JP3775356B2

JP3775356B2 - ラミネート電池および組電池

Info

Publication number: JP3775356B2
Application number: JP2002187453A
Authority: JP
Inventors: 慎也緒方
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2004031195A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正電極と負電極を積層してなる平板状のラミネート電池、および複数のラミネート電池からなる組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、正電極と負電極をセパレータを介し積層して積層体を形成し、この積層体を外装材により外包してなる平板状のラミネート電池が知られている（例えば特開２００２−４２８６５号公報）。この種のラミネート電池では、外装材内から正極タブおよび負極タブをそれぞれ同一平面上で突設し、正極タブと正電極、負極タブと負電極をそれぞれ接合する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなラミネート電池を電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として用いる場合、ラミネート電池を複数積層し、積層方向にタブを接続して組電池を構成する。しかしながら、従来のラミネート電池の正極タブと負極タブは同一平面上にあるため、例えば正極タブと負極タブを交互の向きに積層してラミネート電池同士を直列接続する場合、上層のタブ（例えば正極タブ）と下層のタブ（例えば負極タブ）間にラミネート電池の厚さ分だけ隙間があく。したがって、上層のタブと下層のタブを電気的に接合するためには、ラミネート電池の厚さ分だけタブを折り曲げる必要があった。タブを折り曲げるとタブと外装材との接合部に負荷が作用し、外装材内に密封された電解液の漏れの原因となる。
【０００４】
本発明の目的は、タブを折り曲げることなく、積層された電池のタブ同士を容易に接合することができるラミネート電池、および組電池を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、正電極と負電極とをセパレータを介して上下に複数層に積層し、この積層体を電解液に浸漬させた状態で外包体内部に密封し、各層の正電極と負電極をそれぞれ正極タブと負極タブに接合し、この正極タブと負極タブを外包体内部から外部へ突出させて成るラミネート電池である。そして、積層体の上下面の一方側に第１極性のタブを設け、積層体の上下面の他方側に第１極性とは逆極性の第２極性のタブを設けるとともに、第１極性のタブを、外包体内部の積層体の上下方向中央よりも一方面側の位置から外部へ突出させ、第２極性のタブを、外包体内部の積層体の上下方向中央よりも他方面側の位置から外部へ突出させることにより上述した目的を達成する。
また、このラミネート電池を上下に複数枚重ね合わせ、上下に隣り合うラミネート電池のうちの上段のラミネート電池の下側に第１極性の電極タブが位置し、下段のラミネート電池の上側に、第１極性とは逆極性の第２極性の電極タブが位置するように複数のラミネート電池を配置するとともに、これら複数枚のラミネート電池を収容する筐体と、積層された各ラミネート電池の間に介在して、第１極性の電極タブと、第２極性の電極タブとを電気的に接続する複数のバスバーとにより組電池を構成することができる。
