JP2010080143A - 蓄電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電デバイスの外包材の熱溶着部が外部リードや外部導体等に接触して短絡するのを防止することが可能な構造を有する蓄電デバイスを提供する。
【解決手段】リチウムイオン二次電池１の外包材２０は電池要素１０を取り囲み、単一の可撓性フィルムの一方端部と他方端部とを重ね合わせることによって筒状体２７を形成している。内面層２１と外面層２３とを熱溶着することによって第１の熱溶着部２４が筒状体２７の一方の開口部２８から他方の開口部２９まで延在するように筒状体２７の外周部に形成されている。内面層２１同士を熱溶着することによって第２の熱溶着部２５が筒状体の一方と他方の開口部２８、２９に形成されている。第２の接続端子部材３２は筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９の上に延在せず、筒状体２７の外周部に沿って外方へ突出するように延在し、接続部材３３、３４は筒状体２７の外周部に設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明は、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ポリマー二次電池、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスに関するものである。

従来から、たとえば、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスに関しては、多様な用途の拡大に伴って、小型化、軽量化、薄型化、形状の自由度等の要求が高まっている。

そこで、このような要求に応えることができるように、蓄電要素を収容する可撓性の外包材を形成するために多層構造のラミネートフィルムが従来から用いられている。ラミネートフィルムは、蓄電要素に面する内面層と、中間層と、外部に面する外面層とから構成される。内面層は、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン等の耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂からなる。中間層は、たとえば、アルミニウム箔等の可撓性と強度に優れた金属箔からなる。外面層は、たとえば、ポリアミド系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂からなる。

このようなラミネートフィルムからなる外包材の中にシート状の内部電極対と電解液とを封入して、軽量かつ薄型で可撓性を有し、小型化や軽量化が可能なシート状リチウムイオン二次電池の電極引出構造が、たとえば、特開２００３−１５１５２９号公報（以下、特許文献１という）で提案されている。

図９は特許文献１に開示されたシート状リチウムイオン二次電池を示す斜視図、図１０は図９のＸ−Ｘ線における部分断面図である。なお、図１０は正極リード側の断面を示すものであるが、負極リード側も構造上は正極リード側と同じである。以下では正極リード側を中心に説明する。

図９と図１０に示すように、シート状リチウムイオン二次電池１０００では、ラミネートフィルムからなる可撓性の袋状外包体１０２０は、内面層１０２１と、中間層１０２２と、外面層１０２３とから構成される。袋状外包体１０２０は、複数のシート状の正電極と複数のシート状の負電極とをセパレータを介して交互に積層して形成されたシート状の内部電極対１０１１と、電解液とを内部に密封状態に収容する。

袋状外包体１０２０の内部には、内部電極対１０１１の各正電極を連結する正極側の内部リード１０３２と、内部電極対１０１１の各負電極を連結する負極側の内部リード（１０４２、図示せず）とが配置されている。正極側の外部リード１０３０が、袋状外包体１０２０を挟んで正極側の内部リード１０３２に相対応する袋状外包体１０２０の外側に配置され、負極側の外部リード１０４０が、袋状外包体１０２０を挟んで負極側の内部リード（１０４２）に相対応する袋状外包体１０２０の外側に配置されている。

リベット１０３１、１０４１は、それぞれ、内部リード１０３２、（１０４２）と外部リード１０３０、１０４０との間を電気的に接続するために配置されている。具体的には、リベット１０３１、１０４１は、それぞれ、袋状外包体１０２０を気密に貫通して、一端側が袋状外包体１０２０の内側に位置する内部リード１０３２、（１０４２）に接続されるとともに、他端側が袋状外包体１０２０の外側に位置する外部リード１０３０、１０４０に接続されている。

内部リード１０３２、（１０４２）と袋状外包体１０２０との間、および、外部リード１０３０、１０４０と袋状外包体１０２０との間には、リベット１０３１、１０４１が貫通する袋状外包体１０２０の貫通孔をシールするためのシール部材１０５１、１０５２が介在されている。なお、袋状外包体１０２０の周辺部にはヒートシール部（熱溶着部ともいう）１０２４が形成されている。
特開２００３−１５１５２９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたシート状リチウムイオン二次電池においては、以下のような問題が生じる恐れがある。

２枚のラミネートフィルムを重ね合わせることにより、袋状外包体１０２０の四方周辺部にはヒートシール部１０２４が形成されている。この場合、ヒートシール部１０２４の端部、すなわち、ラミネートフィルムを構成する内面層１０２１と中間層１０２２と外面層１０２３の端面が露出している。特に中間層１０２２はアルミニウム箔等の金属箔からなるので、露出している金属箔の端面が外部リード１０３０、１０４０の突出部に接触して短絡する恐れがある。

また、外部リード１０３０、１０４０の突出部の側と反対側で露出している金属箔の端面が、電池パックの外部導体等に接触して短絡する恐れがある。

そこで、この発明の目的は、上述のような従来技術の問題点に鑑みて、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスの外包材の熱溶着部が外部リードや外部導体等に接触して短絡するのを防止することが可能な構造を有する蓄電デバイスを提供することである。

