JP4590869B2

JP4590869B2 - ラミネート型二次電池

Info

Publication number: JP4590869B2
Application number: JP2004007017A
Authority: JP
Inventors: 茂高城; 友康竹内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-01-14
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-01-14
Also published as: JP2005203192A

Description

本発明は、ラミネート型二次電池に関するものであり、特に、ラミネート型二次電池における放熱性の向上に関するものである。

特許文献１に開示されている電池において、積層電極群は、周囲が溶着シールされた一対のラミネートシートにより形成される外装ケースに収納されており、外装ケースの一端から正極リードおよび負極リードが取り出される構造を有している。正極リードおよび負極リードは、樹脂シートを介してラミネートシートにより溶着シールされており、電極リードにおける溶着シールの接合強度が確保される。

尚、その他の関連技術として、特許文献２乃至５が開示されている。

特開２０００−２８５９０４号公報（第１図）特開２００２−３１９３８８号公報特開２００１−１４３７６９号公報特開２００１−６６５１号公報特開平１１−３３９７５７号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている電池の構造では、積層電極群は、周囲が溶着シールされたラミネートシート内に密閉されて収納されているため、充放電に伴う内部発熱に対しては、外部に引き出されている正／負極リードのみが放熱フィンの機能を兼ねざるを得ず、充分な放熱効率が得られないという問題がある。

特に、複数の電池を積層して組電池として構成する等、限られたスペースに電池を設置する必要がある場合に、積層電極群による電池自体の発熱は無視することができず、充分な放熱が確保できない場合には積層電極群の温度上昇に伴う電池特性の劣化等の問題を招来してしまうおそれもあり問題である。

具体的には、近年、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池がハイブリッド車や電気自動車のバッテリーとして搭載される際、高い出力電圧とエネルギー密度を確保するために、二次電池を外装ケースに多数積層して収納する組電池が使用される場合が増えてきている。これらの二次電池が充放電する際、正負の電極物質間で行われる化学反応に伴う発熱や、抵抗成分を電流が流れることによるジュール熱等の発熱は避けることはできず、更に組電池として限られた収納空間に高密度に積層されていることから、発熱された熱はこもり易いといった性質を有している。これらの組電池における放熱特性を改善することが急務である。

外部に引き出された電極リードの放熱性を高めるために電極リードの表面積を大きくすることが考えられ、電極リード自体の体格を大きくしたり、電極リードの表面に凹凸を施したりといった方策も考えられる。しかしながら、これらの方策では、電極リードの体格により放熱のための充分な送風径路が確保できなくなり、また凹凸形状に加工する際の製造コストの増大を招来してしまうおそれもあり問題である。

本発明は前記従来技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、放熱のための送風径路を遮ることなく充分な放熱効率を確保した放熱フィンが電極リードと一体に形成されるラミネート型二次電池を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に係るラミネート型二次電池は、ラミネートシートよりなる外装体に電池要素が密閉されてなり、前記電池要素における正／負の各電極部に接続される電極部材が、前記外装体内において前記電池要素の端面に並走する端子接続部、及び前記端子接続部に連続して前記外装体の外部に引き出される一方の外部端子と、前記端子接続部を介して前記一方の外部端子とL字状に直交する他の外部端子と、から成り、前記外部端子のうち、いずれか一方は前記電極部に接続される電極端子であり、他方は放熱フィンとして機能することを特徴とする。

これにより、電極端子である外部端子が複数の端子を備えて構成されることとなり、組電池を構成する際、また外部回路との接続の際、外部端子間の接続位置や外部端子からの電源径路の取りまわり位置を自由に選択することができ、二次電池の柔軟な配置構成を実現することが可能となる。

また、外部端子は放熱フィンの役割を奏するところ、少なくとも何れか一方の電極を構成する外部端子が複数の端子で構成されることにより複数の放熱フィンを有することとなり、効率よく放熱することが可能となる。放熱性能の向上を図ることができる。

更に、電池要素の電極と外部端子とを接続する端子接続部が、外装体内において電池要素の端面に並走するので、充放電により発熱した電池要素の熱を効率よく端子接続部に伝播させることができる。端子接続部に伝搬した熱は外部に引き出されている複数の端子から容易に放熱することができる。電池要素において発生した熱は、電池要素の電極のみならず、端子接続部が並走する端面からも外部端子に伝播させることができ、効率よく外装体の外部に放熱することができる。

また、請求項２に係るラミネート型二次電池は、請求項１に記載のラミネート型二次電
池において、端子接続部は、電池要素の端面に並走する平板状形状を備えてなることを特
徴とする。これにより、電池要素の電極と外部端子とを接続する端子接続部が平板状の形
状をなして電池要素の端面に並走することとなり、平板状形状であることによる放熱性の
向上と共に、電池要素との対向面積を充分に確保することができ、電池要素からの発熱を
効率よく端子接続部に伝播することができる。

