JP2008235030A - 組電池および電池パック - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、電極タブ間の抵抗が小さい組電池およびその組電池を備える電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の組電池は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第一の電極タブを具備する第一の電池と、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第二の電極タブを具備する第二の電池と、導電性フィラーとを備え、第一の電極タブと第二の電極タブとは、その間に介在する導電性フィラー、および一部が互いに溶着する溶着面により電気的に接続することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 本発明の組電池は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第一の電極タブを具備する第一の電池と、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第二の電極タブを具備する第二の電池と、導電性フィラーとを備え、第一の電極タブと第二の電極タブとは、その間に介在する導電性フィラー、および一部が互いに溶着する溶着面により電気的に接続することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、組電池およびその組電池を有する電池パックに係わる。
近年、非水電解質二次電池の性能が向上し、携帯型電子機器からハイブリッド自動車や電気自動車、電力貯蔵用電源等、用途電源が高出力化している。これに伴い、単電池を多数直列接続した組電池の低抵抗化技術が急務の課題となっている。一般に、大電流を流すような高出力型の二次電池は高速充放電時に発熱が大きい。このため、これら組電池の内部抵抗を下げることで発熱が抑えられ、電池の冷却が容易となる。更には、発熱低減による寿命向上や低抵抗化により組電池のエネルギー密度向上が見込める。
ところで、高エネルギー密度化が容易な電池形態として、樹脂層/金属層/樹脂層のラミネートで形成された外装材を用いた扁平型電池が挙げられる。この電池は、ラミネート外装材から帯状の電極タブが引き出された簡易な構造をもつ。通常、扁平型電池の組電池を形成する際には、これらの電極タブを接合する。現在、電極タブを接合する技術として、ボルト留め、抵抗溶接、半田付け、レーザー溶接、超音波溶接（特許文献１参照）、など様々な方法がある。
現在最も一般的な扁平型電池では、正極タブとしてアルミニウム、負極タブとしてニッケルを用いている。従って、この電池を直列接続した組電池を作成する場合、アルミニウム−ニッケル間の接合を行う。
一方、負極の活物質材料が従来に対して貴な電位を有するため、正極タブ・負極タブともにアルミニウムを用いた扁平型電池が検討されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−２１０３１２公報
特開２００６−９２９７３公報
正極タブ・負極タブともにアルミニウムを用いた扁平型電池を直列接続した組電池を作成する場合、アルミニウム−アルミニウム間の接合を行う。一般に、アルミニウムを用いた電極タブの特徴として、電解液による腐食が生じにくいなどのメリットがある反面、表面に酸化皮膜を形成するため抵抗が高くなるというデメリットがある。従って、アルミニウム電極同士の接合は、酸化皮膜の影響が大きく、従来型のアルミニウム−ニッケル接合よりも抵抗が高くなってしまう。特に、単電池を多数直列に接続する必要のある大型電池を作成する場合、直列数に応じて接触抵抗が加算されるため影響が大きい。
ここで、これらアルミニウム同士の接合方法としては、タブ同士を溶着により接合することが可能で酸化皮膜による抵抗増大の影響を受けがたいこと、非加熱であり電池材料が損傷しがたいこと、などから超音波溶接による接合が最も適していると考えられる。しかしながら、超音波溶接は接合面を共振させて接合する原理ゆえに一度に大面積を接合することが困難である。一般的な超音波溶接機を用いて接合を行うと、電極タブ同士がスポット状、すなわち部分的に接合される。このため、超音波をかけて溶着した面以外はタブ同士が触れ合うだけとなるなど、接触が不十分であり、接触抵抗の増大や接合部の抵抗が不均一になりやすかった。また、接触を十分取るために電池本体を長時間加振すると、電極間の接合部分に負担がかかり、接合部よりひび割れや破断などが生じる可能性が高くなってしまう。
