JP2013222655A - 電池積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で、電池セルに外力が直接加えられる可能性を低減し、安全性が向上した電池積層体を提供する。
【解決手段】複数の薄板状の電池セル１０と複数の板材２０とが交互に積み重ねられている。各電池セルは隣接する板材に固定されている。電池積層体を積層方向に沿って見たとき、板材を内包する最小面積の長方形は、電池セルから導出された正極タブ及び負極タブを含めて電池セルを内包している。
【選択図】図２

Description

本発明は複数の薄板状の電池が積み重ねられてなる電池積層体に関する。

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、自動車やバイク等の各種移動機器、携帯情報端末、無停電電源装置（ＵＰＳ（Uninterruptible Power Supply））等の電源として利用されている。このような用途において、エネルギー密度を更に向上させるため、可撓性を有するラミネートシートで発電要素を外装した薄板状のラミネート形リチウムイオン二次電池が多く使用されている。更に、所望する電池容量を得るために、複数の薄板状の二次電池（電池セル）を絶縁シートを介して積み重ねてこれらを直列に接続した電池積層体も実用されている（例えば特許文献１参照）。

特許第４４９９９７７号明細書

電池積層体は、略直方体形状の内壁で囲まれた収納空間を有する容器に収納して使用される。この状態において、容器に落下による衝撃や移動時の振動等が加えられると、その中に収納された電池セルが容器の内壁に衝突することがある。その結果、電池セルが変形し、最悪の場合、電池セルが発火したり破裂したりするという事故につながる可能性がある。

本発明は、上記の従来の問題を解決し、簡単な方法で、電池セルに外力が直接加えられる可能性を低減し、安全性が向上した電池積層体を提供することを目的とする。

本発明の電池積層体は、複数の薄板状の電池セルと複数の板材とが、電池セルと板材とが交互に配置されて積み重ねられた電池積層体である。前記複数の電池セルのそれぞれは、隣接する板材に固定されている。前記電池積層体を積層方向に沿って見たとき、前記板材を内包する最小面積の長方形は、前記電池セルから導出された正極タブ及び負極タブを含む前記電池セルを内包する。

本発明によれば、電池積層体を収納した容器に衝撃や振動が加えられても、電池セルが容器の内壁に直接衝突するのを防止することができる。その結果、衝突により電池セルが変形したり、更に電池セルが発火又は破裂したりする可能性が低減する。従って、本発明によれば、簡単な方法で安全性が向上した電池積層体を提供することができる。

図１Ａは、本発明の電池積層体を構成する電池セルの正面側から見た斜視図、図１Ｂは、その背面側から見た斜視図である。 図２は、本発明の一実施形態にかかる電池積層体を示した斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態にかかる電池積層体の積層構成を説明する分解斜視図である。 図４は、本発明の一実施形態にかかる電池積層体を示した正面図である。 図５は、本発明の電池積層体を構成する別の電池セルの正面側から見た斜視図である。 図６Ａは、本発明の電池積層体において、電池セルが固定された別の板材を示した正面図である。 図６Ｂは、本発明の電池積層体において、電池セルが固定された更に別の板材を示した正面図である。 図７Ａは、本発明の別の実施形態にかかる電池積層体の積層構成を説明する分解斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａに示した電池積層体の正面図である。

上記の本発明の電池積層体において、隣り合う電池セル間において正極タブと負極タブとを電気的に接続できるように、正極タブ及び／又は負極タブが対向する前記板材の領域に切り欠きが形成されていることが好ましい。これより、電池セルから導出された正極タブ及び負極タブを、板材を内包する最小面積の長方形からはみ出させることなく、容易に、複数の電池セルを直列に接続することができる。

上記の本発明の電池積層体において、前記板材を内包する最小面積の前記長方形の各辺は、前記正極タブ及び前記負極タブを含む前記電池セルから１ｍｍ以上はみ出していることが好ましい。これにより、電池積層体の安全性を更に向上させることができる。

以下に、本発明を好適な実施形態を示しながら詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、本発明は以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。