この発明に従った蓄電デバイスは、蓄電要素と、蓄電要素を収容する外包材と、蓄電要素の正極および負極のそれぞれに電気的に接続された正極接続端子および負極接続端子とを備える。正極接続端子および負極接続端子のそれぞれは、外包材の内側に配置され、蓄電要素の正極および負極のそれぞれに電気的に接続された第１の接続端子部材と、外包材の外側に配置された第２の接続端子部材と、外包材を貫通し、第１および第２の接続端子部材を電気的に接続する接続部材とを含む。外包材は、蓄電要素を取り囲み、単一の可撓性フィルムの一方端部と他方端部とを重ね合わせることによって筒状体を形成している。可撓性フィルムは、蓄電要素に面する側に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層と、当該蓄電デバイスの外側に位置付けられ、合成樹脂からなる外面層と、内面層と外面層との間に介在し、金属からなる中間層とを含む。

重ね合わせられた可撓性フィルムの一方端部と他方端部にて対向する可撓性フィルムの内面層と外面層または内面層とを熱溶着することによって、第１の熱溶着部が筒状体の一方の開口部から他方の開口部まで延在するように筒状体の外周部に形成されている。筒状体の一方と他方の開口部にて対向する可撓性フィルムの内面層同士を熱溶着することによって、第２の熱溶着部が筒状体の一方と他方の開口部に形成されている。

第２の接続端子部材は、筒状体の一方と他方の開口部の上に延在せず、筒状体の外周部に沿って外方へ突出するように延在している。接続部材は、筒状体の外周部に設けられている。

このように構成された本発明の蓄電デバイスにおいては、第１の熱溶着部が、外包材によって形成された筒状体の外周部に位置付けられているので、第１の熱溶着部にて露出している可撓性フィルムの端面、特に金属からなる中間層の端面は、筒状体の外周部の上に存在する。一方、第２の接続端子部材は、筒状体の外周部に沿って外方へ突出するように延在している。このため、第１の熱溶着部にて露出している金属からなる中間層の端面に、第２の接続端子部材の突出している部分が接触するのを防止することができる。

また、本発明の蓄電デバイスにおいては、第２の熱溶着部が筒状体の一方と他方の開口部に位置付けられているので、第１の熱溶着部にて露出している可撓性フィルムの端面、特に金属からなる中間層の端面は、筒状体の一方と他方の開口部に存在する。一方、第２の接続端子部材の突出している部分は、筒状体の一方と他方の開口部の上に延在していない。このため、第２の熱溶着部にて露出している金属からなる中間層の端面に、第２の接続端子部材の突出している部分が接触するのを防止することができる。

さらに、本発明の蓄電デバイスにおいては、第１の熱溶着部は、筒状体の一方の開口部から他方の開口部まで延在するように筒状体の外周部に位置付けられているので、外包材の周辺部に存在しない。これに対して、第２の熱溶着部は、筒状体の一方と他方の開口部に位置付けられているので、外包材の周辺部に位置付けられることになるが、外包材の両端部に存在する。このため、熱溶着部は、外包材の四方周辺部の一部である両端部に存在する。これにより、電池パックの外部導体等に接触する可能性のある熱溶着部の箇所を減らすことができる。

以上のことから、蓄電デバイスの外包材の熱溶着部が第２の接続端子部材等の外部リードや外部導体に接触して短絡するのを防止することが可能になる。

この発明の蓄電デバイスにおいて、接続部材は、第１の熱溶着部に設けられていることが好ましい。

このように構成することにより、蓄電デバイスの外包材の熱溶着部が第２の接続端子部材等の外部リードや外部導体に接触して短絡するのを防止することができるだけでなく、接続部材が第１と第２の接続端子部材を介して外包材を押圧して挟持することによって、外包材の第１の熱溶着部における密着性と封止性を高めることができる。

以上のようにこの発明によれば、蓄電デバイスの外包材の熱溶着部が第２の接続端子部材等の外部リードや外部導体に接触して短絡するのを防止することが可能になる。

以下、この発明の蓄電デバイスの実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の蓄電デバイスの第１の実施の形態であるリチウムイオン二次電池の電池要素を示す断面図、図２は本発明の蓄電デバイスの第１の実施の形態であるリチウムイオン二次電池を示す平面図、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った方向から見た部分断面図である。なお、図３、図４は正極側の断面を示しているが、負極側も正極側と同様であるので、以下では正極側を中心に説明する。

図１〜図４を参照して、本発明の蓄電デバイスの一つの実施の形態であるリチウムイオン二次電池について以下に説明する。

図１に示すように、電池要素１０では、複数の短冊状の正極１１と複数の短冊状の負極１２とが、複数の短冊状のセパレータ１３を介して、交互に積層されて形成されている。

ここで、正極１１は、正極集電体１１１の両面に正極活物質１１２が積層されて形成されている。一例として、正極集電体１１１はアルミニウムからなり、正極活物質１１２はコバルト酸リチウム複合酸化物（ＬＣＯ）からなる。

一方、負極１２は、負極集電体１２１の両面に負極活物質１２２が積層されて形成されている。一例として、負極集電体１２１は銅からなり、負極活物質１２２は炭素材料からなる。

