JP2014049343A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電極リード同士の接合部における電蝕の発生を長期間抑えることができ、電極リード同士の接合が振動によって外れることを抑えることができ、それゆえに電池間の接続の観点で信頼性の高い電池パックを提供すること。
【解決手段】実施形態によると、2つ以上の電池を備える電池パックが提供される。2つ以上の電池の各々は正極および負極を含む電極群、正極に電気的に接続された正極リード、ならびに負極に電気的に接続された負極リードを含む。正極リードおよび負極リードは室温での引張強さが100N/mm²以下であるアルミニウム材を含む。２つ以上の電池は、正極リードと負極リードとの間、正極リード間または負極リード間がアルミニウムの溶接により直接接合されることにより、電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電池パックに関する。

近年、電気自動車、電動バイク、フォークリフト、無人搬送車、無停電電源装置、電力貯蔵装置、非常用電源装置などの電源として、リチウムイオン電池の開発が盛んになっている。それに応えるため、リチウムイオン電池の開発は、電池の大型化、大容量化、高出力化および低抵抗化が要求されている。また、一方、１０年を超える寿命も要求されている。さらに、リチウムイオン電池は、電池が大型化しても振動、衝撃に十分耐えられる構造が要求される。

ここで、リチウムイオン電池１個の電圧は、上記の電動自動車などの電源として用いるには低いため、複数個の電池を直列に接続して組電池、すなわち電池モジュールを構成し、電圧を高めることが一般に行われている。電池モジュールを構成した際には、電池自体が振動、衝撃に耐えるだけでなく、電池間の接続部も耐えられる構造が要求される。

複数の電池を直列に接続するには、１つの電池の負極リードまたは正極リードと他の電池の正極リードまたは負極リードとを電気的に接続する必要がある。電池モジュールを構成する電池は、正極リードがアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、負極リードが銅またはニッケル等の、アルミニウムとは異なる材質からなっていた。異種金属からなる電極リード同士は、直接接合することが難しかったり、長期間使用している間に電蝕を生じたりする。そのため、正極リードと負極リードとを間にバスバーを介して接続していた。このため、バスバー自体の抵抗や、リードとバスバーとの間の接続抵抗等により、電池モジュール全体の抵抗が増加するという問題がある。

一方、正極リードと負極リードとを直接接続する組電池が開示されている。しかしながら、正極リードおよび負極リードの組み合わせによっては、現実には直接接続できなかったり、或いは、接続できても、振動等を与えると容易に接続が外れたり、リードが破断したりするおそれがあるものもある。

また、一方、アルミニウムまたはアルミニウム合金で形成されたリード同士を接続する際、リードの一部同士を直接溶着させると共にリード間に導電性フィラーを介在させることにより、リード同士の溶着面と導電性フィラーとによりリードを互いに接続している組電池も開示されている。しかしながら、このような組電池では、リード同士が溶着する面を接続部の一部として含んではいるが、他の部分には導電性フィラーが介在する。そのため、やはり、振動等を与えると容易に接続が外れたり、リードが破断したりする問題がある。

特開２００６−６６０８３号公報 特開２００６−７３３６８号公報 特開２００８−２３５０３０号公報 特開２０１０−１６１０４４号公報

本発明が解決しようとする課題は、電極リード同士の接合部における電蝕の発生を長期間抑えることができ、電極リード同士の接合が振動によって外れることを抑えることができ、それゆえに電池間の接続の観点で信頼性の高い電池パックを提供することにある。

実施形態によると、２つ以上の電池を備える電池パックが提供される。２つ以上の電池の各々は、正極および負極を含む電極群と、正極に電気的に接続された正極リードと、負極に電気的に接続された負極リードとを含む。正極リードは、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む。負極リードは、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む。２つ以上の電池は、正極リードと負極リードとの間、正極リード間または負極リード間がアルミニウムの溶接により直接接合されることにより、電気的に接続されている。

図１は、実施形態に係る電池パックの一部の模式的斜視図である。 図２は、図１の電池パックを構成する電池の一例を示す模式的部分切欠斜視図である。 図３は、図２に示す電池のＡ部の拡大断面図である。 図４は、図１の電池パックを構成する電池の他の一例を示す模式的部分切欠斜視図である。 図５は、比較例３の電池パックの模式的斜視図である。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同一または類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図は実施形態の説明とその理解を促すための模式図であり、その形状や寸法、比などは実際の装置と異なる点があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜設計変更することができる。

実施形態に係る電池パックは、２つ以上の電池を備える。２つ以上の電池の各々は、正極および負極を含む電極群と、正極に電気的に接続された正極リードと、負極に電気的に接続された負極リードとを含む。

正極リードは、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む。負極リードは、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む。

