JP4955373B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は二次電池の電池パックに関し、特にリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池による大容量化に適した放熱構造および電極取り出し構造を有する電池パック関する。

近年の電子機器、特に携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオカメラなどの携帯用情報機器の発達や普及に伴い、小型、軽量で、かつエネルギー密度が高い二次電池の需要が大きく伸張し、なお、高性能化の検討がなされている。このような二次電池として特にリチウムイオン二次電池が注目されている。

リチウムイオン二次電池の一般的な構造は、特許文献１などに示され、リチウム−コバルト複合酸化物などの正極活物質粉末、導電性粉末、及びバインダからなる正極活物質層をアルミニウム箔からなる正極集電体表面に形成してなる正極と、炭素系の負極活物質粉末、及びバインダからなる負極活物質層を銅箔からなる負極集電体表面に形成してなる負極を、多孔質のフィルムからなるセパレータを介して重ね、電解液を含浸し発電素子としたものである。

小型化、軽量化のために、電解液を高分子電解質に替えたリチウムイオンポリマー電池が用いられ、また発電素子を封入する外装材としてアルミニウムなどの金属箔と高分子フィルムからなるラミネートフィルムが用いられている。

図５はラミネートフィルムを外装に用いた従来の二次電池の一例を示す斜視図である。図５において、発電素子をラミネートフィルム１１により封入してリチウムイオン電池が構成され、発電素子の正極に接続された電極タブ９と負極に接続された電極タブ１０をそれぞれラミネートフィルムより突出させて設けている。

特開２００５−１２９２３４号公報 特開２００４−３１２８１号公報 特開２００５−５６６５５号公報

従来、ラミネートリチウムイオン電池への入出力線は、上記の電極タブ９、１０に引き出し線を半田付けなどにより接続して取り出している。また、電極タブに直接半田付けによる熱が伝わることを避ける為には、あらかじめ別の接続用タブに半田付けなどによりに引き出し線を取り付けておき、その接続用タブを、抵抗溶接、超音波溶接などで電極タブ９、１０へ固定する方法を取っていた。このように引き出し線を取り付けたラミネートリチウムイオン電池の構成例である斜視図を図６に示す。図６において、接続用タブ１３に引き出し線１４が取り付けられ電極タブ１０に固定されている。図示されていないが、電極タブ９にも同様に引き出し線が固定される。

しかし、近年のラミネートイオン電池を搭載する装置の多様化や電池の大容量化などから、使用時に流される電流が増加する傾向にあり、それに伴い引き出し線１４の径が太くなり、電池パックの組み立て時や取り扱い時に電極タブ９、１０に加わるストレスが増加し、この結果、これらの電極タブとラミネートフィルムの封止部の境界付近や、上述の接続用タブを使用する場合はその接続用タブ１３と電極タブ１０との境界付近でタブ材の破断などの不具合が発生しやすくなってきている。

また、同時に電流の増加に伴い、電池本体やタブ部での発熱も大きくなる傾向にあり、同部位の放熱のための対策も必要となってきている。通常、上記問題は電極タブの板厚を増すことにより解決可能であるが、ラミネートフィルムによる封止能力の限界から、電極タブの板圧は、際限なく厚くすることは出来ない。

また、このような放熱の課題を解決するため、特許文献２、３に示されるように、従来は発電素子や電極タブとは独立に放熱板を二次電池に取り付ける構成が用いられている。しかし、このように放熱対策部品と、電気的接続部品が別々の部品として取り付けられているため、部品点数が増加するという問題が有った。また、これらの場合は上記の太い引き出し線接続による電極タブへのストレス増加の問題には対処することができない。

そこで、本発明の課題は、比較的少ない部品点数で電極タブへのストレス緩和や放熱のための対策を実施することが出来る電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなり、前記正極または負極に接続された電極タブを有する二次電池を少なくとも１つ以上設置して構成され、前記二次電池に固着され、かつ、前記電極タブに接続された金属板を少なくとも１つ以上有することを特徴とする。

また、容量増加のため、前記二次電池を複数個積層して構成されてもよい。

また、前記金属板は前記二次電池を挟むように複数個設置されてもよく、前記二次電池が並列または直列またはそれらの組み合わせで互いに接続されるように前記金属板と前記電極タブが接続されてもよい。