なお、複数の正極１１を構成する複数の正極集電体１１１の端部が集約された正極集端部１１３は、後述する正極接続端子３０に電気的に接続されており、複数の負極１２を構成する複数の負極集電体１２１の端部が集約された負極集端部１２３は、後述する負極接続端子４０に電気的に接続されている。

図２に示すように、蓄電デバイスの一例であるリチウムイオン二次電池１は、蓄電要素の一例として図１に示された電池要素１０を収容する外包材２０を備える。また、リチウムイオン二次電池１は、電池要素１０の正極集端部１１３に電気的に接続された正極接続端子３０と、電池要素１０の負極集端部１２３に電気的に接続された負極接続端子４０とを備える。

図３と図４に示すように、外包材２０は、電池要素１０に面する内面側に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層２１と、リチウムイオン二次電池１の外側に位置付けられた外面層２３と、内面層２１と外面層２３との間に介在し、金属からなる中間層２２とから構成される単一のフィルム、すなわち、三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層２１は、一例として、ヒートシール可能な熱可塑性樹脂であるポリプロピレンからなり、厚みが３０〜１２０μｍである。中間層２２は、一例として、アルミニウム箔またはアルミニウム合金箔からなり、厚みが３０〜５０μｍである。外面層２３は、一例として、ナイロン（登録商標）からなり、厚みが２０〜４０μｍである。

図２と図３に示すように、外包材２０は、電池要素１０を取り囲み、一枚のラミネートフィルムの一方端部と他方端部とを重ね合わせることによって扁平形状の筒状体２７を形成している。重ね合わせられたラミネートフィルムの一方端部と他方端部にて対向するラミネートフィルムの内面層２１と外面層２３とを熱溶着（ヒートシール）することによって、第１の熱溶着部２４が筒状体の一方の開口部２８から他方の開口部２９まで延在するように筒状体２７の外周部に形成されている。具体的には、図３において、上側（外側）に位置する一方の外包材２０の内面層２１と、下側（内側）に位置する他方の外包材２０の外面層２３とを熱溶着することによって、第１の熱溶着部２４が、紙面に対して垂直方向に延びるように筒状体２７の外周部の一部に形成されている。なお、この場合、内面層２１と外面層２３はともにヒートシール可能な熱可塑性樹脂（ポリプロピレンなど）からなるのが好ましい。また、この実施の形態では、図３に示すように、上側（外側）に位置する一方の外包材２０の端部は、第２の接続端子部材３２が突出する方向の側において第１の熱溶着部２４の箇所で露出しているが、この形態に限定されるものではない。例えば、図３では下側（内側）に位置する他方の外包材２０の端部を、上側（外側）に位置付けて、第２の接続端子部材３２が突出する方向の側と反対側において、すなわち、第２の接続端子部材３２の根元側において他方の外包材２０の端部が露出するようにしてもよい。

一方、図２と図４に示すように、筒状体２７の一方の開口部２８と他方の開口部２９にて対向するラミネートフィルムの内面層２１同士を熱溶着することによって、第２の熱溶着部２５が筒状体２７の一方の開口部２８と他方の開口部２９に形成されている。

このようにして外包材２０の内部に電池要素１０が収容され、外包材２０は第１の熱溶着部２４と第２の熱溶着部２５にて密封されている。ラミネートフィルムは、軽量でかつ優れた可撓性を有し、外部からの水分等に対して優れた遮断機能とシール性を有するものである。

図２〜図３に示すように、正極接続端子３０は、外包材２０の内側に配置され、電池要素１０の正極集端部１１３に電気的に接続され、板状の内部リードである第１の接続端子部材３１と、外包材２０の外側に配置された外部リードである第２の接続端子部材３２と、貫通孔２０１、２０２を通じて外包材２０を貫通するとともに、貫通孔３１１、３１２を通じて第１の接続端子部材３１を貫通し、貫通孔３２１、３２２を通じて第２の接続端子部材３２を貫通することにより、第１の接続端子部材３１および第２の接続端子部材３２を電気的に接続する二つの接続部材３３、３４とを備えている。第１の接続端子部材３１および第２の接続端子部材３２は、外包材２０を挟むように配置されている。

この実施の形態では、第２の接続端子部材３２は、図２と図４に示すように筒状体２７の一方の開口部２８の上に延在せず、図２と図３に示すように筒状体２７の外周部に沿って外方へ突出するように延在している。図２〜図４に示すように、接続部材３３、３４は、筒状体２７の外周部に設けられており、この実施の形態では、筒状体２７の外周部のうち、第１の熱溶着部２４の箇所に設けられている。

第１の接続端子部材３１には、それぞれ、平面形状が円形状の貫通孔３１１、３１２が形成されている。第２の接続端子部材３２には、それぞれ、平面形状が円形状の貫通孔３２１、３２２が形成されている。

第１の接続端子部材３１の貫通孔３１１と第２の接続端子部材３２の貫通孔３２１とが対向するとともに、第１の接続端子部材３１の貫通孔３１２と第２の接続端子部材３２の貫通孔３２２とが対向している。

