JP5034152B2

JP5034152B2 - 組電池

Info

Publication number: JP5034152B2
Application number: JP2004074527A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　勲; 寛向井; 稔平田; 聖治根本; 下薗　　武司; 岳人松原
Original assignee: GS Yuasa International Ltd
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005267880A

Description

本発明は、アルミラミネートフィルム等のフレキシブルフィルム製の電池容器を用いた電池を複数個組み合わせた組電池に関するものである。

扁平状の電池では、発電要素（電池エレメント）を収納するための電池外装体である電池容器にフレキシブルなアルミラミネートフィルムを用いることがある（例えば、特許文献１参照。）。このようにアルミラミネートフィルム製の電池容器を用いた非水電解質二次電池の従来の構成例を図２及び図３に示す。図２に示すように、この非水電解質二次電池１は、発電要素２を収納する電池容器３が２枚の方形のアルミラミネートフィルム３１，３２によって構成されている。

発電要素２は、この例では、帯状の正極２ａと負極２ｂをセパレータ２ｃを介して巻回し、これを側面から押し潰して扁平状に成形したものであり、一方の端面からは正極２ａの側端部に露出するアルミニウム（箔状又は薄板状）を突出させると共に、他方の端面からは負極２ｂの側端部に露出する銅（箔状又は薄板状）を突出させている。そして、この発電要素２の一方の端面に突出する正極２ａのアルミニウムには、短冊状のアルミニウム（箔状又は板状）からなる正極リード片４を接続すると共に、他方の端面に突出する負極２ｂの銅には、短冊状の銅又はニッケル（箔状又は板状）からなる負極リード片５を接続している。

電池容器３を構成するアルミラミネートフィルム３１，３２は、ナイロン樹脂等からなるベースフィルム層とアルミニウム箔からなる金属層とポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなるシーラント層をラミネート状に積層したフレキシブルフィルムである。そして、これら２枚のアルミラミネートフィルム３１，３２は、シーラント層を向かい合わせにして発電要素２を挟んで重ね合わせ、図３に示すように、周縁部を加熱加圧して熱溶着することにより、内部を密閉した電池容器３となる。また、発電要素２の両端面から突出する電極リード片４，５は、この電池容器３の周縁部で熱溶着されたアルミラミネートフィルム３１，３２の間を通して先端部が外部に突出する。なお、この例に示した非水電解質二次電池１では、電池容器３の内部が完全に密閉される前に電解液が注入され予備充電が行われる。

上記２枚のアルミラミネートフィルム３１，３２からなる電池容器３は、四方の周縁部を熱溶着することにより、これらのアルミラミネートフィルム３１，３２がシーラント層で重なり合って密着した接合部３ａ〜３ｄが形成されるので、これらの接合部３ａ〜３ｄが発電要素２の周囲にはみ出してスペースを占有することになる。そこで、この例に示した非水電解質二次電池１では、図３に示したように、電池容器３の四方の接合部３ａ〜３ｄにおける電極リード片４，５が突出していない接合部３ｃ，３ｄを直角に折り曲げて、側方にはあまりはみ出さないようにしている。

上記非水電解質二次電池１は、図４に示すように、複数個（ここでは４個）を前後方向に重ねて並べ直列接続にして、組電池ケース６に収納し組電池として使用することがある。この組電池は、各非水電解質二次電池１における電池容器３の接合部３ａ，３ｂから突出する電極リード片４，５にそれぞれＬ字状の接続金具７を接続固定している。そして、正極リード片４は、接続金具７と共に前方に折り曲げると共に接合部３ａ側に折り返し、負極リード片５は、接続金具７と共に後方に折り曲げると共に接合部３ｂ側に折り返すことにより、これらの電極リード片４，５や接続金具７が組電池の上下方向にはみ出さないようにしている。また、隣接する非水電解質二次電池１，１の接続金具７，７がＬ字状に曲がった部分で互いに重なり合っているものについて、これらの接続金具７，７同士を接続固定することにより、全ての非水電解質二次電池１を直列に接続している。