また、請求項３に係るラミネート型二次電池は、請求項１または２に記載のラミネート型二次電池において、一対の外部端子の各々が複数の端子群で構成される場合において、各端子接続部は、電池要素における異なる端面に並走して備えられることを特徴とする。これにより、正／負の外部電極の各々に接続されている端子接続部は相互に干渉することなく、電池要素の全面に渡って広範囲に並走することができ、また、電池要素の複数方向から放熱をすることができ、放熱性の向上を図ることができる。

また、請求項４に係るラミネート型二次電池は、請求項１から３のいずれかに記載のラミネート型二次電池において、外装体から外部に引き出される電極端子と放熱フィンとは、各々、外装体の異なる端辺に位置することを特徴とする。これにより、二次電池の正／負の電極に接続される電気径路が配置される端辺とは異なる端辺に放熱フィンを配置することができる。電気径路等が存在せず冷却風の径路が規制されない端辺部に放熱フィンを引き出すことができ、放熱効率の向上を図ることができる。ここで端辺とは、電池要素端面の外周部を指す。電極端子および放熱フィンは、電池要素の外周部において外装体から外部に引き出される。

本発明によれば、放熱性を確保するための放熱板の面積を、外装材の内部においては端子接続部により確保すると共に、外装材の外部においては複数の端子群で確保することができ、充分な放熱効率を確保した放熱フィンが電極リードと一体に形成されるラミネート型二次電池を提供することが可能とする。

以下、本発明のラミネート型二次電池について具体化した実施形態を図１乃至図６に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。以下に示す電池要素１は、正極材料シートと負極材料シートとをセパレータを介して積層した矩形長尺状の電池シートを巻装してなる構成を有している。電池シートの各長辺部には、各々正／負極材料シートが延出されて配置されており正／負の電極部２、３を形成している。

図１に示す第１実施形態のラミネート型二次電池では、略Ｌ字形状の電極部材２１、３１が備えられる。略Ｌ字形状の互いに直交する両端部の各々が外部端子２１ａおよび２１ｃ、３１ａおよび３１ｃを構成している。正／負極のそれぞれの外部端子が、各々２つの端子を備えている。

外部端子２１ａおよび２１ｃの間、および外部端子３１ａおよび３１ｃの間は、平板状の端子接続部２１ｂ、３１ｂで接続されている。外部端子２１ａおよび２１ｃ、３１ａおよび３１ｃと、端子接続部２１ｂ、３１ｂとは、巻装された電池要素１の端辺に沿って成形されている。

外部端子２１ａ、３１ａが接続される電池要素１の各電極部２、３は、セパレータおよび反対側電極シートがなく正／負何れかの電極シートのみが複数層に渡って巻装されて構成されている。電極部２、３において、正／負電極シートは低抵抗で外部端子２１ａ、３１ａに接続される必要があり、巻装して重ねられた各電極シートは圧接されて互いに密着されている。この密着位置に外部端子２１ａ、３１ａが接続されることにより、長尺状の電池要素１は巻装される円周距離ごとに外部端子２１ａ、３１ａに低抵抗で接続されて均等に電力が取り出される。

正／負極の電極シートとセパレータとの三層構造が巻装された構造の電池要素１の中央部は圧接された電極部２、３に比して厚みをもって構成される。また、図２に示すように、電池要素１は、電極部材２１、３１の接続の後、両端面から一対のラミネートシート５で挟み込まれた上、電池要素１の周縁部でラミネートシート間をシールすることにより密閉して構成される。外部電極２１ａおよび２１ｃ、３１ａおよび３１ｃは、シールされるラミネートシート５の間から外部に引き出される構成である。したがって、外部電極２１ａおよび２１ｃ、３１ａおよび３１ｃは、巻装され幅厚を有した電池要素１の幅方向の略中央部に配置される必要がある。電池要素１の幅方向略中央部において引き出される外部端子２１ａおよび２１ｃ、３１ａおよび３１ｃと、電池要素１の電池要素端面４に並走して配置される端子接続部２１ｂ、３１ｂとは、電池要素１の幅厚に沿って屈曲された構造を有して接続されている。

正／負の電極が、各々、二次電池の隣り合う二端辺から外部端子として引き出されて構成される二次電池（図２）では、何れか一方の端子を電極用として使用すると共に、他方の電極を放熱フィンとして機能させることが可能となる。