したがって、超音波溶接のような接合方法で作成され、タブ同士が部分的に溶着したアルミニウム電極タブでは、電極タブ間の抵抗を小さくすることは難しかった。
本発明は、上記事情に鑑みて、電極タブ間の抵抗が小さい組電池およびその組電池を備える電池パックを提供することを目的とする。
本発明の組電池は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第一の電極タブを具備する第一の電池と、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第二の電極タブを具備する第二の電池と、導電性フィラーとを備え、第一の電極タブと第二の電極タブとは、その間に介在する導電性フィラー、および一部が互いに溶着する溶着面により電気的に接続することを特徴とする。
本発明の電池パックは、第一の電池および第二の電池が互いに直列接続された上述の組電池と、溶着面に近接した第一の電極タブと第二の電極タブとの間にその一端が挟まれたリードと、リードの他端が接続され、第一の電池および第二の電池の電圧を検知する回路とを具備することを特徴とする。
本発明は、電極タブ間の抵抗が小さい組電池およびその組電池を備える電池パックを提供できる。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態を通して共通の構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
（単電池）
まず、本実施形態に係わる組電池について説明する前に、その組電池を構成する電池について説明する。電池はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の正極タブ及び負極タブを有することを特徴とする。以下、図１〜図３を用いてその構造の一例について説明する。
まず、本実施形態に係わる組電池について説明する前に、その組電池を構成する電池について説明する。電池はアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の正極タブ及び負極タブを有することを特徴とする。以下、図１〜図３を用いてその構造の一例について説明する。
図１に示すように、電極群１は、正極２及び負極３をその間にセパレータ４を介在させて偏平形状に捲回した構造を有する。前記電極群１は、正極２及び負極３をその間にセパレータ４を介在させて偏平形状に捲回した後、加熱プレスを施すことにより作製される。電極群１における正極２、負極３及びセパレータ４は、接着性を有する高分子により一体化されていても良い。帯状の正極タブ５は、正極２に電気的に接続されている。一方、帯状の負極タブ６は、負極３に電気的に接続されている。この電極群１は、３辺にヒートシール部が形成されているラミネートフィルム製容器７内に収納されている。正極タブ５と負極タブ６の先端は、容器７の短辺側のヒートシール部から引き出されている。
図１では、正極タブ５と負極タブ６の先端が容器７の同一のヒートシール部（封止部）から引き出されているが、正極タブ５が引き出されるヒートシール部は、負極タブ６が引き出されているヒートシール部と異なっていても良い。その具体例を図２〜図３に示す。
図２に示すように、ラミネートフィルム製の容器７内には、積層型電極群８が収納されている。ラミネートフィルムは、例えば図３に示すように、樹脂層１０と、熱可塑性樹脂層１１と、樹脂層１０及び熱可塑性樹脂層１１の間に配置された金属層９とを具備する。容器７の内面に熱可塑性樹脂層１１が位置する。ラミネートフィルム製の容器７の一方の長辺と両方の短辺に、熱可塑性樹脂層１１の熱融着によってヒートシール部７ａ、７ｂ、７ｃが形成されている。このヒートシール部７ａ、７ｂ、７ｃにより容器７が封止されている。積層型電極群８は、図３に示すように、正極２と負極３とをその間にセパレータ４を介在させながら交互に積層した構造を有する。正極２は複数枚存在し、それぞれが正極集電体２ａと、正極集電体２ａの両面に担持された正極活物質含有層２ｂとを備える。負極３は複数枚存在し、それぞれが負極集電体３ａと、負極集電体３ａの両面に担持された負極活物質含有層３ｂとを備える。それぞれの負極３の負極集電体３ａは、一辺が正極２から突出している。正極２から突出した負極集電体３ａは、帯状の負極タブ６に電気的に接続されている。帯状の負極タブ６の先端は、容器７のヒートシール部７ｃを通して外部に引き出されている。