上記組電池は、前方の端に配置された非水電解質二次電池１の正極リード片４と、後方の端に配置された非水電解質二次電池１の負極リード片５の接続金具７，７から電流リード線８，８を引き出して、組電池ケース６に設けられた組電池端子６ａに接続している。電流リード線８，８は、組電池端子６ａを介して複数個の非水電解質二次電池１から外部に放電電流を流出させたり、外部から充電電流を流入させるためのものである。また、隣接する非水電解質二次電池１，１の間で接続固定された接続金具７，７からも、それぞれいずれかの接続金具７から電圧リード線９を引き出して、組電池端子６ａに接続している。電圧リード線９は、電流リード線８と組み合わせて、任意の非水電解質二次電池１の正極リード片４と負極リード片５に接続される一対のリード線８，９を選択することにより、各非水電解質二次電池１のセル電圧を検出することができるようにしたものである。組電池端子６ａは、これら電流リード線８や電圧リード線９を外部回路と接続するためのコネクタである。

ところが、従来の上記組電池は、リード線８，９を各非水電解質二次電池１の電池容器３における上下の接合部３ａ，３ｂのさらに上方と下方を通して組電池ケース６内の前方端部に引き出すことにより組電池端子６ａに接続していた。このため、従来は、組電池ケース６の上下部にこれらのリード線８，９を通すためのスペースが必要となり、このために組電池が大きくなりすぎるという問題が生じていた。即ち、電池容器３にアルミラミネートフィルム３１，３２を用いる場合、少なくとも電極リード片４，５を外部に突出させる部分で、アルミラミネートフィルム３１，３２を重ね合わせて熱溶着することにより接合部３ａ，３ｂを形成せざるを得ないので、これらの接合部３ａ，３ｂが発電要素２の周囲にはみ出すことになり、スペースの無駄が生じ易い。例えば上記従来例では、電池容器３における電極リード片４，５が突出しない側方の接合部３ｃ，３ｄは、直角に折り曲げることにより図４に示す左右方向に無駄にはみ出すことがないようにしている。また、特許文献１に記載の電池の場合は、アルミラミネートフィルムをまず筒状に形成することにより側方の無駄なはみ出しをなくしているが、少なくとも正負極の電極リード片が突出する方向の接合部は無駄なはみ出しが生じている。そして、従来は、リード線８，９をこれら接合部３ａ，３ｂより上方と下方に通していたために、これがスペースの無駄をさらに助長される結果となっていた。

また、上記組電池は、接続金具７に半田付けしたリード線８，９を直ぐにほぼ直角に折り曲げて引き出す必要があった。しかしながら、半田付けしたリード線８，９の端部は、半田がのって曲がり難くなることが多く、折り曲げの際に接続金具７や電極リード片４，５に強い力が加わって大きな負担が加わったり、半田付け自体が剥がれるおそれがあるという問題も生じていた。
特開２００１−３５１６９２号公報

本発明は、リード線を電池容器の接合部に沿って引き出すことにより、これらのリード線を通すためのスペースが無駄になるという問題を解決しようとするものである。

請求項１の発明は、フレキシブルフィルムの周縁部が接合されて形成された電池容器と前記周縁部の接合部から突出した複数の電極リード片とを備えた複数の扁平状の電池と、外部回路と接続するための組電池端子とを備え、前記電極リード片と前記組電池端子との間にリード線が配された組電池であって、前記電極リード片が前記電池容器の対向する一対の辺における各端部に位置する前記接合部からそれぞれ突出していると共に、前記複数の扁平状の電池は扁平面が重なり合うように並べられており、前記リード線が、隣接する電池の前記周縁部の接合部どうしの隙間に配されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、電極リード片に接続されたリード線が電池容器の接合部に沿って引き出されて組電池端子に接続されるので、この接合部に沿った間隙を利用してスペースの無駄なく配線することができ、組電池が大きくなりすぎるのを防ぐことができるようになる。即ち、フレキシブルフィルム製の電池容器は、発電要素を覆う部分では厚さが厚くなるが、周縁部の接合部ではフレキシブルフィルム同士が接合されて薄くなるため、複数個の電池を並べた場合に、この接合部では隣接する電池との間に隙間が生じることになる。従って、電池容器の周縁部におけるこの接合部の隙間にリード線を通せば、このリード線が周囲にはみ出すようなことがなくなる。また、電極リード片は、この接合部から突出するので、この電極リード片に直接又は接続具を介して間接的に接続したリード線を接合部に沿わせて配線すれば、このリード線を接続部の直ぐ近くで折り曲げるような必要がなくなり、この接続部に大きな負担を加えるのを防止することもできる。なお、リード線は、少なくともこの電極リード片から引き出された部分が接合部に沿っていればよく、組電池端子に接続する部分は、この組電池端子の構造により必ずしも接合部に完全に沿っている必要はない。例えば電池の電池容器が方形扁平状である場合、リード線は、少なくとも電極リード片が突出する電池容器の辺において接合部に沿っていればよい。