（電池セル）
最初に、本発明の電池積層体に使用される電池セルの概略構成を説明する。

図１Ａは、本発明の電池積層体を構成する電池セル１０の正面側から見た斜視図、図１Ｂは、その背面側から見た斜視図である。電池セル１０は、平面視形状が略矩形であり、当該略矩形の縦横寸法に比べて厚みが薄い薄板形状を有する。この電池セル１０では、ラミネートシート１３からなる外装内に、略矩形の平面視形状を有する薄板状の発電要素（図示せず）が電解液とともに封入されている。発電要素は、正極集電体の所定領域の両面に正極活物質を含む正極合剤層が塗布形成された正極と、負極集電体の所定領域の両面に負極活物質を含む負極合剤層が塗布形成された負極とが、セパレータを介して交互に積層されてなる電極積層体である。電池の種類は特に制限はないが、二次電池、中でもリチウムイオン二次電池が好ましい。

ラミネートシート１３は、発電要素に比べて薄く、且つ、可撓性を有している。ラミネートシート１３は、例えば、アルミニウム等からなる基層の、発電要素に対向する側の面に熱融着性樹脂層（例えば変性ポリオレフィン層）が積層された可撓性を有する多層シートであってもよい。１枚の矩形のラミネートシート１３が、発電要素を挟むように下辺（一方の短辺）１４ｂで二つ折りにされ、下辺１４ｂ以外の三辺に沿って重ね合わされてヒートシール法などによりシールされている。

下辺１４ｂに対向する上辺（他方の短辺）１４ａから、正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが導出されている。正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎは、短冊形状を有し、上辺１４ａに対して直交する方向（即ち、上辺１４ａに隣接する一対の側辺（長辺）１４ｓと平行な方向）に沿って延びている。正極タブ１１ｐは、例えばアルミニウムの薄板からなり、発電要素を構成する複数の正極集電体（図示せず）と電気的に接続されている。また、負極タブ１１ｎは、例えば銅の薄板、ニッケルメッキされた銅の薄板、または銅／ニッケルのクラッド材等からなり、発電要素を構成する複数の負極集電体（図示せず）と電気的に接続されている。

図１Ａに示されているように、電池セル１０の正面側では、発電要素に対応する長方形の領域１６が、電池セル１０の三辺１４ａ，１４ｓ，１４ｓに沿ったラミネートシート１３のシール領域に対して突出している。一方、図１Ｂに示されているように、電池セル１０の裏面は略一平面をなしている。本発明では、説明の便宜のために、図１Ａに示された、発電要素によって長方形の突出領域１６が形成された側の面を電池セル１０の「正面」と呼び、図１Ｂに示された略平面である側の面を電池セル１０の「裏面」と呼ぶ。

（電池積層体）
図２は、本発明の一実施形態にかかる電池積層体１を示した斜視図、図３は、電池積層体１の積層構成を説明する分解斜視図である。図２及び図３に示されているように、複数（本例では７個）の電池セル１０と複数（本例では６枚）の板材２０とが、電池セル１０と板材２０とが交互に配置されて積層されている。電池積層体１を構成する複数の電池セル１０は同一形状を有し、また、電池積層体１を構成する複数の板材２０は同一形状を有している。本発明では、電池セル１０と板材２０との交互積層方向を「積層方向」と呼ぶ。

板材２０は、全体として略長方形形状を有している。図２及び図３において、板材２０の上側の短辺の両端を除く部分に切り欠き２１が形成され、その結果、板材２０の上側に略Ｕ字状の端縁が形成されている。板材２０は、硬質の実施的に剛体と見なしうる材料からなる。例えば、ポリカーボネート等の絶縁性を有する樹脂材料、銅、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料からなることが好ましい。板材２０の厚さは、板材２０の材料などによって異なるが、０．３ｍｍ以上、更には０．５ｍｍ以上、特に０．８ｍｍ以上であることが好ましい。板材２０の厚さの上限は、電池積層体１の全体厚さ等を考慮して適宜設定しうるが、１．５ｍｍ以下、更には１．２ｍｍ以下であることが好ましい。

板材２０を挟んで隣り合う２つの電池セル１０間において異極のタブ（即ち正極タブ１１ｐと負極タブ１１ｎ）同士が積層方向に互いに対向するように、１つおきの電池セル１０は裏返されている。そして、板材２０を挟んで隣り合う電池セル１０間おいて、互いに対向する正極タブ１１ｐと負極タブ１１ｎとが、板材２０に形成された切り欠き２１を介して、電気的に接続されている。その結果、複数の電池セル１０が直列に接続されている。