さらに、このラミネート電池を、各電池の第１極性とは逆極性の第２極性のタブが上側に位置するように、ともに第１方向に向けて同一面内に並設して第１の並列電池群を構成するとともに、各電池の第１極性とは逆極性の第２極性のタブが上側に位置するように、ともに第１方向とは逆方向の第２方向に向けて同一面内に並設して第２の並列電池群を構成し、第１の並列電池群とその下方の第２の並列電池群との間に、第１の並列電池群と第２の並列電池群とをそれぞれ１枚の平板で電気的に接続するバスバー群を介在して配置し、第１の並列電池群と第２の並列電池群とバスバー群とを交互に積層して筐体に収容し、バスバー群の上面に、第１の並列電池群の複数のラミネート電池の第１極性のタブを並列接続するとともに、バスバー群の下面に、第２の並列電池群の複数のラミネート電池の第２極性のタブを並列接続し、さらに、このバスバー群を介して第１の並列電池群の第１極性のタブとこの第１の並列電池群に積層された第２の並列電池群の第２極性のタブを直列接続することにより組電池を構成することができる。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、正電極と負電極の積層による積層体の上下面の一方側に、第１極性のタブを設け、他方側に第１極性とは逆極性の第２極性のタブを設けるようにしたので、タブを折り曲げることなく、積層された電池のタブ同士を容易に接合することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明によるラミネート電池の実施の形態について説明する。
まず、ラミネート電池の単体の構成を説明する。図１は本実施の形態に係わるラミネート電池の外観形状を示す平面図、図２は側面図である。なお、以下では説明の便宜上、図２に示すように上下左右方向を定義する。ラミネート電池１は、平面視略矩形形状の上下一対の可撓性の外装材１１,１２からなる外包体１０と、この外包体１０の左右端部からそれぞれ突出する正極タブ２１、負極タブ２２とを有するシート状リチウムイオン二次電池である。
【０００８】
図３は外装材１１,１２の斜視図である。図３に示すように、外装材１１,１２には周囲のフランジ面１１ａ〜１１ｃ,１２ａ〜１２ｃからそれぞれ上方、下方に膨出した膨出部１１０,１２０が設けられている。膨出部１１０,１２０は水平面１１０ａ,１２０ａと鉛直面１１０ｂ,１２０ｂをそれぞれ有する。
【０００９】
外装材１１,１２のフランジ面１１ａ,１２ａは側面視で斜め方向に設けられ（図２参照）、外装材１１,１２の左端のフランジ面１１ｂ,１２ｂは下部に、右端のフランジ面１１ｃ,１２ｃは上部に形成されている。フランジ面１１ｂ,１２ｂおよび１１ｃ,１２ｃ間にそれぞれタブ２１,２２が挟持され、タブ２１,２２は上下反対側に位置している。タブ２１,２２の上下表面とフランジ面１１ｂ,１２ｂ,１１ｃ,１２ｃ、および外装材１１のフランジ面１１ａと外装材１２のフランジ面１２ａは互いに溶着され、外包体１０の内部には略ボックス状の密閉空間が形成されている。
【００１０】
図４はラミネート電池１の内部形状を示す図（図１のIV-IV線断面図）であり、図５は図４のV部拡大図である。外包体１０の内部には、内部電極対１０１および電解液１０２が真空密封状態で収容されている。内部電極対１０１はシート状の正電極１０１ａおよび負電極１０１ｂを備えている。
【００１１】
正電極１０１ａは、アルミ箔の正極集電体１０４の両面に正極活物質を積層したものである。一方、負電極１０１ｂは銅箔の負極集電体１０５の両面に負極活物質を積層したものである。正電極１０１ａと負電極１０１ｂとは、セパレータ１０１ｃを介して交互に積層され、内部電極対１０１は積層体を構成している。正極タブ２１にはアルミやアルミ合金等が用いられ、負極タブ２２には銅や銅合金等が用いられる。
【００１２】
正極タブ２１は外包体１０の左端部１０３を気密に貫通し、その先端は内部電極対１０１の左端面に近接している。負極タブ２２は外包体１０の右端部１０６を気密に貫通し、その先端は内部電極対１０１の右端面に近接している。正極タブ２１の先端部上面には各正電極１０１ａがそれぞれ溶接されている。一方、拡大図示は省略するが、負極タブ２２の先端部下面には各負電極１０１ｂがそれぞれ溶接されている。
【００１３】
