JP3964521B2 - 組電池 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、シート形電池を複数直列接続してなる組電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電子機器の発達にともない、小型で軽量、かつエネルギー密度が高く、更に繰り返し充放電が可能な非水電解液二次電池の開発が要望されている。このような二次電池としては、ニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池などが知られている。これらの二次電池の外装には、ステンレスや鉄などの金属ケースを用いるのが一般的である。また、電池形状も円筒形や角形がほとんどである。しかしながら、金属ケースを外装に用いると、当然のことながら、外装金属ケースが重いために電池の重量エネルギー密度が低下する。このような電池の軽量化には、外装ケースの軽量化が必要である。
【0003】
このようなことから、正極、負極及び電解質層にポリマーを用いるポリマー電解質二次電池が提案されている。ポリマー電解質二次電池は、集電体に活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む正極層を積層した正極と、集電体にリチウムイオンを吸蔵・放出し得る活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む負極層を積層した負極との間に、非水電解液及びこの電解液を保持するポリマーを含む固体電解質層が介在された構造を有する。このポリマー電解質二次電池は、正極層、固体電解質層及び負極層が一体化しているため、薄いシート状態で電池としての機能が発揮できる。また、非水電解液がポリマー中に保持されているため、漏液することがなく、外装を簡略化することができる。このため、ラミネートフィルムなどの多層フィルムを外装として用いることができ、シート形で、軽量で、エネルギー密度が高い電池を実現することができる。
【0004】
ところで、電子機器に用いる場合、電子機器によっては2個または3個以上を直列に接続して組電池として使用することがある。シート形電池の場合、2個以上のシート形電池を積層し、一方のシート形電池の正極リードと他方のシート形電池の負極リードを溶接により接続することにより組電池を作製する。シート形電池の正極リード及び負極リードは外装であるフィルムから延出されているため、前記組電池はフィルム同士(シート形電池本体同士)を積層した部分より外側で正負極リードの接続を行うこととなる。その結果、前記組電池は、正負極リードを接続するために必要なスペースによる容積ロスが大きいため、容積効率が低く、体積エネルギー密度が低下するという問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、複数のシート形電池が直列に接続された組電池であって、容積効率が向上された組電池を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る組電池は、正極リード及び負極リードが側面から延出しているシート形電池を2個以上直列接続してなる組電池であって、前記各シート形電池の前記正極リードは一方の面に折り返され、かつ前記負極リードは他方の面に折り返されており、前記2個以上のシート形電池は一方のシート形電池の前記正極リードと前記一方のシート形電池に積層された他方のシート形電池の前記負極リードが重なるように積層されており、
前記2個以上のシート形電池の積層物の一方の面に折り返されている前記正極リードあるいは前記負極リードに外部端子が接続されており、前記外部端子は、前記2個以上のシート形電池の前記側面を横切って前記積層物の他方の面に配置され、
前記外部端子と前記2個以上のシート形電池の前記側面との間に絶縁シートが配置されていることを特徴とするものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシート形電池(例えば、シート形ポリマー電解質二次電池)の組電池の一例を図1〜3を参照して説明する。
図1は本発明に係るシート形電池の組電池の一例を示す斜視図、図2は図1の組電池を構成するシート形電池の一例を示す断面図、図3は図1の組電池の組立途中の状態を説明するための斜視図。
【0008】