図２の二次電池を、対向面を交互に反転させて積層した状態を図３に示す。隣接する二次電池の間で対向する二種類の外部端子２１ａと３１ａ、２１ｃと３１ｃが、互いに対極の電極端子となる。図３では外部端子２１ａと３１ａとが電極取り出し用の端子である。電池の対向する二端辺から電池ごとに交互に引き出されている外部端子２１ａ、３１ａを、端辺ごとに交互に接続板６で接続して積層された二次電池が直列接続される構成である。ハイブリッド車や電気自動車等の高電圧レベルが必要とされる用途に使用される組電池では一般的な接続構成である。

電極として使用されない外部端子２１ｃ、３１ｃは、二次電池の一端辺の両端部に並んで、電池ごとに交互に対向して配置されることとなる。この外部端子２１ｃ、３１ｃについても、左右両端部について交互に接続板で接続することができる他、専用の放熱フィンとして使用することができる。外部端子２１ｃ、３１ｃは、二次電池の一端辺の全域を塞ぐことなく端辺中央部に冷却風の送風径路を確保しながら両端部に配置されるので、冷却風の流れに対して効率よく放熱が行われることとなる。

ここで、外部端子２１ｃ、３１ｃは、隣接する端子間を不図示の接続板で接続することにより電極として使用する場合にも同様な放熱効果を確保することができる。また、電極として使用されている外部端子２１ａ、３１ａも同様な放熱フィンとしての効果を奏することは言うまでもない。

あわせて、外部端子２１ａおよび３１ａと、２１ｃおよび３１ｃとの間を接続する平板形状の端子接続部２１ｂ、３１ｂは、電池要素端面４に並走しており、更に組電池等を構成する際に積層された二次電池を押圧する等により電池要素端面４に接触、押圧されることに応じて、端子接続部２１ｂ、３１ｂには電池要素１において発せられる熱が効率よく伝搬され、外部端子２１ａおよび３１ａ、２１ｃおよび３１ｃから効率よく放熱される。

尚、冷却風の送風方向は、図３に示す方向に限定されるものではなく、端子接続部２１ｂ、３１ｂが並走する方向等、外部端子２１ａおよび３１ａ、２１ｃおよび３１ｃを冷却できる方向であれば何れの方向であってもよいことは言うまでもない。

図４に示す第１実施形態の変形例では、放熱フィンとして複数の切欠きを有する外部端子２１ｄ、３１ｄを備える構成である。これにより、放熱フィンとしての外部端子２１ｄ、３１ｄの表面積が増大すると共に、外部端子２１ｄ、３１ｄに直接当たる冷却風の送風径路が確保されるため、放熱効率の向上を図ることができる。

尚、切欠きの方向、形状、数等は、図４に示した変形例に限定されるものではなく、放熱効果を奏する態様で様々な方向、形状、数等が可能であることは言うまでもない。

また、図５に示す第２実施形態のラミネート型二次電池では、第１実施形態における電極部材２１、３１に代えて、電極部材２２、３２が備えられる。

二次電池の同一端辺から引き出されていた外部端子２１ｃ、３１ｃに代えて、二次電池の対向する二つの端辺の各々から外部端子２２ｃ、３２ｃが引き出されている。また、外部端子２１ｃ、３１ｃが電池端辺の端部に一つの端子として引き出されていることに代えて、外部端子２２ｃ、３２ｃの各々は、電池端辺の両端部に二つの端子が引き出されて構成されている。更に、外部端子２２ｃ、３２ｃの各々の二端子は端子接続部２２ｂ、３２ｂで接続されており、このため端子接続部２２ｂ、３２ｂは、電池要素端面４に並走して外部端子２２ｃ、３２ｃが引き出されている端辺全域に配置されている。尚、電池要素１の電極部２、３に接続される外部端子２２ａ、３２ａは、外部端子２１ａ、３１ａと同様な構成を有しており、同様な作用・効果を奏するものである。

これにより、放熱フィンとして機能する外部端子２２ｃ、３２ｃが、各々異なる端辺から引き出され、かつ端辺全域に渡って配置されるため十分な放熱面積を有する放熱フィンを構成することができる。冷却風の送風径路も確保されるため放熱フィンの冷却効率も確保することができる。また、端子接続部２２ｂ、３２ｂについても、電池要素端面４に並走する距離を長く設定することができるため、電池要素端面４に対向する対向面積を増大させることができ、放熱効率を向上させることができる。

更に、図６に示す第３実施形態のラミネート型二次電池では、第２実施形態における電極部材２２、３２に代えて、電極部材２３、３３が備えられる。

端子接続部２２ｂ、３２ｂは、電池要素端面４の一方の端面にのみ並走するように構成されていることに代えて、電極部材２３、３３では、端子接続部２３ｂ、３３ｂが、各々反対の端面に並走するように構成されている。一端面には一方の端子接続部のみが存在することとなるので、端子接続部２３ｂ、３３ｂを端面の全域を覆う平板とすることができる。