また、前記金属板の少なくとも１つに電極引き出し用の線材が固定されていてもよく、また、大容量に対応するため、前記線材の外径が３ｍｍ以上であってもよい。

また、本発明による効果を大きく生かすためには、本発明の電池パックの容量は１Ａｈ以上であってもよい。

以上のように、本発明では、二次電池へ金属板を固着し、その金属板に接続タブや引き出し線を固定することにより、電極タブに加わるストレスを金属板で吸収して接続部の破断を防止し、かつ、二次電池や接続タブ部での発熱を金属板で吸熱することにより放熱対策が達成できる。金属板としては導電性、放熱性に優れた銅またはその合金やアルミまたはその合金製の金属板を用いることができ、金属板は二次電池に粘着材などで固着することができる。

以上のように、本発明により比較的少ない部品点数で電極タブへのストレス緩和や放熱のための対策を実施することが出来る電池パックが得られる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の第一の実施の形態である電池パックの一例を示す分解斜視図である。図１において、図５に示した従来の二次電池と同様に、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなるリチウムイオン電池１を設置して構成され、発電素子の正極に接続された電極タブ９と負極に接続された電極タブ１０を有している。

さらに、リチウムイオン電池１の平面形状と同程度以上の大きさを有する金属板４が粘着材によりリチウムイオン電池１に固着され、かつ、接続用タブ３がネジ５とナット６により金属板４に接続され、その接続用タブ３が電極タブ１０に抵抗溶接や超音波溶接により接続されている。また、金属板４には電極引き出し用の線材１５が上記のネジ５とナット６により固定されている。

このときの金属板４と接続用タブ３および線材１５との固定は、上記のネジ止めの他に、溶接、ハンダ付け、タブ端子形状による圧着接続などでもよい。

金属板４の板厚については、取り付けられる線材１５の線径により適当な板厚のものを選択するが、ラミネートリチウムイオン電池の軽量性を損なわない程度の板厚を選択する必要があり、このためには０．５〜１．５ｍｍの範囲にあることが望ましい。

本発明の場合、金属板４は電極に接続されて電位を持つことになるため、リチウムイオン電池１と金属板４の間には絶縁シートを設けることが望ましい。これは、万が一ラミネートフィルム表面の絶縁層に傷が生じたり、微小な異物がこの間に混入した場合にリチウムイオン電池１と金属板４が短絡することを防ぐ為である。

図２はそのような絶縁シートをリチウムイオン電池１と金属板４の間に挿入した場合の電池パックの部分断面図である。リチウムイオン電池１に粘着材で絶縁シート７が固着され、その上に金属板４が同様に粘着材で固着される。ここで、絶縁シート７は、およそ０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みを持ち、材質はＰＣ(ポリカーボネート)、変性ＰＰＥなどを選択することができる。

なお、図１には金属板４はリチウムイオン電池１の上側に設置されて電極タブ１０に接続されているが、本実施の形態においては、下側にも金属板を設置してその金属板を接続タブを介して電極タブ９に接続することもできる。また、金属板４の大きさは、線材１５によるストレス回避と放熱の必要性を考慮して決定することができ、必ずしもリチウムイオン電池１の平面形状と同程度以上の大きさを有する必要はない。

図３は本発明による電池パックの第二の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。図３において、正極、負極、および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂からなるラミネートフィルムで封入してなるリチウムイオン電池２１および２２の２つを設置して構成され、リチウムイオン電池２１は正極に接続された電極タブ２３と負極に接続された電極タブ２４を有し、リチウムイオン電池２２は正極に接続された電極タブ２５と負極に接続された電極タブ２６を有している。

リチウムイオン電池２１にはその平面形状と同程度以上の大きさを有する金属板２７が粘着材により図示されていない絶縁シートを介してリチウムイオン電池２１の上面に固着され、かつ、接続用タブ２８がネジとナットにより金属板２７に接続され、その接続用タブ２８が電極タブ２４に溶接により接続され単体電池４０を構成している。

