JP2010108607A - 電池パック及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的少ない部材と組立工数で異種金属端子を接続可能にする電池パック及びその製造方法を提供する。
【解決手段】正極端子を幅が１／２のファストン・タブ形状の正極タブ２に、負極端子を幅が１／２のファストン・タブ形状の負極タブ３にすることにより構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は二次電池に関し、特にリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池による、ラミネートフィルムタイプの多直多並列化に適した組電池接続構造に関する。

近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張し、なお、高性能化の検討がなされている。このような二次電池として特にリチウムイオン二次電池が注目されている。

リチウムイオン二次電池の一般的な構造は、特許文献１などに示され、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、及びバインダからなる正極活物質層をアルミニウム箔からなる正極集電体表面に形成してなる正極と、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を銅箔からなる負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフィルムからなるセパレータを介して重ね、電解液を含浸し発電素子としたものである。

小型化、軽量化のために、電解液を高分子電解質に替えたリチウムイオンポリマー電池が用いられ、また発電素子を封入する外装材としてアルミニウムなどの金属箔と高分子フィルムからなるラミネートフィルムが用いられている。

図８は、従来のラミネートフィルムを外装に用いた二次電池の一例を示す斜視図である。図９は、片側エンボス電池の側面図である。図１０は、両側エンボス電池の側面図である。図８において、発電素子をラミネートフィルム１より封入してリチウムイオン電池が構成され（特許文献１、２）、発電素子の正極に接続された正極電極１１、負極に接続された負極電極１２をそれぞれラミネートフィルム１より突出させて設けている。このとき、電池容量に合わせてラミネート材に設けるエンボスを図９のように片側だけに設ける片側エンボス電池１３、図１０のように両側に設ける両側エンボス電池１４を選択することが出来る。

特開２００５−１２９２３４号公報 特開２００３−１６２９８９号公報 特開２００４−０２２３９５号公報 特開２００４−２７３３５１号公報 特開２００４−００６１４１号公報

現在、ラミネートタイプのリチウムイオン電池を複数組み合わせて組電池とする場合、各単電池の電圧を監視する必要があるために、先に直列接続を行った組電池を作製し、後にその組電池同士を並列に繋ぐ方法が一般的であるが、リチウムイオン電池の特性上から、正極電極と負極電極の材質が違う為、組電池作製において最も一般的な方法である抵抗溶接による電池同士の異極間の接続が難しく、また電池自体が熱を嫌う為、電圧監視用の線材の接続も比較的複雑な工程を必要とする。

図１１は、片側エンボス電池の組電池積層方法の説明図である。例えば、図１１のように比較的容量の少ない、片側エンボス形状のラミネート電池を接続する場合を考えてみる。まず、溶接の難しいＡｌ材の正極電極１１に溶接性の良いＮｉ材の正極端子１５を抵抗溶接にて溶接しておく。また、Ｃｕ材の負極電極１２に溶接性の良いＮｉ材の負極端子１６を抵抗溶接にて溶接しておく。次に、電圧監視用線材１７を予め半田付け等で取り付けた１層目の片側エンボス電池２０の負極端子１６と２層目の片側エンボス電池２１の正極端子１５間を接続する端子間接続端子１８をそれぞれの電極端子に抵抗溶接により溶接する。このままでは、３層目以降の電池を積層する障害となる為、前記接続された電極端子は抵抗溶接棒に干渉しない位置まで折り返される。以後同様な作業を繰り返して単電池を積層していく。また、電極と電極端子、電極端子と端子間接続端子を接続する方法としては、抵抗溶接の他に超音波溶接、半田付け等が採用されている。

また、図１２は、両側エンボス電池の組電池積層方法の説明図である。図１２は比較的容量の大きい両側エンボスのラミネート電池を接続する場合である。この場合は、電池間の距離がある程度確保できる為、２層目の両側エンボス電池２３を反転させて２層目の両側エンボス電池２３層の正極端子１５と１層目の両側エンボス電池２２の負極端子１６を直接溶接して接続していくことが可能である。ただし、この場合も電圧監視用線材は、電池が熱を嫌う為、別の電圧監視用線材取付端子１９に取り付けたものを電極接続時に同時に溶接する必要があり、また、片側エンボスの電池同様、正極電極１１側にはＮｉ材の正極端子１５を、負極電極１２側にはＮｉ材の負極端子１６を先に溶接しておく必要もある。

前記のように異種金属の溶接の困難さなどから金属のブロックとボルトなどで挟み込み組電池を構成する方法等（特許文献３、４、５）もあるが、接続部分に大きな空間が必要であり、重量も重くなってしまう為、小型軽量というリチウムイオン電池の特性を生かせなくなることもあった。

