JP2012054197A

JP2012054197A - ラミネート電池およびその製造方法

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Publication number: JP2012054197A
Application number: JP2010197824A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Kumeuchi; 友一粂内; Takuya Hasegawa; 卓哉長谷川
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2010-09-03
Filing date: 2010-09-03
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】電気機器の多様な設計に対応可能なラミネート電池を提供する。
【解決手段】ラミネート電池は、正極および負極を備えた積層素子５と、積層素子５を覆うラミネートフィルム６と、正極に接続され、ラミネートフィルム６の外に引き出された複数の正極引出端子１ａ，１ｂと、負極に接続され、ラミネートフィルム６の外に引き出された複数の負極引出端子２ａ，２ｂと、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、正極引出端子および負極引出端子を備えたラミネート電池およびその製造方法に関する。

近年、薄くコンパクトなラミネート電池が注目されている。ラミネート電池では、正極端子および負極端子を除く電池の構成全体がフィルム等を用いたラミネート加工により封入されている。

そのラミネート電池の中でもリチウムイオン二次電池は、大容量、小型、高エネルギー密度であり、また、メモリー効果が無いという利点を有する。これらの理由により、リチウムイオン二次電池は多くの用途にわたり用いられている。リチウムイオン二次電池は、携帯電話、デジタルカメラ等の携帯機器や、電動アシスト自転車や、電動工具等の電気機器に用いられている。複数個のリチウムイオン二次電池が直列や並列に接続された電池パックや電池システムも実現されている。

図１は電池要素がラミネートフィルムで外装された一般的なラミネート電池の概略構成図である。このラミネート電池は、厚さ方向に交差する主面が矩形に形成されたリチウムイオン二次電池である。このラミネート電池では、正極引出端子１１および負極引出端子１２のそれぞれの一端がラミネートフィルムの外部に取り出され、正極引出端子１１および負極引出端子１２の他端及びそのほかの電池の構成要素がラミネートフィルム１６からなる容器に封入されている。このラミネート電池の積層型素子１５では、正極と負極とがセパレータを介して厚さ方向に交互に積層されている。

このラミネート電池では、正極引出端子１１が正極接続部１３を介して積層型素子１５の正極に接続され、負極引出端子１２が正極接続部１４を介して積層型素子１５の負極に接続されている。正極引出端子１１と負極引出端子１２とは電気的に絶縁されている。

しかし、図１に示したラミネート電池では、ラミネート電池の４辺のうちの１辺から正極引出端子１１および負極引出端子１２が引き出されているため、正極引出端子１１と負極引出端子１２との距離が短い。したがって、正極引出端子１１と負極引出端子１２との間に大きな電流が流されると、正極引出端子１１と負極引出端子１２との間の部分に絶縁破壊が起こる場合がある。すなわち、正極引出端子１１と負極引出端子１２とがショートする。

そのため、正極引出端子１１と負極引出端子１２との間に大きな電流が流される場合には、正極引出端子１１と負極引出端子１２とはなるべく遠くにあることが好ましい。

特許文献１に主面が矩形に形成され、正極引出端子と負極引出端子とがなるべく遠くに離されて配置されたラミネート電池が開示されている。このラミネート電池では、正極引出端子と負極引出端子とが互いに対向する辺からそれぞれ引き出されている。このような構成により、このラミネート電池では、正極引出端子と負極引出端子との距離が長くなるため、正極引出端子と負極引出端子とのショートを防止することが可能である。

特開２００４−１４１２３号公報

前述したように、リチウムイオン二次電池をはじめとするラミネート電池は、多くの用途にわたり用いられる。したがって、正極引出端子と負極引出端子との間に大きな電流が流されることのない場合には、正極引出端子と負極引出端子とを互いに遠くに配置させることがかえって電気機器の設計の妨げとなる場合がありうる。このような場合も含め、ラミネート電池における正極引出端子および負極引出端子の配置は、自由度が高く、電気機器の多様な設計に対応できることが好ましい。

そこで、本発明は、電気機器の多様な設計に対応可能なラミネート電池およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のラミネート電池は、正極および負極を備えた素子部と、前記素子部を覆うラミネートフィルムと、前記正極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された正極引出端子と、前記負極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された負極引出端子と、を有し、前記正極引出端子または前記負極引出端子の少なくとも一方を複数備える。また、好ましくは、前記正極引出端子または前記負極引出端子をともに複数備える。