接続部材３３は、芯部３３１と、芯部３３１の一方端に形成され、芯部３３１の外径よりも相対的に大きな外径を有する内側鍔部３３２と、芯部３３１の他方端に形成され、芯部３３１の外径よりも相対的に大きな外径を有する外側鍔部３３３とを有している。外側鍔部３３３は予め形成されたものであり、内側鍔部３３２は後述するかしめ止めによって形成される。

第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２は、電池要素１０の長さ方向の端部において、外包材２０を介して互いに対向するように配置されている。

なお、外包材２０の外表面に接触しない側の第２の接続端子部材３２の端部には、組電池のバスバーや外部負荷等と接続するための貫通孔３２３が形成されている。

以上のように構成されているので、接続部材３３の内側鍔部３３２および外側鍔部３３３を貫通孔３１１、３２１にそれぞれ係合させるとともに、接続部材３４の内側鍔部３４２および外側鍔部３４３を貫通孔３１２、３２２にそれぞれ係合させることにより、対向する第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２との間に外包材２０を挟持するように配置することができる。

外側鍔部３３３は、芯部３３１の端部に予め所定の大きさで形成されたものであるが、内側鍔部３３２は、後述する接続部材３３のかしめ止めにより、芯部３３１の先端部が軸方向に押し潰されることによって新たに形成されたものである。外側鍔部３３３は幅が大きく厚みが均一で外表面が平坦なのに比べると、内側鍔部３３２は幅と厚みが小さく、外表面には凹凸を有している。

芯部３３１は、かしめ止めした際に芯部３３１が軸方向に押圧されることにより、芯部３３１の直径が大きくなっている。ただし、第１の接続端子部材３１の貫通孔３１１の内径は変わらない。これは後述する第１の接続端子部材３１、第２の接続端子部材３２、および、接続部材３３、３４の材質の違いにも影響される。これにより、芯部３３１には、貫通孔３２１の近傍に直径が異なる段差部が形成される。貫通孔３２１の近傍にある第２の接続端子部材３２の部分が段差部に係合されることにより、接続部材３３と第２の接続端子部材３２との確実な接触が図られ、接触抵抗の低減に寄与することができる。

なお、第１の接続端子部材３１の材質を変えることによって第１の接続端子部材３１側の芯部にも段差部を形成することができる。

接続部材３３において外側鍔部３３３が芯部３３１と予め一体的に形成されているのに加えて、内側鍔部３３２もかしめ止めされるリベット構造であることから、芯部３３１と一体的に形成されることになり、たとえば、ボルトナット等による締結構造や樹脂等による接着構造に比べて、外表面となる外側鍔部３３３を経て外部から水分が進入するのをより効果的に防ぐことができる。これにより、正極接続端子３０の優れたシール性、導電性を実現することができる。また、接触抵抗を低減することができるとともに、熱膨張係数の違いによる熱変形を防止することができる。

第１の接続端子部材３１は、比較的厚みのある板状の部材であって、複数の正極集電体１１１の端部が集約された正極集端部１１３の厚みと同等かそれよりも大きくなるように、たとえば、０．３〜３ｍｍに設定されている。また、第１の接続端子部材３１は、正極集電体１１１と同じ材質のアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されている。

第２の接続端子部材３２は、比較的厚みのある板状の部材であって、第１の接続端子部材３１の厚みと同等で、たとえば、０．３〜３ｍｍに設定されている。また、第２の接続端子部材３２は、銅または銅合金により形成されている。なお、第２の接続端子部材３２を銅または銅合金で形成すると、高電圧下での使用における接触抵抗を低減させる上で好ましい。

接続部材３３は、芯部３３１の断面形状が円形状であって、その直径が２〜６ｍｍに設定されている。また、接続部材３３は、第１の接続端子部材３１と同じ材質のアルミニウムまたはアルミニウム合金により形成されている。

なお、接続部材３４も、接続部材３３と同様にして、芯部３４１とその両端に内側鍔部３４２および外側鍔部３４３を有している。

第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２の長手方向の寸法は、ほぼ同じであるとともに、電池要素１０の幅方向の寸法とほぼ同じである。また、第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２の幅方向の寸法は、ほぼ同じである。第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２の厚み方向の寸法もほぼ同じである。

第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２は、長さ方向に互いにずらした状態で対向されており、第２の接続端子部材３２の一方端部が外包材２０の面方向に沿って突出するように配置されている。第２の接続端子部材３２の突出した一方端部において、組電池のバスバーや外部負荷等と電気的に接続される。

このように、本発明の一つの実施の形態であるリチウムイオン二次電池１では、第２の接続端子部材３２は、外包材２０の第２の熱溶着部２５から突出して外部に引き出されたものではなく、外包材２０の主平面上からその面方向に沿って外部に引き出されたものである。

なお、図２に示される負極接続端子４０も、上述した正極接続端子３０と同様の構造を有する。図２に示すように、正極接続端子３０と同様にして、負極接続端子４０においても、第２の接続端子部材４２には、接続部材４３、４４が配置されている。外包材２０の外表面に接触しない側の第２の接続端子部材４２の端部には、組電池のバスバーや外部負荷等と電気的に接続するための貫通孔４２３が形成されている。この実施の形態では、第２の接続端子部材４２は、図２に示すように筒状体２７の他方の開口部２９の上に延在せず、図２に示すように筒状体２７の外周部に沿って外方へ突出するように延在している。図２に示すように、接続部材４３、４４は、筒状体２７の外周部に設けられている。

