゆるラミネートフィルム（以下、単にフィルムと略称する。）を電池容器として用いた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

電池容器にフィルムを用いた二次電池では、一般に、正負極が積層された積層式の電極群から電流を取出す端子を、正負極とも４辺のうちの同一の１辺から導出する構造が採用されているため、端子から遠い部分の活物質は有効に使われず、特に大電流放電時の特性を劣化させることがある。このため、発進時に大電流放電が不可欠である電気自動車（ハイブリッド車を含む）用電源としては適していなかった。この点に関しては、正負極端子を対向する２辺からそれぞれ導出する構造を採用した技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６０−２３０３５４号公報 特開平２００６−６６３１１号公報

しかしながら、フィルムを用いた電池容器は金属製容器に比べて軽い半面、自身で形状を保持することができないため、得られる二次電池は寸法精度が低く、複数個の二次電池を組合せた組電池や電池モジュールとする上で、大きな障害となっている。また、フィルムの周縁部を熱溶着で封止するため、ある程度の幅を必要とするので、この部分にムダ空間ができることになり、体積効率の点では必ずしも大きな効果が期待できない。端子のない辺ではフィルムを折曲げることによってかなりムダ空間を減らすことができるものの、端子が導出される辺については体積効率を高める対処法がなかった。更に、フィルムを電池容器として用いるには、内容物（電極群）と略同形の凹みを形成する必要があるが、このようないわゆるカップ成形では、アルミニウム箔などのガスバリア層が内部にあるため、あまり深い形状に成形することができない。このため、フィルムを用いた二次電池の容量は、円筒密閉型二次電池と同等とすることが困難で、ハイブリッド車のような大きな出力を要求される用途に適用することが難しかった。その上、フィルムを用いた二次電池を複数個直列に接続する場合、単に一方向に接続すると、組電池や電池モジュールの厚みが薄くなり、更に複数個の電池モジュールを集積して電源パッケージを構成しても、耐振性の面で円筒密閉型電池に及ばず、採用が難しかった。

本発明は上記事案に鑑み、複数個の接続が容易で位置合わせ精度を確保可能な二次電池、該二次電池を複数個接続した組電池および該組電池を複数個接続した電池モジュール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、本発明の第１の態様は、一方が平坦状で他方が凸状に成形されガスバリア層を有する２枚のフィルムの周縁部同士が接合されたフィルム容器内に電極群が封入され、該電極群から正極端子および負極端子が前記フィルム容器外に導出された二次電池において、前記正負極端子は、それぞれ、前記平坦状フィルムの対向する２辺の中央部から該２辺間の中心線に対して互いに対称の位置に導出されており、かつ、前記中心線に対して対称の位置となるように貫通穴が形成されており、前記中心線と平行する端子幅方向の両側が非対称となるように一側に切り欠きが形成されていることを特徴とする。

第１の態様では、正極端子および負極端子が、それぞれ、平坦状フィルムの対向する２辺の中央部から該２辺間の中心線に対して互いに対称の位置に導出されており、かつ、中心線に対して対称の位置となるように貫通穴が形成されているため、２個の二次電池を並列接続するときに、平坦状フィルム側同士を対面させることで正極端子同士、負極端子同士が対向し、２個の二次電池を直列接続するときに、貫通穴の位置を基準として一方の二次電池の正極端子と他方の二次電池の負極端子とが対向するので、接続するときの位置合わせ精度を確保でき、中心線と平行する端子幅方向の両側が非対称となるように一側に切り欠きが形成されているため、並列接続した２個の二次電池を２組み直列接続するときに、４個の二次電池の正負極端子のうち２個の二次電池の正負極端子しか重ならない部分が形成されるので、この部分を溶接することで位置合わせ精度を確保しつつ直並列接続することができる。