また、上記目的を達成するため、本発明のラミネート電池の製造方法は、正極および負極を備えた素子部と、前記素子部を覆うラミネートフィルムと、前記正極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された正極引出端子と、前記負極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された負極引出端子と、を有し、前記正極引出端子または前記負極引出端子の少なくとも一方を複数備えたラミネート電池の前記正極引出端子と前記負極引出端子を少なくとも一対以上残して、他の正極引出端子と負極引出端子とを切除する。

本発明によれば、電気機器の多様な設計に対応可能なラミネート電池およびその製造方法を提供することができる。

一般的なラミネート電池の概略構成図である。本発明の一実施形態に係るラミネート電池の概略構成図である。図２に示したラミネート電池の変形例の概略構成図である。

本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るラミネート電池の概略構成図である。本実施形態に係るラミネート電池はリチウムイオン二次電池である。しかし、ラミネート電池はリチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素電池等の他のラミネート電池であってもよい。このラミネート電池は、厚さ方向に交差する主面が矩形に形成されている。

本実施形態に係るラミネート電池の素子部である積層型素子５では、正極活物質を集電体上に形成した正極と、負極活物質を集電体上に形成した負極とがセパレータを介して厚さ方向に交互に積層されている。正極は、アルミニウム箔等の金属からなる集電体にリチウムイオンの吸蔵および放出を行うＬｉＭｎ₂Ｏ₄等のリチウム金属酸化物からなる正極活物質が塗布された構成である。また、負極は、銅箔等の金属からなる集電体にリチウムイオンの吸蔵および放出を行うカーボン等の負極活物質が塗布された構成である。セパレータには、ポリプロピレン膜や、ポリプロピレン／ポリエチレン／ポリプロピレンの三層構造の多孔質膜等が用いられる。なお、本実施形態では、正極を１０枚、負極を１１枚使用した。

積層型素子５の互いに対向配置された辺には、積層型素子５の正極に接続された正極接続部３ａ，３ｂと、該正極接続部３ａ，３ｂと対をなす、積層型素子５の負極に接続された負極接続部４ａ，４ｂと、が設けられている。正極接続部３ａ，３ｂには正極引出端子１ａ，１ｂが接続され、負極接続部４ａ，４ｂには負極接続端子２ａ，２ｂが接続されている。それぞれの接続部は、正極および負極の集電体の一部と連続していてもよく、引出端子と接続する部分には活物質が形成されていないことが好ましい。

本実施形態では、正極接続部３ａ，３ｂは幅１５ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍであり、正極引出端子１ａ，１ｂは幅１５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍにアルミニウムで形成されている。正極引出端子１ａ，１ｂは正極接続部３ａ，３ｂに超音波溶接にて接続されている。また、負極接続部３ａ，３ｂは幅１５ｍｍ、厚さ０．０１ｍｍであり、負極引出端子２ａ，２ｂは幅１５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍにニッケルで形成されている。負極引出端子２ａ，２ｂは負極接続部３ａ，３ｂに超音波溶接にて接続されている。また、正極引出端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂの表面は厚さ０．１ｍｍの絶縁樹脂に被覆されている。

このラミネート電池は、正極引出端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂのそれぞれの一端がラミネートフィルムの外部に取り出されるように配置され、正極引出端子１１および負極引出端子１２の他端及びそのほかの構成が電解液とともにラミネートフィルム６によって形成された容器の内部に封入されている。すなわち、このラミネート電池は、外観上、正極端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂのみがラミネートフィルム６から引き出されている。ラミネートフィルム６としては、金属箔の両面に絶縁性を付与する加工が施されたフィルムが用いられる。本実施形態では、ラミネートフィルム６として、軽量かつ高放熱性のアルミニウム箔の両面に絶縁性を有する合成樹脂をコーティングしたものを用いている。ラミネートフィルム６からなる容器は、電解液等が漏出しないように開口部を熱溶着することで形成されている。

ラミネートフィルム６の表面の合成樹脂と、正極引出端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂの表面の絶縁樹脂と、により樹脂層が形成されている。これにより、ラミネートフィルム６の、正極引出端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂに挿通された部分も密封されている。また、正極引出端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂとラミネートフィルムのアルミ箔とは樹脂層により互いに電気的に絶縁されている。すなわち、正極引出端子１ａ，１ｂと負極引出端子２ａ，２ｂとは互いに電気的に絶縁されている。