図1に示すように、この組電池は、3つのシート形電池の積層物から構成される。第1のシート形電池1a、第2のシート形電池1b及び第3のシート形電池1cは、互いに直列に接続されている。
【0009】
まず、各シート形電池について図2を参照して説明する。
各電池の発電要素は、活物質を含む正極層2が網状集電体3の両面に担持された構造を有する正極4及び負極層5が網状集電体6の両面に担持された構造を有する負極7を備える。固体電解質層8は、前記正極4と前記負極7の間に介在されている。前記正極4の集電体3は、この集電体と同じ材料から形成された帯状の正極端子9を有する。図示しない帯状正極リードは、前記正極端子9の先端に接続されている。この負極集電体6と同じ材料から形成された帯状の負極端子10は、前記集電体6に前記正極端子9と対向しないように配置されている。帯状負極リード11は、前記負極端子10に接続されている。このような構成の発電要素は、内面に熱融着性樹脂フィルムが配された多層フィルム12(外装材)で被覆されている。前記正極リード及び前記負極リード11は、前記フィルム12の開口縁部から延出されている。前記フィルム12の3つの開口縁部は、互いに対向する熱融着性樹脂フィルムを熱融着させることで封止されている。前記正極リード及び前記負極リード11が固定された熱融着部の厚さは、積層電極(前記正極4,前記負極7及び前記電解質層8からなる)が存在する部分(電池厚さ)に比べて薄くなっている。また、長手方向に沿う2つの熱融着部は、前記電池の上面に折り返されている。
【0010】
次いで、3つのシート形電池の接続方法について図3を参照して説明する。第1のシート形電池1aは、前記正極リード13が上面に折り返され、かつ前記負極リード11が下面に折り返されている。この第1のシート形電池1aの正極リード13は外部正極端子を兼ねる。第2のシート形電池1bは、前記第1のシート形電池1aと上下面を逆さにした状態で前記正極リード13が上面に折り返され、かつ前記負極リード11が下面に折り返されている。第3のシート形電池1cは、前記第1のシート形電池1aと同様な方法で正負極リード13,11が折り返されている。前記第1〜第3のシート形電池1a〜1cにおいて、折り返された正負極リードが存在する箇所の厚さは電池厚さと等しいか、もしくは薄い。前記第1〜第3のシート形電池1a〜1cは、前記第1のシート形電池1aの折り返された負極リード11に前記第2のシート形電池1bの折り返された正極リード13が重なり、かつ前記第2のシート形電池1bの折り返された負極リード11に前記第3のシート形電池1cの折り返された正極リード13が重なるように積層されている。重なり合った正負極リード13,11は、正極リード13の折曲部とこの折曲部と接する負極リード11の折曲部とを例えば溶接等によって接着することにより固定されている。前記第3のシート形電池1cの負極リード11には、前述した図1に示すように、帯状の外部負極端子14が接続されている。前記外部負極端子14は、前記第3のシート形電池1cの下面から引き回され、先端が前記第1のシート形電池1aの上面に配置されている。絶縁シート15は、前記第1〜3のシート形電池の側面(正負極リードが延出している側面)と前記外部負極端子14の間に配置されている。このように絶縁シート15を配置することによって、外部負極端子14と各シート形電池の正負極リードとの短絡が防止される。
【0011】
前記外装材は、シール面に熱融着性樹脂が配され、中間にアルミニウム(Al)のような金属薄膜を介在させた多層フィルムからなることが好ましい。具体的には、シール面側から外面に向けて積層した酸変性ポリエチレン(PE)/ポリエチレンテレフタレート(PET)/Al箔/PETの多層フィルム;酸変性PE/ナイロン/Al箔/PETの多層フィルム;アイオノマー/Ni箔/PE/PETの多層フィルム;エチレンビニルアセテート(EVA)/PE/Al箔/PETの多層フィルム;アイオノマー/PET/Al箔/PETの多層フィルム等を用いることができる。ここで、シール面側の酸変性PE、アイオノマー、EVA以外のフィルムは防湿性、耐通気性、耐薬品性を担っている。
【0012】
前記絶縁シートは、例えば、PET、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリイミド、ポリエステル、ガラスクロス、紙等から形成することができる。前記シート形電池の正極、負極及び電解質層としては、例えば、以下に説明するものを用いることができる。
【0013】
(正極)