以下、本発明の最良の実施形態について図１を参照して説明する。なお、この図１においても、図２〜図４に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。

本実施形態は、従来例と同様に、２枚のアルミラミネートフィルム３１，３２からなる電池容器３を用いた非水電解質二次電池１を複数個直列に接続した組電池について説明する。この組電池は、さらに複数個を組み合わせて電気自動車やハイブリット車等に用いるものである。このため、各非水電解質二次電池は、図示しない電池管理装置によって、充放電電流と共にセル電圧やセル温度等をモニタされ、最適な状態を保つように管理される。

上記組電池は、図１に示すように、複数個（ここでは４個）の方形扁平状の非水電解質二次電池１を電池容器３の扁平面が重なり合うように前後方向に重ねて並べている。各非水電解質二次電池１の構成は、図２〜図４に示した従来例と全く同じであり、電池容器３の上下と左右の周縁部には、アルミラミネートフィルム３１，３２が重なり合って熱溶着された接合部３ａ〜３ｄが形成されている。そして、上下の接合部３ａ，３ｂからは、電極リード片４，５が突出し、左右の接合部３ｃ，３ｄは、後方に直角に折り曲げられて左右方向にあまりはみ出さないようにしている。また、電極リード片４，５は、それぞれ接続金具７が抵抗溶接等により接続固定されると共に、前方又は後方に折り曲げて接合部３ａ，３ｂ側に折り返されている。

上記前方の端に配置された非水電解質二次電池１の正極リード片４に接続固定された接続金具７には、正極側の電流リード線８の一方の端部の導体が半田付けされると共に、後方の端に配置された非水電解質二次電池１の負極リード片５に接続固定された接続金具７には、負極側の電流リード線８の一方の端部の導体が半田付けされている。また、隣接する２個の非水電解質二次電池１，１の電極リード片４，５に接続固定され、かつ、Ｌ字状に曲がった部分が互いに重なり合って抵抗溶接等により接続固定された接続金具７，７には、それぞれいずれか一方の接続金具７に電圧リード線９の一方の端部の導体が半田付けされている。しかも、これらのリード線８，９は、いずれも一方の端部の導体を左方向に向けた状態で、これらの端部をそれぞれ接続金具７に半田付けされるので、リード線８，９自体は、この接続金具７からほぼ真っ直ぐに右方向に引き出され、接合部３ａ，３ｂに沿って配線されることになる。

ここで、例えばリード線８，９が電池容器３における上方の周縁部の接合部３ａに沿うとは、この接合部３ａの上端辺よりも少し下方を左右方向に配線することを意味する。即ち、この接合部３ａは、電池容器３が発電要素２を覆って膨らんだ部分よりも上方に形成されるものであり、この発電要素２から離反してはみ出す方向となる上方への幅方向の長さに比べて、発電要素２の上端面に沿う左右方向の長さの方が長いので、この長手方向に沿って配線することを意味する。また、これは電圧リード線９が下方の周縁部の接合部３ｂに沿う場合も、上下が逆になるだけで、同様に左右方向に配線することを意味する。そして、複数個の非水電解質二次電池１を重ねて並べると、電池容器３が発電要素２を覆って膨らんだ部分は密接するが、アルミラミネートフィルム３１，３２が密着した接合部３ａ，３ｂの部分では隣接する非水電解質二次電池１，１の間に隙間が生じるので、リード線８，９は、この隙間のスペースに配線されることになる。しかも、これらのリード線８，９は、接続金具７に半田付けされた一方の端部からほぼ真っ直ぐに右方向に引き出されるので、この半田付けされた端部付近を折り曲げて引き出す必要もなくなる。

