JP4175055B2 - 単電池、組電池および組電池モジュール - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラミネートフィルムで被覆された電池に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ラミネートフィルムで被覆された電池本体と、前記電池本体に一端が電気的に接続され、他端が前記ラミネートフィルムより突出したタブとを有する電池、いわゆるラミネート電池において、ラミネートフィルムの外周縁部とタブとの境界部分におけるシール性は、水分の侵入によって性能が左右されることになり、非水系溶媒電池にとって重要な問題である。
【０００３】
前記境界部分におけるラミネートフィルムとタブとの接合面の耐久性は、一般的なラミネート電池は、家電製品に用いられることを前提としているので、あまり問題とされない。しかし、車両に搭載して用いる電池は、家電製品に用いられる電池と比較して厳しい環境下で使用されるため、境界部分の耐久性はより高いものが求められる。
【０００４】
また、ラミネート電池の境界部分は、タブと集電箔との接合部の近傍にあるため、大電流通電時には電池の他の部分と比較して温度上昇が大きく、この部分の耐久性は著しく低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、ラミネート電池のラミネートフィルムとタブとの境界部分のシール性および放熱性を高め、耐久性の向上を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、ラミネートフィルムで被覆された電池本体と、電池本体に一端が電気的に接続され、他端がラミネートフィルムより突出したタブと、を有する単電池において、ラミネートフィルムの外周縁部と、タブとを相変化によって熱を吸収する材料を含むシール剤、または前記相変化によって熱を吸収する材料がカプセル内に封入されて含まれるシール剤により被覆する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、ラミネートフィルムで被覆される電池のラミネートフィルムとタブとの境界部分における放熱性を高めることにより、境界部分におけるシール性を向上させることができ、ラミネートフィルムで被覆された電池の耐久性を向上することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【０００９】
図１は、組電池モジュール１０を搭載した車両の概念図、図２は、組電池モジュール１０の概念図、図３（Ａ）は、組電池２０の正面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）を右方向から見た組電池２０の側面図、図４（Ａ）は、ラミネートフィルムで被覆された単電池４０の正面図、図４（Ｂ）は、該単電池４０の側面図、図４（Ｃ）は、該単電池４０のラミネートフィルムとタブ４３との境界部分４６を拡大して示した部分断面図である。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の車両は、主動力源または補助動力源として、組電池モジュール１０を搭載している。本実施形態の組電池モジュール１０は、電池要素として非水系溶媒を用いているため、水分に接触する機会が少ないことが好ましい。そこで、組電池モジュール１０は、車両の中では比較的に水分と接触し難い座席下部近傍に設置されている。
【００１１】
図２に示すように、組電池モジュール１０は、組電池２０が複数に渡って電気的に並列接続されている。組電池２０の外部ケース２１の内部から外部へ突出した電極端子３２ａの各々は、外部端子部１１ａを有する電極端子連結板１１を用いることによって電気的に接続されている。各組電池２０同士は、外部ケース２１の側面に設けられたネジ孔（図示せず）に対して、該ネジ孔に対応する開口部を有する連結板１３を固定ネジ１４によって固定することによって物理的に連結されている。各組電池２０の電極端子３２ａは、絶縁カバー１２により保護されている。要求される容量や電圧等によって、組電池モジュール１０を構成する組電池２０の数量を決定する。
【００１２】
なお、組電池モジュール１０は、組電池２０を電気的に並列に接続するだけでなく、組電池２０を複数に渡って電気的に直列接続または直列と並列とに複合接続してもよい。要求される容量や電圧等に応じて、最適な接続形式を選択する。
【００１３】
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、組電池モジュール１０の構成部分である組電池２０は、複数の単電池４０を電気的に並列に接続した電池群３０を、複数群に渡って電気的に直列に接続して構成されている。電池群３０は、図３（Ａ）に示すように、複数のバスバー３１（電気的な接続部分に相当する）によって電気的に直列に接続されている。図３（Ｂ）に示すように、電池群３０は、単電池４０を複数に渡って積層することによって構成される。各単電池４０は、各タブ４３同士がバスバー３１または電極端子部３２によって圧接され、電気的に並列に接続されている。要求される電圧や容量等によって、組電池２０を構成する電池群３０の数量と、電池群３０を構成する単電池４０の数量とを決定する。
【００１４】
なお、組電池２０は、単電池４０を複数個に渡って電気的に直列に接続してもよい。要求される容量や電圧等に応じて、最適な接続形式を選択する。
