JP2012142126A

JP2012142126A - 電池

Info

Publication number: JP2012142126A
Application number: JP2010292706A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Shinoda; 英明篠田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: KR20120075377A; KR101269973B1; JP5625899B2

Abstract

【課題】発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池において、電池設置後に電池に作用する様々な振動に対して、外装フィルムの密閉部とこの密閉部から外部に引き出された電極タブとの境界線近傍における応力集中を回避できる電池を提供する。
【解決手段】発電要素１１を一対の外装フィルム１２、１３によって挟むようにして覆い、両外装フィルム１２、１３の周縁部を接合することにより両外装フィルム１２、１３間に発電要素１１を密閉し、発電要素１１からの電流を送受する電極タブ１４を外装フィルム１２、１３の密閉部Ｂから外部に引き出した電池１０において、電極タブ１４は、密閉部Ｂと電極タブ１４との境界線Ｌより先端側に、電極タブ１４の面が波状に折り曲げられた蛇腹部１７を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池に関するものである。

発電要素を外装フィルムで密閉した電池（所謂、ラミネートセル）は、所望の出力を確保するために、複数集合した電池集合体（組電池）として利用される。この電池は、薄く、表面積が大きいことから、放熱性に優れている。また、電池集合体がコンパクトであることから、例えば、電池を複数多段に積層して積層方向に隣合う電池の電極タブ同士を積層接続した電池積層集合体（組電池）として、電気自動車用やハイブリッド電気自動車の二次電池として採用されつつある。

しかしながら、この種の電池積層集合体を構成する場合、電池の外装フィルムから引き出される電極タブを折り曲げて、電極タブの先端部同士を積層接合する構造となるため、外装フィルム周縁部（密閉部）に電極タブの曲げ応力が集中してしまい、外装フィルムの密閉部近傍の電極タブの破損や外装フィルムの密閉部のシール性低下などのおそれがあった。例えば、特許文献１には、このような問題を解決し得る電池が開示されている。

図４に示すように、特許文献１に記載の電池５０は、発電要素としての扁平形状の積層電極５１を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルム５２、５３の中央部に配置し、これらラミネートフィルム５２、５３によって積層電極５１の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルム５２、５３の周縁部を熱溶着により接合することにより密閉部Ｂを形成し、これらラミネートフィルム５２、５３間に積層電極５１と共に電解液を密閉したものである。

積層電極５１は、複数枚の正極板及び負極板をそれぞれセパレータを介在させつつ順次積層したものであり、各正極板が正極リードを介して正極タブ（電極タブ）５４に接続される一方で各負極板が負極リードを介して負極タブ（電極タブ）５５に接続され、これら正極タブ５４及び負極タブ５５がラミネートフィルム５２、５３の密閉部Ｂから外部に引き出されて露出している。電極タブ５４、５５には、電極タブ５４、５５とラミネートフィルム５２、５３の密閉部Ｂとの境界線Ｌよりも先端側で且つ電極タブ５４、５５の先端部より基端側に、電極タブ５４、５５の引き出し方向に沿ってスリット５６が形成されている。これにより、電極タブ５４、５５の密閉部Ｂより先端側には、その他の部位よりも剛性の低い軟弱部５７が形成されている。

この電池５０を複数多段に積層して正極タブ５４の先端部同士及び負極タブ５５の先端部同士を積層接合する場合、各電極タブ５４、５５は折り曲げられる。特に最上段の電池５０はその電極タブ５４、５５が大きく折り曲げられる結果、境界線Ｌ近傍に曲げ応力が集中してしまうおそれがある。しかしながら、この電池５０は、上述のように電極タブ５４、５５の境界線Ｌより先端側に軟弱部５７が形成されているため、境界線Ｌ近傍における応力集中を分散できる。これにより、境界線Ｌ近傍における電極タブ５４、５５の破損やラミネートフィルムの密閉部Ｂのシール性低下を回避できる。