この正極は、正極活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するためのポリマーを含む正極層が集電体に担持されたものから形成される。
【0014】
前記正極活物質としては、種々の酸化物(例えばLiMn2 O4 などのリチウムマンガン複合酸化物、二酸化マンガン、例えばLiNiO2 などのリチウム含有ニッケル酸化物、例えばLiCoO2 などのリチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウムを含む非晶質五酸化バナジウムなど)や、カルコゲン化合物(例えば、二硫化チタン、二硫化モリブテンなど)等を挙げることができる。中でも、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム含有コバルト酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物を用いるのが好ましい。
【0015】
前記非水電解液は、非水溶媒に電解質を溶解することにより調製される。
前記非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、スルホラン、アセトニトリル、1,2−ジメトキシエタン、1,3−ジメトキシプロパン、ジメチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、2−メチルテトラヒドロフラン等を挙げることができる。前記非水溶媒は、単独で使用しても、2種以上混合して使用しても良い。
【0016】
前記電解質としては、例えば、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウ四フッ化リチウム(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAsF6 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CF3 SO3 )2 ]等のリチウム塩を挙げることができる。
【0017】
前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、0.2mol/l〜2mol/lとすることが望ましい。
前記非水電解液を保持するためのポリマーとしては、例えば、ポリエチレンオキサイド誘導体、ポリプロピレンオキサイド誘導体、前記誘導体を含むポリマー、ビニリデンフロライド(VdF)とヘキサフルオロプロピレン(HFP)との共重合体等を用いることができる。前記HFPの共重合割合は、前記共重合体の合成方法にも依存するが、通常、最大で20重量%前後である。
【0018】
前記正極の集電体及び端子は、例えば、アルミニウム製エキスパンドメタル、アルミニウム製メッシュ、アルミニウム製パンチドメタル等から形成することができる。
【0019】
前記正極リードは、例えば、アルミニウム、ニッケル等から形成することができる。
前記正極は、導電性を向上する観点から導電性材料を含んでいてもよい。前記導電性材料としては、例えば、人造黒鉛、カーボンブラック(例えばアセチレンブラックなど)、ニッケル粉末等を挙げることができる。
【0020】
(負極)
この負極は、負極活物質、非水電解液及びこの電解液を保持するためのポリマーを含む負極層が集電体に担持されたものから形成される。
【0021】
前記負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質材料を挙げることができる。かかる炭素質材料としては、例えば、有機高分子化合物(例えば、フェノール樹脂、ポリアクリロニトリル、セルロース等)を焼成することにより得られるもの、コークスや、メソフェーズピッチを焼成することにより得られるもの、人造グラファイト、天然グラファイト等に代表される炭素質材料を挙げることができる。中でも、500℃〜3000℃の温度で、常圧または減圧下にて前記メソフェーズピッチを焼成して得られる炭素質材料を用いるのが好ましい。
【0022】
前記非水電解液及び前記ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
前記負極の集電体及び端子は、例えば、銅製エキスパンドメタル、銅製メッシュ、銅製パンチドメタル等から形成することができる。
【0023】
前記負極リード及び前記外部負極端子は、例えば、銅、ニッケル等から形成することができる。