袋状外包体１０は、内面層１０ａ、中間層１０ｂおよび外面層１０ｃの三層構造のラミネートフィルムで形成されている。内面層１０ａには、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドなどの耐電解液性およびヒートシール性に優れた熱可塑性樹脂が使用される。中間層１０ｂには、アルミ箔やステンレス箔等の可撓性および強度に優れた金属箔が使用される。外面層１０ｃには、ポリアミド系樹脂やポリエステル系樹脂等の電気絶縁性に優れた絶縁樹脂が使用される。
【００１４】
次に、図６〜図１１を参照して本発明によるラミネート電池を複数枚重ね合わせて組電池として用いる例について説明する。
（１）直列接続
まず、ラミネート電池１を直列接続した例について説明する。図６は組電池の内部形状を示す断面図であり、図７は図６のVII-VII線断面図、図８は要部斜視図である。組電池は、例えば電気自動車やハイブリッド車両の二次電池として用いられる。
【００１５】
図６,７に示すように、略直方体形状の電槽３０の内部には、横２列、上下８段、計１６個のラミネート電池１が収容されている。電槽３０は、樹脂等の絶縁材により形成される。図８に示すように、横方向に並設されたラミネート電池１は、互いに１８０度反転した状態で配置されている。すなわち並設されたラミネート電池１の左右片側のタブ２１,２２は互いに同一平面内に位置するが、互いに異なった極性となっている。この並設されたラミネート電池１は、奇数段と偶数段が互いに逆方向を向くように水平方向交互に１８０度回転させながら積み重ねられ、正極タブ２１と負極タブ２２は積層方向に隣接して配置されている。
【００１６】
積層されたラミネート電池１の正極タブ２１と負極タブ２２の間、最下段のラミネート電池１の下面、および最上段のラミネート電池の上面には、それぞれ導電性のバスバー３２〜３５が介在して配置されている。
【００１７】
図８に示すようにバスバー３２は、並設されたラミネート電池１の横方向の接続を阻止するように、それぞれ単一のラミネート電池１の表面全体を覆うように延設されている。バスバー３２の上下面にはラミネート電池１の正極タブ２１と負極タブ２２がそれぞれ接続され、このバスバー３２を介してラミネート電池１が上下方向に直列接続されている。なお、バスバー３２〜３５とタブ２１,２２との接続は溶接などで固定される。
【００１８】
バスバー３３は、最下段に並設された一対のラミネート電池１にまたがって延設されている。バスバー３３の上面には、ラミネート電池１の正極タブ２１とこれに並設されたラミネート電池１の負極タブ２２がそれぞれ接続され、バスバー３３を介して最下段の一対のラミネート電池１が横方向に直列接続されている。
【００１９】
バスバー３４は最上段に並設された一方のラミネート電池１の上面全体を覆うように延設され、バスバー３５は他方のラミネート電池１の上面全体を覆うように延設されている。バスバー３４にはその下方のラミネート電池１の正極タブ２１が接続され、バスバー３５にはその下方のラミネート電池１の負極タブ２２が接続されている。バスバー３４,３５の端部はそれぞれ上方に折り曲げられ、電槽３０の上蓋３０ａを貫通して電槽３０外に突出している。この突出したバスバー３４,３５は組電池のプラス端子、マイナス端子をそれぞれ形成する。バスバー３４,３５と上蓋３０ａとの隙間にはシール材３７が注入されている。
【００２０】
以上のようにバスバー３２〜３５を介して各ラミネート電池１が電槽３０内で直列接続され、組電池が形成される。この場合、図６に示すように下段のラミネート電池１のタブ（例えば正極タブ２１）は上部に位置し、上段のラミネート電池１のタブ（例えば負極タブ２２）は下部に位置するため、タブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー３２に接続することができる。また、最下段の一対のラミネート電池１の正極タブ２１とこれに並設するラミネート電池１の負極タブ２２はともに下部に位置するため、最下段においてもタブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー３３に接続することができる。さらに、最上段のラミネート電池１の正極タブ２１とこれに並設するラミネート電池１の負極タブ２２はともに上部に位置するため、最上段においてもタブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー３４,３５に接続することができる。