各電池セル１０は、隣接する板材２０に固定されている。かくして、複数の電池セル１０及び複数の板材２０は一体化されている。固定方法は特に制限はないが、電池セル１０の正面及び裏面と板材２０との間に、両面粘着テープや接着剤を介在させて電池セル１０を板材２０に固定することができる。特に、両面粘着テープにより固定する方法は、電池積層体１の積層工程を簡単且つ迅速に行うことができるので好ましい。

図４は、電池積層体１を積層方向に沿って見た平面図である。電池積層体１を構成する全ての板材２０は、その積層方向に沿った投影図形が略一致するように、位置合わせされている。

図４において、二点鎖線２５は、板材２０を内包する最小面積の長方形を示す。以下、二点鎖線２５で示したこの長方形を、板材２０の「輪郭長方形」と呼ぶ。本実施形態では、輪郭長方形２５は、切り欠き２１が形成された部分を除いて、板材２０の外形線と一致している。図４に示されているように、電池セル１０は、その正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎを含めて、輪郭長方形２５に内包されている。即ち、電池セル１０のいずれの部分も、板材２０の輪郭長方形２５から外にはみ出していない。

上記の本実施形態の電池積層体１は、一般に、略直方体形状を有する内壁で囲まれた空間（収納空間）を有する容器内に収納され使用される。

以上のように構成された本発明の電池積層体１の効果を説明する。

上述したように、本発明の電池積層体１では、各電池セル１０は板材２０に固定されている。そして、積層方向に沿って見たとき、板材２０の輪郭長方形２５は、当該板材２０に固定された電池セル１０を内包している。従って、電池積層体１を収納した容器を落下したり振動させたりすることにより、容器内で電池積層体１が、積層方向と直交する方向に移動したとしても、電池セル１０が容器の内壁に直接衝突するのを板材２０が防止する。このように、電池セル１０に外力が直接加えられる可能性が低減するので、電池セル１０の変形や、それに起因して電池セル１０が発火したり破裂したりする可能性を低減することができる。

しかも、本発明は、電池セル１０を、当該電池セル１０を内包する大きさの板材２０に固定するという極めて簡単な手法で、電池積層体１の安全性を向上させることができる。

電池セル１０が、容器の内壁に衝突する可能性をより確実に低減するためには、図４に示したように、板材２０の輪郭長方形２５の各辺の電池セル１０からのはみ出し量（換言すれば、輪郭長方形２５の各辺からの電池セル１０の後退量）Ｄが大きい方が好ましい。はみ出し量Ｄは、板材２０の強度などに応じて適宜設定しうるが、一般には、１ｍｍ以上、更には１．５ｍｍ以上、特に２ｍｍ以上であることが好ましい。但し、はみ出し量Ｄが大きすぎると、電池積層体１の安全性のさらなる向上が得られないばかりか、電池積層体１の外寸法が大きくなる。一般には、はみ出し量Ｄは、４ｍｍ以下、更には３ｍｍ以下であることが好ましい。なお、輪郭長方形２５の各辺のはみ出し量Ｄは全ての辺で同一であってもよいが、異なっていてもよい。

なお、図２において、積層方向の両外側に配置された電池セル１０は、当該積層方向に露出しているから、容器の内壁に衝突する可能性がある。しかしながら、積層方向における電池積層体１の寸法を、容器の同方向における内寸法と略同一に設定したり、積層方向の両外側に更に板材２０を固定したりすることにより、積層方向の両外側に配置された電池セル１０が容器の内壁に直接衝突し、そのことにより有害な変形が生じる可能性を低減することは可能である。

上記の実施形態は一例に過ぎない。本発明は、上記の実施形態に限定されず、適宜変更することができる。

本発明の電池セル１０は、図１Ａ及び図１Ｂに示した構成に限定されず、任意の薄型の電池セルであってもよい。例えば、上記の電池セル１０では、１枚のラミネートシート１３が下辺１４ｂで二つ折りにされて、下辺１４ｂを除く３辺に沿ってラミネートシート１３がシールされた三方シールタイプの電池セルであったが、図５に示すように、同一サイズの長方形の２枚のラミネートシート１３で発電要素を挟み、下辺１４ｂを含む４辺に沿ってシールした四方シールタイプの電池セル１０であってもよい。