特開２００４−８７３００号公報

上述した電池５０は、電池積層集合体を構成する際に、ラミネートフィルムの密閉部Ｂと電極タブ５４、５５との境界線Ｌ近傍における曲げ応力の集中を分散するのに効果がある。しかし、電池５０設置後に、電池５０に作用する様々な振動に対して、振動の方向、振幅及び周期の組み合わせによっては、以下に述べるように、電極タブ５４、５５による振動吸収が不十分となり、境界線Ｌ近傍における応力集中を十分に緩和することができない場合がある。

例えば、各電極タブ５４、５５は、各電極タブ５４、５５の面に直角な方向に作用する振動（縦方向振動）によって各電極タブ５４、５５の先端部に引張応力が作用した場合、各電極タブ５４、５５の引き出し方向の長さがほとんど変化しない。したがって、各電極タブ５４、５５の先端部に作用する引張応力は、各電極タブ５４、５５で減衰することなく境界線Ｌに伝達する。これにより、境界線Ｌ近傍に引張応力が集中する可能性がある。

また、各電極タブ５４、５５は、境界線Ｌと平行な方向に作用する振動（横方向振動）に対して、各電極タブ５４、５５の矩形の平面形状がほとんど変化しない。したがって、各電極タブ５４、５５の先端部に境界線Ｌと平行な方向に作用する振動は、各電極タブ５４、５５で減衰することなく境界線Ｌに伝達する。これにより、境界線Ｌ近傍にせん断応力が集中する可能性がある。

そして、電気自動車用やハイブリッド電気自動車の二次電池には、高出力・高容量の電池積層集合体が必要となることから、将来的に電池５０はさらに大型化する傾向にあり、電池５０が大型化するほど、境界線Ｌ近傍における応力集中が起こりやすくなる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池において、電池設置後に電池に作用する様々な振動に対して、外装フィルムの密閉部とこの密閉部から外部に引き出された電極タブとの境界線近傍における応力集中を回避できる電池を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

（１）本発明の電池は、発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、両該外装フィルムの周縁部を接合することにより両該外装フィルム間に該発電要素を密閉し、該発電要素からの電流を送受する電極タブを該外装フィルムの密閉部から外部に引き出した電池において、前記電極タブは、前記密閉部と該電極タブとの境界線より先端側に、該電極タブの面が波状に折り曲げられた蛇腹部を備えていることを特徴とする。

このような構成によると、電極タブは、密閉部と電極タブとの境界線より先端側に、電極タブの面が波状に折り曲げられた蛇腹部を備えている。この蛇腹部により、電極タブの面が容易に湾曲可能であると共に、電極タブの引き出し長さが変化する。ここで、電極タブの引き出し長さは、電極タブの引き出し方向に平行な両端の長さが不均等な長さとなるように変化することも可能である。これにより、電極タブの先端側から密閉部と電極タブとの境界線に伝わる曲げ応力、引張応力、圧縮応力、及びせん断応力の全てが緩和される。

したがって、電池設置後に電池に作用する様々な振動に対して、蛇腹部で振動を吸収し、密閉部と電極タブとの境界線近傍における応力集中を回避することができる。蛇腹部は、電極タブの面に直角な方向に作用する振動（縦方向振動）を吸収する効果が高いことは言うまでもないが、さらに、蛇腹部は、密閉部と電極タブとの境界線と平行な方向に作用する振動（横方向振動）を吸収することもできる。

よって、例えば、この電池を、激しい振動環境に晒される電気自動車用の二次電池として採用する場合であっても、外装フィルムの密閉部近傍の電極タブの破損や外装フィルムの密閉部のシール性低下を回避することができる。

（２）本発明の電池において、好ましくは、前記電極タブの両面のうちの少なくとも一方の面に前記密閉部と該電極タブとの前記境界線を覆う耐湿絶縁性塗膜が形成されている。

このような構成によると、耐湿絶縁性塗膜が密閉部と電極タブとの境界線を覆うように形成されているため、外装フィルムの密閉部のシール性をより確実なものとすることができる。