負極タブ６は、両面が、ヒートシール部７ｃを構成する熱可塑性樹脂層１１と対向している。ヒートシール部７ｃと負極タブ６との接合強度を向上させるため、負極タブ６のそれぞれの面と熱可塑性樹脂層１１との間には、絶縁フィルム１２が介在されている。絶縁フィルム１２としては、例えば、ポリプロピレン及びポリエチレンのうち少なくとも一方を含有するポリオレフィンに酸無水物を添加した材料から形成されたフィルムを挙げることができる。また、ここでは図示しないが、正極２の正極集電体２ａは、負極集電体３ａの突出辺と反対側に位置する辺が、負極３から突出している。負極３から突出した正極集電体２ａは、帯状の正極タブ５に電気的に接続されている。帯状の正極タブ５の先端は、容器７のヒートシール部７ｂを通して外部に引き出されている。ヒートシール部７ｂと正極タブ５との接合強度を向上させるため、正極タブ５と熱可塑性樹脂層１１との間に絶縁フィルム１２が介在されている。以上説明したような構成によって、正極タブ５が容器７から引き出されている方向は、負極タブ６が容器７から引き出されている方向と反対向きとなる。
以下、正極タブ５・負極タブ６、負極１、非水電解質、正極２、セパレータ４、外装材５、について詳細に説明する。
正極タブ５、負極タブ６等の電極タブは、帯状のアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されている。その厚さは１ｍｍ以下が好ましい。１ｍｍ以下であると、衝撃により電池内部の集電箔を損傷する可能性が少なく好ましい。より好ましくは、５００μｍ以下である。
図２に示したように、電極タブが両端面から延出した形状である場合、封止部分の引っ張り強度と密閉性を維持するため、タブ幅は電極タブが引き出された外装材の幅に対して２０％以上７０％以下であることが好ましい。
一方で、図１に示したように、電極タブが同一端面から、正極及び負極の２本延出した形状である場合は、両端面から延出している形状に比べ、張力がかかりにくい。また大電流用途向けの場合、タブ面積を出来る限り取る必要があるため、これらを考慮に入れた上で、密閉性を維持するには、２つのタブ幅の合計は電池外装幅に対して２０％以上９０％以下であることが好ましい。
更に、電極タブ材質については、アルミニウム板の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金板としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
負極１は、負極集電体と、負極集電体の片面若しくは両面に担持され、負極活物質を含む負極層（負極活物質含有層）とを有する。負極層には、導電剤や結着剤を含んでもよい。
負極活物質としては、０．２〜３Ｖ(vs.Li/Li+)の範囲でリチウムを吸蔵するものが好ましい。このような負極活物質としては、金属酸化物、金属硫化物、金属窒化物あるいは合金等が挙げられる。
好ましい金属酸化物としては、例えばＴｉＯ2のようなチタン系酸化物、例えばＬｉ4+xＴｉ5Ｏ12（ｘは-１≦ｘ≦３）やＬｉ2+xＴｉ3Ｏ7（ｘは-１≦ｘ≦３）などのリチウムチタン酸化物（リチウムチタン含有複合酸化物）、タングステン酸化物（例えばＷＯ3）、アモルファススズ酸化物（例えばＳｎＢ0.4Ｐ0.6Ｏ3.1）、スズ珪素酸化物（例えばＳｎＳｉＯ3）、酸化珪素（ＳｉＯ）などが挙げられる。中でも、リチウムチタン酸化物、チタン含有金属複合酸化物が好ましい。
負極活物質は、その一次粒子の平均粒径が１μｍ以下で、かつＮ2吸着によるＢＥＴ法での比表面積が３〜２００ｍ2／ｇの範囲であることが望ましい。これにより、負極の非水電解質との親和性を高くし、高速充放電特性を高めることができる。
負極集電体は、負極活物質のＬｉ吸蔵放出電位にて電気化学的に安定である材料が用いられる。銅、ニッケルもしくはステンレス、あるいはアルミニウムが好ましい。負極集電体の厚さは５〜２０μｍであることが望ましい。この範囲であると電極強度と軽量化のバランスがとれるからである。
非水電解質としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調整される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質等が挙げられる。
正極２は、正極集電体と、正極集電体の片面若しくは両面に担持され、正極活物質を含む正極活物質含有層とを有する。正極層には、導電剤や結着剤を含んでもよい。
正極集電体は、アルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。
アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔の厚さは、５μｍ以上２０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下である。アルミニウム箔の純度は９９％以上が好ましい。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素、などの元素を含む合金が好ましい。一方、鉄、銅、ニッケル、クロムなどの遷移金属の含有量は１％以下にすることが好ましい。
セパレータ４としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布等を挙げることができる。中でも、ポリエチレン又はポリプロピレンからなる多孔質フィルムは、一定温度において溶融し、電流を遮断することが可能であり、安全性向上の観点から好ましい。
外装材５としては、肉厚０．２ｍｍ以下のラミネートフィルムであるとより好ましい。
ラミネートフィルムは、金属層と金属層を被覆する樹脂層とからなる多層フィルムである。軽量化のために、金属層はアルミニウム箔若しくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂層は、金属層を補強するためのものであり、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の高分子を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行うことにより成形する。
（組電池）
本実施形態の組電池について、図４〜図５を参照して説明する。
本実施形態の組電池について、図４〜図５を参照して説明する。
図４は、本実施形態の組電池の斜視模式図である。図４では、図２に例示した電池を積層し、上層の電池の正極タブ５と下層の電池の負極タブ６とを接合させることにより互いの電池を直列接続させている。
図４における電極接合箇所の拡大断面図を図５に示す。図５に示されるように、正極タブ５と負極タブ６との間には、導電性フィラー及び有機バインダーの混合物４２が介在している。溶着面Ａはスポット状に３箇所存在している。溶着面Ａでは、正極タブ５と負極タブ６とが互いに溶着している。
図５に記載の溶着面Ａに示されるように、溶着面Ａがスポット状に分散していても、アルミニウム電極タブ同士の接合部の隙間がなくなり、理想的な面接合が取れている。また、従来のアルミ表面のように酸化皮膜を形成しているタブが接触している状態ではなく、導電性フィラーがこれらの表面皮膜に食い込むように接合することで、低抵抗化が可能となる。
導電性フィラーとしては、金粉、銀粉、ニッケル粉、アルミ粉、カーボン粉およびグラファイト粉から選択されることが好ましい。アルミニウム電極タブとの接合を考慮に入れると、アルミニウムとイオン化傾向が離れている金属は腐食の観点から好ましくない。例えば、銅粉をアルミニウムに接合し、これらを樹脂バインダー介して接合すると、湿度などの影響により局部電池反応が起きるためタブの腐食が進行する可能性がある。
コストや耐腐食性を考慮に入れると、ニッケル粉、アルミ粉、カーボン紛、グラファイト粉が好ましい。低抵抗の観点からはニッケル粉及びアルミ粉が更に好ましい。
導電性フィラーは、球状粒子を含みかつフレーク状、樹状等の異なる形状のものを少なくとも１種類含むことが好ましい。これにより、導電性フィラーがより面接触し最密充填でき、効率的に低抵抗化できる。なお、樹状やフレーク状フィラーのみで導電性フィラーを構成すると、タブ接合時にフィラーが配向してしまうため、導電性が低下する懸念がある。
粒子の大きさとしては、５μｍ以上１５０μｍ以下が好ましい。５μｍ以上であると、樹脂バインダーと混合した際に、導電チャネルを形成しやすい。また１５０μｍ以下であると、電極タブ間の間隙に充填されやすい。
また、これらの導電性フィラーに、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、そのほかの熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの有機バインダーを加え、混合物とすることが好ましい。このように、導電性フィラーに有機バインダーを加えて接着性を持たせることで、電極タブ間の間隙を電気的に充填させ、かつ接合タブ同士の固定をより強固なものにすることが可能となる。