【００２１】
バスバー３４,３５と電槽３０の上蓋３０ａとの間には圧迫材３６が設けられている。圧迫材３６はウレタンフォームのような弾性材からなり、この圧迫材３６を介して上蓋３０ａが電槽本体３０ｂにボルト結合され、電槽３０内の各ラミネート電池１が下方に押圧される。この場合、ラミネート電池１の表面はバスバー３２〜３５で覆われているので、押圧力はラミネート電池１内の内部電極対１０１全体に作用する。その結果、電極１０１ａ,１０１ｂ間の距離が局所的に変化することを防止することができ、安定した電池性能を得ることができる。なお、圧迫材３６を上蓋３０ａにあらかじめ固定しておいてもよい。
【００２２】
なお、組電池を組み立てる際には、まず、バスバー３２〜３５とラミネート電池１を溶接してこれらを一体化する。そして、この一体化したものを電槽３０内に設置し、圧迫材３６を介して上蓋３０ａを電槽本体３０ｂにボルト結合する。
【００２３】
（２）並直列接続
次に、ラミネート電池１を並直列接続した例について説明する。図９はラミネート電池１を並直列接続して構成した組電池の内部形状を示す断面図であり、図１０は図９のX-X線断面図、図１１は要部斜視図である。
【００２４】
図９,１０に示すように、電槽３０の内部には横４列、上下８段、計３２個のラミネート電池１が収容されている。図１１に示すように、４列のラミネート電池１のうち、片側２列同士は同じ向きに配置され、その２列と残りの２列は互いに１８０度反転した状態で配置されている。この４列のラミネート電池１は、奇数段と偶数段が互いに逆方向を向くように水平方向交互に１８０度回転させながら積み重ねられ、正極タブ２１と負極タブ２２は積層方向に隣接して配置されている。
【００２５】
積層されたラミネート電池１の正極タブ２１と負極タブ２２の間、最下段のラミネート電池１の下面、および最上段１のラミネート電池１の上面には、それぞれバスバー４２〜４５が介在して配置されている。
【００２６】
図１１に示すように、４列のラミネート電池１のうち、片側２列のラミネート電池１の表面全体にわたってバスバー４２が延設されている。バスバー４２の上下面には、並設されたラミネート電池１の正極タブ２１同士または負極タブ２２同士が並列接続されるとともに、上段のラミネート電池１のタブ（例えば正極タブ２１）と下段のラミネート電池１のタブ（例えば負極タブ２２）が直列接続されている。すなわち、バスバー４２を介してラミネート電池１が並直列接続されている。
【００２７】
バスバー４３は、最下段に並設された４列のラミネート電池１の全てにまたがって延設されている。バスバー４３の上面には、片側２列のラミネート電池１の正極タブ２１と反対側２列のラミネート電池１の負極タブ２２がそれぞれ接続され、バスバー４３を介して最下段のラミネート電池１が並直列接続されている。
【００２８】
バスバー４４は最上段に並設された片側２列のラミネート電池１の上面全体を覆うように延設され、バスバー４５は反対側２列のラミネート電池１の上面全体を覆うように延設されている。バスバー４４にはその下方のラミネート電池１の正極タブ２１がそれぞれ接続され、バスバー４５にはその下方のラミネート電池１の負極タブ２２がそれぞれ接続されている。バスバー４４,４５の端部はそれぞれ上方に折り曲げられ、電槽３０の上蓋３０ａを貫通して電槽３０外に突出している。この突出したバスバー４４,４５は組電池のプラス端子、マイナス端子をそれぞれ形成する。バスバー４４,４５と上蓋３０ａとの隙間にはシール材３７が注入されている。
【００２９】