２つ以上の電池は、正極リードと負極リードとの間、正極リード間または負極リード間がアルミニウムの溶接により直接接合されることにより、電気的に接続されている。それにより、２つ以上の電池は組電池を構成している。

室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材としては、純アルミニウム材を使用することができる。純アルミニウム材としては、たとえば、1080純アルミニウム材、1070純アルミニウム材、1050純アルミニウム材、1100アルミニウム材、1N30純アルミニウム材および1N90純アルミニウム材などの1000系純アルミニウム材を使用することができる。

ここで、「引張強さ」は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１規定する方法で測定した、室温、具体的には１０℃〜３５℃における引張強さを意味する。

２つ以上の電池が、正極リードと負極リードとの間、正極リード間または負極リード間がアルミニウムの溶接によって直接接合されている実施形態に係る電池パックは、電極リード同士の接合がアルミニウム材同士に依るものなので、電極リード同士の接合部における電蝕の発生を長期間抑えることができる。また、実施形態に係る電池パックは、電極リード同士の接合が室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材同士の接合に依るものであるので、この電池パックに振動が加えられた場合、電極リードがその振動を吸収することができる。それゆえに、本実施形態に係る電池パックは、電極リード同士の接合が振動によって外れることを抑えることができる。

室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²より大きいアルミニウム材を含む正極リードおよび負極リードは、このような正極リードおよび負極リードを含む電池を備える電池パックに振動が加わると、その振動を吸収できない。そのため、このような電極リード同士の接合を含む電池パックは、この電池パックに振動が加わった際、電極リードの接合部が破断するおそれがある。

正極リードおよび負極リードに含まれるアルミニウム材の室温での引張強さは、４５Ｎ／ｍｍ²より大きいことが好ましい。室温での引張強さが４５Ｎ／ｍｍ²より大きいアルミニウム材を含む正極リードおよび負極リードは、電極リードとして許容できる引張耐性を有する。このような正極リードおよび負極リードを含む電池を備える電池パックは、電池間の接続信頼性をより高くすることができる。

正極リードと負極リードとの間、正極リード間または負極リード間の溶接は、たとえばレーザー溶接および抵抗溶接によって行うことができる。

正極リードおよび負極リードは厚さが０．２ｍｍ以上であることが好ましい。厚さが０．２ｍｍ以上である正極リードおよび負極リードを含む２つ以上の電池を備える電池パックは、正極リードおよび負極リードの強度が強いため、リード自体が破断しにくい。そのため、このような正極リードおよび負極リードを含む２つ以上の電池を備える電池パックは、電池間の接続信頼性をより高くすることができる。

電池容器としてラミネートフィルム製容器を用いる場合、正極リードおよび負極リードの厚さが１．０ｍｍ以下であれば、正極リードおよび負極リードを挟んだ状態でラミネートフィルムを容易に融着させることができる。よって、このような電池は、正極リードおよび負極リードを容器の外側に延伸させた状態で容器の熱シールを行うことが容易である。

以下、実施形態に係る電池パックを、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る電池パックの組電池の模式的斜視図である。図２は、図１の電池パックを構成する電池（単電池）の一例を示す模式的部分切欠斜視図である。図３は、図２に示す電池のＡ部の拡大断面図である。図４は、図１の電池パックを構成する電池の他の一例を示す模式的部分切欠斜視図である。

図１に示す電池パック１は、第１の電池（単電池）１ａと第２の電池（単電池）１ｂとを備える。図示はしていないが、図１に示す電池パック１は、たとえば各々の単電池の電圧を検知することが可能な保護回路をさらに備えていてもよい。

第１の電池１ａは、たとえば図２および図３に示す電極群２と、正極リード３ａと、負極リード４ａとを含む。

図２および図３に示す第１の電池１ａの電極群２は、複数の正極３０および複数の負極４０を含むスタック構造を有する。

正極３０は、正極集電体３１と、正極集電体３１の両面に形成された正極活物質層３２とを含む。正極活物質層３２は正極集電体３１の片面のみに形成されてもよい。正極活物質層３２は正極活物質を含む。正極集電体３１は、その上に正極活物質層３２が形成されていない部分を含み、その部分は正極集電タブ３３として機能する。

正極集電体３１としては、たとえばアルミニウム箔を使用することができる。アルミニウム箔としては、純アルミニウム箔およびアルミニウム合金箔が挙げられる。また、正極活物質としては、たとえばリチウムコバルト複合酸化物を使用することができる。

負極４０は、負極集電体４１と、負極集電体４１の両面に形成された負極活物質層４２とを含む。負極活物質層４２は負極集電体４１の片面のみに形成されてもよい。負極活物質層４２は負極活物質を含む。負極集電体４１は、負極活物質層４２が形成されていない部分を含み、その部分は負極集電タブ（図示しない）として機能する。