第１の態様において、正負極端子が平坦状フィルムの対向する２辺からそれぞれ２個以上導出されており、該導出された正負極端子がそれぞれ２辺の中心を通り該２辺間の中心線と交差する直線に対して対称の位置に導出されていてもよい。また、正負極端子に形成された貫通穴が、端子幅方向の略中央の位置に形成されていることが好ましい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、第１の態様の二次電池を２個並列接続した組電池であって、前記二次電池の平坦状フィルム側同士が対面し、かつ、同極端子同士が、一方の二次電池の前記切り欠きが形成された一側に他方の二次電池の前記切り欠きが未形成の他側が位置するように配置され、前記正負極端子の貫通穴がそれぞれ一致するように接続されていることを特徴とする。

第２の態様では、二次電池の平坦状フィルム側同士が対面し、かつ、同極端子同士が、一方の二次電池の切り欠きが形成された一側に他方の二次電池の切り欠きが未形成の他側が位置するように配置されるため、同極端子間の接続に別の部材を要せずコンパクトに接続することができると共に、正負極端子の貫通穴がそれぞれ一致するように接続されているため、貫通穴の位置を基準として２個の二次電池が並列接続されるので、二次電池間のずれを抑制し寸法精度を向上させることができる。

更に、上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、第２の態様の組電池を複数個直列接続した組電池であって、前記二次電池を２個並列接続した組電池を２個直列に接続する部分において、一方の組電池を構成する２個の二次電池の正極端子と他方の組電池を構成する２個の二次電池の負極端子とが、前記一方の組電池を構成する一の二次電池の正極端子および前記他方の組電池を構成する一の二次電池の負極端子の前記切り欠きが形成された一側に、前記一方の組電池を構成する他の二次電池の正極端子および前記他方の組電池を構成する他の二次電池の負極端子の前記切り欠きが未形成の他側が位置するように配置され、前記正負極端子の貫通穴が一致するように接続されていることを特徴とする。

第３の態様では、二次電池を２個並列接続した組電池を、例えば２個直列接続するときに、４個の二次電池の正負極端子が接続されるにもかかわらず、一方の組電池を構成する一の二次電池の正極端子および他方の組電池を構成する一の二次電池の負極端子の切り欠きが形成された一側に、一方の組電池を構成する他の二次電池の正極端子および他方の組電池を構成する他の二次電池の負極端子の切り欠きが未形成の他側が位置するように配置されるため、２個の二次電池の正負極端子しか重ならない部分が形成されるので、この部分を溶接することで容易に直並列接続することができ、正負極端子の貫通穴が一致するように接続されているため、貫通穴を基準として接続されるので、位置合わせ精度を確保することができる。第２、第３の態様において、正負極端子の貫通穴に締結部材が挿入され、正負極端子が接続固定されていてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の第４の態様は、第２、第３の態様の組電池を偶数個直列接続した組電池であって、前記対面したフィルム面同士が互いに平行となるように並置され、隣り合わせに並置された組電池が断面コ字状の接続部材を介して接続されていることを特徴とする。

第４の態様では、偶数個の組電池が、対面したフィルム面同士が互いに平行となるように並置されるため、二次電池を単に一方向に直列接続する場合と比べて、組電池全体のコンパクト化を図ることができ、例えば、２個の組電池を直列に接続する場合には、組電池間が接続部材を介して接続されるため、組電池間が折り返されるので、体積効率を向上させることができる。

更に、上記課題を解決するために、本発明の第５の態様は、第２ないし第４の態様の組電池と、該組電池の充放電状態を調整するコントローラとが同一ケース内に収容され該ケースの少なくとも１面に外部出力端子が配設された電池モジュールであって、前記ケースの外部出力端子が配設された面とは異なる面に、前記コントローラのデータ通信用コネクタが配置されたことを特徴とする。

第５の態様では、電池モジュールのケースの外部出力端子が配設された面とは異なる面に、コントローラのデータ通信用コネクタが配置されているため、電池モジュールの組立時や保守点検時に容易に作業を行うことができ、データ通信用コネクタの配線時に電力を導出する外部出力端子の位置を避けることができるので、作業の安全性を向上させることができる。