以上のようにバスバー４２〜４５を介して各ラミネート電池１が電槽３０内で並直列接続され、組電池が形成される。この場合、図９に示すように下段のラミネート電池１のタブ（例えば正極タブ２１）は上部に位置し、上段のラミネート電池１のタブ（例えば負極タブ２２）は下部に位置するため、タブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー４２に接続することができる。また、最下段の２列のラミネート電池１の正極タブ２１とこれに並設する２列のラミネート電池１の負極タブ２２はともに下部に位置するため、最下段においてもタブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー４３に接続することができる。さらに、最上段の２列のラミネート電池１の正極タブ２１とこれに並設する２列のラミネート電池１の負極タブ２２はともに上部に位置するため、最上段においてもタブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー４４,４５に接続することができる。
【００３０】
バスバー４４,４５と電槽３０の上蓋３０ａとの間には圧迫材４６が設けられている。圧迫材４６はウレタンフォームのような弾性材からなり、この圧迫材４６を介して上蓋３０ａが電槽本体３０ｂにボルト結合され、電槽３０内の各ラミネート電池１が下方に押圧される。この場合、ラミネート電池１の表面はバスバー４２〜４５で覆われているので、押圧力はラミネート電池１内の内部電極対１０１全体に作用する。その結果、電極１０１ａ,１０１ｂ間の距離が局所的に変化することを防止することができ、安定した電池性能を得ることができる。
【００３１】
以上説明した本実施の形態によれば以下のような効果を奏する。
（１）ラミネート電池１の厚さ方向（積層方向）一方側に正極タブ２１を設け、他方側に負極タブ２２を設けるようにした。これによりラミネート電池１を複数積層して組電池を形成する場合に、タブ２１,２２を折り曲げることなくバスバー３２,４２を介して互いに接続することが可能となり、液漏れを防ぐことができる。
（２）ラミネート電池１のタブ２１が同一平面上にないため、タブを外包体１０の左右端部からそれぞれ突出させてバスバー３２,４２でラミネート電池１の上下面を覆うようにした場合であっても、タブ２１,２２が短絡することを防止できる。
（３）外装材１１,１２のフランジ面１１ａ,１２ａを斜めに設け、左右端部のフランジ面１１ｂ,１２ｂおよび１１ｃ,１２ｃを上下に設けるようにしたので、上下一対の外装材１１,１２によりタブ２１,２２の高さを容易にずらすことができる。
（４）外装材１１,１２の各フランジ面１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃが同一平面上にないため、外包体１０の機械的強度が向上する。
（５）ラミネート電池１の上下部にそれぞれ正極タブ２１と負極タブ２２を設けたので、タブ２１,２２とバスバー３２,４２との接続が容易であり、複数のラミネート電池１を複数積層することで、直列接続の組電池または並直列接続の組電池を容易に形成することができる。
（６）ラミネート電池１の表面を覆うようにバスバー３２,４２を設けたので、バスバー３２,４２を介してラミネート電池１の表面全体を均一に押圧することができる。
【００３２】
本発明によるラミネート電池は、上述した実施の形態に限定されることなく種々の変更が可能である。上記では、正極タブ２１と負極タブ２２をラミネート電池１の左右両側から突出させるようにしたが、ラミネート電池１の厚さ方向（積層方向）の２面内に延設させるのであれば、左右片側から突出させるようにしてもよい。バスバー３２,４２をラミネート電池１の表面全体にわたって設けるようにしたが、タブ２１,２２部にのみ設け、バスバー３２,４２とは別の部材によりラミネート電池１の表面全体を押圧するようにしてもよい。
【００３３】
なお、以上の実施の形態において、外装材１１,１２が重ね合わせ部材を構成する。また、図１１に示したように２列に配設されたラミネート電池群のうち、一方（例えば上段）が第１の並列電池群を、他方（例えば下段）が第２の並列電池群をそれぞれ構成し、バスバー４２がバスバー群を構成する。ラミネート電池１を２列に並列接続したが、３列以上並列接続して並列電池を形成してもよい。筐体としての電槽３０の形状はいかなるものであってもよい。タブ２１,２２と電極１０１ａ,１０１ｂおよびバスバー３２〜３５を溶接以外の方法（例えばロー付けや耐熱用接着剤など）により接合することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係わるラミネート電池の外観形状を示す平面図。