上述したように本実施形態に係るラミネート電池は、２つの正極引出端子１ａ，１ｂおよび２つの負極引出端子２ａ，２ｂを有している。しかし、このラミネート電池では、正極端子として用いるのは２つの正極引出端子１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のみであり、負極端子として用いるのは２つの負極引出端子２ａ，２ｂのうちのいずれか一方のみである。正極端子として用いられない正極引出端子１ａ，１ｂのうちの他方は切断除去され、負極端子として用いられない負極引出端子２ａ，２ｂのうちの他方は切断除去される。

ここで、電気機器の設計上このラミネート電池の正極端子と負極端子との間に大きな電流が流れる場合を想定する。この場合には、正極端子および負極端子の選択には次に示す第１および第２のパターンが考えられる。第１のパターンは、正極端子として正極引出端子１ａを選択し、かつ負極端子として負極引出端子２ｂを選択するものである。第２のパターンは、正極端子として正極引出端子１ｂを選択し、かつ負極端子として負極引出端子２ａを選択するものである。すなわち、第１のパターンでは正極引出端子１ｂおよび負極引出端子２ａを切断除去し、第２のパターンでは正極引出端子１ａおよび負極引出端子２ｂを切断除去する。

これは、正極端子と負極端子との間に大きな電流が流れる場合、正極端子と負極端子との距離（特に沿面距離）が短いと、正極端子と負極端子との間の部分が絶縁破壊して、正極端子と負極端子とがショートする場合があるからである。すなわち、正極端子および負極端子の選択が次に示す第３および第４のパターンの場合には、正極端子と負極端子との距離が短いため、正極端子と負極端子とがショートしやすい。第３のパターンは、正極端子として正極引出端子１ａを選択し、かつ負極端子として負極引出端子２ａを選択するものである。第４のパターンは、正極端子として正極引出端子１ｂを選択し、かつ負極端子として負極引出端子２ｂを選択するものである。

次に、電気機器の設計上このラミネート電池の正極端子と負極端子との間に大きな電流が流れることのない場合を想定する。この場合には、正極端子として正極引出端子１ａ，１ｂのどちらを選択してもよく、負極端子として負極引出端子２ａ，２ｂのどちらを選択してもよい。すなわち、このラミネート電池が用いられる電気機器の設計上の都合により、正極引出端子１ａ，１ｂおよび負極引出端子２ａ，２ｂを選択することが可能である。電気機器の設計上の都合には、保護回路の配置や、配線の取り回しや、筐体内の省スペース化などが考えられる。

また、このラミネート電池では、同じ辺に設けられた端子対１ａ，２ａまたは端子対１ｂ，２ｂを選択する場合、厚さ方向に複数枚重ね合わせると、互いに隣り合うラミネート電池の正極引出端子同士、また負極引出端子同士が隣接する。そのため、この場合、全ての隣接する正極引出端子を接続し、かつ全ての負極引出端子を接続することにより容易に多並列化することが可能である。

また、このラミネート電池では、同じ辺に設けられた端子対１ａ，２ａまたは端子対１ｂ，２ｂを選択する場合、互いに隣り合うラミネート電池が互いに厚さ方向反対向きになるように厚さ方向に複数枚重ね合わせると、互いに隣り合うラミネート電池の正極引出端子と負極引出端子とが隣接する。そのため、この場合、正極引出端子と負極接続端子とを順次接続することにより容易に多直列化することも可能である。

このように、本実施形態に係るラミネート電池では、正極端子および負極端子の配置の選択が可能であるため、電気機器の多様な設計に対応可能である。

図３は図２に示したラミネート電池の変形例の概略構成図である。このラミネート電池は、正極接続部、正極引出端子、負極接続部、および負極引出端子の位置のみが図２に示したラミネート電池と異なり他の構成は図２に示したラミネート電池と同様である。

図３に示したラミネート電池の積層型素子５の正極には互いに隣接する辺に、積層型素子５の正極に接続された正極接続部３ａ，３ｃと、該正極接続部３ａ，３ｃと対をなす、積層型素子５の負極に接続された負極接続部４ａ，４ｃと、が設けられている。正極接続部３ａ，３ｃには正極引出端子１ａ，１ｃが設けられ、負極接続部４ａ，４ｃには負極接続端子２ａ，２ｂが設けられている。

図３に示したラミネート電池でも、図２に示したラミネート電池と同様に、電気機器の設計上、正極端子と負極端子との間に大きな電流が流れる場合には、正極端子および負極端子の選択には次に示す第１および第２のパターンが考えられる。第１のパターンは、正極端子として正極引出端子１ａを選択し、かつ負極端子として負極引出端子２ｃを選択するものである。第２のパターンは、正極端子として正極引出端子１ｃを選択し、かつ負極端子として負極引出端子２ａを選択するものである。これにより、正極端子と負極端子との距離を長くすることができる。