負極集電体４１としては、たとえばアルミニウム箔を使用することができる。また、負極活物質としては、たとえばリチウムチタン酸化物を用いることができる。

負極活物質としてリチウムチタン酸化物として用いかつ負極集電体４１としてアルミニウム箔を用いるリチウムイオン電池は、リチウムチタン酸化物のリチウム吸蔵電位が０．４Ｖ（対Ｌｉ／Ｌｉ⁺）以上であるため、リチウムとアルミニウムとの合金化反応を抑制することができる。その結果、このような電池では、合金化反応を原因とする負極集電体の微粉化を抑制することができる。

図２および図３に示す第１の電池１ａでは、複数の正極３０および複数の負極４０が間にセパレータ６を介在して交互に積層されている。ここで用いることのできるセパレータについては後述する。

図２および図３に示す第１の電池１ａでは、帯状の正極リード３ａが複数の正極３０の正極集電体３１の正極集電タブ３３に電気的に接続されている。

正極リード３ａは、先に既に説明したように、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む。

図３に示すように１つの正極リード３ａが複数の正極集電体３１の正極集電タブ３３の全てに接続されていてもよいし、または第１の電池１ａが複数の正極リード３ａを含み、その各々が正極集電体３１の１つの正極集電タブ３３に接続されていてもよい。製造コストの観点では、１つの正極リード３ａを複数の正極集電体３１の正極集電タブ３３の全てに接続することが好ましい。

一方、図示はしていないが、図２および図３に示す第１の電池１ａでは、帯状の負極リード４ａが、正極リード３ａと同様に、負極４０の負極集電体４１の負極集電タブに電気的に接続されている。

負極リード４ａは、先にすでに説明したように、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む。

正極リード３ａと同様に、１つの負極リード４ａが複数の負極集電体４１の負極集電タブの全てに接続されていてもよいし、または第１の電池１ａが複数の負極リードを含み、その各々が１つの負極集電体４１の負極集電タブに接続されていてもよい。製造コストの観点では、１つの負極リード４ａを複数の負極集電体４１の負極集電タブの全てに接続することが好ましい。

正極リード３ａと複数の正極集電体３１の正極集電タブ３３との接続は、たとえば超音波溶接により行うことができる。同様に、負極リード４ａと複数の負極集電体４１の負極集電タブとの接続は、たとえば超音波溶接により行うことができる。

図２および図３に示すこのような電極群２は、容器５内に収納されている。電極群２の正極３０に接続された正極リード３ａは、容器５から外側に延出している。一方、電極群２の負極４０に接続された負極リード４ａは、正極リード３ａが延出する方向と約１８０℃の角度をなす方向に、この容器５から外側に延出している。

図２および図３に示す容器５は、熱可塑性樹脂層５１と、金属層５２と、樹脂層５３とをこの順で積層させたラミネートフィルムから形成されている。容器５の内面に熱可塑性樹脂層５１が位置している。容器５は、１枚の上記ラミネートフィルムを折り畳んだものでもよいし、または複数枚の上記ラミネートフィルムからなるものでもよい。

また、図２および図３に示す第１の電池１ａでは、正極リード３ａおよび負極リード４ａが、それぞれ、容器５の互いに向き合う熱可塑性樹脂層５１の間に挟まれている。そして、容器５は、正極リード３ａを挟み込んだ部分および負極リード４ａを挟み込んだ部分を除くその周縁部が、互いに向き合う熱可塑性樹脂層５１の融着により熱シールされている。

また、図２および図３に示す第１の電池１ａでは、正極リード３ａおよび負極リード４ａと熱可塑性樹脂層５１との接合強度を向上させるために、正極リード３ａおよび負極リード４ａと２つの熱可塑性樹脂層５１との間に酸変性ポリオレフィンフィルム７が設けられている。この配置により、容器５のうち正極リード３ａを挟み込んだ部分および負極リード４ａを挟み込んだ部分も熱シールされている。すなわち、図２および図３に示す第１の電池１ａでは、容器５の周縁部の全てが熱シールされている。

そして、容器５は非水電解質（図示しない）を収容しており、容器５に収納された電極群２がこの非水電解質を含浸している。

以上では、図２および図３を参照しながら、スタック構造を有する電極群２を含む第１の電池１ａを説明したが、本実施形態に係る電池パックが備える電池の電極群の構造は、スタック構造に限られず、他の構造であっても構わない。

たとえば、本実施形態に係る電池パックは、図４に示すような捲回型構造を有する電極群２を含む電池１ａを備えることもできる。捲回型構造を有する電極群２を含む電池については、後述する。