上記の電池セル１０では、共通する短辺１４ａから正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが導出されていたが、正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが一対の側辺（長辺）１４ｓのいずれか一方から導出されていてもよい。あるいは、正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが異なる辺からそれぞれ導出されていてもよい。正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎの導出位置にかかわらず、板材２０の大きさは、当該板材２０の輪郭長方形２５が正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎを含む電池セル１０を内包するように設定される。また、隣り合う電池セル間で正極タブ１１ｐと負極タブ１１ｎとを電気的に接続できるように、正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが対向する板材２０の領域に切り欠きが形成されることが好ましい。

板材２０の平面視形状も上記の実施形態に限定されない。例えば、図６Ａに示すように、電池セル１０の正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが対向する領域のみに２つの切り欠き２２ａ，２２ｂを形成し、板材２０の上側の端縁を略Ｗ字状に形成してもよい。

あるいは、図６Ｂに示すように、板材２０の上側の短辺の両端の、電池セル１０の正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが対向する領域に２つの切り欠き２３ａ，２３ｂを形成してもよい。

あるいは、図７Ａに示すように、隣り合う２つの電池セル１０の電気的に接続される正極タブ１１ｐ及び負極タブ１１ｎが対向する板材２０の領域のみに切り欠き２４を形成してもよい。この例では、上側の短辺の一方の端部のみに切り欠き２４を形成した板材２０を、一つおきに裏返して電池セル１０と積層する。図７Ｂは、このようにして形成された電池積層体１の正面図である。

板材２０を挟んで隣り合う２つの電池セル１０間で正極タブ１１ｐと負極タブ１１ｎとを電気的に接続するために、当該板材２０の辺の一部を切り落とした切り欠きを形成するのではなく、当該板材２０に貫通穴を形成してもよい。

板材２０の角部を直線状又は円弧状に切り落として、いわゆる面取りを形成してもよい。また、板材２０に、必要に応じて貫通穴を形成してもよい。

接続されないが積層方向に対向する正極タブ１１ｐと負極タブ１１ｎとが短絡するのを防止するための措置を施してもよい。このような短絡防止措置としては、特に制限はないが、例えば互いに接続された正極タブ１１ｐと負極タブ１１ｎとを絶縁材料で覆うなどの公知の方法を採用しうる。

電池積層体を構成する電池セルの数及び板材の数は、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。

本発明の利用分野は特に制限はなく、自動車、バイク、電動アシスト自転車等の各種移動機器、携帯情報端末、無停電電源装置（ＵＰＳ）等の電源に使用される電池積層体として広範囲に利用することができる。特に、衝撃や振動を受けやすい各種移動機器に搭載される電池積層体として好ましく利用することができる。

１ 電池積層体
１０ 電池セル
１１ｐ 正極タブ
１１ｎ 負極タブ
２０ 板材
２１，２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，２４ 切り欠き
２５ 板材を内包する最小面積の長方形（輪郭長方形）
Ｄ はみ出し量

Claims (3)

1. 複数の薄板状の電池セルと複数の板材とが、電池セルと板材とが交互に配置されて積み重ねられた電池積層体であって、
   前記複数の電池セルのそれぞれは、隣接する板材に固定されており、
   前記電池積層体を積層方向に沿って見たとき、前記板材を内包する最小面積の長方形は、前記電池セルから導出された正極タブ及び負極タブを含む前記電池セルを内包することを特徴とする電池積層体。
2. 隣り合う電池セル間において正極タブと負極タブとを電気的に接続できるように、正極タブ及び／又は負極タブが対向する前記板材の領域に切り欠きが形成されている請求項１に記載の電池積層体。
3. 前記板材を内包する最小面積の前記長方形の各辺は、前記正極タブ及び前記負極タブを含む前記電池セルから１ｍｍ以上はみ出している請求項１又は２に記載の電池積層体。

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