同様にリチウムイオン電池２２はその平面形状と同程度以上の大きさを有する金属板２９が粘着材により図示されていない絶縁シートを介してリチウムイオン電池２２の上面に固着され、かつ、接続用タブ３０がネジとナットにより金属板２９に接続され、その接続用タブ３０が電極タブ２５に溶接により接続され単体電池４１を構成している。

本実施の形態の電池パックは、大容量化のため、単体電池４０と４１を積層して構成されており、金属板２９とリチウムイオン電池２１の下面との間にも絶縁シートが挿入されている。図４は本実施の形態の積層構成を示す電池パックの部分断面図である。

また、図３に示すように、本実施の形態においては、金属板２７、２９にはそれぞれ接続用タブを固定したネジとナットにより電極引き出し用の線材３１および３２が固定されている。電池パックの容量が大きい場合、例えば少なくとも１Ａｈ以上の容量を有する場合には、発熱を防ぐため線材の外径は３ｍｍ以上であることが望ましく、このように太い線材を用いても本発明による構成では、電極タブに加わるストレスを緩和でき、電極部分の破断等を防止することができる。

また、図には示されていないが、リチウムイオン電池２１と２２を並列接続する場合は、接続用タブと電極タブを溶接するときに、接続用タブ２８と電極タブ２４、２６を一緒に接続し、接続用タブ３０と電極タブ２３、２５を一緒に接続しても良い。また、金属板２７と２９にそれぞれ２つの接続用タブを設けて接続しても良い。直列接続する場合は、その接続用のタブを金属板に設けることもできる。

上記は単体電池２個を積層する場合について説明したが、単体電池の積層数が増えても、同様の構造の繰り返しで構成できる。また、本実施の形態において、金属板２７、２９は積層型のラミネートリチウムイオン電池を形成後その上面および下面にそれぞれ設置することも可能であり、この場合、金属板２９はリチウムイオン電池２２の下面に設置されることになる。

以上のように、本発明により比較的少ない部品点数で電極タブへのストレス緩和や放熱のための対策を実施することが出来る電池パックが得られる。

なお、本発明の電池パックは上記の実施の形態に限られるものではないことは言うまでもなく、例えば、使用目的に応じて、金属板の形状や大きさ、接続用タブの形状や構造、接続方法、線材の接続方法などは変更可能であり、また、金属板の一部の形状を変えれば接続用タブを用いないで電極タブを直接金属板に接続することも可能である。

本発明の第一の実施の形態である電池パックの一例を示す分解斜視図。 絶縁シートをリチウムイオン電池と金属板の間に挿入した場合の電池パックの部分断面図。 本発明による電池パックの第二の実施の形態の一例を示す分解斜視図。 第二の実施の形態の積層構成を示す電池パックの部分断面図。 ラミネートフィルムを外装に用いた従来の二次電池の一例を示す斜視図。 引き出し線を取り付けたラミネートリチウムイオン電池の構成例の斜視図。

符号の説明

１、２１、２２ リチウムイオン電池
４、２７，２９ 金属板
３、１３、２８、３０ 接続用タブ
９、１０、２３、２４、２５、２６ 電極タブ
１５、３１、３２ 線材
５ ネジ
６ ナット
７ 絶縁シート
１１ ラミネートフィルム
１４ 引き出し線
４０、４１ 単体電池

Claims (7)

1. 正極、負極および電解質を有する発電素子を金属箔と樹脂を有するラミネートフィルムで封入してなり、前記正極または前記負極に接続された電極タブを有する二次電池を少なくとも１つ以上設置して構成された電池パックであって、
   前記二次電池に固着され、かつ、前記電極タブに接続された金属板を少なくとも１つ以上有し、前記金属板は前記二次電池の平面形状の大きさと同程度以上の大きさを有していることを特徴とする電池パック。
2. 前記二次電池を複数個積層して構成されたことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
3. 前記金属板は前記二次電池を挟むように複数個設置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電池パック。
4. 前記二次電池が並列または直列またはそれらの組み合わせで互いに接続されるように前記金属板と前記電極タブが接続されたことを特徴とする請求項２または３に記載の電池パック。
5. 前記金属板の少なくとも１つに電極引き出し用の線材が固定されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電池パック。
6. 前記線材の外径が３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の電池パック。
7. 容量が１Ａｈ以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電池パック。

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