図１に示す電池パック１が備える第２の電池１ｂは、第１の電池１ａと同様に、電極群２と、正極リード３ｂと、負極リード４ｂとを含む。

第２の電池１ｂの電極群２は、第１の電池１ａの電極群２と同じ構造であってもよいし、または別の構造であってもよい。

図１に示す電池パック１では、第１の電池１ａと第２の電池１ｂとが、第１の電池１ａの負極リード４ａの先端部と第２の電池１ｂの正極リード３ｂの先端部とがアルミニウムの溶接により直接接合されていることにより、電気的に接続されている。その結果、図１に示す電池パック１は、第１の電池１ａと第２の電池１ｂとからなる組電池、すなわち電池モジュールを含む。

アルミニウムの溶接は、たとえばレーザー溶接または抵抗溶接で行うことが好ましい。

図１に示す電池パック１では、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとが接合されているので、第１の電池１ａと第２の電池１ｂとは電気的に直列に接続されている。このように第１の電池１ａと第２の電池１ｂとが直列に接続された電池パック１は、高い電圧で電力を出力することができる。

図１に示す電池パック１の正極、負極、セパレータおよび非水電解質には、たとえば以下のものを使用することができる。

＜正極３０＞
正極３０は、たとえば以下のようにして作製することができる。

まず、正極活物質、たとえばリチウムコバルト複合酸化物に結着剤を添加し、これらを適当な溶媒中に懸濁して懸濁液を得る。結着剤としては、たとえばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）、フッ素系ゴムなどを用いることができる。導電性を高めるために、導電剤を懸濁液にさらに添加してもよい。導電剤としては、たとえばアセチレンブラック、カーボン、黒鉛などを用いることができる。

次に、このようにして得られた懸濁液を正極集電体、たとえばアルミニウム箔の両面に塗布する。懸濁液の塗布は、懸濁液が塗布されない部分が集電体に残るように行う。

次に、正極活物質を両面に担持した集電体を乾燥し、その後プレスする。こうすることによって、正極集電タブ３３を含む正極集電体３１と、正極集電体３１の両面に形成された正極活物質を含む正極活物質層３２とを含む正極３０を得ることができる。

正極３０における正極活物質、導電剤および結着剤の配合比は、正極活物質７０〜９６重量％、導電剤２〜２８％、結着剤２〜２８重量％の範囲にすることが好ましい。導電剤の量が２重量％未満であると、集電性の欠如により大電流特性が低下する恐れがある。しかしながら、電極活物質の導電性が非常に高い場合、導電剤が不要な場合がある。その場合には上記配合比は結着剤２〜２９重量％とするのが好ましい。結着剤の量が２重量％未満であると、活物質含有層と集電体との結着性の欠如によりサイクル性能が低下するおそれがある。一方、高容量化の観点から、導電剤および結着剤の量は各々２８重量％以下であることが好ましい。

＜負極４０＞
負極４０は、たとえば以下のようにして作製することができる。

まず、負極活物質、たとえばリチウムチタン酸化物に結着剤を添加し、これらを適当な溶媒中に懸濁して懸濁液を得る。結着剤および任意の導電剤としては、正極３０の作製に用いることができるものを同様に用いることができる。

次に、このようにして得られた懸濁液を集電体、たとえばアルミニウム箔の両面に塗布する。懸濁液の塗布は、懸濁液が塗布されない部分が集電体に残るように行う。

次に、負極活物質を両面に担持した集電体を乾燥し、その後プレスする。こうすることによって、負極集電タブを含む負極集電体４１と、負極集電体４１の両面に形成された負極活物質を含む負極活物質層４２とを含む負極４０を得ることができる。

負極４０における負極活物質、導電剤および結着剤の配合比は、正極３０における配合比のそれと同様の範囲内で設定することができる。

＜セパレータ６＞
セパレータ６としては、たとえば多孔質セパレータを用いることができる。多孔質セパレータとしては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース、またはポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）を含む多孔質フィルム、合成樹脂製不織布を挙げることができる。中でも、ポリエチレンあるいはポリプロピレンまたは両者からなる多孔質フィルムは、電池の安全性を向上できるため好ましい。

＜非水電解質＞
非水電解質としては、非水電解液を用いることができる。非水電解液は、たとえば、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される。また、非水電解液として、リチウムイオンを含有した常温溶融塩も用いることができる。

電解質としては、たとえば、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ₄）、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ₆）、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ₄）、六フッ化砒素リチウム（ＬｉＡｓＦ₆）、トリフルオロメタスルホン酸リチウム（ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃）、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム［ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂］などのリチウム塩が挙げられる。電解質は、有機溶媒に対して、０．５〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲で溶解させることが好ましい。