また、電気機器の設計上、このラミネート電池の正極端子と負極端子との間に大きな電流が流れることのない場合には、正極端子として正極引出端子１ａ，１ｃのどちらを選択してもよく、負極端子として負極引出端子２ａ，２ｃのどちらを選択してもよい。すなわち、このラミネート電池が用いられる電気機器の設計上の都合により、正極引出端子１ａ，１ｃおよび負極引出端子２ａ，２ｃを選択することが可能である。

なお、図２および図３にラミネート電池の正極引出端子および負極引出端子の２つの端子対の配置を例示したが、端子対の数および配置は、これらに限らない。すなわち、ラミネート電池の端子が複数設けられていれば、このラミネート電池が用いられる電気機器の設計上の都合により、正極引出端子および負極引出端子の選択が可能となるため、多様な設計に対応可能となる。

また、本実施形態では、厚さ方向に交差する主面が矩形であるラミネート電池を示したが、ラミネート電池の主面の形状はこれに限らない。ラミネート電池の主面は、多角形、円形、楕円形等、様々な形状にすることが可能である。また、ラミネート電池の主面が矩形以外の多角形である場合、複数の辺から正極引出端子および負極引出端子の端子対が引き出されていることが望ましい。

また、本実施形態では、正極引出端子と負極引出端子とが端子対をなしている例を示したが、正極引出端子と負極引出端子とは端子対をなしていなくてもよい。すなわち、ラミネート電池は、複数の正極引出端子および複数の負極引出端子を有していれば、このラミネート電池が用いられる電気機器の設計上の都合により、正極引出端子および負極引出端子の選択が可能となるため、多様な設計に対応可能となる。この場合、正極引出端子の数と負極引出端子の数とが一致している必要はない。多様な設計に対応するには、前述した通り複数の正極引出端子および複数の負極引出端子を有するのが好ましいが、正極引出端子または負極引出端子の少なくとも一方が複数の端子を有していても良い。

１ａ，１ｂ正極引出端子
２ａ，２ｂ負極引出端子
３ａ，３ｂ正極接続部
４ａ，４ｂ負極接続部
５積層型素子
６ラミネートフィルム

Claims

正極および負極を備えた素子部と、
前記素子部を覆うラミネートフィルムと、
前記正極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された正極引出端子と、
前記負極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された負極引出端子と、
を有し、
前記正極引出端子または前記負極引出端子の少なくとも一方を複数備えたラミネート電池。
正極および負極を備えた素子部と、
前記素子部を覆うラミネートフィルムと、
前記正極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された複数の正極引出端子と、
前記負極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された複数の負極引出端子と、
を有するラミネート電池。
前記正極引出端子と前記負極引出端子との端子対が引き出された複数の辺を有する、請求項１または２に記載のラミネート電池。
前記複数の辺は対向配置されている、請求項３に記載のラミネート電池。
正極および負極を備えた素子部と、
前記素子部を覆うラミネートフィルムと
前記ラミネートフィルムの外に引き出された正極引出端子と、
前記ラミネートフィルムの外に引き出された負極引出端子と、
を有し、
前記正極と前記正極引出端子とが接続される正極接続部と前記負極と前記負極引出端子とが接続される負極接続部との少なくとも一方を複数備えたラミネート電池。
正極および負極を備えた素子部と、
前記素子部を覆うラミネートフィルムと、
前記ラミネートフィルムの外に引き出された正極引出端子と、
前記ラミネートフィルムの外に引き出された負極引出端子と、
を有し、
前記正極と前記正極引出端子とが接続される正極接続部を複数備え、
前記負極と前記負極引出端子とが接続される負極接続部を複数備えた
ラミネート電池。
前記正極接続部と前記負極引出部とが引き出された複数の辺を有する、請求項５または６に記載のラミネート電池。
前記複数の辺は対向配置されている、請求項７に記載のラミネート電池。
正極および負極を備えた素子部と、
前記素子部を覆うラミネートフィルムと、
前記正極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された正極引出端子と、
前記負極に接続され、前記ラミネートフィルムの外に引き出された負極引出端子と、
を有し、
前記正極引出端子または前記負極引出端子の少なくとも一方を複数備えたラミネート電池の前記正極引出端子と前記負極引出端子を少なくとも一対以上残して、他の正極引出端子と負極引出端子とを切除する、ラミネート電池の製造方法。