本発明によれば、正極端子および負極端子が、それぞれ、平坦状フィルムの対向する２辺の中央部から該２辺間の中心線に対して互いに対称の位置に導出されており、かつ、中心線に対して対称の位置となるように貫通穴が形成されているため、２個の二次電池を並列接続、直列接続するときに、接続するときの位置合わせ精度を確保でき、中心線と平行する端子幅方向の両側が非対称となるように一側に切り欠きが形成されているため、並列接続した２個の二次電池を２組み直列接続するときに２個の二次電池の正負極端子しか重ならない部分が形成されるので、この部分を溶接することで位置合わせ精度を確保しつつ直並列接続することができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を適用可能な電池モジュールの実施の形態について説明する。

１．単電池の作製
まず、本実施形態の電池モジュールに用いられるリチウム二次電池（以下、単電池という。）について説明する。

（構成）
単電池２０は、図１に示すように、外装体に２枚の矩形状のラミネートフィルム（以下、単に、フィルムという。）１、１’が使用されている。フィルム１、１’間には、電極群４が封入されている。電極群４の一側のフィルム１’は平坦状であり、他側のフィルム１は凸状に成形されている。フィルム１、１’の周縁部の４辺は溶着部１０が熱溶着で封止されており、単電池２０は密閉構造とされている。フィルム１’の対向する２辺には、正極端子２及び負極端子３がそれぞれ２つずつ先端部を互いに反対方向の外側に突出させて配設されている。各正極端子２および各負極端子３は溶着部１０に封止材１１を介して挟み込まれている。単電池２０は、次のようにして作製されたものである。

（正極の作製）
電極群４を構成する正極の作製では、平均粒径１０μｍのマンガン酸リチウムと、平均粒径３μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（商品名：ＫＦ＃１２０、呉羽化学工業（株）製）とを、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに分散させて混合してスラリを作製した。このスラリを正極集電体である厚さが２０μｍのアルミニウム箔の両面に塗布、乾燥後、プレスして一体化した。その後、幅９４ｍｍに切断して正極を作製した。塗工部の幅を８６ｍｍ、無地部（図１の符号７）の幅を１０ｍｍとした。

（負極の作製）
一方、負極の作製では、平均粒径２０μｍの炭素粒子と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンとを溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドンに投入し混合して、スラリ状の溶液を作製した。このスラリを負極集電体である厚みが１０μｍの銅箔の両面に塗布、乾燥後、プレスして一体化した。その後、幅９６ｍｍに切断して負極を作製した。塗工部の幅を８８ｍｍ、無地部（図１の符号９）の幅を１０ｍｍとした。

（単電池組立）
作製した正極を、厚さ２５μｍ、幅１００ｍｍのポリエチレン多孔膜からなるセパレータに熱溶着で袋状に封入した。封入した正極１９枚と負極２０枚とを交互に重ねて、正極端子２と一体の正極ストラップ部６、負極端子３と一体の負極ストラップ部８をそれぞれ正極集電体の無地部７および負極集電体の無地部９と超音波溶接し、電極群４から正極端子２および負極端子３を導出した。このとき、正極端子２および負極端子３が、対向する２辺間の中心線Ｍに対して対称となるように配置した。２つの正極端子２および２つの負極端子３は、正極ストラップ部６および負極ストラップ部８の中心（対向する２辺の中心）を通り中心線Ｍと直交する直線Ｎに対してそれぞれ対称の位置に形成されている。

正極ストラップ部６には、厚さ０．３ｍｍのアルミニウム合金Ａ３００３−Ｈ１２を用い、電解液に接するおそれのない正極端子２の部分（電池内部に露出した部分）のみ、片面に厚さ０．１ｍｍのニッケルをクラッド加工した。一方、負極ストラップ部８には、厚さ０．３ｍｍの銅板Ｃ１０２０−１／２Ｈを用い、電池外部に露出した負極端子３の部分のみ両面に厚さ０．０５ｍｍのニッケルをクラッド加工した。正極端子２および負極端子３には、導出幅方向の略中央部に位置合わせ用の円形状の基準穴（貫通穴）５を形成した。このため、正極端子２、負極端子３にそれぞれ形成された基準穴５は、中心線Ｍに対して対称となるように形成されている。正極端子２、負極端子３には、導出幅方向の一側にそれぞれ矩形状の切り欠き部２’、切り欠き部３’が形成されている。すなわち、正極端子２、負極端子３は、基準穴５に対して導出幅方向の両側が非対称となる。電極群４の厚さはおよそ４．８ｍｍである。