【図２】本発明の実施の形態に係わるラミネート電池の外観形状を示す側面図。
【図３】本発明の実施の形態に係わるラミネート電池を構成する外装材の斜視図。
【図４】図１のIV-IV線断面図。
【図５】図４のV部拡大図。
【図６】ラミネート電池を直列接続して形成した組電池の断面図。
【図７】図６のVII-VII線断面図。
【図８】図６の要部斜視図。
【図９】ラミネート電池を並直列接続して形成した組電池の断面図。
【図１０】図９のX-X線断面図。
【図１１】図９の要部斜視図。
【符号の説明】
１ラミネート電池１０外包体
１１外装材１１ａ〜１１ｃフランジ面
１２外装材１２ａ〜１２ｃフランジ面
２１正極タブ２２負極タブ
３０電槽３２〜３５バスバー
４２〜４５バスバー３６,４６圧迫材
１０１内部電極対１０１ａ正電極
１０１ｂ負電極１０１ｃセパレータ

Claims

正電極と負電極とをセパレータを介して上下に複数層に積層し、この積層体を電解液に浸漬させた状態で外包体内部に密封し、各層の正電極と負電極をそれぞれ正極タブと負極タブに接合し、この正極タブと負極タブを前記外包体内部から外部へ突出させて成るラミネート電池において、
前記積層体の上下面の一方側に第１極性のタブを設け、前記積層体の上下面の他方側に第１極性とは逆極性の第２極性のタブを設けるとともに、前記第１極性のタブを、前記外包体内部の前記積層体の上下方向中央よりも前記一方面側の位置から外部へ突出させ、前記第２極性のタブを、前記外包体内部の前記積層体の上下方向中央よりも前記他方面側の位置から外部へ突出させることを特徴とするラミネート電池。
請求項１に記載のラミネート電池において、
前記外装材は、平面視が略矩形形状を有する上下一対の重ね合わせ部材を外周のフランジ部で重ね合わせ、このフランジ部を溶着して密閉容器とされ、
前記正極タブと負極タブは、前記フランジで挟持されて互いに相反する方向に突出することを特徴とするラミネート電池。
請求項１または２記載のラミネート電池を上下に複数枚重ね合わせ、上下に隣り合うラミネート電池のうちの上段のラミネート電池の下側に第１極性の電極タブが位置し、下段のラミネート電池の上側に、第１極性とは逆極性の第２極性の電極タブが位置するように前記複数のラミネート電池を配置するとともに、
これら複数枚のラミネート電池を収容する筐体と、
積層された各ラミネート電池の間に介在して、前記第１極性の電極タブと前記第２極性の電極タブとを電気的に接続する複数のバスバーとを有することを特徴とする組電池。
請求項１または２記載の複数のラミネート電池を、各電池の第１極性のタブが下側に位置するように、ともに第１方向に向けて同一面内に並設して並列電池を構成する第１の並列電池群と、
請求項１または２記載の複数のラミネート電池を、各電池の第１極性とは逆極性の第２極性のタブが上側に位置するように、ともに前記第１方向とは逆方向の第２方向に向けて同一面内に並設して並列電池を構成する第２の並列電池群と、
前記第１の並列電池群とその下方の第２の並列電池群との間に介在して配置され、前記第１の並列電池群と第２の並列電池群とをそれぞれ１枚の平板で電気的に接続するバスバー群と、
前記第１の並列電池群と第２の並列電池群とバスバー群とを交互に積層して収容する筐体とを有し、
前記バスバー群の上面には、前記第１の並列電池群の複数のラミネート電池の第１極性のタブが並列接続されるとともに、前記バスバー群の下面には、前記第２の並列電池群の複数のラミネート電池の第２極性のタブが並列接続され、さらに、このバスバー群を介して前記第１の並列電池群の第１極性のタブとこの第１の並列電池群に積層された第２の並列電池群の第２極性のタブが直列接続されることを特徴とする組電池。
請求項３または４記載の組電池において、
前記バスバー群は、前記ラミネート電池の表面を覆って設けられることを特徴とする組電池。