有機溶媒としては、たとえば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）などの環状カーボネート、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）などの鎖状カーボネート、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、２メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨＦ）などの環状エーテル、ジメトキシエタン（ＤＭＥ）などの鎖状エーテル、γ−ブチロラクトン（ＢＬ）、アセトニトリル（ＡＮ）、スルホラン（ＳＬ）等を挙げることができる。これらの有機溶媒は、単独または２種以上の混合物の形態で用いることができる。

常温溶融塩とは、常温において少なくとも一部が液状を呈する塩をいい、常温とは電源が通常作動すると想定される温度範囲をいう。電源が通常作動すると想定される温度範囲とは、上限が１２０℃程度、場合によっては６０℃程度であり、下限は−４０℃程度、場合によっては−２０℃程度である。

常温溶融塩はリチウム塩と有機物カチオンの組み合わせからなる。リチウム塩としては、リチウム電池に一般的に利用されているような、広い電位窓を有するリチウム塩が用いられる。たとえば、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂，ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂），ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃）などを挙げられるが、これらの限定されるものではない。これらは、単独で用いても、２種類以上を混合して用いても良い。

リチウム塩の含有量は、０．１〜３．０ｍｏｌ／Ｌであること、特に、１．０〜２．０ｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。リチウム塩の含有量を０．１ｍｏｌ／Ｌ以上にすることによって、電解質の抵抗が小さくなり、大電流・低温放電性能が向上され、３．０ｍｏｌ／Ｌ以下にすることによって、電解質の融点が低下して常温で液状を保つことが可能となる。

以上説明した実施形態では、たとえば以下に示すような様々な変形が可能である。

以上では、図１を参照しながら、直列に接続された第１の電池１ａおよび第２の電池１ｂを備えた電池パック１を説明した。しかしながら、実施形態に係る電池パックは、必要に応じて、２つよりも多くの電池を備えることもできる。また、これらの電池の接続状態は、直列には限られず、並列であってもよいし、または直列および並列の任意の組み合わせであってもよい。

また、上で説明したように、電池パック１が備える電池１ａ（１ｂ）が含む電極群２は、図２および図３に示すようなスタック型構造だけでなく、図４に示すような捲回型構造を有していてもよい。

図４に示す電池１ａ（１ｂ）の捲回型の電極群２は、正極３０と負極４０とをその間にセパレータ６を介在させて偏平形状に捲回したものである。正極３０は、帯状の正極集電体（図示しない）と、正極集電体の長辺に平行な一端部からなる正極集電タブ（図示しない）と、少なくとも正極集電タブの部分を除いて正極集電体上に形成された正極活物質含有層（図示しない）とを含む。一方、負極４０は、帯状の負極集電体（図示しない）と、負極集電体の長辺に平行な一端部からなる負極集電タブ（図示しない）と、少なくとも負極集電タブの部分を除いて負極集電体上に形成された負極活物質含有層（図示しない）とを含む。

このような捲回型の電極群２は、正極３０と負極４０とをその間にセパレータ７を介在させて偏平形状に捲回したものを、プレスすることによって得ることができる。なお、プレスは熱プレスで行うこともできるし、または加熱をしないプレスによって行うこともできる。また、正極３０、負極４０およびセパレータ６は、接着性を有する高分子により一体化させてもよい。

正極集電タブおよび負極集電タブは、それぞれ、正極リード３ａおよび負極リード４ａに接続されている。電極集電タブと電極リードの接続は、たとえば超音波溶接によって行うことができる。

また、以上では、電極群２がラミネートフィルムからなる容器５に収納された電池、すなわちラミネート型セルを備える電池パック１について説明した。しかしながら、実施形態に係る電池パックは、電極群が金属容器内に収容された電池を備えることもできるし、またはこのような電池とラミネート型セルとを組み合わせて備えることもできる。

以上説明した実施形態に係る電池パックは、リードの接合がアルミニウム材同士に依るものなので、接合部における電蝕の発生を長期間抑えることができる。また、電池パックは、室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材同士の接合を含んでいるので、電池パックに振動が加えられた場合、電極リードがその振動を吸収することができる。それゆえに、本実施形態に係る電池パックは、リード同士の接合が振動によって外れることを抑えることができる。

（実施例）
以下に実施例を説明する。

（実施例１）
実施例１では、図１〜図３に示した電池パックと同様の構造を有する電池パックを製造した。すなわち、本例で製造した電池パック１は、第１の電池１ａおよび第２の電池１ｂを備える。