電極群４を、カップ状に成形したＰＰ−アルミニウム箔−ＰＥＴからなる厚さ約１２０μｍのフィルム１に載置し、同一構成の平坦状のフィルム１’を載せて、周縁部を熱溶着した。この際、一部熱溶着せずに残しておいたフィルム１、１’の合わせ面から注射器を用いて所定量の電解液を注入した後、再度この部分を熱溶着して密封し、単電池２０とした。熱溶着部１０の幅は、全周にわたって約１０ｍｍとした。一連の封止加工の間、常に基準穴５にピン（不図示）を挿入して正極端子２、負極端子３を位置決めし、所要の寸法精度を得た。上述したように、正極端子２、負極端子３は、それぞれ、正極ストラップ部６、負極ストラップ部８を介して、フィルム状容器の対向する２辺から２つずつ導出されている。なお、作製した単電池の電池容量は約３．２Ａｈである。

２．組電池の組立
（並列ユニット電池）
２個の単電池２０を並列に接続して並列ユニット電池を作製した。並列ユニット電池は、単電池２０の平坦状フィルム１’側同士を対面させ、両面粘着テープで貼り合わせた。並列ユニット電池では、正極端子２同士、負極端子３同士が、それぞれの基準穴５が一致するように対向している。一方の単電池２０の正極端子２、負極端子３にそれぞれ形成された切り欠き部２’、３’に、他方の単電池２０の切り欠き部が形成されていない側の正極端子２、負極端子３がそれぞれ位置するように配置されている。

（直並列組電池）
並列ユニット電池を２個直列に接続して直並列組電池を作製した。図２に示すように、並列ユニット電池Ｐ２を構成する２つの単電池２０から導出された正極端子２間に、並列ユニット電池Ｐ１を構成する２つの単電池２０から導出された負極端子３を挟むように配置した。並列ユニット電池Ｐ１を構成する一方の単電池２０の負極端子３の導出部分ａ２および並列ユニット電池Ｐ２を構成する一方の単電池２０の正極端子２の導出部分ａ１では、同じ側に切り欠き部が位置している。また、並列ユニット電池Ｐ１を構成する他方の単電池２０の負極端子３の導出部分ｂ１および並列ユニット電池Ｐ２を構成する他方の単電池２０の正極端子２の導出部分ｂ２では、導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部の位置と反対側に切り欠き部が位置している。図４に示すように、導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部は、導出部分ｂ１、ｂ２の切り欠き部の形成されていない側に位置するように配置されている。反対に、導出部分ｂ１、ｂ２の切り欠き部は、導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部の形成されていない側に位置するように配置されている。それぞれの端子に形成された基準穴５は、全て同じ位置となり、この基準穴５を基準として並列ユニット電池Ｐ１、Ｐ２が位置決めされる。なお、正極端子２、負極端子３にクラッド加工されたニッケル面は、このように組合せたときに互いに向き合うように配置されている。

図５に示すように、並列ユニット電池Ｐ１、Ｐ２を直列接続する部分では、導出部分ａ１、ｂ２間に導出部分ａ２、ｂ１が挟まれている。基準穴５に位置決め用のピンを挿入した状態で、導出部分ｂ１、ｂ２の切り欠き部に相当する位置で導出部分ａ１と導出部分ａ２とを抵抗溶接した。このため、並列ユニット電池Ｐ２を構成する一方の単電池２０の正極端子２と並列ユニット電池Ｐ１を構成する一方の単電池２０の負極端子３とが接続される。同様に導出部分ｂ１と導出部分ｂ２とを抵抗溶接した。このため、並列ユニット電池Ｐ２を構成する他方の単電池２０の正極端子２と並列ユニット電池Ｐ１を構成する他方の単電池２０の負極端子３とが接続される。その後、基準穴５に挿入したピンを抜き取り、基準穴５にアルミニウム合金製の図示しないリベット（締結部材）を通し、後述するセルコントローラのセンシング端子（不図示）を含めてかしめることで、４個の単電池２０を直並列接続した直並列組電池Ｐ１−Ｐ２の組立を完成した。なお、図２、図４、図５では、説明を簡単にするため、正極端子２、負極端子３をそれぞれ１つずつ導出した単電池を示している。