なお、前記負極は、人造グラファイト、天然グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ニッケル粉末、ポリフェニレン誘導体等の導電性材料、オレフィン系ポリマーや炭素繊維等のフィラーを含むことを許容する。
【0024】
(固体ポリマー電解質層)
この電解質層は、非水電解液及びこの電解液を保持するためのポリマーを含む。
【0025】
前記非水電解液及び前記ポリマーとしては、前述した正極で説明したものと同様なものが用いられる。
前記電解質層は、強度を更に向上させる観点から、酸化硅素粉末のような無機フィラーを添加しても良い。
【0026】
次いで、本発明に係るシート形電池(例えば、シート形ポリマー電解質二次電池)の組電池の二つ目の例を図4〜6を参照して説明する。
図4は本発明に係るシート形電池の組電池の二つ目の例を示す斜視図、図5は図4の組電池を構成するシート形電池の一例を示す断面図、図6は図4の組電池の組立途中の状態を説明するための斜視図。
【0027】
図4に示すように、この組電池は、3つのシート形電池の積層物から構成される。第1のシート形電池21a、第2のシート形電池21b及び第3のシート形電池21cは、直列に接続されている。
【0028】
まず、各シート形電池について図5を参照して説明する。
各電池の発電要素は、活物質を含む正極層22が網状集電体23の両面に担持された構造を有する正極24及び負極層25が網状集電体26の両面に担持された構造を有する負極27を備える。固体電解質層28は、前記正極24と前記負極27の間に介在されている。正極集電体23と同じ材料から形成された帯状の正極端子29は、前記正極集電体23の右側端部に形成されている。帯状正極リード30は、前記正極端子29の先端に接続されている。負極集電体26と同じ材料から形成された帯状の負極端子31は、前記負極集電体26の左側端部に形成されている。帯状負極リード32は、前記負極端子31に接続されている。このような構成の発電要素は、内面に熱融着性樹脂フィルムが配された多層フィルム33(外装材)で被覆されている。前記正極リード30は、前記フィルム33の右側の開口縁部から延出されている。一方、前記負極リード31は、前記フィルム33の左側の開口縁部から延出されている。4つの開口縁部は、互いに対向する熱融着性樹脂フィルムを熱融着させることで封止されている。前記正極リード30が固定された熱融着部及び前記負極リード32が固定された熱融着部の厚さは、積層電極(前記正極24,前記負極27及び前記電解質層28からなる)が存在する箇所の厚さ(電池厚さ)に比べて薄い。また、長手方向に沿う2つの熱融着部は、前記電池の上面に折り返されている。
【0029】
次いで、3つのシート形電池の接続方法について図6を参照して説明する。第1のシート形電池21aは、前記正極リード30が上面に折り返され、かつ前記負極リード32が下面に折り返されている。前記第1のシート形電池21aの前記正極リード30は、外部正極端子を兼ねる。第2のシート形電池21bは、正負極リード30,32の向きが前記第1のシート形電池21aと逆で、その状態で前記正極リード30が上面に折り返され、かつ前記負極リード32が下面に折り返されている。第3のシート形電池21cは、前記第1のシート形電池21aと同様な方法で正負極リード30,32が折り返されている。前記第1〜第3のシート形二次電池21a〜21cにおいて、折り返された正負極リードが存在する部分の厚さは、電池厚さと同等か、もしくはそれ以下である。正負極リード前記第1〜第3のシート形二次電池21a〜21cは、前記第1のシート形電池21aの折り返された負極リード32と前記第2のシート形電池21bの折り返された正極リード30とが重なり、かつ前記第2のシート形電池21bの折り返された負極リード32と前記第3のシート形電池21cの折り返された正極リード30とが重なるように積層されている。重なり合った正負極リード30,32は、正極リード30の折曲部とこの折曲部と接する負極リード32の折曲部とを例えば溶接などによって接着することにより固定されている。前記第3のシート形電池21cの負極リード32には、前述した図4に示すように、帯状の外部負極端子34が接続されている。前記外部負極端子34は、前記第3のシート形電池21cの下面から引き回され、先端が前記第1のシート形電池21aの上面に配置されている。絶縁シート35は、前記第1〜3のシート形電池の側面(リードが延出している側面)と前記外部負極端子34の間に配置されている。このように絶縁シートを配置することによって、外部負極端子34と各シート形電池の正負極リードとの短絡が防止される。