第１の電池１ａは、電極群２と、正極リード３ａと、負極リード４ａと、電極群２が収納されている容器５とを含む。第２の電池１ｂは、電極群２と、正極リード３ｂと、負極リード４ｂと、電極群２が収納されている容器５とを含む。第１の電池１ａおよび第２の電池１ｂの電極群２は、複数の正極３０および負極４０をセパレータを介在させて交互に積層した、いわゆるスタック型構造を有する。

（第１の電池１ａの作製）
以下のようにして、第１の電池１ａを作製した。

（正極３０の作製）
正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物ＬｉＣｏＯ₂を用意した。この正極活物質と導電剤と結着剤とを溶媒に加えてスラリーとした。このようにして得られたスラリーを集電体としてのアルミニウム箔の両面に、正極集電タブ３３に対応する部分を除いて塗布した。次に、スラリーを塗布した正極集電体３１を乾燥し、その後プレスすることによって、正極３０を作製した。

このようにして作製した正極３０は、正極集電体３１と、正極集電体３１の両面に担持されかつ正極活物質を含む正極活物質層３２とを含んでいた。また、正極集電体３１は、表面に正極活物質層３２が形成されていない部分を含み、この部分は正極集電タブ３３として機能する部分であった。

（負極４０の作製）
負極活物質としてスピネル型リチウムチタン酸化物Ｌｉ₄Ｔｉ₅Ｏ₁₂を用意した。この負極活物質と導電剤と結着剤とを溶媒に加えてスラリーとした。このようにして得られたスラリーを集電体としてのアルミニウム箔の両面に、負極集電タブに対応する部分を除いて塗布した。次に、スラリーを塗布した負極集電体４１を乾燥し、その後プレスすることによって、負極４０を作製した。

このようにして作製した負極４０は、負極集電体４１と、負極集電体４１の両面に担持され、負極活物質を含む負極活物質層４２とを含み、負極集電体４１は、表面に負極活物質層４２が形成されていない部分を含み、この部分は負極集電タブとして機能する部分であった。

（電極群２の作製）
上記のように作製した複数の正極３０および負極４０を、間にセパレータ６を介して交互に積層した。セパレータ６には、ポリエチレンを用いた。また、正極３０および負極４０の積層は、正極集電タブ３３と負極集電タブとが互いに反対方向に電極群２から突出するように行った。

（正極リードおよび負極リードの接続）
次に、電極群２の複数の正極３０の正極集電体３１の正極集電タブ３３を、１つにまとめた状態で、超音波溶接により正極リード３ａに接続した。

正極リード３ａとしては、室温での引張強さが７０Ｎ／ｍｍ²であり、厚さが０．４ｍｍのアルミニウムの板を帯状に裁断したものを用いた。

一方、電極群２の複数の負極４０の負極集電体４１の負極集電タブを、１つにまとめた状態で、超音波溶接により負極リード４ａに接続した。

負極リード４は、室温での引張強さが７０Ｎ／ｍｍ²であり、厚さが０．４ｍｍのアルミニウムの板を帯状に裁断したものを用いた。

（容器５への電極群２の収納）
容器５としては、熱可塑性樹脂層５１とアルミニウム箔５２と樹脂フィルム５３とを積層して一体化した、いわゆるラミネートフィルム５を用いた。

このラミネートフィルム５を２枚用いて、上記の通りに作製した電極群２を覆い、２枚のラミネートフィルム５の周縁部を、一部の未融着部分を残して熱融着した。この際、正極リード３ａおよび負極リード４ａを、酸変性ポリオレフィンフィルム７と共に２枚のラミネートフィルム５の間に挟んで熱融着し、正極リード３ａおよび負極リード４ａの一部が容器５の外側に位置するようにした。

（非水電解質の収納）
非水電解質を、容器５の未融着部分を通して容器５内に収納し、これを電極群５に含浸させた。

（第１の電池１ａの完成）
非水電解質収納後、容器５の未融着部分を熱融着することにより容器５を封止し、第１の電池１ａが得られた。

（第２の電池１ｂの作製）
第２の電池１ｂを第１の電池１ａと同様の方法で作製した。

（第１の電池１ａと第２の電池１ｂとの接続）
次に、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとを、アルミニウムの溶接により接合した。

この接続は、具体的には以下のようにして行った。

まず、第１の電池１ａの負極リード４ａの先端部と第２の電池１ｂの正極リード３ｂの先端部とを重ね合わせた。次に、電極リード同士が重なり合った部分にレーザー光を当てて、負極リード４ａおよび正極リード３ｂのアルミニウムを溶融させた。その後、放冷することによって、負極リード４ａと正極リード３ｂとが接合して、第１の電池１ａと第２の電池１ｂとが電気的に接続された電池パック１が得られた。