３．電池モジュールの組立
直並列組電池を２個直列接続して、電池モジュールを作製した。直並列組電池Ｐ１−Ｐ２と同様にして並列ユニット電池Ｐ３、Ｐ４を用いた直並列組電池Ｐ３−Ｐ４を作製した。作製した２組の直並列組電池Ｐ１−Ｐ２とＰ３−Ｐ４とを直列接続し、単電池２０を８個用いて２並列・４直列に接続した電池モジュール３０を作製した。図３に示すように、電池モジュール３０では、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム合金製の中央隔壁２２と側板２３、２４との間にそれぞれ直並列組電池Ｐ１−Ｐ２およびＰ３−Ｐ４が挟まれるように配置されている。直並列組電池Ｐ１−Ｐ２を構成する並列ユニット電池Ｐ１、Ｐ２の対面したフィルム１’面が、直並列組電池Ｐ３−Ｐ４を構成する並列ユニット電池Ｐ３、Ｐ４の対面したフィルム１’面と平行となるように並置されている。換言すれば、２組みの直並列組電池は、側板２３または２４と中央隔壁２２とで挟まれた配置構造を有している。２組の直並列組電池を構成する各並列ユニット電池Ｐ１〜Ｐ４のフィルム１側の面は、中央隔壁２２または側板２３、２４に両面粘着テープ２８で貼り合わされ固定されている。各並列ユニット電池Ｐ１〜Ｐ４では、直並列組電池Ｐ１−Ｐ２、Ｐ３−Ｐ４の長手方向（図３の上下両側）に位置する単電池２０の溶着部１０が、それぞれ単電池２０のフィルム１側に曲げられている。そして、側板２３、２４および中央隔壁２２は、これらに形成されたボルト穴に螺合するボルトで固定されている。

直並列組電池Ｐ１−Ｐ２を構成する並列ユニット電池Ｐ２の負極端子３と、直並列組電池Ｐ３−Ｐ４を構成する並列ユニット電池Ｐ３の正極端子２とをニッケル製のブスバ（接続部材）２５で接続した。このため、本実施形態の電池モジュール３０は、２つの単電池２０が並列かつ４つの単電池２０が直列に接続されており、８個の単電池２０が２並列・４直列に接続された全体構成を有している。電池モジュール３０では、２組みの直並列組電池が、隣り合わせに並置されており、ブスバ２５を介して折り返すように接続されている。ブスバ２５は、短冊状の平板が長手方向両側を同一方向に曲げられた断面コ字状に形成されている。ブスバ２５の曲げられた部分には、略中央部に切り欠きが形成されている。このため、ブスバ２５では、並列ユニット電池Ｐ２の２つの負極端子３、並列ユニット電池Ｐ３の２つの正極端子２をそれぞれ容易に接続することができる。一方、直並列組電池Ｐ１−Ｐ２を構成する並列ユニット電池Ｐ１の正極端子２と、直並列組電池Ｐ３−Ｐ４を構成する並列ユニット電池Ｐ４の負極端子３とが同一面に位置しており、電池モジュール３０の図示を省略した外部出力端子にそれぞれ接続されている。