本発明の技術的課題は、比較的少ない部材と組立工数で異種金属端子間を接続可能にする電池パック及びその製造方法を提供することである。

本発明は、発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなり、前記発電素子の正極または負極に接続された二次電池の正極端子および負極端子形状をいわゆるファストン・タブの形状にして、市販のファストン・リセプタクルにて容易に接続できる構造とした電池パックである。半田、超音波接合等を用いずに、端子を接合する方法として抜き差し自由の接続端子として、ファストン・ターミナルによる方法が広く使用されている。ファストン・ターミナルは、嵌合するファストン・タブとそれを収めるファストン・リセプタルから構成されている。

また、上記正／負極端子は、両側エンボスラミネートリチウム電池の場合、隣り合う層のラミネートリチウムイオン電池の異極タブと重ね合わせて使用することおよび、正負極タブ引き出し部のラミネート材の封止への影響から本発明のファストン・タブの幅寸法を、通常のファストン・タブの幅寸法の１／２に設定することが好ましい。特にいわゆる１８７シリーズ（系）と呼ばれるファストン・ターミナルの基準端子幅４．７５ｍｍの半分になる２．３７５ｍｍにあわせることが最も効果的である。

片側エンボスラミネートリチウムイオン電池において組電池を構成する場合、および片／両側エンボス電池どちらの場合でも最終的な正負極の出力端子部は隣り合う層の異極と重ね合わせることは無い為、正負極タブと同様の１／２幅に設定された補助タブを使用して接続を行うこととなる。

本発明によれば、発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなる電池パックの複数個を抜き差し自由な接続端子によって接続した電池パックであって、前記電池パックの正極または負極に接続された正極端子と負極端子を矩形状のタブ形状として、前記正極端子と前記負極端子を前記接続端子により前記正極端子もしくは負極端子と前記接続端子を嵌合して接続させたことを特徴とした電池パックが得られる。

本発明によれば、前記正極端子もしくは前記負極端子がファストン・タブの形状をなすことを特徴とした電池パックが得られる。

本発明によれば、前記正極端子と前記負極端子が嵌合して１つのタブ形状の端子となることを特徴とした電池パックが得られる。

本発明によれば、発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなる電池パックの複数個を抜き差し自由な接続端子によって接続した電池パックであって、前記電池パックの正極または負極に接続された正極端子と負極端子を矩形状のタブ形状として、前記正極端子と前記負極端子を前記接続端子により前記正極端子もしくは負極端子と前記接続端子を嵌合して接続させたことを特徴とする電池パックの製造方法が得られる。

本発明によれば、前記正極端子もしくは前記負極端子がファストン・タブの形状をなすことを特徴とする製造方法が得られる。

本発明によれば、前記正極端子と前記負極端子が嵌合して１つのタブ形状の端子となることを特徴とする電池パックの製造方法が得られる。

本発明により、ラミネートリチウムイオン電池の正負電極タブを幅が１／２のファストン・タブ形状にすることにより、溶接作業を必要としないため熱の発生がなく、すなわち組立工程において電池そのものに熱ストレスを与えることなく、かつ当電池の小型軽量といった特性を損なうことのない組電池を構成可能な構造の電池パック及びその製造方法の提供が可能となった。

また、部品点数の減少により、各電気的接点における接触抵抗値の低減につながり、電池パックとして通電時の発熱量の抑制効果も得られる電池パック及びその製造方法の提供が可能となった。

本発明の電池パック及びその製造方法は、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなり、前記正極または負極に接続された電極タブを有する二次電池の正極および負極タブ形状をいわゆるファストン・タブの形状にしている。

以下に、本発明の実施の形態を図面により説明する。

図１は、本発明を片側エンボス電池に適用した斜視図である。図２は、本発明を両側エンボス電池に適用した斜視図である。図１に示したように、従来の二次電池と同様に、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルム１で封入してなるリチウムイオン電池であり、片側エンボス、両側エンボス形状の電池それぞれの正極電極、負極電極に超音波溶接等の溶接により構成される正極端子、負極端子を１／２幅ファストン・タブ形状の正極タブ２と１／２幅ファストン・タブ形状の負極タブ３としたものである。この時の電極と電極端子を接続する方法としては、超音波溶接の他に抵抗接続、半田付け等により行われる。

ファストン・タブの材質としては、市販品として黄銅、または黄銅に錫メッキが多用されているが、アルミ、銅、ＳＵＳ等、または、メッキとして半田、ニッケル、金、銀等が挙げられる。このとき、１／２幅ファストン・タブ形状の正極タブ２の主材質はＡｌ、１／２幅ファストン・タブ形状の負極タブ３の主材質はＣｕが最もふさわしい。

（実施の形態１）
図３は、本発明による片側エンボス電池を組電池積層する異極間端子接続方法説明図である。図４は、本発明の端子幅を確保するための補助タブの一例の斜視図である。図５は、図３の端子間接続線に電圧監視用の線材を共締めした斜視図である。図６は、図４の補助タブを使用して外部接続線をタグに接続する斜視図である。両方の電極に、図４のような補助タブ４を嵌合し、通常のファストン・タブ幅と同等にした状態で市販のファストン・レセプタクル５を両端に取り付けた積層電池端子間接続線６を各異極に挿入することにより接続を行う。あとは積層枚数に応じて同じ作業を繰り返す。