負極側の第１の接続端子部材（４１）（図示せず）は、比較的厚みのある板状の部材であって、複数の負極集電体１２１の端部が集約された負極集端部１２３の厚みと同等かそれよりも大きくなるように、たとえば、０．３〜３ｍｍに設定されており、負極集電体１２１と同じ材質の銅または銅合金により形成されている。また、負極側の第２の接続端子部材４２は、比較的厚みのある板状の部材であって、第１の接続端子部材（４１）の厚みと同等で、たとえば、０．３〜３ｍｍに設定されている。さらに、第２の接続端子部材４２は、銅または銅合金により形成されている。

負極側の接続部材４３、４４は、負極側の第１の接続端子部材（４１）および第２の接続端子部材４２と同じ材質の銅または銅合金で形成されている。第１の接続端子部材（４１）および第２の接続端子部材４２と接続部材４３、４４に同じ材質を用いることにより、接触抵抗を低減することができるとともに、熱膨張係数の違いによる熱変形を防止することができる。

図３と図４に示されるように、第１の接続端子部材３１、外包材２０、第２の接続端子部材３２、および、接続部材３３、３４で囲まれる空間にはシール部材５１、５２が設けられている。すなわち、第１の接続端子部材３１と外包材２０との間には、接続部材３３、３４の芯部３３１、３４１の周囲で貫通孔２０１、２０２の一部を充填するようにシール部材５１が設けられている。第２の接続端子部材３２と外包材２０との間には、接続部材３３、３４の芯部３３１、３４１の周囲で貫通孔２０１、２０２の一部を充填するようにシール部材５２が設けられている。シール部材５１、５２は外包材２０の内面層２１と同様の材質、たとえば、ポリプロピレンからなる。このシール部材５１、５２により、接続部材３３、３４の周りにおけるシール性と絶縁性を向上させることができる。

以上のように構成されたリチウムイオン二次電池１は、要約すれば、電池要素１０と、電池要素１０を収容する外包材２０と、電池要素１０の正極１１および負極１２のそれぞれに電気的に接続された正極接続端子３０および負極接続端子４０とを備える。正極接続端子３０および負極接続端子４０のそれぞれは、外包材２０の内側に配置され、電池要素１０の正極１１および負極１２のそれぞれに電気的に接続された第１の接続端子部材３１、４１と、外包材２０の外側に配置された第２の接続端子部材３２、４２と、外包材２０を貫通し、第１および第２の接続端子部材３１および３２、４１および４２を電気的に接続する接続部材３３、３４、４３、４４とを含む。外包材２０は、電池要素１０を取り囲み、単一の可撓性フィルムの一方端部と他方端部とを重ね合わせることによって筒状体２７を形成している。可撓性フィルムは、電池要素１０に面する側に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層２１と、当該リチウムイオン二次電池１の外側に位置付けられ、合成樹脂からなる外面層２３と、内面層２１と外面層２３との間に介在し、金属からなる中間層２２とを含む。

重ね合わせられた可撓性フィルムの一方端部と他方端部にて対向する可撓性フィルムの内面層２１と外面層２３とを熱溶着することによって、第１の熱溶着部２４が筒状体２７の一方の開口部２８から他方の開口部２９まで延在するように筒状体２７の外周部に形成されている。筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９にて対向する可撓性フィルムの内面層２１同士を熱溶着することによって、第２の熱溶着部２５が筒状体の一方と他方の開口部２８、２９に形成されている。

第２の接続端子部材３２、４２は、筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９の上に延在せず、筒状体２７の外周部に沿って外方へ突出するように延在している。接続部材３３、３４、４３、４４は、筒状体２７の外周部に設けられている。

このように構成されたリチウムイオン二次電池１においては、第１の熱溶着部２４が、外包材２０によって形成された筒状体２７の外周部に位置付けられているので、第１の熱溶着部２４にて露出している可撓性フィルムの端面、特に金属からなる中間層２２の端面は、筒状体２７の外周部の上に存在する。一方、第２の接続端子部材３２、４２は、筒状体２７の外周部に沿って外方へ突出するように延在している。このため、第１の熱溶着部２４にて露出している金属からなる中間層２２の端面に、第２の接続端子部材３２、４２の突出している部分が接触するのを防止することができる。

また、第２の熱溶着部２５が筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９に位置付けられているので、第１の熱溶着部２４にて露出している可撓性フィルムの端面、特に金属からなる中間層２２の端面は、筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９に存在する。一方、第２の接続端子部材３２、４２の突出している部分は、筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９の上に延在していない。このため、第２の熱溶着部２５にて露出している金属からなる中間層２２の端面に、第２の接続端子部材３２、４２の突出している部分が接触するのを防止することができる。