上記リード線８，９の他方の端部は、それぞれ組電池ケース６内の右方向の端部に引き出されて組電池端子６ａに接続される。組電池端子６ａは、これらリード線８，９がそれぞれ接続された接点を通じて、充放電電流を流すと共に、各非水電解質二次電池１のセル電圧を検出できるようにしたコネクタである。また、ここでは図示していないが、例えば組電池ケース６内の各非水電解質二次電池１の近傍に配置した温度検出素子からのリード線が接続された接点を設けて、各非水電解質二次電池１の温度を検出できるようにしてもよい。

上記構成によれば、各リード線８，９が非水電解質二次電池１の電池容器３の接合部３ａ，３ｂに沿って配線されるので、複数個の非水電解質二次電池１を並べたときに隣接する非水電解質二次電池１，１の間に生じる接合部３ａ，３ｂの隙間にこれらのリード線８，９が通ることになる。従って、リード線８，９を非水電解質二次電池１の並びの上下の外側に通す必要がなくなるので、スペースに無駄がなくなり、組電池が不必要に大きくなるのを防ぐことができる。しかも、本実施形態の場合には、リード線８，９が接続金具７に半田付けされた一方の端部からほぼ真っ直ぐに他方側に引き出されるので、これらのリード線８，９を半田付けの端部で無理に折り曲げる必要もなくなり、接続金具７や電極リード片４，５に大きな負担が加わったり、半田付けが剥がれるようなこともなくなる。

なお、上記実施形態では、電極リード片４，５に接続金具７を接続固定して、この接続金具７を介して間接的にリード線８，９を引き出す場合を示したが、この接続金具７は必ずしも用いなくてもよいので、リード線８，９は、直接電極リード片４，５から引き出すようにしてもよい。接続金具７を用いない場合の非水電解質二次電池１間の接続は、リード線８，９とは別の電池間接続用線材を用いてもよく、接続杆や接続板等の他の接続部材を用いることもできる。

また、上記実施形態では、リード線として電流リード線８と電圧リード線９を用いる場合を示したが、これらのいずれか一方のみをリード線として接合部３ａ，３ｂに沿わして配線することもできる。例えば、非水電解質二次電池１の充放電電流を流す導電材には杆状や板状のものを用い、各非水電解質二次電池１間からは、電圧リード線９のみを引き出すようにすることもできる。また、これらのリード線８，９に代えて、又は、これらのリード線８，９に加えて、上記の温度検出用のリード線や他のリード線を用いることもできる。さらに、これらのリード線は、電極リード片４，５が突出した接合部３ａ，３ｂだけでなく、側方の接合部３ｃ，３ｄにも沿うように配線することもできる。図４に示した組電池では、各リード線８，９は、接合部３ａ，３ｂだけでなく、接合部３ｄにもほぼ沿うように配線されているが、特に両端の電流リード線８，８は、組電池端子６ａに接続される他方の端部が接合部３ｄより右方向の外側を通って配線されている。しかしながら、この組電池では、接合部３ｃ，３ｄを後方に折り曲げることにより、左右方向のはみ出しが少なくなっているので、電流リード線８，８がこれより多少外側を通ってもほとんど支障は生じない。しかも、接合部３ｃ，３ｄは、電極リード片４，５が突出しないので、電流リード線８，８を配線する部分をさらに窪ませたり孔や切り欠きを設けることができ、これによって配線が全くはみ出さないようにすることもできる。さらに、組電池端子６ａを前後方向に長いものにすれば、電流リード線８，８が接合部３ａと接合部３ｄに沿って配線されたままこの組電池端子６ａに接続されるようにすることもできる。