なお、耐湿絶縁性塗膜とは、耐湿絶縁性塗料により形成された塗膜であって、耐湿絶縁性塗料としては、各種樹脂系弾性塗料及び各種ゴム系弾性塗料を用いることができる。

（３）本発明の電池において、好ましくは、前記耐湿絶縁性塗膜は、前記蛇腹部の変形に追従し得る程度の弾性を呈し、前記密閉部と前記電極タブとの前記境界線から該蛇腹部までの間を覆う。

電極タブに蛇腹部を形成することにより、電極タブの剛性が低下するため、電池の自重や電池に作用する慣性力が大きい場合には、電池を安定して保持することが困難となる可能性がある。

ここで、本発明の構成によれば、蛇腹部の両面のうちの少なくとも一方の面に蛇腹部を覆う弾性を呈する耐湿絶縁性塗膜が形成されている。この耐湿絶縁性塗膜は、蛇腹部の剛性を補強すると共に、蛇腹部の変形に追従し且つ蛇腹部の変形を弾性復帰させるように働く。よって、本発明の構成によれば、電池をより安定して保持することが可能となる。

（４）本発明の電池において、好ましくは、前記耐湿絶縁性塗膜が樹脂塗膜である。

このような構成によると、耐湿絶縁性塗膜がゴム塗膜よりも安価な樹脂塗膜により形成されているため、電池をより安価に製造することが可能となる。

本発明によれば、発電要素を外装フィルムで被覆して密閉した電池において、電池設置後に電池に作用する様々な振動に対して、外装フィルムの密閉部とこの密閉部から外部に引き出された電極タブとの境界線近傍における応力集中を回避できる電池を提供することができる。

本実施形態の電池の積層集合体を模式的に説明する側面図である。本実施形態の電池を模式的に説明する説明図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示している。図２（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断した断面図である。従来の電池を模式的に説明する説明図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図を示している。

以下、本発明の電池の実施形態について図面を参照しつつ詳しく説明する。

図１に本実施形態の電池の積層集合体を模式的に説明する側面図を示す。また、図２に本実施形態の電池を模式的に説明する説明図を示す。ここで、図２（ａ）は電池の上面図、図２（ｂ）は電池の側面図を示している。また、図３に図２（ａ）におけるＡ−Ａ線で切断した断面図を示す。ここで、図３は本実施形態の電池の正極側の断面のみを示しているが、負極側も正極側と略同様の構造となっている。

図１に示すように、電池積層集合体１は、電池１０を複数多段に積層して各電池１０の電極タブ１４、１５同士を積層接続したものである。電池１０の積層方向は図１に示すように上下方向とするのが主流であるが、水平方向に積層されることもある。なお、本実施形態では、電池１０が並列接続により電池積層集合体１を形成しているが、電池１０を直列接続して電池集合体１を形成してもよい。電池積層集合体１は、例えば図略のケース内に納められ、配線としてのバスバー２を介して図略の入出力端子に接続されることで、組電池となるものである。なお、組電池としては、本実施形態のように１つの電池積層集合体１を備えるものに限らず、複数の電池積層集合体１をバスバー２などの配線で直列または並列または直並列に接続したものも含まれる。

図２及び３に示すように、電池積層集合体１を構成する各電池１０は、発電要素としての扁平形状の積層電極１１を、一対の外装フィルムとしてのラミネートフィルム１２、１３の中央部に配置し、これらラミネートフィルム１２、１３によって積層電極１１の両面を挟むようにして覆い、ラミネートフィルム１２、１３の周縁部を熱溶着により接合することにより密閉部Ｂを形成し、これらラミネートフィルム１２、１３間に積層電極１１と共に電解液を密閉したものである。