【0030】
前記外装材、前記絶縁シート、前記正極、前記負極及び前記電解質としては、前述したのと同様なものを用いることができる。
以上詳述したように本発明に係る組電池は、シート状の発電要素が外装材内に正負極リードが外部に延出するように収納されている構造を有するシート形電池を2個以上直列接続してなる組電池であって、前記各シート形電池の前記正極リードは一方の面に折り返され、かつ前記負極リードは他方の面に折り返されており、前記2個以上のシート形電池は一方のシート形電池の前記正極リードと前記一方のシート形電池に積層された他方のシート形電池の前記負極リードが重なるように積層されていることを特徴とするものである。このような組電池によれば、各シート形電池間に正負極リードが存在し、かつ正負極リードの接着をシート形電池が積層された部分から離れた箇所ではなく、この積層部の側面において行うことができる。その結果、前記組電池は、リードの接続に必要な空間を低減することができるため、体積エネルギー密度を向上することができる。
【0031】
また、前記各シート形電池において、前記折り返された正負極リードが配置される部分の厚さを電池厚さ(前記シート状の発電要素が存在する箇所の厚さ)に比べて薄くすることによって、正負極リードが折り返された際に、リードの厚さ分電池の厚さが増加するのを抑えることができ、体積エネルギー密度がより向上された組電池を提供することができる。
【0032】
なお、前述した2つの組電池においては、第1のシート形電池の上面に正負極外部端子を配置する例を説明したが、前記第3のシート形電池の負極リードに外部負極リードを接続せず、第1のシート形電池の上面に折り返された正極リードを外部正極端子とし、第3のシート形電池の下面に折り返された負極リードを外部負極端子とする構成にしても良い。また、このように上面に外部正極端子を配置し、かつ下面に外部負極端子を配置する構成にする場合、絶縁シートはなくても良い。
【0033】
【実施例】
以下、本発明に係わる実施例を図面を参照して詳細に説明する。
(実施例1)
<正極の作製>
まず、活物質として組成式がLiMn2 O4 で表されるリチウムマンガン複合酸化物と、カーボンブラックと、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン(VdF−HFP)の共重合体粉末と、可塑剤としてフタル酸ジブチル(DBP)をアセトン中で混合し、ペーストを調製した。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)上に塗布し、シート化し、非水電解液未含浸の正極シートを作製した。アルミニウム製エキスパンドメタルからなり、正極端子部を有する集電体の両面に、得られた正極シートを熱ロールで加熱圧着することにより非水電解液未含浸の正極を作製した。
【0034】
<負極の作製>
活物質としてメソフェーズピッチ炭素繊維と、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン(VdF−HFP)の共重合体粉末と、可塑剤{フタル酸ジブチル(DBP)}とをアセトン中で混合し、ペーストを調製した。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)上に塗布し、シート化し、電解液未含浸の負極シートを作製した。銅製エキスパンドメタルからなり、負極端子部を有する集電体の両面に、得られた負極シートを熱ロールで加熱圧着することにより電解液未含浸の負極を作製した。
【0035】
<固体ポリマー電解層の作製>
酸化硅素粉末と、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン(VdF−HFP)の共重合体粉末と、可塑剤{フタル酸ジブチル(DBP)}とをアセトン中で混合し、ペースト状にした。得られたペーストをポリエチレンテレフタレートフィルム(PETフィルム)上に塗布し、シート化し、電解液未含浸の電解質層を作製した。
【0036】
<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)が混合された非水溶媒に電解質としてのLiPF6 を溶解させて非水電解液を調製した。