このとき、図５のように積層電池端子間接続線６の片側に電圧監視用線材７を共に取り付けておくことも可能である。

また、最終的な出力用の正極負極も図６のように同様に補助タブ４を結合した状態でファストン・リセプタクル５を取り付けてある出力線８を挿入することで接続が可能となる。

図６は、補助タブ４の実施例のひとつである。補助タブとリチウムイオン電池側のタブ同士が、嵌合後にファストン・タブ１８７系の幅４．７５ｍｍで厚さ０．５ｍｍになるのであれば、形状に関し特に制約があるものではない。

本実施の形態１では、片側エンボス電池の正極タブと負極タブの接続に補助タブを使用する形態で説明したが、最終の出力用端子の場合を除き、補助タブを用いないで正極タブと負極タブをファストン・タブの形状にして行うことも可能である。

(実施の形態２)
図７は、本発明による両側エンボス電池を組電池積層する異極間端子接続方法説明図である。両エンボス形状の場合異極端子間の絶縁距離が取れるため電池の表裏を交互に入れ替えて隣の異極との接続を直接行うことが可能である為、片側エンボス電池の時のような補助タブを使用せず、１層目の両側エンボス電池の１／２幅ファストン・タブ形状の正極タブ２電極タブと２層目の両側エンボス電池の１／２幅ファストン・タブ形状の負極タブ３とを重ね合わせるだけで通常のファストン端子の幅と同等になる。そのとき、２つの電極タブが重ね合わさるように、片側エンボス電池の電極タブとは、少し変形させておく。ここに、前記同様ファストン・リセプタクル５を挿入し接続を行う。このとき、図５の様に、このファストン・レセプタクル５へ電圧監視用線材７を予め接続しておくことも可能である。

また、両エンボス形状の電池による組電池であっても最終の出力用端子の場合は、図６の通り前記同様に補助タブ４を使用して接続を行う。

以上のように、本発明により市販のファストン・ターミナルを使用できるようにし、比較的少ないコストと製造工数で小型軽量というリチウムイオンの特性を損なうことなく組み電池間の接続を行う構造を得ることが可能となる。

以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

本発明は、二次電池に関し、特にリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池を使用する、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器分野に利用できる。

本発明を片側エンボス電池に適用した斜視図。 本発明を両側エンボス電池に適用した斜視図。 本発明による片側エンボス電池を組電池積層する異極間端子接続方法の説明図。 本発明の端子幅を確保する為の補助タブの一例の斜視図。 図３の端子間接続線に電圧監視用の線材を共締めした斜視図。 図４補助タブを使用して外部接続線をタグに接続する斜視図 。 本発明による両側エンボス電池を組電池積層する異極間端子接続方法の説明図。 従来のラミネートフィルムを外装に用いた二次電池の一例を示す斜視図。 片側エンボス電池の側面図。 両側エンボス電池の側面図。 片側エンボス電池の組電池積層方法の説明図。 両側エンボス電池の組電池積層方法の説明図。

符号の説明

１ ラミネートフィルム
２ １／２幅ファストン・タブ形状の正極タブ
３ １／２幅ファストン・タブ形状の負極タブ
４ 補助タブ
５ ファストン・リセプタクル
６ 積層電池端子間接続線
７ 電圧監視用線材
８ 出力線
１１ 正極電極
１２ 負極電極
１３ 片側エンボス電池
１４ 両側エンボス電池
１５ 正極端子
１６ 負極端子
１７ 電圧監視用線材
１８ 端子間接続端子
１９ 電圧監視用線材取付端子
２０ １層目の片側エンボス電池
２１ ２層目の片側エンボス電池
２２ １層目の両側エンボス電池
２３ ２層目の両側エンボス電池

Claims (6)

1. 発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなる電池パックの複数個を抜き差し自由な接続端子によって接続した電池パックであって、前記電池パックの正極または負極に接続された正極端子と負極端子を矩形状のタブ形状として、前記正極端子と前記負極端子を前記接続端子により前記正極端子もしくは負極端子と前記接続端子を嵌合して接続させたことを特徴とする電池パック。
2. 前記正極端子もしくは前記負極端子がファストン・タブの形状をなすことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 前記正極端子と前記負極端子が嵌合して１つのタブ形状の端子となることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなる電池パックの複数個を抜き差し自由な接続端子によって接続した電池パックであって、前記電池パックの正極または負極に接続された正極端子と負極端子を矩形状のタブ形状として、前記正極端子と前記負極端子を前記接続端子により前記正極端子もしくは負極端子と前記接続端子を嵌合して接続させたことを特徴とする電池パックの製造方法。
5. 前記正極端子もしくは前記負極端子がファストン・タブの形状をなすことを特徴とする請求項４記載の電池パックの製造方法。
6. 前記正極端子と前記負極端子が嵌合して１つのタブ形状の端子となることを特徴とする請求項４に記載の電池パックの製造方法。

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