【００１５】
図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、単電池４０は、ラミネートフィルム４１で被覆された電池本体４２と、電池本体４２に一端が電気的に接続され、他端がラミネートフィルム４１より突出したタブ４３と、を有する電池、いわゆるラミネート電池であり、ラミネートフィルム４１の境界部分４６（外周縁部に相当する）と、タブ４３とをラミネートフィルム４１よりも熱容量の大きいシール部材４５により被覆している。シール部材４５は、ポリオレフィンを含むシール剤からなることを特徴とする。
【００１６】
単電池４０には、タブ４３の一部にバスバー３１が取り付けられ、他の単電池と電気的に接続することが可能にされている。
【００１７】
図４（Ｃ）に示すように、ラミネートフィルム４１は、高分子材料からなる樹脂製の薄膜４１ａ、４１ｃと金属製の薄膜４１ｂとからなる。ラミネートフィルム４１は、タブ４３と接する薄膜４１ａの材質として、ポリプロピレンが用いられている。
【００１８】
シール剤に含まれるポリオレフィンの例として、薄膜４１ａの材質として示したポリプロピレンの他、ポリエチレン等が挙げられる。ポリエチレンの方がポリプロピレンよりも熱容量が大きく、放熱性に優れることから、本実施形態のシール剤はポリエチレンを主材料とした。
【００１９】
シール部材４５を境界部分４６に接合する手順を次に示す。ポリプロピレンを主材料とする液体状のシール剤を用意する。気泡や異物が混入するとシール性および放熱性を低下させる虞があるので、気泡等が入らないように注意しながら、シール剤を境界部分４６に塗布する。塗布されるシール剤の厚みは、シール性および放熱性の観点から決定する。塗布後、シール剤が固化するまで、境界部分４６を保持する。シール剤が固化した後のシール部材４５の形状は、要求されるシール性および放熱性を充足できれば、どのような形状であってもよい。
【００２０】
なお、要求されるシール性および放熱性を確保することができれば、他の方法でシール剤を境界部分４６に接合してもよい。例えば、固形の板状のシール剤を境界部分４６に設置後、熱融着によって境界部分４６に接合してもよい。
【００２１】
以上説明したように、単電池４０、組電池２０および組電池モジュール１０は、次のような効果を有する。
【００２２】
電池は、通電することによって発熱する。ラミネート電池の場合は、特にラミネートフィルムとタブとの境界部分の近傍におけるタブの発熱が大きい。ラミネート電池のラミネートフィルムとタブとは、ラミネートフィルムの高分子材料からなる樹脂層によって接合されている。境界部分の樹脂層は、タブの発熱によって軟化と固化とを繰り返し、剥離し易くなる。その結果、ラミネートフィルムとタブとの境界から、ラミネートフィルムで被覆された電池本体へ水分が侵入し易くなる。非水系溶媒を用いる電池の場合は性能が劣化する虞があるため、水分の侵入を防止する必要がある。単電池４０によれば、タブ４３がラミネートフィルム４１から取り出される境界部分４６に、薄膜４１ａよりも熱容量の大きいシール部材４５を接合していることから、ラミネートフィルム４１で被覆される単電池４０のシール性および放熱性を高め、耐久性を向上することができる。境界部分４６からの水分の侵入を防止できるため、単電池４０の性能が劣化し難く、長期間に渡って性能を維持することができる。放熱性が向上し、タブ４３の温度上昇を低減することができるため、境界部分４６と接している薄膜４１ａが剥離する虞を低減することができる。
【００２３】
シール部材４５は、ポリオレフィンを含むシール剤からなるので、塗布や熱融着等の容易な方法によって境界部分４６にシール部材４５を接合することができる。
【００２４】
車両等の機器に必要とされる容量や電圧等を充足させることは、一つの単電池によっても可能ではある。しかし、一つの単電池に不具合が発生すると、安定した容量や電圧等を維持できなくなり、電池を使用する機器の動作に与える影響が大きいものとなる。単電池４０を電気的に並列に接続した電池群３０を複数群に渡って電気的に直列に接続した組電池２０と、複数の組電池２０を電気的に並列接続した組電池モジュール１０を用いることにより、一つの単電池４０に不具合が発生した場合であっても、組電池２０または組電池モジュール１０全体として、安定した容量や電圧等を維持することができる。
【００２５】
車両に本実施形態の組電池モジュール１０を用いることにより、金属製の外装缶を用いる電池と比較して車両の動力源を軽量にすることができる。すなわち車両全体を軽量にすることができるため、自動車の燃費向上に貢献することができる。
【００２６】
（参考例）
図５は、参考例のラミネートフィルム４１で被覆された単電池５０を示す図である。
【００２７】
参考例のシール部材５１は、金属粉または／およびセラミックス粉を含むシール剤からなることを特徴とする。
【００２８】
シール剤には、シール性に優れる材料、例えばポリオレフィン等の高分子材料からなる樹脂に、金属粉または／およびセラミックス粉が分散混入されている。シール性と放熱性との観点から、高分子材料と金属粉または／およびセラミックス粉の配合割合を決定する。金属粉およびセラミックス粉の形状や大きさは、放熱性の観点から決定される。シール性の向上のため、金属粉やセラミックス粉の大きさは、シール部材５１の層の厚さよりも小さく、かつ、分散して配置されることが好ましい。
【００２９】