有機バインダーのうち、最も好ましいバインダーとしては、高い温度での焼成を必要としない反応型のエポキシ樹脂が挙げられ、具体的には、液状ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（化学式： HO-C6H6-CH2-C6H6-OH）とアミンアダクトタイプの硬化剤を用いて形成された硬化物が好ましい。ビスフェノールＡ型(化学式：HO-C6H6-C(CH3)2-C6H6-OH)も汎用性が高く好ましいが、ビスフェノールＦ型の方が、Ａ型よりも柔軟性のある硬化物を得ることができ、耐振動性の観点から好ましい。また、その他のエポキシ樹脂を柔軟化する場合には添加量と導電性の関係に留意しながら、エポキシ樹脂にウレタン樹脂などで変性した柔軟性付与樹脂やゴムなどの可塑剤を配合してもよい。
導電性フィラーと有機バインダーの総量に対する有機バインダーの含有率は、５％以上４５％以下とすることが好ましく、最も好ましいのは１０％以上２５％以下である。５％より有機バインダー量が少ないと、有機バインダーによる接着強度を殆ど得ることができず、４５％より多いと有機バインダーによる電気抵抗が著しく高くなるためである。一方で、１０％以上２５％以下の有機バインダー量では、有機バインダー量に対する抵抗値の増加がそれほど敏感ではなく、接着強度と導電性を両立する上で好ましい。
なお、図４では２つの単電池からなる組電池を示したが、無論、単電池の個数はいくつでもかまわない。例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載された組電池では約１００〜２００個の単電池が直列接続され、アシスト用自転車では約５〜２０個の単電池が直列接続される。上述したように、直列接続された個数が多いほど内部抵抗の問題は深刻となる。よって、多数の単電池を直列接続した組電池が搭載されたハイブリッド自動車や電気自動車では、本願の組電池は高エネルギー密度となる電源を提供でき、好ましい。
製造方法としては、アルミニウム表面の酸化皮膜を取り除く処理を行った後、混合物３７の塗布を行うことで、アルミ表面の酸化皮膜生成を抑制し低抵抗となるためこの方法が最も好ましい。が、単純に導電性フィラーを塗布した上で接合しても、タブ接合面の隙間に充填されるため、同様に低抵抗化の効果は得られる。
接合方法としては、アルミニウム電極タブ間の一部が溶着するような方法であればかまわないが、超音波溶接等のボルト、リベット等を用いた機械的な締め付けや加熱を行わない接合方法が好ましい。超音波溶接は、溶接の簡便さ、組電池の軽量化、耐振動性に優れた接合として優れている。超音波溶接を行った場合、その接合面には超音波を与える治具の痕がつく。冶具の痕は、通常、鋭利な凹凸を有するギザギザ面となる。
一方、ボルト留めの場合、アルミ表面の酸化皮膜抵抗が高く接触抵抗が高いため好ましくない。更に、電極タブをボルトのように重量が重いもので接合すると、組電池の容積や重量が増すばかりでなく、振動などの影響で接触不良を起こす可能性もある。抵抗溶接や半田付けはアルミニウム表面に強固な酸化皮膜が存在するため、接合性が悪い。また、接合時にタブを加熱してしまうことになるため、電池構成材料を損傷するおそれもあり採用困難である。レーザー溶接も接合時にタブを加熱するため、不適である。
（電池パック）
本実施の形態の電池パックについて、図６〜図７を参照して説明する。
本実施の形態の電池パックについて、図６〜図７を参照して説明する。
図６に示すように、正極及び負極ともにアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された電極タブを有する扁平型状のラミネート型リチウムイオン二次電池からなる単電池１０が積層して組電池３０を成している。それぞれの単電池１０は、正極及び負極が交互に接続されることにより直列接続されている。従来の組電池と異なり、電極タブの接合では、アルミニウム−アルミニウム間の接合が形成され、それぞれの電極タブの接合面には導電性フィラー及び有機バインダーが介されている。
組電池３０の端部となる正極タブ３５ａにも導電性フィラー及び有機バインダーが塗布され、保護回路基盤３２上の電極に接合されており、保護回路基盤３２から銅製の正極外部端子３６ａに接続されている。組電池３０のもう一方の端部となる負極タブ３５ｂにも導電性フィラー及び有機バインダー処理がなされ、負極外部端子３６ｂに接続されている。
また、各単電池の電極タブ接合部分には、電圧検出用リード線４１が接着されており（図６中では図示せず）、これらは保護回路基盤３２内の電圧検出回路３３に接合されている。