さらに、第１の熱溶着部２４は、筒状体２７の一方の開口部２８から他方の開口部２９まで延在するように筒状体２７の外周部に位置付けられているので、外包材２０の周辺部に存在しない。これに対して、第２の熱溶着部２５は、筒状体２７の一方と他方の開口部２８、２９に位置付けられているので、外包材２０の周辺部に位置付けられることになるが、外包材２０の両端部に存在する。このため、熱溶着部は、外包材２０の四方周辺部の一部である両端部に存在する。これにより、電池パックの外部導体等に接触する可能性のある熱溶着部の箇所を減らすことができる。

以上のことから、リチウムイオン二次電池１の外包材２０の熱溶着部が第２の接続端子部材３２、４２等の外部リードや外部導体に接触して短絡するのを防止することが可能になる。

また、この実施の形態では、接続部材３３、３４、４３、４４は、第１の熱溶着部２４に設けられている。このように構成することにより、リチウムイオン二次電池１の外包材２０の熱溶着部が第２の接続端子部材３２、４２等の外部リードや外部導体に接触して短絡するのを防止することができるだけでなく、接続部材３３、３４、４３、４４が第１と第２の接続端子部材３１、３２、４１、４２を介して外包材２０を押圧して挟持することによって、外包材２０の第１の熱溶着部２４における密着性と封止性を高めることができる。

図５は、本発明の蓄電デバイスの第２の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。

図５に示すように、第２の接続端子部材３２は、第１の熱溶着部２４が形成される箇所の筒状体２７の外周部ではなく、第１の熱溶着部２４が形成されない箇所の筒状体２７の外周部に設けられてもよい。この実施の形態では、第２の接続端子部材３２が設けられる筒状体２７の外周部と反対側の外周部に第１の熱溶着部２４が形成されている。

図６は、本発明の蓄電デバイスの第３の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。

図６に示すように、図３に示された第１の熱溶着部２４と異なった形態で第１の熱溶着部２６が形成されている。この実施の形態では、ラミネートフィルムの一方端部と、ラミネートフィルムの折り返された他方端部とを重ね合わせることにより対向するラミネートフィルムの内面層２１同士を熱溶着することによって、第１の熱溶着部２６が筒状体の一方の開口部２８から他方の開口部２９まで延在するように筒状体２７の外周部に形成されている。具体的には、図６において、上側（外側）に位置する一方の外包材２０の内側に面する内面層２１と、下側（内側）に位置し、ラミネートフィルムの端部を折り返すことによって外側に面するように位置付けられた外包材２０の内面層２１とを熱溶着することによって、第１の熱溶着部２６が、紙面に対して垂直方向に延びるように筒状体２７の外周部の一部に形成されている。そして、第２の接続端子部材３２が、第１の熱溶着部２６が形成される箇所の筒状体２７の外周部に設けられている。

図７は、本発明の蓄電デバイスの第４の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。

図７に示すように、第２の接続端子部材３２が、第１の熱溶着部２６が形成される箇所の筒状体２７の外周部ではなく、第１の熱溶着部２６が形成されない箇所の筒状体２７の外周部に設けられてもよい。この実施の形態では、第２の接続端子部材３２が設けられる筒状体２７の外周部と反対側の外周部に第１の熱溶着部２６が形成されている。

図８は、本発明の蓄電デバイスの第５の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。

図８に示すように、第２の接続端子部材３２が、第１の熱溶着部２４が形成される筒状体２７の外周部と同じ側の外周部であって、第１の熱溶着部２４が形成された箇所から離れた別の箇所の筒状体２７の外周部に設けられてもよい。なお、この場合、図８に示す第１の熱溶着部２４の箇所にて上側（外側）に位置する一方の外包材２０の端部が、下側（内側）に位置する他方の外包材２０の端部から剥離して、筒状体２７の外周部から離れて、第２の接続端子部材３２の突出する方向の側へ延在しないように留意する必要がある。

なお、図５〜図８で示される実施の形態においてその他の構成は、図１〜図４で示される第１の実施の形態と同様である。

上記の第１〜第５の実施形態では、電池要素１０は、短冊状の正極、短冊状のセパレータおよび短冊状の負極の積層体、いわゆる枚葉構造の積層体から構成されているが、長尺状のセパレータを九十九折りして、短冊状の正極と短冊状の負極とを交互に介在させることによって構成してもよい。また、電池要素の構造として、長尺状の正極、長尺状のセパレータおよび長尺状の負極を巻回してなる巻回型構造を採用してもよい。たとえば、巻回軸に沿って正極、負極の集電体の端部を互いに反対方向に引き出して、その引き出し部に上記の実施形態のような正極接続端子、負極接続端子を電気的に接続すれば、本発明の構成を適用することができる。

上記の第１〜第５の実施形態では、蓄電要素としてリチウムイオン二次電池１の電池要素１０に適用した例を説明したが、リチウム二次電池、ポリマー二次電池などの電池要素に適用してもよく、電気二重層キャパシタなどの蓄電デバイスに用いられる蓄電要素に適用してもよく、蓄電要素は特に限定されない。