参考例の単電池５０によれば、熱容量の大きい材料に、さらに、熱容量の大きい金属粉または／およびセラミックス粉を含むシール部材５１を境界部分４６に接合しているため、前述した実施形態よりもさらに放熱性を向上することができる。放熱性が向上し、タブ４３の温度上昇をより効果的に低減することができるため、境界部分４６の薄膜４１ａが剥離する虞をさらに低減することができる。
【００３０】
図６は、本発明の実施形態におけるラミネートフィルム４１で被覆された単電池６０を示す図である。
【００３１】
本発明の実施形態におけるシール部材６１は、相変化によって熱を吸収する材料である吸熱剤６２を含むシール剤からなることを特徴とする。
【００３２】
シール剤は、シール性に優れる材料、例えばポリオレフィン等の高分子材料からなる樹脂に、吸熱剤６２がシール部材６１の層の厚さよりも小さい粒子またはカプセルとして混入されている。一般的な材料は、相変化時に体積が変化する場合が多い。シール部材６１の内部で吸熱剤６２が繰り返し膨張や縮小をすると、シール部材６１が境界部分４６から剥離する虞が高くなる。そこで、シール剤に吸熱剤６２を混入する場合は、相変化の前後における体積変化が少ない、固体から液体への溶解熱によって熱を吸収する吸熱剤６２を用いることが好ましい。カプセルを用いる場合は、カプセル内の吸熱剤６２が相変化する際に、カプセルが変形しないようにすることが好ましい。カプセル内の吸熱剤６２は、溶解熱と気化熱とのいずれの潜熱を用いる物質であってもよい。吸熱剤６２の形状、大きさ、および配合の割合は、シール性と放熱性との観点から決定される。
【００３３】
なお、シール剤は、ポリオレフィンを含む高分子材料、金属の粒子、またはセラミックスの粒子のいずれか、もしくは複数を含んでいても構わない。
【００３４】
本発明の実施形態における単電池６０によれば、相変化によって熱を吸収する材料である吸熱剤６２を含むシール剤を用いているので、放熱性をより一層向上することができる。
【００３５】
（改変例１）
図７は、本発明の実施形態の改変例１におけるラミネートフィルム４１で被覆された単電池７０を示す図である。
【００３６】
改変例１におけるシール部材７１は、タブ４３のうちバスバー３１を除いた部分に接合されることを特徴とする。シール部材７１の厚みは、シール性および放熱性の観点から決定する。シール性の観点から、境界部分４６の近傍を他の部分よりも厚めにすることが好ましい。シール部材７１は、前述したいずれのシール剤からなるものであってよい。
【００３７】
改変例１の単電池７０によれば、タブ４３に意図しない導電性の物が接触してショートすることを防止することができ、安全性を向上することができる。また、バスバー３１を除くタブ４３の全域にシール部材７１を接合するので、放熱性をさらに向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、組電池モジュールを搭載した車両の概念図である。
【図２】図２は、組電池モジュールの概念図である。
【図３】図３（Ａ）は、組電池の正面図、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）を右方向から見た該組電池の側面図である。
【図４】図４（Ａ）は、ラミネートフィルムで被覆された単電池の正面図、図４（Ｂ）は、該単電池の側面図、図４（Ｃ）は、該単電池のラミネートフィルムとタブとの境界部分を拡大して示した部分断面図である。
【図５】図５は、参考例におけるラミネートフィルムで被覆された単電池を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態におけるラミネートフィルムで被覆された単電池を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態の改変例１におけるラミネートフィルムで被覆された単電池を示す図である。
【符号の説明】
１０…組電池モジュール
２０…組電池
３０…電池群
３１…バスバー（電気的な接続部分）
４０、５０、６０、７０…単電池
４１…ラミネートフィルム
４２…電池本体
４３…タブ
４５、５１、６１、７１…シール部材
４６…境界部分（外周縁部）
６２…吸熱剤（相変化によって熱を吸収する材料）

Claims (5)

1. ラミネートフィルムで被覆された電池本体と、前記電池本体に一端が電気的に接続され、他端が前記ラミネートフィルムより突出したタブと、を有する単電池において、
   前記ラミネートフィルムの外周縁部と、前記タブとを、相変化によって熱を吸収する材料を含むシール剤、または前記相変化によって熱を吸収する材料がカプセル内に封入されて含まれるシール剤により被覆したことを特徴とする単電池。
2. 前記シール部材は、前記タブの前記他端の電気的な接続部分を除いた部分に接合されることを特徴とする請求項１に記載の単電池。
3. 請求項１または２に記載の単電池を用いる組電池であって、
   前記単電池または複数の前記単電池を電気的に並列に接続した電池群を、複数個または複数群に渡って電気的に直列に接続することを特徴とする組電池。
4. 請求項３に記載の組電池を複数に渡って電気的に並列接続、直列接続または直列と並列とに複合接続することを特徴とする組電池モジュール。
5. 前記組電池モジュールは車両に搭載される電池であることを特徴とする請求項４に記載の組電池モジュール。

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