【0037】
<電池の組立>
前記正極を2枚と、前記負極を1枚と、前記電解質層とを2枚用意した。前記正極と前記負極とをその間に前記電解質層を介在させながら交互に積層し、これらを加熱した剛性ロールにて加熱圧着し、積層物を作製した。このような積層物を5つ作製した。各積層物をメタノール中に浸漬し、前記積層物中のDBPをメタノールによって抽出し、除去した。これを乾燥し、積層電極を作製した。前記積層電極から延出された10本の正極端子部を1つに束ね、これらに正極リードとして厚さが50μmで、幅が8mmで、長さが15mmの帯状アルミニウム箔を溶接した。また、前記積層電極から延出された5本の負極端子部を1つに束ね、これらに負極リードとして厚さが50μmで、幅が8mmで、長さが15mmの帯状銅箔を溶接した。
【0038】
次に、外装材としてPET層、アルミニウム箔層及びアイオノマー樹脂層がこの順番に積層された複合フィルムを用意した。前記フィルムを前記アイオノマー樹脂層が内側に位置するように縦に二つ折りにし、長手方向に沿う両端部を幅5mmで熱融着することにより袋を形成した。この熱融着の際、一方の端部の1箇所を熱融着させず、電解液の注液口を形成した。
【0039】
次いで、得られた袋内に前記積層電極を前記正極リード及び前記負極リードの端部が外部に突出するように収納した。次いで、リードが延出された開口部を加熱融着時の影響が積層電極に表れないように積層電極寸法と加熱融着部分のマージンを持たせるようにして融着幅5mmで加熱融着した。注液口として形成した非熱融着領域から前記非水電解液を注液し、前記積層電極に含浸させた。次いで、前記非熱融着領域を融着幅5mmで加熱融着し、長手方向に沿う2つの融着部を上面に折り曲げることにより、厚さが3.1mmで、正負極リードが延出された熱融着部の厚さが0.3mmで、リード部分を除く外径寸法が36×134mmのシート形ポリマー電解質二次電池を3個製造した。
<組電池の作製>
まず、1枚目のシート形ポリマー電解質二次電池の正極リードを上面に折り曲げると共に、負極リードを下面に折り曲げた。2枚目のシート形ポリマー電解質二次電池の上下面を反転させ、正極リードを上面に折り曲げ、負極リードを下面に折り曲げた。2枚目の二次電池の上に1枚目の二次電池を2枚目の二次電池の正極リードが1枚目の二次電池の負極リードと重なるように積層した。この正極リードの折曲部と負極リードの折曲部とを超音波溶接機で接続した。3枚目のシート形ポリマー電解質二次電池の正負極リードは、1枚目の二次電池と同様に折り曲げた。得られた積層物を3枚目の二次電池の上に、2枚目の二次電池の負極リードが3枚目の二次電池の正極リードと重なるように積層した。この正極リードの折曲部と負極リードの折曲部とを超音波溶接機で接続し、前述した図3に示すような構造を有し、3枚の二次電池が直列に接続されたものからなる積層物を得た。
【0040】
3枚目の二次電池の負極リードに外部負極端子として厚さが50μmで、幅が8mmで、長さが25mmの帯状銅箔を超音波溶接によって接続した。一方、前記積層物の正負極リードが延出している側面に厚さが50μmで、幅が7mmで、長さが36mmの絶縁テープ(日東電工株式会社製で、商品名がPPS粘着テープNo.320A)を貼り付けた。前記外部負極端子を前記積層物の絶縁テープが貼り付けられた側面と接するように折り曲げ、先端を前記積層物の上面に配置し、前述した図1に示す構造を有し、厚さが9.3mmで、寸法が36mm×134.2mmである組電池を製造した。
(比較例1)
実施例1と同様なシート形ポリマー電解質二次電池を3つ用意した。各二次電池の正負極リードを折り畳まずに、図7に示すように積層し、直列に接続した。1枚目の二次電池41aの負極リード43の先端と2枚目の二次電池41bの正極リード42の先端とを超音波溶接によって接続した。また、前記2枚目の二次電池41bの負極リード43の先端と前記3枚目の二次電池41cの正極リード42の先端とを超音波溶接によって接続した。さらに、外側の2枚の接続されていない端子(1枚目の二次電池41aの正極リード42及び3枚目の二次電池41cの負極リード43)に、直列に接続された端子と接することによる短絡を防止する目的で、前記1枚目の二次電池41aの正極リード42の裏面及び前記3枚目の二次電池41cの負極リード43の表面に実施例1と同様な種類の絶縁テープを貼り付け、厚さが9.3mmで、リード接続部を含む寸法が36mm×144mmである組電池を製造した。
【0041】