積層電極１１は、複数枚の正極板１１ａ及び負極板１１ｂをそれぞれセパレータ１１ｃを介在させつつ順次積層したものであり、各正極板１１ａが正極リード１１ｄを介して正極タブ（電極タブ）１４に接続される一方で各負極板１１ｂが図略の負極リードを介して負極タブ（電極タブ）１５に接続され、これら正極タブ１４及び負極タブ１５がラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂから外部に引き出されて露出している。正極タブ１４及び負極タブ１５は、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｆｅなどの金属箔によって形成することができるが、本実施形態においては、正極タブ１４をＡｌ、負極タブ１５をＮｉメッキしたＣｕ（ＮｉとＣｕの貼り合わせ材）によって形成している。

正極タブ１４及び負極タブ１５の基端部には、熱可塑性の樹脂シート１６が巻き付けられている。この樹脂シート１６がラミネートフィルム１２、１３の熱溶着時に軟化することによって、正極タブ１４及び負極タブ１５における密閉部Ｂのシール性を確保している。

そして、本実施形態の電極タブ１４、１５には、電極タブ１４、１５とラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂとの境界線Ｌよりも先端側で且つ電極タブ１４、１５の先端部より基端側に、電極タブ１４、１５の面が境界線Ｌと平行な方向に波状に折り曲げられた蛇腹部１７が形成されている。これにより、電極タブ１４、１５の密閉部Ｂより先端側には、その他の部位よりも剛性の低い軟弱部が形成されている。

また、電極タブ１４、１５の蛇腹部１７の両面には蛇腹部１７を覆うと共に弾性を呈する樹脂塗膜（耐湿絶縁性塗膜）１８が形成されている。樹脂塗膜１８は、蛇腹部１７の全面を覆い、且つ電極タブ１４、１５とラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂとの境界線Ｌを覆うように形成されている。樹脂塗膜１８は、樹脂系弾性塗料により形成された塗膜であって、樹脂塗膜１８によって蛇腹部１７の剛性が補強されている。

樹脂塗膜１８を形成するための樹脂系弾性塗料としては、例えば、電子部品のプリント基板やＦＤＰ（フラットパネルディスプレイ）の配線に塗布される耐湿絶縁性塗料を用いることができる。例えば、ＦＤＰ用耐湿絶縁性塗膜として、粘弾性２０ＭＰａ、塗膜厚み３００〜７００μｍ、透湿度２５ｇ／ｍ^２のＵＶ硬化型樹脂による塗膜を形成する場合がある。

このような本実施形態の構成によると、電極タブ１４、１５は、ラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂと電極タブ１４、１５との境界線Ｌより先端側に、電極タブ１４、１５の面が波状に折り曲げられた蛇腹部１７を備えている。この蛇腹部１７により、電極タブ１４、１５の面が容易に湾曲可能であると共に、電極タブ１４、１５の引き出し長さが変化する。ここで、電極タブ１４、１５の引き出し長さは、電極タブ１４、１５の引き出し方向に平行な各端部１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂの長さが不均等な長さとなるように変化することも可能である。例えば、各端部１４ａ、１５ａの長さが伸びて各端部１４ｂ、１５ｂの長さが縮むように変化することも可能である。

これにより、電極タブ１４、１５の先端側から密閉部Ｂと電極タブ１４、１５との境界線Ｌに伝わる曲げ応力、引張応力、圧縮応力、及びせん断応力の全てが緩和される。

したがって、電池１０設置後に電池１０に作用する様々な振動に対して、蛇腹部１７で振動を吸収し、密閉部Ｂと電極タブ１４、１５との境界線Ｌ近傍における応力集中を回避することができる。蛇腹部１７は、電極タブ１４、１５の面に直角な方向に作用する振動（縦方向振動）を吸収する効果が高いことは言うまでもないが、さらに、蛇腹部１７は、密閉部Ｂと電極タブ１４、１５との境界線Ｌと平行な方向に作用する振動（横方向振動）を吸収することもできる。