図１に示されるセパレータ１３としては、特に限定されるべきものではなく、従来から公知のものを用いることができる。なお、本発明においては、セパレータは、その名称によって限定されるべきものではなく、セパレータの代わりにセパレータとしての機能（役割）を有するような固体電解質やゲル状電解質を用いてもよい。また、アルミナやジルコニアなどの無機材料を含有させたセパレータを用いてもよい。

正極活物質１１２としては、コバルト酸リチウム複合酸化物（ＬＣＯ）以外に、マンガン酸リチウム複合酸化物（ＬＭＯ）、ニッケル酸リチウム複合酸化物（ＬＮＯ）を用いてもよい。また、正極活物質１１２としてＬＮＭＣＯといった３元系材料やＬＭＮＯ，ＬＭＣＯ，ＬＮＣＯといった２元系材料を用いてもよい。さらに、正極活物質１１２は、これらの主材料を混合したものでもよい。正極活物質１１２は、ＬｉＦｅＰＯ_４といったオリビン系材料でもよい。

負極活物質１２２の炭素材料としては、グラファイトやハードカーボンなどが用いられる。また、負極活物質１２２は、これらの主材料を混合したものでもよい。負極活物質１２２はチタン酸リチウムのようなセラミックや合金系材料でもよい。

上記の第１〜第５の実施形態では、外包材２０として三層構造からなるラミネートフィルムを用いているが、外包材２０の内面層２１と中間層２２との間、中間層２２と外面層２３との間に接着層を介在させてもよい。また、中間層２２の内側に複数層からなる内面層２１を配置してもよい。中間層２２の外側に複数層からなる外面層２３を配置してもよい。中間層２２を多層構造にしてもよい。中間層２２の材質としては、水分などに対してバリア性を有し、可撓性と強度に優れた金属であればよく、ステンレス鋼、ニッケルまたはニッケル合金、銅または銅合金、鉄または鉄合金などでもよい。中間層２２としては、予め箔状または薄板状に形成されたものを用いてもよいが、薄膜やめっき層によって形成されたものでもよい。

内面層２１は、耐電解液性とヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂であればよく、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、アイオノマー等の樹脂でもよい。外面層２３は、電気絶縁性に優れた絶縁樹脂であればよく、ポリエステル（ＰＥＴなど）、その他のポリアミド等の樹脂でもよい。

上記の第１〜第５の実施形態では、正極側の第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２とは異なる材質であるが、同じ材質でもよい。たとえば、第２の接続端子部材３２の材質を第１の接続端子部材３１の材質と同様にアルミニウムまたはアルミニウム合金にした場合には、軽量化の面で有利である。

負極側の第１の接続端子部材（４１）と第２の接続端子部材４２とは同じ材質であるが、異なる材質でもよい。銅または銅合金からなる第２の接続端子部材４２の表面上にニッケルめっきや錫めっきを施してもよい。

第２の接続端子部材３２の形状については、自由な形状を採用することが可能である。上記の実施形態では、第２の接続端子部材３２の形状として、直線方向に延在する平板状を採用しているが、平板状に限定されず、外包材２０の外表面に接触しない側の端部、すなわち、図２〜図８に示される貫通孔３２３が形成される側の端部を鍵状に屈曲させたり、円弧状に湾曲させたり、あるいは、二股に分岐させたりしてもよい。また、第２の接続端子部材３２の長さ方向の寸法、幅方向の寸法、厚み方向の寸法は、図３〜図８に示されるように全体にわたって均一でなくてもよく、たとえば、どこか一箇所に肉薄部、肉厚部を形成してもよい。

第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２の長手方向の寸法、幅方向の寸法、厚み方向の寸法、これらの寸法の大小関係については、上記の実施形態に限定されず、任意に設定することができる。たとえば、第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２の材質が異なる場合には、長手方向の寸法、幅方向の寸法、または、厚み方向の寸法を第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２とで異ならせた方がよい場合もあり、これらの寸法は第１の接続端子部材３１と第２の接続端子部材３２の材質の許容電流等に応じて適宜設定される。

上記の第１〜第５の実施形態のように正極接続端子３０の第２の接続端子部材３２と負極接続端子４０の第２の接続端子部材４２とを同一方向に引き出すものに限定されず、第２の接続端子部材３２と第２の接続端子部材４２を互いに反対方向に引き出したり、非対称な方向に引き出してもよい。

接続部材３３、３４の内側鍔部３３２、３４２を第１の接続端子部材３１の貫通孔３１１、３１２に係合させる手段としては、かしめ止めに限らず、ネジやボルトナット止め、超音波溶接、レーザー溶接等の手段を採用してもよい。

第１の接続端子部材３１の内側鍔部３３２、３４２の外表面の凹凸を平坦化するために、かしめ止めした後にプレス加工してもよい。また、第１の接続端子部材３１の内側鍔部３３２、３４２の外表面にレーザー溶接、樹脂コーティング、半田付けなどを施してもよい。

上記の第１〜第５の実施形態では、正極接続端子３０側に２個の接続部材３３、３４、負極接続端子４０側に２個の接続部材４３、４４を設けているが、個数については特に限定されない。ただし、リチウムイオン二次電池１が、たとえば、激しい振動を伴う用途に用いられた場合には、振動による第２の接続端子部材３２、４２の回転を防止するためには、接続部材の数は、正極接続端子３０側、負極接続端子４０側のそれぞれにおいて、少なくとも２個以上であることが好ましい。また、接続部材３３と３４、４３と４４の間隔は、任意であるが、激しい振動にも耐えうる充分な機械的強度が得られるように適宜設定される。