得られた実施例1及び比較例1の組電池の占有体積を算出し、得られた体積値を基に、それぞれの組電池を収納することができる最小形状のパックケースを作製した。実施例1の組電池が収納されるパックケースの容積は44.2cm3 であった。これに対し、比較例1の組電池が収納されるパックケースの容積は48.2cm3 と約9%大きかった。また、実施例1の組電池を構成する各シート形電池は、折り返された正負極リードが配置される個所の厚さが電池厚さに比べて薄く、前記組電池は正負極リードが折り返されることによって生じる電池厚さの増加を回避できた。従って、実施例1の組電池は、比較例1の組電池に比較して専有体積を低減することができ、体積エネルギー密度を向上することができる。(実施例2)
実施例1と同様な正極を2枚と、実施例1と同様な負極を1枚と、実施例1と同様な電解質層とを2枚用意した。前記正極と前記負極とをその間に前記電解質層を介在させながら交互に積層し、これらを加熱した剛性ロールにて加熱圧着し、積層物を作製した。なお、得られた積層物において、正極端子が延出されている側面と負極端子が延出されている側面は対向している。このような積層物を5つ作製した。各積層物をメタノール中に浸漬し、前記積層物中のDBPをメタノールによって抽出し、除去した。これを乾燥し、積層電極を作製した。前記積層電極から延出された10本の正極端子部を1つに束ね、これらに正極リードとして厚さが50μmで、幅が8mmで、長さが15mmの帯状アルミニウム箔を溶接した。また、前記積層電極から延出された5本の負極端子部を1つに束ね、これらに負極リードとして厚さが50μmで、幅が8mmで、長さが15mmの帯状銅箔を溶接した。
【0042】
次に、外装材として実施例1と同様な複合フィルムを2枚用意した。前記2枚のフィルムを互いのアイオノマー樹脂層が対向するように重ねた。長手方向に沿う両端部を融着幅5mmで熱融着することによりチューブを形成した。この熱融着の際、一方の端部の1箇所を熱融着させず、電解液の注液口を形成した。
【0043】
次いで、得られたチューブ内に前記積層電極を前記正極リードが一方の開口部から延出し、かつ前記負極リードが他方の開口部から延出するように収納した。次いで、リードが延出されている開口部を加熱融着時の影響が積層電極に表れないように積層電極寸法と加熱融着部分のマージンを持たせるようにして融着幅5mmでそれぞれ加熱融着した。注液口として形成した非熱融着領域から前記非水電解液を注液し、前記積層電極に含浸させた。次いで、前記非熱融着領域を融着幅5mmで加熱融着し、長手方向に沿う2つの融着部を上面に折り曲げることにより、厚さが3.1mmで、正極リードが延出している熱融着部及び負極リードが延出している熱融着部の厚さが0.3mmで、リード部分を除く外径寸法が36×134mmのシート形ポリマー電解質二次電池を3個製造した。
<組電池の作製>
まず、1枚目のシート形ポリマー電解質二次電池の正極リードを上面に折り曲げると共に、負極リードを下面に折り曲げた。2枚目及び3枚目のシート形ポリマー電解質二次電池の正負極リードも1枚目の場合と同様にして折り曲げた。2枚目の二次電池の上に1枚目の二次電池を2枚目の二次電池の正極リードが1枚目の二次電池の負極リードと重なるように積層した。前記正極リードの折曲部及びこの折曲部と接触している前記負極の折曲部とを超音波抵抗溶接によって接続した。得られた積層物を前記3枚目の二次電池の上に前記2枚目の二次電池の負極リードが前記3枚目の二次電池の正極リードと重なるように積層した。前記正極リードの折曲部及びこの折曲部と接触している前記負極の折曲部とを超音波抵抗溶接によって接続し、前述した図6に示すような構造を有し、3枚の二次電池が直列に接続されたものからなる積層物を得た。
【0044】
3枚目の二次電池の負極リードに外部負極端子として厚さが50μmで、幅が8mmで、長さが150mmの帯状銅箔を超音波溶接によって接続した。一方、前記積層物の側面のうち、1枚目の二次電池の正極リードが延出されている側面に実施例1と同様な絶縁テープを貼り付けた。前記外部負極端子を前記積層物の絶縁テープが貼り付けられた側面と接するように折り曲げ、先端を前記積層物の上面に配置し、前述した図4に示す構造を有し、厚さが9.4mmで、寸法が36mm×134.2mmである組電池を製造した。
(比較例2)