電圧検出用リード線の接着部分について、図４および図５を用いて説明する。電極タブ接合間の導電性フィラー及び有機バインダーの混合物４２の介在部分に、電圧検知用のリード線４１の金属露出部が挟み込み、接着されている。従来、アルミニウム電極タブの場合、リード線を半田付けすることが困難であった。しかし、電極タブ接合間に導電性フィラー及び有機バインダーを介在させることにより、リード線４１の金属露出部の挟み込みが可能となり、簡単に電圧検知用リードを設置させ、生産性が向上することができるようになった。
図７に電圧検出のための接続回路図を示す。各単電池１０の電極タブ接合部から出された電圧検出用リード線４１は、夫々電圧検出部３３に接続されており、最下層の単電池電圧をＶ１とし、以後同様にｎ番目の単電池電圧Ｖｎまで測定することで、各単電池電圧を監視することができる。通常、組電池を形成すると、それぞれの単電池の電圧はある程度ばらついてしまう。従って、個々の単電池の電圧異常を検知することで、個々の単電池の過充電や過放電を防止できる。さらには、過充電、過放電による加熱や単電池の特性劣化、引いてはそれに伴い生じる組電池全体の劣化を未然に防ぐことが出来る。
以下に実施例を説明するが、本発明の主旨を超えない限り、本発明は以下に掲載される実施例に限定されるものでない。
（実施例１：球状導電性フィラー）
角型扁平電池として、アルミラミネート外装材を有するリチウムイオン二次電池を用いた。この電池の正極及び負極の電極タブとして純度９９％のアルミニウム材が用いられている。タブ材の厚みは、200μｍ、幅は電池外装６０ｍｍに対して４２％とした２５ｍｍとした。
角型扁平電池として、アルミラミネート外装材を有するリチウムイオン二次電池を用いた。この電池の正極及び負極の電極タブとして純度９９％のアルミニウム材が用いられている。タブ材の厚みは、200μｍ、幅は電池外装６０ｍｍに対して４２％とした２５ｍｍとした。
タブ接合面には、導電性フィラーとして平均粒径６〜１０μｍの銀紛からなる球状粒子のみを用いた。用意した導電フィラーを２−プロパノールと混合してスラリー状にし、接合するタブの表面に塗布して、室温で１２時間乾燥した。次に、溶接は超音波溶接機を用いてタブ同士の溶接を行った。超音波接合面は、５mm角のホーンとアンビルを用いた。タブの幅方向に対して、５mm間隔で３箇所接合を行った。
このようにして直列接続された組電池に対し交流インピーダンス測定（周波数範囲 0.1 mHz〜100 KHz、交流印加電圧0.15Ｖ）を行い、電池本体の内部抵抗等、接合抵抗以外の不要な抵抗成分を除去して接続抵抗を算出し、比較した。
また、接合の耐振動性を確認するため、この組電池を加振装置に取り付け、５〜２００Ｈｚの条件でランダムにスイープさせ、組電池に対して（ｘ、ｙ、ｚ）の３方向に合計６時間振動させた。振動後の接続抵抗を同様に測定し、振動前後の抵抗の変化を調べた。
（実施例２：球状導電性フィラー＋フレーク状導電性フィラー）
実施例１と同様のリチウムイオン二次電池を用いて、２種の異なる形状を持つ導電性フィラーを適用した組電池を作成した。
実施例１と同様のリチウムイオン二次電池を用いて、２種の異なる形状を持つ導電性フィラーを適用した組電池を作成した。
球状導電性フィラーとフレーク状導電性フィラーを１：１の割合で２−プロパノールと一緒に混合し、接合するタブの表面に塗布して、室温で１２時間乾燥した。次に、実施例１と同様に、超音波溶接機を用いて電極タブ同士の溶接を行った。
作製した組電池に対して、実施例１同様の方法にて接続抵抗と耐振動性を調べた。
（実施例３：球状導電性フィラー＋フレーク状導電性フィラー＋有機バインダー）
実施例１と同様のリチウムイオン二次電池を用いて、導電性フィラーと有機バインダーとの混合物を用いて組電池を作成した。球状導電性フィラーとフレーク状導電性フィラーを１：１の割合とし、全体量に対して２０％の液状ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と混錬した。樹脂の硬化には、アミンアダクトタイプの硬化剤を用いた。室温で２４時間硬化させた。
実施例１と同様のリチウムイオン二次電池を用いて、導電性フィラーと有機バインダーとの混合物を用いて組電池を作成した。球状導電性フィラーとフレーク状導電性フィラーを１：１の割合とし、全体量に対して２０％の液状ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂と混錬した。樹脂の硬化には、アミンアダクトタイプの硬化剤を用いた。室温で２４時間硬化させた。
作製した組電池に対して、実施例１と同様の方法にて接続抵抗と耐振動性を調べた。
（比較例１）