第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの接合部の断面を走査型電子顕微鏡（断面ＳＥＭ）で観察した。その結果、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの界面を観察することができなかった。これにより、負極リード４ａと正極リード３ｂとがアルミニウムの溶接により直接接合されていることを確認することができた。

（実施例２）
実施例２では、負極リード４ａと正極リード３ｂとの接合を抵抗溶接によって行った以外は、実施例１と同様にして電池パック１を製造した。

（実施例３）
実施例３では、第１の電池１ａの正極リード３ａおよび負極リード４ａならびに第２の電池１ｂの正極リード３ｂおよび負極リード４ａとして、室温での引張強さが７０Ｎ／ｍｍ²であり、厚さが０．１５ｍｍであるアルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして電池パック１を製造した。

（比較例１）
比較例１では、第１の電池の正極リードおよび負極リードならびに第２の電池の正極リードおよび負極リードとして、室温での引張強さが１２０Ｎ／ｍｍ²であり、厚さが０．４ｍｍであるアルミニウム板を用いた以外は、実施例１と同様にして電池パックを製造した。

（比較例２）
比較例２では、第１の電池の負極リードと第２の電池の正極リードとの接続をかしめによって行った以外は、実施例１と同様にして電池パックを製造した。

具体的には、比較例２では、以下のようにして第１の電池と第２の電池との接続を行った。

まず、比較例２では、第１の電池の負極リードとして、突起部を有するアルミニウム板を用意した。一方、比較例２では、第２の電池の正極リードとして、貫通孔を有するアルミニウム板を用意した。

実施例１と同様にして第１の電池および第２の電池を作製したのち、第１の電池の負極リードの突起部を、第２の電池の正極リードの貫通孔に挿入するように、第２の電池の正極リードを第１の電池の負極リードの上に重ね合わせた。この重ね合わせにより、第１の電池の負極リードの突起は、第２の電池の正極リードの貫通孔を貫通して、その先端が第２の電池の正極リード上に突出した。

次に、第１の電池の負極リードの突起の先端を押しつぶし、第１の電池の負極リードと第２の電池の正極リードとを互いに固定した。

このようにして、第１の電池の負極リードと第２の電池の正極リードとがかしめによって接続された電池パックが得られた。

（比較例３）
比較例３では、第１の電池１ａおよび第２の電池１ｂの電極群２が含む負極４０において、負極活物質層４２が含む負極活物質として炭素質材料を用い、負極集電体４１として銅板を用いたことと、負極リード４ａおよび４ｂとして、室温での引張強さが２５０Ｎ／ｍｍ²であり、厚さが０．４ｍｍである銅板を用いたことと、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの接続をニッケル製のバスバー８を介して行ったこととを除いて、実施例１と同様にして図５に示す電池パック１’を製造した。

第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの接続は、バスバー８の一端を第１の電池１ａの負極リード４ａにレーザー溶接し、バスバー８の他端を第２の電池１ｂの正極リード３ｂにレーザー溶接することによって行った。

（測定）
実施例１〜３および比較例１〜３で製造した電池パック１を用意し、所定の充放電を行い、放電容量の５０％の充電状態とした。その後、各電池パックに対し、周波数１ｋＨｚにおける交流インピーダンスを測定した。

その後、振動耐久試験として、室温環境中で、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向にそれぞれ3時間繰り返す条件で、各電池パック１に振動を与え、その後、周波数１ｋＨｚにおける交流インピーダンスを測定した。

このような振動耐久試験後、各電池パック１を解体して、第１の電池１ａの負極リード４ａ、第２の電池１ｂの正極リード３ｂ、および第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの接合状態を観察した。

振動耐久試験前後の交流インピーダンス値および振動耐久試験後の観察結果を表１に示す。なお、表１における交流インピーダンスの値は、実施例１の振動耐久試験前の測定値を１００とする相対値で示してある。

表１に示すように、実施例１および２で製造した電池パック１は、振動耐久試験後も交流インピーダンスは殆ど変化しなかった。また、実施例１および２で製造した電池パック１の解体観察結果では、負極リード４ａおよび正極リード３ｂにおいて破断は観察されず、両者の接続の外れも観察されなかった。

実施例３で製造した電池パック１は、振動耐久試験後の交流インピーダンスが、実施例１の振動耐久試験前の測定値の３倍となった。実施例３で製造した電池パック１を解体観察した結果、第１の電池１ａの負極リード４ａおよび第２の電池１ｂの正極リード３ｂの一部破断が観察された。これは、実施例３で製造した電池パック１では、第１の電池１ａの負極リード４ａおよび第２の電池１ｂの正極リード３ｂの厚さが０．１ｍｍと薄かったため、振動耐久試験中に負極リードや正極リードに与えられた応力によって一部が破断したと考えられる。実施例３で製造した電池パック１は、振動耐久試験後、第１の電池１ａの負極リード４ａおよび第２の電池１ｂの正極リード３ｂは完全には破断していなかったため、通電可能であり、インピーダンス測定が可能であった。