実施例2と同様なシート形ポリマー電解質二次電池を3つ用意した。各二次電池の正負極リードを折り畳まずに、図8に示すように積層し、直列に接続した。まず、1枚目の二次電池44aの下方に2枚目の二次電池44bを前記1枚目の二次電池44aの負極リード46と前記2枚目の二次電池44bの正極リード45が対向するように配置し、前記1枚目の二次電池44aの負極リード46の先端と前記2枚目の二次電池44bの正極リード45の先端を超音波溶接によって接続した。前記2枚目の二次電池44bの下方に3枚目の二次電池44cを前記2枚目の二次電池44bの負極リード46と前記3枚目の二次電池44cの正極リード45が対向するように配置し、前記2枚目の二次電池44bの負極リード46の先端と前記3枚目の二次電池44cの正極リード45の先端を超音波溶接によって接続した。さらに、外側の2枚の接続されていない端子(1枚目の二次電池44aの正極リード45及び3枚目の二次電池44cの負極リード46)に、直列に接続された端子が接することによる短絡を防止する目的で、前記1枚目の二次電池44aの正極リード45の裏面及び前記3枚目の二次電池44cの負極リード46の表面に実施例1と同様な種類の絶縁テープを貼り付け、厚さが9.3mmで、リード接続部を含む寸法が36mm×154mmである組電池を製造した。
【0045】
得られた実施例2及び比較例2の組電池の占有体積を算出し、得られた体積値を基に、それぞれの組電池を収納することができる最小形状のパックケースを作製した。実施例2の組電池が収納されるパックケースの容積は45.4cm3 であった。これに対し、比較例2の組電池が収納されるパックケースの容積は51.6cm3 と実施例1に比べて約14%大きかった。また、実施例2の組電池を構成する各シート形電池は、折り返された正負極リードが配置される個所の厚さが電池厚さに比べて薄く、前記組電池は正負極リードが折り返されることによって生じる電池厚さの増加を抑制できた。従って、実施例2の組電池は、比較例2の組電池に比較して専有体積を低減することができ、体積エネルギー密度を向上することができる。
【0046】
なお、前述した実施例においては、シート形ポリマー電解質二次電池に適用した例を説明したが、シート形の二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池)や、一次電池に同様に適用することができる。
【0047】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、複数のシート形電池が直列に接続された組電池であって、容積効率が向上された組電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシート形電池の組電池の一例を示す斜視図。
【図2】図1の組電池を構成するシート形電池の一例を示す断面図。
【図3】図1の組電池の組立途中の状態を説明するための斜視図。
【図4】本発明に係るシート形電池の組電池の二つ目の例を示す斜視図。
【図5】図4の組電池を構成するシート形電池の一例を示す断面図。
【図6】図4の組電池の組立途中の状態を説明するための斜視図。
【図7】比較例1の組電池を示す斜視図。
【図8】比較例2の組電池を示す斜視図。
【符号の説明】
1a…シート形ポリマー電解質二次電池、
1b…シート形ポリマー電解質二次電池、
1c…シート形ポリマー電解質二次電池、
13…正極リード、
14…負極リード、
15…絶縁シート。
Claims (2)
- 正極リード及び負極リードが側面から延出しているシート形電池を2個以上直列接続してなる組電池であって、
前記各シート形電池の前記正極リードは一方の面に折り返され、かつ前記負極リードは他方の面に折り返されており、前記2個以上のシート形電池は一方のシート形電池の前記正極リードと前記一方のシート形電池に積層された他方のシート形電池の前記負極リードが重なるように積層されており、
前記2個以上のシート形電池の積層物の一方の面に折り返されている前記正極リードあるいは前記負極リードに外部端子が接続されており、前記外部端子は、前記2個以上のシート形電池の前記側面を横切って前記積層物の他方の面に配置され、
前記外部端子と前記2個以上のシート形電池の前記側面との間に絶縁シートが配置されていることを特徴とする組電池。 - 前記各シート形電池は、前記折り返された正負極リードが配置される部分の厚さが電池厚さに比べて薄いことを特徴とする請求項1記載の組電池。
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