中央隔壁２２の略中央部には、直並列組電池Ｐ１−Ｐ２の直列接続部分と、直並列組電池Ｐ３−Ｐ４の直列接続部分との間に、単電池２０の２個分の厚さに相当する空間が形成されている。この空間を利用して、各単電池２０の充放電状態を監視するセルコントローラ２６が取り付けられており、セルコントローラ２６の上面に外部とのデータ通信用コネクタ２７が配置されている。このため、コネクタ２７は電池モジュール３０の上面に配置される。電池モジュール３０の容量は、２個の単電池２０が並列接続されているため、およそ６．４Ａｈである。

次に、本実施形態の電池モジュール３０の作用、効果について説明する。

本実施形態の電池モジュール３０の作製に用いた単電池２０では、フィルム１、１’で構成されるフィルム状容器が用いられているので、電池の軽量化を図ることができる。また、正極端子２および負極端子３を対向する２辺からそれぞれ正極ストラップ部６、負極ストラップ部８を介して導出され、各正負極端子には基準穴５が形成され、この基準穴５に対して正負極端子の左右両側が非対称となるように一側に切り欠き部が形成されている。このため、単電池２０を直列接続、並列接続した組電池を作製するときに、基準穴５、切り欠き部を基準として接続されるので、位置合わせ精度を確保することができ、得られる組電池の寸法精度を向上させることができる。また、単電池２０間、並列ユニット電池間または直並列組電池間の接続を、抵抗溶接やリベット等による低コストの接続法で容易に接続することができる。

また、単電池２０を２個並列接続した並列ユニット電池では、単電池２０の平坦状のフィルム１’側同士が両面テープで貼り合わされており、一方の単電池２０の正極端子２、負極端子３にそれぞれ形成された切り欠き部２’、３’に、他方の単電池２０の切り欠き部が形成されていない側の正極端子２、負極端子３がそれぞれ位置している。このとき、正極端子２同士、負極端子３同士の基準穴５が一致するように配置される。このため、同極端子間の接続に別の接続部材を要しないので、コンパクトに接続することができ、基準穴５を基準として接続されるので、単電池２０間の位置ずれを抑制して寸法精度を向上させることができる。

更に、並列ユニット電池を２個直列接続した直並列組電池では、並列ユニット電池Ｐ１を構成する一方の単電池２０の負極端子３の導出部分ａ２および並列ユニット電池Ｐ２を構成する一方の単電池２０の正極端子２の導出部分ａ１では、同じ側に切り欠き部が位置している。また、並列ユニット電池Ｐ１を構成する他方の単電池２０の負極端子３の導出部分ｂ１および並列ユニット電池Ｐ２を構成する他方の単電池２０の正極端子２の導出部分ｂ２では、導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部の位置と反対側に切り欠き部が位置している。導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部は導出部分ｂ１、ｂ２の切り欠き部の形成されていない側に位置しており、導出部分ｂ１、ｂ２の切り欠き部は導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部の形成されていない側に位置している。このため、導出部分ｂ１、ｂ２の切り欠き部に相当する位置で導出部分ａ１、ａ２を抵抗溶接し、同様に導出部分ａ１、ａ２の切り欠き部に相当する位置で導出部分ｂ１、ｂ２を抵抗溶接することができる。これにより、４つの単電池２０が接続されるにもかかわらず、２つの単電池２０の端子間が接続されるので、容易かつ確実に直並列接続することができる。また、各端子に形成された基準穴５が全て同じ位置となり、この基準穴５にリベットが通され固定される。このため、４個の単電池２０の直並列接続においても位置合わせ精度を確保しつつ容易に直並列組電池を作製することができる。

また更に、本実施形態の電池モジュール３０では、偶数個の直並列組電池が、単電池２０の対面したフィルム１’面同士が互いに平行に並置されている。このため、単電池２０を単に一方向に接続する場合と比較して、電池モジュール３０の体積効率を向上させコンパクト化を図ることができる。また、直並列組電池間が折り返されてブスバ２５で接続されるため、１つの側面に正極および負極の両方の外部出力端子が配設されるので、複数の電池モジュール３０を直列に接続して電源パッケージを組立てる際に、ブスバ接続作業を極めて容易にすることができ、組立コストを大幅に低減することができる。