実施例１と同様のリチウムイオン二次電池を用いて、未処理のアルミタブ同士を直接接合して構成された組電池を用意した。タブ表面は未処理の状態で、超音波溶接機を用いてタブ同士の溶接を行った。超音波接合面は、５mm角のホーンとアンビルを用いた。タブの幅方向に対して、５mm間隔で３箇所接合を行った。
実施例１と同様のリチウムイオン二次電池を用いて、未処理のアルミタブ同士を直接接合して構成された組電池を用意した。タブ表面は未処理の状態で、超音波溶接機を用いてタブ同士の溶接を行った。超音波接合面は、５mm角のホーンとアンビルを用いた。タブの幅方向に対して、５mm間隔で３箇所接合を行った。
作製した組電池に対して、実施例１と同様の方法にて接続抵抗と耐振動性を調べた。
表１には、比較例で測定された接続抵抗に対する実施例１〜３で測定された接続抵抗の比を示した。また、加振試験前に対する加振試験後の抵抗増分を示した。比較例の接続抵抗を１としたときの、実施例１〜３の抵抗値は、それぞれ１よりも小さいことから、接続抵抗が低減されている様子が分かる。
特に、粒状とフレーク状の異なる形状の導電性フィラーを混合した実施例２が最も低い接続抵抗を示し、次いで有機バインダーを含む実施例３、球状導電性フィラーのみの実施例１、比較例という順となった。
また、振動試験前後における接続抵抗の増加分から、有機バインダーを含む実施例３は、振動による影響が最も小さいことがわかる。これは、有機バインダーの弾力性により、加振後も導電性フィラーの乖離が少ないためと考えられ、低抵抗かつ耐振動性に優れた組電池を得るには、有機バインダーと組み合わせた方が好ましいことが分かった。また、比較例の場合、振動による抵抗上昇のほか、接合部分の小さな亀裂が確認された。
本実施形態によれば、複数のラミネート外装を有するリチウムイオン二次電池を直列に接続した組電池の接合方法において、導電性フィラーを介して接合することにより接触抵抗を低減することができる。このように、組電池の内部抵抗を減らすことにより、結果として高いエネルギー密度を有する組電池を提供することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。
１，８…電極群、２…正極、２ａ…正極集電体、２ｂ…正極活物質含有層、３…負極、３ａ…負極集電体、３ｂ…負極活物質含有層、４…セパレータ、５…正極タブ、６…負極タブ、７…容器、７ａ〜７ｃ…ヒートシール部、８…積層型電極群、９…金属層、１０…樹脂層、１１…熱可塑性樹脂層、１２…絶縁フィルム、２０…単電池、２１…保護ブロック、３０…組電池、３２…保護回路基盤、３３…電圧検出回路、３５ａ…正極タブ、３５ｂ…負極タブ、３６ａ…正極外部端子、３６ｂ…負極外部端子、３７…蓋、３８…収納容器、４１…リード線、４２…導電性フィラー及び有機バインダーの混合物
Claims (6)
- アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第一の電極タブを具備する第一の電池と、
アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成された帯状の第二の電極タブを具備する第二の電池と、
導電性フィラーとを備え、
前記第一の電極タブと前記第二の電極タブとは、その間に介在する導電性フィラー、および一部が互いに溶着する溶着面により電気的に接続することを特徴とする組電池。 - 前記導電性フィラーは、金粉、銀粉、ニッケル粉、アルミニウム粉、カーボン粉およびグラファイト粉から選択されることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
- 前記導電性フィラーは、球状粒子と、フレーク状粒子もしくは樹状粒子と、を含むことを特徴とする請求項１および２の何れか一項に記載の組電池。
- 前記導電性フィラーは有機バインダーと混合物を形成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の組電池。
- 前記有機バインダーはビスフェノールＦ型エポキシ樹脂の硬化物であることを特徴とする請求項４に記載の組電池。
- 前記第一の電池および前記第二の電池が互いに直列接続された請求項１乃至５の何れか一項に記載の組電池と、
前記第一の電極タブと前記第二の電極タブとの間にその一端が挟まれ、かつ前記導電性フィラーが接触することにより電気的に接続されたリードと、
前記リードの他端が電気的に接続され、前記第一の電池および前記第二の電池の電圧を検知する回路とを具備することを特徴とする電池パック。
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