よって、例えば、この電池１０を、激しい振動環境に晒される電気自動車用やハイブリッド電気自動車の二次電池として採用する場合であっても、ラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂ近傍の電極タブ１４、１５の破損やラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂのシール性低下を回避することができる。

ここで、本実施形態の構成によれば、樹脂塗膜１８が、電極タブ１４、１５とラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂとの境界線Ｌを覆うように形成されているため、ラミネートフィルム１２、１３の密閉部Ｂのシール性をより確実なものとすることができる。

ところで、電極タブ１４、１５に蛇腹部１７を形成することにより、電極タブ１４、１５の剛性が低下するため、電池１０の自重や電池１０に作用する慣性力が大きい場合には、電池１０を安定して保持することが困難となる可能性がある。

ここで、本実施形態の構成によれば、蛇腹部１７の両面には蛇腹部１７を覆うと共に弾性を呈する樹脂塗膜１８が形成されている。この樹脂塗膜１８は、蛇腹部１７の剛性を補強すると共に、蛇腹部１７の変形に追従し且つ蛇腹部１７の変形を弾性復帰させるように働く。よって、本実施形態の構成によれば、電池１０をより安定して保持することが可能となる。

また、耐湿絶縁性塗膜として用いている樹脂塗膜１８は、弾性を呈するゴム塗膜よりも安価な耐湿絶縁性塗膜であるため、電池１０をより安価に製造することが可能となる。

なお、本発明の電池は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができることは言うまでもない。

例えば、本実施形態の図１〜３に示す蛇腹部１７の形状は一例にすぎず、蛇腹部１７の折り曲げ回数、折り曲げピッチ、及び折り曲げ高さ（山と谷の高低差）については、設計者により適宜設定することができる。

また、本実施形態においては、電極タブ１４、１５の両面に弾性を呈する樹脂塗膜１８を形成しているが、電極タブ１４、１５の両面のうちの一方の面のみに樹脂塗膜１８を形成してもよい。また、蛇腹部１７と境界線Ｌとを覆うように樹脂塗膜１８を形成しているが、蛇腹部１７には樹脂塗膜１８を形成せずに、境界線Ｌを覆う樹脂塗膜１８のみを形成してもよい。また、電極タブ１４、１５に樹脂塗膜１８が形成されていない構成とすることもできる。

また、本実施形態においては、耐湿絶縁性塗膜として弾性を呈する樹脂塗膜１８を形成しているが、耐湿絶縁性塗膜としてゴム系弾性塗料によるゴム塗膜を形成することもできる。

１０ … 電池１１ … 積層電極（発電要素）
１２、１３ … ラミネートフィルム（外装フィルム）
１４ … 正極タブ（電極タブ）１５ … 負極タブ（電極タブ）
１７ … 蛇腹部１８ … 樹脂塗膜（耐湿絶縁性塗膜）
Ｂ … 密閉部Ｌ … 境界線

Claims

発電要素を一対の外装フィルムによって挟むようにして覆い、両該外装フィルムの周縁部を接合することにより両該外装フィルム間に該発電要素を密閉し、該発電要素からの電流を送受する電極タブを該外装フィルムの密閉部から外部に引き出した電池において、
前記電極タブは、前記密閉部と該電極タブとの境界線より先端側に、該電極タブの面が波状に折り曲げられた蛇腹部を備えていることを特徴とする電池。
前記電極タブの両面のうちの少なくとも一方の面に前記密閉部と該電極タブとの前記境界線を覆う耐湿絶縁性塗膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池。
前記耐湿絶縁性塗膜は、前記蛇腹部の変形に追従し得る程度の弾性を呈し、前記密閉部と前記電極タブとの前記境界線から該蛇腹部までの間を覆うことを特徴とする請求項２に記載の電池。
前記耐湿絶縁性塗膜が樹脂塗膜であることを特徴とする請求項２又は３に記載の電池。