また、上記実施形態では、２枚のアルミラミネートフィルム３１，３２を重ね合わせて電池容器３とする場合を示したが、このアルミラミネートフィルムの構成は任意であり、例えば１枚のアルミラミネートフィルムを二つ折りにして電池容器３を構成することもでき、このアルミラミネートフィルムに発電要素２を嵌め込むための凹部を予め形成するかどうかも任意である。さらに、上記実施形態では、電池ケースにアルミラミネートフィルムを用いる場合を示したが、アルミニウム箔に代えて他のバリア性を有する金属層を用いた金属・樹脂ラミネートフィルムを用いることもできる。さらに、十分な強度とバリア性を確保し確実な封止が可能なフレキシブルフィルムであれば材質は任意であり、例えば樹脂のみからなるラミネートフィルムではないフィルム材を用いることも可能である。さらに、このようなフレキシブルフィルムの重ね合わせ部分は、熱溶着に代えて、接着等の他の方法により接合することもできる。

また、上記実施形態では、電極リード片４，５が短冊状のアルミニウムや銅又はニッケルからなる場合を示したが、これらの電極リード片４，５の形状や金属の種類は任意である。さらに、上記実施形態では、電池容器３の両端部の接合部３ａ，３ｂから電極リード片４，５が突出する場合を示したが、一方の端部の接合部のみから正負極の電極リード片が突出している場合でも同様に実施可能である。ここで、電極リード片とは、電池容器の内部で発電要素の電極に接続されると共に、外部との接続のために、一部がこの電池容器におけるフレキシブルフィルムの接合部から突出したリード材をいう。

また、上記実施形態では、複数個の非水電解質二次電池１を直列に接続した組電池について説明したが、必ずしも非水電解質二次電池１を全て直列接続にする必要はなく、一部を並列接続したり、全部を並列接続することもでき、組電池端子６ａやこれより外部の回路で直並列の接続を切り替えるようにすることもできる。さらに、上記実施形態では、複数個の非水電解質二次電池１を一列に並べた場合を示したが、このような複数個の非水電解質二次電池１の列を複数並べることもできる。さらに、上記実施形態では、各非水電解質二次電池１が単電池により構成される場合を示したが、フレキシブルフィルム製の電池容器を用いたものであれば、内部の電池の構造は任意であり、複数の単電池を組み合わせたものであってもよい。

また、上記実施形態では、複数個の非水電解質二次電池１を組電池ケース６に収納した組電池について説明したが、必ずしも箱状や容器状の組電池ケース６を用いる必要はなく、例えば枠体等で囲んだものであってもよい。さらに、上記実施形態では、コネクタ状の組電池端子６ａを用いる場合を示したが、この組電池端子６ａの構成も任意であり、例えば端子台上に正負極端子やセル電圧検出用の端子等が突出しているだけの組電池端子を用いることもできる。

また、上記実施形態では、扁平状に成形した巻回型の発電要素２を示したが、この発電要素２を扁平状にする方法は任意であり、最初から長円筒形や楕円形に巻回したものを用いてもよい。さらに、この発電要素２は、巻回型のものである必要もなく、積層型の発電要素を用いることもできる。さらに、上記実施形態では、非水電解質二次電池１を用いる場合を示したが、この電池の種類は任意であり、他の二次電池や一次電池を用いることもできる。

本発明の一実施形態を示すものであって、組電池の内部構造を示す斜視図である。非水電解質二次電池の構造を示す組み立て斜視図である。非水電解質二次電池の斜視図である。従来例を示すものであって、組電池の内部構造を示す斜視図である。

符号の説明

１非水電解質二次電池
３電池容器
３ａ接合部
３ｂ接合部
３１アルミラミネートフィルム
３２アルミラミネートフィルム
４正極リード片（電極リード片）
５負極リード片（電極リード片）
６ａ組電池端子
８電流リード線（リード線）
９電圧リード線（リード線）

Claims

フレキシブルフィルムの周縁部が接合されて形成された電池容器と前記周縁部の接合部から突出した複数の電極リード片とを備えた複数の扁平状の電池と、外部回路と接続するための組電池端子とを備え、前記電極リード片と前記組電池端子との間にリード線が配された組電池であって、前記電極リード片が前記電池容器の対向する一対の辺における各端部に位置する前記接合部からそれぞれ突出していると共に、前記複数の扁平状の電池は扁平面が重なり合うように並べられており、前記リード線が、隣接する電池の前記周縁部の接合部どうしの隙間に配されたことを特徴とする組電池。