また、二次電池の対向する二つの端辺の各々から端辺の両端部に二つの端子が引き出されている外部端子２２ｃ、３２ｃに代えて、各端辺の全域に渡って外部端子２３ｃ、３３ｃが引き出されて構成されている。

尚、外部端子２３ａ、３３ａは、外部端子２２ａ、３２ａと同様な構成を有しており、同様な作用・効果を奏するものである。

これにより、放熱フィンとして機能する外部端子２３ｃ、３３ｃが、各々異なる端辺から引き出され、かつ端辺全域に渡って配置されるため十分な放熱面積が確保された放熱フィンを構成することができる。また、端子接続部２３ｂ、３３ｂを電池要素端面４の全域とすることができ、電池要素端面４に対向する対向面積を最大限に増大させることができ、放熱効率を向上させることができる。

以上詳細に説明したとおり、本実施形態に係るラミネート型二次電池によれば、各電極端子が、外部端子２１ａおよび２１ｃあるいは２１ｄ、３１ａおよび３１ｃあるいは３１ｄ、２２ａおよび２２ｃ、３２ａおよび３２ｃ、２３ａおよび２３ｃ、３３ａおよび３３ｃとして、二端子以上の端子を備えて構成されることとなり、この二次電池により組電池を構成する際、またこの二次電池を外部回路と接続する際、外部端子間の接続位置や外部端子からの電源径路の取りまわり位置を自由に選択することができ、柔軟な配置構成を実現することができる。

また、外部端子は放熱フィンの役割を奏するので、二端子以上の放熱フィンを有することとなり放熱性能の向上を図ることができる。

更に、端子接続部２１ｂ乃至２３ｂ、３１ｂ乃至３３ｂが、電池要素端面４に並走するので、充放電により発熱した電池要素１の熱が効率よく端子接続部に伝播し、二端子以上の端子から容易に放熱されることとなる。電池要素１において発生した熱は、電池要素１の電極部２、３のみならず端子接続部が並走する端面からも外部端子に伝播させることができ、効率よく外部に放熱することができる。

また、端子接続部は平板状形状をなして電池要素端面４に並走するので、電池要素１からの発熱が効率よく端子接続部に伝播されると共に、組電池等を構成する場合に電池サイズをコンパクトにする目的や電池要素の内部抵抗を低減する等の目的で二次電池を押圧する際、端子接続部を効率よく電池要素端面４に接触または押圧させることができ、端子接続部による放熱効果を高めることができる。

また、端子接続部２３ｂ、３３ｂは、相互に干渉することなく電池要素端面４の全域に渡って広範囲に並走することができ、また、電池要素１を複数方向から放熱することができ、放熱性の向上を図ることができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。例えば、本発明は電池種に依存することはない。リチウムイオン電池やニッケル水素電池以外の電池種に対しても同様に適用が可能である。

第１実施形態のラミネート型二次電池において外部端子の取り付け状態を示す図である。第１実施形態のラミネート型二次電池の外観を示す図である。第１実施形態のラミネート型二次電池を積層した状態を示す図である。第１実施形態のラミネート型二次電池において外部端子形状の変形例を示す図である。第２実施形態のラミネート型二次電池において外部端子の取り付け状態を示す図である。第３実施形態のラミネート型二次電池において外部端子の取り付け状態を示す図である。

符号の説明

１電池要素
２、３電極部
４電池要素端面
５ラミネートシート
６接続板
２１乃至２３、３１乃至３３電極部材
２１ａ乃至２３ａ、２１ｃ乃至２３ｃ、２１ｄ、３１ａ乃至３３ａ、３１ｃ乃至３３ｃ、３１ｄ外部端子
２１ｂ乃至２３ｂ、３１ｂ乃至３３ｂ端子接続部

Claims

ラミネートシートよりなる外装体に電池要素が密閉されてなるラミネート型二次電池において、
前記電池要素における正／負の各電極部に接続される電極部材が、
前記外装体内において前記電池要素の端面に並走する端子接続部、及び前記端子接続部
に連続して前記外装体の外部に引き出される一方の外部端子と、
前記端子接続部を介して前記一方の外部端子とL字状に直交する他の外部端子と、
から成り、
前記外部端子のうち、いずれか一方は前記電極部に接続される電極端子であり、他方は放熱フィンとして機能することを特徴とするラミネート型二次電池。
前記端子接続部は、前記電池要素の端面に並走する平板状形状を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のラミネート型二次電池。
前記端子接続部は、前記電池要素における異なる端面に並走して備えられることを特徴とする請求項１または２に記載のラミネート型二次電池。
前記電極端子が外部に引き出される前記外装体の端辺と、前記放熱フィンが外部に引き出される前記外装体の端辺とは、異なることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のラミネート型二次電池。