上記の第１〜第５の実施形態では、芯部３３１、３４１の断面形状は円形であるが、たとえば、多角形状などでもよい。芯部３３１、３４１の断面形状が多角形状であれば、振動による接続部材３３、３４の回転を防止するのに有効である。また、芯部３３１、３４１の直径は同じでなくてもよい。

また、外包材２０の内面層２１の損傷を防止するために、第１の接続端子部材３１の表面に面取り加工や曲面加工を施しておくことが好ましい。

シール部材５１、５２は、耐電解液性とシール性に優れた熱可塑性樹脂であればよく、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド、ナイロン、アイオノマー等の樹脂でもよい。

また、シール部材５１、５２は、上記のような絶縁樹脂でもよいが、天然ゴムや合成ゴムのような弾性材料でもよい。これにより、芯部３３１、３４１の周りにおける応力緩和を図ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。

本発明の蓄電デバイスは、自動車や二輪車などの激しい振動を伴う用途で用いられるものに適している。すなわち、特許文献１の従来例に開示されるような、外包材の熱溶着されたヒートシール部から接続端子を突出させる構造、言い換えれば、外包材同士が化学的に接合されることにより、接続端子を挟持する構造では、外部からの激しい振動により、電池要素と接続端子も激しく振動し、ヒートシール部のシール性の低下が生じる恐れがある。これに対して、本発明の蓄電デバイスでは、接続端子の第１の接続端子部材と第２の接続端子部材とが機械的・電気的に接合されるとともに、第１の接続端子部材と第２の接続端子部材との間で外包材を挟持する構造であるので、外部からの激しい振動に対しても外包材を強固に保持するとともに高いシール性を維持し、かつ、簡易な構成で高い絶縁性も維持することができる。したがって、本発明の蓄電デバイスは、１００Ｖ以上の高電圧下、たとえば、５００〜１０００Ｖで用いられるのに適している。

本発明の蓄電デバイスの第１の実施の形態であるリチウムイオン二次電池の電池要素を示す断面図である。 本発明の蓄電デバイスの第１の実施の形態であるリチウムイオン二次電池を示す平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った方向から見た部分断面図である。 本発明の蓄電デバイスの第２の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。 本発明の蓄電デバイスの第３の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。 本発明の蓄電デバイスの第４の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。 本発明の蓄電デバイスの第５の実施の形態であるリチウムイオン二次電池において図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った方向から見た断面図である。 従来のシート状リチウムイオン二次電池を示す斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線における部分断面図である。

符号の説明

１：リチウムイオン二次電池、１０：電池要素、１１：正極、１２：負極、２０：外包材、２４，２６：第１の熱溶着部、２５：第２の熱溶着部、２７：筒状体、２８，２９：開口部、３０：正極接続端子、４０：負極接続端子、３１，４１：第１の接続端子部材、３２，４２：第２の接続端子部材、３３，３４，４３，４４：接続部材、１１３：正極集端部、１２３：負極集端部。

Claims (2)

1. 蓄電要素と、前記蓄電要素を収容する外包材と、前記蓄電要素の正極および負極のそれぞれに電気的に接続された正極接続端子および負極接続端子とを備えた蓄電デバイスであって、
   前記正極接続端子および前記負極接続端子のそれぞれは、前記外包材の内側に配置され、前記蓄電要素の正極および負極のそれぞれに電気的に接続された第１の接続端子部材と、前記外包材の外側に配置された第２の接続端子部材と、前記外包材を貫通し、前記第１および第２の接続端子部材を電気的に接続する接続部材とを含み、
   前記外包材は、前記蓄電要素を取り囲み、単一の可撓性フィルムの一方端部と他方端部とを重ね合わせることによって筒状体を形成しており、
   前記可撓性フィルムは、前記蓄電要素に面する側に位置付けられ、合成樹脂からなる内面層と、当該蓄電デバイスの外側に位置付けられ、合成樹脂からなる外面層と、前記内面層と前記外面層との間に介在し、金属からなる中間層とを含み、
   前記重ね合わせられた前記可撓性フィルムの一方端部と他方端部にて対向する前記可撓性フィルムの内面層と外面層または内面層とを熱溶着することによって、第１の熱溶着部が前記筒状体の一方の開口部から他方の開口部まで延在するように前記筒状体の外周部に形成され、前記筒状体の一方と他方の開口部にて対向する前記可撓性フィルムの内面層同士を熱溶着することによって、第２の熱溶着部が前記筒状体の一方と他方の開口部に形成され、
   前記第２の接続端子部材は、前記筒状体の一方と他方の開口部の上に延在せず、前記筒状体の外周部に沿って外方へ突出するように延在し、前記接続部材は、前記筒状体の外周部に設けられている、蓄電デバイス。
2. 前記接続部材は、前記第１の熱溶着部に設けられている、請求項１に記載の蓄電デバイス。

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