更にまた、本実施形態の電池モジュール３０では、各並列ユニット電池Ｐ１〜Ｐ４のフィルム１側の面が、中央隔壁２２または側板２３、２４に両面粘着テープ２８で貼り合わされ固定されている。このため、各並列ユニット電池Ｐ１〜Ｐ４が中央隔壁２２、側板２３、２４で支持されるので、電気自動車等の移動体用電源として使用しても移動時の振動による障害を抑制することができる。また、並列ユニット電池間の接続部分で生ずるムダ空間に、リチウム電池の場合に不可欠で、接続した単電池２０の個数分に必要なセルコントローラ２６を分散させて収容する構造としたので、フィルムを容器とした単電池２０の弱点であった体積効率を大幅に改善することができる。更に、セルコントローラ２６のデータ通信用コネクタ２７を、電力を取り出す外部出力端子とは異なる面（電池モジュール３０の上面）に配置したので、サービス作業などで、外部出力端子が邪魔にならず取扱が容易となり、安全性を向上させることができる。

（従来技術との比較）
本実施形態の電池モジュール３０と、比較のために同容量（６．４Ａｈ）の円筒密閉型電池を４セル直列に接続した電池モジュール（以下、従来品と呼称する。）とを作製し、性能を比較した。正負極に用いた活物質や電解液等の仕様は全く同一である。

電気自動車の始動時の電流値に相当する５０〜２００Ａの電流値で放電したときの直流抵抗を比較した。本実施形態の電池モジュール３０では直流抵抗が１０．２ｍΩであったのに対し、従来品では１２．６ｍΩであり、本実施形態の電池モジュール３０は、従来品に比べて大電流放電性能が明らかに上回っていることが確かめられた。

また、フィルムを容器に用いた単電池では、通常、広い熱溶着部が必要なため、体積効率の面では円筒密閉型電池に比べて不利とされている。これに対して、本実施形態の電池モジュール３０では、正負極端子のない辺の熱溶着部１０を折り曲げると共に、並列ユニット電池の直列接続部分に生じるムダ空間にセルコントローラ２６を収容する構造としたため、電池体積が０．８２リットルとなり、従来品の０．８４リットルを下回って、体積面でも本実施形態の電池モジュール３０が優れていることが確認された。

更に、本実施形態の電池モジュール３０では、１０Ｇで連続２００時間の振動試験に耐えることが確認され、十分な耐振性を有することが判明した。従って、電気自動車等の電源として使用しても、走行時の振動の影響を抑制して十分な性能を発揮することが期待できる。

なお、本実施形態では、積層式の電極群４を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、捲回式の電極群を使用してもよい。また、本実施形態では、単電池２０を２個並列接続した並列ユニット電池を２個直列接続した直並列組電池を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、並列ユニット電池を３個以上を直列接続してもよいことはもちろんである。更に、並列ユニット電池を２個直列接続した直並列組電池を２個直列接続した電池モジュール３０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、直並列組電池を３個以上直列接続することもできる。接続数が奇数個の場合には、外部出力端子が正負極で異なる面となるため、電池モジュール３０を複数個接続した電池パッケージを作製するには偶数個を直列接続することが好ましい。

また、本実施形態では、単電池２０の正負極端子を２つずつ導出する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つでもよく、３つ以上でもよい。正負極端子が１個ずつの場合には、導出するフィルム１’の２辺の中央部からそれぞれ導出すれば、正負極端子を中心線Ｍに対して対称とすることができる（図２参照）。また、例えば、正負極端子が３つずつの場合には、１つを２辺の中央部からそれぞれ導出し、他の２つを直線Ｎに対して対称となるように導出すればよい。

更に、本実施形態では、４個の単電池２０を用いた直並列組電池の作製で基準穴５にリベットを通して固定する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。各端子間が締結されるものであればよく、例えば、ボルトとナットとで締結するようにしてもよい。また、本実施形態では、基準穴５を円形状とし導出幅方向の略中央部に形成する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、基準穴５を楕円状としてもよく、この場合には、導出幅方向の略中央部に形成しなくても位置合わせ精度を確保することができる。