一方、実施例３で製造した電池パック１は、振動耐久試験を施しても、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの接合状態には変化がなかった。

比較例１で製造した電池パックは、振動耐久試験後の交流インピーダンスが無限大（測定不可）となった。比較例１で製造した電池パックを解体観察した結果、負極リードおよび正極リードの破断が見られた。比較例１では、正極リードと負極リードとに、室温での引張強さが１２０Ｎ／ｍｍ²、すなわち１００Ｎ／ｍｍ²より大きいアルミニウム板を用いた。このような材料は、電池パックに与えられる応力を十分に吸収できないため、この応力によって破断しやすい。このため、振動耐久試験中に負極リードや正極リードに与えられた応力によって破断したと考えられる。

一方、比較例１で製造した電池パックは、振動耐久試験を施しても、第１の電池の負極リードと第２の電池の正極リードとの接合状態に変化がなかった。

比較例２で製造した電池パックは、振動耐久試験後の交流インピーダンスが無限大（測定不可）となった。比較例２で製造した電池パックを解体観察した結果、負極リードにも正極リードにも破断は見られなかった。一方、比較例２で製造した電池パックを解体観察した結果、第１の電池の負極リードと第２の電池の正極リードとのかしめ接合が外れていたことが分かった。

比較例３で製造した電池パック１’は、振動耐久試験前後での交流インピーダンスの変化は小さかった。また、比較例３で製造した電池パック１’の解体観察結果では、負極リード４ａおよび正極リード３ｂにおいて破断は観察されず、両者の接続の外れも観察されなかった。

しかしながら、比較例３で製造した電池パック１’は、第１の電池１ａと第２の電池１ｂとを、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの間にバスバー８を介して接続しているため、振動試験前の交流インピーダンスの値が実施例１で製造した電池パック１のそれの１．３倍であった。比較例３で製造した電池パック１’の交流インピーダンスの値が高いのは、バスバー８自体の抵抗の分抵抗が増加したほか、レーザー溶接した箇所が２つ存在する、すなわち第１の電池１ａの負極リード４ａとバスバー８との間およびバスバー８と第２の電池１ｂの正極リード３ｂとの間にレーザー溶接した箇所があることによる、溶接箇所の抵抗の増加が原因であると考えられる。

このように、実施例１〜３によると、電極リード同士の接合が振動によって外れることを抑えることができ、それゆえに電池間の接続の観点で信頼性の高い電池パックを製造することができる。また、実施例１〜３で製造した電池パック１は、第１の電池１ａの負極リード４ａと第２の電池１ｂの正極リード３ｂとが共にアルミニウム板であるため、これらの接合における電蝕の発生を長期間抑えることができる。

さらに、実施例１および２によると、振動が加えられても、第１の電池１ａの負極リード４ａおよびこれに接合する第２の電池１ｂの正極リード３ｂが破断することを抑えることができ、それゆえに電池間の接続の信頼性がより高い電池パックを製造することができる。

すなわち、以上に説明した少なくとも一つの実施形態及び実施例に係る電池の製造方法によれば、電極リード同士の接合部における電蝕の発生を長期間抑えることができ、電極リード同士の接合が振動によって外れることを抑えることができ、それゆえに電池間の接続の観点で信頼性の高い電池パックを提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１’…電池パック、１ａ…第１の電池、１ｂ…第２の電池、２…電極群、３ａ
３ｂ…正極リード、３０…正極、３１…正極集電体、３２…正極活物質層、３３…正極集電タブ、４ａ、４ｂ…負極リード、４０…負極、４１…負極集電体、４２…負極活物質層、５…容器、５１…熱可塑性樹脂層、５２…金属層、５３…樹脂層、６…セパレータ、７…絶縁フィルム、８…バスバー。

Claims (3)

1. 正極および負極を含む電極群と、
   室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む、前記正極に電気的に接続された正極リードと、
   室温での引張強さが１００Ｎ／ｍｍ²以下であるアルミニウム材を含む、前記負極に電気的に接続された負極リードと
   を含む２つ以上の電池を備え、
   前記２つ以上の電池は、前記正極リードと前記負極リードとの間、前記正極リード間または前記負極リード間がアルミニウムの溶接により直接接合されることにより、電気的に接続されていることを特徴とする電池パック。
2. 前記アルミニウムの溶接がレーザー溶接または抵抗溶接により行われていることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記正極リードおよび前記負極リードの厚さが０．２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。

Images