本発明は複数個の接続が容易で位置合わせ精度を確保可能な二次電池、該二次電池を複数個接続した組電池および該組電池を複数個接続した電池モジュールを提供するため、二次電池の製造、販売に寄与するので、産業上の利用可能性を有する。

本発明が適用可能な実施形態の電池モジュールを構成するリチウム二次電池の凸状のフィルムを一部除いた平面図および側断面図である。 実施形態の電池モジュールを構成するリチウム二次電池を４個直並列に接続するときの正負極端子の位置関係を示す説明図である。 実施形態の電池モジュールの分解斜視図である。 実施形態の電池モジュールを構成するリチウム二次電池の正負極端子の接続部分を模式的に示す説明図である。 実施形態の電池モジュールを構成するリチウム二次電池の正負極端子の接続部分の断面を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１、１’ ラミネートフィルム（フィルム）
２ 正極端子
３ 負極端子
４ 電極群
５ 基準穴（貫通穴）
２０ リチウム二次電池（二次電池）
２５ ブスバ（接続部材）
２６ セルコントローラ
２７ 通信用コネクタ
３０ 電池モジュール
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４ 並列ユニット電池（組電池）
Ｍ 中心線

Claims (8)

1. 一方が平坦状で他方が凸状に成形されガスバリア層を有する２枚のフィルムの周縁部同士が接合されたフィルム容器内に電極群が封入され、該電極群から正極端子および負極端子が前記フィルム容器外に導出された二次電池において、前記正負極端子は、それぞれ、前記平坦状フィルムの対向する２辺の中央部から該２辺間の中心線に対して互いに対称の位置に導出されており、かつ、前記中心線に対して対称の位置となるように貫通穴が形成されており、前記中心線と平行する端子幅方向の両側が非対称となるように一側に切り欠きが形成されていることを特徴とする二次電池。
2. 前記正負極端子は前記２辺からそれぞれ２個以上導出されており、該導出された正負極端子がそれぞれ前記２辺の中心を通り前記中心線と交差する直線に対して対称の位置に導出されていることを特徴とする請求項１に記載の二次電池。
3. 前記正負極端子に形成された貫通穴が、前記端子幅方向の略中央の位置に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池。
4. 請求項３に記載の二次電池を２個並列接続した組電池であって、前記二次電池の平坦状フィルム側同士が対面し、かつ、同極端子同士が、一方の二次電池の前記切り欠きが形成された一側に他方の二次電池の前記切り欠きが未形成の他側が位置するように配置され、前記正負極端子の貫通穴がそれぞれ一致するように接続されていることを特徴とする組電池。
5. 請求項４に記載の組電池を複数個直列接続した組電池であって、前記二次電池を２個並列接続した組電池を２個直列に接続する部分において、一方の組電池を構成する２個の二次電池の正極端子と他方の組電池を構成する２個の二次電池の負極端子とが、前記一方の組電池を構成する一の二次電池の正極端子および前記他方の組電池を構成する一の二次電池の負極端子の前記切り欠きが形成された一側に、前記一方の組電池を構成する他の二次電池の正極端子および前記他方の組電池を構成する他の二次電池の負極端子の前記切り欠きが未形成の他側が位置するように配置され、前記正負極端子の貫通穴が一致するように接続されていることを特徴とする組電池。
6. 前記正負極端子の貫通穴に締結部材が挿入され、前記正負極端子が接続固定されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の組電池。
7. 請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の組電池を偶数個直列接続した組電池であって、前記対面したフィルム面同士が互いに平行となるように並置され、隣り合わせに並置された組電池が断面コ字状の接続部材を介して接続されていることを特徴とする組電池。
8. 請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の組電池と、該組電池の充放電状態を調整するコントローラとが同一ケース内に収容され該ケースの少なくとも１面に外部出力端子が配設された電池モジュールであって、前記ケースの外部出力端子が配設された面とは異なる面に、前記コントローラのデータ通信用コネクタが配置されたことを特徴とする電池モジュール。

Images